JP2000350106A - 相関２重サンプリング回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置 - Google Patents

相関２重サンプリング回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定パターンノイズを大幅に抑圧する相関２
重サンプリング回路およびそれを用いた増幅型固体撮像
装置を提供する。 【解決手段】 第１の期間で入力切換スイッチ２００を
垂直信号線１４５側に切り換えて、その第１の期間の前
半で垂直信号線１４５の信号を第１クランプ手段(２０
１,２０２)によりクランプした後、第１の期間の後半で
クランプコンデンサ２０１の出力側の信号を第１サンプ
ルホールド手段(２０３,２０４)によりサンプルホール
ドする。次に、第２の期間で入力切換スイッチ２００を
固定電位側に切り換えて、その第２の期間の前半で固定
電位に対してクランプ電位を第１クランプ手段によりサ
ンプルホールドした後、クランプコンデンサ２０１の出
力側の信号を第１サンプルホールド手段によりサンプル
ホールドする。そして、第１サンプルホールド手段によ
る２回目のサンプルホールド動作前後のサンプルホール
ドされた信号の差をとる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、クランプ手段と
サンプルホールド手段とを有する相関２重サンプリング
回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、増幅型固体撮像装置としては、各
画素で発生した信号電荷そのものを読み出さず、画素内
で電圧信号(または電流信号)に変換して増幅した後、上
記電圧信号(または電流信号)を走査回路により読み出す
ものが提案されている。この増幅型固体撮像装置の画素
部は、光電変換部と増幅部とが平面的に配置された横型
と、光電変換部と増幅部とが立体的に配置された縦型に
分類される。
【０００３】上記横型の増幅型固体撮像装置として、図
１４に示すＡＰＳ(Active Pixel Sensor)型が知られて
いる。図１４において、光電変換部１０１で発生した信
号電荷は、ゲートに電圧φTが印加されたトランジスタ
１０２を介してトランジスタ１０３のゲートに移されて
電圧信号となる。上記トランジスタ１０３ではインピー
ダンス変換(電流増幅)され、ゲートに電圧φXが印加さ
れた画素選択スイッチ１０４を介して信号Ｖsigが読み
出される。この信号Ｖsigの読み出しの直前または直後
に、トランジスタ１０３のゲートに蓄積した信号電荷
は、ゲートに電圧φ Rが印加されたリセットトランジス
タ１０５により電源電圧ＶD側に排出される。
【０００４】また、縦型の増幅型固体撮像装置として
は、図１５に示すＣＭＤ(Charge Modulation Device)型
が知られている。図１５において、トランジスタ１１１
では、光電変換により発生した信号電荷をゲート下に蓄
積する。次いで、トランジスタ１１１のゲートに読み出
し電圧φXを印加することにより、信号電荷によるトラ
ンジスタ１１１の特性変化が出力信号Ｖsigとして読み
出される。こうして、トランジスタ１１１では、光電変
換と増幅および画素選択が行われる。また、リセット動
作は、ゲートに読み出し時より十分高い電圧φ Rを印加
することにより、信号電荷が基板側に排出されることに
より達成される。このため駆動にはφX／φRの３値高電
圧パルスが必要となる。
【０００５】図１４,図１５に示す上記各増幅型固体撮
像装置の画素部は、図１６に示すように、共通の模式図
で表される。図１６において、１３１は光電変換と読み
出しおよびリセット動作を行う画素部である。上記画素
部１３１の読み出しは信号線１０６の電圧φXにより制
御し、リセットは信号線１０７の電圧φRにより制御す
る。そして、上記画素部１３１からは、増幅された信号
Ｖsigを垂直信号線１０７を介して出力する。
【０００６】図１７は上記画素部を用いて構成された増
幅型固体撮像装置(２次元イメージセンサ)の構成図を示
している。図１７において、画素部１３１,第１垂直走
査回路１４１および第２垂直走査回路１４２で２次元画
素領域１４０を形成している。上記画素部１３１の読み
出し動作は、第１垂直走査回路１４１からの信号１４３
により制御し、リセット動作は第２垂直走査回路１４２
からの信号１４４により制御する。上記画素部１３１か
らの出力信号は、垂直信号線１４５に読み出された後、
各垂直信号線１４５毎に設けられた相関２重サンプリン
グ回路に導かれ、読み出し時に得られる受光信号とリセ
ット後のリファレンス信号との差分を相関２重サンプリ
ング回路から出力する。ここで、受光信号とリファレン
ス信号とは、いずれが前になるかで２つの場合がある。
上記差分出力では、各画素部１３１毎の閾値のばらつき
はキャンセルされ、画素部１３１毎の固定パターンノイ
ズ(以下、ＦＰＮという)が抑圧される。なお、上記相関
２重サンプリング回路は、クランプ回路(クランプコン
デンサ１４６, クランプスイッチ１４７)およびサンプ
ルホールド回路(サンプルホールドスイッチ１４８,サン
プルホールドコンデンサ１４９)より構成されている。
【０００７】また、上記相関２重サンプリング回路にお
いて、垂直信号線１４５は、クランプコンデンサ１４６
を介してサンプルホールドスイッチ１４８に接続される
と共に、クランプスイッチ１４７を介してクランプ電位
ＶCPに接続される。このクランプ電位ＶCPへのクランプ
動作は、画素部１３１からの受光信号の読み出し時にパ
ルスφC1をハイレベルにすることにより行われ、サンプ
ルホールド動作は、画素部１３１からのリファレンス信
号の読み出し時にパルスφS1をハイレベルにすることに
より行われる。そして、上記サンプルホールドスイッチ
１４８からの信号は、サンプルホールドコンデンサ１４
９に保持され、アンプ回路１５５により増幅される。上
記アンプ回路１５５で増幅された信号は、水平走査回路
１６０からの出力線１６１により制御される水平選択ス
イッチ１５６を介して水平信号線１６４に導かれ、水平
信号線１６４の信号は、アンプ回路１６９を介して信号
ＯＳを出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、図１７に
示す増幅型固体撮像装置(２次元イメージセンサ)では、
垂直信号線１４５毎に設けられた相関２重サンプリング
回路により、画素部１３１毎の閾値ばらつきによるＦＰ
Ｎを抑圧する。しかしながら、各垂直信号線１４５毎の
アンプ回路１５５には、オフセットレベルやゲインなど
のばらつきを伴う。このばらつきは、画像の水平方向に
はランダムで、垂直方向には共通であるから、映像とし
ては縦縞模様状の顕著なＦＰＮとなるため、画質を著し
く損なう。さらに、水平選択スイッチ１５６にはコンダ
クタンスのばらつきを伴うため、これも縦縞模様状ＦＰ
Ｎの要因となる。
【０００９】上記縦縞模様状ＦＰＮを解決する手法とし
て、本出願人は図１８に示す増幅型固体撮像装置(２次
元イメージセンサ)を提案している(特開平１０−１７３
９９７号公報)。この増幅型固体撮像装置では、２次元
画素領域は図１７に示す１４０と同じ構成をしており、
２次元画素領域の図と説明を省略する。また、垂直信号
線１４５毎に設けられた相関２重サンプリング回路も図
１７の場合と同じ構成をしている。図１７に示す増幅型
固体撮像装置との相違は、垂直信号線１４５毎のアンプ
回路１５５の入力を２つとし、一方を相関２重サンプリ
ング回路からの信号１５３とし、他方を基準電圧信号Ｖ
refとした点にある。さらに、水平信号線１６４の終端
に、第２のＣＤＳ(相関２重サンプリング)回路１６８を
設けている。
【００１０】上記構成の増幅型固体撮像装置(２次元イ
メージセンサ)において、アンプ回路１５５からの信号
は、水平走査回路１６０からのパルスφH(ｊ)等により
駆動される水平選択スイッチ１５６により、水平信号線
１６４に順次読み出される。なお、各々の読み出し期間
の途中で、アンプ回路１５５の入力は信号１５３から基
準信号１５4に切り替えられる。したがって、水平信号
線１６４には、各垂直信号線１４５の信号と基準信号と
がペアで順次得られる。また、各アンプ回路１５５およ
び選択水平選択スイッチ１５６の特性ばらつきは、これ
らペア信号の各々に共通に存在するから、第２のＣＤＳ
回路１６８により上記各垂直信号線１４５の信号と基準
信号との差を取れば、各アンプ回路１５５および選択水
平選択スイッチ１５６の特性差が除去された正味の信号
成分のみが得られる。これにより、縦縞模様状ＦＰＮを
防止する。
【００１１】しかしながら、図１８に示す増幅型固体撮
像装置(２次元イメージセンサ)の場合、次のような問題
がある。すなわち、各垂直信号線１４５毎のクランプス
イッチ１４７は、特性に若干のばらつきを有するため、
クランプ動作時のフィードスルーレベルは、各垂直信号
線１４５毎に多少ばらつく。さらに、各垂直信号線１４
５毎のサンプルホールドスイッチ１４８も、特性に若干
のばらつきを有するため、サンプルホールド動作時のフ
ィードスルーレベルも、やはり各垂直信号線１４５毎に
多少ばらつく。これらのフィードスルーレベルのばらつ
きは、縦縞状のＦＰＮを引き起こす原因となる。
【００１２】そこで、上記縦縞模様状ＦＰＮを解決する
別の手法として、図１９に示す増幅型固体撮像装置(２
次元イメージセンサ)が提案されている(特開平１０−１
４５６８１号公報)。図１９に示すように、各垂直信号
線１４５にスイッチ１９０を介して一対のコンデンサ１
９１,１９２を接続し、各々のコンデンサ１９１,１９２
の他端(出力端)をスイッチ１９３,１９４を介して基準
電圧Ｖrefに接続している。また、コンデンサ１９１の
出力端は分岐し、アンプ回路１５５に入力される。上記
アンプ回路１５５からの信号は、水平走査回路１６０か
らのパルスφH(ｊ)およびφA2(ｊ)等により制御され
て、水平信号線１６４に順次読み出される。その後、第
２のＣＤＳ回路１６８により正味の信号成分のみを得
る。
【００１３】図２０(a)〜(e)は図１９に示す増幅型固体
撮像装置の動作を説明するタイミングチャートを示す。
なお、以下では受光信号が前、リセット信号が後ろの場
合について説明する。水平ブランキング期間内の時刻ｔ
1において、スイッチ１９３をオンし、スイッチ１９０
をオンすることにより(図２０(a),(b)に示す)、(Ｖ2)部
分の電位は画素素子の受光信号Ｖfとなり(図２０(d)に
示す)、(Ｖ3)部分の電位はＶrefとなる(図２０(e)に示
す)。その後、スイッチ１９０,１９３が順次オフするこ
とにより、(Ｖ2)電位はＶf−ΔＶ1−ΔＶ2となり、
(Ｖ3)電位はＶref−ΔＶ2となる(図２０(d),(e)に示
す)。ただし、ΔＶ1は(Ｖ2)でのスイッチ１９０による
フィールドスルーレベル、ΔＶ2は(Ｖ3)でのスイッチ１
９３によるフィールドスルーレベルである。以上の動作
によりコンデンサ１９１には、次の電圧が保持される。
【００１４】(Ｖf−ΔＶ1−ΔＶ2)−(Ｖref−ΔＶ2)＝
