JPH09116817A - Solid-state image pickup device and driving method therefor - Google Patents

Solid-state image pickup device and driving method therefor

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JPH09116817A
JPH09116817A JP7266868A JP26686895A JPH09116817A JP H09116817 A JPH09116817 A JP H09116817A JP 7266868 A JP7266868 A JP 7266868A JP 26686895 A JP26686895 A JP 26686895A JP H09116817 A JPH09116817 A JP H09116817A
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solid
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce solid-pattern noise and a chip size by providing plural photoelectric conversion elements and switch means connected to the output terminals and resetting the photoelectric conversion elements with output voltage. SOLUTION: When the pulse of a high level is impressed on a terminal 122, and the pulse of the high level is impressed to a terminal 121, NMOS transistors MR11-MR12 and MR321 and R322 become on-states at respective timings. The photodiodes D21 and D22 of the image elements are reset to voltage Vres given to the terminal 123. After resetting terminates, the respective pulses of the terminals 122 and 121 drop to low levels and the accumulation operation of a photo carrier is started. Thus, the solid-state pattern noise and the chip size can be reduced by repeating such operation and setting next reset voltage by a previous read signal level.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、特に固定パターンノイズ(FPN)を削減し、且つ
チップサイズの小さい固体撮像装置及びその駆動方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device, and more particularly to a solid-state image pickup device having a reduced chip size (FPN) and a small chip size, and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、固体撮像装置は、光電変換素子は
基本的に金属ー酸化物ー半導体のMOS構造からなり、
この光電変換素子は1次元状に並べてラインセンサとし
て、2次元状に並べてエリアセンサとして、ビデオカメ
ラや、複写機など、今後の映像時代に向け、技術的に
も、社会的にもますますの発展が期待されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a solid-state image pickup device, a photoelectric conversion element is basically composed of a metal-oxide-semiconductor MOS structure,
These photoelectric conversion elements are lined up in a one-dimensional form, line sensors are arranged in a two-dimensional form, and area sensors are lined up. They will become more technologically and socially in the future image era, such as video cameras and copiers. Development is expected.

【0003】かかる光電変換素子を用いた固体撮像装置
の例を図10〜図13に示す。図10は全体の回路構成
を表わす図である。図において、画素21−11〜21
−mnは同一基板にマトリックス状に形成し、その各々
の画素は撮像素子としてのnチャネル・ノーマリーオン
形(デプレッション形)のSIT(静電誘導トランジス
タ)22と、そのフローティングゲート23に設けたゲ
ートキャパシタ24と、フローティングゲート23に接
続したソース−ドレイン通路を有するpチャネルエンハ
ンスメント形の制御トランジスタ25とをもって構成す
る(図中、各画素を破線で図示する。)。
An example of a solid-state image pickup device using such a photoelectric conversion element is shown in FIGS. FIG. 10 is a diagram showing the overall circuit configuration. In the figure, pixels 21-11 to 21
-Mn is formed in a matrix on the same substrate, and each pixel thereof is provided in an n-channel normally-on type (depletion type) SIT (static induction transistor) 22 as an image sensor and its floating gate 23. It is configured by a gate capacitor 24 and a p-channel enhancement type control transistor 25 having a source-drain passage connected to the floating gate 23 (each pixel is shown by a broken line in the figure).

【0004】各画素を構成するSITのドレイン(基
板)にはビデオ電圧VD を印加し、X方向に配列された
各行の画素群21−11〜21−1n;…;21−m1
〜21−mnのSITのゲートキャパシタには各行ライ
ン26−1,…,26−mを接続して垂直走査回路(垂
直シフトレジスタ)27により行選択信号φG1,…,φ
Gmを印加する。またY方向に配列された各列の画素群2
1−11〜21−m1;…;21−1n〜21−mnの
SITのソースには各列ライン28−1,…,28−n
を接続し、これらの列ラインを各列選択トランジスタ2
9−1,…,29−n、共通のビデオライン30および
一方を接地した負荷抵抗31を経て出力Voutされる。
その時、各列選択トランジスタ29−1,…,29−n
のゲートに水平走査回路(水平シフトレジスタ)32か
ら列選択信号φS1,…,φSnを順次印加する。
The drain of the SIT (group
Board) video voltage VDApplied, and arranged in the X direction
21-m1 of pixel groups 21-11 to 21-1n in each row;
Each row has a gate capacitor of ~ 21-mn SIT.
, 26-m connected to the vertical scanning circuit.
Direct shift register) 27 for row selection signal φG1,…, Φ
GmIs applied. In addition, the pixel group 2 of each column arranged in the Y direction
1-11 to 21-m1; ...; 21-1n to 21-mn
The source of SIT is each column line 28-1, ..., 28-n
And connect these column lines to each column select transistor 2
9-1, ..., 29-n, common video line 30 and
The output Vout is output via a load resistor 31 having one of them grounded.
At that time, each column selection transistor 29-1, ..., 29-n
A horizontal scanning circuit (horizontal shift register) 32 for the gate of
Column selection signal φS1,…, ΦSnAre sequentially applied.

【0005】さらに、各画素を構成する制御トランジス
タ25のゲートおよびドレインには、それぞれ制御ゲー
トライン33及びオーバーフロー・ドレイン・ライン3
4を接続して制御ゲート信号φC および制御ドレイン電
圧VC を印加する。
Further, the control gate line 33 and the overflow drain line 3 are respectively connected to the gate and drain of the control transistor 25 constituting each pixel.
4 is connected to apply the control gate signal φ C and the control drain voltage V C.

【0006】図11は互いに隣接する4画素の構成を示
す平面図であり、図12はそのA−A′線断面図であ
る。本構成例では基板40に形成する画素の面積効率を
上げるため、互いに隣接する4画素を図において上下お
よび左右対称に形成する。基板40はSITのドレイン
を構成するもので、n+ またはn形半導体を用い、この
基板40上にn- エピタキシャル層41を成長させると
共に、このエピタキシャル層41に埋込絶縁物等よりな
る分離領域42を形成して隣接する画素間を電気的およ
び光学的に分離する。各画素において、SITのゲート
およびソースはそれぞれエピタキシャル層41の表面に
形成したp+ 拡散層43およびn+ 拡散層44をもって
構成し、n+ 拡散層44は例えばポリシリコンより成る
配線層45を経て対応する列ライン28−i,28−
(i+1)に接続し、p+ 拡散層43上にはゲート酸化
膜を介して行ライン26−i,26−(i+1)を形成
する例えばポリシリコンより成る行ライン電極46−
i,46−(i+1)を被着して、行ライン電極がp+
拡散層43と対向する部分にゲートキャパシタを形成す
る。
FIG. 11 is a plan view showing the structure of four pixels adjacent to each other, and FIG. 12 is a sectional view taken along the line AA '. In this configuration example, in order to increase the area efficiency of the pixels formed on the substrate 40, four adjacent pixels are formed vertically and horizontally in the figure. The substrate 40 constitutes the drain of the SIT, and uses an n + or n-type semiconductor to grow an n epitaxial layer 41 on the substrate 40, and an isolation region made of a buried insulator or the like on the epitaxial layer 41. 42 is formed to electrically and optically separate adjacent pixels. In each pixel, the gate and source of the SIT constitutes with a p + diffusion layer 43 and n + diffusion layer 44 formed on the surface of the epitaxial layer 41, respectively, the n + diffusion layer 44 through the wiring layer 45 made of polysilicon, for example Corresponding column lines 28-i, 28-
A row line electrode 46- made of, for example, polysilicon, which is connected to (i + 1) and forms row lines 26-i, 26- (i + 1) on the p + diffusion layer 43 via a gate oxide film.
i, 46- (i + 1) is deposited, and the row line electrode is p +
A gate capacitor is formed in a portion facing the diffusion layer 43.

【0007】各画素のp+ 拡散層43は、互いに隣接す
る4画素の中央部まで延在して形成され、その部分を図
10に示す各画素の制御トランジスタ25のソースとし
て作用させると共に、その4画素の中央部のエピタキシ
ャル層41の表面には、各画素のSITのゲート23お
よび制御トランジスタ25のソースを構成するp+ 拡散
層43と分離して、4画素の制御トランジスタ25のド
レインを構成するp+拡散層47を共通に形成し、この
+ 拡散層47に配線用電極48を経てオーバーフロー
・ドレイン・ライン34を接続する。また、p+ 拡散層
47とp+ 拡散層43との間のエピタキシャル層41の
表面には、ゲート酸化膜を介して制御ゲートライン33
を形成する4画素の制御トランジスタ25の制御ゲート
電極49を共通に設ける。
The p + diffusion layer 43 of each pixel is formed so as to extend to the central portion of four pixels adjacent to each other, and that portion serves as the source of the control transistor 25 of each pixel shown in FIG. On the surface of the epitaxial layer 41 in the central portion of the four pixels, the drain of the control transistor 25 of the four pixels is formed separately from the p + diffusion layer 43 forming the gate 23 of the SIT of each pixel and the source of the control transistor 25. A common p + diffusion layer 47 is formed, and the overflow drain line 34 is connected to the p + diffusion layer 47 via the wiring electrode 48. In addition, the control gate line 33 is formed on the surface of the epitaxial layer 41 between the p + diffusion layer 47 and the p + diffusion layer 43 via the gate oxide film.
The control gate electrodes 49 of the control transistors 25 of the four pixels forming the above are commonly provided.

