JP4008434B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に、各画素ごとにフォトダイオードとMOSトランジスタを設けたMOSイメージセンサに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a MOS image sensor in which a photodiode and a MOS transistor are provided for each pixel.

固体撮像装置は、画像入力処理を行う基本素子として、様々な分野で広く利用されている。現在、一般に利用されている固体撮像装置は、CCDイメージセンサとMOSイメージセンサに大別される。MOSイメージセンサの原理は、個々の画素ごとに受光素子として機能するフォトダイオードを設け、このフォトダイオードの出力をMOSトランジスタで増幅して取り出すものであり、特に、CMOS回路を採用したCMOSイメージセンサは、低消費電力で駆動する小型の固体撮像素子として有望視されている。たとえば、下記の特許文献1および2には、MOSイメージセンサ用の動作回路が開示されている。
特開平10−322140号公報 特開2001−268443号公報
Solid-state imaging devices are widely used in various fields as basic elements for performing image input processing. Currently, solid-state imaging devices that are generally used are roughly classified into CCD image sensors and MOS image sensors. The principle of the MOS image sensor is to provide a photodiode functioning as a light receiving element for each pixel and amplify the output of the photodiode with a MOS transistor. In particular, a CMOS image sensor using a CMOS circuit is Therefore, it is considered promising as a small solid-state imaging device driven with low power consumption. For example, Patent Documents 1 and 2 below disclose operating circuits for MOS image sensors.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-322140 JP 2001-268443 A

フォトダイオードを用いた固体撮像装置では、フォトダイオードの一端を定電位に固定した固定端とし、他端を電位変動が生じる変動端とし、この変動端の蓄積電荷量を一定周期ごとに電位変動としてMOSトランジスタで読み出すことにより、当該フォトダイオードの受光量を電気信号として取り出すことになる。したがって、個々のフォトダイオードで検出可能な受光量のダイナミックレンジは、変動端の電位変動の許容範囲内に制限されることになる。このため、このダイナミックレンジを越えるような強い光が照射された場合、出力信号は飽和状態となり、正しい受光量を検出することができない。この現象は、いわゆる「白とび」と呼ばれている。   In a solid-state imaging device using a photodiode, one end of the photodiode is a fixed end fixed at a constant potential, and the other end is a variation end where potential variation occurs, and the amount of accumulated charge at the variation end is changed as a potential variation at regular intervals. By reading with the MOS transistor, the amount of light received by the photodiode is extracted as an electric signal. Therefore, the dynamic range of the amount of received light that can be detected by each photodiode is limited within the allowable range of potential fluctuation at the fluctuation end. For this reason, when intense light exceeding the dynamic range is irradiated, the output signal is saturated and the correct amount of received light cannot be detected. This phenomenon is called “white jump”.

このような「白とび」現象を防ぐためには、検出可能な受光量のダイナミックレンジを広げる工夫が必要になる。しかしながら、従来の工夫は、特殊な回路構成を必要としたり、外部に大きなメモリを必要としたりするため、装置全体が複雑になり、コストが高くなるという問題があった。   In order to prevent such “overexposure” phenomenon, it is necessary to devise a technique for expanding the dynamic range of the received light amount that can be detected. However, the conventional device requires a special circuit configuration or requires a large memory outside, so that the entire apparatus becomes complicated and the cost increases.

そこで本発明は、できるだけ単純な構成により、検出可能な受光量のダイナミックレンジを広げることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can widen the dynamic range of the amount of received light that can be detected with the simplest possible configuration.

(1) 本発明の第1の態様は、受光量に応じた電気信号を出力する機能をもった画素を、多数配列することにより構成される固体撮像装置において、
個々の画素を、
一端が定電位に固定され、他端が受光量に応じた電位変動を生じる変動点Pとして機能するフォトダイオードと、
変動点Pを所定電位にリセットするためのリセット用MOSトランジスタと、
変動点Pの電位を外部に読み出すための読出用MOSトランジスタと、
によって構成し、更に、
リセット用MOSトランジスタに信号を与えることにより、各画素に対して、変動点Pが定電位より高い所定の初期電位となるように、所定周期Tで周期的リセットを行うリセット手段と、
読出用MOSトランジスタに信号を与えることにより、各画素から、リセット手段による周期的リセットの直前における変動点Pの電位を読み出し、読み出した電位と初期電位との差を当該画素に関する受光量を示す電気信号として出力する電位読出手段と、
を設け、
電位読出手段が、所定周期Tの中間時点における変動点Pの電位を中間電位として読み出す機能を有し、
リセット手段が、中間電位が所定の基準電位未満である場合に、変動点Pの電位が基準電位となるように、中間時点において中間リセットを行い、中間電位が基準電位以上である場合に、変動点Pの電位が中間電位となるように、中間時点において中間リセットを行う機能を有するようにしたものである。
(1) According to a first aspect of the present invention, in a solid-state imaging device configured by arranging a large number of pixels having a function of outputting an electrical signal corresponding to the amount of received light,
Individual pixels,
A photodiode whose one end is fixed at a constant potential and whose other end functions as a variation point P that generates a potential variation according to the amount of received light;
A resetting MOS transistor for resetting the variation point P to a predetermined potential;
A read MOS transistor for reading the potential of the fluctuation point P to the outside;
Further comprising
A reset means for periodically resetting each pixel at a predetermined period T so that the variation point P becomes a predetermined initial potential higher than a constant potential by giving a signal to the reset MOS transistor ;
By applying a signal to the readout MOS transistor, the potential at the variation point P immediately before the periodic reset by the resetting means is read from each pixel, and the difference between the read potential and the initial potential is an electric quantity indicating the amount of light received for the pixel. A potential reading means for outputting as a signal;
Provided,
The potential reading means has a function of reading the potential at the variation point P at the intermediate point of the predetermined period T as an intermediate potential,
Reset means, when the intermediate potential is lower than a predetermined reference potential, as the potential variation point P becomes the reference potential, we have rows intermediate reset at an intermediate point, when the intermediate potential is higher than the reference potential, A function of performing an intermediate reset at an intermediate time is provided so that the potential of the fluctuation point P becomes an intermediate potential .

(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1の態様に係る固体撮像装置において、
電位読出手段が、リセット手段による周期的リセット時における変動点Pの電位を読み出し、これを初期電位の値として用いるようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first aspect described above,
The potential reading means reads the potential at the fluctuation point P at the time of periodic reset by the resetting means, and uses this as the initial potential value.

(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1または第2の態様に係る固体撮像装置において、
リセット手段が、電位読出手段による読み出し値に基づくフィードバック制御を行うことにより、変動点Pが初期電位、基準電位、もしくは中間電位となるようなリセットを行うようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first or second aspect described above,
The reset means performs feedback control based on the read value by the potential read means, so that the change point P is reset to the initial potential, the reference potential, or the intermediate potential.

(4) 本発明の第4の態様は、上述の第3の態様に係る固体撮像装置において、
リセット手段が、中間電位が基準電位未満である場合には、電位読出手段による読み出し値と基準電位に対応して設定された参照値との差を零にするようなフィードバック制御を行うことにより中間リセットを行い、中間電位が基準電位以上である場合には、電位読出手段による中間リセット直前の読み出し値と中間リセット時の読み出し値との差を零にするようなフィードバック制御を行うことにより中間リセットを行うようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the third aspect described above,
When the reset means has an intermediate potential less than the reference potential, the reset means performs feedback control so that the difference between the read value by the potential read means and the reference value set corresponding to the reference potential is zero. When the reset is performed and the intermediate potential is equal to or higher than the reference potential, the intermediate reset is performed by performing feedback control so that the difference between the read value immediately before the intermediate reset by the potential reading means and the read value at the intermediate reset is zero. Is to do.

(5) 本発明の第5の態様は、上述の第1〜第4の態様に係る固体撮像装置において、
所定周期T内に複数の中間時点を定め、後続する中間時点ほど低い基準電位が設定されるように、個々の中間時点ごとにそれぞれ異なる基準電位を設定したものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the first to fourth aspects described above,
A plurality of intermediate time points are determined within a predetermined period T, and different reference potentials are set for each intermediate time point so that lower reference potentials are set for subsequent intermediate time points.

(6) 本発明の第6の態様は、受光量に応じた電気信号を出力する機能をもった画素を、多数配列することにより構成される固体撮像装置において、
個々の画素を、
一端が定電位に固定され、他端が受光量に応じた電位変動を生じる変動点Pとして機能するフォトダイオードと、
一端が変動点Pに接続され、他端が検出点Qとして機能する検出用MOSトランジスタと、
変動点Pを所定電位にリセットするためのリセット用MOSトランジスタと、
検出点Qの電位を外部に読み出すための読出用MOSトランジスタと、
によって構成し、更に、
検出用MOSトランジスタのゲート電圧を制御することにより、各画素について、検出用MOSトランジスタを所定周期Tで周期的に一時的ON状態にして、変動点Pに蓄積した負電荷を検出点Qに転送する周期的転送処理を行う電荷転送手段と、
所定周期Tの中間時点において、検出点Qが定電位より高い所定の初期電位となるように、リセット用MOSトランジスタに信号を与えることにより、各画素について一次リセットを行うリセット手段と、
読出用MOSトランジスタに信号を与えることにより、各画素から、電荷転送手段による周期的転送処理が行われた時点における検出点Qの電位を読み出し、読み出した電位と初期電位との差を当該画素に関する受光量を示す電気信号として出力する電位読出手段と、
を設け、
電荷転送手段が、一次リセットの直後にも、変動点Pに蓄積した負電荷を検出点Qに転送する中間転送処理を行う機能を有し、
電位読出手段が、中間転送処理が行われた時点における検出点Qの電位を中間電位として読み出す機能を有し、
リセット手段が、中間電位が所定の基準電位未満である場合に、検出点Qの電位が基準電位となるように、中間転送処理の直後に二次リセットを行い、中間電位が基準電位以上である場合に、検出点Qの電位が中間電位となるように、中間転送処理の直後に二次リセットを行う機能を有するようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in a solid-state imaging device configured by arranging a large number of pixels having a function of outputting an electrical signal according to the amount of received light.
Individual pixels,
A photodiode whose one end is fixed at a constant potential and whose other end functions as a variation point P that generates a potential variation according to the amount of received light;
A detection MOS transistor having one end connected to the fluctuation point P and the other end serving as a detection point Q;
A resetting MOS transistor for resetting the variation point P to a predetermined potential;
A reading MOS transistor for reading out the potential of the detection point Q to the outside;
Further comprising
By controlling the gate voltage of the detection MOS transistor, for each pixel, the detection MOS transistor is periodically temporarily turned on at a predetermined cycle T, and the negative charge accumulated at the variation point P is transferred to the detection point Q. Charge transfer means for performing periodic transfer processing, and
Reset means for performing a primary reset on each pixel by giving a signal to the reset MOS transistor so that the detection point Q becomes a predetermined initial potential higher than a constant potential at an intermediate time point of the predetermined period T;
By applying a signal to the reading MOS transistor, the potential at the detection point Q at the time when the periodic transfer processing by the charge transfer means is performed is read from each pixel, and the difference between the read potential and the initial potential is related to the pixel. A potential reading means for outputting an electric signal indicating the amount of received light;
Provided,
The charge transfer means has a function of performing an intermediate transfer process for transferring negative charges accumulated at the fluctuation point P to the detection point Q immediately after the primary reset,
The potential reading means has a function of reading the potential at the detection point Q at the time when the intermediate transfer process is performed as an intermediate potential,
Reset means, when the intermediate potential is lower than a predetermined reference potential, as the potential of the detecting point Q becomes a reference potential, have rows of secondary reset immediately after the intermediate transfer process, the intermediate potential is a reference potential or In some cases, a secondary reset function is provided immediately after the intermediate transfer process so that the potential at the detection point Q becomes an intermediate potential .

(7) 本発明の第7の態様は、上述の第6の態様に係る固体撮像装置において、
電位読出手段が、リセット手段による一次リセット時における検出点Qの電位を読み出し、これを初期電位の値として用いるようにしたものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the sixth aspect described above,
The potential reading means reads the potential at the detection point Q at the time of the primary reset by the reset means and uses this as the initial potential value.

(8) 本発明の第8の態様は、上述の第6または第7の態様に係る固体撮像装置において、
リセット手段が、電位読出手段による読み出し値に基づくフィードバック制御を行うことにより、検出点Qが初期電位、基準電位、もしくは中間電位となるようなリセットを行うようにしたものである。
(8) An eighth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the sixth or seventh aspect described above,
The reset means performs feedback control based on the read value by the potential read means, thereby resetting the detection point Q to the initial potential, the reference potential, or the intermediate potential.

(9) 本発明の第9の態様は、上述の第8の態様に係る固体撮像装置において、
リセット手段が、中間電位が基準電位未満である場合には、電位読出手段による読み出し値と基準電位に対応して設定された参照値との差を零にするようなフィードバック制御を行うことにより二次リセットを行い、中間電位が基準電位以上である場合には、電位読出手段による二次リセット直前の読み出し値と二次リセット時の読み出し値との差を零にするようなフィードバック制御を行うことにより二次リセットを行うようにしたものである。
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to the eighth aspect described above,
When the reset means has an intermediate potential less than the reference potential, the reset means performs feedback control so that the difference between the read value by the potential read means and the reference value set corresponding to the reference potential is zero. When the secondary reset is performed and the intermediate potential is equal to or higher than the reference potential, feedback control is performed so that the difference between the read value immediately before the secondary reset by the potential reading means and the read value at the secondary reset becomes zero. Is used to perform secondary reset.

(10) 本発明の第10の態様は、上述の第6〜第9の態様に係る固体撮像装置において、
所定周期T内に複数の中間時点を定め、後続する中間時点ほど低い基準電位が設定されるように、個々の中間時点ごとにそれぞれ異なる基準電位を設定し、一次リセットを最初の中間時点においてのみ行うようにし、2番目以降の中間時点では、中間電位の読み出し結果に基づき、必要に応じて二次リセットを行うようにしたものである。
(10) A tenth aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the sixth to ninth aspects described above,
A plurality of intermediate time points are determined within a predetermined period T, and different reference potentials are set for each intermediate time point so that lower reference potentials are set in subsequent intermediate time points, and the primary reset is performed only at the first intermediate time point. In the second and subsequent intermediate points, secondary reset is performed as necessary based on the read result of the intermediate potential.

(11) 本発明の第11の態様は、上述の第1〜第10の態様に係る固体撮像装置において、
電位読出手段を、互いに直列接続された第1のMOSトランジスタおよび第2のMOSトランジスタと、これら一対のMOSトランジスタによって形成される電流路に電流を流すための電流源と、によって構成し、第1のMOSトランジスタのゲートに変動点Pもしくは検出点Qを接続し、第2のMOSトランジスタのゲートに当該画素についての読出動作を選択する選択信号を与えることにより読み出しが行われるようにしたものである。
(11) An eleventh aspect of the present invention is the solid-state imaging device according to the first to tenth aspects described above,
The potential reading means includes a first MOS transistor and a second MOS transistor connected in series to each other, and a current source for causing a current to flow through a current path formed by the pair of MOS transistors, The change point P or the detection point Q is connected to the gate of the first MOS transistor, and the selection signal for selecting the read operation for the pixel is applied to the gate of the second MOS transistor so that the reading is performed. .

本発明に係る固体撮像装置によれば、単純な構成により、検出可能な受光量のダイナミックレンジを広げることができるようになる。   With the solid-state imaging device according to the present invention, the dynamic range of the amount of received light that can be detected can be expanded with a simple configuration.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1. 従来の一般的な3トランジスタ型固体撮像装置 >>>
はじめに、説明の便宜上、従来の一般的なMOSイメージセンサで利用されている1画素分の回路およびその動作を、図1の回路図に基づいて説明する。図示の回路は、3つのMOSトランジスタにより1画素分の回路を構成したいわゆる「3トランジスタ型」と呼ばれる固体撮像装置の例である。
<<< §1. Conventional general 3-transistor type solid-state imaging device >>
First, for convenience of explanation, a circuit for one pixel used in a conventional general MOS image sensor and its operation will be described based on the circuit diagram of FIG. The illustrated circuit is an example of a so-called “3-transistor type” solid-state imaging device in which a circuit for one pixel is configured by three MOS transistors.

図示のとおり、この回路は、フォトダイオードPDと、3つのN型MOSトランジスタによって構成されている。図の▽マークは接地電位を示しており、フォトダイオードPDの逆方向端は接地されている。一方、フォトダイオードPDの順方向端は、点Pを介して、MOSトランジスタT1の一端に接続されている。このMOSトランジスタT1の他端は、電源ラインVDDに接続されており、ゲートは、リセット信号ラインRSTに接続されている。図に破線で示した容量素子C1は、フォトダイオードPDの寄生容量を示している。フォトダイオードPDは、一端が定電位(この例では接地電位)に固定されているが、他端は、容量素子C1の蓄電量に応じて電位変動を生じることになる。ここでは、図示の点Pを「変動点P」と呼ぶことにする。後述するように、この変動点Pの電位は、フォトダイオードPDの受光量に応じて変動することになる。   As shown in the figure, this circuit includes a photodiode PD and three N-type MOS transistors. The ▽ mark in the figure indicates the ground potential, and the opposite end of the photodiode PD is grounded. On the other hand, the forward end of the photodiode PD is connected to one end of the MOS transistor T1 through the point P. The other end of the MOS transistor T1 is connected to the power supply line VDD, and the gate is connected to the reset signal line RST. A capacitive element C1 indicated by a broken line in the figure indicates a parasitic capacitance of the photodiode PD. One end of the photodiode PD is fixed at a constant potential (in this example, the ground potential), but the other end causes a potential fluctuation according to the amount of charge stored in the capacitive element C1. Here, the illustrated point P is referred to as a “variable point P”. As will be described later, the potential at the variation point P varies according to the amount of light received by the photodiode PD.

いま、リセット信号ラインRSTから、MOSトランジスタT1のゲートにリセット信号を与えて、トランジスタを一時的にON状態にすると、変動点Pの電位は、ほぼ電源電圧VDDに近い値になる。これが、この画素が初期化された状態である。ここでは、この状態における変動点Pの電位を初期電位V0と呼ぶことにする。MOSトランジスタT1のしきい値電圧をVthとすれば、初期電位V0=VDDーVthとなる。ここで、初期電位V0は、接地電位よりも高いので、フォトダイオードPDには逆バイアスが加わることになり、容量素子C1には、変動点Pの電位に応じた電荷が蓄積される。   Now, when a reset signal is given from the reset signal line RST to the gate of the MOS transistor T1, and the transistor is temporarily turned on, the potential of the variation point P becomes a value almost close to the power supply voltage VDD. This is a state in which this pixel is initialized. Here, the potential at the variation point P in this state is referred to as an initial potential V0. If the threshold voltage of the MOS transistor T1 is Vth, the initial potential V0 = VDD−Vth. Here, since the initial potential V0 is higher than the ground potential, a reverse bias is applied to the photodiode PD, and charges corresponding to the potential of the variation point P are accumulated in the capacitive element C1.

こうして、初期化のためのリセットが完了すると、MOSトランジスタT1はOFF状態になり、受光量の検出プロセスが開始する。すなわち、トランジスタT1がOFF状態になると、フォトダイオードPD(容量素子C1)に蓄積されていた電荷の放電が開始する。このとき、放電する電荷量は、フォトダイオードPDに照射されている光量に依存する。すなわち、フォトダイオードPDの受光量が大きければ大きいほど、多量の電荷が放電することになり、蓄積されていた電荷は減少する。フォトダイオードPD内の蓄積電荷が減少すると、変動点Pの電位も低下することになる。結局、フォトダイオードPDの受光量は、上述した初期化のためのリセット後、一定時間経過した時点において、変動点Pの電位が初期電位V0からどれだけ低下したかを測定することにより認識できる。   Thus, when the reset for initialization is completed, the MOS transistor T1 is turned off, and the process of detecting the amount of received light starts. That is, when the transistor T1 is turned off, discharging of the charge accumulated in the photodiode PD (capacitance element C1) starts. At this time, the amount of charge to be discharged depends on the amount of light applied to the photodiode PD. That is, the greater the amount of light received by the photodiode PD, the greater the amount of charge that is discharged, and the accumulated charge decreases. When the accumulated charge in the photodiode PD decreases, the potential at the fluctuation point P also decreases. Eventually, the amount of light received by the photodiode PD can be recognized by measuring how much the potential at the variation point P has decreased from the initial potential V0 when a certain time has elapsed after the reset for initialization described above.

MOSトランジスタT2,T3は、変動点Pの電位を読み出すための電位読出手段として機能する構成要素である。図示のとおり、トランジスタT2,T3は互いに直列接続された状態となっており、この一対のトランジスタからなる直列経路によって、電源ラインVDDから信号出力ラインOUTへ至る電流路が形成されている。この電位読出手段によって、変動点Pの電位を外部に読み出すには、選択信号ラインSELに当該画素についての読出動作を選択する選択信号を与えればよい。この選択信号は、トランジスタT2のゲートに与えられ、このトランジスタT2をON状態にする。一方、トランジスタT3のゲートには、変動点Pの電位が加えられている。したがって、図示のとおり、信号出力ラインOUTに電流源Jを接続しておけば、信号出力ラインOUTには、変動点Pの電位に応じた量の電流が流れることになる。具体的には、フォトダイオードPDの受光量が少なければ、変動点Pの電位は高くなり、信号出力ラインOUTを流れる電流量は多くなるが、フォトダイオードPDの受光量が多ければ、変動点Pの電位は低くなり、信号出力ラインOUTを流れる電流量は少なくなる。   The MOS transistors T2 and T3 are components that function as potential reading means for reading the potential at the variation point P. As shown in the figure, the transistors T2 and T3 are connected in series with each other, and a current path from the power supply line VDD to the signal output line OUT is formed by the series path including the pair of transistors. In order to read the potential at the variation point P to the outside by this potential reading means, a selection signal for selecting a reading operation for the pixel may be given to the selection signal line SEL. This selection signal is given to the gate of the transistor T2, and this transistor T2 is turned on. On the other hand, the potential of the variation point P is applied to the gate of the transistor T3. Therefore, as shown in the figure, if the current source J is connected to the signal output line OUT, an amount of current corresponding to the potential at the variation point P flows through the signal output line OUT. Specifically, if the amount of light received by the photodiode PD is small, the potential at the variation point P becomes high, and the amount of current flowing through the signal output line OUT increases, but if the amount of light received by the photodiode PD is large, the variation point P , And the amount of current flowing through the signal output line OUT decreases.

図2は、図1に示す回路による受光量の検出動作を示すタイミングチャートである。上段のチャートは変動点Pの電位、中段のチャートはリセット信号ラインRSTの電圧、下段のチャートは選択信号ラインSELの電圧をそれぞれ示している。図示のとおり、リセット信号ラインRSTには、所定周期Tごとにリセットパルスが与えられ、このパルスの幅に相当する期間だけ、MOSトランジスタT1がON状態になる。その結果、変動点Pは、周期Tごとに初期電圧V0となるようにリセットされる。ここでは、このリセットパルスが与えられるタイミングをt1と呼ぶことにする。図2に示されているとおり、1つのタイミングt1から、次のタイミングt1までの期間が、所定周期Tに相当する。   FIG. 2 is a timing chart showing the received light amount detection operation by the circuit shown in FIG. The upper chart shows the potential at the fluctuation point P, the middle chart shows the voltage of the reset signal line RST, and the lower chart shows the voltage of the selection signal line SEL. As shown in the figure, a reset pulse is applied to the reset signal line RST every predetermined period T, and the MOS transistor T1 is turned on only for a period corresponding to the width of this pulse. As a result, the changing point P is reset so as to become the initial voltage V0 every period T. Here, the timing at which this reset pulse is given is called t1. As shown in FIG. 2, a period from one timing t1 to the next timing t1 corresponds to a predetermined period T.

一般的な動画撮影用の固体撮像装置の場合、周期T=1/30秒(約33msec)に設定される。一方、タイミングt1で与えられるリセットパルス(図2の中段)や、タイミングt0&t1で与えられる選択パルス(図2の下段)は、その幅がμsecのオーダーであるため、実時間軸上では、周期Tに比べて極めて短い幅をもったパルスになる。ただ、図示のタイミングチャート上では、説明の便宜上、実時間軸上での本来のパルス幅を無視した尺度で、これらのパルスを示すことにする。   In the case of a general moving image capturing solid-state imaging device, the period T is set to 1/30 seconds (about 33 msec). On the other hand, since the width of the reset pulse (middle stage in FIG. 2) given at timing t1 and the selection pulse given at timing t0 & t1 (lower stage in FIG. 2) is on the order of μsec, on the real time axis, the period T Compared to the pulse, the pulse has a very short width. However, on the timing chart shown in the figure, for convenience of explanation, these pulses are shown on a scale that ignores the original pulse width on the real time axis.

