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JPH0414835B2 - - Google Patents
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JPH0414835B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0414835B2
JPH0414835B2 JP58208116A JP20811683A JPH0414835B2 JP H0414835 B2 JPH0414835 B2 JP H0414835B2 JP 58208116 A JP58208116 A JP 58208116A JP 20811683 A JP20811683 A JP 20811683A JP H0414835 B2 JPH0414835 B2 JP H0414835B2
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JP
Japan
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gate
pixel
capacitor
signal
pulse
Prior art date
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Application number
JP58208116A
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Japanese (ja)
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JPS60100886A (en
Inventor
Junichi Nishizawa
Naoshige Tamamushi
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本願発明な静電誘導トランジスタを用いたゲー
ト蓄積方式の2次元固体撮像装置に関するもの
で、X−Yアドレス方式における信号読み出し線
のキヤパシタを利用する読み出し方式により高
速、大容量の固体撮像装置を提供するものであ
る。
Detailed Description of the Invention This invention relates to a two-dimensional solid-state imaging device using a gate accumulation method using an electrostatic induction transistor according to the present invention. The present invention provides a capacitive solid-state imaging device.

従来の静電誘導トランジスタ(以下SITとい
う)を用いたゲート蓄積方式による2次元固体撮
像装置(SITエリアセンサ)の構成の代表的なも
のは第1図のように表わされる。GL1、GL2、
GL3、…、GLmは、各画素のマトリツクス
[Cij]へのアドレスゲートライン(垂直信号アド
レスライン)を示し、SL1、SL2、SL3、…SLn
は、各画素のマトリツクス[Cij]からの信号出
力ライン(信号読み出しライン、水平信号出力ラ
イン)を示している。各画素のゲートはゲートキ
ヤパシタCGを介して垂直信号アドレスラインGLj
へ共通に接続され、ドレインは水平信号出力ライ
ンSLiへ共通に接続され、かつ各水平信号出力ラ
インSLiはスイツチMOSQsを介してビデオ出力
ライン3に共通に接続されている。各画素[Cij]
の信号読み出しは、垂直シフトレジスタ1から各
アドレスゲートラインへ出力される垂直シフトパ
ルスφG1、φG2、φG3、…、φGnと、各水平信号出力
ラインSLiを選択するための水平シフトレジスタ
2よりスイツチMOSQsのゲートへ出力される水
平シフトパルスφS1、φS2、φS3、…、φSoのX−Y
アドレス方式によつて行なわれ、順次各画素の光
情報は出力端子4より出力される。ビデオライン
6は負荷抵抗RLを介してビデオ電圧VDDにバイア
スされており、第1図に示した従来方式では、各
画素のSITのドレイン・ソース間を流れる直流電
源をX−Yアドレス時に検出している。光情報は
SITのゲートキヤパシタCGに蓄積されており、ア
ドレスゲートパルスφGjの高さが低い場合には非
破壊読み出しに近づき、φGjの高さが2.5V以上と
なると、破壊読みだしとなる特徴を有する。この
場合のパルス幅は100nsec〜数μsecである。各画
素CijのSITのソース領域は、すべて接地電位に
なされている。
A typical configuration of a two-dimensional solid-state imaging device (SIT area sensor) using a conventional gate accumulation method using static induction transistors (hereinafter referred to as SIT) is shown in FIG. GL1, GL2,
GL3, ..., GLm indicate the address gate line (vertical signal address line) to the matrix [Cij] of each pixel, and SL1, SL2, SL3, ...SLn
indicates a signal output line (signal readout line, horizontal signal output line) from the matrix [Cij] of each pixel. The gate of each pixel is connected to the vertical signal address line GLj via the gate capacitor C G.
The drains are commonly connected to the horizontal signal output line SLi, and each horizontal signal output line SLi is commonly connected to the video output line 3 via the switch MOSQs. Each pixel [Cij]
Signal reading is performed using vertical shift pulses φ G1 , φ G2 , φ G3 , ..., φ Gn output from vertical shift register 1 to each address gate line, and a horizontal shift register for selecting each horizontal signal output line SLi. X-Y of horizontal shift pulses φ S1 , φ S2 , φ S3 , ..., φ So outputted from 2 to the gate of switch MOSQs
This is carried out using an addressing method, and the optical information of each pixel is sequentially outputted from the output terminal 4. The video line 6 is biased to the video voltage V DD via the load resistor R L , and in the conventional method shown in Figure 1, the DC power flowing between the drain and source of the SIT of each pixel is Detected. optical information is
It is accumulated in the gate capacitor C G of SIT, and when the height of address gate pulse φ Gj is low, it approaches non-destructive readout, and when the height of φ Gj becomes 2.5V or more, it becomes destructive readout. . The pulse width in this case is 100 nsec to several μsec. All the source regions of the SIT of each pixel Cij are set to the ground potential.

本願発明者らは第1図の構成のゲート蓄積方式
による固体撮像装置を特願昭56−204656号に既に
出願し、さらに具体的な信号読み出し方法につい
て改良を加え特願昭57−217758号、特願昭58−
21688号及び特願昭58−26932号に開示している。
その信号読み出し方法の一例を第2図、第3図に
示す動作波形をもとに説明する。第2図は特願昭
56−204656号に示された信号読みだしの動作波形
であり、第1図の回路構成において、シフトパル
スφS1、φS2、φS3、…、φSoによつて信号読み出し
ラインSL1、SL2、SL3、…、SLnを一本ずつ選
択し、その選択された期間(一水平期間)内にお
いてアドレスゲートパルスφG1、φG2、φG3、…、
φGnを各アドレスゲートラインGL1、GL2、GL3、
…、GLmに印加することでX−Yアドレスを行
なう動作となつている。第2図の動作波形を用い
る読み出し方式においては、特定の画素Cijを選
択するまでにφS1、φS2、…、φSi-1のパルスによつ
て信号読み出しラインSL1、SL2、…、SLi−1
が選択されており、上記φS1、φS2…、φSi-1の期間
内においてGLjのラインにはφGjのパルスが(i
−1)回加わつていることになる。一旦Cijの画
素信号が読み出されてから、次に同一の画素Cij
が読みだされるまでの期間が光積分期間TLIとな
るが、上記の読み出し方式では、X−Yマトリツ
クスにおける信号読み出しラインの数だけアドレ
スゲートラインGLjにはアドレスゲートパルス
φGjが印加される。従つて、画素Cijのゲートには
非選択時に上記(i−1)回のゲートパルスφGj
が加わることから、蓄積状態にあるゲートのキヤ
リアが逃げやすいという欠点が第2図に示した信
号読み出し形式には存在する。上記のリーク特性
はゲートパルスφGjの高さと幅に依存し、完全に
非破壊読み出しとなる条件が必要である。例えば
φGjの高さは1V以下、パルス幅も100nsec以下と
いうようにである。上記欠点に鑑み新たに本発明
者らは別の信号読み出し方式を特願昭58−21688
号、及び特願昭58−26932号に開示した。その一
例の動作波形を第3図に示す。第3図の動作波形
は、特定の画素Cijを読み出す際に、初めにアド
レスゲートラインGLjを選択して、ゲートパルス
φGjを加え、次にゲートパルス電圧VGが印加され
ている期間(一水平読み出し期間)内において、
信号読み出しラインSLiを選択してシフトパルス
φSiによつて、負荷抵抗RLを通して電源VDDから選
択された画素CijのSITのドレイン・ソース間に
直流電流を流し込み流れる電流を検出する方式で
ある。この方式も、各画素のゲートにキヤパシタ
CGを介して加わるパルスφGの高さと幅が問題で
あり、ゲートのパルス電圧VGが高くなると、ゲ
ートキヤパシタに蓄積されたキヤリアが一水平期
間内の極く短時間の間にリークしてしまい、φS1
φS2、…と順次選択されるにつれて後方の画素信
号は、蓄積情報がリークされた情報を読み出すこ
とになつて、エリアセンサとしての完全な動作と
はならなくなる。さらに、一水平期間にわたつ
て、φGjによつて選択されるGL上に並んだ一列の
画素C1j、C2j、…、Cij、…、Cnjのゲート電位は、
CGと入力容量の分割で定まる一定の電位に保持
されなければならないが、時定数としては一水平
期間以上必要であり、蓄積されるゲート部分の電
位が変動することから、ゲート電圧VGを低く設
定してもわずかずつキヤリアが流出し、順次φS1
φS2、…、φSoと選択するにつれて、後半の方の画
素情報程、歪んだものとなりやすいという欠点が
存在する。第3図に示す方式では、一水平帰線期
間においてはゲートパルスφGはVRという高いリ
フレツシユパルスとして、ゲートの蓄積キヤリア
をリフレツシユする機能が具備されている。
The inventors of the present application have already filed a patent application for a solid-state imaging device using the gate accumulation method with the configuration shown in FIG. Special request 1988-
No. 21688 and Japanese Patent Application No. 58-26932.
An example of the signal readout method will be explained based on the operating waveforms shown in FIGS. 2 and 3. Figure 2 is Tokugansho.
56-204656, and in the circuit configuration of FIG . 1, the signal readout lines SL1, SL2 , Select SL3, ..., SLn one by one, and apply address gate pulses φ G1 , φ G2 , φ G3 , ..., within the selected period (one horizontal period).
φ Gn to each address gate line GL1, GL2, GL3,
..., GLm is applied to perform X-Y addressing. In the readout method using the operating waveforms shown in Fig. 2 , the signal readout lines SL1, SL2 , ..., SLi- 1
is selected, and within the period of φ S1 , φ S2 ..., φ Si-1, the pulse of φ Gj is on the line GLj (i
−1) times. Once the pixel signal of Cij is read out, then the same pixel Cij
The period until the signal is read out is the optical integration period T LI . In the above readout method, address gate pulses φ Gj are applied to the address gate lines GLj as many times as there are signal readout lines in the X-Y matrix. . Therefore, the gate pulse φ Gj of the above (i-1) times is applied to the gate of pixel Cij when it is not selected.
The signal readout format shown in FIG. 2 has the disadvantage that the carriers in the gate in the accumulated state tend to escape because of the addition of . The above leakage characteristics depend on the height and width of the gate pulse φ Gj , and conditions for completely non-destructive readout are required. For example, the height of φ Gj is 1V or less, and the pulse width is 100nsec or less. In view of the above drawbacks, the present inventors proposed a new signal readout method in patent application No. 58-21688.
and Japanese Patent Application No. 58-26932. FIG. 3 shows an example of the operation waveform. The operating waveform in Fig. 3 is that when reading out a specific pixel Cij, first select the address gate line GLj, apply the gate pulse φ Gj , and then apply the gate pulse voltage V G for a period (one time). (horizontal readout period),
This method detects the flowing current by selecting the signal readout line SLi and using the shift pulse φ Si to flow a DC current from the power supply V DD through the load resistor R L between the drain and source of the SIT of the selected pixel Cij. . This method also uses a capacitor at the gate of each pixel.
The problem is the height and width of the pulse φ G applied via C G , and as the gate pulse voltage V G increases, the carrier accumulated in the gate capacitor leaks in an extremely short period of time within one horizontal period. End, φ S1 ,
As φ S2 , . . . are sequentially selected, the rear pixel signals read out leaked accumulated information, and the area sensor no longer functions perfectly. Furthermore, over one horizontal period, the gate potentials of the pixels C 1j , C 2j , ..., C ij , ..., Cnj in one row lined up on G L selected by φ Gj are as follows:
It must be held at a constant potential determined by the division of C G and the input capacitance, but the time constant is required to be longer than one horizontal period, and the potential at the gate where it is accumulated fluctuates, so the gate voltage V G is Even if it is set low, the carrier will flow out little by little, and in turn φ S1 ,
As φ S2 , . In the system shown in FIG. 3, the gate pulse φ G serves as a high refresh pulse of V R during one horizontal retrace period, and has the function of refreshing the carriers accumulated in the gate.