【0008】以下、本構成例の動作を図13に示すタイ
ミングチャートの信号波形図を参照しながら説明する。
本構成例においても、上述したと同様、行ライン26−
1〜26−mを順次選択すると共に、各行ラインの選択
下において列ライン28−1〜28−nを順次選択す
る。こうして選択するXYアドレス方式により、画素信
号を順次読出し、各行ラインにおいて信号読出し期間t
H が完了してから次の行ラインの選択に移る水平ブラン
キング期間tBLに、その行ラインの全ての画素を同時に
リセットするものであるが、特に画素21−22に注目
し、そのフローティングゲート23の電位VG (2,
2)の変化を図13に示してその動作を説明する。な
お、図13の最下段に示す画素21−22のフローティ
ングゲート23の電位VG (2,2)において、実線は
撮像中光入射が有る場合の電位を、破線は撮像中光入射
が無い場合の電位を表わす。
The operation of this configuration example will be described below with reference to the signal waveform diagram of the timing chart shown in FIG.
Also in the present configuration example, the row line 26-
1 to 26-m are sequentially selected, and column lines 28-1 to 28-n are sequentially selected under the selection of each row line. Pixel signals are sequentially read out by the XY address method selected in this way, and the signal read-out period t in each row line is read.
During the horizontal blanking period t BL in which the selection of the next row line is started after H is completed, all the pixels in the row line are reset at the same time. 23 potential V G (2,
The operation of 2) will be described with reference to FIG. In the potential V G (2, 2) of the floating gates 23 of the pixels 21-22 shown in the bottom of FIG. 13, the solid line represents the potential when light is incident during imaging, and the broken line is the light that is not incident during imaging. Represents the electric potential of.

【0009】図13を参照し、タイミングt1 におい
て、行ライン26−2に印加される行選択信号φG2が電
圧VφG になると、この行のライン26−2に接続され
た各SITのフローティングゲート23の電位は、ほぼ
VφG 、より詳しくはゲートキャパシタ24の容量をC
G 、p+拡散層43の寄生拡散容量をCJ とすると、 {CG/(CJ +CG)}・VφG だけ上昇する。
Referring to FIG. 13, at timing t 1 , when row selection signal φ G2 applied to row line 26-2 attains voltage Vφ G , floating of each SIT connected to line 26-2 of this row. The potential of the gate 23 is approximately Vφ G , and more specifically, the capacitance of the gate capacitor 24 is C
Assuming that the parasitic diffusion capacitance of the G and p + diffusion layers 43 is C J , {C G / (C J + C G )} Vφ G increases.

【0010】タイミングt2 において、列選択信号φS2
が高レベルとなって列ライン28−2すなわち画素21
−22が選択されると、そのときの画素21−22のフ
ローティングゲート23の電位VG (2,2)に依存し
た信号電流が列ライン28−2、列選択トランジスタ2
9−2およびビデオライン30を経て負荷抵抗31に流
れ、その負荷抵抗31の電圧降下から出力信号VOUT
して読出される。この信号読出しにおいては、通常フロ
ーティングゲート23に蓄積されている光電荷がそのま
ま保持されるから、非破壊読出しとなる。
At timing t 2 , the column selection signal φ S2
Becomes high level and the column line 28-2, that is, the pixel 21
When −-22 is selected, a signal current depending on the potential V G (2,2) of the floating gate 23 of the pixel 21-22 at that time is applied to the column line 28-2 and the column selection transistor 2.
9-2 and the video line 30, the current flows to the load resistance 31, and the voltage drop of the load resistance 31 reads the output signal V OUT . In this signal reading, since the photocharges normally stored in the floating gate 23 are retained as they are, non-destructive reading is performed.

【0011】次に、最終ライン28−nの選択が終了
し、行ライン26−2に接続された全ての画素21−2
1〜21−2nの信号読出しが完了したタイミング
3 、すなわち水平ブランキング期間tBLの開始におい
て、制御ゲートライン33に印加する制御ゲート信号φ
C の負電圧を制御トランジスタ25が導通(オン)する
電圧−VφCとする。このとき制御ゲート電極49下の
表面電位はφS (0)→φS(−VφC )と変化し、ゲ
ート電位VG (2,2)は電位φS (−VφC )に強制
的にクランプされ、これによりゲート電位がリセットさ
れて読出し以後の光照射によってゲートに蓄積された光
電荷QP がはき出される。ここで、制御ゲート信号φC
の電圧−VφC は、これが印加されたときの制御ゲート
電極49下の表面電位φS (−VφC )がSITのピン
チオフ電圧VGOにほぼ等しく、かつ制御ドレイン電圧V
C に対してφS (−VφC )>VC となるように設定す
る。
Next, the selection of the final line 28-n is completed, and all the pixels 21-2 connected to the row line 26-2.
The control gate signal φ applied to the control gate line 33 at the timing t 3 when the signal reading of 1 to 21-2n is completed, that is, at the start of the horizontal blanking period t BL.
The control transistor 25 to the negative voltage of C is a voltage -Buifai C to conductive (ON). At this time, the surface potential under the control gate electrode 49 changes from φ S (0) to φ S (−Vφ C ), and the gate potential V G (2,2) is forced to the potential φ S (−Vφ C ). is clamped, thereby photoelectric charge Q P accumulated in the gate by light irradiation of the reading after the gate potential is reset is exhaled. Where the control gate signal φ C
Voltage -Vφ C of the control gate electrode 49 is equal to the surface potential φ S (-Vφ C ) of the SIT pinch-off voltage V GO , and the control drain voltage V GO.
It is set so that φ S (−V φ C )> V C with respect to C.

【0012】タイミングt4 、すなわち水平ブランキン
グ期間tBLの終了時点において、行選択信号φG2を低レ
ベルにすると共に、制御ゲート信号φC を零ボルトとす
る。このようにすると、ゲート電位VG (2,2)はV
G (2,2)=φS (−Vφ C )−VφG に下がり、以
後は次回の読出しまでの撮像期間中に入射光量に応じた
光電荷の積分が行なわれて、例えばQP /CG (=ΔV
GP)だけ上昇する。
Timing tFour, Ie horizontal blankin
Period tBLAt the end of, the row selection signal φG2Low
Set to bell and control gate signal φCIs zero volts
You. In this way, the gate potential VG(2,2) is V
G(2,2) = φS(-Vφ C) -VφGDown to
After that, depending on the amount of incident light during the imaging period until the next read
Photoelectric integration is performed, for example, QP/ CG(= ΔV
GP) Only rises.

【0013】本構成例において、制御ゲート信号φC
選択された行ラインに接続された画素の制御ゲートライ
ン33の電極のみに印加されるのではなく、他の非選択
状態にある全ての画素の制御ゲート33の電極にも印加
される。したがって、制御ゲート信号φC が電圧−Vφ
C となると、非選択画素の制御ゲート33の電極下の表
面電位も、選択画素と同様にφS (−VφC )、すなわ
ちSITのピンチオフ電圧VGOとほぼ等しくなるから、
一部の非選択画素において光電荷の蓄積が等しく、それ
によるゲート電位の上昇分ΔVGPが、 φS (−VφC )−VφG +ΔVGP>φS (−V
φC )、 すなわち、ΔVGP>VφG となっても、電位φS (−V
φC )すなわちSITのピンチオフ電圧VGOを越えるゲ
ート電位分に相当する光電荷は制御ゲート電極下のチャ
ネルを通してオーバーフロー・ドレイン・ライン34へ
と掃き出される。しかも、この過剰電荷のオーバーフロ
ー動作は、行ラインが切替わる毎に全ての非選択画素に
対して行われるから、強い入射光があってもそれによっ
てフローティングゲートの電位がピンチオフ電圧VGO
越えることはなく、したがって半選択信号現象の発生を
有効に防止することができる。また、このことは等価的
にブルーミング制御を行っていると見ることもできる。
In this configuration example, the control gate signal φ C is not applied only to the electrodes of the control gate line 33 of the pixel connected to the selected row line, but all the other pixels in the non-selected state. It is also applied to the electrode of the control gate 33. Therefore, the control gate signal φ C becomes the voltage −Vφ.
At C , the surface potential under the electrode of the control gate 33 of the non-selected pixel becomes substantially equal to φ S (−Vφ C ), that is, the pinch-off voltage V GO of SIT, as in the selected pixel.
Some of equal accumulation of photoelectric charges in the non-selected pixel, it rise [Delta] V GP of by the gate potential, φ S (-Vφ C) -Vφ G + ΔV GP> φ S (-V
φ C ), that is, even if ΔV GP > Vφ G , the potential φ S (−V
φ C ), that is, the photocharge corresponding to the gate potential exceeding the pinch-off voltage V GO of SIT is swept out to the overflow drain line 34 through the channel under the control gate electrode. Moreover, since the overflow operation of this excess charge is performed for all the non-selected pixels every time the row line is switched, the potential of the floating gate may exceed the pinch-off voltage V GO due to strong incident light. Therefore, the occurrence of the half-selection signal phenomenon can be effectively prevented. This can also be regarded as equivalently performing blooming control.