上述したとおり、タイミングt1でリセットを行うと、変動点Pの電位は、初期電位V0まで上昇するが、その後、蓄積電荷の放電により、変動点Pの電位は徐々に低下してゆく。図2の上段のグラフG1は、このような電位低下を示すグラフである。上述したとおり、この電位低下の程度は、フォトダイオードPDの受光量に応じて変化し、弱い光が照射されている場合には、グラフG1の傾斜は緩やかになるが、強い光が照射されている場合には、グラフG1の傾斜は急峻なものになる。やがて、周期Tが経過すると、再び、タイミングt1において、リセットパルスが与えられることになり、変動点Pの電位は初期電位V0まで上昇する。   As described above, when the reset is performed at the timing t1, the potential at the variation point P rises to the initial potential V0, but thereafter, the potential at the variation point P gradually decreases due to the discharge of the accumulated charge. The upper graph G1 in FIG. 2 is a graph showing such a potential drop. As described above, the level of this potential drop changes according to the amount of light received by the photodiode PD. When weak light is irradiated, the slope of the graph G1 becomes gentle, but strong light is irradiated. If so, the slope of the graph G1 is steep. Eventually, when the period T elapses, a reset pulse is again applied at the timing t1, and the potential at the variation point P rises to the initial potential V0.

そこで、リセット直前のタイミングt0において、変動点Pの電位を読み出すようにする。図示の例では、変動点Pの電位は、周期Tの期間内に、初期電位V0からV1まで下降してきており、タイミングt0で読み出される変動点Pの電位はV1になる。ここで、電位差ΔV=V0−V1が、周期Tの間の受光量を示す検出値ということになる。図2の下段に示すように、選択信号ラインSEL上には、タイミングt0で選択パルスが与えられているが、これはこの選択パルスによりMOSトランジスタT2をON状態にして、リセット直前における変動点Pの電位を示す情報(変動点Pの電位に応じた電気信号)を信号出力ラインOUT上に読み出すためである。このように、「変動点Pの電位の読み出し」とは、変動点Pの電位に対応した何らかの電気信号を信号出力ラインOUT上に得ることを意味している。実用上は、変動点Pの電位に関連した電圧値が外部に対して出力されることになる。   Therefore, the potential at the variation point P is read at the timing t0 immediately before the reset. In the illustrated example, the potential at the variation point P has dropped from the initial potential V0 to V1 within the period T, and the potential at the variation point P read at timing t0 becomes V1. Here, the potential difference ΔV = V0−V1 is a detection value indicating the amount of light received during the period T. As shown in the lower part of FIG. 2, a selection pulse is given on the selection signal line SEL at timing t0. This selection pulse causes the MOS transistor T2 to be turned on, and the variation point P immediately before the resetting. This is because information indicating the potential (electric signal corresponding to the potential at the fluctuation point P) is read onto the signal output line OUT. As described above, “reading the potential at the fluctuation point P” means that an electric signal corresponding to the potential at the fluctuation point P is obtained on the signal output line OUT. In practice, a voltage value related to the potential of the variation point P is output to the outside.

ところで、選択信号ラインSEL上の選択パルスの幅は、図2の下段に示すように、2つのタイミングt0,t1に及んでいるが、これは、タイミングt0においてリセット直前の電位V1を読み出し、タイミングt1においてリセット時の電位V0を読み出すためである。これら両タイミングで電位の読み出しを行えば、両電位の差V0−V1により、受光量を示す検出値ΔVを求めることができる。なお、実際には、変動点Pの電位の読み出しは、タイミングt0として示すパルス幅あるいはタイミングt1として示すパルス幅の範囲内の所定時点において行われることになるが、ここでは、図示の便宜上、各パルスの立ち上がり時点で、電位の読み出しが行われるものとして、以下の説明を行うことにする。   Incidentally, the width of the selection pulse on the selection signal line SEL reaches two timings t0 and t1, as shown in the lower part of FIG. 2. This is because the potential V1 immediately before the reset is read at the timing t0, and the timing is changed. This is because the reset potential V0 is read at t1. If the potential is read at both timings, a detection value ΔV indicating the amount of received light can be obtained from the difference V0−V1 between the two potentials. Actually, the reading of the potential at the variation point P is performed at a predetermined time point within the range of the pulse width indicated as the timing t0 or the pulse width indicated as the timing t1, but here, for convenience of illustration, The following description will be given on the assumption that the potential is read out at the rising edge of the pulse.

前述したとおり、図1に示す回路は、1つの画素に関する回路であり、実際の固体撮像装置は、このような1画素分の回路を縦横に行列を構成するように多数配置することにより構成される。ここで、リセット信号ラインRSTおよび選択信号ラインSELは、行方向(図の左右方向)に隣接配置された多数の画素についての共通信号線として機能し、一行分の画素について、図2のタイミングチャートで示す動作が同時に実行される。一方、信号出力ラインOUTは、列方向(図の上下方向)に隣接配置された多数の画素についての共通信号線として機能し、一列分の画素が、同一の信号出力ラインOUTを共用することになる。ただ、各行ごとに、それぞれ図2に示す周期Tの位相が少しずつずれるような駆動が行われるため、同一の信号出力ラインOUT上には、第1行目の画素の出力、第2行目の画素の出力、第3行目の画素の出力、……というように、各行の画素に関する検出値が時系列信号として得られることになる。   As described above, the circuit shown in FIG. 1 is a circuit related to one pixel, and an actual solid-state imaging device is configured by arranging a large number of such circuits for one pixel so as to form a matrix vertically and horizontally. The Here, the reset signal line RST and the selection signal line SEL function as a common signal line for a large number of pixels arranged adjacent to each other in the row direction (left-right direction in the drawing), and the timing chart of FIG. The operations indicated by are simultaneously executed. On the other hand, the signal output line OUT functions as a common signal line for a large number of pixels arranged adjacent to each other in the column direction (vertical direction in the figure), and the pixels for one column share the same signal output line OUT. Become. However, since each row is driven such that the phase of the period T shown in FIG. 2 is slightly shifted, the output of the pixels in the first row and the second row are placed on the same signal output line OUT. The detection value relating to the pixels in each row is obtained as a time-series signal, such as the output of the pixels in this row, the output of the pixels in the third row, and so on.

続いて、この図1に示す構成をもった画素からなる固体撮像装置において、「白とび」現象が生じる理由を図3のタイミングチャートを用いて説明する。この図3のタイミングチャートは、図2のタイミングチャートと同様に、周期Tにおける変動点Pの電位変動と、リセット信号ラインRSTおよび選択信号ラインSELの状態を示すものである。ただ、上段のグラフには、合計6本のグラフG1〜G6が示されている。これらのグラフは、フォトダイオードPDに異なる6通りの強度をもった光が照射された場合の結果を示している。すなわち、グラフG1は、最も弱い光が照射された場合の変動点Pの電位変動を示し、グラフG6は、最も強い光が照射された場合の変動点Pの電位変動を示す。前述したとおり、フォトダイオードPDに照射される光の強度は、グラフの傾斜に影響を与えることになり、弱い光が照射された場合は、緩やかな傾斜のグラフG1が得られるが、強い光が照射された場合は、急峻な傾斜のグラフG6が得られることになる。   Next, the reason why the “overexposure” phenomenon occurs in the solid-state imaging device including the pixels having the configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG. The timing chart of FIG. 3 shows the potential fluctuation at the fluctuation point P in the period T and the states of the reset signal line RST and the selection signal line SEL, as in the timing chart of FIG. However, a total of six graphs G1 to G6 are shown in the upper graph. These graphs show the results when the photodiodes PD are irradiated with light having six different intensities. That is, the graph G1 shows the potential fluctuation at the fluctuation point P when the weakest light is irradiated, and the graph G6 shows the potential fluctuation at the fluctuation point P when the strongest light is irradiated. As described above, the intensity of light applied to the photodiode PD affects the slope of the graph. When weak light is applied, a gentle slope graph G1 is obtained. When irradiated, a steep slope graph G6 is obtained.

この6通りのそれぞれの場合について、タイミングt0で読み出される変動点Pの電位に着目すると、図示のとおり、グラフG1,G2,G3については、それぞれ電位V1,V2,V3が読み出されることになるが(黒丸で示す点V1,V2,V3は、それぞれ電位V1,V2,V3をもったグラフ上の点を示す。以下、同様)、グラフG4,G5,G6については、いずれも電位V4(最低電位)が読み出されることになる。すなわち、この固体撮像装置は、ほぼグラフG3程度の光までは、正しい受光量の検出を行うことができるが、それを越えると、検出値は最大強度で飽和した状態となり、正しい受光量の検出を行うことができない。別言すれば、この固体撮像装置のダイナミックレンジの上限は、グラフG3程度の光まで、ということになる。   Focusing on the potential of the variation point P read at timing t0 in each of these six cases, as shown in the figure, the potentials V1, V2, and V3 are read for the graphs G1, G2, and G3, respectively. (Points V1, V2, and V3 indicated by black circles indicate points on the graph having the potentials V1, V2, and V3, respectively, and the same applies to the graphs G4, G5, and G6. ) Is read out. That is, this solid-state imaging device can detect the correct amount of received light up to about the light of the graph G3, but beyond that, the detected value becomes saturated at the maximum intensity, and the correct amount of received light is detected. Can not do. In other words, the upper limit of the dynamic range of the solid-state imaging device is up to the light of the graph G3.

固体撮像装置のダイナミックレンジを広げる手法としては、種々の方法が知られているが、いずれも特殊な回路構成を必要としたり、外部に大きなメモリを必要としたりするため、装置全体が複雑になり、コストが高くなるという問題がある。本発明の狙いは、できるだけ単純な構成により、検出可能な受光量のダイナミックレンジを広げることにある。   Various methods are known as methods for expanding the dynamic range of a solid-state imaging device, but each requires a special circuit configuration or requires a large external memory, which complicates the entire device. There is a problem that the cost becomes high. The aim of the present invention is to widen the dynamic range of the amount of received light that can be detected with the simplest possible structure.

<<< §2. 本発明に係る3トランジスタ型固体撮像装置 >>>
続いて、上述した3トランジスタ型固体撮像装置に本発明を適用した実施形態を述べる。図4は、本発明に係る3トランジスタ型固体撮像装置の一画素分の回路を示す回路図である。この図4に示す回路の基本構成は、図1に示す回路の基本構成とほぼ共通している。両者の相違点は、図1に示す回路の場合、電源ラインVDDがMOSトランジスタT1およびT3の双方に接続されているのに対し、図4に示す回路の場合、電源ラインVDDはMOSトランジスタT3のみに接続され、MOSトランジスタT1には、別個のリセット電圧設定ラインL1が接続されている点である。電源ラインVDDが常に一定の電圧を供給する信号線であるのに対し、リセット電圧設定ラインL1は、図示されていない制御回路によって設定された任意の電圧を供給する機能を有している。
<<< §2. Three-transistor solid-state imaging device according to the present invention >>
Subsequently, an embodiment in which the present invention is applied to the above-described three-transistor solid-state imaging device will be described. FIG. 4 is a circuit diagram showing a circuit for one pixel of the three-transistor solid-state imaging device according to the present invention. The basic configuration of the circuit shown in FIG. 4 is substantially the same as the basic configuration of the circuit shown in FIG. The difference between the two is that in the case of the circuit shown in FIG. 1, the power supply line VDD is connected to both the MOS transistors T1 and T3, whereas in the case of the circuit shown in FIG. 4, the power supply line VDD is only the MOS transistor T3. And a separate reset voltage setting line L1 is connected to the MOS transistor T1. The power supply line VDD is a signal line that always supplies a constant voltage, whereas the reset voltage setting line L1 has a function of supplying an arbitrary voltage set by a control circuit (not shown).

このように、リセット電圧設定ラインL1を別個に設けることにより、変動点Pを初期電圧V0にリセットするだけでなく、任意の電圧となるようなリセットが可能になる。本発明の特徴は、リセット電圧設定ラインL1のこのような機能を利用して、周期Tの中間時点において、必要に応じて中間リセットを行う点にある。以下、この本発明の原理を、図5〜図9のタイミングチャートを利用して説明する。これらのタイミングチャートは、図2あるいは図3に示すタイミングチャートと同様に、周期Tにおける変動点Pの電位変動と、リセット信号ラインRSTおよび選択信号ラインSELの状態を示すものである。   Thus, by providing the reset voltage setting line L1 separately, not only the changing point P is reset to the initial voltage V0, but also a reset to an arbitrary voltage is possible. The feature of the present invention is that an intermediate reset is performed as necessary at an intermediate time point of the period T by using such a function of the reset voltage setting line L1. Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to the timing charts of FIGS. Similar to the timing chart shown in FIG. 2 or FIG. 3, these timing charts show the potential fluctuation at the fluctuation point P in the period T and the states of the reset signal line RST and the selection signal line SEL.

まず、図5のタイミングチャートを説明する。上段のグラフG1は、フォトダイオードPDに比較的弱い光が照射された場合の変動点Pの電位変動を示すものであり、図2の上段のグラフG1と同じものである。所定周期Tでリセット信号ラインRST上にリセットパルス(タイミングt1)を与えた後に、変動点Pの電位をV0からV1へと徐々に降下させる点は、従来装置と同様である。また、所定周期Tで選択信号ラインSEL上に選択パルス(タイミングt0&t1)を与え、タイミングt0で読み出された電位V1とタイミングt1で読み出された電位V0との差により、周期Tの間の受光量を検出する点も、従来装置と同様である。   First, the timing chart of FIG. 5 will be described. The upper graph G1 shows the potential fluctuation at the changing point P when the photodiode PD is irradiated with relatively weak light, and is the same as the upper graph G1 in FIG. Similar to the conventional apparatus, the potential of the fluctuation point P is gradually lowered from V0 to V1 after a reset pulse (timing t1) is given on the reset signal line RST at a predetermined period T. In addition, a selection pulse (timing t0 & t1) is applied to the selection signal line SEL at a predetermined cycle T, and the difference between the potential V1 read at timing t0 and the potential V0 read at timing t1 The point of detecting the amount of received light is the same as in the conventional apparatus.

ただ、この実施形態では、周期Tの中間時点においても、変動点Pの電位の読み出しが行われる。具体的には、図5の下段のチャートに示すとおり、タイミングt1でのリセットの後、中間時間M1(M1<T)が経過した中間時点においても、選択信号ラインSEL上に選択パルス(タイミングt2&t3)を与え、この中間時点における変動点Pの電位を読み出す処理を行っている。図示の例では、タイミングt2において、グラフG1上の点V1mに相当する電位V1mが読み出される。ここでは、こうして中間時点で読み出された変動点Pの電位を「中間電位」と呼ぶことにする。図5の例では、電位V1mが中間電位として読み出されることになる。   However, in this embodiment, the potential at the fluctuation point P is read even at an intermediate point in the period T. Specifically, as shown in the lower chart of FIG. 5, after the reset at the timing t1, the selection pulse (timing t2 & t3) is also generated on the selection signal line SEL even at the intermediate point where the intermediate time M1 (M1 <T) has elapsed. ) And the process of reading the potential of the variation point P at this intermediate time point is performed. In the illustrated example, at the timing t2, the potential V1m corresponding to the point V1m on the graph G1 is read. Here, the potential of the variation point P read out at the intermediate time point is referred to as “intermediate potential”. In the example of FIG. 5, the potential V1m is read as an intermediate potential.

なお、この中間電位を読み出すだけであれば、選択信号ラインSEL上の選択パルスはタイミングt2だけで十分であるが、図示のとおり、この実施形態での選択パルスは、タイミングt2およびt3の幅をもっている。これは、後述するように、タイミングt3において中間リセットを行う場合の便宜を考慮したものである。   If only the intermediate potential is read, the selection pulse on the selection signal line SEL is sufficient only at the timing t2. However, as shown in FIG. Yes. As will be described later, this is in consideration of convenience when an intermediate reset is performed at timing t3.

このように、中間時点において中間電位V1mを読み出したのは、当該中間電位V1mが、所定の基準電位Vxよりも大きいか小さいかを判定するためである。基準電位Vxは、初期電位V0より低い所定の値として予め設定された電位である。図示の例の場合、Vx=1/2・V0なる設定を行っており、×印で示す点Vxは、タイミングt2において、基準電位Vxをもつグラフ上の点である。図5に示すグラフG1の場合、中間電位V1mは基準電位Vxよりも大きい。これに対して、図6に示すグラフG2の場合、中間電位V2mは基準電位Vxに等しくなっており、図7に示すグラフG3の場合あるいは図8に示すグラフG4の場合、中間電位V3m,V4mは基準電位Vxより小さくなっている。   As described above, the reason why the intermediate potential V1m is read at the intermediate time point is to determine whether the intermediate potential V1m is larger or smaller than the predetermined reference potential Vx. The reference potential Vx is a potential set in advance as a predetermined value lower than the initial potential V0. In the example shown in the figure, Vx = 1/2 · V0 is set, and the point Vx indicated by a cross is a point on the graph having the reference potential Vx at the timing t2. In the case of the graph G1 shown in FIG. 5, the intermediate potential V1m is larger than the reference potential Vx. On the other hand, in the case of the graph G2 shown in FIG. 6, the intermediate potential V2m is equal to the reference potential Vx. In the case of the graph G3 shown in FIG. 7 or the graph G4 shown in FIG. Is smaller than the reference potential Vx.

ここに示す実施形態では、このように中間時点において中間電位を読み出し、読み出した中間電位が基準電位Vx以上であった場合には、この中間時点では特に何もせずに、§1で述べた従来例と同様の方法で受光量の検出を行うようにする。たとえば、図5に示すグラフG1の場合、中間電位V1mは基準電位Vxよりも大きいので、中間時点では何もせずに、周期Tが終了するタイミングt0で変動点Pの電位を再び読み出す処理を行う。こうしてタイミングt0で読み出された電位V1と、リセット時のタイミングt1で読み出された初期電位V0との差を、周期Tの期間における受光量として検出することは、既に§1で述べたとおりである。図6に示すグラフG2の場合も同様である。すなわち、中間電位V2mは基準電位Vxに等しいので、中間時点では何もせずに、周期Tが終了するタイミングt0で読み出された電位V2と、リセット時のタイミングt1で読み出された初期電位V0との差を、周期Tの期間における受光量として検出する。   In the embodiment shown here, when the intermediate potential is read at the intermediate time point and the read intermediate potential is equal to or higher than the reference potential Vx, nothing is done at this intermediate time point, and the conventional method described in §1 is performed. The amount of received light is detected by the same method as in the example. For example, in the case of the graph G1 shown in FIG. 5, since the intermediate potential V1m is larger than the reference potential Vx, nothing is performed at the intermediate time point, and the process of reading the potential at the variation point P again at the timing t0 when the period T ends is performed. . As described in section 1 above, the difference between the potential V1 read at timing t0 and the initial potential V0 read at reset timing t1 is detected as the amount of light received in the period T. It is. The same applies to the graph G2 shown in FIG. That is, since the intermediate potential V2m is equal to the reference potential Vx, nothing is performed at the intermediate time point, and the potential V2 read at the timing t0 when the period T ends and the initial potential V0 read at the reset timing t1. Is detected as the amount of received light in the period T.

本発明に特有の処理は、中間時点において読み出した中間電位が基準電位Vx未満であった場合に行われる。この場合、中間時点であるタイミングt3において、中間リセットを行うようにする。この中間リセットは、周期Tで行われる通常のリセット(ここでは、周期的リセットと呼ぶ)と同様に、リセット信号ラインRSTにリセットパルスを与え、MOSトランジスタT1を一時的ON状態にして、変動点Pの電位を強制的に引き上げる処理であるが、変動点Pの電位を初期電位V0まで引き上げるのではなく、基準電位Vxまで引き上げるようにする点に特徴がある。   The processing unique to the present invention is performed when the intermediate potential read at the intermediate time point is less than the reference potential Vx. In this case, an intermediate reset is performed at timing t3, which is an intermediate time point. This intermediate reset is similar to a normal reset performed in the period T (herein referred to as a periodic reset), a reset pulse is given to the reset signal line RST, the MOS transistor T1 is temporarily turned on, and the variation point The process for forcibly raising the potential of P is characterized in that the potential at the fluctuation point P is not raised to the initial potential V0 but to the reference potential Vx.

この中間リセットの処理動作は、タイミングチャート上に示された具体例を見れば、容易に理解できよう。たとえば、図7に示すグラフG3の場合、タイミングt2で読み出された中間電位V3mは、基準電位Vx未満であるので、タイミングt3において、中間リセットが行われる。図7中段のリセット信号ラインRST上には、3つのリセットパルスが示されているが、タイミングt1に位置するリセットパルスは、従来どおりの周期的リセットを行うためのパルスであるのに対し、タイミングt3に位置するリセットパルスは、中間リセットを行うためのパルスである。   The processing operation of the intermediate reset can be easily understood by looking at a specific example shown on the timing chart. For example, in the case of the graph G3 shown in FIG. 7, since the intermediate potential V3m read at the timing t2 is less than the reference potential Vx, the intermediate reset is performed at the timing t3. Three reset pulses are shown on the reset signal line RST in the middle of FIG. 7, but the reset pulse located at the timing t1 is a pulse for performing a periodic reset as in the prior art. The reset pulse located at t3 is a pulse for performing an intermediate reset.

このような中間リセットが行われた結果、変動点Pの電位は、タイミングt1〜t2に至るまでは徐々に下降するが、タイミングt3において、基準電位Vxまで上昇することになる。もっとも、この中間リセットが行われた後、変動点Pの電位は再び下降を続けることになる。結局、グラフG3は、周期Tにわたって、全体的には下降傾向にあるものの、中間リセット時(タイミングt3)に基準電位Vxまで上昇する鋸歯状形態をとることになる。こうして、最終的には、周期Tが終了するタイミングt0において、変動点Pの電位として電位V3が読み出される。こうして読み出された電位V3と、リセット時のタイミングt1で読み出された初期電位V0との差を、周期Tの期間における受光量として検出する点は、従来の検出動作と同じである。   As a result of such an intermediate reset, the potential at the fluctuation point P gradually decreases until the timing t1 to t2, but increases to the reference potential Vx at the timing t3. However, after this intermediate reset is performed, the potential at the changing point P continues to decrease again. Eventually, the graph G3 has a saw-tooth shape that rises to the reference potential Vx at the time of the intermediate reset (timing t3), although it tends to decrease overall over the period T. Thus, finally, at the timing t0 when the period T ends, the potential V3 is read as the potential of the variation point P. The point of detecting the difference between the read potential V3 and the initial potential V0 read at the reset timing t1 as the amount of received light in the period T is the same as the conventional detection operation.

続いて、図8の例を見てみよう。図8に示すグラフG4の場合、タイミングt2で読み出された中間電位V4m(最低電位)は、基準電位Vx未満であるので、タイミングt3において、中間リセットが行われる。この場合も、図8中段のリセット信号ラインRST上に示された、3つのリセットパルスのうち、タイミングt1に位置するリセットパルスは、従来どおりの周期的リセットを行うためのパルスであり、タイミングt3に位置するリセットパルスは、中間リセットを行うためのパルスである。   Next, let's look at the example of FIG. In the case of the graph G4 shown in FIG. 8, the intermediate potential V4m (minimum potential) read at the timing t2 is less than the reference potential Vx, so the intermediate reset is performed at the timing t3. Also in this case, of the three reset pulses shown on the reset signal line RST in the middle of FIG. 8, the reset pulse located at the timing t1 is a pulse for performing a periodic reset as in the past, and the timing t3 The reset pulse located at is a pulse for performing an intermediate reset.

このような中間リセットが行われた結果、タイミングt2の時点では最低電位に達していた変動点Pの電位は、タイミングt3において、基準電位Vxまで上昇することになる。結局、最終的には、周期Tが終了するタイミングt0において、変動点Pの電位として電位V4が読み出される。こうして読み出された電位V4と、リセット時のタイミングt1で読み出された初期電位V0との差を、周期Tの期間における受光量として検出する点は、従来の検出動作と同じである。   As a result of such an intermediate reset, the potential at the fluctuation point P that has reached the lowest potential at the timing t2 rises to the reference potential Vx at the timing t3. Eventually, at the timing t0 when the period T ends, the potential V4 is read as the potential of the changing point P. The point that the difference between the read potential V4 and the initial potential V0 read at the reset timing t1 is detected as the amount of received light in the period T is the same as the conventional detection operation.

図9は、複数のグラフG1〜G6に対応する各強度の光が照射された場合の本発明に係る検出動作の相違を示すタイミングチャートである。グラフG1は最も弱い光が照射された場合の検出動作を示し、グラフG6は最も強い光が照射された場合の検出動作を示している。ここで、タイミングt2において読み出された中間電位が基準電位Vx以上となるグラフG1,G2の場合は、中間時点では特別な処理は行われないので、図3に示すグラフG1,G2と全く同様の経過を辿ることになる。すなわち、タイミングt0において、それぞれ電位V1,V2の読み出しが行われ、初期電位V0との差が、受光量を示す検出値として出力される。   FIG. 9 is a timing chart showing a difference in detection operation according to the present invention when light of each intensity corresponding to a plurality of graphs G1 to G6 is irradiated. Graph G1 shows the detection operation when the weakest light is irradiated, and graph G6 shows the detection operation when the strongest light is irradiated. Here, in the case of the graphs G1 and G2 in which the intermediate potential read at the timing t2 is equal to or higher than the reference potential Vx, no special processing is performed at the intermediate time point, and therefore, exactly the same as the graphs G1 and G2 shown in FIG. Will be followed. That is, at the timing t0, the potentials V1 and V2 are read out, and the difference from the initial potential V0 is output as a detection value indicating the amount of received light.