上記第2図、第3図に示した両方式はともに、
アドレスゲートラインに加えるべきアドレスゲー
トパルスの高さと幅が問題であつた。いずれも
SITのドレイン・ゲート間に流れる直流電流をX
−Yアドレスによつて検出する方式であり、特定
の画素Cijの読み出し状態では、ビデオ電源VDD
ら負荷抵抗RLを通つてビデオライン3を流れ、
スイツチMOS、信号読み出しラインSLiを通つて
CijのSITのドレイン・ソース間を流れる直流パ
スが存在している。
Both formulas shown in Figures 2 and 3 above are
The problem was the height and width of the address gate pulses to be applied to the address gate lines. both
The DC current flowing between the drain and gate of SIT is
- This is a detection method based on the Y address, and in the read state of a specific pixel Cij, the voltage flows from the video power supply V DD through the load resistor R L to the video line 3,
Through the switch MOS and signal readout line SLi
There is a DC path flowing between the drain and source of Cij's SIT.

さらに本願発明者らは、特願昭57−217758号に
示すように第2図の動作方式を改良し、各々の信
号読み出しラインSL1、SL2、…、SLnのすべて
に負荷抵抗とビデオ電源をそれぞれ接続し、垂直
信号アドレスにおいて読み出される各信号読み出
しライン上の並列信号出力をCCDに入力し、読
み出し部分をCCDとする方式を提案した。しか
し、この信号読みだし方式も、各画素のドレイ
ン・ソース間を流れる直流電流を検出しており、
かつ各信号読み出しライン上には同一の値が負荷
抵抗とビデオ電源電圧を接続する必要があつたた
め、構成、動作ともに複雑であつた。
Furthermore, as shown in Japanese Patent Application No. 57-217758, the inventors of the present invention have improved the operation method shown in FIG. We proposed a method in which the parallel signal outputs on each signal readout line that are connected and read out at the vertical signal address are input to the CCD, and the readout part is the CCD. However, this signal readout method also detects the DC current flowing between the drain and source of each pixel.
In addition, it was necessary to connect a load resistor with the same value and a video power supply voltage on each signal readout line, making the structure and operation complicated.

そこで、本願発明者らは、一負荷、一ビデオバ
イアス電源で動作し、従来の直流電流を検出する
のではなく、信号読み出しラインのキヤパシタ
CSLの、プリチヤージトランジスタによる充電と、
ゲートアドレスパルスφGjによりSITのドレイ
ン・ソース間のインピーダンスが下がることによ
る放電(この中に光信号情報が含まれる)及び、
スイツチMOSによるビデオ電源から負荷抵抗RL
を通しての再充電による信号検出という完全にダ
イナミツクな動作方式を見出し、従来の動作方法
に比べ、構成、動作ともに容易であり、特に大容
量のエリアセンサとしても動作的に安定、低スイ
ツチングノイズ、低消費電力であることを見出し
た。プリチヤージトランジスタを用いて、信号読
み出しラインSLiを一旦充電する理由は、光積分
期間内において信号読み出しラインSLiでの電位
が光強度に依存して変動するからであり、一旦、
一定電位にもどした状態からゲートパルスφGj
加えることで均一な信号が読み出されるからであ
る。
Therefore, the inventors of the present application operate with one load, one video bias power supply, and instead of detecting the conventional DC current, the capacitor of the signal readout line
C SL 's charging by pre-charge transistor,
A discharge (optical signal information is included in this) due to the impedance between the drain and source of the SIT being lowered by the gate address pulse φ Gj , and
Load resistance R L from video power supply by switch MOS
We have discovered a completely dynamic operating method of signal detection by recharging through the sensor, which is easier to configure and operate than conventional operating methods, and is particularly operationally stable even as a large-capacity area sensor, with low switching noise and low switching noise. It was found that the power consumption is low. The reason why the signal readout line SLi is once charged using a precharge transistor is that the potential on the signal readout line SLi changes depending on the light intensity during the optical integration period.
This is because a uniform signal can be read out by applying the gate pulse φ Gj after returning to a constant potential.

本願発明の目的は、ゲート蓄積方式によるSIT
エリアセンサにおいて、信号読み出しラインのキ
ヤパシタのプリチヤージトランジスタによる充電
と、アドレスゲートパルスによる放電と、スイツ
チMOSトランジスタによる再充電によつて完全
にダイナミツクに動作し、かつ一負荷、一電源に
よつて出力信号が得られ、高速読み出しができ、
完全ダイナミツク動作のため低消費電力であり、
大容量の画素エリアを安定に、均一に読み出すこ
とのできる新しいSITエリアセンサの構成と、そ
の動作方法を提供することである。
The purpose of the present invention is to
In an area sensor, it operates completely dynamically by charging the signal readout line capacitor with a precharge transistor, discharging with an address gate pulse, and recharging with a switch MOS transistor. Output signals can be obtained, high-speed reading is possible,
Low power consumption due to fully dynamic operation.
The purpose of this invention is to provide a new SIT area sensor configuration that can stably and uniformly read out a large pixel area, and its operating method.

さらに本願発明の別の目的は、上記完全ダイナ
ミツクな動作を行なう新しいエリアセンサの信号
読み出し部分を一負荷から読み出す代りにCCD
出力とする構成を提供することである。。
Furthermore, another object of the present invention is to provide a signal readout section of the new area sensor that performs the above-mentioned completely dynamic operation using a CCD instead of reading out from one load.
The purpose is to provide a configuration for output. .

本願発明の概要を以下に説明する。 An outline of the present invention will be explained below.

ノーマリオフ型静電誘導トランジスタSITとゲ
ートキヤパシタCGから構成された画素Cij(i=1
〜n、j=1〜m)によつてX−Yマトリツクス
が構成され、垂直ゲートアドレスラインGL1
GL2、GL3、…、GLnは各GLj(j=1〜m)上の
各画素C1j、C2j、C3j、…、Cojを構成するSITの
ゲートにゲートキヤパシタCGを介して接続され、
信号読み出しラインSL1、SL2、SL3、…、SLo
各SLi(i=1〜n)上の各画素Ci1、Ci2、Ci3
…、Cinを構成するSITのドレインに共通に接続
された、ゲート蓄積方式のSITエリアセンサであ
つて、各信号読み出しラインSLi(i=1〜n)は
それぞれ接地電位との間に所定のキヤパシタCSL
を持ち、かつ、プリチヤージトランジスタQp
介して所定の電源電圧VDD′に共通に接続され、
さらに、第1のスイツチングトランジスタQT
接続されており、各スイツチングトランジスタ
QTはそれぞれスイツチングトランジスタQSを介
してビデオ出力ラインに共通に接続されており、
ビデオ出力ラインには1つの負荷抵抗RL及び1
つのビデオ電源VDDが接続されており、各スイツ
チングトランジスタQTのゲートはすべて共通に
接続されトランスフアパルスφTが印加されるよ
うになされており、各スイツチングトランジスタ
QTと各スイツチングトランジスタQSとの接続ノ
ードとスイツチングトランジスタQTのゲートと
の間には所定のキヤパシタCTを持たせ、かつ、
接続ノードと接地電位との間にはキヤパシタ
CSL′を持たせ、各キヤパシタの大小関係はCG
CSL′CTCSLとなされていて、各垂直ゲートア
ドレスラインGL1、GL2、GL3、…、GLnには垂
直シフトレジスタより垂直シフトパルスφG1
φG2、φG3、…、φGnが印加され、各スイツチング
トランジスタQSのゲートには水平シフトレジス
タより水平シフトパルスφS1、φS2、φS3、…、φSn
が印加されることでX−Yアドレスが行われるよ
うに構成された2次元固体撮像装置の構成におい
て、信号読み出し時に、予め、トランスフアパル
スφTによりφTをONし、CSLに並列にCSL′が電気
的に接続された状態にしておいて、予めプリチヤ
ージパルスφpによつてQpをONさせて各信号読
み出しラインSL1、SL2、SL3、…、SLnのキヤ
パシタCSL+CSL′をすべて所定の電圧レベルに充
電した後、GLjに並んだ画素C1j、C2j、C3j、…、
CojのゲートにゲートキヤパシタCGを介してアド
レスゲートパルスφGjを同時に印加することで、
上記の各画素のSITを導通させると、各SITのゲ
ートに蓄積されていた光情報の増幅信号に対応し
た放電ΔVSLがCSL+CSL′の一定電圧レベルVSL
ら行なわれ、この後、φTを切つてQTをOFFした
後、順次水平シフトパルスφS1、φS2、φS3、…、
φSoを各スイツチトランジスタQsのゲートに印加
することによつて、キヤパシタCSL′の放電量をビ
デオ電圧VDDから負荷抵抗RLを介して再充電を行
なうと、出力端子には、各画素C1j、C2j、C3j
…、Cojの情報が順次得られることになる。以上
の動作で一水平読み出し動作が完了し、次に同様
にして、垂直アドレスゲートラインGLj+1上の
各画素C1j+1、C2j+1、C3j+1、…、Coj+1の画像信号
が次の水平期間において順次読み出される。この
ようにして順次すべての画素を読み出すわけであ
る。水平帰線期間において、リフレツシユゲート
パルスを印加して、各画素列を同時にリフレツシ
ユする機能をつけても良い。ゲートパルスφGj
高さの選定は、従来方式に比べ容易であり、2〜
3V程度で十分動作可能である。本方式の信号読
み出しの特徴はアドレスゲートパルスφGjが印加
されたと同時に各画素の画像情報はすべて読み出
し信号ライン上のキヤパシタに移る点であり、さ
らにスイツチトランジスタQTの効果で、信号読
み出し時の出力端での自定数はCSL′を充電する時
定数となつており、CSL+CSL′を充電するわけで
はないため高速化が容易である。さらに読み出し
ゲートパルスφGjの印加によつて各画素の情報を
読み出し信号ライン上に増幅された信号として出
すまでの時定数は、SITのドレイン・ソース間の
インピーダンスを利用することから、オン抵抗
Rpo(SIT)は極めて小さく出来て、時定数Rpo(SIT)
(CSL+CSL′)も極めて小さい。読み出しの速度が
速く出来ることと、光出力が増幅された信号であ
ることから大容量のエリアセンサの構成も可能と
なり、525×525以上、800×800、1000×1000程度
までのエリアセンサの構成は可能である。
A pixel Cij (i=1
~n, j=1~m) constitutes an X-Y matrix, and the vertical gate address lines GL 1 ,
GL 2 , GL 3 , ..., GL n are connected to the gates of SITs forming each pixel C 1j , C 2j , C 3j , ..., Coj on each GL j (j=1 to m) via gate capacitors CG . connected,
The signal readout lines SL 1 , SL 2 , SL 3 , ..., SL o correspond to each pixel C i1 , C i2 , C i3 , on each SL i (i=1 to n).
..., a gate accumulation type SIT area sensor commonly connected to the drains of SITs constituting C in , and each signal readout line SL i (i = 1 to n) is connected to the ground potential with a predetermined distance. Capacitor C SL
and are commonly connected to a predetermined power supply voltage V DD ′ through a precharge transistor Q p ,
Furthermore, it is connected to the first switching transistor QT , and each switching transistor
Q T are each commonly connected to the video output line through a switching transistor Q S ,
The video output line has one load resistor R L and one
The gates of each switching transistor Q T are all connected in common so that a transfer pulse φ T is applied to each switching transistor Q T .
A predetermined capacitor C T is provided between the connection node between Q T and each switching transistor Q S and the gate of the switching transistor Q T , and
A capacitor is connected between the connection node and ground potential.
C SL ′, and the size relationship of each capacitor is C G <
C SL ′C T C SL , and each vertical gate address line GL 1 , GL 2 , GL 3 , ..., GL n receives a vertical shift pulse φ G1 , from a vertical shift register.
φ G2 , φ G3 ,..., φ Gn are applied, and horizontal shift pulses φ S1 , φ S2 , φ S3 ,..., φ Sn are applied from the horizontal shift register to the gates of each switching transistor Q S.
In the configuration of a two-dimensional solid-state imaging device configured such that X- Y addressing is performed by the application of With C SL ′ electrically connected, Qp is turned on in advance by precharge pulse φp, and the capacitors of each signal readout line SL1, SL2, SL3, ..., SLn are connected to each other, C SL +C SL ′ After charging all of them to a predetermined voltage level, the pixels C 1j , C 2j , C 3j , ..., lined up in GLj
By simultaneously applying the address gate pulse φ Gj to the gate of C oj via the gate capacitor C G ,
When the SIT of each pixel described above is made conductive, a discharge ΔV SL corresponding to the amplified signal of the optical information stored in the gate of each SIT occurs from a constant voltage level V SL of C SL +C SL ′, and after this, After turning off φ T and turning OFF Q T , the horizontal shift pulses φ S1 , φ S2 , φ S3 ,...
By applying φ So to the gate of each switch transistor Qs, the discharge amount of the capacitor C SL ′ is recharged from the video voltage V DD through the load resistor R L , and the output terminal has the voltage of each pixel. C1j , C2j , C3j ,
..., information on C oj will be obtained sequentially. One horizontal readout operation is completed with the above operation, and then the image of each pixel C 1j+1 , C 2j+1 , C 3j+1 , ..., C oj+1 on the vertical address gate line GLj+1 is completed in the same manner. The signals are read out sequentially in the next horizontal period. In this way, all pixels are sequentially read out. A function may be provided to refresh each pixel column simultaneously by applying a refresh gate pulse during the horizontal retrace period. Selection of the height of the gate pulse φ Gj is easier than in the conventional method, and the height of the gate pulse φ Gj is easy to select.
It can fully operate at around 3V. The feature of signal readout in this method is that all the image information of each pixel is transferred to the capacitor on the readout signal line at the same time as the address gate pulse φ Gj is applied. The self-constant at the output end is a time constant for charging C SL ′, and since C SL +C SL ′ is not charged, it is easy to increase the speed. Furthermore, the time constant until the information of each pixel is output as an amplified signal on the readout signal line by applying the readout gate pulse φ Gj uses the impedance between the drain and source of the SIT, so the on-resistance
R po(SIT) can be made extremely small, and the time constant R po(SIT)
(C SL +C SL ′) is also extremely small. Because the readout speed is fast and the optical output is an amplified signal, it is possible to configure large-capacity area sensors, and it is possible to configure area sensors of 525 x 525 or more, 800 x 800, and 1000 x 1000. is possible.