Ｖf−Ｖref−ΔＶ1 次いで、水平ブランキング期間内の時刻ｔ2において、
スイッチ１９４をオンして、スイッチ１９０をオンする
ことにより(図２０(a),(c)に示す)、(Ｖ2)部分の電位
は、画素のリセット信号Ｖdとなった後、スイッチ１９
０がオフするとＶd−ΔＶ1となる。このとき、(Ｖ3)部
分の電位は、ＤＣ(直流)的にフローティングのため、コ
ンデンサ１９１に保持されている電圧差分だけ、(Ｖ2)
電圧からシフトするため、次の電圧となる。
【００１５】(Ｖd−ΔＶ1)−(Ｖf−Ｖref−ΔＶ1)＝Ｖ
ref＋(Ｖd−Ｖf) すなわち、スイッチ１９０のフィールドスルーレベルΔ
Ｖ1は打ち消し合って、画素素子の受光信号Ｖfとリセッ
ト信号Ｖdとの差である正味の有効信号Ｖd−Ｖfが、基
準電圧Ｖrefを加えた値として得られる。
【００１６】しかしながら、図１９の増幅型固体撮像装
置には次のような問題がある。つまり、１水平列の画素
信号を読み出す期間中、画素信号はアンプ回路１５５の
入力およびそれに接続する領域に保持され、この保持さ
れる期間は、水平走査回路１６０が走査する期間にわた
り分布し、先頭画素では短く、最終画素では長くなる。
このため、もしアンプ回路１５５の入力領域にリ−ク電
流が存在すると、保持電圧はΔＶdrpだけ低下し、この
値は先頭画素では小さく最終画素では大きくなる。すな
わち、出力信号では、画面上の左側から右側に向かい分
布するシェーディング状の不均―性が生じる。これも一
種のＦＰＮとなり、画質を大きく損なう。また、コンデ
ンサ１９１とコンデンサ１９２との間およびスイッチ１
９３とスイッチ１９４の間は完全に等価ではなく、多少
の差が存在するため、実際の動作では、各垂直信号線１
４５毎にわずかのばらつきが生じ、ＦＰＮは完全には消
えない。
【００１７】そこで、この発明の目的は、簡単な構成
で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共
に、シェーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮの
ない高品位の画像が得られる増幅型固体撮像装置を実現
できる相関２重サンプリング回路およびそれを用いた増
幅型固体撮像装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の相関２重サンプリング回路は、一方の入
力端子に信号線が接続され、他方の入力端子に固定電位
が印加され、上記信号線の信号または上記固定電位のい
ずれか一方を選択して出力する入力切換スイッチと、上
記入力切換スイッチの出力端子に入力側の一端が接続さ
れたクランプコンデンサと、上記クランプコンデンサの
出力側の他端に一端が接続され、他端がクランプ電位に
接続されたクランプスイッチとを有する第１クランプ手
段と、上記クランプコンデンサの他端に一端が接続され
たサンプルホールドスイッチと、上記サンプルホールド
スイッチの他端に一端が接続されたサンプルホールドコ
ンデンサとを有する第１サンプルホールド手段と、第１
の期間において、上記入力切換スイッチを上記信号線側
に切り換えて、その第１の期間の前半で上記信号線の信
号を上記第１クランプ手段によりクランプした後、上記
第１の期間の後半で上記クランプコンデンサの出力側の
信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホ
ールドすると共に、上記第１の期間に続く第２の期間に
おいて、上記入力切換スイッチを上記固定電位側に切り
換えて、その第２の期間の前半で上記固定電位に対し上
記クランプ電位を、上記第１クランプ手段により上記ク
ランプコンデンサの出力側にサンプルホールドした後、
上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サン
プルホールド手段によりサンプルホールドするように、
上記入力切換スイッチ,クランプスイッチおよびサンプ
ルホールドスイッチを制御する制御手段と備えたことを
特徴としている。
【００１９】上記請求項１の相関２重サンプリング回路
によれば、上記入力切換スイッチを信号線側に切り換え
た第１の期間で第１クランプ手段および第１サンプルホ
ールド手段による１回目の相関２重サンプリング動作
(以下、ＣＤＳ動作という)によって、信号の前半期間信
号と後半期間信号との差分として正味の信号がサンプル
ホールドコンデンサに得られる。次いで、上記入力切換
スイッチを固定電位側に切り換えた第２の期間で第１ク
ランプ手段および第１サンプルホールド手段による２回
目のＣＤＳ動作により、１回目のＣＤＳ動作と同じフィ
ードスルーレベルを含んだ基準信号がサンプルホールド
コンデンサに得られる。したがって、その後、２回目の
サンプルホールド動作前後のサンプルホールドコンデン
サに保持された信号の差を取れば、ＣＤＳ動作で発生す
る全てのフィードスルーレベルがキャンセルされた正味
の信号成分のみが得られる。したがって、この相関２重
サンプリング回路を増幅型固体撮像装置に適用すること
によって、簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを
大幅に低減できると共に、シェーディング状の不均一性
を低減でき、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる。
【００２０】また、請求項２の相関２重サンプリング回
路は、請求項１の相関２重サンプリング回路において、
上記クランプコンデンサの容量は、上記サンプルホール
ドコンデンサの容量の１０倍以上であることを特徴とし
ている。
【００２１】上記請求項２の相関２重サンプリング回路
によれば、上記クランプコンデンサの容量をサンプルホ
ールドコンデンサの容量の１０倍以上にすることによっ
て、クランプコンデンサを通した信号がサンプルホール
ドコンデンサに蓄積されるときのゲインを大きくでき
る。
【００２２】また、請求項３の相関２重サンプリング回
路は、請求項１または２の相関２重サンプリング回路に
おいて、上記クランプスイッチおよび上記サンプルホー
ルドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、上記
クランプコンデンサの容量に対する上記クランプスイッ
チの接合部面積の比と、上記サンプルホールドコンデン
サの容量に対する上記サンプルホールドスイッチの接合
部面積の比とが略同一であることを特徴としている。
【００２３】上記請求項３の相関２重サンプリング回路
によれば、上記クランプコンデンサの容量に対するクラ
ンプスイッチの接合部面積の比と、上記サンプルホール
ドコンデンサの容量に対するサンプルホールドスイッチ
の接合部面積の比とを略同一にすることによって、クラ
ンプコンデンサとサンプルホールドコンデンサとの間の
信号線およびサンプルホールドコンデンサの出力側の信
号線でＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下
が等しくなるから、ＭＯＳトランジスタのリーク電流に
よる電位低下を上記ＣＤＳ動作によって確実に除去でき
る。
【００２４】また、請求項４の増幅型固体撮像装置は、
光電変換手段と、その光電変換手段によって形成された
受光信号および受光信号の基準となるリファレンス信号
とを増幅して出力する増幅型の画素素子と、上記画素素
子の出力が接続された垂直信号線と、上記垂直信号線の
信号を増幅する増幅手段と、上記増幅手段の出力が水平
選択スイッチを介して接続された水平信号線とを備え、
上記画素素子の信号を上記垂直信号線,増幅手段および
水平選択スイッチを介して水平信号線に伝送する増幅型
固体撮像装置において、上記垂直信号線と上記増幅手段
との間に、請求項１乃至３のいずれか１つの相関２重サ
ンプリング回路を設けたことを特徴としている。
【００２５】上記請求項４の増幅型固体撮像装置によれ
ば、上記第１の期間で上記相関２重サンプリング回路の
第１クランプ手段および第１サンプルホールド手段によ
る１回目のＣＤＳ動作により、画素素子の受光信号とリ
ファレンス信号との差分が垂直信号線毎の増幅手段の入
力側に得られた後、第２の期間で第１クランプ手段およ
び第１サンプルホールド手段による２回目のＣＤＳ動作
により、１回目のＣＤＳ動作と同じフィードスルーレベ
ルを含んだ基準信号が増幅手段の入力側に得られる。し
たがって、その後、水平信号線の終端でＣＤＳ動作によ
り差分信号と基準信号との差をとることによって、全て
のフィードスルーレベルがキャンセルされた正味の信号
成分のみが得られる。したがって、簡単な構成で、水平
画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共に、シェ
ーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮのない高品
位の画像が得られる増幅型固体撮像装置を実現できる。
【００２６】また、請求項５の増幅型固体撮像装置は、
請求項４の増幅型固体撮像装置において、上記第１の期
間において、上記入力切換スイッチを上記垂直信号線側
に切り換えて、その第１の期間内の前半期間で上記画素
素子の受光信号またはリファレンス信号の一方を上記第
１クランプ手段によりクランプした後、上記第１の期間
内の後半期間で上記画素素子の受光信号またはリファレ
ンス信号の他方を、上記クランプコンデンサを介して上
記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドす
ることにより、上記画素素子からの受光信号とリファレ
ンス信号との差分を上記クランプ電位からの変位量によ
って表す信号を上記サンプルホールドコンデンサにホー
ルドした後、上記第２の期間において、上記入力切換ス
イッチを上記固定電位側に切り換えて、その第２の期間
の初期に上記固定電位に対し上記クランプ電位を、上記
第１クランプ手段により上記クランプコンデンサの出力
側にサンプルホールドした後、上記水平選択スイッチが
導通して上記増幅手段の出力信号を上記水平信号線に読
み出す期間の前半で、上記画素素子からの受光信号とリ
ファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの変位
量によって表す第１出力信号を上記増幅手段を介して上
記水平信号線に出力した後、上記クランプコンデンサの
出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサ
ンプルホールドして、そのサンプルホールド後の上記水
平選択スイッチの導通期間の後半で上記クランプ電位と
なる第２出力信号を上記増幅手段を介して上記水平信号
線に出力することを特徴としている。
【００２７】上記請求項５の増幅型固体撮像装置によれ
ば、上記第１の期間において、上記入力切換スイッチを
上記信号線側に切り換えて、その第１の期間内の前半期
間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の