一方、タイミングt2において読み出された中間電位が基準電位Vx未満となるグラフG3〜G6の場合は、タイミングt3において、中間リセットが行われる。図9に示す例では、グラフG3,G4,G5,G6の電位は、いずれもタイミングt3において、基準電位Vx′まで上昇した後、再び、徐々に下降することになる。この基準電位Vx′からの下降時の傾斜は、初期電位V0からの下降時の傾斜とそれぞれ同じになるので、タイミングt0においては、各グラフG3〜G6ごとにそれぞれ異なる電位V3〜V6が読み出される。こうして読み出された電位V3〜V6と初期電位V0との差が、受光量を示す検出値として出力されることになる。   On the other hand, in the graphs G3 to G6 in which the intermediate potential read at the timing t2 is less than the reference potential Vx, the intermediate reset is performed at the timing t3. In the example shown in FIG. 9, the potentials of the graphs G3, G4, G5, and G6 all rise to the reference potential Vx ′ at the timing t3, and then gradually fall again. Since the slope when falling from the reference potential Vx ′ is the same as the slope when falling from the initial potential V0, different potentials V3 to V6 are read for each of the graphs G3 to G6 at timing t0. . The difference between the read potentials V3 to V6 and the initial potential V0 is output as a detection value indicating the amount of received light.

結局、図3のタイミングチャートによってその検出動作が示される従来の固体撮像装置の場合、照射光強度が比較的強いグラフG4〜G6について最終的に読み出される電位は、いずれも電位V4(最低電位)と同一になってしまい、いわゆる「白とび」現象が生じていたのに対し、図9のタイミングチャートによってその検出動作が示される本発明の固体撮像装置の場合、照射光強度が比較的強いグラフG3〜G6についても、最終的に読み出される電位は、それぞれ電位V3,V4,V5,V6と異なることになり、グラフG6で示される最強強度付近の光については一部「白とび」が生じるものの、従来のように広範囲にわたる「白とび」現象は回避されている。   As a result, in the case of the conventional solid-state imaging device whose detection operation is shown by the timing chart of FIG. In the case of the solid-state imaging device of the present invention whose detection operation is shown by the timing chart of FIG. 9, the irradiation light intensity is relatively strong. Also for G3 to G6, the potential finally read out is different from the potentials V3, V4, V5, and V6, respectively. As in the past, a wide range of “whiteout” phenomenon is avoided.

これは、本発明によって、光強度が比較的高い部分に関するダイナミックレンジが広げられたためである。図9に示す例の場合、グラフG2に対応する光強度よりも弱い光が照射された場合、タイミングt0で読み出される変動点Pの電位は、V0〜V2の範囲内になり、グラフG2に対応する光強度よりも強い光が照射された場合、タイミングt0で読み出される変動点Pの電位は、V2〜V6の範囲内になる。したがって、実際の受光量と検出電圧との関係は、必ずしも線形関数にはならないが、少なくとも単調増加する関数になる。   This is because the dynamic range related to the portion having a relatively high light intensity is expanded by the present invention. In the case of the example shown in FIG. 9, when light weaker than the light intensity corresponding to the graph G2 is irradiated, the potential of the variation point P read at the timing t0 is in the range of V0 to V2, and corresponds to the graph G2. When light stronger than the light intensity is irradiated, the potential of the fluctuation point P read out at the timing t0 is in the range of V2 to V6. Therefore, the relationship between the actual amount of received light and the detection voltage is not necessarily a linear function, but is at least a monotonically increasing function.

図10は、本発明によってダイナミックレンジが広がる様子を示すグラフである。このグラフの横軸は、フォトダイオードPDに照射される光の強度を示し、縦軸は、受光量を示す検出値の信号レベル(タイミングt0で読み出された電位とタイミングt1で読み出された初期電位V0との差)を示している。従来は、一点鎖線のグラフで示されているように、光強度0〜I2の範囲にダイナミックレンジが設定されており、光強度がI2以上になると信号レベルは最大値Lmax に達して飽和状態となり、I2以上の光強度を正しく検出することはできない。   FIG. 10 is a graph showing how the dynamic range is expanded according to the present invention. In this graph, the horizontal axis indicates the intensity of light applied to the photodiode PD, and the vertical axis indicates the signal level of the detection value indicating the amount of received light (the potential read at timing t0 and the timing read at timing t1). Difference from the initial potential V0). Conventionally, as shown by the dashed line graph, the dynamic range is set in the range of light intensity 0 to I2, and when the light intensity exceeds I2, the signal level reaches the maximum value Lmax and becomes saturated. , I2 or higher light intensity cannot be detected correctly.

これに対して、本発明では、実線のグラフで示されているように、強度0〜I1の範囲内の光については、信号レベル0〜Lxなるレンジが対応づけられ、強度I1〜I3の範囲内の光については、信号レベルLx〜Lmax なるレンジが対応づけられており、ダイナミックレンジは光強度0〜I3の範囲まで広がることになる。もちろん、光強度0〜I1の範囲内の検出精度に比べて、光強度I1〜I3の範囲内の検出精度は若干低下することになるが、光強度I2までに制限されていたダイナミックレンジが、光強度I3まで広がることは大きなメリットである。   On the other hand, in the present invention, as shown by the solid line graph, for the light in the intensity range of 0 to I1, the range of the signal level 0 to Lx is associated with the range of the intensity I1 to I3. For the light within the range, the signal levels Lx to Lmax are associated with each other, and the dynamic range extends to the range of light intensity 0 to I3. Of course, the detection accuracy in the range of the light intensities I1 to I3 is slightly lower than the detection accuracy in the range of the light intensities 0 to I1, but the dynamic range limited to the light intensity I2 is It is a great merit to spread to the light intensity I3.

ダイナミックレンジがどの程度まで広がるかは、中間時点の設定と基準電位の設定とによって変わってくる。具体的には、中間時点を周期Tの終了時点に近づければ近づけるほど(図9のタイミングチャートにおいて、中間時間M1を周期Tに近づければ近づけるほど)、あるいは、基準電位Vxを高く設定すればするほど、ダイナミックレンジはより広がることになる。別言すれば、中間時間M1は、図10に実線で示されているグラフの光強度I1〜I3間の傾斜を左右するパラメータになり、基準電位Vxは、同グラフの光強度I1の位置を左右するパラメータになる。したがって、実用上は、ダイナミックレンジをどのように広げた固体撮像装置が必要か、という点を考慮して、中間時間M1および基準電位Vxを適宜設定すればよい。   The extent to which the dynamic range is expanded depends on the setting of the intermediate time point and the setting of the reference potential. Specifically, the reference potential Vx is set to be higher as the intermediate point is closer to the end point of the cycle T (in the timing chart of FIG. 9, the closer the intermediate time M1 is to the cycle T). The more you increase the dynamic range. In other words, the intermediate time M1 is a parameter that affects the slope between the light intensities I1 to I3 of the graph shown by the solid line in FIG. 10, and the reference potential Vx is the position of the light intensity I1 in the graph. It becomes a parameter that influences. Therefore, in practice, the intermediate time M1 and the reference potential Vx may be appropriately set in consideration of how a solid-state imaging device with an expanded dynamic range is necessary.

なお、厳密に言えば、図9に示す電位Vxと電位Vx′とは完全には一致しない。本発明の基本原理によれば、点Vxおよび点Vx′は、いずれもグラフG2上の点である必要があるので、厳密に言えば、Vx′<Vxである。しかしながら、既に述べたとおり、リセット信号ラインRST上のリセットパルスや選択信号ラインSEL上の選択パルスの幅は、μsecのオーダーであるのに対して、周期Tは数十msecのオーダーであり、両者のオーダーは4桁以上異なっている。したがって、Vx′=Vxとする取り扱いを行っても実質的には何ら問題は生じない。よって、ここでは、電位Vx′も電位Vxも、同じ基準電位として取り扱っている。   Strictly speaking, the potential Vx and the potential Vx ′ shown in FIG. 9 do not completely match. According to the basic principle of the present invention, since both the point Vx and the point Vx ′ need to be points on the graph G2, strictly speaking, Vx ′ <Vx. However, as already described, the width of the reset pulse on the reset signal line RST and the selection pulse on the selection signal line SEL is on the order of μsec, whereas the period T is on the order of several tens of msec. The orders are more than 4 digits different. Therefore, even if handling with Vx ′ = Vx is performed, no problem occurs substantially. Therefore, here, the potential Vx ′ and the potential Vx are treated as the same reference potential.

図4に示す回路は、図9に示す検出動作を行うのに適した構成を有している。まず、図4に示すリセット信号ラインRSTには、図9の中段に示すようなタイミングでリセットパルスが与えられ、MOSトランジスタT1を一時的ON状態にすることになる。このとき、リセットパルス自体に相違はないものの、タイミングt1で行われる周期的リセットと、タイミングt3で行われる中間リセットとでは、それぞれ異なる態様のリセット処理が行われる。すなわち、タイミングt1の周期的リセットでは、変動点Pを初期電位V0とする処理が行われるのに対し、タイミングt3の中間リセットでは、変動点Pを基準電位Vxとする処理が行われる。   The circuit shown in FIG. 4 has a configuration suitable for performing the detection operation shown in FIG. First, a reset pulse is given to the reset signal line RST shown in FIG. 4 at the timing shown in the middle stage of FIG. 9, and the MOS transistor T1 is temporarily turned on. At this time, although there is no difference in the reset pulse itself, different types of reset processing are performed for the periodic reset performed at timing t1 and the intermediate reset performed at timing t3. That is, in the periodic reset at the timing t1, the process of setting the fluctuation point P to the initial potential V0 is performed, whereas in the intermediate reset at the timing t3, the process of setting the fluctuation point P to the reference potential Vx is performed.

図4に示す回路において、リセット電圧設定ラインL1が設けられているのは、任意の電圧でリセットを行うことができるようにするためである。すなわち、タイミングt1で周期的リセットを行う際には、リセット電圧設定ラインL1を電源ラインVDDと同様の電源電圧にしておけばよい。そうすれば、図4の回路は図1に示す従来の回路と同等になり、MOSトランジスタT1がONになると、変動点Pは電源電圧VDDに近い初期電位V0となるようにリセットされる(トランジスタT1のしきい値電圧をVthとすれば、初期電位V0=VDD−Vth)。一方、タイミングt3で中間リセットを行う際には、リセット電圧設定ラインL1を基準電圧Vxより若干高い所定電圧(トランジスタT1のしきい値電圧をVthとすれば、基準電圧VxよりVthだけ高い電圧)にしておけばよい。そうすれば、MOSトランジスタT1がONになると、変動点Pは基準電圧Vxとなるようにリセットされる。   In the circuit shown in FIG. 4, the reset voltage setting line L1 is provided so that the reset can be performed with an arbitrary voltage. That is, when the periodic reset is performed at the timing t1, the reset voltage setting line L1 may be set to the same power supply voltage as that of the power supply line VDD. Then, the circuit of FIG. 4 becomes equivalent to the conventional circuit shown in FIG. 1, and when the MOS transistor T1 is turned on, the variation point P is reset to be the initial potential V0 close to the power supply voltage VDD (transistor If the threshold voltage of T1 is Vth, the initial potential V0 = VDD−Vth). On the other hand, when an intermediate reset is performed at timing t3, the reset voltage setting line L1 is a predetermined voltage slightly higher than the reference voltage Vx (a voltage higher by Vth than the reference voltage Vx if the threshold voltage of the transistor T1 is Vth). Just keep it. Then, when the MOS transistor T1 is turned on, the changing point P is reset to become the reference voltage Vx.

リセット電圧設定ラインL1は、同じ列に配置された複数の画素(図において上下方向に隣接配置された複数の画素)について共通の信号線として用意されているのに対し、リセット信号ラインRSTは、同じ行に配置された複数の画素(図において左右方向に隣接配置された複数の画素)について共通の信号線として用意されているため、リセット信号ラインRSTに与えるリセットパルスのタイミングと、リセット電圧設定ラインL1に所望の電圧を供給するタイミングとを合わせることにより、二次元行列状に配置された多数の画素のうちの特定の画素を特定の電圧でリセットすることが可能になる。   The reset voltage setting line L1 is prepared as a common signal line for a plurality of pixels arranged in the same column (a plurality of pixels adjacently arranged in the vertical direction in the figure), whereas the reset signal line RST is Since a plurality of pixels arranged in the same row (a plurality of pixels arranged adjacent in the horizontal direction in the figure) are prepared as a common signal line, the timing of the reset pulse applied to the reset signal line RST and the reset voltage setting By matching the timing of supplying a desired voltage to the line L1, it is possible to reset a specific pixel among a large number of pixels arranged in a two-dimensional matrix with a specific voltage.

なお、ここで述べる実施形態の場合、中間リセットが必ず行われるわけではない。上述したように、中間時点(タイミングt2)で読み出した中間電位が、基準電位Vx以上であった場合(たとえば、図5や図6の場合)は、中間リセットは行われない。中間リセットが行われるのは、読み出した中間電位が、基準電位Vx未満であった場合(たとえば、図7や図8の場合)ということになる。したがって、実際には、タイミングt2において読み出された中間電位を基準電位Vxと比較する演算を行った上で、中間リセットを行うか否かの判断を行う処理が必要になる。   In the embodiment described here, an intermediate reset is not always performed. As described above, when the intermediate potential read at the intermediate time point (timing t2) is equal to or higher than the reference potential Vx (for example, in the case of FIGS. 5 and 6), the intermediate reset is not performed. The intermediate reset is performed when the read intermediate potential is less than the reference potential Vx (for example, in the case of FIGS. 7 and 8). Therefore, actually, it is necessary to perform a process of comparing the intermediate potential read at timing t2 with the reference potential Vx and then determining whether or not to perform the intermediate reset.

上述したとおり、リセット電圧設定ラインL1を所定の電圧に設定した状態でリセットを行えば、変動点Pを所望の電位に設定することが可能になる。ただ、実用上は、変動点Pを所望の電位に正確に設定するためには、変動点Pの電位読出値に基づくフィードバック制御を伴うリセット処理を行うようにするのが好ましい。このフィードバック制御に関しては、§5において、実例を示しながら詳述する。   As described above, if the reset is performed while the reset voltage setting line L1 is set to a predetermined voltage, the changing point P can be set to a desired potential. However, in practice, in order to accurately set the variation point P to a desired potential, it is preferable to perform a reset process with feedback control based on the potential read value at the variation point P. This feedback control will be described in detail in Section 5 with an example.

図5〜図9のタイミングチャートの下段に示す選択信号ラインSEL上には、タイミングt0,t1,t2,t3の各時点で選択パルスが与えられている。ここで、タイミングt0で与えられる選択パルスは、周期的リセットの直前における変動点Pの電位V1〜V6を読み出すためのものであり、タイミングt1で与えられる選択パルスは、周期的リセット時における変動点Pの初期電位V0を読み出すためのものである。また、タイミングt2で与えられる選択パルスは、中間時点における変動点Pの中間電位を読み出すためのものである。一方、タイミングt3で与えられる選択パルスは、中間リセット時における変動点Pの電位を読み出すためのものである。このタイミングt3の中間リセット時における変動点Pの電位は、本発明の本質的な動作上は不要な情報であるが、このタイミングt3の選択パルスは、上述したフィードバック制御を行うために利用される。   On the selection signal line SEL shown in the lower part of the timing charts of FIGS. 5 to 9, selection pulses are given at respective timings t0, t1, t2 and t3. Here, the selection pulse given at the timing t0 is for reading out the potentials V1 to V6 of the fluctuation point P immediately before the periodic reset, and the selection pulse given at the timing t1 is the fluctuation point at the time of the periodic reset. This is for reading the initial potential V0 of P. The selection pulse given at timing t2 is for reading the intermediate potential at the fluctuation point P at the intermediate time point. On the other hand, the selection pulse given at timing t3 is for reading the potential at the variation point P at the time of the intermediate reset. The potential at the fluctuation point P at the time of the intermediate reset at the timing t3 is unnecessary information in the essential operation of the present invention, but the selection pulse at the timing t3 is used for performing the feedback control described above. .

<<< §3. 本発明に係る4トランジスタ型固体撮像装置 >>>
続いて、4つのMOSトランジスタにより1画素分の回路を構成したいわゆる「4トランジスタ型」と呼ばれる固体撮像装置に本発明を適用した実施形態を述べる。
<<< §3. Four-transistor type solid-state imaging device according to the present invention >>
Subsequently, an embodiment in which the present invention is applied to a so-called “4-transistor type” solid-state imaging device in which a circuit for one pixel is constituted by four MOS transistors will be described.

図11は、従来の一般的な4トランジスタ型固体撮像装置の一画素分の回路を示す回路図である。図示のとおり、この回路は、フォトダイオードPDと、4つのN型MOSトランジスタT10,T20,T30,T40によって構成されている。トランジスタT10,T30には、電源ラインVDDから電源電圧が供給されている。ここで、トランジスタT10は、図1に示すトランジスタT1とほぼ同等の機能を果たすトランジスタであり、リセット信号ラインRSTから供給されるリセットパルスに基づくリセット処理を行う機能を果たす。また、トランジスタT20,T30は、図1に示すトランジスタT2,T3と同等の機能を果たすトランジスタであり、選択信号ラインSELから供給される選択パルスのタイミングに合わせて、図の点Qの電位を信号出力ラインOUT上に読み出す機能を果たす。信号出力ラインOUTには、電流源Jが接続されており、電位を読み出す原理は、図1の3トランジスタ型の回路と全く同じである。   FIG. 11 is a circuit diagram showing a circuit for one pixel of a conventional general four-transistor solid-state imaging device. As shown in the figure, this circuit includes a photodiode PD and four N-type MOS transistors T10, T20, T30, and T40. A power supply voltage is supplied to the transistors T10 and T30 from the power supply line VDD. Here, the transistor T10 is a transistor having a function substantially equivalent to that of the transistor T1 shown in FIG. 1, and performs a reset process based on a reset pulse supplied from the reset signal line RST. The transistors T20 and T30 have the same functions as those of the transistors T2 and T3 shown in FIG. It performs the function of reading on the output line OUT. A current source J is connected to the signal output line OUT, and the principle of reading out the potential is exactly the same as that of the three-transistor type circuit of FIG.

この図11に示す4トランジスタ型回路の特徴は、フォトダイオードPDに第4のMOSトランジスタT40を直列接続した点にある。このMOSトランジスタT40の一端は、フォトダイオードPDの順方向端である変動点Pに接続されており、他端は、トランジスタT10の一端に接続されている。ここで、トランジスタT10とトランジスタT40とを接続する点Qは、一般に、フローティングディフュージョン端子と呼ばれており、この画素の受光量は、このフローティングディフュージョン端子の電位を読み出すことによって検出される。ここでは便宜上、この点Qを、検出点Qと呼ぶことにする。図に破線で示す容量素子C10は、この検出点Q(フローティングディフュージョン端子)の寄生容量である。   The feature of the four-transistor type circuit shown in FIG. 11 is that a fourth MOS transistor T40 is connected in series to the photodiode PD. One end of the MOS transistor T40 is connected to the fluctuation point P that is the forward end of the photodiode PD, and the other end is connected to one end of the transistor T10. Here, the point Q connecting the transistor T10 and the transistor T40 is generally called a floating diffusion terminal, and the amount of light received by the pixel is detected by reading the potential of the floating diffusion terminal. Here, for convenience, this point Q will be referred to as a detection point Q. A capacitive element C10 indicated by a broken line in the figure is a parasitic capacitance of the detection point Q (floating diffusion terminal).

4トランジスタ型回路が3トランジスタ型回路と異なるもうひとつの点は、トランジスタT40のゲートに転送パルスを供給するための転送信号ラインTNSが設けられている点である。この転送信号ラインTNSは、行方向(図の左右方向)に隣接配置された多数の画素についての共通信号線として機能し、一行分の画素が、同一の転送信号ラインTNSを共用することになる。転送信号ラインTNSからの転送パルスがトランジスタT40のゲートに与えられると、トランジスタT40は一時的にON状態になり、変動点Pに蓄積していた負電荷が検出点Qへと転送されることになる。   Another difference between the 4-transistor type circuit and the 3-transistor type circuit is that a transfer signal line TNS for supplying a transfer pulse to the gate of the transistor T40 is provided. The transfer signal line TNS functions as a common signal line for a large number of pixels arranged adjacent to each other in the row direction (the left-right direction in the figure), and the pixels for one row share the same transfer signal line TNS. . When a transfer pulse from the transfer signal line TNS is applied to the gate of the transistor T40, the transistor T40 is temporarily turned on, and the negative charge accumulated at the fluctuation point P is transferred to the detection point Q. Become.

転送信号ラインTNS上に転送パルスが供給されていないとき、トランジスタT40はOFF状態となる。この状態で、フォトダイオードPDに光が照射されると、変動点Pに負電荷が蓄積される。蓄積される負電荷の量は、フォトダイオードPDの受光量に応じたものとなり、受光量が多ければ、蓄積される負電荷の量も多くなる。転送信号ラインTNS上の転送パルスは、このようにして、変動点Pに蓄積した負電荷を、検出点Qへと転送するための転送処理を行う機能を果たす。   When the transfer pulse is not supplied on the transfer signal line TNS, the transistor T40 is turned off. In this state, when the photodiode PD is irradiated with light, negative charges are accumulated at the fluctuation point P. The amount of negative charge that is accumulated depends on the amount of light received by the photodiode PD. If the amount of received light is large, the amount of negative charge that is accumulated also increases. In this way, the transfer pulse on the transfer signal line TNS fulfills the function of performing a transfer process for transferring the negative charge accumulated at the fluctuation point P to the detection point Q.

もっとも、変動点Pに蓄積した負電荷を検出点Qに転送するためには、検出点Qの電位を変動点Pの電位よりも高くしておく必要がある。そのために、トランジスタT10によるリセット処理が行われる。すなわち、リセット信号ラインRST上にリセットパルスを供給して、トランジスタT10を一時的にON状態にすれば、検出点Qの電位は電源電圧VDDに近い初期電位V0となる(トランジスタT10のしきい値電圧をVthとすれば、初期電位V0=VDD−Vth)。この状態で、転送信号ラインTNS上に転送パルスを供給すれば、変動点Pに蓄積していた負電荷が検出点Qへと転送され、検出点Qの電位は初期電位V0から急激に降下する。この電圧降下の量は、変動点Pに蓄積されていた負電荷の量に応じたものになるので、電圧降下後の検出点Qの電位を信号出力ラインOUTに読み出せば、読み出された電位は、フォトダイオードPDの受光量を示すものになる。   However, in order to transfer the negative charge accumulated at the variation point P to the detection point Q, the potential at the detection point Q needs to be higher than the potential at the variation point P. For this purpose, reset processing by the transistor T10 is performed. That is, if a reset pulse is supplied onto the reset signal line RST to turn on the transistor T10 temporarily, the potential at the detection point Q becomes the initial potential V0 close to the power supply voltage VDD (the threshold value of the transistor T10). If the voltage is Vth, the initial potential V0 = VDD−Vth). In this state, if a transfer pulse is supplied onto the transfer signal line TNS, the negative charge accumulated at the fluctuation point P is transferred to the detection point Q, and the potential at the detection point Q drops rapidly from the initial potential V0. . The amount of this voltage drop depends on the amount of negative charge accumulated at the fluctuation point P. Therefore, if the potential at the detection point Q after the voltage drop is read out to the signal output line OUT, it is read out. The potential indicates the amount of light received by the photodiode PD.

図12は、図11に示す回路による受光量の検出動作を示すタイミングチャートである。ここで、上段のチャートは検出点Qの電位を示しており、その下の各チャートは、それぞれリセット信号ラインRSTの電圧、転送信号ラインTNSの電圧、選択信号ラインSELの電圧を示している。図示のとおり、リセット信号ラインRSTには、所定周期Tごとにリセットパルスが与えられ、このパルスの幅に相当する期間だけ、MOSトランジスタT10がON状態になる。その結果、検出点Qは、周期Tごとに初期電位V0となるようにリセットされる。ここでは、このリセットパルスが与えられるタイミングをt1と呼ぶことにする。図12に示されているとおり、1つのタイミングt1から次のタイミングt1までの期間が、所定周期Tとなる。   FIG. 12 is a timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit shown in FIG. Here, the upper chart shows the potential of the detection point Q, and the lower charts show the voltage of the reset signal line RST, the voltage of the transfer signal line TNS, and the voltage of the selection signal line SEL, respectively. As shown in the figure, a reset pulse is given to the reset signal line RST every predetermined period T, and the MOS transistor T10 is turned on only for a period corresponding to the width of this pulse. As a result, the detection point Q is reset to the initial potential V0 every period T. Here, the timing at which this reset pulse is given is called t1. As shown in FIG. 12, the period from one timing t1 to the next timing t1 is a predetermined period T.

