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JP2002290835A - Solid state imaging device - Google Patents

Solid state imaging device

Info

Publication number
JP2002290835A
JP2002290835A JP2001088149A JP2001088149A JP2002290835A JP 2002290835 A JP2002290835 A JP 2002290835A JP 2001088149 A JP2001088149 A JP 2001088149A JP 2001088149 A JP2001088149 A JP 2001088149A JP 2002290835 A JP2002290835 A JP 2002290835A
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JP
Japan
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transistor
electrode
voltage
pixel
photosensitive element
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Application number
JP2001088149A
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Japanese (ja)
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JP4320693B2 (en
Inventor
Masayuki Kusuda
将之 楠田
Kenichi Kakumoto
兼一 角本
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state imaging device which can suppress the effect of element temperature exerted on the output. SOLUTION: The effect of a dark current flowing from a photodiode PD which is affected by the element temperature and the threshold voltage of a MOS transistor T2 can be reduced by placing the MOS transistor T2 in a potential state corresponding to the element temperature by supplying a DC voltage VPS-L corresponding to the element temperature detected by a shading pixel provided in a voltage generating circuit 10x to the source of the MOS transistor T2 when the device is reset.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光量に対して
対数変換した信号を出力する光電変換手段を有する固体
撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device having photoelectric conversion means for outputting a signal obtained by logarithmically converting the amount of incident light.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像装置は、小型、軽量で低消費電
力であるのみならず、画像歪や焼き付きが無く、振動や
磁界などの環境条件に強い。又、LSI(Large Scale
Integrated circuit)と共通の工程又は類似の工程で製
造できるので、信頼性が高く、量産にも適している。こ
のため、ライン状に画素が配された固体撮像装置がファ
クシミリやフラットベッドスキャナに、マトリクス状に
画素が配された固体撮像装置がビデオカメラやデジタル
カメラなどに幅広く使用されている。ところで、このよ
うな固体撮像装置は光電変換素子で発生した光電荷を読
み出す(取り出す)手段によってCCD型とMOS型に
大きく分けられる。CCD型は光電荷をポテンシャルの
井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、ダイナ
ミックレンジが狭いという欠点がある。一方、MOS型
はフォトダイオードのpn接合容量に蓄積した電荷をM
OSトランジスタを通して読み出すようになっている。
2. Description of the Related Art Solid-state imaging devices are not only compact, lightweight and low power consumption, are free from image distortion and image sticking, and are resistant to environmental conditions such as vibration and magnetic fields. LSI (Large Scale)
Since it can be manufactured by a process common to or similar to that of an integrated circuit, it has high reliability and is suitable for mass production. For this reason, solid-state imaging devices having pixels arranged in a line are widely used in facsimile and flatbed scanners, and solid-state imaging devices having pixels arranged in a matrix are widely used in video cameras, digital cameras, and the like. By the way, such a solid-state imaging device is roughly classified into a CCD type and a MOS type by means for reading out (extracting) photocharges generated by a photoelectric conversion element. The CCD type has a drawback that the dynamic range is narrow because the photoelectric charge is transferred while being accumulated in the potential well. On the other hand, the MOS type uses the charge accumulated in the pn junction capacitance of the photodiode as M
Reading is performed through an OS transistor.

【0003】このようなMOS型固体撮像装置のダイナ
ミックレンジを広くするために、本出願人は、入射した
光量に応じた光電流を発生しうる感光手段と、光電流を
入力するMOSトランジスタと、このMOSトランジス
タをサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアス
するバイアス手段とを備え、光電流を対数変換するよう
にした固体撮像装置を提案した(特開平3−19276
4号公報参照)。
In order to widen the dynamic range of such a MOS type solid-state imaging device, the present applicant has proposed a photosensitive means capable of generating a photocurrent according to the amount of incident light, a MOS transistor for inputting the photocurrent, There has been proposed a solid-state imaging device having a bias means for biasing the MOS transistor to a state in which a subthreshold current can flow, and performing a logarithmic conversion of a photocurrent (Japanese Patent Laid-Open No. 19276/1991).
No. 4).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような固体撮像装
置は、広いダイナミックレンジを有しているものの、画
素毎に設けられたMOSトランジスタの閾値特性が異な
ることがあり、画素毎に感度が異なる場合がある。よっ
て、予め輝度が一様な明るい光(一様光)を照射するこ
とによって得られた出力を、被写体の撮像時の各画素の
出力を補正する補正データとして保持するなどの対策が
必要がある。しかしながら、操作者が外部光源を用いて
各画素を照射するのは煩雑であったり、又、うまく一様
に露光できないなどの問題がある。又、一様光の照射機
構を撮像装置に設けると撮像装置の構成が煩雑になると
いう問題があった。
Although such a solid-state imaging device has a wide dynamic range, the threshold characteristics of MOS transistors provided for each pixel may be different, and the sensitivity may be different for each pixel. There are cases. Therefore, it is necessary to take measures such as holding an output obtained by previously irradiating bright light (uniform light) having a uniform luminance as correction data for correcting the output of each pixel when capturing an image of a subject. . However, there are problems that it is complicated for the operator to irradiate each pixel using an external light source, and that the exposure cannot be uniformly performed well. Further, when the uniform light irradiation mechanism is provided in the imaging device, there is a problem that the configuration of the imaging device becomes complicated.

【0005】そこで、本出願人は、撮像時に光電流が流
れ込みサブスレッショルド領域で動作を行うMOSトラ
ンジスタに対し、そのバイアス電圧を切り換えるなどし
て、このMOSトランジスタの閾値電圧を検出して各画
素の感度のバラツキを検出することで、この検出した感
度のバラツキが原因となるノイズ成分を、撮像して得ら
れた画像データから除去するような回路構成の固体撮像
装置を検討している。しかしながら、このように、感度
のバラツキによるノイズ成分を除去して得られた画像デ
ータは、同一時間に撮像して得られた画像データに関し
ては各画素毎のバラツキが無くなるものの、素子温度が
変化することによって、光電変換特性が異なるため、撮
像装置内の素子温度による成分を画像データ内に有す
る。
Accordingly, the applicant of the present invention has detected the threshold voltage of a MOS transistor which operates in the sub-threshold region by flowing a photocurrent at the time of image pickup, and detects the threshold voltage of the MOS transistor. We are studying a solid-state imaging device having a circuit configuration that detects a variation in sensitivity and removes a noise component caused by the variation in the detected sensitivity from image data obtained by imaging. However, in the image data obtained by removing the noise component due to the variation in sensitivity as described above, the image temperature obtained by imaging at the same time has no variation in each pixel, but the element temperature changes. As a result, the photoelectric conversion characteristics are different, so that a component due to the element temperature in the imaging device is included in the image data.

【0006】よって、例えば、各画素が、図17のよう
に、フォトダイオードPとフォトダイオードPのアノー
ドにゲートとドレインが接続された撮像時にサブスレッ
ショルド領域で動作するMOSトランジスタTとを有す
る場合、常温として設定された素子温度で撮像を行った
際、その画像データが画素への入射光の照度に対して、
ほぼ、自然対数的に変化する。
Therefore, for example, as shown in FIG. 17, when each pixel has a photodiode P and a MOS transistor T which operates in a sub-threshold region during imaging in which the gate and the drain are connected to the anode of the photodiode P, When an image is taken at an element temperature set as a normal temperature, the image data is generated with respect to the illuminance of light incident on the pixel.
It varies almost logarithmically.

【0007】しかしながら、例えば、このような画素に
おいて、素子温度が常温から下降すると、フォトダイオ
ードPより流れる暗電流の量が少なくなるため、リセッ
ト後のMOSトランジスタTのゲート下領域のポテンシ
ャルが低くなり、フォトダイオードPで発生する光電流
の電流値が小さいとき、MOSトランジスタTがサブス
レッショルド領域で動作せず、オフセットに近い状態で
動作する。よって、図18のように、常温で撮像したと
きに比べて、入射光量が低いとき、線形変換成分が現れ
る。
However, for example, in such a pixel, when the element temperature drops from room temperature, the amount of dark current flowing from the photodiode P decreases, and the potential of the region under the gate of the MOS transistor T after resetting decreases. When the current value of the photocurrent generated in the photodiode P is small, the MOS transistor T does not operate in the sub-threshold region and operates in a state close to the offset. Therefore, as shown in FIG. 18, a linear conversion component appears when the amount of incident light is lower than when imaging is performed at room temperature.

【0008】逆に、素子温度が常温から上昇すると、フ
ォトダイオードPより流れる暗電流の量が多くなるた
め、MOSトランジスタTに蓄積される電荷量が多くな
るため、リセット後のMOSトランジスタTのゲート下
領域のポテンシャルが高くなり、照度の高い被写体の撮
像を行ったときでも、常温時で照度の低い被写体を撮像
したときと同様の状態となる。よって、図18のよう
に、常温で撮像したときに比べて、同一の入射光が与え
られても、画素からの出力が低くなる。
Conversely, when the element temperature rises from room temperature, the amount of dark current flowing from the photodiode P increases, and the amount of charge accumulated in the MOS transistor T increases. When the potential of the lower region becomes high and an image of a subject with high illuminance is taken, the same state as when an image of a subject with low illuminance at room temperature is taken. Therefore, as shown in FIG. 18, even if the same incident light is applied, the output from the pixel is lower than when imaging is performed at room temperature.

【0009】このような問題に鑑みて、本発明は、素子
温度によって出力に与えられる影響を抑圧することがで
きる固体撮像装置を提供することを目的とする。
In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing the influence of the element temperature on the output.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の固体撮像装置は、入射した光量に
応じた電気信号を発生する感光素子と該感光素子からの
電気信号が入力されるとともにサブスレッショルド領域
で動作するトランジスタとを備えて前記電気信号を自然
対数的に変換する光電変換部を有する複数の画素から成
る固体撮像装置において、前記固体撮像装置の温度に応
じた電圧を出力する電圧発生回路を有し、該電圧発生回
路から出力される電圧によって、前記トランジスタをバ
イアスすることによって、前記トランジスタのポテンシ
ャル状態を設定することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device, comprising: a photosensitive element for generating an electric signal corresponding to an amount of incident light; and an electric signal from the photosensitive element. A solid-state imaging device including a plurality of pixels that include a transistor that is input and operates in a sub-threshold region and that has a photoelectric conversion unit that converts the electric signal into a natural logarithm; a voltage corresponding to a temperature of the solid-state imaging device; , And the potential state of the transistor is set by biasing the transistor with a voltage output from the voltage generation circuit.

【0011】このような固体撮像装置において、サブス
レッショルド領域で動作する前記トランジスタをMOS
トランジスタとしたとき、そのポテンシャル状態を素子
温度に応じて変化させる。このように、前記トランジス
タのポテンシャル状態を素子温度に応じて変化させるこ
とで、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やト
ランジスタの閾値電圧などによる影響を低減させること
ができる。
In such a solid-state imaging device, the transistor operating in the subthreshold region is a MOS transistor.
When a transistor is used, its potential state is changed according to the element temperature. As described above, by changing the potential state of the transistor according to the element temperature, the influence of the dark current of the photosensitive element, which varies with the element temperature, the threshold voltage of the transistor, and the like can be reduced.

【0012】そして、請求項2に記載するように、前記
電圧発生回路に、前記光電変換部と同一の構成の検温部
を設けて素子温度を検出し、更に、該検温部に光が入射
されないように遮光するようにしても構わない。
According to a second aspect of the present invention, a temperature detector having the same configuration as that of the photoelectric conversion unit is provided in the voltage generation circuit to detect an element temperature, and further, no light is incident on the temperature detector. Light may be shielded as described above.

【0013】請求項3に記載の固体撮像装置は、入射し
た光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光
素子の一方の電極に第1電極と制御電極が接続された第
1トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対
数的に変換した電気信号を前記第1トランジスタの制御
電極より出力する複数の画素と、固体撮像装置の温度に
応じた前記複数の画素をリセットするための第1電圧又
は前記第1トランジスタをサブスレッショルド領域で動
作させるための第2電圧のいずれかを前記第1トランジ
スタの第2電極へ出力する電圧発生回路と、を有し、前
記画素がリセットされるとき、前記電圧発生回路から前
記第1トランジスタの第2電極に前記第1電圧が印加さ
れ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記電圧発生
回路から前記第1トランジスタの第2電極に前記第2電
圧が印加されることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device, comprising: a photosensitive element for generating an electric signal according to the amount of incident light; and a first transistor having a first electrode and a control electrode connected to one electrode of the photosensitive element. And resetting the plurality of pixels according to the temperature of the solid-state imaging device, the plurality of pixels outputting an electric signal obtained by natural logarithmic conversion of the electric signal from the control electrode of the first transistor. And a second voltage for operating the first transistor in a sub-threshold region to a second electrode of the first transistor. The first voltage is applied to the second electrode of the first transistor from the voltage generation circuit, and when the pixel performs an imaging operation, the first voltage is applied from the voltage generation circuit to the first electrode. Wherein the second voltage to the second electrode of the transistor is applied.

