JP2003289477A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JP2003289477A JP2002090869A JP2002090869A JP2003289477A JP 2003289477 A JP2003289477 A JP 2003289477A JP 2002090869 A JP2002090869 A JP 2002090869A JP 2002090869 A JP2002090869 A JP 2002090869A JP 2003289477 A JP2003289477 A JP 2003289477A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、各列毎にノイズが除去された映像信
号が出力されるとともに高速で駆動することのできる固
体撮像装置を提供することを目的とする。 【解決手段】スイッチSHS,RSMをONとして映像
信号をキャパシタCsの負の電極に保持し、スイッチS
HNをONとしてノイズ信号をキャパシタCnの正の電
極に保持する。そして、スイッチRSPをONとした後
にスイッチMIXをONとして、保持した映像信号とノ
イズ信号を結合して、ノイズ除去した映像信号を電圧信
号として、キャパシタCsとスイッチMIXとの接続ノ
ードに生成する。そして、スイッチSxをONとして、
ノイズ除去した映像信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各画素の感度のバ
ラツキ補正を行う固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】フォトダイオードなどの感光素子を有し
た固体撮像装置は、その出力信号線を介して、撮像動作
を行った際の映像信号と、各画素の感度のバラツキを表
すノイズ信号とを、それぞれ各画素毎に出力するととも
に、映像信号からノイズ信号を差し引くことによって、
各画素の感度のバラツキを補正することができる。従来
の固体撮像装置においては、映像信号及びノイズ信号は
それぞれ異なるバッファを介して差動増幅回路の非反転
入力端子及び反転入力端子に入力されることで、感度の
バラツキが補正された映像信号が差動増幅回路より出力
される。
【0003】しかしながら、このように映像信号とノイ
ズ信号が異なるバッファに入力されるため、この2つの
バッファ内に構成される各素子の特性のバラツキを反映
して、列毎に各画素から出力される映像信号の補正され
る度合いにバラツキが生じる。即ち、増幅度の異なる複
数のバッファから送出されるノイズ信号でそれぞれの映
像信号を補正したとき、その補正の度合いにバラツキが
生じ、差動増幅回路より出力される映像信号が画像とし
て再生されたとき、このような補正度合いのバラツキが
起因して、縦すじとなって現れる。
【0004】このような縦すじなどの固定パターンノイ
ズを防ぐために、本出願人は、特開2001−2239
48号公報における固体撮像装置を提案した。当該公報
の固体撮像装置によると、各行に、図11のような構成
の選択回路100が設けられる。この選択回路100
は、画素Gから出力信号線101に出力される電流信号
が定電流源102によって電圧信号に変換されて入力さ
れる。このとき、映像信号が入力されるときは、スイッ
チSWaがONとされてキャパシタCaにサンプルホー
ルドされ、又、ノイズ信号が入力されるときは、スイッ
チSWbがONとされてキャパシタCbにサンプルホー
ルドされる。
【0005】更に、図11のように、各行に設けられた
選択回路100からの出力が1本の信号伝送路を介し
て、固体撮像装置1つに対して1つだけ備えられた補正
回路103に入力される。このとき、選択回路100に
おいて、スイッチSWrがONとされてバッファBaの
入力側がリセットされた後に、スイッチSW1aがON
とされてキャパシタCaにサンプルホールドされた映像
信号がバッファBaより出力される。このとき、補正回
路103において、スイッチSW2aがONとされてキ
ャパシタCcに映像信号がサンプルホールドされる。
【0006】又、選択回路100において、スイッチS
WrがONとされてバッファBaの入力側がリセットさ
れた後に、スイッチSW1bがONとされてキャパシタ
Cbにサンプルホールドされたノイズ信号がバッファB
aより出力される。このとき、補正回路103におい
て、スイッチSW2bがONとされてキャパシタCdに
ノイズ信号がサンプルホールドされる。
【0007】このようにして補正回路103に映像信号
