JPH10336526A - Solid-state image-pickup device - Google Patents

Solid-state image-pickup device

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JPH10336526A
JPH10336526A JP9138697A JP13869797A JPH10336526A JP H10336526 A JPH10336526 A JP H10336526A JP 9138697 A JP9138697 A JP 9138697A JP 13869797 A JP13869797 A JP 13869797A JP H10336526 A JPH10336526 A JP H10336526A
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signal
circuit
output
instruction
current
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Seiichiro Mizuno
誠一郎 水野
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain high speed measurement and to eliminate the effect of dispersion in offset at the same time. SOLUTION: A current signal outputted from a photodiode PD is stored in a capacitive element C1 and integrated, based on an instruction of a Reset signal in an integration circuit 10, consisting of parallel connection of an amplifier A1 and the capacitive element C1. First and second signal levels, outputted from the integration circuit 10 at 1st and 2nd times for each integration operation period in the integration circuit 10, are given to a CDS circuit 20 via a switch element S2 operated, based on the instruction of the Sample signal and a signal equivalent to the difference of the both is latched by the CDS circuit 20 and outputted, based on the instruction of a Clamp signal. The signal outputted from the CDS circuit 20 is read as a charge amount by a read circuit 30 operated based on an instruction of a Scan signal or the like, and the charge amount is converted into a voltage signal by a current voltage conversion circuit 40 and then outputted.

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、入力した光信号を
その光量に応じた電気信号に変換する固体撮像装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device for converting an input optical signal into an electric signal corresponding to the amount of light.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像素子を用いた撮像装置は、家庭
用ビデオや非破壊検査など種々の分野で使用されてい
る。この固体撮像装置には、電荷結合素子(CCD)を
用いたものや、シリコンフォトダイオードアレイを用い
たものが知られている。このうち、フォトダイオードア
レイを用いた固体撮像装置は、比較的大きな電荷を取り
扱う場合であっても電荷転送効率が優れているので、各
種民生品の製造分野においても用いられている。
2. Description of the Related Art An imaging apparatus using a solid-state imaging device is used in various fields such as home video and nondestructive inspection. As such solid-state imaging devices, those using a charge-coupled device (CCD) and those using a silicon photodiode array are known. Among them, a solid-state imaging device using a photodiode array has excellent charge transfer efficiency even when relatively large charges are handled, and is therefore used in the field of manufacturing various consumer products.

【0003】例えば、USP5281860には、図4
に示すような、フォトダイオードを用いた固体撮像装置
の回路構成図が示されている。この図に示す固体撮像装
置では、フォトダイオードから出力された信号VINは、
増幅器25、容量素子C3ならびにスイッチS5および
S6からなる積分回路により一定時間積分され、その積
分結果は、容量素子C3に蓄えられた電荷に応じた電圧
信号V1 として出力される。なお、フォトダイオードが
アレイ状のものである場合、この積分回路はフォトダイ
オード毎に設けられる。
[0003] For example, US Pat.
1 is a circuit configuration diagram of a solid-state imaging device using a photodiode as shown in FIG. In the solid-state imaging device shown in this figure, the signal VIN output from the photodiode is
The integration is performed for a predetermined time by an integration circuit including the amplifier 25, the capacitance element C3, and the switches S5 and S6, and the integration result is output as a voltage signal V1 corresponding to the electric charge stored in the capacitance element C3. When the photodiodes are arrayed, the integration circuit is provided for each photodiode.

【0004】この積分回路から出力された電圧信号V1
は、容量素子C2を介して、増幅器27、容量素子C1
およびスイッチ素子S2乃至S4からなる読出回路によ
り、順次読み出され、その読出結果は、容量素子C1に
蓄えられた電荷に応じた電圧信号V2 として出力され
る。そして、この読出回路の容量素子C1に蓄積された
電荷は、増幅器29、容量素子C0およびスイッチ素子
S1からなる電流電圧変換回路により電圧信号VOUT に
変換され、その電圧信号VOUT が出力される。すなわ
ち、この電圧信号VOUT が、フォトダイオードが受光し
た光の光量を示すものとなる。
The voltage signal V1 output from the integrating circuit
Is connected to the amplifier 27 and the capacitor C1 via the capacitor C2.
And a readout circuit composed of switch elements S2 to S4, which sequentially read out the data, and output the readout result as a voltage signal V2 corresponding to the charge stored in the capacitor C1. Then, the electric charge stored in the capacitance element C1 of the read circuit is converted into a voltage signal VOUT by a current-voltage conversion circuit including the amplifier 29, the capacitance element C0 and the switch element S1, and the voltage signal VOUT is output. That is, the voltage signal VOUT indicates the amount of light received by the photodiode.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の固体撮像装置では以下のような問題点がある。すな
わち、一般に、増幅器25等は、CMOS技術を用いて
製造されるため、オフセットばらつきの発生が避けられ
ないという問題点がある。ここで、増幅器25のオフセ
ットばらつきとは、無入力時(つまり、フォトダイオー
ドが無受光時)における増幅器25の出力レベルがばら
つくこと、および、無入力時においてスイッチ素子S6
のオン時およびオフ時とで増幅器25の出力レベルが異
なることを意味する。このように増幅器25においてオ
フセットばらつきがあると、電流電圧変換回路から出力
される電圧信号VOUT は、そのオフセットばらつきの成
分が重畳されたものとなる。したがって、フォトダイオ
ードが受光した光の光量を正確に測定することができ
ず、フォトダイオードアレイにより得られた光像も不正
確になる。
However, the above-mentioned conventional solid-state imaging device has the following problems. That is, generally, since the amplifier 25 and the like are manufactured using the CMOS technology, there is a problem that occurrence of offset variation cannot be avoided. Here, the offset variation of the amplifier 25 means that the output level of the amplifier 25 varies when there is no input (that is, when the photodiode does not receive light) and that the switch element S6
Means that the output level of the amplifier 25 is different between the ON state and the OFF state. As described above, when there is offset variation in the amplifier 25, the voltage signal VOUT output from the current-voltage conversion circuit has a component in which the offset variation is superimposed. Therefore, the amount of light received by the photodiode cannot be measured accurately, and the light image obtained by the photodiode array also becomes inaccurate.

【0006】また、この従来の固体撮像装置では、フォ
トダイオードから出力された信号VINが積分回路(増幅
器25等)、読出回路(増幅器27等)および電流電圧
変換回路(増幅器29等)を経て電圧信号VOUT として
出力されるという一連の処理が、フォトダイオードによ
る1回の受光毎に行われるため、上記一連の処理に時間
を要するという問題点がある。特に、フォトダイオード
アレイにおける素子数が多いほど、上記一連の処理に要
する時間が長い。
Further, in this conventional solid-state imaging device, the signal VIN output from the photodiode passes through an integrating circuit (such as the amplifier 25), a readout circuit (such as the amplifier 27), and a voltage through a current-voltage conversion circuit (such as the amplifier 29). Since a series of processes of outputting as the signal VOUT is performed each time light is received by the photodiode, there is a problem that the above series of processes requires time. In particular, the larger the number of elements in the photodiode array, the longer the time required for the series of processes.

