JP2001339643A - 固体撮像装置用黒レベル発生回路及び固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置用黒レベル発生回路及び固体撮像装置

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JP2001339643A
JP2001339643A JP2000159724A JP2000159724A JP2001339643A JP 2001339643 A JP2001339643 A JP 2001339643A JP 2000159724 A JP2000159724 A JP 2000159724A JP 2000159724 A JP2000159724 A JP 2000159724A JP 2001339643 A JP2001339643 A JP 2001339643A
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transistor
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Susumu Kurosawa
晋 黒沢
Yoshitoku Muramatsu
良徳 村松
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    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements

Abstract

(57)【要約】 【課題】 黒レベル信号形成用の遮光画素及びタイミン
グ発生回路を設けることなく固体撮像装置の画素信号に
含まれる黒レベルを調整することができる固体撮像装置
用黒レベル発生回路及び固体撮像装置を提供する。 【解決手段】 固体撮像装置は、画素がアレイ状に配置
されて画素アレイが構成され、この画素アレイの各列毎
に接続され行信号を読み出す読み出し部が、列数配置さ
れて読み出し回路を構成している。黒レベル発生回路
は、画素及び読み出し部が各１つ接続された構成を有
し、画素アレイの画素信号が読み出される期間は、黒レ
ベル発生回路用画素３０のフォトダイオード３１に接続
されるリセット用ＭＯＳＦＥＴ３１が常にオンして、フ
ォトダイオード３２の電位がリセットされた状態の信号
が常に黒レベル発生回路用読み出し部４１に出力されて
いる。読み出し部４１は、画素信号が読み出される期間
は、常時、画素３０のリセット状態に対応する信号を出
力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＭＯＳ（comple
mentary ＭＯＳ）イメージセンサ等の固体撮像装置用黒
レベル発生回路に関し、特に画素（ピクセル）内で信号
を増幅するＭＯＳ型固体撮像素子を使用し、撮像素子に
発生する回路的な誤差である黒レベルを除去するための
固体撮像装置用黒レベル発生回路及び固体撮像装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＭＯＳイメージセンサと呼ばれ
る固体撮像装置が注目されている。これは論理ＬＳＩ
（large scale integration）と同じＣＭＯＳプロセス
で製造することができ、フォトダイオード等で検出した
信号を各画素内で増幅するため、低雑音という特徴を有
している。
【０００３】図５は、画素内で信号を増幅するＭＯＳ型
固体撮像素子を使用した一般的な２次元撮像装置を示す
ブロック図である。図５に示すように、有効画素アレイ
１１１は画素を２次元的にマトリクス状に配置されたも
のであり、画素のリセット及び読み出しは各行毎に行な
われ、その動作は垂直走査回路１１３で制御される。画
素から読み出された一行分の信号は読み出し回路１１５
で一時保持され、信号の増幅及びノイズキャンセル等を
行って順次出力される。この順次出力する動作は、水平
走査回路１１４で制御される。
【０００４】読み出し回路１１５の出力信号は、黒レベ
ルに相当するオフセット成分を有している。黒レベルと
は、入射光がない状態に相当する信号である。このオフ
セット量は画素及び読み出し回路の回路構成によって異
なる。
【０００５】そこで、以下のように有効画素の信号から
黒レベルに相当するオフセット成分を差し引く。図５に
示すように、有効画素アレイの周囲には、光が入射しな
いように遮光膜で覆われた遮光画素アレイ１１２が配置
されている。遮光画素は有効画素と同じように読み出さ
れ、その出力信号はアナログ記憶回路１１６に保持され
る。信号レベル調整回路１１７では、有効画素の信号か
らアナログ記憶回路１１６に保持された黒レベルに相当
するオフセット成分が差し引かれる。また、信号レベル
調整回路では、信号レベル調整回路から出力された信号
がＡ／Ｄコンバータ（図示せず）に入力されるが、この
際、信号レベル回路の出力信号の黒レベルをＡ／Ｄコン
バータの入力電圧レンジの低電圧側に合わせるために、
新たに適切なオフセット電圧を加えることもある。
【０００６】図６は、画素及び読み出し回路の具体例を
示す回路図である。この読み出し回路は、１９９３年に
開催された国際電子素子会議（IEEE International Ele
ctron Devices Meeting）のアブストラクトｐ．５８３
乃至５８６に、フォッサム（Fossum）等によって示され
ている（従来例１）。図６は、画素アレイに２次元的に
マトリクス状に配置される一画素を構成する画素１３０
を示している。画素１３０は、各列毎に列単位の読み出
し部１４１に接続され、この読み出し部１４１を列数分
並べて読み出し回路１１５が構成される。
