JP2000228100A - アレ―構成の読み出し用装置 - Google Patents
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Abstract
ことである。 【解決手段】本発明の列構成の読み出し用装置は、アナ
ログ値を表す素子のアドレス可能な列101と、前記共
通ラインに接続される回路105,107,109,1
11と、からなり、前記アドレス可能な列の各素子は、
少なくとも1つの能動素子115,117と、共通ライ
ン119に接続される前記アレイの素子の各々の出力と
を有し、前記共通ラインに接続される回路が、前記アド
レス可能な列の素子のアドレスされた1つに接続された
ときに、前記アドレス可能な列の素子のうちのアドレス
された少なくとも1つの能動素子と共に差分増幅器を構
成することを特徴とする。
Description
ンサー内のピクセルの値のアレーを読み出す装置に関す
る。
ーのピクセルアレーから値を読み出す際には、アレーの
カラムの要素が1本のラインに多重化され、そしてこれ
らのカラムラインがその後さらに1本の直列の読み出し
線に多重化され、そしてA/Dコンバータに接続されて
いる。この多重化は、カラムラインおよび/または読み
出しラインへのアクセスを制御するためにアドレス可能
な切り換えトランジスタを用いて行われる。
るにつれて、各センサーアレーの要素内に能動回路(例
えば増幅器またはバッファ)を含めることが可能とな
り、そしてこのような能動回路を含むセンサーアレーは
能動回路アレーとして公知である。このような能動回路
を用いる利点は、従来のアレー要素内に能動回路アレー
を含まないいわゆる受動回路アレーに比較して、低ノイ
ズで遙かに少ない減衰率でもって出力ラインにセンサー
からの信号を伝送できることである。このような各アレ
ー要素内の回路は、ソースフォロワーとして構成され、
このソースフォロワーはアレー要素の外部にあり、カラ
ム内の全てのアレー要素が共有する電流ソースを用いて
いる。
フォロワーは、このCMOS(製造コストの観点から、
センサーアレーの現在好ましい技術と考えられている)
のボディー効果(いわゆるMOSトランジスタのしきい
値電圧がそのソース電圧と共に変動する効果)の結果と
して生成される電圧ゲインよりも大幅に低い電圧ゲイン
しか得られない欠点があると認識している。その結果セ
ンサー要素からの信号が減衰してしまう。この減衰を保
証するためにさらに増幅器が必要とされる。
ることにより、センサー出力のSN比が劣化してしま
う。またボディ効果の変動およびゲインの決定に寄与す
る他のトランジスタの特性のために、ゲインの変動がピ
クセル毎に生じてしまう。このような変動は、固定パタ
ーンノイズ(fixed pattern noise=FPN)と称する。
各トランジスタは、ボディ効果を取り除くために、各ト
ランジスタは基板内の拡散ウェル内に配置されてはいる
が、しかしこのようにするとセンサーアレーの実装密度
が低下してしまう。
的は、能動回路を含むセンサーアレーを改良するするこ
とである。
ソースフォロワーの問題点は、本発明によれば各要素に
対し差動増幅器を採用することにより解決できる。しか
し、各要素内に差動増幅器全体を含める代わりに、差動
増幅器構造の一部を特定のカラムに接続される各センサ
ー要素間で共有してもよい。例えば本発明の一実施例に
おいては、差動増幅器は、フィードバック構成に接続さ
れた差分対(differential pair)の演算トランスコン
ダクタンス増幅器(operational transconductance amp
lifier=OTA)である。
ー内に配置する代わりに、OTA構造の一部を特定のカ
ラムに接続された各センサー要素間で共有する。かくし
て各センサー要素は、ソースフォロワーが採用される場
合には従来技術と同一の構成要素を含み、残りの素子は
OTAがカラムの全てのセンサー要素間で共有されるよ
うにする必要がある。導入される固定パターンノイズを
回避する為に、1を超えるゲインがフィードバック接続
の差分増幅器を採用することにより達成できるが、殆ど
1のゲイン(即ち1よりも若干小さいゲイン)が好まし
い。
の共有差動増幅器のモデルは、能動アレー読み出しのア
プリケーションに採用できる。(例えば、その列自体が
本質的にセンサー列であるような列(per se sensor arr
ay)ではないアプリケーションに採用できる。本質的に
センサーアレーであるようなアレーとは、共有差動増幅
器を構成するために必要な構造をアレーの要素内に含む
ようなアレーである。)
ーの単一カラムからのアナログ値を読み出す装置を示
す。同図の装置は、a)要素101−1から101−N
を含む能動センサーアレーの要素101と、b)電流ソ
ース103,105と、c)トランジスタ107,10
9と、e)選択事項としてフィードバックネットワーク
111を含む。
ム状に配列されている。本明細書において「カラム
(列)」の語を用いるが、これはセンサーアレー要素の
「ロー(行)」の語と同義である。
ンサー113とトランジスタ115と117を有する。
センサー113はある特性を検出しこの検出された特性
を表すアナログ値をトランジスタ115に送る。例え
ば、センサー113は画像センサのピクセルであり、検
