JPH10233964A - Solid-state image pickup device for forming binary signal - Google Patents

Solid-state image pickup device for forming binary signal

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Publication number
JPH10233964A
JPH10233964A JP9036483A JP3648397A JPH10233964A JP H10233964 A JPH10233964 A JP H10233964A JP 9036483 A JP9036483 A JP 9036483A JP 3648397 A JP3648397 A JP 3648397A JP H10233964 A JPH10233964 A JP H10233964A
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JP
Japan
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signal
solid
imaging device
transistor
state imaging
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Pending
Application number
JP9036483A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Nomura
仁 野村
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup device for forming a binary signal by which binarization is processed at a high speed with low S/N. SOLUTION: This solid-state image pickup device 10 for forming a binary signal is provided with vertical read lines 12a, 12b provided to pixels 1 and each column of the pixels 1 a vertical scanning circuit 13 that selects a specific row of the pixels 1 arranged in a matrix and transfers an electric signal in response to an incident light to the vertical read lines 12a, 12b in a desired timing, a binarization circuit 7 provided in each of the vertical read lines 12a, 12b, and a horizontal scanning circuit 15 that applies horizontal scanning to the vertical read lines 12a, 12b sequentially to transfer the signal to a horizontal read line 13. The binarization circuit 7 compares the electric signal outputted from the pixels 1 with a reference signal via an amplifier TR QA in the pixels 1 to output a binary signal.

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、光検出部にて得ら
れた画像データを2値化して2値画像を得るようにした
2値化信号形成用固体撮像装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a solid-state imaging device for forming a binary signal by binarizing image data obtained by a photodetector to obtain a binary image.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、マトリックス状に配置された
画素にて得られた画像データ(アナログ信号)を基準値
と比較し、もって2値画像を得るようにした固体撮像装
置(2値化信号形成用固体撮像装置)及び画像処理装置
が公知である。図10は、従来の2値化信号形成用固体
撮像装置100の一例を示す回路図である。
2. Description of the Related Art Heretofore, a solid-state image pickup device (binary signal) in which image data (analog signals) obtained by pixels arranged in a matrix are compared with a reference value to thereby obtain a binary image. Forming solid-state imaging devices) and image processing devices are known. FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of a conventional solid-state imaging device 100 for forming a binary signal.

【0003】この図に示す従来の2値化信号形成用固体
撮像装置100はXYアドレス方式を採用するもので、
画素101,101…がマトリックス状に配列され(図
示例では、2×2個)、この画素101,101…の各
々に、フォトダイオードPD,PD…、増幅用トランジ
スタQA,QA…、前記フォトダイオードPDと増幅用
トランジスタQAとを接続/分離するためのスイッチ用
MOSトランジスタQT,QT…、前記増幅用トランジ
スタQAのゲートに電圧を供給し又はゲートに蓄積され
た電荷を排出するためのリセット用MOSトランジスタ
QP,QP…が設けられている。
The conventional solid-state imaging device 100 for forming a binary signal shown in FIG. 1 employs an XY address system.
Are arranged in a matrix (2 × 2 in the illustrated example), and each of the pixels 101, 101 is provided with a photodiode PD, PD, an amplifying transistor QA, QA, and the photodiode. A switching MOS transistor QT for connecting / disconnecting the PD from the amplifying transistor QA, a reset MOS for supplying a voltage to a gate of the amplifying transistor QA or discharging a charge accumulated in the gate; The transistors QP are provided.

【0004】そして、各画素101,101…は、各列
毎に共通の垂直読み出し線102a,102bに接続さ
れて、当該画素101,101…からの入射光に応じた
電気信号が垂直読み出し線102a,102bに出力さ
れるようになっている。又、この2値化信号形成用固体
撮像装置100では、暗電流等に起因する固定パターン
雑音を除去するための記憶回路107,107が、各垂
直読み出し線102a,102bに設けられている。
Each of the pixels 101, 101... Is connected to a common vertical read line 102a, 102b for each column, and an electric signal corresponding to incident light from the pixels 101, 101. , 102b. In addition, in the solid-state imaging device 100 for forming a binary signal, storage circuits 107 for removing fixed pattern noise caused by a dark current or the like are provided in each of the vertical read lines 102a and 102b.

【0005】具体的には、記憶回路107は、図に示す
ように、スイッチ用MOSトランジスタQD,QS及び
コンデンサCD,CSにて構成され、コンデンサCDに
暗電流に相当する電荷が蓄積され、コンデンサCSに入
射光に応じた画素101からの電気信号に相当する電荷
が蓄積されるようになっている。そして、各々記憶され
た電荷は、水平読み出し線112-1,112-2に一定の
タイミングで出力され、該水平読み出し線112-1,1
12-2上に配置された差動アンプ115にて、入射光に
応じた電気信号から暗電流や各画素101,101…の
増幅用トランジスタQA毎のばらつきに起因する雑音
(固定パターン雑音)が除去され、入射光に応じた電気
信号(アナログ信号)のみが増幅されて得られるように
なっている。
More specifically, the storage circuit 107 is composed of switching MOS transistors QD and QS and capacitors CD and CS, as shown in FIG. An electric charge corresponding to an electric signal from the pixel 101 according to the incident light is accumulated in CS. Then, the stored charges are output to the horizontal readout lines 112-1 and 112-2 at a fixed timing, and the horizontal readout lines 112-1 and 112-2 are output.
In the differential amplifier 115 arranged on 12-2, noise (fixed pattern noise) due to dark current or variation in each amplifying transistor QA of each pixel 101, 101... It is removed, and only an electric signal (analog signal) corresponding to the incident light is amplified and obtained.

【0006】そして、増幅された信号(アナログ信号)
は、比較器119で所定の基準値VREFと比較され
て、出力端子VOから2値化信号が出力されるようにな
っている。
The amplified signal (analog signal)
Is compared with a predetermined reference value VREF by a comparator 119, and a binarized signal is output from an output terminal VO.

【0007】図11は、上記2値化信号形成用固体撮像
装置100の動作の一例を示すタイミングチャートであ
り、期間t10〜t14は、第1行目の画素1の読み出
し動作を、期間t20〜t24は、第2行目の画素1の
読み出し動作を示している。ここで、駆動パルスφTG
1,φTG2はスイッチ用MOSトランジスタQT,Q
Tのゲートに、駆動パルスφRD1,φRD2はリセッ
ト用MOSトランジスタQP,QPのドレインに、駆動
パルスφRGはリセット用MOSトランジスタQP,Q
Pのゲートに、駆動パルスφRSVはリセット用MOS
トランジスタQRSV1,QRSV2のゲートに、駆動
パルスφTD,φTSは各々スイッチ用MOSトランジ
スタQD,QSのゲートに各々供給される駆動パルスで
ある。又、駆動パルスφH1,φH2は、スイッチ用M
OSトランジスタQH1,QH2のゲートに供給される
駆動パルス、駆動パルスφRSHはリセットスイッチ用
MOSトランジスタQRSH1,QRSH2のゲートに
供給される駆動パルスである。
FIG. 11 is a timing chart showing an example of the operation of the above-described solid-state imaging device 100 for forming a binary signal. In the periods t10 to t14, the readout operation of the pixels 1 in the first row is performed in the periods t20 to t14. t24 indicates a read operation of the pixel 1 in the second row. Here, the driving pulse φTG
1, φTG2 are switching MOS transistors QT, Q
The drive pulse φRD1, φRD2 is applied to the drain of the reset MOS transistors QP, QP, and the drive pulse φRG is applied to the reset MOS transistors QP, QP.
The drive pulse φRSV is applied to the gate of the P
The driving pulses φTD and φTS are driving pulses supplied to the gates of the transistors QRSV1 and QRSV2, respectively, and are supplied to the gates of the switching MOS transistors QD and QS, respectively. The driving pulses φH1 and φH2 are M
The drive pulse and the drive pulse φRSH supplied to the gates of the OS transistors QH1 and QH2 are drive pulses supplied to the gates of the reset switch MOS transistors QRSH1 and QRSH2.

【0008】動作タイミングが、図11の期間t10に
至ると、駆動パルスφRGがローレベルになりリセット
用MOSトランジスタ(pチャネル型)QPはオンとな
る。そして、駆動パルスφRD1が読み出しレベル(V
RD;ハイレベル)となってその電圧VRDが、リセッ
ト用トランジスタQPを介して第1行目の増幅用トラン
ジスタQAのゲート(制御領域)に供給され、ゲートが
読み出しレベルVRDにバイアスされる(選択)。尚、
第2行目の増幅用トランジスタQAは、駆動パルスφR
D2がローレベル(電圧レベルVRS)のままであるた
め、ゲートが電圧レベルVRS(ローレベル)のままで
オフ(非選択)に保持される。
When the operation timing reaches the period t10 in FIG. 11, the drive pulse φRG goes low, and the reset MOS transistor (p-channel type) QP turns on. Then, the drive pulse φRD1 changes to the read level (V
RD; high level), the voltage VRD is supplied to the gate (control region) of the amplification transistor QA in the first row via the reset transistor QP, and the gate is biased to the read level VRD (selection). ). still,
The amplifying transistor QA in the second row has a drive pulse φR
Since D2 remains at the low level (voltage level VRS), the gate is maintained at the voltage level VRS (low level) and off (unselected).

【0009】一方で、駆動パルスφRSVがハイレベル
になってリセットスイッチ用MOSトランジスタ(nチ
ャネル型)QRSV1,QRSV2がオンとなり、垂直
読み出し線102a,102aに残る電荷が排出される
(リセット)。このとき、駆動パルスφTD,φTSも
ハイレベルでスイッチ用MOSトランジスタ(nチャネ
ル型)QD,QSがオンとなり、コンデンサCD,CS
に残っていた電荷も放出される(リセット)。
On the other hand, the drive pulse φRSV becomes high level, the reset switch MOS transistors (n-channel type) QRSV1 and QRSV2 are turned on, and charges remaining on the vertical read lines 102a, 102a are discharged (reset). At this time, the drive pulses φTD and φTS are also at a high level, the switching MOS transistors (n-channel type) QD and QS are turned on, and the capacitors CD and CS are turned on.
The remaining charge is also released (reset).

【0010】尚、この期間t10においては、駆動パル
スφTG1,φTG2が共にハイレベルに保持されてい
るため転送用MOSトランジスタ(pチャネル型)QT
はオフであり、各フォトダイオードPDでは、入射光に
応じた電荷(信号電荷)が生成・蓄積されている。次の
期間t11に至ると、駆動パルスφRGがハイレベルと
なってリセット用MOSトランジスタ(pチャネル型)
QPがオフとなり、第1行目の増幅用トランジスタQA
のゲート(制御領域)はフローティング状態となるが、
該増幅用トランジスタQAのゲートに寄生する容量によ
って、該ゲートの電圧が前記読み出しレベルVRDにバ
イアスされたまま、その状態が保持される。
In this period t10, since the driving pulses φTG1 and φTG2 are both held at a high level, the transfer MOS transistor (p-channel type) QT
Is off, and charges (signal charges) corresponding to incident light are generated and accumulated in each photodiode PD. In the next period t11, the drive pulse φRG becomes high level and the reset MOS transistor (p-channel type)
QP is turned off, and the amplification transistor QA in the first row is turned off.
Gate (control region) is in a floating state,
The state is maintained while the voltage of the gate is biased to the read level VRD by the parasitic capacitance of the gate of the amplification transistor QA.

【0011】又、駆動パルスφRD1が電圧レベルVR
S(ローレベル)に戻され、駆動パルスφRSVがロー
レベルに反転されて垂直読み出し線102a,102b
のリセットが解除される。そして、駆動パルスφTSが
ローレベルとなってスイッチ用MOSトランジスタ(n
チャネル型)QSがオフとなり、垂直読み出し線102
a,102bには2種のコンデンサCD,CSのうちコ
ンデンサCDのみが接続される。
Further, the driving pulse φRD1 has a voltage level VR.
S (low level), the drive pulse φRSV is inverted to low level, and the vertical read lines 102a, 102b
Is reset. Then, the driving pulse φTS becomes low level, and the switching MOS transistor (n
Channel type) QS is turned off and the vertical read line 102
a and 102b are connected to only the capacitor CD of the two types of capacitors CD and CS.

【0012】この結果、この期間t11では、期間t1
0で選択(オン)された第1行目の増幅用トランジスタ
QAがソースホロア動作をし、読み出しレベルVRDに
バイアスされている状態で暗電流に応じた電圧(VDと
表記する)がコンデンサCDに充電されることになる。
なお、上記暗電流に応じた電圧(VD)には、暗電流や
各画素101,101…の増幅用トランジスタQA毎の
ばらつきに起因する雑音(固定パターン雑音)が含まれ
る。
As a result, in this period t11, the period t1
The voltage (denoted as VD) corresponding to the dark current charges the capacitor CD in a state where the amplifying transistor QA of the first row selected (turned on) by 0 performs a source follower operation and is biased to the read level VRD. Will be done.
The voltage (VD) according to the dark current includes noise (fixed pattern noise) caused by the dark current and the variation of each pixel 101, 101... For each amplifying transistor QA.

【0013】次に、期間t12に至ると、駆動パルスφ
TDがローレベルとなってスイッチ用MOSトランジス
タ(nチャネル型)QDがオフとなり、これに代わっ
て、駆動パルスφTSがハイレベルとなってスイッチ用
MOSトランジスタ(nチャネル型)QSがオンとなり
コンデンサCSが充電可能になる。このときコンデンサ
CDには上記した暗電流に応じた電圧が充電されたまま
となる。
Next, when the period t12 is reached, the driving pulse φ
When TD goes low, the switching MOS transistor (n-channel type) QD turns off. Instead, the driving pulse φTS goes high, turning on the switching MOS transistor (n-channel type) QS, turning on the capacitor CS. Can be charged. At this time, the voltage corresponding to the dark current remains charged in the capacitor CD.

【0014】そして、駆動パルスφTG1がローレベル
に反転されて第1行目の画素1の転送用MOSトランジ
スタQTがオンし、第1行目のフォトダイオードPDか
らの信号電荷が、第1行目の画素1の増幅用トランジス
タQAのゲート(制御領域)に転送される。そして、期
間t12の終了時、即ち期間t13の開始時、駆動パル
スφTG1がハイレベルに反転され、第1行目の転送用
MOSトランジスタQTが再びオフとなって第1行目の
増幅用トランジスタQAのゲートは再びフローティング
状態となるが、増幅用トランジスタQAのゲートに寄生
する容量によって、該ゲートの電圧は、フォトダイオー
ドPDから転送された信号電荷の分だけ上昇したまま保
持される。
Then, the drive pulse φTG1 is inverted to a low level to turn on the transfer MOS transistor QT of the pixel 1 in the first row, and the signal charge from the photodiode PD in the first row is changed to the first row. Is transferred to the gate (control region) of the amplification transistor QA of the pixel 1. At the end of the period t12, that is, at the start of the period t13, the drive pulse φTG1 is inverted to the high level, the transfer MOS transistor QT in the first row is turned off again, and the amplification transistor QA in the first row is turned off. Is again in a floating state, but the voltage of the gate is kept elevated by the amount of the signal charges transferred from the photodiode PD due to the parasitic capacitance of the gate of the amplifying transistor QA.

【0015】しかして、第1行目の増幅用トランジスタ
QAのソースホロア動作によって、入射光に応じた電気
信号が垂直読み出し線102a,102bに出力され、
この電気信号に応じた電圧(VSSと表記する)がコン
デンサCSに充電される。この場合、電圧VSSは、入
射光のみに応じた電圧(VSと表記する)と暗電流に応
じた電圧VDとの和となる(VSS=VS+VD)。
By the source follower operation of the first-row amplifying transistor QA, an electric signal corresponding to the incident light is output to the vertical read lines 102a and 102b.
A voltage (denoted as VSS) according to the electric signal is charged in the capacitor CS. In this case, the voltage VSS is the sum of a voltage (denoted as VS) corresponding to only the incident light and a voltage VD corresponding to the dark current (VSS = VS + VD).

【0016】次に、期間t13の終了時、即ち期間t1
4の開始時までに、先ず、駆動パルスφTSがローレベ
ルになって垂直読み出し線102a,102bとコンデ
ンサCSとの接続が断たれ、この状態で駆動パルスφR
SVがハイレベルになって再び垂直読み出し線102
a,102bに残った電荷が排出される(リセット)。
そして、期間t14の間に、水平走査回路13からの駆
動パルスφH1が一定期間ハイレベルに立ち上げられて
垂直読み出し線102a側のコンデンサCD,CRから
の信号(アナログ信号)が、その切換タイミングで水平
読み出し線112-1,112-2に各々読み出され、差動
アンプ115でその差分が増幅され、更に比較器119
で、所定の基準電圧VREFと比較されて、2値化処理
が行われる。尚、上記差動アンプ115から出力される
信号は、画素101からの固定パターン雑音を含む電気
信号(VSS=VS+VD)から暗電流に応じた信号
(VD)を差し引いた値(入射光に応じた信号VS)を
増幅した値となる。
Next, at the end of the period t13, that is, the period t1
4, the drive pulse φTS goes low first to disconnect the vertical read lines 102a and 102b from the capacitor CS. In this state, the drive pulse φR
SV goes high and the vertical read line 102
The electric charges remaining in a and 102b are discharged (reset).
Then, during the period t14, the driving pulse φH1 from the horizontal scanning circuit 13 is raised to a high level for a certain period, and the signals (analog signals) from the capacitors CD and CR on the side of the vertical read line 102a are switched at the switching timing. The signals are read to the horizontal read lines 112-1 and 112-2, respectively, and the difference is amplified by the differential amplifier 115.
Is compared with a predetermined reference voltage VREF to perform a binarization process. The signal output from the differential amplifier 115 is obtained by subtracting the signal (VD) corresponding to the dark current from the electric signal (VSS = VS + VD) including the fixed pattern noise from the pixel 101 (corresponding to the incident light). Signal VS).

【0017】その後、駆動パルスφH2が一定期間ハイ
レベルに立ち上げられたときは垂直読み出し線102b
側で同じ動作が行われて、2値化信号が得られる。尚、
期間t14における駆動パルスφRSHの2回のハイレ
ベルの切換によって、リセットスイッチ用MOSトラン
ジスタQRSHがオンされると、前記水平読み出し線1
12a,112bが各々リセット(初期化)される。
Thereafter, when the drive pulse φH2 is raised to a high level for a certain period, the vertical read line 102b
The same operation is performed on the side, and a binary signal is obtained. still,
When the reset switch MOS transistor QRSH is turned on by the high-level switching of the drive pulse φRSH twice in the period t14, the horizontal read line 1
12a and 112b are reset (initialized).

【0018】以上に示した期間t10〜t14における
第1行目の画素の読み出し動作は、続く期間t20〜t
24において、第2行目の画素に対して同様に繰り返し
て行われる。図12は、画像データの2値化を他の手法
を用いて行う画像処理装置120の構成を示すブロック
図である。
The reading operation of the pixels in the first row in the periods t10 to t14 described above is performed in the subsequent periods t20 to t14.
At 24, the same is repeated for the pixels in the second row. FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus 120 that binarizes image data using another method.

