JPH07236091A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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Publication number
JPH07236091A
JPH07236091A JP6022804A JP2280494A JPH07236091A JP H07236091 A JPH07236091 A JP H07236091A JP 6022804 A JP6022804 A JP 6022804A JP 2280494 A JP2280494 A JP 2280494A JP H07236091 A JPH07236091 A JP H07236091A
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JP
Japan
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voltage
signal
mos transistor
pixel
current
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Application number
JP6022804A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Yonemoto
和也 米本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH07236091A publication Critical patent/JPH07236091A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve speed signal output and to reduce noise by converting an electric charge generated by a light receiving element, a picture element, into a signal voltage by a voltage generation means and outputting the signal voltage converted into the signal current by a voltage/current conversion means to an output signal line. CONSTITUTION:The output signal voltage from a picture element MOS transistor 1 obtained by the source follower operation between a picture element MOS transistor 1 and a load MOS transistor 12 is held in a sample-and-hold circuit 12. It is converted into the signal current by a horizontal driving MOS transistor 14 and is outputted to a horizontal signal line 16. In short, the horizontal driving MOS transistor 14 is designed so that the channel width is wider than that of the picture element MOS transistor 1 and the mutual conductance becomes wider than that of the picture element MOS transistor 1. Then, the signal current of the horizontal signal line 16 is increased. Thus, the conversion gain of the current/voltage conversion circuit to be connected is decreased and the load resistance can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置、特に増
幅型の固体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly to an amplification type solid-state image pickup device.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像素子の高解像度化の要求に従っ
て、画素毎に光信号電荷を増幅する内部増幅型の固体撮
像素子の開発が進められている。この内部増幅型固体撮
像素子の主なものとしては、静電誘導トランジスタ(S
IT)、増幅型MOSイメージャ(AMI)、電荷変調
デバイス(CMD)、バイポーラトランジスタを画素に
用いたBASIS等の各種撮像デバイス構造が知られて
いる。
2. Description of the Related Art In response to a demand for higher resolution of a solid-state image pickup device, development of an internal amplification type solid-state image pickup device for amplifying optical signal charges for each pixel is in progress. The main components of this internal amplification type solid-state imaging device are electrostatic induction transistors (S
Various image pickup device structures such as IT), amplification type MOS imager (AMI), charge modulation device (CMD), BASIS using a bipolar transistor in a pixel are known.

【0003】一方、次のような増幅型固体撮像素子も、
その1つである。この増幅型固体撮像素子では、光電変
換により得られたホール(信号電荷)をnチャネルMO
Sトランジスタ(画素MOSトランジスタ)のp型ポテ
ンシャル井戸に蓄積しておき、このp型ポテンシャル井
戸における電位変動(すなわち、バックゲートの電位変
化)に基づくチャネル電流の変化を画素信号として出力
するようにしている。
On the other hand, the following amplification type solid-state image pickup device also
That is one. In this amplification type solid-state imaging device, holes (signal charges) obtained by photoelectric conversion are converted into n-channel MO.
It is stored in a p-type potential well of an S transistor (pixel MOS transistor), and a change in channel current based on a potential change in the p-type potential well (that is, a change in backgate potential) is output as a pixel signal. There is.

【0004】図8は、従来の増幅型固体撮像装置の一例
を示す。この増幅型固体撮像装置10は、同図に示すよ
うに、複数の画素トランジスタ、例えば画素MOSトラ
ンジスタ〔単位画素(セル)〕1が行列状に配列され、
各画素MOSトランジスタ1のゲートがシフトレジスタ
等から構成される垂直走査回路2にて選択される垂直選
択線3に接続され、そのドレインが電源VDDに接続さ
れ、そのソースが垂直信号線4に接続される。各垂直信
号線4は水平MOSスイッチ5を介して水平信号線6に
接続される。7は、シフトレジスタ等から構成される水
平走査回路で、この水平走査回路7からの走査信号φH
〔φH1, ‥‥φHn, φHn+1, ‥‥〕が順次水平MOSス
イッチ5のゲートに供給されるようになされる。水平走
査回路7、水平MOSスイッチ5、水平信号線6にて水
平走査出力回路9が構成される。
FIG. 8 shows an example of a conventional amplification type solid-state image pickup device. In this amplification type solid-state imaging device 10, a plurality of pixel transistors, for example, pixel MOS transistors [unit pixels (cells)] 1 are arranged in a matrix as shown in FIG.
The gate of each pixel MOS transistor 1 is connected to a vertical selection line 3 selected by a vertical scanning circuit 2 including a shift register, the drain thereof is connected to a power supply V DD , and the source thereof is connected to a vertical signal line 4. Connected. Each vertical signal line 4 is connected to a horizontal signal line 6 via a horizontal MOS switch 5. 7 is a horizontal scanning circuit consisting of a shift register or the like, the scanning signal phi H from the horizontal scanning circuit 7
H1, ... φ Hn, φ Hn + 1, ...] are sequentially supplied to the gate of the horizontal MOS switch 5. The horizontal scanning circuit 7, the horizontal MOS switch 5, and the horizontal signal line 6 constitute a horizontal scanning output circuit 9.

【0005】この増幅型固体撮像装置10では、単位画
素即ち画素MOSトランジスタ1が垂直走査回路2から
の走査信号φV 〔φV1, ‥‥φVi, φVi+1, ‥‥〕によ
り垂直選択線3を通じて選択され、水平走査回路7に接
続した水平MOSスイッチ5を順次オンすることで、画
素MOSトランジスタ1にて電流変換した電流信号が垂
直信号線4を通じて水平信号線6にそのまま出力され
る。
In this amplification type solid-state imaging device 10, a unit pixel, that is, a pixel MOS transistor 1 is vertically selected by a scanning signal φ VV1, ... φ Vi, φ Vi + 1, ...] From a vertical scanning circuit 2. By sequentially turning on the horizontal MOS switch 5 selected through the line 3 and connected to the horizontal scanning circuit 7, the current signal converted by the pixel MOS transistor 1 is directly output to the horizontal signal line 6 through the vertical signal line 4. .

【0006】増幅型固体撮像装置における水平走査出力
回路9の他の例としては、図示せざるも容量負荷動作方
式があり、電圧信号を電荷として水平信号線に出力する
方式のものもある。
As another example of the horizontal scanning output circuit 9 in the amplification type solid-state image pickup device, there is a capacitive load operation system (not shown), and there is also a system in which a voltage signal is output as a charge to a horizontal signal line.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の固体
撮像装置10では、各画素に増幅作用を持たせた増幅型
固体撮像装置特有の固定パターンノイズ(FPN)を発
生する。即ち例えば画素MOSトランジスタの場合、各
画素のVthのバラツキで固定パターンノイズが発生す
る。この固定パターンノイズを除去するのにフレームメ
モリ等の画像記憶装置を必要としていた。
By the way, in the above-mentioned solid-state image pickup device 10, fixed pattern noise (FPN) peculiar to the amplification type solid-state image pickup device in which each pixel has an amplifying action is generated. That is, for example, in the case of a pixel MOS transistor, fixed pattern noise occurs due to the variation in Vth of each pixel. An image storage device such as a frame memory is required to remove this fixed pattern noise.

【0008】一方、固体撮像装置では、高画素化、チッ
プサイズ縮小化の流れにあり、増幅型画素トランジスタ
のサイズが小型化されてきている。その結果、画素トラ
ンジスタのコンダクタンスも小さくならざるを得ない状
況にある。
On the other hand, in the solid-state image pickup device, the number of pixels is increased and the chip size is reduced, so that the size of the amplification type pixel transistor is reduced. As a result, the conductance of the pixel transistor is inevitably reduced.

【0009】上述した図6の固体撮像装置10では、画
素MOSトランジスタ1にて電流変換した電流信号を垂
直信号線4を通して水平信号線6にそのまま出力してい
るので、画素MOSトランジスタ1の小型化に伴いその
コンダクタンスが小さくなると、信号電流量が小さくな
り、SNが悪くなる。また、垂直信号線4と水平信号線
6とが結線されているため、垂直信号線4のもつ容量と
水平信号線6のもつ容量によって寄生容量が大きくな
り、画素信号の読み出し速度が遅くなる。
In the solid-state imaging device 10 of FIG. 6 described above, the current signal converted by the pixel MOS transistor 1 is directly output to the horizontal signal line 6 through the vertical signal line 4, so that the pixel MOS transistor 1 can be miniaturized. As the conductance becomes smaller as a result, the signal current amount becomes smaller and the SN becomes worse. Further, since the vertical signal line 4 and the horizontal signal line 6 are connected to each other, the parasitic capacitance becomes large due to the capacitance of the vertical signal line 4 and the capacitance of the horizontal signal line 6, and the reading speed of the pixel signal becomes slow.