【0014】さらに、各画素のリセットを、制御ゲート
信号φC によりSITのフローティングゲート23の電
位をφS (−VφC )にクランプすることによって行な
うようにしたから、リセット時の残留光電荷を完全にな
くすことができる。したがって、SITのゲート−ソー
ス間にpn接合を順方向にバイアスしてリセットする場
合に数々見られる残像現象も、本構成例によれば完全に
制御することができる。
Further, each pixel is reset by clamping the potential of the floating gate 23 of SIT to φ S (−Vφ C ) by the control gate signal φ C, so that the residual photocharge at the time of resetting is performed. It can be completely lost. Therefore, according to the present configuration example, it is possible to completely control the afterimage phenomenon that is often observed when the pn junction between the gate and the source of the SIT is biased in the forward direction and reset.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では増幅型固体撮像素子の欠点の1つである固体パ
ターンノイズ(以降、FPNと言う)が大きいといった
問題点があった。さらに、光量検出器としてのディテク
タの用途を考えた場合、薄明りの中でも目標物を高精度
で抽出する必要があり、いわゆる外光除去機能が要求さ
れていた。
However, the above-mentioned conventional example has a problem that solid pattern noise (hereinafter referred to as FPN), which is one of the drawbacks of the amplification type solid-state image pickup device, is large. Further, when considering the use of the detector as a light amount detector, it is necessary to extract the target object with high accuracy even in the dim light, and a so-called external light removing function is required.

【0016】このような課題を解決するために、例えば
特開平06−21422号公報や特願平05−2878
54号にて報告されており、図14に特願平05−28
7854号で開示した具体的な回路例を示す。
In order to solve such problems, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 06-21422 and Japanese Patent Application No. 05-2878.
No. 54, and Japanese Patent Application No. 05-28 in FIG.
A specific circuit example disclosed in No. 7854 will be shown.

【0017】この従来例において、この単位画素はNP
Nトランジスタ51、容量52、PMOSトランジスタ
53の3つのデバイスから構成され、図14では縦2画
素、横2画素の2次元状に配置されている。また、垂直
シフトレジスタIから駆動される画素部の上方には画素
と全く同じ構成の垂直シフトレジスタIIから駆動される
メモリ素子が同じくNPNトランジスタ71、容量7
2、PMOSトランジスタ73の3つのデバイスから構
成され、2行、2列に配置されている。更に、それらの
画素とメモリ素子の間にはクランプ容量87とNPNト
ランジスタ89とNMOSトランジスタ91で構成され
るバッファ手段が設けられ、スイッチ81、83を介し
て接続される。
In this conventional example, the unit pixel is NP.
It is composed of three devices, an N-transistor 51, a capacitor 52, and a PMOS transistor 53, and is arranged two-dimensionally with two pixels in the vertical direction and two pixels in the horizontal direction in FIG. Further, above the pixel portion driven by the vertical shift register I, a memory element driven by the vertical shift register II having the same structure as the pixel is also provided with an NPN transistor 71 and a capacitor 7.
2. The PMOS transistor 73 is composed of three devices, which are arranged in two rows and two columns. Further, a buffer means composed of a clamp capacitor 87, an NPN transistor 89 and an NMOS transistor 91 is provided between the pixel and the memory element, and is connected via switches 81 and 83.

【0018】この図14の回路例の動作を簡単に説明す
ると、まず画素部において、光キャリアの蓄積動作を行
い、行単位でその信号を読み出すと、クランプ容量8
7、バッファ手段を通してNPNトランジスタ89のエ
ミッタ端子に出力される。このとき、垂直シフトレジス
タIIを動作させ、メモリ素子のリセットを行うと、メモ
リ素子のエミッタ端子には画素からの読み出し信号が出
力されているため、各メモリ素子のベース電位は読み出
し信号に対しておよそVbeだけ高い電圧が書き込まれ
る。
The operation of the circuit example of FIG. 14 will be briefly described. First, in the pixel portion, an operation of accumulating optical carriers is performed, and when the signal is read out in units of rows, the clamp capacitance 8
7, output to the emitter terminal of the NPN transistor 89 through the buffer means. At this time, when the vertical shift register II is operated and the memory element is reset, since the read signal from the pixel is output to the emitter terminal of the memory element, the base potential of each memory element is different from the read signal. A voltage higher by about Vbe is written.

【0019】つぎに、再び画素をリセットし、第2の蓄
積動作を行った後、垂直シフトレジスタIIを動作させ、
先にメモリ素子に書き込んだ信号を読み出し、クランプ
回路により信号を反転させた後、画素の光信号を再び読
み出すと、クランプ回路において、 [第2の蓄積による信号]−[第1の蓄積による信号] の電圧を得ることができ、この信号を先述と同じ方法で
メモリ素子に書き込んだ後、再度メモリ素子を今度は蓄
積容量である保持容量57に読み出す。その後、水平シ
フトレジスタを動作させ、各信号をシリアルに端子66
に出力する。
Next, the pixel is reset again, and after the second accumulation operation, the vertical shift register II is operated,
When the signal previously written in the memory element is read, the signal is inverted by the clamp circuit, and then the optical signal of the pixel is read again, in the clamp circuit, [signal by second accumulation]-[signal by first accumulation] ] Voltage can be obtained, this signal is written in the memory element by the same method as described above, and then the memory element is read again to the storage capacitor 57 which is the storage capacitor this time. After that, the horizontal shift register is operated to serially output each signal to the terminal 66.
Output to

【0020】この場合、FPNを低減したり、外光除去
を行ったりすることができるものの、構成する画素数と
同じ数のメモリ素子と垂直シフトレジスタが2個必要で
あるため、特に高解像度用途の撮像装置ほど、チップサ
イズが大きくなるといった欠点があった。
In this case, although the FPN can be reduced and the external light can be removed, two memory elements and two vertical shift registers as many as the number of constituent pixels are required. The above-mentioned image pickup device has a drawback that the chip size becomes larger.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記欠点を解
消するためになされたもので、本固体撮像装置は、複数
の光電変換素子と、その出力端子に設けられた処理手段
と該処理手段の出力を上記光電変換素子の出力端子に接
続するスイッチ手段を有し、上記処理手段の出力電圧で
上記光電変換素子のリセットを行う手段を有することを
特徴とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks, and the present solid-state imaging device has a plurality of photoelectric conversion elements, processing means provided at the output terminals thereof, and the processing. It is characterized in that it has switch means for connecting the output of the means to the output terminal of the photoelectric conversion element, and means for resetting the photoelectric conversion element with the output voltage of the processing means.

【0022】また、上記固体撮像装置において、上記光
電変換素子はトランジスタの制御電極上に光エネルギー
を受けることによって生成されたキャリアを蓄積し、主
電極領域から蓄積されたキャリアに基づく信号を出力す
る光電変換素子であることを特徴とする。さらに、上記
固体撮像装置において、上記スイッチ手段はMOSトラ
ンジスタであることを特徴とする。
In the solid-state image pickup device, the photoelectric conversion element accumulates carriers generated by receiving light energy on the control electrode of the transistor, and outputs a signal based on the accumulated carriers from the main electrode region. It is a photoelectric conversion element. Further, in the above solid-state image pickup device, the switch means is a MOS transistor.

【0023】また、本発明による固体撮像装置は、複数
の光電変換素子と、該光電変換素子の列出力ラインに接
続したクランプ容量とスイッチ手段と、該スイッチ手段
の出力端に上記クランプ容量の出力端子を接続する上記
光電変換素子をリセットするリセット手段と、上記スイ
ッチ手段の上記出力端を出力線に転送する転送手段とを
備えたことを特徴とする。
In the solid-state image pickup device according to the present invention, a plurality of photoelectric conversion elements, a clamp capacitance connected to a column output line of the photoelectric conversion element and a switch means, and the output of the clamp capacitance to the output end of the switch means. It is characterized by comprising reset means for resetting the photoelectric conversion element connecting terminals, and transfer means for transferring the output end of the switch means to an output line.

【0024】さらに、本固体撮像装置において、上記転
送手段は上記スイッチ手段を介して上記光電変換素子の
電荷を蓄積する蓄積容量と該蓄積容量の電荷を上記出力
線に水平走査回路からのタイミング信号により時系列的
に転送する転送スイッチ手段を備えたことを特徴とす
る。また、上記固体撮像装置において、上記光電変換素
子はバイポーラ型光電変換素子又は静電誘導型光電変換
素子であることを特徴とする。
Further, in the present solid-state image pickup device, the transfer means stores the charge of the photoelectric conversion element via the switch means, and the charge of the charge is stored in the output line as a timing signal from the horizontal scanning circuit. It is characterized in that it is provided with a transfer switch means for transferring in time series. In the solid-state imaging device, the photoelectric conversion element is a bipolar photoelectric conversion element or an electrostatic induction photoelectric conversion element.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、各実施例と共に図面を参照しつつ詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings together with each embodiment.