【０００７】フォトダイオード１３２は、一端が接地さ
れ、他端が端子１３７に接続されている。端子１３７は
信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor）１３３のゲート及びリセッ
ト用ＭＯＳＦＥＴ１３１のソースに接続されている。リ
セット用ＭＯＳＦＥＴ１３１のゲートは端子１３６に接
続されている。そして、垂直走査回路から端子１３６を
介して供給されるリセット信号によって、リセット用Ｍ
ＯＳＦＥＴ１３１がオンして、端子１３７の電位をリセ
ットする。リセット用ＭＯＳＦＥＴ１３１のドレイン
は、例えば電源電圧が供給される端子１３５に接続され
ると共に信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ１３３のドレインに接
続される。信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ１３３のソースは行
選択用ＭＯＳＦＥＴ１３４のドレインに接続される。行
選択用ＭＯＳＦＥＴ１３４のゲートは端子１３８に接続
され、垂直走査回路から行選択信号が端子１３８を介し
て行選択用ＭＯＳＦＥＴ１３４のゲートに入力され、こ
れにより、行選択用ＭＯＳＦＥＴ１３４が導通（オン）
する。この信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ１３３、行選択用Ｍ
ＯＳＦＥＴ１３４、及び電流源１４０でソースフォロア
を構成し、端子１３７の電位に応じた信号が垂直信号線
の端子１３９に出力される。
【０００８】垂直信号線の端子１３９はサンプル／ホー
ルド用ＭＯＳＦＥＴ１４２のドレインに接続され、この
サンプル／ホールド用ＭＯＳＦＥＴ１４２のゲートはサ
ンプル／ホールド信号が入力される端子１４６に接続さ
れている。サンプル／ホールド用ＭＯＳＦＥＴ１４２の
ソースは端子１４７に接続され、端子１４７は、容量１
４５の一端と信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ１４３のゲートと
に接続されている。信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ１４３のド
レインは接地され、ソースは列選択用ＭＯＳＦＥＴ１４
４のドレインに接続されている。列選択用ＭＯＳＦＥＴ
１４４のゲートは、端子１４８を介して水平走査回路か
ら列選択信号が入力される。更に、列選択用ＭＯＳＦＥ
Ｔ１４４のソースは、電流源１５０の一端に接続される
と共に端子１４９に接続されて、信号増幅用ＭＯＳＦＥ
Ｔ１４３、列選択用ＭＯＳＦＥＴ１４４及び電流源１５
０でソースフォロアが構成されている。また、電流源１
５０の他端は例えば電源電圧が供給される端子１５１に
接続されている。
【０００９】一行分の画素から読み出された信号は、垂
直信号線の端子１３９に出力された後、端子１４６から
供給されるサンプル／ホールド信号によってサンプル／
ホールド用ＭＯＳＦＥＴ１４２がオンすることにより、
容量１４５に一時的に保持される。そして、信号増幅用
ＭＯＳＦＥＴ１４３、列選択用ＭＯＳＦＥＴ１４４及び
電流源１５０で構成されるソースフォロアにより、端子
１４７の電位に応じた信号を水平信号線１４９に出力す
る。
【００１０】読み出し回路の読み出し部の別な具体例を
図７に示す。この読み出し部は、１９９６年に開催され
た国際固体回路会議（IEEE International Solid-State
Circuits Conference）のアブストラクトｐ．１００乃
至１０１に、フォッサム（Fossum）等によって示されて
いる（従来例２）。図７に示すように、図６に示す画素
１３０と同一の構成の画素がマトリクス状に配置されて
画素アレイが構成される。即ち、フォトダイオード１３
２、リセット用ＭＯＳＦＥＴ１３１、信号増幅用ＭＯＳ
ＦＥＴ１３３及び行選択用ＭＯＳＦＥＴ１３４から画素
１３０が構成されている。そして、各列毎に接続される
列単位の読み出し部２６０で、画素１３０の信号を読み
出す。この読み出し部２６０を列数分並べて読み出し回
路１１５を構成する。読み出し部２６０は、画素１３０
において光信号から電気信号に変換された信号を読み出
す回路である。垂直信号線の端子１３９は、ＭＯＳＦＥ
Ｔ２６１のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ２６１の
ゲートは端子２６２に接続されている。そして、端子２
６２を介してサンプル／ホールド信号が入力される。ま
た、ＭＯＳＦＥＴ２６１のソースは容量２６３の一端に
接続され、容量２６３の他端は端子２６４に接続されて
いる。端子２６４は、スイッチＭＯＳＦＥＴ２６５のド
レインに接続され、スイッチＭＯＳＦＥＴ２６５のゲー
トは端子２６６に接続され、この端子２６６に入力され
る信号によりスイッチＭＯＳＦＥＴ２６５がオン・オフ
する。また、スイッチＭＯＳＦＥＴ２６５のソースは端
子２６７に接続され、この端子２６７を介してスイッチ
ＭＯＳＦＥＴ２６５のソースには一定電圧Ｖｒｅｆが供
給される。また、端子２６４はスイッチＭＯＳＦＥＴ２
６５のドレインと接続されると共に信号増幅用ＭＯＳＦ
ＥＴ２６８のゲートに接続され、信号増幅用ＭＯＳＦＥ
Ｔ２６８のドレインは端子２７０に接続され、この端子
２７０を介して例えば電源電圧が供給される。また、信
号増幅用ＭＯＳＦＥＴ２６８のソースは列選択用ＭＯＳ
ＦＥＴ２６９のドレインに接続されている。列選択用Ｍ
ＯＳＦＥＴ２６９のゲートは端子２７１に接続され、水
平走査回路から端子２７１を介して列選択信号が供給さ
れる。更に、列選択用ＭＯＳＦＥＴ２６９のソースは電
流源２７２の一端に接続されると共に端子２７３に接続