既に述べたとおり、周期Tが数十msecのオーダーであるのに対して、リセット信号ラインRST上のリセットパルス、転送信号ラインTNS上の転送パルス、選択信号ラインSEL上の選択パルスの幅はμsecのオーダーであるが、図示のタイミングチャート上では、説明の便宜上、実時間軸上での本来のパルス幅を無視した尺度で、これらのパルスを示してある。   As already described, while the period T is on the order of several tens of msec, the width of the reset pulse on the reset signal line RST, the transfer pulse on the transfer signal line TNS, and the selection pulse on the selection signal line SEL is μsec. However, on the timing chart shown in the figure, for convenience of explanation, these pulses are shown on a scale ignoring the original pulse width on the real time axis.

まず、タイミングt1でリセットパルスを与えてリセット処理を行うと、検出点Qの電位は、初期電位V0まで上昇する。そこで、その直後のタイミングt2で転送パルスを与えて転送処理を行い、変動点Pに蓄積していた負電荷を検出点Qまで転送する。すると、検出点Qには、転送された負電荷の量に応じた電圧降下が生じる。図12の上段のチャートの場合、タイミングt2において、検出点Qの電位はV1まで降下している。この電位差ΔV(ΔV=V0−V1)は、変動点Pに蓄積されていた負電荷の量に対応し、周期Tにおける受光量を示す値となる。   First, when reset processing is performed by applying a reset pulse at timing t1, the potential at the detection point Q rises to the initial potential V0. Therefore, transfer processing is performed by applying a transfer pulse at timing t2 immediately after that, and the negative charge accumulated at the fluctuation point P is transferred to the detection point Q. Then, a voltage drop corresponding to the amount of transferred negative charge occurs at the detection point Q. In the upper chart of FIG. 12, the potential at the detection point Q drops to V1 at timing t2. This potential difference ΔV (ΔV = V0−V1) corresponds to the amount of negative charge accumulated at the fluctuation point P and is a value indicating the amount of received light in the period T.

ここで、変動点Pの状態に着目すると、タイミングt2において、検出点Qへの電荷転送が行われた時点で、蓄積電荷は零になるが、その後、変動点Pには、周期Tの期間にわたって負電荷の蓄積が徐々に行われることになる。一方、検出点Qの電位は、タイミングt2の転送時の電位V1を、次回の転送のためのリセットタイミングt1まで維持することになるので、周期Tの期間にわたって電位変化は見られないが、この周期Tの間、変動点Pには着実に負電荷の蓄積が行われていることになる。   Here, paying attention to the state of the fluctuation point P, the accumulated charge becomes zero at the timing t2 when the charge transfer to the detection point Q is performed. Over time, negative charge is gradually accumulated. On the other hand, the potential of the detection point Q is maintained at the potential V1 at the time of transfer at the timing t2 until the reset timing t1 for the next transfer. During the period T, negative charge is steadily accumulated at the variation point P.

また、選択信号ラインSEL上には、タイミングt1およびt2で選択パルスが与えられる。タイミングt1で与えられる選択パルスは、リセット時の検出点Qの初期電位V0を読み出すためのものであり、その直後のタイミングt2で与えられる選択パルスは、転送時の検出点Qの電位V1を読み出すためのものである。両電位V0,V1が読み出されたら、両者の差ΔVを求めることにより、周期T内の受光量を検出することができる。フォトダイオードPDに照射されている光が比較的弱い場合、受光量は小さくなるので、電位差ΔVは小さくなるが、照射されている光が比較的強い場合は、受光量が大きくなり、電位差ΔVも大きくなる。   Further, a selection pulse is given on the selection signal line SEL at timings t1 and t2. The selection pulse given at timing t1 is for reading the initial potential V0 of the detection point Q at the time of reset, and the selection pulse given at timing t2 immediately after that reads the potential V1 of the detection point Q at the time of transfer. Is for. When both potentials V0 and V1 are read, the amount of received light within the period T can be detected by obtaining the difference ΔV between the two potentials. When the light irradiated to the photodiode PD is relatively weak, the amount of received light is small, so the potential difference ΔV is small. However, when the light being irradiated is relatively strong, the amount of received light is large and the potential difference ΔV is also small. growing.

なお、図11に示す回路は、1つの画素に関する回路であり、実際の固体撮像装置は、このような1画素分の回路を縦横に行列を構成するように多数配置することにより構成される。ここで、リセット信号ラインRST、選択信号ラインSEL、転送信号ラインTNSは、行方向(図の左右方向)に隣接配置された多数の画素についての共通信号線として機能し、一行分の画素について、図12のタイミングチャートで示す動作が同時に実行される。一方、信号出力ラインOUTは、列方向(図の上下方向)に隣接配置された多数の画素についての共通信号線として機能し、一列分の画素が、同一の信号出力ラインOUTを共用することになる。ただ、各行ごとに、それぞれ図12に示す周期Tの位相が少しずつずれるような駆動が行われるため、同一の信号出力ラインOUT上には、第1行目の画素の出力、第2行目の画素の出力、第3行目の画素の出力、……というように、各行の画素に関する検出値が時系列信号として得られることになる。   Note that the circuit shown in FIG. 11 is a circuit relating to one pixel, and an actual solid-state imaging device is configured by arranging a large number of such circuits for one pixel so as to form a matrix vertically and horizontally. Here, the reset signal line RST, the selection signal line SEL, and the transfer signal line TNS function as a common signal line for a large number of pixels arranged adjacent to each other in the row direction (left-right direction in the drawing). The operations shown in the timing chart of FIG. 12 are executed simultaneously. On the other hand, the signal output line OUT functions as a common signal line for a large number of pixels arranged adjacent to each other in the column direction (vertical direction in the figure), and the pixels for one column share the same signal output line OUT. Become. However, since each row is driven so that the phase of the period T shown in FIG. 12 is slightly shifted, the output of the pixel in the first row, the second row on the same signal output line OUT. The detection value for the pixels in each row is obtained as a time-series signal, such as the output of the pixels in this row, the output of the pixels in the third row, and so on.

続いて、この図11に示す構成をもった画素からなる固体撮像装置において、「白とび」現象が生じる理由を図13のタイミングチャートを用いて説明する。この図13のタイミングチャートは、図12のタイミングチャートと同様に、周期Tにおける検出点Qの電位変動と、リセット信号ラインRST、転送信号ラインTNS、選択信号ラインSELの状態を示すものである。ただ、この図13の上段に示すグラフでは、タイミングt2で転送処理が行われたときに、検出点Qの電位が最低レベルVmin まで降下した状態が示されている。検出点Qは、前述したように、一般にフローティングディフュージョン端子と呼ばれている点であり、その電位は、フォトダイオードPDとMOSトランジスタT40の特性に基づいて定まる最低レベルVmin までしか降下できない。別言すれば、初期電位V0に対する電位差には、上限値ΔVmax が存在することになる。   Next, the reason why the “overexposure” phenomenon occurs in the solid-state imaging device including the pixels having the configuration shown in FIG. 11 will be described with reference to the timing chart of FIG. Similar to the timing chart of FIG. 12, the timing chart of FIG. 13 shows the potential fluctuation of the detection point Q in the period T and the states of the reset signal line RST, the transfer signal line TNS, and the selection signal line SEL. However, the graph shown in the upper part of FIG. 13 shows a state in which the potential at the detection point Q drops to the lowest level Vmin when the transfer process is performed at the timing t2. As described above, the detection point Q is generally called a floating diffusion terminal, and its potential can only drop to the minimum level Vmin determined based on the characteristics of the photodiode PD and the MOS transistor T40. In other words, there is an upper limit value ΔVmax in the potential difference with respect to the initial potential V0.

これは、ある強度の光をフォトダイオードPDに照射したときに、タイミングt2の転送時の検出点Qの電位が既に最低レベルVmin に達していた場合には、それより強い光をフォトダイオードPDに照射したとしても、タイミングt2の転送時の検出点Qの電位は、最低レベルVmin より下がることはないことを意味し、当該強度の光について「白とび」現象が発生することになる。   This is because, when the photodiode PD is irradiated with a certain intensity of light, if the potential at the detection point Q during the transfer at the timing t2 has already reached the minimum level Vmin, stronger light is applied to the photodiode PD. This means that the potential at the detection point Q during the transfer at the timing t2 does not fall below the minimum level Vmin even if the irradiation is performed, and the “overexposure” phenomenon occurs with respect to the light having the intensity.

そこで、本発明では、図11に示す回路の代わりに、図14に示す回路を用いるようにする。この図14に示す回路の基本構成は、図11に示す回路の基本構成とほぼ共通している。両者の相違点は、図11に示す回路の場合、電源ラインVDDがMOSトランジスタT10およびT30の双方に接続されているのに対し、図14に示す回路の場合、電源ラインVDDはMOSトランジスタT30のみに接続され、MOSトランジスタT10には、別個のリセット電圧設定ラインL10が接続されている点である。電源ラインVDDが常に一定の電圧を供給する信号線であるのに対し、リセット電圧設定ラインL10は、図示されていない制御回路によって設定された任意の電圧を供給する機能を有している。   Therefore, in the present invention, the circuit shown in FIG. 14 is used instead of the circuit shown in FIG. The basic configuration of the circuit shown in FIG. 14 is substantially the same as the basic configuration of the circuit shown in FIG. The difference between the two is that in the case of the circuit shown in FIG. 11, the power supply line VDD is connected to both the MOS transistors T10 and T30, whereas in the case of the circuit shown in FIG. 14, the power supply line VDD is only the MOS transistor T30. And a separate reset voltage setting line L10 is connected to the MOS transistor T10. The power supply line VDD is a signal line that always supplies a constant voltage, whereas the reset voltage setting line L10 has a function of supplying an arbitrary voltage set by a control circuit (not shown).

このように、リセット電圧設定ラインL10を別個に設けることにより、検出点Qを初期電位V0にリセットするだけでなく、任意の電位となるようなリセットが可能になる。本発明の特徴は、リセット電圧設定ラインL10のこのような機能を利用して、周期T内に必要に応じて2回のリセットを行う点にある。以下、この原理を、図15および図16のタイミングチャートを利用して説明する。これらのタイミングチャートは、図12あるいは図13に示すタイミングチャートと同様に、周期Tにおける検出点Qの電位変動と、リセット信号ラインRST、転送信号ラインTNS、選択信号ラインSELの状態を示すものである。   Thus, by providing the reset voltage setting line L10 separately, not only resetting the detection point Q to the initial potential V0 but also resetting to an arbitrary potential becomes possible. A feature of the present invention resides in that, by using such a function of the reset voltage setting line L10, reset is performed twice as necessary within the period T. Hereinafter, this principle will be described with reference to the timing charts of FIGS. These timing charts show the potential fluctuation at the detection point Q in the period T and the states of the reset signal line RST, the transfer signal line TNS, and the selection signal line SEL, as in the timing chart shown in FIG. is there.

まず、図15のタイミングチャートを見てみる。図示のとおり、転送信号ラインTNS上にはタイミングt1で転送パルスが与えられ、選択信号ラインSEL上には同じくタイミングt1で選択パルスが与えられる。すなわち、所定周期Tごとに、転送パルスと選択パルスとが与えられ、変動点Pから検出点Qへの負電荷の転送を行った上で、検出点Qの電位の読み出しが行われることになる。こうして周期Tごとに読み出される電位(タイミングt1で読み出される電位)と初期電位V0との差が、周期Tにおける受光量を示す値になる。   First, look at the timing chart of FIG. As shown in the figure, a transfer pulse is applied to the transfer signal line TNS at timing t1, and a selection pulse is also applied to the selection signal line SEL at timing t1. That is, a transfer pulse and a selection pulse are given every predetermined period T, and after the negative charge is transferred from the fluctuation point P to the detection point Q, the potential at the detection point Q is read out. . Thus, the difference between the potential read at every cycle T (the potential read at timing t1) and the initial potential V0 becomes a value indicating the amount of received light in the cycle T.

一方、リセットのタイミングは、従来の回路とは異なっており、図示のとおり、リセット信号ラインRST上には、タイミングt1から中間時間M1だけ経過したタイミングt2でリセットパルスが与えられる。図15に示す例の場合、周期T内でのリセットは、このタイミングt2における1回だけであるが、後述する図16に示す例の場合は、タイミングt2とタイミングt4との2回にわたってリセットが行われる。そこで、ここでは便宜上、タイミングt2で行われるリセットを一次リセット、タイミングt4で行われるリセットを二次リセットと呼ぶことにする。   On the other hand, the reset timing is different from that of the conventional circuit, and as shown in the figure, a reset pulse is applied to the reset signal line RST at the timing t2 when the intermediate time M1 has elapsed from the timing t1. In the example shown in FIG. 15, the reset within the period T is only once at the timing t2, but in the example shown in FIG. 16 described later, the reset is performed twice at the timing t2 and the timing t4. Done. Therefore, for the sake of convenience, the reset performed at timing t2 is referred to as a primary reset, and the reset performed at timing t4 is referred to as a secondary reset.

中間時点で行われる処理は、このリセットの処理だけではない。転送信号ラインTNS上には、この中間時点のタイミングt3で転送パルスが与えられる。ここでは、便宜上、タイミングt1で与えられる転送パルスによる転送処理を周期的転送処理と呼び、タイミングt3で与えられる転送パルスによる転送処理を中間転送処理と呼ぶことにする。もっとも、中間転送処理も、周期Tごとに行われる周期的な処理であることには相違ない。また、選択信号ラインSEL上には、中間時点におけるタイミングt2,t3,t4の幅をもった選択パルスが与えられ、各タイミング時における検出点Qの電位がそれぞれ読み出される。   This reset process is not the only process performed at the intermediate point. A transfer pulse is applied to the transfer signal line TNS at the intermediate timing t3. Here, for the sake of convenience, the transfer process using the transfer pulse given at the timing t1 is called a periodic transfer process, and the transfer process using the transfer pulse given at the timing t3 is called an intermediate transfer process. Of course, the intermediate transfer process is also a periodic process performed every period T. On the selection signal line SEL, a selection pulse having a width of timings t2, t3, and t4 at the intermediate time point is given, and the potential of the detection point Q at each timing is read out.

図15に示す例の場合、タイミングt2での一次リセットにより、検出点Qの電位は初期電位V0まで上昇する。続いて、タイミングt3での中間転送処理により、変動点Pに蓄積されていた電荷(タイミングt1〜t3の間に蓄積した負電荷)が検出点Qへ転送され、その結果、転送された電荷量に応じた分だけ検出点Qの電位が降下する。図示の例の場合、初期電位V0から電位V1mまで電位降下が生じている。ここでは、このタイミングt3で読み出された電位V1mを「中間電位」と呼ぶことにする。その後、タイミングt1での周期的転送処理により、再び、変動点Pに蓄積されていた電荷(タイミングt3〜t1の間に蓄積した負電荷)が検出点Qへ転送され、その結果、転送された電荷量に応じた分だけ検出点Qの電位が更に降下する。図示の例の場合、中間電位V1mから電位V1まで電位降下が生じている。このタイミングt1で読み出された電位V1が、当該周期Tにおける受光量を示す値になる(受光量は、V0−V1で求められる)。   In the example shown in FIG. 15, the potential at the detection point Q rises to the initial potential V0 due to the primary reset at the timing t2. Subsequently, by the intermediate transfer process at the timing t3, the charges accumulated at the fluctuation point P (negative charges accumulated during the timings t1 to t3) are transferred to the detection point Q. As a result, the transferred charge amount The potential at the detection point Q drops by an amount corresponding to. In the illustrated example, a potential drop occurs from the initial potential V0 to the potential V1m. Here, the potential V1m read at the timing t3 is referred to as an “intermediate potential”. After that, by the periodic transfer process at the timing t1, the charge accumulated at the fluctuation point P (the negative charge accumulated between the timings t3 and t1) is again transferred to the detection point Q, and as a result, transferred. The potential at the detection point Q further drops by an amount corresponding to the amount of charge. In the illustrated example, a potential drop occurs from the intermediate potential V1m to the potential V1. The potential V1 read at the timing t1 becomes a value indicating the amount of received light in the period T (the amount of received light is obtained by V0−V1).

このように、中間時点において中間電位V1mを読み出すのは、当該中間電位V1mが、所定の基準電位Vxよりも大きいか小さいかを判定するためである。基準電位Vxは、§2で述べた実施形態の場合と同様に、初期電位V0より低い所定の値として予め設定された電位である。図15に示す例の場合、Vx=1/2・V0なる設定を行っており、上段のグラフに一点鎖線で示すレベルが、基準電位Vxに相当する。この例では、中間電位V1mは基準電位Vxよりも大きい。   Thus, the intermediate potential V1m is read at the intermediate time point in order to determine whether the intermediate potential V1m is larger or smaller than the predetermined reference potential Vx. The reference potential Vx is a potential set in advance as a predetermined value lower than the initial potential V0, as in the embodiment described in §2. In the example shown in FIG. 15, Vx = ½ · V0 is set, and the level indicated by the alternate long and short dash line in the upper graph corresponds to the reference potential Vx. In this example, the intermediate potential V1m is larger than the reference potential Vx.

ここに示す実施形態では、このように中間時点(タイミングt3)において中間電位を読み出し、読み出した中間電位が基準電位Vx以上であった場合には、この中間時点では特に何もせずに、周期Tが終了するタイミングt1で読み出された電位V1と初期電位V0との差を、周期Tの期間における受光量として検出する。一方、中間時点で読み出した中間電位が基準電位Vx未満であった場合には、タイミングt4における二次リセット処理が付加される。以下、この場合の処理を、図16のタイミングチャートを参照しながら説明する。   In the embodiment shown here, when the intermediate potential is read at the intermediate time point (timing t3) and the read intermediate potential is equal to or higher than the reference potential Vx, nothing is done at this intermediate time point, and the period T The difference between the potential V1 read at the timing t1 when the process ends and the initial potential V0 is detected as the amount of received light in the period T. On the other hand, when the intermediate potential read at the intermediate time point is lower than the reference potential Vx, the secondary reset process at the timing t4 is added. Hereinafter, the processing in this case will be described with reference to the timing chart of FIG.

図16に示す例の場合も、まず、タイミングt2での一次リセットにより、検出点Qの電位が初期電位V0まで上昇する。続いて、タイミングt3での中間転送処理により、変動点Pに蓄積されていた電荷が検出点Qへ転送され、検出点Qの電位は、初期電位V0から中間電位V4mまで降下する。この中間電位V4mは基準電位Vxよりも低いため、タイミングt4において二次リセットが行われる。   Also in the example shown in FIG. 16, first, the potential at the detection point Q rises to the initial potential V0 by the primary reset at the timing t2. Subsequently, by the intermediate transfer process at the timing t3, the charge accumulated at the variation point P is transferred to the detection point Q, and the potential of the detection point Q drops from the initial potential V0 to the intermediate potential V4m. Since the intermediate potential V4m is lower than the reference potential Vx, a secondary reset is performed at timing t4.

タイミングt4で行われる二次リセットは、タイミングt2で行われる一次リセットと同様に、リセット信号ラインRSTにリセットパルスを与え、MOSトランジスタT1を一時的ON状態にして、変動点Pの電位を強制的に引き上げる処理であるが、変動点Pの電位を初期電位V0まで引き上げるのではなく、基準電位Vxまで引き上げるようにする点に特徴がある。たとえば、図16に示す例の場合、タイミングt2における一次リセットによって、検出点Qの電位は初期電位V0まで上昇するが、続くタイミングt3における中間転送処理によって、検出点Qの電位は中間電位V4mまで降下する。そして、タイミングt4における二次リセットによって、検出点Qの電位は基準電位Vxまで上昇する。最終的には、周期Tが終了したタイミングt1における周期的転送処理によって、検出点Qの電位は電位V4まで下降する。このタイミングt1で読み出された電位V4が、当該周期Tにおける受光量を示す値になる(受光量は、V0−V4で求められる)。   Similar to the primary reset performed at timing t2, the secondary reset performed at timing t4 gives a reset pulse to the reset signal line RST, temporarily turns on the MOS transistor T1, and forcibly sets the potential at the variation point P. However, the process is characterized in that the potential at the fluctuation point P is not raised to the initial potential V0 but is raised to the reference potential Vx. For example, in the example shown in FIG. 16, the potential at the detection point Q rises to the initial potential V0 by the primary reset at the timing t2, but the potential at the detection point Q reaches the intermediate potential V4m by the intermediate transfer process at the subsequent timing t3. Descend. Then, the secondary reset at the timing t4 raises the potential at the detection point Q to the reference potential Vx. Finally, the potential at the detection point Q drops to the potential V4 by the periodic transfer process at the timing t1 when the cycle T ends. The potential V4 read at the timing t1 becomes a value indicating the amount of received light in the period T (the amount of received light is obtained by V0-V4).

このような二次リセットの実行により、タイミングt3の時点における検出点Qの電位に、いわば下駄を履かせる効果が得られる。すなわち、二次リセットによって、中間電位V4mから基準電位Vxまで電位が上昇し、両者の差電圧(Vx−V4m)だけ、電位が底上げされたことになる。これにより、検出点Qの電位が最低レベルVmin に達してしまうことを防ぐことができる。たとえば、図16に示す例において、もし二次リセットを行わなかったとすると、タイミングt1の周期的転送処理の直前の検出点Qの電位はV4mとなるので、周期的転送処理に起因する電圧降下により、検出点Qの電位は最低レベルVmin に達してしまい、いわゆる「白とび」現象が生じてしまう。二次リセットを行うことにより、このような「白とび」現象を抑制することができるようになる。   By executing such a secondary reset, an effect of putting clogs on the potential of the detection point Q at the timing t3 is obtained. That is, by the secondary reset, the potential increases from the intermediate potential V4m to the reference potential Vx, and the potential is raised by the difference voltage (Vx−V4m) between the two. As a result, the potential at the detection point Q can be prevented from reaching the minimum level Vmin. For example, in the example shown in FIG. 16, if the secondary reset is not performed, the potential at the detection point Q immediately before the periodic transfer process at timing t1 is V4m. The potential at the detection point Q reaches the minimum level Vmin, and a so-called “overexposed” phenomenon occurs. By performing the secondary reset, it becomes possible to suppress such a “whiteout” phenomenon.

結局、ここで述べる実施形態の場合も、光強度が比較的高い部分に関するダイナミックレンジが広げられたことになり、図10に実線のグラフで示されている効果が得られる。このとき、§2で述べた実施形態と同様に、中間時点の設定と基準電位の設定とが、ダイナミックレンジの広がりを決定するためのパラメータになる。   Eventually, also in the embodiment described here, the dynamic range relating to the portion having a relatively high light intensity is expanded, and the effect shown by the solid line graph in FIG. 10 is obtained. At this time, as in the embodiment described in §2, the setting of the intermediate time point and the setting of the reference potential are parameters for determining the expansion of the dynamic range.

図14に示す回路は、図16に示す検出動作を行うのに適した構成を有している。まず、図14に示すリセット信号ラインRSTには、図16のRST欄に示すようなタイミングでリセットパルスが与えられ、MOSトランジスタT10を一時的ON状態にすることになる。このとき、リセットパルス自体に相違はないものの、タイミングt2で行われる一次リセットと、タイミングt4で行われる二次リセットとでは、上述したように、それぞれ異なる態様のリセット処理が行われる。すなわち、タイミングt2の一次リセットでは、検出点Qを初期電位V0とする処理が行われるのに対し、タイミングt4の二次リセットでは、検出点Qを基準電位Vxとする処理が行われる。   The circuit shown in FIG. 14 has a configuration suitable for performing the detection operation shown in FIG. First, a reset pulse is given to the reset signal line RST shown in FIG. 14 at the timing shown in the RST column of FIG. 16, and the MOS transistor T10 is temporarily turned on. At this time, although there is no difference in the reset pulse itself, as described above, different types of reset processing are performed for the primary reset performed at the timing t2 and the secondary reset performed at the timing t4. That is, in the primary reset of the timing t2, the process of setting the detection point Q to the initial potential V0 is performed, whereas in the secondary reset of the timing t4, the process of setting the detection point Q to the reference potential Vx is performed.

図14に示す回路において、リセット電圧設定ラインL10が設けられているのは、任意の電圧でリセットを行うことができるようにするためである。すなわち、タイミングt2で一次リセットを行う際には、リセット電圧設定ラインL10を電源ラインVDDと同様の電源電圧にしておけばよい。そうすれば、図14の回路は図11に示す従来の回路と同等になり、MOSトランジスタT10がONになると、検出点Qは電源電圧VDDに近い初期電位V0となるようにリセットされる(トランジスタT10のしきい値電圧をVthとすれば、初期電位V0=VDD−Vth)。一方、タイミングt4で二次リセットを行う際には、リセット電圧設定ラインL10を基準電圧Vxより若干高い所定電圧(トランジスタT10のしきい値電圧をVthとすれば、基準電圧VxよりVthだけ高い電圧)にしておけばよい。そうすれば、MOSトランジスタT10がONになると、検出点Qは基準電圧Vxとなるようにリセットされる。   In the circuit shown in FIG. 14, the reset voltage setting line L10 is provided so that the reset can be performed with an arbitrary voltage. That is, when performing the primary reset at the timing t2, the reset voltage setting line L10 may be set to the same power supply voltage as the power supply line VDD. Then, the circuit of FIG. 14 becomes equivalent to the conventional circuit shown in FIG. 11, and when the MOS transistor T10 is turned on, the detection point Q is reset to the initial potential V0 close to the power supply voltage VDD (transistor If the threshold voltage of T10 is Vth, the initial potential V0 = VDD−Vth). On the other hand, when performing the secondary reset at timing t4, the reset voltage setting line L10 is a predetermined voltage slightly higher than the reference voltage Vx (a voltage higher than the reference voltage Vx by Vth if the threshold voltage of the transistor T10 is Vth). ). Then, when the MOS transistor T10 is turned on, the detection point Q is reset to the reference voltage Vx.

