JPS61157179A - Image pickup device - Google Patents

Image pickup device

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JPS61157179A
JPS61157179A JP59276490A JP27649084A JPS61157179A JP S61157179 A JPS61157179 A JP S61157179A JP 59276490 A JP59276490 A JP 59276490A JP 27649084 A JP27649084 A JP 27649084A JP S61157179 A JPS61157179 A JP S61157179A
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JP
Japan
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area
base
potential
voltage
emitter
Prior art date
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Pending
Application number
JP59276490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigetoshi Sugawa
須川 茂利
Teruo Hieda
輝夫 稗田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
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Priority to JP59276490A priority Critical patent/JPS61157179A/en
Publication of JPS61157179A publication Critical patent/JPS61157179A/en
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Abstract

PURPOSE:To delete a capacity dependency at the time of reading a signal of plural photoelectric converting elements by forming a thin film transistor on an (n) type silicon base material and making a (p) area of the base into the capacitor as a floating area. CONSTITUTION:A capacitor Cox is composed of an electrode 9, an insulation film 3 and a MOS construction of a (p) area, a bipolar transistor 14 is composed of respective parts of an (n)<+> area 7 as an emitter, a (p) area 6 as a base, an (n)<-> area as a corrector and an area 1 and the (p) area 6 is made into a floating area. In the reading action condition, an emitter and a wiring 8 is held at the floating condition and the corrector is held at a positive electric potential Vcc, through a wiring 10 a positive voltage Vr for reading is impressed to the electrode 9, and then, the positive electric potential Vr is divided for the capacity by an oxidizing film capacity Cox, a base and emitter junction capacity Cbe, and a base and corrector junction capacity Cbc, and a base electric potential is biased further in the forward direction by the condensed accumulation Vp, which occurs by a light irradiation.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、キャパシタを介して電位が制御される光電荷
蓄積領域を崩する光電変換素子を用いた書ヰ撮像装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a writing and imaging device using a photoelectric conversion element that collapses a photoelectric charge accumulation region whose potential is controlled via a capacitor.

本発明による器体撮像装置は、たとえば画像入力装置、
ワークスティジョン、デジタル複写機、ワードプロセッ
サ、バーコードリーグや、カメラ、ビデオカメラ、8ミ
リカメラ等のオートフォーカス用光電変換被写体検出装
置等にも適用可能である。
The body imaging device according to the present invention includes, for example, an image input device,
It can also be applied to workstations, digital copying machines, word processors, barcode leagues, and photoelectric conversion object detection devices for autofocus in cameras, video cameras, 8mm cameras, and the like.

(技術背景) 近年、光電変換装置、特に固体撮像装置に関する研究が
CCD型およびMOS型の2方式を中心に行われている
(Technical Background) In recent years, research on photoelectric conversion devices, particularly solid-state imaging devices, has been conducted mainly on two types: CCD type and MOS type.

CCD型撮像装置は、MO8型キャパシタ電極下にポテ
ンシャル井戸を形成し、光入射により発生した電荷をこ
の井戸に蓄積し、読出し時には、これらのポテンシャル
井戸を、電極にかけるパルスにより順次動かして、蓄積
された電荷を出力アンプまで転送して読出す、という原
理を用いている。したがって、比較的構造が簡単であり
、CCD自体で発生する雑音が小さく、低照度撮影が可
能となる。
A CCD type imaging device forms a potential well under an MO8 type capacitor electrode, and stores charges generated by incident light in this well. During readout, these potential wells are sequentially moved by a pulse applied to the electrode to accumulate the charges. It uses the principle that the generated charge is transferred to the output amplifier and read out. Therefore, the structure is relatively simple, the noise generated by the CCD itself is small, and low-light photography is possible.

一方、MO8型撮像装置は、受光部を構成するpn接合
より成るフォトダイオードの各々に光の入射により発生
した電荷を蓄積し、読出し時には、それぞれのフォトダ
イオードに接続されたMO8スイッチングトランジスタ
を順次ONすることにより蓄積された電荷を出力アンプ
に読出す、という原理を用いている。したがって、CC
D型に比較して構造上複雑となるものの、蓄積容量を大
きくとることができ、ダイナミック・レンジを広くする
ことができる。
On the other hand, the MO8 type imaging device accumulates charges generated by the incidence of light in each of the photodiodes made of pn junctions that constitute the light receiving section, and during readout, the MO8 switching transistors connected to each photodiode are sequentially turned on. The principle is that the accumulated charge is read out to the output amplifier. Therefore, C.C.
Although it is structurally more complex than the D type, it can have a large storage capacity and widen the dynamic range.

しかし、これら従来方式の撮像装置には、次のような欠
点が存在するために、将来的に高解像度化を進めて行く
上で大きな支障となっていた。
However, these conventional imaging devices have the following drawbacks, which have been a major hindrance in the pursuit of higher resolution in the future.

CCD型撮像装置では、1)出力アンプとしてMO8型
アンプがオンチップ化されるために、シリコンとシリコ
ン酸化膜の界面から画像上、目につきゃすい1/f雑音
が発生する。2)・高解像度化を図るために、セル数を
増加させて高密度化すると、ひとつのポテンシャル井戸
に蓄積できる最大電荷量が減少し、ダイナミックレンジ
が取れなくなる。3)蓄積電荷を転送して行く構造であ
るために、セルに一つでも欠陥が存在すると、そこで電
荷転送がストップしてしまい、製造歩留りが悪くなる。
In a CCD type imaging device, 1) Since an MO8 type amplifier is installed on-chip as an output amplifier, a noticeable 1/f noise is generated on an image from the interface between silicon and silicon oxide film. 2) If the number of cells is increased to achieve higher density in order to achieve higher resolution, the maximum amount of charge that can be stored in one potential well decreases, making it impossible to maintain a dynamic range. 3) Since the structure is such that accumulated charges are transferred, if there is even one defect in a cell, charge transfer will stop there, resulting in poor manufacturing yield.

MO8型撮像装置では、1)信号読出し時に、各フォト
ダイオードに配線容量が接続されているために、大きな
信号電圧ドロップが発生する。2)配線容量が大きく、
これによるランダム雑音の発生が大きい。3)走査用M
OSスイッチングトランジスタの寄生容量のバラツキに
よる固定パターン雑音の混入がある。このために、低照
度撮像が困難となり、また、高解像度化を図るために各
セルを縮小すると、蓄積電荷は減少するが、配線容量が
あまり小さくならないために、S/N比が小さくなる。
In the MO8 type imaging device, 1) a large signal voltage drop occurs during signal readout because a wiring capacitor is connected to each photodiode; 2) Large wiring capacity;
This generates a large amount of random noise. 3) M for scanning
Fixed pattern noise is mixed in due to variations in the parasitic capacitance of the OS switching transistors. This makes low-light imaging difficult, and when each cell is reduced in size to achieve higher resolution, the accumulated charge is reduced, but the wiring capacitance is not reduced so much that the S/N ratio is reduced.

このように、CCD型およびMO8型撮像装置は、高解
像度化に対して本質的な問題点を有している。これらの
撮像装置に対して、新方式の半導体撮像装置が提案され
ている(特開昭56−150878号公報、特開昭56
−157073号公報、特開昭56−165473号公
報)。−ここで提案されている方式は、光入射によって
発生した電荷を制御電極(例えば、バイポーラトランジ
スタのベース、静電誘導トランジスタSITあるいはM
OS)ランジスタのゲート)に蓄積し、蓄積された電荷
を各セルの増幅機能を利用して電荷増幅を行い読出すも
のである。
As described above, the CCD type and MO8 type imaging devices have essential problems in achieving high resolution. New types of semiconductor imaging devices have been proposed for these imaging devices (Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-150878;
-157073, JP-A-56-165473). - The method proposed here transfers the charge generated by light incidence to the control electrode (e.g. the base of a bipolar transistor, the static induction transistor SIT or M
(OS) transistor gate), and the accumulated charge is amplified using the amplification function of each cell and read out.

