JPH0448861A - Image sensor - Google Patents

Image sensor

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JPH0448861A
JPH0448861A JP15902490A JP15902490A JPH0448861A JP H0448861 A JPH0448861 A JP H0448861A JP 15902490 A JP15902490 A JP 15902490A JP 15902490 A JP15902490 A JP 15902490A JP H0448861 A JPH0448861 A JP H0448861A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mosfet
reset
output
gate
video signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP15902490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunaga Yamamoto
泰永 山本
Kazufumi Yamaguchi
山口 和文
Riyuushin Okamoto
龍鎮 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP15902490A priority Critical patent/JPH0448861A/en
Publication of JPH0448861A publication Critical patent/JPH0448861A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce dispersion at a dark state and to prevent decreasing the S/N by using a CMOS transmission gate switch as a reset MOSFET switch to make a gate-drain capacitance of an N-channel MOSFET equal to a gate- drain capacitance of a P-channel MOSFET. CONSTITUTION:A switch of CMOS transmission gate structure in which a P- channel MOSFET and an N-channel MOSFET are connected in parallel is employed for a reset switch. The fluctuation of an anode level of a photo diode is much reduced by designing a gate-drain capacitance of the N-channel MOSFET to be equal to a gate-drain capacitance of the P-channel MOSFET in the CMOS transmission gate switch. Thus, a video signal is delayed to take a difference from a read signal at reset, then a dark state output and its dispersion are much reduced and a video signal with low FPN and high S/N is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 画像入力装置の基幹デバイスとしてイメージセンサが利
用されていa 本発明は原稿情報を高S/Nかつ高速 
低残像 高感度で読み取ることを可能にするイメージセ
ンサに関するものであも従来の技術 高解像度化及び高S/N化を図るためのイメージセンサ
として各画素毎に増幅機能を持たせた増幅型MOSイメ
ージセンサがあム 画素毎の増幅機能の付与は画素であ
るフォトダイオードのアノード若しくはカソードをMO
S F ETのゲートに接続することにより、入射光に
よる生成キャリヤの量に応じた上記MOSFETのゲー
ト電位変調に基づくドレイン電流の増減という形で行わ
れも各画素毎のMOSFETのゲート電位は更にこのゲ
ート端子に接続されたリセットスイッチによって読み出
し終了後に成る一定電位へとリセットされも この型の
イメージセンサの欠点は各画素毎に有する上記MOSF
ETの特性がばらつくことであり、これによりS/Nが
劣化すa このばらつきの内容を二大別すると上記MO
SFETの増幅率gIIのばらつきと上記MOSFET
のゲート閾値電圧VTのばらつきに分けられも 前者は
感度ばらつきになるものであるバ 光量の多い白レベル
で多く発生するので映像信号としてあまり問題とならな
い力(後者は光量の少ない黒レベル即ち暗時出力におい
てばらつきが顕著になるので映像信号として極めて重大
な問題になも この暗時出力ばらつきを低減するための方法として筆者
らによる特願平2−7386を出願中であも この内容
を1画素分について要約して示したものが第2図(a)
、 (b)であも 本図(a)において1はフォトダイ
オード、 2は増幅用MOSFET、3は信号読み出し
用MOSFET、4はリセット用MOSFET、  5
は一定電圧源ライン、 6は信号読み出しライン、 7