一方を上記第１クランプ手段によりクランプする。次
に、上記第１の期間内の後半期間で画素素子の受光信号
またはリファレンス信号の他方を、上記クランプコンデ
ンサを介して上記第１サンプルホールド手段によりサン
プルホールドして、上記画素素子からの受光信号とリフ
ァレンス信号との差分をクランプ電位からの変位量によ
って表す信号を上記サンプルホールドコンデンサに保持
する。その後、上記第２の期間において、上記入力切換
スイッチを上記固定電位側に切り換えて、その第２の期
間の初期に上記固定電位に対してクランプ電位を、上記
第１クランプ手段により上記クランプコンデンサの出力
側にサンプルホールドする。次に、上記水平選択スイッ
チが導通して上記増幅手段の出力信号を上記水平信号線
に読み出す期間の前半で、上記画素素子からの受光信号
とリファレンス信号との差分をクランプ電位からの変位
量によって表す第１出力信号を上記増幅手段を介して水
平信号線に出力した後、上記クランプコンデンサの出力
側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプ
ルホールドして、そのサンプルホールド後の水平選択ス
イッチの導通期間の後半でクランプ電位を表す第２出力
信号を水平信号線に出力する。そうして得られた第１,
第２出力信号の差分をとることによって、受光信号とリ
ファレンス信号との差分が得られる。
【００２８】また、請求項６の増幅型固体撮像装置は、
請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記水平信号
線からの１組の上記第１出力信号および上記第２出力信
号のうちの上記第１出力信号をクランプし、上記第２出
力信号の期間に上記第１出力信号と上記第２出力信号と
の差信号を出力する第２クランプ手段と、上記第２クラ
ンプ手段からの上記差信号をサンプルホールドして、サ
ンプルホールドされた上記差信号を出力する第２サンプ
ルホールド手段とを備えたことを特徴としている。
【００２９】上記請求項６の増幅型固体撮像装置によれ
ば、上記第２クランプ回路と第２サンプルホールド回路
との構成により、上記水平信号線に読み出される１組の
上記第１出力信号と上記第２出力信号との差信号すなわ
ち画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分
が得られ、全てのばらつき成分が除去されたＦＰＮのな
い画像を表す信号を得ることができる。
【００３０】また、請求項７の増幅型固体撮像装置は、
請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記水平信号
線からの１組の上記第１出力信号および上記第２出力信
号のうちの上記第１出力信号をサンプルホールドする第
３サンプルホールド手段と、上記水平信号線からの１組
の上記第１出力信号および上記第２出力信号のうちの上
記第２出力信号をサンプルホールドする第４サンプルホ
ールド手段と、上記第３サンプルホールド手段によって
保持された上記第１出力信号と、上記第４サンプルホー
ルド手段によって保持された上記第２出力信号との差信
号を求めて、その差信号を出力する演算手段とを備えた
ことを特徴としている。
【００３１】上記請求項７の増幅型固体撮像装置によれ
ば、上記演算手段により上記第３,第４サンプルホール
ド回路の出力間の差分をとる構成により、上記水平信号
線に読み出される１組の上記第１出力信号と上記第２出
力信号との差信号すなわち画素素子からの受光信号とリ
ファレンス信号との差分が得られ、全てのばらつき成分
が除去されたＦＰＮのない画像を表す信号を得ることが
できる。
【００３２】また、請求項８の増幅型固体撮像装置は、
請求項４乃至７のいずれか１つの増幅型固体撮像装置に
おいて、上記制御手段は、上記第１の期間の後半にオン
する第１の制御信号と、上記第２の期間内の上記水平選
択スイッチが導通する期間にオンする第２の制御信号と
を出力すると共に、上記第１の制御信号が一方の入力端
子に入力され、上記第２の制御信号が他方の入力端子に
入力され、上記第１サンプルホールド手段の上記サンプ
ルホールドスイッチの制御入力端子に出力端子が接続さ
れたサンプルホールド切換スイッチを備えたことを特徴
としている。
【００３３】上記請求項８の増幅型固体撮像装置によれ
ば、上記第１の期間の後半に上記サンプルホールド切換
スイッチを第１の制御信号側に切り換え、上記第２の期
間内の上記水平選択スイッチが導通する期間に上記サン
プルホールド切換スイッチを第２の制御信号側に切り換
えることによって、簡単な構成で上記水平選択スイッチ
が順次導通する垂直信号線毎に上記第１サンプルホール
ド手段のサンプルホールドスイッチを制御できる。
【００３４】また、請求項９の相関２重サンプリング回
路は、請求項１または２の相関２重サンプリング回路に
おいて、上記クランプスイッチおよび上記サンプルホー
ルドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、上記
クランプスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積
に対する接合部面積の比と、上記サンプルホールドスイ
ッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合
部面積の比とが略同一であることを特徴としている。
【００３５】上記請求項９の相関２重サンプリング回路
によれば、上記クランプスイッチのＭＯＳトランジスタ
のゲート部面積に対する接合部面積の比と、上記サンプ
ルホールドスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面
積に対する接合部面積の比とを略同一にすることによっ
て、クランプコンデンサとサンプルホールドコンデンサ
との間の信号線およびサンプルホールドコンデンサの出
力側の信号線でＭＯＳトランジスタのリーク電流による
電位低下が等しくなるから、ＭＯＳトランジスタのリー
ク電流による電位低下を上記ＣＤＳ動作によって確実に
除去できる。
【００３６】また、請求項１０の相関２重サンプリング
回路は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記
第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホールド手
段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記水平
選択スイッチが導通状態であると共に、上記第２の期間
内の上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１
サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間
に、上記第１サンプルホールド手段に接続された上記水
平選択スイッチが導通状態であることを特徴としてい
る。
【００３７】上記請求項１０の相関２重サンプリング回
路によれば、上記第１,第２の期間の両方において第１
サンプルホールド手段によりサンプルホールドするとき
に上記水平選択スイッチが導通状態となり、上記増幅手
段の出力が水平選択スイッチを介して水平信号線に接続
される。したがって、上記第１,第２の期間の第１サン
プルホールド手段の動作時に上記第１サンプルホールド
手段の負荷側の状態が同じとなり、２回の動作とも動作
条件が同じとなるので、ＦＰＮやシェーディング状の不
均一性をより完全に低減できる。
【００３８】また、請求項１１の相関２重サンプリング
回路は、請求項１０の増幅型固体撮像装置において、上
記水平信号線に負荷接続スイッチを介して接続された定
電流負荷を備え、少なくとも全ての上記水平選択スイッ
チが導通状態である期間に、上記負荷接続スイッチがオ
フ状態であることを特徴としている。
【００３９】上記請求項１１の相関２重サンプリング回
路によれば、少なくとも全ての上記水平選択スイッチが
導通状態である期間に、上記負荷接続スイッチがオフ状
態にして、上記定電流源を水平信号線から切り離すこと
により負荷電流が流れないから、各増幅手段の出力に大
きなレベル差があっても互いに干渉を生じることがな
い。したがって、増幅手段の入力側のサンプルホールド
コンデンサにも影響を及ぼさず、２回の動作とも正しい
サンプルホールド動作ができ、ＦＰＮやシャーディング
状の不均一性をより完全に低減できる。
【００４０】また、請求項１２の相関２重サンプリング
回路は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記
第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホールド手
段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記水平
選択スイッチが非導通状態であると共に、上記第２の期
間内の上記クランプコンデサの出力側の信号を上記第１
サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間
に、上記第１サンプルホールド手段に接続された上記水
平選択スイッチが非導通状態であることを特徴としてい
る。
【００４１】上記請求項１２の相関２重サンプリング回
路によれば、上記第１,第２の期間の両方において第１
サンプルホールド手段によりサンプルホールドするとき
に上記水平選択スイッチが非導通状態となり、上記増幅
手段の出力が水平選択スイッチを介して水平信号線に接
続されない。したがって、上記第１,第２の期間の第１
サンプルホールド手段の動作時に上記第１サンプルホー
ルド手段の負荷側の状態が同じとなり、２回の動作とも
動作条件が同じとなるので、ＦＰＮやシェーディング状
の不均一性をより完全に低減できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の相関２重サンプ
リング回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置を図
示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４３】（第１実施形態）図１はこの発明の第１実
施形態の相関２重サンプリング回路の回路図を示してい
る。この相関２重サンプリング回路は、図１に示すよう
に、一方の入力端子に垂直信号線１４５が接続され、他
方の入力端子に固定電位であるグランドＧＮＤが接続さ
れた入力切換スイッチ２００と、上記入力切換スイッチ
２００の出力端子に一端が接続されたクランプコンデン
サ２０１と、上記クランプコンデンサ２０１の他端に一
端が接続され、他端がクランプ電位ＶCPに接続されたク
ランプスイッチ２０２と、上記クランプコンデンサ２０
１の他端に一端が接続されたサンプルホールドスイッチ
２０３と、上記サンプルホールドスイッチ２０３の他端
とグランドＧＮＤとの間に接続されたサンプルホールド
