JP2003274290A - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents
Solid-state imaging device and driving method thereofInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 MOS型固体撮像装置のダイナミックレンジ
を拡大するとともに、低電圧化を図る。
【解決手段】 固体撮像装置の各画素は、フォトダイオ
ードPD、FD部、転送トランジスタ(転送ゲート)T
r1、リセットトランジスタTr2、増幅トランジスタ
Tr3、選択トランジスタTr4を有して構成されてい
る。そして、画像の読み出し時には、転送ゲートTr1
をオンしたままの状態で増幅トランジスタTr3の出力
信号を後段のCDS回路に取り込む。これにより、転送
ゲートTr1とFD部との容量結合を使ってFD部の電
圧を上げることができ、その分、画素内の低電圧化を図
ることができる。また、FD部と転送ゲートTr1のチ
ャネルとフォトダイオードPDとを信号電荷の受け皿と
して使うことにより、取り扱い電子数を増やすことがで
き、ダイナミックレンジを拡大できる。
[PROBLEMS] To increase the dynamic range of a MOS solid-state imaging device and reduce the voltage. SOLUTION: Each pixel of the solid-state imaging device includes a photodiode PD, an FD section, a transfer transistor (transfer gate) T
r1, a reset transistor Tr2, an amplification transistor Tr3, and a selection transistor Tr4. When reading an image, the transfer gate Tr1
The output signal of the amplifying transistor Tr3 is taken into the CDS circuit of the subsequent stage in a state where is turned on. As a result, the voltage of the FD section can be increased by using the capacitive coupling between the transfer gate Tr1 and the FD section, and the voltage in the pixel can be reduced accordingly. In addition, by using the FD section, the channel of the transfer gate Tr1, and the photodiode PD as receivers of signal charges, the number of electrons handled can be increased, and the dynamic range can be expanded.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像領域部を構成
する各画素毎に光電変換素子とその読み出し回路を設け
たMOSセンサ型の固体撮像装置及びその駆動方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOS sensor type solid-state image pickup device having a photoelectric conversion element and a readout circuit for each pixel constituting an image pickup area portion, and a driving method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】図10は、MOSセンサ型の固体撮像装
置における主要部の構成例を示す回路図である。画素1
0は、撮像領域内に2次元配列で多数配置されるもので
あり、各画素には、光電変換素子としてのフォトダイオ
ードPDと、その読み出し回路を構成する4つのMOS
トランジスタTr1〜Tr4が設けられている。フォト
ダイオードPDは、受光量に応じた信号電荷を生成する
ものであり、転送トランジスタ(転送ゲート手段)Tr
1は、転送パルスに基づいてフォトダイオードPDの信
号電荷をフローティングデフュージョン(FD)部に転
送するものである。リセットトランジスタ(リセット手
段)Tr2は、リセットパルスに基づいてFD部の電圧
を定期的に電源電圧Vddにリセットするものである。
増幅トランジスタ(増幅手段)Tr3は、そのゲートに
FD部が接続され、このFD部の電圧変動に応じた出力
信号を出力するものである。選択トランジスタTr4
は、画素行を選択する選択パルスに基づいて増幅トラン
ジスタTr3の出力信号を垂直信号線(出力信号線)1
2に出力するものである。2. Description of the Related Art FIG. 10 is a circuit diagram showing a structural example of a main part in a MOS sensor type solid-state image pickup device. Pixel 1
A large number of 0s are arranged in a two-dimensional array in the image pickup region, and each pixel has a photodiode PD as a photoelectric conversion element and four MOSs constituting a readout circuit thereof.
Transistors Tr1 to Tr4 are provided. The photodiode PD is for generating a signal charge according to the amount of light received, and is a transfer transistor (transfer gate means) Tr.
1 transfers the signal charge of the photodiode PD to the floating diffusion (FD) section based on the transfer pulse. The reset transistor (reset means) Tr2 periodically resets the voltage of the FD section to the power supply voltage Vdd based on the reset pulse.
The FD section is connected to the gate of the amplification transistor (amplification means) Tr3, and outputs an output signal according to the voltage fluctuation of the FD section. Select transistor Tr4
Is a vertical signal line (output signal line) 1 which outputs an output signal of the amplification transistor Tr3 based on a selection pulse for selecting a pixel row.
2 is output.
【0003】垂直信号線12は、画素列毎に設けられて
おり、一方の端部は撮像領域外で定電流源としてのLo
adトランジスタTr5に接続されている。また、垂直
信号線12の他方の端部は、撮像領域外で各画素列毎に
設けられた信号処理回路に接続されている。この信号処
理回路は、撮像領域の次段に設けられて画素信号に各種
の信号処理を施すものであり、この信号処理回路には図
10に示すようなCDS(Correlated Double Samplin
g)回路が含まれている。このCDS回路は、CDS(C
orrelated Double Sampling)回路とは、時系列に2つ
の信号を入力し、その差に比例する信号を出力する回路
である。具体的には、トランジスタTr6、Tr7、T
r8、コンデンサCs、Cr、差動アンプ14を有す
る。The vertical signal line 12 is provided for each pixel column, and one end thereof is Lo as a constant current source outside the imaging region.
It is connected to the ad transistor Tr5. The other end of the vertical signal line 12 is connected to a signal processing circuit provided for each pixel column outside the imaging area. This signal processing circuit is provided in the next stage of the image pickup area and performs various signal processing on pixel signals. This signal processing circuit has a CDS (Correlated Double Samplin) as shown in FIG.
g) Includes circuitry. This CDS circuit is
An orrelated Double Sampling circuit is a circuit that inputs two signals in time series and outputs a signal proportional to the difference. Specifically, the transistors Tr6, Tr7, T
It has r8, capacitors Cs and Cr, and a differential amplifier 14.
【0004】そして、フォトダイオードPDの信号電荷
がFD部に蓄積された時点でのタイミング信号SHSに
よってトランジスタTr6をオンすることにより、コン
デンサCsによって出力信号をホールドするとともに、
FD部がリセットされた時点でのタイミング信号SHR
によってトランジスタTr7をオンすることにより、コ
ンデンサCrによって出力信号をホールドする。そし
て、これら2つのコンデンサCs、Crにホールドした
レベルを差動アンプ14で比較して両者の差分をとり、
この差分値をトランジスタTr8を介して水平信号線1
6に出力する。Then, the transistor Tr6 is turned on by the timing signal SHS at the time when the signal charge of the photodiode PD is accumulated in the FD section, and the output signal is held by the capacitor Cs.
Timing signal SHR at the time when the FD section is reset
By turning on the transistor Tr7 by, the output signal is held by the capacitor Cr. Then, the levels held in these two capacitors Cs and Cr are compared by the differential amplifier 14 to obtain the difference between the two,
This difference value is transferred to the horizontal signal line 1 via the transistor Tr8.
Output to 6.
【0005】図11は、このような構成の固体撮像装置
における従来の動作例を示すタイミングチャートであ
り、図12は、図11に示す動作時における信号電荷の
遷移を示すポテンシャル図である。なお、図11と図1
2でタイミングを示す番号は対応しているものとする。
まず、タイミング0の間、フォトダイオードPDに光電
子が溜まっている。そして、タイミング1で、選択トラ
ンジスタTr4をオンすると、その画素の増幅トランジ
スタTr3が垂直信号線12に接続される。すると、L
oadトランジスタTr5によって決められる定電流
が、Vdd(電源電圧端子)から増幅トランジスタTr
3→垂直信号線12→LoadトランジスタTr5とい
う経路で流れる。増幅トランジスタTr3とLoadト
ランジスタTr5はソースフォロアを組むので、増幅ト
ランジスタTr3のゲート電圧、すなわちFD部の電圧
に対応した電圧が、垂直信号線12に現れる。これは選
択トランジスタTr4をオンしている間、ずっと継続す
る。FIG. 11 is a timing chart showing a conventional operation example in the solid-state image pickup device having such a configuration, and FIG. 12 is a potential diagram showing transition of signal charges during the operation shown in FIG. Note that FIG. 11 and FIG.