は増幅用MOSFETのゲート電位がリセットされるリ
セット電圧源ライン、8は本画素から信号を読み出すた
めの読み出しパルスが印加される読み出しMOSFET
のゲート端子、 9は増幅用MOSFETのゲート電位
をリセットするためのリセットパルスが印加されるリセ
ット用MOSFETのゲート端子であも 本図(b)は
本図(a)に示した画素を駆動する際のタイミング図の
一例であり、信号読み出し用MOSFET及びリセット
用MOS F ETとしてNチャネルMOSFETを想
定して描いてい4Ynは本画素の読み出しパルスタイミ
ング、 Rnは本画素のリセットパルスタイミング、1
0は本1画素に関係する期間でありその内訳は11の映
像信号読み出し期間と12のリセット時出力読み出し期
間となっていも 上記11で示される期間と12で示さ
れる期間各々における出力信号の遅延差をとれば暗時出
力ばらつきが除去されることになも 即ち暗時には上記
11で示される期間と12で示される期間における増幅
用MOSFETのゲート電位が等しくなり遅延差出力は
零になるということであも 発明が解決しようとする課題 しかし上記従来例における暗時出力除去法においては以
下のような問題点が存在す&  11で示される期間に
おいてはリセットパルスは”L”レベルであるが12で
示される期間においては”Hレベルであム ここでは”
L”レベルをスイッチとしてオフになるレベ)I<  
′H”レベルをオンになるレベルとしていム リセット
用MOS F ETのゲート端子と増幅用MOSFET
のゲート端子即ちフォトダイオードのアノード端子との
間には寄生容量が存在するた敢 フォトダイオードのア
ノード端子電位は期間12においてはリセット電圧源ラ
イン7の電圧レベルに設定されている力交リセットパル
スRnが”L”レベルに転じた瞬間以降には既に上記フ
ォトダイオードのアノード端子電位は若干下がってしま
う。従って期間11において読み出した暗時信号出力と
期間12において読み出すリセット時信号出力とは実質
的に等しくならなしも このため遅延差出力をとっても
零にはならな(〜 上記リセットパルスのスイングに伴
うフォトダイオードのアノード端子電位の変動量は各画
素間においてほぼ一定と考えられ 上記遅延差出力が零
でなくとも各画素間で遅延差出力が等しければ単なるオ
フセット出力が現われるだけで問題はなLs  Lかし
現実には増幅用MOS F ETのgmのばらつきが存
在するた八 仮にフォトダイオードのアノード端子電位
変動量が各画素間で等しくともドレイン電流値は各画素
間で一定にはならず最終的には暗時出力ばらつきが生じ
S/Nが低下すム 課題を解決するための手段 上記の問題ではフォトダイオードのアノード電位即ち増
幅用MOS F ETのゲート電位をリセットするため
のスイッチとしてNチャネルMOSFETを1つ使用し
た結果 フォトダイオードのアノード電位変動が生じも
 つまり単一のパルスでリセットを行った敢 このパル
スの”H″   Lレベルに伴う容量結合性のフォトダ
イオードのアノードの電位に生じる変動分をそのまま含
んだ出力ドレイン電流間の遅延差をとることになってい
るので暗時出力ばらつきが残も 従ってリセット用MO
SFETスイッチとしてCMOS伝送ゲートスイッチを
用いた構成にするとともに上記CMOSスイッチの内の
NチャネルMOS F ETのゲート・ドレイン間容量
とPチャネルMOSFETのゲート・ドレイン間容量と
が等しくなるように設計する事によって1、上記フォト
ダイオードのアノード電位の変動を極めて小さくでき4
作用 本発明は上記した構成によって、 リセット用CMOS
スイッチがオン状態からオフ状態に転じる際へ フォト
ダイオードのアノード電位に対して本リセット用CMO
Sスイッチの内のNチャネルMOSFETが寄生容量を
通じて与えるマイナス方向への変動分とPチャネルMO
S F ETが寄生容量を通じて与えるプラス方向への
変動分とが丁度相殺されて、 トータルとしてリセット
スイッチがオフ状態に転じた瞬間のフォトダイオードの
アノード電位変動を極めて小さくすることができも従っ
て各画素毎の増幅用MOS F ETが有するgmのば
らつきが遅延差出力に与える影響も極めて小さくするこ
とができ暗時ばらつきが小さくなりS/Nの低下を防ぐ
ことが出来るものであも実施例 以下本発明の実施例のイメージセンサについて図面を参
照しながら説明すも 第1図(a)及び(b)は本発明のイメージセンサの1
画素分の回路図及びタイミング図であも増幅用MOSF
ETのゲート電位をリセット電圧値に設定するリセット
スイッチとして、CMOS伝送ゲートスイッチを用いて
いも 本図中の1から12の数字で示した部分は前述の
第2図において同一番号を付した部分に等しく、また信
号読み出し用MOSFETのゲート端子8及びリセット
用MOSFETのゲート端子9に各々入力される信号読
み出しパルス及びリセットパルスは第2図(b)中のY
n及びRnに等しいので説明及び図示を省略すも 第1
図(a)中に13で示したものは4と同様にリセット用
MOSFETである力(4とは導電型を異にするもので
あり、本図に示したように4と並列接続することにより
CMOS伝送ゲートスイッチを形成していム リセット
用MOSFET13のゲートに入力されるパルスはリセ
ット用スイッチ4のゲート端子9に入力されるリセット
パルスを反転器14で反転したものであり、本図(b)
中にRn’で示す。
[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field Image sensors are used as the core devices of image input devices.