【0026】(第1の実施例)本発明の第1の実施例の
構成を図1に示す。本例の説明を簡略化するため、2画
素からなる1次元の光電変換装置として説明する。この
うち1画素部はフォトダイオード、及び2個のNMOS
トランジスタから構成されている。即ち、画素部はフォ
トダイオードD21,D22とその出力をゲートに入力
するNMOSトランジスタM121,M122とスイッ
チ用NMOSトランジスタM321,M322とから構
成されている。さらに画素出力は、垂直出力線v1,v
2を介してスイッチNMOSトランジスタMR41,M
R42、クランプ容量であるコンデンサCC1,CC2、ボ
ルテージホロワMR81,MR82を通って、又は画素
出力はスイッチNMOSトランジスタMR31,MR3
2を通って、さらに、スイッチNMOSトランジスタM
R61,MR62、蓄積容量である保持容量C1,C
2、スイッチNMOSトランジスタMR71,MR72
を通って水平出力線vh、ボルテージホロワMR83を
介して端子141に出力される。
(First Embodiment) FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment of the present invention. In order to simplify the description of this example, a one-dimensional photoelectric conversion device including two pixels will be described. Of these, one pixel part is a photodiode and two NMOS
It is composed of transistors. That is, the pixel portion is composed of photodiodes D21 and D22, NMOS transistors M121 and M122 whose gates receive the outputs thereof, and switching NMOS transistors M321 and M322. Further, the pixel output is the vertical output lines v1, v
Switch NMOS transistors MR41, M through 2
The pixel output is through switch NMOS transistors MR31, MR3 through R42, capacitors CC1, CC2 which are clamp capacitors, voltage followers MR81, MR82.
2 through the switch NMOS transistor M
R61, MR62, storage capacitors C1, C which are storage capacitors
2, switch NMOS transistors MR71, MR72
Is output to the terminal 141 through the horizontal output line vh and the voltage follower MR83.

【0027】以下に本実施例の動作を図2のタイミング
チャートを用いて簡単に説明する。先ず時刻t1におい
て、端子122にHighレベルのパルスを印加した後、時
刻t2において、端子121にHighレベルのパルスを印
加すると、各々のタイミングにおいて、NMOSトラン
ジスタMR11,MR12及び、MR321,MR32
2がオン状態になり、各画素のフォトダイオードD2
1,D22は端子123に与えられた電圧Vresにリセ
ットされる。リセットが終了すると、時刻t3、t4にお
いて、端子122,121の各々のパルスがLowレベル
まで立ち下がり、フォトキャリアの蓄積動作(第1の蓄
積動作)が開始される。ここで、本実施例における光電
変換素子はエレクトロンをNMOSトランジスタM12
1,M122のゲート上に蓄積するもので、入射光量が
大きいほどエレクトロンの負電荷のためゲート電位は下
がる。
The operation of this embodiment will be briefly described below with reference to the timing chart of FIG. First, at time t1, a high-level pulse is applied to the terminal 122, and then at time t2, a high-level pulse is applied to the terminal 121. At each timing, the NMOS transistors MR11, MR12 and MR321, MR32 are applied.
2 is turned on, and the photodiode D2 of each pixel
1, D22 are reset to the voltage Vres applied to the terminal 123. When the reset is completed, at time t3 and t4, the pulse of each of the terminals 122 and 121 falls to the Low level, and the photocarrier accumulation operation (first accumulation operation) is started. Here, in the photoelectric conversion element in this embodiment, electrons are transferred to the NMOS transistor M12.
1, M122 is accumulated on the gates, and the larger the amount of incident light is, the lower the gate potential is due to the negative charge of electrons.

【0028】蓄積動作が終了し、各画素の光信号を読み
出すにあたり、時刻t5において、端子126にHighレ
ベルのパルスを印加し、NMOSトランジスタMR4
1,MR42をオン状態にした後、時刻t6において、
端子124にHighレベルのパルスを印加し、NMOSト
ランジスタMR21,MR22を0N状態にすると、各
画素のトランジスタM121,M122とMR21,M
R22間で各々反転アンプが構成され、フォトダイオー
ドD21,D22上に蓄積された光信号が垂直出力線v
1,v2に読み出され、クランプ容量CC1,CC2に蓄積
される。
When the accumulation operation is completed and the optical signal of each pixel is read out, at time t5, a high level pulse is applied to the terminal 126 to make the NMOS transistor MR4.
1, after turning on MR42, at time t6,
When a high level pulse is applied to the terminal 124 to bring the NMOS transistors MR21 and MR22 into the 0N state, the transistors M121 and M122 and MR21 and M of each pixel are
Inverting amplifiers are formed between R22, and the optical signals stored on the photodiodes D21 and D22 are output to the vertical output line v.
1, v2 and are stored in the clamp capacitors CC1 and CC2.

【0029】時刻t7において、光信号の読み出し動作
が終了したら、今度は時刻t8において、端子127の
パルスを立ち下げ、NMOSトランジスタMR51,M
R52をオフ状態にすると、容量CC1,CC2のアンプ側
節点N1,N2は端子128に与えられた電位で浮遊状
態となる。
At the time t7, when the read operation of the optical signal is completed, this time, at the time t8, the pulse of the terminal 127 is made to fall, and the NMOS transistors MR51 and M51.
When R52 is turned off, the amplifier-side nodes N1 and N2 of the capacitors CC1 and CC2 are in a floating state at the potential applied to the terminal 128.

【0030】その後、時刻t9において、端子122にH
ighレベルのパルスを印加し、垂直出力線v1,v2を
リセットすると、ボルテージホロワMR81,MR82
の入力点N1,N2の電圧は容量CC1,CC2を介して負
側に振られ、さらに、時刻t10、t11において、端子1
26,122のバルスを立ち下げ、容量CC1,CC2の両
端を浮遊状態にし、リセットMOSトランジスタMR1
1,MR12をオフ状態にした後、時刻t12において、
端子125にHighレベルのパルスを印加すると、節点N
1,N2の電位がボルテージホロワMR81,MR82
のオペアンプを通して、垂直出力線v1,v2に出力さ
れ、さらに時刻t13において、端子121にHighレベル
のパルスを印加すると、各画素が垂直出力線v1,v2
の電位にリセットされる。
Thereafter, at time t9, H is applied to the terminal 122.
When the igh level pulse is applied and the vertical output lines v1 and v2 are reset, the voltage followers MR81, MR82
The voltages at the input points N1 and N2 of the terminal are swayed to the negative side via the capacitors CC1 and CC2, and at the times t10 and t11, the voltage at the terminal 1
26, 122 of the pulse is lowered, both ends of the capacitors CC1, CC2 are floated, and the reset MOS transistor MR1
1, after turning off MR12, at time t12,
When a high level pulse is applied to the terminal 125, the node N
The potentials of 1 and N2 are voltage followers MR81 and MR82.
Is output to the vertical output lines v1 and v2 through the operational amplifier of the above, and when a high-level pulse is applied to the terminal 121 at time t13, each pixel outputs the vertical output lines v1 and v2.
It is reset to the potential of.

【0031】その後、時刻t14において、リセットが終
了した後、各画素は第2の蓄積動作を開始する。そし
て、時刻t15、t16を経て、蓄積動作が終了すると、時
刻t17、t18、t19、t20、t21、t22において、光信
号を再び読み出すが、このとき、時刻t19において端子
129にHighレベルのパルスを印加すると、節点N1,
N2の信号電圧がNMOSトランジスタMR61,MR
62を通して保持容量C1,C2に読み出され、その
後、水平走査回路140を動作させ、時刻t23、t24、
t25、t26、t27、t28、t29、t30、t31にかけて保
持容量C1,C2の信号をシリアルに水平出力線vh、
さらにボルテージホロワMR83を介して出力端子14
1に読み出して一連の動作の一巡を終了する。
After that, at the time t14, after the reset is completed, each pixel starts the second accumulation operation. Then, after the time t15, t16 and the accumulation operation is completed, the optical signal is read out again at the time t17, t18, t19, t20, t21, t22. At this time, a high level pulse is applied to the terminal 129 at the time t19. When applied, node N1,
The signal voltage of N2 is NMOS transistors MR61, MR
The data is read out to the holding capacitors C1 and C2 through 62, and then the horizontal scanning circuit 140 is operated to set the time t23, t24,
The signals of the storage capacitors C1 and C2 are serially output from the horizontal output line vh through t25, t26, t27, t28, t29, t30, and t31.
In addition, output terminal 14 via voltage follower MR83
The data is read out to 1 and the series of operations is completed.

【0032】以上説明したように、本発明では、1周期
当たり、2回のリセット/蓄積/読み出し動作を行い、
かつ、前回の読み出し信号レベルをもとに、次回のセン
サのリセット電圧を設定するため、例えば1回目の信号
蓄積時を暗状態にするか、蓄積時間を無視できるほど短
くすると、各画素の暗電流成分を含めたFPNを除去し
た信号を得ることができる。
As described above, in the present invention, the reset / accumulation / read operation is performed twice per cycle,
Moreover, in order to set the reset voltage of the sensor for the next time based on the previous read signal level, for example, if the dark state is set at the time of the first signal accumulation, or if the accumulation time is set to be negligible, the darkness of each pixel will be reduced. A signal from which the FPN including the current component has been removed can be obtained.

