JPH11312799A - Solid-state image-pickup device - Google Patents

Solid-state image-pickup device

Info

Publication number
JPH11312799A
JPH11312799A JP10119814A JP11981498A JPH11312799A JP H11312799 A JPH11312799 A JP H11312799A JP 10119814 A JP10119814 A JP 10119814A JP 11981498 A JP11981498 A JP 11981498A JP H11312799 A JPH11312799 A JP H11312799A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
mos transistor
capacitor
voltage
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10119814A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3740840B2 (en
Inventor
Yoshio Hagiwara
義雄 萩原
Satoyuki Nakamura
里之 中村
Kenji Takada
謙二 高田
Shigehiro Miyatake
茂博 宮武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP11981498A priority Critical patent/JP3740840B2/en
Priority to US09/285,164 priority patent/US6734907B1/en
Publication of JPH11312799A publication Critical patent/JPH11312799A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3740840B2 publication Critical patent/JP3740840B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image-pickup device which is capable of abtaing pixels of large output, satisfactory in S/N ratio, and wide in dynamic range. SOLUTION: Pixels are arranged in a matrix for the formation of a two-dimensional solid-state image-pickup device, in which the pixels are each composed of a photoelectric conversion photodiode PD, a MOS transistor T1 which logarithmically converts a current outputted from the photodiode PD into a voltage, a MOS transistor T2 to which a logarithmically converted output voltage is applied, a capacitor whose one terminal is so connected as to receive a current outputted from the second electrode of the MOS transistor T2, and other terminal is connected to a direct current voltage, a MOS transistor T3 which amplifies an output voltage of the capacitor C, and a means which leads an amplified voltage to an output signal line.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関す
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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device in which pixels are two-dimensionally arranged.

【0002】[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、ダイナミックレンジが狭いという欠点が
ある。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直接読み
出すようになっていた。
2. Description of the Related Art A photoelectric conversion element such as a photodiode,
Two-dimensional solid-state imaging devices in which pixels including means for extracting photocharges generated by the photoelectric conversion elements to output signal lines are arranged in a matrix (in a matrix) are used for various purposes. By the way, such a solid-state imaging device is roughly classified into a CCD type and a MOS type by means for reading out (extracting) photocharges generated by a photoelectric conversion element. The CCD type has a drawback that the dynamic range is narrow because the photoelectric charge is transferred while being accumulated in the potential well. On the other hand, in the MOS type, charges accumulated in a pn junction capacitance of a photodiode are directly read out through a MOS transistor.

【0003】ここで、従来のMOS型固体撮像装置の1
画素当りの構成を図24に示し説明する。同図におい
て、PDはフォトダイオードであり、そのカソードがM
OSトランジスタT1のゲートとMOSトランジスタT
2のドレインに接続されている。MOSトランジスタT
1のソースはMOSトランジスタT3のドレインに接続
され、MOSトランジスタT3のソースは出力信号線V
outへ接続されている。またMOSトランジスタT1の
ドレインには直流電圧VDDが印加され、MOSトランジ
スタT2のソースとフォトダイオードのアノードには直
流電圧Vssが印加されている。
Here, one of the conventional MOS-type solid-state imaging devices is described.
The configuration per pixel is shown in FIG. 24 and described. In the figure, PD is a photodiode whose cathode is M
The gate of the OS transistor T1 and the MOS transistor T
2 drain. MOS transistor T
1 is connected to the drain of the MOS transistor T3, and the source of the MOS transistor T3 is connected to the output signal line V3.
connected to out. The DC voltage VDD is applied to the drain of the MOS transistor T1, and the DC voltage Vss is applied to the source of the MOS transistor T2 and the anode of the photodiode.

【0004】フォトダイオードPDに光が当たると、光
電荷が発生し、その電荷はMOSトランジスタT1のゲ
ートに蓄積される。ここで、MOSトランジスタT3の
ゲートにパルスを与えてMOSトランジスタT3をON
すると、MOSトランジスタT1のゲートの電荷に比例
した電流がMOSトランジスタT1、T3を通って出力
信号線へ導出される。このようにして入射光量に比例し
た出力電流を読み出すことができる。信号読み出し後は
MOSトランジスタT3をOFFにしてMOSトランジ
スタT2をONすることでMOSトランジスタT1のゲ
ート電圧を初期化させることができる。
When light strikes the photodiode PD, photocharges are generated, and the charges are stored in the gate of the MOS transistor T1. Here, a pulse is given to the gate of the MOS transistor T3 to turn on the MOS transistor T3.
Then, a current proportional to the charge of the gate of the MOS transistor T1 is led to the output signal line through the MOS transistors T1 and T3. In this way, an output current proportional to the amount of incident light can be read. After reading the signal, the gate voltage of the MOS transistor T1 can be initialized by turning off the MOS transistor T3 and turning on the MOS transistor T2.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のM
OS型の固体撮像装置は各画素においてフォトダイオー
ドで発生しMOSトランジスタのゲートに蓄積された光
電荷をそのまま読み出すものであったからダイナミック
レンジが狭く、また光源の変動成分やノイズ成分が含ま
れたまま出力されてしまい、しかも出力信号は小さいレ
ベルであるので、S/Nが悪く全体として高品質の撮像
信号を得ることができないという欠点があった。
As described above, the conventional M
The OS-type solid-state imaging device reads out the photocharge generated by the photodiode in each pixel and stored in the gate of the MOS transistor as it is, so the dynamic range is narrow, and the fluctuation component and noise component of the light source are included. Since it is output and the output signal is at a low level, there is a disadvantage that the S / N is poor and a high-quality image signal cannot be obtained as a whole.

【0006】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、画素の出力を大きく得ることができる固体撮
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S/Nの良好な撮像信号を得ることができる固
体撮像装置を提供することにある。更に他の目的はダイ
ナミックレンジの広い固体撮像装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a solid-state imaging device capable of obtaining a large output of a pixel. Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of obtaining an imaging signal having a good S / N. Still another object is to provide a solid-state imaging device having a wide dynamic range.

【0007】[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
電変換手段と、該光電変換手段の出力信号を積分するキ
ャパシタと、該キャパシタの出力を電圧増幅する増幅器
と、電圧増幅された電圧を出力信号線へ導出する導出路
とを備えている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in a two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, each pixel is provided with a photoelectric conversion unit. A capacitor for integrating the output signal of the photoelectric conversion means, an amplifier for amplifying the voltage of the output of the capacitor, and a lead-out path for leading the voltage-amplified voltage to an output signal line.

【0008】この構成によると、光電変換出力信号はキ
ャパシタで積分されるので、光電変換出力信号に含まれ
る光源の変動成分や高周波のノイズはキャパシタで吸収
され除去される。そして、これらの変動成分や高周波の
ノイズの除去された光電変換出力信号は更に増幅器で電
圧増幅され充分な大きさとなって出力されるので、感度
の良い撮像信号となる。また、各画素ごとに光電変換手
段とキャパシタと増幅器と導出手段とが設けられている
ので、より正確に安定した信号読み出しが可能である。
According to this configuration, since the photoelectric conversion output signal is integrated by the capacitor, the fluctuation component of the light source and high frequency noise contained in the photoelectric conversion output signal are absorbed and removed by the capacitor. Then, the photoelectric conversion output signal from which these fluctuation components and high-frequency noise have been removed is further amplified in voltage by an amplifier and output with a sufficient magnitude, so that an imaging signal with high sensitivity is obtained. Further, since the photoelectric conversion means, the capacitor, the amplifier, and the derivation means are provided for each pixel, more accurate and stable signal reading is possible.

【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、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;
第1電極と第2電極と制御電極とを備え、この制御電極
に対数変換手段の出力電圧が印加されるトランジスタ
と;一端が前記トランジスタの第2電極から出力電流を
受けるように接続されたキャパシタと;前記キャパシタ
の出力を電圧増幅する増幅器と;増幅された電圧を出力
信号線へ導出する導出路とから成っている。
According to a second aspect of the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel includes a photoelectric conversion element; and an output current of the photoelectric conversion element is logarithmically converted. Logarithmic conversion means for converting to a converted voltage;
A transistor having a first electrode, a second electrode, and a control electrode, to which the output voltage of the logarithmic conversion means is applied; and a capacitor having one end connected to receive an output current from the second electrode of the transistor An amplifier for voltage-amplifying the output of the capacitor; and a lead-out path for leading the amplified voltage to an output signal line.

【0010】この構成によると、光電変換出力信号はキ
ャパシタで積分されるので、光電変換出力信号に含まれ
る光源の変動成分や高周波のノイズはキャパシタで吸収
され除去される。そして、これらの変動成分や高周波の
ノイズの除去された光電変換出力信号は更に増幅器で電
圧増幅され充分な大きさとなって出力されるので、感度
の良い撮像信号となる。更に、この構成では対数圧縮変
換によって固体撮像装置のダイナミックレンジが広くな
る。
According to this configuration, since the photoelectric conversion output signal is integrated by the capacitor, the fluctuation component of the light source and high frequency noise contained in the photoelectric conversion output signal are absorbed and removed by the capacitor. Then, the photoelectric conversion output signal from which these fluctuation components and high-frequency noise have been removed is further amplified in voltage by an amplifier and output with a sufficient magnitude, so that an imaging signal with high sensitivity is obtained. Further, in this configuration, the dynamic range of the solid-state imaging device is widened by logarithmic compression conversion.

【0011】請求項3に記載するように、増幅器は第1
電極と第2電極と前記キャパシタの出力が印加される制
御電極とを有する増幅用トランジスタと、前記増幅用ト
ランジスタの第2電極に通じる出力線に接続された負荷
抵抗とを含むものであってもよい。この負荷抵抗は、い
くつかの画素で兼用されていてもよい。従って、請求項
4に記載するように、その総数が全画素数より少なくて
もよい。また、増幅用トランジスタを用いる場合、請求
項5に記載するように、前記導出路は増幅用トランジス
タの第2電極に接続し、この第2電極から信号を導出す
ればよい。
According to a third aspect of the present invention, the amplifier has the first configuration.
An amplifying transistor having an electrode, a second electrode, and a control electrode to which an output of the capacitor is applied, and a load resistor connected to an output line leading to a second electrode of the amplifying transistor. Good. This load resistance may be shared by some pixels. Therefore, as described in claim 4, the total number may be smaller than the total number of pixels. In the case where an amplifying transistor is used, the lead-out path may be connected to a second electrode of the amplifying transistor, and a signal may be derived from the second electrode.

【0012】負荷抵抗として請求項6に記載するよう
に、増幅用トランジスタの第2電極に接続された第1電
極と、直流電圧に接続された第2電極と、直流電圧に接
続された制御電極とを有する抵抗用トランジスタを用い
てもよい。増幅用トランジスタとしてMOSトランジス
タを用いてもよい。nチャンネルMOSトランジスタを
用いる場合、請求項7に記載するように、増幅用トラン
ジスタの第1電極に印加される直流電圧を抵抗用トラン
ジスタの第2電極に接続される直流電圧よりも低電位と
すればよい。
As a load resistance, a first electrode connected to a second electrode of the amplifying transistor, a second electrode connected to a DC voltage, and a control electrode connected to a DC voltage. May be used. A MOS transistor may be used as the amplification transistor. When an n-channel MOS transistor is used, the DC voltage applied to the first electrode of the amplifying transistor may be lower than the DC voltage connected to the second electrode of the resistor transistor. I just need.

【0013】増幅用トランジスタとしてpチャンネルM
OSトランジスタを用いる場合、請求項8に記載するよ
うに、増幅用トランジスタの第1電極に印加される直流
電圧を抵抗用トランジスタの第2電極に接続される直流
電圧よりも高電位とすればよい。前記導出路としては、
請求項9に記載するように、全画素の中から所定のもの
を順次選択し、選択された画素から増幅電圧を出力信号
線に導出するスイッチを含むものを用いてもよい。請求
項10に記載の発明では、第1キャパシタの出力を導出
する間に、次の積分を行う第2のキャパシタを設けるこ
とにより、第1キャパシタの信号を読み出すと同時に第
2キャパシタへの積分が可能となり、動画撮像に対応す
ることが可能である。
A p-channel M as an amplifying transistor
When an OS transistor is used, the DC voltage applied to the first electrode of the amplifying transistor may be higher than the DC voltage connected to the second electrode of the resistor transistor. . As the derivation route,
According to a ninth aspect of the present invention, a device including a switch for sequentially selecting a predetermined pixel from all the pixels and leading an amplified voltage from the selected pixel to an output signal line may be used. According to the tenth aspect of the invention, while the output of the first capacitor is derived, the second capacitor for performing the next integration is provided, so that the signal of the first capacitor is read out and the integration of the second capacitor is performed simultaneously. This makes it possible to support moving image capturing.

【0014】また、請求項11に記載の発明では、前記
キャパシタへの電流入力路にスイッチを設け、このスイ
ッチを全画素で同時制御して全画素の積分時間を同一に
したことを特徴とする。本発明によれば、キャパシタに
蓄積された電荷の読み出しのタイミングが行ごとに順次
ずれることがなく、そのキャパシタの積分時間(及びタ
イミング)は全画素で同一であるので、画素間での読み
出しずれに基づく信号の誤差といったものは生じない。
[0014] Further, according to the present invention, a switch is provided in a current input path to the capacitor, and this switch is simultaneously controlled in all the pixels to make the integration time of all the pixels the same. . According to the present invention, the readout timing of the electric charge stored in the capacitor does not shift sequentially for each row, and the integration time (and timing) of the capacitor is the same for all pixels. There is no signal error based on the above.

