JPH11298798A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイナミックレンジが充分広く光源の変動やノ
イズに強い二次元固体撮像装置を提供する。 【解決手段】画素をマトリクス状（行列状）に配してな
る二次元の固体撮像装置である。その各画素が、フォト
ダイオードと；前記フォトダイオードの一方の電極に第
１電極とゲート電極が接続されサブスレッショルド領域
で動作する第１ＭＯＳトランジスタと；ゲートが第１Ｍ
ＯＳトランジスタのゲートに接続されサブスレッショル
ド領域で動作する第２ＭＯＳトランジスタと；一端が第
２ＭＯＳトランジスタの第２電極に接続され他端が固定
電圧に接続されるとともに第２ＭＯＳトランジスタの第
１電極にリセット電圧が与えられたときに第２ＭＯＳト
ランジスタを介してリセットされるキャパシタと；第１
電極が前記キャパシタの一端に接続され第２電極が出力
信号線に接続されゲート電極が行選択線に接続された読
み出し用の第３ＭＯＳトランジスタとから成っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関す
るものであり、特に画素を二次元に配置した固体撮像装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトダイオード等の光電変換素子と、
その光電変換素子で発生した光電荷を出力信号線へ取り
出す手段とを含む画素をマトリクス状（行列状）に配し
てなる二次元固体撮像装置は種々の用途に供されてい
る。ところで、このような固体撮像装置は光電変換素子
で発生した光電荷を読み出す（取り出す）手段によって
ＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型は光
電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送するよう
になっており、一方ＭＯＳ型はフォトダイオードのｐｎ
接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通して
読み出すようになっていた。

【０００３】次に、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の１画
素当りの構成を図１３に示し説明する。同図において、
ＰＤはフォトダイオード、Ｔｒ１はドレインがフォトダ
イオードＰＤのカソードに接続され、ソースが出力信号
線Ｌｓｉｇに接続され、ゲートが行選択線Ｌｖｓｅｌに
接続されたｎチャンネルＭＯＳトランジスタである。フ
ォトダイオーＰＤに光が入射すると、その入射光量に比
例した電荷が発生し、フォトダイオードＰＤのｐｎ接合
容量に蓄積される（積分される）。この積分が終了する
と、行選択線Ｌvselに高い電圧が印加され、トランジス
タＴr1がＯＮ状態となる。これに伴い、前記フォトダイ
オードＰＤのｐｎ接合容量に蓄積されている電荷は出力
信号線Ｌsigに出力され、この出力信号線Ｌsigを通じて
読み出されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＣ
ＣＤ型固体撮像装置はフォトダイオードにおいて発生し
た電荷をポテンシャルのみ蓄積して転送するためダイナ
ミックレンジが狭いという欠点がある。一方、上記従来
のＭＯＳ型固体撮像装置には、次のような欠点がある。
即ち、まず入射光量に比例して発生する電荷をフォト
ダイオードの容量に蓄積して発生する電荷をフォトダイ
オードの容量に蓄積して読み出すので、ＣＣＤ型よりは
ダイナミックレンジが広いが、それでも不十分である。
次に、ＭＯＳトランジスタをスイッチングして読み出
すので、スイッチングノイズが生じ、Ｓ／Ｎ（信号対ノ
イズ特性）が悪くなる。

【０００５】更に、１画素ずつＭＯＳトランジスタを
スイッチングして読み出すので、各画素間で積分のタイ
ミングが異なってしまう。即ち、図１２において、図示
の行選択線Ｌvselに接続されているトランジスタＴr1よ
りも１ライン後の行選択線に接続されているＭＯＳトラ
ンジスタ（仮にＴr2とする）はトランジスタＴr1よりも
遅れてＯＮになる。一方、Ｔr1に接続されたフォトダイ
オードＰＤもトランジスタＴr2に接続されたフォトダイ
オードも光が同時に入射すれば積分は同時にスタートす
るが、その読み出しはトランジスタＴr1の方が早く、Ｔ
r2の方が遅いので、結果としてそれらの積分時間が異な
ってしまうことになる。

【０００６】本発明はダイナミックレンジの充分広い二
次元固体撮像装置を提供することを目的とする。また、
本発明の他の目的は全画素の積分タイミングを同一にで
きる二次元固体撮像装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め請求項１に記載の発明では、画素をマトリクス状（行
列状）に配してなる二次元の固体撮像装置において、各
画素が、フォトダイオードと；前記フォトダイオードの
一方の電極に第１電極とゲート電極が接続されサブスレ
ッショルド領域で動作する第１ＭＯＳトランジスタと；
ゲートが第１ＭＯＳトランジスタのゲートに接続されサ
ブスレッショルド領域で動作する第２ＭＯＳトランジス
タと；一端が第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に接続
され他端が固定電圧に接続されるとともに第２ＭＯＳト
ランジスタの第１電極にリセット電圧が与えられたとき
に第２ＭＯＳトランジスタを介してリセットされるキャ
パシタと；第１電極が前記キャパシタの一端に接続され
第２電極が出力信号線に接続されゲート電極が行選択線
に接続された読み出し用の第３ＭＯＳトランジスタとか
ら成っている。

【０００８】このような構成によると、フォトダイオー
ドで発生した光電流は第１ＭＯＳトランジスタで対数変
換され、そのそのゲート電圧は対数変換電流に比例した
電圧となる。この電圧によって第２ＭＯＳトランジスタ
を通してキャパシタが充電される。積分が終了した時点
で第３ＭＯＳトランジスタがＯＮされキャパシタの電圧
が出力信号線へ導出される。その後、第２ＭＯＳトラン
ジスタの第１電極にリセット電圧が与えられると、キャ
パシタの電圧はそのリセット電圧値にリセットされる。
この状態で再びキャパシタの積分が開始される。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、画素を
マトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置におい
て、各画素が、フォトダイオードと；前記フォトダイオ
ードの一方の電極に第１電極とゲート電極が接続されサ
ブスレッショルド領域で動作する第１ＭＯＳトランジス
タと；ゲートが第１ＭＯＳトランジスタのゲートに接続
され第１電極が直流電圧に接続されサブスレッショルド
領域で動作する第２ＭＯＳトランジスタと；一端が第２
ＭＯＳトランジスタの第２電極に接続され他端が固定電
圧に接続され前記フォトダイオードで発生した光電荷に
基づく信号を積分するキャパシタと；前記キャパシタの
一端に第１電極が接続され第２電極が出力信号線に接続
されゲート電極が行選択線に接続された読み出し用の第
３ＭＯＳトランジスタと；前記キャパシタの前記一端に
第１電極が接続され第２電極が直流電圧に接続されてい
るとともにゲートにリセットパルスが印加されたときＯ
Ｎして前記キャパシタを初期状態にリセットする第４Ｍ
ＯＳトランジスタとからなっている。

【００１０】この構成では、キャパシタの積分やキャパ
シタ電圧の読み出しについては、上記請求項１の場合と
同一であるが、キャパシタのリセットについてはキャパ
シタに並列になる第４ＭＯＳトランジスタをＯＮするこ
とによって行われる。従って、より正確に より速くキ
ャパシタのリセットを行うことができる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明では、画素を
マトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置におい
て、各画素が、フォトダイオードと；前記フォトダイオ
ードの一方の電極に第１電極とゲート電極が接続されサ
ブスレッショルド領域で動作する第１ＭＯＳトランジス
タと；ゲートが第１ＭＯＳトランジスタのゲートに接続
され第１電極が直流電圧に接続されサブスレッショルド
領域で動作する第２ＭＯＳトランジスタと；一端が第２
ＭＯＳトランジスタの第２電極からの信号を受けとるよ
うに設けられ他端が固定電圧に接続され前記フォトダイ
オードで発生した光電荷に基づく信号を積分するキャパ
シタと；前記キャパシタの一端に第１電極が接続され第
２電極が出力信号線に接続されゲート電極が行選択線に
接続された読み出し用の第３ＭＯＳトランジスタと；前
記キャパシタの一端に第１電極が接続され第２電極が直
流電圧に接続されゲートに直流電圧が印加されて常時Ｏ
Ｎする第４ＭＯＳトランジスタとからなっている。

【００１２】この構成では、常時ＯＮする第４ＭＯＳト
ランジスタが抵抗と等価になり、キャパシタに所定値の
抵抗が接続されていることになる。このためキャパシタ
の初期値が、その抵抗によって決まることになる。換言
すれば、第４ＭＯＳトランジスタのゲート電極に加える
直流電圧を可変することによって初期値を調整できるこ
とになる。

【００１３】また、請求項４に記載の発明では、画素を
マトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置におい
て、各画素が、光電変換素子と；前記光電変換素子の出
力電流を対数変換した電圧に変換する対数変換手段と；
対数変換手段の出力電圧がゲートに印加されるＭＯＳト
ランジスタと；一端が第１スイッチ手段を介して前記Ｍ
ＯＳトランジスタの第２電極から出力電流を受けるよう
に接続され他端が固定電圧に接続されたキャパシタと；
前記キャパシタの前記一端と出力信号線に接続された第
２スイッチ手段とを有している。そして、記キャパシタ
の積分を第１スイッチ手段をＯＮ、第２スイッチ手段を
ＯＦＦ状態にして行ない、前記キャパシタの電圧の出力
信号線への導出を第１スイッチ手段をＯＦＦ、第２スイ
ッチ手段をＯＮ状態にして行ない、前記キャパシタのリ
セットを第１スイッチ手段をＯＮ、第２スイッチ手段を
ＯＦＦにした状態で前記ＭＯＳトランジスタの第１電極
へリセット電圧を印加することにより行なうようになっ
ている。

【００１４】この構成によると、全画素について第１ス
イッチ手段を同時にＯＦＦにした状態で第２スイッチ手
段をＯＮして読み出すことができるので、積分のタイミ
ング（積分時間）が全画素で同一にできる。即ち、全画
素について第１スイッチを同時にＯＮして積分を開始さ
せ、その後、同時にＯＦＦして積分を終了させることが
できるので、積分時間を全て同一にすることできる。