【0007】ところで、近年、PL法(製造物責任法)
の施行に伴い、食料品をはじめとして各種民生品製造分
野において、ベルトコンベヤ上を流れる製品に対してX
線非破壊検査を行うことが必須となってきており、多く
の場合、非破壊検査装置において1次元長尺シリコンフ
ォトダイオードアレイが使用されている。また、ベルト
コンベヤを速く動かせて更に多くの製品を短時間に検査
したいとの製造者の要求が高まりつつある。しかし、上
述したように、従来の固体撮像装置では、高速化には限
界がある。
Incidentally, in recent years, the PL method (product liability law)
With the enforcement of the law, products flowing on the belt conveyor in the field of manufacturing various foods and other consumer goods
It has become essential to perform line non-destructive inspection, and in many cases, a one-dimensional long silicon photodiode array is used in a non-destructive inspection device. Also, there is an increasing demand from manufacturers to be able to move the belt conveyor faster and inspect more products in a shorter time. However, as described above, the conventional solid-state imaging device has a limit in increasing the speed.

【0008】以上のように、固体撮像装置の高速化と高
精度化とが共に望まれているところであるが、固体撮像
装置を含むアナログ装置は、一般に、高速化と高精度化
とを両立させることが困難であるとされていた。
As described above, both high-speed and high-precision solid-state imaging devices are desired, but analog devices including solid-state imaging devices generally achieve both high-speed and high-precision. It was difficult.

【0009】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、オフセットばらつきの問題を解消し、
かつ、高速な測定を可能とする固体撮像装置を提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has solved the problem of offset variation.
It is another object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of high-speed measurement.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像装
置は、(1) 入力した光信号を電流信号に変換する光電変
換素子を有し、その電流信号を出力する受光部と、(2)
受光部から出力された電流信号を入力する増幅器と容量
素子とが並列接続され、リセット信号の指示に基づいて
電流信号を容量素子に蓄積し積分する積分回路と、(3)
積分回路の出力端子に第1の端子が接続され、サンプル
信号の指示に基づいて、積分回路における各積分動作期
間中の第1および第2の時刻それぞれに、積分回路から
出力された第1および第2の信号レベルそれぞれを第2
の端子から出力するスイッチ素子と、(4) クランプ信号
の指示に基づいて、スイッチ素子の第2の端子から出力
された第1および第2の信号レベルそれぞれの互いの差
に相当する信号を保持し出力するCDS回路と、(5) ホ
ールド信号の指示に基づいて、CDS回路から出力され
た信号を電荷量として読み出す読出回路と、(6) 読出回
路により読み出された電荷量を電圧信号に変換する電流
電圧変換回路と、(7) リセット信号、サンプル信号、ク
ランプ信号およびホールド信号それぞれを所定のタイミ
ングで出力するタイミング制御手段と、を備えることを
特徴とする。
According to the present invention, there is provided a solid-state imaging device comprising: (1) a photoelectric conversion element for converting an input optical signal into a current signal; a light receiving unit for outputting the current signal; )
An amplifier for inputting a current signal output from the light receiving section and a capacitance element are connected in parallel, and an integration circuit for accumulating and integrating the current signal in the capacitance element based on an instruction of a reset signal; (3)
A first terminal is connected to an output terminal of the integration circuit, and based on an instruction of the sample signal, at the first and second times during each integration operation period in the integration circuit, the first and the second output from the integration circuit are respectively provided. Each of the second signal levels is
And (4) holding a signal corresponding to the difference between the first and second signal levels output from the second terminal of the switch element based on the instruction of the clamp signal. A readout circuit for reading out the signal output from the CDS circuit as an electric charge based on the instruction of the hold signal; and (6) a readout circuit for converting the electric charge read out by the readout circuit into a voltage signal. The present invention is characterized by comprising: a current-voltage conversion circuit for conversion; and (7) timing control means for outputting each of a reset signal, a sample signal, a clamp signal, and a hold signal at a predetermined timing.

【0011】この固体撮像装置によれば、入力した信号
光は、受光部の光電変換素子により電流信号に変換され
出力され、その電流信号は、増幅器と容量素子とが並列
接続された積分回路により、リセット信号の指示に基づ
いて該容量素子に蓄積され積分される。積分回路におけ
る各積分動作期間中の第1および第2の時刻それぞれに
積分回路から出力された第1および第2の信号レベルそ
れぞれは、サンプル信号の指示に基づいて動作するスイ
ッチ素子を介してCDS回路に入力し、クランプ信号の
指示に基づいて両者の差に相当する信号がCDS回路に
保持され出力される。そして、このCDS回路から出力
された信号は、ホールド信号の指示に基づいて動作する
読出回路により電荷量として読み出され、その電荷量
は、電流電圧変換回路により電圧信号に変換され出力さ
れる。この電流電圧変換回路から出力される信号は、光
電変換素子に入力した信号光の光量を示すものである。
According to this solid-state imaging device, the input signal light is converted into a current signal by the photoelectric conversion element of the light receiving section and output, and the current signal is converted by the integration circuit in which the amplifier and the capacitor are connected in parallel. , And is accumulated and integrated in the capacitance element based on the instruction of the reset signal. Each of the first and second signal levels output from the integration circuit at each of the first and second times during each integration operation period in the integration circuit is supplied to the CDS via a switch element that operates based on the instruction of the sample signal. A signal corresponding to the difference between the two is input to the circuit and is held and output by the CDS circuit based on the instruction of the clamp signal. The signal output from the CDS circuit is read as a charge by a read circuit that operates based on the instruction of the hold signal, and the charge is converted into a voltage signal by a current-voltage converter and output. The signal output from the current-voltage conversion circuit indicates the amount of signal light input to the photoelectric conversion element.

【0012】また、さらに、(1) 受光部は、2以上の所
定数の光電変換素子を備え、所定数の光電変換素子それ
ぞれからの電流信号を出力し、(2) 積分回路、スイッチ
素子、CDS回路および読出回路は、所定数の光電変換
素子それぞれについて設けられ、(3) 読出回路は、更に
スキャン信号の指示に基づいて、所定数の光電変換素子
それぞれについて互いに異なるタイミングで、CDS回
路から出力された信号を電荷量として読み出し、(4) タ
イミング制御手段は、更にスキャン信号を所定のタイミ
ングで出力する、ことを特徴とする。
[0012] Further, (1) the light receiving section includes a predetermined number of two or more photoelectric conversion elements, and outputs a current signal from each of the predetermined number of photoelectric conversion elements. (2) an integration circuit, a switch element, The CDS circuit and the readout circuit are provided for each of the predetermined number of photoelectric conversion elements, and (3) the readout circuit further outputs the predetermined number of photoelectric conversion elements from the CDS circuit at mutually different timings based on the instruction of the scan signal. The output signal is read as a charge amount, and (4) the timing control means further outputs a scan signal at a predetermined timing.

【0013】この場合、受光部の所定数の光電変換素子
それぞれから出力された電流信号は、所定数の光電変換
素子それぞれに対応して設けられた積分回路、スイッチ
素子、CDS回路および読出回路により順次処理され
る。ただし、各CDS回路から出力される信号は、更に
スキャン信号の指示にも基づいて、互いに異なるタイミ
ングで各読出回路により電荷量として読み出され、各読
出回路により順次に読み出された電荷量は、電流電圧変
換回路により電圧信号に順次に変換され出力される。こ
の電流電圧変換回路から出力される信号は、所定数の光
電変換素子それぞれに入力した信号光の光量それぞれを
時系列に示すものである。
In this case, the current signal output from each of the predetermined number of photoelectric conversion elements of the light receiving section is converted by an integrating circuit, a switch element, a CDS circuit, and a reading circuit provided corresponding to each of the predetermined number of photoelectric conversion elements. Processed sequentially. However, the signal output from each CDS circuit is read out as a charge amount by each readout circuit at different timings based on the instruction of the scan signal, and the charge amount sequentially read out by each readout circuit is Are sequentially converted into voltage signals by the current-voltage conversion circuit and output. The signal output from the current-voltage conversion circuit indicates the amount of signal light input to each of the predetermined number of photoelectric conversion elements in time series.