本願発明は上記のような新しい構成と読み出し
方式によつて、高速読み出しができ、大容量化も
可能なエリアセンサを提供するものである。本願
発明による読み出し方式では各画素に直流電流を
流して流れる電流を検出する方式ではなく、完全
なキヤパシタの充放電信号のみを扱つているため
低消費電力となつている。
The present invention provides an area sensor that can perform high-speed reading and has a large capacity by using the new configuration and reading method as described above. The readout method according to the present invention is not a method of passing a DC current through each pixel and detecting the flowing current, but only handles a complete capacitor charging/discharging signal, resulting in low power consumption.

さらに上述の如く、ビデオライン上に一負荷、
一ビデオバイアス電圧を接続して、一負荷から各
画素信号をシリアル信号として取り出す方式以外
に、上記のアドレスゲートパルスφGjの印加によ
つて、各画素C1j、C2j、C3j、…、Cojの光情報は、
増幅された信号として各信号読み出しライン
SL1、SL2、…、SLnに対応したキヤパシタCSL
CSL′の放電量として蓄積されることから、並列信
号として各信号読み出しライン上に出ているわけ
であり、これらの信号をCCDに同時に入力し、
出力信号をCCD出力として取り出すことも可能
である。本願発明による2次元固体撮像装置の読
み出し方式は各信号読み出しラインのキヤパシタ
の充放電を利用することが基本的部分となつてい
ることから、並列信号として各信号読み出しライ
ン上に一次的に光情報が蓄積されており、これら
のアナログ信号をCCDに同時に入力し、CCDア
ナログ出力として取り出す方式も本願発明の別の
実施例として後述する。
Furthermore, as mentioned above, one load on the video line,
In addition to the method of connecting one video bias voltage and extracting each pixel signal from one load as a serial signal, by applying the above address gate pulse φ Gj , each pixel C 1j , C 2j , C 3j , ..., The optical information of C oj is
Each signal readout line as an amplified signal
Capacitor C SL + compatible with SL1, SL2,..., SLn
Since it is accumulated as the discharge amount of C SL ′, it is output on each signal readout line as a parallel signal, and these signals are input to the CCD at the same time.
It is also possible to extract the output signal as a CCD output. Since the readout method of the two-dimensional solid-state imaging device according to the present invention basically utilizes charging and discharging of the capacitor of each signal readout line, optical information is primarily transmitted on each signal readout line as a parallel signal. A method of simultaneously inputting these analog signals to the CCD and extracting them as CCD analog outputs will be described later as another embodiment of the present invention.

第4図は本願発明による2次元固体撮像装置の
信号読み出し方法の原理を説明するための図であ
り、第4図aは一画素部分の動作回路、第4図b
は動作波形である。第4図aにおいて、一画素
Cijはノーマリオフの静電誘導トランジスタとゲ
ートキヤパシタCGによつて構成されており、ア
ドレスゲートラインGLjはゲートキヤパシタCG
介してSITのゲートに接続され、信号読み出しラ
インSLiはSITのドレイン30に接続されている。
さらに信号読み出しラインSLiには二つのスイツ
チングトランジスタQp及びQsが接続されてお
り、Qsのドレイン端子(出力端子)10には負
荷抵抗RLを介してビデオバイアス電圧VDDが印加
されており、一方Qpのドレイン端子20にも一
定バイアス電圧VDD′が印加されている。ここで、
信号読み出しラインSLiの寄生容量をCSLと表示し
ている。光入力hνによる画素Cijの情報はSITの
ゲートに蓄積される。次に読み出し動作を説明す
る。第4図bに示すように、画素Cijの光情報を
読み出す際には、まずプリチヤージパルスφpに
よつてプリチヤージトランジスタQpを導通させ
て、信号読み出しラインSLiを所定の電圧VDD′−
Vthpまで充電を行なう。ここでVthpはプリチヤ
ージトランジスタQpの閾値電圧である。次にア
ドレスゲートラインGLi上にアドレスゲートパル
スφGjを加え、画素GijのゲートキヤパシタCGを介
してSITのゲート部分31にゲートパルスを加
え、SITを導通させると、SITのドレイン30と
ソース32間のインピーダンスが下がることから
キヤパシタCSLに、予めプリチヤージされた電圧
VDD′−Vthpは放電する。このとき、SITのゲー
ト31に蓄積されていた光情報としてのキヤリア
によるゲート電位は、外部からのアドレスゲート
パルスφGjによつて加算されてゲート電位を上昇
させるため、SITのドレイン30、ソース32間
を流れる放電電流は、光強度が強いもの程、大き
くなる。入射光電流をILとし、SITのゲートの周
囲のpinダイオードの逆方向飽和電流をIsとする
と、光入射によつて発生したキヤリアによるSIT
のゲート31の電位上昇分ΔVGはほぼ次式で与え
られる。ここでRはボルツマン定数、Tは絶対温
度、qは単位電荷量を表わす。
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of a signal readout method of a two-dimensional solid-state imaging device according to the present invention, FIG. 4a is an operation circuit of one pixel portion, and FIG. 4b is
is the operating waveform. In Figure 4 a, one pixel
C ij is composed of a normally-off static induction transistor and a gate capacitor CG , the address gate line GLj is connected to the gate of SIT via the gate capacitor CG , and the signal readout line SLi is connected to the drain 30 of SIT. has been done.
Furthermore, two switching transistors Qp and Qs are connected to the signal readout line SLi, and a video bias voltage V DD is applied to the drain terminal (output terminal) 10 of Qs via a load resistor R L. On the other hand, a constant bias voltage V DD ' is also applied to the drain terminal 20 of Qp. here,
The parasitic capacitance of the signal readout line SLi is indicated as CSL . Information on the pixel Cij due to the optical input hν is accumulated in the gate of the SIT. Next, the read operation will be explained. As shown in FIG. 4b, when reading the optical information of the pixel Cij, first the precharge transistor Qp is made conductive by the precharge pulse φp, and the signal readout line SLi is set to a predetermined voltage V DD ′. −
Charge up to Vthp. Here, Vthp is the threshold voltage of the precharge transistor Qp. Next, an address gate pulse φ Gj is applied to the address gate line GLi, and a gate pulse is applied to the gate portion 31 of the SIT through the gate capacitor C G of the pixel Gij, and when the SIT is made conductive, the drain 30 and the source 32 of the SIT are connected. Since the impedance of capacitor C SL decreases, the precharged voltage
V DD ′−Vthp is discharged. At this time, the gate potential due to the carrier as optical information stored in the gate 31 of the SIT is added by the external address gate pulse φ Gj to increase the gate potential. The discharge current flowing between the two becomes larger as the light intensity becomes stronger. If the incident photocurrent is I L and the reverse saturation current of the pin diode around the SIT gate is Is, then the SIT due to carriers generated by light incidence
The potential increase ΔV G of the gate 31 is approximately given by the following equation. Here, R represents Boltzmann's constant, T represents absolute temperature, and q represents unit charge amount.

ΔVG=kT/qln(1+IL/IS) ……(1) 一方、ノーマリオフSITのゲート電圧VGとド
レイン電流IDの関係は、指数関数関係にあり、 ID∝expqn/kTVG ……(2) で表わされる。ここでηはゲート電圧が真性ゲー
ト点に及ぼす割合を示す。
ΔV G =kT/qln(1+I L /I S )...(1) On the other hand, the relationship between the gate voltage V G and drain current I D of normally-off SIT is an exponential relationship, and I D ∝expqn/kTV G ... ...(2) Here, η indicates the ratio of the gate voltage to the intrinsic gate point.

一方、入射光電流ILは光強度が弱い場合は入射
強度P(μW/cm2)に比例するから、上記の読み
出し動作において、SITのドレイン30とソース
32間を流れる放電電流IDCは入射光電流ILと IDC∝expqn/kTΔVG=qn/k{kT/qln(1 +IL/IS)}IDC∝(1+IL/ISn ……(3) ノーマリオフSITの場合η1としてよいか
ら、VDD′−Vthpに充電されたキヤパシタCSLの放
電電流IDCは入射光電流IL、あるいは入射光強度P
(μW/cm2)に比例することがわかる。
On the other hand, since the incident photocurrent I L is proportional to the incident intensity P (μW/cm 2 ) when the light intensity is weak, in the above readout operation, the discharge current I DC flowing between the drain 30 and source 32 of the SIT is Photocurrent I L and I DC ∝expqn/kTΔV G = qn/k {kT/qln (1 + I L /I S )} I DC ∝ (1 + I L /I S ) n ...(3) η1 in the case of normally-off SIT Therefore, the discharge current I DC of the capacitor C SL charged to V DD '−V thp is the incident light current I L or the incident light intensity P
It can be seen that it is proportional to (μW/cm 2 ).