【００１５】また、請求項５に記載の発明では、画素を
マトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置におい
て、各画素が；光電変換素子と；前記光電変換素子の出
力電流を対数変換した電圧に変換する対数変換手段と；
対数変換手段の出力電圧がゲートに印加されるＭＯＳト
ランジスタと；一端が第１スイッチ手段を介して前記Ｍ
ＯＳトランジスタの第２電極から出力電流を受けるよう
に接続され他端が固定電圧に接続されたキャパシタと；
前記キャパシタの前記一端と出力信号線に接続された読
み出し用の第２スイッチ手段と；前記キャパシタの前記
一端に接続されたリセット手段とを有し、第１スイッチ
手段をＯＦＦにしてキャパシタの電圧を読み出している
ときに前記ＭＯＳトランジスタのｐｎ接合容量へ電荷の
蓄積を行ない前記読み出し終了後に第１スイッチ手段を
ＯＮして前記ｐｎ接合容量の電荷を前記キャパシタへ転
送するようにしている。

【００１６】この構成によると、全画素についてキャパ
シタの積分タイミングを同一にできるだけでなく、読み
出し中にＭＯＳトランジスタのｐｎ接合容量を利用して
積分を行うことができ、前記読み出し終了後、このｐｎ
接合容量の充電電荷をキャパシタへ転送し、引き続いて
キャパシタに電荷蓄積（積分）を行なうことができる。
このように、積分時間の一部を読み出しと並行して行な
うことにより撮像時間を短縮できるとともに、応答性の
良い固体撮像装置となる。

【００１７】また、請求項６に記載の発明では、画素を
マトリクス状に配してなる二次元の固体撮像装置におい
て、各画素が、光電変換素子と；前記光電変換素子の出
力電流を対数変換した電圧に変換する対数変換手段と；
対数変換手段の出力電圧がゲートに印加されるＭＯＳト
ランジスタと；一端が第１スイッチ手段を介して前記Ｍ
ＯＳトランジスタの第２電極から出力電流を受けるよう
に接続され他端が固定電圧に接続されたキャパシタと；
前記キャパシタの前記一端と出力信号線に接続された読
み出し用の第２スイッチ手段と；前記キャパシタの前記
一端に接続されたリセット手段とを有し、第１スイッチ
手段をＯＮ、第２スイッチ手段をＯＦＦにしてキャパシ
タの積分を行ない、第１スイッチ手段をＯＦＦ、第２ス
イッチ手段をＯＮにしてキャパシタの電圧を出力信号線
へ読み出しているときに前記ＭＯＳトランジスタのｐｎ
接合容量に光電流に基づく電荷が蓄積しているのを前記
ＭＯＳトランジスタの第１電極へ印加するリセット電圧
によりリセットしてから該ｐｎ接合容量への積分を開始
し、第２スイッチ手段をＯＦＦした後、前記リセット手
段によってキャパシタをリセットし、第１スイッチ手段
をＯＮして前記ｐｎ接合容量の電荷をキャパシタへ転送
し、引き続いて光電流に基づくキャパシタの積分を行な
うようになっている。

【００１８】この構成は、全画素で積分のタイミングを
同一にできるとともに、応答特性を向上できるという点
で上記請求項６のものと同一であるが、更に本構成で
は、ＭＯＳトランジスタの第１電極にリセット電圧を与
えてそのＭＯＳトランジスタのｐｎ容量のリセットを行
ない、一方キャパシタのリセットは該キャパシタの一端
に接続したリセット手段によって行なう如く各リセット
が別々の手段によって行なわれる。従って、より正確
に、より速くキャパシタのリセットを行なうことができ
る。

【００１９】また、請求項８に記載の発明では、半導体
基板と、該基板上に形成され行列状に配置された複数の
画素と、該基板上に形成された該画素の信号を時系列的
に読み出すための走査部とを備える固体撮像装置におい
て、前記画素が、カソードが第１のＤＣ電圧に接続され
たｐｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードの
アノードにそのドレインとゲートが接続されそのソース
が第２のＤＣ電圧に接続された第１のｎチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタと、そのゲートが第１のｎチャンネルＭ
ＯＳトランジスタのゲートに接続されソースがキャパシ
タを通して第２のＤＣ電圧に接続された第２のｎチャン
ネルＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｎチ
ャンネルＭＯＳトランジスタのソース及びキャパシタに
接続されゲートが行選択線に接続されソースが出力信号
線に接続された第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタ
からなり、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタをサ
ブスレッショルド領域で動作するようにバイアスし、第
２のＭＯＳトランジスタのドレインにクロックパルスを
与えることにより前記キャパシタの電圧を初期電圧に設
定するように構成することによってキャパシタの電圧が
入射光量の時間積分値の対数に比例した出力電圧となる
ようにし、第３のＭＯＳトランジスタによってその出力
電圧を読み出すように構成している。

【００２０】また、請求項９に記載の発明では、半導体
基板と、該基板上に形成され行列状に配置された複数の
画素と、該基板上に形成された該画素の信号を時系列的
に読み出すための走査部とを備える固体撮像装置におい
て、前記画素が、カソードが第１のＤＣ電圧に接続され
たｐｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードの
アノードにそのドレインとゲートが接続されそのソース
が第２のＤＣ電圧に接続された第１のｎチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタと、そのドレインが前記第１のＤＣ電圧
に接続されゲートが第１のｎチャンネルＭＯＳトランジ
スタのゲートに接続されソースが前記キャパシタを通し
て第２のＤＣ電圧に接続された第２のｎチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタと、そのドレインが第２のｎチャンネル
ＭＯＳトランジスタのソース及び前記キャパシタに接続
されゲートが行選択線に接続されソースが出力信号線に
接続された第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタと、
そのドレインが第２のｎチャンネルＭＯＳトランジスタ
のソース及びキャパシタに接続されゲートがリセットラ
インに接続されソースがキャパシタの初期電圧を設定す
る第２のＤＣ電圧に接続された第４のｎチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタとからなり、前記第１及び第２のＭＯＳ
トランジスタをサブスレッショルド領域で動作するよう
にバイアスし、前記第４のＭＯＳトランジスタをオン状
態としてキャパシタの電圧を初期電圧に設定するように
することによってキャパシタの電圧が入射光量の時間積
分値の対数に比例した出力電圧となるようにし、第３の
ＭＯＳトランジスタによってその出力電圧を読み出すよ
うに構成している。

【００２１】また、請求項１０に記載の発明では、半導
体基板と該基板上に形成され行列状に配置された複数の
画素と、該基板上に形成された該画素の信号を時系列的
に読み出すための走査部とを備える固体撮像装置におい
て、前記画素が、カソードが第１のＤＣ電圧に接続され
たｐｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードの
アノードにそのドレインとゲートが接続されそのソース
が第２のＤＣ電圧に接続された第１のｎチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタと、そのゲートが第１のｎチャンネルＭ
ＯＳトランジスタのゲートに接続された第２のｎチャン
ネルＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｎチ
ャンネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されゲート
が積分時間制御線に接続されソースがキャパシタを通し
て第２のＤＣ電圧に接続された第５のｎチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタと、そのドレインが第５のｎチャンネル
ＭＯＳトランジスタのソース及び前記キャパシタに接続
されゲートが行選択線に接続されソースが出力信号線に
接続された第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタから
なり、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタをサブス
レッショルド領域で動作するようにバイアスし、第２の
ＭＯＳトランジスタのドレインにクロックパルスを与え
ると同時に第５のＭＯＳトランジスタをオン状態として
キャパシタの電圧を初期電圧に設定するようにすること
によってキャパシタの電圧が入射光量の時間積分値の対
数に比例した出力電圧となるようにし、第５のＭＯＳト
ランジスタのオフ時間によって積分時間を決めて全ての
画素の積分タイミングが同時になるようにし第３のＭＯ
Ｓトランジスタによってその出力電圧を読み出すように
構成している。

【００２２】また、請求項１１に記載の発明では、半導
体基板と、該基板上に形成され行列状に配置された複数
の画素と、該基板上に形成された該画素の信号を時系列
的に読み出すための走査部とを備える固体撮像装置にお
いて、前記画素が、カソードが第１のＤＣ電圧に接続さ
れたｐｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオード
のアノードにそのドレインとゲートが接続されそのソー
スが第２のＤＣ電圧に接続された第１のｎチャンネルＭ
ＯＳトランジスタと、そのゲートが第１のｎチャンネル
ＭＯＳトランジスタのゲートに接続された第２のｎチャ
ンネルＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｎ
チャンネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されゲー
トが積分時間制御線に接続されソースがキャパシタを通
して第２のＤＣ電圧に接続された第５のｎチャンネルＭ
ＯＳトランジスタと、そのドレインが第５のｎチャンネ
ルＭＯＳトランジスタのソース及び前記キャパシタに接
続されゲートが行選択線に接続されソースが出力信号線
に接続された第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタ
と、そのドレインが第５のｎチャンネルＭＯＳトランジ
スタのソース及び前記キャパシタに接続されゲートがリ
セットラインに接続されソースがキャパシタの初期電圧
を設定する第３のＤＣ電圧に接続された第４のｎチャン
ネルＭＯＳトランジスタとからなり、前記第１及び第２
のＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド領域で動作
するようにバイアスし、第２のＭＯＳトランジスタのド
レインにクロックパルスを与えて第２のＭＯＳトランジ
スタのソースと第５のＭＯＳトランジスタのドレインを
初期電圧に設定し、第４のＭＯＳトランジスタをオン状
態としてキャパシタの電圧を初期電圧に設定するように
することによってキャパシタの電圧が入射光量の時間積
分値の対数に比例した出力電圧となるようにし、第２の
ＭＯＳトランジスタのドレインがハイレベルである時間
によって積分時間を決めて全ての画素の積分タイミング
が同時になるようにし第３のＭＯＳトランジスタによっ
てその出力電圧を積分期間中にも読み出せるように構成
している。