Low afterimage Conventional technology for image sensors that enable high-sensitivity reading Amplification type MOS, which has an amplification function for each pixel, is used as an image sensor to achieve high resolution and high S/N The image sensor is provided with an amplification function for each pixel by MO
By connecting to the gate of the SFET, the drain current is increased or decreased based on the gate potential modulation of the MOSFET according to the amount of carriers generated by the incident light. Although it can be reset to a constant potential after reading is completed by a reset switch connected to the gate terminal, the disadvantage of this type of image sensor is that each pixel has the MOSFET.
This is due to variations in the characteristics of the ET, which causes the S/N to deteriorate.
Variation in SFET amplification factor gII and the above MOSFET
The former causes variations in sensitivity, and the latter does not cause much of a problem as a video signal because it occurs mostly at the white level, where there is a large amount of light (the latter occurs at the black level, where there is little light, that is, in the dark). This is a very serious problem for video signals because the variation becomes noticeable in the output.The authors are currently applying for Japanese Patent Application No. 2-7386 as a method to reduce this dark output variation. Figure 2 (a) shows a summary of the
, (b) In this figure (a), 1 is a photodiode, 2 is an amplification MOSFET, 3 is a signal readout MOSFET, 4 is a reset MOSFET, 5
is a constant voltage source line, 6 is a signal readout line, 7
8 is a reset voltage source line where the gate potential of the amplification MOSFET is reset, and 8 is a readout MOSFET to which a readout pulse is applied to read out the signal from the main pixel.
9 is the gate terminal of a reset MOSFET to which a reset pulse is applied to reset the gate potential of the amplification MOSFET. This diagram (b) drives the pixel shown in this diagram (a). This is an example of the timing diagram, and is drawn assuming N-channel MOSFETs as the signal readout MOSFET and reset MOSFET. 4Yn is the readout pulse timing of this pixel, Rn is the reset pulse timing of this pixel, 1
0 is a period related to one pixel, and its breakdown is 11 video signal readout periods and 12 reset output readout periods. However, there is a delay in the output signal in each of the periods 11 and 12 above. If the difference is taken, the output variation in the dark period will be eliminated.In other words, in the dark period, the gate potential of the amplification MOSFET in the period shown by 11 and the period shown by 12 will be equal, and the delay difference output will be zero. Problems to be Solved by the Invention However, there are the following problems in the dark output removal method in the conventional example. In the period indicated by "H level here"
Level that turns off using L” level as a switch) I<
The 'H' level is used as the on level to connect the gate terminal of the reset MOSFET and the amplification MOSFET.
Since there is a parasitic capacitance between the gate terminal of the photodiode, that is, the anode terminal of the photodiode, the anode terminal potential of the photodiode is set to the voltage level of the reset voltage source line 7 during period 12. The anode terminal potential of the photodiode has already dropped slightly after the moment when the voltage changes to the "L" level. Therefore, the dark signal output read in period 11 and the reset signal output read in period 12 are not substantially equal.For this reason, even if the delay difference output is taken, it will not become zero (~ The amount of variation in the anode terminal potential of the diode is considered to be almost constant between each pixel, so even if the delay difference output is not zero, if the delay difference output is equal between each pixel, a simple offset output will appear and there will be no problem. However, in reality, there are variations in the gm of the amplifying MOS FETs. Even if the amount of variation in the anode terminal potential of the photodiode is the same between each pixel, the drain current value will not be constant between each pixel and will eventually Means to solve the problem In the above problem, an N-channel MOSFET is used as a switch to reset the anode potential of the photodiode, that is, the gate potential of the amplification MOSFET. As a result of using one, the anode potential of the photodiode fluctuates. In other words, the reset is performed with a single pulse. Since it is supposed to take the delay difference between the output drain currents that are included as they are, there is no residual output variation during the dark period. Therefore, the reset MO
A CMOS transmission gate switch is used as the SFET switch, and the design is made so that the capacitance between the gate and drain of the N-channel MOSFET and the capacitance between the gate and drain of the P-channel MOSFET in the CMOS switch are equal. 1. The fluctuations in the anode potential of the photodiode can be made extremely small by 4.