リセット電圧設定ラインL10は、同じ列に配置された複数の画素(図において上下方向に隣接配置された複数の画素)について共通の信号線として用意されているのに対し、リセット信号ラインRSTは、同じ行に配置された複数の画素(図において左右方向に隣接配置された複数の画素)について共通の信号線として用意されているため、リセット信号ラインRSTに与えるリセットパルスのタイミングと、リセット電圧設定ラインL10に所望の電圧を供給するタイミングとを合わせることにより、二次元行列状に配置された多数の画素のうちの特定の画素を特定の電圧でリセットすることが可能になる。   The reset voltage setting line L10 is prepared as a common signal line for a plurality of pixels (a plurality of pixels adjacently arranged in the vertical direction in the figure) arranged in the same column, whereas the reset signal line RST is Since a plurality of pixels arranged in the same row (a plurality of pixels arranged adjacent in the horizontal direction in the figure) are prepared as a common signal line, the timing of the reset pulse applied to the reset signal line RST and the reset voltage setting By matching the timing for supplying a desired voltage to the line L10, it is possible to reset a specific pixel of a large number of pixels arranged in a two-dimensional matrix with a specific voltage.

なお、ここに述べる実施形態では、一次リセットはタイミングt2で必ず行われることになるが、二次リセットは必ず行われるわけではない。上述したように、中間時点(タイミングt3)で読み出した中間電位が、基準電位Vx以上であった場合(たとえば、図15の場合)は、二次リセットは行われない。二次リセットが行われるのは、読み出した中間電位が、基準電位Vx未満であった場合(たとえば、図16の場合)ということになる。したがって、実際には、タイミングt3において読み出された中間電位を基準電位Vxと比較する演算を行った上で、二次リセットを行うか否かの判断を行う処理が必要になる。   In the embodiment described here, the primary reset is always performed at the timing t2, but the secondary reset is not necessarily performed. As described above, when the intermediate potential read at the intermediate time point (timing t3) is equal to or higher than the reference potential Vx (for example, in the case of FIG. 15), the secondary reset is not performed. The secondary reset is performed when the read intermediate potential is less than the reference potential Vx (for example, in the case of FIG. 16). Therefore, actually, it is necessary to perform a process of comparing the intermediate potential read at timing t3 with the reference potential Vx and then determining whether or not to perform secondary reset.

上述したように、リセット電圧設定ラインL10を所定の電圧に設定した状態でリセットを行えば、検出点Qを所望の電位に設定することが可能になる。ただ、実用上は、検出点Qを所望の電位に正確に設定するためには、検出点Qの電位読出値に基づくフィードバック制御を伴うリセット処理を行うようにするのが好ましい。このフィードバック制御に関しては、§6において、実例を示しながら詳述する。   As described above, if reset is performed with the reset voltage setting line L10 set to a predetermined voltage, the detection point Q can be set to a desired potential. However, in practice, in order to accurately set the detection point Q to a desired potential, it is preferable to perform a reset process with feedback control based on the potential read value of the detection point Q. This feedback control will be described in detail in Section 6 with an example.

図15および図16のタイミングチャートに示す選択信号ラインSEL上には、タイミングt1で与えられる選択パルスの他に、タイミングt2,t3,t4の期間幅をもった選択パルスが与えられている。ここで、前者の選択パルスは、周期的転送処理時における検出点Qの電位(図15の例ではV1、図16の例ではV4)を読み出すためのものである。一方、後者の選択パルスは、中間時点における各処理を行うためのものである。具体的には、タイミングt2の部分は、一次リセット時における検出点Qの電位V0を読み出すためのものであり、タイミングt3の部分は、中間転送処理時における検出点Qの電位(図15の例ではV1m、図16の例ではV4m)を読み出すためのものである。また、タイミングt4の部分は、二次リセット時における検出点Qの電位(図16の例ではVx)を読み出すためのものである。このタイミングt4の二次リセット時における検出点Qの電位は、本発明の本質的な動作上は不要な情報であるが、上述したフィードバック制御を行うために利用される。   On the selection signal line SEL shown in the timing charts of FIGS. 15 and 16, a selection pulse having a period width of timings t2, t3, and t4 is given in addition to the selection pulse given at timing t1. Here, the former selection pulse is for reading the potential of the detection point Q (V1 in the example of FIG. 15, V4 in the example of FIG. 16) during the periodic transfer process. On the other hand, the latter selection pulse is for performing each processing at the intermediate time point. Specifically, the portion at timing t2 is for reading the potential V0 at the detection point Q at the time of primary reset, and the portion at timing t3 is the potential at the detection point Q at the time of intermediate transfer processing (example in FIG. 15). Is for reading V1m and V4m) in the example of FIG. The portion at timing t4 is for reading the potential at the detection point Q at the time of secondary reset (Vx in the example of FIG. 16). The potential at the detection point Q at the time of the secondary reset at the timing t4 is unnecessary information for the essential operation of the present invention, but is used for performing the feedback control described above.

<<< §4. リセット動作を統一する変形例 >>>
これまで、§2において3トランジスタ型の基本的実施形態を述べ、§3において4トランジスタ型の基本的実施形態を述べた。ここでは、これらの基本的実施形態におけるリセット動作の態様を変えた変形例を述べる。
<<< §4. Modified example to unify reset operation >>>
So far, in §2, a three-transistor type basic embodiment has been described, and in §3, a four-transistor type basic embodiment has been described. Here, a modified example in which the mode of the reset operation in these basic embodiments is changed will be described.

まず、§2で述べた3トランジスタ型の実施形態の変形例を述べる。既に述べたとおり、この3トランジスタ型の基本的実施形態の特徴は、中間時点で読み出した変動点Pの中間電位が、基準電位Vx以上であった場合には中間リセットを行わないが(たとえば、図5,図6)、基準電位Vx未満であった場合には中間リセットを行う(たとえば、図7,図8)という点にある。   First, a modification of the three-transistor type embodiment described in §2 will be described. As described above, the basic feature of this three-transistor type is that an intermediate reset is not performed when the intermediate potential of the fluctuation point P read at the intermediate time is equal to or higher than the reference potential Vx (for example, 5 and 6), when the potential is lower than the reference potential Vx, an intermediate reset is performed (for example, FIGS. 7 and 8).

ここで、中間電位が基準電位Vxより大きいか、小さいかは、当該画素にその時点で照射されている光の強度に依存して定まる事項であるので、当然、個々の画素ごとに異なり、また、時間的にも異なる事項である。したがって、中間リセットを行うか否かは、個々の画素ごとにそれぞれ独立して判断すべき事項であり、また、同一の画素であっても、個々の周期Tごとに独立して判断すべき事項である。その結果、固体撮像装置を構成する多数の画素の中に、中間リセットを行う画素と行わない画素とが混在することになり、中間時点でリセットパルスを与えるべき画素と与えるべきでない画素とが混在することになる。たとえば、図5,図6のタイミングチャートでは、タイミングt3におけるリセットパルスは存在しないが、図7,図8のタイミングチャートでは、タイミングt3におけるリセットパルスが存在する。   Here, whether the intermediate potential is larger or smaller than the reference potential Vx is a matter determined depending on the intensity of the light irradiated to the pixel at that time, and therefore naturally differs for each pixel. It is a matter that is different in time. Therefore, whether or not to perform an intermediate reset is a matter to be determined independently for each individual pixel, and even for the same pixel, a matter to be determined independently for each period T. It is. As a result, among the many pixels constituting the solid-state imaging device, pixels that perform intermediate reset and pixels that do not perform are mixed, and pixels that should be given reset pulses and those that should not be given at the middle time are mixed. Will do. For example, in the timing charts of FIGS. 5 and 6, there is no reset pulse at timing t3, but in the timing charts of FIGS. 7 and 8, there is a reset pulse at timing t3.

もちろん、タイミングt2で読み出した中間電位の値を基準電位Vxと比較し、その結果に基づいて、個々の画素ごとに、タイミングt3におけるリセットパルスを与えるか否かを制御することは、技術的に十分可能である。しかしながら、実用上は、このような制御を、たとえばトランジスタを用いて実施する構成にすると、中間リセット用のリセットパルスを制御するためのトランジスタを付加する必要が生じてくる。ここで述べる変形例は、中間リセット用のリセットパルスを与えるか与えないか、という制御を省略することにより、実用上、単純な回路構成で本発明を実現するための工夫に関するものである。   Of course, it is technically possible to control whether or not to apply a reset pulse at timing t3 for each individual pixel based on the result of comparing the value of the intermediate potential read at timing t2 with the reference potential Vx. It is possible enough. However, in practice, when such a control is implemented using, for example, a transistor, it becomes necessary to add a transistor for controlling the reset pulse for intermediate reset. The modification described here relates to a device for realizing the present invention with a practically simple circuit configuration by omitting the control of whether or not to provide a reset pulse for intermediate reset.

本願発明者の着眼点は、原理的には中間リセットを行う必要がない場合であっても、便宜的に、中間リセットを行うようにする、という発想にある。そうすれば、常に、すべての画素について、すべての周期Tにおいて、中間リセットが行われるようになるので、中間リセットを行うか否かという各画素ごとの各周期ごとの制御は不要になる。具体的には、ここで述べる変形例では、たとえば、図5および図6に示すリセット信号RSTにも、タイミングt3における中間リセット用のリセットパルスが付加されることになり、結局、図7および図8に示すリセット信号RSTと同じになる。このように、すべての画素に、常に同じリセット信号RSTを供給するようにすれば、リセット動作を統一することができ、リセットパルス供給用の回路構成を単純化することができる。   The inventor focuses on the idea that even if it is not necessary to perform an intermediate reset in principle, the intermediate reset is performed for convenience. By doing so, since the intermediate reset is always performed for all the pixels in all the cycles T, it is not necessary to perform the control for each pixel for each pixel as to whether or not to perform the intermediate reset. Specifically, in the modification described here, for example, a reset pulse for intermediate reset at timing t3 is also added to the reset signal RST shown in FIGS. 5 and 6, and eventually, FIG. 7 and FIG. This is the same as the reset signal RST shown in FIG. In this way, if the same reset signal RST is always supplied to all the pixels, the reset operation can be unified and the circuit configuration for supplying the reset pulse can be simplified.

ただし、原理的には中間リセットを行う必要がない画素に対しては、中間リセットを行わなかったときと同等の状態が維持されるようにしなければ、§2で述べた原理に基づく正しい検出を行うことはできない。たとえば、図5に示す例の場合、中間電位V1mは基準電位Vx以上であるので、本来は、中間リセットを行う必要がない。そこで、中間電位V1mが基準電位Vx以上である場合には、変動点Pの電位が基準電位Vxとなるような中間リセットを行う代わりに、変動点Pの電位が中間電位V1mとなるような中間リセットを行うようにする。   However, correct detection based on the principle described in §2 should be performed for pixels that do not need to be subjected to intermediate reset unless the state equivalent to that when intermediate reset is not performed is maintained. Can't do it. For example, in the example shown in FIG. 5, since the intermediate potential V1m is equal to or higher than the reference potential Vx, it is not necessary to perform an intermediate reset. Therefore, when the intermediate potential V1m is equal to or higher than the reference potential Vx, instead of performing an intermediate reset such that the potential at the changing point P becomes the reference potential Vx, an intermediate at which the potential at the changing point P becomes the intermediate potential V1m. Do a reset.

たとえば、図5に示す例の場合、タイミングt3において中間リセットが行われることになるが、このとき、変動点Pの電位が、直前のタイミングt2で読み出した中間電位V1mとなるようなリセットを行うのである。具体的には、タイミングt3において、図4のMOSトランジスタT1のゲートにリセットパルスを与える際に、リセット電圧設定ラインL1の電圧を中間電位V1mより若干高い値(トランジスタT1のしきい値電圧をVthとした場合、V1m+Vthなる電圧)に維持しておけばよい。結局、この場合の中間リセットは、直前に読み出した変動点Pの中間電位V1mを、そのまま変動点Pの新たな電位として書き込むリフレッシュ操作という意味をもつことになる。したがって、変動点Pの電位変動は、図5上段のタイミングチャートに示したものと変わりなく、タイミングt0において読み出される電位V1にも変わりはない。   For example, in the example shown in FIG. 5, an intermediate reset is performed at the timing t3. At this time, the reset is performed such that the potential at the variation point P becomes the intermediate potential V1m read at the immediately preceding timing t2. It is. Specifically, when a reset pulse is applied to the gate of the MOS transistor T1 in FIG. 4 at timing t3, the voltage of the reset voltage setting line L1 is slightly higher than the intermediate potential V1m (the threshold voltage of the transistor T1 is set to Vth). In this case, the voltage V1m + Vth may be maintained. Eventually, the intermediate reset in this case means a refresh operation in which the intermediate potential V1m of the fluctuation point P read immediately before is written as a new potential of the fluctuation point P as it is. Therefore, the potential fluctuation at the fluctuation point P is not different from that shown in the timing chart in the upper part of FIG. 5, and the potential V1 read at the timing t0 is not changed.

結局、この変形例の要点は、すべての画素について、すべての周期Tにおいて、タイミングt3における中間リセットを行うようにするが、タイミングt2で読み出した中間電位が、基準電位Vx未満である場合には、変動点Pの電位が基準電位Vxとなるようなリセットを行い、基準電位Vx以上である場合には、変動点Pの電位がタイミングt2で読み出した中間電位となるようなリセットを行う、ということになる。   After all, the main point of this modification is that an intermediate reset at timing t3 is performed for all pixels at all periods T, but when the intermediate potential read at timing t2 is less than the reference potential Vx. The reset is performed so that the potential at the variation point P becomes the reference potential Vx, and when the potential is equal to or higher than the reference potential Vx, the reset is performed so that the potential at the variation point P becomes the intermediate potential read at the timing t2. It will be.

上述したリセット動作を統一する変形例は、§3で述べた4トランジスタ型の実施形態にも適用可能である。既に述べたとおり、4トランジスタ型の基本的実施形態の特徴は、中間時点で読み出した検出点Qの中間電位が、基準電位Vx以上であった場合には二次リセットを行わないが(たとえば、図15)、基準電位Vx未満であった場合には二次リセットを行う(たとえば、図16)という点にある。したがって、固体撮像装置を構成する多数の画素の中に、二次リセットを行う画素と行わない画素とが混在することになる。   The above-described modification that unifies the reset operation can also be applied to the four-transistor type embodiment described in §3. As described above, the basic feature of the four-transistor type is that the secondary reset is not performed when the intermediate potential of the detection point Q read at the intermediate time is equal to or higher than the reference potential Vx (for example, 15), when the potential is less than the reference potential Vx, secondary reset is performed (for example, FIG. 16). Therefore, among a large number of pixels constituting the solid-state imaging device, pixels that perform the secondary reset and pixels that do not perform the mixing are mixed.

そこで、この4トランジスタ型の場合には、原理的には二次リセットを行う必要がない場合であっても、便宜的に、二次リセットを行うようにすればよい。その結果、すべての画素について、すべての周期Tの中間時点において、一次リセットと二次リセットとの双方が実行されることになり、リセットパルス供給用の回路構成を単純化することができる。   Therefore, in the case of the four-transistor type, even if it is not necessary to perform the secondary reset in principle, the secondary reset may be performed for convenience. As a result, both the primary reset and the secondary reset are executed for all the pixels at the intermediate point of all the periods T, and the circuit configuration for supplying the reset pulse can be simplified.

ただし、この場合も、原理的には二次リセットを行う必要がない画素に対しては、二次リセットを行わなかったときと同等の状態が維持されるようにしなければ、§3で述べた原理に基づく正しい検出を行うことはできない。そこで、中間電位が基準電位Vx以上である場合には、検出点Qの電位が基準電位Vxとなるような二次リセットを行う代わりに、検出点Qの電位が中間電位となるような二次リセットを行うようにする。   However, in this case as well, for pixels that do not need to be reset in principle, as described in §3 unless the same state as when the secondary reset is not maintained is maintained. Correct detection based on the principle cannot be performed. Therefore, when the intermediate potential is equal to or higher than the reference potential Vx, instead of performing a secondary reset such that the potential at the detection point Q becomes the reference potential Vx, a secondary where the potential at the detection point Q becomes the intermediate potential. Do a reset.

たとえば、図15に示す例の場合、タイミングt2における一次リセットの後、タイミングt4において二次リセットが行われることになるが、このとき、検出点Qの電位が、直前のタイミングt3で読み出した中間電位V1mとなるようなリセットを行うのである。具体的には、タイミングt4において、図14のMOSトランジスタT10のゲートにリセットパルスを与える際に、リセット電圧設定ラインL10の電圧を中間電位V1mより若干高い値(トランジスタT10のしきい値電圧をVthとした場合、V1m+Vthなる電圧)に維持しておけばよい。結局、この場合の二次リセットは、直前に読み出した検出点Qの中間電位V1mを、そのまま検出点Qの新たな電位として書き込むリフレッシュ操作という意味をもつことになる。したがって、検出点Qの電位変動は、図15上段のタイミングチャートに示したものと変わりなく、タイミングt1において読み出される電位V1にも変わりはない。   For example, in the example shown in FIG. 15, after the primary reset at the timing t2, the secondary reset is performed at the timing t4. At this time, the potential at the detection point Q is the intermediate read out at the immediately preceding timing t3. The reset is performed so that the potential becomes V1m. Specifically, when a reset pulse is applied to the gate of the MOS transistor T10 in FIG. 14 at timing t4, the voltage of the reset voltage setting line L10 is slightly higher than the intermediate potential V1m (the threshold voltage of the transistor T10 is set to Vth). In this case, the voltage V1m + Vth may be maintained. Eventually, the secondary reset in this case means a refresh operation in which the intermediate potential V1m of the detection point Q read immediately before is written as a new potential of the detection point Q as it is. Therefore, the potential fluctuation at the detection point Q is not different from that shown in the upper timing chart of FIG. 15, and the potential V1 read at the timing t1 is not changed.

結局、この変形例の要点は、すべての画素について、すべての周期Tにおいて、タイミングt4における二次リセットを行うようにするが、タイミングt3で読み出した中間電位が、基準電位Vx未満である場合には、検出点Qの電位が基準電位Vxとなるようなリセットを行い、基準電位Vx以上である場合には、検出点Qの電位がタイミングt3で読み出した中間電位となるようなリセットを行う、ということになる。   After all, the main point of this modification is that secondary reset at timing t4 is performed for all pixels at all periods T, but the intermediate potential read at timing t3 is less than the reference potential Vx. Performs reset so that the potential at the detection point Q becomes the reference potential Vx, and when the potential is equal to or higher than the reference potential Vx, performs reset so that the potential at the detection point Q becomes the intermediate potential read at timing t3. It turns out that.

<<< §5. 3トランジスタ型の回路に適した制御系 >>>
これまで、本発明に係る固体撮像装置の構成を、その1画素分の回路を示して説明した。ここでは、この1画素分の回路を制御するための制御系の回路を含めた具体的な実施形態を述べる。
<<< §5. Control system suitable for 3-transistor type circuit >>>
So far, the configuration of the solid-state imaging device according to the present invention has been described by showing the circuit for one pixel. Here, a specific embodiment including a control system circuit for controlling the circuit for one pixel will be described.

図17は、図4に示す3トランジスタ型の回路に制御系回路を付加した実施形態を示す回路図である。図17の上半分に示した1画素分の回路は、図4に示す回路と全く同一であり、下半分に示す回路は、1列分の画素(図の上下方向に並んだ複数の画素)について共通して利用される制御回路である。差動増幅器A1は、2つのアナログ入力信号の差を零にするような制御出力を行う制御素子であり、「−」マークが記された入力端子に与えられた電圧が「+」マークが記された入力端子に与えられた電圧よりも大きかった場合には、出力電圧を低下させる方向への制御を行い、逆に、「−」マークが記された入力端子に与えられた電圧が「+」マークが記された入力端子に与えられた電圧よりも小さかった場合には、出力電圧を上昇させる方向への制御を行う。ただし、必要に応じて、極性切替信号SWによって、両入力端子の「+/−」の極性を切り替え、図示の状態に対して極性を反転させることができる。すなわち、図示の状態では、上が「−」、下が「+」になっているが、反転させると、上が「+」、下が「−」になる。   FIG. 17 is a circuit diagram showing an embodiment in which a control system circuit is added to the three-transistor type circuit shown in FIG. The circuit for one pixel shown in the upper half of FIG. 17 is exactly the same as the circuit shown in FIG. 4, and the circuit shown in the lower half is a pixel for one column (a plurality of pixels arranged in the vertical direction in the figure). Is a control circuit used in common. The differential amplifier A1 is a control element that performs control output so that the difference between two analog input signals is zero, and a voltage applied to an input terminal marked with a “−” mark is marked with a “+” mark. If the voltage is higher than the voltage applied to the input terminal, the output voltage is controlled to decrease, and conversely, the voltage applied to the input terminal marked with the “−” mark is “+”. If the voltage is smaller than the voltage applied to the input terminal marked with “”, control is performed in the direction of increasing the output voltage. However, if necessary, the polarity switching signal SW can be used to switch the polarity of “+/−” of both input terminals to invert the polarity with respect to the illustrated state. That is, in the state shown in the figure, the upper part is “−” and the lower part is “+”. However, when inverted, the upper part is “+” and the lower part is “−”.

矩形のブロックで示したT5,T6,T7は、ON/OFF制御が可能なトランジスタである。いずれもON状態では、左右の結線が導通状態となり、OFF状態では、左右の結線が絶縁状態となる。また、C2は、信号出力ラインOUT上に読み出した電圧を一時的に記憶するための容量素子であり、B1は、信号出力ラインOUT上に読み出した電圧と参照電圧Vref との比較結果を一時的に記憶するための1ビットメモリである。もちろん、この1ビットメモリB1は、実用上は、多数ビットを記憶する機能をもったメモリの1ビット分を利用して構成することができる。   T5, T6, and T7 indicated by rectangular blocks are transistors capable of ON / OFF control. In both cases, the left and right connections are in a conductive state in the ON state, and in the OFF state, the left and right connections are in an insulated state. C2 is a capacitive element for temporarily storing the voltage read on the signal output line OUT, and B1 temporarily stores the comparison result between the voltage read on the signal output line OUT and the reference voltage Vref. This is a 1-bit memory for storing data. Of course, the 1-bit memory B1 can be configured by using one bit of a memory having a function of storing a large number of bits.

ここに示す制御回路は、§2で述べた3トランジスタ型の実施形態に、§4で述べた変形例(リセット動作の統一)を適用する場合に適した制御回路である。この変形例では、リセット電圧設定ラインL1の電圧を次の3通りのケースに分けて制御する必要がある。   The control circuit shown here is a control circuit suitable for the case where the modification example (unification of reset operation) described in §4 is applied to the three-transistor type embodiment described in §2. In this modification, it is necessary to control the voltage of the reset voltage setting line L1 by dividing it into the following three cases.

まず、第1のケースは、図7に示すリセット信号RSTのタイミングt1における周期的リセットの場合である。この場合、リセット電圧設定ラインL1の電圧を、「変動点Pを初期電位V0にリセットするために必要な所定電圧」に設定する必要がある。第2のケースは、図7に示すリセット信号RSTのタイミングt3における中間リセットを行う場合であって、その直前のタイミングt2で読み出した中間電位が基準電位Vx未満であった場合である。この場合、リセット電圧設定ラインL1の電圧を、「変動点Pを基準電位Vxにリセットするために必要な所定電圧」に設定する必要がある。そして、第3のケースは、図7に示すリセット信号RSTのタイミングt3における中間リセットを行う場合であって、その直前のタイミングt2で読み出した中間電位が基準電位Vx以上であった場合(原理的には、中間リセットを行う必要のない場合)である。この場合、リセット電圧設定ラインL1の電圧を、「変動点Pを、その直前のタイミングt2で読み出した中間電位にリセットするために必要な所定電圧」に設定する必要がある。   First, the first case is a case of periodic reset at the timing t1 of the reset signal RST shown in FIG. In this case, it is necessary to set the voltage of the reset voltage setting line L1 to “a predetermined voltage necessary for resetting the variation point P to the initial potential V0”. The second case is a case where an intermediate reset is performed at the timing t3 of the reset signal RST shown in FIG. 7, and the intermediate potential read at the timing t2 immediately before that is less than the reference potential Vx. In this case, it is necessary to set the voltage of the reset voltage setting line L1 to “a predetermined voltage necessary for resetting the variation point P to the reference potential Vx”. The third case is a case where an intermediate reset is performed at the timing t3 of the reset signal RST shown in FIG. 7, and the intermediate potential read at the timing t2 immediately before is the reference potential Vx or more (in principle) In the case where there is no need to perform an intermediate reset). In this case, it is necessary to set the voltage of the reset voltage setting line L1 to “a predetermined voltage necessary for resetting the fluctuation point P to the intermediate potential read at the timing t2 immediately before it”.