コンデンサ２０４とを有している。上記クランプコンデ
ンサ２０１とクランプスイッチ２０２とで第１クランプ
手段を構成すると共に、サンプルホールドスイッチ２０
３とサンプルホールドコンデンサ２０４とで第１サンプ
ルホールド手段を構成している。また、上記相関２重サ
ンプリング回路は、パルスφP0,パルスφC0およびパル
スφS0を出力する制御手段としてのタイミング発生回路
２１３を有し、パルスφP0により入力切換スイッチ２０
０の切り換えを制御し、パルスφC0によりクランプスイ
ッチ２０２のオンオフを制御すると共に、パルスφS0に
よりサンプルホールドスイッチ２０３のオンオフを制御
する。そして、上記垂直信号線１４５の入力信号Ｖ
inは、クランプコンデンサ２０１,サンプルホールドス
イッチ２０３を介して、サンプルホールドコンデンサ２
０４に保持されて、出力信号Ｖoutを出力する。
【００４４】図２(a)〜(f)は上記相関２重サンプリング
回路の動作を示すタイミングチャートを示している。以
下、上記相関２重サンプリング回路の動作を図２のタイ
ミングチャートに従って説明する。
【００４５】まず、図２に示すように、第１の期間とし
ての期間１内でパルスφP0をハイレベルにすることによ
り(図２(b)に示す)、図１に示すクランプコンデンサ２
０１の入力側を入力切換スイッチ２００を介して垂直信
号線１４５に接続する。次に、入力信号Ｖinの前半期間
(図２(a)のＳ1で示す)内の時刻ｔ1で、パルスφC0をハ
イレベルにすることにより(図２(c)に示す)、クランプ
電位ＶCPへのクランプ動作が行われる。そして、入力信
号の後半期間(図２(a)のＳ2で示す)内の時刻ｔ 2で、パ
ルスφS0をハイレベルにすることにより(図２(d)に示
す)、サンプルホールド動作が行われる。このとき、ク
ランプコンデンサ２０１の出力側の信号線２１１の信号
Ｖmのレベルは、時刻ｔ1でのクランプ動作後は、クラン
プパルスφC0のフィールドスルーレベル△ＶCPがあるた
め、ＶCP−△ＶCPとなる(図２(e)に示す)。その後、信
号線２１１の信号Ｖmのレベルは、クランプコンデンサ
２０１を介して信号がＶSだけ変化するため(ＶSは入力
信号Ｖinの期間Ｓ1と期間Ｓ2との差であり、正味の信号
成分を表す)、 Ｖm(ｔ2)＝ＶCP−△ＶCP＋ＶS …………………………… (式１) となる。これをサンプルホールドした出力信号Ｖ
outは、サンプルホールドパルスφS0のフィードスルー
レベル△ＶSHがあるため、 Ｖout(ｔ2＋α)＝ＶCP−△ＶCP＋ｋＶS−△ＶSH ………… (式２) となる。なお、ｋは、クランプコンデンサ２０１(容量
Ｃc)を通した信号がサンプルホールドコンデンサ(容量
ＣS)に蓄積されるときのゲインであり、次式で表され
る。
【００４６】 ｋ＝１−ＣS／ＣC ……………………………………… (式３) すなわち、ゲインを大きくするには、容量ＣCを容量ＣS
より十分大きくする必要があり、通常容量ＣCを容量ＣS
の１０倍以上にする。
【００４７】上記(式２)の信号は、第２のサンプルホー
ルド時の時刻ｔ4付近では、信号線２１２(信号Ｖout)上
でのリーク電流Ｉd2により、ΔＶdrpだけ低下する(図２
(f)に示す)。したがって、時刻ｔ4直前の信号線２１２
(信号Ｖout)に得られる第１出力信号Ｓaは、 Ｓa(ｔ4−△ｔ)＝ＶCP−△ＶCP＋ｋＶS−△ＶSH−ΔＶdrp …… (式４) となる(図２(f)に示す)。
【００４８】他方、信号線２１１上では、時刻ｔ2の
後、入力切換スイッチ２００の入力側が接地され、時刻
ｔ3において再度クランプされることにより、クランプ
コンデンサ２０１の出力側にＶCP−△ＶCPがホールドさ
れる。ここで△ＶCPは、上記(式１),(式２)および(式
４)の場合と全く同じクランプスイッチ２０２に起因し
ているから、時刻ｔ1時と同じ値である。その後、時刻
ｔ4までの間に信号線２１１上でのリーク電流Ｉd1のた
め、ΔＶdrpだけ電位低下が生じる。したがって、時刻
ｔ4付近での信号線２１１の信号Ｖmの電位は ＶCP−△ＶCP−ΔＶdrp となる(図２(e)に示す)。時刻ｔ4において、サンプルホ
ールドパルスφS0をハイレベルにすることにより、時刻
ｔ4直後の信号線２１２(信号Ｖout)の第２出力信号Ｓb
には、フィードスルーレベル△ＶSHが付加されて、 Ｓb(ｔ4＋△ｔ)＝ＶCP−△ＶCP−ΔＶdrp−△ＶSH …………… (式５) となる(図２(f)に示す)。ここで△ＶSHは、上記(式２),
(式４)の場合と全く同じサンプルホールドスイッチ２０
３に起因しているから、時刻ｔ2時と同じ値である。し
たがって、信号線２１２(信号Ｖout)に設けられた相関
２重サンプリング回路(図示しない)で第１出力信号Ｓa
と第２出力信号Ｓbとの差ＯＳを取れば、 ＯＳ＝Ｓa−Ｓb＝ｋＶS ……………………… (式６) となり、相関２重サンプリング回路が本来有するノイズ
低減効果に加え、クランプパルスのフィードスルーレベ
ルΔＶCPやサンプルホールドパルスのフィードスルーレ
ベルΔＶSHが除去され、さらにリーク電流による電位低
下分ΔＶdrpも除去された正味の信号ＶSが得られる。
【００４９】また、時刻ｔ3と時刻ｔ4との間の期間で
は、入力切換スイッチ２００,２０２,２０３がすべてオ
フであり、信号線２１１(信号Ｖm)および信号線２１２
(信号Ｖ out)はそれぞれ孤立してフローティング状態に
ある。この孤立した信号線２１１,２１２には、各スイ
ッチ２０２,２０３を構成するＭＯＳトランジスタのソ
ースがダイオードとして存在し、そのダイオードの接合
リークがリーク電流となる。
【００５０】上記リーク電流による電位低下分ΔＶdrp
を完全に除去するには、信号線２１１(信号Ｖm)での電
位低下と、信号線２１２(信号Ｖout)の電位低下とを合
わせる必要がある。信号線Ｖ(ｘ)のリーク電流をＩ
d(ｘ)とし、容量をＣ(ｘ)とすると、時間ｔにおける電
位低下ΔＶ(ｘ)は、 ΔＶ(ｘ)＝Ｉd(ｘ)・ｔ／Ｃ(ｘ) ……………………… (式７) となる。
【００５１】図３は上記相関２重サンプリング回路で用
いる信号線部の面積関係を示しており、３００はｐ型半
導体基板、３０１は各スイッチを構成するＭＯＳトラン
ジスタのゲート、３０２は上記ＭＯＳトランジスタの接
合部、３０３は信号線である。図３に示すように、接合
面積をＳJ(ｘ)とし、ゲート面積をＳC(ｘ)とすると、Ｉ
d(ｘ)，Ｃ(ｘ)は、単位面積当りの接合リーク電流を
ａ1、単位面積当りの接合容量をｂ1、ゲート容量をｂ2
とすると、 Ｉd(ｘ)＝ａ1ＳJ(ｘ) ………………………………… (式８) Ｃ(ｘ)＝ｂ1ＳJ(ｘ)＋ｂ2ＳC(ｘ) …………………… (式９) ＝(ｂ1＋ｂ2ｃ0)ＳJ(ｘ) ……………………… (式１０) ただし、ｃ0＝ＳC(ｘ)／ＳJ(ｘ) …………………………… (式１１) となる。ａ1,ｂ1,ｂ2は一般に一定値であり、またｃ0は
面積比で一定であり、(式７)から、 ΔＶ(ｘ)＝一定 …………………………………… (式１２) となる。
【００５２】すなわち、信号線２１１(信号Ｖm)および
信号線２１２(信号Ｖout)で、接合面積とゲート面積の
比を略同一にすれば、△Ｖdrpを完全に除去する。図１
において、信号線２１１(信号Ｖm)が信号線２１２(信号
Ｖout)より接合面積の割合が小さい場合、接合面積とゲ
ート面積の比を略同一にするためにダミー接合２１０
(点線で示す)が必要となる。
【００５３】このように、上記入力切換スイッチ２００
を垂直信号線１４５側に切り換えた期間１で１回目のＣ
ＤＳ動作により、垂直信号線１４５側の信号Ｖinの前半
期間信号と後半期間信号との差分として正味の信号がサ
ンプルホールドコンデンサ２０４に得られ、入力切換ス
イッチ２００を固定電位側に切り換えた第２の期間とし
ての期間２で２回目のＣＤＳ動作により、１回目のＣＤ
Ｓ動作と同じフィードスルーレベルを含んだ基準信号が
サンプルホールドコンデンサ２０４に得られる。その
後、２回目のサンプルホールド動作前後のサンプルホー
ルドコンデンサ２０４に保持された信号の差をとること
によって、ＣＤＳ動作で発生する全てのフィードスルー
レベルがキャンセルされた正味の信号成分のみが得られ
る。したがって、この相関２重サンプリング回路を増幅
型固体撮像装置に適用することによって、簡単な構成
で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共
に、シェーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮの
ない高品位の画像が得られる。
【００５４】また、上記クランプコンデンサ２０１の容
量をサンプルホールドコンデンサ２０４の容量の１０倍
以上にすることによって、クランプコンデンサ２０１を
通した信号がサンプルホールドコンデンサ２０４に蓄積
されるときのゲインを大きくすることができる。
【００５５】また、上記クランプスイッチ２０２のＭＯ
Ｓトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比
と、サンプルホールドスイッチ２０３のＭＯＳトランジ
スタのゲート部面積に対する接合部面積の比とを略同一
にすることによって、信号線２１１(信号Ｖm)および信
号線２１２(信号Ｖout)でＭＯＳトランジスタのリーク
電流による電位低下を各信号線２１１,２１２で等しく
なり、ＣＤＳ動作によりＭＯＳトランジスタのリーク電
流による電位低下を確実に除去することができる。
【００５６】（第２実施形態）図４はこの発明の第２実
施形態の増幅型固体撮像装置の回路図を示している。図
４において、２次元画素領域は図１７に示す２次元画素
領域１４０と同じ構成をしており、２次元画素領域は図
と説明を省略し、以下では垂直信号線１４５以降の信号
経路の回路について説明する。なお、この増幅型固体撮
像装置は、タイミング発生回路を除いて図１に示す相関
２重サンプリング回路と同一の構成部を有し、同一構成
部には同一参照番号を付して説明を省略する。
【００５７】図４に示すように、上記増幅型固体撮像装
置は、一端がサンプルホールドスイッチ２０３に接続さ
れた信号線２１２の他端を、増幅手段としてのアンプ回
路１５５の入力端子に接続している。上記アンプ回路１
５５の出力端子を水平選択スイッチ１５６を介して水平
信号線１６４に接続している。上記水平選択スイッチ１
５６の制御入力端子に水平走査回路１６０からの出力線
１６１を接続している。また、上記サンプルホールドス
イッチ２０３の制御入力端子に、サンプルホールド切換
スイッチ２０７の出力端子を接続し、サンプルホールド
切換スイッチ２０７の一方の入力端子に第１の制御信号
としてのパルスφSAを入力し、サンプルホールド切換ス
イッチ２０７の他方の入力端子にＡＮＤ(論理積)回路２
０５の出力端子を信号線２０８を介して接続している。
上記ＡＮＤ回路２０５の一方の入力端子にパルスφSHを
入力し、ＡＮＤ回路２０５の他方の入力端子に水平走査
回路１６０から出力線１６１を介して第２の制御信号と
してのパルスφH(j)を入力して、ＡＮＤ回路２０５から