【0019】この画像処理装置120は、固体撮像装置
121と、該固体撮像装置121によって得られた画像
データをあらわす信号(アナログ信号)をディジタル信
号に変換するAD変換回路122と、該AD変換回路1
22からのディジタル信号を保存する画像メモリ123
と、該画像メモリ123に保存されているディジタル画
像データを2値化する画像処理回路124とで構成され
ている。
The image processing apparatus 120 includes a solid-state imaging device 121, an AD conversion circuit 122 for converting a signal (analog signal) representing image data obtained by the solid-state imaging device 121 into a digital signal, and an A / D conversion circuit. 1
Image memory 123 for storing digital signals from
And an image processing circuit 124 for binarizing the digital image data stored in the image memory 123.

【0020】即ち、この画像処理装置120では、固体
撮像装置121で得られたアナログ信号が、固体撮像装
置121の外部に設けられたAD変換回路122でディ
ジタル信号に変換された後、画像メモリ123に一時的
に保存され、画像処理回路124で、所定の基準値と比
較されてその2値化が行われるようになっている。
That is, in the image processing apparatus 120, after an analog signal obtained by the solid-state imaging device 121 is converted to a digital signal by an AD conversion circuit 122 provided outside the solid-state imaging device 121, the image memory 123 Is temporarily stored in the image processing circuit 124 and is compared with a predetermined reference value to be binarized.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
図10に示した従来の2値化信号形成用固体撮像装置1
00では、画素101にて生成・蓄積された電荷に応じ
た電気信号(アナログ信号)と、垂直走査回路106か
ら増幅用トランジスタQA(増幅手段)を介して出力さ
れた基準信号(アナログ信号)を比較器115まで伝え
なければならず、アナログ信号が伝わる経路が長くな
り、その分、これらアナログ信号に雑音が乗り易くなる
(S/N比の低下)。
However, the conventional solid-state imaging device 1 for forming a binary signal shown in FIG.
At 00, an electric signal (analog signal) corresponding to the electric charge generated and accumulated in the pixel 101 and a reference signal (analog signal) output from the vertical scanning circuit 106 via the amplifying transistor QA (amplifying means) are output. The signal must be transmitted to the comparator 115, so that the path through which the analog signal is transmitted becomes longer, and noise is more likely to be applied to these analog signals (reduction of the S / N ratio).

【0022】特に、画素部のみならず、これに続く周辺
回路要素の列毎のばらつき(コンデンサやスイッチ用の
MOSトランジスタ等の製造上のばらつき)に起因する
雑音の影響が大きくなる。又、前述の図12に示した従
来の画像処理装置120では、固体撮像装置121から
映像信号をアナログ信号として出力した後、ディジタル
信号に変換し、その後2値化処理を行っているため、固
体撮像装置121以外の周辺回路が複雑で、画像処理装
置120全体が高価になるという不具合がある。
In particular, the influence of noise caused not only by the pixel portion but also by the column-by-column variation of peripheral circuit elements (variation in the manufacture of capacitors, MOS transistors for switches, etc.) increases. In the conventional image processing apparatus 120 shown in FIG. 12, the video signal is output from the solid-state imaging device 121 as an analog signal, converted into a digital signal, and then subjected to a binarization process. There is a disadvantage that peripheral circuits other than the imaging device 121 are complicated and the entire image processing device 120 is expensive.

【0023】更に、画像処理装置120によって得られ
る映像信号の有効範囲、即ちダイナミックレンジはAD
変換回路122の入力で制限されるが、一般にAD変換
回路122の入力ダイナミックレンジは、固体撮像装置
121のダイナミックレンジより狭いため、2値化処理
の過程で固体撮像装置121の広いダイナミックレンジ
を有効に利用できないという不具合もあった。
Further, the effective range of the video signal obtained by the image processing device 120, that is, the dynamic range is AD
Although limited by the input of the conversion circuit 122, the input dynamic range of the AD conversion circuit 122 is generally narrower than the dynamic range of the solid-state imaging device 121. Therefore, a wide dynamic range of the solid-state imaging device 121 is effective in the binarization process. There was also a problem that it could not be used.

【0024】上記2値化処理を、例えば、固体撮像装置
の各画素毎に画像処理回路を別途設けて各画素毎に2値
化機能をもたせて行うことも考えられているが、この場
合は画素自体の構造が複雑になり、固体撮像装置の開口
率の低下や、解像度の低下を引き起こすことになる。
又、このように画素毎に画像処理回路を別途設ける場
合、画素を高密度に配置して多画素化を図るという要請
にこたえられなくなるという不具合もある。
For example, it has been considered that the above-mentioned binarization processing is performed by separately providing an image processing circuit for each pixel of the solid-state imaging device and having a binarization function for each pixel. The structure of the pixel itself becomes complicated, causing a decrease in the aperture ratio of the solid-state imaging device and a decrease in resolution.
Further, when an image processing circuit is separately provided for each pixel as described above, there is a disadvantage that it is not possible to meet a demand for arranging pixels at high density and increasing the number of pixels.

【0025】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、画像データの2値化処理を行うに当って、S
/N比を大きくすることができる2値化信号形成用固体
撮像装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has been described in detail in connection with the binarization processing of image data.
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device for forming a binarized signal capable of increasing the / N ratio.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明は、マトリックス状に配列さ
れ、光検出部にて生成された信号電荷を増幅手段を介し
て出力する複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設け
られた複数の垂直読み出し線と、前記複数の画素の特定
の行を選択して、当該画素の光検出部からの信号電荷に
応じた電気信号を所望のタイミングで、当該垂直読み出
し線に転送する垂直走査手段と、前記垂直読み出し線の
各々に設けられ、前記所望のタイミングで前記画素から
出力される前記信号電荷に応じた電気信号と、前記所望
のタイミングと異なるタイミングで前記増幅手段を介し
て出力される基準信号とを比較して2値化信号を出力す
る2値化手段と、前記複数の垂直読み出し線を、順次水
平走査して、前記2値化信号を水平読み出し線に転送す
る水平走査手段とを備えたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for outputting a plurality of signal charges generated by a photodetector through an amplifying means. Pixel, a plurality of vertical read lines provided for each column of the plurality of pixels, and a specific row of the plurality of pixels, and an electric signal corresponding to a signal charge from a photodetector of the pixel. At a desired timing, vertical scanning means for transferring the signal to the vertical readout line, an electric signal provided for each of the vertical readout lines, the electric signal corresponding to the signal charge output from the pixel at the desired timing, A plurality of vertical read lines sequentially and horizontally scanned by a binarizing unit that compares a reference signal output through the amplifying unit with a timing different from a desired timing and outputs a binarized signal; 2 above It is obtained by a horizontal scanning means for transferring signal to the horizontal output line.

【0027】又、請求項2に記載の発明は、前記光検出
部が、入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換素子
からなり、前記増幅手段に、該増幅手段の制御領域に前
記光電変換素子からの信号電荷を選択的に供給するため
の第1のスイッチ手段と、該増幅手段の制御領域に前記
画素の外部から所望の電位を選択的に供給するための第
2のスイッチ手段とを接続したものである。
According to a second aspect of the present invention, the photodetector comprises a photoelectric conversion element for generating a signal charge in accordance with incident light, and the photodetector is provided in the amplifying means and in the control region of the amplifying means. A first switch for selectively supplying a signal charge from the conversion element, and a second switch for selectively supplying a desired potential from outside the pixel to a control region of the amplifier. Are connected.

【0028】又、請求項3に記載の発明は、前記2値化
手段を、前記光電変換素子にて生成された前記信号電荷
に応じた電気信号を記憶する第1の記憶手段と、前記画
素の外部からの前記所望の電位に応じた基準信号を記憶
する第2の記憶手段と、前記第1の記憶手段に記憶され
た前記電気信号と前記第2の記憶手段に記憶された前記
基準信号とを比較して2値化信号を出力する比較手段と
によって構成したものである。
According to a third aspect of the present invention, the binarizing means includes a first storage means for storing an electric signal corresponding to the signal charge generated by the photoelectric conversion element; Second storage means for storing a reference signal corresponding to the desired potential from outside of the apparatus, the electric signal stored in the first storage means, and the reference signal stored in the second storage means And a comparison means for outputting a binarized signal by comparing the above.

【0029】又、請求項4に記載の発明は、前記第1の
記憶手段を、前記画素から出力される前記電気信号に応
じた電荷を蓄積する電荷蓄積手段とし、前記第2の記憶
手段を、前記画素から出力される前記基準信号に応じた
電荷を蓄積する電荷蓄積手段としたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, the first storage means is a charge storage means for storing a charge corresponding to the electric signal output from the pixel, and the second storage means is provided. , A charge accumulating means for accumulating charges corresponding to the reference signal output from the pixel.

【0030】又、請求項5に記載の発明は、前記画素と
前記2つの電荷蓄積手段との間に、前記画素から出力さ
れる前記電気信号もしくは前記基準信号を選択的に転送
するための転送切換手段を設けたものである。又、請求
項6に記載の発明は、前記増幅手段を、接合型電界効果
トランジスタとし、該接合型電界効果トランジスタのゲ
ートに、前記光電変換素子にて生成された前記信号電荷
と、前記画素の外部からの前記所望の電位とを選択的に
供給するようにしたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a transfer for selectively transferring the electric signal or the reference signal output from the pixel between the pixel and the two charge storage means. A switching means is provided. The invention according to claim 6 is characterized in that the amplifying means is a junction field effect transistor, and the gate of the junction field effect transistor has the signal charge generated by the photoelectric conversion element, The desired potential from the outside is selectively supplied.

【0031】又、請求項7に記載の発明は、前記2値化
手段を、電流源と、前記画素の外部から供給された前記
所望の電位に応じた前記基準信号が前記電流源の電流と
等しくなるように前記垂直読み出し線の電位をバイアス
するバイアス手段と、該バイアス手段のバイアス状態を
記憶するバイアス記憶手段と、前記光電変換素子にて生
成された前記信号電荷に応じた前記電気信号と前記電流
源の電流との差を検出する電流検出手段と、前記光電変
換素子にて生成された前記信号電荷に応じた前記電気信
号と前記電流源の電流との差の電流を前記電流検出手段
に入力するための切換手段とによって構成したものであ
る。
According to a seventh aspect of the present invention, the binarizing means includes a current source, and the reference signal according to the desired potential supplied from outside the pixel is a current of the current source. Bias means for biasing the potential of the vertical read line so as to be equal; bias storage means for storing a bias state of the bias means; and an electric signal corresponding to the signal charge generated by the photoelectric conversion element. Current detection means for detecting a difference from the current of the current source; and a current detection means for detecting a difference between the electric signal corresponding to the signal charge generated by the photoelectric conversion element and the current of the current source. And switching means for inputting the data to

【0032】又、請求項8に記載の発明は、前記バイア
ス手段を、前記垂直読み出し線と前記電流源との間に主
電流経路が接続された定電流用トランジスタで構成し、
前記バイアス記憶手段を、前記定電流用トランジスタの
制御電極と、該定電流用トランジスタの主電流経路の端
子のうち前記電流源に接続された側の端子との間に設け
られ、前記定電流用トランジスタのバイアス状態をサン
プリングし、その後ホールドするためのサンプル・ホー
ルド切替手段と、前記定電流用トランジスタの前記制御
電極に接続され、前記定電流用トランジスタのバイアス
をホールドするバイアス電荷蓄積手段とによって構成し
たものである。
Further, in the invention according to claim 8, the bias means is constituted by a constant current transistor having a main current path connected between the vertical read line and the current source,
The bias storage means is provided between a control electrode of the constant current transistor and a terminal connected to the current source among terminals of a main current path of the constant current transistor; Sampling / hold switching means for sampling the bias state of the transistor and thereafter holding the bias state; and bias charge storage means connected to the control electrode of the constant current transistor and holding the bias of the constant current transistor. It was done.

【0033】又、請求項9に記載の発明は、前記比較手
段に、該比較手段からの前記2値化信号を記憶する出力
信号記憶手段を接続したものである。又、請求項10に
記載の発明は、前記光電変換素子を、埋め込みフォトダ
イオードとしたものである。
According to a ninth aspect of the present invention, the comparing means is connected to an output signal storing means for storing the binarized signal from the comparing means. According to a tenth aspect of the present invention, the photoelectric conversion element is a buried photodiode.

【0034】(作用)請求項1に記載の発明によれば、
複数の垂直読み出し線毎に設けられた2値化手段にて、
画像データの2値化信号が生成され、該生成された2値
化信号が、垂直読み出し線から水平読み出し線、更に
は、出力端子まで伝わることとなるので、該水平読み出
し線を伝わるときにこの電気信号(2値化信号)に雑音
が乗っても、アナログ信号の場合に比べて、その影響が
小さくなる。
(Operation) According to the first aspect of the present invention,
By the binarization means provided for each of the plurality of vertical read lines,
A binarized signal of image data is generated, and the generated binarized signal is transmitted from the vertical readout line to the horizontal readout line, and further to the output terminal. Even if noise is superimposed on the electric signal (binary signal), the effect is smaller than in the case of an analog signal.

【0035】又、請求項2に記載の発明によれば、2値
化を行う際に用いられる基準信号が、当該画素の増幅手
段を介して出力されるので、入射光に応じた電気信号と
基準信号とを同じ経路で出力させることができる。又、
請求項3に記載の発明によれば、当該画素を介して、順
次、出力される入射光に応じた電気信号と基準信号とを
一旦記憶させ、該記憶させた値を互いに比較するだけで
2値化信号を得ることができる。
According to the second aspect of the present invention, since the reference signal used for performing the binarization is output through the amplifying means of the pixel, an electric signal corresponding to the incident light is output. The reference signal and the reference signal can be output through the same path. or,
According to the third aspect of the invention, the electric signal and the reference signal corresponding to the incident light to be output are sequentially stored once through the pixel, and the stored values are simply compared with each other. A quantified signal can be obtained.

【0036】又、請求項4に記載の発明によれば、当該
画素を介して、順次、出力される基準信号をコンデンサ
等に適宜記憶させることができる。又、請求項5に記載
の発明によれば、前記増幅手段から出力される基準信号
及び入射光に応じた電気信号を、転送切替手段によって
2つの電荷蓄積手段に選択的に供給することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to appropriately store the reference signals sequentially outputted via the pixels in a capacitor or the like. According to the fifth aspect of the present invention, the reference signal output from the amplifying unit and the electric signal corresponding to the incident light can be selectively supplied to the two charge storage units by the transfer switching unit. .

【0037】又、請求項6に記載の発明によれば、入射
光に応じた電荷をゲートに直接転送することができるの
で、当該電荷の転送路が短縮され、雑音が乗り難くな
る。又、請求項7に記載の発明によれば、画素の固定パ
ターン雑音を反映させた基準信号を簡易に記憶し、該記
憶した基準信号と入射光に応じた電気信号とを簡易な方
法で比較して、2値化信号を得ることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the electric charge corresponding to the incident light can be directly transferred to the gate, the transfer path of the electric charge is shortened, and the noise is less likely to occur. According to the present invention, the reference signal reflecting the fixed pattern noise of the pixel is easily stored, and the stored reference signal is compared with the electric signal corresponding to the incident light by a simple method. Thus, a binary signal can be obtained.

【0038】又、請求項8に記載の発明によれば、基準
信号と電気信号とを比較して2値化信号を生成する回路
を簡易な構成で達成することができる。又、請求項9に
記載の発明によれば、2値化された検出信号が、当該出
力信号記憶手段に蓄えられているので、所望のタイミン
グで、当該検出信号を出力端子から適宜読み出すことが
できる。
According to the invention, a circuit for comparing a reference signal with an electric signal to generate a binary signal can be achieved with a simple configuration. According to the ninth aspect of the present invention, since the binarized detection signal is stored in the output signal storage means, the detection signal can be appropriately read from the output terminal at a desired timing. it can.

【0039】又、請求項10に記載の発明によれば、各
画素の光電変換素子において、当該フォトダイオードの
pn接合部に生じる空乏層が、画素の表面に達しないた
め、暗電流が抑制される。
According to the tenth aspect of the present invention, in the photoelectric conversion element of each pixel, the depletion layer generated at the pn junction of the photodiode does not reach the surface of the pixel, so that dark current is suppressed. You.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)以下、本発明の第1の実施形態を図
1から図3を参照して詳細に説明する。
(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【0041】図1は、第1の実施形態に係る2値化信号
形成用固体撮像装置10の概略構成を示す回路図であ
る。尚、この第1の実施形態では、説明を簡単にするた
めに、4つの画素1,1,1,1がマトリックス状(2
×2個)で配置された例を用いて説明する。画素1(図
1中破線で示す)は、入射光に応じた電荷を生成・蓄積
するフォトダイオード(光検出部;光電変換素子)PD
と、制御領域(制御電極;ゲート)に供給された信号電
荷に応じて入射光に応じた電気信号(アナログ信号)を
そのソースに出力する増幅用トランジスタ(増幅手段;
本実施形態においてはnチャネル型の接合型電界効果ト
ランジスタJFET)QAと、前記フォトダイオードP
Dで生成・蓄積された電荷と垂直走査回路6から供給さ
れる電位(電圧レベルVRS,VRF,VRD)とを選
択的に前記ゲート(制御領域)に供給するための転送用
MOSトランジスタ(pチャネル型)QT(第1のスイ
ッチ手段)と、前記ゲート(制御領域)に蓄積された信
号電荷をリセットするためのリセット用MOSトランジ
スタ(pチャネル型)QP(第2のスイッチ手段)とに
よって構成されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device 10 for forming a binary signal according to the first embodiment. In the first embodiment, in order to simplify the description, the four pixels 1, 1, 1, 1 are arranged in a matrix (2
(2) will be described. The pixel 1 (indicated by a broken line in FIG. 1) is a photodiode (photodetector; photoelectric conversion element) PD that generates and accumulates charges according to incident light.
An amplifying transistor (amplifying means; an amplifier) that outputs an electric signal (analog signal) corresponding to incident light to its source in accordance with a signal charge supplied to a control region (control electrode; gate).
In this embodiment, an n-channel junction field effect transistor (JFET) QA and the photodiode P
A transfer MOS transistor (p-channel) for selectively supplying the charge generated and accumulated in D and the potential (voltage levels VRS, VRF, VRD) supplied from the vertical scanning circuit 6 to the gate (control region). (Type) QT (first switch means) and a reset MOS transistor (p-channel type) QP (second switch means) for resetting signal charges accumulated in the gate (control region). ing.

【0042】尚、本実施形態では、フォトダイオードP
Dとして、縦型オーバーフロー構造の埋め込みフォトダ
イオードを用いている。又、前記リセット用MOSトラ
ンジスタQPは、クロックライン4a,4bから送られ
てくる基準信号に応じた電位(電圧レベルVRS,VR
F,VRD)を前記ゲート(制御領域)に供給する働き
をも有する。
In this embodiment, the photodiode P
As D, a buried photodiode having a vertical overflow structure is used. The reset MOS transistor QP has a potential (voltage level VRS, VR) corresponding to the reference signal sent from the clock lines 4a, 4b.
F, VRD) to the gate (control region).

【0043】又、前記フォトダイオードPDのカソード
には電源電圧VDが接続されて、該フォトダイオードP
Dから入射光に応じた信号電荷が出力される。又、前記
増幅用トランジスタQAのドレインには電源電圧VDが
接続されて、ソースホロア動作によってそのゲート(制
御領域)に蓄積された電荷に応じた電気信号(アナログ
信号)がソースから出力されるようになっている。
A power supply voltage VD is connected to the cathode of the photodiode PD.
D outputs a signal charge corresponding to the incident light. A power supply voltage VD is connected to the drain of the amplifying transistor QA so that an electric signal (analog signal) corresponding to the electric charge stored in the gate (control region) by the source follower operation is output from the source. Has become.