【0033】また、光電変換のディテクターとしての用
途を考えた場合、画素の受光面に直接、外光が入射する
時でも、2回目の蓄積期間に被写体にLED等の光源か
ら光を照射すると、その外光成分を取り除くことがで
き、検出精度を大幅に向上させることができる。
Considering the use as a detector for photoelectric conversion, even when external light is directly incident on the light-receiving surface of a pixel, if a subject is irradiated with light from a light source such as an LED during the second accumulation period, The external light component can be removed, and the detection accuracy can be significantly improved.

【0034】本実施例では、クランプ部の節点N1,N
2にオペアンプを設けているが、オペアンプの代わり
に、ソースホロワやエミッタホロワ等、別のバッファ手
段を用いても何ら問題はない。
In this embodiment, the nodes N1 and N of the clamp portion are
Although an operational amplifier is provided in FIG. 2, there is no problem even if another buffer means such as a source follower or an emitter follower is used instead of the operational amplifier.

【0035】(第2の実施例)図3に第2の実施例の回
路図を示す。本実施例は第1の実施例に対して光電変換
素子を縦2画素、横2画素の2次元状に配列したもの
で、画素の駆動を垂直シフトレジスタの出力によって行
っている点を除いて、第1の実施例と同様である。ま
た、本実施例によれば、図14におけるメモリセル71
〜73及び垂直シフトレジスタIIが不要であるので、チ
ップサイズを大幅に縮小できる。
(Second Embodiment) FIG. 3 shows a circuit diagram of the second embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional array of vertical 2 pixels and horizontal 2 pixels, except that pixels are driven by the output of a vertical shift register. The same as in the first embodiment. Further, according to this embodiment, the memory cell 71 in FIG.
Since ~ 73 and the vertical shift register II are unnecessary, the chip size can be greatly reduced.

【0036】本2×2画素のセンサでは、各画素はフォ
トダイオードと3つのNMOSトランジスタから構成さ
れ、端子VR1,VR2は垂直シフトレジスタからの走
査リセット電圧が供給され、端子VT1,VT2は垂直
シフトレジスタからの走査トレース電圧が供給されて、
水平線h1,h2のHighレベルのパルスが順次供給され
て、1水平線からの画素が読み出されて、次の水平線の
画素が読み出される。その他のタイミングは第1の実施
例と同様に動作する。
In the present 2 × 2 pixel sensor, each pixel is composed of a photodiode and three NMOS transistors, terminals VR1 and VR2 are supplied with the scan reset voltage from the vertical shift register, and terminals VT1 and VT2 are vertically shifted. The scan trace voltage from the register is supplied,
The high-level pulses of the horizontal lines h1 and h2 are sequentially supplied, the pixels from one horizontal line are read out, and the pixels of the next horizontal line are read out. Other timings operate in the same manner as in the first embodiment.

【0037】以上、第1、第2の実施例では、画素部は
NMOSトランジスタのゲート電極にフォトキャリアを
蓄積し、さらに読み出し時には上記NMOSトランジス
タを反転アンプとして用いるタイプのこう伝変換素子を
用いたが、MOS型光電変換素子や、CMD,AMI,
SITといったその他の光電変換素子を用いても全く同
様の動作、機能が実現できる。例えば、図4は光電変換
素子としてSITを用いて縦3画素、横3画素の2次元
状に配列したもので、画素の駆動を垂直シフトレジスタ
の出力によって行っている。その動作は第1の実施例と
ほとんど同じなので省略する。
As described above, in the first and second embodiments, the pixel portion stores the photocarrier in the gate electrode of the NMOS transistor, and further uses the above-mentioned type of transconversion element in which the NMOS transistor is used as an inverting amplifier at the time of reading. , A MOS photoelectric conversion element, CMD, AMI,
The same operation and function can be realized by using other photoelectric conversion elements such as SIT. For example, in FIG. 4, SITs are used as photoelectric conversion elements and are arranged two-dimensionally with vertical 3 pixels and horizontal 3 pixels, and the pixels are driven by the output of the vertical shift register. Since the operation is almost the same as that of the first embodiment, it will be omitted.

【0038】図4においては、光電変換素子としてSI
T(静電誘導トランジスタ)QS11〜QS33を用いたも
ので、センサのSITからの信号の読み出しは、垂直走
査回路50の出力を中間レベルの電圧に設定し、クラン
プ動作をさせた後、クランプ出力をNMOSトランジス
タNM31〜33を通してSITのソースにフィードバ
ックさせる。その後、垂直走査回路50の出力をHighレ
ベルにするとSITのゲート電圧VGSは、 VGS=FB+ΦB ………(4) ただし、FB……クランプ後のダーリントントランジス
タの出力 ΦB……SITのゲート、ソース間ビルトインポテンシ
ャル となりクランプ容量CC1〜CC3のリセット電圧(端子1
07)を適当な値に設定することによってクランプ出力
電圧から新たに信号蓄積を行うことができる。
In FIG. 4, SI is used as the photoelectric conversion element.
T (static induction transistors) QS11 to QS33 are used. For reading the signal from the SIT of the sensor, the output of the vertical scanning circuit 50 is set to an intermediate level voltage, the clamp operation is performed, and then the clamp output. Is fed back to the source of SIT through the NMOS transistors NM31 to 33. After that, when the output of the vertical scanning circuit 50 is set to the high level, the gate voltage VGS of SIT is: VGS = FB + ΦB (4) However, FB ... The output of the Darlington transistor after clamping ΦB ... Between the gate and the source of SIT It becomes a built-in potential and the reset voltage of the clamp capacitors CC1 to CC3 (terminal 1
By setting 07) to an appropriate value, new signal accumulation can be performed from the clamp output voltage.

【0039】なお、本実施例においても、2次元状エリ
アセンサとして多数の行列配置された光電変換素子を用
いてよいのは勿論である。また、各水平駆動ライン毎
に、1周期当たり2回のリセット/蓄積/読み出し動作
を行い、かつ、前回の読み出し信号レベルをもとに、次
回のセンサのリセット電圧を設定する動作は上記実施例
と同様であり、こうして、2次元状パターンのFPNを
除去でき、ノイズの小さな、高S/Nの高密度な画像信
号を得ることができる。
It is needless to say that a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix may be used as the two-dimensional area sensor in this embodiment as well. Further, the reset / accumulation / readout operation is performed twice per cycle for each horizontal drive line, and the operation of setting the reset voltage of the next sensor based on the previous read signal level is the same as the above embodiment. In this way, the FPN having a two-dimensional pattern can be removed, and a high-density image signal with low noise and high S / N can be obtained.

【0040】(第3の実施例)図5に本発明による第3
の実施例の概略回路図を示す。本実施例は光電変換素子
としてバイポーラ型光電変換素子を用い、これを1次元
状に3個並べた例を示したものである。
(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
2 is a schematic circuit diagram of the embodiment of FIG. In this embodiment, a bipolar photoelectric conversion element is used as a photoelectric conversion element, and three photoelectric conversion elements are arranged one-dimensionally.

【0041】本実施例の動作を図6のタイミングチャー
トを用いて簡単に説明する。
The operation of this embodiment will be briefly described with reference to the timing chart of FIG.

【0042】まず、時刻t0において、端子100にLow
レベルのパルスを印加すると、PMOSトランジスタM
PRが導通すると同時に、NMOSトランジスタMNR
1がオフし、NPNトランジスタQRのエミッタ端子に
は電源電圧を抵抗R1,R2で分割された電圧からVBE
だけ落ちた電圧(VRESとする)があらわれる。この
時、端子103はLowレベルにあるため、 VRES > PMOSトランジスタMP11〜MP14
のVTH (ただし、VTHは各PMOSトランジスタのスレシホー
ルド電圧である。)となるように抵抗R1,R2を設定
すると、PMOSトランジスタMP11〜MP14が導
通し、各光電変換素子のベース領域が上述したNPNト
ランジスタQS1〜QS3のエミッタ電圧にリセットさ
れる(第1のリセット)。その後時刻t1において端子
100のパルスがHighレベルになると、PMOSトラン
ジスタMPRおよびNPNトランジスタQRがオフする
とともにNMOSトランジスタMNR1が導通するた
め、NPNトランジスタQRのエミッタ端子はGND電
位になり、PMOSトランジスタMP11〜MP14が
オフし、第1のリセットは終了する。
First, at time t0, the terminal 100 goes low.
When a level pulse is applied, the PMOS transistor M
At the same time when PR becomes conductive, the NMOS transistor MNR
1 is turned off, and the power supply voltage is applied to the emitter terminal of the NPN transistor QR from the voltage divided by the resistors R1 and R2 to VBE.
A voltage dropped as much as VRES appears. At this time, since the terminal 103 is at the low level, VRES> PMOS transistors MP11 to MP14
VTH (where VTH is the threshold voltage of each PMOS transistor), the resistors R1 and R2 are set so that the PMOS transistors MP11 to MP14 become conductive, and the base regions of the photoelectric conversion elements have been described above. It is reset to the emitter voltage of the NPN transistors QS1 to QS3 (first reset). After that, when the pulse of the terminal 100 becomes High level at time t1, the PMOS transistor MPR and the NPN transistor QR are turned off and the NMOS transistor MNR1 becomes conductive, so that the emitter terminal of the NPN transistor QR becomes GND potential and the PMOS transistors MP11 to MP14. Turns off, and the first reset ends.