パルスφSjを出力する。また、上記水平信号線１６４の
終端にＣＤＳ回路１６８の入力端子を接続し、ＣＤＳ回
路１６８の出力端子をアンプ回路１６９の入力端子に接
続して、アンプ回路１６９から信号ＯＳを出力する。な
お、この増幅型固体撮像装置は、パルスφSH,φSA,φ
SW2,φCA,φSW,クランプパルスφC2およびサンプルホー
ルドパルスφS2を出力する制御手段としてのタイミング
発生回路２１４を有している。
【００５８】図４において、各垂直信号線１４５毎の相
関２重サンプリング回路の入力切換スイッチ２００の切
り換えをパルスφSWにより制御し、垂直信号線１４５の
信号または固定電位を入力切換スイッチ２００,クラン
プコンデンサ２０１を介してサンプルホールドスイッチ
２０３に導く。そして、上記クランプスイッチ２０２を
パルスφCAにより制御し、クランプコンデンサ２０１の
出力側をクランプスイッチ２０２を介してクランプ電位
ＶCPに接続して、クランプ動作を行う。次に、上記サン
プルホールドスイッチ２０３をパルスφSjにより制御し
て、サンプルホールドスイッチ２０３からの信号をサン
プルホールドコンデンサ２０４に保持し、サンプルホー
ルド動作を行う。そして、上記サンプルホールドコンデ
ンサ２０４に保持された信号をアンプ回路１５５により
増幅し、増幅された信号を水平選択スイッチ１５６を介
して水平信号線１６４に導く。そうして、上記水平信号
線１６４に導かれた信号をＣＤＳ回路１６８で処理した
後、アンプ回路１６９から信号ＯＳを出力する。
【００５９】上記構成の増幅型固体撮像装置の動作を図
５(a)〜(m)のタイミングチャートで示している。図５に
示すように、第１の期間としての水平ブランキング期間
内でパルスφswをハイレベルにすることにより(図５(b)
に示す)、クランプコンデンサ２０１を入力切換スイッ
チ２００を介して垂直信号線１４５に接続する。そし
て、画素からの受光信号またはリファレンス信号の一方
の読み出し期間(図５(a)の信号Ｖ1においてＳ1で示す)
内の時刻ｔ1で、パルスφCAをハイレベルにすることに
より(図５(c)に示す)、クランプ電位へのクランプ動作
を行う。また、図示しない画素素子からの受光信号また
はリファレンス信号の他方の読み出し期間(図５(a)の信
号Ｖ1においてＳ2で示す)内の時刻ｔ2で、パルスφSAを
ハイレベルにすることにより(図５(d)に示す)、サンプ
ルホールド動作を行う。以上により、画素素子からの受
光信号とリファレンス信号との差分がサンプルホールド
コンデンサ２０４にホールドされる。
【００６０】次に、水平ブランキング期間の最後にパル
スφswをローレベルとし(図５(b)に示す)、入力切換ス
イッチ２００を固定電位(グランドＧＮＤ)に接続した
後、時刻ｔ3においてパルスφCAによりクランプ入力切
換スイッチ２００を再度オンすることにより、クランプ
コンデンサ２０１の出力側にクランプ電位ＶCPをホール
ドする。そして、第２の期間としての水平有効期間で
は、パルスφH(j),φH(j+1),φH(j+2),…により(図５
(e)〜(g)に示す)、各垂直信号線１４５毎に順次水平選
択スイッチ１５６が導通して、アンプ回路１５５の出力
を水平信号線１６４に読み出す。各読み出し期間の途中
の時刻ｔJ(ｊ＝４,５,…)において、パルスφH(j),φ
H(j+1),φH(j+2),…およびパルスφSH(図５(h)に示す)
に基づくパルスφS(j),φS(j+1),φS(j+2),…により(図
５(i)〜(k)に示す)サンプルホールドスイッチ２０３が
２回目サンプル動作を行う。これにより各アンプ回路１
５５から水平信号線１６４に出力される信号Ｖsrは、前
半で画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差
分をクランプ電位ＶCPからの変位量によって表す信号と
なると共に、後半でクランプコンデンサ２００にホール
ドされたクランプ電位ＶCPとなる(図５(l)に示す)。こ
れらを図５では第１出力信号Ｓaおよび第２出力信号Ｓb
で表している。その後、ＣＤＳ回路１６８のクランプパ
ルスφC2およびサンプルホールドパルスφS2により(図
５(m),(n)に示す)、第１出力信号Ｓaと第２出力信号Ｓb
との差分が得られ、バッファアンプ１６９を介して信号
ＯＳを出力する。
【００６１】この発明の第２実施形態の増幅型固体撮像
装置は、第１実施形態の相関２重サンプリング回路と同
様の作用,効果を有している。すなわち、第１実施形態
の図１での入力信号ＶinをＶ1、信号線２１１の信号Ｖm
をＶ2、信号線２１２の信号ＶoutをＶsrと置き換えるこ
とにより、水平信号線１６４上の第１,第２出力信号
Ｓa,Ｓbは図２と同様、(式４)と(式５)で表される。し
たがって、水平信号線１６４に設けられたＣＤＳ回路１
６８で第１出力信号Ｓaと第２出力信号Ｓbとの差を取れ
ば、信号ＯＳは上記(式６)と同様、ＯＳ＝Ｓa−Ｓb＝ｋ
Ｖsとなり、各アンプ回路１５５のばらつきが除去され
るのみでなく、クランプパルスのフィールドスルーレベ
ルΔＶCPやサンプルホールドパルスのフィールドスルー
レベルΔＶSHが除去され、さらにリーク電流による電位
低下分ΔＶdrpも除去された正味の信号Ｖsのみが得られ
る。すなわち、ＦＰＮがほぼ完全に除去された極めて高
画質の画像信号が得られる。
【００６２】また、リーク電流による電位低下分ΔＶ
drpを完全に除去するため、信号線２１１の信号Ｖ2の電
位低下と信号線２１２の信号Ｖ3の電位低下とを合わせ
る方法も、図３の場合と同様である。すなわち、信号線
２１１(信号Ｖ2)と信号線２１２(信号Ｖ3)で、接合面積
とゲート面積の比を略同一にすれば、ΔＶdrpが完全に
除去される。図４において、信号線２１１(信号Ｖ2)が
信号線２１２(信号Ｖ3)より接合面積の割合が小さい場
合、接合面積とゲート面積の比を略同一にするためにダ
ミー接合２１０(点線で示す)が必要となる。
【００６３】このように、第１の期間としての水平ブラ
ンキング期間で１回目のＣＤＳ動作により、画素素子の
受光信号とリセット信号との差分を垂直信号線１４５毎
のアンプ回路１５５の入力側に得た後、第２の期間とし
ての水平有効期間で２回目のＣＤＳ動作により、１回目
のＣＤＳ動作と同じフィードスルーレベルを含んだ基準
信号(クランプ電位)をアンプ回路１５５に入力した後、
水平信号線１６４の終端に接続されたＣＤＳ回路１６８
のＣＤＳ動作により、差分信号と基準信号との差をとる
ことによって、全てのフィードスルーレベルがキャンセ
ルされた正味の信号成分のみを得ることができる。した
がって、簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大
幅に低減できると共に、シェーディング状の不均一性を
低減でき、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる増幅型
固体撮像装置を実現することができる。
【００６４】（第３実施形態）図６はこの発明の第３実
施形態の増幅型固体撮像装置の回路図を示している。こ
の増幅型固体撮像装置は、論理和回路３０１を除いて第
２実施形態の増幅型固体撮像装置と同一の構成をしてお
り、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略す
る。なお、第２実施形態の図４では省略していたが、図
６に示すように、水平信号線１６４とグランドＧＮＤと
の間に定電流負荷３０４を接続している。
【００６５】図６に示すように、水平走査回路１６０か
らの出力線１６１に論理和回路３０１を付加しており、
論理和回路３０１の一方の入力端子に信号線１６１を接
続し、論理和回路３０１の他方の入力端子にパルスφSW
を入力し、論理和回路３０１の出力端子を信号線３０２
に接続している。そして、上記論理和回路３０１により
信号線１６１のパルス(φH(j),φH(j+1),…)とパルスφ
SWとの論理和を演算し、その演算結果を表すパルス(φ
HA(j),φHA(j+1),…)を信号線３０２を介して水平選択
スイッチ１５６の制御入力端子に入力する。
【００６６】上記増幅型固体撮像装置の動作を図７のタ
イミングチャートに示している。図７は、第２実施形態
における図５と比べて、パルスφHA(j),φHA(j+1),…が
異なるのみである。すなわち、これらのパルスφHA(j),
φHA(j+1),…では、パルスφ H(j),φH(j+1),…とパルス
φSWとの論理和をとっているため、図７(e)〜(g)に示す
波形となる。したがって、アンプ回路１５５の信号を水
平信号線１６４に読み出す水平選択スイッチ１５６は、
第１の期間(水平ブランキング期間)で同時にオンとなる
と共に、第２の期間(水平有効期間)で順次オンになる。
このことは、ＣＤＳ回路側から見た場合、以下の特徴を
有することになる。
【００６７】この第３実施形態の増幅型固体撮像装置で
は、垂直信号線１４５毎に、第１の期間に一度と第２の
期間に一度の合計２回のサンプルホールド動作をするこ
とが特徴である。すなわち、図７(i)〜(k)に示すよう
に、サンプルホールドスイッチ２０３は夫々２回オンに
なる。このとき、１回目で画素信号とリファレンス信号
の差分をホールドすると共に、２回目で基準信号として
のクランプ電位信号をホールドする。したがって、２回
の動作では、可能な限り同じ条件となることが望まし
い。図４,図５に示す第２実施形態の場合、サンプルホ
ールド動作の１回目は水平選択スイッチ１５６がオフ、
サンプルホールド動作の２回目は水平選択スイッチ１５
６がオンとなり、サンプルホールドスイッチ２０３の負
荷側の状態が異なっていた。これに対して、この第３実
施形態では、水平選択スイッチ１５６がサンプルホール
ド動作の１回目,２回目ともオンとなり、いずれの場合
もアンプ回路１５５の出力が水平選択スイッチ１５６を
介して水平信号線１６４に接続され、サンプルホールド
スイッチ２０３の負荷側の状態が同じとなる。例えば、
アンプ回路１５５がソースフォロワ回路の場合、水平選
択スイッチ１５６がオン／オンすることで入力ゲート容
量が大きく変わり、オン時は入力ゲート下にチャネルが
形成されて、入力ゲート容量が大きくなる一方、オフ時
はチャネルが形成されず、入力ゲート容量が小さくな
る。すなわち、２回の動作とも水平選択スイッチ１５６
がオンであれば、動作条件が完全に同じとなる。これに
より、ＦＰＮやシェーディング状の不均一性をより完全
に低減することができる。
【００６８】なお、この第３実施形態では、水平選択ス
イッチ１５６は、第１の期間(水平ブランキング期間)で
同時にオンしたが、第１の期間内の少なくともサンプル
ホールドスイッチ２０３がオンする期間、水平選択スイ
ッチ１５６を同時にオンすればよい。
【００６９】（第４実施形態）図８はこの発明の第４実
施形態の増幅型固体撮像装置の回路図を示している。こ
の増幅型固体撮像装置は、負荷接続スイッチ３０３およ
び定電流負荷３０４を除いて第３実施形態の増幅型固体
撮像装置と同一の構成をしており、同一構成部は同一参