Operation The present invention has the above-mentioned configuration, and the reset CMOS
When the switch changes from the on state to the off state, the main reset CMO is applied to the anode potential of the photodiode.
The fluctuation in the negative direction caused by the N-channel MOSFET in the S switch through parasitic capacitance and the P-channel MOSFET
The fluctuation in the positive direction given by the SFET through the parasitic capacitance is exactly canceled out, and the fluctuation in the anode potential of the photodiode at the moment when the reset switch turns off can be made extremely small in total. The influence of gm variations of each amplifying MOS FET on the delay difference output can be extremely minimized, and dark-time variations can be reduced to prevent a drop in S/N. An image sensor according to an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
MOSF for amplification even in the circuit diagram and timing diagram for each pixel
Even if a CMOS transmission gate switch is used as a reset switch to set the ET gate potential to the reset voltage value, the parts indicated by numbers 1 to 12 in this figure are the same numbers as in the above-mentioned figure 2. The signal readout pulse and reset pulse that are equal and input to the gate terminal 8 of the signal readout MOSFET and the gate terminal 9 of the reset MOSFET, respectively, are Y in FIG. 2(b).
Since it is equal to n and Rn, explanation and illustration are omitted.
The one indicated by 13 in the figure (a) is a reset MOSFET similar to 4 (it has a different conductivity type from 4, and by connecting it in parallel with 4 as shown in this figure) The pulse input to the gate of the reset MOSFET 13 forming the CMOS transmission gate switch is the reset pulse input to the gate terminal 9 of the reset switch 4, which is inverted by the inverter 14, as shown in Figure (b).
Indicated by Rn'.

次に本発明のイメージセンサの動作を説明すも動作タイ
ミング図は第1図(b)に示すようへ1画素のみに関し
ていえば 読み出しパルスのみが入力されて映像信号が
読みだされる映像信号読み出し期間11と読み出しパル
スに加えてフォトダイオードの電位をリセットするリセ
ットパルスが入力されてリセット時の映像信号が読みだ
されるリセット時出力読み出し期間12とが存在すム映
像信号読み出しパルスYn及びリセットパルスRn、R
n’ とが互いにその動作期間を共有した期間をもつよ
うなハーフピットシフト信号とすること1ヨ1つのシフ
トレジスタからの出力信号を複雑な加工を加えることな
く読み出しパルスやリセットパルスとして利用できるの
で設計上のメリットは太き(〜 各画素毎に増幅用MO
S F ETをもつセンサは高速 低残像 高感度読み
出しが可能である力(暗゛時出力に画素毎の感度不均一
性に基づくばらつき即ち固定パターンノイズ(FPN)
が生じてS/Nを劣化させも これをなくすためにリセ
ット時読み出しを行い遅延させた映像信号との間で減算
処理を行ってFPNを除去することが考えられも リセ
ットスイッチが単一のMOSFETからなる場合、 リ
セット時にはリセットスイッチがオン状態なので増幅用
MOSFET2のゲート端子電位はリセット電圧源ライ
ン7の電位に等しくなっているがこのリセットスイッチ
がオフ時にはリセットパルス電位変動が容量結合によっ
て増幅用MOSFETのゲート端子電位に現れ最早リセ
ット電圧源ライン7の電位とは異なり、暗時の映像信号
読み出し時の増幅用MOSFETのゲート電位もこのま
まであa 従ってドレイン電流出力の遅延減算処理後も
暗時出力が現れるとともにその値には個々の画素の増幅
率gmの不均一性に基づくばらつき(FPN)が存在し
得a本発明のイメージセンサはリセットスイッチとして
PチャネルMOSFETとNチャネルMOSFETとを
並列接続したCMO8伝送ゲート構成のスイッチを用い
2i、、CMOS伝送ゲートスイッチの2つのゲート端
子に入力されるリセットパルスは互いに相補関係とする
ことが極めて簡便であム従って2つのゲート端子に入力
されるリセットパルス各々が増幅用MOSFETのゲー
ト端子に与える容量結合性の電位変動はその極性が互い
に逆となり相殺し合う。このCMOS伝送ゲートスイッ
チの内のNチャネルMOSFETのゲート・ドレイン間
容量とPチャネルMOSFETのゲート・ドレイン間容
量とが等しくなるように設計する事によって、上記フォ
トダイオードのアノード電位の変動を極めて小さくでき
も 従って映像信号を遅延させてリセット時読み出し信
号との差をとれば暗時出力及びそのばらつきを極めて小
さく抑制でき低FPN、高S/Nの映像信号を得も第3
図(a)及び(b)に複数個の画素を有する本発明の増
幅型MOSイメージセンサの回路図及び走査信号のタイ
ミング図を示す。本図(a)中1から5及び7,13.