【0014】また、さらに、(1) 受光部は、M行N列に
2次元配列された所定数の光電変換素子を備え、M行そ
れぞれについて、第1のスキャン信号の指示に基づいて
各行のN個の光電変換素子それぞれからの電流信号を互
いに異なるタイミングで出力し、(2) 積分回路、スイッ
チ素子、CDS回路および読出回路は、受光部における
N個の光電変換素子からなる各行それぞれについて設け
られ、(3) 読出回路は、更に第2のスキャン信号の指示
に基づいて、受光部におけるN個の光電変換素子からな
る各行それぞれについて互いに異なるタイミングで、C
DS回路から出力された信号を電荷量として読み出し、
(4) タイミング制御手段は、更に第1および第2のスキ
ャン信号それぞれを所定のタイミングで出力する、こと
を特徴とする。
Further, (1) the light receiving section includes a predetermined number of photoelectric conversion elements two-dimensionally arranged in M rows and N columns, and for each of the M rows, the light receiving section of each row is instructed based on the instruction of the first scan signal. Current signals from each of the N photoelectric conversion elements are output at mutually different timings. (2) An integrating circuit, a switch element, a CDS circuit, and a readout circuit are provided for each row of the light receiving section including the N photoelectric conversion elements. (3) Further, the readout circuit further performs the timing control for each row of the N photoelectric conversion elements in the light receiving unit at different timings based on the instruction of the second scan signal.
The signal output from the DS circuit is read as a charge amount,
(4) The timing control means further outputs each of the first and second scan signals at a predetermined timing.

【0015】この場合、M行N列に2次元配列された所
定数の光電変換素子からなる受光部におけるM行それぞ
れについて、各行のN個の光電変換素子それぞれからの
電流信号は、第1のスキャン信号の指示に基づいて互い
に異なるタイミングで出力され、積分回路、スイッチ素
子、CDS回路および読出回路により順次処理される。
ただし、各CDS回路から出力される信号は、更に第2
のスキャン信号の指示にも基づいて、受光部におけるN
個の光電変換素子からなる各行それぞれについて互いに
異なるタイミングで各読出回路により電荷量として読み
出され、各読出回路により順次に読み出された電荷量
は、電流電圧変換回路により電圧信号に順次に変換され
出力される。この電流電圧変換回路から出力される信号
は、M×N個の光電変換素子それぞれに入力した信号光
の光量それぞれを時系列に示すものである。
In this case, for each of the M rows in the light receiving section composed of a predetermined number of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in M rows and N columns, the current signals from each of the N photoelectric conversion elements in each row are the first signals. The signals are output at different timings based on the instruction of the scan signal, and are sequentially processed by the integrating circuit, the switching element, the CDS circuit, and the reading circuit.
However, the signal output from each CDS circuit is further changed to the second
N in the light receiving section based on the instruction of the scan signal of
Each row of the photoelectric conversion elements is read out as a charge amount by each readout circuit at different timing from each other, and the charge amount sequentially read out by each readout circuit is sequentially converted into a voltage signal by the current-voltage conversion circuit. Is output. The signal output from the current-voltage conversion circuit indicates the amount of signal light input to each of the M × N photoelectric conversion elements in time series.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【0017】(第1の実施形態)図1は、第1の実施形
態に係る固体撮像装置の回路構成図である。この図は、
フォトダイオード(光電変換素子)PDが1次元アレイ
状に配列された受光部を有する固体撮像装置の回路構成
を示すものであり、図に示す各ユニット1001〜10
M それぞれは、フォトダイオードPD、積分回路1
0、スイッチ素子S2、CDS(correlated double sa
mpling)回路20および読出回路30それぞれを1式づ
つ含む。各ユニット1001 〜100M それぞれは、互
いに同一の構成であって、それらの出力端子は共に電流
電圧変換回路40の入力端子に接続されている。また、
ユニット1001 〜100M および電流電圧変換回路4
0それぞれの動作タイミングを指示する各制御信号は、
タイミング制御回路50から出力される。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment. This figure is
1 shows a circuit configuration of a solid-state imaging device having a light receiving unit in which photodiodes (photoelectric conversion elements) PD are arranged in a one-dimensional array, and each unit 100 1 to 10 shown in the figure.
0 M each is a photodiode PD, an integrating circuit 1
0, switch element S2, CDS (correlated double sa)
mpling) circuit 20 and readout circuit 30 are included one by one. Each of the units 100 1 to 100 M has the same configuration, and their output terminals are both connected to the input terminal of the current-voltage conversion circuit 40. Also,
Units 100 1 to 100 M and current / voltage conversion circuit 4
0 Each control signal indicating each operation timing is:
It is output from the timing control circuit 50.

【0018】フォトダイオードPDは、そのアノード端
子が接地され、カソード端子が積分回路10の入力端子
に接続されている。このフォトダイオードPDから出力
される電流信号を入力する積分回路10は、その入力端
子と出力端子との間に増幅器A1、容量素子C1および
スイッチ素子S1が並列接続されて構成されている。こ
のスイッチ素子S1は、タイミング制御回路50から出
力される Reset信号によりオン/オフ制御される。
The photodiode PD has an anode terminal grounded and a cathode terminal connected to the input terminal of the integration circuit 10. The integration circuit 10 for inputting a current signal output from the photodiode PD is configured such that an amplifier A1, a capacitor C1, and a switch S1 are connected in parallel between an input terminal and an output terminal. The switch element S1 is on / off controlled by a Reset signal output from the timing control circuit 50.

【0019】スイッチ素子S2は、その一方の端子が積
分回路10の出力端子に接続され、他方の端子がCDS
回路20の入力端子に接続され、タイミング制御回路5
0から出力されるSample信号によりオン/オフ制御され
る。
The switch element S2 has one terminal connected to the output terminal of the integrating circuit 10 and the other terminal connected to the CDS.
The timing control circuit 5 is connected to the input terminal of the circuit 20.
On / off control is performed by a Sample signal output from 0.

【0020】CDS回路20は、その入力端子と出力端
子との間に容量素子C2と増幅器A2とがこの順に縦続
接続され、また、その増幅器A2、容量素子C3および
スイッチ素子S3が並列接続されて構成されている。こ
のスイッチ素子S3は、タイミング制御回路50から出
力される Clamp信号によりオン/オフ制御される。
In the CDS circuit 20, a capacitance element C2 and an amplifier A2 are cascaded in this order between the input terminal and the output terminal, and the amplifier A2, the capacitance element C3 and the switch element S3 are connected in parallel. It is configured. The on / off control of the switch element S3 is controlled by the Clamp signal output from the timing control circuit 50.