照番号を付して説明を省略する。
【００７０】図８に示すように、水平信号線１６４とグ
ランドＧＮＤとの間に、負荷接続スイッチ３０３を介し
て定電流負荷３０４を接続している。上記負荷接続スイ
ッチ３０３の制御入力端子にパルスφLGを入力してい
る。
【００７１】上記増幅型固体撮像装置の動作を図９のタ
イミングチャートに示している。図９は第２実施形態に
おける図５と比べて、負荷接続スイッチ３０３を駆動す
るパルスφLGが付加されている点のみ異なる。すなわ
ち、水平ブランキング期間内において、パルスφHA(j),
φHA(j+1),…により各水平選択スイッチ１５６が同時に
オンとなる期間内は、パルスφLGがオフとなり、負荷接
続スイッチ３０３がオフとなり、水平信号線１６４に定
電流負荷３０４による電流は流れない。一方、水平有効
期間内において、パルスφHA(j),φHA(j+1),…により各
水平選択スイッチ１５６が夫々オンとなる期間内は、パ
ルスφLGがオンとなり、負荷接続スイッチ３０３がオン
となり、水平信号線１６４に定電流負荷３０４による電
流は流れる。
【００７２】すでに述べたように、この第４実施形態で
は、２回のサンプルホールド動作では、可能な限り同じ
条件となることが望ましい。第３実施形態の図６の場
合、１回目のサンプルホールド動作時、全てのアンプ回
路１５５の出力が同時に水平選択スイッチ１５６を介し
て水平信号線１６４に接続される一方、定電流負荷３０
４による負荷電流は一定だから、アンプ回路側で出力に
大きなレベル差があると、互いに干渉が生じる可能性が
ある。このため、第３実施形態では、アンプ回路１５５
入力側のホールド容量２０４にも影響を及ぼし、各コラ
ムで独立にサンプルホールド動作させることが困難にな
る場合がある。
【００７３】これに対して、この第４実施形態の増幅型
固体撮像装置では、図９,図１０に示すように、１回目
のサンプルホールド動作時、全てのアンプ回路１５５の
出力が同時に水平選択スイッチ１５６を介して水平信号
線１６４に接続されるとき、負荷接続スイッチ３０３を
オフすることにより定電流負荷３０４による負荷電流は
流れないから、アンプ回路１５５間で出力に大きなレベ
ル差があっても互いに干渉を生じることがない。したが
って、アンプ回路１５５入力側のホールド容量２０４に
も影響を及ぼさず、各コラムで独立にサンプルホールド
動作させることができる。すなわち、２回の動作とも正
しいサンプルホールド動作ができ、ＦＰＮやシャーディ
ング状の不均一性をより完全に低減できる。
【００７４】（第５実施形態）図１０はこの発明の第５
実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図を示している。
この増幅型固体撮像装置は、論理積回路４０１を除いて
第２実施形態の増幅型固体撮像装置と同一の構成をして
おり、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略す
る。
【００７５】図１０に示すように、水平走査回路１６０
からの出力線１６１に論理積回路４０１を付加してお
り、論理積回路４０１の一方の入力端子に信号線１６１
を接続し、論理積回路４０１の他方の入力端子にパルス
φSHの反転信号を入力し、論理積回路４０１の出力端子
を信号線３０２に接続している。そして、上記論理積回
路４０１により信号線１６１のパルス(φH(j),φH(j+
1),…)とパルスφSHの反転信号との論理積を演算し、そ
の演算結果を表すパルスφHB(j),φHB(j+1),…を信号線
４０２を介して水平選択スイッチ１５６の制御入力端子
に入力する。
【００７６】上記増幅型固体撮像装置の動作を図１１の
タイミングチャートに示している。図１１は第２実施形
態における図５と比べて、パルスφHB(j),φHB(j+1),…
が異なるのみである。すなわち、これらの信号では、パ
ルスφH(j),φH(j+1),…とパルスφSHの反転信号との論
理積をとっているため、図１１(e)〜(g)に示す波形とな
る。したがって、アンプ回路１５５の信号を水平信号線
１６４に読み出す水平選択スイッチ１５６は、第１の期
間(水平ブランキング期間)では、オフ状態になると共
に、第２の期間(水平有効期間)で順次オンになるとき、
サンプルホールドスイッチ２０３がオンになるときだ
け、オフになる。このことは、その前のＣＤＳ回路側か
ら見た場合、図６,図８の場合と同様に、以下の特徴を
有することになる。
【００７７】すでに述べたように、この第５実施形態で
は、２回のサンプルホールド動作では、可能な限り同じ
条件となることが望ましい。図１０,図１１では、サン
プルホールドスイッチ２０３がオンになる１回目、２回
目とも、水平選択スイッチ１５６がオフとなり、いずれ
の場合もアンプ回路１５５の出力が水平選択スイッチ１
５６を介して水平信号線１６４に接続されず、サンプル
ホールドスイッチ２０３の負荷側の状態が同じとなる。
すなわち、２回の動作とも水平選択スイッチ１５６がオ
フであれば、動作条件が完全に同じとなる。これにより
ＦＰＮやシェーディング状の不均一性をより完全に低減
することができる。
【００７８】また、図１２,図１３は図４,図６,図８,図
１０におけるＣＤＳ回路１６８の構成例を示している。
図１２は信号ＶSRが入力された第２クランプ手段として
のクランプ回路２１と第２サンプルホールド手段として
のサンプルホールド回路２２とを組み合わせたＣＤＳ回
路を示し、クランプ回路２１をクランプパルスφC2によ
り制御し、サンプルホールド回路２２をサンプルホール
ドパルスφS2により制御する。上記クランプパルスφC2
およびサンプルホールドパルスφS2のタイミングは、図
５(m),(n)に示す通りである。上記ＣＤＳ回路により、
水平信号線１６４に読み出される１組の第１出力信号Ｓ
aと第２出力信号Ｓbとの差信号すなわち画素素子からの
受光信号とリファレンス信号との差分が得られる。ま
た、図１３は信号ＶSRが入力された第３,第４サンプル
ホールド手段としての２つのサンプルホールド回路３
１,３２と、演算手段としての差動アンプ３３とを組み
合わせたＣＤＳ回路を示し、サンプルホールド回路３
１,３２をサンプルホールドパルスφS3およびφS4によ
り夫々制御する。上記サンプルホールドパルスφS3およ
びφS4のタイミングは、図５(m),(n)のφC2およびφS2
に相当する。上記差動アンプ３３によりサンプルホール
ド回路３１,３２の出力間の差分をとる構成により、水
平信号線１６４に読み出される１組の第１出力信号Ｓa
と第２出力信号Ｓbとの差信号すなわち画素素子からの
受光信号とリファレンス信号との差分が得られる。これ
ら図１５,図１６に示すＣＤＳ回路により、第１出力信
号Ｓaと第２出力信号Ｓbとの差信号が形成され、全ての
ばらつき成分が除去されたＦＰＮのない画像を表す信号
ＯＳを得ることができる。
【００７９】また、上記水平ブランキング期間の後半に
サンプルホールド切換スイッチ２０７を第１の制御信号
としてのパルスφSH側に切り換え、上記水平有効期間内
の水平選択スイッチ１５６が導通する期間にサンプルホ
ールド切換スイッチ２０７を第２の制御信号としてのパ
ルス側に切り換えることによって、簡単な構成で水平選
択スイッチ２００が順次導通する垂直信号線１４５毎に
サンプルホールドスイッチ２０３を制御できる。
【００８０】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明の相関２重サンプリング回路は、入力切換スイッチを
信号線側に切り換えた第１の期間に、第１クランプ手段
および第１サンプルホールド手段による１回目のＣＤＳ
動作によって、信号の前半期間信号と後半期間信号との
差分として正味の信号がサンプルホールドコンデンサに
保持し、次いで、入力切換スイッチを固定電位側に切り
換えた第２の期間に、第１クランプ手段および第１サン
プルホールド手段による２回目のＣＤＳ動作により、１
回目のＣＤＳ動作と同じフィードスルーレベルを含んだ
基準信号がサンプルホールドコンデンサに得られるもの
である。
【００８１】したがって、請求項１の発明の相関２重サ
ンプリング回路によれば、２回目のサンプルホールド動
作前後のサンプルホールドコンデンサに保持された信号
の差を取れば、信号線のノイズ成分がＣＤＳ動作で除去
されるのみでなく、上記ＣＤＳ動作で発生するクランプ
フィードスルーレベル、サンプルホールドフィードスル
ーレベル、さらにリークによる電位低下成分が除去され
た極めて低ノイズの信号を得ることができ、実用上の効
果は絶大である。したがって、この相関２重サンプリン
グ回路を増幅型固体撮像装置に適用することによって、
簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減
できると共に、シェーディング状の不均一性を低減で
き、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる。
【００８２】また、請求項２の発明の相関２重サンプリ
ング回路は、請求項１の相関２重サンプリング回路にお
いて、上記クランプコンデンサの容量をサンプルホール
ドコンデンサの容量の１０倍以上にしたので、クランプ
コンデンサを通した信号がサンプルホールドコンデンサ
に蓄積されるときのゲインを大きくできる。
【００８３】また、請求項３の発明の相関２重サンプリ
ング回路は、請求項１または２の相関２重サンプリング
回路において、上記クランプスイッチおよび上記サンプ
ルホールドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからな
り、上記クランプコンデンサの容量に対するクランプス
イッチの接合部面積の比と、上記サンプルホールドコン
デンサの容量に対するサンプルホールドスイッチの接合
部面積の比とを略同一にしたので、クランプコンデンサ
とサンプルホールドコンデンサとの間の信号線およびサ
ンプルホールドコンデンサの出力側の信号線でＭＯＳト
ランジスタのリーク電流による電位低下が等しくなり、
ＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下を上記
ＣＤＳ動作によって確実に除去できる。
【００８４】また、請求項４の発明の増幅型固体撮像装
置は、光電変換手段と、その光電変換手段によって形成
された受光信号および受光信号の基準となるリファレン
ス信号とを増幅して出力する増幅型の画素素子と、上記
画素素子の出力が接続された垂直信号線と、上記垂直信
号線の信号を増幅する増幅手段と、上記増幅手段の出力
が水平選択スイッチを介して接続された水平信号線とを
備え、上記画素素子の信号を垂直信号線,増幅手段およ
び水平選択スイッチを介して水平信号線に伝送する増幅
型固体撮像装置において、上記垂直信号線と増幅手段と
の間に、請求項１乃至３のいずれか１つの相関２重サン
プリング回路を設けたものである。
【００８５】したがって、請求項４の発明の増幅型固体
撮像装置によれば、各垂直信号線でのＣＤＳ動作で発生
するクランプフィードスルーレベル、サンプルホールド