It is assumed that the numbers indicating timings in 2 correspond.
First, during timing 0, photoelectrons are accumulated in the photodiode PD. Then, at timing 1, when the selection transistor Tr4 is turned on, the amplification transistor Tr3 of the pixel is connected to the vertical signal line 12. Then L
The constant current determined by the open transistor Tr5 changes from Vdd (power supply voltage terminal) to the amplification transistor Tr5.
It flows in the path of 3 → vertical signal line 12 → Load transistor Tr5. Since the amplification transistor Tr3 and the load transistor Tr5 form a source follower, the gate voltage of the amplification transistor Tr3, that is, the voltage corresponding to the voltage of the FD portion appears on the vertical signal line 12. This continues for as long as the selection transistor Tr4 is turned on.
【0006】次に、タイミング2のリセットパルスで、
FD部をリセットする。この直後のタイミング3におけ
るポテンシャルは、図12の(3)に示すようになる。
図示のように、この時点でフォトダイオードPDに光電
子が溜まっており、FD部はリセット直後の状態であ
る。なお、これ以後の説明を分かりやすくするため、こ
のFD部の電圧がVddにほぼ等しいものとする。タイ
ミング3では、そのFD部の電位に対応した電圧(リセ
ットレベル)が垂直信号線12に現れているので、SH
Rパルスを入力することにより、これをCDS回路のコ
ンデンサCrにサンプルホールドする。Next, with a reset pulse at timing 2,
Reset the FD section. Immediately after this, the potential at timing 3 is as shown in (3) of FIG.
As shown in the figure, photoelectrons are accumulated in the photodiode PD at this time, and the FD portion is in a state immediately after reset. It should be noted that the voltage of the FD portion is assumed to be substantially equal to Vdd in order to facilitate understanding of the description hereafter. At timing 3, since the voltage (reset level) corresponding to the potential of the FD portion appears on the vertical signal line 12, SH
By inputting the R pulse, this is sampled and held in the capacitor Cr of the CDS circuit.
【0007】次に、タイミング4のパルスで、フォトダ
イオードPDの光電子をFD部に転送する。この直後の
タイミング5でのポテンシャルは、図12の(5)に示
すようになる。図示のように、FD部の電位は、光電子
の分だけマイナス側にシフトしている。そして、このF
D部の電位に対応した電圧(信号レベル)が垂直信号線
12に現れているので、SHSパルスを入力することに
より、これをCDS回路のコンデンサCsにサンプルホ
ールドする。CDS回路の差動アンプ14は、以上のよ
うにして各コンデンサCs、Crにホールドされた信号
レベルとリセットレベルの差に比例する電圧を出力す
る。次に、タイミング6で、選択トランジスタTr4を
オフして増幅トランジスタTr3を垂直信号線12から
切り離す。この後、H選択手段(水平スキャナ回路)か
らのトランジスタTr8の制御により、CDS回路の差
動アンプ14の出力を水平信号線16に読み出す。Next, with the pulse of timing 4, the photoelectrons of the photodiode PD are transferred to the FD section. Immediately after this, the potential at timing 5 is as shown in (5) of FIG. As shown in the figure, the potential of the FD section is shifted to the minus side by the amount of photoelectrons. And this F
Since the voltage (signal level) corresponding to the potential of the D section appears on the vertical signal line 12, by inputting the SHS pulse, this is sampled and held in the capacitor Cs of the CDS circuit. The differential amplifier 14 of the CDS circuit outputs a voltage proportional to the difference between the signal level held in each of the capacitors Cs and Cr and the reset level as described above. Next, at timing 6, the selection transistor Tr4 is turned off to disconnect the amplification transistor Tr3 from the vertical signal line 12. After that, the output of the differential amplifier 14 of the CDS circuit is read to the horizontal signal line 16 by controlling the transistor Tr8 from the H selection means (horizontal scanner circuit).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来技術では、以下のような問題点があった。
(1)低電圧化が困難である。すなわち、FD部が実際
にはVddより低い電圧でしかリセットできないため、
そのリセット電圧から信号電圧振幅をとった上でソース
フォロアを安定して動作させなければならないため、リ
セットの電圧降下分と信号振幅分とソースフォロアの動
作電圧とそれらのマージンを見込むと、周辺回路は低電
圧化できるのに、画素の動作電圧が電源電圧を律則して
しまい、低電圧化できないものとなる。However, the above-mentioned conventional techniques have the following problems. (1) It is difficult to reduce the voltage. That is, since the FD section can actually be reset only at a voltage lower than Vdd,
Since the source follower must operate stably after taking the signal voltage amplitude from the reset voltage, when considering the reset voltage drop, the signal amplitude, the operating voltage of the source follower, and their margins, the peripheral circuit Can reduce the voltage, but the operating voltage of the pixel regulates the power supply voltage, so that the voltage cannot be reduced.
【0009】(2)フォトダイオードの大容量化ができ
ないため、ダイナミックレンジが狭い。すなわち、フォ
トダイオードを大容量化すると、それに対してFD部の
容量も大きくしないと、フォトダイオードの光電子をF
D部が受けきれず、フォトダイオードに電子が残ってし
まうという問題がある。しかし、FD部の容量を大きく
することは電荷を電圧に変換する効率を下げることにな
り、感度を落とす要因となる。また、画素面積も大きく
してしまう。したがって、フォトダイオードの大容量化
ができず、ダイナミックレンジの拡大が困難なものとな
る。(2) The dynamic range is narrow because the capacity of the photodiode cannot be increased. In other words, if the capacity of the photodiode is increased, the capacity of the FD section must also be increased to increase the photoelectrons of the photodiode.
There is a problem that the portion D cannot be received and electrons remain in the photodiode. However, increasing the capacity of the FD portion lowers the efficiency of converting charges into voltage, which is a factor of reducing sensitivity. Moreover, the pixel area is also increased. Therefore, the capacity of the photodiode cannot be increased, and it becomes difficult to expand the dynamic range.
【0010】そこで本発明の目的は、ダイナミックレン
ジを拡大できるとともに、低電圧化を図ることが可能な
固体撮像装置及びその駆動方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device capable of expanding the dynamic range and reducing the voltage, and a driving method thereof.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、半導体基板に複数の画素よりなる撮像領域部
と、前記撮像領域部を制御する周辺回路部とを設けて構
成され、前記撮像領域部の各画素が、受光量に応じた信
号電荷を生成する光電変換素子と、前記光電変換素子に
よって生成された信号電荷をフローティングデフュージ
ョン部に転送する転送ゲート手段と、前記フローティン
グデフュージョン部の電圧に応じた電気信号を出力信号
線に出力する増幅手段と、前記フローティングデフュー
ジョン部の電圧をリセットするリセット手段とを有して
構成された固体撮像装置において、前記転送ゲート手段
がオンした状態で前記出力信号線に出力される電気信号
を前記周辺回路部に設けられた信号処理回路で取り込
み、この取り込んだ信号から撮像信号を生成することを
特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises a semiconductor substrate provided with an image pickup area section comprising a plurality of pixels and a peripheral circuit section for controlling the image pickup area section. Each pixel in the imaging region section generates a photoelectric charge according to the amount of received light, a photoelectric conversion element, a transfer gate unit that transfers the signal charge generated by the photoelectric conversion element to a floating diffusion section, and the floating diffusion. In the solid-state imaging device configured to include an amplifying unit that outputs an electric signal corresponding to the voltage of the unit to an output signal line and a reset unit that resets the voltage of the floating diffusion unit, the transfer gate unit is turned on. In this state, the electric signal output to the output signal line is taken in by the signal processing circuit provided in the peripheral circuit section, and the electric signal is taken in. And generates an image signal from the item.