【0044】又、各画素1の増幅用トランジスタQAの
ソースは、マトリックス配置の各列毎に垂直読み出し線
2a,2bに、各々共通接続されている。一方、転送用
MOSトランジスタQTのゲートは、垂直走査回路6に
接続されたクロックライン3a,3bに共通接続され、
垂直走査回路6からローレベルの駆動パルスφTG1ま
たはφTG2が与えられると、当該転送用MOSトラン
ジスタQTが各行毎に順次オンするようになっている。
尚、垂直走査回路6、クロックライン3a,3b,4
a,4b…等によって垂直走査手段が構成されている。
The source of the amplifying transistor QA of each pixel 1 is commonly connected to the vertical readout lines 2a and 2b for each column of the matrix arrangement. On the other hand, the gate of the transfer MOS transistor QT is commonly connected to the clock lines 3a and 3b connected to the vertical scanning circuit 6,
When a low-level drive pulse φTG1 or φTG2 is supplied from the vertical scanning circuit 6, the transfer MOS transistors QT are sequentially turned on for each row.
The vertical scanning circuit 6, the clock lines 3a, 3b, 4
a, 4b, etc. constitute a vertical scanning means.

【0045】又、リセット用MOSトランジスタQPの
ドレインは、各行毎に垂直走査回路6に接続されたクロ
ックライン4a,4bに共通接続され、そのゲートは、
行ライン5aを介して駆動パルス発生回路(図示省略)
側のノード5に接続されている。又、リセット用MOS
トランジスタQPのソースは、転送用MOSトランジス
タQTのドレインと共有になっている。そして、リセッ
ト用MOSトランジスタQPのゲートに前記駆動パルス
発生回路からローレベルのパルスφRGが与えられる
と、該リセット用MOSトランジスタQPがオンするよ
うになっている。
The drains of the reset MOS transistors QP are commonly connected to clock lines 4a and 4b connected to the vertical scanning circuit 6 for each row, and the gates thereof are
Drive pulse generation circuit (not shown) via row line 5a
Side node 5. Also, reset MOS
The source of the transistor QP is shared with the drain of the transfer MOS transistor QT. When a low-level pulse φRG is supplied from the drive pulse generation circuit to the gate of the reset MOS transistor QP, the reset MOS transistor QP is turned on.

【0046】又、前記した垂直読み出し線2a,2bの
途中には、各列毎に2値化回路(2値化手段)7が配置
されている(図中破線で示す)。この2値化回路7の出
力側の垂直読み出し線2a,2bには、スイッチ用MO
Sトランジスタ(nチャネル型)QO1,QO2を介し
て、2値化信号蓄積用コンデンサCO1,CO2の一方
の端子が接続されている。
In the middle of the above-mentioned vertical read lines 2a and 2b, a binarizing circuit (binarizing means) 7 is arranged for each column (shown by a broken line in the figure). The vertical read lines 2a and 2b on the output side of the binarization circuit 7 are
One terminals of binarized signal storage capacitors CO1 and CO2 are connected via S transistors (n-channel type) QO1 and QO2.

【0047】更に、2値化信号蓄積用コンデンサCO
1,CO2の前記一方の端子には、水平読み出しスイッ
チ用MOSトランジスタ(nチャネル型)QH1,QH
2を介して水平読み出しライン12が接続され、その後
段に、出力バッファアンプ15が接続されている。尚、
2値化信号蓄積用コンデンサCO1,CO2の他方の端
子は接地されている。
Further, a binary signal storage capacitor CO
1 and CO2 are connected to the horizontal readout switch MOS transistors (n-channel type) QH1 and QH, respectively.
2, a horizontal read line 12 is connected, and an output buffer amplifier 15 is connected to the subsequent stage. still,
The other terminals of the binarized signal storage capacitors CO1 and CO2 are grounded.

【0048】この場合、前記スイッチ用MOSトランジ
スタQO1,QO2のゲートは、クロックライン10a
を介して駆動パルス発生回路(図示省略)側のノード1
0に接続されており、駆動パルス発生回路からハイレベ
ルの駆動パルスφTOが、前記スイッチ用MOSトラン
ジスタQO1,QO2のゲートに与えられたときに、ス
イッチ用MOSトランジスタQO1,QO2がオンす
る。
In this case, the gates of the switching MOS transistors QO1 and QO2 are connected to the clock line 10a.
Through the node 1 on the side of the drive pulse generation circuit (not shown)
The switching MOS transistors QO1 and QO2 are turned on when a high-level driving pulse φTO is supplied to the gates of the switching MOS transistors QO1 and QO2 from the driving pulse generation circuit.

【0049】又、前記水平読み出しスイッチ用MOSト
ランジスタQH1,QH2の各ゲートは、水平選択信号
ライン11a,11bに各々接続されており、前記水平
走査回路13に接続された水平走査回路13からハイレ
ベルの駆動パルスφH1,φH2が前記水平読み出しス
イッチ用MOSトランジスタQH1,QH2の各ゲート
に与えられたときこれらがオンして、水平読み出しの制
御(水平走査)が行われるようになっている。尚、水平
選択信号ライン11a,11b、水平走査回路13等に
よって水平走査手段が構成されている。
The gates of the horizontal readout switch MOS transistors QH1 and QH2 are connected to horizontal selection signal lines 11a and 11b, respectively, so that the horizontal scanning circuit 13 connected to the horizontal scanning circuit 13 has a high level. When the drive pulses φH1 and φH2 are applied to the gates of the horizontal readout switch MOS transistors QH1 and QH2, they are turned on, and horizontal readout control (horizontal scanning) is performed. The horizontal scanning means is constituted by the horizontal selection signal lines 11a and 11b, the horizontal scanning circuit 13, and the like.

【0050】又、前記水平読み出し線12には、リセッ
トスイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル型)QR
SHのドレインが接続されている。このリセットスイッ
チ用MOSトランジスタQRSHは、そのソースが接地
されている。そして、このリセットスイッチ用MOSト
ランジスタQRSHのゲートには、クロックライン14
aが接続され、該クロックライン14aは駆動パルス発
生回路(図示省略)側のノード14に接続されている。
そして駆動パルス発生回路からハイレベルの駆動パルス
φRSHが該リセットスイッチ用MOSトランジスタQ
RSHのゲートに与えられたときに、該リセットスイッ
チ用MOSトランジスタQRSHはオンするようになっ
ている。
The horizontal read line 12 has a reset switch MOS transistor (n-channel type) QR
The drain of SH is connected. The source of the reset switch MOS transistor QRSH is grounded. The gate of the reset switch MOS transistor QRSH is connected to the clock line 14.
The clock line 14a is connected to a node 14 on the side of a drive pulse generating circuit (not shown).
Then, the high-level drive pulse φRSH is supplied from the drive pulse generation circuit to the reset switch MOS transistor Q.
When applied to the gate of RSH, the reset switch MOS transistor QRSH is turned on.

【0051】又、前記垂直読み出し線2a,2bは、各
列毎にリセットスイッチ用MOSトランジスタ(nチャ
ネル型)QRSV1,QRSV2のドレインと、各定電
流源17a,17bとに接続されている。このときリセ
ットスイッチ用MOSトランジスタQRSV1,QRS
V2のソースは接地され、各定電流源17a,17bに
は電源電圧VC(負)が接続されている。
The vertical read lines 2a and 2b are connected to the drains of reset switch MOS transistors (n-channel type) QRSV1 and QRSV2 and the constant current sources 17a and 17b for each column. At this time, the reset switch MOS transistors QRSV1 and QRS
The source of V2 is grounded, and a power supply voltage VC (negative) is connected to each of the constant current sources 17a and 17b.

【0052】そして、前記リセットスイッチ用MOSト
ランジスタQRSV1,QRSV2のゲートは、クロッ
クライン16aを介して駆動パルス発生回路(図示省
略)側のノード16に接続され、該駆動パルス発生回路
から送出される駆動パルスφRSVが、前記リセットス
イッチ用MOSトランジスタQRSV1,QRSV2の
ゲートに与えられたときに、該リセットスイッチ用MO
SトランジスタQRSV1,QRSV2がオンするよう
になっている。
The gates of the reset switch MOS transistors QRSV1 and QRSV2 are connected via a clock line 16a to a node 16 on the side of a drive pulse generating circuit (not shown), and the drive transmitted from the drive pulse generating circuit is provided. When the pulse φRSV is applied to the gates of the reset switch MOS transistors QRSV1 and QRSV2, the reset switch MO transistor
The S transistors QRSV1 and QRSV2 are turned on.

【0053】ところで、前記した2値化回路7(図1中
破線で示す)は、各々ノードn1,n2で2本の読み出
し線2a−1,2a−2、2b−1,2b−1に分岐さ
れた垂直読み出し線2a,2bに配置されている。即
ち、読み出し線2a−1,2b−1にスイッチ用MOS
トランジスタ(nチャネル型)QR(転送切換手段)と
基準信号蓄積用コンデンサCR(第2の記憶手段)とが
接続されている。又、読み出し線2a−2,2b−2に
スイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル型)QS
(転送切換手段)と出力信号蓄積用コンデンサCS(第
1の記憶手段)とが接続されている。
The above-mentioned binarization circuit 7 (shown by broken lines in FIG. 1) branches to two read lines 2a-1, 2a-2, 2b-1, and 2b-1 at nodes n1 and n2, respectively. The vertical read lines 2a and 2b are arranged. That is, the switching MOS is connected to the readout lines 2a-1 and 2b-1.
A transistor (n-channel type) QR (transfer switching means) and a reference signal storage capacitor CR (second storage means) are connected. Further, a switching MOS transistor (n-channel type) QS is connected to the readout lines 2a-2 and 2b-2.
(Transfer switching means) and an output signal storage capacitor CS (first storage means) are connected.

【0054】そして、上記分岐された2本の読み出し線
2a−1,2a−2、読み出し線2b−1,2b−1は
共に電圧比較器AC(比較手段)に接続されている。し
かして、この電圧比較器ACから2値化された信号(2
値化信号)が出力される。一方、スイッチ用MOSトラ
ンジスタQS,QRのゲートは、クロックライン8a,
9aを介してそれぞれ駆動パルス発生回路(図示省略)
側のノード8,9に接続され、該駆動パルス発生回路か
ら各々ハイレベルの駆動パルスφTS,φTRがゲート
に各々与えられると、これらスイッチ用MOSトランジ
スタQS,QRがオンするようになっている。
The two read lines 2a-1 and 2a-2 and the read lines 2b-1 and 2b-1 are both connected to a voltage comparator AC (comparing means). Thus, the binary signal (2
Is output. On the other hand, the gates of the switching MOS transistors QS, QR are connected to the clock lines 8a,
Drive pulse generating circuits (not shown) through 9a
The switching MOS transistors QS and QR are turned on when high-level driving pulses φTS and φTR are respectively supplied to the gates from the driving pulse generating circuit.

【0055】次に、上記構成の2値化信号形成用固体撮
像装置10の動作について、図2のタイミングチャート
を参照して説明する。尚、図2において、期間t10〜
t17は、図1の第1行目の画素1の読み出し動作を示
しており、期間t20〜t27は、第2行目の画素1の
読み出し動作を示している。
Next, the operation of the binary signal forming solid-state imaging device 10 having the above configuration will be described with reference to the timing chart of FIG. Note that, in FIG.
t17 indicates the readout operation of the pixel 1 in the first row in FIG. 1, and the period t20 to t27 indicates the readout operation of the pixel 1 in the second row.

【0056】図2に示すように、期間t10に至る前、
駆動パルスφTG1,φTG2はハイレベルに保持さ
れ、駆動パルスφRD1,φRD2はローレベル(電圧
レベルVRS)に保持され、駆動パルスφRGはハイレ
ベルに保持され、駆動パルスφRSV,駆動パルスφT
R,φTSはローレベルに保持され、駆動パルスφTO
はローレベルに保持されている。尚、駆動パルスφH
1,φH2、駆動パルスφRSHは全てローレベルに保
持されている。
As shown in FIG. 2, before the period t10,
The drive pulses φTG1 and φTG2 are held at a high level, the drive pulses φRD1 and φRD2 are held at a low level (voltage level VRS), the drive pulse φRG is held at a high level, and the drive pulses φRSV and φT
R and φTS are held at the low level, and the driving pulse φTO
Is held at a low level. Note that the drive pulse φH
1, φH2 and the drive pulse φRSH are all held at a low level.

【0057】そして、期間t10に至ると、駆動パルス
φRGはローレベルに反転され、駆動パルスφRSVは
ハイレベルに反転され、駆動パルスφTR,φTSがハ
イレベルに反転される。
Then, during the period t10, the driving pulse φRG is inverted to a low level, the driving pulse φRSV is inverted to a high level, and the driving pulses φTR and φTS are inverted to a high level.

【0058】しかして、駆動パルスφRGがローレベル
になるとリセット用MOSトランジスタ(pチャネル
型)QPはオンとなる。又、駆動パルスφRSVがハイ
レベルになるとリセットスイッチ用MOSトランジスタ
(nチャネル型)QRSV1,QRSV2がオンとな
る。又、駆動パルスφTR,φTSがハイレベルになる
とスイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル型)Q
R,QSはオンとなる。
When the driving pulse φRG goes low, the reset MOS transistor (p-channel type) QP is turned on. When the drive pulse φRSV goes high, the reset switch MOS transistors (n-channel type) QRSV1 and QRSV2 are turned on. When the driving pulses φTR and φTS become high level, the switching MOS transistor (n-channel type) Q
R and QS are turned on.

【0059】このとき、駆動パルスφTOはローレベル
に保持されているため、スイッチ用MOSトランジスタ
QO1,QO2はオフとなっている。更に、駆動パルス
φRD1,φRD2は、共に電圧レベルVRS(ローレ
ベル)となっており、オンとなっているリセット用トラ
ンジスタQPを介してその電圧VRSが各増幅用トラン
ジスタQAのゲート(制御領域)に伝わるようになって
いる。
At this time, since the drive pulse φTO is held at a low level, the switching MOS transistors QO1 and QO2 are off. Further, the drive pulses φRD1 and φRD2 are both at the voltage level VRS (low level), and the voltage VRS is applied to the gate (control region) of each amplifying transistor QA via the reset transistor QP which is turned on. It is transmitted.

【0060】このとき増幅用トランジスタQAのゲート
(制御領域)は電圧レベルVRSにバイアスされる。こ
の電位はローレベルであり、該増幅用トランジスタQA
はオフとなる。又、この期間t10では、上記したよう
にリセットスイッチ用MOSトランジスタQRSV1,
QRSV2が、共にオンとなっているため、全ての画素
1の増幅用トランジスタQAのソースが接地される。
At this time, the gate (control region) of the amplifying transistor QA is biased to the voltage level VRS. This potential is at a low level, and the amplification transistor QA
Turns off. In this period t10, as described above, the reset switch MOS transistors QRSV1, QRSV1,
Since both the QRSVs 2 are on, the sources of the amplifying transistors QA of all the pixels 1 are grounded.

【0061】このとき(期間t10)、スイッチ用MO
SトランジスタQR,QSは上記のようにオンされてい
るので、基準信号蓄積用コンデンサCR及び出力信号蓄
積用コンデンサCSに残留する信号電荷も定電流源17
a,17b側に排出される(リセット)。尚、この期間
t10においては、駆動パルスφTG1,φTG2が共
にハイレベルに保持されているため、転送用MOSトラ
ンジスタ(pチャネル型)QTがオフとなっており、各
フォトダイオードPDでは、入射光に応じた電荷(信号
電荷)が生成され、蓄積されている。
At this time (period t10), the switch MO
Since the S transistors QR and QS are turned on as described above, the signal charges remaining in the reference signal storage capacitor CR and the output signal storage capacitor CS are also transferred to the constant current source 17.
a and 17b (reset). In this period t10, since the driving pulses φTG1 and φTG2 are both held at a high level, the transfer MOS transistor (p-channel type) QT is turned off, and each photodiode PD receives incident light. Corresponding charges (signal charges) are generated and accumulated.

【0062】次に、期間t11に至ると、駆動パルスφ
RD1は基準電圧レベルVRFにされ、駆動パルスφT
Sはローレベルに反転される。上記ローレベルの駆動パ
ルスφTSによってスイッチ用MOSトランジスタ(n
チャネル型)QSはオフとなる。又、このとき既にオン
に保持されている第1行目のリセット用MOSトランジ
スタQPを介して、前記基準電圧レベルVRFが第1行
目の各画素1の増幅用トランジスタQAのゲート(制御
領域)に供給される。
Next, during the period t11, the driving pulse φ
RD1 is set to the reference voltage level VRF, and the drive pulse φT
S is inverted to low level. The switching MOS transistor (n
The channel type) QS is turned off. Further, at this time, the reference voltage level VRF is applied to the gate (control region) of the amplifying transistor QA of each pixel 1 in the first row via the resetting MOS transistor QP in the first row already held on. Supplied to

【0063】このように基準電圧レベルVRFが供給さ
れた第1行目の増幅用トランジスタQAはオンすると共
に、該増幅用トランジスタQAのゲート(制御領域)が
基準電圧レベルVRFにバイアスされる。尚、第2行目
の各増幅用トランジスタQAは、駆動パルスφRD2が
ローレベル(電圧レベルVRS)のままであるため、ゲ
ート(制御領域)が電圧レベルVRSのままでオフ(非
選択)に保持される。
The first-row amplifying transistor QA supplied with the reference voltage level VRF in this way is turned on, and the gate (control region) of the amplifying transistor QA is biased to the reference voltage level VRF. Since the drive pulse φRD2 remains at the low level (voltage level VRS), the gate (control region) of each amplification transistor QA in the second row is kept off (unselected) while maintaining the voltage level VRS. Is done.

【0064】次に、期間t12に至ると、駆動パルスφ
RD1が電圧レベルVRS(ローレベル)にされ、駆動
パルスφRGがハイレベルに、駆動パルスφRSVがロ
ーレベルに反転される。前記駆動パルスφRGがハイレ
ベルとなることによってリセット用MOSトランジスタ
(pチャネル型)QPがオフとなって、第1行目の増幅
用トランジスタQAのゲート(制御領域)はフローティ
ング状態となるが、該増幅用トランジスタQAのゲート
に寄生する容量によって、該ゲートの電圧は前記基準電
圧レベルVRFにバイアスされたまま、その状態が保持
される。
Next, when the period t12 is reached, the driving pulse φ
RD1 is set to voltage level VRS (low level), drive pulse φRG is inverted to high level, and drive pulse φRSV is inverted to low level. When the drive pulse φRG goes high, the reset MOS transistor (p-channel type) QP is turned off, and the gate (control region) of the first row amplifying transistor QA is in a floating state. Due to the parasitic capacitance of the gate of the amplifying transistor QA, the state of the gate voltage is maintained while being biased to the reference voltage level VRF.

【0065】又、この期間t12においては、上記のよ
うに駆動パルスφRSVがローレベルとなるので、リセ
ットスイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル型)Q
RSV1,QRSV2が共にオフとなる。尚、駆動パル
スTSは、ローレベルのままであるからスイッチ用MO
Sトランジスタ(nチャネル型)QSはオフのままであ
る。
In this period t12, since the drive pulse φRSV is at the low level as described above, the reset switch MOS transistor (n-channel type) Q
RSV1 and QRSV2 are both turned off. Since the drive pulse TS remains at the low level, the switch MO
The S transistor (n-channel type) QS remains off.