フィードスルーレベル、さらにリークによる電位低下成
分を除去することが可能となり、全てのばらつき成分が
除去された、高画質の画像信号を得ることができる。ま
た、従来の垂直信号線毎に相関２重サンプリング回路を
設けた場合に比べて、クランプコンデンサの前に入力切
換スイッチを付加するのみで極めて簡単であり、面積も
小さく抑えることが可能である。
【００８６】また、請求項５の発明の増幅型固体撮像装
置は、請求項４の増幅型固体撮像装置において、上記第
１の期間において、上記入力切換スイッチを上記信号線
側に切り換えて、その第１の期間内の前半期間で上記画
素素子の受光信号またはリファレンス信号の一方を上記
第１クランプ手段によりクランプし、次に、上記第１の
期間の後半期間で上記画素素子の受光信号またはリファ
レンス信号の他方を、上記クランプコンデンサを介して
上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールド
することにより、上記画素素子からの受光信号とリファ
レンス信号との差分をクランプ電位からの変位量によっ
て表す信号を上記サンプルホールドコンデンサに保持し
た後、上記第２の期間において、上記入力切換スイッチ
を上記固定電位側に切り換えて、その第２の期間の初期
に上記固定電位に対し上記クランプ電位を、上記第１ク
ランプ手段により上記クランプコンデンサの出力側にサ
ンプルホールドし、次に、上記水平選択スイッチが導通
して上記増幅手段の出力信号を上記水平信号線に読み出
す期間の前半で、上記画素素子からの受光信号とリファ
レンス信号との差分をクランプ電位からの変位量によっ
て表す第１出力信号を上記増幅手段を介して水平信号線
に出力した後、上記クランプコンデンサの出力側の信号
を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホール
ドして、そのサンプルホールド後の水平選択スイッチの
導通期間の後半でクランプ電位を表す第２出力信号を水
平信号線に出力して、その第１,第２出力信号の差分を
とることによって、受光信号とリファレンス信号との差
分が得られる。
【００８７】また、請求項６の発明の増幅型固体撮像装
置は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記水
平信号線からの１組の上記第１出力信号および第２出力
信号のうちの第１出力信号をクランプし、第２出力信号
の期間に第１出力信号と第２出力信号との差信号を出力
する第２クランプ手段と、上記第２クランプ手段からの
上記差信号をサンプルホールドして、サンプルホールド
された上記差信号を出力する第２サンプルホールド手段
との構成により、上記水平信号線に読み出される１組の
第１出力信号と第２出力信号との差信号すなわち画素素
子からの受光信号とリファレンス信号との差分が得ら
れ、全てのばらつき成分が除去されたＦＰＮのない画像
を表す信号を得ることができる。
【００８８】また、請求項７の発明の増幅型固体撮像装
置は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、演算手
段により、上記第１出力信号をサンプルホールドする第
３,第４サンプルホールド回路の出力と上記第２出力信
号をサンプルホールドする第４サンプルホールド回路の
出力間の差分をとる構成により、上記水平信号線に読み
出される１組の第１出力信号と第２出力信号との差信号
すなわち画素素子からの受光信号とリファレンス信号と
の差分が得られ、全てのばらつき成分が除去されたＦＰ
Ｎのない画像を表す信号を得ることができる。
【００８９】また、請求項８の発明の増幅型固体撮像装
置は、請求項４乃至７のいずれか１つの増幅型固体撮像
装置において、上記第１の期間の後半にサンプルホール
ド切換スイッチを上記制御手段からの第１の制御信号側
に切り換え、上記第２の期間内の上記水平選択スイッチ
が導通する期間に上記サンプルホールド切換スイッチを
上記制御手段からの第２の制御信号側に切り換えること
によって、簡単な構成で上記水平選択スイッチが順次導
通する垂直信号線毎に上記第１サンプルホールド手段の
サンプルホールドスイッチを制御することができる。
【００９０】また、請求項９の発明の相関２重サンプリ
ング回路は、請求項１または２の相関２重サンプリング
回路において、上記クランプスイッチおよび上記サンプ
ルホールドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからな
り、上記クランプスイッチのＭＯＳトランジスタのゲー
ト部面積に対する接合部面積の比と、上記サンプルホー
ルドスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対
する接合部面積の比とを略同一にしたので、クランプコ
ンデンサとサンプルホールドコンデンサとの間の信号線
およびサンプルホールドコンデンサの出力側の信号線で
ＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下が等し
くなり、ＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低
下を上記ＣＤＳ動作によって確実に除去できる。
【００９１】また、請求項１０の発明の相関２重サンプ
リング回路は、請求項５の増幅型固体撮像装置におい
て、上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホ
ールド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての
上記水平選択スイッチが導通状態とすると共に、上記第
２の期間内の上記クランプコンデンサの出力側の信号を
上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールド
する期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続され
た上記水平選択スイッチが導通状態とするので、上記第
１,第２の期間の両方において第１サンプルホールド手
段によりサンプルホールドするときに水平選択スイッチ
が導通状態となり、上記第１サンプルホールド手段の負
荷側の状態が第１,第２の期間で同じとなり、２回の動
作とも動作条件が同じとなるから、ＦＰＮやシェーディ
ング状の不均一性をより完全に低減することができる。
【００９２】また、請求項１１の発明の相関２重サンプ
リング回路は、請求項１０の増幅型固体撮像装置におい
て、上記水平信号線に負荷接続スイッチを介して接続さ
れた定電流負荷を備え、少なくとも全ての上記水平選択
スイッチが導通状態である期間に、上記負荷接続スイッ
チがオフ状態にして、上記定電流源を水平信号線から切
り離すことにより負荷電流が流れないので、各増幅手段
の出力に大きなレベル差があっても互いに干渉を生じる
ことがなく、増幅手段の入力側のサンプルホールドコン
デンサにも影響を及ぼさず、２回の動作とも正しいサン
プルホールド動作ができ、ＦＰＮやシャーディング状の
不均一性をより完全に低減することができる。
【００９３】また、請求項１２の発明の相関２重サンプ
リング回路は、請求項５の増幅型固体撮像装置におい
て、上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホ
ールド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての
上記水平選択スイッチが非導通状態とすると共に、上記
第２の期間内の上記クランプコンデサの出力側の信号を
上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールド
する期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続され
た上記水平選択スイッチが非導通状態とするので、上記
第１,第２の期間の両方において第１サンプルホールド
手段によりサンプルホールドするときに水平選択スイッ
チが非導通状態となり、上記第１サンプルホールド手段
の負荷側の状態が第１,第２の期間で同じとなり、２回
の動作とも動作条件が同じとなるから、ＦＰＮやシェー
ディング状の不均一性をより完全に低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の第１実施形態の相関２重サ
ンプリング回路の回路図である。
【図２】 図２は上記相関２重サンプリング回路のタイ
ミングチャートである。
【図３】 図３は上記相関２重サンプリング回路の信号
線部の面積関係を示す図である。
【図４】 図４はこの発明の第２実施形態の増幅型固体
撮像装置の回路図である。
【図５】 図５は上記増幅型固体撮像装置の各信号のタ
イミングを示すタイミングチャートである。
【図６】 図６はこの発明の第３実施形態の増幅型固体
撮像装置の回路図である。
【図７】 図７は上記増幅型固体撮像装置の各信号のタ
イミングを示すタイミングチャートである。
【図８】 図８はこの発明の第３実施形態の増幅型固体
撮像装置の回路図である。
【図９】 図９は上記増幅型固体撮像装置の各信号のタ
イミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】 図１０はこの発明の第３実施形態の増幅型
固体撮像装置の回路図である。
【図１１】 図１１は上記増幅型固体撮像装置の各信号
のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】 図１２はクランプ回路とサンプルホールド
回路を組み合わせた相関２重サンプリング回路のブロッ
ク図である。
【図１３】 図１３は２つのサンプルホールド回路を組
み合わせた相関２重サンプリング回路のブロック図であ
る。
【図１４】 図１４は従来の横型の画素を例示する回路
図である。
【図１５】 図１５は従来の縦型の画素を例示する回路
図である。
【図１６】 図１６は図１４,図１５の回路を模式的に
示すブロック図である。
【図１７】 図１７は従来の増幅型固体撮像装置を示す
回路図である。
【図１８】 図１８は従来の他の増幅型固体撮像装置を
示す回路図である。
【図１９】 図１９は従来のもう１つの他の増幅型固体
撮像装置を示す回路図である。
【図２０】 図２０は従来の増幅型固体撮像装置の問題
点を説明する図である。
【符号の説明】
１４５…垂直信号線、１５５,１６９…アンプ回路、１
６０…水平走査回路、１６８…ＣＤＳ回路、２００…入
力切換スイッチ、２０１…クランプコンデンサ、２０２
…クランプスイッチ、２０３…サンプルホールドスイッ
チ、２０４…サンプルホールドコンデンサ、２０５…Ａ
ＮＤ回路、２０６…クロックライン、２０７…サンプル
ホールド切換スイッチ、２１０…ダミー接合。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の入力端子に信号線が接続され、他