【0043】その後、時刻t2において端子104にHig
hレベルのパルスが印加されると、NMOSトランジス
タMN11〜MN13が導通し、各画素のNPNトラン
ジスタQS1〜QS3のエミッタ電位がリセット電位
(図ではGND)にリセットされた後に、時刻t3にお
いて、端子103にHighレベルのパルスが印加されると
PMOSトランジスタMP11〜MP14は非導通状態
のままで、ベース容量Cx1〜Cx3を介した容量結合によ
りNPNトランジスタQS1〜QS3のベース電位が上
昇し、ベース・エミッタ間電圧が順バイアスされ、NP
NトランジスタQS1〜QS3はエミッタフォロア動作
を行い、浮遊状態であるベース領域上のホールが再結合
され、その結果ベース電圧はリセットされる(第2のリ
セット)。このリセットが終了すると、時刻t4におい
て、端子103のパルスがLowレベルまで立ち下がり、
今度は各画素のベース電位は負側にふられ、ベース・エ
ミッタ間電圧は逆バイアス状態になりこの時点で蓄積動
作が開始される。
Thereafter, at time t2, Hig is applied to the terminal 104.
When the h-level pulse is applied, the NMOS transistors MN11 to MN13 are rendered conductive, and the emitter potentials of the NPN transistors QS1 to QS3 of each pixel are reset to the reset potential (GND in the figure), and then at time t3, the terminal 103 When a high-level pulse is applied to the PMOS transistors MP11 to MP14, the base potentials of the NPN transistors QS1 to QS3 rise due to capacitive coupling through the base capacitors Cx1 to Cx3, and the base potentials between the base and emitter are increased. Voltage is forward biased, NP
The N transistors QS1 to QS3 perform an emitter follower operation, and holes on the base region in the floating state are recombined, and as a result, the base voltage is reset (second reset). When this reset ends, the pulse of the terminal 103 falls to the Low level at time t4,
This time, the base potential of each pixel is shifted to the negative side, the voltage between the base and the emitter is in the reverse bias state, and the accumulation operation is started at this point.

【0044】つぎに所定の蓄積時間が経過した後、時刻
t5において端子106のパルスをLowレベルまで立ち下
げると、PMOSトランジスタMP21〜MP23が導
通しクランプ容量Cc1〜Cc3が端子107に与えられる
電圧にリセットされる。そして、その後時刻t6におい
て端子104のパルスをLowレベルまで立ち下げ、NM
OSトランジスタMN11〜MN13をオフし、NPN
トランジスタQS1〜QS3のエミッタを浮遊(フロー
ティング)状態にした後、時刻t7において端子103
にHighレベルのパルスを印加すると、各画素のベース電
位はベース容量Cx1〜Cx3を介して正側にふられ各画素
のNPNトランジスタQS1〜QS3のベース・エミッ
タ間電圧が順バイアス状態になり、したがって各画素で
光電変換されベース領域に蓄積された信号はそれぞれ、
出力線v1〜v3に読み出され、NMOSトランジスタ
MN21〜MN23を介してクランプ容量Cc1〜Cc3に
供給される。
Next, after a lapse of a predetermined accumulation time, when the pulse at the terminal 106 is lowered to the low level at time t5, the PMOS transistors MP21 to MP23 are turned on and the clamp capacitors Cc1 to Cc3 become the voltage applied to the terminal 107. Will be reset. Then, at time t6, the pulse of the terminal 104 is lowered to the Low level, and NM
The OS transistors MN11 to MN13 are turned off, and the NPN
After the emitters of the transistors QS1 to QS3 are brought into a floating state, at time t7, the terminal 103
When a high level pulse is applied to the pixel, the base potential of each pixel is shifted to the positive side via the base capacitors Cx1 to Cx3, and the base-emitter voltage of the NPN transistors QS1 to QS3 of each pixel becomes a forward bias state. The signals photoelectrically converted in each pixel and accumulated in the base region are
It is read to the output lines v1 to v3 and supplied to the clamp capacitors Cc1 to Cc3 via the NMOS transistors MN21 to MN23.

【0045】こうして読み出し動作が終了すると、時刻
t8において、端子106のパルスを立ち上げ、PMO
SトランジスタMP21〜MP23をオフし、ダーリン
トントランジスタD1〜D3のベースを浮遊状態にした
後、時刻t9において、端子104にHighレベルのパル
スを印加すると、出力線v1〜v3はリセットされると
同時に、クランプ容量Cc1〜Cc3を通してダーリントン
接続されたトランジスタD1〜D3のベースおよびエミ
ッタ電位は、個々の画素の信号に見合った分だけ負側に
ふられる。さらに、その後、時刻t10において端子10
8のパルスを立ち下げ、NMOSトランジスタMN21
〜MN23をオフし、クランプ容量Cc1〜Cc3を出力線
v1〜v3から切り離した上で、端子104のパルスを
立ち下げた後、時刻t11において再び第1のリセットを
行なった後、今度は時刻t12において、端子109にHi
ghレベルのパルスを印加し、NMOSトランジスタMN
31〜33をオン状態にしたうえで、時刻t13におい
て、端子103にHighレベルのパルスを印加すると、各
画素のNPNトランジスタQS1〜QS3のベースはN
MOSトランジスタMN31〜33を介してダーリント
ントランジスタD1〜D3のエミッタ電位に対して第2
のリセットを行うため先の蓄積によって得られた信号電
圧に応じて初期化される。この時、先の読出した信号電
圧が高い程、低い電圧値にリセットされる。
When the read operation is completed in this way, at time t8, the pulse at the terminal 106 is raised and the PMO
After turning off the S transistors MP21 to MP23 and leaving the bases of the Darlington transistors D1 to D3 in a floating state, when a High level pulse is applied to the terminal 104 at time t9, the output lines v1 to v3 are reset and at the same time. The base and emitter potentials of the transistors D1 to D3 connected in Darlington through the clamp capacitors Cc1 to Cc3 are shifted to the negative side by an amount corresponding to the signal of each pixel. Further, thereafter, at time t10, the terminal 10
The pulse of 8 is dropped, and the NMOS transistor MN21
~ MN23 is turned off, the clamp capacitors Cc1 to Cc3 are disconnected from the output lines v1 to v3, the pulse of the terminal 104 is lowered, and then the first reset is performed again at time t11, and then this time t12. At terminal 109 Hi
Applying gh level pulse, NMOS transistor MN
After turning on 31 to 33 and applying a high level pulse to the terminal 103 at time t13, the bases of the NPN transistors QS1 to QS3 of each pixel are N.
The second with respect to the emitter potential of the Darlington transistors D1 to D3 via the MOS transistors MN31 to 33.
Is reset according to the signal voltage obtained by the previous accumulation. At this time, the higher the previously read signal voltage is, the lower the voltage value is reset.

【0046】その後、第2のリセット、第2の信号蓄積
が終了した後に、時刻t16〜t17においてダーリントン
トランジスタD1〜D3のベース電位を初期化し、時刻
t18において端子109のパルスを立ち下げ、端子11
0にHighレベルのパルスを印加し、NMOSトランジス
タNM41〜43をオン状態にした後、時刻t19におい
て、端子103のパルスを立ち上げると、各画素の信号
に見合った電圧が容量CT1〜CT3に読み出される。
そして、時刻t22以降、水平走査回路に端子111より
スタートパルスを、端子112に走査パルスを入力する
ことにより、画素の信号が出力端子115に時系列的に
読み出される。なお、出力端子115は図では省略した
が、出力バッファ手段が設けられている。
Then, after the second reset and the second signal accumulation are completed, the base potentials of the Darlington transistors D1 to D3 are initialized at the times t16 to t17, the pulse of the terminal 109 is lowered at the time t18, and the terminal 11
After applying a high level pulse to 0 and turning on the NMOS transistors NM41 to 43, at time t19, when the pulse of the terminal 103 is raised, the voltage corresponding to the signal of each pixel is read out to the capacitors CT1 to CT3. Be done.
Then, after the time t22, a start pulse is input to the horizontal scanning circuit from the terminal 111 and a scanning pulse is input to the terminal 112, so that the pixel signal is read out in time series to the output terminal 115. Although not shown in the figure, the output terminal 115 is provided with output buffer means.