この方式では、高出力、族ダイナミック・レンジ、低雑
音および非破壊読出しが可能であり、高解像度化の可能
性を有している。
This method allows high output, wide dynamic range, low noise, and non-destructive readout, and has the potential for high resolution.

しかしながら、この方式は基本的にX−Yアドレス方式
であり、また各セルは、従来のMO8型セルにバイポー
ラトランジスタ、S工Tトランジスタ等の増幅素子を複
合したものを基本構造としているために、高解像度化に
限界が存在する。
However, this method is basically an X-Y address method, and each cell has a basic structure that combines a conventional MO8 type cell with amplifying elements such as bipolar transistors and S/T transistors. There are limits to high resolution.

又、従来の非破壊読み出し可能な撮像素子は、各センサ
ーセルの出力をX−Yアドレスの為の配線容量に一旦移
してから出力アンプより読み出している為、容量分割に
より出力アンプの出力レベルが低下してしまうという欠
点を有していた。
In addition, in conventional image sensors that can be read non-destructively, the output of each sensor cell is transferred to the wiring capacitance for the X-Y address and then read out from the output amplifier. It had the disadvantage that it deteriorated.

(目的) 本発明による碍≠撮像装置は上記従来の問題点を解決し
ようとするものであり、特に複数の光電変換素子の信号
読み出し時の容量依存性を解消し得る撮像装置を提供す
る事を目的としている。
(Objective) The objective of the present invention is to provide an imaging device capable of solving the above-mentioned conventional problems, and in particular, to provide an imaging device that can eliminate capacitance dependence when reading signals from a plurality of photoelectric conversion elements. The purpose is

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図および第2図は、本発明の一実施例に係る光電変
換装置を構成する光センサセルの基本構造および動作を
説明する図である。
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams explaining the basic structure and operation of a photosensor cell that constitutes a photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.

第1図(a)は、光センサセルの平面図、第1図(b)
はζそのA −A’線断面図、第2図は、その等何回路
である。なお、各部位において共通するものについては
同一の番号をつけている。
Figure 1(a) is a plan view of the optical sensor cell, Figure 1(b)
is a cross-sectional view taken along line A-A' of ζ, and FIG. 2 is its circuit. Note that common parts in each part are given the same number.

第1図では、整列配置方式の平面図を示したが、水平方
向解像度を高くするために、画素ずらし方式(補間配置
方式)にも配置できることはもちろんのことである。
Although FIG. 1 shows a plan view of the aligned layout method, it goes without saying that the pixel shifting method (interpolation layout method) can also be used to increase the horizontal resolution.

この光センサセルは、次のような構造を有している。This optical sensor cell has the following structure.

第1図(a) 、 (b)に示すごとく、n型シリコン
基板1の上に、 パシベーション膜2; シリコン酸化膜より成る絶縁酸化膜3;となり合う光セ
ンサセルとの間を電気的に絶縁するための絶縁膜又はポ
リシリコン膜等で構成される素子分離領域4; エピタキシャル技術等で形成される不純物濃度の低いn
′″領域5: その上に、バイポーラトランジスタのベースとなる領域
6; バイポーラトランジスタのエミッタとなるn+領域7; 信号を外部へ読出すための、例えばアルミニウム(AI
)等の導電材料で形成される配線8;p領域6に絶縁膜
3をはさんで対向し、浮遊状態になされたp領域6にパ
ルスを印加するためのキャパシタ電極9; キャパシタ電極9に接続された配#10;基板1の裏面
にオーミックコンタクトをとるために形成されたn十領
域11; そして、バイポーラトランジスタのコレクタ電位を与え
るだめの電極12; がそれぞれ形成され、上記光センサセルを構成している
As shown in FIGS. 1(a) and 1(b), on an n-type silicon substrate 1, a passivation film 2; an insulating oxide film 3 made of a silicon oxide film; electrically insulating between adjacent photosensor cells. element isolation region 4 made of an insulating film or polysilicon film, etc.;
''region 5: On top of that, a region 6 that becomes the base of the bipolar transistor; an n+ region 7 that becomes the emitter of the bipolar transistor;
); a capacitor electrode 9 that faces the p-region 6 with the insulating film 3 in between and applies a pulse to the p-region 6 in a floating state; connected to the capacitor electrode 9; a wiring #10 formed on the back surface of the substrate 1; an n0 region 11 formed to make ohmic contact with the back surface of the substrate 1; and an electrode 12 for supplying the collector potential of the bipolar transistor. ing.

第2図に示す等価回路において、コンデンサCox13
は、電極9、絶縁膜3、p領域6のMO8構造より構成
され、又バイポーラトランジスタ14は、エミッタとし
てのn十領域7、ベースとしてのp領域6、コレクタと
してのn−領域5および領域1の各部分より構成されて
いる。これらの図面から明らかなように、p領域6は浮
遊領域になされている。
In the equivalent circuit shown in Fig. 2, capacitor Cox13
is composed of an MO8 structure including an electrode 9, an insulating film 3, and a p region 6, and the bipolar transistor 14 has an n+ region 7 as an emitter, a p region 6 as a base, an n- region 5 and a region 1 as a collector. It consists of each part. As is clear from these drawings, p region 6 is made into a floating region.

マタ、バイポーラトランジスタ14の等価回路は、ベー
ス・エミッタの接合容量Cbe15、ベース・エミッタ
のpn接合ダイオードDbe16、ベース・コレクタの
接合容量Cbc17、ベース・コレクタのpn接合ダイ
オードDbc48及び電流源19.20で表現される。
The equivalent circuit of the bipolar transistor 14 includes a base-emitter junction capacitance Cbe15, a base-emitter pn junction diode Dbe16, a base-collector junction capacitance Cbc17, a base-collector pn junction diode Dbc48, and a current source 19.20. expressed.

次に、このような構成を有する光センサセルの基本動作
を説明する。
Next, the basic operation of the optical sensor cell having such a configuration will be explained.

この光センサセルの基本動作は、光入射による電荷蓄積
動作、読出し動作およびリフレッシュ動作より構成され
る。電荷蓄積動作においては、例えばエミッタは、配線
8を通して接地され、コレクターは配線12を通して正
電位にバイアスされている。またベースは、あらかじめ
エミッタ7に対して逆バイアス状態にされているものと
する。
The basic operation of this photosensor cell consists of a charge accumulation operation by light incidence, a read operation, and a refresh operation. In charge storage operation, for example, the emitter is grounded through wire 8 and the collector is biased to a positive potential through wire 12. Further, it is assumed that the base is in a reverse bias state with respect to the emitter 7 in advance.

この状態において、第1図に示す様に光センサセルの表
側から光20が入射しでくると、半導体内においてエレ
クトロン・ホール対が発生する。
In this state, when light 20 enters from the front side of the photosensor cell as shown in FIG. 1, electron-hole pairs are generated within the semiconductor.