され、電流源２７２の一端は接地されている。こうし
て、信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ２６８、列選択用ＭＯＳＦ
ＥＴ２６９及び電流源２７２でソースフォロアが構成さ
れて、端子２６４に対応する信号が端子２７３から水平
信号線に出力される。
【００１１】このように構成された従来例２の読み出し
部２６０の動作について説明する。図８は、読み出し部
２６０のタイミングチャートである。第１の読み出し期
間では、入射光に対応した信号が画素１３０から読み出
され、端子２６２に供給されるサンプル／ホールド信号
がＨＩＧＨになり、ＭＯＳＦＥＴ２６１が導通（オン）
して容量２６３の一方の端子に加えられる。同時に、端
子２６６に供給される信号もＨＩＧＨになりスイッチＭ
ＯＳＦＥＴ２６５が導通（オン）し、容量２６３の他方
の端子２６４の電位は端子２６７に供給される一定電位
Ｖｒｅｆに設定される。この後、端子２６６の信号がＬ
ＯＷレベルになりスイッチＭＯＳＦＥＴ２６５は非導通
状態（オフ）になる。続いて、垂直走査回路から端子１
３６を介してリセット信号を供給する。これにより、画
素１３０内の端子１３７の電位がリセットされて、端子
１３５から供給される電原電圧となる。第２の読み出し
期間では、端子１３８及び端子２６２がＨＩＧＨレベル
になる。これにより、フォトダイオード１３２のリセッ
ト状態に対応した信号を画素１３０から読み出し、ＭＯ
ＳＦＥＴ２６１を介して容量２６３の一方の端子に加え
る。端子２６４はフローティング状態になっているの
で、容量カップリングによって、端子２６４の電位は第
１の読み出し期間に読み出された信号と第２の読み出し
期間に読み出された信号の差だけ変化する。
【００１２】このように、フォトダイオード１３２に入
射光が入射された状態に対応した信号と、フォトダイオ
ード１３２のリセット状態に対応した信号との差をとる
ことで、画素１３０内の信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ１３３
の特性のバラツキによる影響を低減することができる。
この後、図６に示した読み出し部１４１と同様に、信号
増幅用ＭＯＳＦＥＴ２６８、列選択用ＭＯＳＦＥＴ２６
９及び電流源２７２から構成されたソースフォロアによ
り端子２６４の電位に応じた信号を水平信号線２７３に
出力する。
【００１３】また、特公昭５−２３５４９号公報に、光
電変換素子の遮光時における出力信号に相当する信号を
出力する暗信号出力手段と、光電変換素子の出力信号と
暗信号出力手段の出力信号との差をとる演算手段と、を
設けた光電変換装置が開示されている（従来例３）。そ
の目的は、光電変換素子の暗電流による信号成分を除去
して、入射光の強度に比例し、かつＳＮ比が大きい光情
報信号を得ることである。
【００１４】図９は従来例３の第１の実施例に記載され
た光電変換装置を示すブロック図である。電流源２０３
を暗信号出力手段として用いている。電流源２０３は、
例えば定電圧源と可変抵抗とで構成され、光電変換素子
の暗電流に相当する電流値が出力されるように可変抵抗
が調整されている。差動増幅器２０２は、センサ部２０
１からの出力から暗信号出力手段としての電流源２０３
の出力を差し引いた信号を出力する。
【００１５】図１０は従来例３の第２実施例に示された
光電変換装置を示すブロック図である。受光面をＡｌ等
の金属で覆って遮光した第２の光電変換素子２０４を設
け、センサ部２０１の読み出しタイミングに合わせて第
２の光電変換素子２０４の暗電流信号を読み出して保持
回路２０５に格納する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５乃
至図１０に示した夫々従来例１，２及び３では、読み出
し回路の出力信号に含まれる黒レベルに相当するオフセ
ット成分を遮光画素又は第２の光電変換素子を配置し、
この遮光画素又は第２の光電変換素子の信号を有効画素
と同様に読み出してアナログ記憶回路に記憶しておき、
その信号を黒レベルとして有効画素の出力信号から差し
引いているため、夫々遮光画素アレイ及び第２の光電変
換素子を読み出して出力信号を記憶させるための夫々タ
イミング発生回路及びアナログ記憶回路が必要になると
いう問題点がある。
【００１７】また、図９及び図１０に示した従来例３で
は、入射光の強度に対応した信号電流を出力する画素を
使用して、スイッチ・トランジスタのみを使用して読み
出す場合にしか適用できない。即ち、図６及び図７に示
すような画素及び読み出し部を使用する場合には適用す
ることができない。更に、従来例２では、信号増幅用Ｍ
ＯＳＦＥＴ１３３の特性のバラツキによる影響を低減す
ることはできるものの、回路全体に生じる誤差により発
生する黒レベルの信号を調整をすることができない。
【００１８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、黒レベル信号形成用の遮光画素及びタイミ
ング発生回路を設けることなく固体撮像装置の画素信号
に含まれる黒レベルを調整することができる固体撮像装
置用黒レベル発生回路及び固体撮像装置を提供すること
を目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像装
置用黒レベル発生回路は、受光素子とこの受光素子の信
号を増幅するトランジスタとを有する画素がアレイ状に
配置された画素アレイと、この画素アレイの画素信号を
入力してレベル調整する信号レベル調整回路とを有する
固体撮像装置用の黒レベル発生回路において、前記信号
レベル調整回路に接続され、前記信号レベル調整回路に