第4図bにおいてVSLiの波形はCSLの両端の電
圧波形、あるいは信号読み出しラインSLiの電圧
変化を示しており、アドレスゲートパルスφGj
印加とともにaの点線、bの一点鎖線、cの実線
のように変化してVDD′−Vthpの電圧から、電圧
降下を起こしているのは、aは暗電流状態、bは
通常の光強度の場合、cは飽和露光状態の場合に
それぞれ対応している。この放電の時定数は、第
4図の回路ではSITのドレイン・ソース間のオン
抵抗Rph(SIT)とCSLの積でほぼ決まる。暗電流状態
においては、第4図bの点線に示す如くアドレス
ゲートパルスφGjが印加されても、SITが導通し
ないことが望ましい条件である。暗電流状態にお
いて、アドレスゲートパルスφGjの印加のみで、
CSLの放電が起こるとすると、暗電流信号が、出
力波形上に現れ、通常の光信号との間のS/Nが
悪くなるからである。
In Fig. 4b, the waveform of V SLi shows the voltage waveform at both ends of C SL or the voltage change of the signal readout line SLi, and as the address gate pulse φ Gj is applied, the dotted line in a, the dashed-dot line in b, and the dashed line in c The solid line changes and causes a voltage drop from the voltage of V DD ′ - Vthp, a corresponds to the dark current state, b corresponds to the normal light intensity, and c corresponds to the saturated exposure state. are doing. In the circuit shown in FIG. 4, the time constant of this discharge is approximately determined by the product of the on-resistance R ph (SIT) between the drain and source of SIT and C SL . In the dark current state, it is a desirable condition that SIT does not conduct even if the address gate pulse φ Gj is applied as shown by the dotted line in FIG. 4b. In the dark current state, by applying only the address gate pulse φ Gj ,
This is because if discharge of CSL occurs, a dark current signal will appear on the output waveform, and the S/N between it and the normal optical signal will deteriorate.

上述のようにアドレスゲートパルスφGjの印加
によつてCSLを放電させた後、このCSLの放電量分
を再充電することによつて外部抵抗RLの両端に
は再充電信号が現れる。
After discharging CSL by applying the address gate pulse φGj as described above, a recharge signal appears at both ends of the external resistor RL by recharging the discharged amount of CSL . .

スイツチングトランジスタQsのゲートへの読
み出しアドレスパルスφSiの印加によつて、Qsを
導通させると、キヤパシタCSLへは、VDD−Vths
までの電圧が充電される。ここでVthsは、スイ
ツチングトランジスタQsの閾値電圧である。通
常は VDD−Vths=VDD′−Vthp ……(4) となるように選ぶ。第4図bのVSLiの波形には、
CSLが、φSiの印加によつて再充電される様子が示
されており、この再充電と同時に負荷抵抗RL
両端にはVput(拡大波形)で示された信号が検出
される。a、b、cはそれぞれ放電量に対応した
波形であり、aは暗電流状態、bは通常の光強度
の場合、cは飽和露光状態に対応している。
When Qs is made conductive by applying read address pulse φ Si to the gate of switching transistor Qs, V DD −Vths is applied to capacitor C SL .
The voltage up to is charged. Here, Vths is the threshold voltage of the switching transistor Qs. Usually, it is selected so that V DD −Vths=V DD ′−Vthp (4). The waveform of V SLi in Figure 4b is as follows:
It is shown that C SL is recharged by applying φ Si , and at the same time as this recharging, a signal indicated by V put (enlarged waveform) is detected across the load resistor R L. . A, b, and c are waveforms corresponding to the amount of discharge, respectively, where a corresponds to a dark current state, b corresponds to a normal light intensity, and c corresponds to a saturated exposure state.

以上が本願発明による読み出し動作の基本的動
作である。
The above is the basic operation of the read operation according to the present invention.

上述の説明から明らかなように、本願発明の信
号読み出し方法では、信号読み出しラインSLiの
寄生キヤパシタCSLを利用しており、プリチヤー
ジトランジスタQpによるCSLの充電、アドレスゲ
ートパルスφGjによるCSLの光情報に比例した放
電、スイツチングトランジスタ(信号読み出しラ
インSLiの選択用トランジスタ)Qsを介したCSL
の再充電によつて内部の画素Cijの情報を負荷抵
抗RLに取り出している。プリチヤージトランジ
スタQpを介して、読み出し時に、常に信号読み
出しラインSLiの電位を所定の電位に充電し、
SITのドレイン30、ソース32間に一定電圧が
加わるように設定した状態からゲートパルスφGj
のアドレスを行なう点が、安定で、均一な信号を
得られる特徴となつている。CSLの放電量の読み
出しは極めて容易にスイツチトランジスタQsを
介して行なわれる。第4図の動作の場合出力端子
10における出力波形Vputの時定数は、負荷抵抗
RL、Qsのオン抵抗RpNS及び信号読み出しライン
SLiの寄生容量CSLによつて、(RL+RpNS)・CSL
度である。
As is clear from the above description, the signal readout method of the present invention utilizes the parasitic capacitor CSL of the signal readout line SLi, and charges CSL with the precharge transistor Qp and charges CSL with the address gate pulse φGj. Discharge proportional to optical information of SL , C SL via switching transistor (transistor for selection of signal readout line SLi) Qs
By recharging, the information of the internal pixel C ij is taken out to the load resistor R L. During readout, the potential of the signal readout line SLi is always charged to a predetermined potential through the precharge transistor Qp,
Gate pulse φ Gj from the state where a constant voltage is applied between the drain 30 and source 32 of SIT
Addressing is a feature that allows stable and uniform signals to be obtained. The discharge amount of CSL can be read out very easily via the switch transistor Qs. In the case of the operation shown in Fig. 4, the time constant of the output waveform V put at the output terminal 10 is the load resistance
R L , Qs on-resistance R pNS and signal readout line
Depending on the parasitic capacitance C SL of SLi, it is approximately (R L +R pNS )·C SL .

次に、第4図に示された動作原理に基づく本願
発明の実施例を第5図に示す。第5図は、本願発
明によるSITエリアセンサの構成を示している。
m×nのマトリツクス状に配列された各画素Cij
はノーマリオフの静電誘導トランジスタとゲート
キヤパシタCGから構成されており、各SITのゲー
トはアドレスゲートラインGL1、GL2、GL3、
…、GLmとゲートキヤパシタCGを介してm列に
接続され、一方各SITのドレインは信号読み出し
ラインSL1、SL2、SL3、…、SLnとn列に接続
されている。各SITのソースは全画素共通に接地
電位になされている。さらに各信号読み出しライ
ンSLi上にはプリチヤージ用トランジスタQpとス
イツチ用トランジスタQTが接続されており、Qp
のゲートライン54は、各信号読み出しライン
SLiで上のプリチヤージトランジスタQpのゲート
においてすべて共通に接続されるようになされ、
スイツチ用トランジスタQTのゲートライン53
も各信号読み出しライン上のスイツチトランジス
タQTのゲートにおいてすべて共通に接続される
ようになされている。さらに、各スイツチトラン
ジスタQpには直列にもう一つのスイツチトラン
ジスタQsが接続され、各スイツチトランジスタ
Qsのゲートには水平シフトレジスタ50からの
信号読み出しライン選択パルス列φS1、φS2、φS3
…、φSoが印加されるように構成されており、各
スイツチトランジスタQsのドレイン端子は共通
にビデオ出力ライン51に接続され、このビデオ
出力ライン51上には一負荷RLとビデオバイア
ス電源VDDが接続されている。信号出力は負荷抵
抗RLの両端より得られる。垂直シフトレジスタ
52からは、各アドレスゲートラインGL1、
GL2、GL3、…、GLm上へアドレスゲートバル
スφG1、φG2、φG3、…、φGnが印加されるように構
成されている。さらに詳しく説明すると、各プリ
チヤージトランジスタQpのドレイン端子は共通
にプリチヤージ電圧VDD′の与えられた電源ライ
ン55に接続されている。
Next, FIG. 5 shows an embodiment of the present invention based on the operating principle shown in FIG. 4. FIG. 5 shows the configuration of the SIT area sensor according to the present invention.
Each pixel Cij arranged in an m×n matrix
consists of a normally-off static induction transistor and a gate capacitor C G , and the gate of each SIT is connected to address gate lines GL1, GL2, GL3,
..., GLm and the gate capacitor CG in the m columns, while the drain of each SIT is connected to the signal readout lines SL1, SL2, SL3, ..., SLn in the n columns. The source of each SIT is set to a common ground potential for all pixels. Furthermore, a precharge transistor Qp and a switch transistor QT are connected on each signal readout line SLi, and Qp
The gate line 54 is connected to each signal readout line.
In SLi, the gates of the upper precharge transistors Qp are all connected in common,
Gate line 53 of transistor QT for switch
are all connected in common at the gates of the switch transistors QT on each signal readout line. Furthermore, another switch transistor Qs is connected in series to each switch transistor Qp , and each switch transistor
At the gate of Qs, signal readout line selection pulse trains φ S1 , φ S2 , φ S3 ,
. _ DD is connected. The signal output is obtained from both ends of the load resistor R L. From the vertical shift register 52, each address gate line GL1,
Address gate pulses φ G1 , φ G2 , φ G3 , . . . , φ Gn are applied onto GL2, GL3 , . . . , GLm. More specifically, the drain terminals of each precharge transistor Qp are commonly connected to a power supply line 55 to which a precharge voltage V DD ' is applied.

第5図において、各信号読み出しラインSL1、
SL2、SL3、…、SLnの寄生キヤパシタはCSLと表
現されており、スイツチトランジスタQTのゲー
ト・ドレイン間キヤパシタをCT、QTのドレイン
及びQsのソース端子が接地電位との間に持つキ
ヤパシタをCSL′と表現されている。各キヤパシタ
の大小関係は、有効に各画素の光情報をビデオラ
イン51に取り出すために CG<CSL′CTCSL ……(5) としている。さらに各プリチヤージトランジスタ
Qpの閾値電圧をVthp、スイツチトランジスタ
QT、及びQsの閾値電圧をVtht、Vthsとし、プリ
チヤージパルスφpの高さをVDD′、転送ゲートパ
ルスφTの高さをVDD′、各水平シフトパルスφS1
φS2、…、φSoの高さをVDDに等しいと仮定すると、 VDD′−Vthp−Vtht=VDD−Vths ……(6) となるように電源電圧の値を選定している。逆に
言うと、信号読み出しラインSLiがプリチヤージ
され、キヤパシタCSL′が充電される電圧レベル
は、スイツチトランジスタQsの導通により再充
電される電圧レベルに等しくなるように、VDD′、
φpの高さ、Vthp、Vtht、φTの高さ、Vths、φSi
(i=1〜n)の高さを選定することで、安定で
均一な条件における読み出しが行われるわけであ
る。各画素を構成するSITは互いに画素信号の分
離がなされるべく、同一半導体基板内において互
いにドレイン及びゲートは分離されている。同一
の信号読み出しラインSLiに接続されるSITのド
レインのみは電気的に共通になされている。
In FIG. 5, each signal readout line SL1,
The parasitic capacitors of SL2, SL3, ..., SLn are expressed as C SL , and the gate-drain capacitor of the switch transistor Q T is connected to the ground potential between the drain of Q T and the source terminal of Qs. The capacitor is expressed as C SL ′. The size relationship of each capacitor is set as C G <C SL 'C T C SL (5) in order to effectively extract the optical information of each pixel to the video line 51. In addition, each precharge transistor
Qp threshold voltage is Vthp, switch transistor
The threshold voltages of Q T and Qs are Vtht and Vths, the height of the precharge pulse φp is V DD ′, the height of the transfer gate pulse φ T is V DD ′, each horizontal shift pulse φ S1 ,
Assuming that the heights of φ S2 , . Conversely, the voltage level at which the signal readout line SLi is precharged and the capacitor C SL ′ is charged is equal to the voltage level at which it is recharged by the conduction of the switch transistor Qs, such that V DD ′,
φp height, Vthp, Vtht, φ T height, Vths, φ Si
By selecting the height (i=1 to n), reading is performed under stable and uniform conditions. The drains and gates of the SITs constituting each pixel are separated from each other within the same semiconductor substrate so that pixel signals can be separated from each other. Only the drains of the SITs connected to the same signal readout line SLi are electrically shared.