【0021】読出回路30は、入力端子がCDS回路2
0の出力端子に接続され、その入力端子と出力端子との
間に、スイッチ素子S4、容量素子C4およびスイッチ
素子S5がこの順に縦続接続されており、また、容量素
子C4およびスイッチ素子S5の間の接続点と接地との
間にスイッチ素子S6が設けられている。スイッチ素子
S4は、Hold信号によりオン/オフ制御され、スイッチ
素子S5は、Scan信号によりオン/オフ制御され、スイ
ッチ素子S6は、 Reset信号によりオン/オフ制御され
る。ここで、Hold信号は、Hold_1信号およびScan信号の
論理積とHold_0信号との論理和で表される信号であり、
Hold_0信号、Hold_1信号およびScan信号それぞれは、タ
イミング制御回路50から出力される。また、Scan信号
は、各ユニット1001 〜100M それぞれに依って異
なるタイミングで発生するパルス信号である。
The read circuit 30 has an input terminal of the CDS circuit 2
0, the switching element S4, the capacitance element C4, and the switching element S5 are cascaded in this order between the input terminal and the output terminal, and between the capacitance element C4 and the switching element S5. A switch element S6 is provided between the connection point and the ground. The switch element S4 is on / off controlled by a Hold signal, the switch element S5 is on / off controlled by a Scan signal, and the switch element S6 is on / off controlled by a Reset signal. Here, the Hold signal is a signal represented by the logical sum of the logical product of the Hold_1 signal and the Scan signal and the Hold_0 signal,
Each of the Hold_0 signal, the Hold_1 signal, and the Scan signal is output from the timing control circuit 50. Further, Scan signal is a pulse signal generated at different timings depending on the respective units 100 1 to 100 M.

【0022】電流電圧変換回路40は、その入力端子が
各ユニット1001 〜100M それぞれの読出回路30
の出力端子に接続され、その入力端子と出力端子との間
にスイッチ素子S8および増幅器A3がこの順に縦続接
続され、また、その増幅器A3、容量素子C5およびス
イッチ素子S9が並列接続されている。さらに、入力端
子と接地との間にスイッチ素子S7が設けられている。
ここで、スイッチ素子S7およびS9それぞれは、Fres
et信号によりオン/オフ制御され、スイッチ素子S8
は、Hold_1信号によりオン/オフ制御される。
The current-to-voltage conversion circuit 40 has an input terminal connected to the readout circuit 30 of each of the units 100 1 to 100 M.
The switch element S8 and the amplifier A3 are cascaded in this order between the input terminal and the output terminal, and the amplifier A3, the capacitance element C5, and the switch element S9 are connected in parallel. Further, a switch element S7 is provided between the input terminal and the ground.
Here, each of the switch elements S7 and S9 is Fres
On / off control is performed by the et signal, and the switch element S8
Are controlled on / off by the Hold_1 signal.

【0023】タイミング制御回路50は、 Reset信号、
Sample信号、 Clamp信号、Hold_0信号、Hold_1信号、Sc
an信号およびFreset信号それぞれを、基準となるクロッ
ク信号等に基づいて、後述する図2に示す所定のタイミ
ングで出力する回路である。
The timing control circuit 50 outputs a Reset signal,
Sample signal, Clamp signal, Hold_0 signal, Hold_1 signal, Sc
This is a circuit that outputs each of the an signal and the Freset signal at a predetermined timing shown in FIG. 2 to be described later based on a reference clock signal or the like.

【0024】なお、この図において、タイミング制御回
路50から各ユニット1001 〜100M および電流電
圧変換回路40に到るまでの上記各制御信号のラインを
省略している。また、この図において、積分回路10の
出力端子を点Aと、CDS回路20の入力端子を点B
と、CDS回路20の出力端子を点Cと、読出回路30
の出力端子を点Dと、電流電圧変換回路40の出力端子
を点Eと、それぞれ記している。以下では、点A、点
B、点C、点Dおよび点Eそれぞれの電位をVA ,VB
,VC ,VD およびVE で表す。また、符号Cpは、
各ユニット1001 〜100M それぞれと電流電圧変換
回路40との間の寄生容量を表している。
In this figure, the lines of the control signals from the timing control circuit 50 to the units 100 1 to 100 M and the current / voltage conversion circuit 40 are omitted. In this figure, the output terminal of the integrating circuit 10 is point A, and the input terminal of the CDS circuit 20 is point B.
The output terminal of the CDS circuit 20 is set to a point C;
, And the output terminal of the current-voltage conversion circuit 40 is indicated by a point E. In the following, the potentials at points A, B, C, D and E will be referred to as VA, VB, respectively.
, VC, VD and VE. The code Cp is
The parasitic capacitance between each of the units 100 1 to 100 M and the current-voltage conversion circuit 40 is shown.

【0025】次に、この固体撮像装置の動作を、図2に
示すタイミングチャートをも参照しながら説明する。図
2は、本実施形態に係る固体撮像装置の動作を説明する
タイミングチャートである。なお、この図2(a)に示
すように或る Reset信号パルスの立ち上がり時刻と次の
Reset信号パルスの立ち上がり時刻との間が1サイクル
であって、各制御信号それぞれは、この1サイクルを周
期として繰り返される信号である。図2は、2サイクル
分の期間における各制御信号および各点の電位それぞれ
を示している。
Next, the operation of the solid-state imaging device will be described with reference to a timing chart shown in FIG. FIG. 2 is a timing chart illustrating the operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment. As shown in FIG. 2A, the rising time of a certain reset signal pulse and the next
One cycle is between the rising time of the reset signal pulse and each control signal is a signal that is repeated with this one cycle as a cycle. FIG. 2 shows each control signal and the potential at each point during a period of two cycles.

【0026】本実施形態に係る固体撮像装置では、第1
のサイクルの期間に、フォトダイオードPDからの信号
が積分回路10により積分され、さらに、その積分結果
がCDS回路20により処理され、続く第2のサイクル
の期間に、CDS回路20からの出力が読出回路30に
より読み出され、電流電圧変換回路40により電圧信号
に変換される。そして、1つのサイクルの期間内に、積
分回路10およびCDS回路20それぞれにおける処理
と、読出回路30および電流電圧変換回路40それぞれ
における処理とが、互いに独立に行われる。以下、詳細
に説明する。
In the solid-state imaging device according to this embodiment, the first
In the period of the cycle, the signal from the photodiode PD is integrated by the integrating circuit 10, and the integration result is processed by the CDS circuit 20, and in the subsequent second cycle, the output from the CDS circuit 20 is read out. The data is read out by the circuit 30 and converted into a voltage signal by the current-voltage conversion circuit 40. Then, within one cycle period, the processing in each of the integration circuit 10 and the CDS circuit 20 and the processing in each of the readout circuit 30 and the current-voltage conversion circuit 40 are performed independently of each other. The details will be described below.