前記画素信号が入力される期間は定常的に黒レベル信号
が前記信号レベル調整回路に出力されることを特徴とす
る。
【００２０】本発明においては、信号レベル調整回路
に、画素信号は入力される期間には黒レベル信号が常時
入力されるため、黒レベル信号のタイミング発生回路が
必要ないと共に黒レベル信号を保持するためのアナログ
記憶回路が必要なく、黒レベル発生回路から常時出力さ
れる黒レベル信号により画像信号のレベル調整を行うこ
とができる。
【００２１】前記画素の前記受光素子がリセットされた
状態の信号を発生する黒レベル発生回路用画素と、この
黒レベル発生回路用画素に接続され、黒レベル発生回路
用画素の信号を読み出す黒レベル発生回路用読み出し部
と、を有することができる。
【００２２】本発明に係る固体撮像装置は、受光素子と
この受光素子の信号を増幅するトランジスタとを有する
画素がアレイ状に配置された画素アレイと、この画素ア
レイの各列毎に接続され前記画素アレイの行信号が入力
されこの行信号を列選択して画素信号を出力する読み出
し部が列数配列された読み出し回路と、前記画素の受光
素子がリセットされた状態の信号を出力する黒レベル発
生回路用画素及びこの黒レベル発生回路用画素に接続さ
れ黒レベル信号を出力する黒レベル発生回路用読み出し
部を有する黒レベル発生回路と、前記読み出し回路及び
黒レベル発生回路に接続され前記画素信号のレベルを前
記黒レベル信号によりレベル調整する信号レベル調整回
路と、を有し、前記信号レベル調整回路に前記画素信号
が入力される期間は前記黒レベル発生回路から定常的に
黒レベル信号が出力されることを特徴とする。
【００２３】前記画素は、前記受光素子の一端に接続さ
れ前記受光素子をリセットするリセット用トランジスタ
と、このリセット用トランジスタのソース及び前記受光
素子の一端にゲートが共通接続された第１の信号増幅用
トランジスタと、この第１の信号増幅用トランジスタの
ソースにドレインが接続された第１の選択用トランジス
タと、この第１の選択用トランジスタのソースに接続さ
れた第１の端子と、この第１の端子に一端が接続された
第１の電流源と、を有し、前記画素の第１の選択用トラ
ンジスタのゲートには行選択信号が入力され前記第１の
選択用トランジスタがオンしている期間は、前記リセッ
ト用トランジスタ及び前記第１の選択用トランジスタが
オンしたときに前記画素から出力される信号と同一レベ
ルの信号が前記黒レベル発生回路用画素から出力されて
もよい。黒レベル発生回路用画素は、画素アレイに配置
される画素と同一の構成としてもよいが、画素の受光素
子のリセット時に出力される信号と同一の信号を出力で
きればよいため、受光素子が必要ない。
【００２４】また、前記画素は、前記フォトダイオード
と前記リセット用トランジスタのソースとの間に電荷転
送用トランジスタを有してもよい。
【００２５】更に、前記読み出し部は、前記読み出し部
は、前記第１の端子にドレインが接続された第２の選択
用トランジスタと、この第２の選択用トランジスタのソ
ースに一端が接続され他端の電位が固定された容量と、
前記第２の選択用トランジスタのソースにゲートが接続
されドレインの電位が固定された第２の信号増幅用トラ
ンジスタと、この第２の信号増幅用トランジスタのソー
スにドレインが接続された第３の選択用トランジスタ
と、この第３の選択用トランジスタのソースに一端が接
続された第２の電流源と、前記第３の選択用トランジス
タのソース及び前記第２の電流源の一端に共通接続され
る第２の端子と、を有し、前記第３の選択用トランジス
タのゲートには列選択信号が入力され前記第３の選択用
トランジスタがオンしている期間は、前記第２及び第３
の選択用トランジスタがオンしたときに前記読み出し部
から出力される信号と同一レベルの信号が前記黒レベル
発生回路用読み出し部から出力されてもよい。このと
き、前記第１及び第３の選択用トランジスタのゲートに
は、例えば一定の電圧が供給される。黒レベル回路用読
み出し回路は、画素アレイから画素信号を読み出す読み
出し回路と同一の構成としてもよいが、画素信号のよう
に容量に信号を保持する必要がないため、容量及び第２
の選択用トランジスタは必要ない。
【００２６】本発明に係る他の固体撮像装置は、受光素
子とこの受光素子の信号を増幅するトランジスタとを有
する画素がアレイ状に配置された画素アレイと、この画
素アレイの各列毎に接続され前記画素アレイの行信号が
入力されこの行信号を列選択して画素信号を出力する読
み出し部が列数配列された読み出し回路と、前記画素の
受光素子がリセットされた状態の信号である黒レベル信
号を出力する黒レベル発生回路と、前記読み出し回路及
び黒レベル発生回路に接続され前記画素信号のレベルを
前記黒レベル信号によりレベル調整する信号レベル調整
回路と、を有し、前記黒レベル発生回路は、入力端子
と、この入力端子にソースが接続されたスイッチ・トラ
ンジスタと、このスイッチ・トランジスタのドレインに
ゲートが接続されドレインの電位が固定された信号増幅
用トランジスタと、この信号増幅用トランジスタのソー
スにドレインが接続され少なくとも前記読み出し回路に
列選択信号が入力される期間は、オンさせる信号がゲー
トに入力される選択用トランジスタと、この選択用トラ
ンジスタのソースに一端が接続された電流源と、前記選
択用トランジスタのソース及び前記電流源の一端に共通
接続された出力端子と、を有することを特徴とする。
【００２７】スイッチ・トランジスタをオンとすること
により、そのドレインの電位は入力端子に供給される電
位と等しくなり、選択用トランジスタがオンしている期
間においては、選択用トランジスタ、信号増幅用トラン
ジスタ及び電流源から構成されるソースフォロアにより
入力端子に供給される信号に応じて出力端子から黒レベ