【0015】また、請求項12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
2MOSトランジスタの第2電極に接続され他端が直流
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
の一端にゲートが接続され第1電極が直流電圧に接続さ
れて増幅器として動作する第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
ト信号が入力されたときONして前記キャパシタを初期
状態にリセットする第4MOSトランジスタと;第3M
OSトランジスタの第2電極に第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5MOSトランジスタとから成
っている。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode; and one electrode of the photodiode has a first electrode. A first MOS transistor connected to a gate electrode and operating in a sub-threshold region; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and a first electrode connected to a DC voltage and operating in a sub-threshold region; A capacitor connected to the second electrode of the 2MOS transistor and having the other end connected to a DC voltage and integrating a signal based on the photocharge generated by the photodiode; a gate connected to one end of the capacitor and the first electrode connected to the DC voltage; A third MOS transistor connected to operate as an amplifier;
A fourth MOS transistor having a first electrode connected to the one end of the capacitor, a second electrode connected to the DC voltage, and turned on when a reset signal is input to the gate to reset the capacitor to an initial state; 3M
The first electrode is connected to the second electrode of the OS transistor, and the second electrode
A fifth MOS transistor for reading has an electrode connected to the output signal line and a gate electrode connected to the row selection line.

【0016】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
5MOSトランジスタがONされキャパシタの電荷に基
づく出力が第3MOSトランジスタで電圧増幅されて出
力信号線へ導出される。その後、第4MOSトランジス
タのゲートにリセットパルスが印加されると、キャパシ
タは初期化され、再びキャパシタによる積分が開始され
る。
According to such a configuration, the photocurrent generated by the photodiode is logarithmically converted by the first MOS transistor, and its gate voltage becomes a voltage proportional to the logarithmically converted current. This voltage charges the capacitor through the second MOS transistor. When the integration is completed, the fifth MOS transistor is turned on, and the output based on the electric charge of the capacitor is amplified by the third MOS transistor and is led to the output signal line. Thereafter, when a reset pulse is applied to the gate of the fourth MOS transistor, the capacitor is initialized, and integration by the capacitor is started again.

【0017】また、請求項13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、各画素が以下のものからなっている: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2M
OSトランジスタの第2電極に接続され他端が直流電圧
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;前記キャ
パシタの一端にゲートが接続され第1電極が直流電圧に
接続されて増幅器として動作する第3MOSトランジス
タと;第1電極が第3MOSトランジスタの第2電極に
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5MOSトランジ
スタ。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in a two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel includes the following: a photodiode; A first MOS transistor having a first electrode and a gate electrode connected to one of the electrodes and operating in a sub-threshold region;
A second MOS transistor connected to the gate of the transistor and operating in the subthreshold region;
A capacitor connected to the second electrode of the OS transistor and having the other end connected to the DC voltage and being reset via the second MOS transistor when a reset voltage is applied to the first electrode of the second MOS transistor; A third MOS transistor having a gate connected to one end and a first electrode connected to a DC voltage to operate as an amplifier; a first electrode connected to a second electrode of the third MOS transistor, a second electrode connected to an output signal line, and a gate A fifth MOS transistor for reading whose electrode is connected to the row selection line.

【0018】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12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第2
MOS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、キャパシタの電荷が第2MOSトランジスタ
を通して放電されることによってなされる。
In this configuration, the integration of the capacitor and the reading of the capacitor voltage are the same as in the case of the twelfth aspect.
When a reset voltage is applied to the first electrode of the MOS transistor, the charge of the capacitor is discharged through the second MOS transistor.

【0019】また、請求項14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、各画素が以下のものからなっている: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2MOSトランジスタの第2
電極に接続され他端が直流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ゲートが接続され第
1電極が直流電圧に接続されて増幅器として動作する第
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;第3MOSトランジスタの第2電極に第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5MOSトランジ
スタ。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in a two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel includes the following: a photodiode; A first MOS transistor having a first electrode and a gate electrode connected to one of the electrodes and operating in a sub-threshold region;
A second MOS connected to the gate of the transistor and having a first electrode connected to a DC voltage and operating in a subthreshold region
One end of a second MOS transistor;
A capacitor connected to the electrode and having the other end connected to a DC voltage and integrating a signal based on photocharge generated by the photodiode; a gate connected to one end of the capacitor and a first electrode connected to the DC voltage to function as an amplifier; An operating third MOS transistor; a first MOS transistor at one end of the capacitor;
A fourth MOS transistor having an electrode connected thereto, a second electrode connected to a DC voltage, and a DC voltage applied to a gate, which is always turned on; a first electrode connected to a second electrode of the third MOS transistor and a second electrode connected to an output signal line; A fifth MOS transistor for reading having a connected gate electrode connected to a row selection line;

【0020】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。
In this configuration, the fourth MOS transistor which is always ON is equivalent to a resistor, and a capacitor having a predetermined value is connected to the capacitor. Therefore, the initial value of the capacitor is determined by its resistance. In other words, the initial value can be adjusted by changing the DC voltage applied to the gate electrode of the fourth MOS transistor.

【0021】また、請求項15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
続されるとともに第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;第1電極が第2MOSトランジスタの第2電極に接
続されゲートにスイッチング電圧が印加される第6MO
Sトランジスタと、;一端が第6MOSトランジスタの
第2電極に接続され他端が直流電圧に接続され前記フォ
トダイオードで発生した光電流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ゲートが接続
され第1電極が直流電圧に接続されて増幅器として動作
する第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信号が入力されたと
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トランジスタと;第3MOSトランジスタの第
2電極に第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5MOSトランジスタとから成り、第6MOSトラン
ジスタをOFFして前記キャパシタの積分を停止した状
態で前記キャパシタの電圧を第3MOSトランジスタで
電圧増幅して読み出すようにしている。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode; and one electrode of the photodiode has a first electrode. A first MOS transistor connected to a gate electrode and operating in a sub-threshold region; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and having a first electrode connected to a DC voltage and operating in a sub-threshold region; A sixth electrode in which one electrode is connected to the second electrode of the second MOS transistor and a switching voltage is applied to the gate;
An S transistor; a capacitor having one end connected to the second electrode of the sixth MOS transistor and the other end connected to a DC voltage for integrating a signal based on a photocurrent generated by the photodiode; and a gate at one end of the capacitor. A third MOS transistor connected as a first electrode and connected to a DC voltage to operate as an amplifier; a first electrode connected to the one end of the capacitor, a second electrode connected to the DC voltage, and a reset signal applied to the gate; A fourth MOS transistor which is turned on when input and resets the capacitor to an initial state; a first electrode connected to a second electrode of the third MOS transistor, a second electrode connected to an output signal line, and a gate electrode connected to a row selection line And a fifth MOS transistor for reading connected to the second MOS transistor, and turning off the sixth MOS transistor. The so that read out voltage amplifies the voltage of the capacitor in a state of stopping the integration capacitor at the 3MOS transistor.

【0022】この構成では、全画素の第6MOSトラン
ジスタを同時制御することによって全画素の積分時間を
同一にできる。
In this configuration, by simultaneously controlling the sixth MOS transistors of all the pixels, the integration time of all the pixels can be made the same.

【0023】また、請求項16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電極にクロックが印加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
1スイッチを介して第2MOSトランジスタの第2電極
に接続され他端が直流電圧に接続され前記フォトダイオ
ードで発生した光電流に基づく信号を積分するキャパシ
タと;ゲートが前記キャパシタの一端に接続され第1電
極が直流電圧に接続されて増幅器として動作する第3M
OSトランジスタと;一端が第3MOSトランジスタの
第2電極に接続され他端が出力信号線に接続された第2
スイッチとから成り、第1スイッチをON状態にして前
記キャパシタへ第2MOSトランジスタの出力電流を供
給して信号の積分を行ない、第1スイッチをOFFした
状態で第2スイッチをONして前記キャパシタの信号を
第3MOSトランジスタで電圧増幅して出力信号線へ導
出し、その後、第1スイッチをON状態にして第2MO
Sトランジスタの第1電極に印加される前記クロックの
リセット電圧期間に第2MOSトランジスタと第1スイ
ッチを通して前記キャパシタの初期化を行なうようにな
っている。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode; and one electrode of the photodiode has a first electrode. A first MOS transistor connected to the gate electrode and operating in a sub-threshold region; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and applied with a clock to the first electrode to operate in the sub-threshold region; A capacitor connected to the second electrode of the second MOS transistor via a switch and having the other end connected to a DC voltage for integrating a signal based on a photocurrent generated by the photodiode; a gate connected to one end of the capacitor, Third electrode whose electrode is connected to a DC voltage and operates as an amplifier
An OS transistor; a second terminal having one end connected to the second electrode of the third MOS transistor and the other end connected to the output signal line;
The first switch is turned on, the output current of the second MOS transistor is supplied to the capacitor to integrate the signal, and the second switch is turned on while the first switch is turned off to turn off the capacitor. The signal is amplified by a third MOS transistor to be led to an output signal line, and then the first switch is turned ON and the second MO
During the reset voltage period of the clock applied to the first electrode of the S transistor, the capacitor is initialized through the second MOS transistor and the first switch.

【0024】この構成では、キャパシタの初期化(リセ
ット)はキャパシタの電荷が第1スイッチと第2MOS
トランジスタを通して放電することにより行なわれる。
In this configuration, the capacitor is initialized (reset) when the electric charge of the capacitor is changed to the first switch and the second MOS.
This is performed by discharging through a transistor.

【0025】また、請求項17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電極にクロックが印加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
1スイッチを介して第2MOSトランジスタの第2電極
に接続され他端が直流電圧に接続され前記フォトダイオ
ードで発生した光電流に基づく信号を積分するキャパシ
タと;ゲートが前記キャパシタの一端に接続され第1電
極が直流電圧に接続されて増幅器として動作する第3M
OSトランジスタと;一端が前記キャパシタの一端に接
続され他端が直流電圧に接続されゲートにリセット信号
が入力される第4MOSトランジスタと;一端が第3M
OSトランジスタの第2電極に接続され他端が出力信号
線に接続された第2スイッチとから成り、第1スイッチ
をOFFして前記キャパシタの信号を第3MOSトラン
ジスタで電圧増幅して出力信号線へ読み出しているとき
に第2MOSトランジスタの第2電極のクロックのリセ
ット電圧期間に前記第2MOSトランジスタの第2電極
に関係するpn接合容量をリセットし前記クロックの他
のレベル期間にpn接合容量への信号の積分を開始さ
せ、前記キャパシタの信号の読み出し終了後に第1スイ
ッチをONさせて前記pn接合容量の蓄積電荷を前記キ
ャパシタへ移送するとともに該キャパシタの積分を続行
するようになっている。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode; and one electrode of the photodiode has a first electrode. A first MOS transistor connected to the gate electrode and operating in a sub-threshold region; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and applied with a clock to the first electrode to operate in the sub-threshold region; A capacitor connected to the second electrode of the second MOS transistor via a switch and having the other end connected to a DC voltage for integrating a signal based on a photocurrent generated by the photodiode; a gate connected to one end of the capacitor, Third electrode whose electrode is connected to a DC voltage and operates as an amplifier
An OS transistor; a fourth MOS transistor having one end connected to one end of the capacitor, the other end connected to a DC voltage, and a gate receiving a reset signal;
A second switch connected to the second electrode of the OS transistor and having the other end connected to the output signal line; turning off the first switch to amplify the voltage of the capacitor signal with the third MOS transistor to the output signal line; During reading, the pn junction capacitance related to the second electrode of the second MOS transistor is reset during the reset voltage period of the clock of the second electrode of the second MOS transistor, and the signal to the pn junction capacitance is reset during another level period of the clock. Is started, and after reading of the signal of the capacitor is completed, the first switch is turned on to transfer the accumulated charge of the pn junction capacitance to the capacitor and continue the integration of the capacitor.

【0026】また、請求項18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電極に直流電圧が印加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直流
電圧に接続され前記フォトダイオードで発生した光電流
に基づく信号を積分する第1キャパシタと;一端が第1
キャパシタの一端に接続された第1スイッチと;第1ス
イッチの他端に一端が接続され他端が直流電圧に接続さ
れた第2キャパシタと;第2キャパシタの前記一端にゲ
ートが接続され第1電極が直流電圧に接続されて増幅器
として動作する第3MOSトランジスタと;第2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
接続されゲートにリセット信号が入力される第4MOS
トランジスタと;一端が第3MOSトランジスタの第2
電極に接続され他端が出力信号線に接続された第2スイ
ッチとから成り、第1スイッチをOFF状態にして第2
キャパシタの信号を第3MOSトランジスタで電圧増幅
して出力信号線へ読み出しているときに第1キャパシタ
で次の積分を開始し、前記読み出し終了後、第4MOS
トランジスタをONして第2キャパシタをリセットした
後、第1スイッチをONして第1キャパシタの電荷を第
2キャパシタへ転送するとともに第2キャパシタの積分
を続行するようになっている。
According to the invention, in a two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode; and one electrode of the photodiode has a first electrode. A first MOS transistor connected to the gate electrode and operating in the sub-threshold region; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor, a DC voltage being applied to the first electrode and operating in the sub-threshold region; A first capacitor connected to the second electrode of the 2MOS transistor and having the other end connected to a DC voltage and integrating a signal based on a photocurrent generated by the photodiode;
A first switch connected to one end of the capacitor; a second capacitor having one end connected to the other end of the first switch and the other end connected to the DC voltage; a first switch having a gate connected to the one end of the second capacitor; A third MOS transistor having an electrode connected to a DC voltage and operating as an amplifier; a fourth MOS transistor having a first electrode connected to one end of the second capacitor, a second electrode connected to the DC voltage, and a reset signal input to the gate;
A transistor; one end of the second MOS transistor
A second switch connected to the electrode and having the other end connected to the output signal line.
When the voltage of the capacitor signal is amplified by the third MOS transistor and read out to the output signal line, the next integration is started by the first capacitor.
After the transistor is turned on to reset the second capacitor, the first switch is turned on to transfer the charge of the first capacitor to the second capacitor and continue the integration of the second capacitor.