この内、エレクトロンは、n領域1が正電位にバイアス
されているのでn領域1側に流れだしていってしまうが
、ホールはp領域6にどんどん蓄積されていく。このホ
ールのp領域への蓄積によりp領域6の電位は次第に正
電位に向かって変化していく。この時、光により励起さ
れたホールがベースに蓄積することにより発生する電位
Vpは、V l) =Q/Cで与えられる。Qは蓄積さ
れるホールの電荷址であり、CはCbc15とCbc1
7を加算した接合容量である。
Of these, electrons flow toward the n-region 1 because the n-region 1 is biased to a positive potential, but holes are rapidly accumulated in the p-region 6. Due to the accumulation of holes in the p region, the potential of the p region 6 gradually changes toward a positive potential. At this time, the potential Vp generated by the accumulation of holes excited by light in the base is given by V l) =Q/C. Q is the accumulated hole charge, and C is Cbc15 and Cbc1.
This is the junction capacitance obtained by adding 7.

ここで注目すべきことは、高解像度化され、セルサイズ
が縮小化されていった時に、一つの光センサセルあたり
に入射する光量が減少し、蓄積電荷量Qが共に減少して
いくが、セルの縮小化に伴ない接合容量もセルサイズに
比例して減少していくので、光入射により発生する電位
Vpはほぼ一定にだもたれるということである。これは
本発明における光センサセルが第1図に示すごとく、き
わめて簡単な構造をしており有効受光面がきわめて大き
くとれる可能性を有しているからである。
What should be noted here is that as the resolution increases and the cell size decreases, the amount of light incident on each photosensor cell decreases, and the amount of accumulated charge Q decreases as well. As the cell size is reduced, the junction capacitance also decreases in proportion to the cell size, so the potential Vp generated by light incidence remains almost constant. This is because the optical sensor cell according to the present invention has an extremely simple structure, as shown in FIG. 1, and has the possibility of having an extremely large effective light-receiving surface.

以上の様にしてp領域6に蓄積された電荷により発生し
た電圧を外部へ読出す動作について次に説明する。
The operation of reading out the voltage generated by the charges accumulated in p region 6 as described above to the outside will be described next.

読出し動作状態では、エミッタ、配線8は浮遊状態に、
コレクターは正電位Vccに保持される。
In the read operation state, the emitter and wiring 8 are in a floating state,
The collector is held at a positive potential Vcc.

今、光を照射する前に、ベース6を負電位にバイアスし
た時の電位を−vbとし、光照射により発生した蓄積電
圧をVpとすると、ペース電位は、−vb +vpなる
電位になりている。この状態で配線10を通して電極9
に読出し用の正の電圧Vrを印加すると、この正の電位
Vrは酸化膜容量Cox13とペース・エミッタ間接合
容量Cb e15、ペース・コレクタ間接合容量Cbc
17により容量分割され、ペース電位は、 ox −vb+vp+ cox+cbe+ bo vrとなる
。ここで、ベース電位を次式に示すVbsだけ、余分に
順方向にバイアスすると、 −vb+     ””     vr=vbsCox
+Cbe+Cbc ベース電位は、光照射により発生した蓄積電圧Vp上り
さらに順方向にバイアスされる。
Now, if the potential when the base 6 is biased to a negative potential before light irradiation is -vb, and the accumulated voltage generated by light irradiation is Vp, then the pace potential is -vb +vp. . In this state, the wiring 10 is passed through the electrode 9.
When a positive voltage Vr for reading is applied to , this positive potential Vr is applied to the oxide film capacitance Cox13, the pace-emitter junction capacitance Cb e15, and the pace-collector junction capacitance Cbc.
17, and the pace potential becomes ox - vb + vp + cox + cbe + bo vr. Here, if the base potential is extra biased in the forward direction by Vbs shown in the following formula, -vb+ "" vr=vbsCox
+Cbe+Cbc The base potential is further biased in the forward direction as the accumulated voltage Vp generated by the light irradiation rises.

そのために、エレクトロンはエミッタからペースに注入
され、コレクタ電位が正電位になっているために、ドリ
フト電界に加速されてコレクタに到達する。
For this purpose, electrons are injected from the emitter to the pace, and since the collector potential is positive, they are accelerated by the drift electric field and reach the collector.

第3図(a)は、Vbs=0.6Vとした場合の蓄積電
圧Vpに対する読出し電圧の関係を示すグラフである。
FIG. 3(a) is a graph showing the relationship between the read voltage and the accumulated voltage Vp when Vbs=0.6V.

同グラフによれば、100nsec程度以上の読出し時
間(読出し電圧Vrをキャパシタ電極9に印加している
時間)をとれば、蓄積電圧Vpと読出し電圧は、4桁程
度の範囲にわたって直線性が確保され、高速読出しが可
能であることを示している。
According to the same graph, if the readout time is about 100 nsec or more (the time during which the readout voltage Vr is applied to the capacitor electrode 9), the linearity of the storage voltage Vp and the readout voltage can be ensured over a range of about 4 digits. , indicating that high-speed reading is possible.

上記の計算例では、配線8の容量を4pF、接合容量C
be+Cbcを0.014pFとした場合であり、その
容量比は約300倍の異なっているが、p領域6に発生
した蓄積電圧Vpは何らの減衰も受けず、且つバイアス
電圧Vbsの効果により、きわめて高速に読出し動作が
行われたことを示している。これは、上記光センサセル
のもつ増幅機能が有効にはたらいたからである。このよ
うに、出力電圧が大きいだめに、固定パターン雑音、出
力容量に起因するランダム雑音が相対的に小さ くなり
、極めて良好なS/N比の信号を得ることができる。
In the above calculation example, the capacitance of the wiring 8 is 4 pF, and the junction capacitance C
This is the case where be+Cbc is 0.014 pF, and although the capacitance ratio is about 300 times different, the accumulated voltage Vp generated in p region 6 is not attenuated in any way, and due to the effect of bias voltage Vbs, it is extremely This indicates that a read operation was performed at high speed. This is because the amplification function of the optical sensor cell worked effectively. In this way, as the output voltage increases, fixed pattern noise and random noise caused by the output capacitance become relatively smaller, making it possible to obtain a signal with an extremely good S/N ratio.

先に、バイアス電圧Vbsを0.6■に設定した時、4
桁程度の直線性が100nsec程度の高速読出し時間
で得られることを示したが、この直線性および読出し時
間とバイアス電圧Vbsとの関係を第3図(b)に示す
First, when the bias voltage Vbs was set to 0.6■, 4
It has been shown that linearity on the order of orders of magnitude can be obtained with a high-speed readout time of about 100 nsec, and the relationship between this linearity, readout time, and bias voltage Vbs is shown in FIG. 3(b).

WCa図(b)に示すグラフによれば、バイアス電圧V
bsによる、読出し電圧が蓄積電圧の所望の割合(%)
に達するのに必要な読出し時間を知ることができる。し
たがって、撮像装置の全体の設計から読出し時間および
必要な直線性が決定されると、必要とされるバイアス電
圧Vbsが第3図(b)のグラフを用いることにより決
定することができる。
According to the graph shown in WCa diagram (b), the bias voltage V
bs, the read voltage is the desired percentage of the storage voltage (%)
It is possible to know the readout time required to reach . Therefore, once the readout time and required linearity are determined from the overall design of the imaging device, the required bias voltage Vbs can be determined using the graph in FIG. 3(b).

上記構成に係る光センサセルのもう一つの利点は、p領
域6に蓄積されたホールはp領域6におけるエレクトロ
ンとホールの再結合確率がきわめて小さいことから非破
壊的に読出し可能なことである。このことは、上記構成
に係る光センサセルを撮像装置として構成した時に、シ
ステム動作上、新しい機能を提供することができること
を意味する。
Another advantage of the optical sensor cell having the above configuration is that the holes accumulated in the p region 6 can be read out nondestructively because the probability of recombination of electrons and holes in the p region 6 is extremely small. This means that when the optical sensor cell according to the above configuration is configured as an imaging device, new functions can be provided in terms of system operation.

