JPH02296470A - Photoelectric converter - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は光電変換装置に係り、特に複数の光電変換要素
と、これらの光電変換要素からの信号を蓄積する電荷蓄
積手段とを有する光電変換装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a photoelectric conversion device, and particularly to a photoelectric conversion device having a plurality of photoelectric conversion elements and a charge storage means for accumulating signals from these photoelectric conversion elements. Regarding equipment.
[従来の技術及び発明が解決しようとする課題]従来、
固体撮像装置等の光電変換装置のセンサから転送された
センサ信号の読出し方法としては、読出した信号を一時
蓄積容量Cアに蓄積し、その後浮遊容量C□を有する出
力線に出力して直接読出す方法と、さらにバッファを介
して読出す方法とがある。[Prior art and problems to be solved by the invention] Conventionally,
A method for reading sensor signals transferred from a sensor of a photoelectric conversion device such as a solid-state imaging device is to temporarily store the read signal in a storage capacitor CA, and then output it to an output line having a stray capacitance C□ for direct reading. There are two methods: a method of reading the data through a buffer, and a method of reading the data through a buffer.
前者の方法は、−時蓄積容量C7と浮遊容量CHとの容
量分割により、出力信号のレベルが決まるため、出力信
号が小さくなる。出力信号レベルが小さいと出力信号線
により発生する雑音電荷がセンサの雑音電荷よりも大き
くなってS/N比を劣化させる問題点がある。In the former method, the level of the output signal is determined by the capacitance division between the negative storage capacitor C7 and the stray capacitor CH, so the output signal becomes small. If the output signal level is low, there is a problem that the noise charge generated by the output signal line becomes larger than the noise charge of the sensor and deteriorates the S/N ratio.
近年、画像の高精細化に伴って光電変換装置のセンサ画
素数が増す傾向があるが、センサ画素数に比例して浮遊
容量C1の値が増大すると、出力信号は増々小さくなる
。In recent years, there has been a tendency for the number of sensor pixels in photoelectric conversion devices to increase as images become more precise. However, as the value of stray capacitance C1 increases in proportion to the number of sensor pixels, the output signal becomes smaller and smaller.
さらに、センサ信号の読出し方法をカラーの工リアセン
サに応用する場合を考えてみる。カラーセンサでは、例
えば輝度信号を得るために金色透過のフィルタ(W)と
色信号赤(R)を得るための赤透過フィルタ、色信号前
(B)を得るための青透過フィルタが用いられている。Furthermore, let us consider the case where the sensor signal reading method is applied to a color factory sensor. In a color sensor, for example, a gold transmission filter (W) is used to obtain a luminance signal, a red transmission filter is used to obtain a color signal red (R), and a blue transmission filter is used to obtain a color signal (B). There is.
この場合W信号の出力に対して、R,B信号の出力は約
l/3以下のレベルになり、容量分割による信号レベル
低下を含めるとかなり小さい信号になってしまう。In this case, the output of the R and B signals will be at a level approximately ⅓ or less compared to the output of the W signal, and if the reduction in signal level due to capacitance division is included, the signals will be quite small.
出力信号を大きくするために、−時蓄積容量coの値を
大きく劣ることが考えられる。In order to increase the output signal, it is conceivable to significantly reduce the value of the negative storage capacitance co.
しかしながら、−時蓄積容量C7の値を大きくすること
によって、チップ面積が大きくなる問題点がある。また
、特に固体撮像装置に用いられるエリアセンサのように
、多数のセンサが共通垂直信号線に接続される場合、各
々のセンサが寄生容量を有するため垂直信号線の容量値
は、通常−時蓄積容量C7の値よりも大きくなりセンサ
自体の破壊度が大きくなるのであるが、−時蓄積容量C
7の値を大きくすると増々センサ自体の破壊度が大きく
なってしまう。However, there is a problem in that increasing the value of the negative time storage capacitor C7 increases the chip area. In addition, when a large number of sensors are connected to a common vertical signal line, such as area sensors used in solid-state imaging devices, each sensor has parasitic capacitance, so the capacitance value of the vertical signal line usually increases over time. It becomes larger than the value of capacitance C7, and the degree of damage to the sensor itself increases, but the - time storage capacitance C
If the value of 7 is increased, the degree of damage to the sensor itself becomes greater.