14の数字で示した部分は前述の第1図において同一番
号を付した部分に等しt〜 また本図中において6A及
び6Bは各々奇数番目及び偶数番目の画素の映像信号を
取り出すための信号読み出しライン、 15は複数個の
画素の光情報を順次読みだしていくためのシフトレジス
タであり、 16は走査を開始するためのシフトレジス
タのスタートパルス入力端子、 17はシフトレジスタ
のクロックパルス入力端子、18は本図に示すイメージ
センサを複数個直列配列して長尺化イメージセンサを形
成する際へ 次段のイメージセンサのスタートパルス入
力端子へと走査信号を伝達するためのキャリーパルス出
力端子であ、L  19A〜19Lはシフトレジスタ出
力端子であり、 19Aは先頭画素の映像信号読み出し
のみを行t、X、 19Lは後尾画素のリセットのみを
行賎 他は隣接し合う画素のリセット及び読み出しを行
うので、その総本数は画素数よりも1本番ll〜 本図
(b)中の20A〜2OLは各々本図(a)中の19A
〜19Lのシフトレジスタ出力端子の信号を表わしてお
り、”H”レベルが信号読み出し用スイッチ及びリセッ
ト用スイッチがオンになり得るレベルであa 次に第3図に示すイメージセンサの動作を説明すも 所
定パルス幅のスタートパルスを16に入力してシフトレ
ジスタの出力端子19A−19Lにタイミング図中の2
0A〜2OLのようにパルスが互いに時間的に重なった
走査信号が現われもこれにより2OAの”H″である時
間の前半は先頭画素の映像信号読み出し出力戟 後半は
先頭画素のリセット時出力が共に出力ライン6Aに順次
風れも これに引き続いて6Aの出力ラインには第3画
素の映像信号読み出し出力 第3画素のリセット時出力
 第5画素の映像信号読み出し出力第5画素のリセット
時出力 と以下順次風われも他X  6Bの出力ライン
には偶数番目の画素の映像信号読み出し出力とリセット
時出力とが順次風われも 各々の出力ラインにてそれぞ
れ映像信号を遅延させてリセット時読み出し信号との差
を七&  CMOS伝送ゲートスイッチの内のNチャネ
ルMOSFETのゲート・ドレイン間容量とPチャネル
MO5F、ETのゲート・ドレイン間容量とが等しくな
るように設計する事によって、上記フォトダイオードの
アノードの容量結合性の電位変動を極めて小さくできも
 従って出力ライン6A及び6Bにおいて、暗時出力及
びそのばらつきを極めて小さく抑制した低固定パターン
ノイズ(FPN)、高S/Nの映像信号を取り出すこと
ができも なお本実施例においてはフォトダイオードのアノード端
子が増幅用MOSFETのゲート端子と共通になってい
るが逆にカソード端子が増幅用MOSFETのゲート端
子と共通であるとしても本発明の有効性に変わりはなt
、%  また各MOSFETの導電型もNチャネル型及
びPチャネル型のいづれであっても本発明の有効性に変
わりはなt℃付は加えて言えCL  増幅用MOSFE
TがNチャネル型であり且つそのゲート端子がフォトダ
イオードのアノード端子と共通の場合及び増幅用MOS
FETがPチャネル型であり且つそのゲート端子がフォ
トダイオードのカソード端子と共通の場合は共にポジ型
の出力特性を示す。つまり入射光が大きいほど出力電流
も太きt%、  他人 増幅用MOSFETがNチャネ
ル型であり且つそのゲート端子がフォトダイオードのカ
ソード端子と共通の場合及び増幅用MOSFETがPチ
ャネル型であり且つそのゲート端子がフォトダイオード
のアノード端子と共通の場合は共にネガ型の出力特性を
示す。つまり入射光が大きいほど出力電流は小さ1、%
  ネガ型の場合 暗時出力電流の方が明時出力電流よ
りも大きくなるので、増幅用MOSFETのgmのばら
つきの影響が大きくなり本発明を使用しない際の暗時出
力ばらつきは極めて犬きくなム 従ってフォトダイオー
ドと増幅用MOSFETとの組合せとしてはポジ型の方
が望ましいといえも そこで本発明を適用する際にもポ
ジ型の組合せを用いたセンサ構成の方が結果的に得られ
る暗時出力ばらつきをより小さくできるといえムボジ型
のセンサ構成は本質的にPチャネルMOSFETもNチ
ャネルMOSFETも共に同一半導体基板上に形成でき
ることを意味するの六 本発明で用いるCMO8伝送ゲ
ートスイッチを形成することは極めて容易であり新たな
工程上の困難さを必要としな(〜 発明の詳細 な説明したようE  本発明によれば増幅型MOSイメ
ージセンサの固定パターンノイズを極めて小さく抑制す
ることかで叡 原稿を高速 低残像 高感度で読み出せ
るだけでなく高S/Nで読み出すことを実現できも 従
って本発明のイメージセンサは画像入力装置として極め
て゛有用であり産業上の効果は大であも
Next, we will explain the operation of the image sensor of the present invention, and the operation timing diagram is shown in FIG. There is a period 11 and a reset output readout period 12 in which a reset pulse that resets the potential of the photodiode is input in addition to the readout pulse and the video signal at the time of reset is read out.Mu video signal readout pulse Yn and reset pulse Rn, R
By using a half-pit shift signal such that n' has a period in which the operation period is shared with each other, the output signal from one shift register can be used as a read pulse or a reset pulse without any complicated processing. The advantage of the design is that it is thick (~ MO for amplification for each pixel)
Sensors with SFET have high speed, low afterimage, and high sensitivity readout.