【００２３】また、請求項１２に記載の発明では、半導
体基板と、該基板上に形成され行列状に配置された複数
の画素と、該基板上に形成された該画素の信号を時系列
的に読み出すための走査部とを備える固体撮像装置にお
いて、前記画素が、アノードが第１のＤＣ電圧に接続さ
れたｐｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオード
のカソードにそのドレインとゲートが接続されそのソー
スが第２のＤＣ電圧に接続された第１のｐチャンネルＭ
ＯＳトランジスタと、そのゲートが第１のｐチャンネル
ＭＯＳトランジスタのゲートに接続されソースがキャパ
シタを通して第２のＤＣ電圧に接続された第２のｐチャ
ンネルＭＯＳトランジスタと、そのソースが第２のｐチ
ャンネルＭＯＳトランジスタのソース及び前記キャパシ
タに接続されゲートが行選択線に接続されドレインが出
力信号線に接続された第３のｐチャンネルＭＯＳトラン
ジスタからなり、前記第１及び第２のＭＯＳトランジス
タをサブスレッショルド領域で動作するようにバイアス
し、第２のＭＯＳトランジスタのドレインにクロックパ
ルスを与えることによりキャパシタの電圧を初期電圧に
設定するようにすることによってキャパシタの電圧が入
射光量の時間積分値の対数に比例した出力電圧となるよ
うにし、第２のＭＯＳトランジスタによってその出力電
圧を読み出すように構成している。

【００２４】また、請求項１３に記載の発明では、半導
体基板と、該基板上に形成され行列上に配置された複数
の画素と、該基板上に形成された該画素の信号を時系列
的に読み出すための走査部とを備える固体撮像装置にお
いて、前記画素が、アノードが第１のＤＣ電圧に接続さ
れたｐｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオード
のカソードにそのドレインとゲートが接続されそのソー
スが第２のＤＣ電圧に接続された第１のｐチャンネルＭ
ＯＳトランジスタと、そのドレインが前記第１のＤＣ電
圧に接続されゲートが第１のｐチャンネルＭＯＳトラン
ジスタのゲートに接続されソースがキャパシタを通して
第２のＤＣ電圧に接続された第２のｐチャンネルＭＯＳ
トランジスタと、そのソースが第２のｐチャンネルＭＯ
Ｓトランジスタのソース及び前記キャパシタに接続され
ゲートが行選択線に接続されドレインが出力信号線に接
続された第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタと、そ
のドレインが第２のｐチャンネルＭＯＳトランジスタの
ソース及び前記キャパシタに接続されゲートがリセット
ラインに接続されソースがキャパシタの初期電圧を設定
する第３のＤＣ電圧に接続された第４のｐチャンネルＭ
ＯＳトランジスタとからなり、前記第１及び第２のＭＯ
Ｓトランジスタをサブスレッショルド領域で動作するよ
うにバイアスし、前記第４のＭＯＳトランジスタをオン
状態としてキャパシタの電圧を初期電圧に設定するよう
にすることによってキャパシタの電圧が入射光量の時間
積分値の対数に比例した出力電圧となるようにし、第３
のｐチャンネルＭＯＳトランジスタによってその出力電
圧を読み出すように構成している。

【００２５】また、請求項１４に記載の発明では、半導
体基板と、該基板上に形成され行列状に配置された複数
の画素と、該基板状に形成された該画素の信号を時系列
的に読み出すための走査部とを備える固体撮像装置にお
いて、前記画素が、アノードが第１のＤＣ電圧に接続さ
れたｐｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオード
のカソードにそのドレインとゲートが接続されそのソー
スが第２のＤＣ電圧に接続された第１のｐチャンネルＭ
ＯＳトランジスタと、そのゲートが第１のｐチャンネル
ＭＯＳトランジスタのゲートに接続された第２のｐチャ
ンネルＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｐ
チャンネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されゲー
トが積分時間制御線に接続されソースがキャパシタを通
して第２のＤＣ電圧に接続された第５のｐチャンネルＭ
ＯＳトランジスタと、そのソースが第５のｐチャンネル
ＭＯＳトランジスタのソース及び前記キャパシタに接続
されゲートが行選択線に接続されドレインが出力信号線
に接続された第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタか
らなり、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタをサブ
スレッショルド領域で動作するようにバイアスし、第２
のＭＯＳトランジスタのドレインにクロックパルスを与
えると同時に第５のＭＯＳトランジスタをオン状態とし
てキャパシタの電圧を初期電圧に設定するようにするこ
とによってキャパシタの電圧が入射光量の時間積分値の
対数に比例した出力電圧となるようにし、第５のＭＯＳ
トランジスタのオフ時間によって積分時間を決めて全て
の画素の積分タイミングが同時になるようにし第３のＭ
ＯＳトランジスタによってその出力電圧を読み出すよう
に構成している。

【００２６】また、請求項１５に記載の発明では、半導
体基板と、該基板状に形成され行列状に配置された複数
の画素と、該基板状に形成された該画素の信号を時系列
的に読み出すための走査部とを備える固体撮像装置にお
いて、前記画素が、アノードが第１のＤＣ電圧に接続さ
れたｐｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオード
のカソードにそのドレインとゲートが接続されそのソー
スが第２のＤＣ電圧に接続された第１のｐチャンネルＭ
ＯＳトランジスタと、そのゲートが第１のｐチャンネル
ＭＯＳトランジスタのゲートに接続された第２のｐチャ
ンネルＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｐ
チャンネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されゲー
トが積分時間制御線に接続されソースがキャパシタを通
して第２のＤＣ電圧に接続された第５のｐチャンネルＭ
ＯＳトランジスタと、そのソースが第５のｐチャンネル
ＭＯＳトランジスタのソース及び前記キャパシタに接続
されゲートが行選択線に接続されドレインが出力信号線
に接続された第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタ
と、そのドレインが第５のｐチャンネルＭＯＳトランジ
スタのソース及び前記キャパシタに接続されゲートがリ
セットラインに接続されソースがキャパシタの初期電圧
を設定する第３のＤＣ電圧に接続された第４のｐチャン
ネルＭＯＳトランジスタとからなり、前記第１及び第２
のＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド領域で動作
するようにバイアスし、第２のＭＯＳトランジスタのド
レインがローレベルである時間によって積分時間を決め
て全ての画素の積分タイミングが同時になるようにし第
３のＭＯＳトランジスタによってその出力電圧を積分期
間中にも読み出せるように構成している。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の固体撮像装置の各
実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実
施形態に係る二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の一部の構
成を概略的に示している。同図において、Ｇ１１、Ｇ１
２、・・・、Ｇｍｎは行列配置（マトリクス配置）され
た画素を示している。２は垂直走査回路であり、行（ラ
イン）４−１、４−２、・・・、４−ｎを順次走査して
いく。３は水平走査回路であり、画素から出力信号線６
−１、６−２、・・・、６−ｍに導出された光電変換信
号を画素ごとに水平方向に順次読み出す。５は電源ライ
ンである。各画素に対し、上記ライン４−１、４−２・
・・、４−ｎや出力信号線６−１、６−２・・・、６−
ｍ、電源ライン５だけでなく、他のライン（例えば、ク
ロックラインやバイアス供給ライン等）も接続される
が、図１ではこれらについて省略し、図２以降の各実施
形態において示している。

【００２８】さて、図２は、本発明の第１の実施形態の
１画素当りの構成を示している。同図において、ＰＤは
フォトダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３はｎチャン
ネルＭＯＳトランジスタ、Ｃはキャパシタである。Ｖｄ
ｄ，ＶｓｓはＤＣ電圧、Φｄはクロックである。また、
Ｌｓｉｇは出力信号線、Ｌｖｓｅｌは行選択線を表して
いる。

【００２９】同図においては、フォトダイオードＰＤの
カソードはＤＣ電圧Ｖｄｄに接続され、アノードは第１
のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインと
ゲート及び第２のｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２
のゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジスタの
ソースにはＤＣ電圧Ｖｓｓが、第２ＭＯＳトランジスタ
のドレインにはクロックΦｄがが印加されている。ま
た、第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースは容量Ｃの
キャパシタを介してＤＣ電圧Ｖｓｓに接続されている。
さらに、第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ３
のドレインは第２ＭＯＳトランジスタのソースに、第３
ＭＯＳトランジスタのソースは出力信号線Ｌｓｉｇに、
第３ＭＯＳトランジスタのゲートは行選択線Ｌｖｓｅｌ
に接続されている。

【００３０】同図においてフォトダイオードＰＤに光が
入射すると、その入射光量に比例した電流ｌｐが発生す
る。この電流は第１ＭＯＳトランジスタＴｒ１で対数変
換され、ゲート電圧ＶＧはｌｎ（Ｉｐ）に比例した電圧
になる。それによって、第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２
を通してキャパシタＣが充電され、ｌｎ∫（Ｉｐ）ｄｔ
に比例した電圧ＶｏがキャパシタＣに生じる。ここで、
ｔは時間を示す。積分が終了すると、行選択線Ｌｖｓｅ
ｌに高い電圧が印加され、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ
３をＯＮ状態とする。その結果、積分された電荷は、図
１の水平走査回路３の読み出し動作に従って第３ＭＯＳ
トランジスタＴｒ３及び出力信号線Ｌｓｉｇを通じて読
み出される。

【００３１】信号が読み出された後、クロックΦｄがＨ
ｉレベルからＬｏｗレベルに変化して、キャパシタＣの
電荷がトランジスタＴｒ２を通してΦｄ側へ放電され、
キャパシタの電圧Ｖｏが初期電圧（この電圧はクロック
ΦｄのＬｏｗレベル電圧）にリセットされる。その後、
クロックΦｄがＬｏｗレベルからＨｉレベルに変化し、
次の積分が開始される。この実施形態においては、第２
ＭＯＳトランジスタＴｒ２がリセットトランジスタを兼
ねており、構成が簡単になる。また、入射光量の積分値
の対数に比例した出力が得られるので、従来の１０００
倍以上のダイナミックレンジを持つことができる。ま
た、フォトダイオードＰＤを照射する光源光の変動によ
る変動成分もキャパシタＣで吸収されてしまうので、光
源の変動にも強い。また、同様に周波数の高いノイズも
キャパシタＣで吸収されるので、ノイズの少ない高品質
の信号が得られる。

【００３２】図３は、本発明の固体撮像装置の第２の実
施例の１画素当りの構成を示している。同図において、
ＰＤはフォトダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔ
ｒ４はｎチャンネルＭＯＳトランジスタ、Ｃはキャパシ
タである。Ｖｄｄ，Ｖｓｓ，ＶｒｅｓはＤＣ電圧であ
る。また、Ｌｓｉｇは出力信号線、Ｌｖｓｅｌは行選択
線、Ｌｒｅｓはリセットラインを表している。