このように、センサの破壊度、チップ面積等を考慮する
と、−時蓄積、容量C7は小さい方が望ましく、一方、
出力レベルを太き(するためには−時蓄積容量CTは大
きい方が望ましいという矛盾した要求がある。In this way, considering the degree of destruction of the sensor, the chip area, etc., it is desirable that the - time accumulation and capacitance C7 be small;
There is a contradictory demand that in order to increase the output level, it is desirable that the storage capacitance CT be large.
後者の方法は、−時蓄積容量CTからの出力信号を増幅
するためのバッファを設けるものであり、バイポーラト
ランジスタのベースに前記出力信号を入力することで、
増幅を行うことができ、読出しゲインは太き(なるが、
高速性に問題がある。The latter method is to provide a buffer for amplifying the output signal from the negative storage capacitor CT, and by inputting the output signal to the base of the bipolar transistor,
Amplification can be performed, and the readout gain is large (although
There is a problem with high speed.
[課題を解決するための手段]
本発明の光電変換装置は、複数の光電変換要素と、これ
らの光電変換要素からの信号を蓄積する電荷蓄積手段と
を有する光電変換装置において。[Means for Solving the Problems] A photoelectric conversion device of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements and a charge storage means for accumulating signals from these photoelectric conversion elements.
前記複数の光電変換要素と前記電荷蓄積手段との間に、
光電変換された信号を増幅する増幅手段を設けたことを
特徴とする。between the plurality of photoelectric conversion elements and the charge storage means,
It is characterized by providing an amplification means for amplifying the photoelectrically converted signal.
[作用]
本発明の光電変換装置は、複数の光電変換要素(光電変
換を行なうセンサの一単位をいう)と電荷蓄積手段との
間に、光電変換された信号を増幅する増幅手段を設ける
ことで、光電変換要素からの信号を増幅させて、電荷蓄
積手段に蓄積し、この電荷蓄積手段から信号を出力する
ものである。[Function] The photoelectric conversion device of the present invention includes an amplification means for amplifying a photoelectrically converted signal between a plurality of photoelectric conversion elements (one unit of a sensor that performs photoelectric conversion) and a charge storage means. The signal from the photoelectric conversion element is amplified and stored in the charge storage means, and the signal is output from the charge storage means.
このため、出力信号レベルを大きくすることができ、セ
ンサの破壊度を小さ(することができ、高速動作に優れ
た光電変換装置を構成することができる。Therefore, the output signal level can be increased, the degree of destruction of the sensor can be reduced, and a photoelectric conversion device excellent in high-speed operation can be constructed.
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第1図は、本発明の光電変換装置の一実施例の信号読出
し回路の構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a signal readout circuit of an embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention.
同図に示すように、本実施例に用いるアンプは、第1の
MOS トランジスタM1と第2のMOS )−ランジ
スタM2とから構成される。As shown in the figure, the amplifier used in this embodiment is composed of a first MOS transistor M1 and a second MOS transistor M2.
なお、本実施例に用いるセンサは複数の光電変換要素が
マトリクス状に配列されたエリアセンサであり、複数の
光電変換要素の一列分が共通垂直信号線を通して上記ア
ンプに接続される。The sensor used in this embodiment is an area sensor in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix, and one row of the plurality of photoelectric conversion elements is connected to the amplifier through a common vertical signal line.
共通接続された複数の光電変換要素の出力側は第1のM
OS トランジスタM1のゲートに接続され、第1のM
OS トランジスタMIのドレインは第2のMOS ト
ランジスタM2のソースに接続され、第2のMOS ト
ランジスタM2のドレインは電源電圧Vccに接続され
、第2のMOS トランジスタM2のゲートはパルスφ
Toによって制御され、アンプの導通を制御する。The output side of the plurality of commonly connected photoelectric conversion elements is the first M
OS connected to the gate of the transistor M1, and connected to the gate of the first M
The drain of the OS transistor MI is connected to the source of the second MOS transistor M2, the drain of the second MOS transistor M2 is connected to the power supply voltage Vcc, and the gate of the second MOS transistor M2 is connected to the pulse φ
To controls the conduction of the amplifier.