occurs and degrades the S/N.In order to eliminate this, it may be possible to perform subtraction processing between the readout at reset and the delayed video signal to remove the FPN.A MOSFET with a single reset switch At the time of reset, the reset switch is on, so the gate terminal potential of the amplifying MOSFET 2 is equal to the potential of the reset voltage source line 7. However, when this reset switch is off, the reset pulse potential fluctuation is caused by capacitive coupling to the amplifying MOSFET 2. Unlike the potential of the reset voltage source line 7, the gate potential of the MOSFET for amplification when reading out video signals in the dark also remains the same.Therefore, even after delay subtraction processing of the drain current output, the dark output remains the same. appears, and there may be variation (FPN) in its value due to non-uniformity of the amplification factor gm of each pixel.a The image sensor of the present invention has a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET connected in parallel as a reset switch. Using a switch with a CMO8 transmission gate configuration, it is extremely simple to make the reset pulses input to the two gate terminals of the CMOS transmission gate switch complementary to each other.Therefore, the reset pulses input to the two gate terminals are very simple. The capacitively coupled potential fluctuations each applies to the gate terminal of the amplification MOSFET have opposite polarities and cancel each other out. By designing the CMOS transmission gate switch so that the capacitance between the gate and drain of the N-channel MOSFET and the capacitance between the gate and drain of the P-channel MOSFET are equal, fluctuations in the anode potential of the photodiode can be made extremely small. Therefore, if the video signal is delayed and the difference from the reset readout signal is taken, the dark output and its variations can be suppressed to an extremely low level, and a video signal with low FPN and high S/N can be obtained.
Figures (a) and (b) show a circuit diagram of an amplified MOS image sensor of the present invention having a plurality of pixels and a timing chart of scanning signals. 1 to 5 and 7, 13 in this figure (a).
The part indicated by the number 14 is the same as the part with the same number in FIG. A readout line, 15 is a shift register for sequentially reading optical information of a plurality of pixels, 16 is a start pulse input terminal of the shift register to start scanning, 17 is a clock pulse input terminal of the shift register. , 18 is a carry pulse output terminal for transmitting a scanning signal to the start pulse input terminal of the next stage image sensor when a plurality of image sensors shown in this figure are arranged in series to form a long image sensor. Ah, L 19A to 19L are shift register output terminals, 19A only reads out the video signal of the first pixel, rows t and X, 19L only resets the last pixel, and the others reset and read out adjacent pixels. 20A to 2OL in this figure (b) are 19A in this figure (a), respectively.