第6図は第5図に示された本願発明による2次
元固体撮像装置の読み出し動作波形の一例を示
す。第6図に示した動作波形では、m×nのマト
リツクス状に配列された画素の光情報を順次
(C11、C21、C31、…、Cn1)、(C12、C22、C32
…、Cn2)、…(C1j、C2j、C3j、…、Coj)、
(C1j+1、C2j+1、C3j+1、…、Coj+1)、…(C1o
C2o、C3o、…、Con)と読み出していく場合の読
み出し動作波形を示している。同様の信号読み出
しラインの寄生キヤパシタCSL、もしくはCSL
CSL′の充放電を利用する動作原理を応用して、読
み出し信号ラインを一本毎に飛び越し走査を行な
う等の改良型も存在するが、本質的な部分は第6
図において、示されている。さらに第6図の動作
波形を改良する方法も存在する。一例として、第
3図において説明したように、一水平読み出し期
間後のわずか数μsec存在する一水平帰線期間にお
いて、φGjのパルス高さよりも高いパルス、例え
ば2.5V以上、パルス幅数μsec以内のリフレツシ
ユパルスを同一信号ラインGLj上に加える機能を
各アドレスゲートパルスに加える方法も存在す
る。本願発明による信号読み出し方式において
は、アドレスゲートパルスφGjが加わつてから、
充分φGjのパルス幅(数μsec以下)以内の短い時
間内において各画素の光情報はキヤパシタCSL
CSL′へ移行しており、第3図に示されるような殆
んど一水平期間にわたつてゲートパルスφGjを加
えつづける必要はない。従つて本願発明における
動作波形では第3図に示したような波形ではな
く、アドレスゲート時にφGj(高さ2V、パルス幅
数μsec以内)を加え、ほぼ一水平期間経過後の水
平帰線期間において、同一ライン上にφGjよりも
高い(2.5V以上、数μsec以内)リフレツシユパ
ルスを加えることになる。しかし、最も簡単に
は、第6図に示されるようにφGjとしてパルス高
さ2.5V以上、パルス幅数μsec以内のアドレスゲ
ートパルスを用いれば、φGjのアドレス時に、殆
んどのゲートに蓄積されたキヤリアはリフレツシ
ユされるため、リフレツシユゲートパルスを水平
帰線期間に加える必要はなくなる。ゲートのパル
ス高さは高くなるにつれてスイツチングに伴うス
パイクノイズが大きくなるため、スイツチングス
パイクノイズが、問題となる場合にはアドレスゲ
ートパルスφGjの高さは2V以内に抑え、一水平帰
線期間においてリフレツシユパルスを加える機能
が有効になるわけである。従つて、ここでは最も
簡単な動作波形を第6図に示してある。
FIG. 6 shows an example of readout operation waveforms of the two-dimensional solid-state imaging device according to the present invention shown in FIG. In the operation waveform shown in FIG. 6, optical information of pixels arranged in an m×n matrix is sequentially transmitted (C 11 , C 21 , C 31 , ..., Cn 1 ), (C 12 , C 22 , C 32 ,
…, Cn 2 ), … (C 1j , C 2j , C 3j , …, C oj ),
(C 1j+1 , C 2j+1 , C 3j+1 ,…, C oj+1 ),…(C 1o ,
C 2o , C 3o , . . . , C on ). Similar signal readout line parasitic capacitor C SL or C SL +
There are improved versions that apply the operating principle of C SL ' charging and discharging to perform interlace scanning for each readout signal line, but the essential part is
In the figure, it is shown. Furthermore, there is a method for improving the operating waveforms shown in FIG. As an example, as explained in FIG. 3, in one horizontal retrace period that exists only a few μsec after one horizontal readout period, a pulse higher than the pulse height of φ Gj , for example, 2.5 V or more, pulse width within several μsec. There is also a method of adding a function of adding a refresh pulse of 2 to each address gate pulse on the same signal line GLj. In the signal readout method according to the present invention, after the address gate pulse φ Gj is applied,
Within a short period of time within the pulse width (several μsec or less) of sufficient φ Gj , the optical information of each pixel is transferred to the capacitor C SL ,
C SL ', and there is no need to continue applying the gate pulse φ Gj over almost one horizontal period as shown in FIG. Therefore, the operating waveform in the present invention is not the waveform shown in FIG. 3, but the horizontal retrace period after approximately one horizontal period by adding φ Gj (height 2V, pulse width within several μsec) at the address gate. In this case, a refresh pulse higher than φ Gj (2.5 V or more, within several μsec) is applied on the same line. However, the simplest method is to use an address gate pulse with a pulse height of 2.5 V or more and a pulse width of several μsec as φ Gj as shown in Figure 6. Since the carrier is refreshed, there is no need to add a refresh gate pulse to the horizontal retrace period. The spike noise associated with switching increases as the gate pulse height increases, so if switching spike noise becomes a problem, the height of the address gate pulse φ Gj should be kept within 2V and This means that the function of adding a refresh pulse becomes effective. Therefore, the simplest operating waveform is shown in FIG. 6 here.

第6図の動作を説明する。第5図の構成で、第
4図の原理図と異なる点は、信号読み出しライン
SLi(i=1〜n)上にスイツチ用トランジスタ
QTが付加されている点であるが、これは次のよ
うな理由による。同一信号読み出しラインSLiに
はm個のSITが接続されているが、光検出状態に
おいては、SLiと接地点との間のインピーダンス
は各SITに光が照射されて、ゲートにキヤリアが
蓄積されることによつて各SITのソース・ドレイ
ン間のチヤンネル内に存在する電位障壁の高さが
減少するため、光積分とともに、次第に減少して
くる。SLiと接地点との間のインピーダンスが減
少するとCSL+CSL′に予めプリチヤージされた電
位が放電されることになるが、この放電量は、一
列分の光情報の和に相当したものであり、どの画
素の光情報であるかを特定することはできなくな
つてしまう。一方、光情報は各SITのゲートに蓄
積されるためSLiと電位が変動しても殆んど失わ
れることはない。水平シフトパルスφS1が加わつ
てからφSoが加わるまでの時間は略々一水平期間
に等しく、TV信号では60μsec程度である。従つ
て、第4図に示した原理図のままで、プリチヤー
ジ信号により信号読み出しラインSLi(i=1〜
n)がプリチヤージされてGLjがアドレスされφ
により初めの画素C1jが読み出されてから、φSo
よりCojが読み出されるまでの間に、後半の信号
読み出しライン程、予めプリチヤージされた電圧
レベルが放電しやすくなつているわけである。特
にSLnのラインのプリチヤージ電位は、φsoによ
つてCnjが読み出されるまでの60μsec程度は一定
に保たれる必要があり、その間、同一SLnライン
に接続された他の画素の光受光による影響は極力
抑えられなければならない。しかし、実験的に明
らかになつたことであるが、一水平ラインSLi
に、並べる画素が増加すればするほど光積分とと
もにSLiと接地間のインピーダンスは下がるわけ
で、一水平期間である60μsec程度の時間といえど
も無視できるものではない。そこで新たに第5図
に示されたスイツチトランジスタQTを挿入し、
予め信号読み出しラインをプリチヤージする際
に、寄生キヤパシタCSL+CSL′を充電しておき、
充電後ただちにアドレスゲートパルスφGjを印加
して、各画素C1j、C2j、C3j、…、Cojの光情報を
各信号読み出しラインSL1、SL2、SL3、…、
SLnの寄生キヤパシタCSL+CSL′の放電量として
蓄積させ、その後、ただちにQTをオフさせ、キ
ヤパシタCSL′にのみ各画素の情報を蓄積させて、
φS1、φS2、…、φSoによつてCSLの放電量とは無関
係に出力ラインに各画素の情報を取り出す方式に
実施したわけである。本方式の動作波形を第6図
は二つの水平期間にわたつて示している。
The operation shown in FIG. 6 will be explained. The configuration shown in Figure 5 differs from the principle diagram in Figure 4 in that the signal readout line
Switch transistor on SLi (i=1~n)
Q T is added for the following reason. m SITs are connected to the same signal readout line SLi, but in the light detection state, the impedance between SLi and the ground point is such that each SIT is irradiated with light and carriers are accumulated at the gate. As a result, the height of the potential barrier existing in the channel between the source and drain of each SIT decreases, so it gradually decreases as the light is integrated. When the impedance between SLi and the ground point decreases, the potential precharged in C SL + C SL ′ will be discharged, but the amount of discharge is equivalent to the sum of optical information for one row. , it becomes impossible to specify which pixel the optical information belongs to. On the other hand, since optical information is accumulated in the gate of each SIT, almost no information is lost even if the SLi and potential change. The time from when the horizontal shift pulse φ S1 is applied until when φ So is applied is approximately equal to one horizontal period, which is about 60 μsec for a TV signal. Therefore, while maintaining the principle diagram shown in FIG. 4, the signal readout line SLi (i=1 to
n) is precharged, GLj is addressed, and φ
After the first pixel C 1j is read out by φ So until C oj is read out by φ So , the precharged voltage level is more likely to be discharged in the later signal read lines. In particular, the precharge potential of the SLn line needs to be kept constant for about 60 μsec until Cnj is read out by φ so , and during that time, the influence of light reception by other pixels connected to the same SLn line is It must be suppressed as much as possible. However, it has been experimentally revealed that one horizontal line SLi
Furthermore, as the number of pixels arranged in a row increases, the impedance between SLi and ground decreases as the light is integrated, and even one horizontal period of about 60 μsec cannot be ignored. Therefore, a new switch transistor Q T shown in Fig. 5 was inserted,
When precharging the signal readout line in advance, charge the parasitic capacitor C SL + C SL ′.
Immediately after charging, address gate pulse φ Gj is applied, and the optical information of each pixel C 1j , C 2j , C 3j , ..., C oj is read out from each signal readout line SL1, SL2, SL3, ...,
Accumulate the amount of discharge in the parasitic capacitor C SL + C SL ′ of SLn, then immediately turn off Q T and store the information of each pixel only in the capacitor C SL ′,
This is a method in which the information of each pixel is taken out to the output line by φ S1 , φ S2 , . . . , φ So regardless of the amount of discharge of CSL . FIG. 6 shows the operating waveforms of this method over two horizontal periods.