【0014】このような固体撮像装置によると、リセッ
ト時に前記電圧発生回路より前記第1トランジスタの第
2電極に与えられる第1電圧が素子温度に応じて変化す
る。よって、前記第1トランジスタがMOSトランジス
タであるとき、リセット後の前記第1トランジスタのポ
テンシャル状態が素子温度に応じて変化するため、素子
温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタ
の閾値電圧などによる影響を低減させることができる。
According to such a solid-state imaging device, at the time of reset, the first voltage applied to the second electrode of the first transistor by the voltage generation circuit changes according to the element temperature. Therefore, when the first transistor is a MOS transistor, the potential state of the first transistor after reset changes according to the element temperature, so that the dark state of the photosensitive element that changes according to the element temperature, the threshold voltage of the transistor, etc. The effect can be reduced.

【0015】又、請求項4に記載するように、前記電圧
発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と性
質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第1
電極と制御電極が接続された第1トランジスタと、該第
1トランジスタの第1電極と制御電極との接続ノードに
入力側が接続されて、前記第1電圧を出力する反転型バ
ッファと、前記第1電圧と前記第2電圧とを選択して出
力するドライブ回路と、を有し、前記感光素子に光が入
射されないように遮光されるようにしても構わない。
According to a fourth aspect of the present invention, the voltage generating circuit includes a photosensitive element having the same characteristics as the photosensitive element provided in the pixel, and a first electrode provided on one electrode of the photosensitive element.
A first transistor having an electrode connected to the control electrode, an inverting buffer having an input connected to a connection node between the first electrode and the control electrode of the first transistor, and outputting the first voltage; A drive circuit for selecting and outputting a voltage and the second voltage may be provided, and light may be shielded so that light does not enter the photosensitive element.

【0016】請求項5に記載の固体撮像装置は、入射し
た光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光
素子の一方の電極に第1電極と制御電極が接続されると
ともにサブスレッショルド領域で動作するようにバイア
スされた第1トランジスタと、前記第1トランジスタの
制御電極に第2電極が接続された第2トランジスタとを
有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気
信号を前記第1トランジスタの制御電極より出力する複
数の画素と、固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第
2トランジスタの第1電極へ出力する電圧発生回路と、
を有し、前記画素がリセットされるとき、前記第2トラ
ンジスタがONとされて、前記電圧発生回路からの電圧
が前記第1トランジスタの制御電極に印加され、又、前
記画素が撮像動作を行うとき、前記第2トランジスタが
OFFとされることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a solid-state imaging device, wherein a photosensitive element for generating an electric signal according to the amount of incident light, a first electrode and a control electrode are connected to one electrode of the photosensitive element, and a sub-threshold is provided. A first transistor biased to operate in a region, and a second transistor having a second electrode connected to a control electrode of the first transistor, wherein the electrical signal is a natural logarithmic conversion of the electrical signal. A plurality of pixels that output signals from a control electrode of the first transistor, a voltage generation circuit that outputs a voltage corresponding to the temperature of the solid-state imaging device to the first electrode of the second transistor,
When the pixel is reset, the second transistor is turned on, a voltage from the voltage generation circuit is applied to a control electrode of the first transistor, and the pixel performs an imaging operation At this time, the second transistor is turned off.

【0017】このような固体撮像装置によると、リセッ
ト時に前記電圧発生回路より前記第2トランジスタを通
じて前記第1トランジスタの制御電極に与えられる電圧
が素子温度に応じて変化する。よって、前記第1トラン
ジスタがMOSトランジスタであるとき、リセット後の
前記第1トランジスタのポテンシャル状態が素子温度に
応じて変化するため、素子温度によって変化する感光素
子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響を
低減させることができる。
According to such a solid-state imaging device, the voltage applied to the control electrode of the first transistor from the voltage generation circuit through the second transistor at the time of reset changes according to the element temperature. Therefore, when the first transistor is a MOS transistor, the potential state of the first transistor after reset changes according to the element temperature, so that the dark state of the photosensitive element that changes according to the element temperature, the threshold voltage of the transistor, etc. The effect can be reduced.

【0018】又、請求項6に記載するように、前記電圧
発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と性
質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第1
電極と制御電極が接続された第1トランジスタと、該第
1トランジスタの第1電極と制御電極との接続ノードに
入力側が接続されて、前記画素内の前記第2トランジス
タの第1電極へ電圧出力する反転型バッファと、を有
し、前記感光素子に光が入射されないように遮光される
ようにしても構わない。
According to a sixth aspect of the present invention, the voltage generating circuit includes a photosensitive element having the same characteristics as the photosensitive element provided in the pixel, and a first electrode provided on one electrode of the photosensitive element.
A first transistor having an electrode and a control electrode connected thereto, and an input side connected to a connection node between the first electrode and the control electrode of the first transistor, and a voltage output to a first electrode of the second transistor in the pixel And the light-receiving element may be shielded so that light does not enter the photosensitive element.

【0019】請求項7に記載の固体撮像装置は、請求項
3〜請求項6のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記画素が、前記感光素子の一方の電極に第1電極
が接続されるとともに、前記第1トランジスタの第1電
極及び制御電極に第2電極が接続された第3トランジス
タを有し、前記画素がリセットされるとき、前記第3ト
ランジスタがOFFとされ、又、前記画素が撮像動作を
行うとき、前記第3トランジスタがONとされることを
特徴とする。このようにすることで、リセット時に前記
感光素子から光電流が前記第1トランジスタに流れ込む
ことを阻止することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the third to sixth aspects, the pixel includes a first electrode connected to one electrode of the photosensitive element. A third transistor in which a second electrode is connected to a first electrode and a control electrode of the first transistor, wherein when the pixel is reset, the third transistor is turned off; Is characterized in that the third transistor is turned on when performing an imaging operation. With this configuration, it is possible to prevent a photocurrent from flowing from the photosensitive element into the first transistor at the time of reset.

【0020】請求項8に記載の固体撮像装置は、請求項
3〜請求項7のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記画素が、前記第1トランジスタの第1電極及び
制御電極に制御電極が接続され、前記第1トランジスタ
の制御電極に現れる電圧を増幅して第2電極より出力す
る第4トランジスタを有することを特徴とする。該第4
トランジスタをソースフォロアのMOSトランジスタと
することによって、撮像時又はリセット時に得られた信
号を増幅して出力することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the third to seventh aspects, the pixel includes a control electrode provided on a first electrode and a control electrode of the first transistor. And a fourth transistor which amplifies a voltage appearing at a control electrode of the first transistor and outputs the amplified voltage from a second electrode. The fourth
By using a MOS transistor as a source follower transistor, a signal obtained at the time of imaging or at the time of reset can be amplified and output.

【0021】請求項9に記載の固体撮像装置は、入射し
た光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光
素子の一方の電極に第2電極が接続されるとともにサブ
スレッショルド領域で動作するようにバイアスされた第
1トランジスタと、前記第1トランジスタの第2電極に
第1電極が接続された第2トランジスタとを有し、前記
電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記
第1トランジスタの第2電極より出力する複数の画素
と、固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第1トラン
ジスタの制御電極へ出力する電圧発生回路と、を有し、
前記画素がリセットされるとき、前記第2トランジスタ
がONとされて、前記電圧発生回路からの電圧が前記第
1トランジスタの第2電極に印加され、又、前記画素が
撮像動作を行うとき、前記第2トランジスタがOFFと
されることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device, a photosensitive element for generating an electric signal corresponding to the amount of incident light, a second electrode connected to one electrode of the photosensitive element, and operating in a sub-threshold region. And a second transistor having a first electrode connected to a second electrode of the first transistor, and an electrical signal obtained by natural logarithmic conversion of the electrical signal. A plurality of pixels that output from the second electrode of the first transistor, and a voltage generation circuit that outputs a voltage corresponding to the temperature of the solid-state imaging device to the control electrode of the first transistor;
When the pixel is reset, the second transistor is turned on, a voltage from the voltage generation circuit is applied to a second electrode of the first transistor, and when the pixel performs an imaging operation, The second transistor is turned off.

【0022】このような固体撮像装置によると、前記電
圧発生回路より前記第1トランジスタの制御電極に与え
られる電圧が素子温度に応じて変化する。よって、前記
第1トランジスタがMOSトランジスタであるとき、こ
の第2電極に与えられるリセット用の直流電圧によって
決定されるリセット後の前記第1トランジスタのポテン
シャル状態が素子温度に応じて変化するため、素子温度
によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾
値電圧などによる影響を低減させることができる。
According to such a solid-state imaging device, the voltage applied from the voltage generation circuit to the control electrode of the first transistor changes according to the element temperature. Therefore, when the first transistor is a MOS transistor, the potential state of the first transistor after reset determined by the reset DC voltage applied to the second electrode changes according to the element temperature. The influence of the dark current of the photosensitive element, which varies with temperature, the threshold voltage of the transistor, and the like can be reduced.

【0023】又、請求項10に記載するように、前記電
圧発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と
性質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第
2電極が接続された第1トランジスタと、該第1トラン
ジスタの第2電極に入力側が接続され、前記画素内の前
記第1トランジスタの制御電極へ電圧出力する反転型バ
ッファと、を有し、前記感光素子に光が入射されないよ
うに遮光されるようにしても構わない。
According to another aspect of the present invention, the voltage generating circuit includes a photosensitive element having the same characteristics as the photosensitive element provided in the pixel, and a second electrode provided on one electrode of the photosensitive element. A first transistor connected to the first transistor, an inverting buffer having an input connected to a second electrode of the first transistor, and outputting a voltage to a control electrode of the first transistor in the pixel; The light may be shielded so as not to enter the light.

【0024】請求項11に記載の固体撮像装置は、入射
した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感
光素子の一方の電極に第2電極が接続されるとともにサ
ブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされた
第1トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然
対数的に変換した電気信号を前記第1トランジスタの第
2電極より出力する複数の画素と、固体撮像装置の温度
に応じた電圧を前記第1トランジスタの制御電極へ出力
する電圧発生回路と、を有し、前記第1トランジスタの
第1電極に印加される電圧が変化されることによって前
記画素がリセットされることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a solid-state imaging device, wherein a photosensitive element for generating an electric signal corresponding to the amount of incident light, a second electrode is connected to one electrode of the photosensitive element, and the solid-state imaging device operates in a sub-threshold region. A plurality of pixels having a first transistor biased so as to output an electric signal obtained by natural logarithmic conversion of the electric signal from a second electrode of the first transistor; And a voltage generation circuit that outputs a voltage corresponding to the above to the control electrode of the first transistor, wherein the pixel is reset by changing the voltage applied to the first electrode of the first transistor. It is characterized by.

【0025】このような固体撮像装置によると、リセッ
ト時に前記電圧発生回路より前記第1トランジスタの制
御電極に与えられる電圧が素子温度に応じて変化する。
よって、前記第1トランジスタがMOSトランジスタで
あるとき、この第1電極に与えられるリセット用の直流
電圧によって決定されるリセット後の前記第1トランジ
スタのポテンシャル状態が素子温度に応じて変化するた
め、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトラ
ンジスタの閾値電圧などによる影響を低減させることが
できる。
According to such a solid-state imaging device, the voltage applied to the control electrode of the first transistor by the voltage generation circuit at the time of reset changes according to the element temperature.
Therefore, when the first transistor is a MOS transistor, the potential state of the first transistor after reset determined by the reset DC voltage applied to the first electrode changes according to the element temperature. The influence of the dark current of the photosensitive element, which varies with temperature, the threshold voltage of the transistor, and the like can be reduced.

【0026】又、請求項12に記載するように、前記電
圧発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と
性質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第
2電極が接続された第1トランジスタと、該第1トラン
ジスタの第2電極に入力側が接続され、前記画素内の前
記第1トランジスタの制御電極へ電圧出力する反転型バ
ッファと、を有し、前記感光素子に光が入射されないよ
うに遮光されるようにしても構わない。
According to a twelfth aspect of the present invention, the voltage generating circuit includes a photosensitive element having the same characteristics as the photosensitive element provided in the pixel, and a second electrode provided on one electrode of the photosensitive element. A first transistor connected to the first transistor, an inverting buffer having an input connected to a second electrode of the first transistor, and outputting a voltage to a control electrode of the first transistor in the pixel; The light may be shielded so as not to enter the light.

【0027】請求項13に記載の固体撮像装置は、請求
項9〜請求項12のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記画素が、前記第1トランジスタの第2電極に
第1電極が接続されるとともに、前記感光素子の一方の
電極に第2電極が接続された第3トランジスタを有し、
前記画素がリセットされるとき、前記第3トランジスタ
がOFFとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、
前記第3トランジスタがONとされることを特徴とす
る。このようにすることで、リセット時に前記感光素子
から光電流が前記第1トランジスタに流れ込むことを阻
止することができる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the solid-state imaging device according to any one of the ninth to twelfth aspects, the pixel has a first electrode connected to a second electrode of the first transistor. And a third transistor having a second electrode connected to one electrode of the photosensitive element,
When the pixel is reset, the third transistor is turned off, and when the pixel performs an imaging operation,
The third transistor is turned on. With this configuration, it is possible to prevent a photocurrent from flowing from the photosensitive element into the first transistor at the time of reset.