【００３３】同図においては、フォトダイオードＰＤの
カソードはＤＣ電圧Ｖｄｄに接続され、アノードは第１
のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインと
ゲート及び第２のｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２
のゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１のソースにはＤＣ電圧Ｖｓｓが、第２ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ２のドレインにはＤＣ電圧Ｖｄｄが印加され
ている。

【００３４】また、第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソ
ースはキャパシタＣを介してＤＣ電圧Ｖｓｓに接続され
ている。さらに、第３のｎチャンネルＭＯＳトランジス
タＴｒ３のドレインは第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２の
ソースに、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３のソースは出
力信号線Ｌｓｉｇに、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３の
ゲートは行選択線Ｌｖｓｅｌに接続されている。そし
て、第４のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ４のド
レインは第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースに、第
４ＭＯＳトランジスタＴｒ４のソースはＤＣ電圧Ｖｒｅ
ｓに、第４ＭＯＳトランジスタＴｒ４のゲートはリセッ
トラインＬｒｅｓに接続されている。

【００３５】同図においてフォトダイオードＰＤに光が
入射すると、その入射光量に比例した電流Ｉｐが発生す
る。この電流は第１ＭＯＳトランジスタＴｒ１で対数変
換され、ゲート電圧ＶＧはｌｎ（Ｉｐ）に比例した電圧
になる。それによって、第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２
を通してキャパシタＣが充電され、ｌｎ∫（ｌｐ）ｄｔ
に比例した電圧Ｖｏが生じる。積分が終了すると、行選
択線Ｌｖｓｅｌに高い電圧が印加され、第３ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ３がＯＮ状態となる。その結果、積分され
た電荷は、図１の水平走査回路３の読み出し動作に従っ
て第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３及び出力信号線Ｌｓｉ
ｇを通じて読み出される。

【００３６】信号が読み出された後、リセットラインＬ
ｒｅｓがＬｏｗレベルからＨｉレベルに変化して、トラ
ンジスタＴｒ４がＯＮし、Ｖｏが初期電圧Ｖｒｅｓにリ
セットされる。その後、ＬｒｅｓがＨｉレベルからＬｏ
ｗレベルに変化してトランジスタＴｒ４がＯＦＦとな
り、次の積分が開始される。この実施形態においては、
入射光量の積分値の対数に比例した出力が得られるの
で、第１実施形態と同様に従来の１０００倍以上のダイ
ナミックレンジを持つことができる。また、フォトダイ
オードＰＤを照射する光源光の変動による変動成分もキ
ャパシタＣで吸収されてしまうので、光源の変動にも強
い。また、同様に周波数の高いノイズもキャパシタＣで
吸収されるので、ノイズの少ない高品質の信号が得られ
る。

【００３７】図４は、本発明の固体撮像装置の第３の実
施形態の１画素の構成を示している。この実施形態は、
第１の実施形態（図２）の第２ＭＯＳトランジスタＴｒ
２のソースとキャパシタの間に積分時間制御用の第５の
ｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ５を追加した点を
特徴としている。同図において、ＰＤはフォトダイオー
ド、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ５はｎチャンネルＭ
ＯＳトランジスタ、Ｃはキャパシタである。Ｖｄｄ，Ｖ
ｓｓはＤＣ電圧、Φｄはクロックである。また、Ｌｓｉ
ｇは出力信号線、Ｌｖｓｅｌは行選択線、Ｌｉｎｔは積
分時間制御線を表している。

【００３８】同図においては、フォトダイオードＰＤの
カソードはＤＣ電圧Ｖｄｄに接続され、アノードは第１
のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインと
ゲート及び第２のｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２
のゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１のソースにはＤＣ電圧Ｖｓｓが、第２ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ２のドレインにはクロックΦｄが印加されて
いる。さらに、第５のｎチャンネルＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ５のドレインは第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソ
ースに、第５ＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースは容量
Ｃのキャパシタを介してＤＣ電圧Ｖｓｓに、第５ＭＯＳ
トランジスタＴｒ５のゲートは積分時間制御線Ｌｉｎｔ
に接続されている。また、第３のｎチャンネルＭＯＳト
ランジスタＴｒ３のドレインは第５ＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ５のソースに、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３のソ
ースは出力信号線Ｌｓｉｇに、第３ＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ３のゲートは行選択線Ｌｖｓｅｌに接続されてい
る。

【００３９】同図においてフォトダイオードＰＤに光が
入射すると、その入射光量に比例した電流Ｉｐが発生す
る。この電流は第１ＭＯＳトランジスタＴｒ１で対数変
換され、ゲート電圧ＶＧはｌｎ（Ｉｐ）に比例した電圧
になる。この時、積分時間制御線Ｌｉｎｔの電圧をＬｏ
ｗレベルからＨｉレベルに変化させると、第５ＭＯＳト
ランジスタＴｒ５がＯＮ状態となり、このトランジスタ
Ｔｒ５と第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２を通してキャパ
シタＣが充電され、ｌｎ∫（ｌｐ）ｄｔに比例した電圧
ＶｏがキャパシタＣに生じる。

【００４０】この状態で積分時間制御線Ｌｉｎｔの電圧
をＨｉレベルからＬｏｗレベルに変化させると、トラン
ジスタＴｒ５がＯＦＦ状態となり積分が終了する。その
後行選択線Ｌｖｓｅｌに高い電圧を印加し、第３ＭＯＳ
トランジスタＴｒ３をＯＮ状態とすることにより、積分
された電荷を、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３及び出力
信号線Ｌｓｉｇを通じて読み出すことができる。信号が
読み出された後、積分時間制御線ＬｉｎｔをＨｉレベル
に変化させ、同時にクロックΦｄをＨｉレベルからＬｏ
ｗレベルに変化させることにより、キャパシタＣの電圧
を初期電圧にリセットすることができる。その後、クロ
ックΦｄがＬｏｗレベルからＨｉレベルに変化し、次の
積分が開始される。この実施形態においては、入射光量
の積分値の対数に比例した出力が得られるので、従来の
１０００倍以上のダイナミックレンジを持ち、光源の変
動にも強く、ノイズの少ない信号が得られる。また、全
画素の積分タイミングが全く同一になるため、移動して
いる物体でも良好に静止画を撮影できるという利点を有
する。

【００４１】図５は、本発明の固体撮像装置の第４の実
施形態の１画素当りの構成を示している。同図におい
て、ＰＤはフォトダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ
３，Ｔｒ４，Ｔｒ５はｎチャンネルＭＯＳトランジス
タ、Ｃはキャパシタ、Ｃｓは第２ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ２のソース（第５ＭＯＳトランジスタＴｒ５のドレイ
ン）に関係するｐｎ接合容量、Ｖｄｄ，Ｖｓｓ，Ｖｒｅ
ｓはＤＣ電圧、Φｄはクロックである。また、Ｌｓｉｇ
は出力信号線、Ｌｖｓｅｌは行選択線、Ｌｒｅｓはリセ
ットライン、Ｌｉｎｔは積分時間制御線を表している。
なお、前記接合容量Ｃｓは図１２に示すように、ｎ型半
導体基板１００に形成したＰウェル層１０１と第２ＭＯ
ＳトランジスタＴｒ２のソース領域１０２との間に形成
される。ただし、このソース領域１０２は第５ＭＯＳト
ランジスタＴｒ５のドレイン領域１０５と兼用になって
いる。図１２において、１０３は第２ＭＯＳトランジス
タＴｒ２のドレイン領域であり、また１０６は第５ＭＯ
ＳトランジスタＴｒ５のソース領域である。１０４、１
０７はそれぞれ第２、第５ＭＯＳトランジスタＴｒ２、
Ｔｒ５のゲート電極である。

【００４２】図５においては、フォトダイオードＰＤの
カソードはＤＣ電圧Ｖｄｄに接続され、アノードは第１
のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインと
ゲート及び第２のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ
２のゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ１のソースにはＤＣ電圧Ｖｓｓが、第２ＭＯＳトラ
ンジスタのドレインにはクロックΦｄが印加されてい
る。第５のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ５のド
レインは第２ＭＯＳトランジスタのソースに、第５ＭＯ
ＳトランジスタＴｒ５のソースはキャパシタＣを介して
ＤＣ電圧Ｖｓｓに、第５ＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲ
ートは積分時間制御線Ｌｉｎｔに接続されている。

【００４３】また、第３のｎチャンネルＭＯＳトランジ
スタＴｒ３のドレインは第５ＭＯＳトランジスタのソー
スに、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３のソースは出力信
号線Ｌｓｉｇに、第３ＭＯＳトランジスタのゲートは行
選択線Ｌｖｓｅｌに接続されている。さらに、第４のｎ
チャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ４のドレインは第５
ＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースに、第４ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ４のソースはＤＣ電圧Ｖｒｅｓに、第４Ｍ
ＯＳトランジスタＴｒ４のゲートはリセットラインＬｒ
ｅｓに接続されている。

【００４４】同図において、フォトダイオードＰＤに光
が入射すると、その入射光量に比例した電流Ｉｐが発生
する。この電流は第１ＭＯＳトランジスタＴｒ１で対数
変換され、ゲート電圧ＶＧはｌｎ（ｌｐ）に比例した電
圧になる。この時、積分時間制御線Ｌｉｎｔの電圧をＬ
ｏｗレベルからＨｉレベルに変化させると、第５ＭＯＳ
トランジスタＴｒ５がＯＮ状態となり、このトランジス
タＴｒ５と第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２を通してキャ
パシタＣが充電され、ｌｎ∫（ｌｐ）ｄｔに比例した電
圧Ｖｏが生じる。この状態で積分時間制御線Ｌｉｎｔの
電圧をＨｉレベルからＬｏｗレベルに変化させると、ト
ランジスタＴｒ５がＯＦＦ状態となりキャパシタＣの積
分が終了する。

【００４５】その後、行選択線Ｌｖｓｅｌに高い電圧を
印加し、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３をＯＮ状態とす
ることにより、キャパシタＣで積分された電荷を、第３
ＭＯＳトランジスタＴｒ３及び出力信号線Ｌｓｉｇを通
して読み出すことができる。信号を読み出している間に
クロックΦｄをＨｉレベルからＬｏｗレベルに変化させ
ると、Ｔｒ２のソースとＴｒ５のドレインが初期電圧に
リセットされる。その後、クロックΦｄをＨｉレベルに
変化させることにより、容量Ｃｓに対して次の積分が開
始される。従って信号の読み出しが行なわれている間に
容量Ｃｓによって次の積分動作が開始される。信号が読
み出された後、リセットラインＬｒｅｓをＬｏｗレベル
からＨｉレベルに変化させることで、第４ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ４をＯＮさせキャパシタＣの電圧をＶｒｅｓ
にリセットすることができる。この間も、容量Ｃｓでは
積分が行なわれている。