なお、共通接続された複数の光電変換要素の後段にアン
プを設けると、各アンプ間でわずかなりCレベルの変化
(オフセット)がある。微小信号を検出することを目的
とする固体撮像装置では、このようなオフセットの違い
もオフセットノイズとして画質の低下を招く。従って本
実施例では、上述のアンプの後段に一時蓄積手段たるコ
ンデンサCT、、CT、を設け、オフセット信号を一時
蓄積させ、センサ信号とともにオフセット信号を転送し
、両信号を減算処理することでオフセット信号を除去す
ることとしている。Note that when an amplifier is provided after a plurality of commonly connected photoelectric conversion elements, there is a slight change (offset) in the C level between the amplifiers. In solid-state imaging devices whose purpose is to detect minute signals, such differences in offset also cause deterioration in image quality as offset noise. Therefore, in this embodiment, a capacitor CT, , CT, which is a temporary storage means is provided after the above-mentioned amplifier, and the offset signal is temporarily stored.The offset signal is transferred together with the sensor signal, and both signals are subjected to subtraction processing to offset the offset signal. The signal is removed.
すなわち、アンプから出力されるセンサ信号及びオフセ
ット信号は、パルスφア1.φア、で制御されるMOS
l−ランジスタT1.Ttを介してコンデンサCT1
.CTaに蓄積され、パルスφH1で制御されるMOS
トランジスタTHI、 Toaを通してそれぞれ出力
線s、、S2に出力され減算処理される。なお、出力線
St 、S2はパルスφ□。で制御されるMOS トラ
ンジスタT IIcI 、 TM01によって、所定の
電位■8にクリアされる。That is, the sensor signal and offset signal output from the amplifier are pulses φA1. MOS controlled by φa
l-transistor T1. Capacitor CT1 via Tt
.. MOS stored in CTa and controlled by pulse φH1
The signals are output to output lines s, , S2 through transistors THI and Toa, respectively, and subjected to subtraction processing. Note that the output lines St and S2 are pulses φ□. It is cleared to a predetermined potential (8) by the MOS transistors T IIcI and TM01 controlled by .
なお、上記アンプは、センサ信号をコンデンサCT、へ
転送する時、及びオフセットノイズ信号をコンデンサC
T、へ転送する時にアンプとしての機能をはだすように
制御される。これは、センサの信号電荷蓄積中に、アン
プを動作させると熱が発生し、この熱がセンサの暗電流
ノイズを増加させる原因となるからである。Note that the above amplifier transfers the sensor signal to the capacitor CT, and also transfers the offset noise signal to the capacitor C.
It is controlled so that it functions as an amplifier when transferring to T. This is because heat is generated when the amplifier is operated while signal charges are being accumulated in the sensor, and this heat causes an increase in dark current noise in the sensor.
以下、上記光電変換装置の動作について説明する。The operation of the photoelectric conversion device will be described below.
第2図は、上記信号読出し回路の動作を説明するだめの
タイミングチャートである。FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the signal readout circuit.
同図において、まず、区間T、において、パルスφ1゜
、φT1をハイレベルとして、MOSトランジスタM
2. T +をON状態として、コンデンサC□、に残
っている残留電荷をクリアする。その後、パルスψVe
をロウレベルとして、MOS トランジスタT vcを
OFF状態とする。In the figure, first, in section T, pulses φ1° and φT1 are set to high level, and the MOS transistor M
2. By turning on T+, the residual charge remaining in the capacitor C□ is cleared. After that, the pulse ψVe
is set to low level, and the MOS transistor T vc is turned off.
次に、区間T2において、センサに印加する制御パルス
φVRIをハイレベルとすることによって、センサに蓄
積されたセンサ信号を読み出し、アンプの第2のMOS
トランジスタM2のゲートに入力する。アンプによっ
て増幅されたセンサ信号はコンデンサCT、に読み出さ
れる。その後、パルスφ7.をロウレベルとして、MO
S )ランジスタT1をOFF状態とする。Next, in period T2, the control pulse φVRI applied to the sensor is set to high level to read out the sensor signal accumulated in the sensor, and the second MOS of the amplifier
Input to the gate of transistor M2. The sensor signal amplified by the amplifier is read out to a capacitor CT. After that, pulse φ7. As the low level, MO
S) Turn off the transistor T1.