【0027】積分回路10のスイッチ素子S1を制御す
る Reset信号(図2(a))がハイレベルである期間
は、スイッチ素子S1はオン状態となり、増幅器A1の
入力端子と出力端子との間は短絡状態となって、容量素
子C1は放電される。一方、 Reset信号がローレベルで
ある期間は、スイッチ素子S1はオフ状態となって、フ
ォトダイオードPDから出力された電流信号は容量素子
C1に蓄えられる。すなわち、積分回路10は、 Reset
信号がローレベルである期間だけ、フォトダイオードP
Dから出力された電流信号を容量素子C1に電荷として
蓄積し、その蓄積された電荷に応じた電圧信号を出力端
子(点A)に出力する。したがって、点Aの電位VA
は、図2(b)に示すように、 Reset信号がローレベル
である期間だけ変化し、 Reset信号がハイレベルである
期間にはオフセットレベルに維持される。
While the Reset signal (FIG. 2A) for controlling the switch element S1 of the integrating circuit 10 is at a high level, the switch element S1 is turned on, and the connection between the input terminal and the output terminal of the amplifier A1 is established. In a short-circuit state, the capacitive element C1 is discharged. On the other hand, while the Reset signal is at the low level, the switch element S1 is in the off state, and the current signal output from the photodiode PD is stored in the capacitor C1. That is, the integration circuit 10 performs the Reset
Only when the signal is at the low level, the photodiode P
The current signal output from D is stored in the capacitor C1 as electric charge, and a voltage signal corresponding to the stored electric charge is output to the output terminal (point A). Therefore, the potential VA at point A
As shown in FIG. 2B, the signal changes only during a period when the reset signal is at a low level, and is maintained at an offset level during a period when the reset signal is at a high level.

【0028】スイッチ素子S2を制御するSample信号
は、図2(c)に示すように、1サイクルの間に互いに
パルス幅が相等しい2つのパルスが存在する信号であっ
て、第1のパルスは、 Reset信号パルスの立ち下がり後
に立ち上がるパルスであり、第2のパルスは、次の Res
et信号パルスの立ち上がり前に立ち下がるパルスであ
る。
As shown in FIG. 2C, the Sample signal for controlling the switch element S2 is a signal in which two pulses having the same pulse width are present during one cycle, and the first pulse is , A pulse that rises after the fall of the reset signal pulse, and the second pulse is the next Res.
It is a pulse that falls before the rising of the et signal pulse.

【0029】1サイクルの間に、先ず、Sample信号の第
1のパルスによりスイッチ素子S2がオン状態になる
と、CDS回路20の入力端子(点B)の電位VB は、
その時の積分回路10の出力端子の電位VA の値V1 と
なる。その後、Sample信号がローレベルである期間は、
CDS回路20の入力端子(点B)の電位VB は、値V
1 に維持される。そして、次に、Sample信号の第2のパ
ルスによりスイッチ素子S2がオン状態になると、CD
S回路20の入力端子(点B)の電位VB は、その時の
積分回路10の出力端子の電位VA の値V2 となる。す
なわち、CDS回路20の入力端子(点B)の電位VB
は、図2(d)に示すように、Sample信号の第2のパル
スにより、値V1 から値V2 へ急激に変化する。
During one cycle, first, when the switch element S2 is turned on by the first pulse of the Sample signal, the potential VB of the input terminal (point B) of the CDS circuit 20 becomes
At this time, the potential VA of the output terminal of the integrating circuit 10 becomes the value V1. After that, while the Sample signal is low level,
The potential VB of the input terminal (point B) of the CDS circuit 20 is the value V
Maintained at 1. Next, when the switch element S2 is turned on by the second pulse of the Sample signal, CD
The potential VB of the input terminal (point B) of the S circuit 20 becomes the value V2 of the potential VA of the output terminal of the integrating circuit 10 at that time. That is, the potential VB of the input terminal (point B) of the CDS circuit 20
Changes rapidly from the value V1 to the value V2 by the second pulse of the Sample signal, as shown in FIG. 2D.

【0030】CDS回路20のスイッチ素子S3を制御
する Clamp信号は、図2(e)に示すように、Sample信
号の第2のパルスの立ち上がり前に立ち下がり、Sample
信号の第2のパルスの立ち下がり後に立ち上がる信号で
ある。すなわち、 Clamp信号は、Sample信号の第2のパ
ルスがハイレベルである期間を含む一定期間だけローレ
ベルとなる。 Clamp信号がローレベルになってスイッチ
素子S3がオフ状態なっている期間に、Sample信号の第
2のパルスが発生して、CDS回路20の入力端子(点
B)の電位VB が値V1 から値V2 へ変化すると、その
変化量に応じた電荷が容量素子C3に蓄積され、図2
(f)に示すように、その電荷量に応じた電位VC がC
DS回路20の出力端子(点C)に現れる。この電位V
C の値V3は、 V3=(V2−V1)・C2/C3 …(1) で表される。その後、 Clamp信号がハイレベルになって
スイッチ素子S3がオン状態になっても、CDS回路2
0からの出力電位VC は値V3 に維持される。
The Clamp signal for controlling the switch element S3 of the CDS circuit 20 falls before the rising of the second pulse of the Sample signal, as shown in FIG.
The signal rises after the fall of the second pulse of the signal. That is, the Clamp signal is at the low level for a certain period including the period during which the second pulse of the Sample signal is at the high level. A second pulse of the Sample signal is generated during a period in which the Clamp signal is at the low level and the switch element S3 is in the OFF state, and the potential VB of the input terminal (point B) of the CDS circuit 20 changes from the value V1 to the value V1. When the voltage changes to V2, a charge corresponding to the amount of the change is accumulated in the capacitor C3.
As shown in (f), the potential VC corresponding to the charge amount becomes C
It appears at the output terminal (point C) of the DS circuit 20. This potential V
The value V3 of C is expressed as follows: V3 = (V2-V1) .C2 / C3 (1) After that, even if the Clamp signal goes high and the switch element S3 is turned on, the CDS circuit 2
The output potential VC from 0 is maintained at the value V3.

【0031】読出回路30のスイッチ素子S4を制御す
るHold信号は、Hold_1信号およびScan信号の論理積とHo
ld_0信号との論理和の信号である。また、Scan信号は、
スイッチ素子S5をオン/オフ制御する。既述の Reset
信号は、スイッチ素子S6をオン/オフ制御する。
The Hold signal for controlling the switch element S4 of the read circuit 30 is formed by the logical product of the Hold_1 signal and the Scan signal and Ho.
This signal is a logical sum with the ld_0 signal. Also, the Scan signal is
On / off control of the switch element S5 is performed. Reset as described above
The signal controls on / off of the switch element S6.

【0032】Hold_0信号は、図2(g)に示すように、
Sample信号の第2のパルス( Clamp信号がローレベルで
ある期間に発生するSample信号パルス)と同一のタイミ
ングで発生するパルス信号である。Hold_1信号は、図2
(h)に示すように、1サイクルの期間内にM個のパル
スを有する信号である。ここで、Mは、ユニット100
1 〜100M の個数を示す。Scan信号は、図2(i)に
示すように、1サイクルの期間内に1個のパルスを有す
る信号であって、そのパルス幅は、Hold_1信号のパルス
幅と同程度であり、そのパルス発生タイミングは、1サ
イクル期間中のHold_1信号のM個のパルスのうちの何れ
かのパルスの発生タイミングと略一致しているが、各ユ
ニット1001 〜100M それぞれに依って異なる。し
たがって、Hold信号は、図2(j)に示すように、1サ
イクルの期間内に2パルスを有する信号であって、その
第1のパルスは、各ユニット1001 〜100M それぞ
れに依って異なるタイミングで発生し、第2のパルス
は、Hold_0信号のパルスと同じタイミングで発生する。
The Hold_0 signal is, as shown in FIG.
This is a pulse signal generated at the same timing as the second pulse of the sample signal (a sample signal pulse generated while the clamp signal is at a low level). Hold_1 signal is
As shown in (h), the signal has M pulses in one cycle period. Here, M is the unit 100
It indicates the number of 1 to 100 M. The Scan signal is a signal having one pulse in one cycle period as shown in FIG. 2 (i), and its pulse width is substantially equal to the pulse width of the Hold_1 signal, and its pulse generation is performed. The timing substantially coincides with the generation timing of any one of the M pulses of the Hold_1 signal during one cycle period, but differs depending on each of the units 100 1 to 100 M. Therefore, the Hold signal is a signal having two pulses within one cycle as shown in FIG. 2 (j), and the first pulse is different depending on each of the units 100 1 to 100 M. The second pulse is generated at the same timing as the pulse of the Hold_0 signal.