【0012】また、本発明は、半導体基板に複数の画素
よりなる撮像領域部と、前記撮像領域部を制御する周辺
回路部とを設けて構成され、前記撮像領域部の各画素
が、受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子
と、前記光電変換素子によって生成された信号電荷をフ
ローティングデフュージョン部に転送する転送ゲート手
段と、前記フローティングデフュージョン部の電圧に応
じた電気信号を出力信号線に出力する増幅手段と、前記
フローティングデフュージョン部の電圧をリセットする
リセット手段とを有して構成された固体撮像装置の駆動
方法において、前記転送ゲート手段がオンした状態で前
記出力信号線に出力される電気信号を前記周辺回路部に
設けられた信号処理回路で取り込み、この取り込んだ信
号から撮像信号を生成することを特徴とする。Further, according to the present invention, a semiconductor substrate is provided with an image pickup area portion composed of a plurality of pixels and a peripheral circuit portion for controlling the image pickup area portion, and each pixel of the image pickup area portion receives a light receiving amount. , A transfer gate means for transferring the signal charge generated by the photoelectric conversion element to the floating diffusion portion, and an electric signal corresponding to the voltage of the floating diffusion portion are output. In a method for driving a solid-state imaging device, which comprises an amplifying means for outputting to a signal line and a resetting means for resetting a voltage of the floating diffusion part, the output signal line in a state where the transfer gate means is turned on. The electric signal output to the device is captured by the signal processing circuit provided in the peripheral circuit section, and an image pickup signal is generated from the captured signal. And wherein the Rukoto.
【0013】本発明の固体撮像装置及びその駆動方法で
は、転送ゲート手段がオンした状態で出力信号線に出力
される電気信号を周辺回路部に設けられた信号処理回路
で取り込み、この取り込んだ信号から撮像信号を生成す
るようにした。したがって、転送ゲート手段とフローテ
ィングデフュージョン部との容量結合を使ってフローテ
ィングデフュージョン部の電圧を上げることができ、そ
の分、画素内の低電圧化を図ることができる。また、フ
ローティングデフュージョン部と転送ゲート手段のチャ
ネルと光電変換素子とを信号電荷の受け皿として使える
ので、取り扱い電子数を増やすことができ、ダイナミッ
クレンジを拡大できる。In the solid-state image pickup device and the driving method thereof according to the present invention, the electric signal output to the output signal line in the state where the transfer gate means is turned on is taken in by the signal processing circuit provided in the peripheral circuit section, and the taken signal is taken. The imaging signal is generated from the. Therefore, the voltage of the floating diffusion portion can be increased by using the capacitive coupling between the transfer gate means and the floating diffusion portion, and the voltage in the pixel can be reduced accordingly. Moreover, since the floating diffusion portion, the channel of the transfer gate means and the photoelectric conversion element can be used as a tray for receiving the signal charges, the number of handled electrons can be increased and the dynamic range can be expanded.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明による固体撮像装置
及びその駆動方法の実施の形態例について説明する。本
実施の形態例は、CMOSセンサ型固体撮像装置を低電
圧で広ダイナミックレンジに駆動する方法を提供するも
のであり、CMOSセンサの各画素信号を読み出す際
に、各画素の転送ゲート手段をオンしたまま画素信号の
出力信号線の電圧を読み出すことにより、容量結合の分
だけ低電圧化を実現し、かつ、取り扱い電荷量を増やす
ことで、飽和不足を解決し、ダイナミックレンジを拡大
するようにしたものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a solid-state image pickup device and a driving method thereof according to the present invention will be described below. The present embodiment provides a method for driving a CMOS sensor type solid-state image pickup device in a wide dynamic range at a low voltage, and turns on the transfer gate means of each pixel when reading each pixel signal of the CMOS sensor. By reading the voltage of the output signal line of the pixel signal as it is, the voltage can be lowered by the amount of capacitive coupling, and by increasing the amount of charge handled, saturation shortage can be resolved and the dynamic range expanded. It was done.
【0015】図1は、本実施の形態によるMOSセンサ
型の固体撮像装置の全体構成例を示す概略平面図であ
る。この固体撮像装置は、半導体チップ110上に形成
された撮像画素部112、V選択手段114、H選択手
段116、タイミングジェネレータ(TG)118、C
DS部120、定電流部122、水平信号線124、出
力部126等を含んでいる。FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the overall structure of a MOS sensor type solid-state image pickup device according to this embodiment. This solid-state image pickup device includes an image pickup pixel section 112 formed on a semiconductor chip 110, a V selection unit 114, an H selection unit 116, a timing generator (TG) 118, and a C.
It includes a DS section 120, a constant current section 122, a horizontal signal line 124, an output section 126 and the like.
【0016】撮像画素部112には、上述した撮像領域
を構成するものであり、多数の画素が2次元マトリクス
状に配列され、各画素には、図10に示したものと同様
に、フォトダイオードPD、FD部、転送トランジスタ
Tr1、リセットトランジスタTr2、増幅トランジス
タTr3、及び選択トランジスタTr4等が設けられて
いる。なお、以下の説明では、図10に示す符号を適宜
援用して説明する。また、撮像画素部112の各画素
は、V選択手段114によって垂直方向に水平ライン
(画素行)単位で順次選択され、タイミングジェネレー
タ118からの各種パルス信号によって各画素のMOS
トランジスタが制御されることにより、各画素信号が垂
直信号線を通して画素列毎にCDS部120に読み出さ
れる。The image pickup pixel section 112 constitutes the above-mentioned image pickup area, and a large number of pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and each pixel has a photodiode similar to that shown in FIG. A PD, an FD section, a transfer transistor Tr1, a reset transistor Tr2, an amplification transistor Tr3, a selection transistor Tr4 and the like are provided. In addition, in the following description, the reference numerals shown in FIG. Further, each pixel of the image pickup pixel unit 112 is sequentially selected in the vertical direction in units of horizontal lines (pixel rows) in the vertical direction, and various pulse signals from the timing generator 118 are applied to the MOS of each pixel.
By controlling the transistors, each pixel signal is read out to the CDS unit 120 for each pixel column through the vertical signal line.
【0017】CDS部120は、撮像画素部112の画
素列毎に、上述した図10に示すCDS回路を設けたも
のであり、撮像画素部112の各画素列から読み出され
た画素信号に対し、CDS処理を行い、その画素信号を
水平信号線124を介して出力部126に出力する。出
力部126には、CDS回路からの画素信号に対し、自
動利得変換(AGC)、アナログ/デジタル(A/D)
変換、増幅等の処理を行う各回路を設けたものである。
また、H選択手段116は、CDS部120からの画素
信号出力を水平方向に選択して、これを水平信号線12
4に出力するものである。The CDS section 120 is provided with the above-described CDS circuit shown in FIG. 10 for each pixel column of the image pickup pixel section 112, and for the pixel signals read from each pixel row of the image pickup pixel section 112. , CDS processing, and outputs the pixel signal to the output unit 126 via the horizontal signal line 124. The output unit 126 provides automatic gain conversion (AGC) and analog / digital (A / D) for pixel signals from the CDS circuit.