図17の下半分に示す制御回路を用いれば、上記3通りのケースにおける電圧制御を正確に行うことが可能になる。これは、この制御回路が、信号出力ラインOUT上に得られた電位読出値に基づくフィードバック制御を行う機能を有しているからである。すなわち、第1のケースでは、変動点Pが初期電位V0となるようなリセットを行い、第2のケースでは、変動点Pが基準電位Vxとなるようなリセットを行い、第3のケースでは、変動点Pが直前に読み出した中間電位となるようなリセットを行う必要があるが、いずれのケースについても、リセット期間中(リセットパルスの幅に相当する期間中)に、変動点Pの電位を信号出力ラインOUT上に読み出して逐次モニタし、この読み出した値が所定の目標値となるように、リセット電圧設定ラインL1の電圧を制御することにより、変動点Pの電位が所望の値となるような正確なリセット動作が可能になる。   If the control circuit shown in the lower half of FIG. 17 is used, voltage control in the above three cases can be accurately performed. This is because the control circuit has a function of performing feedback control based on the potential read value obtained on the signal output line OUT. That is, in the first case, resetting is performed so that the variation point P becomes the initial potential V0, in the second case, resetting is performed so that the variation point P becomes the reference potential Vx, and in the third case, It is necessary to perform reset so that the fluctuation point P becomes the intermediate potential read immediately before. In any case, the potential at the fluctuation point P is set during the reset period (during the period corresponding to the width of the reset pulse). Reading on the signal output line OUT and sequentially monitoring it, and controlling the voltage of the reset voltage setting line L1 so that the read value becomes a predetermined target value, the potential at the variation point P becomes a desired value. Such an accurate reset operation becomes possible.

まず、初期電位V0へのリセットが必要な第1のケースでは、トランジスタT5,T7をON状態、トランジスタT6をOFF状態にし、参照電圧Vref として、初期電位V0に対応した電圧(変動点Pが初期電位V0であるときに、信号出力ラインOUT上に出力される電圧)を入力する。この参照電圧Vref としては、DA変換器などのアナログ出力を利用すればよい。たとえば、8ビットのDA変換器を利用すれば、0〜255のデジタル値に応じて、256段階の任意のアナログ電圧を参照電圧Vref として生成することができる。   First, in the first case where resetting to the initial potential V0 is necessary, the transistors T5 and T7 are turned on, the transistor T6 is turned off, and the voltage corresponding to the initial potential V0 (the fluctuation point P is the initial value) is set as the reference voltage Vref. When the potential is V0, a voltage output on the signal output line OUT is input. As this reference voltage Vref, an analog output such as a DA converter may be used. For example, if an 8-bit DA converter is used, an arbitrary analog voltage in 256 stages can be generated as the reference voltage Vref according to a digital value of 0 to 255.

図7のタイミングチャートにも示されているとおり、タイミングt1では、リセットパルスとともに選択パルスも与えられているので、信号出力ラインOUTには、変動点Pの電位が逐次読み出されている。したがって、差動増幅器A1は、信号出力ラインOUT上に読み出されている電圧値が参照電圧Vref に等しくなるように、リセット電圧設定ラインL1の電圧を制御する機能を果たすことができる。かくして、第1のケースでは、変動点Pが初期電位V0となるようなリセット動作が実行される。   As also shown in the timing chart of FIG. 7, at timing t1, since the selection pulse is given together with the reset pulse, the potential at the variation point P is sequentially read out to the signal output line OUT. Therefore, the differential amplifier A1 can fulfill the function of controlling the voltage of the reset voltage setting line L1 so that the voltage value read on the signal output line OUT is equal to the reference voltage Vref. Thus, in the first case, a reset operation is performed such that the fluctuation point P becomes the initial potential V0.

続いて、第2のケースあるいは第3のケースであるが、いずれのケースを実行するかは、図7のタイミングチャートのタイミングt2で読み出された中間電位の大きさに依存して決まる事項である。この制御回路は、この中間電位の大きさの判定結果を、1ビットメモリB1に記録する機能を有している。この中間電位の大きさ判定処理および1ビットメモリB1への書込処理は、実際には、タイミングt2の前半期間において実施される。   Subsequently, in the second case or the third case, which case is executed depends on the magnitude of the intermediate potential read at the timing t2 in the timing chart of FIG. is there. This control circuit has a function of recording the determination result of the magnitude of the intermediate potential in the 1-bit memory B1. The intermediate potential magnitude determination process and the writing process to the 1-bit memory B1 are actually performed in the first half period of the timing t2.

すなわち、タイミングt2の前半期間では、トランジスタT5をON状態、トランジスタT6,T7をOFF状態にし、参照電圧Vref として、基準電位Vxに対応した電圧(変動点Pが基準電位Vxであるときに、信号出力ラインOUT上に出力される電圧)を入力する。このような状態では、差動増幅器A1は、信号出力ラインOUTの電圧が参照電圧Vref よりも高いと(変動点Pの電位が基準電位Vx以上であると)、低電位の出力を行い、信号出力ラインOUTの電圧が参照電圧Vref よりも低いと(変動点Pの電位が基準電位Vx未満であると)、高電位の出力を行う。この2通りの出力電位に応じて、1ビットメモリB1には、「Vx以上」あるいは「Vx未満」といういずれかの判定結果を示すビットが書き込まれることになる。   That is, in the first half period of the timing t2, the transistor T5 is turned on, the transistors T6 and T7 are turned off, and the reference voltage Vref is a voltage corresponding to the reference potential Vx (when the variation point P is the reference potential Vx, The voltage output on the output line OUT is input. In such a state, the differential amplifier A1 outputs a low potential when the voltage of the signal output line OUT is higher than the reference voltage Vref (when the potential of the fluctuation point P is equal to or higher than the reference potential Vx), and the signal When the voltage of the output line OUT is lower than the reference voltage Vref (when the potential at the fluctuation point P is less than the reference potential Vx), a high potential is output. In accordance with the two output potentials, a bit indicating a determination result of “more than Vx” or “less than Vx” is written in the 1-bit memory B1.

続いて、タイミングt2の後半期間では、トランジスタT6をON状態、トランジスタT5,T7をOFF状態にする。参照電圧Vref は、トランジスタT5がOFF状態なので、この場合、意味をもたない(任意の電圧にしておいてかまわない)。また、このとき、極性切替信号SWを与えて、差動増幅器A1の入力端子の±を反転させ、図の上部入力端子が「+」、下部入力端子が「−」になるようにする。すると、差動増幅器A1は、下部入力端子に接続されている容量素子C2の上端の電圧が、上部入力端子に接続されている信号出力ラインOUTの電圧に等しくなるような制御機能を果たし、結果的に、容量素子C2には、その時点における信号出力ラインOUTの電圧に応じた電荷が蓄積された状態になる。なお、この処理が完了した後は、差動増幅器A1の入力端子の反転状態は解除しておく。   Subsequently, in the latter half of the timing t2, the transistor T6 is turned on and the transistors T5 and T7 are turned off. Since the transistor T5 is in the OFF state, the reference voltage Vref has no meaning in this case (it may be set at an arbitrary voltage). At this time, the polarity switching signal SW is supplied to invert ± of the input terminal of the differential amplifier A1 so that the upper input terminal in the drawing becomes “+” and the lower input terminal becomes “−”. Then, the differential amplifier A1 performs a control function such that the voltage at the upper end of the capacitive element C2 connected to the lower input terminal becomes equal to the voltage of the signal output line OUT connected to the upper input terminal. Therefore, the capacitor C2 is in a state where charges corresponding to the voltage of the signal output line OUT at that time are accumulated. After this processing is completed, the inversion state of the input terminal of the differential amplifier A1 is canceled.

この処理は、要するに、タイミングt2の時点における信号出力ラインOUTの電圧を、容量素子C2を利用して記録しておくための処理であり、タイミングt2における変動点Pの電位読出値を一時的に保存しておくための保存処理に他ならない。このような保存処理は、続くタイミングt3の時点で、上述の第3のケースに相当する中間リセット(変動点Pが直前に読み出した中間電位となるようなリセット)を行う場合にのみ必要であり、タイミングt3の時点で、上述の第2のケースに相当する中間リセット(変動点Pが基準電位Vxとなるようなリセット)を行う場合には不要である。したがって、タイミングt2の前半期間で書き込まれた1ビットメモリB1の判定結果に応じて、タイミングt2の後半期間で上記保存処理を行うか否かを切り替えるようにしてもかまわない。すなわち、1ビットメモリB1に「Vx未満」との判定結果が書き込まれていた場合には、第2のケースに相当する中間リセットを行うことになるので、上記保存処理は実行しないようにし、1ビットメモリB1に「Vx以上」との判定結果が書き込まれていた場合には、第3のケースに相当する中間リセットを行うことになるので、上記保存処理を実行するようにすればよい。もっとも、第2のケースに相当する中間リセットを行う場合にも、上記保存処理を実行したとしても、特に支障は生じない。   In short, this process is a process for recording the voltage of the signal output line OUT at the timing t2 by using the capacitive element C2, and temporarily stores the potential read value at the variation point P at the timing t2. It is nothing but the saving process for saving. Such a storage process is necessary only when an intermediate reset corresponding to the above-described third case (reset so that the fluctuation point P becomes the intermediate potential read immediately before) is performed at the subsequent timing t3. When the intermediate reset corresponding to the above-mentioned second case (reset so that the fluctuation point P becomes the reference potential Vx) is performed at the timing t3, it is unnecessary. Therefore, whether or not to perform the storage process may be switched in the second half period of the timing t2 according to the determination result of the 1-bit memory B1 written in the first half period of the timing t2. That is, when a determination result “less than Vx” is written in the 1-bit memory B1, an intermediate reset corresponding to the second case is performed. When the determination result “Vx or higher” is written in the bit memory B1, an intermediate reset corresponding to the third case is performed, and therefore the above-described storage process may be executed. However, even when an intermediate reset corresponding to the second case is performed, no particular problem occurs even if the above-described storage process is executed.

さて、タイミングt2における上述の処理が完了したら、続いて、タイミングt3における中間リセットが実行されるが、このとき、1ビットメモリB1の内容がチェックされ、「Vx未満」との判定結果が書き込まれていた場合には、第2のケースに相当する中間リセットが行われ、「Vx以上」との判定結果が書き込まれていた場合には、第3のケースに相当する中間リセットが行われる。   When the above-described processing at the timing t2 is completed, an intermediate reset at the timing t3 is subsequently executed. At this time, the contents of the 1-bit memory B1 are checked, and a determination result “less than Vx” is written. If it is, an intermediate reset corresponding to the second case is performed, and if a determination result of “Vx or higher” is written, an intermediate reset corresponding to the third case is performed.

まず、基準電位Vxへのリセットが必要な第2のケースでは、トランジスタT5,T7をON状態、トランジスタT6をOFF状態にし、参照電圧Vref として、基準電位Vxに対応した電圧(変動点Pが基準電位Vxであるときに、信号出力ラインOUT上に出力される電圧)を入力する。図7のタイミングチャートにも示されているとおり、タイミングt3では、リセットパルスとともに選択パルスも与えられているので、信号出力ラインOUTには、変動点Pの電位が逐次読み出されている。したがって、差動増幅器A1は、信号出力ラインOUT上に読み出されている電圧値が参照電圧Vref に等しくなるように、リセット電圧設定ラインL1の電圧を制御する機能を果たすことができる。かくして、第2のケースでは、変動点Pが基準電位Vxとなるようなリセット動作が実行される。   First, in the second case where the reset to the reference potential Vx is necessary, the transistors T5 and T7 are turned on, the transistor T6 is turned off, and a voltage corresponding to the reference potential Vx (the fluctuation point P is the reference voltage Vref) is set as the reference voltage Vref. (The voltage output on the signal output line OUT when the potential is Vx). As also shown in the timing chart of FIG. 7, at timing t3, since the selection pulse is given together with the reset pulse, the potential at the variation point P is sequentially read out to the signal output line OUT. Therefore, the differential amplifier A1 can fulfill the function of controlling the voltage of the reset voltage setting line L1 so that the voltage value read on the signal output line OUT is equal to the reference voltage Vref. Thus, in the second case, a reset operation is performed such that the variation point P becomes the reference potential Vx.

一方、直前に読み出された中間電位へのリセットが必要な第3のケースでは、トランジスタT7をON状態、トランジスタT5,T6をOFF状態にする。参照電圧Vref は、トランジスタT5がOFF状態なので、この場合、意味をもたない(任意の電圧にしておいてかまわない)。図7のタイミングチャートにも示されているとおり、タイミングt3では、リセットパルスとともに選択パルスも与えられているので、信号出力ラインOUTには、変動点Pの電位が逐次読み出されている。したがって、差動増幅器A1は、信号出力ラインOUT上に読み出されている電圧値が容量素子C2の上端の電圧(すなわち、上記保存処理によって保存されていた電圧)に等しくなるように、リセット電圧設定ラインL1の電圧を制御する機能を果たすことができる。かくして、第3のケースでは、変動点Pの電圧が直前の状態を維持するようなリセット動作(リフレッシュ動作)が実行される。   On the other hand, in the third case where the reset to the intermediate potential read immediately before is necessary, the transistor T7 is turned on and the transistors T5 and T6 are turned off. Since the transistor T5 is in the OFF state, the reference voltage Vref has no meaning in this case (it may be set at an arbitrary voltage). As also shown in the timing chart of FIG. 7, at timing t3, since the selection pulse is given together with the reset pulse, the potential at the variation point P is sequentially read out to the signal output line OUT. Therefore, the differential amplifier A1 has a reset voltage so that the voltage value read on the signal output line OUT is equal to the voltage at the upper end of the capacitive element C2 (that is, the voltage stored by the storage process). The function of controlling the voltage of the setting line L1 can be fulfilled. Thus, in the third case, a reset operation (refresh operation) is performed such that the voltage at the variation point P maintains the previous state.

このように、図17に示す制御回路は、3通りのケースに応じて、リセット電圧設定ラインL1の電圧がそれぞれ適切な値になるような制御を行う機能を有しているが、この制御回路は、更に、受光量の検出結果を出力端子E1を介して外部に出力する機能も果たすことができる。ここでは、この制御回路を利用して検出結果を外部に出力するための動作を、2通りの出力形態について説明する。いずれの出力形態においても、検出結果の出力は、図7に示すタイミングt0(周期的リセットの直前)における信号出力ラインOUTの電圧値に基づいて行われる。   As described above, the control circuit shown in FIG. 17 has a function of performing control so that the voltage of the reset voltage setting line L1 becomes an appropriate value according to three cases. Furthermore, the function of outputting the detection result of the amount of received light to the outside via the output terminal E1 can be achieved. Here, the operation for outputting the detection result to the outside using this control circuit will be described in two types of output forms. In any output form, the detection result is output based on the voltage value of the signal output line OUT at the timing t0 (immediately before the periodic reset) shown in FIG.

第1の出力形態は、受光量の検出値を出力端子E1にアナログ電圧として出力する形態である。この場合、タイミングt0において、トランジスタT6をON状態、トランジスタT5,T7をOFF状態にする。参照電圧Vref は、トランジスタT5がOFF状態なので、この場合、意味をもたない(任意の電圧にしておいてかまわない)。また、このとき、極性切替信号SWを与えて、差動増幅器A1の入力端子の±を反転させ、図の上部入力端子が「+」、下部入力端子が「−」になるようにする。すると、差動増幅器A1は、下部入力端子に接続されている出力端子E1の電圧が、上部入力端子に接続されている信号出力ラインOUTの電圧に等しくなるような制御機能を果たし、結果的に、出力端子E1には、その時点における信号出力ラインOUTの電圧値がそのまま出力されることになる。なお、この出力処理が完了した後は、差動増幅器A1の入力端子の反転状態は解除しておく。   In the first output form, the detected value of the amount of received light is output as an analog voltage to the output terminal E1. In this case, at the timing t0, the transistor T6 is turned on and the transistors T5 and T7 are turned off. Since the transistor T5 is in the OFF state, the reference voltage Vref has no meaning in this case (it may be set at an arbitrary voltage). At this time, the polarity switching signal SW is supplied to invert ± of the input terminal of the differential amplifier A1 so that the upper input terminal in the drawing becomes “+” and the lower input terminal becomes “−”. Then, the differential amplifier A1 performs a control function such that the voltage of the output terminal E1 connected to the lower input terminal becomes equal to the voltage of the signal output line OUT connected to the upper input terminal. The voltage value of the signal output line OUT at that time is output as it is to the output terminal E1. After this output processing is completed, the inversion state of the input terminal of the differential amplifier A1 is canceled.

第2の出力形態は、受光量の検出値を出力端子E1にPWM(Pulse Width Modulation)信号として出力する形態である。この場合、タイミングt0において、トランジスタT5をON状態、トランジスタT6,T7をOFF状態にする。そして参照電圧Vref として、時間とともに単調増加もしくは単調減少するような電圧値を与えるようにする。前述したように、参照電圧Vref をDA変換器を利用して生成する場合であれば、クロックとカウンタを用いてデジタル値を0〜255あるいは255〜0へと変化させ、256段階の階段状に電圧が変化するような参照電圧Vref を与えればよい。   The second output form is a form in which the detected value of the received light amount is output as a PWM (Pulse Width Modulation) signal to the output terminal E1. In this case, at the timing t0, the transistor T5 is turned on and the transistors T6 and T7 are turned off. As the reference voltage Vref, a voltage value that monotonously increases or monotonously decreases with time is given. As described above, when the reference voltage Vref is generated using a DA converter, the digital value is changed to 0 to 255 or 255 to 0 using a clock and a counter, and is stepped in 256 steps. A reference voltage Vref that changes the voltage may be given.

差動増幅器A1は、この参照電圧Vref と信号出力ラインOUTの電圧との大小関係を判定して、いずれが大きいかを示す信号(実質的には二値信号として取り扱うことができる)を、出力端子E1へ出力する機能を果たす。参照電圧Vref は、時間とともに変化するので、参照電圧Vref と信号出力ラインOUTの電圧との大小関係は、所定の時点で逆転することになる。この逆転現象は、出力端子E1に出力された信号値の変動によって認識することが可能であり、逆転現象が生じるまでの時間幅として、受光量の検出値を取り出すことができる。   The differential amplifier A1 determines the magnitude relationship between the reference voltage Vref and the voltage of the signal output line OUT, and outputs a signal indicating which is larger (actually, it can be handled as a binary signal). It fulfills the function of outputting to the terminal E1. Since the reference voltage Vref changes with time, the magnitude relationship between the reference voltage Vref and the voltage of the signal output line OUT is reversed at a predetermined time. This reverse phenomenon can be recognized by the fluctuation of the signal value output to the output terminal E1, and the detected value of the received light amount can be taken out as the time width until the reverse phenomenon occurs.

以上、図17の下半分に示した制御回路の動作について説明したが、本発明に係る固体撮像装置を駆動するためには、この制御回路の他にも、リセットパルスを生成してリセット信号ラインRSTへ供給する手段、選択パルスを生成して選択信号ラインSELへ供給する手段、1ビットメモリB1の内容を読み出し、トランジスタT5,T6,T7のON/OFF制御、参照電圧Vref の設定、差動増幅器A1の極性切替を行う手段、などが必要になる。しかしながら、これらの各手段は、従来の一般的な固体撮像装置駆動用のプロセッサなどによって実現でき、当業者にとって自明の手段であるので、ここでは詳しい説明は省略する。   The operation of the control circuit shown in the lower half of FIG. 17 has been described above. In order to drive the solid-state imaging device according to the present invention, in addition to this control circuit, a reset pulse is generated and a reset signal line is generated. Means for supplying to RST, means for generating a selection pulse and supplying to selection signal line SEL, reading the contents of 1-bit memory B1, ON / OFF control of transistors T5, T6, T7, setting of reference voltage Vref, differential A means for switching the polarity of the amplifier A1 is required. However, each of these means can be realized by a conventional general solid-state imaging device driving processor or the like and is obvious to those skilled in the art, and thus detailed description thereof is omitted here.

<<< §6. 4トランジスタ型の回路に適した制御系 >>>
続いて、4トランジスタ型の回路に適した制御系を説明する。図18は、図14に示す4トランジスタ型の回路に制御系回路を付加した実施形態を示す回路図である。この図18の上半分に示した1画素分の回路は、図14に示す回路と全く同一である。また、図18の下半分に示す制御回路は、図17の下半分に示す制御回路と同一である。すなわち、図18に示す差動増幅器A10,容量素子C20、1ビットメモリB10、トランジスタT50,T60,T70は、それぞれ図17に示す差動増幅器A1,容量素子C2、1ビットメモリB1、トランジスタT5,T6,T7と同等の構成要素であり、その基本的な機能も全く同等である。ただ、3トランジスタ型の回路と4トランジスタ型の回路とでは、動作のタイミングなどが若干異なっている。そこで、以下、この図18に示す制御回路の動作を簡単に説明する。
<<< §6. Control system suitable for 4-transistor type circuit >>>
Next, a control system suitable for a 4-transistor type circuit will be described. FIG. 18 is a circuit diagram showing an embodiment in which a control system circuit is added to the 4-transistor type circuit shown in FIG. The circuit for one pixel shown in the upper half of FIG. 18 is exactly the same as the circuit shown in FIG. The control circuit shown in the lower half of FIG. 18 is the same as the control circuit shown in the lower half of FIG. That is, the differential amplifier A10, the capacitive element C20, the 1-bit memory B10, and the transistors T50, T60, and T70 shown in FIG. 18 are respectively the differential amplifier A1, the capacitive element C2, the 1-bit memory B1, and the transistor T5 shown in FIG. It is a component equivalent to T6 and T7, and its basic function is also completely equivalent. However, the operation timing of the 3-transistor type circuit and the 4-transistor type circuit are slightly different. The operation of the control circuit shown in FIG. 18 will be briefly described below.

ここに示す制御回路は、§3で述べた4トランジスタ型の実施形態に、§4で述べた変形例(リセット動作の統一)を適用する場合に適した制御回路である。この変形例では、リセット電圧設定ラインL10の電圧を次の3通りのケースに分けて制御する必要がある。   The control circuit shown here is a control circuit suitable for the case where the modification example (unification of reset operation) described in §4 is applied to the four-transistor type embodiment described in §3. In this modification, it is necessary to control the voltage of the reset voltage setting line L10 by dividing it into the following three cases.

まず、第1のケースは、図16に示すリセット信号RSTのタイミングt2における一次リセットの場合である。この場合、リセット電圧設定ラインL10の電圧を、「検出点Qを初期電位V0にリセットするために必要な所定電圧」に設定する必要がある。第2のケースは、図16に示すリセット信号RSTのタイミングt4における二次リセットを行う場合であって、直前のタイミングt3で読み出した中間電位が基準電位Vx未満であった場合である。この場合、リセット電圧設定ラインL10の電圧を、「検出点Qを基準電位Vxにリセットするために必要な所定電圧」に設定する必要がある。そして、第3のケースは、図16に示すリセット信号RSTのタイミングt4における二次リセットを行う場合であって、直前のタイミングt3で読み出した中間電位が基準電位Vx以上であった場合(原理的には、二次リセットを行う必要のない場合)である。この場合、リセット電圧設定ラインL10の電圧を、「検出点Qを、直前のタイミングt3で読み出した中間電位にリセットするために必要な所定電圧」に設定する必要がある。   First, the first case is a case of primary reset at timing t2 of the reset signal RST shown in FIG. In this case, it is necessary to set the voltage of the reset voltage setting line L10 to “a predetermined voltage necessary for resetting the detection point Q to the initial potential V0”. The second case is a case where a secondary reset is performed at the timing t4 of the reset signal RST shown in FIG. 16, and the intermediate potential read at the immediately preceding timing t3 is less than the reference potential Vx. In this case, it is necessary to set the voltage of the reset voltage setting line L10 to “a predetermined voltage necessary for resetting the detection point Q to the reference potential Vx”. Then, the third case is a case where a secondary reset is performed at timing t4 of the reset signal RST shown in FIG. In the case where there is no need to perform a secondary reset). In this case, it is necessary to set the voltage of the reset voltage setting line L10 to “a predetermined voltage necessary for resetting the detection point Q to the intermediate potential read at the immediately preceding timing t3”.

図18の下半分に示す制御回路を用いれば、上記3通りのケースにおける電圧制御を正確に行うことが可能になる。これは、この制御回路が、信号出力ラインOUT上に得られた電位読出値に基づくフィードバック制御を行う機能を有しているからである。すなわち、第1のケースでは、検出点Qが初期電位V0となるようなリセットを行い、第2のケースでは、検出点Qが基準電位Vxとなるようなリセットを行い、第3のケースでは、検出点Qが直前に読み出した中間電位となるようなリセットを行う必要があるが、いずれのケースについても、リセット期間中(リセットパルスの幅に相当する期間中)に、検出点Qの電位を信号出力ラインOUT上に読み出して逐次モニタし、この読み出した値が所定の目標値となるように、リセット電圧設定ラインL10の電圧を制御することにより、検出点Qの電位が所望の値となるような正確なリセット動作が可能になる。   If the control circuit shown in the lower half of FIG. 18 is used, voltage control in the above three cases can be accurately performed. This is because the control circuit has a function of performing feedback control based on the potential read value obtained on the signal output line OUT. That is, in the first case, reset is performed so that the detection point Q becomes the initial potential V0, in the second case, reset is performed so that the detection point Q becomes the reference potential Vx, and in the third case, It is necessary to perform reset so that the detection point Q becomes the intermediate potential read immediately before, but in any case, the potential of the detection point Q is set during the reset period (during the period corresponding to the width of the reset pulse). Reading on the signal output line OUT and sequentially monitoring it, and controlling the voltage of the reset voltage setting line L10 so that the read value becomes a predetermined target value, the potential at the detection point Q becomes a desired value. Such an accurate reset operation becomes possible.