さらに、p領域6に蓄積電圧Vpを保持できる時間は極
めて長く、最大保持時間は、むしろ接合の空乏層中にお
いて熱的に発生する@電流によって開眼を受ける。しか
し、上記光センザセルにおいて、空乏層の広がっている
領域は、極めて不純物濃度が低いn−領域5であるため
に、その結晶性が良好であり、熱的に発生するエレクト
ロン・ホール対は少ない。
Furthermore, the time during which the accumulated voltage Vp can be held in the p region 6 is extremely long, and the maximum holding time is rather determined by the @ current thermally generated in the depletion layer of the junction. However, in the optical sensor cell described above, the region where the depletion layer extends is the n- region 5 with extremely low impurity concentration, so its crystallinity is good and few electron-hole pairs are thermally generated.

次いでp領域6に蓄積された電荷をリフレッシ−する動
作について説明する。
Next, the operation of refreshing the charges accumulated in p region 6 will be explained.

上記構成に係る光センサセルでは、すでに述べたごとく
、p領域6に蓄積された電荷は、読出し動作では消滅し
ない。このため新しい光情報を入力するためには、前に
蓄私されていた電荷を消滅させるためのりフレッシェ動
作が必要である。また同時に、浮遊状態になされている
p領域6の電位を所定の負電圧に帯電させておく必要が
ある。
In the optical sensor cell having the above configuration, as already mentioned, the charges accumulated in the p region 6 are not eliminated by the read operation. Therefore, in order to input new optical information, a freshening operation is required to eliminate the previously stored charge. At the same time, it is necessary to charge the potential of p region 6, which is in a floating state, to a predetermined negative voltage.

上記構成に係る光センサセルでは、リフレッシュ動作も
読出し動作と同様、配線10を通して電極9に正電圧を
印加することにより行なう。このとき、配線8を通して
エミッタを接地する。コレクタは、電極12を通して接
地又は正電位にしておく。第4図(a)にリフレッシュ
動作の等価回路を示す。但しコレクタ側を接地した状態
の例を示している。
In the optical sensor cell having the above configuration, the refresh operation is also performed by applying a positive voltage to the electrode 9 through the wiring 10, similarly to the read operation. At this time, the emitter is grounded through the wiring 8. The collector is grounded or at a positive potential through the electrode 12. FIG. 4(a) shows an equivalent circuit for refresh operation. However, an example is shown in which the collector side is grounded.

この状態で正電圧Vrhなる電圧が電極9に印加される
と、ベース22には、酸化膜容量C0X13、ベース・
エミッタ間接合容量Cbe15、ベース・コレクタ間接
合容1cbcl’7の容量分割により、なる電圧が、前
の読出し動作のときと同様瞬時的にかかる。この電圧に
より、ベース・エミッタ間接合ダイオードDbe16お
よびベース・コレクタ間接合ダイオードDbc18は順
方向バイアスされて導通状態となり、1、流が流れ始め
、ペース電位は次第に低下していく。
When a positive voltage Vrh is applied to the electrode 9 in this state, the base 22 has an oxide film capacitance C0X13 and a base
Due to the capacitance division of the emitter junction capacitance Cbe15 and the base-collector junction capacitance 1cbcl'7, a voltage is instantaneously applied as in the previous read operation. Due to this voltage, the base-emitter junction diode Dbe16 and the base-collector junction diode Dbc18 are forward biased and become conductive, and current begins to flow, and the pace potential gradually decreases.

この時、浮遊状態にあるベースの電位の変化について計
算した結果を、ベース電位の時間依存性の一例として第
4図(b)に示す。横軸は、リフレッシュ電圧Vrhが
電極9に印加された瞬間からの時間経過すなわちリフレ
ッシュ時間を、縦軸は、ベース電位をそれぞれ示し、ベ
ースの初期電位をパラメータにしている。ベースの初期
電位とは、リフレッシュ電圧Vrhが加わった瞬間に、
浮遊状態にあるベースが示す電位であり、V r h 
+ Co x +Cbc及びベースに蓄積されている電
荷によってきまる。
At this time, the result of calculating the change in the potential of the base in a floating state is shown in FIG. 4(b) as an example of the time dependence of the base potential. The horizontal axis shows the elapse of time from the moment when the refresh voltage Vrh was applied to the electrode 9, that is, the refresh time, and the vertical axis shows the base potential, with the initial potential of the base being used as a parameter. The initial potential of the base is the moment when the refresh voltage Vrh is applied.
This is the potential exhibited by the base in a floating state, and is V r h
+Cox +Cbc and the charge stored in the base.

この第4図(b)をみれば、ベースの電位は初期電位に
よらず、ある時間経過後には必ず、片対数グラフ上で一
つの直線にしたがって下がっていくことがわかる。
Looking at FIG. 4(b), it can be seen that the potential of the base always falls along a straight line on the semi-logarithmic graph after a certain period of time, regardless of the initial potential.

p領域6が、MOSキャパシタCorを通して正電圧を
ある時間印加し、その正電圧を除去すると負電位に帯電
する仕方には、2通りの仕方がある。一つは、p領域6
から正電荷を持つホールが、主として接地状態にあるn
領域1に流れ出すことによって、負電荷が蓄積される動
作である。
There are two ways in which the p region 6 can be charged to a negative potential by applying a positive voltage for a certain period of time through the MOS capacitor Cor and removing the positive voltage. One is p region 6
The holes with positive charge from n are mainly in the grounded state.
This is an operation in which negative charges are accumulated by flowing out into region 1.

一方、n十領埴7やn領域1からの電子が、p領域6に
流れ込み、ホールと再結合することによって、p領域6
に負電荷が蓄積する動作も行なえる。
On the other hand, electrons from the n-type region 7 and the n-region 1 flow into the p-region 6 and recombine with holes.
It is also possible to perform an operation in which negative charges are accumulated in the .

上記構成に係る光センサセルによる固体撮像装置では、
リフレッシュ動作により全てのセンサセルのベース電位
をゼロボルトまで持っていく完全リフレッシュモードと
(このときは第4図(b)の例では10(see)を要
する)、ベース電位にはある一定電圧は残るものの蓄積
電圧Vpによる変動成分が消えてしまう過渡的リフレッ
シュモードの二つが存在するわけである(このときは第
4図(b)の例では、10(nsec”l〜10(se
e)のりフレッシェパルスとなる)。
In the solid-state imaging device using the optical sensor cell according to the above configuration,
There is a complete refresh mode in which the base potential of all sensor cells is brought to zero volts by a refresh operation (in this case, 10 (see) is required in the example of Fig. 4(b)), although a certain constant voltage remains at the base potential. There are two transient refresh modes in which the fluctuation component due to the accumulated voltage Vp disappears (in this case, in the example of FIG.
e) Become a seaweed freshé pulse).

完全リフレッシュモードで動作させるか、過渡的リフレ
ッシュモードで動作させるかの選択は撮像装置の使用目
的によって決定される。
The choice of whether to operate in complete refresh mode or transient refresh mode is determined by the intended use of the imaging device.

以上が光入射による電荷蓄積動作、読出し動作、リフレ
ッシュ動作よりなる上記構成に係る光センサセルの基本
動作の説明であり、各動作を基本サイクルとして、入射
光の観測ヌは光情報の読出しを行うことが可能となる。
The above is an explanation of the basic operations of the photosensor cell according to the above configuration, which consists of charge accumulation operation, readout operation, and refresh operation due to light incidence. Each operation is considered a basic cycle, and observation of incident light is performed to read out optical information. becomes possible.