【0028】請求項14に記載の固体撮像装置は、請求
項9〜請求項13のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記画素が、前記第1トランジスタの第2電極に
制御電極が接続され、前記第1トランジスタの第2電極
に現れる電圧を増幅して第2電極より出力する第4トラ
ンジスタを有することを特徴とする。該第4トランジス
タをソースフォロアのMOSトランジスタとすることに
よって、撮像時又はリセット時に得られた信号を増幅し
て出力することができる。
A solid-state imaging device according to a fourteenth aspect is the solid-state imaging device according to any one of the ninth to thirteenth aspects, wherein the pixel has a control electrode connected to a second electrode of the first transistor. A fourth transistor for amplifying a voltage appearing at a second electrode of the first transistor and outputting the amplified voltage from a second electrode. By using the fourth transistor as a source-follower MOS transistor, a signal obtained at the time of imaging or at the time of reset can be amplified and output.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、以下
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0030】<固体撮像装置の構成>まず、本発明の固
体撮像装置の構成の一例について、図面を参照して説明
する。図1は本発明の二次元のMOS型固体撮像装置の
一部の構成を概略的に示している。同図において、G11
〜Gmnは行列配置(マトリクス配置)された画素を示
している。2は垂直走査回路であり、行(ライン)4−
1、4−2、…、4−nを順次走査していく。3は水平
走査回路であり、画素から出力信号線6−1、6−2、
…、6−mに導出された光電変換信号を画素毎に水平方
向に順次読み出す。5は電源ラインである。更に、10
は、電圧発生回路であり、バイアス供給ライン9−1、
9−2、…、9−mを通じて、画素毎にバイアス電圧が
与えられる。各画素に対し、上記ライン4−1、4−
2、…、4−nや出力信号線6−1、6−2、…、6−
m、電源ライン5、バイアス供給ライン9−1、9−
2、…、9−mだけでなく、他のライン(例えば、クロ
ックライン等)も接続されるが、図1ではこれらについ
て省略する。
<Structure of solid-state imaging device> First, an example of the structure of the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a configuration of a part of a two-dimensional MOS type solid-state imaging device according to the present invention. In the figure, G11
Gmn indicate pixels arranged in a matrix (matrix arrangement). Numeral 2 denotes a vertical scanning circuit, and a row (line) 4-
,..., 4-n are sequentially scanned. Reference numeral 3 denotes a horizontal scanning circuit which outputs output signal lines 6-1 and 6-2,
.., The photoelectric conversion signals derived in 6-m are sequentially read in the horizontal direction for each pixel. 5 is a power supply line. Furthermore, 10
Is a voltage generation circuit, and a bias supply line 9-1,
A bias voltage is applied to each pixel through 9-2,..., 9-m. For each pixel, the lines 4-1 and 4-
, 4-n and output signal lines 6-1, 6-2, ..., 6-
m, power supply line 5, bias supply lines 9-1, 9-
In addition to 2,..., 9-m, other lines (for example, clock lines) are also connected, but these are omitted in FIG.

【0031】出力信号線6−1、6−2、・・・、6−
mごとにNチャネルのMOSトランジスタQ1が図示の
如く1組ずつ設けられている。出力信号線6−1を例に
とって説明すると、MOSトランジスタQ1のゲートは
直流電圧線7に接続され、ドレインは出力信号線6−1
に接続され、ソースは直流電圧VPS’のライン8に接続
されている。そして、出力信号線6−1、6−2、・・
・、6−mを通して出力される各画素の撮像時の画像デ
ータ及びリセット時の補正データが順次サンプルホール
ド回路11に与えられる。
The output signal lines 6-1, 6-2,..., 6
As shown, one set of N-channel MOS transistors Q1 is provided for each m. Taking the output signal line 6-1 as an example, the gate of the MOS transistor Q1 is connected to the DC voltage line 7, and the drain is connected to the output signal line 6-1.
And the source is connected to line 8 of the DC voltage VPS '. The output signal lines 6-1, 6-2,.
The image data at the time of imaging of each pixel and the correction data at the time of resetting, which are output through 6-m, are sequentially supplied to the sample hold circuit 11.

【0032】このサンプルホールド回路11に対して、
行毎に、画像データ及び補正データが出力されてサンプ
ルホールドされる。そして、サンプルホールドされた画
像データ及び補正データは、列毎に、出力回路12に出
力され、出力回路12で感度バラツキによるノイズ成分
が除去されるように、補正データに基づいて画像データ
が補正される。よって、出力回路12より、各画素の感
度バラツキが補正された画像データが、各画素毎にシリ
アルに出力される。
For this sample and hold circuit 11,
Image data and correction data are output and sampled and held for each row. The sampled and held image data and correction data are output to the output circuit 12 for each column, and the output circuit 12 corrects the image data based on the correction data so that noise components due to sensitivity variations are removed. You. Therefore, the output circuit 12 serially outputs image data in which the sensitivity variation of each pixel is corrected for each pixel.

【0033】画素G11〜Gmnには、後述するように、
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
NチャネルのMOSトランジスタT3が設けられてい
る。MOSトランジスタT3と上記MOSトランジスタ
Q1との接続関係は図2のようになる。ここで、MOS
トランジスタQ1のソースに接続される直流電圧VPS’
と、MOSトランジスタT3のドレインに接続される直
流電圧VPD’との関係はVPD’>VPS’であり、直流電
圧VPS’は例えばグランド電圧(接地)である。
As described later, the pixels G11 to Gmn have
An N-channel MOS transistor T3 for outputting a signal based on the photocharge generated in those pixels is provided. The connection relationship between the MOS transistor T3 and the MOS transistor Q1 is as shown in FIG. Where MOS
DC voltage VPS 'connected to the source of transistor Q1
And the DC voltage VPD 'connected to the drain of the MOS transistor T3 is VPD'> VPS ', and the DC voltage VPS' is, for example, a ground voltage (ground).

【0034】この回路構成は上段のMOSトランジスタ
T3のゲートに信号が入力され、下段のMOSトランジ
スタQ1のゲートには直流電圧DCが常時印加される。
このため下段のMOSトランジスタQ1は抵抗又は定電
流源と等価であり、図2の回路はソースフォロワ型の増
幅回路となっている。この場合、MOSトランジスタT
3から増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
尚、図1及び図2に示す構成は以下に説明する第1の実
施形態〜第5の実施形態に共通の構成である。
In this circuit configuration, a signal is input to the gate of the upper MOS transistor T3, and a DC voltage DC is constantly applied to the gate of the lower MOS transistor Q1.
Therefore, the lower MOS transistor Q1 is equivalent to a resistor or a constant current source, and the circuit of FIG. 2 is a source follower type amplifier circuit. In this case, the MOS transistor T
It may be considered that what is amplified and output from 3 is a current.
The configuration shown in FIGS. 1 and 2 is a configuration common to the first to fifth embodiments described below.

【0035】図2のように構成することにより信号を大
きく出力することができる。従って、画素がダイナミッ
クレンジ拡大のために感光素子から発生する光電流を自
然対数的に変換しているような場合は、そのままでは出
力信号が小さいが、本増幅回路により充分大きな信号に
増幅されるため、後続の信号処理回路(図示せず)での
処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗部分を構
成するMOSトランジスタQ1を画素内に設けずに、列
方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線6
−1、6−2、…、6−mごとに設けることにより、負
荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チップ上で
増幅回路が占める面積を少なくできる。
With the configuration shown in FIG. 2, a large signal can be output. Therefore, when the pixel converts the photocurrent generated from the photosensitive element in a natural logarithmic manner to expand the dynamic range, the output signal is small as it is, but is amplified to a sufficiently large signal by the present amplifier circuit. Therefore, processing in a subsequent signal processing circuit (not shown) is facilitated. Further, the MOS transistor Q1 forming the load resistance portion of the amplifier circuit is not provided in the pixel, and the output signal line 6 to which a plurality of pixels arranged in the column direction are connected is connected.
, 6-2,..., 6-m, the number of load resistances or constant current sources can be reduced, and the area occupied by the amplifier circuit on the semiconductor chip can be reduced.

【0036】<第1の実施形態>図1に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第1の実施形態について、図
面を参照して説明する。図3は、本実施形態に使用する
固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図であ
る。
<First Embodiment> A first embodiment applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment.

【0037】図3において、pnフォトダイオードPD
が感光部(光電変換部)を形成している。そのフォトダ
イオードPDのアノードはMOSトランジスタT1のド
レインに接続され、このMOSトランジスタT1のソー
スは、MOSトランジスタT2のドレインとゲート及び
MOSトランジスタT3のゲートに接続されている。M
OSトランジスタT3のソースは行選択用のMOSトラ
ンジスタT4のドレインに接続されている。MOSトラ
ンジスタT4のソースは出力信号線6(この出力信号線
6は図1の6−1、6−2、…、6−mに対応する)へ
接続されている。尚、MOSトランジスタT1〜T4
は、それぞれ、NチャネルのMOSトランジスタでバッ
クゲートが接地されている。
In FIG. 3, a pn photodiode PD
Form a photosensitive portion (photoelectric conversion portion). The anode of the photodiode PD is connected to the drain of the MOS transistor T1, and the source of the MOS transistor T1 is connected to the drain and gate of the MOS transistor T2 and the gate of the MOS transistor T3. M
The source of the OS transistor T3 is connected to the drain of the row selection MOS transistor T4. The source of the MOS transistor T4 is connected to an output signal line 6 (the output signal line 6 corresponds to 6-1 to 6-m in FIG. 1). The MOS transistors T1 to T4
Are N-channel MOS transistors each having a back gate grounded.

【0038】又、フォトダイオードPDのカソード及び
MOSトランジスタT3のドレインには直流電圧VPDが
印加されるようになっている。一方、MOSトランジス
タT2のソースには、バイアス供給ライン9(このバイ
アス供給ライン9は図1の9−1、9−2、…、9−m
に対応する)を通じて電圧発生回路10x(図1の電圧
発生回路10に対応する)で発生した出力電圧が印加さ
れる。又、MOSトランジスタT1のゲートに信号φS
が入力され、MOSトランジスタT4のゲートには信号
φVが入力される。
A DC voltage VPD is applied to the cathode of the photodiode PD and the drain of the MOS transistor T3. On the other hand, the source of the MOS transistor T2 is connected to a bias supply line 9 (the bias supply line 9 corresponds to 9-1, 9-2,..., 9-m in FIG. 1).
The output voltage generated by the voltage generating circuit 10x (corresponding to the voltage generating circuit 10 in FIG. 1) is applied through the corresponding voltage generating circuit 10x. The signal φS is applied to the gate of the MOS transistor T1.
, And a signal φV is input to the gate of the MOS transistor T4.

【0039】このような構成の画素を有する固体撮像装
置に設けられる電圧発生回路10xについて、以下に説
明する。図4は、本実施形態の固体撮像装置に設けられ
た電圧発生回路10xの内部構成を示すブロック図であ
る。
The voltage generation circuit 10x provided in the solid-state imaging device having the pixel having such a configuration will be described below. FIG. 4 is a block diagram illustrating an internal configuration of the voltage generation circuit 10x provided in the solid-state imaging device according to the present embodiment.

【0040】図4に示す電圧発生回路10xは、フォト
ダイオードPdとMOSトランジスタT10と反転型バ
ッファB1とで構成される遮光画素10aと、遮光画素
10aで発生した電圧VPS-Lと電圧VPS-Lより高い電圧
で画素G11〜Gmn内のMOSトランジスタT2をサブス
レッショルド領域で動作させるための電圧VPS-Hとを入
力される信号φVPSによって選択して出力するドライブ
回路10bとを有する。
The voltage generating circuit 10x shown in FIG. 4 includes a light-shielded pixel 10a composed of a photodiode Pd, a MOS transistor T10, and an inverting buffer B1, a voltage VPS-L and a voltage VPS-L generated by the light-shielded pixel 10a. And a drive circuit 10b for selecting and outputting a voltage VPS-H for operating the MOS transistors T2 in the pixels G11 to Gmn in the sub-threshold region at a higher voltage by an input signal φVPS.

【0041】そして、遮光画素10aにおいて、カソー
ドに直流電圧VDAが印加されたフォトダイオードPdの
アノードに、MOSトランジスタT10のドレインとゲ
ート及び反転型バッファB1の入力側が接続される。
又、MOSトランジスタT10のソースには直流電圧V
SAが印加される。又、反転型バッファB1からの出力電
圧VPS-Lがドライブ回路10bに与えられる。このよう
な構成の遮光画素10aは、フォトダイオードPdの感
光部に光が入射されないように、アルミニウム膜などで
遮光されている。
In the light-shielded pixel 10a, the drain and gate of the MOS transistor T10 and the input side of the inverting buffer B1 are connected to the anode of the photodiode Pd whose DC voltage VDA is applied to the cathode.
The DC voltage V is applied to the source of the MOS transistor T10.
SA is applied. The output voltage VPS-L from the inversion type buffer B1 is supplied to the drive circuit 10b. The light-shielded pixel 10a having such a configuration is shielded by an aluminum film or the like so that light does not enter the photosensitive portion of the photodiode Pd.