【0010】又、容量負荷動作方式で電圧信号を水平信
号線に出力するようにした増幅型固体撮像装置の場合に
は、出力回路が高インピーダンスのMOS系トランジス
タで構成されるため、画素信号の読み出し速度が遅くな
る。負荷抵抗を小にすれば速度は上がるも、SNが悪く
なる。
Further, in the case of the amplification type solid-state image pickup device which outputs the voltage signal to the horizontal signal line by the capacitive load operation system, since the output circuit is composed of a high impedance MOS transistor, The reading speed becomes slow. If the load resistance is reduced, the speed increases but the SN deteriorates.

【0011】本発明は、上述の点に鑑み、画素信号を高
速で、しかも低雑音で出力できるようにした固体撮像装
置を提供するものである。
In view of the above points, the present invention provides a solid-state image pickup device capable of outputting pixel signals at high speed and with low noise.

【0012】また、本発明は、固定パターンノイズを除
去できるようにした固体撮像装置を提供するものであ
る。
The present invention also provides a solid-state image pickup device capable of removing fixed pattern noise.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】第1の発明に係る固体撮
像装置は、複数の受光素子1と、この受光素子1で発生
した電荷を電圧に変換する電圧発生手段(1,12)
と、この電圧を信号電流に変換して出力信号線16に出
力する電圧電流変換手段14と、信号電流を信号電圧に
復調する復調手段18を備え、受光素子1が第1の電源
DDと垂直信号線4との間に接続された第1のMOSト
ランジスタを有し、垂直信号線4が負荷素子12を介し
て接地され、電圧電流変換手段14が第1の電源または
第2の電源と出力信号線16との間に接続された第2の
MOSトランジスタを有してなり、第2のMOSトラン
ジスタのゲート電圧が電圧発生手段(1,12)に接続
され、第2のMOSトランジスタ14の相互コンダクタ
ンスが第1のMOSトランジスタ1の相互コンダクタン
スよりも大に設定されるように構成する。
A solid-state image pickup device according to a first aspect of the present invention includes a plurality of light receiving elements 1 and voltage generating means (1, 12) for converting charges generated in the light receiving elements 1 into a voltage.
When a voltage-current conversion unit 14 to output the voltage to the output signal line 16 is converted into a signal current, a demodulation means 18 for demodulating the signal current into a signal voltage, and a light-receiving element 1 is first power supply V DD It has a first MOS transistor connected between it and the vertical signal line 4, the vertical signal line 4 is grounded via the load element 12, and the voltage-current conversion means 14 is connected to the first power source or the second power source. The second MOS transistor is connected to the output signal line 16, and the gate voltage of the second MOS transistor is connected to the voltage generating means (1, 12). The mutual conductance is set to be larger than the mutual conductance of the first MOS transistor 1.

【0014】第2の発明は、上記第1の発明の固体撮像
装置において、復調手段18をバイポーラトランジスタ
19を含んで構成する。
A second invention is the solid-state image pickup device according to the first invention, wherein the demodulating means 18 includes a bipolar transistor 19.

【0015】第3の発明は、上記第1又は第2の発明の
固体撮像装置において、第2のMOSトランジスタ14
のチャンネル幅を第1のMOSトランジスタ1のチャン
ネル幅よりも大に設定する。
A third invention is the solid-state image pickup device according to the first or second invention, wherein the second MOS transistor 14 is provided.
Is set to be larger than the channel width of the first MOS transistor 1.

【0016】第4の発明に係る固体撮像装置は、複数の
受光素子1と、受光素子1で発生した電荷を電圧に変換
する電圧発生手段(1,12)と、各受光素子1に対応
する第1及び第2のサンプルホールド回路13A及び1
3Bと、第1及び第2のサンプルホールド回路13A及
び13Bに夫々保持された画素信号出力電圧及び画素リ
セット後の画素信号出力電圧を夫々電流に変換して第1
及び第2の出力信号線16A及び16Bに出力する第1
及び第2の電圧電流変換手段14A及び14Bと、第1
及び第2の電圧電流変換手段14A及び14Bからの夫
々の信号電流を、信号電圧に復調する第1及び第2の復
調手段18A(又は32A)及び18B(又は32B)
と、第1の復調手段18A(又は32A)で復調された
画素信号出力電圧から第2の復調手段18B(又は32
B)で復調された画素リセット後の画素信号出力電圧を
減算する減算回路26を備えて構成する。
A solid-state image pickup device according to a fourth aspect of the invention corresponds to a plurality of light receiving elements 1, voltage generating means (1, 12) for converting charges generated in the light receiving elements 1 into a voltage, and each light receiving element 1. First and second sample and hold circuits 13A and 1A
3B, and the pixel signal output voltage held in the first and second sample hold circuits 13A and 13B and the pixel signal output voltage after pixel reset, respectively, are converted into currents, and
And the first output to the second output signal lines 16A and 16B
And second voltage-current conversion means 14A and 14B, and the first
And first and second demodulating means 18A (or 32A) and 18B (or 32B) for demodulating the respective signal currents from the second and current voltage-current converting means 14A and 14B into signal voltages.
And the second demodulation means 18B (or 32) from the pixel signal output voltage demodulated by the first demodulation means 18A (or 32A).
The subtraction circuit 26 for subtracting the pixel signal output voltage after the pixel reset demodulated in B) is provided.

【0017】[0017]

【作用】第1の発明においては、画素となる受光素子1
で発生した電荷を電圧発生手段(1,12)にて信号電
圧に変換し、この信号電圧を電圧電流変換手段14で信
号電流に変換して出力信号線16に出力することによ
り、画素信号を高速でしかも低雑音で出力できる。即
ち、出力端子t1 から見た撮像装置内部の容量は出力信
号線16の容量だけになり、より高速に動作することが
できる。電圧電流変換手段14としてコンダクタンスの
大きいトランジスタを使用することで出力信号線16の
信号電流量が増加し、ノイズが低減しSNの良い信号出
力が得られる。また、復調手段18を備えることによ
り、出力信号線16に流れる信号電流が信号電圧として
復調されて出力される。
According to the first aspect of the invention, the light receiving element 1 serving as a pixel is provided.
By converting the electric charges generated in 1 into a signal voltage in the voltage generating means (1, 12), converting the signal voltage into a signal current in the voltage / current converting means 14 and outputting the signal current to the output signal line 16, the pixel signal is converted. It can output at high speed with low noise. That is, the internal capacitance of the image pickup device viewed from the output terminal t 1 is only the capacitance of the output signal line 16, and the operation can be performed at higher speed. By using a transistor having a large conductance as the voltage-current conversion means 14, the amount of signal current of the output signal line 16 is increased, noise is reduced, and a signal output with good SN can be obtained. Further, by including the demodulation means 18, the signal current flowing through the output signal line 16 is demodulated as a signal voltage and output.

【0018】受光素子1を第1のMOSトランジスタで
構成することができる。そして、垂直信号線4を負荷素
子12を介して接地し、第1のMOSトランジスタ1と
負荷素子12とで電圧発生手段を構成することにより、
受光素子1の電荷を電圧に変換することができる。
The light receiving element 1 can be composed of a first MOS transistor. Then, the vertical signal line 4 is grounded via the load element 12, and the first MOS transistor 1 and the load element 12 constitute a voltage generating means.
The charges of the light receiving element 1 can be converted into a voltage.

【0019】電圧電流変換手段14を、第1の電源また
は第2の電源と出力信号線16との間に接続した第2の
MOSトランジスタで構成し、そのゲート電極を電圧発
生手段(1,12)に接続することにより、電圧発生手
段(1,12)からの信号電圧が第2のMOSトランジ
スタ14において信号電流に変換することができる。
The voltage-current converting means 14 is composed of a second MOS transistor connected between the output signal line 16 and the first power source or the second power source, and its gate electrode is a voltage generating means (1, 12). ), The signal voltage from the voltage generating means (1, 12) can be converted into a signal current in the second MOS transistor 14.