出された特性はある時間内におけるセンサー113上に
入射した光である。トランジスタ115は、センサー1
13の出力をカラムライン119にスイッチ(トランジ
スタ)117を介して接続する駆動トランジスタとして
構成されている。
スされる、即ち選択される即ちイネーブルされると論理
1となる。電流ソース103は、カラムライン119に
接続され、トランジスタ115と117にバイアス電流
を供給して、それらを動作させる。能動センサーアレー
の要素101のようなセンサー要素を読み出し用のカラ
ムに配列することは従来公知である。
103,105とフィードバックネットワーク111と
は、能動センサーアレーの要素101の選択された1つ
のセンサー113のトランジスタ115,117を具備
する差分対の演算トランスコンダクタンス増幅器(OT
A)を構成するよう配列されている。このような構成に
おいは、トランジスタ107は、常閉(オン)状態の切
り換えトランジスタとして、そしてトランジスタ109
はフィードバック構成でカラムの全体出力を入力に戻す
機能をする。差分対の演算トランスコンダクタンス増幅
器は、従来公知のものである。トランジスタ107はマ
ッチングの目的からトランジスタ117の複製が採用さ
れる。しかし、オフセットが問題とならない場合には、
トランジスタ107を取り除くことができる。
レーの要素101が次に選択されると、新たなOTAが
トランジスタ107と109と電流ソース103,10
5,フィードバックネットワーク111と能動センサー
アレーの要素101の選択された1つのトランジスタ1
15,117から構成される。トランジスタ107,1
09、電流ソース103,105、フィードバックネッ
トワーク111は、カラムを構成する能動センサーアレ
ーの要素101の全てで共有できる。このようにするこ
とにより実装密度を減らすことなくセンサーアレーの製
造コストを下げることができる。
は、フィードバックネットワーク111の関数である。
例えば、フィードバックネットワーク111は入力から
その出力への単なる短絡回路でもよい。そのような場
合、かくして形成されたOTAは、ほぼ1に等しいゲイ
ンを有する。別のタイプのネットワーク、例えば抵抗分
割ネットワークが採用された場合には、フィードバック
ネットワーク111は1未満のゲインを有し、かくして
形成されたOTAの全体ゲインは、1を超える。このよ
うなフィードバックネットワークは、能動ネットワーク
で、例えばバッファあるいは他の能動素子を含む。
MOSボディ効果の依存性による影響を受けない。その
理由は、トランジスタ109はトランジスタ115と同
一のゲート−ソース電圧を有し、その結果ボディ効果の
逆の作用が得られ、互いに打ち消しあうからである。こ
のことを概念化する別の方法としては、差分増幅器は高
い開ループゲインを有し、そのためフィードバックによ
りボディ効果に起因する開ループゲインの変動を閉ルー
プゲインの中で打ち消させることがある。
るいはその両方を増幅器の動作を変更することなく置換
できる。差分増幅器の他のタイプは、差分電圧増幅器で
ある。本発明のセンサーアレーは、さらに別のカラムを
含み、そしてそのカラムは図1の装置と同一構成を有し
てもよい。
しの共有差動増幅器のモデルは、能動アレー読み出しの
アプリケーション(例えば、それ自体の中にはそれ自体
ではセンサーアレーとはならないようなアレーを含み、
例えばアレーの要素内に含まれる共有差動増幅器を構成
するために必要な構造)に採用できる。例えばアレー
は、サンプルアンドホールドアプリケーション内で使用
されるキャパシタアレーに接続される信号ソースから構
成でき、さらに処理されるべき値を保持し、あるいはA
/D表示から変換する。このような信号ソースとキャパ
シタでセンサー113を置換できる。
アナログ値を読み出す装置を表す図
Claims (28)
- 【請求項1】 アナログ値を表す素子のアドレス可能な
アレー(101)と、 前記共通ラインに接続される回路(105,107,1
09,111)と、からなり、 前記アドレス可能なアレーの各素子は、少なくとも1つ
の能動素子(115,117)と、共通ライン(11
9)に接続される前記アレーの素子の各々の出力とを有
し、 前記共通ラインに接続される回路が、前記アドレス可能
なアレーの素子のアドレスされた1つに接続されたとき
に、前記アドレス可能なアレーの素子のうちのアドレス
された少なくとも1つの能動素子と共に差分増幅器を構
成することを特徴とするアレー構成の読み出し用装置。 - 【請求項2】 前記差分増幅器は、差分対の動作トラン
スコンダクタンス増幅器であることを特徴とする請求項
1記載の装置。 - 【請求項3】 前記アナログ値を表す素子のアレーは、
センサー(113)アレーであることを特徴とする請求
項1記載の装置。 - 【請求項4】 前記アナログ値を表す素子のアレーは、
そのままではセンサーアレーではないことを特徴とする
請求項1記載の装置。 - 【請求項5】 前記差分増幅器は、ほぼ1のゲインを生
成するよう構成されることを特徴とする請求項1記載の
装置。 - 【請求項6】 前記少なくとも1つの能動素子は、切り
換えトランジスタ(117)と直列に接続された駆動ト
ランジスタ(115)を含むことを特徴とする請求項1
記載の装置。 - 【請求項7】 前記共通ラインに接続された回路は、少