【0047】以上説明したように、本発明では、1周期
当たり2回のリセット/蓄積/読み出し動作を行い、か
つ、前回の読み出し信号レベルをもとに、次回のセンサ
のリセット電圧を設定するため、例えば1回目の信号蓄
積時を暗状態にすれば、FPN除去した信号を得ること
ができる他、1回目の信号蓄積時に被写体に外光が当た
っている場合でも、その外光成分を取り除くことができ
る。
As described above, in the present invention, the reset / accumulation / readout operation is performed twice per cycle, and the reset voltage of the next sensor is set based on the previous read signal level. , For example, if the first signal accumulation is set to a dark state, the FPN-removed signal can be obtained, and even if the subject is exposed to external light during the first signal accumulation, the external light component is removed. You can

【0048】また、上記説明では第1および第2の蓄積
で得られた信号をそれぞれV1 ,V 2 とすると(V2
1 )の信号を出力する場合について述べたが、クラン
プ回路の駆動タイミングを一部変換するだけで(V1
2 )の信号を得ることもできる。これによると、ま
ず、第1の蓄積で得られた信号V1 を読み出し、その結
果信号量が不十分な場合には、V1 の信号に対して再び
第2の蓄積を行なうことができ、露光量(蓄積時間)の
最適化が容易に行なえる。
In the above description, the first and second accumulations are carried out.
The signals obtained in1, V TwoThen (VTwo
V1) Signal is output.
Drive circuit timing is only partially converted (V1+
VTwo) Signal can also be obtained. According to this,
First, the signal V obtained in the first accumulation1Read out the result
When the result signal amount is insufficient, V1Again for the signal of
The second accumulation can be performed and the exposure amount (accumulation time)
Easy to optimize.

【0049】なお、上記実施例においては、画素を1次
元3画素について説明したが、ラインセンサとして複数
個を配置しても、この周辺回路を同様に構成することが
可能であり、特にクランプ容量やその周辺のダーリント
ントランジスタや、NMOSトランジスタ、PMOSト
ランジスタは、各列毎に設ければよく、かくして、1周
期当たり2回のリセット/蓄積/読み出し動作を行い、
所定の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the pixel is described as a one-dimensional three pixel, but even if a plurality of pixels are arranged as the line sensor, this peripheral circuit can be configured in the same manner, and particularly the clamp capacitor. The Darlington transistor, the NMOS transistor, and the PMOS transistor in the periphery thereof may be provided for each column, thus performing the reset / accumulation / read operation twice per cycle.
A predetermined effect can be obtained.

【0050】(第4の実施例)図7に本発明による第4
の実施例の概略回路図を示す。本実施例は第3の実施例
に対して光電変換素子を縦3画素、横3画素の2次元状
に配列したもので、画素の駆動を垂直シフトレジスタの
出力によって行っている点を除いて実施例1と全く同様
である。
(Fourth Embodiment) FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention.
2 is a schematic circuit diagram of the embodiment of FIG. This embodiment is different from the third embodiment in that photoelectric conversion elements are arranged two-dimensionally with vertical 3 pixels and horizontal 3 pixels, except that the pixels are driven by the output of a vertical shift register. This is exactly the same as in Example 1.

【0051】即ち、第3の実施例の端子103へのタイ
ミング信号は、本実施例においては、端子103に所定
の電圧を供給するとともに、垂直走査回路へのスタート
信号端子101と垂直走査タイミング端子102のタイ
ミングに従って、端子103の供給電圧をスイッチング
して、各水平駆動ライン毎に読み出し信号を読み出す。
そうして、各水平駆動ライン毎に、1周期当たり2回の
リセット/蓄積/読み出し動作を行い、かつ、前回の読
み出し信号レベルをもとに、次回のセンサのリセット電
圧を設定する。
In other words, the timing signal to the terminal 103 of the third embodiment supplies a predetermined voltage to the terminal 103 in this embodiment, and the start signal terminal 101 and the vertical scanning timing terminal to the vertical scanning circuit. According to the timing of 102, the supply voltage of the terminal 103 is switched to read the read signal for each horizontal drive line.
Then, the reset / accumulation / readout operation is performed twice per cycle for each horizontal drive line, and the reset voltage of the next sensor is set based on the previous read signal level.

【0052】従って、第3の実施例では、いわゆるライ
ンセンサによるFPNを除去できるのに加え、本第4の
実施例では、2次元状パターンのFPNを除去できる。
実際は、3行3列に限られず、例えば640行460列
の高密度エリアセンサとして、ノイズの小さな、高S/
Nの高密度な画像信号を得ることができる。
Therefore, in the third embodiment, the so-called line sensor FPN can be removed, and in the fourth embodiment, the two-dimensional pattern FPN can be removed.
Actually, it is not limited to 3 rows and 3 columns, and for example, as a high-density area sensor of 640 rows and 460 columns, low noise and high S /
It is possible to obtain N high-density image signals.

【0053】また、本実施例によれば、図14における
メモリセル71−73および垂直走査回路IIが要らない
ため、チップサイズを大幅に縮小することができる。
Further, according to this embodiment, the memory cells 71-73 and the vertical scanning circuit II shown in FIG. 14 are not required, so that the chip size can be greatly reduced.

【0054】(第5の実施例)第3および第4の実施例
では、クランプ容量Cc1〜Cc3の出力にダーリントン
接続のNPNトランジスタを用いていたが、図8に示す
OPアンプOP1〜OP3を用いても全く問題ない。
(Fifth Embodiment) In the third and fourth embodiments, the Darlington-connected NPN transistors are used for the outputs of the clamp capacitors Cc1 to Cc3, but the OP amplifiers OP1 to OP3 shown in FIG. 8 are used. But no problem at all.

【0055】本実施例において、OPアンプOP1〜O
P3はボルテージホロワとして組み込まれ、入力インピ
ーダンスが高く、実効出力抵抗が極めて低いので、端子
107に所定の電圧を供給し、端子106にタイミング
パルスを供給してPMOSトランジスタをオン・オフし
て、読み出しレベルを正確に転送できる。また本実施例
においても、各水平駆動ライン毎に、1周期当たり2回
のリセット/蓄積/読み出し動作を行い、かつ、前回の
読み出し信号レベルをもとに、次回のセンサのリセット
電圧を設定する。
In this embodiment, the OP amplifiers OP1 to OP are provided.
P3 is incorporated as a voltage follower and has a high input impedance and an extremely low effective output resistance. Therefore, a predetermined voltage is supplied to the terminal 107, a timing pulse is supplied to the terminal 106 to turn on / off the PMOS transistor, The read level can be transferred accurately. Also in this embodiment, the reset / accumulation / readout operation is performed twice per cycle for each horizontal drive line, and the reset voltage of the next sensor is set based on the previous read signal level. .

【0056】(第6の実施例)図9に本発明による第6
の実施例を示す。本実施例は、第4の実施例に対して、
改良を施したものであり、転送スイッチNM41〜4
3、信号蓄積容量である保持(クランプ)容量CT1〜
3を削除し、水平出力線に負荷抵抗RLを設けたもので
ある。この構成により、チップ上に一部の容量やMOS
スイッチを削除できるので、チップサイズを小さくで
き、また、ベース容量CX11〜CX13からクランプ容量C
C1〜CC3への転送は通常の速度で読み出し、クランプ容
量CC1〜CC3の電荷を出力する際には高速走査が可能と
なる。
(Sixth Embodiment) FIG. 9 shows a sixth embodiment of the present invention.
The following shows an example. This embodiment is different from the fourth embodiment in that
This is a modified version of the transfer switch NM41-4.
3, holding capacity (clamping capacity) CT1 which is a signal storage capacity
3 is deleted and a load resistance RL is provided on the horizontal output line. With this configuration, some capacitance and
Since the switch can be deleted, the chip size can be reduced, and the base capacitance CX11 to CX13 to the clamp capacitance C can be reduced.
The transfer to C1 to CC3 is read at a normal speed, and high speed scanning is possible when the charges of the clamp capacitors CC1 to CC3 are output.

【0057】ここで、信号読み出し時における抵抗値R
Lを流れる電流は信号電圧をVSとすると VS/RL ………(1) で与えられ、一方、読み出し時間をΔTとすると、読み
出し動作中のダーリントントランジスタのベース電圧の
変化量ΔVBは以下の式で表わされる。
Here, the resistance value R during signal reading
When the signal voltage is VS, the current flowing through L is given by VS / RL (1), while the read time is ΔT, the change ΔVB of the base voltage of the Darlington transistor during the read operation is It is represented by.

【0058】 ΔVB=(VS/RL)×(HFE2×ΔT/CC) ……(2) ただし、HFEはNPNトランジスタの電流増幅率、CC
はクランプ容量CC1〜CC3の容量値である。
ΔVB = (VS / RL) × (HFE 2 × ΔT / CC) (2) where HFE is the current amplification factor of the NPN transistor, CC
Is the capacitance value of the clamp capacitors CC1 to CC3.

【0059】従って、(2)式の値が十分小さくなるよ
うに負荷抵抗RL,信号保持(クランプ)容量CC等を設
定すれば、安定した出力を得ることができる。図5,図
7,図8では蓄積容量CTから水平出力線などの浮遊容
量CHへの転送ゲインATは、 AT=CH/(CT+CH) ………(3) で与えられ、これを大きくするために、蓄積容量CTを
大きくする必要があったため、本実施例ではクランプ容
量に蓄積された電荷を直接水平出力線に出力することに
より、さらに大幅にチップサイズの縮小ができる。
Therefore, if the load resistance RL, the signal holding (clamping) capacitance CC, etc. are set so that the value of the expression (2) becomes sufficiently small, a stable output can be obtained. In FIGS. 5, 7 and 8, the transfer gain AT from the storage capacitor CT to the stray capacitance CH such as the horizontal output line is given by AT = CH / (CT + CH) ... (3), in order to increase this. In addition, since it is necessary to increase the storage capacitance CT, in this embodiment, the chip size can be further reduced by directly outputting the charges stored in the clamp capacitance to the horizontal output line.