【0066】この結果、期間t12においては、期間t
11において選択(オン)された第1行目の増幅用トラ
ンジスタQAがソースホロア動作をし、該増幅用トラン
ジスタQAのソースの電位(この電位をVSRとする)
は、そのソース・ドレイン間に流れる電流(ドレイン電
流)がIB(定電流源17a,17bに流れる電流値)
になるまで上昇する。しかして、このとき電流(ドレイ
ン電流)IBは、すでにオンとなっているスイッチ用M
OSトランジスタQRを介して、基準信号蓄積用コンデ
ンサCRに流れ、その両端の電圧がVSRとなるように
充電される。
As a result, during the period t12, the period t
11, the amplifying transistor QA in the first row selected (turned on) performs a source follower operation, and the potential of the source of the amplifying transistor QA (this potential is referred to as VSR).
Means that the current (drain current) flowing between the source and the drain is IB (current value flowing through the constant current sources 17a and 17b)
Rise until At this time, the current (drain current) IB is equal to the switch M which is already turned on.
It flows through the OS transistor QR to the reference signal storage capacitor CR, and is charged so that the voltage across the both ends becomes VSR.

【0067】尚、期間t12では、ソースホロア動作に
よってソース・ドレイン間に流れる電流がIBになった
とき、増幅用トランジスタQAのソースの電位VSR
は、次式(1)に示される値になる。 VSR=VRF−VT …(1) ここで、VTは各増幅用トランジスタQAのドレイン電
流がIBのときのゲート・ソース間電圧である。
In the period t12, when the current flowing between the source and the drain becomes IB due to the source follower operation, the potential VSR of the source of the amplifying transistor QA
Is a value represented by the following equation (1). VSR = VRF-VT (1) Here, VT is a gate-source voltage when the drain current of each amplifying transistor QA is IB.

【0068】次に、期間t13に至ると、駆動パルスφ
RGがローレベルに反転され、駆動パルスφTRがロー
レベルに反転される。駆動パルスφTRがローレベルと
なることによりスイッチ用MOSトランジスタ(nチャ
ネル型)QRがオフとなり、基準信号蓄積用コンデンサ
CRは、期間t12で充電された前記式(1)で表され
る電位VSRを保持する。
Next, during the period t13, the driving pulse φ
RG is inverted to low level, and drive pulse φTR is inverted to low level. When the drive pulse φTR goes low, the switching MOS transistor (n-channel type) QR is turned off, and the reference signal storage capacitor CR receives the potential VSR represented by the above equation (1) charged in the period t12. Hold.

【0069】又、駆動パルスφRGがローレベルとなる
ことにより、リセット用MOSトランジスタ(pチャネ
ル型)QPはオンとなる。次に、期間t14に至ると、
駆動パルスφRD1が電圧レベルVRD(=読み出しレ
ベル<VRF)となる。このとき、既ににオンとなって
いる第1行目の各リセットスイッチ用MOSトランジス
タQPを介して、前記電圧VRDが第1行目の各増幅用
トランジスタQAのゲート(制御領域)に伝わり、該ゲ
ートは、読み出しレベルVRDにバイアスされる。
When the drive pulse φRG goes low, the reset MOS transistor (p-channel type) QP is turned on. Next, when the period t14 is reached,
The drive pulse φRD1 has the voltage level VRD (= read level <VRF). At this time, the voltage VRD is transmitted to the gate (control region) of each of the amplifying transistors QA in the first row through the reset switch MOS transistors QP in the first row that have already been turned on. The gate is biased to the read level VRD.

【0070】次に、期間t15に至ると、駆動パルスφ
TG1がローレベルに反転され、駆動パルスφRD1が
ローレベル(電圧レベルVRS)に反転され、駆動パル
スφRGがハイレベルに反転される。そして、駆動パル
スφRGがハイレベルに反転されることにより、前記リ
セット用MOSトランジスタQPがオフとなって、第1
行目の増幅用トランジスタQAのゲート(制御領域)が
フローティング状態となるが、当該MOSトランジスタ
QPのゲートに寄生する容量によって、該ゲートの電圧
は、電圧レベルVRDにバイアスされたまま保持され
る。
Next, when the period t15 is reached, the driving pulse φ
TG1 is inverted to low level, drive pulse φRD1 is inverted to low level (voltage level VRS), and drive pulse φRG is inverted to high level. When the drive pulse φRG is inverted to the high level, the reset MOS transistor QP is turned off, and the first
Although the gate (control region) of the amplifying transistor QA in the row is in a floating state, the voltage of the gate is kept biased at the voltage level VRD by the parasitic capacitance of the gate of the MOS transistor QP.

【0071】又、駆動パルスφTG1がローレベルに反
転されることにより、第1行目の画素1の転送用MOS
トランジスタQTがオンする。このとき、第1行目の画
素1のフォトダイオードPDにおいて生成され、蓄積さ
れていた信号電荷は、第1行目の画素1の増幅用トラン
ジスタQAのゲート(制御領域)に転送される。そし
て、この信号電荷の転送により、第1行目の増幅用トラ
ンジスタQAからは、ソースホロア動作によって、ゲー
ト(制御領域)に受け取った電荷(信号電荷)に応じた
電気信号(電圧信号)が垂直読み出し線2a,2bに出
力される。
Further, when the driving pulse φTG1 is inverted to the low level, the transfer MOS of the pixel 1 in the first row is changed.
The transistor QT turns on. At this time, the signal charge generated and accumulated in the photodiode PD of the pixel 1 on the first row is transferred to the gate (control region) of the amplification transistor QA of the pixel 1 on the first row. Then, due to the transfer of the signal charge, an electric signal (voltage signal) corresponding to the charge (signal charge) received in the gate (control region) is vertically read from the amplifying transistor QA in the first row by the source follower operation. Output to lines 2a and 2b.

【0072】即ち、上記のように増幅用トランジスタQ
Aのゲート(制御領域)にフォトダイオードPDから入
射光に応じた信号電荷が供給されると、増幅用トランジ
スタQAのゲートの電位も、供給された電荷に応じて上
昇する。そして、この電位の上昇によって、第1行目の
増幅用トランジスタQAがソースホロア動作をし、当該
増幅用トランジスタQAのソースの電位も、前記ゲート
の電位の上昇分に応じて上昇することになる。
That is, as described above, the amplification transistor Q
When the signal charge corresponding to the incident light is supplied from the photodiode PD to the gate (control region) of A, the potential of the gate of the amplifying transistor QA also increases according to the supplied charge. The rise in the potential causes the amplifying transistor QA in the first row to perform a source follower operation, and the source potential of the amplifying transistor QA also rises in accordance with the rise in the gate potential.

【0073】そして、期間t15の終了時、即ち期間t
16の開始時、今度は、駆動パルスφTG1がハイレベ
ルに反転され、第1行目の転送用MOSトランジスタQ
Tが再びオフとなる。この転送用MOSトランジスタQ
Tのオフによって、第1行目の画素1のフォトダイオー
ドにおいて生成され、蓄積された信号電荷の転送が終了
し、第1行目の増幅用トランジスタQAのゲート(制御
領域)は再びフローティング状態となるが、増幅用トラ
ンジスタQAのゲートに寄生する容量によって、該ゲー
トの電圧は、フォトダイオードPDから転送された信号
電荷の分だけ上昇したまま保持される。
At the end of the period t15, that is, the period t15
At the start of the drive pulse 16, the drive pulse φTG1 is inverted to the high level, and the transfer MOS transistor Q
T turns off again. This transfer MOS transistor Q
When T is turned off, the transfer of the signal charges generated and accumulated in the photodiodes of the pixels 1 in the first row ends, and the gate (control region) of the amplifying transistor QA in the first row returns to the floating state again. However, the voltage of the gate of the amplifying transistor QA is maintained as it is raised by the amount of the signal charges transferred from the photodiode PD due to the parasitic capacitance of the gate of the amplifying transistor QA.

【0074】次に、期間t16に至ると、駆動パルスφ
TS、φTOがハイレベルに反転される。そして、駆動
パルスφTSがハイレベルとなることで、スイッチ用M
OSトランジスタ(nチャネル型)QSがオンになる。
このスイッチ用MOSトランジスタQSのオンによっ
て、第1行目の増幅用トランジスタQAのソースの電位
に応じた電荷が、出力信号蓄積用コンデンサCSに充電
される。
Next, when the period t16 is reached, the driving pulse φ
TS and φTO are inverted to high level. When the drive pulse φTS goes high, the switch M
The OS transistor (n-channel type) QS is turned on.
By turning on the switching MOS transistor QS, an electric charge corresponding to the potential of the source of the amplification transistor QA in the first row is charged in the output signal storage capacitor CS.

【0075】一方、駆動パルスφTOがハイレベルとな
ることによって、スイッチ用MOSトランジスタQO
1,QO2が共にオンとなる。ところで、この期間t1
6でも、増幅用トランジスタQAのソースホロア動作に
よってソース・ドレイン間に流れる電流がIBになった
とき、該増幅用トランジスタQAのソースの電位(VS
Sで表す)は、以下の式(2)で示される値となる。
On the other hand, when the drive pulse φTO goes high, the switching MOS transistor QO
1 and QO2 are both turned on. By the way, this period t1
6, when the current flowing between the source and the drain becomes IB due to the source follower operation of the amplifying transistor QA, the potential of the source of the amplifying transistor QA (VSS
S) is a value represented by the following equation (2).

【0076】 VSS=VRD+VS−VT …(2) ここで、VTは各増幅用トランジスタQAのドレイン電
流がIBのときのゲート・ソース間電圧、VSは(入射
光に応じた電荷/ゲート容量)であらわされるゲート電
位の上昇分である。
VSS = VRD + VS−VT (2) Here, VT is a gate-source voltage when the drain current of each amplifying transistor QA is IB, and VS is (charge / gate capacitance according to incident light). This is the rise in the gate potential that is represented.

【0077】また、駆動パルスφTSがハイレベルであ
るため(スイッチ用MOSトランジスタQSがオン)、
出力信号蓄積用コンデンサCSの両端は、当該期間t1
6で充電された前記式(2)で表される電位VSSとな
る。尚、この電位VSSは、期間t16の終了時(期間
t17の開始時)に前記駆動パルスφTSがローレベル
に反転されてスイッチ用MOSトランジスタQSがオフ
となる時点までに、出力信号蓄積用コンデンサCSに充
電される。
Further, since the driving pulse φTS is at a high level (the switching MOS transistor QS is on),
Both ends of the output signal storage capacitor CS are connected during the period t1.
6 is charged to the potential VSS represented by the above equation (2). Note that this potential VSS is not changed until the drive pulse φTS is inverted to the low level at the end of the period t16 (at the start of the period t17) and the switching MOS transistor QS is turned off. Is charged.

【0078】このように、基準信号蓄積用コンデンサC
Rの両端には電圧VSD(=VRF−VT)が保持さ
れ、出力信号蓄積用コンデンサCSの両端が電圧VSS
(=VRD+VS−VT)となることで、電圧比較器A
Cからは、これら基準信号蓄積用コンデンサCRと出力
信号蓄積用コンデンサCSに生じた、電圧VSDとVS
Sの大小が比較され、この比較結果をあらわす2値化信
号が出力される。
As described above, the reference signal storage capacitor C
A voltage VSD (= VRF−VT) is held at both ends of R, and both ends of the output signal storage capacitor CS are connected to the voltage VSS.
(= VRD + VS−VT), the voltage comparator A
C, the voltages VSD and VS generated in the reference signal storage capacitor CR and the output signal storage capacitor CS are generated.
The magnitudes of S are compared, and a binarized signal representing the comparison result is output.

【0079】又、この期間t16では駆動パルスφTO
がハイレベルであるため、スイッチ用MOSトランジス
タ(nチャネル型)QO1,QO2がオンとなってお
り、これらスイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル
型)QO1,QO2を介して、2値化信号の値が、2値
化信号蓄積用コンデンサCO1,CO2に蓄えられる。
尚、このとき駆動パルスφH1,φH2は共にローレベ
ルで、スイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル型)
QH1,QH2は共にオフとなっている。
In the period t16, the driving pulse φTO
Is at a high level, the switching MOS transistors (n-channel type) QO1 and QO2 are turned on, and the value of the binarized signal is changed via these switching MOS transistors (n-channel type) QO1 and QO2. Are stored in the binarized signal storage capacitors CO1 and CO2.
At this time, the drive pulses φH1 and φH2 are both at low level, and the switching MOS transistor (n-channel type)
QH1 and QH2 are both off.

【0080】ところで、基準電圧レベルVRFに関して
は、読み出し電圧VRDより大きな値であれば、その値
を任意に設定することができる。今仮に、基準電圧レベ
ルを読み出し電圧VRDを基準に設定するのであれば
(例えば、読み出し電圧VRDと基準電圧VREFとの
和に設定)、基準電圧VREFと前記した信号電圧VS
とを直接比較することができる。
Incidentally, the reference voltage level VRF can be set arbitrarily as long as the value is higher than the read voltage VRD. If the reference voltage level is set based on the read voltage VRD (for example, set to the sum of the read voltage VRD and the reference voltage VREF), the reference voltage VREF and the signal voltage VS are used.
And can be directly compared.

【0081】このときの基準電圧レベルをVSR1とす
ると、VSR1の値は、次式(3)で表される。 VSR1=VRF−VT=VRD+VREF−VT …(3) 従って、電圧VSSと電圧VSR1との差分(比較結
果)は、次式(4)に示す関係となる。
Assuming that the reference voltage level at this time is VSR1, the value of VSR1 is expressed by the following equation (3). VSR1 = VRF-VT = VRD + VREF-VT (3) Accordingly, the difference (comparison result) between the voltage VSS and the voltage VSR1 has a relationship represented by the following equation (4).

【0082】 VSS−VSR1 =(VRD+VS−VT)−(VRD+VREF−VT) =VS−VREF …(4) 従って、電圧比較器ACの出力は、フォトダイオードP
Dで得られた電荷に応じた信号電圧VSと、基準電圧V
REFとを比較して得られた2値化信号となる。
VSS−VSR1 = (VRD + VS−VT) − (VRD + VREF−VT) = VS−VREF (4) Therefore, the output of the voltage comparator AC is the photodiode P
D, a signal voltage VS corresponding to the charge obtained at D, and a reference voltage V
REF and a binarized signal obtained by comparison.

【0083】しかして、入射光に応じた信号電圧VSが
基準電圧VREFより大きければ、電圧比較器ACの出
力は、電源電圧VD(ハイレベル)となり、入射光に応
じた信号電圧VSが基準電圧(VREF)より小さけれ
ば、電圧比較器ACの出力は、接地レベル(ローレベ
ル)となる。換言すれば、入射光に応じた信号電圧VS
は基準電圧VREFをスレッショルドレベルとして、電
圧比較器ACで2値化信号に変換されることとなる。
If the signal voltage VS corresponding to the incident light is higher than the reference voltage VREF, the output of the voltage comparator AC becomes the power supply voltage VD (high level), and the signal voltage VS corresponding to the incident light becomes the reference voltage VD. If it is smaller than (VREF), the output of the voltage comparator AC is at the ground level (low level). In other words, the signal voltage VS corresponding to the incident light
Is converted to a binary signal by the voltage comparator AC with the reference voltage VREF as a threshold level.

【0084】尚、上式(1)〜(4)におけるゲート・
ソース間電圧VTの値は、増幅用トランジスタQA毎
に、ばらつき、固定パターン雑音の要因となることが知
られている。しかして、上述のように、ともに同じ増幅
用トランジスタQAのドレイン電流が一定の値IBとな
るようにして、電気信号(信号電圧)と基準信号(基準
電圧)を読み出して比較するので、2値化信号に変換す
る際に、各画素1の増幅用トランジスタQA毎のばらつ
きに起因する固定パターン雑音の当該2値化信号への影
響を除去することができる。
The gates in the above equations (1) to (4)
It is known that the value of the source-to-source voltage VT is a factor of variation and fixed pattern noise for each amplifying transistor QA. As described above, the electric signal (signal voltage) and the reference signal (reference voltage) are read out and compared with each other so that the drain current of the same amplifying transistor QA has a constant value IB. When converting into a binarized signal, it is possible to remove the influence of the fixed pattern noise on the binarized signal due to the variation of each amplifying transistor QA of each pixel 1.

【0085】このように電圧比較器ACから出力された
2値化信号は、この時点(期間t16)でオンに保持さ
れているスイッチ用MOSトランジスタQO1,QO2
を介して、2値化信号蓄積用コンデンサCO1,CO2
に充電される。
The binarized signal output from the voltage comparator AC is the switching MOS transistors QO1 and QO2 which are held on at this time (period t16).
, Binarized signal storage capacitors CO1, CO2
Is charged.

【0086】そして、上記期間t16の終了時には、駆
動パルスφTOがローレベルに反転されるので、スイッ
チ用MOSトランジスタQO1,QO2がオフとなり、
2値化信号蓄積用コンデンサCO1,CO2はフローテ
ィング状態となる。この結果、2値化信号は、2値化信
号蓄積用コンデンサCO1,CO2に各々保持される。
次に、期間t17に至ると、水平走査回路13からの駆
動パルスφH1が一定期間ハイレベルに立ち上げられそ
の後ローレベルに保持される。
At the end of the period t16, the driving pulse φTO is inverted to low level, so that the switching MOS transistors QO1 and QO2 are turned off,
The capacitors CO1 and CO2 for storing binarized signals are in a floating state. As a result, the binarized signal is held in the binarized signal storage capacitors CO1 and CO2, respectively.
Next, when the period t17 is reached, the driving pulse φH1 from the horizontal scanning circuit 13 rises to a high level for a certain period, and is thereafter kept at a low level.

【0087】又、駆動パルスφH2に関しては、前記駆
動パルスφH1がローレベルに保持された後、所定間隔
おいて一定期間ハイレベルに立ち上げられその後ローレ
ベルに保持される。更に、駆動パルスφRSHに関して
は、前記駆動パルスφH1がローレベルに立ち下がった
後で駆動φH2が立ち上がる前までの間に、一定期間ハ
イレベルに立ち上げられその後ローレベルに保持され、
その後、前記駆動パルスφH2がローレベルに立ち下が
った後、再び一定期間ハイレベルに立ち上げられその後
ローレベルに保持される。
The drive pulse φH2 is raised to a high level for a predetermined period at predetermined intervals after the drive pulse φH1 is held at a low level, and is then held at a low level. Further, the drive pulse φRSH is raised to a high level for a certain period of time after the drive pulse φH1 falls to a low level and before the drive φH2 rises, and is thereafter held at a low level.
Then, after the drive pulse φH2 falls to a low level, the drive pulse φH2 rises to a high level again for a certain period of time, and is thereafter kept at a low level.