次に、区間T、において、センサに印加する制御パルス
φvl11をハイレベル、パルスφra、 φvcをハ
イレベルとしてMOSトランジスタT fi 、 T
VCをON状態とし、センサをリフレッシュするととも
に、コンデンサCT2、垂直信号線をクリアする。Next, in period T, the control pulse φvl11 applied to the sensor is set at high level, the pulses φra and φvc are set at high level, and the MOS transistors Tfi, T
Turn on VC to refresh the sensor and clear the capacitor CT2 and vertical signal line.
次に、区間T4において、パルスφvcをロウレベルと
してMOS)ランジスタT vcをOFF状態とし、区
間T、でリフレッシュしたセンサの残留信号(センサノ
イズ)を読み出し、アンプの第2のMOS )−ランジ
スタM、のゲートに入力する。アンプによって増幅され
たセンサ信号はコンデンサCT、に読み出される。Next, in interval T4, the pulse φvc is set to low level to turn off the MOS transistor Tvc, and in interval T, the residual signal (sensor noise) of the refreshed sensor is read out, and the second MOS transistor M, input into the gate. The sensor signal amplified by the amplifier is read out to a capacitor CT.
次に、区間T、において、パルスφ□1をハイレベルと
してMOS トランジスタT、、、T□2をON状態と
し、コンデンサCT、、CT2に一時蓄積された信号を
水平シフトレジスタからのパルスにより出・力信号に読
み出す。アンプのオフセットノイズはセンサ信号及びセ
ンサノイズをコンデンサCT 7.CTzに読み出す時
に同時にとりこまれてしまうが、出力線S、、S、から
得られた信号の減算処理により、センサ信号からセンサ
ノイズが除去されると同時に除去される。Next, in period T, pulse φ□1 is set to high level to turn on MOS transistors T, , T□2, and the signals temporarily stored in capacitors CT, , CT2 are output by pulses from the horizontal shift register.・Read out the force signal. The offset noise of the amplifier is the sensor signal and the sensor noise is connected to the capacitor CT7. Although they are taken in at the same time when read out to CTz, the sensor noise is removed from the sensor signal at the same time by subtracting the signals obtained from the output lines S, , S.
なお、本実施例のアンプゲインには、第1のMOS ト
ランジスタと第2のMOSトランジスタとのサイズをそ
れぞれW l / L 1. W 2 / L 2とし
、チャネル長を同一とすると(Ll =L2)K=′7
「フτTとなる。従って、W、/W2=16/1とする
と、K=4となる。Note that the amplifier gain of this embodiment is determined by setting the sizes of the first MOS transistor and the second MOS transistor to W l / L 1. If W 2 / L 2 and the channel lengths are the same (Ll = L2) K = '7
Therefore, if W, /W2=16/1, then K=4.
例えば、コンデンサCT、の値が2pF、コンデンサC
I4の値が4. p Fの場合、従来の読み出しゲイン
は1/3であるが、本実施例での読み出しゲインは4/
3となる。For example, if the value of capacitor CT is 2 pF, capacitor C
The value of I4 is 4. In the case of pF, the conventional readout gain is 1/3, but the readout gain in this embodiment is 4/3.
It becomes 3.
なお、上記実施例のアンプは、MOSトランジスタで構
成したが、アンプは他素子で構成してもよい。例えば、
バイポーラトランジスタでベース人力、コレクタ出力タ
イプとしても、あるいはエミッタ入力、コレクタ出力タ
イプとしてもよい。It should be noted that although the amplifier in the above embodiment is composed of MOS transistors, the amplifier may be composed of other elements. for example,
A bipolar transistor may be a base input/collector output type, or an emitter input/collector output type.
また、FET等を用いてもよい。Alternatively, an FET or the like may be used.
本発明は上記実施例のエリアセンサだけでなく、その他
のセンサ、例えば、ラインセンサにも適用可能である。The present invention is applicable not only to the area sensor of the above embodiment but also to other sensors, such as line sensors.
センサがカラーセンサである時に、既に述べたように、
W信号の出力に対して、R,B信号の出力は約1/3以
下のレベルになる場合があるが、本発明を用い、色毎に
アンプゲインを変えることで、色信号出力レベルを所望
の値に設定することができる。As already mentioned, when the sensor is a color sensor,
The output level of the R and B signals may be approximately 1/3 or less of the output level of the W signal, but by using the present invention and changing the amplifier gain for each color, the color signal output level can be adjusted to the desired level. can be set to a value of
第3図は、本発明を適用した固体撮像装置の概略的構成
図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device to which the present invention is applied.