【0060】上記各実施例においては、光電変換素子と
して、フォトダイオード、バイポーラ型光電変換素子又
は静電誘導型光電変換素子の例を示したが、他の光電変
換する素子であってもよいことは勿論である。
In each of the above embodiments, the photoelectric conversion element is a photodiode, a bipolar photoelectric conversion element, or an electrostatic induction photoelectric conversion element, but other photoelectric conversion elements may be used. Of course.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によれば、固体撮像装置におい
て、高解像度を確保するために光電変換素子を多数集積
化した場合でも、固体パターンノイズを小さくすると共
に、チップサイズを小さくできるという効果を奏し得
る。
According to the present invention, in a solid-state image pickup device, even when a large number of photoelectric conversion elements are integrated in order to secure high resolution, it is possible to reduce the solid pattern noise and the chip size. Can play.

【0062】また、光量検出器としてのディテクタの用
途を考えた場合、薄明りの中でも目標物を高精度で抽出
する、いわゆる外光除去機能をも高めつつ、チップサイ
ズも小さくできる。
Further, when considering the use of the detector as a light quantity detector, the chip size can be reduced while enhancing the so-called external light removing function of extracting the target object with high accuracy even in the dim light.

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

【図1】本発明による一実施例による概略等価回路図で
ある。
FIG. 1 is a schematic equivalent circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明による一実施例の図5の動作を説明する
タイミングチャートである。
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of FIG. 5 according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明による一実施例による概略等価回路図で
ある。
FIG. 3 is a schematic equivalent circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明による一実施例による概略等価回路図で
ある。
FIG. 4 is a schematic equivalent circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明による一実施例による概略等価回路図で
ある。
FIG. 5 is a schematic equivalent circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明による一実施例の図5の動作を説明する
タイミングチャートである。
FIG. 6 is a timing chart illustrating the operation of FIG. 5 according to the exemplary embodiment of the present invention.

【図7】本発明による一実施例による概略等価回路図で
ある。
FIG. 7 is a schematic equivalent circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明による一実施例による概略等価回路図で
ある。
FIG. 8 is a schematic equivalent circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明による一実施例による概略等価回路図で
ある。
FIG. 9 is a schematic equivalent circuit diagram according to an embodiment of the present invention.

【図10】従来の固体撮像装置による概略等価回路図で
ある。
FIG. 10 is a schematic equivalent circuit diagram of a conventional solid-state imaging device.

【図11】従来の固体撮像装置による画素周辺の平面図
である。
FIG. 11 is a plan view of the periphery of a pixel by a conventional solid-state imaging device.

【図12】従来の固体撮像装置による概略断面図であ
る。
FIG. 12 is a schematic sectional view of a conventional solid-state imaging device.

【図13】従来の固体撮像装置による動作を説明するタ
イミングチャートである。
FIG. 13 is a timing chart illustrating the operation of the conventional solid-state imaging device.

【図14】従来の固体撮像装置による概略等価回路図で
ある。
FIG. 14 is a schematic equivalent circuit diagram of a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 画素 22 SIT 23 フローティングゲート 24 ゲートキャパシタ 25 制御トランジスタ 26 行ライン 27 垂直走査回路 28 列ライン 29 各列選択トランジスタ 30 ビデオライン 31 負荷抵抗 32 水平走査回路 QS1〜QS3 画素トランジスタ CX1〜CX3 ゲート容量 CC1〜CC3 クランプ容量 CT1〜CT3 蓄積容量 21 pixels 22 SIT 23 floating gate 24 gate capacitor 25 control transistor 26 row line 27 vertical scanning circuit 28 column line 29 each column selection transistor 30 video line 31 load resistor 32 horizontal scanning circuit QS1 to QS3 pixel transistor CX1 to CX3 gate capacitance CC1 to CC3 Clamp capacity CT1 to CT3 Storage capacity

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の光電変換素子と、その出力端子に
設けられた処理手段と該処理手段の出力を上記光電変換
素子の出力端子に接続するスイッチ手段を有する固体撮
像装置において、 上記処理手段の出力電圧で前記光電変換素子のリセット
を行う手段を有することを特徴とする固体撮像装置。
1. A solid-state image pickup device comprising a plurality of photoelectric conversion elements, processing means provided at an output terminal thereof, and switch means for connecting an output of the processing means to an output terminal of the photoelectric conversion element. A solid-state imaging device comprising means for resetting the photoelectric conversion element with the output voltage of the above.
【請求項2】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換素子はトランジスタの制御電極上に光
エネルギーを受けることによって生成されたキャリアを
蓄積し、前記トランジスタの主電極領域から蓄積された
前記キャリアに基づく信号を出力することを特徴とする
固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element accumulates carriers generated by receiving light energy on a control electrode of a transistor, and accumulates the carriers from a main electrode region of the transistor. A solid-state image pickup device, which outputs a signal based on the carrier.
【請求項3】 請求項1に記載の固体撮像装置におい
て、前記スイッチ手段はMOSトランジスタであること
を特徴とする固体撮像装置。
3. The solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the switch means is a MOS transistor.
【請求項4】 複数列に配置された光電変換素子と、該
光電変換素子の列出力ラインに接続したクランプ容量と
スイッチ手段と、該スイッチ手段の出力端に前記クラン
プ容量の出力端子を接続する前記光電変換素子をリセッ
トするリセット手段と、前記スイッチ手段の前記出力端
を出力線に転送する転送手段とを備えたことを特徴とす
る固体撮像装置。
4. A photoelectric conversion element arranged in a plurality of columns, a clamp capacitance connected to a column output line of the photoelectric conversion element and a switch means, and an output terminal of the clamp capacitance is connected to an output terminal of the switch means. A solid-state imaging device comprising: reset means for resetting the photoelectric conversion element; and transfer means for transferring the output end of the switch means to an output line.
【請求項5】 請求項4に記載の固体撮像装置におい
て、前記転送手段は前記スイッチ手段を介して前記光電
変換素子の電荷を蓄積する蓄積容量と該蓄積容量の電荷
を前記出力線に水平走査回路からのタイミング信号によ
り時系列的に転送する転送スイッチ手段を備えたことを
特徴とする固体撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the transfer unit horizontally scans the output line with the storage capacitor storing the charge of the photoelectric conversion element via the switch unit and the charge of the storage capacitor. A solid-state imaging device comprising transfer switch means for transferring in time series in accordance with a timing signal from a circuit.
【請求項6】 請求項4に記載の固体撮像装置におい
て、前記光電変換素子はバイポーラ型光電変換素子又は
静電誘導型光電変換素子であることを特徴とする固体撮
像装置。
6. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the photoelectric conversion element is a bipolar photoelectric conversion element or an electrostatic induction photoelectric conversion element.
【請求項7】 複数の光電変換素子と、その出力端子に
設けられた処理手段と該処理手段の出力を一つは上記光
電変換素子の出力端子に接続するスイッチ手段を有し、
他の一つは画素信号出力とする固体撮像装置の駆動方法
において、 上記処理手段の出力電圧で前記光電変換素子のリセット
を行ない、該リセットを行った後に前記スイッチ手段を
オフとして前記画素信号出力とすることを特徴とする固
体撮像装置の駆動方法。
7. A plurality of photoelectric conversion elements, a processing means provided at an output terminal thereof, and a switch means for connecting one output of the processing means to an output terminal of the photoelectric conversion element,
The other one is a method for driving a solid-state imaging device that outputs pixel signals, in which the photoelectric conversion element is reset by the output voltage of the processing means, and after the reset, the switch means is turned off to output the pixel signal output. A method for driving a solid-state imaging device, comprising:
【請求項8】 請求項7に記載の固体撮像装置の駆動方
法において、前記光電変換素子はトランジスタの制御電
極上に光エネルギーを受けることによって生成されたキ
ャリアを蓄積し、前記トランジスタの主電極領域から蓄
積された前記キャリアに基づく信号を出力する光電変換
素子であることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
8. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 7, wherein the photoelectric conversion element accumulates carriers generated by receiving light energy on a control electrode of the transistor, and a main electrode region of the transistor. A method for driving a solid-state imaging device, which is a photoelectric conversion element that outputs a signal based on the carrier accumulated from the photoelectric conversion element.
【請求項9】 請求項7に記載の固体撮像装置の駆動方
法において、前記処理手段は前記光電変換素子の出力を
蓄積容量に転送し、該蓄積容量の電荷を前記スイッチ手
段に接続すると共に前記画素信号出力とすることを特徴
とする固体撮像装置の駆動方法。
9. The method for driving a solid-state image pickup device according to claim 7, wherein the processing means transfers the output of the photoelectric conversion element to a storage capacitor, and the charge of the storage capacitor is connected to the switch means. A method for driving a solid-state imaging device, which is characterized in that pixel signals are output.
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