【0088】しかして、駆動パルスφH1のハイレベル
の切換によって、2値化信号蓄積用コンデンサCO1に
保持されている2値化信号は、その切換タイミングで水
平読み出し線12に読み出され、出力バッファアンプ1
5を介して、順次出力端子VOに出力される。続く、駆
動パルスφRSHのハイレベルの切換によって、リセッ
トスイッチ用MOSトランジスタQRSHがオンされる
と、前記水平読み出し線12がリセット(初期化)され
る。これは、水平読み出し線12の寄生容量により、電
圧信号が水平読み出し線12に読み出されたときこの電
気信号(電圧信号)の一部が当該寄生容量に保持される
ため、この水平読み出し線12に残留している電気信号
を、リセットするためのものである。
When the driving pulse φH1 is switched to the high level, the binarized signal held in the binarized signal storage capacitor CO1 is read out to the horizontal read line 12 at the switching timing, and is output to the output buffer. Amplifier 1
5 sequentially output to the output terminal VO. Subsequently, when the reset switch MOS transistor QRSH is turned on by the high-level switching of the drive pulse φRSH, the horizontal read line 12 is reset (initialized). This is because, when a voltage signal is read out to the horizontal read line 12 by the parasitic capacitance of the horizontal read line 12, a part of the electric signal (voltage signal) is held in the parasitic capacitance. This is for resetting the electric signal remaining in the device.

【0089】そして、駆動パルスφH2のハイレベルの
切換によって、2値化信号蓄積用コンデンサCO2に保
持されている2値化信号は、その切換タイミングで水平
読み出し線12に読み出され、出力バッファアンプ15
を介して、順次出力端子VOに出力される。最後に、駆
動パルスφRSHがハイレベルに切り換ると、リセット
スイッチ用MOSトランジスタQRSHがオンされ、再
び前記水平読み出し線12がリセット(初期化)され
る。
When the drive pulse φH2 is switched to the high level, the binarized signal held in the binarized signal storage capacitor CO2 is read out to the horizontal read line 12 at the switching timing, and the output buffer amplifier Fifteen
Are sequentially output to the output terminal VO. Finally, when the drive pulse φRSH switches to a high level, the reset switch MOS transistor QRSH is turned on, and the horizontal read line 12 is reset (initialized) again.

【0090】尚、前記した読み出しラインの寄生容量の
影響により、水平読み出し線12に読み出される電気信
号(電圧信号)は、波形がなまって、定常状態に達する
まで時間がかかるが、本実施形態では、水平読み出し線
12に現れる電気信号(電圧信号)はすでに2値化信号
に変換されているため、定常状態に達しなくとも、その
電気信号がハイレベル/ローレベルの何れをあらわすか
の判別が可能となり、その読み出し動作の高速化が図ら
れる。
The electric signal (voltage signal) read to the horizontal read line 12 takes a long time to reach a steady state due to the waveform distortion due to the influence of the above-mentioned parasitic capacitance of the read line. Since the electric signal (voltage signal) appearing on the horizontal read line 12 has already been converted into a binary signal, it is possible to determine whether the electric signal represents a high level or a low level even if the electric signal does not reach a steady state. This makes it possible to speed up the reading operation.

【0091】期間t17の終了時には(期間t20に至
るまでに)、駆動パルスφRGはローレベルに反転さ
れ、駆動パルスφRSV、駆動パルスφTR、駆動パル
スφTSはハイレベルに反転される。そして、前記駆動
パルスφRGがローレベルとなることにより、リセット
スイッチ用MOSトランジスタQPがオンとなる。
At the end of period t17 (until period t20), drive pulse φRG is inverted to low level, and drive pulse φRSV, drive pulse φTR, and drive pulse φTS are inverted to high level. When the drive pulse φRG goes low, the reset switch MOS transistor QP turns on.

【0092】又、駆動パルスφRSVがハイレベルとな
ることにより、スイッチ用MOSトランジスタQRSV
1,QRSV2は共にオンとなって、垂直読み出し線2
a,2b上の電荷が排出される。又、駆動パルスφT
R,φTSがハイレベルとなることにより、スイッチ用
MOSトランジスタQR,QSがオフとなって、基準信
号蓄積用コンデンサCRと出力信号蓄積用コンデンサC
Sに蓄積された電荷が排出される。
When the driving pulse φRSV goes high, the switching MOS transistor QRSV
1 and QRSV2 are both turned on and the vertical read line 2
The charges on a and 2b are discharged. Also, the driving pulse φT
When R and φTS go high, the switching MOS transistors QR and QS are turned off, and the reference signal storage capacitor CR and the output signal storage capacitor C are turned off.
The charges stored in S are discharged.

【0093】以上に示した期間t10〜t17における
第1行目の画素の読み出し動作は、続く期間t20〜t
27において、第2行目の画素に対して同様に繰り返し
て行われる。
The above-described readout operation of the pixels in the first row in the periods t10 to t17 is performed in the subsequent periods t20 to t17.
At 27, the same is repeated for the pixels in the second row.

【0094】次に、図1に示す画素1の具体的な構成に
ついて図3(A)〜(C)を用いて詳細に説明する。画
素1は、図1に示したように、入射光に応じた信号電荷
を生成・蓄積する縦型オーバーフロー構造の埋め込みフ
ォトダイオードPDと、該埋め込みフォトダイオードP
Dに蓄積された信号電荷を増幅する接合型電界効果トラ
ンジスタQAと、前記埋め込みフォトダイオードPDに
蓄積された信号電荷を該接合型電界効果トランジスタQ
Aのゲートに転送する転送用MOSトランジスタQT
と、前記接合型電界効果トランジスタQAのゲートの電
荷をリセットするリセット用MOSトランジスタQPに
よって構成されている。
Next, a specific configuration of the pixel 1 shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the pixel 1 includes a buried photodiode PD having a vertical overflow structure for generating and accumulating a signal charge according to incident light, and the buried photodiode P
D, and a junction field-effect transistor QA that amplifies the signal charges stored in the buried photodiode PD.
Transfer MOS transistor QT for transferring to the gate of A
And a reset MOS transistor QP for resetting the charge of the gate of the junction field effect transistor QA.

【0095】図3(A)〜(C)は、図1に示した画素
1のデバイス構造を示す図であり、このうち図3(A)
は、画素1のデバイス構造例を示す平面図であり、図3
(B)は図3(A)のX1−X1線に沿った断面図であ
り、図3(C)は図3(A)のY1−Y1線に沿った断
面図である。画素1は、図3(A)〜(C)に示すよう
に、入射光に応じた信号電荷を生成・蓄積する埋め込み
フォトダイオードPDと、ゲート(制御領域)に受け取
った信号電荷に応じた電気信号を出力する増幅用トラン
ジスタ(JFET)QAと、前記埋め込みフォトダイオ
ードPDによって生成・蓄積された信号電荷を該増幅用
トランジスタ(JFET)QAのゲート(制御領域)に
転送する転送用MOSトランジスタQTと、前記増幅用
トランジスタ(JFET)QAのゲート(制御領域)の
電荷をリセットするリセット用MOSトランジスタQP
によって構成されている。
FIGS. 3A to 3C are views showing the device structure of the pixel 1 shown in FIG. 1, of which FIG.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a device structure of the pixel 1, and FIG.
3B is a cross-sectional view taken along line X1-X1 in FIG. 3A, and FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line Y1-Y1 in FIG. As shown in FIGS. 3A to 3C, the pixel 1 includes an embedded photodiode PD that generates and stores a signal charge corresponding to incident light, and an electricity corresponding to a signal charge received at a gate (control region). An amplifying transistor (JFET) QA for outputting a signal, and a transfer MOS transistor QT for transferring a signal charge generated and accumulated by the embedded photodiode PD to a gate (control region) of the amplifying transistor (JFET) QA. A reset MOS transistor QP for resetting the charge of the gate (control region) of the amplifying transistor (JFET) QA.
It is constituted by.

【0096】このうち転送用MOSトランジスタQT
は、図3(C)に示すように、埋め込みフォトダイオー
ドPDのp領域と、増幅用トランジスタ(JFET)Q
Aのp型ゲート領域とを2つの拡散層に用い、TGをゲ
ートとしたpチャネル型MOSトランジスタとして構成
されている。
The transfer MOS transistor QT
Represents a p region of the buried photodiode PD and an amplifying transistor (JFET) Q, as shown in FIG.
A p-type MOS transistor having a p-type gate region of A as two diffusion layers and TG as a gate is configured.

【0097】又、リセット用MOSトランジスタQP
は、図3(B)に示すように、RGをゲートに、RD
(p領域)をドレイン、増幅用トランジスタQAのゲー
トを構成するp領域をソースとするpチャネル型MOS
トランジスタとして構成されている。又、埋め込みフォ
トダイオードPD自体は、図3(A)〜(C)に示すよ
うに、n型シリコン層(n+)表面からp型シリコン基
板(p−Sub)に向かって、npnp型の縦型オーバ
ーフロー構造の埋め込みフォトダイオード(npnによ
って埋め込みフォトダイオードが構成され、pnpによ
ってオーバーフロー構造が構成される。)を形成してい
る。
The reset MOS transistor QP
As shown in FIG. 3B, RG is
(P region) as a drain and a p-channel type MOS having a source as a p region constituting a gate of the amplification transistor QA
It is configured as a transistor. As shown in FIGS. 3A to 3C, the embedded photodiode PD itself has an npnp vertical direction from the surface of the n-type silicon layer (n + ) toward the p-type silicon substrate (p-Sub). A buried photodiode having a mold overflow structure (a buried photodiode is formed by npn and an overflow structure is formed by pnp) is formed.

【0098】従って、溢れ出るキャリアを吸収するオー
バーフロー構造によってブルーミング、スミア等のにじ
みの現象を抑制することができるとともに、埋め込みフ
ォトダイオードPDによってpn接合部に生じる空乏層
が表面に達しないため、暗電流が抑制され、又、信号電
荷が転送された後にフォトダイオードPDに電荷が残ら
ないため、残像、リセットノイズを抑えた理想的な特性
を得ることができる。
Therefore, bleeding phenomena such as blooming and smear can be suppressed by the overflow structure absorbing the overflowing carriers, and the depletion layer generated at the pn junction by the buried photodiode PD does not reach the surface. Since the current is suppressed and no charge remains in the photodiode PD after the transfer of the signal charge, ideal characteristics in which afterimages and reset noise are suppressed can be obtained.

【0099】又、増幅用トランジスタ(JFET)QA
自体は、図3(A)〜(C)に示すように、n+型ソー
ス領域及びn+型ドレイン領域と、p型ゲート領域(p
ゲート)、n型チャネル領域(nチャネル)より構成さ
れている。このうちp型ゲート領域(pゲート)は、n
型チャネル領域(nチャネル)の上下に形成され、チャ
ネルの形成されていない部分で両者(上下に形成された
p型ゲート領域(pゲート))を電気的に導通させると
ともに、このp型ゲート領域(pゲート)とp型シリコ
ン基板(p−Sub)とをnウェル(n−Well)に
よって電気的に分離している。
Further, an amplifying transistor (JFET) QA
As shown in FIGS. 3A to 3C, the n + type source region and the n + type drain region and the p type gate region (p
Gate) and an n-type channel region (n-channel). Of these, the p-type gate region (p-gate)
The p-type gate regions (p-gates formed above and below) are formed above and below the channel region (n-channel). (P-gate) and p-type silicon substrate (p-Sub) are electrically separated by an n-well.

【0100】この結果、光電変換素子としてのフォトダ
イオードPD自身の特性に与える基板電圧の影響(基板
バイアス効果)を大幅に低減し、各画素1,1,1,1
の解像度の向上、特性のばらつきの低減(例えば、固定
パターン雑音の低減)を図ることに大きな効果がある。
As a result, the influence of the substrate voltage (substrate bias effect) on the characteristics of the photodiode PD itself as a photoelectric conversion element is greatly reduced, and each pixel 1, 1, 1, 1
There is a great effect in improving the resolution of the image and reducing the variation in the characteristics (for example, the reduction of fixed pattern noise).

【0101】以上のように、この第1の実施形態の2値
化信号形成用固体撮像装置10によれば、フォトダイオ
ードPDから入射光に応じた電気信号が得られる経路
と、基準信号が得られる経路が同じになっているので、
画素部は勿論のこと、それに続く周辺回路要素の列毎の
ばらつき(コンデンサやスイッチ用MOSトランジスタ
等の製造上のばらつき)の影響をなくしてS/N比を高
くすることができる。
As described above, according to the solid-state imaging device 10 for forming a binarized signal of the first embodiment, the path from which the electric signal corresponding to the incident light is obtained from the photodiode PD and the reference signal are obtained. Route is the same,
The S / N ratio can be increased by eliminating the influence of not only the pixel portion but also the subsequent variations of the peripheral circuit elements in each column (variations in the manufacturing of capacitors, switching MOS transistors, etc.).

【0102】また、従来行われていた暗電流に起因する
固定パターン雑音の除去が、上記基準信号の生成時に合
わせて行われるので、従来、当該固定パターン雑音の除
去のために必要であった差動アンプが不要になる。 (第2の実施形態)次に、第2の実施形態の2値化信号
形成用固体撮像装置20について、図4、図5を参照し
て説明する。
Further, since the removal of the fixed pattern noise caused by the dark current, which has been conventionally performed, is performed at the time of generating the reference signal, the difference which has been conventionally required for removing the fixed pattern noise is conventionally used. No dynamic amplifier is required. (Second Embodiment) Next, a binary signal forming solid-state imaging device 20 according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.

【0103】この第2の実施形態の2値化信号形成用固
体撮像装置20は、上記した第1の実施形態の2値化信
号形成用固体撮像装置10と2値化回路27の構成のみ
が異なる。従って、2値化信号形成用固体撮像装置20
のうち2値化信号形成用固体撮像装置10と同一の構成
については、同一の符号を付してその説明を省略する。
2値化信号形成用固体撮像装置20の2値化回路27
は、図4に破線内に示すように、バイアス用MOSトラ
ンジスタ(pチャネル型)QB(バイアス手段)と、ス
イッチ用MOSトランジスタ(pチャネル型)QRB
(バイアス記憶手段;サンプル・ホールド切換手段)
と、スイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル型)Q
SB(切換手段)と、バイアス蓄積用コンデンサCRB
(バイアス記憶手段;バイアス電荷蓄積手段)と、電流
検出用MOSトランジスタ(nチャネル型)QX(電流
検出手段)と、2値化出力用MOSトランジスタ(nチ
ャネル型)QYと、負荷用電流源CSと、インバータA
Xとによって構成されている。そして、上記したインバ
ータAXから、画素1からの入射光に応じた電気信号と
所定の基準信号とを比較して得られた2値化信号が出力
されるようになっている。尚、この2値化回路27は、
各垂直読み出し線22a,22b毎(マトリックス状に
配置された複数の画素1,1,1,1の共通の列毎)に
その途中に配置されている。
The solid-state imaging device 20 for forming a binarized signal according to the second embodiment has only the configurations of the solid-state imaging device 10 for forming a binarized signal and the binarization circuit 27 according to the first embodiment. different. Therefore, the solid-state imaging device 20 for forming a binary signal
The same components as those of the binary signal forming solid-state imaging device 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
Binarization circuit 27 of solid-state imaging device 20 for forming a binarized signal
4, a bias MOS transistor (p-channel type) QB (bias means) and a switching MOS transistor (p-channel type) QRB as shown in a broken line in FIG.
(Bias storage means; sample / hold switching means)
And a switching MOS transistor (n-channel type) Q
SB (switching means) and bias storage capacitor CRB
(Bias storage means; bias charge accumulation means), current detection MOS transistor (n-channel type) QX (current detection means), binarized output MOS transistor (n-channel type) QY, and load current source CS And inverter A
X. The inverter AX outputs a binary signal obtained by comparing an electric signal corresponding to the incident light from the pixel 1 with a predetermined reference signal. Note that this binarization circuit 27
Each of the vertical readout lines 22a and 22b is arranged in the middle of each of the plurality of pixels 1, 1, 1, and 1 arranged in a matrix.

【0104】より具体的には、2値化回路27を構成す
るバイアス用MOSトランジスタQBは、そのソース・
ドレイン間(主電流経路)が、各々対応する垂直読み出
し線22a,22bに接続され、そのゲートは、バイア
ス蓄積用コンデンサCRBの一方の端子に接続されてい
る。尚、このバイアス蓄積用コンデンサCRBの他方の
端子は接地されている。
More specifically, the bias MOS transistor QB constituting the binarization circuit 27 has its source
The drains (main current paths) are connected to the corresponding vertical read lines 22a and 22b, respectively, and the gates are connected to one terminal of the bias storage capacitor CRB. The other terminal of the bias storage capacitor CRB is grounded.

【0105】又、バイアス用MOSトランジスタQBの
ソースが接続されるノードn21には、スイッチ用MO
SトランジスタQRBを介して、前記バイアス蓄積用コ
ンデンサCRBの前記一方の端子が接続されている。更
に、このノードn21には、定電流源(電流源)17
a,17bが接続されている。又、前記ノードn21の
下流側(図4中下方)には、スイッチ用MOSトランジ
スタQSBを介して、電流検出用MOSトランジスタQ
Xのドレイン,ゲート及び、2値化出力用MOSトラン
ジスタQYのゲートが接続されている。
The node n21 to which the source of the bias MOS transistor QB is connected is connected to the switch MO.
The one terminal of the bias storage capacitor CRB is connected via the S transistor QRB. Further, a constant current source (current source) 17 is connected to this node n21.
a and 17b are connected. On the downstream side of the node n21 (the lower part in FIG. 4), a current detecting MOS transistor QSB is connected via a switching MOS transistor QSB.
The drain and gate of X and the gate of the binarized output MOS transistor QY are connected.

【0106】この場合、電流検出用MOSトランジスタ
QXのソースと、2値化出力用MOSトランジスタQY
のソースには、電源電圧VC(負)が各々接続されてい
る。更に、前記2値化出力用MOSトランジスタQYは
そのドレインが、負荷用電流源CSと、インバータAX
の入力端子に接続されている。この場合、該負荷用定電
流源CSには電源電圧VD(正)が接続される。
In this case, the source of the current detecting MOS transistor QX and the binarized output MOS transistor QY
Are connected to a power supply voltage VC (negative). Further, the drain of the binarized output MOS transistor QY is connected to a load current source CS and an inverter AX.
Is connected to the input terminal of In this case, the power supply voltage VD (positive) is connected to the load constant current source CS.

【0107】尚、前記したスイッチ用MOSトランジス
タQRBは、そのゲートが、クロックライン23aを介
して駆動パルス発生回路(図示省略)側のノードn23
に接続されている。しかして、駆動パルス発生回路から
ローレベルの駆動パルスφRが前記スイッチ用MOSト
ランジスタ(pチャネル型)QRBのゲートに与えられ
ると、当該スイッチ用MOSトランジスタQRBがオン
するようになっている。
The gate of the switching MOS transistor QRB is connected to a node n23 on the side of a drive pulse generating circuit (not shown) via a clock line 23a.
It is connected to the. Thus, when a low-level drive pulse φR is applied from the drive pulse generation circuit to the gate of the switching MOS transistor (p-channel type) QRB, the switching MOS transistor QRB is turned on.

【0108】又、前記スイッチ用MOSトランジスタQ
SBのゲートは、クロックライン24aを介して駆動パ
ルス発生回路(図示省略)側のノードn24に接続され
ている。しかして、駆動パルス発生回路からハイレベル
の駆動パルスφSが、前記スイッチ用MOSトランジス
タ(nチャネル型)QSBのゲートに与えられると、当
該スイッチ用MOSトランジスタQSBがオンするよう
になっている。
The switching MOS transistor Q
The gate of the SB is connected to a node n24 on the side of a drive pulse generation circuit (not shown) via a clock line 24a. When a high-level drive pulse φS is supplied from the drive pulse generation circuit to the gate of the switching MOS transistor (n-channel type) QSB, the switching MOS transistor QSB is turned on.