なくとも1つの電流ソース(103,105)を含むこ
とを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項8】 前記共通ラインに接続された回路は、第
1と第2の電流ソース(105,103)と、第1トラ
ンジスタ(109,107)とを有し、前記第1電流ソ
ース(105)は、前記第1トランジスタ(109)に
接続され、前記第1トランジスタ(109)は前記第2
電流ソース(103)に接続され駆動トランジスタを構
成することを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項9】 第2トランジスタ(107)をさらに有
し、 前記第2トランジスタ(107)は、常閉スイッチとし
て構成され、前記第1トランジスタ(109)を第2電
流ソース(103)に接続することを特徴とする請求項
8記載の装置。 - 【請求項10】 前記駆動トランジスタ(109)は、
前記装置の出力から前記トランジスタの入力にフィード
バックネットワーク(111)を介して接続され、これ
により1ではないゲインが達成されることを特徴とする
請求項8記載の装置。 - 【請求項11】 第2トランジスタ(107)をさらに
有し、 前記第2トランジスタ(107)は、常閉スイッチとし
て構成され、前記第1トランジスタ(109)を第2電
流ソース(103)に接続し、 前記駆動トランジスタ(109)は、前記装置の出力か
ら前記トランジスタの入力にフィードバックネットワー
ク(111)を介して接続され、 前記アレー素子の各々の出力に対し、1ではないゲイン
が達成できることを特徴とする請求項8記載の装置。 - 【請求項12】 アナログ値を表す素子のアドレス可能
なアレーと共に使用する方法において、 前記アドレス可能なアレーの各素子は、能動素子と共通
ラインに接続される前記アレーの素子の各々の出力とを
有し、 前記方法は、前記能動素子と前記アドレス可能なアレー
の素子の全てに対し能動外部回路を用いて第1の差分増
幅器を構成するよう前記アドレス可能な素子のアレーの
うちの第1素子を選択するステップを含むことを特徴と
する方法。 - 【請求項13】 前記第1差分増幅器は、ほぼ1のゲイ
ンを有することを特徴とする請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 前記第1差分増幅器は、差分対の演算
トランスコンダクタンス増幅器であることを特徴とする
請求項12記載の方法。 - 【請求項15】 前記能動素子と前記アドレス可能なア
レーの素子の全てに対し能動外部回路を用いて第2の差
分増幅器を構成するよう前記アドレス可能な素子のアレ
ーのうちの第2素子を選択するステップをさらに有する
ことを特徴とする請求項12記載の方法。 - 【請求項16】 前記第1差分増幅器と第2差分増幅器
は、ほぼ同一のゲインを有することを特徴とする請求項
15記載の方法。 - 【請求項17】 前記第2差分増幅器は、1のゲインを
有することを特徴とする請求項15記載の方法。 - 【請求項18】 前記第1差分増幅器と第2差分増幅器
は、異なるゲインを有することを特徴とする請求項15
記載の方法。 - 【請求項19】 前記第2差分増幅器は、差分対の演算
トランスコンダクタンス増幅器であることを特徴とする
請求項15記載の方法。 - 【請求項20】 前記第1差分増幅器と第2差分増幅器
とは、前記第1の選択された素子と第2の選択され素子
の能動素子の差に起因して異なる構造を有することを特
徴とする請求項15記載の方法。 - 【請求項21】 前記第1差分増幅器と第2差分増幅器
とは、前記第1の選択された素子と第2の選択され素子
の能動素子の差に起因して異なるゲインを有することを
特徴とする請求項15記載の方法。 - 【請求項22】 選択された能動素子のアレーのうちの
能動素子を用いることにより能動素子のアレーを選択し
たときに、完全な差分増幅器を構成するために前記能動
素子アレーにより使用される増幅器回路の一部を時分割
多重化するステップを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項23】 前記の完全差分増幅器は、差分対の演
算トランスコンダクタンス増幅器であることを特徴とす
る請求項22記載の方法。 - 【請求項24】 前記能動素子アレーは、選択的に共通
ラインに接続されることを特徴とする請求項22記載の
方法。 - 【請求項25】 アナログ値を表す手段のアレーと、 前記手段のアレーは、能動素子手段と共通ラインに接続
された表示手段の出力とを有し、 前記共通ラインに接続された手段と、 前記表示手段のアドレスされた1つに接続されたとき
に、前記表示手段のアドレスされた1つの能動素子手段
と共に差分増幅器手段を構成することを特徴とする装
置。 - 【請求項26】 前記アナログ表示手段は、検出手段の
アレーであることを特徴とする請求項25記載の装置。 - 【請求項27】 前記差分増幅器手段は、差分対の演算
トランスコンダクタンス増幅器であることを特徴とする
請求項25記載の装置。 - 【請求項28】 前記差分増幅器手段は、ほぼ1のゲイ
ン有することを特徴とする請求項25記載の装置。
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