Each circuit is provided for performing processing such as conversion and amplification.
Further, the H selection means 116 selects the pixel signal output from the CDS section 120 in the horizontal direction, and selects it as the horizontal signal line 12.
4 is output.
【0018】また、定電流部122は、上述のような撮
像画素部112に対し、各画素列毎に定電流源を供給す
るものである。また、タイミングジェネレータ118
は、上述した撮像画素部112の各画素以外の各部にも
各種のタイミング信号を供給している。また、出力部1
26は、水平信号線124から送られてきたデジタル信
号を半導体チップ110の外部端子に出力するものであ
る。なお、このような構成自体は、基本的に従来と同様
のものであり、本発明は、以下に説明する駆動方法に特
徴を有するものである。The constant current section 122 supplies a constant current source to the above-described image pickup pixel section 112 for each pixel column. Also, the timing generator 118
Supplies various timing signals to each part of the imaging pixel unit 112 other than each pixel. Also, the output unit 1
26 outputs a digital signal sent from the horizontal signal line 124 to an external terminal of the semiconductor chip 110. Note that such a configuration itself is basically the same as the conventional one, and the present invention is characterized by the driving method described below.
【0019】図2は、本実施の形態例による固体撮像装
置における第1の動作例(第1実施例)を示すタイミン
グチャートであり、図3は、図2に示す第1実施例の動
作時における信号電荷の遷移を示すポテンシャル図であ
る。なお、図2と図3でタイミングを示す番号は対応し
ているものとする。本例において、図2のタイミング2
〜6で選択トランジスタTr4がオンしている期間は、
FD部の電位に対応する電圧が垂直信号線に出力されて
いるのは従来例と同じである。しかし、図2では、タイ
ミング2のリセットパルス(第1のリセットパルス)で
FD部をリセットする。また、タイミング3で転送ゲー
トTr1をオンした状態でCDS回路のトランジスタT
r6にSHSパルスを入力し、垂直信号線12の電圧
(信号レベル)をCDS回路のコンデンサCsに取り込
む。ここではフォトダイオードPDの光電子がFD部に
転送されてポテンシャルは図3の(3)に示す状態とな
っている。FIG. 2 is a timing chart showing a first operation example (first embodiment) of the solid-state image pickup device according to the present embodiment, and FIG. 3 is an operation time of the first embodiment shown in FIG. 6 is a potential diagram showing a transition of signal charges in FIG. Note that the numbers indicating the timings in FIGS. 2 and 3 correspond to each other. In this example, the timing 2 of FIG.
During the period when the selection transistor Tr4 is turned on in ~ 6,
As in the conventional example, the voltage corresponding to the potential of the FD section is output to the vertical signal line. However, in FIG. 2, the FD unit is reset by the reset pulse at timing 2 (first reset pulse). At timing 3, the transfer gate Tr1 is turned on and the transistor T of the CDS circuit is turned on.
The SHS pulse is input to r6 and the voltage (signal level) of the vertical signal line 12 is taken into the capacitor Cs of the CDS circuit. Here, the photoelectrons of the photodiode PD are transferred to the FD section, and the potential is in the state shown in (3) of FIG.
【0020】ここで従来例と異なるのは、(1)転送ゲ
ートTr1にHighレベルのゲート信号が入っている
ので、転送ゲートTr1のチャネル下も電圧の高い状態
になっていることと、(2)FD部に光電子が存在する
が、転送ゲートTr1とFD部との容量結合によって、
リセット電圧(ここではおよそVdd)よりも高い電圧
から光電子が溜まっている、ことである。本例では、特
に後者が重要である。これによって画素の駆動電圧が低
電圧化できる。この転送ゲートTr1とFD部の容量結
合分は、電源電圧2.5Vに対して、およそ0.5V程
度であり、低電圧化に重要な役割を果たすことになる。Here, the difference from the conventional example is that (1) the transfer gate Tr1 receives a high-level gate signal, so that the voltage is high even under the channel of the transfer gate Tr1. ) Photoelectrons exist in the FD section, but due to capacitive coupling between the transfer gate Tr1 and the FD section,
That is, photoelectrons are accumulated from a voltage higher than the reset voltage (here, about Vdd). In this example, the latter is particularly important. As a result, the driving voltage of the pixel can be lowered. The capacitive coupling between the transfer gate Tr1 and the FD section is about 0.5 V with respect to the power supply voltage of 2.5 V, and plays an important role in lowering the voltage.
【0021】次に、図2に戻って説明を続けると、上述
したタイミング3の後で転送パルスを立ち下げた後、タ
イミング4でFD部を第2のリセットパルスによってリ
セットし、再び転送パルスを立上げ、タイミング5で、
トランジスタTr7にSHRパルスを入力し、垂直信号
線12の電圧(リセットレベル)をCDS回路のコンデ
ンサCrに入力する。この時点でのポテンシャルは、図
3の(5)に示すような状態となる。ここでは転送ゲー
トTr1とFD部との容量結合によって、FD部はリセ
ット電圧(およそVdd)よりも高い電圧になってい
る。この分が上述のように低電圧化に寄与する。この
後、CDS回路の差動アンプ14は上記信号レベルとリ
セットレベルの差に比例する信号を出力し、次いで、転
送ゲートTr1、選択ゲートTr4を閉じて画素の動作
が終了する。Next, returning to FIG. 2 and continuing the explanation, after the transfer pulse is made to fall after the above-mentioned timing 3, the FD section is reset by the second reset pulse at timing 4 and the transfer pulse is again made. Start up, at timing 5,
The SHR pulse is input to the transistor Tr7, and the voltage (reset level) of the vertical signal line 12 is input to the capacitor Cr of the CDS circuit. The potential at this point is in the state shown in (5) of FIG. Here, due to capacitive coupling between the transfer gate Tr1 and the FD section, the FD section has a voltage higher than the reset voltage (approximately Vdd). This amount contributes to lowering the voltage as described above. After that, the differential amplifier 14 of the CDS circuit outputs a signal proportional to the difference between the signal level and the reset level, and then the transfer gate Tr1 and the selection gate Tr4 are closed to complete the operation of the pixel.
【0022】なお、撮像画素部112において、各画素
10は行列状に配列されており、この走査で1行分の画
素が全て同時に駆動され、1行分の画素信号がCDS回
路を配列したCDS部に同時に読み出されて、保持され
る。その後、光電子蓄積期間に入る。そして、図2では
省略しているが、この期間にH選択手段116を動作さ
せて、CDS回路の出力を順番に水平信号線116に導
いて出力する。この後、V選択手段114で次の行を選
択し、同様の動作を行えば、次の行の信号が読み出さ
る。そして、このV選択手段114で順次走査すること
によって、全ての行の信号を読み出すことができる。こ
のようにして低電圧、広ダイナミックレンジの固体撮像
装置を実現することができる。In the image pickup pixel section 112, the pixels 10 are arranged in a matrix form, all the pixels for one row are simultaneously driven by this scanning, and the pixel signals for one row are arranged in a CDS in which CDS circuits are arranged. It is simultaneously read out and held in the unit. Then, the photoelectron accumulation period starts. Although not shown in FIG. 2, the H selection means 116 is operated during this period, and the output of the CDS circuit is sequentially guided to the horizontal signal line 116 and output. After that, if the next row is selected by the V selection means 114 and the same operation is performed, the signal of the next row is read out. Then, the signals of all rows can be read by sequentially scanning with the V selection means 114. In this way, a low-voltage, wide dynamic range solid-state imaging device can be realized.