【0027】また、請求項19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電極にクロックが印加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直流
電圧に接続され前記フォトダイオードで発生した光電流
に基づく信号を積分する第1キャパシタと;一端が第1
キャパシタの一端に接続された第1スイッチと;第1ス
イッチの他端に一端が接続され他端が直流電圧に接続さ
れた第2キャパシタと;第2キャパシタの一端にゲート
が接続され第1電極が直流電圧に接続されて増幅器とし
て動作する第3MOSトランジスタと;一端が第3MO
Sトランジスタの第2電極に接続され他端が出力信号線
に接続された第2スイッチとから成り、第1キャパシタ
で積分された電圧を第1スイッチをONして第2キャパ
シタに転送することで第1キャパシタのリセットを行な
い、次いで第1スイッチをOFFして第2キャパシタの
電荷に基づく電圧を第3MOSトランジスタで電圧増幅
して前記出力信号線へ読み出しているときに第1キャパ
シタで次の積分を行なうようになっている。
[0027] According to the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode; and one electrode of the photodiode has a first electrode. A first MOS transistor connected to the gate electrode and operating in the sub-threshold region; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and applied with a clock to the first electrode to operate in the sub-threshold region; A first capacitor connected to the second electrode of the transistor and having the other end connected to a DC voltage and integrating a signal based on a photocurrent generated by the photodiode;
A first switch connected to one end of the capacitor; a second capacitor having one end connected to the other end of the first switch and the other end connected to the DC voltage; a first electrode having a gate connected to one end of the second capacitor; A third MOS transistor connected to a DC voltage and operating as an amplifier;
A second switch connected to the second electrode of the S transistor and having the other end connected to the output signal line. The voltage integrated by the first capacitor is turned on to transfer the voltage to the second capacitor. The first capacitor is reset, then the first switch is turned off, and the voltage based on the charge of the second capacitor is amplified by the third MOS transistor and read out to the output signal line. Is to be performed.

【0028】また、請求項20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電極にクロックが印加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直流
電圧に接続され前記フォトダイオードで発生した光電流
に基づく信号を積分する第1キャパシタと;一端が第1
キャパシタの一端に接続された第1スイッチと;第1ス
イッチの他端に一端が接続され他端が直流電圧に接続さ
れた第2キャパシタと;第2キャパシタの一端にゲート
が接続され第1電極が直流電圧に接続されて増幅器とし
て動作する第3MOSトランジスタと;第2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
されゲートにリセット電圧が印加される第4MOSトラ
ンジスタと;一端が第3MOSトランジスタの第2電極
に接続され他端が出力信号線に接続された第2スイッチ
とから成り、第1スイッチをOFFした状態で第2キャ
パシタの信号を第3MOSトランジスタで電圧増幅して
読み出しているときに第2MOSトランジスタの第2電
極に印加されるクロックのリセット電圧レベル期間に第
1キャパシタをリセットし、前記クロックの他のレベル
期間に第1キャパシタの積分を開始し、読み出し終了後
第4MOSトランジスタをONして第2キャパシタをリ
セットし、次に第1スイッチをONして第1キャパシタ
の電荷を第2キャパシタへ転送するとともに第2キャパ
シタの積分を継続するようにしている。
According to a twentieth aspect of the present invention, in the two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode; and one electrode of the photodiode has a first electrode. A first MOS transistor connected to the gate electrode and operating in the sub-threshold region; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and applied with a clock to the first electrode to operate in the sub-threshold region; A first capacitor connected to the second electrode of the transistor and having the other end connected to a DC voltage and integrating a signal based on a photocurrent generated by the photodiode;
A first switch connected to one end of the capacitor; a second capacitor having one end connected to the other end of the first switch and the other end connected to the DC voltage; a first electrode having a gate connected to one end of the second capacitor; A third MOS transistor connected to a DC voltage and operating as an amplifier; a fourth MOS transistor having a first electrode connected to one end of the second capacitor, a second electrode connected to the DC voltage, and a reset voltage applied to the gate; A second switch having one end connected to the second electrode of the third MOS transistor and the other end connected to the output signal line, and amplifying the voltage of the signal of the second capacitor by the third MOS transistor with the first switch turned off. The first capacitor is reset during the reset voltage level period of the clock applied to the second electrode of the second MOS transistor during readout and reading. To start integration of the first capacitor in another level period of the clock, turn on the fourth MOS transistor to reset the second capacitor after reading is completed, and then turn on the first switch to turn on the first capacitor. Is transferred to the second capacitor and the integration of the second capacitor is continued.

【0029】また、請求項21に記載の発明では、請求
項12〜請求項20のいずれかに記載の固体撮像装置に
おいて、前記画素に対し前記出力信号線を介して接続さ
れ前記第3MOSトランジスタのドレイン側で前記第3
MOSトランジスタの負荷抵抗を成すMOSトランジス
タを備えているを備えていることを特徴としている。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the twelfth to twentieth aspects, the third MOS transistor is connected to the pixel via the output signal line. The third on the drain side
The present invention is characterized in that it comprises a MOS transistor forming a load resistance of the MOS transistor.

【0030】請求項22、請求項23に記載するよう
に、画素マトリクスの列ごとに、その列に含まれる各画
素の第5MOSトランジスタあるいは第2スイッチに接
続された第1電極と、直流電圧に接続された第2電極
と、直流電圧に接続されたゲートとを有する抵抗用MO
Sトランジスタをさらに備えてもよい。
As described in claim 22 and claim 23, for each column of the pixel matrix, the first electrode connected to the fifth MOS transistor or the second switch of each pixel included in the column, A resistor MO having a second electrode connected thereto and a gate connected to a DC voltage
An S transistor may be further provided.

【0031】[0031]

【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は本発明を実
施した二次元の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、G12、・
・・、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3以降の各実施形態にお
いて示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the solid-state imaging device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a configuration of a part of a two-dimensional MOS type solid-state imaging device embodying the present invention. In the figure, G11, G12,.
.., Gmn indicate pixels arranged in a matrix (matrix arrangement). 2 is a vertical scanning circuit, which is a row (line)
.., 4-n are sequentially scanned.
Reference numeral 3 denotes a horizontal scanning circuit, which outputs an output signal line 6-1 from a pixel;
The photoelectric conversion signals derived in 6-2,..., 6-m are sequentially read in the horizontal direction for each pixel. 5 is a power supply line. For each pixel, the lines 4-1 4-2,.
4-n, output signal lines 6-1, 6-2..., 6-m, power supply line 5, and other lines (for example, a clock line and a bias supply line) are also connected. 1
In these figures, these are omitted and shown in each embodiment after FIG.

【0032】出力線路6−1、6−2、・・・、6−m
ごとにpチャンネルのMOSトランジスタQ1とnチャ
ンネルのMOSトランジスタQ2が図示の如く1組ずつ
設けられている。MOSトランジスタQ1のゲートは直
流電圧線7に接続され、ドレインは出力信号線6−1に
接続され、ソースは直流電源ライン8に接続されてい
る。一方、MOSトランジスタQ2のドレインは出力信
号線6−1に接続され、ソースは最終的な信号線9に接
続され、ゲートは水平走査回路3に接続されている。
Output lines 6-1, 6-2,..., 6-m
A pair of p-channel MOS transistors Q1 and n-channel MOS transistors Q2 are provided as shown in FIG. MOS transistor Q 1 has a gate connected to DC voltage line 7, a drain connected to output signal line 6-1, and a source connected to DC power supply line 8. On the other hand, the drain of the MOS transistor Q2 is connected to the output signal line 6-1, the source is connected to the final signal line 9, and the gate is connected to the horizontal scanning circuit 3.

【0033】画素G11〜Gmnには、後述するように、
それらの画素で発生した光電荷に基づく電圧を増幅して
出力する増幅用の第3MOSトランジスタT3が設けら
れている。その増幅用のMOSトランジスタT3と上記
MOSトランジスタQ1との接続関係は図2(a)のよ
うになる。ここで、MOSトランジスタQ1のソースに
接続される直流電圧VDD’と、第3MOSトランジスタ
T3のソースに接続される直流電圧VSS’との関係は、
VDD’>VSS’であり、直流電圧VSS’は例えばグラン
ド電圧(接地)である。この回路構成は下段のMOSト
ランジスタT3のゲートに信号が入力され、上段のMO
SトランジスタQ1のゲートには直流電圧が常時印加さ
れる。このため上段のMOSトランジスタQ1は抵抗
(負荷抵抗)と等価であり、図2(a)の回路はソース
接地型の増幅回路となっている。この場合、MOSトラ
ンジスタT3のドレイン側から増幅出力されるのは電圧
であると考えてよい。
As described later, the pixels G11 to Gmn have
A third MOS transistor T3 is provided for amplifying and outputting a voltage based on the photocharge generated in those pixels. FIG. 2A shows the connection relationship between the MOS transistor T3 for amplification and the MOS transistor Q1. Here, the relationship between the DC voltage VDD 'connected to the source of the MOS transistor Q1 and the DC voltage VSS' connected to the source of the third MOS transistor T3 is as follows.
VDD '>VSS', and the DC voltage VSS 'is, for example, a ground voltage (ground). In this circuit configuration, a signal is input to the gate of the lower MOS transistor T3,
A DC voltage is constantly applied to the gate of S transistor Q1. For this reason, the upper MOS transistor Q1 is equivalent to a resistor (load resistor), and the circuit in FIG. 2A is a source-grounded amplifier. In this case, what is amplified and output from the drain side of the MOS transistor T3 may be considered to be a voltage.

【0034】MOSトランジスタQ2は水平走査回路3
によって制御され、スイッチ素子として動作する。尚、
後述するように各実施形態の画素内にはスイッチ用の第
5MOSトランジスタT5も設けられている。この第5
MOSトランジスタT5も含めて表わすと、図2(a)
の回路は正確には図2(b)のようになる。即ち、第5
MOSトランジスタがMOSトランジスタQ1と第3M
OSトランジスタT3との間に挿入されている。ここ
で、第5MOSトランジスタT5は行の選択を行うもの
であり、トランジスタQ2は列の選択を行うものであ
る。なお、図1および図2に示す構成は以下に説明する
第1実施形態〜第9実施形態に共通の構成である。いず
れにしても、図2のような電圧増幅回路として構成する
ことにより信号のゲインを大きく出力することができ
る。
The MOS transistor Q2 is connected to the horizontal scanning circuit 3
And is operated as a switch element. still,
As described later, a fifth MOS transistor T5 for a switch is also provided in the pixel of each embodiment. This fifth
When the MOS transistor T5 is also included, FIG.
The circuit of FIG. 2 is exactly as shown in FIG. That is, the fifth
The MOS transistor is the MOS transistor Q1 and the third M
It is inserted between the OS transistor T3. Here, the fifth MOS transistor T5 is for selecting a row, and the transistor Q2 is for selecting a column. The configuration shown in FIGS. 1 and 2 is a configuration common to the first to ninth embodiments described below. In any case, by configuring the voltage amplifier circuit as shown in FIG. 2, a large signal gain can be output.

【0035】従って、画素がダイナミックレンジ拡大の
ために光電流を対数変換しているような場合は、そのま
までは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大き
な信号に増幅されるため、後続の信号処理回路(図示せ
ず)での処理が楽になる。また、増幅回路の負荷抵抗部
分を構成するトランジスタQ1を画素内に設けずに、列
方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線6
−1、6−2、・・・、6−mごとに設けることによ
り、負荷抵抗の数を低減でき、半導体チップ上で増幅回
路が占める面積を少なくできる。
Therefore, in the case where the pixel performs logarithmic conversion of the photocurrent in order to expand the dynamic range, the output signal is small as it is, but is amplified to a sufficiently large signal by the amplifier circuit, so that the subsequent signal is amplified. Processing in a processing circuit (not shown) is facilitated. Also, the transistor Q1 forming the load resistance portion of the amplifier circuit is not provided in the pixel, and the output signal line 6 to which a plurality of pixels arranged in the column direction are connected is connected.
.., 6-m, the number of load resistors can be reduced, and the area occupied by the amplifier circuit on the semiconductor chip can be reduced.

【0036】以下、各実施形態を画素部分の構成を示し
て説明する。尚、以下の各実施形態では、信号を第3M
OSトランジスタT3で増幅して出力信号線へ導出する
旨、説明しているが、正確には第3MOSトランジスタ
T3と上述の負荷抵抗用のMOSトランジスタQ1との
組み合せによって電圧増幅するものであることは理解さ
れるべきである。なお、本明細書において、「直流電圧
へ接続」という場合、グランド電圧への接続、すなわち
「接地」をも含むものとする。
Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the configuration of a pixel portion. In each of the following embodiments, the signal is set to 3M
Although it has been described that the voltage is amplified by the OS transistor T3 and led to the output signal line, the voltage is amplified by a combination of the third MOS transistor T3 and the MOS transistor Q1 for the load resistance. It should be understood. It should be noted that, in this specification, "connection to a DC voltage" includes connection to a ground voltage, that is, "ground".