【0109】次に、この2値化信号形成用固体撮像装置
20による2値化信号の生成について、図5に示すタイ
ミングチャートを参照して説明する。尚、図5に示す、
期間t10〜t17は、第1行目の画素1の読み出し動
作を示しており、期間t20〜t27は、第2行目の画
素1の読み出し動作を示している。
Next, generation of a binary signal by the binary signal forming solid-state imaging device 20 will be described with reference to a timing chart shown in FIG. In addition, as shown in FIG.
The periods t10 to t17 show the readout operation of the pixels 1 in the first row, and the periods t20 to t27 show the readout operations of the pixels 1 in the second row.

【0110】図5に示すように、期間t10に至る前、
駆動パルスφTG1,φTG2、駆動パルスφRG、駆
動パルスφRはハイレベルに保持され、駆動パルスφR
D1,φRD2はローレベル(電圧レベルVRS)に保
持されている。又、その他の駆動パルスφS、駆動パル
スφTO、駆動パルスφH1,φH2、駆動パルスφR
SHは全てローレベルに保持されている。
As shown in FIG. 5, before the period t10,
The driving pulses φTG1 and φTG2, the driving pulse φRG and the driving pulse φR are held at a high level, and the driving pulse φR
D1 and φRD2 are held at a low level (voltage level VRS). In addition, other drive pulses φS, drive pulse φTO, drive pulses φH1, φH2, drive pulse φR
SH are all held at low level.

【0111】そして、期間t10に至ると、駆動パルス
φRGがローレベルに反転され、画素1内のリセット用
MOSトランジスタ(pチャネル型)QPがオンとな
る。更に、駆動パルスφRD1,φRD2は、共に電圧
レベルVRS(ローレベル)となっており、オンとなっ
た前記リセット用トランジスタQPを介してその電圧V
RSが各増幅用トランジスタQAのゲート(制御領域)
に伝わるようになっている。
Then, when the period t10 is reached, the drive pulse φRG is inverted to a low level, and the reset MOS transistor (p-channel type) QP in the pixel 1 is turned on. Further, the drive pulses φRD1 and φRD2 are both at the voltage level VRS (low level), and the voltage VRS is supplied via the reset transistor QP which is turned on.
RS is the gate of each amplifying transistor QA (control region)
It is transmitted to.

【0112】尚、このとき駆動パルスφTG1,φTG
2は共にハイレベルに保持されているため、転送用MO
Sトランジスタ(pチャネル型)QTがオフとなってお
り、各フォトダイオードPDでは、入射光に応じた電荷
(信号電荷)が生成され、蓄積されている。しかして、
増幅用トランジスタQAのゲート(制御領域)は電圧レ
ベルVRSにバイアスされるが、その出力に関してはこ
の時点(初期状態)では第1の実施形態の場合と同様
に、ローレベルとなっているため、これら増幅用トラン
ジスタQAは、全体としてオフとなっている。
At this time, drive pulses φTG1, φTG
2 are both held at a high level, so that the transfer MO
The S transistor (p-channel type) QT is off, and in each photodiode PD, a charge (signal charge) corresponding to the incident light is generated and accumulated. Then
Although the gate (control region) of the amplifying transistor QA is biased to the voltage level VRS, its output is at the low level at this time (initial state) as in the first embodiment, These amplifying transistors QA are turned off as a whole.

【0113】又、駆動パルスφRが、引き続きハイレベ
ルに保持されているため、スイッチ用MOSトランジス
タ(pチャネル型)QRBはオフとなっている。又、駆
動パルスφSは、引き続きローレベルに保持されている
ため、スイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル型)
QSBもオフとなっている。又、このとき駆動パルスφ
TOはローレベルに保持されているため、スイッチ用M
OSトランジスタQO1,QO2はオフとなっている。
Since the driving pulse φR is kept at the high level, the switching MOS transistor (p-channel type) QRB is off. Further, since the driving pulse φS is kept at the low level, the switching MOS transistor (n-channel type)
QSB is also off. At this time, the driving pulse φ
Since TO is held at a low level, the switch M
The OS transistors QO1 and QO2 are off.

【0114】次に、期間t11に至ると、駆動パルスφ
RD1が基準電圧レベルVRFにされ、駆動パルスφR
がローレベルに反転される。そして、上記駆動パルスφ
RD1の基準電圧レベルVRFは、すでにオンとなって
いるリセット用MOSトランジスタQPを介して、画素
1の増幅用トランジスタQAのゲート(制御領域)に供
給され、該増幅用トランジスタQAのゲート(制御領
域)が基準電圧レベルVRFにバイアスされる。
Next, when the period t11 is reached, the driving pulse φ
RD1 is set to the reference voltage level VRF, and the drive pulse φR
Is inverted to a low level. Then, the driving pulse φ
The reference voltage level VRF of RD1 is supplied to the gate (control region) of the amplifying transistor QA of the pixel 1 via the reset MOS transistor QP which is already turned on, and the gate (control region) of the amplifying transistor QA ) Is biased to the reference voltage level VRF.

【0115】尚、第2行目の各増幅用トランジスタQA
は、駆動パルスφRD2がローレベル(電圧レベルVR
S)のままであるため、オフ(非選択)に保持される。
又、この期間t11では、上記したように駆動パルスφ
Rがローレベルとなるので、スイッチ用MOSトランジ
スタ(pチャネル型)QRBがオンとなって、バイアス
用MOSトランジスタQBのゲートとドレインとが接続
される。
It should be noted that each amplifying transistor QA in the second row
Means that the drive pulse φRD2 is at a low level (voltage level VR
S) is kept off (not selected) because it remains.
Also, during this period t11, as described above, the drive pulse φ
Since R goes low, the switching MOS transistor (p-channel type) QRB is turned on, and the gate and drain of the biasing MOS transistor QB are connected.

【0116】このとき、第1行目の増幅用トランジスタ
QAのドレイン電流とバイアス用MOSトランジスタQ
Bのドレイン電流がIBとなるように(定電流源17
a,17bに流れる電流値)、増幅用トランジスタQA
のソース及び、バイアス用MOSトランジスタQBのゲ
ートの電位が自動的に設定される。又、このときのバイ
アス用MOSトランジスタQBのゲートの電位が、バイ
アス蓄積用コンデンサCRB間に保持される。
At this time, the drain current of the amplifying transistor QA in the first row and the bias MOS transistor Q
B so that the drain current of B becomes IB (constant current source 17
a, 17b), the amplifying transistor QA
, And the potential of the gate of the bias MOS transistor QB are automatically set. Further, the potential of the gate of the bias MOS transistor QB at this time is held between the bias storage capacitors CRB.

【0117】次に、期間t12に至ると、駆動パルスφ
RD1がローレベル(電圧レベルVRS)に戻され、駆
動パルスφRG、駆動パルスφRがハイレベルに反転さ
れる。上記駆動パルスφRGがハイレベルとなることに
よって画素1内のリセット用MOSトランジスタQPは
オフとなって、第1行目の増幅用トランジスタQAのゲ
ート(制御領域)はフローティング状態となるが、その
ゲートの寄生容量によって、ゲート電圧は、基準電圧レ
ベルVRFにバイアスされたままの状態を保持する。
Next, when the period t12 is reached, the driving pulse φ
RD1 is returned to the low level (voltage level VRS), and the drive pulse φRG and the drive pulse φR are inverted to the high level. When the drive pulse φRG goes high, the reset MOS transistor QP in the pixel 1 is turned off, and the gate (control region) of the first row amplifying transistor QA is in a floating state. , The gate voltage remains biased to the reference voltage level VRF.

【0118】又、期間t12では、上記のように駆動パ
ルスφRがハイレベルとなるので、スイッチ用MOSト
ランジスタ(pチャネル型)QRBはオフとなり、バイ
アス用MOSトランジスタQBのゲートはフローティン
グ状態となるが、このときバイアス蓄積用コンデンサC
RBにより、バイアス用MOSトランジスタQBのゲー
トの電圧は、期間t11で設定されたバイアスレベル
(バイアス用MOSトランジスタQBのドレイン電流が
IBとなるようなバイアスレベル)に保持される。
In the period t12, since the driving pulse φR is at the high level as described above, the switching MOS transistor (p-channel type) QRB is turned off, and the gate of the biasing MOS transistor QB is in a floating state. At this time, the bias storage capacitor C
By the RB, the voltage of the gate of the bias MOS transistor QB is held at the bias level set in the period t11 (the bias level at which the drain current of the bias MOS transistor QB becomes IB).

【0119】期間t13に至ると、駆動パルスφRGが
再びローレベルに反転される。この駆動パルスφRGの
反転によって、画素1内のリセット用MOSトランジス
タQPが再びオンとなり、第1行目の画素1の増幅用ト
ランジスタQAのゲート(制御電極)の電圧が、再び電
圧レベルVRS(駆動パルスφRD1のレベル)に保持
される。
At time t13, drive pulse φRG is again inverted to low level. Due to the inversion of the drive pulse φRG, the reset MOS transistor QP in the pixel 1 is turned on again, and the voltage of the gate (control electrode) of the amplifying transistor QA of the pixel 1 in the first row is again changed to the voltage level VRS (drive (The level of the pulse φRD1).

【0120】次の期間t14に至ると、今度は、駆動パ
ルスφRD1が電圧レベルVRD(=読み出しレベル<
VRF)となる。この電圧レベルVRDは、すでにオン
となっている画素1内のリセットスイッチ用MOSトラ
ンジスタQPを介して、第1行目の各増幅用トランジス
タQAのゲート(制御領域)に供給され、増幅用トラン
ジスタQAのゲート(制御領域)の電圧が読み出しレベ
ルVRDに保持される。
When the next period t14 is reached, the drive pulse φRD1 is changed to the voltage level VRD (= read level <
VRF). This voltage level VRD is supplied to the gate (control region) of each amplifying transistor QA in the first row via the reset switch MOS transistor QP in the pixel 1 which has been turned on, and the amplifying transistor QA Is held at the read level VRD.

【0121】期間t15に至ると、駆動パルスφTG1
がローレベルに反転され、駆動パルスφRD1が電圧レ
ベルVRS(ローレベル)に戻され、更に、駆動パルス
φRGがハイレベルに反転される。前記駆動パルスφR
Gがハイレベルとなることによって、画素1内のリセッ
トスイッチ用MOSトランジスタQPがオフとなる。
At time t15, drive pulse φTG1
Is inverted to the low level, the drive pulse φRD1 is returned to the voltage level VRS (low level), and the drive pulse φRG is inverted to the high level. The drive pulse φR
When G goes high, the reset switch MOS transistor QP in the pixel 1 is turned off.

【0122】一方で、駆動パルスφTG1がローレベル
となることによって、第1行目の各画素1の転送用MO
SトランジスタQTがオンとなり、第1行目の各画素1
のフォトダイオードPDにおいて生成・蓄積された信号
電荷が、第1行目の増幅用トランジスタQAのゲート
(制御領域)に転送される。この信号電荷をそのゲート
に受けた増幅用トランジスタQAは、そのソースに当該
信号電荷に応じた電気信号を生成して、当該電気信号
(電圧信号)を垂直読み出し線22a,22bに出力す
る。
On the other hand, when the drive pulse φTG1 goes low, the transfer MO of each pixel 1 in the first row is changed.
The S transistor QT is turned on, and each pixel 1 in the first row is turned on.
The signal charge generated and accumulated in the photodiode PD is transferred to the gate (control region) of the amplification transistor QA in the first row. The amplifying transistor QA having received the signal charge at its gate generates an electric signal corresponding to the signal charge at its source and outputs the electric signal (voltage signal) to the vertical readout lines 22a and 22b.

【0123】そして、期間t16に至ると、駆動パルス
φTG1、駆動パルスφS、駆動パルスφTOがハイレ
ベルに反転される。上記駆動パルスφTG1がハイレベ
ルとなることにより、第1行目の転送用MOSトランジ
スタ(pチャネル型)QTがオフとなって、画素1から
の信号電荷の転送が終了する。
Then, during the period t16, the drive pulse φTG1, the drive pulse φS, and the drive pulse φTO are inverted to the high level. When the drive pulse φTG1 goes high, the transfer MOS transistor (p-channel type) QT in the first row is turned off, and the transfer of the signal charge from the pixel 1 ends.

【0124】このときゲートの寄生容量によって、フォ
トダイオードPDから転送された電荷の分だけ、増幅用
トランジスタQAのゲートの電圧が上昇したまま(後述
のVS)その状態が保持される。又、上記駆動パルスφ
Sがハイレベルになることによってスイッチ用MOSト
ランジスタQSBがオンとなり、上記駆動パルスφTO
がハイレベルになることによってスイッチ用MOSトラ
ンジスタQO1,QO2がオンとなる。
At this time, due to the parasitic capacitance of the gate, the state is maintained while the voltage of the gate of the amplifying transistor QA is increased (VS described later) by the charge transferred from the photodiode PD. In addition, the above driving pulse φ
When S goes high, the switching MOS transistor QSB is turned on, and the drive pulse φTO
Becomes high level, the switching MOS transistors QO1 and QO2 are turned on.

【0125】ところで、期間t16に至るまでに、前記
したように増幅用トランジスタQAのゲート電位が基準
レベルVRFであるとき(期間t11)、該増幅用トラ
ンジスタQAのドレイン電流及びバイアス用MOSトラ
ンジスタQBのドレイン電流がIB(定電流源17a,
17bに流れる電流値)となるように、所定の電圧がバ
イアス用MOSトランジスタQBのゲートに保持されて
いる。
By the way, when the gate potential of the amplifying transistor QA is at the reference level VRF before the period t16 (period t11), the drain current of the amplifying transistor QA and the bias MOS transistor QB When the drain current is IB (constant current source 17a,
17b) is held at the gate of the bias MOS transistor QB.

【0126】従って、この期間t16において、前記増
幅用トランジスタQAのゲート電位がフォトダイオード
PDからの信号電荷に応じて上昇し増幅用トランジスタ
QAのゲート電位がVRFより高くなると、増幅用トラ
ンジスタQAのドレイン電流及びバイアス用MOSトラ
ンジスタQBのドレイン電流は、一時的にIB(定電流
源17a,17bに流れる電流値)より大きくなる。
Therefore, during this period t16, when the gate potential of the amplifying transistor QA rises according to the signal charge from the photodiode PD and the gate potential of the amplifying transistor QA becomes higher than VRF, the drain of the amplifying transistor QA The current and the drain current of the bias MOS transistor QB temporarily become larger than IB (the current value flowing through the constant current sources 17a and 17b).

【0127】又、増幅用トランジスタQAのゲートの電
位がVRFより低くなると、増幅用トランジスタQAの
ドレイン電流及びバイアス用MOSトランジスタQBの
ドレイン電流は、一時的にIB(定電流源17a,17
bに流れる電流値)より小さくなる。ここで、増幅用ト
ランジスタQAのゲート(制御領域)に入射光に応じた
電荷が転送された後の該増幅用トランジスタQAのゲー
ト電位をVGSとすると、この電位VGSは次式(5)
であらわされる。
When the potential of the gate of the amplifying transistor QA becomes lower than VRF, the drain current of the amplifying transistor QA and the drain current of the bias MOS transistor QB temporarily become IB (constant current sources 17a and 17B).
b). Here, assuming that the gate potential of the amplifying transistor QA after the charge corresponding to the incident light is transferred to the gate (control region) of the amplifying transistor QA is VGS, this potential VGS is expressed by the following equation (5).
It is represented by

【0128】 VGS=VRD+VS …(5) ここでVSは、(入射光に応じた電荷/ゲート容量)で
あらわされる値である。因みに、前記した期間t11に
おいてリセットスイッチ用MOSトランジスタQPを介
して増幅用トランジスタQAのゲートに供給される基準
電圧レベルVRFは、任意に設定できる(但し、読み出
し電圧VRDより大きくなることが条件)。
VGS = VRD + VS (5) Here, VS is a value represented by (charge / gate capacitance according to incident light). Incidentally, the reference voltage level VRF supplied to the gate of the amplifying transistor QA via the reset switch MOS transistor QP during the period t11 can be set arbitrarily (provided that it is higher than the read voltage VRD).

【0129】今仮に、該基準電圧レベルVRFを所望の
値VGB(=VRF=VRD+VREF)に強制的に設
定すると、増幅用トランジスタQAのドレイン電流がI
Bであるならば、増幅用トランジスタQAのゲート電圧
の値VGSは、次式(6)に示す値となる。 VGS−VGB =(VRD+VS)−(VRD+VREF) =VS−VREF …(6) 仮に、増幅用トランジスタQAのドレイン電流及びバイ
アス用MOSトランジスタQBのドレイン電流をIDと
すると、上記した電圧値VGSが電圧値VGBより大き
いとき(VSがVREFより大きいとき)ドレイン電流
の値(IDであらわす)は、上記した定電流源17a,
17bにより流れる電流値IBより一時的に大きくな
る。
If the reference voltage level VRF is forcibly set to a desired value VGB (= VRF = VRD + VREF), the drain current of the amplifying transistor QA becomes I
If B, the value VGS of the gate voltage of the amplifying transistor QA becomes a value represented by the following equation (6). VGS-VGB = (VRD + VS)-(VRD + VREF) = VS-VREF (6) Assuming that the drain current of the amplifying transistor QA and the drain current of the bias MOS transistor QB are ID, the above-described voltage value VGS is a voltage value. When the voltage is greater than VGB (when VS is greater than VREF), the value of the drain current (indicated by ID) is determined by the constant current source 17a,
The current value temporarily becomes larger than the current value IB flowing through 17b.

【0130】このとき定電流源17a,17bの働きに
よって、これら電流ID、電流IBの差分の電流(ID
−IB)が、この時点でオンとなっているスイッチ用M
OSトランジスタQSBを介して、電流検出用MOSト
ランジスタQXのドレイン・ソース間を流れる。ここ
で、前記電流検出用MOSトランジスタQXと、2値化
出力用MOSトランジスタQYとは、カレント・ミラー
回路を構成しているので、前記2値化出力用MOSトラ
ンジスタQYにドレイン電流が供給される。
At this time, due to the operation of the constant current sources 17a and 17b, the difference between the current ID and the current IB (ID
-IB) is the switch M which is turned on at this time.
The current flows between the drain and source of the current detection MOS transistor QX via the OS transistor QSB. Here, since the current detection MOS transistor QX and the binarized output MOS transistor QY form a current mirror circuit, a drain current is supplied to the binarized output MOS transistor QY. .

【0131】このとき、2値化出力用MOSトランジス
タQYのドレイン電位は、低下し(ローレベル)、イン
バータAXの出力は電源電圧レベル(ハイレベル)とな
る。反対に、値VGSが値VGBより小さいとき(値V
Sが値VREFより小さいとき)、電流値IDがIBよ
り小さくなるので、前記電流検出用MOSトランジスタ
QXのソース・ドレイン間には電流は流れない。従っ
て、前記電流検出用MOSトランジスタQXのゲート
と、2値化出力用MOSトランジスタQYのゲート電位
は共に低下し、2値化出力用MOSトランジスタQYは
オフとなる。
At this time, the drain potential of the binarized output MOS transistor QY falls (low level), and the output of the inverter AX goes to the power supply voltage level (high level). Conversely, when the value VGS is smaller than the value VGB (the value V
When S is smaller than the value VREF), the current value ID becomes smaller than IB, so that no current flows between the source and the drain of the current detecting MOS transistor QX. Therefore, both the gate of the current detection MOS transistor QX and the gate potential of the binarized output MOS transistor QY are reduced, and the binarized output MOS transistor QY is turned off.