    方の入力端子に固定電位が印加され、上記信号線の信号
    または上記固定電位のいずれか一方を選択して出力する
    入力切換スイッチと、 上記入力切換スイッチの出力端子に入力側の一端が接続
    されたクランプコンデンサと、上記クランプコンデンサ
    の出力側の他端に一端が接続され、他端がクランプ電位
    に接続されたクランプスイッチとを有する第１クランプ
    手段と、 上記クランプコンデンサの他端に一端が接続されたサン
    プルホールドスイッチと、上記サンプルホールドスイッ
    チの他端に一端が接続されたサンプルホールドコンデン
    サとを有する第１サンプルホールド手段と、 第１の期間において、上記入力切換スイッチを上記信号
    線側に切り換えて、その第１の期間の前半で上記信号線
    の信号を上記第１クランプ手段によりクランプした後、
    上記第１の期間の後半で上記クランプコンデンサの出力
    側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプ
    ルホールドすると共に、上記第１の期間に続く第２の期
    間において、上記入力切換スイッチを上記固定電位側に
    切り換えて、その第２の期間の前半で上記固定電位に対
    し上記クランプ電位を、上記第１クランプ手段により上
    記クランプコンデンサの出力側にサンプルホールドした
    後、上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１
    サンプルホールド手段によりサンプルホールドするよう
    に、上記入力切換スイッチ,クランプスイッチおよびサ
    ンプルホールドスイッチを制御する制御手段と備えたこ
    とを特徴とする相関２重サンプリング回路。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の相関２重サンプリング
    回路において、 上記クランプコンデンサの容量は、上記サンプルホール
    ドコンデンサの容量の１０倍以上であることを特徴とす
    る相関２重サンプリング回路。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の相関２重サン
    プリング回路において、 上記クランプスイッチおよび上記サンプルホールドスイ
    ッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、 上記クランプコンデンサの容量に対する上記クランプス
    イッチの接合部面積の比と、上記サンプルホールドコン
    デンサの容量に対する上記サンプルホールドスイッチの
    接合部面積の比とが略同一であることを特徴とする相関
    ２重サンプリング回路。
  4. 【請求項４】 光電変換手段と、その光電変換手段によ
    って形成された受光信号および受光信号の基準となるリ
    ファレンス信号とを増幅して出力する増幅型の画素素子
    と、上記画素素子の出力が接続された垂直信号線と、上
    記垂直信号線の信号を増幅する増幅手段と、上記増幅手
    段の出力が水平選択スイッチを介して接続された水平信
    号線とを備え、上記画素素子の信号を上記垂直信号線,
    増幅手段および水平選択スイッチを介して水平信号線に
    伝送する増幅型固体撮像装置において、 上記垂直信号線と上記増幅手段との間に、請求項１乃至
    ３のいずれか１つに記載の相関２重サンプリング回路を
    設けたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の増幅型固体撮像装置に
    おいて、 上記第１の期間において、上記入力切換スイッチを上記
    垂直信号線側に切り換えて、その第１の期間内の前半期
    間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の
    一方を上記第１クランプ手段によりクランプした後、上
    記第１の期間内の後半期間で上記画素素子の受光信号ま
    たはリファレンス信号の他方を、上記クランプコンデン
    サを介して上記第１サンプルホールド手段によりサンプ
    ルホールドすることにより、上記画素素子からの受光信
    号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位から
    の変位量によって表す信号を上記サンプルホールドコン
    デンサにホールドした後、 上記第２の期間において、上記入力切換スイッチを上記
    固定電位側に切り換えて、その第２の期間の初期に上記
    固定電位に対し上記クランプ電位を、上記第１クランプ
    手段により上記クランプコンデンサの出力側にサンプル
    ホールドした後、上記水平選択スイッチが導通して上記
    増幅手段の出力信号を上記水平信号線に読み出す期間の
    前半で、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信
    号との差分を上記クランプ電位からの変位量によって表
    す第１出力信号を上記増幅手段を介して上記水平信号線
    に出力した後、上記クランプコンデンサの出力側の信号
    を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホール
    ドして、そのサンプルホールド後の上記水平選択スイッ
    チの導通期間の後半で上記クランプ電位となる第２出力
    信号を上記増幅手段を介して上記水平信号線に出力する
    ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の増幅型固体撮像装置に
    おいて、 上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上
    記第２出力信号のうちの上記第１出力信号をクランプ
    し、上記第２出力信号の期間に上記第１出力信号と上記
    第２出力信号との差信号を出力する第２クランプ手段
    と、 上記第２クランプ手段からの上記差信号をサンプルホー
    ルドして、サンプルホールドされた上記差信号を出力す
    る第２サンプルホールド手段とを備えたことを特徴とす
    る増幅型固体撮像装置。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の増幅型固体撮像装置に
    おいて、 上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上
    記第２出力信号のうちの上記第１出力信号をサンプルホ
    ールドする第３サンプルホールド手段と、 上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上
    記第２出力信号のうちの上記第２出力信号をサンプルホ
    ールドする第４サンプルホールド手段と、 上記第３サンプルホールド手段によって保持された上記
    第１出力信号と、上記第４サンプルホールド手段によっ
    て保持された上記第２出力信号との差信号を求めて、そ
    の差信号を出力する演算手段とを備えたことを特徴とす
    る増幅型固体撮像装置。
  8. 【請求項８】 請求項４乃至７のいずれか１つに記載の
    増幅型固体撮像装置において、 上記制御手段は、上記第１の期間の後半にオンする第１
    の制御信号と、上記第２の期間内の上記水平選択スイッ
    チが導通する期間にオンする第２の制御信号とを出力す
    ると共に、 上記第１の制御信号が一方の入力端子に入力され、上記
    第２の制御信号が他方の入力端子に入力され、上記第１
    サンプルホールド手段の上記サンプルホールドスイッチ
    の制御入力端子に出力端子が接続されたサンプルホール
    ド切換スイッチを備えたことを特徴とする増幅型固体撮
    像装置。
  9. 【請求項９】 請求項１または２に記載の相関２重サン
    プリング回路において、 上記クランプスイッチおよび上記サンプルホールドスイ
    ッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、 上記クランプスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部
    面積に対する接合部面積の比と、上記サンプルホールド
    スイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する
    接合部面積の比とが略同一であることを特徴とする相関
    ２重サンプリング回路。
  10. 【請求項１０】 請求項５に記載の増幅型固体撮像装置
    において、 上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホール
    ド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記
    水平選択スイッチが導通状態であると共に、 上記第２の期間内の上記クランプコンデンサの出力側の
    信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホ
    ールドする期間に、上記第１サンプルホールド手段に接
    続された上記水平選択スイッチが導通状態であることを
    特徴とする増幅型固体撮像装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の増幅型固体撮像装
    置において、 上記水平信号線に負荷接続スイッチを介して接続された
    定電流負荷を備え、 少なくとも全ての上記水平選択スイッチが導通状態であ
    る期間に、上記負荷接続スイッチがオフ状態であること
    を特徴とする増幅型固体撮像装置。
  12. 【請求項１２】 請求項５に記載の増幅型固体撮像装置
    において、 上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホール
    ド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記
    水平選択スイッチが非導通状態であると共に、 上記第２の期間内の上記クランプコンデサの出力側の信
    号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホー
    ルドする期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続
    された上記水平選択スイッチが非導通状態であることを
    特徴とする増幅型固体撮像装置。
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