【００４６】その後、積分時間制御線ＬｉｎｔをＨｉレ
ベルに変化させると、トランジスタＴｒ５がＯＮして容
量Ｃｓの蓄積電荷がキャパシタＣへ転送されるとともに
引続きフォトダイオードＰＤに発生する光電流に基づく
信号の積分がキャパシタＣによってなされる。この実施
形態においては、入射光量の積分値の対数に比例した出
力が得られるので、従来の１０００倍以上のダイナミッ
クレンジをもち、光源の変動にも強く、ノイズの少ない
信号が得られる。また、全画素の積分タイミングが全く
同一になるため、移動している物体でも良好に静止画・
動画を撮影できるという利点を有する。

【００４７】次に、図６に示す第５の実施形態は上述し
た第４実施形態（図５）に対し、第２ＭＯＳトランジス
タＴｒ２のドレインが直流電源Ｖｄｄに接続された構成
となっている点が相違しているだけで、他の部分は第４
実施形態と同一構成となっている。この第５実施形態で
は、第５ＭＯＳトランジスタＴｒ５をＯＮしてキャパシ
タＣへ移送することが接合容量Ｃｓのリセットに相当
し、次に、読み出しのためにトランジスタＴｒ５がＯＦ
Ｆになった時点で接合容量の積分が開始されると考えて
よい。よって、この実施形態においては、入射光量の積
分値の対数に比例した出力が得られるので、従来の１０
００倍以上のダイナミックレンジをもち、光源の変動に
も強く、ノイズの少ない信号が得られる。また、全画素
の積分タイミングが全く同一になるため、移動している
物体でも良好に静止画を撮影できるという利点を有す
る。更に、構成が簡単である。

【００４８】図７は、本発明の固体撮像装置の第６の実
施形態の１画素の構成を示している。同図において、Ｐ
Ｄはフォトダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３はｐチ
ャンネルＭＯＳトランジスタ、Ｃはキャパシタである。
Ｖｄｄ，ＶｓｓはＤＣ電圧、Φｄはクロックである。ま
た、Ｌｓｉｇは出力信号線、Ｌｖｓｅｌは行選択線，Ｌ
ｒｅｓはリセットラインを表している。

【００４９】同図においては、フォトダイオードＰＤの
アノードはＤＣ電圧Ｖｄｄに接続され、カソードは第１
のｐチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインと
ゲート及び第２のｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２
のゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１のソースにはＤＣ電圧Ｖｓｓが、第２ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ２のドレインにはクロックΦｄがが印加され
ている。また、第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソース
はキャパシタＣを介してＤＣ電圧Ｖｓｓに接続されてい
る。さらに、第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタＴ
ｒ３のソースは第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソース
に、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３のドレインは出力信
号線Ｌｓｉｇに、第３ＭＯＳトランジスタのゲートは行
選択線Ｌｖｓｅｌに接続されている。

【００５０】同図においてフォトダイオードＰＤに光が
入射すると、その入射光量に比例した電流Ｉｐが発生す
る。この電流は第１ＭＯＳトランジスタＴｒ１で対数変
換され、ゲート電圧ＶＧはｌｎ（Ｉｐ）に比例した電圧
になる。それによって、第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２
を通してキャパシタＣが放電され、ｌｎ∫（Ｉｐ）ｄｔ
に比例した電圧ＶｏがキャパシタＣに生じる。積分が終
了すると、行選択線Ｌｖｓｅｌに低い電圧が印加され、
第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３をＯＮ状態とする。

【００５１】このため、積分された電荷は、第３ＭＯＳ
トランジスタＴｒ３及び出力信号線Ｌｓｉｇを通して読
み出される。信号が読み出された後、クロックΦｄがＬ
ｏｗレベルからＨｉレベルに変化して、電圧Ｖｏが初期
電圧にリセットされる。その後、クロックΦｄがＨｉレ
ベルからＬｏｗレベルに変化し、次の積分が開始され
る。この実施形態においては、第２ＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ２がリセットトランジスタを兼ねており、構成が簡
単になる。また、入射光量の積分値の対数に比例した出
力が得られるので、従来の１０００倍以上のダイナミッ
クレンジを持つことができる。また、フォトダイオード
ＰＤを照射する光源光の変動による変動成分もキャパシ
タＣで吸収されてしまうので、光源の変動にも強い。ま
た、同様に周波数の高いノイズもキャパシタＣで吸収さ
れるので、ノイズの少ない高品質の信号が得られる。

【００５２】図８は、本発明の固体撮像装置の第７の実
施形態の１画素の構成を示している。同図において、Ｐ
Ｄはフォトダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ
４はｐチャンネルＭＯＳトランジスタ、Ｃはキャパシタ
である。Ｖｄｄ，Ｖｓｓ，ＶｒｅｓはＤＣ電圧である。
また、Ｌｓｉｇは出力信号線、Ｌｖｓｅｌは行選択線、
Ｌｒｅｓはリセットラインを表している。

【００５３】同図においては、フォトダイオードＰＤの
アノードはＤＣ電圧Ｖｄｄに接続され、カソードは第１
のｐチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインと
ゲート及び第２のｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２
のゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１のソースにはＤＣ電圧Ｖｓｓが、第２ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ２のドレインにはＤＣ電圧Ｖｄｄが印加され
ている。

【００５４】また、第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソ
ースはキャパシタＣを介してＤＣ電圧Ｖｓｓに接続され
ている。さらに、第３のｐチャンネルＭＯＳトランジス
タＴｒ３のソースは第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソ
ースに、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３のドレインは出
力信号線Ｌｓｉｇに、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３の
ゲートは行選択線Ｌｖｓｅｌに接続されている。そし
て、第４のｐチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ４のド
レインは第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソースに、第
４ＭＯＳトランジスタＴｒ４のソースはＤＣ電圧Ｖｒｅ
ｓに、第４ＭＯＳトランジスタＴｒ４のゲートはリセッ
トラインＬｒｅｓ接続されている。

【００５５】同図においてフォトダイオードＰＤに光が
入射すると、その入射光量に比例した電流Ｉｐが発生す
る。この電流は第１ＭＯＳトランジスタＴｒ１で対数変
換され、ゲート電圧ＶＧはｌｎ（Ｉｐ）に比例した電圧
になる。それによって、第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２
を通してキャパシタＣが放電され、ｌｎ∫（Ｉｐ）ｄｔ
に比例した電圧ＶｏがキャパシタＣに生じる。積分が終
了すると、行選択線Ｌｖｓｅｌに低い電圧が印加され、
第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３をＯＮ状態とする。その
結果、積分された電荷は、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ
３及び出力信号線Ｌｓｉｇを通じて読み出される。

【００５６】信号が読み出された後、リセットラインＬ
ｒｅｓがＨｉレベルからＬｏｗレベルに変化して、電圧
Ｖｏが初期電圧Ｖｒｅｓにリセットされる。その後、リ
セットラインＬｒｅｓがＬｏｗレベルからＨｉレベルに
変化し、次の積分が開始される。この実施形態において
は、入射光量の積分値の対数に比例した出力が得られる
ので、第１実施形態と同様に従来の１０００倍以上のダ
イナミックレンジを持つことができる。また、フォトダ
イオードＰＤを照射する光源光の変動による変動成分も
キャパシタＣで吸収されてしまうので、光源の変動にも
強い。また、同様に周波数の高いノイズもキャパシタＣ
で吸収されるので、ノイズの少ない高品質の信号が得ら
れる。

【００５７】図９は、本発明の固体撮像装置の第８の実
施形態の１画素の構成を示している。この実施形態は、
第６の実施形態（図７）の第２ＭＯＳトランジスタＴｒ
２のソースとキャパシタＣの間に積分時間制御用の第５
のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ５を追加してい
る。同図において、ＰＤはフォトダイオード、Ｔｒ１，
Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ５はｐチャンネルＭＯＳトランジ
スタ、Ｃはキャパシタである。Ｖｄｄ，ＶｓｓはＤＣ電
圧、Φｄはクロックである。また、Ｌｓｉｇは出力信号
線、Ｌｖｓｅｌは行選択線、Ｌｉｎｔは積分時間制御線
を表している。

【００５８】同図においては、フォトダイオードＰＤの
アノードはＤＣ電圧Ｖｄｄに接続され、カソードは第１
のｐチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインと
ゲート及び第２のｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２
のゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１のソースにはＤＣ電圧Ｖｓｓが、第２ＭＯＳトラン
ジスタＴｒ２のドレインにはクロックΦｄが印加されて
いる。さらに、第５のｐチャンネルＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ５のドレインは第２ＭＯＳトランジスタのソース
に、第５ＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースはキャパシ
タＣを介してＤＣ電圧Ｖｓｓに、第５ＭＯＳトランジス
タＴｒ５のゲートは積分時間制御線Ｌｉｎｔに接続され
ている。また、第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ３のソースは第５ＭＯＳトランジスタＴｒ５のソー
スに、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３のドレインは出力
信号線Ｌｓｉｇに、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３のゲ
ートは行選択線Ｌｖｓｅｌに接続されている。

【００５９】同図においてフォトダイオードＰＤに光が
入射すると、その入射光量に比例した電流Ｉｐが発生す
る。この電流は第１ＭＯＳトランジスタＴｒ１で対数変
換され、ゲート電圧ＶＧはｌｎ（Ｉｐ）に比例した電圧
になる。この時、積分時間制御線Ｌｉｎｔの電圧をＨｉ
レベルからＬｏｗレベルに変化させると、第５ＭＯＳト
ランジスタＴｒ５がＯＮ状態となり、このトランジスタ
Ｔｒ５と第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２を通してキャパ
シタＣが充電され、ｌｎ∫（Ｉｐ）ｄｔに比例した電圧
ＶｏがキャパシタＣに生じる。