以上説明したごとく、上記構成に係る光センサセルの基
本構造は、すでにあげた特開昭56−150878、特
開昭56−157073、特開昭56−165473の
各公報に記載された撮像装置と比較してきわめて簡単な
構造であり、将来の高解像度化に十分対応できるととも
に、それらのもつ優れた特徴である増幅機能からくる低
雑音、高出力、広ダイナミツクレンジ、非破壊読出し等
のメリットをそのまま保存している。
As explained above, the basic structure of the optical sensor cell according to the above configuration is compared with the imaging device described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 56-150878, 1987-157073, and 1980-165473. It has an extremely simple structure and is fully compatible with future higher resolutions, and also has the advantages of low noise, high output, wide dynamic range, and non-destructive readout due to its excellent amplification function. It is preserved as is.

次に、以上説明した光センサセルを用いた固体撮像装置
について説明する。
Next, a solid-state imaging device using the optical sensor cell described above will be described.

第5図は、上記光センサセルを2次元的に配列して構成
した本発明による固体撮像装置の一実施例の回路図であ
る。
FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention, which is configured by two-dimensionally arranging the above-mentioned optical sensor cells.

すでに説明した点線でかこまれた第10光電変換素子と
しての基本光センサセル30(この時バイポーラトラン
ジスタのコレクタは基板および基板電極に接続されるこ
とを示している。)、読出しパルスおよびリフレッシュ
パルスを印加するための水平ライン31.31’ 、 
31“、読出しパルスを発生させるための読出し手段を
構成する垂直シフトレジスタ32、垂直シフトレジスタ
32と水平ライン31、31’ 、 31“ の間のバ
ッファMOSトランジスタ33.33’ 、 33“、
バッファMO8)ランジスタ33゜33’ 、 33“
のゲートにパルスを印加するための端子34、リフレッ
シュパルスを印加するだめのバッファMO8)ランジス
タ35.35’ 、 35“、それのゲートにパルスを
印加するための端子36、リフレッシュパルスを印加す
るための端子37、基本光センサセル30から蓄積電圧
を読出すだめの垂直ライン38、38’ 、 38“、
各垂直ラインを選択するためのパルスを発生する読出し
手段を構成する水平シフトレジスタ39、各垂直ライン
を開閉するだめのゲート用MO8)ランジスタ40.4
0’ 、 40“、蓄積電圧をアンプ部に読出すだめの
出力ライン41、読出し後に、出力ラインに蓄積した電
荷をリフレッシュするだめのMOSトランジスタ42、
MOSトランジスタ42ヘリフレツシユパルスを印加す
るための端子43、読出し動作において垂直ライン38
.38’。
A read pulse and a refresh pulse are applied to the basic photosensor cell 30 as the tenth photoelectric conversion element (this time indicates that the collector of the bipolar transistor is connected to the substrate and the substrate electrode), which is surrounded by the dotted line described above. horizontal line 31.31' for
31", a vertical shift register 32 constituting a readout means for generating a readout pulse, buffer MOS transistors 33.33', 33" between the vertical shift register 32 and the horizontal lines 31, 31', 31",
Buffer MO8) Transistor 33゜33', 33"
Terminal 34 for applying a pulse to the gate of the buffer MO8) for applying a refresh pulse; terminal 36 for applying a pulse to the gate of the transistor 35, 35', 35''; terminals 37, vertical lines 38, 38', 38", for reading out the stored voltage from the elementary photosensor cell 30.
Horizontal shift register 39 constituting readout means for generating pulses for selecting each vertical line, MO8) transistor 40.4 for gate for opening and closing each vertical line.
0', 40'', an output line 41 for reading out the accumulated voltage to the amplifier section, a MOS transistor 42 for refreshing the charge accumulated in the output line after reading out,
MOS transistor 42 terminal 43 for applying a refresh pulse, vertical line 38 in read operation
.. 38'.

38“に蓄積された電荷をリフレッシュするだめのMO
Sトランジスタ44.44’ 、 44“、MOS)ラ
ンジスタ44.44’ 、 44“ のゲートにパルス
を印加するだめの端子45、垂直シフトレジスタ32か
ら、At等で遮光され、セル30と略同じ光電変換特性
を有する第2の光電変換素子としての光センサセル30
’に読出しパルスを印加するための配線46、遮光され
た光センサセル30′に読出しパルス及びリフレッシュ
パルスを印加するだめの水平ライン47、配線46と水
平ライン470間のバッファMOSトランジスタ48、
光センサセル30′から蓄積電圧を読出すだめの垂直ラ
イン49.49’ 、 49“、各垂直ラインを開閉す
るためのゲート用MOSトランジスタ50.50’ 、
 50“、蓄積電圧をアンプ部に読出すだめの出力ライ
ン51、読出し動作において垂直ライン49.49’ 
、 49”  に蓄積された電荷をリフレッシュするだ
めのMOS)ランジスタ52.52’ 、 52“、リ
フレッシュパルスを印加するためのバッファMOSトラ
ンジスタ53、読出し後に、出力ライン51に蓄積した
電荷をリフレッシュするためのMOSトランジスタ54
、出力ライン41と出力ライン51に現れだ信号電圧の
差を出力するための差動アンプ55、出力ライン56等
により撮像素子が構成されており、更に端子34.36
.37.43.45、レジスタ32゜39に対して駆動
パルスを供給するクロックトライバCKD、クロックト
ライバCKDにタイミングパルスを供給するクロックジ
ェネレータCKGを加えることにより、撮像装置は構成
されている。
MO to refresh the charge accumulated in 38"
S transistors 44, 44', 44", MOS) transistors 44, 44', 44", from terminals 45 for applying pulses to their gates, and vertical shift registers 32, which are shielded from light by At etc. Optical sensor cell 30 as a second photoelectric conversion element having conversion characteristics
A wiring 46 for applying a read pulse to the light-shielded optical sensor cell 30', a horizontal line 47 for applying a read pulse and a refresh pulse to the light-shielded optical sensor cell 30', a buffer MOS transistor 48 between the wiring 46 and the horizontal line 470,
Vertical lines 49, 49', 49'' for reading out the accumulated voltage from the photosensor cell 30', gate MOS transistors 50, 50' for opening and closing each vertical line,
50", output line 51 for reading out the accumulated voltage to the amplifier section, vertical line 49.49' in read operation
, 49'') transistors 52, 52', 52'', buffer MOS transistors 53 for applying refresh pulses, and refreshing the charges accumulated on the output line 51 after reading. MOS transistor 54
, a differential amplifier 55 for outputting the difference in signal voltage appearing on the output line 41 and the output line 51, an output line 56, etc., constitute an image sensor, and further includes terminals 34 and 36.
.. 37.43.45, a clock driver CKD that supplies drive pulses to the registers 32 and 39, and a clock generator CKG that supplies timing pulses to the clock driver CKD, the imaging apparatus is configured.

伺、クロックトライバCKD、クロックジェネレータC
KGにより制御手段が構成されている。
Visit, clock driver CKD, clock generator C
KG constitutes a control means.

この固体撮像装置の動作について第5図および、第6図
に示すクロックトライバCKDの出力パルスタイミング
図を用いて説明する。
The operation of this solid-state imaging device will be explained using the output pulse timing diagram of the clock driver CKD shown in FIG. 5 and FIG. 6.