【0020】電圧電流変換手段である第2のMOSトラ
ンジスタ14の相互コンダクタンスを受光素子である第
1のMOSトランジスタ1の相互コンダクタンスよりも
大にすることにより、信号電流量を大きくすることがで
き、よりノイズを低減することができる。即ち、信号電
流から復調手段18で信号電圧に復調する際の負荷抵抗
もノイズ発生源となるが、電流量が大となることによっ
て、負荷抵抗を小さくすることができ、ノイズの低減が
図れる。
The signal current amount can be increased by making the mutual conductance of the second MOS transistor 14 which is the voltage / current converting means larger than the mutual conductance of the first MOS transistor 1 which is the light receiving element. It is possible to further reduce noise. That is, the load resistance at the time of demodulating the signal current into the signal voltage by the demodulation means 18 also becomes a noise generation source, but the load resistance can be reduced and the noise can be reduced by increasing the current amount.

【0021】第2の発明においては、上記第1の発明の
固体撮像装置において、バイポーラトランジスタ19を
含む復調手段18を用いることにより、即ちバイポーラ
トランジスタ19によるベース接地回路を用いることに
より、低入力インピーダンス/高出力インピーダンスの
特性を持ち、電流を電圧に変換する回路として最適とな
る。
According to a second aspect of the invention, in the solid-state image pickup device according to the first aspect of the invention, by using the demodulating means 18 including the bipolar transistor 19, that is, by using the grounded base circuit by the bipolar transistor 19, a low input impedance is obtained. / It has the characteristics of high output impedance and is optimal as a circuit that converts current into voltage.

【0022】第3の発明においては、上記第1又は第2
の発明の固体撮像装置において、電圧電流変換手段であ
る第2のMOSトランジスタ14のチャネル幅を、受光
素子である第1のMOSトランジスタ1のチャネル幅よ
りも大にすることにより、単位電圧当りの電流量が大き
くなり、即ち相互コンダクタンスが大きくなり、よりノ
イズを低減することができる。
In a third invention, the above-mentioned first or second
In the solid-state imaging device according to the invention described above, the channel width of the second MOS transistor 14 which is the voltage-current conversion means is made larger than the channel width of the first MOS transistor 1 which is the light receiving element, so that The amount of current increases, that is, the mutual conductance increases, and noise can be further reduced.

【0023】第4の発明においては、受光素子1におけ
る画素信号電圧(正規の信号成分とFPN(固定パター
ンノイズ)成分を含む画素信号電圧)が第1のサンプル
ホールド回路13Aに保持され、画素リセット後の画素
信号電圧、即ちFPN成分電圧が第2のサンプルホール
ド回路13Bに保持される。
In the fourth invention, the pixel signal voltage (pixel signal voltage including a normal signal component and an FPN (fixed pattern noise) component) in the light receiving element 1 is held in the first sample hold circuit 13A, and the pixel is reset. The subsequent pixel signal voltage, that is, the FPN component voltage is held in the second sample hold circuit 13B.

【0024】この画素信号電圧及び画素リセット後のF
PN成分電圧が夫々第1及び第2の電圧電流変換手段1
4A及び14Bによって電流に変換され、その夫々の信
号電流が第1及び第2の復調手段18A(又は32A)
及び18B(又は32B)で復調する。
This pixel signal voltage and F after pixel reset
The PN component voltages are respectively the first and second voltage-current conversion means 1
4A and 14B convert the signals into currents, and the respective signal currents are converted into first and second demodulating means 18A (or 32A).
And 18B (or 32B).

【0025】この第1の復調手段18A(又は32A)
で復調された画素信号出力電圧と、第2の復調手段18
B(又は32B)で復調されたFPN成分電圧が減算回
路26に供給されることにより、この減算回路26から
FPN成分が除去された画素出力信号、即ち正規の信号
成分を取り出すことができる。
This first demodulating means 18A (or 32A)
The pixel signal output voltage demodulated by the second demodulation means 18
By supplying the FPN component voltage demodulated by B (or 32B) to the subtraction circuit 26, the pixel output signal from which the FPN component has been removed, that is, a normal signal component can be extracted from the subtraction circuit 26.

【0026】[0026]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】図1は本発明に係る増幅型固体撮像装置の
一実施例を示す。同図において、1は単位画素(セル)
を構成する受光素子、例えば画素トランジスタ、本例で
は画素MOSトランジスタを示し、複数の画素MOSト
ランジスタ1が行列状に配列される。2はシフトレジス
タ等から構成された垂直走査回路、3は各行毎の画素M
OSトランジスタ1のゲートに接続される垂直選択線
で、垂直走査回路2に接続され、垂直走査信号、即ち垂
直走査パルスφV 〔φV1, ‥‥φVi, φVi+1,‥‥〕が
順次与えられる。
FIG. 1 shows an embodiment of an amplification type solid-state image pickup device according to the present invention. In the figure, 1 is a unit pixel (cell)
, A pixel transistor, in this example, a pixel MOS transistor is shown, and a plurality of pixel MOS transistors 1 are arranged in a matrix. 2 is a vertical scanning circuit composed of a shift register or the like, 3 is a pixel M for each row
A vertical selection line connected to the gate of the OS transistor 1 is connected to the vertical scanning circuit 2 and a vertical scanning signal, that is, a vertical scanning pulse φ VV1, ... φ Vi, φ Vi + 1 , ... Sequentially given.

【0028】画素MOSトランジスタ1のソースは垂直
信号線4に接続され、そのドレインが電源VDDに接続さ
れる。各垂直信号線4と接地間に負荷MOSトランジス
タ12が接続され、負荷MOSトランジスタ12のゲー
トにバイアス電圧VGBが印加される。
The source of the pixel MOS transistor 1 is connected to the vertical signal line 4, and the drain thereof is connected to the power supply V DD . A load MOS transistor 12 is connected between each vertical signal line 4 and ground, and a bias voltage V GB is applied to the gate of the load MOS transistor 12.

【0029】各垂直信号線4には、更に信号電圧を保持
するサンプルホールド回路13が接続され、このサンプ
ルホールド回路13の出力端が、信号電圧を信号電流に
変換する電圧電流変換手段、例えばMOSトランジス
タ、即ち水平駆動MOSトランジスタ14のゲートに接
続される。
A sample hold circuit 13 for holding a signal voltage is further connected to each vertical signal line 4, and the output terminal of the sample hold circuit 13 converts the signal voltage into a signal current by a voltage-current conversion means, for example, a MOS. It is connected to the gate of the transistor, that is, the horizontal drive MOS transistor 14.

【0030】水平駆動MOSトランジスタ14のドレイ
ンは上記電源VDD(又は他の電源)に接続され、そのソ
ースが水平MOSスイッチ15を介して水平信号線16
に接続される。7はシフトレジスタ等から構成された水
平走査回路を示し、この水平走査回路7からの水平走査
信号、即ち水平走査パルスφH 〔φH1, ‥‥φHn, φ
Hn+1, ‥‥〕が順次水平MOSスイッチのゲートに与え
られるようになされる。
The drain of the horizontal drive MOS transistor 14 is connected to the power supply V DD (or another power supply), and the source thereof is connected to the horizontal signal line 16 via the horizontal MOS switch 15.
Connected to. Reference numeral 7 denotes a horizontal scanning circuit composed of a shift register or the like. A horizontal scanning signal from the horizontal scanning circuit 7, that is, a horizontal scanning pulse φ HH1, ... φ Hn, φ
Hn + 1, ...] are sequentially applied to the gates of the horizontal MOS switches.

【0031】ここで、水平駆動MOSトランジスタ14
はそのチャネル幅が画素MOSトランジスタのチャネル
幅より大になるように構成される。これによって、水平
駆動MOSトランジスタ14の相互コンダクタンスが画
素MOSトランジスタ1の相互コンダクタンスより大に
なる。
Here, the horizontal drive MOS transistor 14
Has a channel width larger than that of the pixel MOS transistor. As a result, the mutual conductance of the horizontal drive MOS transistor 14 becomes larger than the mutual conductance of the pixel MOS transistor 1.

【0032】負荷MOSトランジスタ12、サンプルホ
ールド回路13、水平駆動MOSトランジスタ14、水
平MOSスイッチ15、水平走査回路7により水平走査
出力回路17が構成される。
A horizontal scanning output circuit 17 is constituted by the load MOS transistor 12, the sample hold circuit 13, the horizontal driving MOS transistor 14, the horizontal MOS switch 15, and the horizontal scanning circuit 7.