【００６０】この状態で積分時間制御線Ｌｉｎｔの電圧
をＬｏｗレベルからＨｉレベルに変化させると、トラン
ジスタＴｒ５がＯＦＦ状態となり積分が終了する。その
後、行選択線Ｌｖｓｅｌに低い電圧を印加し、第３ＭＯ
ＳトランジスタＴｒ３をＯＮ状態とすることにより、積
分された電荷を、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３及び出
力信号線Ｌｓｉｇを通して読み出すことができる。信号
が読み出された後、積分時間制御線ＬｉｎｔをＬｏｗレ
ベルに変化させ、同時にクロックΦｄをＬｏｗレベルか
らＨｉレベルに変化させることにより、キャパシタＣの
電圧を初期電圧にリセットすることができる。

【００６１】その後、クロックΦｄがＨｉレベルからＬ
ｏｗレベルに変化し、次の積分が開始される。この実施
形態においては、入射光量の積分値の対数に比例した出
力が得られるので、第１実施形態と同様に従来の１００
０倍以上のダイナミックレンジを持つことができる。ま
た、フォトダイオードＰＤを照射する光源光の変動によ
る変動成分もキャパシタＣで吸収されてしまうので、光
源の変動にも強い。また、同様に周波数の高いノイズも
キャパシタＣで吸収されるので、ノイズの少ない高品質
の信号が得られる。また、全画素の積分タイミングが全
く同一になるため、移動している物体でも良好に静止画
を撮影できるという利点を有する。

【００６２】図１０は、本発明の固体撮像装置の第９の
実施形態の１画素の構成を示している。同図において、
ＰＤはフォトダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔ
ｒ４，Ｔｒ５はｐチャンネルＭＯＳトランジスタ、Ｃは
キャパシタ、Ｃｓは第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２のソ
ース（第５ＭＯＳトランジスタＴｒ５のドレイン）に関
係するｐｎ接合容量、Ｖｄｄ，Ｖｓｓ，ＶｒｅｓはＤＣ
電圧、Φｄはクロックである。また、Ｌｓｉｇは出力信
号線、Ｌｖｓｅｌは行選択線、Ｌｒｅｓはリセットライ
ン、Ｌｉｎｔは積分時間制御線を表している。

【００６３】図１０においては、フォトダイオードＰＤ
のアノードはＤＣ電圧Ｖｄｄに接続され、カソードは第
１のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレイン
とゲート及び第２のｎチャンネルＭＯＳトランジスタＴ
ｒ２のゲートに接続されている。第１ＭＯＳトランジス
タＴｒ１のソースにはＤＣ電圧Ｖｓｓが、第２ＭＯＳト
ランジスタＴｒ２のドレインにはクロックΦｄが印加さ
れている。第５のｐチャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ
５のドレインは第２ＭＯＳトランジスタのソースに、第
５ＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースはキャパシタＣを
介してＤＣ電圧Ｖｓｓに、第５ＭＯＳトランジスタＴｒ
５のゲートは積分時間制御線Ｌｉｎｔに接続されてい
る。

【００６４】また、第３のｐチャンネルＭＯＳトランジ
スタＴｒ３のソースは第５ＭＯＳトランジスタのソース
に、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３のドレインは出力信
号線Ｌｓｉｇに、第３ＭＯＳトランジスタのゲートは行
選択線Ｌｖｓｅｌに接続されている。さらに、第４のｐ
チャンネルＭＯＳトランジスタＴｒ４のドレインは第５
ＭＯＳトランジスタＴｒ５のソースに、第４ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ４のソースはＤＣ電圧Ｖｒｅｓに、第４Ｍ
ＯＳトランジスタＴｒ４のゲートはリセットラインＬｒ
ｅｓに接続されている。

【００６５】同図において、フォトダイオードＰＤに光
が入射すると、その入射光量に比例した電流Ｉｐが発生
する。この電流は第１ＭＯＳトランジスタＴｒ１で対数
変換され、ゲート電圧ＶＧはｌｎ（Ｉｐ）に比例した電
圧になる。この時、積分時間制御線Ｌｉｎｔの電圧をＨ
ｉレベルからＬｏｗレベルに変化させると、第５ＭＯＳ
トランジスタＴｒ５がＯＮ状態となり、このトランジス
タＴｒ５と第２ＭＯＳトランジスタＴｒ２を通してキャ
パシタＣが充電され、ｌｎ∫（Ｉｐ）ｄｔに比例した電
圧Ｖｏが生じる。この状態で積分時間制御線Ｌｉｎｔの
電圧をＬｏｗレベルからＨｉレベルに変化させると、ト
ランジスタＴｒ５がＯＦＦ状態となりキャパシタＣの積
分が終了する。

【００６６】その後、行選択線Ｌｖｓｅｌに低い電圧を
印加し、第３ＭＯＳトランジスタＴｒ３をＯＮ状態とす
ることにより、キャパシタＣで積分された電荷を、第３
ＭＯＳトランジスタＴｒ３及び出力信号線Ｌｓｉｇを通
して読み出すことができる。信号を読み出している間に
クロックΦｄをＬｏｗレベルからＨｉレベルに変化させ
ると、トランジスタＴｒ２のソースとトランジスタＴｒ
５のドレインが初期電圧にリセットされる。その後、ク
ロックΦｄをＬｏｗレベルに変化させることにより、容
量Ｃｓに対して次の積分が開始される。従って信号の読
み出しが行なわれている間に容量Ｃｓによって次の積分
動作が開始される。信号が読み出された後、リセットラ
インＬｒｅｓをＨｉレベルからＬｏｗレベルに変化させ
ることで、第４ＭＯＳトランジスタＴｒ４をキャパシタ
Ｃの電圧をＶｒｅｓにリセットすることができる。この
間も、容量Ｃｓでは積分が行なわれている。

【００６７】その後、積分時間制御線ＬｉｎｔをＬｏｗ
レベルに変化させると、トランジスタＴｒ５がＯＮして
容量Ｃｓの蓄積電荷がキャパシタＣへ転送されるととも
に引続きフォトダイオードＰＤに発生する光電流に基づ
く信号の積分がキャパシタＣによってなされる。この実
施形態においては、入射光量の積分値の対数に比例した
出力が得られるので、従来の１０００倍以上のダイナミ
ックレンジをもち、光源の変動にも強く、ノイズの少な
い信号が得られる。また、全画素の積分タイミングが全
く同一になるため、移動している物体でも良好に静止画
・動画を撮影できるという利点を有する。

【００６８】次に、図１１に示す第１０の実施形態は上
述した第９実施形態（図１０）に対し、第２ＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ２のドレインが直流電源Ｖｄｄに接続され
た構成となっている点が相違しているだけで、他の部分
は第９実施形態と同一構成となっている。この第１０実
施形態では、第５ＭＯＳトランジスタＴｒ５をＯＮして
キャパシタＣへ移送することが接合容量Ｃｓのリセット
に相当し、次に、読み出しのためにトランジスタＴｒ５
がＯＦＦになった時点で接合容量の積分が開始されると
考えてよい。よって、この実施形態においては、入射光
量の積分値の対数に比例した出力が得られるので、従来
の１０００倍以上のダイナミックレンジをもち、光源の
変動にも強く、ノイズの少ない信号が得られる。また、
全画素の積分タイミングが全く同一になるため、移動し
ている物体でも良好に静止画を撮影できるという利点を
有する。更に、構成が簡単になる。

【００６９】上述した第２実施形態（図３）、第４実施
形態（図５）、第５実施形態（図６）、第７実施形態
（図８）、第９実施形態（図１０）、第１０実施形態
（図１１）において第４ＭＯＳトランジスタＴｒ４のゲ
ートにリセット電圧としてパルスを与える代わりにＤＣ
（直流）電圧を常時印加するようにしてもよい。その場
合は、常時ＯＮする第４ＭＯＳトランジスタＴｒ４が抵
抗と等価になり、キャパシタに所定値の抵抗が接続され
ていることになる。このためキャパシタＣの初期値が、
その抵抗によって決まることになる。換言すれば、第４
ＭＯＳトランジスタＴｒ４のゲート電極に加える直流電
圧を可変することによってキャパシタＣの初期値を調整
できることになる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、二
次元固体撮像装置のダイナミックレンジを広くすること
ができ、また光源の変動やノイズ成分の少ない高品質な
出力を得ることができる。更に、請求項４、５、６、
７、１０、１１、１４、１５では、全画素の積分タイミ
ングを同一にできるため、移動している物体でも良好に
静止画を撮影できる。更にまた、請求項６、１１、１５
では積分電荷を読み出している間も積分動作を行なうこ
とができるので、動画の撮影も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二次元固体撮像装置の全体の構成を説
明するためのブロック回路図