【0037】〈第1実施形態〉図3において、pnフォ
トダイオードPDが感光部(光電変換部)を形成してい
る。そのフォトダイオードPDのアノードは第1のMO
SトランジスタT1のドレインとゲート、及び第2のM
OSトランジスタT2のゲートに接続されている。第2
のMOSトランジスタT2のソースは第3のMOSトラ
ンジスタT3のゲート、及び第4のMOSトランジスタ
T4のドレインに接続され、第3のMOSトランジスタ
T3のドレインには直流電圧Vss2が印加される。この
電圧Vss2は例えばグランド電圧である。第3のMOS
トランジスタT3のソースは第5のMOSトランジスタ
T5のドレインに接続されている。第5のMOSトラン
ジスタT5のソースは出力信号線6へ接続されている。
<First Embodiment> In FIG. 3, a pn photodiode PD forms a photosensitive portion (photoelectric conversion portion). The anode of the photodiode PD is the first MO
The drain and gate of the S transistor T1, and the second M
It is connected to the gate of the OS transistor T2. Second
The source of the MOS transistor T2 is connected to the gate of the third MOS transistor T3 and the drain of the fourth MOS transistor T4, and the DC voltage Vss2 is applied to the drain of the third MOS transistor T3. This voltage Vss2 is, for example, a ground voltage. Third MOS
The source of the transistor T3 is connected to the drain of the fifth MOS transistor T5. The source of the fifth MOS transistor T5 is connected to the output signal line 6.

【0038】また、pnフォトダイオードPDのカソー
ドと第2のMOSトランジスタT2のドレインには直流
電圧VDDが印加されるようになっている。一方、第1の
MOSトランジスタT1のソースには直流電圧Vssが印
加されており、第2のMOSトランジスタT2のソース
にはキャパシタ(C)を介して同じく直流電圧Vssが印
加されている。第4のMOSトランジスタT4のソース
には直流電圧VRSが印加されている。第4のMOSトラ
ンジスタT4のゲートにはリセット電圧ΦRSが印加さ
れる。第1、第2のMOSトランジスタT1、T2はい
ずれもサブスレッショルド領域で動作するようにバイア
スされている。
Further, a DC voltage VDD is applied to the cathode of the pn photodiode PD and the drain of the second MOS transistor T2. On the other hand, the DC voltage Vss is applied to the source of the first MOS transistor T1, and the DC voltage Vss is also applied to the source of the second MOS transistor T2 via the capacitor (C). The DC voltage VRS is applied to the source of the fourth MOS transistor T4. A reset voltage ΦRS is applied to the gate of the fourth MOS transistor T4. Both the first and second MOS transistors T1 and T2 are biased to operate in the sub-threshold region.

【0039】今、フォトダイオードPDに光が当たると
光電流が発生し、第1MOSトランジスタT1のゲート
には、MOSトランジスタのサブスレッショルド特性に
より、前記光電流を対数変換した値の電圧が発生する。
この電圧により、キャパシタCには光電流の積分値を対
数変換した値と同等の電荷が蓄積される。ここで第5M
OSトランジスタT5のゲートにパルスΦVを与えて、
該MOSトランジスタT5をONにすると第3MOSト
ランジスタT3のゲートへ蓄積された電荷に比例した電
流が第3、第5MOSトランジスタT3、T5を通り、
出力信号線6へ第3MOSトランジスタT3で電圧増幅
した形で導出される。このようにして入射光量の対数値
に比例した信号(出力電圧)を読み出すことができる。
信号読み出し後は第5MOSトランジスタT5をOFF
にして第4MOSトランジスタT4をONすることでキ
ャパシタC及び第3MOSトランジスタT3のゲート電
圧を初期化させることができる。
When light strikes the photodiode PD, a photocurrent is generated, and a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent is generated at the gate of the first MOS transistor T1 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor.
With this voltage, electric charge equivalent to a value obtained by logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is accumulated in the capacitor C. Where the 5M
A pulse ΦV is given to the gate of the OS transistor T5,
When the MOS transistor T5 is turned on, a current proportional to the charge stored in the gate of the third MOS transistor T3 passes through the third and fifth MOS transistors T3 and T5,
It is led out to the output signal line 6 in the form of voltage amplification by the third MOS transistor T3. Thus, a signal (output voltage) proportional to the logarithmic value of the incident light amount can be read.
After reading the signal, turn off the fifth MOS transistor T5
By turning on the fourth MOS transistor T4 in this manner, the capacitor C and the gate voltage of the third MOS transistor T3 can be initialized.

【0040】〈第2実施形態〉図4に示すように第2実
施形態では、第2MOSトランジスタT2のドレインに
クロックΦDを与えることによってキャパシタC及び第
3MOSトランジスタT3のゲート電圧をリセット(初
期化)するようにし、それによって第4MOSトランジ
スタT4を削除した構成となっている。その他の構成は
第1実施形態(図3)と同一である。尚、クロックΦD
のハイレベル期間では、キャパシタCに積分が行なわ
れ、ローレベル期間では、キャパシタCの電荷及び第3
MOSトランジスタのゲートの電荷がMOSトランジス
タT2を通して放電され、キャパシタCの電圧及び第3
MOSトランジスタT3のゲートは略クロックΦDのロ
ーレベル電圧に初期化される(リセット)。この第2実
施形態では、第4MOSトランジスタT4を省略できる
分、構成がシンプルになる。
Second Embodiment As shown in FIG. 4, in the second embodiment, a clock φD is applied to the drain of the second MOS transistor T2 to reset (initialize) the gate voltage of the capacitor C and the third MOS transistor T3. Thus, the configuration is such that the fourth MOS transistor T4 is omitted. Other configurations are the same as those of the first embodiment (FIG. 3). Note that the clock ΦD
In the high level period, integration is performed on the capacitor C. In the low level period, the charge of the capacitor C and the third
The charge of the gate of the MOS transistor is discharged through the MOS transistor T2, and the voltage of the capacitor C and the third
The gate of the MOS transistor T3 is initialized to approximately the low level voltage of the clock φD (reset). In the second embodiment, the configuration is simplified because the fourth MOS transistor T4 can be omitted.

【0041】〈第3実施形態〉図5に示すように、第3
実施形態は、第1実施形態(図3)に対し第2MOSト
ランジスタT2とキャパシタCとの間にnチャンネル型
の第6MOSトランジスタT6をスイッチとして挿入し
た点が特徴となっている。この第6MOSトランジスタ
T6のドレインは第2MOSトランジスタT2のソース
に接続され、ソースはキャパシタCに接続され、ゲート
には積分時間制御電圧(スイッチング電圧)ФINTが印
加されるようになっている。積分時間制御電圧ФINTを
ハイレベルにして第6MOSトランジスタT6をONし
た状態でキャパシタCの積分動作が行なわれる。そし
て、キャパシタCの信号を読み出す際には、積分時間制
御電圧ФINTをローレベルにして該第6MOSトランジ
スタT6をOFFにした状態で、第5MOSトランジス
タT5をONし、第3、第5MOSトランジスタT3、
T5を通して出力信号線6へ第3MOSトランジスタT
3で電圧増幅した形で読み出す。
<Third Embodiment> As shown in FIG.
The embodiment is characterized in that an n-channel type sixth MOS transistor T6 is inserted as a switch between the second MOS transistor T2 and the capacitor C with respect to the first embodiment (FIG. 3). The drain of the sixth MOS transistor T6 is connected to the source of the second MOS transistor T2, the source is connected to the capacitor C, and the integration time control voltage (switching voltage) ФINT is applied to the gate. The integration operation of the capacitor C is performed while the integration time control voltage ФINT is set to the high level and the sixth MOS transistor T6 is turned on. Then, when reading the signal of the capacitor C, the fifth MOS transistor T5 is turned on while the integration time control voltage ФINT is set to low level and the sixth MOS transistor T6 is turned off, and the third and fifth MOS transistors T3,
Third MOS transistor T to output signal line 6 through T5
The data is read out in the form of voltage amplification in step 3.

【0042】信号読み出し後は、第5MOSトランジス
タT5をOFFにし、且つ第6MOSトランジスタT6
をOFFにした状態で第4MOSトランジスタT4をO
NさせることによってキャパシタC及び第3MOSトラ
ンジスタT3のゲート電圧のリセット(初期化)を行な
う。しかる後、第6MOSトランジスタT6をONして
キャパシタCによる次の積分を行なう。この第3実施形
態では、二次元に配置された全ての画素の第6MOSト
ランジスタT6のゲートに同時刻、同時間だけパルスを
与えると全ての画素が同時刻、同時間だけ積分された電
荷を各画素のキャパシタCに蓄積することができる。
After the signal is read, the fifth MOS transistor T5 is turned off and the sixth MOS transistor T6
With the fourth MOS transistor T4 turned off.
By resetting N, the reset (initialization) of the capacitor C and the gate voltage of the third MOS transistor T3 is performed. Thereafter, the sixth MOS transistor T6 is turned on to perform the next integration by the capacitor C. In the third embodiment, when a pulse is applied to the gates of the sixth MOS transistors T6 of all the pixels arranged two-dimensionally at the same time and for the same time, all the pixels integrate the electric charge integrated for the same time and for the same time. It can be stored in the capacitor C of the pixel.

【0043】〈第4実施形態〉図6に示すように、第4
実施形態は第1実施形態(図3)に対して、第4MOS
トランジスタT4を省略するとともに、第2MOSトラ
ンジスタT2のドレインにクロックΦDを与えるように
し、且つその第2MOSトランジスタのソースとキャパ
シタC間に第6MOSトランジスタT6をスイッチとし
て挿入した点が相違しており、その他の構成は同一であ
る。第6MOSトランジスタT6はドレインが第2MO
SトランジスタT2のソースに接続され、ソースがキャ
パシタに接続され、ゲートには積分時間制御電圧ФINT
が印加されるようになっている。
<Fourth Embodiment> As shown in FIG.
The embodiment is different from the first embodiment (FIG. 3) in that the fourth MOS
The difference is that the transistor T4 is omitted, the clock φD is applied to the drain of the second MOS transistor T2, and the sixth MOS transistor T6 is inserted as a switch between the source of the second MOS transistor and the capacitor C. Are the same. The drain of the sixth MOS transistor T6 is the second MO transistor.
The source of the S transistor T2 is connected, the source is connected to the capacitor, and the gate is connected to the integration time control voltage ФINT
Is applied.

【0044】フォトダイオードPDに光が当たると光電
流が発生し、MOSトランジスタT1のゲートには、M
OSトランジスタのサブスレッショルド特性により、前
記光電流を対数変換した値の電圧が発生する。この電圧
により、キャパシタCには光電流の積分値を対数変換し
た値と同等の電荷が蓄積されるが、ここで2次元に配置
されたすべての画素の第6MOSトランジスタT6のゲ
ートに同時刻、同時間だけONさせるパルスを与えると
すべての画素が同時刻、同時間だけ積分された電荷を各
画素のキャパシタCにそれぞれ蓄積することができる。
When light strikes the photodiode PD, a photocurrent is generated, and the gate of the MOS transistor T1 has M
Due to the subthreshold characteristic of the OS transistor, a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent is generated. Due to this voltage, an electric charge equivalent to the value obtained by logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is accumulated in the capacitor C. When a pulse for turning ON for the same time is given, all the pixels can accumulate the electric charge integrated for the same time and for the same time in the capacitor C of each pixel.

【0045】次に第5MOSトランジスタT5のゲート
にパルスФVを与え、第5MOSトランジスタT5をO
Nにすると第3MOSトランジスタT3のゲートへ蓄積
された電荷(この電荷はキャパシタCの電荷量に依存し
ている)に比例した電圧が第3、第5MOSトランジス
タT3,T5を通り、信号出力線6へ第3MOSトラン
ジスタT3で電圧増幅した形で導出される。このように
して入射光量の対数値に比例した信号を読み出すことが
できる。信号読み出し後は第5MOSトランジスタT5
をOFFにし、第6MOSトランジスタT6をONにし
て第2MOSトランジスタT2のドレインにキャパシタ
Cの初期化のためクロックФDのローレベルを与えるこ
とでキャパシタC及び第3MOSトランジスタT3のゲ
ート電圧を初期化させることができる。
Next, a pulse ΔV is applied to the gate of the fifth MOS transistor T5, and the fifth MOS transistor T5 is
When N is set, a voltage proportional to the charge stored in the gate of the third MOS transistor T3 (this charge depends on the charge amount of the capacitor C) passes through the third and fifth MOS transistors T3 and T5, and the signal output line 6 To the third MOS transistor T3. Thus, a signal proportional to the logarithmic value of the incident light amount can be read. After the signal is read, the fifth MOS transistor T5
Is turned off, the sixth MOS transistor T6 is turned on, and the low level of the clock ФD is applied to the drain of the second MOS transistor T2 to initialize the capacitor C, thereby initializing the gate voltages of the capacitor C and the third MOS transistor T3. Can be.

【0046】〈第5実施形態〉図7に示すように、第5
実施形態は第3実施形態(図5)に対し、第2MOSト
ランジスタT2のドレインにクロックФDを与えるよう
にしている点が主に相違している。尚、Csは第2MO
SトランジスタT2のソース(第6MOSトランジスタ
T6のドレイン)に関係するpn接合容量である。
<Fifth Embodiment> As shown in FIG.
This embodiment differs from the third embodiment (FIG. 5) mainly in that a clock #D is applied to the drain of the second MOS transistor T2. Cs is the second MO
This is a pn junction capacitance related to the source of the S transistor T2 (the drain of the sixth MOS transistor T6).

【0047】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10
1と第2MOSトランジスタT2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
6MOSトランジスタT6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T2のドレイン領域であり、また106は第
6MOSトランジスタT6のソース領域である。10
4、107はそれぞれ第2、第6MOSトランジスタT
2、T6のゲート電極である。
The junction capacitance Cs is, as shown in FIG. 12, the P-well layer 10 formed on the n-type semiconductor substrate 100.
1 and the source region 102 of the second MOS transistor T2. However, the source region 102 is also used as the drain region 105 of the sixth MOS transistor T6. In FIG. 12, reference numeral 103 denotes a drain region of the second MOS transistor T2, and reference numeral 106 denotes a source region of the sixth MOS transistor T6. 10
4 and 107 are second and sixth MOS transistors T, respectively.
2. T6 gate electrode.