ル信号が定常的に出力される。従って、このような構成
をとることにより、黒レベル発生回路内にフォトダイオ
ード等の受光素子がなくてもよくなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明
の実施例に係る固体撮像素子用黒レベル発生回路を使用
した２次元撮像装置を示すブロック図である。本発明
は、常にリセット状態にした画素（ピクセル）とこの画
素の信号を読み出す読み出し部とから黒レベル発生回路
を構成し、アナログ記憶回路を使用せず、定常的に黒レ
ベルの信号を出力するものである。
【００２９】本実施例の固体撮像装置においては、複数
の画素がマトリクス状に配置された有効画素アレイ１１
を有し、行方向に配置された画素が夫々垂直走査回路１
３に接続され、行選択される。有効画素アレイは、読み
出し回路１５に接続され、垂直走査回路１３によって選
択された行の信号は列毎の読み出し回路が列数配置され
て構成される読み出し回路１５に出力される。読み出し
回路１５には水平走査回路１４及び信号レベル調整回路
１７が接続され、水平走査回路から入力される列選択信
号によって特定の画素の信号が読み出し回路１５から信
号レベル調整回路に出力される。更に、信号レベル調整
回路１７には黒レベル発生回路２１が接続され、有効画
素アレイ１１の特定の画素の信号から黒レベル発生回路
２１から入力される黒レベル信号を差し引いた信号が出
力される。本実施例の有効画素アレイ１１の周囲には、
図５に示す従来の固体撮像装置と異なり、遮光画素アレ
イが配置されない。そして、図５に示す従来の固体撮像
装置に設けられていたアナログ記憶回路１１６の代わり
に黒レベル発生回路２１が設けられている。
【００３０】本実施例の有効画素アレイ１１にマトリク
ス状に配置される画素及び読み出し回路１５に列分配置
される読み出し回路は図６に示す従来の固体撮像素子と
同一である。図２は、これらの画素及び読み出し部に対
応する黒レベル発生回路を示す回路図である。黒レベル
発生回路の回路構成は図６に示す一画素分の画素及び各
列毎に設けられている列単位の読み出し部と同一であ
り、対応するＭＯＳＦＥＴ及び容量等のサイズは同一で
ある。
【００３１】図２に示すように、画素３０は、読み出し
部４１に接続され、画素３０と読み出し部４１とから黒
レベル発生回路が構成されている。画素３０のフォトダ
イオード３２は、一端が接地され、他端が端子３７に接
続されている。端子３７は信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ３３
のゲート及びリセット用ＭＯＳＦＥＴ３１のソースに接
続されている。ＭＯＳＦＥＴ３１のゲートは端子３６に
接続されている。そして、端子３６を介して常時供給さ
れるリセット信号によって、ＭＯＳＦＥＴ３１が常時オ
ン状態となり、端子３７の電位が常時リセットされてい
る。ＭＯＳＦＥＴ３１のドレインは、例えば電源電圧が
供給される端子３５に接続されると共に信号増幅用ＭＯ
ＳＦＥＴ３３のドレインに接続される。信号増幅用ＭＯ
ＳＦＥＴ３３のソースはＭＯＳＦＥＴ３４のドレインに
接続される。ＭＯＳＦＥＴ３４のゲートは端子３８に接
続され、ＨＩＧＨレベルの信号が端子３８を介してＭＯ
ＳＦＥＴ３４のゲートに供給され、これにより、ＭＯＳ
ＦＥＴ３４が常時オンしている。ＭＯＳＦＥＴ３１及び
３３のドレインには端子３５から例えば電源電圧が供給
される。ＭＯＳＦＥＴ３４は、図６の行選択用ＭＯＳＦ
ＥＴ１３４に対応する。そして、信号増幅用ＭＯＳＦＥ
Ｔ３３、ＭＯＳＦＥＴ３４、及び電流源４０からソース
フォロアが構成され、端子３７の電位に応じた信号を垂
直信号線の端子３９に出力する。
【００３２】垂直信号線の端子３９はサンプル／ホール
ド用ＭＯＳＦＥＴ４２のドレインに接続され、このサン
プル／ホールド用ＭＯＳＦＥＴ４２のゲートは端子４６
に接続されている。端子４６には常時ＨＩＧＨレベルの
信号が供給され、サンプル／ホールド用ＭＯＳＦＥＴ４
２が常時オンとなっている。サンプル／ホールド用ＭＯ
ＳＦＥＴ４２のソースは端子４７に接続され、端子４７
は、容量４５の一端と信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ４３のゲ
ートとに接続されている。信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ４３
のドレインは接地され、ソースはＭＯＳＦＥＴ４４のド
レインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ４４のゲート
は、端子４８を介して常時ＬＯＷレベルの信号が入力さ
れ、常時オン状態になっている。このＭＯＳＦＥＴ４４
は、図６の列選択用ＭＯＳＦＥＴ１４４に対応する。Ｍ
ＯＳＦＥＴ４４のソースは、電流源５０の一端に接続さ
れると共に端子４９に接続され、信号増幅用ＭＯＳＦＥ
Ｔ４３、ＭＯＳＦＥＴ４４及び電流源５０からソースフ
ォロアが構成されている。また、電流源５０の他端は例
えば電源電圧が供給される端子５１に接続されている。
【００３３】画素３０から読み出された信号は、垂直信
号線の端子３９に出力された後、端子４６から供給され
るＨＩＧＨレベルの信号によってサンプル／ホールド用
ＭＯＳＦＥＴ４２がオンしているため、端子４７に出力
され、信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ４３、ＭＯＳＦＥＴ４４
及び電流源５０から構成されるソースフォロアにより、
端子４７の電位に応じた信号が端子４９に出力される。
電流源５０の一端５１には例えば電源電圧が供給され、