【0042】更に、このように遮光画素10aが構成さ
れるとき、反転型バッファB1の構成は、例えば、図5
のようにしても構わない。即ち、反転型バッファB1
は、MOSトランジスタT10のゲート及びドレインの
接続ノードにゲートが接続されるとともにドレインに直
流電圧VDBが印加されたPチャネルのMOSトランジス
タ11と、MOSトランジスタT11のソースに一端が
接続されるとともに他端に直流電圧VSBが印加された抵
抗Rとで構成される。
Further, when the light-shielding pixel 10a is configured as described above, the configuration of the inversion type buffer B1 is, for example, as shown in FIG.
You may do like this. That is, the inversion type buffer B1
Is a P-channel MOS transistor 11 having a gate connected to a connection node of the gate and the drain of the MOS transistor T10 and a DC voltage VDB applied to the drain, and one end connected to the source of the MOS transistor T11 and the other end. And a resistor R to which a DC voltage VSB is applied.

【0043】図4のように電圧発生回路10が構成され
るとき、遮光画素10a内のフォトダイオードPd及び
MOSトランジスタT10が、固体撮像装置の素子温度
を検出する検温部として働く。即ち、素子温度が低くな
ると、フォトダイオードPdの暗電流が小さくなるとと
もに、MOSトランジスタT10の閾値電圧が低くなる
ため、MOSトランジスタT10のゲート電圧が低くな
る。逆に、素子温度が高くなると、フォトダイオードP
dの暗電流が大きくなるとともに、MOSトランジスタ
T10の閾値電圧が高くなるため、MOSトランジスタ
T10のゲート電圧が高くなる。よって、反転型バッフ
ァB1に入力されるMOSトランジスタT10のゲート
電圧が、素子温度に応じて変遷する。
When the voltage generating circuit 10 is configured as shown in FIG. 4, the photodiode Pd and the MOS transistor T10 in the light-shielded pixel 10a function as a temperature detector for detecting the element temperature of the solid-state imaging device. That is, when the element temperature decreases, the dark current of the photodiode Pd decreases and the threshold voltage of the MOS transistor T10 decreases, so that the gate voltage of the MOS transistor T10 decreases. Conversely, when the element temperature rises, the photodiode P
As the dark current of d increases and the threshold voltage of the MOS transistor T10 increases, the gate voltage of the MOS transistor T10 increases. Therefore, the gate voltage of the MOS transistor T10 input to the inversion type buffer B1 changes according to the element temperature.

【0044】このように、フォトダイオードPd及びM
OSトランジスタT10が動作するとき、図5のような
構成の反転型バッファB1は、素子温度が低く、MOS
トランジスタT10のゲート電圧が低くなると、MOS
トランジスタT11を流れる電流が大きくなるため、抵
抗Rに発生する電圧が高くなり、出力電圧VPS-Lが高く
なる。逆に、素子温度が高く、MOSトランジスタT1
0のゲート電圧が高くなると、MOSトランジスタT1
1を流れる電流が小さくなるため、抵抗Rに発生する電
圧が低くなり、出力電圧VPS-Lが低くなる。
As described above, the photodiodes Pd and M
When the OS transistor T10 operates, the inverting buffer B1 having the configuration shown in FIG.
When the gate voltage of the transistor T10 decreases, the MOS
Since the current flowing through the transistor T11 increases, the voltage generated at the resistor R increases, and the output voltage VPS-L increases. Conversely, when the element temperature is high, the MOS transistor T1
0, the gate voltage of the MOS transistor T1 increases.
Since the current flowing through 1 becomes small, the voltage generated in the resistor R becomes low, and the output voltage VPS-L becomes low.

【0045】次に、図3のように構成された画素G11〜
Gmnの動作について、説明する。電圧発生回路10x内
のドライブ回路10bに与える信号φVPSがローレベル
とされて、MOSトランジスタT2のゲート電圧がリセ
ットされ、信号φVPSをハイレベルとしてMOSトラン
ジスタT2のソースに直流電圧VPS-Hが印加された後、
信号φSがハイレベルとされてMOSトランジスタT1
がONとされると、撮像動作が開始する。このとき、フ
ォトダイオードPDに光が入射すると光電流が発生し、
MOSトランジスタのサブスレッショルド特性により、
前記光電流を自然対数的に変換した値の電圧がMOSト
ランジスタT2,T3のゲートに発生する。
Next, the pixels G11 to G11 configured as shown in FIG.
The operation of Gmn will be described. The signal φVPS applied to the drive circuit 10b in the voltage generation circuit 10x is set to low level, the gate voltage of the MOS transistor T2 is reset, the signal φVPS is set to high level, and the DC voltage VPS-H is applied to the source of the MOS transistor T2. After
The signal φS is set to the high level and the MOS transistor T1
Is turned on, the imaging operation starts. At this time, when light enters the photodiode PD, a photocurrent is generated,
Due to the sub-threshold characteristic of MOS transistor,
A voltage having a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent is generated at the gates of the MOS transistors T2 and T3.

【0046】そして、パルス信号φVを与えてMOSト
ランジスタT4をONとすると、MOSトランジスタT
3のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、MOS
トランジスタT3,T4を介して出力信号線6に導出さ
れる。この出力信号線6に導出されるMOSトランジス
タT3のドレイン電流は、光電流に対して自然対数的に
比例した値となる。又、このとき、MOSトランジスタ
T3及びMOSトランジスタQ1(図1)の導通時抵抗
とそれらを流れる電流によって決まるMOSトランジス
タQ1のドレイン電圧が、信号として出力信号線6に現
れる。このようにして信号が読み出された後、MOSト
ランジスタT4がOFFとされる。このとき出力信号線
6に現れるドレイン電圧が画像データとしてサンプルホ
ールド回路11(図1)に与えられてサンプルホールド
される。
When the MOS transistor T4 is turned on by applying the pulse signal φV, the MOS transistor T4 is turned on.
The drain current amplified from the gate voltage of No. 3 is
It is led to the output signal line 6 via the transistors T3 and T4. The drain current of the MOS transistor T3 led to the output signal line 6 has a value that is proportional to the photocurrent in a natural logarithmic manner. At this time, the drain voltage of the MOS transistor Q1, which is determined by the on-state resistance of the MOS transistor T3 and the MOS transistor Q1 (FIG. 1) and the current flowing therethrough, appears on the output signal line 6 as a signal. After the signal is read out in this manner, the MOS transistor T4 is turned off. At this time, the drain voltage appearing on the output signal line 6 is supplied to the sample and hold circuit 11 (FIG. 1) as image data and is sampled and held.

【0047】このように撮像動作が成されると、次に、
リセット動作が行われる。このリセット動作について、
図6のフローチャートを参照して説明する。上述したよ
うに、パルス信号φVが与えられ、画像データが出力さ
れてサンプルホールド回路11にサンプルホールドされ
ると、まず、信号φSをローレベルとして、MOSトラ
ンジスタT1をOFFとして、フォトトランジスタPD
とMOSトランジスタT2との電気的な接続を切断す
る。このとき、MOSトランジスタT2のソース側より
負の電荷が流れ込み、MOSトランジスタT2のゲート
及びドレイン、そしてMOSトランジスタT3のゲート
に蓄積された正の電荷が再結合される。
When the imaging operation is performed as described above, next,
A reset operation is performed. About this reset operation,
This will be described with reference to the flowchart of FIG. As described above, when the pulse signal φV is applied, the image data is output and sampled and held by the sample and hold circuit 11, first, the signal φS is set to low level, the MOS transistor T1 is turned off, and the phototransistor PD is turned off.
And the electrical connection between the MOS transistor T2. At this time, negative charges flow from the source side of the MOS transistor T2, and the positive charges stored in the gate and drain of the MOS transistor T2 and the gate of the MOS transistor T3 are recombined.

【0048】このようにリセットされると、MOSトラ
ンジスタT2のドレイン及びゲート下領域のポテンシャ
ルがある値になると、そのリセットされる速度が遅くな
る。よって、次に、電圧発生回路10x内のドライブ回
路10bに与える電圧φVPSをローレベルとして、MO
SトランジスタT2のソースに遮光画素10aからの出
力電圧VPS-Lを印加するようにする。このように、MO
SトランジスタT2のソースに与える電圧を直流電圧V
PS-Hから直流電圧VPS-Lに変換して、低くすることで、
MOSトランジスタT2のソースから流入する負の電荷
の量を増加させる。よって、MOSトランジスタT2の
ゲート及びドレイン、そしてMOSトランジスタT3の
ゲートに蓄積された正の電荷が速やかに再結合される。
When the potential of the region under the drain and the gate of the MOS transistor T2 becomes a certain value after the reset, the speed of the reset is reduced. Therefore, next, the voltage φVPS applied to the drive circuit 10b in the voltage generation circuit 10x is set to the low level, and the MO
The output voltage VPS-L from the light-shielded pixel 10a is applied to the source of the S transistor T2. Thus, MO
DC voltage V is applied to the source of S transistor T2.
By converting PS-H to DC voltage VPS-L and lowering it,
The amount of negative charge flowing from the source of the MOS transistor T2 is increased. Therefore, the positive charges stored in the gate and drain of the MOS transistor T2 and the gate of the MOS transistor T3 are quickly recombined.

【0049】そして、MOSトランジスタT2のドレイ
ン及びゲート下領域がリセットされると、電圧発生回路
10x内のドライブ回路10bに与える電圧φVPSをハ
イレベルとして、MOSトランジスタT2のソースに直
流電圧VPS-Hを印加する。そして、パルス信号φVを与
えることによって、MOSトランジスタT4をONとす
ることで、リセット時のMOSトランジスタT3のゲー
ト電圧に応じたドレイン電流が、MOSトランジスタT
3,T4を介して、出力信号線6に導出される。よっ
て、このときMOSトランジスタQ1のドレイン電圧
が、補正データとしてサンプルホールド回路11に出力
されてサンプルホールドされる。そして、MOSトラン
ジスタT4をOFFとした後、信号φSをハイレベルと
して、MOSトランジスタT1をONとして、次の撮像
動作に備える。
When the area under the drain and gate of the MOS transistor T2 is reset, the voltage φVPS applied to the drive circuit 10b in the voltage generation circuit 10x is set to a high level, and the DC voltage VPS-H is applied to the source of the MOS transistor T2. Apply. By applying the pulse signal φV to turn on the MOS transistor T4, the drain current corresponding to the gate voltage of the MOS transistor T3 at the time of resetting is reduced.
3, and are led out to the output signal line 6 via T4. Therefore, at this time, the drain voltage of the MOS transistor Q1 is output to the sample and hold circuit 11 as correction data, and is sampled and held. Then, after turning off the MOS transistor T4, the signal φS is set to the high level, and the MOS transistor T1 is turned on to prepare for the next imaging operation.

【0050】このように動作させたとき、リセット後の
MOSトランジスタT2のゲート下領域のポテンシャル
が、MOSトランジスタT2のソースに印加される電圧
発生回路10xからの出力電圧VPS-Lによって決定され
る。このとき、素子温度が低いときは、出力電圧VPS-L
が高くなるため、従来のように、常温時と同一の直流電
圧をMOSトランジスタT2のソースに与えて、リセッ
ト後のMOSトランジスタT2のゲート下領域のポテン
シャルが低くなるのを、MOSトランジスタT2のソー
スに常温時よりも高い電圧である出力電圧VPS-Lを与え
ることで防ぐことができる。
When operated in this manner, the potential of the region under the gate of the MOS transistor T2 after reset is determined by the output voltage VPS-L from the voltage generation circuit 10x applied to the source of the MOS transistor T2. At this time, when the element temperature is low, the output voltage VPS-L
As in the conventional case, the same DC voltage as that at normal temperature is applied to the source of the MOS transistor T2 to lower the potential of the region under the gate of the MOS transistor T2 after reset, which is caused by the decrease in the potential of the source of the MOS transistor T2. Can be prevented by giving the output voltage VPS-L, which is a higher voltage than at normal temperature.

【0051】又、素子温度が高いときは、出力電圧VPS
-Lが低くなるため、従来のように、常温時と同一の直流
電圧をMOSトランジスタT2のソースに与えて、リセ
ット後のMOSトランジスタT2のゲート下領域のポテ
ンシャルが高くなるのを、MOSトランジスタT2のソ
ースに常温時よりも低い電圧である出力電圧VPS-Lを与
えることで防ぐことができる。そのため、リセット後の
MOSトランジスタT2のゲート下領域のポテンシャル
が素子温度に係わらずほぼ一定の状態となる。
When the element temperature is high, the output voltage VPS
Since -L is low, the same DC voltage as that at normal temperature is applied to the source of the MOS transistor T2 to increase the potential of the region under the gate of the MOS transistor T2 after reset, as in the prior art. Can be prevented by applying an output voltage VPS-L, which is a lower voltage than at normal temperature, to the source. Therefore, the potential of the region under the gate of the MOS transistor T2 after the reset is substantially constant regardless of the element temperature.

【0052】このように、電圧発生回路10xにおい
て、画素G11〜Gmnと同様の温度特性を有する遮光画素
10aで検温し、その検温した温度に応じた電圧をリセ
ット時に画素G11〜GmnのMOSトランジスタT2のソ
ースに与えることで、各画素の出力バラツキの要因とな
る素子温度の影響を低減することができる。
As described above, in the voltage generation circuit 10x, the temperature is detected by the light-shielded pixel 10a having the same temperature characteristics as the pixels G11 to Gmn, and the voltage corresponding to the detected temperature is reset and the MOS transistors T2 of the pixels G11 to Gmn are reset. , It is possible to reduce the influence of the element temperature which causes the output variation of each pixel.