【0033】このような制御信号によりタイミング制御
された読出回路30は、1サイクルの期間中において、
Reset信号がハイレベルのときに、スイッチ素子S6が
オン状態になって、容量素子C4の電荷が放電され、そ
の後、 Reset信号がローレベルとなってスイッチ素子S
6がオフ状態になる。そして、Hold信号の第1のパルス
時には、Scan信号もハイレベルであり、スイッチ素子S
4およびS6が共にオン状態になって、CDS回路20
の出力信号は、容量素子C4を介して読出回路30から
出力される。したがって、読出回路30の出力端子(点
D)から出力される電位VD は、図2(k)に示すよう
になる。なお、点Dの実際の電位は、各ユニット100
1 〜100M それぞれから順次に出力された電位が総合
されたものとなるが、図2(k)は、1つのユニット1
00m の読出回路30から読み出された電位のみを示し
ている。
The read circuit 30 whose timing is controlled by the control signal as described above, during one cycle,
When the reset signal is at the high level, the switch element S6 is turned on, the electric charge of the capacitor C4 is discharged, and thereafter, the reset signal is at the low level and the switch element S6 is turned on.
6 is turned off. At the time of the first pulse of the Hold signal, the Scan signal is also at the high level, and the switch element S
4 and S6 are both turned on, and the CDS circuit 20
Is output from the readout circuit 30 via the capacitive element C4. Therefore, the potential VD output from the output terminal (point D) of the read circuit 30 is as shown in FIG. Note that the actual potential at point D is
Although the potentials sequentially output from 1 to 100 M are integrated, FIG. 2 (k) shows one unit 1
Only the potential read from the 00 m read circuit 30 is shown.

【0034】以上のようにして各ユニット1001 〜1
00M それぞれの読出回路30から順次出力された信号
は、電流電圧変換回路40に入力する。電流電圧変換回
路40のスイッチ素子S7およびS9をオン/オフ制御
するFreset信号は、図2(l)に示すように、Hold_1信
号のハイレベルとローレベルを反転した信号である。こ
のFreset信号によりオン/オフ制御されたスイッチ素子
S7は、各ユニット1001 〜100M それぞれから信
号が到達していない期間に寄生容量Cpを放電する。ま
た、Freset信号によりオン/オフ制御されたスイッチ素
子S9は、各ユニット1001 〜100M それぞれから
信号が到達していない期間に容量素子C5を放電する。
また、Hold_1信号によりオン/オフ制御されたスイッチ
素子S8は、各ユニット1001 〜100M それぞれか
ら信号が到達している期間にオン状態となり、その信号
を電圧信号として電流電圧変換回路40の出力端子(点
E)に出力する。
As described above, each of the units 100 1 to 100 1
00 M signals sequentially outputted from the respective readout circuits 30 are input to the current-voltage conversion circuit 40. The reset signal for turning on / off the switch elements S7 and S9 of the current-voltage conversion circuit 40 is a signal obtained by inverting the high level and the low level of the Hold_1 signal as shown in FIG. The Freset signal switching element (S7) which is turned on / off controlled by discharges the parasitic capacitance Cp to the period in which the signals from the respective unit 100 1 to 100 M respectively has not reached. The switch element (S9) which is turned on / off controlled by Freset signals, signals from each unit 100 1 to 100 M, respectively to discharge the capacitor C5 to the period is not reached.
The switch element S8, which has been turned on / off by the Hold_1 signal, is turned on during a period in which a signal has arrived from each of the units 100 1 to 100 M , and the signal is output as a voltage signal from the current-voltage conversion circuit 40. Output to terminal (point E).

【0035】したがって、電流電圧変換回路40の出力
端子(点E)の電位VE は、図2(m)に示すように、
1サイクルの期間内にM個のパルスを有する信号であっ
て、そのM個のパルスそれぞれは、各ユニット1001
〜100M それぞれの読出回路30から出力される信号
に対応しており、M個のパルスそれぞれのレベルは、そ
れぞれのフォトダイオードPDが受光した光信号の光量
に対応している。
Therefore, the potential VE at the output terminal (point E) of the current-voltage conversion circuit 40 becomes, as shown in FIG.
A signal having M pulses in one cycle period, and each of the M pulses is connected to each unit 100 1
-100 M corresponds to the signal output from each readout circuit 30, and the level of each of the M pulses corresponds to the light amount of the optical signal received by each photodiode PD.

【0036】以上のように、第1のサイクルの期間中
に、フォトダイオードPDから出力された信号が積分回
路10により積分され(図2(b))、Sample信号の第
1および第2のパルスそれぞれのときの積分回路10の
出力信号のレベルの差に応じた信号がCDS回路20に
より保持され出力される(図2(f))。そして、第2
のサイクルの期間中に、CDS回路20に保持された信
号が読出回路30により各ユニット1001 〜100M
毎に異なるタイミングで読み出され(図2(k))、各
ユニット1001 〜100M それぞれからの信号が電流
電圧変換回路40により電圧信号に変換されて時系列で
出力される(図2(m))。
As described above, during the first cycle, the signal output from the photodiode PD is integrated by the integrating circuit 10 (FIG. 2B), and the first and second pulses of the Sample signal are obtained. A signal corresponding to the level difference of the output signal of the integrating circuit 10 at each time is held and output by the CDS circuit 20 (FIG. 2 (f)). And the second
During the cycle of, the signal held in the CDS circuit 20 is read by the read circuit 30 to each of the units 100 1 to 100 M
Each of the units 100 1 to 100 M is read out at a different timing every time (FIG. 2 (k)), and the signals from each of the units 100 1 to 100 M are converted into voltage signals by the current / voltage conversion circuit 40 and output in time series (FIG. m)).

【0037】そして、この第2のサイクルの期間中に
も、積分回路10およびCDS回路20それぞれは動作
しており、第2のサイクル期間中にCDS回路20に保
持された信号は、続く第3のサイクルで、読出回路30
および電流電圧変換回路40それぞれにより処理され
る。したがって、1サイクルに必要な時間は、積分回路
10およびCDS回路20それぞれによる処理に要する
時間と、読出回路30および電流電圧変換回路40それ
ぞれによる処理に要する時間との、何れか長い時間であ
るので、従来の固体撮像素子に比べて高速な測定が可能
である。
During the second cycle, the integrating circuit 10 and the CDS circuit 20 are operating, and the signal held in the CDS circuit 20 during the second cycle is changed to the third signal. In the read circuit 30
And the current-voltage conversion circuit 40 respectively. Therefore, the time required for one cycle is the longer of the time required for processing by each of the integrating circuit 10 and the CDS circuit 20 and the time required for processing by each of the reading circuit 30 and the current-voltage conversion circuit 40. It is possible to perform higher-speed measurement than a conventional solid-state imaging device.