電流源４０の一端及びＭＯＳＦＥＴ４３のドレインは接
地されている。
【００３４】次に、本実施例の黒レベル発生回路の動作
について説明する。端子３６には常にハイレベルの信号
を供給し、リセット用ＭＯＳＦＥＴ３１を導通状態にし
て、端子３７を常にリセット状態にする。端子３８には
常にハイレベルの信号を供給し、信号増幅用ＭＯＳＦＥ
Ｔ３３、選択用ＭＯＳＦＥＴ３４及び電流源４０から構
成されるソースフォロアにより、端子３７の電位に応じ
た信号を常に端子３９に出力する。端子４６には常にハ
イレベルの信号を供給し、サンプル／ホールド用ＭＯＳ
ＦＥＴ４２を常時導通状態にして、端子３９に出力され
た信号を常に端子４７に出力する。端子４８には常にロ
ウレベルの信号を供給し、信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ４
３、選択用ＭＯＳＦＥＴ４４及び電流源５０から構成さ
れるソースフォロアから、端子４７の電位に応じた信号
を常に端子４９に出力する。このようにして、画素３０
のリセット状態に対応した信号、即ち、黒レベルの信号
が定常的に端子４９から出力される。
【００３５】なお、黒レベルの信号が必要でない時は、
端子３８にロウレベルの信号を、端子４８にハイレベル
の信号を供給することにより、黒レベルの出力を停止し
て消費電力を削減することができる。また、本実施例に
おいは、黒レベル信号が出力される期間において、フォ
トダイオード３２の一端が接続されている端子３７の電
位は常にリセットされており、また、サンプル／ホール
ド用ＭＯＳＦＥＴ４２のゲートに接続する端子４６は常
にＨＩＧＨレベルになって常に導通状態としており、ま
た、垂直信号線の端子３９には常に信号が供給されて容
量４５に信号を保持する必要がないため、これらのフォ
トダイオード３７、サンプル／ホールド用ＭＯＳＦＥＴ
４２及び容量４５はなくてもよい。
【００３６】本実施例によれば、読み出し回路の出力信
号に含まれる黒レベルに相当するオフセット成分を黒レ
ベル発生回路から、画素がリセットされた状態の信号に
対応する黒レベル信号を出力して、画素信号のレベルを
黒レベル信号により調整するが、この黒レベル信号は、
黒レベル発生回路の端子３６及び端子４６に常にＨＩＧ
Ｈレベルの信号を供給し、端子４８に常にＬＯＷレベル
の信号を入力することにより、常時黒レベル信号が出力
されるため、黒レベルを発生させるタイミング信号及び
黒レベル信号を保持するアナログ記憶回路等が不要とな
る。また、常にＨＩＧＨレベル及びＬＯＷレベルの信号
は夫々電源電位及び接地電位で代用することができる。
【００３７】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。第１の実施例においては、固体撮像装置の画素ア
レイを構成する画素及び黒レベル発生回路用画素は、３
つのＭＯＳＦＥＴと１つのフォトダイオードとで構成さ
れた画素としたが、本発明は他の構造の画素に対しても
同様に適用することできる。図３は、第２の実施例の画
素を示す回路図である。なお、図３に示す第２の実施例
において、図２に示す第１の実施例と同一の構成要素に
は同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３８】本実施例においては、図３に示すように、
フォトダイオード３２と信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ３３の
ゲート端子との間に電荷転送用ＭＯＳＦＥＴ８２が追加
され、フォトダイオード３２の一端及び信号増幅用ＭＯ
ＳＦＥＴ３３のゲートに夫々電荷転送用ＭＯＳＦＥＴの
ソース及びドレインが接続されている。また、電荷転送
用ＭＯＳＦＥＴ８２のゲートは端子８３に接続され、端
子８３からは、常時ＨＩＧＨレベルの信号が供給され
る。このように構成された画素に対しても、図２及び図
６に示す画素部分だけを変更し、図６と同様な固体撮像
装置の読み出し回路を有する固体撮像装置に対して、図
２と同様な黒レベル発生回路用読み出し回路を使用して
固体撮像装置用黒レベル発生回路を構成することができ
る。
【００３９】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。本実施例は図７に示した画素１３０及び読み出し
部２６０に対応する黒レベル発生回路である。本実施例
の黒レベル発生回路の回路構成は、図７に示した列単位
の読み出し部２６０のＭＯＳＦＥＴ２６１、容量２６３
及び端子２６２を除いた部分と同一であり、対応するＭ
ＯＳＦＥＴ及び容量等のサイズは同一である。
【００４０】図４に示すように、端子６４は、スイッチ
ＭＯＳＦＥＴ６５のドレイン及び信号増幅用ＭＯＳＦＥ
Ｔ６８のゲートに接続されている。スイッチＭＯＳＦＥ
Ｔ６５のゲートは端子６６に接続されている。また、ス
イッチＭＯＳＦＥＴ６５のソースは端子６７に接続さ
れ、この端子６７を介してスイッチＭＯＳＦＥＴ６５の
ソースには常時一定電圧Ｖｒｅｆが供給される。また、
ＭＯＳＦＥＴ６８のドレインは端子７０に接続され、こ
の端子７０を介して例えば電源電圧が供給される。また
ＭＯＳＦＥＴ６８のソースはＭＯＳＦＥＴ６９のドレイ
ンに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ６９のゲートは端子
７１に接続され、水平走査回路から端子７１を介してＨ
ＩＧＨレベルの信号が供給される。更に、ＭＯＳＦＥＴ
６９のソースは電流源７２の一端に接続されると共に端
子７３に接続され、端子７３から水平信号線に端子６４
に対応した黒レベルが出力される。また電流源７２の一
端は接地されている。
【００４１】黒レベル発生回路用画素に対応する画素１