【0048】フォトダイオードPDに光が当って光電流
が発生すると第1MOSトランジスタT1のゲートに
は、MOSトランジスタのサブスレッショルド特性によ
り、前記光電流を対数変換した値の電圧が発生する。こ
の電圧により、キャパシタCには光電流の積分値を対数
変換した値と同等の電荷が蓄積されるが、ここで2次元
に配置されたすべての画素の第6MOSトランジスタT
6のゲートに同時刻、同時間だけパルスを与えるとすべ
ての画素が同時刻、同時間だけ積分された電荷を各画素
のキャパシタCにそれぞれ蓄積することができる。
When light is applied to the photodiode PD to generate a photocurrent, a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent is generated at the gate of the first MOS transistor T1 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor. Due to this voltage, an electric charge equivalent to a value obtained by logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is accumulated in the capacitor C. Here, the sixth MOS transistors T of all the pixels arranged two-dimensionally are stored.
When a pulse is given to the gate 6 at the same time and the same time, all the pixels can accumulate the electric charge integrated at the same time and the same time in the capacitor C of each pixel.

【0049】次に第5MOSトランジスタT5のゲート
にパルスФVを与えて、該第5MOSトランジスタT5
をONにすると、第3MOSトランジスタT3のゲート
へ蓄積された電荷に比例した電圧が第3、第5MOSト
ランジスタT3、T5を通り、出力信号線6へ第3MO
SトランジスタT3で電圧増幅した形で導出される。こ
のようにして入射光量の対数値に比例した信号を読み出
すことができる。また、各画素の積分終了時(第6MO
SトランジスタT6がOFFになった後)に第2MOS
トランジスタT2のドレインにクロックФDのローレベ
ルを与え、この第2のMOSトランジスタのソース(第
3のMOSトランジスタのドレイン)の初期化、即ち接
合容量Csの初期化(リセット)を行った後、クロック
ФDがハイレベルになったときから接合容量Csへの積
分を開始し、信号読み出し期間に次のフレームの信号を
接合容量Csに蓄積しておく。
Next, a pulse ΔV is applied to the gate of the fifth MOS transistor T5, and the fifth MOS transistor T5
Is turned on, a voltage proportional to the charge stored in the gate of the third MOS transistor T3 passes through the third and fifth MOS transistors T3 and T5, and is output to the output signal line 6 by the third MO.
It is derived in the form of voltage amplification by the S transistor T3. Thus, a signal proportional to the logarithmic value of the incident light amount can be read. At the end of integration of each pixel (6th MO
After the S transistor T6 is turned off), the second MOS
A low level of the clock #D is applied to the drain of the transistor T2, and the source of the second MOS transistor (the drain of the third MOS transistor) is initialized, that is, the junction capacitance Cs is initialized (reset). The integration into the junction capacitance Cs is started from when ФD becomes high level, and the signal of the next frame is accumulated in the junction capacitance Cs during the signal readout period.

【0050】そして、全画素の信号(現フレームの信
号)を読み出した後、第4MOSトランジスタT4をO
NにしてキャパシタC及び第3MOSトランジスタT3
のゲート電圧を初期化させる。次に、第4MOSトラン
ジスタT4をOFFにして第6MOSトランジスタT6
をONさせ接合容量Csに蓄積された電荷をキャパシタ
Cに移し、キャパシタCの積分を継続させる。これによ
り同時刻、同時間の積分機能を持ち、且つ動画にも対応
できる。特に、積分時間の一部(接合容量Csへの積
分)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、TVレートでの動画撮像が可能となる。尚、
第4MOSトランジスタT4のソースはリセット電圧V
RSに接続されている。
After reading out the signals of all the pixels (the signals of the current frame), the fourth MOS transistor T4 is turned off.
N and the capacitor C and the third MOS transistor T3
Is initialized. Next, the fourth MOS transistor T4 is turned off and the sixth MOS transistor T6
Is turned on, the electric charge accumulated in the junction capacitance Cs is transferred to the capacitor C, and the integration of the capacitor C is continued. Thereby, it has an integration function at the same time and at the same time, and can cope with a moving image. In particular, by performing a part of the integration time (integration into the junction capacitance Cs) in parallel with the reading, the imaging time can be reduced, and the moving image can be captured at a TV rate. still,
The source of the fourth MOS transistor T4 has a reset voltage V
Connected to RS.

【0051】〈第6実施形態〉図8に示すように、第6
実施形態は第1実施形態(図3)に比し、第4MOSト
ランジスタT4のゲートにリセット電圧として所定の直
流電圧VBを常時印加するようにした点が相違してお
り、その他の構成は第1実施形態と同一である。本実施
形態では、常時ONする第4MOSトランジスタT4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4
MOSトランジスタT4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。
<Sixth Embodiment> As shown in FIG.
The embodiment is different from the first embodiment (FIG. 3) in that a predetermined DC voltage VB is always applied to the gate of the fourth MOS transistor T4 as a reset voltage, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. This is the same as the embodiment. In the present embodiment, the fourth MOS transistor T4, which is always ON, is equivalent to a resistor, and a capacitor having a predetermined value is connected to the capacitor. Therefore, the initial value of the capacitor is
It will be determined by that resistance. In other words, the fourth
The initial value can be adjusted by changing the DC voltage applied to the gate electrode of the MOS transistor T4.

【0052】〈第7実施形態〉図9に示すように、第7
実施形態は第1実施形態(図3)に対し、キャパシタと
して2つのキャパシタC1、C2が設けられている点
と、それらの間にnチャンネルMOSトランジスタより
成る第6MOSトランジスタT6をスイッチとして接続
している点が相違し、その他の構成は第1実施形態と同
様である。図9において、第2MOSトランジスタT2
のソースと直流電圧Vssとの間に第1キャパシタC1が
接続されその第1キャパシタC1の一端と第2MOSト
ランジスタT2のソースにスイッチとしての第6MOS
トランジスタT6のドレインが接続されている。そし
て、この第6MOSトランジスタT6のソースと直流電
圧Vss3との間に第2のキャパシタC2が接続されてい
る。また、この第2キャパシタC2と第6MOSトラン
ジスタT6のソースに増幅用の第3MOSトランジスタ
T3のゲートが接続されている。
<Seventh Embodiment> As shown in FIG.
This embodiment differs from the first embodiment (FIG. 3) in that two capacitors C1 and C2 are provided as capacitors and a sixth MOS transistor T6 formed of an n-channel MOS transistor is connected as a switch between them. The other configuration is the same as that of the first embodiment. In FIG. 9, the second MOS transistor T2
A first capacitor C1 is connected between the source of the first capacitor C1 and the DC voltage Vss, and a sixth MOS as a switch is connected between one end of the first capacitor C1 and the source of the second MOS transistor T2.
The drain of the transistor T6 is connected. The second capacitor C2 is connected between the source of the sixth MOS transistor T6 and the DC voltage Vss3. Further, the gate of the third MOS transistor T3 for amplification is connected to the sources of the second capacitor C2 and the sixth MOS transistor T6.

【0053】フォトダイオードPDに光が当って光電流
が発生すると第1MOSトランジスタT1のゲートに
は、MOSトランジスタのサブスレッショルド特性によ
り、前記光電流を対数変換した値の電圧が発生する。こ
の電圧により、第1キャパシタC1には光電流の積分値
を対数変換した値と同等の電荷が蓄積される。そして、
第6MOSトランジスタT6のゲートにパルスΦGを印
加して該トランジスタT6のゲートにパルスΦGを印加
して該トランジスタT6をONすると、第1キャパシタ
C1で積分された電荷が第2キャパシタC2へ移送され
る。このとき、第2キャパシタC2の容量を第1キャパ
シタC1の容量に比し充分大きく選んでおけば、第1キ
ャパシタC1の電荷は殆ど第2キャパシタC2へ移送さ
れる。従って、第1キャパシタC1について見れば、リ
セットされたと等価である。電荷を第2キャパシタC2
へ転送後、積分を続行する。
When light is applied to the photodiode PD to generate a photocurrent, a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent is generated at the gate of the first MOS transistor T1 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor. With this voltage, electric charge equivalent to a value obtained by logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is accumulated in the first capacitor C1. And
When a pulse φG is applied to the gate of the sixth MOS transistor T6 and a pulse φG is applied to the gate of the transistor T6 to turn on the transistor T6, the electric charge integrated by the first capacitor C1 is transferred to the second capacitor C2. . At this time, if the capacity of the second capacitor C2 is selected to be sufficiently larger than the capacity of the first capacitor C1, most of the charge of the first capacitor C1 is transferred to the second capacitor C2. Therefore, the first capacitor C1 is equivalent to being reset. The charge is transferred to the second capacitor C2
After the transfer, integration is continued.

【0054】次に、第6MOSトランジスタをOFFに
し、第5MOSトランジスタT5のゲートにパルスФV
を与えて、第5MOSトランジスタT5をONにすると
第3MOSトランジスタT3のゲートへ蓄積(この電荷
は第2キャパシタC2の電荷量に依存している)された
電荷に比例した電圧が第3、第5MOSトランジスタT
3、T5を通り、出力信号線6へ導出される。このよう
にして入射光量の対数値に比例した出力電圧を第3MO
SトランジスタT3で電圧増幅した形で読み出すことが
できる。信号読み出し後は第5MOSトランジスタT5
をOFFにして第4MOSトランジスタT4をONする
ことで第2キャパシタC2及びMOSトランジスタT3
のゲート電圧を初期化させることができる。この実施形
態では、全ての画素の第6MOSトランジスタT6の制
御を同一に行なうことにより、全画素の積分タイミング
(従って積分時間)を同一にできる。
Next, the sixth MOS transistor is turned off, and the pulse of the voltage ΔV is applied to the gate of the fifth MOS transistor T5.
When the fifth MOS transistor T5 is turned on, a voltage proportional to the charge accumulated in the gate of the third MOS transistor T3 (this charge depends on the charge amount of the second capacitor C2) is applied to the third and fifth MOS transistors T5. Transistor T
3, through T5, to the output signal line 6. In this way, the output voltage proportional to the logarithmic value of the incident light amount is
The data can be read out in a form amplified by the S transistor T3. After the signal is read, the fifth MOS transistor T5
Is turned off and the fourth MOS transistor T4 is turned on, whereby the second capacitor C2 and the MOS transistor T3 are turned on.
Can be initialized. In this embodiment, the control of the sixth MOS transistor T6 of all the pixels is performed in the same manner, so that the integration timing (and therefore the integration time) of all the pixels can be made the same.

【0055】〈第8実施形態〉図10に示すように、第
8実施形態では、第7実施形態(図9)に対し、第2M
OSトランジスタT2のドレインにクロックФDを印加
することによって第4MOSトランジスタT4を削除し
ている点が第7実施形態と相違しているだけで、その他
の接続構成は同一である。この実施形態では、第1キャ
パシタC1の積分、その積分電荷の第2キャパシタC2
への転送、及び第2キャパシタC2の内容の読み出しに
ついては第7実施形態と同じである。
<Eighth Embodiment> As shown in FIG. 10, the eighth embodiment is different from the seventh embodiment (FIG. 9) in the 2nd embodiment.
The fourth embodiment differs from the seventh embodiment only in that the fourth MOS transistor T4 is eliminated by applying the clock #D to the drain of the OS transistor T2, and the other connection configurations are the same. In this embodiment, the integration of the first capacitor C1 and the integration of the second capacitor C2
The transfer to the memory and the reading of the contents of the second capacitor C2 are the same as in the seventh embodiment.

【0056】信号の読み出しが終わってキャパシタC2
のリセットを行なうとき、第6MOSトランジスタT6
をONした状態で第2MOSトランジスタT2のドレイ
ンにクロックФDのローレベル電圧を与えることによっ
て第1キャパシタC1の電荷が第2MOSトランジスタ
T2を通して放電されるとともに、第2キャパシタC2
の電荷が第6MOSトランジスタT6及び第2MOSト
ランジスタT2を通して放電され、第1、第2キャパシ
タC1、C2が同時に前記クロックФDのローレベル電
圧に設定(初期化)される。
After the signal reading is completed, the capacitor C2
Reset, the sixth MOS transistor T6
Is turned on, the low level voltage of the clock #D is applied to the drain of the second MOS transistor T2, whereby the charge of the first capacitor C1 is discharged through the second MOS transistor T2 and the second capacitor C2
Is discharged through the sixth MOS transistor T6 and the second MOS transistor T2, and the first and second capacitors C1 and C2 are simultaneously set (initialized) to the low level voltage of the clock #D.

【0057】〈第9実施形態〉図11に示すように、第
9実施形態では、第7実施形態(図9)に対し、第2M
OSトランジスタT2のドレインに直流電圧でなく、ク
ロックФDを印加するようにしている点が相違している
だけで、他の部分は第7実施形態と同一である。この実
施形態では、第1、第2キャパシタC1、C2のリセッ
ト(初期化)を互いに独立に行なう。即ち、第1キャパ
シタC1のリセットは第2MOSトランジスタT2のド
レインにクロックФDのローレベル電圧を印加すること
によって行ない、第2キャパシタC2のリセットは第4
MOSトランジスタT4をONして行なう。
<Ninth Embodiment> As shown in FIG. 11, the ninth embodiment is different from the seventh embodiment (FIG. 9) in the 2nd embodiment.
The other part is the same as that of the seventh embodiment except that the clock ФD is applied instead of the DC voltage to the drain of the OS transistor T2. In this embodiment, the reset (initialization) of the first and second capacitors C1 and C2 is performed independently of each other. That is, the reset of the first capacitor C1 is performed by applying a low level voltage of the clock $ D to the drain of the second MOS transistor T2, and the reset of the second capacitor C2 is performed by resetting the fourth capacitor.
This is performed by turning on the MOS transistor T4.