【0023】次に、第2の動作例(第2実施例)につい
て説明する。この第2実施例は、フォトダイオードPD
のポテンシャル井戸が深かったり、容量が大きくて光電
子をFD部で受けきれない場合に対応することを目的と
したものである。図4は、この第2実施例における動作
を示すタイミングチャートであり、図5は、図4に示す
第2実施例の動作時における信号電荷の遷移を示すポテ
ンシャル図である。なお、図4と図5でタイミングを示
す番号は対応しているものとする。まず、選択トランジ
スタTr4をオンした後、リセットパルス(第1のリセ
ットパルス)を入力してから転送ゲートTr1をオン
し、タイミング3でSHSパルスにより垂直信号線12
の電圧(信号レベル)をコンデンサCsに取り込むこと
は第1実施例と同じである。このとき、FD部で光電子
が受けきれないと、図5の(3)に示すように転送ゲー
トTr1のチャネルやフォトダイオードPDにまで光電
子が存在する。この状態で信号を出すので、従来の転送
ゲートTr1をオフしてフォトダイオードPDとFD部
を分離する場合と異なり、全光電子の信号を読み出すこ
とができる。Next, a second operation example (second embodiment) will be described. In the second embodiment, the photodiode PD
The purpose is to cope with the case where the potential well is deep or the capacity is large and the FD portion cannot receive photoelectrons. FIG. 4 is a timing chart showing the operation in the second embodiment, and FIG. 5 is a potential diagram showing the transition of signal charges during the operation of the second embodiment shown in FIG. Note that the numbers indicating the timings in FIGS. 4 and 5 correspond to each other. First, after turning on the selection transistor Tr4, a reset pulse (first reset pulse) is input and then the transfer gate Tr1 is turned on, and at timing 3, the vertical signal line 12 is turned on by the SHS pulse.
The voltage (signal level) of is taken into the capacitor Cs is the same as in the first embodiment. At this time, if the FD portion cannot receive the photoelectrons, the photoelectrons exist even in the channel of the transfer gate Tr1 and the photodiode PD as shown in (3) of FIG. Since the signal is output in this state, all the photoelectron signals can be read, unlike the case where the conventional transfer gate Tr1 is turned off and the photodiode PD and the FD portion are separated.
【0024】図6は、フォトダイオードにおける受光光
量と出力信号量との関係を示す説明図である。図示のよ
うに、光量が小さい場合はFD部で光電子を受けきれる
ので、光量−出力曲線の傾きが比較的大きい。また、光
量が増えると、FD部と転送ゲートTr1のチャネルで
受けるようになるので、傾きがなだらかになる。そし
て、光量がさらに増えると、フォトダイオードPDにも
光電子が残るようになるので、さらに傾きがなだらかに
なる。このように、光電子をFD部で受けきれない場合
でも、暗いところは感度を高くし、明るいところは感度
を落とすことにより、取り扱い光電子数を多くした出力
が可能である。次に、リセットゲートTr2もオン(活
性化)すると、FD部とフォトダイオードPDが両方リ
セットされる。特にFD部はおよそVddの電圧にリセ
ットされる。それからタイミング4で転送ゲートTr1
をオフすると、容量結合でFD部の電圧が下がろうとす
るが、リセットゲートTr2がオン(活性化)している
ので、FD部の電位はやはりおよそVddに保たれる。
この順番が図2で示した第1実施例との相違であり、順
番が逆であるとフォトダイオードPDに残った光電子が
リセットされないことになる。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of received light and the amount of output signal in the photodiode. As shown in the figure, when the light amount is small, the FD portion can receive the photoelectrons, and therefore the slope of the light amount-output curve is relatively large. Further, when the amount of light increases, the light is received by the channel of the FD section and the transfer gate Tr1, so that the inclination becomes gentle. When the amount of light further increases, photoelectrons also remain in the photodiode PD, so that the inclination becomes gentler. As described above, even when the FD unit cannot receive photoelectrons, it is possible to increase the number of photoelectrons handled by increasing the sensitivity in dark areas and decreasing the sensitivity in bright areas. Next, when the reset gate Tr2 is also turned on (activated), both the FD section and the photodiode PD are reset. Particularly, the FD section is reset to the voltage of approximately Vdd. Then, at timing 4, the transfer gate Tr1
When is turned off, the voltage of the FD section tends to decrease due to capacitive coupling, but since the reset gate Tr2 is turned on (activated), the potential of the FD section is still maintained at about Vdd.
This order is different from the first embodiment shown in FIG. 2, and if the order is reversed, the photoelectrons remaining in the photodiode PD will not be reset.
【0025】それからリセットゲートTr2をオフ(不
活性化)して、次に転送ゲートTr1をオンすると、タ
イミング5では第1実施例と同じ状態に復帰する。この
ときの垂直信号線12の電圧(リセットレベル)をSH
RパルスによりコンデンサCrに取り込んで処理し、転
送ゲートTr1と選択トランジスタTr4をオフするの
は第1実施例と同様である。これにより、フォトダイオ
ードPDの飽和電子数が多くてFD部で受けきれない場
合でも、暗いところは感度が高く、明るいところは感度
が落ち、取り扱い光電子数を多くした出力が可能であ
る。また、転送ゲートTr1とFD部の容量結合を用い
た低電圧化の効果も第1実施例と同じなのは明らかであ
る。もちろん、フォトダイオードPDの飽和光電子数が
少なく、FD部で全て受けきれる場合に、この動作を行
っても何ら問題は無いものである。Then, when the reset gate Tr2 is turned off (deactivated) and then the transfer gate Tr1 is turned on, at timing 5, the same state as in the first embodiment is restored. The voltage (reset level) of the vertical signal line 12 at this time is set to SH.
It is the same as in the first embodiment that the transfer gate Tr1 and the selection transistor Tr4 are turned off by taking in the capacitor Cr for processing by the R pulse. Thus, even when the photodiode PD has a large number of saturated electrons and cannot be received by the FD portion, the dark area has a high sensitivity, the bright area has a low sensitivity, and an output with a large number of handled photoelectrons is possible. Further, it is clear that the effect of lowering the voltage by using the capacitive coupling between the transfer gate Tr1 and the FD portion is the same as that of the first embodiment. Of course, if the photodiode PD has a small number of saturated photoelectrons and the FD portion can fully receive it, there is no problem even if this operation is performed.