【0132】このとき、ドレイン電位は上昇し(ハイレ
ベル)、インバータAXの出力は接地レベル(ローレベ
ル)となる。このように、本実施形態の2値化信号形成
用固体撮像装置20では、画素1からの電気信号は、基
準電圧レベルVRF(基準電圧VREF)をスレッショ
ルドレベルとして、該2値化回路27で2値化されるこ
とになる。
At this time, the drain potential rises (high level), and the output of inverter AX goes to the ground level (low level). As described above, in the solid-state imaging device 20 for forming a binarized signal according to the present embodiment, the electric signal from the pixel 1 is converted by the binarizing circuit 27 into a binary signal with the reference voltage level VRF (reference voltage VREF) as the threshold level. It will be valued.

【0133】尚、増幅用トランジスタQAのドレイン電
流IDは、ゲート・ソース間電圧VTの値に依存し、こ
のゲート・ソース間電圧VTの値は、増幅用トランジス
タQA毎にばらつく(固定パターン雑音の要因)ことが
知られている。しかして、上述のように、増幅用トラン
ジスタQAのゲートを電流が一定の値(IB)となるよ
うにバイアスすることによって、2値化信号に変換する
際に、各画素1の増幅用トランジスタQA毎のばらつき
に起因する固定パターン雑音の当該2値化信号への影響
を除去することができる。
The drain current ID of the amplifying transistor QA depends on the value of the gate-source voltage VT, and the value of the gate-source voltage VT varies for each amplifying transistor QA. Factor) is known. As described above, when the gate of the amplifying transistor QA is biased so that the current has a constant value (IB), when the signal is converted into a binary signal, the amplifying transistor QA of each pixel 1 is converted. It is possible to remove the influence of the fixed pattern noise on the binarized signal due to the variation in each case.

【0134】上記インバータAXから出力された2値化
信号は、当該期間t16においてオンとなっているスイ
ッチ用MOSトランジスタQO1,QO2を介して、2
値化信号蓄積用コンデンサCO1,CO2に充電され
る。そして、期間t17に至ると、駆動パルスφS、駆
動パルスφTOはローレベルに反転される。そして駆動
パルスφTOがローレベルとなることにより、スイッチ
用MOSトランジスタQO1,QO2は共にオフとなっ
て、2値化信号蓄積用コンデンサCO1,CO2はフロ
ーティング状態となり、2値化信号は2値化信号蓄積用
コンデンサCO1,CO2に保持される。更に、上記駆
動パルスφSがローレベルとなることにより、前記スイ
ッチ用MOSトランジスタQSBはオフとなる。
The binarized signal output from the inverter AX is supplied to the switching MOS transistors QO1 and QO2 which are turned on during the period t16.
The capacitors CO1, CO2 for storing the digitized signal are charged. Then, during the period t17, the drive pulse φS and the drive pulse φTO are inverted to low level. When the drive pulse φTO goes low, the switching MOS transistors QO1 and QO2 are both turned off, and the binarized signal storage capacitors CO1 and CO2 are in a floating state, and the binarized signal is converted to a binarized signal. It is held in the storage capacitors CO1 and CO2. Further, when the drive pulse φS goes low, the switching MOS transistor QSB is turned off.

【0135】次に、期間t17に至ると、第1の実施形
態の場合と同様に、水平走査回路13からの駆動パルス
φH1が一定期間ハイレベルに立ち上げられその後ロー
レベルに保持される。又、駆動パルスφH2に関して
は、前記駆動パルスφH1がローレベルに保持された
後、所定間隔おいて一定期間ハイレベルに立ち上げられ
その後ローレベルに保持される。
Next, when the period t17 is reached, as in the first embodiment, the drive pulse φH1 from the horizontal scanning circuit 13 rises to a high level for a certain period of time, and is thereafter held at a low level. As for the drive pulse φH2, after the drive pulse φH1 is held at a low level, the drive pulse φH1 is raised to a high level for a predetermined period at predetermined intervals, and then held at a low level.

【0136】更に、駆動パルスφRSHに関しては、前
記駆動パルスφH1がローレベルに立ち下がった後で駆
動φH2が立ち上がる前までの間に、一定期間ハイレベ
ルに立ち上げられその後ローレベルに保持され、その
後、前記駆動パルスφH2がローレベルに立ち下がった
後、再び一定期間ハイレベルに立ち上げられその後ロー
レベルに保持される。
Further, the drive pulse φRSH is raised to a high level for a certain period of time after the drive pulse φH1 falls to a low level and before the drive φH2 rises, and is thereafter kept at a low level. After the drive pulse φH2 falls to a low level, the drive pulse φH2 rises to a high level again for a certain period of time, and is thereafter kept at a low level.

【0137】しかして、駆動パルスφH1のハイレベル
の切換によって、2値化信号蓄積用コンデンサCO1に
保持されている2値化信号は、水平読み出し線12に読
み出され、出力バッファアンプ15を介して、順次出力
端子VOに出力される。続く、駆動パルスφRSHのハ
イレベルの切換によって、リセットスイッチ用MOSト
ランジスタQRSHがオンされると、前記水平読み出し
線12がリセット(初期化)される。これは、水平読み
出し線12の寄生容量により、電気信号(電圧信号)が
水平読み出し線12に読み出されたときこの電気信号
(電圧信号)の一部が当該寄生容量に保持されるおそれ
があるため、この水平読み出し線12に残留している電
気信号をリセットするための動作である。
When the driving pulse φH1 is switched to the high level, the binarized signal held in the binarized signal storage capacitor CO1 is read out to the horizontal readout line 12 and output via the output buffer amplifier 15. And is sequentially output to the output terminal VO. Subsequently, when the reset switch MOS transistor QRSH is turned on by the high-level switching of the drive pulse φRSH, the horizontal read line 12 is reset (initialized). This is because when the electric signal (voltage signal) is read out to the horizontal read line 12, a part of the electric signal (voltage signal) may be held by the parasitic capacitance due to the parasitic capacitance of the horizontal read line 12. Therefore, this operation is for resetting the electric signal remaining on the horizontal read line 12.

【0138】そして、駆動パルスφH2のハイレベルの
切換によって、2値化信号蓄積用コンデンサCO2に保
持されている2値化信号は、水平読み出し線12に読み
出され、出力バッファアンプ15を介して、順次出力端
子VOに出力される。最後に、駆動パルスφRSHがハ
イレベルに切り換ると、リセットスイッチ用MOSトラ
ンジスタQRSHがオンされ、再び前記水平読み出し線
12がリセット(初期化)される。
Then, by the high level switching of the drive pulse φH2, the binarized signal held in the binarized signal storage capacitor CO2 is read out to the horizontal readout line 12, and is output via the output buffer amplifier 15. Are sequentially output to the output terminal VO. Finally, when the drive pulse φRSH switches to a high level, the reset switch MOS transistor QRSH is turned on, and the horizontal read line 12 is reset (initialized) again.

【0139】尚、前記した読み出しラインの寄生容量の
影響により、水平読み出し線12に読み出される電圧信
号は、波形がなまって、定常状態に達するまで時間がか
かるが、本実施形態においても、水平読み出し線12に
現れる電圧信号がすでに2値化信号に変換されているた
め、定常状態に達しなくとも、当該2値化信号がハイレ
ベルとローレベルの何れを示しているかの判別が可能と
なり、その読み出し動作の高速化が図られる。
The voltage signal read to the horizontal read line 12 takes a long time to reach a steady state due to the effect of the parasitic capacitance of the read line. Since the voltage signal appearing on the line 12 has already been converted to a binary signal, it is possible to determine whether the binary signal indicates a high level or a low level without reaching a steady state. The speed of the read operation is increased.

【0140】期間t17の終了時には(期間t20に至
るまでに)、駆動パルスφRGはローレベルに反転され
て、画素1内のリセットスイッチ用MOSトランジスタ
QPがオンとなる。以上に示した期間t10〜t17に
おける第1行目の画素の読み出し動作は、続く期間t2
0〜t27において、第2行目の画素に対して同様に繰
り返して行われる。
At the end of the period t17 (until the period t20), the drive pulse φRG is inverted to a low level, and the reset switch MOS transistor QP in the pixel 1 is turned on. The reading operation of the pixels in the first row in the periods t10 to t17 described above is performed in the subsequent period t2.
From 0 to t27, the same process is repeated for the pixels in the second row.

【0141】(第3の実施形態)次に本発明の第3の実
施形態の2値化信号形成用固体撮像装置30について、
図6、図7を参照して説明する。この第3の実施形態に
係る2値化信号形成用固体撮像装置30は、2値化回路
37…が、出力信号電荷蓄積手段(第1の実施形態のコ
ンデンサCO1,CO2)を介さずに、単にスイッチ用
MOSトランジスタ(nチャネル型)QH11,QH2
1のみを介して水平読み出し線12に接続さている点
が、上記した第1の実施形態の2値化信号形成用固体撮
像装置10と異なる。
(Third Embodiment) Next, a solid-state imaging device 30 for forming a binary signal according to a third embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS. In the solid-state imaging device 30 for forming a binarized signal according to the third embodiment, the binarization circuit 37 is configured such that the binarization circuit 37 does not pass through the output signal charge storage means (the capacitors CO1 and CO2 of the first embodiment). Switching MOS transistors (n-channel type) QH11, QH2
The difference from the solid-state imaging device 10 for forming a binarized signal of the above-described first embodiment is that the solid-state imaging device 10 is connected to the horizontal readout line 12 via only 1.

【0142】従って、2値化信号形成用固体撮像装置3
0において、第1の実施形態の2値化信号形成用固体撮
像装置10と同一の部分については同一符号を付してそ
の説明を省略する。この2値化信号形成用固体撮像装置
30による2値化信号の生成の動作について、図7のタ
イミングチャートを用いて説明する。
Accordingly, the solid-state imaging device 3 for forming a binary signal
In FIG. 0, the same parts as those of the solid-state imaging device 10 for forming a binarized signal of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The operation of generating the binarized signal by the binarized signal forming solid-state imaging device 30 will be described with reference to the timing chart of FIG.

【0143】尚、この2値化信号形成用固体撮像装置3
0における動作は、期間t17及び期間t27における
動作のみが、上記した第1の実施形態の2値化信号形成
用固体撮像装置10と異なる。従って、期間t10〜t
16(期間t20〜26)の動作は、第1に実施形態の
場合と同様であり、その詳細な説明は省略する。又、図
7において、期間t10〜t17は、第1行目の画素1
の読み出し動作を示しており、期間t20〜t27は、
第2行目の画素1の読み出し動作を示している。
The solid-state imaging device 3 for forming a binary signal
The operation at 0 is different from the operation of the solid-state imaging device 10 for forming a binarized signal of the first embodiment only in the operations in the period t17 and the period t27. Therefore, the period t10 to t
The operation in 16 (periods t20 to t26) is the same as that of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted. Also, in FIG. 7, the period t10 to t17 corresponds to the pixel 1 in the first row.
During the period t20 to t27.
The read operation of the pixel 1 in the second row is shown.

【0144】以下、図7の期間t17における動作につ
いて説明する。第1の実施形態の場合と同様に、期間t
17に至るまでに(期間t16の終了時)、画素1から
の入射光に応じた電気信号は、2値化回路37の働きに
よって基準レベルVRF(基準電圧VREF)と比較さ
れ、既にその2値化が行われている(電圧比較器ACの
出力)。
Hereinafter, the operation in the period t17 of FIG. 7 will be described. As in the case of the first embodiment, the period t
By 17 (at the end of the period t16), the electric signal corresponding to the incident light from the pixel 1 is compared with the reference level VRF (reference voltage VREF) by the operation of the binarization circuit 37, and the binary level has already been obtained. (The output of the voltage comparator AC).

【0145】そして、期間t17に至ると、水平走査回
路13からの駆動パルスφH1が一定期間ハイレベルに
立ち上げられその後ローレベルに保持される。又、駆動
パルスφH2に関しては、前記駆動パルスφH1がロー
レベルに保持された後、所定間隔おいて一定期間ハイレ
ベルに立ち上げられその後ローレベルに保持される。
Then, when the period t17 is reached, the drive pulse φH1 from the horizontal scanning circuit 13 rises to a high level for a certain period, and is thereafter kept at a low level. As for the drive pulse φH2, after the drive pulse φH1 is held at a low level, the drive pulse φH1 is raised to a high level for a predetermined period at predetermined intervals, and then held at a low level.

【0146】このとき2値化回路37からの2値化信号
が、各列毎に順次、水平読み出し線12に読み出され、
その後、出力バッファアンプ15を介して、順次出力端
子VOに出力される。尚、読み出しラインの寄生容量の
影響により、水平読み出し線12に読み出される電圧信
号は、波形がなまって、定常状態に達するまで時間がか
かるが、本実施形態でも、水平読み出し線12に現れる
電圧信号がすでに2値化信号に変換されているため、定
常状態に達しなくとも、当該2値化信号がハイレベルと
ローレベルの何れを示しているかの判別が可能となり、
その読み出し動作の高速化が図られる。
At this time, the binarized signal from the binarizing circuit 37 is sequentially read out to the horizontal read line 12 for each column,
Thereafter, the signals are sequentially output to the output terminal VO via the output buffer amplifier 15. It should be noted that the voltage signal read out to the horizontal read line 12 due to the influence of the parasitic capacitance of the read line takes time until the waveform is distorted and reaches a steady state. Has already been converted to a binary signal, so that it is possible to determine whether the binary signal indicates a high level or a low level without reaching a steady state,
The speed of the read operation is increased.

【0147】又、水平読み出し線12上の電荷を排出す
る必要がなくなるため、読み出しの更なる高速化が図ら
れる。 (第4の実施形態)次に第4の実施形態の2値化信号形
成用固体撮像装置40について、図8、図9を参照して
説明する。
Further, since it is not necessary to discharge the electric charge on the horizontal read line 12, the reading speed can be further increased. (Fourth Embodiment) Next, a binary signal forming solid-state imaging device 40 according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.

【0148】この2値化信号形成用固体撮像装置40
は、2値化回路47…が、出力信号電荷蓄積手段(第2
の実施形態のコンデンサCO1,CO2)を介さずに、
スイッチ用MOSトランジスタ(nチャネル型)QH1
1,QH21のみを介して水平読み出し線12に接続さ
ている点が、上記した第2の実施形態の2値化信号形成
用固体撮像装置20と異なる。
The solid-state imaging device 40 for forming a binary signal
Means that the binarization circuit 47 is an output signal charge storage means (second
Without the capacitors CO1, CO2) of the embodiment
Switching MOS transistor (n-channel type) QH1
The difference from the solid-state imaging device 20 for forming a binarized signal of the above-described second embodiment is that it is connected to the horizontal readout line 12 via only the QH21 and QH21.

【0149】従って、2値化信号形成用固体撮像装置4
0において、第2の実施形態の2値化信号形成用固体撮
像装置20と同一の部分については同一符号を付してそ
の説明を省略する。この2値化信号形成用固体撮像装置
40による2値化信号の生成の動作について、図9のタ
イミングチャートを用いて説明する。尚、この2値化信
号形成用固体撮像装置40における動作は、期間t17
及び期間t27における動作のみが、上記した第2の実
施形態と異なる。従って、期間t10〜t16(期間t
20〜26)の動作は、第1に実施形態の場合と同様で
あり、その詳細な説明は省略する。又、図9において、
期間t10〜t17は、第1行目の画素1の読み出し動
作を示しており、期間t20〜t27は、第2行目の画
素1の読み出し動作を示している。
Therefore, the solid-state imaging device 4 for forming a binary signal
In FIG. 0, the same components as those of the solid-state imaging device 20 for forming a binary signal according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The operation of generating the binarized signal by the binarized signal forming solid-state imaging device 40 will be described with reference to the timing chart of FIG. The operation of the solid-state imaging device 40 for forming a binarized signal is performed during a period t17.
Only the operation in the period t27 is different from that of the second embodiment. Therefore, the period t10 to t16 (the period t
Operations 20 to 26) are the same as in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted. Also, in FIG.
The periods t10 to t17 show the readout operation of the pixels 1 in the first row, and the periods t20 to t27 show the readout operations of the pixels 1 in the second row.

【0150】以下、図9の期間t17における動作の説
明のみ行う。第2の実施形態の場合と同様に、期間t1
7に至るまでに(期間t16の終了時)、画素1からの
入射光に応じた電気信号は、2値化回路47の働きによ
って基準レベルVRF(基準電圧VREF)と比較さ
れ、既にその2値化が行われている(電圧比較器ACの
出力)。
Hereinafter, only the operation in the period t17 of FIG. 9 will be described. As in the case of the second embodiment, the period t1
7 (at the end of the period t16), the electric signal corresponding to the incident light from the pixel 1 is compared with the reference level VRF (reference voltage VREF) by the operation of the binarization circuit 47, and the binary level has already been obtained. (The output of the voltage comparator AC).

【0151】そして、期間t17に至るまでに駆動パル
スφSは、既に(期間16でハイレベルに反転されてそ
の状態が保持され、スイッチ用MOSトランジスタ(n
チャネル型)QSBがオンとなって、そのオン状態が当
該期間t17において保持される。
By the time t17, the drive pulse φS has already been inverted to the high level in the period 16 and its state is maintained, and the switching MOS transistor (n
The (channel type) QSB is turned on, and the on state is maintained in the period t17.

【0152】そして、期間t17の間に、水平走査回路
13からの駆動パルスφH1が一定期間ハイレベルに立
ち上げられその後ローレベルに保持され、引き続き、駆
動パルスφH2が、前記駆動パルスφH1がローレベル
に保持された後、所定間隔おいて一定期間ハイレベルに
立ち上げられその後ローレベルに保持される。このとき
2値化回路47からの2値化信号が、各列毎に順次、水
平読み出し線12に読み出され、その後、出力バッファ
アンプ15を介して、順次出力端子VOに出力される。
During the period t17, the driving pulse φH1 from the horizontal scanning circuit 13 rises to the high level for a certain period of time, and then is held at the low level. Subsequently, the driving pulse φH2 is changed to the low level. After that, the signal is raised to a high level for a predetermined period at a predetermined interval, and is thereafter kept at a low level. At this time, the binarized signal from the binarizing circuit 47 is sequentially read out to the horizontal readout line 12 for each column, and then sequentially output to the output terminal VO via the output buffer amplifier 15.

【0153】尚、読み出しラインの寄生容量の影響によ
り、水平読み出し線12に読み出される電気信号(電圧
信号)は、波形がなまって、定常状態に達するまで時間
がかかるが、本実施形態でも、水平読み出し線12に現
れる電気信号(電圧信号)がすでに2値化信号に変換さ
れているため、定常状態に達しなくとも、当該2値化信
号がハイレベルとローレベルの何れを示しているかの判
別が可能となり、その読み出し動作の高速化が図られ
る。
It should be noted that the electric signal (voltage signal) read out to the horizontal read line 12 takes a long time to reach a steady state due to the effect of the parasitic capacitance of the read line. Since the electric signal (voltage signal) appearing on the readout line 12 has already been converted into a binary signal, it is determined whether the binary signal indicates a high level or a low level without reaching a steady state. And the speed of the read operation can be increased.