時刻t1においてφTを印加して、各信号読み出し
ライン上のスイツチトランジスタQTを同時に導
通させ、時刻t2においてφpを印加して、各信号読
み出しライン上のプリチヤージトランジスタを同
時に導通させて、各信号読み出しラインのキヤパ
シタCSL+CSL′を所定のプリチヤージ電圧レベル
まで充電を行なう。その後、時刻t3においてアド
レスゲートパルスφGjによつて画素C1j、C2j、C3j
…、Cojの各SITを同時に導通させて、各SITのゲ
ートに蓄積されていた光情報を寄生キヤパシタ
CSL+CSL′の放電量として各信号読み出しライン
SL1、SL2、…、SLn上に移行させ、その後ただ
ちに時刻t4においてQTをオフさせて、CSLとCSL
の分離を行なう。その後時刻t5、t6、t7、…にお
いて順次φS1、φS2、φS3、…、φSoの水平シフトパ
ルスを各信号読み出しライン上のスイツチトラン
ジスタQsのゲートに加えることで、ビデオ電圧
VDDから各キヤパシタCSL′の放電量を再充電する
ことで、負荷抵抗RLの両端において出力電圧Vput
を得ることができる。同様にして、次の水平期間
において、次の画素列C1j+1、C2j+1、C3j+1、…、
Coj+1が読み出される。
At time t1 , φT is applied to simultaneously conduct the switch transistors QT on each signal readout line, and at time t2 , φp is applied to simultaneously conduct the precharge transistors on each signal readout line. Then, the capacitors C SL +C SL ' of each signal readout line are charged to a predetermined precharge voltage level. Thereafter, at time t3 , pixels C 1j , C 2j , C 3j ,
..., each SIT of C oj is made conductive at the same time, and the optical information accumulated in the gate of each SIT is transferred to the parasitic capacitor.
Each signal readout line is calculated as the discharge amount of C SL + C SL ′.
SL1, SL2, ..., SLn, then immediately turn off Q T at time t 4 , and change C SL and C SL
separation. Thereafter, at times t 5 , t 6 , t 7 , ..., horizontal shift pulses of φ S1 , φ S2 , φ S3 , ..., φ So are sequentially applied to the gates of the switch transistors Qs on each signal readout line, thereby changing the video voltage.
By recharging the discharge amount of each capacitor C SL ′ from V DD , the output voltage V put across the load resistor R L
can be obtained. Similarly, in the next horizontal period, the next pixel columns C 1j+1 , C 2j+1 , C 3j+1 ,...
C oj+1 is read.

実際に用いられる時間的数値を述べると、TV
信号の場合、画素数は500×500程度必要であるこ
とから、一水平読み出し期間は65μsec程度とな
る。本願発明のSITのエリアセンサにおいて一画
素の読み出し時定数は、数10nsecは容易に実現さ
れており、φTのパルス幅は、φpのパルス幅、φG
のパルス幅の和程度としても5μsec以下で充分で
ある。従つて本方式による読み出し方式を用いれ
ば、500×500素子程度の画像情報は容易にTV信
号を用いて読み出される。本方式の場合、φsの
パルスによつて読み出される際の時定数は、前述
の如く、CSL′を充電する時定数となつており、
CSL+CSL′を充電するわけではないため高速化が
容易であり、数10nsec程度の時定数は容易に実現
される。さらに高速化を計るためにはデデオ出力
ライン51の寄生キヤパシタンス、実効抵抗を下
げる。
To state the actual time values used, TV
In the case of signals, the number of pixels is approximately 500×500, so one horizontal readout period is approximately 65 μsec. In the SIT area sensor of the present invention, the readout time constant of one pixel is easily realized as several tens of nanoseconds, and the pulse width of φ T is the pulse width of φ p, and the pulse width of φ G
5 μsec or less is sufficient as the sum of the pulse widths. Therefore, if this readout method is used, image information of about 500×500 elements can be easily read out using TV signals. In the case of this method, the time constant when read by the pulse of φs is the time constant for charging C SL ′, as described above.
Since C SL + C SL ′ is not charged, it is easy to increase the speed, and a time constant of several tens of nanoseconds can be easily achieved. In order to further increase the speed, the parasitic capacitance and effective resistance of the video output line 51 are reduced.

次に本願発明の別の実施例を第7図に示す。第
7図が第5図の実施例と大きく異なる点は、第5
図において点画素の信号はビデオライン51上の
一負荷RL及びビデオ電圧VDDから読み出されてい
たのに対し、第7図の実施例では、各信号読み出
しラインSL1、SL2、…、SLn上にスイツチトラ
ンジスタQT及びQsを直列接続し、さらにQsのド
レインをCCD70の各蓄積領域701,702,
703,…70nへ入力している点である。
CCD70は2相クロツクφH1、φH2により動作し、
各蓄積領域を形成する電位井戸内へ各信号読み出
しラインの寄生容量の一部CSL′に蓄積された画素
情報(C1j、C2j、C3j、…、Cojの情報)を各スイ
ツチトランジスタQsの共通ゲートライン74に
印加される転送パルスφGOによつて並列に同時転
送し、一水平期間内に同時転送されたCCDの電
位井戸内の情報を、順次2層クロツクφH1、φH2
よつて出力バツフア72へ送出し、次の水平期間
においては、次の画素列(C1j+1、C2j+1、…、
Coj+1)の情報を順次出力バツフア71へ転送し
て読み出すわけである。このようにして全画素を
読み出している。予めトランスフアパルスφT
よつてスイツチトランジスタQTを導通させた後、
プリチヤージパルスφpによつてプリチヤージト
ランジスタを導通させることで各信号読み出しラ
インSL1、SL2、SL3、…、SLnの容量CSL
CSL′を所定の電位レベルに充電させた後、ただち
にアドレスゲートパルスφGjをアドレスゲートラ
インGLに加えて画素C1j、C2j、…、Cojを蓄積光
情報をCSL+CSL′からの放電量として各信号読み
出しラインSL1、SL2、SL3、…、SLn上に蓄積
させた後、ただちにトランスフアパルスφTを切
つて、スイツチトランジスタQsのゲートライン
74にゲートパルスφGOを印加すると各CSL′に蓄
積されていた画素C1j、C2j、C3j、…、Cojの情報
は同時に並列にCCD70の各蓄積部701,7
02,703,…70nに入力されるわけであ
る。CCD70のクロツクφH1、φH2の速度が上がれ
ば、より高速の読み出しが行なわれることにな
る。第7図の実施例の変形例としては、並列に同
時に一列分の画素情報をCCDに入力するのでは
なく、いくつかの画素ずつブロツク毎に分けて
別々のCCDに入力する方式等が可能である。こ
の場合には、より高速な画像検出が行なわれる
が、SITエリアセンサの構成としては周辺部分が
複雑となる。
Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. The major difference between FIG. 7 and the embodiment shown in FIG.
In the figure, signals of point pixels are read out from one load R L and video voltage V DD on the video line 51, whereas in the embodiment of FIG. 7, each signal readout line SL1, SL2, ..., SLn Switch transistors Q T and Qs are connected in series above, and the drain of Qs is connected to each storage region 701, 702, 702 of the CCD 70,
703, . . . 70n.
The CCD70 is operated by two-phase clocks φ H1 and φ H2 ,
The pixel information (C 1j , C 2j , C 3j , ..., C oj information) accumulated in a part of the parasitic capacitance C SL ' of each signal readout line is transferred to the potential well forming each storage region by each switch transistor. The information in the potential wells of the CCDs is simultaneously transferred in parallel by the transfer pulse φ GO applied to the common gate line 74 of the Qs, and the information in the CCD potential wells transferred simultaneously within one horizontal period is sequentially transferred to the two-layer clock φ H1 and φ H2. In the next horizontal period, the next pixel column (C 1j+1 , C 2j+1 ,...,
The information of C oj+1 ) is sequentially transferred to the output buffer 71 and read out. In this way, all pixels are read out. After making the switch transistor Q T conductive in advance by the transfer pulse φ T ,
By making the precharge transistor conductive by the precharge pulse φp, the capacitance C SL + of each signal readout line SL1, SL2, SL3, ..., SLn
After charging C SL ′ to a predetermined potential level, address gate pulse φ Gj is immediately applied to address gate line GL, and pixels C 1j , C 2j , ..., C oj store optical information from C SL + C SL ′. After accumulating the amount of discharge on each signal readout line SL1, SL2, SL3, ..., SLn, immediately turn off the transfer pulse φ T and apply the gate pulse φ GO to the gate line 74 of the switch transistor Qs. The information of pixels C 1j , C 2j , C 3j , ..., C oj stored in C SL ′ is simultaneously stored in each storage section 701, 7 of CCD 70 in parallel.
02, 703, . . . 70n. If the speed of the clocks φ H1 and φ H2 of the CCD 70 increases, faster reading will be performed. As a modification of the embodiment shown in FIG. 7, instead of inputting pixel information for one row in parallel to the CCD at the same time, it is possible to divide the information into blocks of several pixels and input them to separate CCDs. be. In this case, higher-speed image detection is performed, but the peripheral portion of the SIT area sensor structure becomes complex.

本願発明の実施例においては、光入力は連続光
として説明してきたが、当然のことながら一定時
間の光入力に対する画像検出も本願発明による2
次元固体撮像装置を用いて行えることは明らかで
ある。
In the embodiments of the present invention, the optical input has been explained as continuous light, but it goes without saying that image detection for light input over a certain period of time is also possible according to the present invention.
It is clear that this can be done using a dimensional solid-state imaging device.

本願発明の画素の構成要素として用いられる静
電誘導トランジスタは半導体材料を用いて形成さ
れた縦型構造のものが望ましい。当然のことなが
ら、Si材料のみならず、Ge、InSb、HgCdTe等
の他の材料を用いて赤外光画像検出も可能であ
る。SITのゲート構造としては、従来のpn接合単
一ゲート、分割ゲート、一部分にpn接合を含む
MISゲート構造でも良い。さらにゲート部分をチ
ヤンネル領域に比べ禁制帯幅の広い半導体として
も良い。例えば、チヤンネル領域をGaAs、ゲー
ト領域を格子整合されたGaAlAsPとする等々で
ある。
The electrostatic induction transistor used as a component of the pixel of the present invention is preferably of a vertical structure formed using a semiconductor material. Naturally, infrared light image detection is also possible using not only Si materials but also other materials such as Ge, InSb, and HgCdTe. SIT gate structures include conventional p-n junction single gate, split gate, and partial p-n junction.
An MIS gate structure may also be used. Furthermore, the gate portion may be made of a semiconductor having a wider forbidden band width than the channel region. For example, the channel region is made of GaAs and the gate region is made of lattice-matched GaAlAsP.