【0053】<第2の実施形態>図1に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第2の実施形態について、図
面を参照して説明する。図7は、本実施形態に使用する
固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図であ
る。尚、図3に示す画素と同一の目的で使用される素子
及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な説
明は省略する。
<Second Embodiment> A second embodiment applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0054】図7に示す画素は、第1の実施形態(図
3)の構成の画素に、MOSトランジスタT2のゲート
及びドレインの接続ノードにソースが接続されたMOS
トランジスタT5を追加された構成となる。このとき、
MOSトランジスタT2のソースには、直流電圧VPSが
印加され、MOSトランジスタT5のドレインには、バ
イアス供給ライン9を通じて電圧発生回路10y(図1
の電圧発生回路10に対応する)で発生した出力電圧が
印加される。そして、MOSトランジスタT5のゲート
に信号φSWが与えられる。その他の構成は、図3の画
素と同様である。又、尚、MOSトランジスタT5は、
MOSトランジスタT1〜T4と同様、NチャネルのM
OSトランジスタでバックゲートが接地されている。
The pixel shown in FIG. 7 is different from the pixel having the structure of the first embodiment (FIG. 3) in that the source is connected to the connection node between the gate and the drain of the MOS transistor T2.
The configuration is such that a transistor T5 is added. At this time,
The DC voltage VPS is applied to the source of the MOS transistor T2, and the voltage generation circuit 10y (FIG. 1) is connected to the drain of the MOS transistor T5 through the bias supply line 9.
Corresponding to the voltage generation circuit 10). Then, signal φSW is applied to the gate of MOS transistor T5. Other configurations are the same as those of the pixel in FIG. Further, the MOS transistor T5 is
Similar to the MOS transistors T1 to T4, an N-channel M
The back gate of the OS transistor is grounded.

【0055】このような構成の画素を有する固体撮像装
置に設けられる電圧発生回路の構成は、図8のようにな
る。尚、図8の電圧発生回路において、図4の電圧発生
回路と同一の目的で使用される素子及び信号線などは、
同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 8 shows a configuration of a voltage generating circuit provided in a solid-state imaging device having pixels having such a configuration. In the voltage generation circuit of FIG. 8, elements and signal lines used for the same purpose as the voltage generation circuit of FIG.
The same reference numerals are given and the detailed description is omitted.

【0056】図8に示す電圧発生回路10yは、第1の
実施形態(図4)における電圧発生回路10xから、ド
ライバ回路10bが削除された構成となる。即ち、遮光
画素10aの反転型バッファB1より出力される出力電
圧が、常に、MOSトランジスタT5のドレインに印加
される。その他の構成は、図4の電圧発生回路10xと
同様である。このとき、遮光画素10aから出力される
出力電圧VDが、MOSトランジスタT5のドレインに
印加される。そして、この出力電圧VDは、図4の電圧
発生回路10xからの出力電圧VPS-Lと同様、温度が高
いときは常温時と比べて低くなり、又、温度が低いとき
は常温時と比べて高くなる。
The voltage generation circuit 10y shown in FIG. 8 has a configuration in which the driver circuit 10b is omitted from the voltage generation circuit 10x in the first embodiment (FIG. 4). That is, the output voltage output from the inverting buffer B1 of the light-shielded pixel 10a is always applied to the drain of the MOS transistor T5. Other configurations are the same as those of the voltage generation circuit 10x of FIG. At this time, the output voltage VD output from the light-shielded pixel 10a is applied to the drain of the MOS transistor T5. The output voltage VD is lower when the temperature is high than when the temperature is normal, and is lower when the temperature is low than when the temperature is normal, similarly to the output voltage VPS-L from the voltage generation circuit 10x in FIG. Get higher.

【0057】このように、固体撮像装置内の画素G11〜
Gmn及び電圧発生回路10yが構成されるときの動作に
ついて、以下に説明する。パルス信号φSWがMOSト
ランジスタT5のゲートに与えられて、MOSトランジ
スタT2のゲート電圧がリセットされた後、信号φSが
ハイレベルとされて、MOSトランジスタT1がONと
されると、撮像動作が開始する。このとき、フォトダイ
オードPDに光が入射すると光電流が発生し、MOSト
ランジスタのサブスレッショルド特性により、前記光電
流を自然対数的に変換した値の電圧がMOSトランジス
タT2,T3のゲートに発生する。
As described above, the pixels G11 to G11 in the solid-state imaging device
The operation when Gmn and the voltage generation circuit 10y are configured will be described below. After the pulse signal φSW is applied to the gate of the MOS transistor T5 and the gate voltage of the MOS transistor T2 is reset, the signal φS is set to the high level and the MOS transistor T1 is turned on, and the imaging operation starts. . At this time, when light enters the photodiode PD, a photocurrent is generated, and a voltage having a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent is generated at the gates of the MOS transistors T2 and T3 due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor.

【0058】そして、パルス信号φVを与えてMOSト
ランジスタT4をONとすると、MOSトランジスタT
3のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、MOS
トランジスタT3,T4を介して出力信号線6に導出さ
れる。よって、出力信号線6に現れる光電流に対して自
然対数的に比例したMOSトランジスタQ1のドレイン
電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路11
(図1)に与えられてサンプルホールドされる。
When the pulse signal φV is applied to turn on the MOS transistor T4, the MOS transistor T4 is turned on.
The drain current amplified from the gate voltage of No. 3 is
It is led to the output signal line 6 via the transistors T3 and T4. Therefore, the drain voltage of the MOS transistor Q1, which is proportional to the logarithm of the photocurrent appearing on the output signal line 6 in a natural logarithmic manner, is used as image data in the sample hold circuit
(FIG. 1) to be sampled and held.

【0059】このように撮像動作が成されると、次に、
リセット動作が行われる。このリセット動作について、
図9のフローチャートを参照して説明する。上述したよ
うに、パルス信号φVが与えられ、画像データが出力さ
れてサンプルホールド回路11にサンプルホールドされ
ると、まず、信号φSをローレベルとして、MOSトラ
ンジスタT1をOFFとする。
When the imaging operation is performed as described above, next,
A reset operation is performed. About this reset operation,
This will be described with reference to the flowchart of FIG. As described above, when the pulse signal φV is supplied, the image data is output, and sampled and held by the sample and hold circuit 11, first, the signal φS is set to the low level to turn off the MOS transistor T1.

【0060】そして、次に、信号φSWをハイレベルと
することによってMOSトランジスタT5をONとする
ことで、MOSトランジスタT2のゲートに、電圧発生
回路10yからの出力電圧VDを印加する。よって、M
OSトランジスタT2が、ゲートに印加される出力電圧
VDに応じて、そのゲート下領域がリセットされる。こ
のようにリセットされると、信号φSWをローレベルと
してMOSトランジスタT5をOFFとした後、パルス
信号φVをMOSトランジスタT4のゲートに与えて、
リセット時の出力を出力信号線6を通じて、サンプルホ
ールド回路11に出力して補正データとしてサンプルホ
ールドする。その後、信号φSをハイレベルとして、次
の撮像動作に備える。
Then, by turning on the MOS transistor T5 by setting the signal φSW to high level, the output voltage VD from the voltage generation circuit 10y is applied to the gate of the MOS transistor T2. Therefore, M
The area under the gate of the OS transistor T2 is reset according to the output voltage VD applied to the gate. When reset in this manner, the signal φSW is set to low level to turn off the MOS transistor T5, and then the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T4,
The output at the time of reset is output to the sample and hold circuit 11 through the output signal line 6 and sampled and held as correction data. After that, the signal φS is set to the high level to prepare for the next imaging operation.

【0061】このように動作させたとき、リセット後の
MOSトランジスタT2のゲート下領域のポテンシャル
が、MOSトランジスタT2のゲートにMOSトランジ
スタT5を介して印加される電圧発生回路10yからの
出力電圧VDによって決定される。よって、第1の実施
形態のように、素子温度が低いときは出力電圧VDが高
くなるため、ゲート下領域のポテンシャルが低くなるの
を防ぎ、又、素子温度が高いときは出力電圧VDが低く
なるため、ゲート下領域のポテンシャルが高くなるのを
防ぐ。そのため、リセット後のMOSトランジスタT2
のゲート下領域のポテンシャルが素子温度に係わらずほ
ぼ一定の状態となる。
When operated as described above, the potential of the region under the gate of the MOS transistor T2 after the reset is determined by the output voltage VD from the voltage generating circuit 10y applied to the gate of the MOS transistor T2 via the MOS transistor T5. It is determined. Therefore, as in the first embodiment, when the device temperature is low, the output voltage VD is high, so that the potential of the region under the gate is prevented from lowering. When the device temperature is high, the output voltage VD is low. Therefore, the potential of the region under the gate is prevented from increasing. Therefore, the reset MOS transistor T2
Is substantially constant regardless of the device temperature.

【0062】このように、電圧発生回路10yにおい
て、画素G11〜Gmnと同様の温度特性を有する遮光画素
10aで検温し、その検温した温度に応じた電圧をリセ
ット時に画素G11〜GmnのMOSトランジスタT2のゲ
ートに与えることで、各画素の出力バラツキの要因とな
る素子温度の影響を低減することができる。
As described above, in the voltage generation circuit 10y, the temperature is detected by the light-shielded pixel 10a having the same temperature characteristics as the pixels G11 to Gmn, and the voltage corresponding to the detected temperature is reset and the MOS transistors T2 of the pixels G11 to Gmn are reset. , It is possible to reduce the influence of the element temperature which causes the output variation of each pixel.

【0063】<第3の実施形態>図1に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第3の実施形態について、図
面を参照して説明する。図10は、本実施形態に使用す
る固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図で
ある。尚、図3に示す画素と同一の目的で使用される素
子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な
説明は省略する。
<Third Embodiment> A third embodiment applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.

【0064】図10に示す画素において、フォトダイオ
ードPDのカソードにMOSトランジスタT1のソース
が接続され、このMOSトランジスタT1のドレインに
MOSトランジスタT3のゲート及びMOSトランジス
タT6のソース及びMOSトランジスタT7のドレイン
が接続される。尚、MOSトランジスタT6,T7は、
それぞれ、MOSトランジスタT1,T3,T4と同
様、NチャネルのMOSトランジスタでバックゲートが
接地されている。
In the pixel shown in FIG. 10, the cathode of the photodiode PD is connected to the source of the MOS transistor T1, and the drain of the MOS transistor T1 is connected to the gate of the MOS transistor T3, the source of the MOS transistor T6, and the drain of the MOS transistor T7. Connected. The MOS transistors T6 and T7 are
As in the case of the MOS transistors T1, T3, and T4, each is an N-channel MOS transistor and has a back gate grounded.

【0065】フォトダイオードPDのアノードには直流
電圧VPSが印加される。そして、MOSトランジスタT
6は、そのドレインに直流電圧VPDが印加されるととも
に、そのゲートにバイアス供給ライン9を通じて電圧発
生回路10z(図1の電圧発生回路10に対応する)で
発生した出力電圧VPGが印加される。又、MOSトラン
ジスタT7は、そのソースに直流電圧RLが印加され、
そのゲートに信号φRSが入力される。その他の構成
は、第1の実施形態(図3)の画素と同様である。
A DC voltage VPS is applied to the anode of the photodiode PD. And the MOS transistor T
Reference numeral 6 denotes a DC voltage VPD applied to its drain, and an output voltage VPG generated by a voltage generating circuit 10z (corresponding to the voltage generating circuit 10 in FIG. 1) to its gate through a bias supply line 9. The DC voltage RL is applied to the source of the MOS transistor T7,
Signal φRS is input to the gate. Other configurations are the same as those of the pixel of the first embodiment (FIG. 3).

【0066】このような構成の画素を有する固体撮像装
置に設けられる電圧発生回路の構成は、図11のように
なる。尚、図11の電圧発生回路において、図8の電圧
発生回路と同一の目的で使用される素子及び信号線など
は、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 11 shows a configuration of a voltage generating circuit provided in a solid-state imaging device having pixels having such a configuration. In the voltage generating circuit of FIG. 11, elements and signal lines used for the same purpose as those of the voltage generating circuit of FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0067】図11に示す電圧発生回路10zは、フォ
トダイオードPdとMOSトランジスタT20と反転型
バッファB2とで構成される遮光画素10cで構成され
る。そして、遮光画素10cにおいて、アノードに直流
電圧VSCが印加されたフォトダイオードPdのカソード
に、MOSトランジスタT20のソース及び反転型バッ
ファB2の入力側が接続される。又、MOSトランジス
タT20は、そのドレインに直流電圧VDCが、又、その
ゲートに直流電圧VGAが印加されることで、サブスレッ
ショルド領域で動作するようにバイアスされる。このよ
うな構成の遮光画素10cは、フォトダイオードPdの
感光部に光が入射されないように、アルミニウム膜など
で遮光されている。
The voltage generating circuit 10z shown in FIG. 11 comprises a light-shielded pixel 10c composed of a photodiode Pd, a MOS transistor T20 and an inversion buffer B2. In the light-shielded pixel 10c, the source of the MOS transistor T20 and the input side of the inversion type buffer B2 are connected to the cathode of the photodiode Pd to which the DC voltage VSC is applied to the anode. The MOS transistor T20 is biased to operate in the sub-threshold region by applying the DC voltage VDC to its drain and the DC voltage VGA to its gate. The light-shielded pixel 10c having such a configuration is shielded by an aluminum film or the like so that light does not enter the photosensitive portion of the photodiode Pd.