第6図において、区間61はリフレッシエ動作、区間6
2は蓄積動作、区間63は読出し動作にそれぞれ対応し
ている。
In FIG. 6, section 61 is a refresher operation, section 6
2 corresponds to the storage operation, and section 63 corresponds to the readout operation.

時刻1.において、基板電位、すなわち光センサセル部
のコレクタ電位64は、接地電位または正電位に保たれ
るが、第8図では接地電位に保たれているものを示して
いる。接地電位又は正電位のいずれにしても、すでに説
明した様に、リフレッシュに要する時間が異なってくる
だけであり、基本動作に変化はない。端子45の電位6
5はhigh状態であり、MOS)ランジスタ44.4
4’ 、 44” 。
Time 1. In this case, the substrate potential, that is, the collector potential 64 of the photosensor cell portion is kept at a ground potential or a positive potential, and FIG. 8 shows that it is kept at a ground potential. Regardless of whether it is a ground potential or a positive potential, as already explained, the only difference is the time required for refreshing, and there is no change in the basic operation. Potential 6 of terminal 45
5 is in a high state, MOS) transistor 44.4
4', 44".

52、52’ 、 52“ は導通状態に保たれ、各党
センサセルは、垂直ライン38.38’ 、 38“、
 49.49’ 、 49”を通して接地されている。
52, 52', 52" are kept conductive and each party sensor cell is connected to a vertical line 38, 38', 38",
49. Grounded through 49', 49''.

また端子36には、波形66のごとくバッファMOSト
ランジスタが導通する電圧が印加されており、全画面一
括すフレッシュ用バッファMO8°トランジスタ35.
35’ 。
Further, a voltage that makes the buffer MOS transistor conductive is applied to the terminal 36 as shown in the waveform 66, and the refresh buffer MO8 transistor 35.
35'.

35“、53は導通状態となっている。この状態で端子
37に波形67のごとくパルスが印加されると、水平ラ
イフ 31.31’ 、 31“、47  を通して各
光センサセルのベースに電圧がかかり、すでに説明した
様に、リフレッシュ動作に入り、それ以前に蓄積されて
いた電荷が、完全リフレッシュモード又は過渡的リフレ
ッシュモードにしたがってリフレッシュされる。完全リ
フレッシュモードになるか又は過渡的リフレッシュモー
ドになるかは波形67のパルス幅により決定されるわけ
である。
35", 53 are in a conductive state. In this state, when a pulse is applied to the terminal 37 as shown in the waveform 67, a voltage is applied to the base of each optical sensor cell through the horizontal lives 31, 31', 31", 47. , as already explained, a refresh operation is entered and the previously stored charge is refreshed according to a complete refresh mode or a transient refresh mode. The pulse width of waveform 67 determines whether the mode is complete refresh mode or transient refresh mode.

t、時刻に訃いて、すでに説明したごとく、各党センサ
セルのトランジスタのベースはエミッタに対して逆バイ
アス状態となり、次の蓄積区間62へ移る。このリフレ
ッシュ区間61においては、図に示すように、他の印加
パルスは全てlow状態に保たれている。
At time t, the base of the transistor of each sensor cell becomes reverse biased with respect to the emitter, as described above, and the next storage period 62 is entered. In this refresh period 61, as shown in the figure, all other applied pulses are kept in a low state.

蓄積動作区間62においては、基板電圧、すなわちトラ
ンジスタのコレクタ電位波形64は正電位にする。これ
により光照射により発生したエレクトロン・ホール対の
うちのエレクトロンを、コレクタ側へ早く流してしまう
ことができる。しかし、このコレクタ電位を正電位に保
つことは、ベースをエミッタに対して逆方向バイアス状
態、すなわち負電位にして撮像しているので必須条件で
はなく、接地電位あるいは若干負電位状態にしても基本
的な蓄積動作に変化はない。
In the accumulation operation section 62, the substrate voltage, that is, the collector potential waveform 64 of the transistor is set to a positive potential. This allows electrons of the electron-hole pairs generated by light irradiation to quickly flow toward the collector side. However, keeping this collector potential at a positive potential is not an essential condition because the base is biased in the reverse direction with respect to the emitter, that is, images are taken with a negative potential.It is also basic to keep the collector potential at ground potential or a slightly negative potential. There is no change in the storage behavior.

蓄積動作状態においては、MOSトランジスタ44、4
4’ 、 44” 、 52.52’ 、 52“ の
ゲート端子45の電位65は、リフレッシュ区間と同様
、highに保たれ、各M6B )ランジスタは導通状
態に保たれる。このため、各光センサセルのエミッタは
垂直ライン38.38’ 、 38“、 49.49’
 、 49“を通して接地されている。強い光の照射に
より、ペースにホールが蓄積され、飽和してくると、す
なわちベース電位がエミッタ電位(接地電位)に対して
順方向バイアス状態になってくると、ホールは垂直ライ
ン38.38’ 、 38” 、 49.49’ 、 
49“を通して流れ、そこでベース電位変化は停止し、
 はクリップされることになる。したがって、垂直方向
にとなり合う光センサセルのエミッタが垂直ラインas
、3s’、。
In the storage operation state, the MOS transistors 44, 4
The potential 65 of the gate terminal 45 of 4', 44'', 52.52', 52'' is kept high as in the refresh period, and each M6B transistor is kept conductive. For this reason, the emitter of each photosensor cell is aligned with vertical lines 38.38', 38", 49.49'
, 49". When holes are accumulated in the pace due to strong light irradiation and it becomes saturated, that is, when the base potential becomes forward biased with respect to the emitter potential (ground potential). , the holes are vertical lines 38.38', 38", 49.49',
49", where the base potential change stops,
will be clipped. Therefore, the emitters of photosensor cells adjacent to each other in the vertical direction are aligned in the vertical line as
,3s',.

38“により共通に接続されていても、この様に垂直ラ
イン38.38’ 、 38“を接地しておくと、プル
ーミング現象を生ずることはない。
38", if the vertical lines 38, 38' and 38" are grounded in this way, no pluming phenomenon will occur.

このプルーミング現象をさける方法は、MOSトランジ
スタ44.44’ 、 44“を非導通状態にして、垂
直ライン38.38’ 、 38“を浮遊状態にしてい
ても、基板電位、すなわちコレクタ電位64を若干負電
位にしておき、ホールの蓄積によりペース電位が正電位
方向罠変化してきたとき、エミッタより先にコレクタ側
の方へ流れだす様にすることにより達成することも可能
である。
To avoid this pluming phenomenon, even if the MOS transistors 44, 44', 44'' are in a non-conductive state and the vertical lines 38, 38', 38'' are in a floating state, the substrate potential, that is, the collector potential 64, is slightly lowered. This can also be achieved by setting the potential to be negative, and when the pace potential changes to a positive potential due to accumulation of holes, it flows toward the collector side before the emitter.

蓄積区間62に次いで、時刻1.より読出し区間63に
なる。この時刻1.において、MOSトランジスタ44
.44’ 、 44“、 52.52’ 、 52“の
ゲート端子45の電位65をl0WKL、、かつ水平ラ
イン31゜31’ 、 31“、47のバッファーMO
Sトランジスタ33、33’ 、 33“、48のゲー
ト端子の電位68をhighにし、それぞれのMOS)
ランジスタを導通状態とする。但し、このゲート端子3
4の電位68をhighにするタイミングは、時刻t、
であることは必須条件ではなく、それより早い時刻であ
れば良い。
Following the accumulation section 62, time 1. This becomes the read section 63. This time 1. In , the MOS transistor 44
.. The potential 65 of the gate terminal 45 of 44', 44", 52.
The potential 68 of the gate terminals of S transistors 33, 33', 33", and 48 is set to high, and each MOS)
Makes the transistor conductive. However, this gate terminal 3
The timing to set the potential 68 of No. 4 to high is at time t,
It is not a necessary condition that the time is earlier than that.