【0033】水平信号線の出力端t1 は、信号電流を信
号電圧に変換する電流電圧変換回路(即ち復調回路)1
8が接続される。この電流電圧変換回路18は、例えば
図2Aに示すように、バイポーラトランジスタ19を用
いたベース接地回路で構成することができる。例えば水
平駆動MOSトランジスタ14がnチャネルMOSトラ
ンジスタで構成される場合は、pnpバイポーラトラン
ジスタを用いたベース接地回路を構成する。
The output terminal t 1 of the horizontal signal line has a current-voltage conversion circuit (that is, a demodulation circuit) 1 for converting a signal current into a signal voltage.
8 are connected. The current-voltage conversion circuit 18 can be configured by a grounded base circuit using a bipolar transistor 19, as shown in FIG. 2A, for example. For example, when the horizontal drive MOS transistor 14 is an n-channel MOS transistor, a grounded base circuit using a pnp bipolar transistor is formed.

【0034】即ちpnpバイポーラトランジスタ19の
エミッタに水平信号線16の出力端t1 が接続され、そ
のベースがバイアス電源VB を介して接地され、そのコ
レクタに負荷抵抗Rが接続され、負荷抵抗Rの接続点か
ら出力端子tout が導出される。ベースに与えるバイア
ス電位VB は水平信号線16の動作電位を決定するもの
であり、画素MOSトランジスタ1の出力電圧範囲より
1〜2V低い電圧にしておく。
That is, the output terminal t 1 of the horizontal signal line 16 is connected to the emitter of the pnp bipolar transistor 19, its base is grounded via the bias power supply V B , and its collector is connected to the load resistor R and the load resistor R. The output terminal t out is derived from the connection point of. The bias potential V B applied to the base determines the operating potential of the horizontal signal line 16, and is set to a voltage lower by 1 to 2 V than the output voltage range of the pixel MOS transistor 1.

【0035】電流電圧変換回路18としては、図2Aの
バイポーラトランジスタを用いたベース接地回路の他、
図2Bに示す演算増幅器23を用いて電流電圧変換回路
を構成することができる。即ち、演算増幅器23の反転
入力端子に水平信号線16が接続され、非反転入力端子
に水平信号線16の動作電位を決定するためバイアス電
源VB が接続され、反転入力端子と出力端子間に抵抗R
0 が接続されて成る。
As the current-voltage conversion circuit 18, in addition to the grounded base circuit using the bipolar transistor of FIG. 2A,
A current-voltage conversion circuit can be configured using the operational amplifier 23 shown in FIG. 2B. That is, the horizontal signal line 16 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 23, the bias power supply V B is connected to the non-inverting input terminal to determine the operating potential of the horizontal signal line 16, and the inverting input terminal and the output terminal are connected. Resistance R
0 is connected.

【0036】勿論、電流電圧変換回路18は他の回路で
構成することも可能である。
Of course, the current-voltage conversion circuit 18 can be composed of other circuits.

【0037】図7は、単位画素(即ち画素MOSトラン
ジスタ)1の半導体構造を示す断面図である。この図に
おいて、31は第1導電型例えばp型の半導体基板、3
2は光電変換された信号電荷、本例ではホール33を蓄
積するp型ウエル領域、34は第2導電型即ちn型のウ
エル領域である。p型ウエル領域32にn型のソース領
域35及びドレイン領域36が形成され、両領域35及
び36間のp型ウエル領域32上にゲート絶縁膜を介し
て例えば光を透過し得る薄膜の多結晶シリコンからなる
ゲート電極37が形成される。このゲート電極37は垂
直選択線3に接続される。38はソース電極で垂直信号
線4に接続され、39はドレイン電極で電源VDDに接続
される。ゲート電極37直下のp型ウエル領域32に光
電変換によって蓄積されたホール33は、読み出し動作
時におけるチャネル電流(ドレイン電流)を制御し、そ
のチャネル電流の変化量が信号出力となる。
FIG. 7 is a sectional view showing the semiconductor structure of the unit pixel (that is, pixel MOS transistor) 1. In this figure, 31 is a semiconductor substrate of the first conductivity type, for example, p type, 3
Reference numeral 2 is a photoelectrically converted signal charge, which is a p-type well region for accumulating holes 33 in this example, and 34 is a second conductivity type or n-type well region. An n-type source region 35 and a drain region 36 are formed in the p-type well region 32, and, for example, a thin-film polycrystal capable of transmitting light through the gate insulating film on the p-type well region 32 between the regions 35 and 36. A gate electrode 37 made of silicon is formed. The gate electrode 37 is connected to the vertical selection line 3. Reference numeral 38 is a source electrode connected to the vertical signal line 4, and 39 is a drain electrode connected to the power supply V DD . The holes 33 accumulated by photoelectric conversion in the p-type well region 32 immediately below the gate electrode 37 control the channel current (drain current) during the read operation, and the amount of change in the channel current becomes a signal output.

【0038】次に、かかる増幅型固体撮像装置21の動
作を説明する。
Next, the operation of the amplification type solid-state image pickup device 21 will be described.

【0039】まず、各行の垂直選択線3に順次垂直走査
回路2からの垂直走査パルスφv 〔φV1, ‥‥φVi,φ
Vi+1, ‥‥〕が印加され、各行の画素MOSトランジス
タ1が順次動作状態となる。即ち、水平ブランキング期
間中に、例えばi行の選択線3の選択パルスφViが高レ
ベルになり、i行目の画素MOSトランジスタ1が動作
状態となる。
First, the vertical scanning pulse φ vV1, ... φ Vi , φ from the vertical scanning circuit 2 is sequentially applied to the vertical selection line 3 of each row.
Vi + 1, ...] Is applied, and the pixel MOS transistors 1 in each row are sequentially activated. That is, during the horizontal blanking period, for example, the selection pulse φ Vi of the selection line 3 in the i-th row becomes high level, and the pixel MOS transistor 1 in the i-th row is in the operating state.

【0040】そして、この動作状態の画素MOSトラン
ジスタ1と、垂直信号線4に接続された負荷MOSトラ
ンジスタ12とから構成されるソースフォロア回路で得
られる信号電圧がサンプルホールドパルスφSHでサンプ
ルホールド回路13に保持される。サンプルホールド回
路13に保持された信号電圧は、水平駆動MOSトラン
ジスタ14のゲートに印加され、水平駆動MOSトラン
ジスタ14で信号電圧が信号電流に変換される。即ち、
水平走査期間中に、水平走査回路7からの水平走査パル
スφH 〔φH1, ‥‥φHn, φHn+1, ‥‥〕により水平M
OSスイッチ15が順次オンし、サンプルホールド回路
13からの信号電圧に応じて決まる水平駆動MOSトラ
ンジスタ14のソース電流が夫々水平MOSスイッチ1
5を通して水平信号線16に流れる。
Then, the signal voltage obtained by the source follower circuit composed of the pixel MOS transistor 1 in this operating state and the load MOS transistor 12 connected to the vertical signal line 4 is the sample and hold circuit φ SH. Held at 13. The signal voltage held in the sample hold circuit 13 is applied to the gate of the horizontal drive MOS transistor 14, and the horizontal drive MOS transistor 14 converts the signal voltage into a signal current. That is,
During the horizontal scanning period, a horizontal scanning pulse φ HH1, ... φ Hn, φ Hn + 1, ...
The OS switches 15 are sequentially turned on, and the source currents of the horizontal drive MOS transistors 14, which are determined according to the signal voltage from the sample hold circuit 13, are respectively supplied to the horizontal MOS switch 1.
5 to the horizontal signal line 16.

【0041】水平信号線16に出力された出力信号電流
は電流電圧変換回路18によって、電圧に復調されて、
この復調信号電圧が信号出力として出力される。
The output signal current output to the horizontal signal line 16 is demodulated into a voltage by the current-voltage conversion circuit 18,
This demodulated signal voltage is output as a signal output.

【0042】上述した増幅型固体撮像装置21によれ
ば、画素MOSトランジスタ1と負荷MOSトランジス
タ12とのソースフォロア動作で得られる画素MOSト
ランジスタ1からの出力信号電圧をサンプルホールド回
路12に保持し、水平駆動MOSトランジスタ15で信
号電流に変換して、水平信号線16に出力するので、画
素信号を高速で且つ低雑音で出力することができる。
According to the amplification type solid-state imaging device 21 described above, the output signal voltage from the pixel MOS transistor 1 obtained by the source follower operation of the pixel MOS transistor 1 and the load MOS transistor 12 is held in the sample hold circuit 12, Since the horizontal drive MOS transistor 15 converts the signal current into a signal current and outputs the signal current to the horizontal signal line 16, the pixel signal can be output at high speed and with low noise.