まず、初期電位V0へのリセットが必要な第1のケースでは、トランジスタT50,T70をON状態、トランジスタT60をOFF状態にし、参照電圧Vref として、初期電位V0に対応した電圧(検出点Qが初期電位V0であるときに、信号出力ラインOUT上に出力される電圧)を入力する。この場合も、参照電圧Vref としては、DA変換器などのアナログ出力を利用すればよい。   First, in the first case where resetting to the initial potential V0 is necessary, the transistors T50 and T70 are turned on, the transistor T60 is turned off, and the voltage corresponding to the initial potential V0 (the detection point Q is initially set) is set as the reference voltage Vref. When the potential is V0, a voltage output on the signal output line OUT is input. Also in this case, an analog output such as a DA converter may be used as the reference voltage Vref.

図16のタイミングチャートにも示されているとおり、タイミングt2では、リセットパルスとともに選択パルスも与えられているので、信号出力ラインOUTには、検出点Qの電位が逐次読み出されている。したがって、差動増幅器A1は、信号出力ラインOUT上に読み出されている電圧値が参照電圧Vref に等しくなるように、リセット電圧設定ラインL10の電圧を制御する機能を果たすことができる。かくして、第1のケースでは、検出点Qが初期電位V0となるようなリセット動作が実行される。   As also shown in the timing chart of FIG. 16, since the selection pulse is given together with the reset pulse at the timing t2, the potential at the detection point Q is sequentially read out to the signal output line OUT. Therefore, the differential amplifier A1 can fulfill the function of controlling the voltage of the reset voltage setting line L10 so that the voltage value read on the signal output line OUT is equal to the reference voltage Vref. Thus, in the first case, a reset operation is performed so that the detection point Q becomes the initial potential V0.

続いて、第2のケースあるいは第3のケースであるが、いずれのケースを実行するかは、図16のタイミングチャートのタイミングt3で読み出された中間電位の大きさに依存して決まる事項である。この制御回路は、この中間電位の大きさの判定結果を、1ビットメモリB10に記録する機能を有している。この中間電位の大きさ判定処理および1ビットメモリB10への書込処理は、実際には、タイミングt3の前半期間において実施される。   Subsequently, in the second case or the third case, which case is executed depends on the magnitude of the intermediate potential read at the timing t3 in the timing chart of FIG. is there. This control circuit has a function of recording the determination result of the magnitude of the intermediate potential in the 1-bit memory B10. The intermediate potential magnitude determination process and the writing process to the 1-bit memory B10 are actually performed in the first half period of the timing t3.

すなわち、タイミングt3の前半期間では、トランジスタT50をON状態、トランジスタT60,T70をOFF状態にし、参照電圧Vref として、基準電位Vxに対応した電圧(検出点Qが基準電位Vxであるときに、信号出力ラインOUT上に出力される電圧)を入力する。このような状態では、差動増幅器A10は、信号出力ラインOUTの電圧が参照電圧Vref よりも高いと(検出点Qの電位が基準電位Vx以上であると)、低電位の出力を行い、信号出力ラインOUTの電圧が参照電圧Vref よりも低いと(検出点Qの電位が基準電位Vx未満であると)、高電位の出力を行う。この2通りの出力電位に応じて、1ビットメモリB10には、「Vx以上」あるいは「Vx未満」といういずれかの判定結果を示すビットが書き込まれることになる。   That is, in the first half of the timing t3, the transistor T50 is turned on, the transistors T60 and T70 are turned off, and the reference voltage Vref is a voltage corresponding to the reference potential Vx (when the detection point Q is the reference potential Vx, The voltage output on the output line OUT is input. In such a state, when the voltage of the signal output line OUT is higher than the reference voltage Vref (when the potential of the detection point Q is equal to or higher than the reference potential Vx), the differential amplifier A10 outputs a low potential, and the signal When the voltage of the output line OUT is lower than the reference voltage Vref (when the potential at the detection point Q is less than the reference potential Vx), a high potential is output. In accordance with the two output potentials, a bit indicating a determination result of “more than Vx” or “less than Vx” is written in the 1-bit memory B10.

続いて、タイミングt3の後半期間では、トランジスタT60をON状態、トランジスタT50,T70をOFF状態にする。参照電圧Vref は、トランジスタT50がOFF状態なので、この場合、意味をもたない(任意の電圧にしておいてかまわない)。また、このとき、極性切替信号SWを与えて、差動増幅器A10の入力端子の±を反転させ、図の上部入力端子が「+」、下部入力端子が「−」になるようにする。すると、差動増幅器A10は、下部入力端子に接続されている容量素子C20の上端の電圧が、上部入力端子に接続されている信号出力ラインOUTの電圧に等しくなるような制御機能を果たし、結果的に、容量素子C20には、その時点における信号出力ラインOUTの電圧に応じた電荷が蓄積された状態になる。なお、この処理が完了した後は、差動増幅器A10の入力端子の反転状態は解除しておく。   Subsequently, in the latter half of the timing t3, the transistor T60 is turned on and the transistors T50 and T70 are turned off. Since the transistor T50 is in the OFF state, the reference voltage Vref has no meaning in this case (it may be set at an arbitrary voltage). At this time, the polarity switching signal SW is supplied to invert ± of the input terminal of the differential amplifier A10 so that the upper input terminal in the drawing becomes “+” and the lower input terminal becomes “−”. Then, the differential amplifier A10 performs a control function such that the voltage at the upper end of the capacitive element C20 connected to the lower input terminal becomes equal to the voltage of the signal output line OUT connected to the upper input terminal. Therefore, the capacitor C20 is in a state where electric charges corresponding to the voltage of the signal output line OUT at that time are accumulated. After this process is completed, the inversion state of the input terminal of the differential amplifier A10 is released.

この処理は、要するに、タイミングt3の時点における信号出力ラインOUTの電圧を、容量素子C20を利用して記録しておくための処理であり、タイミングt3における検出点Qの電位読出値を一時的に保存しておくための保存処理に他ならない。このような保存処理は、続くタイミングt4の時点で、上述の第3のケースに相当する二次リセット(検出点Qが直前に読み出した中間電位となるようなリセット)を行う場合にのみ必要であり、タイミングt4の時点で、上述の第2のケースに相当する二次リセット(検出点Qが基準電位Vxとなるようなリセット)を行う場合には不要である。したがって、タイミングt3の前半期間で書き込まれた1ビットメモリB10の判定結果に応じて、タイミングt3の後半期間で上記保存処理を行うか否かを切り替えるようにしてもかまわない。すなわち、1ビットメモリB10に「Vx未満」との判定結果が書き込まれていた場合には、第2のケースに相当する二次リセットを行うことになるので、上記保存処理は実行しないようにし、1ビットメモリB10に「Vx以上」との判定結果が書き込まれていた場合には、第3のケースに相当する二次リセットを行うことになるので、上記保存処理を実行するようにすればよい。もっとも、第2のケースに相当する二次リセットを行う場合にも、上記保存処理を実行したとしても、特に支障は生じない。   In short, this process is a process for recording the voltage of the signal output line OUT at the timing t3 by using the capacitive element C20, and the potential read value at the detection point Q at the timing t3 is temporarily stored. It is nothing but the saving process for saving. Such storage processing is necessary only when a secondary reset corresponding to the above-described third case (reset so that the detection point Q becomes the intermediate potential read immediately before) is performed at the subsequent timing t4. Yes, this is unnecessary when performing a secondary reset corresponding to the above-described second case (reset so that the detection point Q becomes the reference potential Vx) at the timing t4. Therefore, whether or not to perform the storage process may be switched in the second half period of timing t3 according to the determination result of the 1-bit memory B10 written in the first half period of timing t3. That is, when the determination result “less than Vx” is written in the 1-bit memory B10, the secondary reset corresponding to the second case is performed. If the determination result “Vx or higher” is written in the 1-bit memory B10, a secondary reset corresponding to the third case is performed, and therefore the above-described storage process may be executed. . However, even when the secondary reset corresponding to the second case is performed, there is no particular problem even if the storage process is executed.

さて、タイミングt3における上述の処理が完了したら、続いて、タイミングt4における二次リセットが実行されるが、このとき、1ビットメモリB10の内容がチェックされ、「Vx未満」との判定結果が書き込まれていた場合には、第2のケースに相当する二次リセットが行われ、「Vx以上」との判定結果が書き込まれていた場合には、第3のケースに相当する二次リセットが行われる。   Now, when the above-described processing at the timing t3 is completed, the secondary reset is subsequently executed at the timing t4. At this time, the contents of the 1-bit memory B10 are checked, and a determination result “less than Vx” is written. If it is, a secondary reset corresponding to the second case is performed, and if a determination result of “Vx or higher” is written, a secondary reset corresponding to the third case is performed. Is called.

まず、基準電位Vxへのリセットが必要な第2のケースでは、トランジスタT50,T70をON状態、トランジスタT60をOFF状態にし、参照電圧Vref として、基準電位Vxに対応した電圧(検出点Qが基準電位Vxであるときに、信号出力ラインOUT上に出力される電圧)を入力する。図16のタイミングチャートにも示されているとおり、タイミングt4では、リセットパルスとともに選択パルスも与えられているので、信号出力ラインOUTには、検出点Qの電位が逐次読み出されている。したがって、差動増幅器A10は、信号出力ラインOUT上に読み出されている電圧値が参照電圧Vref に等しくなるように、リセット電圧設定ラインL10の電圧を制御する機能を果たすことができる。かくして、第2のケースでは、検出点Qが基準電位Vxとなるようなリセット動作が実行される。   First, in the second case where the reset to the reference potential Vx is necessary, the transistors T50 and T70 are turned on, the transistor T60 is turned off, and a voltage corresponding to the reference potential Vx (the detection point Q is the reference voltage) is set as the reference voltage Vref. (The voltage output on the signal output line OUT when the potential is Vx). As shown in the timing chart of FIG. 16, at timing t4, the selection pulse is given together with the reset pulse, so that the potential at the detection point Q is sequentially read out to the signal output line OUT. Therefore, the differential amplifier A10 can fulfill the function of controlling the voltage of the reset voltage setting line L10 so that the voltage value read on the signal output line OUT is equal to the reference voltage Vref. Thus, in the second case, a reset operation is performed so that the detection point Q becomes the reference potential Vx.

一方、直前に読み出された中間電位へのリセットが必要な第3のケースでは、トランジスタT70をON状態、トランジスタT50,T60をOFF状態にする。参照電圧Vref は、トランジスタT50がOFF状態なので、この場合、意味をもたない(任意の電圧にしておいてかまわない)。図16のタイミングチャートにも示されているとおり、タイミングt4では、リセットパルスとともに選択パルスも与えられているので、信号出力ラインOUTには、検出点Qの電位が逐次読み出されている。したがって、差動増幅器A10は、信号出力ラインOUT上に読み出されている電圧値が容量素子C20の上端の電圧(すなわち、上記保存処理によって保存されていた電圧)に等しくなるように、リセット電圧設定ラインL10の電圧を制御する機能を果たすことができる。かくして、第3のケースでは、検出点Qの電圧が直前の状態を維持するようなリセット動作(リフレッシュ動作)が実行される。   On the other hand, in the third case where the reset to the intermediate potential read immediately before is necessary, the transistor T70 is turned on and the transistors T50 and T60 are turned off. Since the transistor T50 is in the OFF state, the reference voltage Vref has no meaning in this case (it may be set at an arbitrary voltage). As shown in the timing chart of FIG. 16, at timing t4, the selection pulse is given together with the reset pulse, so that the potential at the detection point Q is sequentially read out to the signal output line OUT. Therefore, the differential amplifier A10 has a reset voltage so that the voltage value read on the signal output line OUT is equal to the voltage at the upper end of the capacitive element C20 (that is, the voltage stored by the storage process). The function of controlling the voltage of the setting line L10 can be fulfilled. Thus, in the third case, a reset operation (refresh operation) is performed such that the voltage at the detection point Q maintains the previous state.

このように、図18に示す制御回路は、3通りのケースに応じて、リセット電圧設定ラインL10の電圧がそれぞれ適切な値になるような制御を行う機能を有しているが、この制御回路は、更に、受光量の検出結果を出力端子E10を介して外部に出力する機能も果たすことができる。ここでは、この制御回路を利用して検出結果を外部に出力するための動作を、2通りの出力形態について説明する。いずれの出力形態においても、検出結果の出力は、図16に示すタイミングt1(周期的転送処理時)における信号出力ラインOUTの電圧値に基づいて行われる。   As described above, the control circuit shown in FIG. 18 has a function of performing control so that the voltage of the reset voltage setting line L10 has an appropriate value according to three cases. Furthermore, the function of outputting the detection result of the amount of received light to the outside via the output terminal E10 can also be achieved. Here, the operation for outputting the detection result to the outside using this control circuit will be described in two types of output forms. In any output form, the detection result is output based on the voltage value of the signal output line OUT at the timing t1 (during periodic transfer processing) shown in FIG.

第1の出力形態は、受光量の検出値を出力端子E10にアナログ電圧として出力する形態である。この場合、タイミングt1において、トランジスタT60をON状態、トランジスタT50,T70をOFF状態にする。参照電圧Vref は、トランジスタT50がOFF状態なので、この場合、意味をもたない(任意の電圧にしておいてかまわない)。また、このとき、極性切替信号SWを与えて、差動増幅器A10の入力端子の±を反転させ、図の上部入力端子が「+」、下部入力端子が「−」になるようにする。すると、差動増幅器A10は、下部入力端子に接続されている出力端子E10の電圧が、上部入力端子に接続されている信号出力ラインOUTの電圧に等しくなるような制御機能を果たし、結果的に、出力端子E10には、その時点における信号出力ラインOUTの電圧値がそのまま出力されることになる。なお、この出力処理が完了した後は、差動増幅器A10の入力端子の反転状態は解除しておく。   In the first output form, the detected value of the received light amount is output as an analog voltage to the output terminal E10. In this case, at timing t1, the transistor T60 is turned on, and the transistors T50 and T70 are turned off. Since the transistor T50 is in the OFF state, the reference voltage Vref has no meaning in this case (it may be set at an arbitrary voltage). At this time, the polarity switching signal SW is supplied to invert ± of the input terminal of the differential amplifier A10 so that the upper input terminal in the drawing becomes “+” and the lower input terminal becomes “−”. Then, the differential amplifier A10 performs a control function such that the voltage of the output terminal E10 connected to the lower input terminal becomes equal to the voltage of the signal output line OUT connected to the upper input terminal. The voltage value of the signal output line OUT at that time is output as it is to the output terminal E10. After this output processing is completed, the inversion state of the input terminal of the differential amplifier A10 is released.

第2の出力形態は、受光量の検出値を出力端子E10にPWM(Pulse Width Modulation)信号として出力する形態である。この場合、タイミングt1において、トランジスタT50をON状態、トランジスタT60,T70をOFF状態にする。そして参照電圧Vref として、時間とともに単調増加もしくは単調減少するような電圧値を与えるようにする。前述したように、参照電圧Vref をDA変換器を利用して生成する場合であれば、クロックとカウンタを用いてデジタル値を0〜255あるいは255〜0へと変化させ、256段階の階段状に電圧が変化するような参照電圧Vref を与えればよい。   The second output form is a form in which the detected value of the received light amount is output as a PWM (Pulse Width Modulation) signal to the output terminal E10. In this case, at timing t1, the transistor T50 is turned on, and the transistors T60 and T70 are turned off. As the reference voltage Vref, a voltage value that monotonously increases or monotonously decreases with time is given. As described above, when the reference voltage Vref is generated using a DA converter, the digital value is changed to 0 to 255 or 255 to 0 using a clock and a counter, and is stepped in 256 steps. A reference voltage Vref that changes the voltage may be given.

差動増幅器A10は、この参照電圧Vref と信号出力ラインOUTの電圧との大小関係を判定して、いずれが大きいかを示す信号(実質的には二値信号として取り扱うことができる)を、出力端子E10へ出力する機能を果たす。参照電圧Vref は、時間とともに変化するので、参照電圧Vref と信号出力ラインOUTの電圧との大小関係は、所定の時点で逆転することになる。この逆転現象は、出力端子E10に出力された信号値の変動によって認識することが可能であり、逆転現象が生じるまでの時間幅として、受光量の検出値を取り出すことができる。   The differential amplifier A10 determines the magnitude relationship between the reference voltage Vref and the voltage of the signal output line OUT, and outputs a signal indicating which is larger (actually, it can be handled as a binary signal). It fulfills the function of outputting to the terminal E10. Since the reference voltage Vref changes with time, the magnitude relationship between the reference voltage Vref and the voltage of the signal output line OUT is reversed at a predetermined time. This reverse phenomenon can be recognized by the fluctuation of the signal value output to the output terminal E10, and the detected value of the received light amount can be taken out as the time width until the reverse phenomenon occurs.

以上、図18の下半分に示した制御回路の動作について説明したが、本発明に係る固体撮像装置を駆動するためには、この制御回路の他にも、リセットパルスを生成してリセット信号ラインRSTへ供給する手段、選択パルスを生成して選択信号ラインSELへ供給する手段、転送パルスを生成して転送信号ラインTNSへ供給する手段、1ビットメモリB10の内容を読み出し、トランジスタT50,T60,T70のON/OFF制御、参照電圧Vref の設定、差動増幅器A10の極性切替を行う手段、などが必要になる。しかしながら、これらの各手段も、従来の一般的な固体撮像装置駆動用のプロセッサなどによって実現でき、当業者にとって自明の手段であるので、ここでは詳しい説明は省略する。   The operation of the control circuit shown in the lower half of FIG. 18 has been described above. In order to drive the solid-state imaging device according to the present invention, in addition to this control circuit, a reset pulse is generated to generate a reset signal line. Means for supplying to RST; means for generating a selection pulse and supplying it to the selection signal line SEL; means for generating a transfer pulse and supplying it to the transfer signal line TNS; reading out the contents of the 1-bit memory B10; transistors T50, T60, T70 ON / OFF control, setting of the reference voltage Vref, means for switching the polarity of the differential amplifier A10, and the like are required. However, each of these means can also be realized by a conventional general solid-state imaging device driving processor and the like and is obvious to those skilled in the art, and thus detailed description thereof is omitted here.

<<< §7. 本発明のその他の変形例 >>>
最後に、本発明に係る固体撮像装置の更なる変形例をいくつか述べておく。
<<< §7. Other modifications of the present invention >>>
Finally, some further modifications of the solid-state imaging device according to the present invention will be described.

(1) 複数の中間時点を設定する変形例
これまで述べてきた実施形態あるいはその変形例は、いずれも所定周期T内に1つの中間時点を設定し、所定の処理を実行しているが、所定期間T内に2つ以上の中間時点を設定することも可能である。
(1) Modified example of setting a plurality of intermediate time points In the embodiments described above or the modified examples thereof, one intermediate time point is set within a predetermined period T and a predetermined process is executed. It is also possible to set two or more intermediate time points within the predetermined period T.

たとえば、図9のタイミングチャートでは、所定周期Tの先頭から中間時間M1だけ経過した位置に中間時点(タイミングt2およびt3)を設定し、中間電位の読み出しと、その結果に基づく中間リセットの処理を行っている。ここで、この中間時間M1よりも更に時間が経過した中間時間M2の位置(M1<M2<T)に第2の中間時点を設定し、この第2の中間時点においても、中間電位の読み出しと、その結果に基づく中間リセットの処理を行うようにすれば、ダイナミックレンジを更に広げることが可能になる。ただし、第2の中間時点で用いる基準電位は、第1の中間時点で用いる基準電位よりも低く設定しておく必要がある。   For example, in the timing chart of FIG. 9, an intermediate time point (timing t2 and t3) is set at a position after an intermediate time M1 from the beginning of a predetermined period T, and intermediate potential reading and intermediate reset processing based on the result are performed. Is going. Here, the second intermediate time point is set at the position (M1 <M2 <T) of the intermediate time M2 at which more time has passed than the intermediate time M1, and the intermediate potential is read out even at the second intermediate time point. If the intermediate reset process based on the result is performed, the dynamic range can be further expanded. However, the reference potential used at the second intermediate time must be set lower than the reference potential used at the first intermediate time.

図19は、所定周期T内に、2つの中間時点を設定した場合の、変動点Pの電位変動の様子を示すタイミングチャートである。この例では、第1の中間時点は、所定周期Tの先頭から中間時間M1だけ経過した位置に設定され、第2の中間時点は、所定周期Tの先頭から中間時間M2だけ経過した位置に設定されている。また、第1の中間時点における基準電位Vxに対して、第2の中間時点における基準電位Vyは低くなるような設定がなされている。   FIG. 19 is a timing chart showing the state of potential fluctuation at the fluctuation point P when two intermediate time points are set within the predetermined period T. In this example, the first intermediate time point is set at a position where the intermediate time M1 has elapsed from the beginning of the predetermined period T, and the second intermediate time point is set at a position where the intermediate time M2 has elapsed from the beginning of the predetermined period T Has been. Further, the reference potential Vy at the second intermediate time point is set lower than the reference potential Vx at the first intermediate time point.

各中間時点において行われる処理は、これまで述べてきた実施形態と全く同様である。たとえば、第1の中間時点では、その時点における変動点Pの電位が第1の中間電位として読み出され、これが第1の基準電位Vx未満であった場合には、変動点Pの電位を第1の基準電位Vxとするような中間リセットが行われる。また、第2の中間時点では、その時点における変動点Pの電位が第2の中間電位として読み出され、これが第2の基準電位Vy未満であった場合には、変動点Pの電位を第2の基準電位Vyとするような中間リセットが行われる。   The processing performed at each intermediate point is exactly the same as the embodiment described so far. For example, at the first intermediate time point, the potential at the fluctuation point P at that time point is read as the first intermediate potential, and when this is less than the first reference potential Vx, the potential at the fluctuation point P is An intermediate reset is performed so that the reference potential Vx is 1. Further, at the second intermediate time point, the potential at the fluctuation point P at that time point is read as the second intermediate potential, and when this is less than the second reference potential Vy, the potential at the fluctuation point P is An intermediate reset is performed so that the reference potential Vy is 2.

図20は、このように2つの中間時点を設定することによって、ダイナミックレンジが更に広がる様子を示すグラフである。このグラフの横軸は、フォトダイオードPDに照射される光の強度を示し、縦軸は、受光量を示す検出値の信号レベルを示している。一点鎖線のグラフは従来の例、二点鎖線のグラフは、1つの中間時点を設定した本発明の例、実線のグラフは、2つの中間時点を設定した本発明の例である。いずれも得られる信号レベルは、0〜Lmax の範囲内になることに変わりはないが、2つの中間時点を設定した本発明の例では、0〜I3の範囲内の光を正しく検出することが可能になり、ダイナミックレンジが更に拡大したことがわかる。   FIG. 20 is a graph showing how the dynamic range is further expanded by setting two intermediate points in this way. The horizontal axis of this graph indicates the intensity of light irradiated to the photodiode PD, and the vertical axis indicates the signal level of the detection value indicating the amount of received light. The one-dot chain line graph is a conventional example, the two-dot chain line graph is an example of the present invention in which one intermediate time point is set, and the solid line graph is an example of the present invention in which two intermediate time points are set. In either case, the obtained signal level remains within the range of 0 to Lmax. However, in the example of the present invention in which two intermediate points are set, light within the range of 0 to I3 can be detected correctly. It can be seen that the dynamic range is further expanded.

すなわち、実線のグラフでは、強度0〜I1の範囲内の光については、信号レベル0〜Lxなるレンジが対応づけられ、強度I1〜I2の範囲内の光については、信号レベルLx〜Lyなるレンジが対応づけられ、強度I2〜I3の範囲内の光については、信号レベルLy〜Lmax なるレンジが対応づけられており、ダイナミックレンジは光強度0〜I3の範囲まで広がることになる。図19のタイミングチャートの右側に示したレンジは、これら各光強度のレンジとの対応関係を示している。   That is, in the solid line graph, a range of signal levels 0 to Lx is associated with light in the range of intensity 0 to I1, and a range of signal levels Lx to Ly is associated with light in the range of intensity I1 to I2. Are associated with a range of signal levels Ly to Lmax, and the dynamic range extends to a range of light intensities 0 to I3. The range shown on the right side of the timing chart of FIG. 19 shows the correspondence with these light intensity ranges.