時刻t4では、垂直シフトレジスター32の出力のうち
、水平ライン31に接続されたアドレス信号および配線
46に接続されたアドレス信号が波形69のとと(hi
ghとなり、このとき、MOSトランジスタ33および
48が導通状態であるから、この水平ライン31に接続
された3つの各光センサセルと水平ライン47に接続さ
れた3つの各光センサセルの読出しが行なわれる。この
読出し動作はすでに前に説明した通りであり、各光セン
サセルのペース領域に蓄積された信号電荷により発生し
た信号電圧は、そのまま、垂直ライン38.38’。
At time t4, among the outputs of the vertical shift register 32, the address signal connected to the horizontal line 31 and the address signal connected to the wiring 46 are the same as the waveform 69 (hi
At this time, since the MOS transistors 33 and 48 are conductive, the three photosensor cells connected to the horizontal line 31 and the three photosensor cells connected to the horizontal line 47 are read out. This readout operation is as already described above, and the signal voltage generated by the signal charge accumulated in the pace region of each photosensor cell remains as it is on the vertical line 38, 38'.

38“に現われる。38" appears.

一方、とのとき同時に遮光された光センサセル30′か
らは暗電圧に相当した信号電圧が垂直ライン49.49
’ 、 49”  に現われる。このときの垂直シフト
レジスター32からのパルス電圧のパルス幅は、第3図
(a)に示した様に、蓄積電圧に対する読出し電圧が、
十分直線性を保つ関係になるパルス幅に設定される。ま
たパルス電圧は先に説明した様に、Vnias分だけエ
ミッタに対して順方向バイアスがかかる様調整される。
On the other hand, from the optical sensor cell 30' which is shielded from light at the same time as , a signal voltage corresponding to the dark voltage is transmitted along the vertical line 49.49.
', 49''. At this time, the pulse width of the pulse voltage from the vertical shift register 32 is such that the read voltage with respect to the accumulated voltage is as shown in FIG.
The pulse width is set to maintain sufficient linearity. Further, as explained above, the pulse voltage is adjusted so that a forward bias is applied to the emitter by Vnias.

又、本発明の実施例では、このパルス69.69’ 、
 69“は70.70’ 、 70“。
Also, in the embodiment of the present invention, these pulses 69.69',
69" is 70.70', 70".

71のパルスによる1ライン分の素子の読出しが終了す
る中でhighレベルを維持するよう構成されている点
に特徴を有する。
It is characterized in that it is configured to maintain a high level while reading out one line of elements using 71 pulses is completed.

次いで、時刻t、においで、水平シフトレジスタ39の
出力のうち、垂直ライン38および49に接続されたM
OS)ランジスタ40および50のゲートへの出力だけ
が波形70のとと(highとなり、MOSトランジス
タ40および50が導通状態となり、出力信号は出力ラ
イン41および51を通して、差動アンプ55に入り、
これらの差、すなわち暗電圧を差引いた信号電圧が出力
端子56から出力される。この様に信号が読出された後
、出力ライン41および51には配線容量に起因する信
号電荷が残っているので、時刻t、において、MOS)
ランジスタ42および54のゲート端子43にパルス波
形71のごとくパルスを印加し、MOSトランジスタ4
2および54を導通状態にして出力ライン41および5
1を接地して、この残留した信号電荷をり7レツシエし
てやるわけである。以下同様にして、スイッチングMO
8)ランジスタ40’ 、 40” 、 50.50’
 、 50“を順次導通させて垂直ライン38’ 、 
38“、 49.49’ 、 49“の信号出力を読出
す。この様にして水平に並んだ一ライン分の各光センサ
セルからの信号を読出した後、垂直ライン38.38’
 、 38“、 49.49’ 、 49“には、出力
ライン41と同様、それの配線容量に起因する信号電荷
が残留しているので、各垂直ライン38.38’ 。
Then, at time t, among the outputs of the horizontal shift register 39, M connected to the vertical lines 38 and 49
Only the output to the gates of transistors 40 and 50 (OS) becomes high as shown in waveform 70, MOS transistors 40 and 50 become conductive, and the output signal enters differential amplifier 55 through output lines 41 and 51,
A signal voltage obtained by subtracting the difference between these, ie, the dark voltage, is output from the output terminal 56. After the signals are read out in this way, signal charges due to the wiring capacitance remain in the output lines 41 and 51, so at time t, the MOS)
A pulse as shown in the pulse waveform 71 is applied to the gate terminals 43 of the transistors 42 and 54, and the MOS transistor 4
2 and 54 are made conductive and output lines 41 and 5 are connected.
1 is grounded, and this remaining signal charge is transferred to the ground. Similarly, the switching MO
8) Transistor 40', 40'', 50.50'
, 50" are sequentially connected to the vertical line 38',
Read the signal outputs of 38", 49.49', 49". After reading the signals from each horizontally arranged line of photosensor cells in this way, the vertical lines 38, 38'
, 38", 49.49', and 49" have residual signal charges due to their wiring capacitances, similar to the output line 41, so each vertical line 38.38'.

38” 、 49.49’ 、 49“に接続されたM
OS)ランジスタ48.48’ 、 48”、 52.
52’ 、 52“を、それのゲート端子45に波形6
5で示される様にbighにして導通させ、この残留信
号電荷をリフレッシュする。
M connected to 38", 49.49', 49"
OS) transistor 48.48', 48", 52.
52', 52'', and waveform 6 is applied to its gate terminal 45.
As shown by 5, it is set to high and conductive to refresh this residual signal charge.

次いで、時刻t、においで、垂直シフトレジスター32
の出力のうち、水平ライン31′に接続された出力およ
び配線46が波形69′のどと(highと4なり、水
平ライン31′および47に接続された各光センサセル
の蓄積電圧が、各垂直ライン38.38’。
Then, at time t, the vertical shift register 32
Of the outputs, the output connected to the horizontal line 31' and the wire 46 become the waveform 69' (high and 4), and the accumulated voltage of each photosensor cell connected to the horizontal lines 31' and 47 is 38.38'.

38“、 49.49’ 、 49“に読出されるわけ
である。以下、順次導と同様の動作により、出力端子5
6から信号が読出され企。
38", 49.49', 49". Thereafter, by the same operation as the sequential conduction, the output terminal 5
A signal was read from 6 and the signal was read out.

本実施例では、前述の如く、IH分の読出し中、水平ア
ドレスラインにhighレベルのアドレス信号を印加し
、又遮光された光センサセル30′を設けているが、こ
れを設けた意味を第5図と第6図を用い、もう少し詳し
く述べる。
In this embodiment, as described above, a high-level address signal is applied to the horizontal address line during IH reading, and a light-shielded optical sensor cell 30' is provided. This will be explained in more detail using Figures and Figure 6.

垂直シフトレジスタの出力波形69は、水平ライン31
に接続された全ての光センサセルの読出し動作が終るま
で、high状態にあるが、このようにしておくと、垂
直ライン38.38’ 、 38“に読出された信号電
圧を、バッファMO81−ランジスタ40゜40’、4
0“を順次導いて出力ライン41に転送する際に、垂直
ライン38.38’ 、 38“と出力ライン41の配
線容量の分割比で電圧が下がることはない。
The output waveform 69 of the vertical shift register is the horizontal line 31
The signal voltage read out to the vertical lines 38, 38', 38'' is transferred to the buffer MO81-transistor 40.゜40', 4
When 0'' is sequentially guided and transferred to the output line 41, the voltage does not drop due to the division ratio of the wiring capacitance between the vertical lines 38, 38' and 38'' and the output line 41.