It represents the signal of the shift register output terminal of ~19L, and the "H" level is the level at which the signal readout switch and reset switch can be turned on. Next, the operation of the image sensor shown in Fig. 3 will be explained. Also input a start pulse with a predetermined pulse width to 16 and output it to the output terminals 19A-19L of the shift register at 2 in the timing diagram.
Even if a scanning signal such as 0A to 2OL in which the pulses overlap in time appears, the first half of the time when 2OA is "H" is the video signal readout output of the first pixel, and the second half is the output when the first pixel is reset. There is a wind leak in the output line 6A.Following this, the output line 6A has the video signal readout output of the 3rd pixel, the output of the 3rd pixel at reset, the video signal readout output of the 5th pixel, the output at the time of reset of the 5th pixel, and the following. The video signal readout output of even-numbered pixels and the reset output are sequentially output to the output lines of 6B. By designing the difference between the gate and drain capacitance of the N-channel MOSFET and the gate-drain capacitance of the P-channel MOSFET in the CMOS transmission gate switch to be equal, the capacitance of the anode of the photodiode can be reduced. Although it is possible to extremely minimize the coupling potential fluctuation, it is also possible to extract a low fixed pattern noise (FPN) and high S/N video signal from the output lines 6A and 6B, which suppresses the dark output and its variations to an extremely low level. In this embodiment, the anode terminal of the photodiode is common to the gate terminal of the amplification MOSFET, but even if the cathode terminal is common to the gate terminal of the amplification MOSFET, the effectiveness of the present invention will not change. What?
, % Furthermore, the effectiveness of the present invention remains the same regardless of whether the conductivity type of each MOSFET is N-channel or P-channel.
When T is an N-channel type and its gate terminal is common to the anode terminal of the photodiode, and when the amplification MOS
If the FET is a P-channel type and its gate terminal is common to the cathode terminal of the photodiode, both exhibit positive output characteristics. In other words, the larger the incident light is, the thicker the output current is t%. If the gate terminal is common to the anode terminal of the photodiode, both exhibit negative output characteristics. In other words, the larger the incident light, the smaller the output current 1.%
In the case of a negative type, the dark output current is larger than the bright output current, so the influence of the gm variation of the amplification MOSFET becomes large, and the dark output variation when the present invention is not used is extremely severe. Therefore, although a positive type is preferable as a combination of a photodiode and an amplification MOSFET, when applying the present invention, a sensor configuration using a positive type combination will result in a better dark output. Although variations can be reduced, the Mbozi type sensor configuration essentially means that both a P-channel MOSFET and an N-channel MOSFET can be formed on the same semiconductor substrate. According to the present invention, the fixed pattern noise of the amplified MOS image sensor can be suppressed to an extremely low level, and it is possible to reduce the fixed pattern noise of the amplified MOS image sensor. High speed, low afterimage, readout not only with high sensitivity but also with high S/N. Therefore, the image sensor of the present invention is extremely useful as an image input device and has great industrial effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)及び(b)は本発明における一実施例の1
画素分の回路図及びタイミング医第2図(a)及び(b
)は従来の増幅型MOSイメージセンサの1画素分の回
路図及びタイミング阻第3図(a)及び(b)は複数個
の画素を有する本発明の増幅型MOSイメージセンサの
回路図及び走査信号のタイミング図であも 1・・・フォトダイオード、 2・・・増幅用MOSF
ET、 3・・・信号読み出し用MOS F ET、 
4・・・リセット用MOSFET、 5・・一定電圧源
ライン、 6,6ん 6B・・・信号読み出し用ライス
 7・・・リセット電圧源ライン、8・・・信号読み出
しMOSFETのゲート端子、9・ ・リセット用MO
SFETのゲート端子、10・・・タイミング図中の1
画素のみに関する期11JL  11・・・映像信号読
み出し朝駆 12・・・リセット時出力の読み出し朝駆
 13・・リセット用MO5EPET4とは逆導電型の
リセット用MOSFET、 14・・・反転器 15・
・・シフトレジス久 16−−−スタートパルス入力端
子、 17・・・クロックパルス入力端子、18・・・
キャリーパルス出力端子、 19A〜19L・・・シフ
トレジスタ出力端子、 20A〜20L・・・シフトレ
ジスタ出力端子19A〜19Lに現われる信号波肌 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はが1名フォトダイ
1−ド 4− リセットW@165FET 71トダイオード 増%用MCISFET H1lfigW田L jlM 65 F E TすCッ
ト用MO5F E T (b)
FIGS. 1(a) and (b) are one embodiment of the present invention.