【0058】フォトダイオードPDに光が当って光電流
が発生すると第1MOSトランジスタT1のゲートに
は、MOSトランジスタのサブスレッショルド特性によ
り、前記光電流を対数変換した値の電圧が発生する。こ
の電圧により、第1キャパシタC1には光電流の積分値
を対数変換した値と同等の電荷が蓄積される。したがっ
て、全ての第2MOSトランジスタT2のドレインT2
に同時刻、同時間だけクロックΦDのローレベルを与え
てキャパシタC1への積分を開始し、その後全ての第6
MOSトランジスタT6をONすると第1キャパシタC
1で積分された電荷が第2キャパシタC2へ移送され
る。ここで2次元に配置されたすべての画素の第6MO
SトランジスタT6のゲートに同時刻、同時間だけパル
スを与えるとすべての画素が同時刻、同時間だけ積分さ
れた電荷を各画素の第2キャパシタC2にそれぞれ蓄積
することができる。
When light is applied to the photodiode PD to generate a photocurrent, a voltage having a value obtained by logarithmically converting the photocurrent is generated at the gate of the first MOS transistor T1 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor. With this voltage, electric charge equivalent to a value obtained by logarithmically converting the integrated value of the photocurrent is accumulated in the first capacitor C1. Therefore, the drains T2 of all the second MOS transistors T2
At the same time and for the same time, to start the integration into the capacitor C1.
When the MOS transistor T6 is turned on, the first capacitor C
The charge integrated by 1 is transferred to the second capacitor C2. Here, the sixth MO of all the pixels arranged two-dimensionally
When a pulse is applied to the gate of the S transistor T6 at the same time and the same time, all the pixels can accumulate the electric charge integrated at the same time and the same time in the second capacitor C2 of each pixel.

【0059】次に第5MOSトランジスタT5のゲート
にパルスΦVを与え、該MOSトランジスタT5をON
にすると第3MOSトランジスタT3のゲートへ蓄積さ
れた電荷(この電荷は第2キャパシタC2の電荷量に依
存している)に比例した電圧が第3、第5MOSトラン
ジスタT3、T5を通り、出力信号線6へ第3MOSト
ランジスタT3で電圧増幅した形で導出される。このよ
うにして入射光量の対数値に比例した電圧を読み出すこ
とができる。また、各画素の積分終了時(第6MOSト
ランジスタT6がOFFになった後)に第2MOSトラ
ンジスタT2のドレインにクロックФDのローレベル電
圧を与え、第1キャパシタC1の初期化を行った後、信
号読み出し期間に次のフレームの信号を第1キャパシタ
C1に蓄積しておく。
Next, a pulse ΦV is applied to the gate of the fifth MOS transistor T5 to turn on the MOS transistor T5.
Then, a voltage proportional to the charge stored in the gate of the third MOS transistor T3 (this charge depends on the charge amount of the second capacitor C2) passes through the third and fifth MOS transistors T3 and T5, and the output signal line The voltage is led out to 6 in the form of voltage amplification by the third MOS transistor T3. Thus, a voltage proportional to the logarithmic value of the incident light amount can be read. Also, at the end of integration of each pixel (after the sixth MOS transistor T6 is turned off), a low level voltage of the clock #D is applied to the drain of the second MOS transistor T2 to initialize the first capacitor C1, The signal of the next frame is stored in the first capacitor C1 during the readout period.

【0060】そして、全画素の信号を読み出した後、第
4MOSトランジスタT4をONにして第2キャパシタ
C2及び第3MOSトランジスタT3のゲート電圧を初
期化させる。次に、第6MOSトランジスタT6をON
させ第1キャパシタC1に蓄積された電荷を第2キャパ
シタC2に移し、積分を継続させる。これにより全画素
が同時刻、同時間の積分機能を持ち、且つ動画にも対応
できる。
After reading the signals of all the pixels, the fourth MOS transistor T4 is turned on to initialize the gate voltages of the second capacitor C2 and the third MOS transistor T3. Next, the sixth MOS transistor T6 is turned on.
Then, the electric charge accumulated in the first capacitor C1 is transferred to the second capacitor C2, and the integration is continued. Thus, all the pixels have an integration function at the same time and at the same time, and can cope with a moving image.

【0061】以上説明した第1〜第9実施形態は、画素
内の能動素子であるMOSトランジスタT1〜T6を全
てnチャンネル型のMOSトランジスタで構成している
が、これらのMOSトランジスタT1〜T6を全てpチ
ャンネル型のMOSトランジスタで構成してもよい。図
15〜図23には、上記第1〜第9実施形態をpチャン
ネルMOSトランジスタで構成した第10〜第18実施
形態を示している。そのため図15〜図23では接続の
極性や印加電圧の極性が逆になっている。例えば、図1
5において、フォトダイオードPDはアノードが直流電
圧Vssに接続され、カソードが第1MOSトランジスタ
T1のドレインとゲートに接続され、また第2MOSト
ランジスタのゲートに接続されている。第1MOSトラ
ンジスタT1のソースは直流電圧VDDに接続されてい
る。
In the first to ninth embodiments described above, the MOS transistors T1 to T6, which are active elements in the pixel, are all constituted by n-channel MOS transistors. All may be constituted by p-channel type MOS transistors. FIGS. 15 to 23 show tenth to eighteenth embodiments in which the first to ninth embodiments are configured by p-channel MOS transistors. Therefore, the polarity of the connection and the polarity of the applied voltage are reversed in FIGS. For example, FIG.
At 5, the photodiode PD has an anode connected to the DC voltage Vss, a cathode connected to the drain and gate of the first MOS transistor T1, and a gate connected to the gate of the second MOS transistor. The source of the first MOS transistor T1 is connected to the DC voltage VDD.

【0062】この場合、直流電圧VssとVddは、Vss>
VDD となっており、図3(第1実施形態)と逆であ
る。また、キャパシタCの出力電圧は初期値が高い電圧
で、積分によって降下する。また、第4MOSトランジ
スタT4や第5MOSトランジスタT5をONさせると
きには、低い電圧をゲートに印加する。また、第3MO
SトランジスタT3のソースには電源電圧VDD2が印加
される。以上の通り、nチャンネル型のMOSトランジ
スタを使った場合に比し、pチャンネル型MOSトラン
ジスタを用いる場合は、電圧関係や接続関係が一部異な
るが、構成は実質的に同一であり、また基本的な動作も
同一であるので、図15〜図23については図面で示す
のみで、その構成や動作についての説明は省略する。
In this case, the DC voltages Vss and Vdd satisfy Vss>
VDD, which is the reverse of FIG. 3 (first embodiment). The output voltage of the capacitor C is a voltage having a high initial value and drops by integration. When turning on the fourth MOS transistor T4 and the fifth MOS transistor T5, a low voltage is applied to the gate. Also, the third MO
The power supply voltage VDD2 is applied to the source of the S transistor T3. As described above, when the p-channel MOS transistor is used, the voltage relationship and the connection relationship are partially different from those in the case where the n-channel MOS transistor is used, but the configuration is substantially the same. 15 to 23 are only shown in the drawings, and description of the configuration and operation is omitted.

【0063】尚、これらの第10〜第18実施形態の画
素を含む固体撮像装置の全体構成を説明するためのブロ
ック回路構成図を図13に示し、その電圧増幅回路部分
を抜き出して図14に示している。図13については、
図1と同一部分(同一の役割部分)に同一の符号を付し
て説明を省略する。図13に示すように、列方向に配列
された出力信号線6−1、6−2、・・・に対してnチ
ャンネルMOSトランジスタQ1とpチャンネルMOS
トランジスタQ2が接続されている。MOSトランジス
タQ1のゲートは直流電圧線7に接続され、ドレインは
出力信号線6−1に接続され、ソースは直流電源ライン
8に接続されている。一方、MOSトランジスタQ2の
ドレインは出力信号線6−1に接続され、ソースは最終
的な信号線9に接続され、ゲートは水平走査回路に接続
されている。ここで、トランジスタQ1は画素内のpチ
ャンネル型の第3MOSトランジスタT3と共に図14
(a)に示すようなソース接地型の電圧増幅回路を構成
している。
FIG. 13 is a block diagram showing the overall configuration of the solid-state imaging device including the pixels according to the tenth to eighteenth embodiments. FIG. Is shown. Referring to FIG.
The same portions (same role portions) as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 13, the output signal lines 6-1, 6-2,...
The transistor Q2 is connected. MOS transistor Q 1 has a gate connected to DC voltage line 7, a drain connected to output signal line 6-1, and a source connected to DC power supply line 8. On the other hand, the drain of the MOS transistor Q2 is connected to the output signal line 6-1, the source is connected to the final signal line 9, and the gate is connected to the horizontal scanning circuit. Here, the transistor Q1 is connected to the p-channel third MOS transistor T3 in the pixel as shown in FIG.
A common source type voltage amplifier circuit as shown in FIG.

【0064】この場合、MOSトランジスタQ1は第3
MOSトランジスタT3の負荷抵抗となっている。従っ
て、このトランジスタQ1のソースに接続される直流電
圧VDD’と、第3MOSトランジスタT3のソースに接
続される直流電圧VSS’との関係は、VDD’<VSS’で
あり、直流電圧VDD’は例えばグランド電圧(接地)で
ある。ドレインはトランジスタQ3に接続され、ゲート
には直流電圧が印加されている。pチャンネルMOSト
ランジスタQ2は水平走査回路3によって制御され、増
幅回路の出力を最終的な出力線路9へ導出する。画素内
の第5MOSトランジスタT5を考慮すると、図14
(a)の回路は図14(b)のように表わされる。
In this case, the MOS transistor Q1 is connected to the third
This is the load resistance of the MOS transistor T3. Therefore, the relationship between the DC voltage VDD 'connected to the source of the transistor Q1 and the DC voltage VSS' connected to the source of the third MOS transistor T3 is VDD '<VSS', and the DC voltage VDD 'is, for example, This is the ground voltage (ground). The drain is connected to the transistor Q3, and the DC voltage is applied to the gate. The p-channel MOS transistor Q2 is controlled by the horizontal scanning circuit 3 and leads the output of the amplifier circuit to the final output line 9. Considering the fifth MOS transistor T5 in the pixel, FIG.
The circuit of (a) is represented as shown in FIG.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画
素から信号電圧が大きく得られるので、後続回路での信
号処理が楽になる。また、キャパシタで積分するように
しているので、光源の変動成分やノイズ成分を除去でき
るとともに、電圧増幅により所望の信号が大きく得られ
るので、S/Nが向上した高品質の撮像信号を得ること
ができる。また、光電流を対数変換することによりダイ
ナミックレンジが広くなる。更に、能動素子をMOSト
ランジスタで構成することにより周辺の処理回路(A/
Dコンバータ、デジタル・システム・プロセッサ、メモ
リ)等と共にワンチップ上に形成することができ、例え
ばワンチップカメラの実現に有用となる。
As described above, according to the present invention, since a large signal voltage can be obtained from the pixel, the signal processing in the subsequent circuit becomes easy. In addition, since integration is performed by a capacitor, a fluctuation component and a noise component of a light source can be removed, and a desired signal can be largely obtained by voltage amplification, so that a high-quality imaging signal with improved S / N can be obtained. Can be. Also, the dynamic range is widened by logarithmically converting the photocurrent. Further, by configuring the active element with a MOS transistor, a peripheral processing circuit (A /
It can be formed on one chip together with a D converter, a digital system processor, a memory, etc., and is useful for realizing, for example, a one-chip camera.

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

【図1】画素内の能動素子をnチャンネルMOSトラン
ジスタで構成した実施形態の場合の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
FIG. 1 is a block circuit diagram for explaining an overall configuration of a two-dimensional solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention in a case where an active element in a pixel is configured by an n-channel MOS transistor;

【図2】その一部の回路図FIG. 2 is a partial circuit diagram thereof.

【図3】本発明の第1実施形態の1画素の構成を示す回
路図
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of one pixel according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2実施形態の1画素の構成を示す回
路図
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施形態の1画素の構成を示す回
路図
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4実施形態の1画素の構成を示す回
路図
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5実施形態の1画素の構成を示す回
路図
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6実施形態の1画素の構成を示す回
路図
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7実施形態の1画素の構成を示す回
路図
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第8実施形態の1画素の構成を示す
回路図
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第9実施形態の1画素の構成を示す
回路図
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a ninth embodiment of the present invention.

【図12】上記第5実施形態における接合容量の構造を
示す図
FIG. 12 is a view showing a structure of a junction capacitance according to the fifth embodiment.

【図13】画素内の能動素子をpチャンネルMOSトラ
ンジスタで構成した実施形態の場合の本発明の二次元固
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
FIG. 13 is a block circuit diagram for explaining the overall configuration of a two-dimensional solid-state imaging device according to the present invention in the case of an embodiment in which active elements in pixels are configured by p-channel MOS transistors;

【図14】その一部の回路図FIG. 14 is a partial circuit diagram thereof.

【図15】本発明の第10実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a tenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第11実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第12実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第13実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第14実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第15実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第16実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a sixteenth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第17実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 22 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a seventeenth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第18実施形態の1画素の構成を示
す回路図
FIG. 23 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to an eighteenth embodiment of the present invention.