第8図及び第9図は本願発明による構成の2次
元固体撮像装置を用いて特定の画素情報の信号を
読み出した場合の特性を示している。画素の構造
はSi内に縦型に形成された静電誘導トランジスタ
とSITのゲートp+拡散領域上に透明SnO2電極/
Si3N4膜/P+SiからなるMISゲートキヤパシタを
付加された構造から形成されており、寸法は約
50μ×50μ程度で、ソース長は100μmとしている。
Si3N4膜の厚さは約700Å程度である。このよう
な画素は互いに絶縁物及びpn接合分離されてい
る。このような画素をマトリツクス状に形成し、
その中の一画素についての出力電圧Vontのピー
ク値を光強度P(μW/cm2)に対して、信号読み
出しラインのキヤパシタCSLに対するCpの比をパ
ラメータとしてプロツトしたものが第8図であ
る。この実験においてはCSL=CSL′=50pFとし、
VDD′−Vthp−Vtht=1Vとしている。光積分時間
は、11.2msecである。第8図でφTのパルス幅は
5μsec、φsのパルス幅は350nsecとしている。
CT/CSL′の比が大きくなるにつれて、出力電圧が
飽和レベル1Vに近づく傾向が見られる。第8図
の動作条件ではCG<CTCSL′=CSLとしている。
第9図は同様にマトリツクス状に形成された本願
発明による2次元固体撮像装置において、一画素
を読み出した場合の出力電圧Voutと光強度P
(μW/cm2)との関係をCSL′の値をパラメータとし
て示したものである。光照射時間は同じく11.2m
secとしており、VDD′−Vthp−Vths=1Vである。
第9図の動作条件ではCG<CSL′CTCSLとして
おり、CSL′=50pFの条件のとき最も良好である。
FIGS. 8 and 9 show characteristics when a signal of specific pixel information is read out using a two-dimensional solid-state imaging device configured according to the present invention. The pixel structure consists of a static induction transistor formed vertically in Si and a transparent SnO 2 electrode on the SIT gate p + diffusion region.
It is formed from a structure with an added MIS gate capacitor made of Si 3 N 4 film/P + Si, and the dimensions are approx.
The size is approximately 50μ×50μ, and the source length is 100μm.
The thickness of the Si 3 N 4 film is about 700 Å. Such pixels are separated from each other by insulators and pn junctions. Forming such pixels in a matrix,
Figure 8 shows a plot of the peak value of the output voltage Vont for one pixel among the pixels against the light intensity P (μW/cm 2 ) using the ratio of Cp to the capacitor CSL of the signal readout line as a parameter. . In this experiment, C SL =C SL ′=50pF,
V DD ′−Vthp−Vtht=1V. The optical integration time is 11.2 msec. In Figure 8, the pulse width of φ T is
The pulse width of φs is 5 μsec and 350 nsec.
As the ratio of C T /C SL ' increases, the output voltage tends to approach the saturation level of 1V. In the operating conditions shown in FIG. 8, C G <C T C SL ′=C SL .
FIG. 9 shows the output voltage Vout and light intensity P when one pixel is read out in a two-dimensional solid-state imaging device according to the present invention similarly formed in a matrix shape.
(μW/cm 2 ) is shown using the value of C SL ′ as a parameter. The light irradiation time is also 11.2m.
sec, and V DD ′−Vthp−Vths=1V.
The operating conditions shown in FIG. 9 are C G <C SL 'C T C SL , and the best condition is C SL '=50 pF.

第8図、第9図は本願発明の2次元固体撮像装
置による読み出し方法を用いた結果の一例であ
る。前述の(5)式、(6)式の条件を満たすことで良好
な特性が得られることがわかる。
FIGS. 8 and 9 are examples of results obtained using the readout method using the two-dimensional solid-state imaging device of the present invention. It can be seen that good characteristics can be obtained by satisfying the conditions of equations (5) and (6) above.

本願発明による2次元固体撮像装置は、キヤパ
シタの充放電を利用する完全ダイナミツクな動作
となつているため、従来の構成及び読み出し方式
に比べ低消費電力であり、プリチヤージを行なう
ことから、安定で均一な信号が得られ、また、電
圧ベルは低く抑えられることからスイツチングに
伴うスパイクノイズも低減され、読み出しに関係
する容量が小さくできることから高速読み出しが
可能であり、大容量、高速、低消費電力という特
徴を有する固体撮像装置であり、工業的価値の高
いものである。
The two-dimensional solid-state imaging device according to the present invention has completely dynamic operation that utilizes charging and discharging of capacitors, so it consumes less power than conventional configurations and readout methods, and because it performs pre-charging, it is stable and uniform. In addition, since the voltage level is kept low, spike noise associated with switching is also reduced, and the capacitance related to readout can be reduced, allowing high-speed readout. This solid-state imaging device has unique characteristics and is of high industrial value.