【図２】本発明の第１実施形態の１画素の構成を示す回
路図

【図３】本発明の第２実施形態の１画素の構成を示す回
路図

【図４】本発明の第３実施形態の１画素の構成を示す回
路図

【図５】本発明の第４実施形態の１画素の構成を示す回
路図

【図６】本発明の第５実施形態の１画素の構成を示す回
路図

【図７】本発明の第６実施形態の１画素の構成を示す回
路図

【図８】本発明の第７実施形態の１画素の構成を示す回
路図

【図９】本発明の第８実施形態の１画素の構成を示す回
路図

【図１０】本発明の第９実施形態の１画素の構成を示す
回路図

【図１１】本発明の第１０実施形態の１画素の構成を示
す回路図

【図１２】上記第４実施形態におけるｐｎ接合容量の構
造を示す構造図

【図１３】従来の固体撮像装置の１画素の構成を示す回
路図

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ 画素 ２ 垂直走査回路 ３ 水平走査回路 ４−１、４−２ 行 ６−１、６−２ 出力信号線 ＰＤ フォトダイオード Ｔｒ１ 第１ＭＯＳトランジスタ Ｔｒ２ 第２ＭＯＳトランジスタ Ｔｒ３ 第３ＭＯＳトランジスタ Ｔｒ４ 第４ＭＯＳトランジスタ Ｔｒ５ 第５ＭＯＳトランジスタ Ｃ キャパシタ Ｃｓ ｐｎ接合容量 Φｄ クロック Ｌｓｉｇ 出力信号線 Ｌｖｓｅｌ リセットライン Ｌｉｎｔ 積分時間制御線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 義雄 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 宮武 茂博 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画素をマトリクス状に配してなる二次元の
   固体撮像装置において、各画素が以下のものからなって
   いることを特徴とする固体撮像装置：フォトダイオード
   と、 前記フォトダイオードの一方の電極に第１電極とゲート
   電極が接続されサブスレッショルド領域で動作する第１
   ＭＯＳトランジスタと、 ゲートが第１ＭＯＳトランジスタのゲートに接続されサ
   ブスレッショルド領域で動作する第２ＭＯＳトランジス
   タと、 一端が第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に接続され他
   端が固定電圧に接続されるとともに第２ＭＯＳトランジ
   スタの第１電極にリセット電圧が与えられたときに第２
   ＭＯＳトランジスタを介してリセットされるキャパシタ
   と、 第１電極が前記キャパシタの一端に接続され第２電極が
   出力信号線に接続されゲート電極が行選択線に接続され
   た読み出し用の第３ＭＯＳトランジスタ。
2. 【請求項２】画素をマトリクス状に配してなる二次元の
   固体撮像装置において、各画素が以下のものからなって
   いることを特徴とする固体撮像装置：フォトダイオード
   と、 前記フォトダイオードの一方の電極に第１電極とゲート
   電極が接続されサブスレッショルド領域で動作する第１
   ＭＯＳトランジスタと、 ゲートが第１ＭＯＳトランジスタのゲートに接続され第
   １電極が直流電圧に接続されサブスレッショルド領域で
   動作する第２ＭＯＳトランジスタと、 一端が第２ＭＯＳトランジスタの第２電極に接続され他
   端が固定電圧に接続され前記フォトダイオードで発生し
   た光電荷に基づく信号を積分するキャパシタと、 前記キャパシタの一端に第１電極が接続され第２電極が
   出力信号線に接続されゲート電極が行選択線に接続され
   た読み出し用の第３ＭＯＳトランジスタと、 前記キャパシタの前記一端に第１電極が接続され第２電
   極が直流電圧に接続されているとともにゲートにリセッ
   トパルスが印加されたときＯＮして前記キャパシタを初
   期状態にリセットする第４ＭＯＳトランジスタ。
3. 【請求項３】画素をマトリクス状に配してなる二次元の
   固体撮像装置において、各画素が以下のものからなって
   いることを特徴とする固体撮像装置：フォトダイオード
   と、 前記フォトダイオードの一方の電極に第１電極とゲート
   電極が接続されサブスレッショルド領域で動作する第１
   ＭＯＳトランジスタと、 ゲートが第１ＭＯＳトランジスタのゲートに接続され第
   １電極が直流電圧に接続されサブスレッショルド領域で
   動作する第２ＭＯＳトランジスタと、 一端が第２ＭＯＳトランジスタの第２電極からの信号を
   受けとるように設けられ他端が固定電圧に接続され前記
   フォトダイオードで発生した光電荷に基づく信号を積分
   するキャパシタと、 前記キャパシタの一端に第１電極が接続され第２電極が
   出力信号線に接続されゲート電極が行選択線に接続され
   た読み出し用の第３ＭＯＳトランジスタと、 前記キャパシタの一端に第１電極が接続され第２電極が
   直流電圧に接続されゲートに直流電圧が印加されて常時
   ＯＮする第４ＭＯＳトランジスタ。
4. 【請求項４】画素をマトリクス状に配してなる二次元の
   固体撮像装置において、 各画素が、 光電変換素子と、 前記光電変換素子の出力電流を対数変換した電圧に変換
   する対数変換手段と、 対数変換手段の出力電圧がゲートに印加されるＭＯＳト
   ランジスタと、 一端が第１スイッチ手段を介して前記ＭＯＳトランジス
   タの第２電極から出力電流を受けるように接続され他端
   が固定電圧に接続されたキャパシタと、 前記キャパシタの前記一端と出力信号線に接続された第
   ２スイッチ手段と、 を有し、 前記キャパシタの積分を第１スイッチ手段をＯＮ、第２
   スイッチ手段をＯＦＦ状態にして行ない、前記キャパシ
   タの電圧の出力信号線への導出を第１スイッチ手段をＯ
   ＦＦ、第２スイッチ手段をＯＮ状態にして行ない、前記
   キャパシタのリセットを第１スイッチ手段をＯＮ、第２
   スイッチ手段をＯＦＦにした状態で前記ＭＯＳトランジ
   スタの第１電極へリセット電圧を印加することにより行
   なうことを特徴とする固体撮像装置。
5. 【請求項５】画素をマトリクス状に配してなる二次元の
   固体撮像装置において、 各画素が、 光電変換素子と、 前記光電変換素子の出力電流を対数変換した電圧に変換
   する対数変換手段と、 対数変換手段の出力電圧がゲートに印加されるＭＯＳト
   ランジスタと、 一端が第１スイッチ手段を介して前記ＭＯＳトランジス
   タの第２電極から出力電流を受けるように接続され他端
   が固定電圧に接続されたキャパシタと、 前記キャパシタの前記一端と出力信号線に接続された読
   み出し用の第２スイッチ手段と、 前記キャパシタの前記一端に接続されたリセット手段
   と、 を有し、 第１スイッチ手段をＯＦＦにしてキャパシタの電圧を読
   み出しているときに前記ＭＯＳトランジスタのｐｎ接合
   容量へ電荷の蓄積を行ない前記読み出し終了後に第１ス
   イッチ手段をＯＮして前記ｐｎ接合容量の電荷を前記キ
   ャパシタへ転送するようにしたことを特徴とする固体撮
   像装置。
6. 【請求項６】画素をマトリクス状に配してなる二次元の
   固体撮像装置において、 各画素が、 光電変換素子と、 前記光電変換素子の出力電流を対数変換した電圧に変換
   する対数変換手段と、 対数変換手段の出力電圧がゲートに印加されるＭＯＳト
   ランジスタと、 一端が第１スイッチ手段を介して前記ＭＯＳトランジス
   タの第２電極から出力電流を受けるように接続され他端
   が固定電圧に接続されたキャパシタと、 前記キャパシタの前記一端と出力信号線に接続された読
   み出し用の第２スイッチ手段と、 前記キャパシタの前記一端に接続されたリセット手段
   と、 を有し、 第１スイッチ手段をＯＮ、第２スイッチ手段をＯＦＦに
   してキャパシタの積分を行ない、 第１スイッチ手段をＯＦＦ、第２スイッチ手段をＯＮに
   してキャパシタの電圧を出力信号線へ読み出していると
   きに前記ＭＯＳトランジスタのｐｎ接合容量に光電流に
   基づく電荷が蓄積しているのを前記ＭＯＳトランジスタ
   の第１電極へ印加するリセット電圧によりリセットして
   から該ｐｎ接合容量への積分を開始し、 第２スイッチ手段をＯＦＦした後、前記リセット手段に
   よってキャパシタをリセットし、第１スイッチ手段をＯ
   Ｎして前記ｐｎ接合容量の電荷をキャパシタへ転送し、
   引き続いて光電流に基づくキャパシタの積分を行なうこ
   とを特徴とする固体撮像装置。
7. 【請求項７】前記ＭＯＳトランジスタは全てｎチャンネ
   ル型ＭＯＳトランジスタ又は全てｐチャンネル型ＭＯＳ
   トランジスタであることを特徴とする請求項１〜７のい
   ずれかに記載の固体撮像装置。
8. 【請求項８】半導体基板と、該基板上に形成され行列状
   に配置された複数の画素と、該基板上に形成された該画
   素の信号を時系列的に読み出すための走査部とを備える
   固体撮像装置において、 前記画素が、カソードが第１のＤＣ電圧に接続されたｐ
   ｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードのアノ
   ードにそのドレインとゲートが接続されそのソースが第
   ２のＤＣ電圧に接続された第１のｎチャンネルＭＯＳト
   ランジスタと、そのゲートが第１のｎチャンネルＭＯＳ
   トランジスタのゲートに接続されソースがキャパシタを
   通して第２のＤＣ電圧に接続された第２のｎチャンネル
   ＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｎチャン
   ネルＭＯＳトランジスタのソース及びキャパシタに接続
   されゲートが行選択線に接続されソースが出力信号線に
   接続された第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタから
   なり、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタをサブス
   レッショルド領域で動作するようにバイアスし、第２の
   ＭＯＳトランジスタのドレインにクロックパルスを与え
   ることにより前記キャパシタの電圧を初期電圧に設定す
   るように構成することによってキャパシタの電圧が入射
   光量の時間積分値の対数に比例した出力電圧となるよう
   にし、第３のＭＯＳトランジスタによってその出力電圧
   を読み出すように構成したことを特徴とする固体撮像装
   置。
9. 【請求項９】半導体基板と、該基板上に形成され行列状
   に配置された複数の画素と、該基板上に形成された該画
   素の信号を時系列的に読み出すための走査部とを備える
   固体撮像装置において、 前記画素が、カソードが第１のＤＣ電圧に接続されたｐ
   ｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードのアノ
   ードにそのドレインとゲートが接続されそのソースが第
   ２のＤＣ電圧に接続された第１のｎチャンネルＭＯＳト
   ランジスタと、そのドレインが前記第１のＤＣ電圧に接
   続されゲートが第１のｎチャンネルＭＯＳトランジスタ
   のゲートに接続されソースが前記キャパシタを通して第
   ２のＤＣ電圧に接続された第２のｎチャンネルＭＯＳト
   ランジスタと、そのドレインが第２のｎチャンネルＭＯ
   Ｓトランジスタのソース及び前記キャパシタに接続され
   ゲートが行選択線に接続されソースが出力信号線に接続
   された第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタと、その
   ドレインが第２のｎチャンネルＭＯＳトランジスタのソ
   ース及びキャパシタに接続されゲートがリセットライン
   に接続されソースがキャパシタの初期電圧を設定する第
   ２のＤＣ電圧に接続された第４のｎチャンネルＭＯＳト
   ランジスタとからなり、前記第１及び第２のＭＯＳトラ
   ンジスタをサブスレッショルド領域で動作するようにバ
   イアスし、前記第４のＭＯＳトランジスタをオン状態と
   して前記キャパシタの電圧を初期電圧に設定するように
   することによって前記キャパシタの電圧が入射光量の時
   間積分値の対数に比例した出力電圧となるようにし、第
   ３のＭＯＳトランジスタによってその出力電圧を読み出
   すように構成したことを特徴とする固体撮像装置。
10. 【請求項１０】半導体基板と該基板上に形成され行列状
    に配置された複数の画素と、該基板上に形成された該画
    素の信号を時系列的に読み出すための走査部とを備える
    固体撮像装置において、 前記画素が、カソードが第１のＤＣ電圧に接続されたｐ
    ｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードのアノ
    ードにそのドレインとゲートが接続されそのソースが第