もちろん、所定周期T内に設定する中間時点は2つに限定されるものではなく、3つ以上の中間時点を設定することも可能である。後続する中間時点ほど低い基準電位が設定されるようにすれば、理論的には中間時点はいくつ設定してもかまわない。   Of course, the number of intermediate points set within the predetermined period T is not limited to two, and three or more intermediate points can be set. Theoretically, any number of intermediate time points can be set as long as the lower reference potential is set for the subsequent intermediate time points.

また、中間時点を複数設定する変形例は、上述した3トランジスタ型の実施形態のみならず、4トランジスタ型の実施形態にも適用可能である。たとえば、図16のタイミングチャートでは、所定周期Tの先頭から中間時間M1だけ経過した位置に中間時点(タイミングt2〜t4)を設定し、一次リセット、中間転送処理、二次リセットを行っている。ここで、この中間時間M1よりも更に時間が経過した中間時間M2の位置(M1<M2<T)に第2の中間時点を設定し、この第2の中間時点においても、同等の処理を行うようにすれば、ダイナミックレンジを更に広げることが可能になる。なお、この場合も、第2の中間時点で用いる基準電位は、第1の中間時点で用いる基準電位よりも低く設定しておく必要がある。また、一次リセットは、第1の中間時点においてのみ行うようにし、第2の中間時点では、中間転送処理と二次リセットのみを行うようにする。   Further, the modification in which a plurality of intermediate points are set is applicable not only to the above-described three-transistor type embodiment but also to the four-transistor type embodiment. For example, in the timing chart of FIG. 16, an intermediate time point (timing t2 to t4) is set at a position where the intermediate time M1 has elapsed from the beginning of the predetermined period T, and primary reset, intermediate transfer processing, and secondary reset are performed. Here, the second intermediate time point is set at the position (M1 <M2 <T) of the intermediate time M2 at which more time has passed than the intermediate time M1, and the same processing is performed also at the second intermediate time point. By doing so, the dynamic range can be further expanded. In this case as well, the reference potential used at the second intermediate time must be set lower than the reference potential used at the first intermediate time. Further, the primary reset is performed only at the first intermediate point, and only the intermediate transfer process and the secondary reset are performed at the second intermediate point.

もちろん、3つ以上の中間時点を設定することも可能である。要するに、4トランジスタ型へ適用する場合には、所定周期T内に複数の中間時点を定め、後続する中間時点ほど低い基準電位が設定されるように、個々の中間時点ごとにそれぞれ異なる基準電位を設定し、一次リセットを最初の中間時点においてのみ行うようにし、2番目以降の中間時点では、中間電位の読み出し結果に基づき、必要に応じて二次リセットを行うようにすればよい。   Of course, it is possible to set three or more intermediate time points. In short, when applied to a four-transistor type, a plurality of intermediate time points are determined within a predetermined period T, and different reference potentials are set for each intermediate time point so that a lower reference potential is set for subsequent intermediate time points. It is only necessary to set and perform the primary reset only at the first intermediate time point, and at the second and subsequent intermediate time points, the secondary reset may be performed as necessary based on the read result of the intermediate potential.

(2) リセット時の電位読み出しを省略する変形例
これまで示したタイミングチャートでは、リセット信号ラインRST上にリセットパルスが供給されているときには、必ず選択信号ラインSEL上に選択パルスの供給が行われている。これは、変動点Pや検出点Qに対してリセットを行う際には、必ずこれらの点の電位を信号出力ラインOUT上に読み出してモニタすることができることを意味する。§5および§6で述べたフィードバック制御を行うためには、このようなモニタが不可欠になる。しかしながら、フィードバック制御を行わない場合には、リセット動作時に、必ずしも変動点Pや検出点Qの電位を読み出してモニタする必要はない。
(2) Modified example omitting potential reading at reset In the timing charts shown so far, when a reset pulse is supplied on the reset signal line RST, the selection pulse is always supplied on the selection signal line SEL. ing. This means that when resetting the fluctuation point P and the detection point Q, the potentials at these points can always be read and monitored on the signal output line OUT. Such a monitor is indispensable for performing the feedback control described in §5 and §6. However, when feedback control is not performed, it is not always necessary to read and monitor the potential at the variation point P or the detection point Q during the reset operation.

たとえば、図9に示すタイミングチャートにおいて、選択信号ラインSEL上の選択パルスは、最小限、タイミングt2(中間電位の読み出し時)とタイミングt0(周期Tの終了時における最終電位の読み出し時)に供給すれば足りる。また、図16に示すタイミングチャートにおいて、選択信号ラインSEL上の選択パルスは、最小限、タイミングt3(中間電位の読み出し時)とタイミングt1(周期Tの終了時における最終電位の読み出し時)に供給すれば足りる。   For example, in the timing chart shown in FIG. 9, the selection pulse on the selection signal line SEL is supplied at the minimum at timing t2 (when reading the intermediate potential) and timing t0 (when reading the final potential at the end of the period T). All you need is enough. In the timing chart shown in FIG. 16, the selection pulse on the selection signal line SEL is supplied at the minimum at timing t3 (when reading the intermediate potential) and timing t1 (when reading the final potential at the end of the period T). All you need is enough.

もっとも、実用上は、リセット動作に用いるMOSトランジスタT1やT10の特性は、ロットごとにばらつきを生じていることが多いため、リセット動作時には、変動点Pや検出点Qの電位を読み出してモニタするのが好ましく、§5および§6で述べたフィードバック制御を行うのが好ましい。フィードバック制御を行えば、回路を構成するあらゆるトランジスタのロットごとの特性のばらつきを吸収した正確な制御が可能になる。また、初期電位V0に関しては、受光量の検出値を得るための基準となる電位であるため、フィードバック制御を行うか否かにかかわらず、リセット動作時に読み出しを行うようにして、実際に読み出された初期電位V0を、受光量の検出値を得るための基準となる電位として用いるようにするのが好ましい。   In practice, however, the characteristics of the MOS transistors T1 and T10 used for the reset operation often vary from lot to lot. Therefore, during the reset operation, the potential at the variation point P or the detection point Q is read and monitored. It is preferable to perform the feedback control described in §5 and §6. If feedback control is performed, it is possible to perform accurate control that absorbs variation in characteristics of each transistor constituting a circuit for each lot. Further, since the initial potential V0 is a reference potential for obtaining a detection value of the amount of received light, it is actually read out by performing readout at the reset operation regardless of whether or not feedback control is performed. The initial potential V0 is preferably used as a reference potential for obtaining a detection value of the amount of received light.

(3) リセットパルス波形の変形例
これまで示したタイミングチャートにおいて、リセットパルスはいずれも矩形状のパルスとして描かれていたが、実用上は、図21に示すリセットパルスRST1あるいはRST2のように、立ち上がりは急峻であるが、立ち下がりがなだらかな波形をもったパルスを用いるのが好ましい。これは、このような波形のパルスをリセットに利用すると、熱雑音の影響を抑制させる効果が得られるためである。
(3) Modification of Reset Pulse Waveform In the timing charts shown so far, the reset pulses are all drawn as rectangular pulses, but practically, like the reset pulse RST1 or RST2 shown in FIG. Although the rising edge is steep, it is preferable to use a pulse having a waveform in which the falling edge is gentle. This is because if the pulse having such a waveform is used for resetting, an effect of suppressing the influence of thermal noise can be obtained.

従来の一般的な3トランジスタ型固体撮像装置の一画素分の回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit for one pixel of the conventional common 3 transistor type solid-state imaging device. 図1に示す回路による受光量の検出動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit shown in FIG. 図1に示す構成をもった画素からなる固体撮像装置において、「白とび」現象が生じる理由を説明するためのタイミングチャートである。2 is a timing chart for explaining the reason why the “overexposure” phenomenon occurs in a solid-state imaging device including pixels having the configuration illustrated in FIG. 1. 本発明に係る3トランジスタ型固体撮像装置の一画素分の回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit for one pixel of the 3 transistor type solid-state imaging device concerning this invention. 図4に示す本発明に係る回路による受光量の検出動作を示す第1のタイミングチャートである。5 is a first timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit according to the present invention shown in FIG. 図4に示す本発明に係る回路による受光量の検出動作を示す第2のタイミングチャートである。FIG. 5 is a second timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit according to the present invention shown in FIG. 4. 図4に示す本発明に係る回路による受光量の検出動作を示す第3のタイミングチャートである。FIG. 5 is a third timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit according to the present invention shown in FIG. 図4に示す本発明に係る回路による受光量の検出動作を示す第4のタイミングチャートである。FIG. 5 is a fourth timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit according to the present invention shown in FIG. 図4に示す本発明に係る回路による受光量の検出動作によって、ダイナミックレンジが広がることを示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing that the dynamic range is widened by the operation of detecting the amount of received light by the circuit according to the present invention shown in FIG. 本発明によってダイナミックレンジが広がる様子を示すグラフである。It is a graph which shows a mode that a dynamic range spreads by this invention. 従来の一般的な4トランジスタ型固体撮像装置の一画素分の回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit for one pixel of the conventional general 4 transistor type solid-state imaging device. 図11に示す回路による受光量の検出動作を示すタイミングチャートである。12 is a timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit shown in FIG. 図11に示す構成をもった画素からなる固体撮像装置において、「白とび」現象が生じる理由を説明するためのタイミングチャートである。12 is a timing chart for explaining the reason why a “whiteout” phenomenon occurs in a solid-state imaging device including pixels having the configuration shown in FIG. 11. 本発明に係る4トランジスタ型固体撮像装置の一画素分の回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit for one pixel of the 4 transistor type solid-state imaging device concerning this invention. 図14に示す本発明に係る回路による受光量の検出動作を示す第1のタイミングチャートである。FIG. 15 is a first timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit according to the present invention shown in FIG. 14. 図14に示す本発明に係る回路による受光量の検出動作を示す第2のタイミングチャートである。FIG. 15 is a second timing chart showing an operation of detecting the amount of received light by the circuit according to the present invention shown in FIG. 14. 図4に示す3トランジスタ型の回路に制御系回路を付加した実施形態を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an embodiment in which a control system circuit is added to the three-transistor type circuit shown in FIG. 4. 図14に示す4トランジスタ型の回路に制御系回路を付加した実施形態を示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing an embodiment in which a control system circuit is added to the 4-transistor type circuit shown in FIG. 14. 所定周期T内に、2つの中間時点を設定した場合の、変動点Pの電位変動の様子を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing the state of potential fluctuation at a fluctuation point P when two intermediate time points are set within a predetermined period T. 2つの中間時点を設定することによって、ダイナミックレンジが更に広がる様子を示すグラフである。It is a graph which shows a mode that a dynamic range further expands by setting two intermediate | middle time points. 熱雑音を低減させる上で有用なリセットパルスの波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the reset pulse useful in reducing thermal noise.

符号の説明Explanation of symbols

A1,A10…差動増幅器
B1,B10…1ビットメモリ
C1…容量素子(フォトダイオードPDの寄生容量)
C2…容量素子
C10…容量素子(フォトダイオードPDおよびトランジスタT40の寄生容量)
C20…容量素子
E1,E10…出力端子
G1〜G6…変動点Pの電位低下を示すグラフ
I1,I2,I3…光強度
J…電流源
L1,L10…リセット電圧設定ライン
Lx,Ly…信号レベル
Lmax …信号レベルの最大値
M1,M2…中間時間
OUT…信号出力ライン
P…変動点
PD…フォトダイオード
Q…検出点(フローティングディフュージョン端子)
RST…リセット信号ライン
RST1,RST2…リセットパルス
SEL…選択信号ライン
SW…極性切替信号
T…所定周期
T1〜T4…N型MOSトランジスタ
T5〜T7…トランジスタ
T10〜T40…N型MOSトランジスタ
T50〜T70…トランジスタ
TNS…転送信号ライン
t0〜t4…時間軸上のタイミング(時間幅を有する)
V0〜V6…電位の値
VDD…電源ライン
Vmin …検出点Qがとり得る最低電位レベル
Vref …参照電圧
Vx,Vx′,Vy…基準電位
ΔV…電位差
ΔVmax …電位差の最大値
A1, A10... Differential amplifiers B1, B10... 1 bit memory C1... Capacitance element (parasitic capacitance of photodiode PD)
C2: Capacitance element C10: Capacitance element (parasitic capacitance of photodiode PD and transistor T40)
C20: Capacitance elements E1, E10: Output terminals G1-G6: Graphs I1, I2, I3 showing potential drop at fluctuation point P ... Light intensity J ... Current sources L1, L10 ... Reset voltage setting lines Lx, Ly ... Signal level Lmax ... Maximum signal levels M1, M2 ... Intermediate time OUT ... Signal output line P ... Variation point PD ... Photodiode Q ... Detection point (floating diffusion terminal)
RST ... Reset signal line RST1, RST2 ... Reset pulse SEL ... Selection signal line SW ... Polarity switching signal T ... Predetermined period T1-T4 ... N-type MOS transistors T5-T7 ... Transistors T10-T40 ... N-type MOS transistors T50-T70 ... Transistor TNS: Transfer signal line t0 to t4: Timing on time axis (having time width)
V0 to V6 ... potential value VDD ... power supply line Vmin ... lowest potential level Vref that detection point Q can take ... reference voltages Vx, Vx ', Vy ... reference potential ΔV ... potential difference ΔVmax ... maximum value of potential difference

Claims (11)

受光量に応じた電気信号を出力する機能をもった画素を、多数配列することにより構成される固体撮像装置であって、
個々の画素が、
一端が定電位に固定され、他端が受光量に応じた電位変動を生じる変動点Pとして機能するフォトダイオードと、
前記変動点Pを所定電位にリセットするためのリセット用MOSトランジスタと、
前記変動点Pの電位を外部に読み出すための読出用MOSトランジスタと、
を備え、更に、
前記リセット用MOSトランジスタに信号を与えることにより、各画素に対して、前記変動点Pが前記定電位より高い所定の初期電位となるように、所定周期Tで周期的リセットを行うリセット手段と、
前記読出用MOSトランジスタに信号を与えることにより、各画素から、前記リセット手段による周期的リセットの直前における前記変動点Pの電位を読み出し、読み出した電位と前記初期電位との差を当該画素に関する受光量を示す電気信号として出力する電位読出手段と、
を備えており、
前記電位読出手段は、前記所定周期Tの中間時点における前記変動点Pの電位を中間電位として読み出す機能を有し、
前記リセット手段は、前記中間電位が所定の基準電位未満である場合に、前記変動点Pの電位が前記基準電位となるように、前記中間時点において中間リセットを行い、前記中間電位が前記基準電位以上である場合に、前記変動点Pの電位が前記中間電位となるように、前記中間時点において中間リセットを行う機能を有することを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device configured by arranging a large number of pixels having a function of outputting an electrical signal corresponding to the amount of received light,
Individual pixels
A photodiode whose one end is fixed at a constant potential and whose other end functions as a variation point P that generates a potential variation according to the amount of received light;
A reset MOS transistor for resetting the variation point P to a predetermined potential;
A reading MOS transistor for reading out the potential of the fluctuation point P to the outside;
In addition,
Reset means for periodically resetting each pixel with a predetermined period T so that the variation point P becomes a predetermined initial potential higher than the constant potential by giving a signal to the reset MOS transistor ;
By applying a signal to the readout MOS transistor, the potential at the variation point P immediately before the periodic reset by the resetting unit is read from each pixel, and the difference between the read potential and the initial potential is received by light reception for the pixel. A potential reading means for outputting an electric signal indicating the quantity;
With
The potential reading means has a function of reading the potential at the fluctuation point P at an intermediate time point of the predetermined period T as an intermediate potential;
It said reset means, when the intermediate potential is lower than a predetermined reference potential, so that the potential of the change point P is the reference potential, the have rows intermediate reset at an intermediate point, the intermediate potential is the reference A solid-state imaging device having a function of performing an intermediate reset at the intermediate point so that the potential at the fluctuation point P becomes the intermediate potential when the potential is equal to or higher than the potential .
請求項1に記載の固体撮像装置において、
電位読出手段が、リセット手段による周期的リセット時における変動点Pの電位を読み出し、これを初期電位の値として用いることを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device, wherein the potential reading means reads the potential at the fluctuation point P at the time of periodic reset by the resetting means, and uses this as the initial potential value.
請求項1または2に記載の固体撮像装置において、The solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
リセット手段が、電位読出手段による読み出し値に基づくフィードバック制御を行うことにより、変動点Pが初期電位、基準電位、もしくは中間電位となるようなリセットを行うことを特徴とする固体撮像装置。  A solid-state imaging device characterized in that the reset means performs feedback control based on a read value by the potential reading means, so that the changing point P is reset to an initial potential, a reference potential, or an intermediate potential.
請求項3に記載の固体撮像装置において、The solid-state imaging device according to claim 3,
リセット手段が、中間電位が基準電位未満である場合には、電位読出手段による読み出し値と前記基準電位に対応して設定された参照値との差を零にするようなフィードバック制御を行うことにより中間リセットを行い、中間電位が基準電位以上である場合には、電位読出手段による中間リセット直前の読み出し値と中間リセット時の読み出し値との差を零にするようなフィードバック制御を行うことにより中間リセットを行うことを特徴とする固体撮像装置。  When the reset means performs the feedback control so that the difference between the read value by the potential read means and the reference value set corresponding to the reference potential is zero when the intermediate potential is less than the reference potential. If an intermediate reset is performed and the intermediate potential is equal to or higher than the reference potential, feedback control is performed so that the difference between the read value immediately before the intermediate reset by the potential reading means and the read value at the intermediate reset is zero. A solid-state imaging device that performs resetting.
請求項1〜4のいずれかに記載の固体撮像装置において、In the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
所定周期T内に複数の中間時点を定め、後続する中間時点ほど低い基準電位が設定されるように、個々の中間時点ごとにそれぞれ異なる基準電位を設定したことを特徴とする固体撮像装置。  A solid-state imaging device, wherein a plurality of intermediate time points are defined within a predetermined period T, and different reference potentials are set for each intermediate time point so that a lower reference potential is set for subsequent intermediate time points.
受光量に応じた電気信号を出力する機能をもった画素を、多数配列することにより構成される固体撮像装置であって、A solid-state imaging device configured by arranging a large number of pixels having a function of outputting an electrical signal corresponding to the amount of received light,
個々の画素が、  Individual pixels
一端が定電位に固定され、他端が受光量に応じた電位変動を生じる変動点Pとして機能するフォトダイオードと、  A photodiode whose one end is fixed at a constant potential and whose other end functions as a variation point P that generates a potential variation according to the amount of received light;
一端が前記変動点Pに接続され、他端が検出点Qとして機能する検出用MOSトランジスタと、  A detection MOS transistor having one end connected to the variation point P and the other end serving as a detection point Q;
前記変動点Pを所定電位にリセットするためのリセット用MOSトランジスタと、  A reset MOS transistor for resetting the variation point P to a predetermined potential;
前記検出点Qの電位を外部に読み出すための読出用MOSトランジスタと、  A reading MOS transistor for reading out the potential of the detection point Q to the outside;
を備え、更に、  In addition,
前記検出用MOSトランジスタのゲート電圧を制御することにより、各画素について、前記検出用MOSトランジスタを所定周期Tで周期的に一時的ON状態にして、前記変動点Pに蓄積した負電荷を前記検出点Qに転送する周期的転送処理を行う電荷転送手段と、  By controlling the gate voltage of the detection MOS transistor, for each pixel, the detection MOS transistor is periodically turned on periodically at a predetermined period T, and the negative charge accumulated at the fluctuation point P is detected. Charge transfer means for performing periodic transfer processing to transfer to the point Q;
前記所定周期Tの中間時点において、前記検出点Qが前記定電位より高い所定の初期電位となるように、前記リセット用MOSトランジスタに信号を与えることにより、各画素について一次リセットを行うリセット手段と、  Resetting means for performing a primary reset for each pixel by giving a signal to the reset MOS transistor so that the detection point Q becomes a predetermined initial potential higher than the constant potential at an intermediate time point of the predetermined period T; ,
前記読出用MOSトランジスタに信号を与えることにより、各画素から、前記電荷転送手段による周期的転送処理が行われた時点における前記検出点Qの電位を読み出し、読み出した電位と前記初期電位との差を当該画素に関する受光量を示す電気信号として出力する電位読出手段と、  By applying a signal to the readout MOS transistor, the potential of the detection point Q at the time when the periodic transfer processing by the charge transfer means is performed is read from each pixel, and the difference between the read potential and the initial potential A potential reading means for outputting as an electric signal indicating the amount of light received for the pixel;
を備えており、  With
前記電荷転送手段は、前記一次リセットの直後にも、前記変動点Pに蓄積した負電荷を前記検出点Qに転送する中間転送処理を行う機能を有し、  The charge transfer means has a function of performing an intermediate transfer process for transferring negative charges accumulated at the fluctuation point P to the detection point Q immediately after the primary reset,
前記電位読出手段は、前記中間転送処理が行われた時点における前記検出点Qの電位を中間電位として読み出す機能を有し、  The potential reading means has a function of reading the potential at the detection point Q at the time when the intermediate transfer process is performed as an intermediate potential,
前記リセット手段は、前記中間電位が所定の基準電位未満である場合に、前記検出点Qの電位が前記基準電位となるように、前記中間転送処理の直後に二次リセットを行い、前記中間電位が前記基準電位以上である場合に、前記検出点Qの電位が前記中間電位となるように、前記中間転送処理の直後に二次リセットを行う機能を有することを特徴とする固体撮像装置。  The reset means performs a secondary reset immediately after the intermediate transfer process so that the potential of the detection point Q becomes the reference potential when the intermediate potential is less than a predetermined reference potential, and the intermediate potential A solid-state imaging device having a function of performing a secondary reset immediately after the intermediate transfer process so that the potential of the detection point Q becomes the intermediate potential when is equal to or higher than the reference potential.
請求項6に記載の固体撮像装置において、The solid-state imaging device according to claim 6,
電位読出手段が、リセット手段による一次リセット時における検出点Qの電位を読み出し、これを初期電位の値として用いることを特徴とする固体撮像装置。  A solid-state imaging device characterized in that the potential reading means reads the potential of the detection point Q at the time of the primary reset by the reset means and uses this as the value of the initial potential.
請求項6または7に記載の固体撮像装置において、The solid-state imaging device according to claim 6 or 7,
リセット手段が、電位読出手段による読み出し値に基づくフィードバック制御を行うことにより、検出点Qが初期電位、基準電位、もしくは中間電位となるようなリセットを行うことを特徴とする固体撮像装置。  A solid-state imaging device characterized in that the reset means performs feedback control based on a read value by the potential reading means, thereby resetting the detection point Q to an initial potential, a reference potential, or an intermediate potential.
請求項8に記載の固体撮像装置において、The solid-state imaging device according to claim 8,
リセット手段が、中間電位が基準電位未満である場合には、電位読出手段による読み出し値と前記基準電位に対応して設定された参照値との差を零にするようなフィードバック制御を行うことにより二次リセットを行い、中間電位が基準電位以上である場合には、電位読出手段による二次リセット直前の読み出し値と二次リセット時の読み出し値との差を零にするようなフィードバック制御を行うことにより二次リセットを行うことを特徴とする固体撮像装置。  When the reset means performs the feedback control so that the difference between the read value by the potential read means and the reference value set corresponding to the reference potential is zero when the intermediate potential is less than the reference potential. When the secondary reset is performed and the intermediate potential is equal to or higher than the reference potential, the feedback control is performed so that the difference between the read value immediately before the secondary reset by the potential reading unit and the read value at the secondary reset becomes zero. A solid-state imaging device, wherein a secondary reset is performed.
請求項6〜9のいずれかに記載の固体撮像装置において、The solid-state imaging device according to any one of claims 6 to 9,
所定周期T内に複数の中間時点を定め、後続する中間時点ほど低い基準電位が設定されるように、個々の中間時点ごとにそれぞれ異なる基準電位を設定し、一次リセットを最初の中間時点においてのみ行うようにし、2番目以降の中間時点では、中間電位の読み出し結果に基づき、必要に応じて二次リセットを行うようにすることを特徴とする固体撮像装置。  A plurality of intermediate time points are determined within a predetermined period T, and different reference potentials are set for each intermediate time point so that lower reference potentials are set in subsequent intermediate time points, and the primary reset is performed only at the first intermediate time point. A solid-state imaging device characterized in that, at the second and subsequent intermediate points, a secondary reset is performed as necessary based on the readout result of the intermediate potential.
請求項1〜10のいずれかに記載の固体撮像装置において、  In the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 10,
電位読出手段を、互いに直列接続された第1のMOSトランジスタおよび第2のMOSトランジスタと、これら一対のMOSトランジスタによって形成される電流路に電流を流すための電流源と、によって構成し、前記第1のMOSトランジスタのゲートに変動点Pもしくは検出点Qを接続し、前記第2のMOSトランジスタのゲートに当該画素についての読出動作を選択する選択信号を与えることにより読み出しが行われるようにしたことを特徴とする固体撮像装置。  The potential reading means includes a first MOS transistor and a second MOS transistor connected in series to each other, and a current source for causing a current to flow through a current path formed by the pair of MOS transistors, Reading is performed by connecting the fluctuation point P or the detection point Q to the gate of one MOS transistor and giving a selection signal for selecting the reading operation for the pixel to the gate of the second MOS transistor. A solid-state imaging device.
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