【0068】図11のように電圧発生回路10zが構成
されるとき、遮光画素10c内のフォトダイオードPd
及びMOSトランジスタT20が、固体撮像装置の素子
温度を検出する検温部として働く。即ち、素子温度が低
くなると、フォトダイオードPdの暗電流が小さくなる
とともに、MOSトランジスタT20の閾値電圧が低く
なるため、MOSトランジスタT20のソース電圧が高
くなる。逆に、素子温度が高くなると、フォトダイオー
ドPdの暗電流が大きくなるとともに、MOSトランジ
スタT20の閾値電圧が高くなるため、MOSトランジ
スタT20のソース電圧が低くなる。よって、反転型バ
ッファB2に入力されるMOSトランジスタT20のゲ
ート電圧が、素子温度に応じて変遷する。
When the voltage generating circuit 10z is configured as shown in FIG. 11, the photodiode Pd in the light-shielded pixel 10c
The MOS transistor T20 functions as a temperature detector for detecting the element temperature of the solid-state imaging device. That is, when the element temperature decreases, the dark current of the photodiode Pd decreases, and the threshold voltage of the MOS transistor T20 decreases, so that the source voltage of the MOS transistor T20 increases. Conversely, when the element temperature increases, the dark current of the photodiode Pd increases, and the threshold voltage of the MOS transistor T20 increases, so that the source voltage of the MOS transistor T20 decreases. Therefore, the gate voltage of the MOS transistor T20 input to the inversion type buffer B2 changes according to the element temperature.

【0069】このように、フォトダイオードPd及びM
OSトランジスタT20が動作するため、反転型バッフ
ァB2からの出力電圧VPGは、素子温度が低く、MOS
トランジスタT20のソース電圧が高くなると、低くな
り、又、素子温度が高く、MOSトランジスタT20の
ソース電圧が低くなると、高くなる。
As described above, the photodiodes Pd and M
Since the OS transistor T20 operates, the output voltage VPG from the inversion type buffer B2 has a low element temperature,
The higher the source voltage of the transistor T20, the lower the voltage. The higher the element temperature, the lower the source voltage of the MOS transistor T20, the higher the voltage.

【0070】次に、図10のように構成された画素G11
〜Gmnの動作について、説明する。MOSトランジスタ
T7のゲートにパルス信号φRSが与えられて、MOS
トランジスタT6のソース電圧がリセットされた後、信
号φSがハイレベルとされてMOSトランジスタT1が
ONとされると、撮像動作が開始する。
Next, the pixel G11 constructed as shown in FIG.
To Gmn will be described. The pulse signal φRS is applied to the gate of the MOS transistor T7,
After the source voltage of the transistor T6 is reset, when the signal φS is set to the high level and the MOS transistor T1 is turned on, the imaging operation starts.

【0071】このとき、フォトダイオードPDに光が入
射すると光電流が発生し、MOSトランジスタのサブス
レッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換し
た値の電圧がMOSトランジスタT6のソース及びMO
SトランジスタT3のゲートに発生する。尚、このと
き、フォトダイオードPDで発生した負の光電荷がMO
SトランジスタT6のソースに流れ込むため、強い光が
入射されるほどMOSトランジスタT6のソース電圧が
低くなる。
At this time, when light is incident on the photodiode PD, a photocurrent is generated. Due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor, the voltage obtained by natural logarithmically converting the photocurrent is applied to the source of the MOS transistor T6 and the MO.
This occurs at the gate of the S transistor T3. At this time, the negative photocharge generated in the photodiode PD is MO
Since the light flows into the source of the S-transistor T6, the source voltage of the MOS transistor T6 decreases as the intensity of the incident light increases.

【0072】そして、パルス信号φVを与えてMOSト
ランジスタT4をONとすると、MOSトランジスタT
3のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、MOS
トランジスタT3,T4を介して出力信号線6に導出さ
れる。よって、出力信号線6に現れる光電流に対して自
然対数的に比例したMOSトランジスタQ1のドレイン
電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路11
(図1)に与えられてサンプルホールドされる。
When the MOS transistor T4 is turned on by applying the pulse signal φV, the MOS transistor T4 is turned on.
The drain current amplified from the gate voltage of No. 3 is
It is led to the output signal line 6 via the transistors T3 and T4. Therefore, the drain voltage of the MOS transistor Q1, which is proportional to the logarithm of the photocurrent appearing on the output signal line 6 in a natural logarithmic manner, is used as image data in the sample hold circuit 11
(FIG. 1) to be sampled and held.

【0073】このように撮像動作が成されると、次に、
リセット動作が行われる。このリセット動作について、
図12のフローチャートを参照して説明する。上述した
ように、パルス信号φVが与えられ、画像データが出力
されてサンプルホールド回路11にサンプルホールドさ
れると、まず、信号φSをローレベルとして、MOSト
ランジスタT1をOFFとする。
When the imaging operation is performed as described above, next,
A reset operation is performed. About this reset operation,
This will be described with reference to the flowchart of FIG. As described above, when the pulse signal φV is supplied, the image data is output, and sampled and held by the sample and hold circuit 11, first, the signal φS is set to the low level to turn off the MOS transistor T1.

【0074】そして、次に、信号φRSをハイレベルと
することによってMOSトランジスタT7をONとする
ことで、MOSトランジスタT6のソースに、直流電圧
RLを印加する。よって、MOSトランジスタT6が、
直流電圧RLに応じて、そのソース電圧がリセットされ
る。このようにリセットされると、信号φRSをローレ
ベルとしてMOSトランジスタT7をOFFとした後、
パルス信号φVをMOSトランジスタT4のゲートに与
えて、リセット時の出力を出力信号線6を通じて、サン
プルホールド回路11に出力して補正データとしてサン
プルホールドする。その後、信号φSをハイレベルとし
て、次の撮像動作に備える。
Then, the DC voltage RL is applied to the source of the MOS transistor T6 by turning on the MOS transistor T7 by setting the signal φRS to high level. Therefore, the MOS transistor T6 becomes
The source voltage is reset according to DC voltage RL. When reset in this manner, the signal φRS is set to low level to turn off the MOS transistor T7,
The pulse signal φV is supplied to the gate of the MOS transistor T4, and the output at the time of reset is output to the sample and hold circuit 11 through the output signal line 6 and sampled and held as correction data. After that, the signal φS is set to the high level to prepare for the next imaging operation.

【0075】このように動作させたとき、リセット後の
MOSトランジスタT6のソース電圧が一定であるた
め、MOSトランジスタT6のゲート下領域・ソース間
のポテンシャルが、MOSトランジスタT6のゲートに
常に印加される電圧発生回路10zからの出力電圧VPG
によって決定される。このとき、素子温度が低いとき
は、出力電圧VPGが低くなるため、従来のように、常温
時と同一の直流電圧をMOSトランジスタT6のゲート
に与えて、リセット後のMOSトランジスタT6のゲー
ト下領域のポテンシャルが高くなるのを、MOSトラン
ジスタT6のゲートに常温時よりも低い電圧である出力
電圧VPGを与えることで防ぐことができる。
In this operation, since the source voltage of the MOS transistor T6 after reset is constant, the potential between the region under the gate and the source of the MOS transistor T6 is always applied to the gate of the MOS transistor T6. Output voltage VPG from voltage generation circuit 10z
Is determined by At this time, when the element temperature is low, the output voltage VPG becomes low, so that the same DC voltage as that at normal temperature is applied to the gate of the MOS transistor T6 to reduce the area under the gate of the MOS transistor T6 after the reset. Can be prevented by applying an output voltage VPG, which is a voltage lower than that at normal temperature, to the gate of the MOS transistor T6.

【0076】又、素子温度が高いときは、出力電圧VPG
が高くなるため、従来のように、常温時と同一の直流電
圧をMOSトランジスタT6のゲートに与えて、リセッ
ト後のMOSトランジスタT6のゲート下領域のポテン
シャルが低くなるのを、MOSトランジスタT6のゲー
トに常温時よりも高い電圧である出力電圧VPGを与える
ことで防ぐことができる。そのため、リセット後のMO
SトランジスタT6のゲート下領域・ソース間のポテン
シャルが素子温度に係わらずほぼ一定の状態となる。
When the element temperature is high, the output voltage VPG
As in the conventional case, the same DC voltage as that at normal temperature is applied to the gate of the MOS transistor T6 to lower the potential of the region under the gate of the MOS transistor T6 after the reset, as in the prior art. By applying an output voltage VPG, which is a voltage higher than that at normal temperature. Therefore, MO after reset
The potential between the region under the gate and the source of the S transistor T6 is substantially constant regardless of the element temperature.

【0077】このように、電圧発生回路10zにおい
て、画素G11〜Gmnと同様の温度特性を有する遮光画素
10cで検温し、その検温した温度に応じた電圧を常に
画素G11〜GmnのMOSトランジスタT6のゲートに与
えることで、各画素の出力バラツキの要因となる素子温
度の影響を低減することができる。
As described above, in the voltage generation circuit 10z, the temperature is detected by the light-shielded pixel 10c having the same temperature characteristics as the pixels G11 to Gmn, and a voltage corresponding to the detected temperature is always applied to the MOS transistors T6 of the pixels G11 to Gmn. By giving the voltage to the gate, it is possible to reduce the influence of the element temperature which causes the output variation of each pixel.

【0078】<第4の実施形態>図1に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第4の実施形態について、図
面を参照して説明する。図13は、本実施形態に使用す
る固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図で
ある。尚、図10に示す画素と同一の目的で使用される
素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細
な説明は省略する。
<Fourth Embodiment> A fourth embodiment applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 13 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0079】図13に示す画素は、第3の実施形態(図
10)から、MOSトランジスタT7を削除した構成と
なる。このとき、MOSトランジスタT6のドレインに
は、信号φVPDが入力される。その他の構成は図10の
画素と同様である。又、MOSトランジスタT6のゲー
トに接続される電圧発生回路10zは、第3の実施形態
と同様、図11に示す構成の電圧発生回路である。尚、
MOSトランジスタT6をサブスレッショルド領域で動
作させるための電圧を第1電圧とし、MOSトランジス
タT6の閾値のバラツキを検出するために、直流電圧V
PSに略等しい値となる電圧を第2電圧とする。
The pixel shown in FIG. 13 has a configuration in which the MOS transistor T7 is omitted from the third embodiment (FIG. 10). At this time, the signal φVPD is input to the drain of the MOS transistor T6. Other configurations are the same as those of the pixel in FIG. Further, the voltage generation circuit 10z connected to the gate of the MOS transistor T6 is a voltage generation circuit having the configuration shown in FIG. 11, as in the third embodiment. still,
A voltage for operating the MOS transistor T6 in the sub-threshold region is set as a first voltage, and a DC voltage V is detected in order to detect a variation in the threshold value of the MOS transistor T6.
A voltage having a value substantially equal to PS is defined as a second voltage.

【0080】以下に、図13のように構成された画素G
11〜Gmnの動作について、説明する。MOSトランジス
タT6のドレインに与えられる信号φVPDが第2電圧と
されて、MOSトランジスタT6のソース電圧がリセッ
トされ、信号φVPDが第1電圧とされた後、信号φSが
ハイレベルとされてMOSトランジスタT1がONとさ
れると、撮像動作が開始する。このとき、フォトダイオ
ードPDに光が入射すると光電流が発生し、MOSトラ
ンジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自
然対数的に変換した値の電圧がMOSトランジスタT6
のソース及びMOSトランジスタT3のゲートに発生す
る。
Hereinafter, the pixel G configured as shown in FIG.
Operations of 11 to Gmn will be described. The signal .phi.VPD applied to the drain of the MOS transistor T6 is set to the second voltage, the source voltage of the MOS transistor T6 is reset, and the signal .phi.VPD is set to the first voltage. Is turned on, the imaging operation starts. At this time, when light is incident on the photodiode PD, a photocurrent is generated. Due to the subthreshold characteristic of the MOS transistor, a voltage of a value obtained by natural logarithmically converting the photocurrent is applied to the MOS transistor T6.
And the gate of the MOS transistor T3.

【0081】そして、パルス信号φVを与えてMOSト
ランジスタT4をONとすると、MOSトランジスタT
3のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、MOS
トランジスタT3,T4を介して出力信号線6に導出さ
れる。よって、出力信号線6に現れる光電流に対して自
然対数的に比例したMOSトランジスタQ1のドレイン
電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路11
(図1)に与えられてサンプルホールドされる。
When the pulse signal φV is applied to turn on the MOS transistor T4, the MOS transistor T4 is turned on.
The drain current amplified from the gate voltage of No. 3 is
It is led to the output signal line 6 via the transistors T3 and T4. Therefore, the drain voltage of the MOS transistor Q1, which is proportional to the logarithm of the photocurrent appearing on the output signal line 6 in a natural logarithmic manner, is used as image data in the sample hold circuit 11
(FIG. 1) to be sampled and held.