【0043】即ち、水平駆動MOSトランジスタ14を
そのチャネル幅が画素MOSトランジスタ1のチャネル
幅より大になるように、従って相互コンダクタンスが画
素MOSトランジスタ1のそれより大になるように構成
することにより、水平信号線18の信号電流が増加す
る。従って、電流電圧変換回路18の変換利得が下げら
れ、即ちノイズ発生源となる負荷抵抗を小さくすること
ができ、ノイズを低減することができる。
That is, by configuring the horizontal drive MOS transistor 14 so that its channel width is larger than that of the pixel MOS transistor 1, and thus its transconductance is larger than that of the pixel MOS transistor 1. The signal current of the horizontal signal line 18 increases. Therefore, the conversion gain of the current-voltage conversion circuit 18 can be reduced, that is, the load resistance that is a noise generation source can be reduced, and noise can be reduced.

【0044】また、垂直信号源4と水平信号線16が水
平駆動MOSトランジスタ14により結線されていない
ので、出力端子t1 から見た撮像素子内部の容量が水平
信号線16の容量だけとなり寄生容量が小さくなり、そ
の結果、画素信号を高速で出力することができる。
Further, since the vertical signal source 4 and the horizontal signal line 16 are not connected by the horizontal drive MOS transistor 14, the internal capacitance of the image pickup device viewed from the output terminal t 1 becomes only the capacitance of the horizontal signal line 16 and the parasitic capacitance. Becomes smaller, and as a result, pixel signals can be output at high speed.

【0045】図3〜図5は、固定パターンノイズ(FP
N)の除去を可能にした本発明に係る増幅型固体撮像装
置の他の実施例である。
3 to 5 show fixed pattern noise (FP
It is another embodiment of the amplification type solid-state imaging device according to the present invention, which enables removal of N).

【0046】図3において、1は単位画素(セル)を構
成する受光素子、例えば画素トランジスタ、本例では画
素MOSトランジスタを示し、複数の画素MOSトラン
ジスタ1が行列状に配列される。2はシフトレジスタ等
から構成された垂直走査回路、3は各行毎の画素MOS
トランジスタ1のゲートに接続される垂直選択線で、垂
直走査回路2に接続され、垂直走査信号、即ち垂直走査
パルスφv 〔φV1, ‥‥φVi,φVi+1, ‥‥〕が順次与
えられる。
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a light receiving element which constitutes a unit pixel (cell), for example, a pixel transistor, in this example, a pixel MOS transistor, and a plurality of pixel MOS transistors 1 are arranged in a matrix. 2 is a vertical scanning circuit composed of a shift register or the like, 3 is a pixel MOS for each row
A vertical selection line connected to the gate of the transistor 1 and connected to the vertical scanning circuit 2, and vertical scanning signals, that is, vertical scanning pulses φ vV1, ... φ Vi , φ Vi + 1, ... Given.

【0047】画素MOSトランジスタ1のソースは垂直
信号線4に接続され、そのドレインが電源VDDに接続さ
れる。各垂直信号線4と接地間に負荷MOSトランジス
タ12が接続され、負荷MOSトランジスタ12のゲー
トにバイアス電圧VGBが印加される。
The source of the pixel MOS transistor 1 is connected to the vertical signal line 4, and the drain thereof is connected to the power supply V DD . A load MOS transistor 12 is connected between each vertical signal line 4 and ground, and a bias voltage V GB is applied to the gate of the load MOS transistor 12.

【0048】各垂直信号線4には、信号電圧を保持する
第1のサンプルホールド回路13Aが接続され、このサ
ンプルホールド回路13Aの出力端が、信号電圧を信号
電流に変換する第1の電圧電流変換手段、例えばMOS
トランジスタ、即ち第1の水平駆動MOSトランジスタ
14Aのゲートに接続される。
A first sample hold circuit 13A for holding a signal voltage is connected to each vertical signal line 4, and an output terminal of the sample hold circuit 13A has a first voltage current for converting the signal voltage into a signal current. Conversion means, eg MOS
It is connected to the gate of the transistor, that is, the first horizontal drive MOS transistor 14A.

【0049】第1の水平駆動MOSトランジスタ14A
のドレインは上記電源VDD(又は他の電源)に接続さ
れ、そのソースは第1の水平MOSスイッチ15Aを介
して第1の水平信号線16Aに接続される。
First horizontal drive MOS transistor 14A
Is connected to the power supply V DD (or another power supply), and the source is connected to the first horizontal signal line 16A via the first horizontal MOS switch 15A.

【0050】各垂直信号線4には、更に上記第1のサン
プルホールド回路13A、第1の水平駆動MOSトラン
ジスタ14A及び第1の水平MOSスイッチ15Aの接
続回路に並列に、同様の接続回路構成を有する第2のサ
ンプルホールド回路13B、第2の水平駆動MOSトラ
ンジスタ14B及び第2の水平MOSスイッチ15Bが
接続される。
Each vertical signal line 4 has a similar connection circuit configuration in parallel with the connection circuit of the first sample hold circuit 13A, the first horizontal drive MOS transistor 14A and the first horizontal MOS switch 15A. The second sample-hold circuit 13B, the second horizontal drive MOS transistor 14B, and the second horizontal MOS switch 15B that it has are connected.

【0051】即ち、信号電圧を保持する第2のサンプル
ホールド回路13Bが垂直信号線4に接続され、第2の
サンプルホールド回路13Bの出力端が信号電圧を信号
電流に変換する第2の電圧電流変換手段、例えばMOS
トランジスタ、即ち第2の水平駆動MOSトランジスタ
14Bのゲートに接続される。第2の水平駆動MOSト
ランジスタ14Bのドレインは電源VDD(又は他の電
源)に接続され、そのソースは第2の水平MOSスイッ
チ15Bを介して第2の水平信号線16Bに接続され
る。
That is, the second sample and hold circuit 13B for holding the signal voltage is connected to the vertical signal line 4, and the output terminal of the second sample and hold circuit 13B converts the signal voltage into the signal current. Conversion means, eg MOS
It is connected to the gate of the transistor, that is, the second horizontal drive MOS transistor 14B. The drain of the second horizontal drive MOS transistor 14B is connected to the power supply V DD (or another power supply), and the source thereof is connected to the second horizontal signal line 16B via the second horizontal MOS switch 15B.

【0052】後述するように、第1のサンプルホールド
回路13Aは画素MOSトランジスタ1の画素信号出力
(即ち信号成分とFPN成分を含む信号出力)を保持
し、第2のサンプルホールド回路13Bは画素リセット
後のFPN成分のみの画素信号出力を保持する。
As will be described later, the first sample hold circuit 13A holds the pixel signal output of the pixel MOS transistor 1 (that is, the signal output including the signal component and the FPN component), and the second sample hold circuit 13B resets the pixel. The pixel signal output of only the subsequent FPN component is held.

【0053】各第1及び第2の水平MOSスイッチ15
A及び15Bのゲートは共通接続されて、シフトレジス
タ等からなる水平走査回路7に接続される。
Each first and second horizontal MOS switch 15
The gates of A and 15B are commonly connected and connected to the horizontal scanning circuit 7 including a shift register and the like.

【0054】ここで、水平駆動MOSトランジスタ14
A,14Bはそのチャネル幅が画素MOSトランジスタ
1のチャネル幅より大になるように構成される。これに
よって、水平駆動MOSトランジスタ14A,14Bの
相互コンダクタンスが画素MOSトランジスタ1の相互
コンダクタンスより大になる。
Here, the horizontal drive MOS transistor 14
A and 14B are configured such that their channel width is larger than that of the pixel MOS transistor 1. As a result, the mutual conductance of the horizontal drive MOS transistors 14A and 14B becomes larger than the mutual conductance of the pixel MOS transistor 1.

【0055】第1及び第2の水平信号線16A及び16
Bの出力端tA1及びtB1は、水平信号線16A,16B
から夫々出力される信号電流を信号電圧に復調してFP
N成分を除去するためのノイズ除去回路25に接続され
る。このノイズ除去回路25は、第1及び第2の電流電
圧変換回路(即ち復調回路)、例えば図4に示すよう
に、バイポーラトランジスタを用いた第1及び第2のベ
ース接地回路18A及び18Bと、第1及び第2のベー
ス接地回路18A及び18Bに接続された減算回路26
とを有して構成される。
First and second horizontal signal lines 16A and 16
The output terminals t A1 and t B1 of B are connected to the horizontal signal lines 16A and 16B.
The signal currents respectively output from the
It is connected to a noise removing circuit 25 for removing the N component. The noise removal circuit 25 includes first and second current-voltage conversion circuits (that is, demodulation circuits), for example, first and second base ground circuits 18A and 18B using bipolar transistors, as shown in FIG. Subtraction circuit 26 connected to the first and second grounded base circuits 18A and 18B
And is configured.