すなわち、垂直ライン38.38’ 、 38“に読出
された信号電圧は、そのまま出力ライ/41に現れる。
That is, the signal voltages read out to the vertical lines 38, 38', 38'' appear on the output line /41 as they are.

これは遮光された光センサセル30′の読出し動作にお
いても、全く、同様である。従って容苛分割によるゲイ
ン低下が生じない効果がある。しかし、このとき、光セ
ンサセル30のうち、右側にあるものほど読出しパルス
が長い時間かかるので、蓄積時間が同じであるにもかか
わらず、右側にある光センサセルからの出力はど大きく
なってしまう。
This is exactly the same in the readout operation of the light-shielded optical sensor cell 30'. Therefore, there is an effect that no gain reduction occurs due to tolerance division. However, at this time, among the photosensor cells 30 on the right side, the readout pulse takes a longer time, so the output from the photosensor cells on the right side becomes larger even though the storage time is the same.

この現象は遮光された光センサセル30′についても同
様に起こる。したがって、本実施例の差動アンプ55は
、この現象を除去し、かつ、暗電圧信号をも差引く効果
がある。
This phenomenon similarly occurs for the light-shielded optical sensor cell 30'. Therefore, the differential amplifier 55 of this embodiment has the effect of eliminating this phenomenon and also subtracting the dark voltage signal.

まだ、本実施例では、センサ部に用いられる光センサセ
ル30と同一のものが、遮光された第2の光センサセル
30′に用いられ、かつ、第2の光センサセル30′は
センサ部30と同一基板に設けられる。これによって、
センサ部30の温匣変化による暗電流の変化を、近似的
に第2の光センサセル30′の温度変化による暗電流の
変化として検出することができる。
Still, in this embodiment, the same optical sensor cell 30 used in the sensor section is used as the light-shielded second optical sensor cell 30', and the second optical sensor cell 30' is the same as the sensor section 30. Provided on the substrate. by this,
A change in dark current due to a change in the temperature of the sensor unit 30 can be approximately detected as a change in dark current due to a change in temperature of the second photosensor cell 30'.

従って差動アンプ55の出力は、入射光の強度に比°例
し、大出力で、S/N比が大きく、かつ、温度変化に影
響されない光情報信号となる。
Therefore, the output of the differential amplifier 55 is proportional to the intensity of the incident light, and becomes an optical information signal that has a large output, a large S/N ratio, and is not affected by temperature changes.

同、本発明はラインセンサについても適用できる事は君
うまでもない。
It goes without saying that the present invention can also be applied to line sensors.

又、演算子゛段としては、単に減算をするだけでなく、
第1、第2の光電変換素子の出力に夫々所定の重みを付
加してから減算するものであっても良い。
Also, as an operator stage, it not only performs subtraction, but also performs subtraction.
Predetermined weights may be added to the outputs of the first and second photoelectric conversion elements and then subtracted.

又、アドレス信号として水平ラインに印加する信号の場
合を示したが、これに限定されない。
Further, although the case where a signal is applied to a horizontal line as an address signal is shown, the present invention is not limited to this.

(効果) 以上詳細に説明したように、本発明による撮像装置は一
個のトランジスタで一画素を構成できるために、高密度
化が極めて容易であり、しかもプルーミングおよびスミ
ア等の現象が少ない。また、高感度であり、夕°イナミ
ックレンジを広くとることができる。
(Effects) As described in detail above, since the imaging device according to the present invention can configure one pixel with one transistor, it is extremely easy to increase the density, and phenomena such as pluming and smearing are reduced. It also has high sensitivity and can have a wide evening dynamic range.

また、光センサセル自体が増幅機能を有しているので、
大きな出力電圧を得ることができる。
In addition, since the optical sensor cell itself has an amplification function,
A large output voltage can be obtained.

さらに、本発明による撮像装置は、簡単な構成で、容量
分割による出力信号レベルの低下を防ぐ事ができる。
Furthermore, the imaging device according to the present invention has a simple configuration and can prevent the output signal level from decreasing due to capacitance division.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)は、光センサセルの平面図、第1図(b)
はそのA−A’線断面図、 第2図は、上記光センサセルの等価回路図、第3図(a
)は、バイアス電圧Vbs = 0.6 V とした場
合の蓄積電圧Vpに対する読出し電圧の関係を示す図、
第3図(b)は、バイアス電圧Vbsに対する読出し時
間の関係を示す図、 第4図(a)にリフレッシュ動作時の光センサセルの等
価回路図、第4図(b)は、リフレッシュ時間に対する
ベース電位の変化を示す図、 第5図は上記光センサセルを2次元に配列して構成した
本発明による固体撮像装置の一実施例の回路図、 第6図は、本実施例の動作を説明する為のタイミングチ
ャートである。 6・・・ベース領域 7・・・エミッタ領域 8・・・エミッタ電極 9・・・キャパシタを極 30・・・光センサセル(第10光電変換素子)30′
・・・光センサセル(第2の光電変換素子)55・・・
差動アンプ 出 願 人  キャノン株式会社 τ≠ジ I’m(θ) 10         d 第1 回(し少 へイ7スを氏 第476α) 貰啄4−’r(b)
Figure 1(a) is a plan view of the optical sensor cell, Figure 1(b)
2 is an equivalent circuit diagram of the optical sensor cell, and FIG. 3 (a
) is a diagram showing the relationship between the read voltage and the accumulated voltage Vp when the bias voltage Vbs = 0.6 V,
FIG. 3(b) is a diagram showing the relationship between the readout time and the bias voltage Vbs, FIG. 4(a) is an equivalent circuit diagram of a photosensor cell during refresh operation, and FIG. 4(b) is a diagram showing the relationship between the readout time and the bias voltage Vbs. FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention in which the above-mentioned optical sensor cells are arranged two-dimensionally; FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of this embodiment. This is a timing chart for 6...Base region 7...Emitter region 8...Emitter electrode 9...Capacitor as pole 30...Photosensor cell (10th photoelectric conversion element) 30'
... Optical sensor cell (second photoelectric conversion element) 55 ...
Differential amplifier application Person Canon Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 半導体トランジスタの制御電極領域の電位をキャパシタ
を介して制御することにより、前記制御電極領域に光励
起によって発生したキャリアを蓄積する複数の光電変換
素子、各光電変換素子の信号を読み出す為に所定の複数
の光電変換素子の前記制御電極に読み出すべき光電変換
素子を特定するアドレス信号を印加した状態で、上記所
定の複数の光電変換素子の出力を順次読み出すよう光電
変換素子を制御する制御手段、を有する撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion elements accumulate carriers generated by photoexcitation in the control electrode area by controlling the potential of the control electrode area of the semiconductor transistor through a capacitor, and a predetermined plurality of photoelectric conversion elements are used to read out signals from each photoelectric conversion element. control means for controlling the photoelectric conversion element to sequentially read out the outputs of the predetermined plurality of photoelectric conversion elements while applying an address signal specifying a photoelectric conversion element to be read to the control electrode of the photoelectric conversion element. Imaging device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6450461A (en) * 1987-08-20 1989-02-27 Canon Kk Photodetector
KR100373220B1 (en) * 2001-03-12 2003-02-25 주식회사 케이이씨 IR readout circuit using cutout frequency change

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JPS6450461A (en) * 1987-08-20 1989-02-27 Canon Kk Photodetector
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