同図において、光センサがエリア状に配列された撮像素
子201は、垂直走査部202及び水平走査部203に
よってテレビジョン走査が行なわれる。In the figure, an image sensor 201 in which optical sensors are arranged in an area is subjected to television scanning by a vertical scanning section 202 and a horizontal scanning section 203.
水平走査部203から出力された信号は、処理回路20
4を通して標準テレビジョン信号として出力される。The signal output from the horizontal scanning section 203 is sent to the processing circuit 20.
4 and output as a standard television signal.
垂直および水平走査部202及び203の駆動パルス等
はドライバ205によって供給される。Drive pulses and the like for the vertical and horizontal scanning sections 202 and 203 are supplied by a driver 205.
またドライバ205はコントローラ206によって制限
される。The driver 205 is also limited by the controller 206.
[発明の効果]
以上詳細に説明したように、本発明の光電変換装置によ
れば、次のような効果を得ることができる。[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the photoelectric conversion device of the present invention, the following effects can be obtained.
■、センサの破壊度を小さ(することができる。(2) The degree of sensor destruction can be reduced.
■、読み出しゲインを大きくとることができるので、出
力信号線の雑音電荷によるS/N比劣化を防止すること
ができる。(2) Since the readout gain can be increased, deterioration of the S/N ratio due to noise charges on the output signal line can be prevented.
■、カラーセンサの場合、色毎のアンプゲインを変える
ことにより、色信号出力レベルを所望の値に設定するこ
とができる。(2) In the case of a color sensor, the color signal output level can be set to a desired value by changing the amplifier gain for each color.
第1図は、本発明の光電変換装置の一実施例の信号読出
し回路の構成を示す回路図である。
第2図は、上記信号読出し回路の動作を説明するための
タイミングチャートである。
第3図は、本発明を適用した固体撮像装置の概略的構成
図である。
CT、、CT2.:コンデンサ、
φTO1φTl、 φT2. φM+、 φvc
、 φVRI + φVR2φH1;パルス、
T lr T z + THII ’r、、、
THCI THC2Tvc、 M、 、 M、
: MOSトランジスタ、S2 ;出力線。
第1図FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a signal readout circuit of an embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the signal readout circuit. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. CT,,CT2. : Capacitor, φTO1φTl, φT2. φM+, φvc
, φVRI + φVR2φH1; Pulse, T lr T z + THII 'r,,,
THCI THC2Tvc, M, , M,
: MOS transistor, S2; output line. Figure 1
Claims (3)
らの信号を蓄積する電荷蓄積手段とを有する光電変換装
置において、 前記複数の光電変換要素と前記電荷蓄積手段との間に、
光電変換された信号を増幅する増幅手段を設けたことを
特徴とする光電変換装置。(1) In a photoelectric conversion device having a plurality of photoelectric conversion elements and a charge accumulation means for accumulating signals from these photoelectric conversion elements, between the plurality of photoelectric conversion elements and the charge accumulation means,
A photoelectric conversion device comprising an amplifying means for amplifying a photoelectrically converted signal.
電変換装置。(2) The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a plurality of said charge storage means are provided.
、前記増幅手段の増幅度が色信号で異なる請求項1記載
の光電変換装置。(3) The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the plurality of photoelectric conversion elements constitute a color sensor, and the amplification degree of the amplification means differs depending on the color signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1116088A JPH02296470A (en) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | Photoelectric converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP1116088A JPH02296470A (en) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | Photoelectric converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02296470A true JPH02296470A (en) | 1990-12-07 |
Family
ID=14678415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP1116088A Pending JPH02296470A (en) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | Photoelectric converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02296470A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7460164B2 (en) | 2004-01-29 | 2008-12-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Image capture device having amplification circuit for amplifying signal from photoelectric conversion portion |
US7486320B2 (en) | 2004-01-29 | 2009-02-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device and image pickup system using the photoelectric conversion device |
JP2016019243A (en) * | 2014-07-10 | 2016-02-01 | 株式会社リコー | Imaging apparatus, image reading device and image forming apparatus |
-
1989
- 1989-05-11 JP JP1116088A patent/JPH02296470A/en active Pending
Cited By (6)
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