【0082】このように撮像動作が成されると、次に、
リセット動作が行われる。このリセット動作について、
図14のフローチャートを参照して説明する。上述した
ように、パルス信号φVが与えられ、画像データが出力
されてサンプルホールド回路11にサンプルホールドさ
れると、まず、信号φSをローレベルとして、MOSト
ランジスタT1をOFFとする。
When the imaging operation is performed as described above, next,
A reset operation is performed. About this reset operation,
This will be described with reference to the flowchart of FIG. As described above, when the pulse signal φV is supplied, the image data is output, and sampled and held by the sample and hold circuit 11, first, the signal φS is set to the low level to turn off the MOS transistor T1.

【0083】そして、次に、信号φVPDを第2電圧にす
ることによって、MOSトランジスタT6にドレイン側
より負の電荷を流入させた後、信号φVPDを第1電圧に
戻して、MOSトランジスタT6のソースに負の電荷を
蓄積させる。このMOSトランジスタT6のソースに蓄
積された負の電荷量が、MOSトランジスタT6の閾値
に応じた値となる。
Then, by setting the signal φVPD to the second voltage, a negative charge flows into the MOS transistor T6 from the drain side, and then the signal φVPD is returned to the first voltage, and the source of the MOS transistor T6 is returned to the first voltage. To accumulate negative charges. The amount of negative charge accumulated in the source of the MOS transistor T6 has a value corresponding to the threshold value of the MOS transistor T6.

【0084】よって、MOSトランジスタT3のゲート
にMOSトランジスタT6の閾値電圧に応じた電圧が現
れる。このとき、パルス信号φVをMOSトランジスタ
T4のゲートに与えて、MOSトランジスタT6の閾値
電圧に比例したリセット時の出力を出力信号線6を通じ
て、サンプルホールド回路11に出力して補正データと
してサンプルホールドする。その後、信号φSをハイレ
ベルとして、次の撮像動作に備える。
Therefore, a voltage corresponding to the threshold voltage of MOS transistor T6 appears at the gate of MOS transistor T3. At this time, the pulse signal φV is supplied to the gate of the MOS transistor T4, and the output at the time of reset proportional to the threshold voltage of the MOS transistor T6 is output to the sample and hold circuit 11 through the output signal line 6 and sampled and held as correction data. . After that, the signal φS is set to the high level to prepare for the next imaging operation.

【0085】このように動作させたとき、リセット後の
MOSトランジスタT6のソース電圧が、MOSトラン
ジスタT6のゲートに常に印加される電圧発生回路10
zからの出力電圧VPGと直流電圧VPDの第1電圧との差
及びMOSトランジスタT6の閾値電圧によって決定さ
れる。このとき、素子温度が低いときは、出力電圧VPG
が低くなるため、出力電圧VPGと直流電圧VPDの差を大
きくして、低くなったMOSトランジスタのT6の閾値
電圧の影響を低減させる。又、素子温度が高いときは、
出力電圧VPGが高くなるため、出力電圧VPGと直流電圧
VPDの差を小さくして、高くなったMOSトランジスタ
のT6の閾値電圧の影響を低減させる。
When operating as described above, the source voltage of the reset MOS transistor T6 is always applied to the gate of the MOS transistor T6.
It is determined by the difference between the output voltage VPG from z and the first voltage of the DC voltage VPD and the threshold voltage of the MOS transistor T6. At this time, when the element temperature is low, the output voltage VPG
Therefore, the difference between the output voltage VPG and the DC voltage VPD is increased to reduce the influence of the threshold voltage of the lowered MOS transistor T6. When the element temperature is high,
Since the output voltage VPG increases, the difference between the output voltage VPG and the DC voltage VPD is reduced, and the effect of the increased threshold voltage of T6 of the MOS transistor is reduced.

【0086】このように、電圧発生回路10zにおい
て、画素G11〜Gmnと同様の温度特性を有する遮光画素
10cで検温し、その検温した温度に応じた電圧を常に
画素G11〜GmnのMOSトランジスタT6のゲートに与
えることで、各画素の出力バラツキの要因となる素子温
度の影響を低減することができる。
As described above, in the voltage generation circuit 10z, the temperature is detected by the light-shielded pixel 10c having the same temperature characteristics as the pixels G11 to Gmn, and a voltage corresponding to the detected temperature is constantly applied to the MOS transistors T6 of the pixels G11 to Gmn. By giving the voltage to the gate, it is possible to reduce the influence of the element temperature which causes the output variation of each pixel.

【0087】<第5の実施形態>図1に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第5の実施形態について、図
面を参照して説明する。図15は、本実施形態に使用す
る固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図で
ある。尚、図13に示す画素と同一の目的で使用される
素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細
な説明は省略する。
<Fifth Embodiment> A fifth embodiment applied to each pixel of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a circuit diagram illustrating a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment. Elements and signal lines used for the same purpose as the pixel shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0088】図15に示す画素は、第4の実施形態(図
13)から、MOSトランジスタT1を削除した構成と
なる。即ち、MOSトランジスタT6のソースに、フォ
トダイオードPDのカソードが接続される。その他の構
成は図13の画素と同様である。又、MOSトランジス
タT6のゲートに接続される電圧発生回路10zは、第
3及び第4の実施形態と同様、図11に示す構成の電圧
発生回路である。
The pixel shown in FIG. 15 has a configuration in which the MOS transistor T1 is omitted from the fourth embodiment (FIG. 13). That is, the cathode of the photodiode PD is connected to the source of the MOS transistor T6. Other configurations are the same as those of the pixel in FIG. Further, the voltage generation circuit 10z connected to the gate of the MOS transistor T6 is a voltage generation circuit having the configuration shown in FIG. 11, as in the third and fourth embodiments.

【0089】このように構成された画素G11〜Gmnの動
作は、図13に示す画素とほぼ同様の動作を行う。即
ち、図16のタイミングチャートのように、パルス信号
φVがMOSトランジスタT4のゲートに与えられて、
画像データがサンプルホールド回路11(図1)に与え
られてサンプルホールドされると、まず、信号φVPDが
第2電圧とされる。そして、信号φVPDを第1電圧に戻
すことによって、MOSトランジスタT6のソースに負
の電荷を蓄積し、このときにパルス信号φVを与えてM
OSトランジスタT4をONにして、MOSトランジス
タT6のソース電圧に基づいて得られる補正データがサ
ンプルホールド回路11に与えられてサンプルホールド
される。
The operation of the pixels G11 to Gmn thus configured is almost the same as that of the pixel shown in FIG. That is, as shown in the timing chart of FIG. 16, the pulse signal φV is applied to the gate of the MOS transistor T4,
When the image data is supplied to the sample hold circuit 11 (FIG. 1) and sampled and held, first, the signal φVPD is set to the second voltage. Then, by returning the signal φVPD to the first voltage, a negative charge is accumulated in the source of the MOS transistor T6.
The OS transistor T4 is turned on, and correction data obtained based on the source voltage of the MOS transistor T6 is supplied to the sample and hold circuit 11 and sampled and held.

【0090】尚、本実施形態において、第4の実施形態
における画素からMOSトランジスタT1を削除した構
成の画素が設けられる固体撮像装置としたが、第1〜第
3の実施形態それぞれにおける画素からMOSトランジ
スタT1を削除した構成の画素が設けられた固体撮像装
置としても構わない。このように、各実施形態の画素か
らMOSトランジスタT1を削除した構成の画素とする
ことによって、構成がシンプルになり画素サイズを小さ
くすることができる。
In the present embodiment, a solid-state imaging device is provided in which a pixel having a configuration in which the MOS transistor T1 is deleted from the pixel in the fourth embodiment is provided. The solid-state imaging device may be provided with a pixel having a configuration in which the transistor T1 is omitted. As described above, by using a pixel having a configuration in which the MOS transistor T1 is omitted from the pixel of each embodiment, the configuration can be simplified and the pixel size can be reduced.

【0091】又、第1〜第5の実施形態において、MO
SトランジスタT3のソースにキャパシタなどの積分回
路を接続し、MOSトランジスタT4がONすることに
よって、積分回路で積分された値となる電気信号を出力
するようにしても構わない。この積分回路を設けること
によって、光源の変動成分や高周波ノイズなどが積分回
路で吸収されて除去される。更に、固体撮像装置を構成
する素子として、NチャネルのMOSトランジスタの代
わりに、逆極性のPチャネルのMOSトランジスタを利
用しても構わない。
In the first to fifth embodiments, the MO
An integration circuit such as a capacitor may be connected to the source of the S transistor T3, and when the MOS transistor T4 is turned on, an electric signal having a value integrated by the integration circuit may be output. By providing this integration circuit, the fluctuation component of the light source, high frequency noise, and the like are absorbed and removed by the integration circuit. Further, instead of the N-channel MOS transistor, a P-channel MOS transistor of opposite polarity may be used as an element constituting the solid-state imaging device.

【0092】更に、上記各実施形態において、電圧発生
回路は上記のものに限定されず、種々の構成のものを採
用することができる。例えば、第1の実施形態や第2の
実施形態においては、素子温度が下がればその出力が上
がるものであれば良く、図11のように図4や図8とは
フォトダイオードの極性が逆のものであっても良いし、
第3の実施形態や第4の実施形態においては、素子温度
が下がればその出力が下がるものであれば良く、図4の
ように図11とはフォトダイオードの極性が逆のもので
あっても良い。
Further, in each of the above-described embodiments, the voltage generating circuit is not limited to the above-described one, and various configurations can be employed. For example, in the first and second embodiments, it is sufficient that the output increases as the element temperature decreases. As shown in FIG. 11, the photodiode has the opposite polarity to that of FIG. 4 or FIG. May be something,
In the third and fourth embodiments, it is sufficient that the output decreases as the element temperature decreases. Even if the photodiode has the opposite polarity to that of FIG. good.

【0093】[0093]

【発明の効果】本発明によると、電圧発生回路より固体
撮像装置の素子温度を検温することが可能であり、各画
素のサブスレッショルド領域で動作するトランジスタに
与える電圧を素子温度に応じて変化させることができ
る。即ち、トランジスタのポテンシャル状態を素子温度
に関わらず、ほぼ一定とすることができるので、固体撮
像装置からの出力を、素子温度によって変化する感光素
子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響が
低減された出力とすることができる。よって、被写体の
照度の対数変換値と画素からの電気信号の出力レベルと
の間での線形性が、素子温度変化に依存することなく保
持することができる。
According to the present invention, it is possible to detect the element temperature of the solid-state imaging device from the voltage generation circuit, and to change the voltage applied to the transistor operating in the sub-threshold region of each pixel according to the element temperature. be able to. That is, since the potential state of the transistor can be made substantially constant irrespective of the element temperature, the output from the solid-state imaging device is less affected by the dark current of the photosensitive element, which varies with the element temperature, and the threshold voltage of the transistor. Output. Therefore, the linearity between the logarithmic conversion value of the illuminance of the subject and the output level of the electric signal from the pixel can be maintained without depending on the element temperature change.

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

【図1】本発明の一実施形態である二次元固体撮像装置
の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
FIG. 1 is a block circuit diagram for explaining the overall configuration of a two-dimensional solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の一部の回路図。FIG. 2 is a circuit diagram of a part of FIG. 1;

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

【図4】本発明の第1の実施形態の電圧発生回路の構成
を示す回路図。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage generation circuit according to the first embodiment of the present invention.

【図5】図4の電圧発生回路内の反転型バッファの構成
を示す回路図。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of an inversion type buffer in the voltage generation circuit of FIG. 4;

【図6】第1の実施形態で使用する画素の各素子に与え
る信号のタイミングチャート。
FIG. 6 is a timing chart of a signal applied to each element of a pixel used in the first embodiment.

【図7】本発明の第2の実施形態の1画素の構成を示す
回路図。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施形態の電圧発生回路の構成
を示す回路図。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage generation circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図9】第2の実施形態で使用する画素の各素子に与え
る信号のタイミングチャート。
FIG. 9 is a timing chart of a signal applied to each element of a pixel used in the second embodiment.

【図10】本発明の第3の実施形態の1画素の構成を示
す回路図。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3〜第5の実施形態の電圧発生回
路の構成を示す回路図。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage generation circuit according to third to fifth embodiments of the present invention.

【図12】第3の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
FIG. 12 is a timing chart of a signal applied to each element of a pixel used in the third embodiment.

【図13】本発明の第4の実施形態の1画素の構成を示
す回路図。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a fourth embodiment of the present invention.

【図14】第4の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
FIG. 14 is a timing chart of a signal applied to each element of a pixel used in the fourth embodiment.

【図15】本発明の第5の実施形態の1画素の構成を示
す回路図。
FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel according to a fifth embodiment of the present invention.

【図16】第5の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。
FIG. 16 is a timing chart of a signal applied to each element of a pixel used in the fifth embodiment.

【図17】固体撮像装置に設けられた画素内の一部の構
成を示す回路図。
FIG. 17 is a circuit diagram illustrating a partial configuration of a pixel provided in a solid-state imaging device.