【0038】また、積分回路10の積分動作中において
Sample信号の第1および第2のパルスそれぞれの時点の
積分回路10の出力信号それぞれの差分に相当する電荷
がCDS回路20により保持される。したがって、積分
回路10の増幅器A1のオフセットばらつきの影響は除
去され、これにより、正確な光量測定が可能となり、フ
ォトダイオードアレイの場合には正確な光像の獲得が可
能となる。
Also, during the integration operation of the integration circuit 10,
The CDS circuit 20 holds the charge corresponding to the difference between the output signals of the integration circuit 10 at the time of each of the first and second pulses of the sample signal. Therefore, the influence of the offset variation of the amplifier A1 of the integration circuit 10 is eliminated, whereby accurate light quantity measurement is possible, and in the case of a photodiode array, accurate light image acquisition is possible.

【0039】(第2の実施形態)図3は、第2の実施形
態に係る固体撮像装置の回路構成図である。この図は、
フォトダイオード(光電変換素子)PDがM行×N列に
2次元配列された受光部を有する固体撮像装置の回路構
成図を示すものである。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a solid-state imaging device according to a second embodiment. This figure is
FIG. 1 is a circuit diagram of a solid-state imaging device having a light receiving unit in which photodiodes (photoelectric conversion elements) PD are two-dimensionally arranged in M rows × N columns.

【0040】この場合、N個のフォトダイオードPDと
積分回路10とスイッチ素子S2とCDS回路20と読
出回路30とを1ユニットとして、これをMユニット設
ける。M個のユニット2001 〜200M それぞれにお
いて、N個のフォトダイオードPDそれぞれからの出力
信号を、タイミング制御回路150から出力されたScan
_1信号に基づいて順次に積分回路10およびCDS回路
20により処理するとともに、CDS回路20の出力信
号をScan_0信号に基づいて順次に読出回路30により読
み出す。また、M個のユニット2001 〜200M から
順次に到達した信号を電流電圧変換回路140により順
次に電圧信号に変換する。このようにすることで、M×
N個のフォトダイオードそれぞれが受光した光量に応じ
た信号それぞれは、電流電圧変換回路140により順次
に電圧信号として出力される。この場合にも、測定の高
速化とオフセットばらつきの影響の除去が同時に達成さ
れる。
In this case, N photodiodes PD, integrating circuit 10, switch element S2, CDS circuit 20, and readout circuit 30 are regarded as one unit, and M units are provided. In each of the M units 200 1 to 200 M , the output signal from each of the N photodiodes PD is converted to the Scan signal output from the timing control circuit 150.
The signal is sequentially processed by the integrating circuit 10 and the CDS circuit 20 based on the signal _1, and the output signal of the CDS circuit 20 is sequentially read by the reading circuit 30 based on the Scan_0 signal. The signals sequentially arrived from the M units 200 1 to 200 M are sequentially converted into voltage signals by the current-voltage conversion circuit 140. By doing so, M ×
Each signal corresponding to the light amount received by each of the N photodiodes is sequentially output as a voltage signal by the current-voltage conversion circuit 140. Also in this case, speeding up of the measurement and removal of the influence of the offset variation can be achieved at the same time.

【0041】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。上記実施形態の固体
撮像装置では、受光部が1次元フォトダイオードアレイ
であるとし、そのフォトダイオードそれぞれにつき積分
回路、CDS回路および読出回路が備えられるものであ
ったが、これに限られるものではない。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. In the solid-state imaging device according to the above embodiment, the light receiving unit is a one-dimensional photodiode array, and each photodiode is provided with an integrating circuit, a CDS circuit, and a readout circuit. However, the present invention is not limited to this. .

【0042】例えば、フォトダイオード、積分回路、ス
イッチ素子、CDS回路、読出回路および電流電圧変換
回路それぞれを1式づつ備えて構成される固体撮像装置
でもよい。この場合にも、積分回路およびCDS回路に
よる処理と読出回路および電流電圧変換回路による処理
とを並列的に行うことができるので、高速な測定が可能
である。また、積分回路の増幅器のオフセットばらつき
の影響も除去される。
For example, a solid-state imaging device may be configured to include a photodiode, an integration circuit, a switch element, a CDS circuit, a readout circuit, and a current-voltage conversion circuit. Also in this case, the processing by the integration circuit and the CDS circuit and the processing by the readout circuit and the current-voltage conversion circuit can be performed in parallel, so that high-speed measurement is possible. Further, the influence of the offset variation of the amplifier of the integration circuit is also eliminated.

【0043】また、第2の実施形態において特にM=1
としてもよい。この場合、N個のフォトダイオードと積
分回路とスイッチ素子とCDS回路と読出回路とからな
るユニットが1つ備えられて構成される。なお、この場
合、Scan_0信号は不要である。
In the second embodiment, M = 1
It may be. In this case, one unit including N photodiodes, an integrating circuit, a switching element, a CDS circuit, and a reading circuit is provided. In this case, the Scan_0 signal is unnecessary.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、入力した信号光は、受光部の光電変換素子によ
り電流信号に変換され出力され、その電流信号は、増幅
器と容量素子とが並列接続された積分回路により、リセ
ット信号の指示に基づいて該容量素子に蓄積され積分さ
れる。積分回路における各積分動作期間中の第1および
第2の時刻それぞれに積分回路から出力された第1およ
び第2の信号レベルそれぞれは、サンプル信号の指示に
基づいて動作するスイッチ素子を介してCDS回路に入
力し、クランプ信号の指示に基づいて両者の差に相当す
る信号がCDS回路に保持され出力される。そして、こ
のCDS回路から出力された信号は、ホールド信号の指
示に基づいて動作する読出回路により電荷量として読み
出され、その電荷量は、電流電圧変換回路により電圧信
号に変換され出力される。この電流電圧変換回路から出
力される信号は、光電変換素子に入力した信号光の光量
を示すものである。
As described above in detail, according to the present invention, the input signal light is converted into a current signal by the photoelectric conversion element of the light receiving section and output, and the current signal is converted by the amplifier and the capacitor. Are accumulated in the capacitance element and integrated by the integration circuit connected in parallel based on the instruction of the reset signal. Each of the first and second signal levels output from the integration circuit at each of the first and second times during each integration operation period in the integration circuit is supplied to the CDS via a switch element that operates based on the instruction of the sample signal. A signal corresponding to the difference between the two is input to the circuit and is held and output by the CDS circuit based on the instruction of the clamp signal. The signal output from the CDS circuit is read as a charge by a read circuit that operates based on the instruction of the hold signal, and the charge is converted into a voltage signal by a current-voltage converter and output. The signal output from the current-voltage conversion circuit indicates the amount of signal light input to the photoelectric conversion element.

【0045】このような構成としたことにより、リセッ
ト信号が示す1サイクルの期間中に、積分回路およびC
DS回路それぞれによる処理と、読出回路および電流電
圧変換回路それぞれによる処理とは、並列的に行われ
る。したがって、1サイクルに必要な時間は、積分回路
およびCDS回路それぞれによる処理に要する時間と、
読出回路および電流電圧変換回路それぞれによる処理に
要する時間との、何れか長い時間であり、従来の固体撮
像素子に比べて高速な測定が可能である。
With such a configuration, the integration circuit and the capacitor C can be operated during one cycle period indicated by the reset signal.
The processing by each of the DS circuits and the processing by each of the reading circuit and the current-voltage conversion circuit are performed in parallel. Therefore, the time required for one cycle is the time required for processing by each of the integrating circuit and the CDS circuit, and
Either the time required for processing by the readout circuit or the time required for processing by the current-voltage conversion circuit, whichever is longer, and higher-speed measurement is possible as compared with a conventional solid-state imaging device.