【0056】即ち、第1及び第2の水平信号線16A及
び16Bの各出力端tA1及びtB1が、第1及び第2ベー
ス接地回路18A及び18Bを構成する夫々のバイポー
ラトランジスタ19A及び19Bのエミッタに接続さ
れ、そのベースが共通のバイアス電源27を介して接地
され、そのコレクタが夫々負荷抵抗20A及び20Bを
介して所定の電源VEEに接続される。そして、各バイポ
ーラトランジスタ19A,19Bのコレクタと負荷抵抗
20A,20Bの接続点a,bが夫々減算回路、例えば
差動増幅器26の入力端に接続される。
That is, the output terminals t A1 and t B1 of the first and second horizontal signal lines 16A and 16B are connected to the respective bipolar transistors 19A and 19B constituting the first and second base ground circuits 18A and 18B. It is connected to the emitter, its base is grounded via a common bias power supply 27, and its collector is connected to a predetermined power supply V EE via load resistors 20A and 20B, respectively. The connection points a and b between the collectors of the bipolar transistors 19A and 19B and the load resistors 20A and 20B are connected to the subtraction circuit, for example, the input terminal of the differential amplifier 26.

【0057】上例と同様に、バイポーラトランジスタ1
9A,19Bを用いたベース接地回路18A,18B
は、低入力インピーダンス/高出力インピーダンスの特
性を持つため、電流を電圧に変換する回路として最適で
ある。水平駆動MOSトランジスタ14A,14Bがn
チャネルMOSトランジスタの場合は、pnpバイポー
ラトランジスタ19A,19Bを用いたベース接地回路
で出力信号電流を電圧に復調することが可能である。バ
イアス電源27は、水平信号線16A,16Bの動作電
位を決定するものであり、画素MOSトランジスタ1の
出力電圧範囲より1〜2V低い電圧にして置く。
Similar to the above example, the bipolar transistor 1
Base ground circuits 18A and 18B using 9A and 19B
Has a characteristic of low input impedance / high output impedance, and is optimal as a circuit for converting current into voltage. Horizontal drive MOS transistors 14A and 14B are n
In the case of a channel MOS transistor, it is possible to demodulate an output signal current into a voltage with a grounded base circuit using pnp bipolar transistors 19A and 19B. The bias power supply 27 determines the operating potentials of the horizontal signal lines 16A and 16B, and is set to a voltage lower than the output voltage range of the pixel MOS transistor 1 by 1 to 2V.

【0058】次に、かかる図3の増幅型固体撮像装置2
4の動作を、図6のタイミングチャートを参照して説明
する。
Next, the amplification type solid-state image pickup device 2 of FIG.
The operation of No. 4 will be described with reference to the timing chart of FIG.

【0059】まず、各行の垂直選択線3に順次垂直走査
回路2からの垂直走査パルスφv 〔φV1, ‥‥φVi,φ
Vi+1, ‥‥〕が印加され、各行の画素MOSトランジス
タ1が順次動作状態となる。即ち、水平ブランキング期
間HBKの前半の読み出期間TA で例えばi行の選択線
3の選択パルスφViが高レベルMとなり、i行の画素M
OSトランジスタ1が動作状態となる。そして、この動
作状態の画素MOSトランジスタ1と負荷MOSトラン
ジスタ12とから構成されるソースフォロア回路で得ら
れた画素信号電圧(正規の信号成分とFPN成分を含む
画素信号電圧)がサンプルホールドパルスφSH1 で第1
のサンプルホールド回路13Aに保持される。第1のサ
ンプルホールド回路13Aに保持された画素信号電圧は
第1の水平駆動MOSトランジスタ14Aのゲートに入
る。
First, the vertical scanning pulse φ vV1, ... φ Vi , φ from the vertical scanning circuit 2 is sequentially applied to the vertical selection line 3 of each row.
Vi + 1, ...] Is applied, and the pixel MOS transistors 1 in each row are sequentially activated. That is, for example, the selection pulse φ Vi of the selection line 3 in the i-th row becomes the high level M in the read-out period T A in the first half of the horizontal blanking period HBK, and the pixel M in the i-th row is detected.
The OS transistor 1 becomes active. The pixel signal voltage (pixel signal voltage including the normal signal component and the FPN component) obtained by the source follower circuit composed of the pixel MOS transistor 1 and the load MOS transistor 12 in this operating state is the sample hold pulse φ SH1. And first
Of the sample and hold circuit 13A. The pixel signal voltage held in the first sample hold circuit 13A enters the gate of the first horizontal drive MOS transistor 14A.

【0060】次いで、水平ブランキング期間HBK中の
画素リセット期間TB で、例えば選択線3の選択パルス
φViが高々レベルHになり、読み出後の画素MOSトラ
ンジスタ1のゲートにリセット電位が印加されて蓄積さ
れていた信号電荷(ホール)が基板側に排除され、画素
MOSトランジスタ1がリセットされる。
Next, in the pixel reset period T B in the horizontal blanking period HBK, for example, the selection pulse φ Vi of the selection line 3 becomes the level H at most, and the reset potential is applied to the gate of the pixel MOS transistor 1 after reading. The accumulated and accumulated signal charges (holes) are removed to the substrate side, and the pixel MOS transistor 1 is reset.

【0061】次いで、水平ブランキング期間HBKの後
半の期間、即ち画素リセット後の読み出期間TC で、再
び選択線3の選択パルスφViが高レベルMとなり、画素
MOSトランジスタ1が動作状態となり、負荷MOSト
ランジスタ12とでソースフォロア動作をし、画素リセ
ット後の画素信号電圧、即ちFPN成分電圧がサンプル
ホールドパルスφSH2 で第2のサンプルホールド回路1
3Bに保持される。第2のサンプルホールド回路13B
で保持されたFPN成分電圧は第2の水平駆動MOSト
ランジスタ14Bのゲートに入る。
Next, in the latter half period of the horizontal blanking period HBK, that is, in the read period T C after the pixel reset, the selection pulse φ Vi of the selection line 3 becomes the high level M again, and the pixel MOS transistor 1 becomes the operating state. The source follower operation is performed with the load MOS transistor 12, and the pixel signal voltage after pixel reset, that is, the FPN component voltage is the sample hold pulse φ SH2 and the second sample hold circuit 1
Held in 3B. Second sample hold circuit 13B
The FPN component voltage held at is input to the gate of the second horizontal drive MOS transistor 14B.

【0062】そして、水平走査期間中に、水平走査回路
7からの水平走査パルスφH 〔φH1 , ‥‥φHn, φ
Hn+1, ‥‥〕により、第1及び第2の水平MOSスイッ
チ15A及び15Bが同時にオンし、各信号電圧が第1
及び第2の水平駆動MOSトランジスタ14A,14B
で電流に変換され、即ち、夫々の画素信号電圧及びFP
N成分電圧に従って決まる第1及び第2の水平駆動MO
Sトランジスタ14A,14Bのソース電流が水平MO
Sスイッチ15A,15Bを通って夫々第1及び第2の
水平信号線16A,16Bに流れる。
Then, during the horizontal scanning period, the horizontal scanning pulse φ HH1 , ... φ Hn, φ from the horizontal scanning circuit 7 is generated.
Hn + 1, ...] causes the first and second horizontal MOS switches 15A and 15B to be turned on at the same time, and each signal voltage becomes the first
And second horizontal drive MOS transistors 14A, 14B
Are converted into currents, that is, each pixel signal voltage and FP
First and second horizontal drive MOs determined according to the N component voltage
The source currents of the S transistors 14A and 14B are horizontal MO.
It flows through the S switches 15A and 15B to the first and second horizontal signal lines 16A and 16B, respectively.

【0063】即ち、本実施例では、画素MOSトランジ
スタ1の画素信号と画素リセット後のFPN成分を、夫
々水平ブランキング期間HBL中に、画素リセット期間
Bを間に置いてその前半及び後半で2回読み出し動作
を行うようにしている。
[0063] That is, in this embodiment, the FPN component after the pixel signals and pixel resetting of the pixel MOS transistor 1, during each horizontal blanking period HBL, in its first and second halves placed between the pixel reset period T B The read operation is performed twice.