３２の端子１３７は、常時リセット状態にあるので、第
１の読み出し期間に読み出される信号と第２の読み出し
期間に読み出される信号とは同一であり、黒レベル発生
回路用読み出し回路の端子６４の電位は、常に端子６７
から供給される一定電位Ｖｒｅｆになる。そのため、本
実施例の黒レベル発生回路には画素及びカップリング容
量等が不要となる。
【００４２】端子６６には常にハイレベルの信号を供給
し、スイッチＭＯＳＦＥＴ６５を導通状態にして、端子
６４の電位を常に端子６７に供給される一定電位Ｖｒｅ
ｆに設定する。端子７１には常にハイレベルの信号を供
給し、信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ６８、選択用ＭＯＳＦＥ
Ｔ６９及び電流源７２から構成されるソースフォロアに
より、端子６４の電位に応じた信号を端子７３に出力す
る。ＭＯＳＦＥＴ６８のドレイン７０には例えば電源電
圧が供給され、電流源７２の一端は接地される。
【００４３】本実施例においては、画素のリセット状態
に対応した信号、即ち黒レベルの信号を発生するため
に、端子６７に一定電圧が供給されているため、黒レベ
ル発生用画素を必要とせず、画素の受光素子がリセット
された状態の信号を定常的に出力することができる。ま
た、スイッチＭＯＳＦＥＴ６５は常時オン状態にして端
子６４には常に一定電圧Ｖｒｅｆが供給されているた
め、黒レベル発生用画素が不要であると共に、図７に示
すサンプル／ホールド用ＭＯＳＦＥＴ２６１、容量２６
３、スイッチＭＯＳＦＥＴ２６５、及びスイッチＭＯＳ
ＦＥＴ２６５に一定電圧を供給するためのタイミング信
号等が必要なくなる。従って、本実施例では、スイッチ
ＭＯＳＦＥＴ６５を設けているが、端子６７を直接端子
６４に接続して一定電圧Ｖｒｅｆを供給してもよい。ま
た、黒レベルの信号が必要でない時は、端子７１にロウ
レベルの信号を供給すると、黒レベルの出力が停止さ
れ、消費電力を削減することができる。
【００４４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
黒レベル発生回路からは、固体撮像装置の画素の受光素
子がリセットされた状態である場合に相当する黒レベル
が常時出力されるため、黒レベルの信号を作るためのタ
イミング発生回路が不要であり、黒レベル発生回路に供
給するＨＩＧＨレベル及びＬＯＷレベルの信号は、夫々
電源電位及び接地電位等で代用することができる。これ
により、黒レベル信号を記憶させるためのアナログ記憶
回路が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の固体撮像装置を示す回
路図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る固体撮像装置用黒
レベル発生回路を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施例の黒レベル発生回路の画
素を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施例の黒レベル発生回路の読
み出し部を示す回路図である。
【図５】従来の固体撮像装置を示す回路図である。
【図６】従来例１に記載の画素及び読み出し部を示す回
路図である。
【図７】従来例２に記載の画素及び読み出し部を示す回
路図である。
【図８】図７に示す画素及び読み出し部の動作を示すタ
イミングチャートである。
【図９】従来例３の第１の実施例の光電変換装置を示す
回路図である。
【図１０】従来例３の第２の実施例の光電変換装置を示
す回路図である。
【符号の説明】
１１；有効画素アレイ １３；垂直走査回路 １５；読み出し回路 １４；水平走査回路 １７；信号レベル調整回路 ２１；黒レベル発生回路 ３０、８０、１３０；画素 ３１、１３１；リセット用ＭＯＳＦＥＴ ３２、１３２；フォトダイオード ３３、４３、６８、１４３、１３３、１４３、２６８；
信号増幅用ＭＯＳＦＥＴ ３４、４４、６９；選択用ＭＯＳＦＥＴ ３５〜３９、４６〜４９、５１、６４、６６、６７、７
０、７１、７３、８１、８３、１３５〜１３９、１４６
〜１４９、１５１、２６２、２６４、２６６、２６７、
２７０、２７１、２７３；端子 ４０、５０、７２、１４０、１５０、２７２；電流源 ４１、１４１、２６０；読み出し部 ４２、１４２、２６１；サンプル／ホールド用ＭＯＳＦ
ＥＴ ４５、１４５、２６３；容量 ６５、１４２；スイッチＭＯＳＦＥＴ ８２；電荷転送用ＭＯＳＦＥＴ １１６；アナログ記憶回路 １３４；行選択用ＭＯＳＦＥＴ １４４、２６９；列選択用ＭＯＳＦＥＴ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA04 AA10 AB01 BA02 BA06 CA02 FA06 FA34 5C024 AX01 CX03 CX31 CY42 CY46 GX02 GX03 GY31 GY38 GY41 HX35 HX46

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 受光素子とこの受光素子の信号を増幅す
    るトランジスタとを有する画素がアレイ状に配置された
    画素アレイと、この画素アレイの画素信号を入力してレ
    ベル調整する信号レベル調整回路とを有する固体撮像装
    置用の黒レベル発生回路において、前記信号レベル調整
    回路に接続され、前記信号レベル調整回路に前記画素信
    号が入力される期間は定常的に黒レベル信号が前記信号
    レベル調整回路に出力されることを特徴とする固体撮像
    装置用黒レベル発生回路。
  2. 【請求項２】 前記画素の前記受光素子がリセットされ