【0046】また、積分回路の積分動作中においてサン
プル信号が示す第1および第2の時刻それぞれの時点の
積分回路の出力信号それぞれの差分に相当する電荷がC
DS回路により保持されるので、積分回路の増幅器のオ
フセットばらつきの影響は除去され、これにより、正確
な光量測定が可能となる。
During the integration operation of the integration circuit, the charge corresponding to the difference between the output signals of the integration circuit at each of the first and second times indicated by the sample signal is C.
Since the data is held by the DS circuit, the influence of the offset variation of the amplifier of the integration circuit is removed, thereby enabling accurate light quantity measurement.

【0047】また、本発明は、受光部が1つの光電変換
素子からなる場合だけでなく、1次元または2次元のア
レイ状に配置された複数の光電変換素子からなる場合に
も適用可能である。何れの場合にも、測定の高速化とオ
フセットばらつきの影響の除去が同時に達成され、特に
後者の場合には、正確な光像の獲得が可能となる。
The present invention is applicable not only to the case where the light receiving section is formed of one photoelectric conversion element, but also to the case where the light receiving section is formed of a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a one-dimensional or two-dimensional array. . In any case, the high-speed measurement and the elimination of the influence of the offset variation are achieved at the same time. In the latter case, an accurate optical image can be obtained.

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

【図1】第1の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成
図である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a solid-state imaging device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施形態に係る固体撮像装置の動作を説
明するタイミングチャート図である。
FIG. 2 is a timing chart illustrating the operation of the solid-state imaging device according to the first embodiment.

【図3】第2の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成
図である。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a solid-state imaging device according to a second embodiment.

【図4】従来の固体撮像装置の回路構成図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…積分回路、20…CDS回路、30…読出回路、
40…電流電圧変換回路、50…タイミング制御回路、
1001 〜100M …ユニット、A1〜A3…増幅器、
C1〜C5…容量素子、Cp…寄生容量、PD…フォト
ダイオード、S1〜S9…スイッチ素子。
10 integration circuit, 20 CDS circuit, 30 readout circuit,
40 ... current-voltage conversion circuit, 50 ... timing control circuit,
100 1 to 100 M ... unit, A1 to A3 ... amplifier,
C1 to C5: capacitance element, Cp: parasitic capacitance, PD: photodiode, S1 to S9: switch element.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力した光信号を電流信号に変換する光
電変換素子を有し、その電流信号を出力する受光部と、 前記受光部から出力された電流信号を入力する増幅器と
容量素子とが並列接続され、リセット信号の指示に基づ
いて前記電流信号を前記容量素子に蓄積し積分する積分
回路と、 前記積分回路の出力端子に第1の端子が接続され、サン
プル信号の指示に基づいて、前記積分回路における各積
分動作期間中の第1および第2の時刻それぞれに、前記
積分回路から出力された第1および第2の信号レベルそ
れぞれを第2の端子から出力するスイッチ素子と、 クランプ信号の指示に基づいて、前記スイッチ素子の第
2の端子から出力された前記第1および前記第2の信号
レベルそれぞれの互いの差に相当する信号を保持し出力
するCDS回路と、 ホールド信号の指示に基づいて、前記CDS回路から出
力された信号を電荷量として読み出す読出回路と、 前記読出回路により読み出された電荷量を電圧信号に変
換する電流電圧変換回路と、 前記リセット信号、前記サンプル信号、前記クランプ信
号および前記ホールド信号それぞれを所定のタイミング
で出力するタイミング制御手段と、 を備えることを特徴とする固体撮像装置。
A light-receiving unit that outputs the current signal; and an amplifier and a capacitor that input the current signal output from the light-receiving unit. An integration circuit that is connected in parallel and accumulates and integrates the current signal in the capacitance element based on an instruction of a reset signal; a first terminal is connected to an output terminal of the integration circuit, and based on an instruction of the sample signal, A switch element for outputting, from a second terminal, first and second signal levels output from the integration circuit at first and second times during each integration operation period in the integration circuit; and a clamp signal. A CDS circuit that holds and outputs a signal corresponding to the difference between each of the first and second signal levels output from the second terminal of the switch element based on the instruction of A read circuit for reading a signal output from the CDS circuit as a charge amount based on an instruction of a hold signal; a current-voltage conversion circuit for converting the charge amount read by the read circuit into a voltage signal; A solid-state imaging device comprising: a timing control unit that outputs each of the reset signal, the sample signal, the clamp signal, and the hold signal at a predetermined timing.
【請求項2】 前記受光部は、2以上の所定数の光電変
換素子を備え、前記所定数の光電変換素子それぞれから
の電流信号を出力し、 前記積分回路、前記スイッチ素子、前記CDS回路およ
び前記読出回路は、前記所定数の光電変換素子それぞれ
について設けられ、 前記読出回路は、更にスキャン信号の指示に基づいて、
前記所定数の光電変換素子それぞれについて互いに異な
るタイミングで、前記CDS回路から出力された信号を
電荷量として読み出し、 前記タイミング制御手段は、更に前記スキャン信号を所
定のタイミングで出力する、 ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
2. The light receiving unit includes two or more predetermined number of photoelectric conversion elements, and outputs current signals from each of the predetermined number of photoelectric conversion elements. The integration circuit, the switch element, the CDS circuit, The readout circuit is provided for each of the predetermined number of photoelectric conversion elements, and the readout circuit further includes:
A signal output from the CDS circuit is read out as a charge amount at different timings for each of the predetermined number of photoelectric conversion elements, and the timing control unit further outputs the scan signal at a predetermined timing. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項3】 前記受光部は、M行N列に2次元配列さ
れた所定数の光電変換素子を備え、M行それぞれについ
て、第1のスキャン信号の指示に基づいて各行のN個の
光電変換素子それぞれからの電流信号を互いに異なるタ
イミングで出力し、 前記積分回路、前記スイッチ素子、前記CDS回路およ
び前記読出回路は、前記受光部における前記N個の光電
変換素子からなる各行それぞれについて設けられ、 前記読出回路は、更に第2のスキャン信号の指示に基づ
いて、前記受光部における前記N個の光電変換素子から
なる各行それぞれについて互いに異なるタイミングで、
前記CDS回路から出力された信号を電荷量として読み
出し、 前記タイミング制御手段は、更に前記第1および前記第
2のスキャン信号それぞれを所定のタイミングで出力す
る、 ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
3. The light receiving section includes a predetermined number of photoelectric conversion elements two-dimensionally arranged in M rows and N columns. For each of the M rows, N photoelectric conversion elements in each row are specified based on an instruction of a first scan signal. Outputting current signals from the conversion elements at mutually different timings, wherein the integration circuit, the switch element, the CDS circuit, and the readout circuit are provided for each of the rows of the N photoelectric conversion elements in the light receiving unit. The readout circuit further includes a timing different from each other for each row of the N photoelectric conversion elements in the light receiving unit based on an instruction of a second scan signal.
The signal output from the CDS circuit is read as a charge amount, and the timing control unit further outputs each of the first and second scan signals at a predetermined timing. Solid-state imaging device.
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