【図18】被写体の照度と固体撮像装置の出力との関係
を示すグラフ。
FIG. 18 is a graph showing the relationship between the illuminance of a subject and the output of a solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

G11〜Gmn 画素 2 垂直走査回路 3 水平走査回路 4−1〜4−n 行選択線 6−1〜6−m 出力信号線 7 直流電圧線 8 ライン 9−1〜9−m バイアス供給ライン 10 電圧発生回路 11 サンプルホールド回路 12 出力回路 PD,Pd,P フォトダイオード T1〜T7,T10,T11,T20,T MOSト
ランジスタ
G11 to Gmn pixel 2 vertical scanning circuit 3 horizontal scanning circuit 4-1 to 4-n row selection line 6-1 to 6-m output signal line 7 DC voltage line 8 line 9-1 to 9-m bias supply line 10 voltage Generation circuit 11 Sample hold circuit 12 Output circuit PD, Pd, P Photodiode T1 to T7, T10, T11, T20, TMOS transistor

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
る感光素子と該感光素子からの電気信号が入力されると
ともにサブスレッショルド領域で動作するトランジスタ
とを備えて前記電気信号を自然対数的に変換する光電変
換部を有する複数の画素から成る固体撮像装置におい
て、 前記固体撮像装置の温度に応じた電圧を出力する電圧発
生回路を有し、 該電圧発生回路から出力される電圧によって、前記トラ
ンジスタをバイアスすることによって、前記トランジス
タのポテンシャル状態を設定することを特徴とする固体
撮像装置。
1. An electric device comprising: a photosensitive element for generating an electric signal corresponding to an amount of incident light; and a transistor which receives an electric signal from the photosensitive element and operates in a sub-threshold region. A solid-state imaging device including a plurality of pixels having a photoelectric conversion unit for converting, comprising: a voltage generation circuit that outputs a voltage corresponding to a temperature of the solid-state imaging device; Wherein the potential state of the transistor is set by biasing.
【請求項2】 前記電圧発生回路が、前記光電変換部と
同一の構成の検温部を有するとともに、該検温部に光が
入射されないように遮光されていることを特徴とする請
求項1に記載の固体撮像装置。
2. The voltage generation circuit according to claim 1, wherein the voltage generation circuit has a temperature detection unit having the same configuration as that of the photoelectric conversion unit, and is shielded so that light does not enter the temperature detection unit. Solid-state imaging device.
【請求項3】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
る感光素子と、該感光素子の一方の電極に第1電極と制
御電極が接続された第1トランジスタとを有し、前記電
気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第
1トランジスタの制御電極より出力する複数の画素と、 固体撮像装置の温度に応じた前記複数の画素をリセット
するための第1電圧又は前記第1トランジスタをサブス
レッショルド領域で動作させるための第2電圧のいずれ
かを前記第1トランジスタの第2電極へ出力する電圧発
生回路と、 を有し、 前記画素がリセットされるとき、前記電圧発生回路から
前記第1トランジスタの第2電極に前記第1電圧が印加
され、 又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記電圧発生回路
から前記第1トランジスタの第2電極に前記第2電圧が
印加されることを特徴とする固体撮像装置。
3. A photosensitive element for generating an electric signal corresponding to the amount of incident light, and a first transistor having a first electrode and a control electrode connected to one electrode of the photosensitive element. A plurality of pixels that output an electrical signal obtained by natural logarithm conversion from the control electrode of the first transistor, and a first voltage or the first voltage for resetting the plurality of pixels according to the temperature of the solid-state imaging device. A voltage generation circuit that outputs any of a second voltage for operating the transistor in a sub-threshold region to a second electrode of the first transistor; and when the pixel is reset, the voltage generation circuit The first voltage is applied to a second electrode of the first transistor, and when the pixel performs an imaging operation, the voltage is applied from the voltage generation circuit to a second electrode of the first transistor. The solid-state imaging device, wherein a second voltage is applied.
【請求項4】 前記電圧発生回路が、 前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感
光素子と、 該感光素子の一方の電極に第1電極と制御電極が接続さ
れた第1トランジスタと、 該第1トランジスタの第1電極と制御電極との接続ノー
ドに入力側が接続されて、前記第1電圧を出力する反転
型バッファと、 前記第1電圧と前記第2電圧とを選択して出力するドラ
イブ回路と、 を有し、 前記感光素子に光が入射されないように遮光されている
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
4. A voltage-generating circuit comprising: a photosensitive element having the same characteristics as the photosensitive element provided in the pixel; and a first electrode having a first electrode and a control electrode connected to one electrode of the photosensitive element. A transistor; an inverting buffer having an input side connected to a connection node between a first electrode and a control electrode of the first transistor for outputting the first voltage; and selecting the first voltage and the second voltage. 4. The solid-state imaging device according to claim 3, further comprising: a drive circuit configured to output the light through the light-receiving element, wherein the light-shielded element is shielded so that light does not enter the photosensitive element.
【請求項5】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
る感光素子と、該感光素子の一方の電極に第1電極と制
御電極が接続されるとともにサブスレッショルド領域で
動作するようにバイアスされた第1トランジスタと、前
記第1トランジスタの制御電極に第2電極が接続された
第2トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然
対数的に変換した電気信号を前記第1トランジスタの制
御電極より出力する複数の画素と、 固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第2トランジス
タの第1電極へ出力する電圧発生回路と、 を有し、 前記画素がリセットされるとき、前記第2トランジスタ
がONとされて、前記電圧発生回路からの電圧が前記第
1トランジスタの制御電極に印加され、 又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第2トランジ
スタがOFFとされることを特徴とする固体撮像装置。
5. A photosensitive element for generating an electric signal in accordance with the amount of incident light, a first electrode and a control electrode connected to one electrode of the photosensitive element, and biased to operate in a sub-threshold region. A first transistor, and a second transistor having a second electrode connected to a control electrode of the first transistor, wherein an electrical signal obtained by natural logarithmic conversion of the electrical signal is used as a control electrode of the first transistor. And a voltage generation circuit that outputs a voltage corresponding to the temperature of the solid-state imaging device to a first electrode of the second transistor, wherein the second transistor is provided when the pixel is reset. Is turned on, the voltage from the voltage generation circuit is applied to the control electrode of the first transistor, and when the pixel performs an imaging operation, the second transistor A solid-state imaging apparatus characterized by data are turned OFF.
【請求項6】 前記電圧発生回路が、 前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感
光素子と、 該感光素子の一方の電極に第1電極と制御電極が接続さ
れた第1トランジスタと、 該第1トランジスタの第1電極と制御電極との接続ノー
ドに入力側が接続されて、前記画素内の前記第2トラン
ジスタの第1電極へ電圧出力する反転型バッファと、 を有し、 前記感光素子に光が入射されないように遮光されている
ことを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。
6. A photosensitive element having the same characteristics as the photosensitive element provided in the pixel, wherein the voltage generating circuit has a first electrode and a control electrode connected to one electrode of the photosensitive element. A transistor, and an inverting buffer having an input connected to a connection node between a first electrode and a control electrode of the first transistor, and outputting a voltage to a first electrode of the second transistor in the pixel, The solid-state imaging device according to claim 5, wherein light is shielded so that light does not enter the photosensitive element.
【請求項7】 前記画素が、前記感光素子の一方の電極
に第1電極が接続されるとともに、前記第1トランジス
タの第1電極及び制御電極に第2電極が接続された第3
トランジスタを有し、 前記画素がリセットされるとき、前記第3トランジスタ
がOFFとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、
前記第3トランジスタがONとされることを特徴とする
請求項3〜請求項6のいずれかに記載の固体撮像装置。
7. The pixel according to claim 3, wherein a first electrode is connected to one electrode of the photosensitive element, and a second electrode is connected to a first electrode and a control electrode of the first transistor.
A transistor, wherein when the pixel is reset, the third transistor is turned off, and when the pixel performs an imaging operation,
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the third transistor is turned on.
【請求項8】 前記画素が、前記第1トランジスタの第
1電極及び制御電極に制御電極が接続され、前記第1ト
ランジスタの制御電極に現れる電圧を増幅して第2電極
より出力する第4トランジスタを有することを特徴とす
る請求項3〜請求項7のいずれかに記載の固体撮像装
置。
8. A fourth transistor in which the pixel has a control electrode connected to a first electrode and a control electrode of the first transistor, and amplifies a voltage appearing at the control electrode of the first transistor and outputs the amplified voltage from a second electrode. The solid-state imaging device according to any one of claims 3 to 7, further comprising:
【請求項9】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
る感光素子と、該感光素子の一方の電極に第2電極が接
続されるとともにサブスレッショルド領域で動作するよ
うにバイアスされた第1トランジスタと、前記第1トラ
ンジスタの第2電極に第1電極が接続されるとともにリ
セット用の直流電圧が第2電極に印加された第2トラン
ジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変
換した電気信号を前記第1トランジスタの第2電極より
出力する複数の画素と、 固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第1トランジス
タの制御電極へ出力する電圧発生回路と、 を有し、 前記画素がリセットされるとき、前記第2トランジスタ
がONとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前
記第2トランジスタがOFFとされることを特徴とする
固体撮像装置。
9. A photosensitive element for generating an electric signal according to the amount of incident light, and a first transistor having a second electrode connected to one electrode of the photosensitive element and biased to operate in a sub-threshold region. And a second transistor having a first electrode connected to the second electrode of the first transistor and a reset DC voltage applied to the second electrode, and a natural logarithm of the electric signal. A plurality of pixels that output the converted electric signals from the second electrode of the first transistor; and a voltage generation circuit that outputs a voltage corresponding to the temperature of the solid-state imaging device to the control electrode of the first transistor. When the pixel is reset, the second transistor is turned on, and when the pixel performs an imaging operation, the second transistor is turned off. Solid-state imaging device.
【請求項10】 前記電圧発生回路が、 前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感
光素子と、 該感光素子の一方の電極に第2電極が接続された第1ト
ランジスタと、 該第1トランジスタの第2電極に入力側が接続され、前
記画素内の前記第1トランジスタの制御電極へ電圧出力
する反転型バッファと、 を有し、 前記感光素子に光が入射されないように遮光されている
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。
10. A photosensitive element having the same properties as the photosensitive element provided in the pixel, a first transistor having a second electrode connected to one electrode of the photosensitive element, and An inverting buffer having an input connected to the second electrode of the first transistor and outputting a voltage to a control electrode of the first transistor in the pixel, wherein the buffer is shielded so that light does not enter the photosensitive element. The solid-state imaging device according to claim 9, wherein:
【請求項11】 入射した光量に応じた電気信号を発生
する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第2電極が
接続されるとともにサブスレッショルド領域で動作する
ようにバイアスされた第1トランジスタとを有し、前記
電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記
第1トランジスタの第2電極より出力する複数の画素
と、 固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第1トランジス
タの制御電極へ出力する電圧発生回路と、 を有し、 前記第1トランジスタの第1電極に印加される電圧が変
化されることによって前記画素がリセットされることを
特徴とする固体撮像装置。
11. A photosensitive element for generating an electric signal according to the amount of incident light, a first transistor having a second electrode connected to one electrode of the photosensitive element and biased to operate in a sub-threshold region. A plurality of pixels that output an electrical signal obtained by natural logarithmic conversion of the electrical signal from a second electrode of the first transistor, and a voltage corresponding to a temperature of a solid-state imaging device is applied to the first transistor. A solid-state imaging device, comprising: a voltage generation circuit that outputs a voltage to a control electrode of the first transistor, wherein the pixel is reset by changing a voltage applied to a first electrode of the first transistor.
【請求項12】 前記電圧発生回路が、 前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感
光素子と、 該感光素子の一方の電極に第2電極が接続された第1ト
ランジスタと、 該第1トランジスタの第2電極に入力側が接続され、前
記画素内の前記第1トランジスタの制御電極へ電圧出力
する反転型バッファと、 を有し、 前記感光素子に光が入射されないように遮光されている
ことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。
12. The photosensitive element having the same characteristics as the photosensitive element provided in the pixel, a first transistor having a second electrode connected to one electrode of the photosensitive element, and An inverting buffer having an input connected to the second electrode of the first transistor and outputting a voltage to a control electrode of the first transistor in the pixel, wherein the buffer is shielded so that light does not enter the photosensitive element. The solid-state imaging device according to claim 11, wherein:
【請求項13】 前記画素が、前記第1トランジスタの
第2電極に第1電極が接続されるとともに、前記感光素
子の一方の電極に第2電極が接続された第3トランジス
タを有し、 前記画素がリセットされるとき、前記第3トランジスタ
がOFFとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、
前記第3トランジスタがONとされることを特徴とする
請求項9〜請求項12のいずれかに記載の固体撮像装
置。
13. The pixel includes a third transistor in which a first electrode is connected to a second electrode of the first transistor and a second electrode is connected to one electrode of the photosensitive element. When the pixel is reset, the third transistor is turned off, and when the pixel performs an imaging operation,
The solid-state imaging device according to claim 9, wherein the third transistor is turned on.
【請求項14】 前記画素が、前記第1トランジスタの
第2電極に制御電極が接続され、前記第1トランジスタ
の第2電極に現れる電圧を増幅して第2電極より出力す
る第4トランジスタを有することを特徴とする請求項9
〜請求項13のいずれかに記載の固体撮像装置。
14. The pixel includes a fourth transistor having a control electrode connected to a second electrode of the first transistor, amplifying a voltage appearing at a second electrode of the first transistor, and outputting the amplified voltage from the second electrode. 10. The method according to claim 9, wherein
The solid-state imaging device according to claim 13.
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