【0026】次に、第3の動作例(第3実施例)につい
て説明する。この第3実施例は、ダイナミックレンジを
さらに拡大することが可能な駆動方法を提供するもので
ある。図7は、この第3実施例における動作を示すタイ
ミングチャートである。また、この第3実施例における
ポテンシャル図は図5と共通であるので、これを援用し
て説明する。なお、図7と図5でタイミングを示す番号
は対応しているものとする。この第3実施例は、上記第
2実施例の動作に対して、図4に示した選択トランジス
タTr4のオン直後のリセットパルスが無いことが異な
る。光量が大きい場合には、タイミング0の光電子蓄積
期間中にフォトダイオードPDからFD部に電子が溢
れ、FD部にも光電子が溜まっているが、タイミング3
では、これをリセットすることなく、フォトダイオード
PDから転送された光電子が加算された状態になってい
る(図5参照)。Next, a third operation example (third embodiment) will be described. The third embodiment provides a driving method capable of further expanding the dynamic range. FIG. 7 is a timing chart showing the operation in the third embodiment. Further, the potential diagram in the third embodiment is common to that in FIG. 5, and therefore will be described with reference to this. Note that the numbers indicating the timings in FIGS. 7 and 5 correspond to each other. The third embodiment differs from the operation of the second embodiment in that there is no reset pulse immediately after turning on the select transistor Tr4 shown in FIG. When the amount of light is large, electrons overflow from the photodiode PD to the FD portion during the photoelectron accumulation period of timing 0, and photoelectrons are also accumulated in the FD portion.
Then, the photoelectrons transferred from the photodiode PD are added without resetting them (see FIG. 5).
【0027】この後の動作は第2実施例と同じである。
したがって、この第3実施例では、第2実施例と同じ効
果を保持したまま、取り扱い電荷量がフォトダイオード
PDの飽和量ではなく、フォトダイオードPDの飽和量
とFD部の飽和量の和まで増える。ただし、この第3実
施例では、タイミング0の期間にFD部に溜まっていた
暗電荷(光に関係なく発生する雑音成分)を一緒に読み
出してしまうことになるため、ノイズ的には不利であ
る。そこで、固体撮像装置の用途に応じて、低ノイズ化
が可能な第2実施例の駆動方法と、ダイナミックレンジ
の拡大が可能な第3実施例の駆動方法を適宜選択して採
用することが好ましい。The subsequent operation is the same as in the second embodiment.
Therefore, in the third embodiment, the amount of charge handled increases to the sum of the saturation amount of the photodiode PD and the saturation amount of the FD portion, instead of the saturation amount of the photodiode PD, while maintaining the same effect as in the second embodiment. . However, in the third embodiment, the dark charge (noise component generated regardless of light) accumulated in the FD portion during the period of timing 0 is also read out, which is disadvantageous in terms of noise. . Therefore, it is preferable to appropriately select and adopt the driving method of the second embodiment capable of reducing the noise and the driving method of the third embodiment capable of expanding the dynamic range according to the application of the solid-state imaging device. .
【0028】次に、第4の動作例(第4実施例)につい
て説明する。この第4実施例は、ダイナミックレンジを
拡大しつつ、動作時間を節約する駆動方法を提供するも
のである。図8は、この第4実施例における動作を示す
タイミングチャートであり、図9は、図8に示す第4実
施例の動作時における信号電荷の遷移を示すポテンシャ
ル図である。なお、図8と図9でタイミングを示す番号
は対応しているものとする。この第4実施例において、
選択トランジスタTr4のオン直後のリセットパルスが
無いことは、上記第3実施例と同様である。次に、タイ
ミング2で転送ゲートTr1をオンし、タイミング3で
SHSパルスを入力して信号レベルをコンデンサCsに
取り込む。そして、タイミング4でリセットし、タイミ
ング5でSHRパルスを入力してリセットレベルをコン
デンサCrに取り込む。この場合のタイミング3とタイ
ミング5のポテンシャルは、図9の(3)(5)に示す
ような状態となる。Next, a fourth operation example (fourth embodiment) will be described. The fourth embodiment provides a driving method that saves operating time while expanding the dynamic range. FIG. 8 is a timing chart showing the operation in the fourth embodiment, and FIG. 9 is a potential diagram showing the transition of signal charges during the operation in the fourth embodiment shown in FIG. Note that the numbers indicating the timings in FIGS. 8 and 9 correspond to each other. In this fourth embodiment,
The fact that there is no reset pulse immediately after the selection transistor Tr4 is turned on is the same as in the third embodiment. Next, the transfer gate Tr1 is turned on at the timing 2, and the SHS pulse is input at the timing 3 to capture the signal level in the capacitor Cs. Then, it is reset at the timing 4, and the SHR pulse is input at the timing 5 to capture the reset level in the capacitor Cr. In this case, the potentials at timing 3 and timing 5 are as shown in (3) and (5) of FIG.
【0029】また、FD部をリセットするときも、転送
ゲートTr1をオンしているので、タイミング5のFD
部のリセット電圧は、これまでの結合容量による上昇効
果は無く、この場合、およそVddになっている。ま
た、タイミング3ではFD部に光電子が転送されている
が、上述した図5の(3)のように、その電圧から光電
子が溜まる。したがって、低電圧化の効果は無い。しか
し、取り扱い電荷量がフォトダイオードPDの飽和量と
FD部の飽和量の和となり、ダイナミックレンジが広が
ることは第3実施例と同じてあり、ダイナミックレンジ
を拡大する効果は得ることができる。そして、この第4
実施例では、駆動パルスが簡単であるので、動作時間を
節約したい場合に有効である。Further, even when the FD section is reset, the transfer gate Tr1 is turned on.
The reset voltage of the section has no increase effect by the coupling capacitance so far, and is about Vdd in this case. Further, at timing 3, the photoelectrons are transferred to the FD portion, but the photoelectrons are accumulated from the voltage as in (3) of FIG. 5 described above. Therefore, there is no effect of lowering the voltage. However, the handling charge amount is the sum of the saturation amount of the photodiode PD and the saturation amount of the FD portion, and the dynamic range is widened, as in the third embodiment, and the effect of widening the dynamic range can be obtained. And this fourth
In the embodiment, since the driving pulse is simple, it is effective when it is desired to save the operation time.
【0030】以上、本実施の形態例における4つの実施
例について説明してきたが、いずれも電子シャッタ機能
を設けることが可能である。また、画素のトランジスタ
をNMOSとしたが、これをPMOSとして電圧の極性
を入れ替えても同様である。また、光電変換素子はフォ
トダイオードでなくともよく、例えばフォトゲート等で
あっても良い。また、駆動方法は、例えば上述の例でリ
セットパルスを1個としたところを、複数個のパルスで
実行するなど、本発明の趣旨を変えない範囲で種々変形
することが可能である。The four examples of the present embodiment have been described above, but any of them can be provided with an electronic shutter function. Further, although the transistor of the pixel is the NMOS, the same applies when the polarity of the voltage is switched by using the PMOS as the PMOS. Further, the photoelectric conversion element may not be a photodiode, but may be, for example, a photogate or the like. Further, the driving method can be variously modified within a range that does not change the gist of the present invention, for example, a case where one reset pulse is used in the above-mentioned example, and a plurality of pulses are executed.
【0031】また、上述の例では、垂直信号線に画素か
ら電圧が出力される構成としたが、出力信号線は水平方
向の配線であってもよく、また、出力信号は電流信号で
あっても良い。また、画素構造としては、上述のように
4つのトランジスタで構成する方式のものに限らない。
また、次段の信号処理回路として、CDS回路を例とし
たが、例えばCDSの効果をもつA/D変換器等であっ
ても良いし、単にリセットレベルと信号レベルを保持す
るだけの回路として、CDSについては、さらに後段に
配置するような構成を採用することも可能である。この
ように本発明は種々の構成で実施することができる。In the above example, the pixel outputs the voltage to the vertical signal line, but the output signal line may be a horizontal wiring, and the output signal is a current signal. Is also good. Further, the pixel structure is not limited to the one configured by four transistors as described above.
Further, the CDS circuit is taken as an example of the signal processing circuit of the next stage, but it may be an A / D converter having a CDS effect, for example, or a circuit that merely holds the reset level and the signal level. , CDS may be arranged further downstream. As described above, the present invention can be implemented in various configurations.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像装
置によれば、転送ゲート手段がオンした状態で出力信号
線に出力される電気信号を周辺回路部に設けられた信号
処理回路で取り込み、この取り込んだ信号から撮像信号
を生成することから、転送ゲート手段とフローティング
デフュージョン部との容量結合を使ってフローティング
デフュージョン部の電圧を上げることができ、その分、
画素内の低電圧化を図ることができる。また、フローテ
ィングデフュージョン部と転送ゲート手段のチャネルと
光電変換素子とを信号電荷の受け皿として使えるので、
取り扱い電子数を増やすことができ、ダイナミックレン
ジを拡大できる。As described above, according to the solid-state image pickup device of the present invention, the electric signal output to the output signal line with the transfer gate means turned on is captured by the signal processing circuit provided in the peripheral circuit section. , Since the imaging signal is generated from the captured signal, the voltage of the floating diffusion portion can be increased by using the capacitive coupling between the transfer gate means and the floating diffusion portion,
It is possible to reduce the voltage in the pixel. Moreover, since the floating diffusion portion, the channel of the transfer gate means, and the photoelectric conversion element can be used as a tray for receiving the signal charge,
The number of handled electrons can be increased and the dynamic range can be expanded.
【0033】また同様に、本発明の固体撮像装置の駆動
方法によれば、転送ゲート手段がオンした状態で出力信
号線に出力される電気信号を周辺回路部に設けられた信
号処理回路で取り込み、この取り込んだ信号から撮像信
号を生成することから、転送ゲート手段とフローティン
グデフュージョン部との容量結合を使ってフローティン
グデフュージョン部の電圧を上げることができ、その
分、画素内の低電圧化を図ることができる。また、フロ
ーティングデフュージョン部と転送ゲート手段のチャネ
ルと光電変換素子とを信号電荷の受け皿として使えるの
で、取り扱い電子数を増やすことができ、ダイナミック
レンジを拡大できる。Similarly, according to the driving method of the solid-state image pickup device of the present invention, the electric signal output to the output signal line with the transfer gate means turned on is captured by the signal processing circuit provided in the peripheral circuit section. , Since the image pickup signal is generated from the captured signal, the voltage of the floating diffusion portion can be increased by using the capacitive coupling between the transfer gate means and the floating diffusion portion, and the voltage in the pixel can be reduced accordingly. Can be achieved. Moreover, since the floating diffusion portion, the channel of the transfer gate means and the photoelectric conversion element can be used as a tray for receiving the signal charges, the number of handled electrons can be increased and the dynamic range can be expanded.
【図1】本発明の実施の形態によるMOSセンサ型の固
体撮像装置の全体構成例を示す概略平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view showing an overall configuration example of a MOS sensor type solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施例における動作を示すタイミ
ングチャートである。FIG. 2 is a timing chart showing an operation in the first embodiment of the present invention.
【図3】図2に示す第1実施例の動作時における信号電
荷の遷移を示すポテンシャル図である。FIG. 3 is a potential diagram showing transition of signal charges during the operation of the first embodiment shown in FIG.
【図4】本発明の第2実施例における動作を示すタイミ
ングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing an operation in the second embodiment of the present invention.
【図5】図4に示す第2実施例の動作時における信号電
荷の遷移を示すポテンシャル図である。FIG. 5 is a potential diagram showing transition of signal charges during operation of the second embodiment shown in FIG.
【図6】本発明の第2〜第4実施例におけるフォトダイ
オードの受光光量と出力信号量との関係を示す説明図で
ある。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of received light and the amount of output signal of the photodiode in the second to fourth examples of the present invention.
【図7】本発明の第3実施例における動作を示すタイミ
ングチャートである。FIG. 7 is a timing chart showing an operation in the third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第4実施例における動作を示すタイミ
ングチャートである。FIG. 8 is a timing chart showing an operation in the fourth embodiment of the present invention.
【図9】図8に示す第4実施例の動作時における信号電
荷の遷移を示すポテンシャル図である。FIG. 9 is a potential diagram showing transition of signal charges during operation of the fourth embodiment shown in FIG.
【図10】従来のMOSセンサ型の固体撮像装置におけ
る出力要部の構成例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of an output main part in a conventional MOS sensor type solid-state imaging device.
【図11】図10に示す固体撮像装置の動作例を示すタ
イミングチャートである。11 is a timing chart showing an operation example of the solid-state imaging device shown in FIG.
【図12】図11に示す動作時における信号電荷の遷移
を示すポテンシャル図である。12 is a potential diagram showing transition of signal charges during the operation shown in FIG.
110……半導体チップ、112……撮像画素部、11
4……V選択手段、116……H選択手段、118……
タイミングジェネレータ(TG)、120……CDS
部、122……定電流部、124……水平信号線、12
6……出力部。110 ... Semiconductor chip, 112 ... Imaging pixel unit, 11
4 ... V selecting means, 116 ... H selecting means, 118 ...
Timing generator (TG), 120 ... CDS
Part, 122 ... Constant current part, 124 ... Horizontal signal line, 12
6 ... Output section.
Claims (12)
域部と、前記撮像領域部を制御する周辺回路部とを設け
て構成され、 前記撮像領域部の各画素が、受光量に応じた信号電荷を
生成する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生
成された信号電荷をフローティングデフュージョン部に
転送する転送ゲート手段と、前記フローティングデフュ
ージョン部の電圧に応じた電気信号を出力信号線に出力
する増幅手段と、前記フローティングデフュージョン部
の電圧をリセットするリセット手段とを有して構成され
た固体撮像装置において、 前記転送ゲート手段がオンした状態で前記出力信号線に
出力される電気信号を前記周辺回路部に設けられた信号
処理回路で取り込み、この取り込んだ信号から撮像信号
を生成する、 ことを特徴とする固体撮像装置。1. A semiconductor substrate is provided with an image pickup area section including a plurality of pixels, and a peripheral circuit section for controlling the image pickup area section. Each pixel of the image pickup area section is a signal corresponding to a light receiving amount. A photoelectric conversion element that generates electric charges, a transfer gate unit that transfers the signal charges generated by the photoelectric conversion element to a floating diffusion portion, and an electric signal that corresponds to the voltage of the floating diffusion portion is output to an output signal line. In the solid-state imaging device configured to have an amplifying unit for resetting and a reset unit for resetting the voltage of the floating diffusion unit, an electric signal output to the output signal line in a state where the transfer gate unit is turned on is output. A signal processing circuit provided in the peripheral circuit section captures the signal, and an image pickup signal is generated from the captured signal. Body imaging device.
によって生成された信号電荷を前記転送ゲート手段によ
ってフローティングデフュージョン部に転送した際の信
号レベルと前記リセット手段によってフローティングデ
フュージョン部がリセットされた際の信号レベルとをそ
れぞれ前記転送ゲート手段がオンした状態で取り込み、
その差分値に応じた信号を出力することを特徴とする請
求項1記載の固体撮像装置。2. The signal processing circuit resets the floating diffusion part by the reset signal and the signal level when the signal charge generated by the photoelectric conversion element is transferred to the floating diffusion part by the transfer gate means. And the signal level when the transfer gate means is turned on,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a signal according to the difference value is output.
スを入力した後、転送ゲート手段をオンし、その状態で
出力信号線に出力される電気信号を前記信号処理回路に
取り込んだ後に転送ゲート手段をオフし、次に、リセッ
ト手段に第2のリセットパルスを入力した後、転送ゲー
ト手段をオンし、その状態で出力信号線に出力される電
気信号を前記信号処理回路に取り込むことを特徴とする
請求項2記載の固体撮像装置。3. The transfer gate means after the first reset pulse is input to the reset means, the transfer gate means is turned on, and the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit. Is turned off, then a second reset pulse is input to the reset means, the transfer gate means is turned on, and the electric signal output to the output signal line in this state is taken into the signal processing circuit. The solid-state imaging device according to claim 2.
スを入力した後、転送ゲート手段をオンし、その状態で
出力信号線に出力される電気信号を前記信号処理回路に
取り込んだ後にリセット手段を活性化し、転送ゲート手
段をオフし、次に、リセット手段を不活性化した後、転
送ゲート手段をオンし、その状態で出力信号線に出力さ
れる電気信号を前記信号処理回路に取り込むことを特徴
とする請求項2記載の固体撮像装置。4. After inputting a first reset pulse to the reset means, the transfer gate means is turned on, and in that state, the electric signal output to the output signal line is taken into the signal processing circuit and then the reset means is turned on. After activating and turning off the transfer gate means and then deactivating the reset means, the transfer gate means is turned on and the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit. The solid-state imaging device according to claim 2.
送ゲート手段をオンし、その状態で出力信号線に出力さ
れる電気信号を前記信号処理回路に取り込んだ後にリセ
ット手段を活性化し、転送ゲート手段をオフし、次に、
リセット手段を不活性化した後、転送ゲート手段をオン
し、その状態で出力信号線に出力される電気信号を前記
信号処理回路に取り込むことを特徴とする請求項2記載
の固体撮像装置。5. The transfer gate means is turned on after the reset means is inactivated, the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit, and then the reset means is activated and transferred. Turn off the gate means, then
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein after the reset means is inactivated, the transfer gate means is turned on and the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit.
で出力信号線に出力される電気信号を前記信号処理回路
に取り込んだ後、リセット手段にリセットパルスに入力
し、その状態で出力信号線に出力される電気信号を前記
信号処理回路に取り込むことを特徴とする請求項2記載
の固体撮像装置。6. The transfer gate means is turned on, after the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit, a reset pulse is input to the reset means, and the output signal line in that state is input. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the electric signal output to the signal processing circuit is taken into the signal processing circuit.
域部と、前記撮像領域部を制御する周辺回路部とを設け
て構成され、 前記撮像領域部の各画素が、受光量に応じた信号電荷を
生成する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生
成された信号電荷をフローティングデフュージョン部に
転送する転送ゲート手段と、前記フローティングデフュ
ージョン部の電圧に応じた電気信号を出力信号線に出力
する増幅手段と、前記フローティングデフュージョン部
の電圧をリセットするリセット手段とを有して構成され
た固体撮像装置の駆動方法において、 前記転送ゲート手段がオンした状態で前記出力信号線に
出力される電気信号を前記周辺回路部に設けられた信号
処理回路で取り込み、この取り込んだ信号から撮像信号
を生成する、 ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。7. A semiconductor substrate is provided with an image pickup area section composed of a plurality of pixels and a peripheral circuit section for controlling the image pickup area section, and each pixel of the image pickup area section outputs a signal corresponding to a light receiving amount. A photoelectric conversion element that generates electric charges, a transfer gate unit that transfers the signal charges generated by the photoelectric conversion element to a floating diffusion portion, and an electric signal that corresponds to the voltage of the floating diffusion portion is output to an output signal line. In the method for driving a solid-state imaging device, the method includes: an amplifying unit that resets the voltage of the floating diffusion unit, and a reset unit that resets the voltage of the floating diffusion unit. The feature is that an electric signal is captured by a signal processing circuit provided in the peripheral circuit section, and an image pickup signal is generated from the captured signal. A method of driving a solid-state image pickup device.
によって生成された信号電荷を前記転送ゲート手段によ
ってフローティングデフュージョン部に転送した際の信
号レベルと前記リセット手段によってフローティングデ
フュージョン部がリセットされた際の信号レベルとをそ
れぞれ前記転送ゲート手段がオンした状態で取り込み、
その差分値に応じた信号を出力することを特徴とする請
求項7記載の固体撮像装置の駆動方法。8. The signal processing circuit resets the floating diffusion portion by the signal level when the signal charges generated by the photoelectric conversion element are transferred to the floating diffusion portion by the transfer gate means and by the reset means. And the signal level when the transfer gate means is turned on,
The solid-state imaging device driving method according to claim 7, wherein a signal corresponding to the difference value is output.
スを入力した後、転送ゲート手段をオンし、その状態で
出力信号線に出力される電気信号を前記信号処理回路に
取り込んだ後に転送ゲート手段をオフし、次に、リセッ
ト手段に第2のリセットパルスを入力した後、転送ゲー
ト手段をオンし、その状態で出力信号線に出力される電
気信号を前記信号処理回路に取り込むことを特徴とする
請求項8記載の固体撮像装置の駆動方法。9. The transfer gate means after the first reset pulse is input to the reset means, the transfer gate means is turned on, and the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit. Is turned off, then a second reset pulse is input to the reset means, the transfer gate means is turned on, and the electric signal output to the output signal line in this state is taken into the signal processing circuit. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 8.
ルスを入力した後、転送ゲート手段をオンし、その状態
で出力信号線に出力される電気信号を前記信号処理回路
に取り込んだ後にリセット手段を活性化し、転送ゲート
手段をオフし、次に、リセット手段を不活性化した後、
転送ゲート手段をオンし、その状態で出力信号線に出力
される電気信号を前記信号処理回路に取り込むことを特
徴とする請求項8記載の固体撮像装置の駆動方法。10. The reset gate is turned on after the first reset pulse is input to the reset means, the transfer gate means is turned on, and the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit. After activating, turning off the transfer gate means, then deactivating the reset means,
9. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 8, wherein the transfer gate means is turned on, and the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit.
転送ゲート手段をオンし、その状態で出力信号線に出力
される電気信号を前記信号処理回路に取り込んだ後にリ
セット手段を活性化し、転送ゲート手段をオフし、次
に、リセット手段を不活性化した後、転送ゲート手段を
オンし、その状態で出力信号線に出力される電気信号を
前記信号処理回路に取り込むことを特徴とする請求項8
記載の固体撮像装置の駆動方法。11. After deactivating said reset means,
The transfer gate means is turned on, the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit, the reset means is activated, the transfer gate means is turned off, and then the reset means is deactivated. 9. After that, the transfer gate means is turned on, and the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit.
A method for driving the solid-state imaging device according to claim 1.
態で出力信号線に出力される電気信号を前記信号処理回
路に取り込んだ後、リセット手段にリセットパルスに入
力し、その状態で出力信号線に出力される電気信号を前
記信号処理回路に取り込むことを特徴とする請求項8記
載の固体撮像装置の駆動方法。12. The transfer gate means is turned on, and after the electric signal output to the output signal line in that state is taken into the signal processing circuit, a reset pulse is input to the reset means and the output signal line is kept in that state. 9. The method for driving a solid-state image pickup device according to claim 8, wherein the electric signal output to the device is taken into the signal processing circuit.
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