    た状態の信号を発生する黒レベル発生回路用画素と、こ
    の黒レベル発生回路用画素に接続され、黒レベル発生回
    路用画素の信号を読み出す黒レベル発生回路用読み出し
    部と、を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮
    像装置用黒レベル発生回路。
  3. 【請求項３】 受光素子とこの受光素子の信号を増幅す
    るトランジスタとを有する画素がアレイ状に配置された
    画素アレイと、この画素アレイの各列毎に接続され前記
    画素アレイの行信号が入力されこの行信号を列選択して
    画素信号を出力する読み出し部が列数配列された読み出
    し回路と、前記画素の受光素子がリセットされた状態の
    信号を出力する黒レベル発生回路用画素及びこの黒レベ
    ル発生回路用画素に接続され黒レベル信号を出力する黒
    レベル発生回路用読み出し部を有する黒レベル発生回路
    と、前記読み出し回路及び黒レベル発生回路に接続され
    前記画素信号のレベルを前記黒レベル信号によりレベル
    調整する信号レベル調整回路と、を有し、前記信号レベ
    ル調整回路に前記画素信号が入力される期間は前記黒レ
    ベル発生回路から定常的に黒レベル信号が出力されるこ
    とを特徴とする固体撮像装置。
  4. 【請求項４】 前記画素は、前記受光素子の一端に接続
    され前記受光素子をリセットするリセット用トランジス
    タと、このリセット用トランジスタのソース及び前記受
    光素子の一端にゲートが共通接続された第１の信号増幅
    用トランジスタと、この第１の信号増幅用トランジスタ
    のソースにドレインが接続された第１の選択用トランジ
    スタと、この第１の選択用トランジスタのソースに接続
    された第１の端子と、この第１の端子に一端が接続され
    た第１の電流源と、を有し、前記画素の第１の選択用ト
    ランジスタのゲートには行選択信号が入力され前記第１
    の選択用トランジスタがオンしている期間は、前記リセ
    ット用トランジスタ及び前記第１の選択用トランジスタ
    がオンしたときに前記画素から出力される信号と同一レ
    ベルの信号が前記黒レベル発生回路用画素から出力され
    ることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 【請求項５】 前記画素は、前記フォトダイオードと前
    記リセット用トランジスタのソースとの間に電荷転送用
    トランジスタを有することを特徴とする請求項４に記載
    の固体撮像装置。
  6. 【請求項６】 前記読み出し部は、前記第１の端子にド
    レインが接続された第２の選択用トランジスタと、この
    第２の選択用トランジスタのソースに一端が接続され他
    端の電位が固定された容量と、前記第２の選択用トラン
    ジスタのソースにゲートが接続されドレインの電位が固
    定された第２の信号増幅用トランジスタと、この第２の
    信号増幅用トランジスタのソースにドレインが接続され
    た第３の選択用トランジスタと、この第３の選択用トラ
    ンジスタのソースに一端が接続された第２の電流源と、
    前記第３の選択用トランジスタのソース及び前記第２の
    電流源の一端に共通接続される第２の端子と、を有し、
    前記第３の選択用トランジスタのゲートには列選択信号
    が入力され前記第３の選択用トランジスタがオンしてい
    る期間は、前記第２及び第３の選択用トランジスタがオ
    ンしたときに前記読み出し部から出力される信号と同一
    レベルの信号が前記黒レベル発生回路用読み出し部から
    出力されることを特徴とする請求項４又は５に記載の固
    体撮像装置。
  7. 【請求項７】 前記第１及び第３の選択用トランジスタ
    のゲートには、一定の電圧が供給されることを特徴とす
    る請求項６に記載の固体撮像装置。
  8. 【請求項８】 受光素子とこの受光素子の信号を増幅す
    るトランジスタとを有する画素がアレイ状に配置された
    画素アレイと、この画素アレイの各列毎に接続され前記
    画素アレイの行信号が入力されこの行信号を列選択して
    画素信号を出力する読み出し部が列数配列された読み出
    し回路と、前記画素の受光素子がリセットされた状態の
    信号である黒レベル信号を出力する黒レベル発生回路
    と、前記読み出し回路及び黒レベル発生回路に接続され
    前記画素信号のレベルを前記黒レベル信号によりレベル
    調整する信号レベル調整回路と、を有し、前記黒レベル
    発生回路は、入力端子と、この入力端子にソースが接続
    されたスイッチ・トランジスタと、このスイッチ・トラ
    ンジスタのドレインにゲートが接続されドレインの電位
    が固定された信号増幅用トランジスタと、この信号増幅
    用トランジスタのソースにドレインが接続され少なくと
    も前記読み出し回路に列選択信号が入力される期間は、
    オンさせる信号がゲートに入力される選択用トランジス
    タと、この選択用トランジスタのソースに一端が接続さ
    れた電流源と、前記選択用トランジスタのソース及び前
    記電流源の一端に共通接続された出力端子と、を有する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
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