【図24】従来例の1画素の構成を示す回路図FIG. 24 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

G11〜Gmn 画素 2 垂直走査回路 3 水平走査回路 4−1、4−2 行選択線 6−1、6−2 出力信号線 PD フォトダイオード T1〜T6 第1〜第6MOSトランジスタ C キャパシタ C1、C2 第1、第2キャパシタ Cs 接合容量 G11 to Gmn Pixel 2 Vertical scanning circuit 3 Horizontal scanning circuit 4-1, 4-2 Row selection line 6-1, 6-2 Output signal line PD Photodiode T1 to T6 First to sixth MOS transistors C Capacitor C1, C2 1. Second capacitor Cs junction capacitance

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 謙二 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenji Takada 2-3-13 Azuchicho, Chuo-ku, Osaka City Inside Osaka International Building Minolta Co., Ltd. (72) Inventor Shigehiro Miyatake 2-3-3 Azuchicho, Chuo-ku, Osaka-shi No. 13 Osaka International Building Minolta Co., Ltd.

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、光電変換手段と、該
光電変換手段の出力信号を積分するキャパシタと、該キ
ャパシタの出力を電圧増幅する増幅器と、電圧増幅され
た電圧を出力信号線へ導出する導出路とを備えているこ
とを特徴とする固体撮像装置。
In a two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel has a photoelectric conversion unit, a capacitor for integrating an output signal of the photoelectric conversion unit, and a voltage output from the capacitor. A solid-state imaging device comprising: an amplifier for amplifying; and a lead-out path for leading a voltage-amplified voltage to an output signal line.
【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: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、 第1電極と第2電極と制御電極とを備え、この制御電極
に前記対数変換手段の出力電圧が印加されるトランジス
タと、 一端が前記トランジスタの第2電極から出力電流を受け
るように接続されたキャパシタと、 前記キャパシタの出力を電圧増幅する増幅器と、 増幅された電圧を出力信号線へ導出する導出路。
2. A two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, wherein each pixel comprises the following: a solid-state imaging device: a photoelectric conversion element; and the photoelectric conversion device. A first electrode, a second electrode, and a control electrode; a transistor to which an output voltage of the logarithmic conversion means is applied to the control electrode; A capacitor connected to receive an output current from a second electrode of the transistor; an amplifier for voltage-amplifying an output of the capacitor; and a lead-out path for leading the amplified voltage to an output signal line.
【請求項3】前記増幅器は、第1電極と第2電極と前記
キャパシタの出力が印加される制御電極とを有する増幅
用トランジスタと、前記増幅用トランジスタの第2電極
に通じる出力線に接続された負荷抵抗とを含む請求項1
又は請求項2に記載の固体撮像装置。
3. The amplifier is connected to an amplifying transistor having a first electrode, a second electrode, and a control electrode to which an output of the capacitor is applied, and an output line leading to a second electrode of the amplifying transistor. And a load resistance.
Or the solid-state imaging device according to claim 2.
【請求項4】前記負荷抵抗の総数が全画素数より少ない
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein a total number of said load resistors is smaller than a total number of pixels.
【請求項5】前記導出路は、前記増幅用トランジスタの
第2電極に接続されていることを特徴とする請求項3又
は請求項4に記載の固体撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the lead-out path is connected to a second electrode of the amplifying transistor.
【請求項6】前記負荷抵抗は、前記増幅用トランジスタ
の第2電極に接続された第1電極と、直流電圧に接続さ
れた第2電極と、直流電圧に接続された制御電極とを有
する抵抗用トランジスタであることを特徴とする請求項
3に記載の固体撮像装置。
6. The load resistor has a first electrode connected to a second electrode of the amplifying transistor, a second electrode connected to a DC voltage, and a control electrode connected to a DC voltage. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the solid-state imaging device is a transistor for use.
【請求項7】前記増幅用トランジスタがnチャンネルM
OSトランジスタであり、前記増幅用トランジスタの第
1電極に印加される直流電圧が、前記抵抗用トランジス
タの第2電極に接続される直流電圧よりも低電位である
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
7. An amplifying transistor comprising: an n-channel transistor;
7. An OS transistor, wherein a DC voltage applied to a first electrode of the amplification transistor is lower in potential than a DC voltage connected to a second electrode of the resistance transistor. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項8】前記増幅用トランジスタがpチャンネルM
OSトランジスタであり、前記増幅用トランジスタの第
1電極に印加される直流電圧が、前記抵抗用トランジス
タの第2電極に接続される直流電圧よりも高電位である
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
8. The transistor according to claim 1, wherein said amplifying transistor is a p-channel transistor.
7. An OS transistor, wherein a DC voltage applied to a first electrode of the amplification transistor is higher in potential than a DC voltage connected to a second electrode of the resistance transistor. The solid-state imaging device according to claim 1.
【請求項9】前記導出路は、全画素の中から所定のもの
を順次選択し、選択された画素から増幅電圧を出力信号
線に導出するスイッチを含むことを特徴とする請求項1
〜請求項8のいずれかに記載の固体撮像装置。
9. The method according to claim 1, wherein the derivation path includes a switch for sequentially selecting a predetermined one from all the pixels and deriving an amplified voltage from the selected pixel to an output signal line.
The solid-state imaging device according to claim 8.
【請求項10】前記キャパシタの出力を導出する間に次
の積分を行う第2のキャパシタをさらに備えることを特
徴とする請求項1〜請求項9のいずれかに記載の固体撮
像装置。
10. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a second capacitor that performs the following integration while deriving the output of said capacitor.
【請求項11】前記キャパシタへの電流入力路にスイッ
チを設け、このスイッチを全画素で同時制御して全画素
の積分時間を同一にしたことを特徴とする請求項1〜請
求項10のいずれかに記載の固体撮像装置。
11. A method according to claim 1, wherein a switch is provided in a current input path to said capacitor, and said switch is simultaneously controlled in all pixels to make the integration time of all pixels equal. A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3.
【請求項12】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
端が直流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ゲートが接続され第1電極が直
流電圧に接続されて増幅器として動作する第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
ト信号が入力されたときONして前記キャパシタを初期
状態にリセットする第4MOSトランジスタと、 第3MOSトランジスタの第2電極に第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5MOSトランジスタ。
12. A two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, wherein each pixel includes the following: a solid-state imaging device: a photodiode; and one of the photodiodes The first electrode and the gate electrode are connected to the first electrode and the first electrode operates in the sub-threshold region.
A MOS transistor; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and a first electrode connected to a DC voltage and operating in a subthreshold region; one end connected to the second electrode of the second MOS transistor and the other end connected to the DC A capacitor connected to a voltage and integrating a signal based on the photocharge generated by the photodiode; a third MOS transistor having a gate connected to one end of the capacitor and a first electrode connected to a DC voltage to operate as an amplifier; A fourth MOS transistor having a first electrode connected to the one end of the capacitor, a second electrode connected to the DC voltage, and turned on when a reset signal is input to the gate to reset the capacitor to an initial state; The first electrode is connected to the second electrode of the transistor. The 5MOS transistor for electrode is connected to the gate electrode to the output signal line connected to the row select line read.
【請求項13】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
端が直流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、 前記キャパシタの一端にゲートが接続され第1電極が直
流電圧に接続されて増幅器として動作する第3MOSト
ランジスタと、 第1電極が第3MOSトランジスタの第2電極に接続さ
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5MOSトランジスタ。
13. A two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, wherein each pixel comprises the following: a solid-state imaging device: a photodiode; and one of the photodiodes The first electrode and the gate electrode are connected to the first electrode and the first electrode operates in the sub-threshold region.
A MOS transistor; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and operating in a subthreshold region; one end connected to a second electrode of the second MOS transistor and the other end connected to a DC voltage; When a reset voltage is applied to the first electrode of the second
A capacitor reset via a MOS transistor, a third MOS transistor having a gate connected to one end of the capacitor, a first electrode connected to a DC voltage and operating as an amplifier, a first electrode being a second electrode of the third MOS transistor A fifth MOS transistor for reading in which the second electrode is connected to the output signal line and the gate electrode is connected to the row selection line.
【請求項14】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
端が直流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ゲートが接続され第1電極が直
流電圧に接続されて増幅器として動作する第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、 第3MOSトランジスタの第2電極に第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5MOSトランジスタ。
14. A two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, wherein each pixel comprises the following: a solid-state imaging device: a photodiode; and one of the photodiodes. The first electrode and the gate electrode are connected to the first electrode and the first electrode operates in the sub-threshold region.
A MOS transistor; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and a first electrode connected to a DC voltage and operating in a subthreshold region; one end connected to the second electrode of the second MOS transistor and the other end connected to the DC A capacitor connected to a voltage and integrating a signal based on the photocharge generated by the photodiode; a third MOS transistor having a gate connected to one end of the capacitor and a first electrode connected to a DC voltage to operate as an amplifier; A first electrode is connected to one end of the capacitor, a second electrode is connected to a DC voltage, a DC voltage is applied to a gate, and a fourth MOS transistor is always on when a DC voltage is applied to the gate; a first electrode is connected to a second electrode of the third MOS transistor; The electrode is connected to the output signal line and the gate electrode is connected to the row selection line. The 5MOS transistor for the out.
【請求項15】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る
とともに第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、 第1電極が第2MOSトランジスタの第2電極に接続さ
れゲートにスイッチング電圧が印加される第6MOSト
ランジスタと、 一端が第6MOSトランジスタの第2電極に接続され他
端が直流電圧に接続され前記フォトダイオードで発生し
た光電流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ゲートが接続され第1電極が直
流電圧に接続されて増幅器として動作する第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
ト信号が入力されたときONして前記キャパシタを初期
状態にリセットする第4MOSトランジスタと、 第3MOSトランジスタの第2電極に第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5MOSトランジスタ
と、 から成り、第6MOSトランジスタをOFFして前記キ
ャパシタの積分を停止した状態で前記キャパシタの電圧
を第3MOSトランジスタで電圧増幅して読み出すよう
にしたことを特徴とする固体撮像装置。
15. A two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, wherein each pixel has a photodiode, a first electrode and a gate electrode connected to one electrode of the photodiode, and a sub-threshold region. Works with the first
A MOS transistor, a gate connected to the gate of the first MOS transistor, a first electrode connected to a DC voltage, a second MOS transistor operating in a subthreshold region, and a first electrode connected to a second electrode of the second MOS transistor. A sixth MOS transistor having a gate to which a switching voltage is applied; a capacitor having one end connected to the second electrode of the sixth MOS transistor and the other end connected to a DC voltage, for integrating a signal based on a photocurrent generated by the photodiode; A third MOS transistor having a gate connected to one end of the capacitor and a first electrode connected to a DC voltage to operate as an amplifier; a first electrode connected to the one end of the capacitor and a second electrode connected to the DC voltage; And when a reset signal is input to the gate A fourth MOS transistor for resetting the capacitor to an initial state, and a read operation in which a first electrode is connected to a second electrode of the third MOS transistor, a second electrode is connected to an output signal line, and a gate electrode is connected to a row selection line. And a third MOS transistor for amplifying and reading out the voltage of the capacitor in a state where the integration of the capacitor is stopped by turning off the sixth MOS transistor. apparatus.
【請求項16】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電極にクロックが印加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1スイッチを介して第2MOSトランジスタの
第2電極に接続され他端が直流電圧に接続され前記フォ
トダイオードで発生した光電流に基づく信号を積分する
キャパシタと、 ゲートが前記キャパシタの一端に接続され第1電極が直
流電圧に接続されて増幅器として動作する第3MOSト
ランジスタと、 一端が第3MOSトランジスタの第2電極に接続され他
端が出力信号線に接続された第2スイッチと、 から成り、第1スイッチをON状態にして前記キャパシ
タへ第2MOSトランジスタの出力電流を供給して信号
の積分を行ない、第1スイッチをOFFした状態で第2
スイッチをONして前記キャパシタの信号を第3MOS
トランジスタで電圧増幅して出力信号線へ導出し、その
後、第1スイッチをON状態にして第2MOSトランジ
スタの第1電極に印加される前記クロックのリセット電
圧期間に第2MOSトランジスタと第1スイッチを通し
て前記キャパシタの初期化を行なうことを特徴とする固
体撮像装置。
16. A two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, wherein each pixel includes a photodiode, a first electrode and a gate electrode connected to one electrode of the photodiode, and a sub-threshold region. Works with the first
A MOS transistor, a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and a clock applied to the first electrode and operating in a subthreshold region, and one end connected to the second electrode of the second MOS transistor via the first switch And a capacitor having the other end connected to a DC voltage and integrating a signal based on the photocurrent generated by the photodiode, a gate connected to one end of the capacitor and a first electrode connected to the DC voltage to operate as an amplifier. A third MOS transistor, a second switch having one end connected to the second electrode of the third MOS transistor and the other end connected to the output signal line, and turning on the first switch to output the output of the second MOS transistor to the capacitor. Supply current to integrate the signal and turn off the first switch In the state the second
A switch is turned on to output the signal of the capacitor to the third MOS
The voltage is amplified by the transistor and led out to the output signal line. Thereafter, the first switch is turned on to pass the second MOS transistor and the first switch during the reset voltage period of the clock applied to the first electrode of the second MOS transistor. A solid-state imaging device characterized by performing initialization of a capacitor.
【請求項17】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電極にクロックが印加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1スイッチを介して第2MOSトランジスタの
第2電極に接続され他端が直流電圧に接続され前記フォ
トダイオードで発生した光電流に基づく信号を積分する
キャパシタと、 ゲートが前記キャパシタの一端に接続され第1電極が直
流電圧に接続されて増幅器として動作する第3MOSト
ランジスタと、 一端が前記キャパシタの一端に接続され他端が直流電圧
に接続されゲートにリセット信号が入力される第4MO
Sトランジスタと、 一端が第3MOSトランジスタの第2電極に接続され他
端が出力信号線に接続された第2スイッチと、 から成り、第1スイッチをOFFして前記キャパシタの
信号を第3MOSトランジスタで電圧増幅して出力信号
線へ読み出しているときに第2MOSトランジスタの第
2電極のクロックのリセット電圧期間に前記第2MOS
トランジスタの第2電極に関係するpn接合容量をリセ
ットし前記クロックの他のレベル期間にpn接合容量へ
の信号の積分を開始させ、前記キャパシタの信号の読み
出し終了後に第1スイッチをONさせて前記pn接合容
量の蓄積電荷を前記キャパシタへ移送するとともに該キ
ャパシタの積分を続行することを特徴とする固体撮像装
置。
17. In a two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode, a first electrode and a gate electrode connected to one electrode of the photodiode, and a sub-threshold region. Works with the first
A MOS transistor, a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and a clock applied to the first electrode and operating in a subthreshold region, and one end connected to the second electrode of the second MOS transistor via the first switch And a capacitor having the other end connected to a DC voltage and integrating a signal based on the photocurrent generated by the photodiode, a gate connected to one end of the capacitor and a first electrode connected to the DC voltage to operate as an amplifier. A third MOS transistor having one end connected to one end of the capacitor, the other end connected to a DC voltage, and a reset signal input to a gate;
An S transistor, and a second switch having one end connected to the second electrode of the third MOS transistor and the other end connected to the output signal line. The first switch is turned off, and the signal of the capacitor is turned on by the third MOS transistor. When the voltage is amplified and read to the output signal line, the second MOS transistor is reset during the reset voltage period of the clock of the second electrode of the second MOS transistor.
Resetting a pn junction capacitance related to a second electrode of the transistor, starting integration of a signal to the pn junction capacitance during another level of the clock, turning on a first switch after reading of the signal of the capacitor is completed, and A solid-state imaging device, wherein the charge stored in a pn junction capacitance is transferred to the capacitor and integration of the capacitor is continued.
【請求項18】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電極に直流電圧が印加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
端が直流電圧に接続され前記フォトダイオードで発生し
た光電流に基づく信号を積分する第1キャパシタと、 一端が第1キャパシタの一端に接続された第1スイッチ
と、 第1スイッチの他端に一端が接続され他端が直流電圧に
接続された第2キャパシタと、 第2キャパシタの前記一端にゲートが接続され第1電極
が直流電圧に接続されて増幅器として動作する第3MO
Sトランジスタと、 第2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リセット信号が入力される
第4MOSトランジスタと、 一端が第3MOSトランジスタの第2電極に接続され他
端が出力信号線に接続された第2スイッチとから成り、 第1スイッチをOFF状態にして第2キャパシタの信号
を第3MOSトランジスタで電圧増幅して出力信号線へ
読み出しているときに第1キャパシタで次の積分を開始
し、前記読み出し終了後、第4MOSトランジスタをO
Nして第2キャパシタをリセットした後、第1スイッチ
をONして第1キャパシタの電荷を第2キャパシタへ転
送するとともに第2キャパシタの積分を続行することを
特徴とする固体撮像装置。
18. A two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, wherein each pixel includes a photodiode, a first electrode and a gate electrode connected to one electrode of the photodiode, and a sub-threshold region. Works with the first
A MOS transistor, a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor, a DC voltage being applied to the first electrode and operating in a sub-threshold region, one end connected to the second electrode of the second MOS transistor, and the other end connected to the DC A first capacitor connected to a voltage for integrating a signal based on a photocurrent generated by the photodiode, a first switch having one end connected to one end of the first capacitor, and one end connected to the other end of the first switch; A second capacitor having the other end connected to a DC voltage, a third MO connected to a gate of the second capacitor and having a first electrode connected to the DC voltage, and operating as an amplifier;
An S transistor, a fourth MOS transistor having a first electrode connected to one end of the second capacitor, a second electrode connected to the DC voltage, and a gate receiving a reset signal, and one end connected to a second electrode of the third MOS transistor A second switch having the other end connected to the output signal line, wherein the first switch is turned off to amplify the voltage of the second capacitor by the third MOS transistor and read the signal to the output signal line. The next integration is started by the capacitor, and after the end of the reading, the fourth MOS transistor is turned off.
After resetting the second capacitor by N, the first switch is turned on to transfer the charge of the first capacitor to the second capacitor and continue integration of the second capacitor.
【請求項19】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電極にクロックが印加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
端が直流電圧に接続され前記フォトダイオードで発生し
た光電流に基づく信号を積分する第1キャパシタと、 一端が第1キャパシタの一端に接続された第1スイッチ
と、 第1スイッチの他端に一端が接続され他端が直流電圧に
接続された第2キャパシタと、 第2キャパシタの一端にゲートが接続され第1電極が直
流電圧に接続されて増幅器として動作する第3MOSト
ランジスタと、 一端が第3MOSトランジスタの第2電極に接続され他
端が出力信号線に接続された第2スイッチと、 から成り、第1キャパシタで積分された電圧を第1スイ
ッチをONして第2キャパシタに転送することで第1キ
ャパシタのリセットを行ない、次いで第1スイッチをO
FFして第2キャパシタの電荷に基づく電圧を第3MO
Sトランジスタで電圧増幅して前記出力信号線へ読み出
しているときに第1キャパシタで次の積分を行なうこと
を特徴とする固体撮像装置。
19. A two-dimensional solid-state imaging device having pixels arranged in a matrix, wherein each pixel includes a photodiode, a first electrode and a gate electrode connected to one electrode of the photodiode, and a sub-threshold region. Works with the first
A MOS transistor; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and applied to the first electrode to operate in the subthreshold region with a clock applied to the first electrode; one end connected to the second electrode of the second MOS transistor and the other end connected to a DC voltage A first capacitor that is connected to the first switch and that integrates a signal based on a photocurrent generated by the photodiode; a first switch that has one end connected to one end of the first capacitor; and a first switch that has one end connected to the other end of the first switch. A second capacitor having an end connected to a DC voltage, a third MOS transistor having a gate connected to one end of the second capacitor, and a first electrode connected to the DC voltage to operate as an amplifier, and an end connected to a second MOS transistor A second switch connected to the electrode and having the other end connected to the output signal line. The first capacitor is reset by transferring the voltage integrated by the first switch to the second capacitor by turning on the first switch, and then setting the first switch to O
FF and the voltage based on the charge of the second capacitor is changed to the third MO.
A solid-state imaging device wherein the following integration is performed by a first capacitor when voltage is amplified by an S transistor and read to the output signal line.
【請求項20】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電極にクロックが印加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
端が直流電圧に接続され前記フォトダイオードで発生し
た光電流に基づく信号を積分する第1キャパシタと、 一端が第1キャパシタの一端に接続された第1スイッチ
と、 第1スイッチの他端に一端が接続され他端が直流電圧に
接続された第2キャパシタと、 第2キャパシタの一端にゲートが接続され第1電極が直
流電圧に接続されて増幅器として動作する第3MOSト
ランジスタと、 第2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リセット電圧が印加される
第4MOSトランジスタと、 一端が第3MOSトランジスタの第2電極に接続され他
端が出力信号線に接続された第2スイッチと、 から成り、第1スイッチをOFFした状態で第2キャパ
シタの信号を第3MOSトランジスタで電圧増幅して読
み出しているときに第2MOSトランジスタの第2電極
に印加されるクロックのリセット電圧レベル期間に第1
キャパシタをリセットし、前記クロックの他のレベル期
間に第1キャパシタの積分を開始し、読み出し終了後第
4MOSトランジスタをONして第2キャパシタをリセ
ットし、次に第1スイッチをONして第1キャパシタの
電荷を第2キャパシタへ転送するとともに第2キャパシ
タの積分を継続することを特徴とする固体撮像装置。
20. In a two-dimensional solid-state imaging device in which pixels are arranged in a matrix, each pixel includes a photodiode, a first electrode and a gate electrode connected to one electrode of the photodiode, and a sub-threshold region. Works with the first
A MOS transistor; a second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor and applied to the first electrode to operate in the subthreshold region with a clock applied to the first electrode; one end connected to the second electrode of the second MOS transistor and the other end connected to a DC voltage A first capacitor that is connected to the first switch and that integrates a signal based on a photocurrent generated by the photodiode; a first switch that has one end connected to one end of the first capacitor; and a first switch that has one end connected to the other end of the first switch. A second capacitor having an end connected to a DC voltage, a third MOS transistor having a gate connected to one end of the second capacitor and having a first electrode connected to the DC voltage to operate as an amplifier, and a first MOS transistor connected to one end of the second capacitor. A fourth MOS transistor to which an electrode is connected, a second electrode is connected to a DC voltage, and a reset voltage is applied to a gate. And a second switch having one end connected to the second electrode of the third MOS transistor and the other end connected to the output signal line. When the first switch is turned off, the signal of the second capacitor is supplied to the third MOS transistor. During the reset voltage level period of the clock applied to the second electrode of the second MOS transistor when the voltage is amplified and read at
The capacitor is reset, integration of the first capacitor is started during another level period of the clock, and after the reading is completed, the fourth MOS transistor is turned on to reset the second capacitor, and then the first switch is turned on to reset the first capacitor. A solid-state imaging device that transfers charge of a capacitor to a second capacitor and continues integration of the second capacitor.
【請求項21】前記画素に対し前記出力信号線を介して
接続され前記第3MOSトランジスタのドレイン側で前
記第3MOSトランジスタの負荷抵抗を成すMOSトラ
ンジスタを備えていることを特徴とする請求項12〜請
求項20のいずれかに記載の固体撮像装置。
21. The semiconductor device according to claim 12, further comprising a MOS transistor connected to said pixel via said output signal line, said MOS transistor forming a load resistance of said third MOS transistor on a drain side of said third MOS transistor. The solid-state imaging device according to claim 20.
【請求項22】画素マトリクスの列ごとに、その列に含
まれる各画素の第5MOSトランジスタに接続された第
1電極と、直流電圧に接続された第2電極と、直流電圧
に接続されたゲートとを有する抵抗用MOSトランジス
タをさらに備えたことを特徴とする請求項12〜請求項
15のいずれかに記載の固体撮像装置。
22. For each column of the pixel matrix, a first electrode connected to the fifth MOS transistor of each pixel included in the column, a second electrode connected to the DC voltage, and a gate connected to the DC voltage. 16. The solid-state imaging device according to claim 12, further comprising a resistance MOS transistor having the following.
【請求項23】画素マトリクスの列ごとに、その列に含
まれる各画素の第2スイッチに接続された第1電極と、
直流電圧に接続された第2電極と、直流電極に接続され
たゲートとを有する抵抗用MOSトランジスタをさらに
備えたことを特徴とする請求項16〜請求項20のいず
れかに記載の固体撮像装置。
23. For each column of a pixel matrix, a first electrode connected to a second switch of each pixel included in the column;
21. The solid-state imaging device according to claim 16, further comprising a resistance MOS transistor having a second electrode connected to a DC voltage and a gate connected to the DC electrode. .
JP11981498A 1998-04-30 1998-04-30 Solid-state imaging device Expired - Fee Related JP3740840B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11981498A JP3740840B2 (en) 1998-04-30 1998-04-30 Solid-state imaging device
US09/285,164 US6734907B1 (en) 1998-04-30 1999-04-01 Solid-state image pickup device with integration and amplification