【0154】又、水平読み出し線12上の電荷を排出す
る必要がなくなるため、読み出しの更なる高速化が図ら
れる。尚、上記した第1〜第4の実施形態では、ゲート
に寄生した容量によって増幅用トランジスタQAの制御
領域(ゲート)を制御する画素1を例にあげて説明した
が、増幅用トランジスタQAの制御領域に容量結合によ
って電圧信号を供給して、入射光に応じた電気信号を得
るようにした画素にも、本発明を同様に適用できるのは
勿論である。
Further, since it is not necessary to discharge the electric charge on the horizontal read line 12, the reading speed can be further increased. In the above-described first to fourth embodiments, the pixel 1 in which the control region (gate) of the amplification transistor QA is controlled by the parasitic capacitance of the gate has been described as an example. Of course, the present invention can be similarly applied to a pixel in which a voltage signal is supplied to a region by capacitive coupling to obtain an electric signal corresponding to incident light.

【0155】又、上記第1〜第4の実施形態では、画素
の増幅用トランジスタQAとして接合型電界効果トラン
ジスタ(JFET)を用いた場合を例にあげて説明した
が、このJFETに代えて、MOSトランジスタ、バイ
ポーラトランジスタ等を用いてもよい。この場合には、
MOSトランジスタのゲートや、バイポーラトランジス
タのベースなどの電極(制御領域)に供給される電圧で
ドレインまたはコレクタ、ソースまたはエミッタなどの
出力電圧・電流を制御すればよい。又、これらを併用し
て、画素を構成しても良い。
In the first to fourth embodiments, the case where the junction field effect transistor (JFET) is used as the amplifying transistor QA of the pixel has been described as an example. A MOS transistor, a bipolar transistor, or the like may be used. In this case,
The output voltage and current of the drain or collector, the source or the emitter, etc. may be controlled by the voltage supplied to the gate (the control region) of the MOS transistor or the base of the bipolar transistor. Further, these may be used together to form a pixel.

【0156】更に、上記第1〜第4の実施形態では、画
素1が2次元マトリックス上に配列されている場合を説
明したが、1次元上に配列される場合でも同様の作用効
果を得ることができる。
Further, in the first to fourth embodiments, the case where the pixels 1 are arranged in a two-dimensional matrix has been described. Can be.

【0157】[0157]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1から請求
項10に記載の2値化信号形成用固体撮像装置によれ
ば、2値化手段が列毎に設けられて、入射光に応じて各
画素から出力された電気信号と所定の基準信号とを比較
して2値化信号が得られ、その後水平読み出し線に転送
されるようになっているので、当該水平読み出し線の寄
生容量に起因する雑音が該水平読み出し線上の信号に乗
っても、該信号がすでに2値化されているため、信号処
理における雑音の影響を小さくすることができる。又、
2値化信号がハイレベル/ローレベルの何れであるかの
判別をいち早く行えるので、信号処理の高速化が図られ
る。
As described in detail above, according to the solid-state imaging device for forming a binarized signal according to any one of the first to tenth aspects, the binarizing means is provided for each column, and the binarized means is provided for incident light. Accordingly, a binary signal is obtained by comparing the electric signal output from each pixel with a predetermined reference signal, and is then transferred to the horizontal read line. Therefore, even if the noise caused by the noise appears on the signal on the horizontal readout line, since the signal has already been binarized, the influence of the noise on the signal processing can be reduced. or,
Since it is possible to quickly determine whether the binarized signal is at the high level or the low level, the signal processing is speeded up.

【0158】又、請求項1から請求項10に記載の2値
化信号形成用固体撮像装置では、その装置内で2値化処
理を行うので、周辺回路でダイナミックレンジが制限さ
れることはなくなり、2値化処理に、固体撮像装置のダ
イナミックレンジがそのまま利用できるという効果もあ
る。又、請求項1から請求項10に記載の2値化信号形
成用固体撮像装置によれば、2値化手段は、画素の外部
に設けられているため、画素の構造を大きくすることな
く2値化信号を出力することができ、画素の開口率や解
像度を低下させることがない。
In the solid-state imaging device for forming a binarized signal according to any one of the first to tenth aspects, since the binarization processing is performed in the device, the dynamic range is not limited by the peripheral circuit. There is also an effect that the dynamic range of the solid-state imaging device can be used as it is in the binarization processing. According to the solid-state imaging device for forming a binarized signal according to any one of the first to tenth aspects, the binarizing means is provided outside the pixel. It can output a digitized signal and does not lower the aperture ratio or resolution of the pixel.

【0159】更に、請求項3から請求項10に記載の2
値化信号形成用固体撮像装置によれば、光検出部から入
射光に応じた電気信号が得られる経路と、基準信号が得
られる経路が同じになっているので、画素部は勿論のこ
と、それに続く周辺回路要素の列毎のばらつき(コンデ
ンサやスイッチ用MOSトランジスタ等の製造上のばら
つき)の影響をなくしてS/N比を高くすることができ
る。また、従来行われていた暗電流に起因する固定パタ
ーン雑音の除去が、上記基準信号の生成時に合わせて行
われるので、従来、当該固定パターン雑音の除去のため
に必要であった差動アンプが不要になる。
Further, according to the third to tenth aspects,
According to the solid-state imaging device for forming a coded signal, the path from which the electric signal corresponding to the incident light is obtained from the light detection unit is the same as the path from which the reference signal is obtained. The S / N ratio can be increased by eliminating the influence of the subsequent variation of the peripheral circuit elements in each column (variation in manufacturing of capacitors, switching MOS transistors, etc.). Further, since the removal of the fixed pattern noise caused by the dark current, which has been conventionally performed, is performed at the time of generation of the reference signal, the differential amplifier conventionally required for removing the fixed pattern noise is required. It becomes unnecessary.

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

【図1】本発明の第1の実施形態の2値化信号形成用固
体撮像装置10の概略構成を示す模式回路図である。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging device for forming a binarized signal according to a first embodiment of the present invention.

【図2】2値化信号形成用固体撮像装置10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 illustrating an operation of the solid-state imaging device for forming a binary signal.

【図3】2値化信号形成用固体撮像装置10の画素1の
デバイス構造を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a device structure of a pixel 1 of the solid-state imaging device 10 for forming a binary signal.

【図4】第2の実施形態の2値化信号形成用固体撮像装
置20の概略構成を示す模式回路図である。
FIG. 4 is a schematic circuit diagram illustrating a schematic configuration of a binary signal forming solid-state imaging device 20 according to a second embodiment;

【図5】2値化信号形成用固体撮像装置20の動作を説
明するタイミングチャートである。
FIG. 5 is a timing chart illustrating the operation of the solid-state imaging device 20 for forming a binary signal.

【図6】第3の実施形態の2値化信号形成用固体撮像装
置30の概略構成を示す模式回路図である。
FIG. 6 is a schematic circuit diagram illustrating a schematic configuration of a binary signal forming solid-state imaging device 30 according to a third embodiment.

【図7】2値化信号形成用固体撮像装置30の動作を説
明するタイミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart illustrating the operation of the solid-state imaging device 30 for forming a binary signal.

【図8】第4の実施形態の2値化信号形成用固体撮像装
置40の概略構成を示す模式回路図である。
FIG. 8 is a schematic circuit diagram illustrating a schematic configuration of a binary signal forming solid-state imaging device 40 according to a fourth embodiment.

【図9】2値化信号形成用固体撮像装置40の動作を説
明するタイミングチャートである。
FIG. 9 is a timing chart illustrating an operation of the solid-state imaging device 40 for forming a binary signal.

【図10】従来の2値化信号形成用固体撮像装置100
の概略構成を示す模式回路図である。
FIG. 10 shows a conventional solid-state imaging device 100 for forming a binary signal.
1 is a schematic circuit diagram showing a schematic configuration of FIG.

【図11】従来の2値化信号形成用固体撮像装置100
の動作を説明するタイミングチャートである。
FIG. 11 shows a conventional solid-state imaging device 100 for forming a binary signal.
6 is a timing chart for explaining the operation of FIG.

【図12】固体撮像装置の外部に2値化手段を設けた従
来の画像処理装置120のブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram of a conventional image processing apparatus 120 provided with a binarizing unit outside a solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 画素 2a,2b 垂直読み出し線 6 垂直走査回路(垂直走査手段) 7,27,37,47 2値化回路(2値化手段) 12 水平読み出し線 13 水平走査回路(水平走査手段) 15 出力バッファアンプ 17a,17b 定電流源(電流源) PD フォトダイオード(光検出部、光電変換素子) QA 増幅用トランジスタ(増幅手段) QT 転送用MOSトランジスタ(第1のスイッチ手
段) QP リセット用MOSトランジスタ(第2のスイッチ
手段) QS,QR スイッチ用MOSトランジスタ(転送切換
手段) CS 出力信号蓄積用コンデンサ(第1の記憶手段;電
荷蓄積手段) CR 基準信号蓄積用コンデンサ(第2の記憶手段;電
荷蓄積手段) AC 電圧比較器(比較手段) QRSV1,QRSV2 リセットスイッチ用MOSト
ランジスタ QRSH リセットスイッチ用MOSトランジスタ QB バイアス用MOSトランジスタ(バイアス手段;
定電流用トランジスタ) QRB スイッチ用MOSトランジスタ(バイアス記憶
手段;サンプル・ホールド手段) QSB スイッチ用MOSトランジスタ(切換手段) CRB バイアス蓄積用コンデンサ(バイアス記憶手
段;バイアス電荷蓄積手段) QX 電流検出用MOSトランジスタ(電流検出手段) QY 2値化出力用MOSトランジスタ CS 負荷用電流源 AX インバータ QO1,QO2 スイッチ用MOSトランジスタ(第1
のスイッチング手段) QH1,QH2 水平読み出しスイッチ用MOSトラン
ジスタ(第2のスイッチング手段)
1 pixel 2a, 2b vertical readout line 6 vertical scanning circuit (vertical scanning means) 7, 27, 37, 47 binarization circuit (binarization means) 12 horizontal readout line 13 horizontal scanning circuit (horizontal scanning means) 15 output buffer Amplifiers 17a, 17b Constant current source (current source) PD Photodiode (photodetector, photoelectric conversion element) QA Amplifying transistor (amplifying means) QT Transfer MOS transistor (first switch means) QP Reset MOS transistor (first 2) QS, QR switching MOS transistor (transfer switching means) CS output signal storage capacitor (first storage means; charge storage means) CR reference signal storage capacitor (second storage means; charge storage means) ) AC voltage comparator (comparing means) QRSV1, QRSV2 MOS transistor for reset switch Star QRSH reset switch MOS transistor QB bias MOS transistor (biasing means;
Constant current transistor) QRB switch MOS transistor (bias storage means; sample and hold means) QSB switch MOS transistor (switch means) CRB Bias storage capacitor (bias storage means; bias charge storage means) QX Current detection MOS transistor (Current Detecting Means) QY Binary Output MOS Transistor CS Load Current Source AX Inverter QO1, QO2 Switch MOS Transistor (First
QH1, QH2 MOS transistor for horizontal readout switch (second switching means)

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マトリックス状に配列され、光検出部に
て生成された信号電荷を増幅手段を介して出力する複数
の画素と、 前記複数の画素の列毎に設けられた複数の垂直読み出し
線と、 前記複数の画素の特定の行を選択して、当該画素の光検
出部からの信号電荷に応じた電気信号を所望のタイミン
グで、当該垂直読み出し線に転送する垂直走査手段と、 前記垂直読み出し線の各々に設けられ、前記所望のタイ
ミングで前記画素から出力される前記信号電荷に応じた
電気信号と、前記所望のタイミングと異なるタイミング
で前記増幅手段を介して出力される基準信号とを比較し
て2値化信号を出力する2値化手段と、 前記複数の垂直読み出し線を、順次水平走査して、前記
2値化信号を水平読み出し線に転送する水平走査手段と
を備えていることを特徴とする2値化信号形成用固体撮
像装置。
1. A plurality of pixels arranged in a matrix and outputting signal charges generated by a photodetector through an amplifying means, and a plurality of vertical read lines provided for each column of the plurality of pixels. Vertical scanning means for selecting a specific row of the plurality of pixels and transferring an electrical signal corresponding to a signal charge from a photodetector of the pixel to the vertical readout line at a desired timing; An electric signal corresponding to the signal charge output from the pixel at the desired timing and a reference signal output via the amplifying unit at a timing different from the desired timing, provided on each of the readout lines. A binarizing unit for comparing and outputting a binarized signal; and a horizontal scanning unit for sequentially horizontally scanning the plurality of vertical read lines and transferring the binarized signal to the horizontal read line. Binary signal for forming a solid-state imaging device according to claim and.
【請求項2】 前記光検出部は、入射光に応じた信号電
荷を生成する光電変換素子からなり、 前記増幅手段には、 該増幅手段の制御領域に前記光電変換素子からの信号電
荷を選択的に供給するための第1のスイッチ手段と、該
増幅手段の制御領域に前記画素の外部から所望の電位を
選択的に供給するための第2のスイッチ手段とが接続さ
れていることを特徴とする請求項1に記載の2値化信号
形成用固体撮像装置。
2. The photodetector comprises a photoelectric conversion element for generating a signal charge according to incident light, and the amplifying means selects a signal charge from the photoelectric conversion element for a control region of the amplifying means. And a second switch for selectively supplying a desired potential from outside the pixel to a control region of the amplifying unit. The solid-state imaging device for forming a binarized signal according to claim 1.
【請求項3】 前記2値化手段は、 前記光電変換素子にて生成された前記信号電荷に応じた
電気信号を記憶する第1の記憶手段と、 前記画素の外部からの前記所望の電位に応じた基準信号
を記憶する第2の記憶手段と、 前記第1の記憶手段に記憶された前記電気信号と前記第
2の記憶手段に記憶された前記基準信号とを比較して2
値化信号を出力する比較手段とによって構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の2値化信号形成用固
体撮像装置。
3. The binarizing unit includes: a first storage unit configured to store an electric signal corresponding to the signal charge generated by the photoelectric conversion element; A second storage unit for storing a corresponding reference signal, and comparing the electric signal stored in the first storage unit with the reference signal stored in the second storage unit.
3. The solid-state imaging device for forming a binarized signal according to claim 2, comprising a comparing unit that outputs a binarized signal.
【請求項4】 前記第1の記憶手段は、前記画素から出
力される前記電気信号に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積
手段であり、 前記第2の記憶手段は、前記画素から出力される前記基
準信号に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積手段であること
を特徴とする請求項3に記載の2値化信号形成用固体撮
像装置。
4. The first storage unit is a charge storage unit that stores a charge corresponding to the electric signal output from the pixel, and the second storage unit is configured to store the charge output from the pixel. The solid-state imaging device for forming a binary signal according to claim 3, wherein the solid-state imaging device is a charge storage unit that stores a charge corresponding to a reference signal.
【請求項5】 前記画素と前記2つの電荷蓄積手段との
間には、前記画素から出力される前記電気信号もしくは
前記基準信号を選択的に転送するための転送切換手段が
設けられていることを特徴とする請求項4に記載の2値
化信号形成用固体撮像装置。
5. A transfer switching means for selectively transferring the electric signal or the reference signal output from the pixel is provided between the pixel and the two charge storage means. The solid-state imaging device for forming a binary signal according to claim 4, wherein:
【請求項6】 前記増幅手段は、接合型電界効果トラン
ジスタであり、 該接合型電界効果トランジスタのゲートに、前記光電変
換素子にて生成された前記信号電荷と、前記画素の外部
からの前記所望の電位とが選択的に供給されることを特
徴とする請求項4に記載の2値化信号形成用固体撮像装
置。
6. The amplifying means is a junction field-effect transistor, and the gate of the junction field-effect transistor has the signal charge generated by the photoelectric conversion element and the desired signal from outside the pixel. 5. The solid-state imaging device for forming a binary signal according to claim 4, wherein the potential is selectively supplied.
【請求項7】 前記2値化手段は、 電流源と、 前記画素の外部から供給された前記所望の電位に応じた
前記基準信号が、前記電流源の電流と等しくなるよう
に、前記垂直読み出し線の電位をバイアスするバイアス
手段と、 該バイアス手段のバイアス状態を記憶するバイアス記憶
手段と、 前記光電変換素子にて生成された前記信号電荷に応じた
前記電気信号と、前記電流源の電流との差を検出する電
流検出手段と、 前記光電変換素子にて生成された前記信号電荷に応じた
前記電気信号と、前記電流源の電流との差の電流を前記
電流検出手段に入力するための切換手段とによって構成
されていることを特徴とする請求項2に記載の2値化信
号形成用固体撮像装置。
7. The vertical read-out unit according to claim 6, wherein the binarizing unit is configured to: a current source; and the vertical readout so that the reference signal corresponding to the desired potential supplied from outside the pixel is equal to the current of the current source. Bias means for biasing a line potential; bias storage means for storing a bias state of the bias means; an electric signal corresponding to the signal charge generated by the photoelectric conversion element; and a current of the current source. Current detection means for detecting a difference between the electric signal and the electric signal corresponding to the signal charge generated by the photoelectric conversion element, and a current difference between the current of the current source and the current detection means for inputting the current to the current detection means. 3. The solid-state imaging device for forming a binarized signal according to claim 2, wherein said solid-state imaging device is constituted by switching means.
【請求項8】 前記バイアス手段は、 前記垂直読み出し線と前記電流源との間に主電流経路が
接続された定電流用トランジスタで構成され、 前記バイアス記憶手段は、 前記定電流用トランジスタの制御電極と、該定電流用ト
ランジスタの主電流経路の端子のうち前記電流源に接続
された側の端子との間に設けられ、前記定電流用トラン
ジスタのバイアス状態をサンプリングし、その後ホール
ドするためのサンプル・ホールド切替手段と、 前記定電流用トランジスタの前記制御電極に接続され、
前記定電流用トランジスタのバイアスをホールドするバ
イアス電荷蓄積手段とによって構成されていることを特
徴とする請求項6に記載の2値化信号形成用固体撮像装
置。
8. The bias means comprises a constant current transistor having a main current path connected between the vertical read line and the current source, and the bias storage means controls the constant current transistor. An electrode is provided between a terminal of the main current path of the constant current transistor and a terminal connected to the current source, for sampling a bias state of the constant current transistor, and thereafter holding the bias state. Sample / hold switching means, connected to the control electrode of the constant current transistor,
7. The solid-state imaging device for forming a binarized signal according to claim 6, further comprising: bias charge storage means for holding a bias of said constant current transistor.
【請求項9】 前記比較手段には、該比較手段からの前
記2値化信号を記憶する出力信号記憶手段が接続されて
いることを特徴とする請求項1から請求項8の何れかに
記載の2値化信号形成用固体撮像装置。
9. The apparatus according to claim 1, wherein the comparing means is connected to an output signal storing means for storing the binarized signal from the comparing means. Solid-state imaging device for forming a binary signal.
【請求項10】 前記光電変換素子は、埋め込みフォト
ダイオードであることを特徴とする請求項1から請求項
9の何れかに記載の2値化信号形成用固体撮像装置。
10. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a buried photodiode.
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