Circuit diagram and timing chart for each pixel Figure 2 (a) and (b)
) is a circuit diagram and timing diagram for one pixel of a conventional amplification type MOS image sensor. Figures 3 (a) and (b) are a circuit diagram and scanning signal of an amplification type MOS image sensor of the present invention having multiple pixels In the timing diagram, 1...photodiode, 2... MOSF for amplification
ET, 3...MOS FET for signal readout,
4... MOSFET for reset, 5... Constant voltage source line, 6,6 6B... Rice for signal readout 7... Reset voltage source line, 8... Gate terminal of signal readout MOSFET, 9...・MO for reset
SFET gate terminal, 10...1 in the timing diagram
Period 11JL related only to pixels 11...Video signal readout morning drive 12...Output readout morning drive at reset 13...Reset MOSFET of opposite conductivity type to reset MO5EPET4, 14...Inverter 15.
...Shift register 16--Start pulse input terminal, 17...Clock pulse input terminal, 18...
Carry pulse output terminal, 19A-19L...Shift register output terminal, 20A-20L...Signal wave appearing at shift register output terminal 19A-19L Name of agent Patent attorney Shigetaka Awano 1 person Photo die 1- 4- Reset W @ 165FET 71 MCISFET for diode increase % H1lfigW field L jlM 65 FET MO5FET for cut (b)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)各画素がフォトダイオード、増幅用MOSFET
、映像信号読み出し用MOSFET、リセット用MOS
FET及び走査信号発生用シフトレジスタからなる増幅
型MOSイメージセンサであり、走査信号によって映像
信号読み出し用MOSFETのみをオン状態にして映像
信号を出力する期間とこれに引き続いて映像信号読み出
し用MOSFETに加えてリセット用MOSFETもオ
ン状態にしてリセット時出力を得る期間とを設け、画素
毎にこの両出力信号の差分を取り出すために、画素毎に
上記2種類の出力信号を順次読み出す構成のイメージセ
ンサにおいて、上記リセット用MOSFETが導電型が
相異なる2つのMOSFETを並列接続したCMOS伝
送ゲートスイッチとしたことを特徴とするイメージセン
サ。
(1) Each pixel is a photodiode and MOSFET for amplification
, video signal readout MOSFET, reset MOS
It is an amplification type MOS image sensor consisting of an FET and a shift register for generating a scanning signal, and there is a period in which only the MOSFET for reading out the video signal is turned on according to the scanning signal and outputting the video signal, and then a period in which only the MOSFET for reading out the video signal is turned on and then in addition to the MOSFET for reading out the video signal is turned on. In an image sensor configured to sequentially read out the above two types of output signals for each pixel, in order to extract the difference between the two output signals for each pixel, the reset MOSFET is also turned on and a period for obtaining a reset output is provided. An image sensor characterized in that the reset MOSFET is a CMOS transmission gate switch in which two MOSFETs of different conductivity types are connected in parallel.
(2)増幅型MOSFETのゲート電極と共通接続され
るフォトダイオードの端子の半導体の導電型が、上記増
幅型MOSFETのチャネルの導電型と異なっているこ
とを特徴とする請求項1記載のイメージセンサ。
(2) The image sensor according to claim 1, wherein the conductivity type of the semiconductor of the terminal of the photodiode commonly connected to the gate electrode of the amplification type MOSFET is different from the conductivity type of the channel of the amplification type MOSFET. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100420282B1 (en) * 1998-09-30 2004-03-02 인피네온 테크놀로지스 아게 Method and device for the exposure-dependent noise correction in image sensors which can be addressed in lines and columns
KR100579685B1 (en) * 1997-08-15 2006-07-25 소니 가부시끼 가이샤 Solid-state image sensor and method of driving same

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