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11981498A JP3740840B2 (en) 1998-04-30 1998-04-30 Solid-state imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11312799A true JPH11312799A (en) 1999-11-09
JP3740840B2 JP3740840B2 (en) 2006-02-01

Family

ID=14770906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11981498A Expired - Fee Related JP3740840B2 (en) 1998-04-30 1998-04-30 Solid-state imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3740840B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6576882B2 (en) 2000-06-14 2003-06-10 Nec Electronics Corporation Image sensor
JP2004088312A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Minolta Co Ltd Imaging apparatus
JP2008141737A (en) * 2006-11-07 2008-06-19 Nippon Signal Co Ltd:The Charge detector

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6576882B2 (en) 2000-06-14 2003-06-10 Nec Electronics Corporation Image sensor
JP2004088312A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Minolta Co Ltd Imaging apparatus
JP2008141737A (en) * 2006-11-07 2008-06-19 Nippon Signal Co Ltd:The Charge detector

Also Published As

Publication number Publication date
JP3740840B2 (en) 2006-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3493405B2 (en) Solid-state imaging device
US6493030B1 (en) Low-noise active pixel sensor for imaging arrays with global reset
US6697111B1 (en) Compact low-noise active pixel sensor with progressive row reset
US6836291B1 (en) Image pickup device with integral amplification
US8026969B2 (en) Pixel for boosting pixel reset voltage
USRE43314E1 (en) Compact active pixel with low-noise image formation
JP4762030B2 (en) Photodetector
JP3724188B2 (en) Solid-state imaging device
JPH09233392A (en) Photoelectric converter
US6734907B1 (en) Solid-state image pickup device with integration and amplification
JPH11177886A (en) Amplification type photoelectric conversion element, amplification type solid-state image pickup device and driving method therefor
US6831691B1 (en) Solid-state image pickup device
JP3664035B2 (en) Solid-state imaging device
JP2001036822A (en) Solid-state image pickup device
WO2008010893A2 (en) Method, apparatus and system for charge injection suppression in active pixel sensors
US20060268140A1 (en) Method and apparatus for reducing noise in analog amplifier circuits and solid state imagers employing such circuits
JPH0818866A (en) Solid-state image pickup device
JP2001094878A (en) Solid-state image pickup device
JP3740840B2 (en) Solid-state imaging device
JP4345145B2 (en) Solid-state imaging device
JPH11298798A (en) Solid-state image-pickup device
JP4345175B2 (en) Solid-state imaging device
JP2001036059A (en) Solid-stage image pickup device
JP4352571B2 (en) Solid-state imaging device
JP2004112438A (en) Solid state imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20050613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050726

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20050817

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050921

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20051018

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051031

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081118

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091118

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101118

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101118

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111118

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111118

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121118

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121118

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131118

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees