JP3523662B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、光生成電荷の蓄積に
よるポテンシャル変化でチャネル電流を制御する内部増
幅型受光素子を用いた固体撮像装置における信号出力回
路の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a signal output circuit in a solid-state image pickup device using an internal amplification type photodetector which controls a channel current by a potential change caused by accumulation of photogenerated charges.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内部増幅型受光素子としてＣＭＤ（Char
ge Modulation Device）を用いた固体撮像装置は、例え
ば本件出願人が提案した特開昭６１−８４０５９号公報
等により公知である。2. Description of the Related Art A CMD (Char
A solid-state imaging device using a ge modulation device) is known, for example, from Japanese Patent Laid-Open No. 61-84059 proposed by the applicant of the present application.
【０００３】この種の固体撮像装置においては、各受光
素子からの信号電流が水平方向の走査回路により開閉さ
れるＭＯＳ型選択スイッチを介して、比較的大きな寄生
容量（１ｐＦ〜100 ｐＦ程度）を有するビデオラインに
読み出されるので、信号検出アンプとしては低入力イン
ピーダンスの電流検出型アンプが要求される。In this type of solid-state image pickup device, a relatively large parasitic capacitance (about 1 pF to 100 pF) is generated through a MOS type selection switch in which a signal current from each light receiving element is opened and closed by a horizontal scanning circuit. Since it is read out to a video line that it has, a current detection type amplifier with low input impedance is required as a signal detection amplifier.
【０００４】このため、従来は、図５に示すように、演
算増幅器106 にインピーダンス（Ｚ f ）107 で負帰還を
施し、信号電流ＩS を（１）式に示すように電圧変換し
て検出していた。
ＶO ＝−Ｚf ・ＩS ・・・・・（１）For this reason, in the past, as shown in FIG.
Impedance (Z f) 107 for negative feedback
Give, signal current ISIs converted into voltage as shown in equation (1).
Was detected.
VO= -Zf・ IS (1)
【０００５】なお図５において、101 はＣＭＤを用いた
固体撮像装置、102 はＣＭＤ受光素子、103 はＭＯＳ型
選択スイッチ、104 はビデオライン、105 はビデオライ
ン寄生容量を示している。In FIG. 5, 101 is a solid-state image pickup device using CMD, 102 is a CMD light receiving element, 103 is a MOS type selection switch, 104 is a video line, and 105 is a video line parasitic capacitance.
【０００６】しかしながら、この種の内部増幅型受光素
子を画素として用いた固体撮像装置においては、次に示
すような問題点がある。すなわちまず第１に、内部増幅
型受光素子においては照射光量ＰINと光生成電荷による
ゲートポテンシャル変化ＶPHとの間には、（２）式に示
すように比例関係
ＶPH ∝ ＰIN ・・・・・（２）
が成立するが、一般にゲートポテンシャル変化ＶPHと信
号電流Ｉとの間は、（３）式で示すような非線形な関係
Ｉ＝ｆ（ＶPH） ・・・・・（３）
で結びつけられている。However, the solid-state image pickup device using this kind of internal amplification type light receiving element as a pixel has the following problems. That is, first of all, in the internal amplification type light receiving element, the proportional relationship V PH ∝ P IN ··· is established between the irradiation light amount P IN and the gate potential change V PH due to photo-generated charges as shown in equation (2). (2) is established, but in general, between the gate potential change V PH and the signal current I, a non-linear relationship I = f (V PH ) as shown by the equation (3) ( 3) are tied together.
【０００７】このため、後段の信号処理系において、信
号電流Ｉを照射光量ＰINに比例する信号に変換しなけれ
ばならず、正確に変換するためには繁雑な回路が必要に
なる。更に内部増幅型受光素子ではゲートポテンシャル
の変化は、信号電流に対して比例関係よりも大きな変化
をもたらす場合が多く、これは後続の信号処理系に過大
なダイナミックレンジを要求することになる。Therefore, in the subsequent signal processing system, the signal current I must be converted into a signal proportional to the irradiation light amount P IN , and a complicated circuit is required for accurate conversion. Further, in the internal amplification type light receiving element, the change in the gate potential often causes a change larger than the proportional relationship with respect to the signal current, which requires an excessive dynamic range for the subsequent signal processing system.
【０００８】この問題点を解決するため、本件出願人
は、先に特開昭６３−２６０２８１号において、図６に
示すような構成の固体撮像装置を提案した。すなわち、
図６において、111 は受光用ＣＭＤ、112 は該受光用Ｃ
ＭＤと同一構造の遮光された参照用ＣＭＤ、113 はＭＯ
Ｓ型水平選択スイッチ、114 は該選択スイッチ113 を介
して前記受光用ＣＭＤ111 のソース電流Ｉ1 と参照用Ｃ
ＭＤ112 のソース電流Ｉ 2 とが入力されるアンプであ
り、その出力は前記参照用ＣＭＤ112 のゲートに入力さ
れるようになっている。115 は参照用ＣＭＤ112 のリセ
ットスイッチ、116はリセット電源、117 ，118 は前記
受光用ＣＭＤ111 及び参照用ＣＭＤ112 のドレイン電源
及び基板電源である。In order to solve this problem, the applicant of the present invention
Is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-260281 in FIG.
We have proposed a solid-state imaging device having the structure as shown. That is,
In FIG. 6, 111 is a light receiving CMD, and 112 is the light receiving CMD.
A light-shielded reference CMD having the same structure as the MD, and 113 is an MO
S type horizontal selection switch, 114 is through the selection switch 113
Then, the source current I of the light receiving CMD1111And C for reference
Source current I of MD112 2Is an amplifier that inputs and
The output is input to the gate of the reference CMD112.
It is supposed to be. 115 is a reference CMD112 reset
Switch, 116 is a reset power supply, 117 and 118 are
Drain power supply for CMD111 for receiving light and CMD112 for reference
And a substrate power supply.
【０００９】このように構成されている固体撮像装置に
おいて、まず受光用ＣＭＤ111 が水平選択スイッチ113
により選択されると、アンプ114 にソース電流Ｉ1 が流
入する。アンプ114 は電流入力電圧出力の差動型トラン
スインピーダンスアンプであり、このため受光用ＣＭＤ
111 と同一の構造を有し、同一のドレイン電圧及び基板
電圧が印加され且つ遮光されている負帰還路の参照用Ｃ
ＭＤ112 に、受光用ＣＭＤ111 と同一のソース電流Ｉ2
を流すようにＶOUT が出力される。In the solid-state image pickup device having such a structure, first, the light receiving CMD 111 is the horizontal selection switch 113.
When selected by, the source current I 1 flows into the amplifier 114. The amplifier 114 is a differential transimpedance amplifier that outputs a current input voltage, and is therefore a light receiving CMD.
Reference C of the negative feedback path which has the same structure as 111 and is shielded by the same drain voltage and substrate voltage being applied.
MD112 has the same source current I 2 as the light receiving CMD111.
V OUT is output so as to flow.
【００１０】このように、受光用素子の出力電流と遮光
した参照用素子の出力電流が等しくなるように、参照用
素子のゲート電圧を制御するように構成することによ
り、受光量に比例し且つ受光素子のゲート電位に対する
チャネル電流の変化の特性に起因する温度特性の補償さ
れた出力を得ることができる。As described above, the gate voltage of the reference element is controlled so that the output current of the light receiving element and the output current of the shielded reference element are equal to each other. It is possible to obtain an output in which the temperature characteristic is compensated due to the characteristic of the change of the channel current with respect to the gate potential of the light receiving element.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】ところで、受光素子の
出力信号が電流である固体撮像装置においては、受光素
子の出力信号をアルミニウム等の金属からなる信号取り
出し用配線を介して取り出すようになっているが、信号
取り出し用配線には寄生抵抗が存在する。したがって多
数の受光素子が共通の信号取り出し用配線に接続されて
いる場合は、信号取り出し用配線が長くなって抵抗が大
となり、信号出力取り出し口に近い受光素子と取り出し
口より遠い受光素子との間では、寄生抵抗による影響が
異なり、不均一な出力信号をもたらすことになる。By the way, in a solid-state image pickup device in which the output signal of the light receiving element is a current, the output signal of the light receiving element is taken out through a signal taking-out wiring made of metal such as aluminum. However, there is a parasitic resistance in the signal extraction wiring. Therefore, when a large number of light receiving elements are connected to a common signal extracting wiring, the signal extracting wiring becomes long and the resistance becomes large, and the light receiving element near the signal output outlet and the light receiving element far from the outlet are output. In between, the effects of parasitic resistance differ, resulting in non-uniform output signals.
【００１２】この問題点を受光素子としてＣＭＤを用い
た場合について、更に詳細に説明する。ＣＭＤの出力の
取り出し手段の模式図を図７に示す。図７において、12
1 は信号出力端子に最も近い位置に配置されている受光
用ＣＭＤ（Ａ）、122 は信号出力端子から最も離れた位
置に配置されている受光用ＣＭＤ（Ｂ）、123 はＭＯＳ
型選択スイッチ、124 は受光用ＣＭＤ（Ａ）121 と受光
用ＣＭＤ（Ｂ）122 との間の信号取り出し用配線125 の
抵抗、126 は信号出力端子、127 はプリアンプ、128 は
受光用ＣＭＤ（Ａ）121 から出力端子126 までの信号取
り出し用配線の抵抗、129 はドレイン電源を示してい
る。This problem will be described in more detail when a CMD is used as a light receiving element. FIG. 7 shows a schematic diagram of the output means of the CMD. In FIG. 7, 12
1 is a light receiving CMD (A) arranged closest to the signal output terminal, 122 is a light receiving CMD (B) arranged farthest from the signal output terminal, and 123 is a MOS
A type selection switch, 124 is a resistance of a signal extracting wiring 125 between the light receiving CMD (A) 121 and the light receiving CMD (B) 122, 126 is a signal output terminal, 127 is a preamplifier, and 128 is a light receiving CMD (A ) 121 is the resistance of the signal extraction wiring from the output terminal 126 to 126, and 129 is the drain power supply.
【００１３】ＣＭＤにおいては、信号読み出しはソース
端子をＧＮＤ電位にして行う。しかし、ＧＮＤ電位は出
力端子126 に印加するため、実際の受光用ＣＭＤのソー
ス端子に印加される電位は、配線抵抗と出力電流の積だ
け上昇する。出力端子126 からＣＭＤ（Ａ）121 のソー
ス端子までの配線抵抗128 の値をＲO 、ＣＭＤ（Ａ）12
1 とＣＭＤ（Ｂ）122 の各ソース端子間の配線抵抗124
の値をＲとし、ＣＭＤ（Ａ）121 又はＣＭＤ（Ｂ）122
の出力電流をＩO とすると、ＣＭＤ（Ａ）121のソース
電位は、＋ＩO ×ＲO 、ＣＭＤ（Ｂ）122 のソース電位
は、＋ＩO ×（ＲO ＋Ｒ）となり、ＣＭＤ（Ａ）121 と
ＣＭＤ（Ｂ）122 の実際のソース電位は異なることにな
る。In CMD, signal reading is performed by setting the source terminal to the GND potential. However, since the GND potential is applied to the output terminal 126, the potential applied to the actual source terminal of the light receiving CMD increases by the product of the wiring resistance and the output current. The value of the wiring resistance 128 from the output terminal 126 to the source terminal of the CMD (A) 121 is R O and CMD (A) 12
1 and the wiring resistance 124 between each source terminal of CMD (B) 122
Let R be the value of CMD (A) 121 or CMD (B) 122
When the output current is I O, the source potential of the CMD (A) 121 is, + I O × R O, the source potential of the CMD (B) 122 is, + I O × (R O + R) becomes, CMD (A) 121 And the actual source potentials of CMD (B) 122 are different.
【００１４】そして、ＣＭＤの出力電流は、ソース・ゲ
ート間電圧ＶGSによって決まるため、垂直方向の画素数
が多くなり、配線抵抗（Ｒ）が大きくなると、出力端子
126に近いＣＭＤ（Ａ）121 と出力端子126 から最も離
れたＣＭＤ（Ｂ）122 の出力電流の差は無視できなくな
る。Since the output current of the CMD is determined by the source-gate voltage V GS , when the number of pixels in the vertical direction increases and the wiring resistance (R) increases, the output terminal
The difference between the output currents of the CMD (A) 121 close to 126 and the CMD (B) 122 farthest from the output terminal 126 cannot be ignored.
【００１５】本発明は、従来の内部増幅型受光素子を用
いた固体撮像装置における上記問題点を解消するために
なされたものであり、信号電流により、受光量すなわち
ゲートポテンシャル変化ＶPHに対して次式（４）に示す
ように線形化された出力
ＶOUT ∝ ＶPH ・・・・・（４）
を得ることができ、更にこの出力ＶOUT においては、前
記（３）式で表される電流電圧特性に含まれる温度特性
が補償され、且つ信号取り出し用配線の抵抗が大きくな
っても画素間の出力が均一になるようにした内部増幅型
受光素子を用いた固体撮像装置を提供することを目的と
する。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the conventional solid-state image pickup device using the internal amplification type light receiving element. The signal current causes a change in the received light amount, that is, the gate potential change V PH . A linearized output V OUT ∝ V PH (4) can be obtained as shown in the following equation (4), and this output V OUT is represented by the equation (3). Provided is a solid-state imaging device using an internal amplification type light receiving element in which the temperature characteristics included in the current-voltage characteristics are compensated and the output between pixels is made uniform even if the resistance of the signal extraction wiring is increased. With the goal.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、電流読み出し型の内部増幅型受
光素子の映像信号出力をプリアンプを含む信号処理回路
に読み出す固体撮像装置において、二次元に配列された
受光用受光素子と、垂直方向に該受光用受光素子数と同
数を有し１列又は複数列に配列及び遮光された参照用受
光素子と、該参照用受光素子に垂直方向に共通に接続さ
れると共に受光用受光素子の信号取り出し用配線と等価
な抵抗成分を備えた参照信号取り出し用配線と、前記受
光用受光素子と同一の映像信号電流が前記参照用受光素
子に流れるように前記参照用受光素子のゲート電圧を制
御する帰還ループを備えたプリアンプと、前記受光用受
光素子の休止期間内に前記参照用受光素子に蓄積された
暗電流電荷を排出する排出手段と、前記帰還ループ内に
配置され、前記参照用受光素子のゲートを、前記プリア
ンプの出力と前記排出手段とに対して、前記受光用受光
素子の休止期間に対応して切り替え接続し、前記参照用
受光素子のゲート電圧を参照用受光素子毎に選択的に制
御できる選択手段とを、少なくとも含むことを特徴とす
るものである。In order to solve the above problems, the present invention provides a solid-state image pickup device for reading out a video signal output of a current readout type internal amplification type light receiving element to a signal processing circuit including a preamplifier. Two-dimensionally arranged light-receiving light-receiving elements, reference light-receiving elements having the same number as the light-receiving light-receiving elements in the vertical direction and arranged and shielded in one or more rows, and the reference light-receiving elements. The reference signal extraction wiring that is commonly connected to the light receiving element in the vertical direction and has a resistance component equivalent to the signal extraction wiring of the light receiving element for receiving light, and the same video signal current as the light receiving element for receiving light is referred to above. A preamplifier having a feedback loop for controlling the gate voltage of the reference light receiving element so that the dark current charge accumulated in the reference light receiving element during a pause period of the light receiving light receiving element. And discharging means for output, in the feedback loop
And the gate of the reference light receiving element is connected to the preamplifier.
Pump output and the discharging means,
It is characterized by at least including a selecting means which is switched and connected according to the idle period of the element and which can selectively control the gate voltage of the reference light receiving element for each reference light receiving element.
【００１７】このように構成した固体撮像装置において
は、遮光された参照用受光素子がプリアンプの負帰還素
子として機能し、信号取り出し用配線の寄生抵抗によら
ず、受光用受光素子と同一バイアス条件で同一のソース
電流を流すように、参照用受光素子のゲート電圧が変化
させられ、これによりプリアンプ出力として受光量に線
形の出力が得られる。また同一構造の受光素子を参照用
受光素子として用いて、ソース電流−ゲート電圧の逆変
換を行うように構成することにより、受光用受光素子の
ゲート電位変化に対するチャネル電流の変化に起因する
温度特性の補償された出力が得られる。In the solid-state image pickup device configured as described above, the shielded reference light receiving element functions as a negative feedback element of the preamplifier, and the same bias condition as that of the light receiving light receiving element does not depend on the parasitic resistance of the signal extracting wiring. The gate voltage of the reference light-receiving element is changed so that the same source current flows through, so that a linear output with respect to the received light amount is obtained as the preamplifier output. Further, by using the light receiving element having the same structure as the reference light receiving element and performing the reverse conversion of the source current to the gate voltage, the temperature characteristic caused by the change in the channel current with respect to the change in the gate potential of the light receiving element for light receiving is improved. A compensated output of is obtained.
【００１８】[0018]
【実施例】次に実施例について説明する。図１は、本発
明に係る固体撮像装置の基本的な実施例を示す回路構成
図である。この基本的な実施例は、内部増幅型受光素子
としてＣＭＤを用いたものであり、図１において、１は
受光用ＣＭＤ、２は該受光用ＣＭＤ１と同一構造の遮光
された参照用ＣＭＤ、３はＭＯＳ型水平選択スイッチ、
４は該選択スイッチ３を介して前記受光用ＣＭＤ１のソ
ース電流Ｉ1 と参照用ＣＭＤ２のソース電流Ｉ2 とが入
力されるアンプであり、その出力ＶOUT は前記参照用Ｃ
ＭＤ２のゲートに入力されるようになっている。５は前
記受光用ＣＭＤ１のソース電流Ｉ1 を取り出すための配
線の抵抗（抵抗値：Ｒ１）、６は前記参照用ＣＭＤ２の
ソース電流Ｉ2 を取り出すための配線の抵抗（抵抗値：
Ｒ２）、７は参照用ＣＭＤ２のリセットスイッチ、８は
リセット電源、９，10は受光用ＣＭＤ１及び参照用ＣＭ
Ｄ２のドレイン電源及び基板電源、11は出力端子であ
る。EXAMPLES Next, examples will be described. FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a basic embodiment of a solid-state image pickup device according to the present invention. In this basic embodiment, a CMD is used as an internal amplification type light receiving element. In FIG. 1, 1 is a light receiving CMD, 2 is a light shielding reference CMD having the same structure as the light receiving CMD 1, and 3 is a light receiving reference CMD. Is a MOS type horizontal selection switch,
4 is a amplifier and the source current I 2 of the reference CMD2 source current I 1 of the light receiving CMD1 via the selection switch 3 is input, the output V OUT is C for the reference
It is designed to be input to the gate of MD2. Reference numeral 5 denotes a wiring resistance (resistance value: R1) for extracting the source current I 1 of the light receiving CMD1, and 6 denotes a wiring resistance (resistance value: resistance value: R1) for extracting the source current I 2 of the reference CMD2.
R2) and 7 are reset switches for the reference CMD2, 8 is a reset power supply, and 9 and 10 are light receiving CMD1 and reference CM.
D2 is a drain power source and a substrate power source, and 11 is an output terminal.
【００１９】このように構成されている固体撮像装置に
おいて、まず受光用ＣＭＤ１が水平選択スイッチ３によ
り選択されると、アンプ４にソース電流Ｉ1 が流入す
る。アンプ４は電流入力電圧出力の差動型トランスイン
ピーダンスアンプであり、
ＶOUT ＝ＺT （Ｉ1 −Ｉ2 ） ・・・・・・・（５）
且つ
ＺT → ＋∞ ・・・・・・・・・・・・（６）
の理想アンプであるとする。このため受光用ＣＭＤ１と
同一の構造を有し、同一のドレイン電圧及び基板電圧が
印加され、且つ遮光されている負帰還路の参照用ＣＭＤ
２のゲート端子に、受光用ＣＭＤ１と同一のソース電流
Ｉ2 を流すようにＶOUT が出力される。この際、受光用
ＣＭＤ１のソース端子は配線抵抗（Ｒ１）５を介して、
また参照用ＣＭＤ２のソース端子は配線抵抗（Ｒ２）６
を介してＧＮＤ電位に接続されるので、Ｒ１＝Ｒ２であ
れば、受光用ＣＭＤ１のソース端子と参照用ＣＭＤ２の
ソース端子は同一の電位となる。したがって、受光用Ｃ
ＭＤ１と参照用ＣＭＤ２では、印加されるゲート電位及
び生成電荷以外の条件は同一となり、信号取り出し用配
線の抵抗成分による影響を補償した出力が得られる。In the solid-state image pickup device having such a configuration, when the light receiving CMD 1 is first selected by the horizontal selection switch 3, the source current I 1 flows into the amplifier 4. The amplifier 4 is a differential transimpedance amplifier of current input voltage output, and V OUT = Z T (I 1 −I 2 ) ... (5) and Z T → + ∞. ........... Assume that it is the ideal amplifier of (6). Therefore, the reference CMD of the negative feedback path has the same structure as the light receiving CMD1, is applied with the same drain voltage and substrate voltage, and is shielded from light.
V OUT is output to the gate terminal of No. 2 so that the same source current I 2 as the light receiving CMD1 flows. At this time, the source terminal of the light receiving CMD1 is connected via the wiring resistance (R1) 5 to
The source terminal of the reference CMD2 has a wiring resistance (R2) 6
Therefore, if R1 = R2, the source terminal of the light receiving CMD1 and the source terminal of the reference CMD2 have the same potential. Therefore, C for receiving light
The MD1 and the reference CMD2 have the same conditions except the applied gate potential and the generated charge, and an output in which the influence of the resistance component of the signal extracting wiring is compensated can be obtained.
【００２０】なお参照用ＣＭＤ２においても時間の経過
と共に暗電流による電荷の蓄積効果が生じ、これがＶ
OUT の検出の誤差となる。このため映像信号の休止期
間、すなわち垂直ブランキング期間毎、又は水平ブラン
キング期間毎に、暗電流による蓄積電荷を排出する必要
がある。この機能を実現する要素が、リセットスイッチ
７とリセット電源８である。すなわち、上記映像信号休
止期間毎にリセットスイッチ７を切り換えて、参照用Ｃ
ＭＤ２を帰還ループから外し、ゲートにリセット電圧を
印加して蓄積電荷を排出し、検出誤差を生じないように
している。In the reference CMD2 as well, the effect of accumulating charges due to dark current occurs over time, and this is due to V
This is an error in OUT detection. For this reason, it is necessary to discharge the accumulated charge due to the dark current in each pause period of the video signal, that is, every vertical blanking period or every horizontal blanking period. The elements that realize this function are the reset switch 7 and the reset power supply 8. That is, the reset switch 7 is switched every time the video signal is stopped, and the reference C
The MD2 is removed from the feedback loop, and a reset voltage is applied to the gate to discharge the accumulated charge so that a detection error does not occur.
【００２１】次に、本発明の具体的な実施例について説
明する。図２は、第１の具体的な実施例を示す回路構成
図で、図１に示した基本的な実施例と同一又は対応する
部材には同一符号を付して示している。この実施例は、
参照用ＣＭＤ２のソース電流を取り出すための配線に挿
入される、受光用ＣＭＤ１のソース電流を取り出すため
の配線、すなわちソース端子と信号取り出し口間の寄生
抵抗（Ｒ１）５と等価な抵抗として、可変抵抗21を用い
て構成したものである。Next, specific examples of the present invention will be described. FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a first concrete embodiment, and the same or corresponding members as those of the basic embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. This example
Variable as wiring equivalent to the parasitic resistance (R1) 5 between the source terminal and the signal extraction port, which is inserted into the wiring for extracting the source current of the reference CMD2 and is for extracting the source current of the light receiving CMD1. It is configured by using a resistor 21.
【００２２】この構成により、受光用ＣＭＤ１と参照用
ＣＭＤ２に同一の電流が流れるように、出力端子11又は
参照用ＣＭＤ２のゲート端子22に、出力電圧ＶOUT が現
れる。この際、可変抵抗21を調整して、その抵抗値Ｒ３
を、配線寄生抵抗（Ｒ１）５の抵抗値Ｒ１と等しく設定
することにより、受光用ＣＭＤ１と参照用ＣＭＤ２は、
印加されるゲート電位及び蓄積された光生成電荷以外は
同一の条件となるので、寄生抵抗（Ｒ１）５の値にかか
わらず、受光量に対し線形の関係を保った出力電圧を得
ることができる。また、参照用ＣＭＤ２の暗電流による
蓄積電荷のリセットは、受光用ＣＭＤ１のリセット時に
合わせて、リセットスイッチ７をリセット電源８側に接
続して行うようになっている。With this configuration, the output voltage V OUT appears at the output terminal 11 or the gate terminal 22 of the reference CMD2 so that the same current flows in the light receiving CMD1 and the reference CMD2. At this time, the variable resistor 21 is adjusted so that its resistance value R3
Is set to be equal to the resistance value R1 of the wiring parasitic resistance (R1) 5, the light receiving CMD1 and the reference CMD2 are
Since the same conditions are applied except for the applied gate potential and the accumulated photo-generated charges, it is possible to obtain an output voltage having a linear relationship with the amount of received light regardless of the value of the parasitic resistance (R1) 5. . Further, the reset of the accumulated charge due to the dark current of the reference CMD2 is performed by connecting the reset switch 7 to the reset power supply 8 side in time with the reset of the light receiving CMD1.
【００２３】図３は、第２の具体的な実施例を示す回路
構成図で、図１及び図２に示した実施例と同一又は対応
する部材には同一符号を付して示している。この実施例
においては、受光用ＣＭＤ１がアレイ状に配列されてお
り、行方向に配列された受光用ＣＭＤ１のゲートは共通
に接続されて、垂直選択回路31からの垂直選択信号が印
加されるようになっており、また列方向に配列された受
光用ＣＭＤ１のソースは信号取り出し用配線に共通に接
続され、各信号取り出し用配線はそれぞれＭＯＳ型水平
選択スイッチ３を介して差動型トランスインピーダンス
アンプ４に接続されている。[0023] FIG. 3 is a circuit diagram showing a second specific example are denoted by the same reference numerals to the same or corresponding members in the embodiment shown in FIGS. In this embodiment, the light receiving CMDs 1 are arranged in an array, and the gates of the light receiving CMDs 1 arranged in the row direction are commonly connected so that the vertical selection signal from the vertical selection circuit 31 is applied. Further, the sources of the light receiving CMDs 1 arranged in the column direction are commonly connected to the signal extracting wiring, and each signal extracting wiring is connected to the differential transimpedance amplifier via the MOS horizontal selection switch 3. 4 is connected.
【００２４】一方、参照用ＣＭＤ２は、列方向に配列さ
れた受光用ＣＭＤ１と同数、列方向に配列されており、
それらのゲートは参照用ＣＭＤ選択回路32に接続され、
選択的に差動型トランスインピーダンスアンプ４の出力
側に接続されるようになっている。また参照用ＣＭＤ２
の各ソースは信号取り出し用配線に共通に接続され、前
記アンプ４に接続されている。そして、参照用ＣＭＤ選
択回路32により、映像信号を取り出す受光用ＣＭＤ１と
同一の行の参照用ＣＭＤ２の出力電流が同一の電流値と
なるように参照用ＣＭＤ２のゲート電位を制御し、他の
参照用ＣＭＤ２のゲート電位は蓄積電位となるようにし
てある。なお図３において、33は蓄積電源である。On the other hand, the reference CMDs 2 are arranged in the column direction by the same number as the light receiving CMDs 1 arranged in the column direction.
Those gates are connected to the reference CMD selection circuit 32,
It is adapted to be selectively connected to the output side of the differential transimpedance amplifier 4. Also for reference CMD2
The respective sources are connected in common to the signal extracting wiring and are connected to the amplifier 4. Then, the reference CMD selection circuit 32 controls the gate potential of the reference CMD2 so that the output currents of the reference CMD2 on the same row as the light receiving CMD1 for extracting the video signal have the same current value, and other reference CMD2. The gate potential of the CMD2 for use is set to the storage potential. In FIG. 3, reference numeral 33 is a storage power source.
【００２５】このように、受光用ＣＭＤ１と参照用ＣＭ
Ｄ２を、同一の行を選択するように構成することによ
り、信号取り出し用配線の長さが同一となり、自動的に
受光用ＣＭＤ１の信号取り出し用配線の配線抵抗（Ｒ
１）５と、参照用ＣＭＤ２の信号取り出し用配線の配線
抵抗（Ｒ２）６とは等しくなり、図２の実施例において
示した可変抵抗21を挿入する必要がなくなる。また、同
一行の受光用ＣＭＤ１と参照用ＣＭＤ２の出力電流を比
較するようになっているため、行毎のＣＭＤのばらつき
は補償された出力を得ることができる。また、各参照用
ＣＭＤのゲート端子を独立に制御できるようにすること
によって、参照用ＣＭＤ選択回路32は、特別な回路を設
ける必要がなくなる。また、参照用ＣＭＤ選択回路32
は、垂直選択回路31と同様な構成でも実現できる。Thus, the light receiving CMD1 and the reference CM
By configuring D2 so that the same row is selected, the signal extraction wirings have the same length, and the wiring resistance (R
1) 5 becomes equal to the wiring resistance (R2) 6 of the signal extraction wiring of the reference CMD 2, and it is not necessary to insert the variable resistor 21 shown in the embodiment of FIG. Further, since the output currents of the light receiving CMD1 and the reference CMD2 in the same row are compared with each other, it is possible to obtain an output in which the CMD variation for each row is compensated. Further, by making it possible to control the gate terminal of each reference CMD independently, the reference CMD selection circuit 32 does not need to be provided with a special circuit. In addition, the reference CMD selection circuit 32
Can also be realized by a configuration similar to that of the vertical selection circuit 31.
【００２６】図４は、第３の具体的な実施例を示す回路
構成図で、図３に示した実施例と同一又は対応する部材
には同一符号を付して示している。この実施例は、図３
に示した実施例における列方向に配列された参照用ＣＭ
Ｄ２を２列並列に配置し、各列方向に配列された各参照
用ＣＭＤ２，２′の各ソースは共通に接続され、それぞ
れ信号取り出し用配線により差動型トランスインピーダ
ンスアンプ４に接続されている。また行方向に配列され
た参照用ＣＭＤ２，２′の各ゲートは共通に接続して参
照用ＣＭＤ選択回路32に接続されている。そして、図３
に示した実施例と同様に、参照用ＣＭＤ２，２′から、
受光用ＣＭＤ１からの出力電流と同一の電流がそれぞれ
流れるように、参照用ＣＭＤ２，２′のゲート電位を制
御するようになっている。なお、図４において、６′は
参照用ＣＭＤ２′の電流取り出し用配線の抵抗である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a third specific embodiment, and the same or corresponding members as those of the embodiment shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. This embodiment is shown in FIG.
Reference CMs arranged in the column direction in the embodiment shown in FIG.
D2 are arranged in parallel in two columns, and the sources of the reference CMDs 2 and 2'arranged in the column direction are commonly connected, and are respectively connected to the differential transimpedance amplifier 4 by signal extraction wiring. .. Further, the gates of the reference CMDs 2 and 2'arranged in the row direction are connected in common and connected to the reference CMD selection circuit 32. And FIG.
Similarly to the embodiment shown in FIG.
The gate potentials of the reference CMDs 2 and 2'are controlled so that the same current as the output current from the light receiving CMD1 flows. In FIG. 4, 6'denotes a resistance of the current extracting wiring of the reference CMD 2 '.
【００２７】そして、この実施例においては、参照用Ｃ
ＭＤ２，２′からそれぞれ、受光用ＣＭＤ１の出力電流
と同一の電流が流れるので、上記アンプ４内では、映像
信号電流との比較時に参照用ＣＭＤ２，２′からの電流
に１／２の係数を乗じる。このように構成することによ
り、参照用ＣＭＤ２，２′のばらつきの影響を１／√２
に圧縮することができるので、図３に示した実施例に比
べ、参照用ＣＭＤの特性のばらつきによる信号誤差を小
さくできる。In this embodiment, reference C is used.
Since the same current as the output current of the light receiving CMD1 flows from each of the MD2 and 2 ', in the amplifier 4, a half coefficient is added to the current from the reference CMD2 and 2'when comparing with the video signal current. Get on. With this configuration, the influence of variations in the reference CMDs 2 and 2'is reduced by 1 / √2.
Since it can be compressed to, the signal error due to the variation in the characteristics of the reference CMD can be reduced as compared with the embodiment shown in FIG.
【００２８】また、この実施例においては、参照用ＣＭ
Ｄ２，２′からの信号電流は独立に取り出され、差動型
トランスインピーダンスアンプ４の内部で足し合わせる
構成を示したが、参照用ＣＭＤ２，２′の信号電流を共
通の配線で取り出し、配線抵抗を１／２とすることによ
って、同様の効果を得ることができる。Further, in this embodiment, the reference CM is used.
Although the signal currents from D2 and 2'are independently taken out and added in the differential transimpedance amplifier 4, the signal currents from the reference CMDs 2 and 2'are taken out by the common wiring and the wiring resistance is obtained. The same effect can be obtained by setting the ratio to 1/2.
【００２９】また、この実施例では、列方向に複数個配
列した参照用ＣＭＤを２列並列に接続したものを示した
が、この並列接続数は２列に限定されるものではなく、
任意のＮ列の並列接続構成とすることも可能である。ま
た、この実施例は、図３に示した第２実施例に適用した
ものを示したが、この実施例は図１に示した基本的な実
施例に対しても適用できるものである。In this embodiment, two reference CMDs arranged in parallel in the column direction are connected in parallel, but the number of parallel connections is not limited to two.
It is also possible to adopt an arbitrary N column parallel connection configuration. Although this embodiment is shown as being applied to the second embodiment shown in FIG. 3, this embodiment is also applicable to the basic embodiment shown in FIG.
【００３０】以上述べた各実施例において、参照用ＣＭ
Ｄの信号取り出し部に、受光用ＣＭＤ１の信号取り出し
部に設けたＭＯＳ型水平選択スイッチ３と同等のＭＯＳ
型スイッチを設け、映像信号読み出し期間にオンとなる
ように構成することによって、信号取り出し用配線の配
線抵抗に加え、ＭＯＳ型スイッチのオン抵抗による検出
誤差をなくすことができる。In each of the embodiments described above , the reference CM
In the signal extraction section of D , a MOS equivalent to the MOS type horizontal selection switch 3 provided in the signal extraction section of the light receiving CMD1
By providing the type switch and turning on during the video signal reading period, it is possible to eliminate the detection error due to the ON resistance of the MOS type switch in addition to the wiring resistance of the signal extraction wiring.
【００３１】以上述べた各実施例においては、内部増幅
型受光素子としてＣＭＤを用いたものについて示した。
しかし、本発明の要点は、受光量の変化をチャネル電流
の変化として検出するタイプの内部増幅型受光素子を用
い、信号電流取り出し経路に抵抗成分が存在する固体撮
像装置において、遮光された同一構造の受光素子を参照
用素子として帰還ループに入れ、参照用素子の信号電流
取り出し経路に受光素子の信号電流取り出し経路に存在
する抵抗と等価の抵抗を挿入し、チャネル電流の逆変換
を行うこと、また、受光量の変化に伴うゲート電位の変
化を検出することにある。したがって、内部増幅型受光
素子としてはＣＭＤに限定されるものではなく、同様の
内部増幅型受光素子であるＳＩＴ，ＦＧＡ等を用いた固
体撮像装置にも適用でき、同様の効果を得ることができ
ることは明らかである。In each of the embodiments described above, the CMD is used as the internal amplification type light receiving element.
However, the point of the present invention is to use the internal amplification type light receiving element of the type that detects a change in the amount of received light as a change in the channel current, and in a solid-state imaging device in which a resistance component exists in the signal current extraction path, the same shaded structure is used. Put the light receiving element of as a reference element in the feedback loop, insert a resistance equivalent to the resistance existing in the signal current extraction path of the light receiving element into the signal current extraction path of the reference element, and perform the inverse conversion of the channel current, Further, it is to detect the change in the gate potential due to the change in the amount of received light. Therefore, the internal amplification type light receiving element is not limited to the CMD, but can be applied to a solid-state imaging device using the same internal amplification type light receiving element such as SIT or FGA, and similar effects can be obtained. Is clear.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、信号取り出し用配線の寄生抵抗に
よる誤差が補償され、受光量にほぼ線形な電位変化を出
力として得ることができる。また同一構造の受光素子を
用いてソース電流−ゲート電圧の逆変換を行うように構
成することにより、受光素子のゲート電位変化に対する
チャネル電流の変化の特性に起因する温度特性の補償さ
れた出力が得られる。As described above with reference to the embodiments, according to the present invention, the error due to the parasitic resistance of the signal extracting wiring can be compensated, and the potential change which is almost linear to the received light amount can be obtained as the output. it can. Further, by using a light receiving element having the same structure to perform the reverse conversion of the source current to the gate voltage, the temperature characteristic-compensated output resulting from the characteristic of the change of the channel current with respect to the change of the gate potential of the light receiving element can be obtained. can get.
【図１】本発明に係る固体撮像装置の基本的な実施例を
示す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a basic embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention.
【図２】本発明の具体的な第１の実施例を示す回路構成
図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a specific first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の具体的な第２の実施例を示す回路構成
図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a second specific example of the present invention.
【図４】本発明の具体的な第３の実施例を示す回路構成
図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a specific third embodiment of the present invention.
【図５】従来の内部増幅型受光素子を用いた固体撮像装
置の構成例を示す回路構成図である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a conventional solid-state imaging device using an internal amplification type light receiving element.
【図６】従来の内部増幅型受光素子を用いた固体撮像装
置の他の構成例を示す回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing another configuration example of a conventional solid-state imaging device using an internal amplification type light receiving element.
【図７】ＣＭＤを用いた固体撮像装置の信号取り出し態
様を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a signal extraction mode of a solid-state imaging device using a CMD.
１ 受光用ＣＭＤ ２ 参照用ＣＭＤ ３ ＭＯＳ型水平選択スイッチ ４ 差動型トランスインピーダンスアンプ ５ 配線抵抗 ６ 配線抵抗 ７ リセットスイッチ ８ リセット電源 ９ ドレイン電源 10 基板電源 11 出力端子 1 CMD for receiving light 2 CMD for reference 3 MOS type horizontal selection switch 4 differential transimpedance amplifier 5 Wiring resistance 6 Wiring resistance 7 reset switch 8 reset power supply 9 Drain power supply 10 Board power supply 11 Output terminal
Claims (4)
映像信号出力をプリアンプを含む信号処理回路に読み出
す固体撮像装置において、二次元に配列された受光用受
光素子と、垂直方向に該受光用受光素子数と同数を有し
１列又は複数列に配列及び遮光された参照用受光素子
と、該参照用受光素子に垂直方向に共通に接続されると
共に受光用受光素子の信号取り出し用配線と等価な抵抗
成分を備えた参照信号取り出し用配線と、前記受光用受
光素子と同一の映像信号電流が前記参照用受光素子に流
れるように前記参照用受光素子のゲート電圧を制御する
帰還ループを備えたプリアンプと、前記受光用受光素子
の休止期間内に前記参照用受光素子に蓄積された暗電流
電荷を排出する排出手段と、前記帰還ループ内に配置さ
れ、前記参照用受光素子のゲートを、前記プリアンプの
出力と前記排出手段とに対して、前記受光用受光素子の
休止期間に対応して切り替え接続し、前記参照用受光素
子のゲート電圧を参照用受光素子毎に選択的に制御でき
る選択手段とを、少なくとも含むことを特徴とする固体
撮像装置。1. A solid-state imaging device for reading out a video signal output of a current readout type internal amplification type light receiving element to a signal processing circuit including a preamplifier, wherein the two-dimensionally arranged light receiving element and the light receiving element in the vertical direction are used. Reference light-receiving elements that have the same number as the light-receiving elements and are arranged and shielded from light in one row or in a plurality of rows, and wirings that are commonly connected to the reference light-receiving elements in the vertical direction and are used to extract signals from the light-receiving light-receiving elements. A reference signal extracting wiring having an equivalent resistance component, and a feedback loop for controlling the gate voltage of the reference light receiving element so that the same video signal current as the light receiving light receiving element flows in the reference light receiving element. A preamplifier, discharging means for discharging the dark current charge accumulated in the reference light receiving element during the idle period of the light receiving element for receiving light, and a discharging means arranged in the feedback loop.
The gate of the reference light receiving element to the preamplifier
With respect to the output and the discharging means,
A solid-state imaging device comprising at least a selection unit that is switched and connected according to a pause period and that can selectively control the gate voltage of the reference light receiving element for each reference light receiving element.
は、読み出し行の前記受光用受光素子と同一行の前記参
照用受光素子に対して行うことを特徴とする請求項１記
載の固体撮像装置。2. The control of the gate voltage of the reference light receiving element is performed in the same row as the light receiving light receiving element in the readout row.
The solid-state image pickup device according to claim 1 , wherein the solid-state image pickup device is applied to an illumination light receiving element .
行に対応する参照用受光素子のゲート電位は、電荷蓄積
を行うための蓄積電位とすることを特徴とする請求項２
記載の固体撮像装置。3. The gate potential of the reference light-receiving element corresponding to a row other than the read-out row of the light-receiving light-receiving element is charge accumulation.
3. A storage potential for performing
The solid-state imaging device described.
用配線に、前記受光用受光素子の信号取り出し用配線に
設けられた水平方向の受光素子の選択を行う信号選択ス
イッチと同じ構成のスイッチを設けたことを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。4. A reference signal extraction of the reference light receiving element
To use the wiring, any claim 1-3, characterized in that a horizontal same configuration of the switch and the signal selection switch for selecting a light receiving element provided in the signal extraction wiring of the light receiving light-receiving element 2. The solid-state imaging device according to item 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10882993A JP3523662B2 (en) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10882993A JP3523662B2 (en) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | Solid-state imaging device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06303532A JPH06303532A (en) | 1994-10-28 |
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Family
ID=14494606
Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3523662B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| US6677995B1 (en) * | 1999-02-04 | 2004-01-13 | Agere Systems Inc. | Array readout system |
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1993
- 1993-04-13 JP JP10882993A patent/JP3523662B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH06303532A (en) | 1994-10-28 |
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