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

第1図は従来型SITエリアセンサの構成を示す
図、第2図は第1図の構成における従来型読み出
し方法による動作波形の一例を示す図、第3図は
別の動作波形例を示す図、第4図は本願発明によ
る読み出し方法の原理説明図であり、第4図aは
動作回路、第4図bは読み出し動作波形を示す
図、第5図は本願発明によるSITエリアセンサの
構成例を示す図、第6図はその読み出し動作波形
の一部分を示す図、第7図は、本願発明の別の実
施例であつて、出力信号をCCDを利用して取り
出す構成例、第8図は本願発明による2次元固体
撮像装置において、本願発明の読み出し方法によ
り読み出された出力信号と光強度Pとの関係を
CT/CSL′の比をパラメータとして示したものであ
り、第9図は同様にCSL′の値をパラメータとして
示したものである。 50……水平シフトレジスタ、51……出力ビ
デオライン、52,73……垂直シフトレジス
タ、53,75……トランスフアパルスφT印加
用ゲートライン、54,76……プリチヤージパ
ルスφp印加用ゲートライン、55……プリチヤ
ージ電源ライン、70……CCDシフトレジスタ、
701,702,703,…,70n……CCD
シフトレジスタの各信号蓄積部、72……CCD
出力バツフア、74……トランスフアパルスφGO
印加用ゲートライン。
Fig. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional SIT area sensor, Fig. 2 is a diagram illustrating an example of operating waveforms by the conventional readout method in the configuration of Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing another example of operating waveforms. , FIG. 4 is a diagram explaining the principle of the readout method according to the present invention, FIG. 4a is an operating circuit, FIG. 4b is a diagram showing readout operation waveforms, and FIG. 5 is a configuration example of the SIT area sensor according to the present invention. , FIG. 6 is a diagram showing a part of the readout operation waveform, FIG. 7 is another embodiment of the present invention, and is an example of a configuration in which an output signal is extracted using a CCD, and FIG. 8 is a diagram showing a part of the readout operation waveform. In the two-dimensional solid-state imaging device according to the present invention, the relationship between the output signal read out by the readout method of the present invention and the light intensity P is
The ratio of C T /C SL ' is shown as a parameter, and FIG. 9 similarly shows the value of C SL ' as a parameter. 50...Horizontal shift register, 51...Output video line, 52, 73...Vertical shift register, 53, 75...Gate line for applying transfer pulse φT , 54, 76...For applying precharge pulse φp Gate line, 55...Precharge power supply line, 70...CCD shift register,
701, 702, 703,..., 70n...CCD
Each signal storage section of the shift register, 72...CCD
Output buffer, 74...Transfer pulse φ GO
Gate line for application.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ノーマリオフ型静電誘導トランジスタSITと
ゲートキヤパシタCGから構成された画素Cij(i=
1〜n、j=1〜m)によつてX−Yマトリツク
スが構成され、垂直ゲートアドレスラインGL1
GL2、GL3、…、GLnは各GLj(j=1〜m)上の
各画素C1j、C2j、C3j、…、Cojを構成するSITの
ゲートにゲートキヤパシタCGを介して接続され、
信号読み出しラインSL1、SL2、SL3、…、SLo
各SLi(i=1〜n)上の各画素Ci1、Ci2、Ci3
…、Cinを構成するSITのドレインに共通に接続
された、ゲート蓄積方式のSITエリアセンサであ
つて、前記各信号読み出しラインSLi(i=1〜
n)はそれぞれ接地電位との間に所定のキヤパシ
タCSLを持ち、かつ、プリチヤージトランジスタ
Qpを介して所定の電源電圧VDD′に共通に接続さ
れ、さらに、第1のスイツチングトランジスタ
QTに接続されており、前記各第1のスイツチン
グトランジスタQTはそれぞれ第2のスイツチン
グトランジスタQSを介してビデオ出力ラインに
共通に接続されており、前記ビデオ出力ラインに
は1つの負荷抵抗RL及び1つのビデオ電源VDD
接続されており、前記各第1のスイツチングトラ
ンジスタQTのゲートはすべて共通に接続されト
ランスフアパルスφTが印加されるようになされ
ており、前記各第1のスイツチングトランジスタ
QTと前記各第2のスイツチングトランジスタQS
との接続ノードと前記各第1のスイツチングトラ
ンジスタQTのゲートとの間には所定のキヤパシ
タCTを持たせ、かつ、前記接続ノードと接地電
位との間にはキヤパシタCSL′を持たせ、各キヤパ
シタの大小関係は、CG<CSL′CTCSLとなされ
ていて、前記各垂直ゲートアドレスラインGL1
GL2、GL3、…、GLnには垂直シフトレジスタよ
り垂直シフトパルスφG1、φG2、φG3、…、φGnが印
加され、前記各第2のスイツチングトランジスタ
QSのゲートには水平シフトレジスタより水平シ
フトパルスφS1、φS2、φS3、…、φSnが印加される
ことでX−Yアドレスが行われるように構成され
た2次元固体撮像装置。 2 ノーマリオフ型静電誘導トランジスタSITと
ゲートキヤパシタCGから構成された画素Cij(i=
1〜n、j=1〜m)によつてX−Yマトリツク
スが構成され、垂直ゲートアドレスラインGL1
GL2、GL3、…、GLnは各GLj(j=1〜m)上の
各画素C1j、C2j、C3j、…、Cojを構成するSITの
ゲートにゲートキヤパシタCGを介して接続され、
信号読み出しラインSL1、SL2、SL3、…、SLo
各SLi(i=1〜n)上の各画素Ci1、Ci2、Ci3
…、Cinを構成するSITのドレインに共通に接続
された、ゲート蓄積方式のSITエリアセンサであ
つて、前記各信号読み出しラインSLi(i=1〜
n)はそれぞれ接地電位との間に所定のキヤパシ
タCSLを持ち、かつ、プリチヤージトランジスタ
Qpを介して所定の電源電圧VDD′に共通に接続さ
れ、さらに、第1のスイツチングトランジスタ
QTに接続されており、前記各第1のスイツチン
グトランジスタQTはそれぞれ第2のスイツチン
グトランジスタQSを介してビデオ出力ラインに
共通に接続されており、前記ビデオ出力ラインに
は1つの負荷抵抗RL及び1つのビデオ電源VDD
接続されており、前記各第1のスイツチングトラ
ンジスタQTのゲートはすべて共通に接続されト
ランスフアパルスφTが印加されるようになされ
ており、前記各第1のスイツチングトランジスタ
QTと前記各第2のスイツチングトランジスタQS
との接続ノードと前記各第1のスイツチングトラ
ンジスタQTのゲートとの間には所定のキヤパシ
タCTを持たせ、かつ、前記接続ノードと接地電
位との間にはキヤパシタCSL′を持たせ、各キヤパ
シタの大小関係は、CG<CSL′CTCSLとなされ
ていて、前記各垂直ゲートアドレスラインGL1
GL2、GL3、…、GLnには垂直シフトレジスタよ
り垂直シフトパルスφG1、φG2、φG3、…、φGnが印
加され、前記各第2のスイツチングトランジスタ
QSのゲートには水平シフトレジスタより水平シ
フトパルスφS1、φS2、φS3、…、φSnが印加される
ことでX−Yアドレスが行われるように構成され
た2次元固体撮像装置において、信号読み出し時
に、予め、トランスフアパルスφTによりQTをON
し、CSLに並列にCSL′が電気的に接続された状態
にしておいて、予めプリチヤージパルスφpによ
つてQpをONさせて各信号読み出しラインSL1
SL2、SL3、…、SLoのキヤパシタCSL+CSL′をす
べて所定の電圧レベルに充電した後、GLj上に並
んだ画素C1j、C2j、C3j、…、Cojのゲートにゲー
トキヤパシタCGを介してアドレスゲートパルス
φGjを同時に印加することで、上記の各画素の
SITを導通させると、各SITのゲートに蓄積され
ていた光情報の増幅信号に対応した放電ΔVSL
CSL+CSL′の一定電圧レベルVSLが行われ、このあ
と、φTを切つてQTをOFFした後、順次水平シフ
トパルスφS1、φS2、φS3、…、φSoを各スイツチト
ランジスタQSのゲートに印加することによつて、
キヤパシタCSL′の放電量をビデオ電圧VDDから負
荷抵抗RLを介して再充電を行うことで、出力端
子には、各画素C1j、C2j、C3j、…、Cojの情報が
順次得られ、以上の動作で一水平読み出し動作が
完了し、次に同様にして、垂直アドレスゲートラ
インGLj+1上の各画素C1j+1、C2j+1、C3j+1、…、
Coj+1の画像信号が次の水平期間において順次読
み出され、このようにして順次すべての画素を読
み出す2次元固体撮像装置の信号検出方法。 3 水平帰線期間においてアドレスゲートパルス
φGj(j=1〜m)の高さよりも高いリフレツシユ
ゲートパルスφGRがアドレスゲートラインGL1
GL2、…、GLn上のアドレスゲートパルスφG1
φG2、φG3、…、φGnに付加されることを特徴とす
る前記特許請求の範囲第2項記載の2次元固体撮
像装置の信号検出方法。 4 ノーマリオフ型静電誘導トランジスタSITと
ゲートキヤパシタCGから構成された画素Cij(i=
1〜n、j=1〜m)によつてX−Yマトリツク
スが構成され、垂直ゲートアドレスラインGL1
GL2、GL3、…、GLnは各GLj(j=1〜m)上の
各画素C1j、C2j、C3j、…、Cojを構成するSITの
ゲートにゲートキヤパシタCGを介して接続され、
信号読み出しラインSL1、SL2、SL3、…、SLo
各SLi(i=1〜n)上の各画素Ci1、Ci2、Ci3
…、Cinを構成するSITのドレインに共通に接続
された、ゲート蓄積方式のSITエリアセンサであ
つて、前記各信号読み出しラインSLi(i=1〜
n)はそれぞれ接地電位との間に所定のキヤパシ
タCSLを持ち、かつ、プリチヤージトランジスタ
Qpを介して所定の電源電圧VDD′に共通に接続さ
れ、さらに、第1のスイツチングトランジスタ
QTに接続されており、前記各第1のスイツチン
グトランジスタQTはそれぞれ第2のスイツチン
グトランジスタQSを介して水平信号転送用CCD
の蓄積領域に接続されており、前記各第1のスイ
ツチングトランジスタQTのゲートはすべて共通
に接続されトランスフアパルスφTが印加される
ようになされており、前記各第1のスイツチング
トランジスタQTと前記各第2のスイツチングト
ランジスタQSとの接続ノードと前記各第1のス
イツチングトランジスタQTのゲートとの間には
所定のキヤパシタCTを持たせ、かつ、前記接続
ノードと接地電位との間にはキヤパシタCSL′を持
たせ、各キヤパシタの大小関係は、CG<CSL′CT
CSLとなされていて、さらに前記各第2のスイ
ツチングトランジスタQSのゲートも全て共通に
接続されて、トランスフアパルスφGOが同時に印
加されるようになされていて、各垂直ゲートアド
レスラインGL1、GL2、GL3、…、GLnには垂直
シフトレジスタより垂直シフトパルスφG1、φG2
φG3、…、φGnが印加される毎に、画素列C1j
C2j、C3j、…、Cojの画像情報はスイツチトランジ
スタQT及びQSの開閉によつてCCDに並列に入力
され、一水平期間内において一列の画素列の転送
を完了し、順次(C1j+1、C2j+1、C3j+1、…、
Coj+1)、(C1j+2、C2j+2、C3j+2、…、Coj+2)、…
(C1n、C2n、C3n、…、Con)と一水平期間毎に上
記画素列のCCD内における転送を行うことで
CCD出力端子に順次画素情報を得る2次元固体
撮像装置の信号検出方法。
[Claims] 1. A pixel Cij ( i =
1 to n, j=1 to m) constitute an X-Y matrix, and the vertical gate address lines GL 1 ,
GL 2 , GL 3 , ..., GL n are connected to the gates of SITs forming each pixel C 1j , C 2j , C 3j , ..., Coj on each GL j (j=1 to m) via gate capacitors CG . connected,
The signal readout lines SL 1 , SL 2 , SL 3 , ..., SL o correspond to each pixel C i1 , C i2 , C i3 , on each SL i (i=1 to n).
..., a gate accumulation type SIT area sensor commonly connected to the drains of SITs constituting C in , each of the signal readout lines SLi (i=1 to
n) each has a predetermined capacitor CSL between the ground potential and a precharge transistor.
Q p is commonly connected to a predetermined power supply voltage V DD
Q T , each of the first switching transistors Q T is commonly connected to a video output line via a respective second switching transistor Q S , and the video output line has one A load resistor R L and one video power supply V DD are connected, and the gates of each of the first switching transistors Q T are all connected in common so that a transfer pulse φ T is applied, each of the first switching transistors;
Q T and each second switching transistor Q S
A predetermined capacitor C T is provided between the connection node and the gate of each first switching transistor Q T , and a capacitor C SL ' is provided between the connection node and the ground potential. The size relationship of each capacitor is set as C G <C SL 'C T C SL , and each of the vertical gate address lines GL 1 ,
Vertical shift pulses φ G1 , φ G2 , φ G3 , …, φ Gn are applied from the vertical shift register to GL 2 , GL 3 , ..., GL n, and the respective second switching transistors
A two-dimensional solid-state imaging device configured to perform X-Y addressing by applying horizontal shift pulses φ S1 , φ S2 , φ S3 , . . . , φ Sn from a horizontal shift register to the gate of Q S. 2 Pixel Cij ( i =
1 to n, j=1 to m) constitute an X-Y matrix, and the vertical gate address lines GL 1 ,
GL 2 , GL 3 , ..., GL n are connected to the gates of SITs forming each pixel C 1j , C 2j , C 3j , ..., Coj on each GL j (j=1 to m) via gate capacitors CG . connected,
The signal readout lines SL 1 , SL 2 , SL 3 , ..., SL o correspond to each pixel C i1 , C i2 , C i3 , on each SL i (i=1 to n).
..., a gate accumulation type SIT area sensor commonly connected to the drains of SITs constituting C in , each of the signal readout lines SL i (i=1 to
n) each has a predetermined capacitor CSL between the ground potential and a precharge transistor.
Q p is commonly connected to a predetermined power supply voltage V DD
Q T , each of the first switching transistors Q T is commonly connected to a video output line via a respective second switching transistor Q S , and the video output line has one A load resistor R L and one video power supply V DD are connected, and the gates of each of the first switching transistors Q T are all connected in common so that a transfer pulse φ T is applied, each of the first switching transistors;
Q T and each second switching transistor Q S
A predetermined capacitor C T is provided between the connection node and the gate of each first switching transistor Q T , and a capacitor C SL ' is provided between the connection node and the ground potential. The size relationship of each capacitor is set as C G <C SL 'C T C SL , and each of the vertical gate address lines GL 1 ,
Vertical shift pulses φ G1 , φ G2 , φ G3 , …, φ Gn are applied from the vertical shift register to GL 2 , GL 3 , ..., GL n, and the respective second switching transistors
In a two-dimensional solid-state imaging device configured such that X-Y addressing is performed by applying horizontal shift pulses φ S1 , φ S2 , φ S3 , ..., φ Sn from a horizontal shift register to the gate of Q S. , when reading the signal, turn on Q T by transfer pulse φ T in advance.
Then, with C SL electrically connected in parallel to C SL, Q p is turned on in advance by a precharge pulse φ p , and each signal readout line SL 1 ,
After charging all capacitors C SL +C SL ′ of SL 2 , SL 3 , ..., SL o to a predetermined voltage level, the gates of pixels C 1j , C 2j , C 3j , ..., C oj arranged on GL j are charged. By simultaneously applying an address gate pulse φ Gj through the gate capacitor C G to the
When the SITs are made conductive, the discharge ΔV SL corresponding to the amplified signal of the optical information stored at the gate of each SIT is
A constant voltage level V SL of C SL + C SL ′ is performed, and after this, φ T is turned off and Q T is turned OFF, and horizontal shift pulses φ S1 , φ S2 , φ S3 , ..., φ So are sequentially turned on each switch. By applying it to the gate of transistor QS ,
By recharging the discharge amount of the capacitor C SL ' from the video voltage V DD via the load resistor R L , the information of each pixel C 1j , C 2j , C 3j , ..., C oj is displayed at the output terminal. The above operations complete one horizontal readout operation, and then in the same manner, each pixel C 1j+1 , C 2j+1 , C 3j+1 , . . . on the vertical address gate line GL j+ 1 is obtained. ,
A signal detection method for a two-dimensional solid-state imaging device in which image signals of C oj+1 are sequentially read out in the next horizontal period, and all pixels are sequentially read out in this way. 3 During the horizontal retrace period, the refresh gate pulse φ GR higher than the height of the address gate pulse φ Gj (j=1 to m) is applied to the address gate line GL 1 ,
GL 2 ,..., address gate pulse φ G1 on GL n ,
A signal detection method for a two-dimensional solid-state imaging device according to claim 2, characterized in that the signal is added to φ G2 , φ G3 , ..., φ Gn . 4 Pixel C ij ( i =
1 to n, j=1 to m) constitute an X-Y matrix, and the vertical gate address lines GL 1 ,
GL 2 , GL 3 , ..., GL n are connected to the gates of SITs constituting each pixel C 1j , C 2j , C 3j , ..., Coj on each GL j (j=1 to m) via gate capacitors CG . connected,
The signal readout lines SL 1 , SL 2 , SL 3 , ..., SL o correspond to each pixel C i1 , C i2 , C i3 , on each SL i (i=1 to n).
..., a gate accumulation type SIT area sensor commonly connected to the drains of SITs constituting C in , each of the signal readout lines SL i (i=1 to
n) has a predetermined capacitor CSL between it and the ground potential, and has a precharge transistor.
Q p is commonly connected to a predetermined power supply voltage V DD
QT , and each of the first switching transistors QT is connected to a CCD for horizontal signal transfer via a second switching transistor QS .
The gates of each of the first switching transistors Q T are all connected in common so that a transfer pulse φ T is applied to each of the first switching transistors Q T . A predetermined capacitor C T is provided between the connection node between Q T and each of the second switching transistors Q S and the gate of each of the first switching transistors Q T ; A capacitor C SL ′ is provided between the ground potential and the size relationship of each capacitor is C G <C SL ′C T
C SL , and the gates of the second switching transistors Q S are all connected in common so that a transfer pulse φ GO is simultaneously applied to each vertical gate address line GL. 1 , GL 2 , GL 3 ,..., GL n receive vertical shift pulses φ G1 , φ G2 ,
Every time φ G3 , ..., φ Gn is applied, the pixel column C 1j ,
The image information of C 2j , C 3j , ..., C oj is input in parallel to the CCD by opening and closing switch transistors Q T and Q S , and the transfer of one pixel column is completed within one horizontal period, and the image information is sequentially ( C 1j+1 , C 2j+1 , C 3j+1 ,...
C oj+1 ), (C 1j+2 , C 2j+2 , C 3j+2 ,..., C oj+2 ),...
(C 1n , C 2n , C 3n , ..., C on ) and by transferring the above pixel column within the CCD every horizontal period.
A signal detection method for a two-dimensional solid-state imaging device that sequentially obtains pixel information at the CCD output terminal.
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