【0064】そして、第1の水平信号線16Aから出力
された画素信号電流と、第2の水平信号線16Bから出
力されたFPN成分電流は、夫々ノイズ除去回路25の
電流電圧変換回路であるベース接地回路18A,18B
に入力され電圧に変換され、この変換さた復調画素信号
電圧Vdet1及び復調FPN成分電圧Vdet2が減算回路2
6に入力される。これによって、減算回路26の出力端
子tout からFPN成分が除去された信号出力Vout
出力される。
The pixel signal current output from the first horizontal signal line 16A and the FPN component current output from the second horizontal signal line 16B are the bases of the current-voltage conversion circuit of the noise removal circuit 25. Ground circuit 18A, 18B
To the subtraction circuit 2 and the converted demodulated pixel signal voltage V det1 and demodulated FPN component voltage V det2 are converted into a voltage.
6 is input. As a result, the signal output V out from which the FPN component has been removed is output from the output terminal t out of the subtraction circuit 26.

【0065】ベース接地回路18A,18Bの負荷抵抗
20A,20BをRとすると、画素MOSトランジスタ
1からの信号電圧の振幅をΔVpxl 、電流電圧変換後の
復調信号電圧振幅ΔVdet の関数は
Assuming that the load resistances 20A and 20B of the grounded base circuits 18A and 18B are R, the function of the amplitude of the signal voltage from the pixel MOS transistor 1 is ΔV pxl , and the demodulated signal voltage amplitude after current-voltage conversion ΔV det is

【0066】[0066]

【数1】ΔVdet =R×gm×ΔVpxl [ Formula 1] ΔV det = R × gm × ΔV pxl

【0067】で近似できる。ただし、gmは水平駆動M
OSトランジスタ14A,14Bの相互コンダクタンス
である。
Can be approximated by However, gm is horizontal drive M
This is the mutual conductance of the OS transistors 14A and 14B.

【0068】最終的に、FPN成分が除去される様子
は、以下の式で現わされる。
Finally, how the FPN component is removed is expressed by the following equation.

【0069】[0069]

【数2】 Vdet1=R×gm×(Vpxl +Vfpn −Vth)+VOS (画素信号:ただしVfpn −Vth>0) Vdet2=R×gm×(Vfpn −Vth)VOS (リセット後の画素信号:FPN成分) Vout =Vdet1−Vdet2 =R×gm×Vpxl V det1 = R × gm × (V pxl + V fpn −V th ) + V OS (pixel signal: V fpn −V th > 0) V det2 = R × gm × (V fpn −V th ) V OS (pixel signal after reset: FPN component) V out = V det1 −V det2 = R × gm × V pxl

【0070】ただし、Vdet1, det2は、図4の接続点
a,bのベース接地出力(復調信号電圧)、Vpxl +V
fpn は画素MOSトランジスタ1の出力信号電圧、V
fpn はリセット後の画素MOSトランジスタ1の出力信
号電圧、Vthは水平駆動MOSトランジスタ14A,1
4Bのスレッショルド電圧、VOSはベース接地回路18
A,18Bで発生するオフセット電圧である。
However, V det1 and V det2 are the grounded base outputs (demodulated signal voltage) at the connection points a and b in FIG. 4, V pxl + V
fpn is the output signal voltage of the pixel MOS transistor 1, V
fpn is the output signal voltage of the pixel MOS transistor 1 after reset, and V th is the horizontal drive MOS transistors 14A, 1
4B threshold voltage, V OS is grounded base circuit 18
Offset voltage generated in A and 18B.

【0071】この結果、画素MOSトランジスタ1から
発生するFPN成分Vfpn を除去した信号出力Vout
得られる。
As a result, the signal output V out from which the FPN component V fpn generated from the pixel MOS transistor 1 is removed is obtained.

【0072】図5は、ノイズ除去回路25の他の例を示
す。この例では、電流電圧変換回路を、高帯域差動増幅
器等の演算増幅器31A,31Bを用いた電流電圧変換
回路(復調回路)32A,32Bに置き換えて構成した
場合である。即ち、第1の演算増幅器31Aの反転入力
端子に第1の水平信号線16Aが接続され、反転入力端
子と出力端子間に抵抗33Aが接続され、また、第2の
演算増幅器31Bの反転入力端子に第2の水平信号線1
6Bが接続され、反転入力端子と出力端子間に抵抗33
Bが接続され、第1及び第2の演算増幅器31A,31
Bの非反転入力端子に共通の水平信号線16A,16B
の動作電位を決定するためのバイアス電源34が接続さ
れて成る。そして、第1及び第2の演算増幅器31A,
31Bの出力端子が減算回路26の入力端に接続され
る。勿論、電流電圧変換回路は他の回路で構成すること
も可能である。
FIG. 5 shows another example of the noise removing circuit 25. In this example, the current-voltage conversion circuit is replaced with current-voltage conversion circuits (demodulation circuits) 32A, 32B using operational amplifiers 31A, 31B such as high-band differential amplifiers. That is, the first horizontal signal line 16A is connected to the inverting input terminal of the first operational amplifier 31A, the resistor 33A is connected between the inverting input terminal and the output terminal, and the inverting input terminal of the second operational amplifier 31B is also connected. To the second horizontal signal line 1
6B is connected, and a resistor 33 is provided between the inverting input terminal and the output terminal.
B is connected to the first and second operational amplifiers 31A and 31A
Horizontal signal lines 16A and 16B common to the B non-inverting input terminal
A bias power source 34 for determining the operating potential of is connected. Then, the first and second operational amplifiers 31A,
The output terminal of 31B is connected to the input terminal of the subtraction circuit 26. Of course, the current-voltage conversion circuit can be composed of other circuits.

【0073】図3〜図5の実施例に係る増幅型固体撮像
装置24によれば、第1及び第2のサンプルホールド回
路13A,13Bで夫々保持された画素信号出力電圧と
画素リセット後の画素信号出力電圧を、夫々第1及び第
2の水平駆動MOSトランジスタ14A,14Bのゲー
トに入力して電流に変換して、夫々の第1及び第2の水
平信号線16A,16Bに信号電流として出力し、この
信号電流を夫々電流電圧変換回路18A,18B(又は
32A,32B)で信号電圧に復調し、減算回路26を
通して、この復調された画素信号電圧から画素リセット
後のFPN成分電圧を減算することにより、固定パター
ンノイズ(FPN)の除去された映像信号が得られる。
According to the amplification type solid-state image pickup device 24 according to the embodiments of FIGS. 3 to 5, the pixel signal output voltage held by the first and second sample hold circuits 13A and 13B and the pixel after pixel reset The signal output voltage is input to the gates of the first and second horizontal drive MOS transistors 14A and 14B, converted into currents, and output to the first and second horizontal signal lines 16A and 16B as signal currents. Then, the signal currents are demodulated to signal voltages by the current-voltage conversion circuits 18A and 18B (or 32A and 32B), and the FPN component voltage after pixel reset is subtracted from the demodulated pixel signal voltage through the subtraction circuit 26. As a result, a video signal from which fixed pattern noise (FPN) has been removed can be obtained.

【0074】本実施例では、サンプルホールド回路13
〔13A,13B〕で一旦画素信号電圧を保持するの
で、FPN除去に必要なFPN成分信号の読み出しが可
能となり、撮像素子外部に簡単な減算回路26を追加す
ることで、FPN成分の除去が可能となる。
In this embodiment, the sample hold circuit 13
Since the pixel signal voltage is once held in [13A, 13B], the FPN component signal necessary for FPN removal can be read out, and the FPN component can be removed by adding a simple subtraction circuit 26 outside the image sensor. Becomes

【0075】そして、この固体撮像装置24において
も、前述の実施例と同様に、水平駆動MOSトランジス
タ14A,14Bのチャネル幅を画素MOSトランジス
タ1のチャネル幅より広くとることにより、水平信号線
16A,16Bの信号電流が増加し、電流電圧変換回路
18A,18B(又は32A,32B)の変換利得を下
げることができ、ノイズを低減することができる。
Also in this solid-state image pickup device 24, as in the above-described embodiment, the channel widths of the horizontal drive MOS transistors 14A and 14B are made wider than the channel width of the pixel MOS transistor 1 so that the horizontal signal line 16A, The signal current of 16B increases, the conversion gain of the current-voltage conversion circuits 18A and 18B (or 32A and 32B) can be reduced, and noise can be reduced.