    ２のＤＣ電圧に接続された第１のｎチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのゲートが第１のｎチャンネルＭＯＳ
    トランジスタのゲートに接続された第２のｎチャンネル
    ＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｎチャン
    ネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されゲートが積
    分時間制御線に接続されソースがキャパシタを通して第
    ２のＤＣ電圧に接続された第５のｎチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのドレインが第５のｎチャンネルＭＯ
    Ｓトランジスタのソース及び前記キャパシタに接続され
    ゲートが行選択線に接続されソースが出力信号線に接続
    された第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタからな
    り、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタをサブスレ
    ッショルド領域で動作するようにバイアスし、第２のＭ
    ＯＳトランジスタのドレインにクロックパルスを与える
    と同時に第５のＭＯＳトランジスタをオン状態としてキ
    ャパシタの電圧を初期電圧に設定するようにすることに
    よってキャパシタの電圧が入射光量の時間積分値の対数
    に比例した出力電圧となるようにし、第５のＭＯＳトラ
    ンジスタのオフ時間によって積分時間を決めて全ての画
    素の積分タイミングが同時になるようにし第３のＭＯＳ
    トランジスタによってその出力電圧を読み出すように構
    成したことを特徴とする固体撮像装置。
11. 【請求項１１】半導体基板と、該基板上に形成され行列
    状に配置された複数の画素と、該基板上に形成された該
    画素の信号を時系列的に読み出すための走査部とを備え
    る固体撮像装置において、 前記画素が、カソードが第１のＤＣ電圧に接続されたｐ
    ｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードのアノ
    ードにそのドレインとゲートが接続されそのソースが第
    ２のＤＣ電圧に接続された第１のｎチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのゲートが第１のｎチャンネルＭＯＳ
    トランジスタのゲートに接続された第２のｎチャンネル
    ＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｎチャン
    ネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されゲートが積
    分時間制御線に接続されソースがキャパシタを通して第
    ２のＤＣ電圧に接続された第５のｎチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのドレインが第５のｎチャンネルＭＯ
    Ｓトランジスタのソース及び前記キャパシタに接続され
    ゲートが行選択線に接続されソースが出力信号線に接続
    された第３のｎチャンネルＭＯＳトランジスタと、その
    ドレインが第５のｎチャンネルＭＯＳトランジスタのソ
    ース及び前記キャパシタに接続されゲートがリセットラ
    インに接続されソースがキャパシタの初期電圧を設定す
    る第３のＤＣ電圧に接続された第４のｎチャンネルＭＯ
    Ｓトランジスタとからなり、前記第１及び第２のＭＯＳ
    トランジスタをサブスレッショルド領域で動作するよう
    にバイアスし、第２のＭＯＳトランジスタのドレインに
    クロックパルスを与えて第２のＭＯＳトランジスタのソ
    ースと第５のＭＯＳトランジスタのドレインを初期電圧
    に設定し、第４のＭＯＳトランジスタをオン状態として
    キャパシタの電圧を初期電圧に設定するようにすること
    によってキャパシタの電圧が入射光量の時間積分値の対
    数に比例した出力電圧となるようにし、第２のＭＯＳト
    ランジスタのドレインがハイレベルである時間によって
    積分時間を決めて全ての画素の積分タイミングが同時に
    なるようにし第３のＭＯＳトランジスタによってその出
    力電圧を積分期間中にも読み出せるように構成したこと
    を特徴とする固体撮像装置。
12. 【請求項１２】半導体基板と、該基板上に形成され行列
    状に配置された複数の画素と、該基板上に形成された該
    画素の信号を時系列的に読み出すための走査部とを備え
    る固体撮像装置において、 前記画素が、アノードが第１のＤＣ電圧に接続されたｐ
    ｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードのカソ
    ードにそのドレインとゲートが接続されそのソースが第
    ２のＤＣ電圧に接続された第１のｐチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのゲートが第１のｐチャンネルＭＯＳ
    トランジスタのゲートに接続されソースがキャパシタを
    通して第２のＤＣ電圧に接続された第２のｐチャンネル
    ＭＯＳトランジスタと、そのソースが第２のｐチャンネ
    ルＭＯＳトランジスタのソース及び前記キャパシタに接
    続されゲートが行選択線に接続されドレインが出力信号
    線に接続された第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタ
    からなり、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタをサ
    ブスレッショルド領域で動作するようにバイアスし、第
    ２のＭＯＳトランジスタのドレインにクロックパルスを
    与えることによりキャパシタの電圧を初期電圧に設定す
    るようにすることによってキャパシタの電圧が入射光量
    の時間積分値の対数に比例した出力電圧となるように
    し、第２のＭＯＳトランジスタによってその出力電圧を
    読み出すように構成したことを特徴とする固体撮像装
    置。
13. 【請求項１３】半導体基板と、該基板上に形成され行列
    上に配置された複数の画素と、該基板上に形成された該
    画素の信号を時系列的に読み出すための走査部とを備え
    る固体撮像装置において、 前記画素が、アノードが第１のＤＣ電圧に接続されたｐ
    ｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードのカソ
    ードにそのドレインとゲートが接続されそのソースが第
    ２のＤＣ電圧に接続された第１のｐチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのドレインが前記第１のＤＣ電圧に接
    続されゲートが第１のｐチャンネルＭＯＳトランジスタ
    のゲートに接続されソースがキャパシタを通して第２の
    ＤＣ電圧に接続された第２のｐチャンネルＭＯＳトラン
    ジスタと、そのソースが第２のｐチャンネルＭＯＳトラ
    ンジスタのソース及び前記キャパシタに接続されゲート
    が行選択線に接続されドレインが出力信号線に接続され
    た第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタと、そのドレ
    インが第２のｐチャンネルＭＯＳトランジスタのソース
    及び前記キャパシタに接続されゲートがリセットライン
    に接続されソースがキャパシタの初期電圧を設定する第
    ３のＤＣ電圧に接続された第４のｐチャンネルＭＯＳト
    ランジスタとからなり、前記第１及び第２のＭＯＳトラ
    ンジスタをサブスレッショルド領域で動作するようにバ
    イアスし、前記第４のＭＯＳトランジスタをオン状態と
    して前記キャパシタの電圧を初期電圧に設定するように
    することによって前記キャパシタの電圧が入射光量の時
    間積分値の対数に比例した出力電圧となるようにし、第
    ３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタによってその出力
    電圧を読み出すように構成したことを特徴とする固体撮
    像装置。
14. 【請求項１４】半導体基板と、該基板上に形成され行列
    状に配置された複数の画素と、該基板状に形成された該
    画素の信号を時系列的に読み出すための走査部とを備え
    る固体撮像装置において、 前記画素が、アノードが第１のＤＣ電圧に接続されたｐ
    ｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードのカソ
    ードにそのドレインとゲートが接続されそのソースが第
    ２のＤＣ電圧に接続された第１のｐチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのゲートが第１のｐチャンネルＭＯＳ
    トランジスタのゲートに接続された第２のｐチャンネル
    ＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｐチャン
    ネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されゲートが積
    分時間制御線に接続されソースがキャパシタを通して第
    ２のＤＣ電圧に接続された第５のｐチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのソースが第５のｐチャンネルＭＯＳ
    トランジスタのソース及び前記キャパシタに接続されゲ
    ートが行選択線に接続されドレインが出力信号線に接続
    された第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタからな
    り、前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタをサブスレ
    ッショルド領域で動作するようにバイアスし、第２のＭ
    ＯＳトランジスタのドレインにクロックパルスを与える
    と同時に第５のＭＯＳトランジスタをオン状態としてキ
    ャパシタの電圧を初期電圧に設定するようにすることに
    よってキャパシタの電圧が入射光量の時間積分値の対数
    に比例した出力電圧となるようにし、第５のＭＯＳトラ
    ンジスタのオフ時間によって積分時間を決めて全ての画
    素の積分タイミングが同時になるようにし第３のＭＯＳ
    トランジスタによってその出力電圧を読み出すように構
    成したことを特徴とする固体撮像装置。
15. 【請求項１５】半導体基板と、該基板状に形成され行列
    状に配置された複数の画素と、該基板状に形成された該
    画素の信号を時系列的に読み出すための走査部とを備え
    る固体撮像装置において、 前記画素が、アノードが第１のＤＣ電圧に接続されたｐ
    ｎ接合フォトダイオードと、該フォトダイオードのカソ
    ードにそのドレインとゲートが接続されそのソースが第
    ２のＤＣ電圧に接続された第１のｐチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのゲートが第１のｐチャンネルＭＯＳ
    トランジスタのゲートに接続された第２のｐチャンネル
    ＭＯＳトランジスタと、そのドレインが第２のｐチャン
    ネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されゲートが積
    分時間制御線に接続されソースがキャパシタを通して第
    ２のＤＣ電圧に接続された第５のｐチャンネルＭＯＳト
    ランジスタと、そのソースが第５のｐチャンネルＭＯＳ
    トランジスタのソース及び前記キャパシタに接続されゲ
    ートが行選択線に接続されドレインが出力信号線に接続
    された第３のｐチャンネルＭＯＳトランジスタと、その
    ドレインが第５のｐチャンネルＭＯＳトランジスタのソ
    ース及び前記キャパシタに接続されゲートがリセットラ
    インに接続されソースがキャパシタの初期電圧を設定す
    る第３のＤＣ電圧に接続された第４のｐチャンネルＭＯ
    Ｓトランジスタとからなり、前記第１及び第２のＭＯＳ
    トランジスタをサブスレッショルド領域で動作するよう
    にバイアスし、第２のＭＯＳトランジスタのドレインが
    ローレベルである時間によって積分時間を決めて全ての
    画素の積分タイミングが同時になるようにし第３のＭＯ
    Ｓトランジスタによってその出力電圧を積分期間中にも
    読み出せるように構成したことを特徴とする固体撮像装
    置。