【0076】出力端子tA1,tB1から見た撮像素子内部
の夫々の容量は、水平信号線16A,16Bの容量だけ
になり、より高速に動作させることができる。従って、
画素信号を高速でしかも低雑音に出力することができ
る。
The respective capacities inside the image pickup device viewed from the output terminals t A1 and t B1 are only the capacities of the horizontal signal lines 16A and 16B, and the operation can be performed at higher speed. Therefore,
The pixel signal can be output at high speed and with low noise.

【0077】なお、前述の画素MOSトランジスタ1で
は、p型基板上に形成した例を挙げたが、これに限定さ
れることなく、不純物n型/p型を反転させた画素構造
のものについても適用可能である。これらの場合、印加
電圧の極性を反転させるだけで同様に適応できる。
In the above-mentioned pixel MOS transistor 1, an example in which it is formed on a p-type substrate has been taken as an example, but the present invention is not limited to this, and a pixel structure in which the impurity n-type / p-type is inverted is also applicable. Applicable. In these cases, the same can be applied by only reversing the polarity of the applied voltage.

【0078】[0078]

【発明の効果】第1の発明に係る固体撮像装置によれ
ば、画素信号を高速で、しかも低雑音で出力することが
できる。
According to the solid-state image pickup device of the first aspect of the present invention, pixel signals can be output at high speed and with low noise.

【0079】第2の発明に係る固体撮像装置によれば、
バイポーラトランジスタを含む復調手段を用いることに
より、低入力インピーダンス/高出力インピーダンスの
特性を持ち、電流を電圧に変換する場合に最適ならしめ
る。
According to the solid-state image pickup device of the second invention,
By using the demodulation means including the bipolar transistor, it has the characteristics of low input impedance / high output impedance, and is optimal for the case of converting current into voltage.

【0080】第3の発明に係る固体撮像装置によれば、
より雑音の低減化を図ることができる。
According to the solid-state image pickup device of the third invention,
It is possible to further reduce noise.

【0081】第4の発明に係る固体撮像装置によれば、
固定パターンノイズ(FPN)が除去された画素出力信
号を得ることができる。
According to the solid-state image pickup device of the fourth invention,
A pixel output signal from which fixed pattern noise (FPN) has been removed can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る固体撮像装置の一例を示す構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a solid-state imaging device according to the present invention.

【図2】A 図1の固体撮像装置の水平信号線に接続さ
れる電流電圧変換回路の一例を示す回路図である。 B 図1の固体撮像装置の水平信号線に接続される電流
電圧変換回路の他の例を示す回路図である。
2A is a circuit diagram showing an example of a current-voltage conversion circuit connected to a horizontal signal line of the solid-state imaging device of FIG. B is a circuit diagram showing another example of the current-voltage conversion circuit connected to the horizontal signal line of the solid-state imaging device of FIG. 1.

【図3】本発明に係る固体撮像装置の他の例を示す構成
図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing another example of the solid-state imaging device according to the present invention.

【図4】図3の固体撮像装置の水平信号線に接続される
ノイズ除去回路の一例を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a noise removal circuit connected to a horizontal signal line of the solid-state imaging device of FIG.

【図5】図3の固体撮像装置の水平信号線に接続される
ノイズ除去回路の他の例を示す回路図である。
5 is a circuit diagram showing another example of a noise removal circuit connected to the horizontal signal line of the solid-state imaging device of FIG.

【図6】図3及び図4の固体撮像装置の動作説明に供す
るタイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart provided for explaining the operation of the solid-state imaging device of FIGS. 3 and 4.

【図7】画素MOSトランジスタの半導体構造の断面図
である。
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor structure of a pixel MOS transistor.

【図8】従来の固体撮像装置の一例を示す構成図であ
る。
FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】 1 画素MOSトランジスタ 2 垂直走査回路 3 垂直選択線 4 垂直信号線 7 水平走査回路 12 負荷MOSトランジスタ 13,13A,13B サンプルホールド回路 14,14A,14B 水平駆動MOSトランジスタ 15,15A,15B 水平MOSスイッチ 16,16A,16B 水平信号線 18,18A,18B,32A,32B 電流電圧変換
回路 19A,19B バイポーラトランジスタ 26 減算回路 31A,31B 演算増幅器
[Description of Reference Signs] 1 pixel MOS transistor 2 vertical scanning circuit 3 vertical selection line 4 vertical signal line 7 horizontal scanning circuit 12 load MOS transistor 13, 13A, 13B sample hold circuit 14, 14A, 14B horizontal drive MOS transistor 15, 15A, 15B Horizontal MOS switch 16, 16A, 16B Horizontal signal line 18, 18A, 18B, 32A, 32B Current-voltage conversion circuit 19A, 19B Bipolar transistor 26 Subtraction circuit 31A, 31B Operational amplifier

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の受光素子と、該受光素子で発生し
た電荷を電圧に変換する電圧発生手段と、該電圧を信号
電流に変換して出力信号線に出力する電圧電流変換手段
と、上記信号電流を信号電圧に復調する復調手段を備
え、 上記受光素子は第1の電源と垂直信号線との間に接続さ
れた第1のMOSトランジスタを有し、 上記垂直信号線は負荷素子を介して接地され、上記第1
のMOSトランジスタと上記負荷素子とで上記電圧発生
手段を構成し、 上記電圧電流変換手段は上記第1の電源又は第2の電源
と上記出力信号線との間に接続された第2のMOSトラ
ンジスタを有し、 該第2のMOSトランジスタのゲート電極が上記電圧発
生手段に接続され、 上記第2のMOSトランジスタの相互コンダクタンスが
上記第1のMOSトランジスタの相互コンダクタンスよ
りも大きいことを特徴とする固体撮像装置。
1. A plurality of light receiving elements, a voltage generating means for converting charges generated in the light receiving elements into a voltage, a voltage-current converting means for converting the voltage into a signal current and outputting it to an output signal line, Demodulation means for demodulating a signal current into a signal voltage is provided, and the light receiving element has a first MOS transistor connected between a first power source and a vertical signal line, and the vertical signal line is connected via a load element. Grounded, above first
The MOS transistor and the load element constitute the voltage generating means, and the voltage / current converting means is a second MOS transistor connected between the first power supply or the second power supply and the output signal line. A gate electrode of the second MOS transistor is connected to the voltage generating means, and the mutual conductance of the second MOS transistor is larger than the mutual conductance of the first MOS transistor. Imaging device.
【請求項2】 上記復調手段はバイポーラトランジスタ
を含む請求項1に記載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the demodulation means includes a bipolar transistor.
【請求項3】 上記第2のMOSトランジスタのチャネ
ル幅が上記第1のMOSトランジスタのチャネル幅より
も大きい請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the channel width of the second MOS transistor is larger than the channel width of the first MOS transistor.
【請求項4】 複数の受光素子と、 該受光素子で発生した電荷を電圧に変換する電圧発生手
段と、 各受光素子に対応する第1及び第2のサンプルホールド
回路と、 上記第1及び第2のサンプルホールド回路に夫々保持さ
れた画素信号出力電圧及び画素リセット後の画素信号出
力電圧を夫々電流に変換して第1及び第2の出力信号線
に出力する第1及び第2の電圧電流変換手段と、 上記第1及び第2の電圧電流変換手段からの夫々の信号
電流を、信号電圧に復調する第1及び第2の復調手段
と、 上記第1の復調手段で復調された画素信号出力電圧から
上記第2の復調手段で復調された画素リセット後の画素
信号出力電圧を減算する減算回路とを備えている固体撮
像装置。
4. A plurality of light receiving elements, a voltage generating means for converting charges generated in the light receiving elements into a voltage, first and second sample and hold circuits corresponding to the respective light receiving elements, and the first and the second. The first and second voltage currents that convert the pixel signal output voltage and the pixel signal output voltage after pixel reset, which are respectively held in the second sample and hold circuit, into currents and output to the first and second output signal lines Conversion means, first and second demodulation means for demodulating the respective signal currents from the first and second voltage-current conversion means into signal voltages, and pixel signals demodulated by the first demodulation means A solid-state imaging device comprising: a subtraction circuit that subtracts the pixel signal output voltage after pixel reset demodulated by the second demodulation means from the output voltage.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1416711A1 (en) * 2001-05-29 2004-05-06 Hamamatsu Photonics K.K. Signal processing circuit and solid-state image pickup device
JP2008067064A (en) * 2006-09-07 2008-03-21 Canon Inc Solid-state imaging apparatus and imaging system

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