及びノイズ信号がサンプルホールドされると、映像信号
及びノイズ信号がそれぞれバッファBb,Bcを介し
て、差動増幅回路104の非反転入力端子及び反転入力
端子に与えられることによって、差動増幅回路104よ
りノイズ成分が除去された映像信号が出力される。よっ
て、映像信号及びノイズ信号は、それぞれ列毎に配され
た同一のバッファBaを介して補正回路103に与えら
れるため、補正回路103から出力される映像信号は、
このバッファBaの特性によるバラツキが相殺された信
号となり、固定パターンノイズを低減させることができ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】特開2001−223
948号公報の固体撮像装置によると、補正回路103
に対して映像信号とノイズ信号とが異なるタイミングで
出力されるため、ノイズ成分の除去を行うことなく映像
信号のみを出力する固体撮像装置と同じ速度で信号の出
力を行うには、補正回路103に映像信号とノイズ信号
を出力する選択回路100の動作速度は、映像信号の読
み出し速度の2倍の速度が必要であった。
【0009】しかしながら、映像信号の読み出し速度に
は限界があり、読み出し速度を速くすると、十分な露光
時間が得られずに、その出力が不十分となる。よって、
映像信号の読み出し速度に応じて選択回路100の動作
速度が遅くなってしまうため、結果的に固体撮像装置全
体の駆動動作に時間がかかり、高速での動作に対応でき
ない。
【0010】このような問題を鑑みて、本発明は、各列
毎にノイズが除去された映像信号が出力されるとともに
高速で駆動することのできる固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の固体撮像装置は、入射光量に応じ
た映像信号及び感度バラツキを表すノイズ信号を発生す
る画素を複数備えた固体撮像装置において、前記画素か
ら出力される映像信号及びノイズ信号を互いに逆の極性
で保持し、逆の極性で保持した前記映像信号と前記ノイ
ズ信号とを結合することによって、ノイズ除去された映
像信号を生成して出力する出力回路を有することを特徴
とする。
【0012】このような固体撮像装置において、請求項
2に記載するように、前記出力回路が、前記画素から映
像信号又はノイズ信号が出力される信号線に一端が接続
された第1スイッチ及び第2スイッチと、前記第1スイ
ッチの他端に一端が接続されるとともに、映像信号をサ
ンプルホールドする第1キャパシタと、前記第2スイッ
チの他端に一端が接続され、他端に基準電圧が印加され
るとともに、ノイズ信号をサンプルホールドする第2キ
ャパシタと、前記第1キャパシタの他端に一端が接続さ
れるとともに、前記第2スイッチと前記第2キャパシタ
との接続ノードに他端が接続された第3スイッチと、前
記第1キャパシタと前記第1スイッチとの接続ノードに
一端が接続されるとともに、他端に前記基準電圧が印加
された第4スイッチと、前記第1キャパシタと前記第3
スイッチとの接続ノードに一端が接続されるとともに、
他端に前記基準電圧が印加された第5スイッチと、前記
第1キャパシタと前記第3スイッチとの接続ノードに一
端が接続されるとともに、ONとなることで前記ノイズ
除去された映像信号を出力する第6スイッチと、を有す
るものとしても構わない。
【0013】このとき、前記第1及び第5スイッチのみ
をONとして前記映像信号を前記第1キャパシタでサン
プルホールドし、前記第2スイッチのみをONとして前
記ノイズ信号を前記第2キャパシタでサンプルホールド
し、前記第3及び第4スイッチのみをONとして前記ノ
イズ除去した映像信号を生成した後に、更に前記第6ス
イッチをONとして前記ノイズ除去した映像信号を出力
する。
【0014】又、請求項3に記載するように、前記出力
回路が、前記画素から映像信号又はノイズ信号が出力さ
れる信号線に一端が接続された第1スイッチ及び第2ス
イッチと、前記第1スイッチの他端に一端が接続される
とともに、映像信号をサンプルホールドする第1キャパ
シタと、前記第2スイッチの他端に一端が接続され、他
端に基準電圧が印加されるとともに、ノイズ信号をサン
プルホールドする第2キャパシタと、前記第1キャパシ
タの他端に一端が接続されるとともに、前記第2スイッ
チと前記第2キャパシタとの接続ノードに他端が接続さ
れた第3スイッチと、前記第1キャパシタと前記第1ス
イッチとの接続ノードに一端が接続されるとともに、他
端に前記基準電圧が印加された第4スイッチと、前記第
1キャパシタと前記第3スイッチとの接続ノードに一端
が接続されるとともに、他端に前記基準電圧が印加され
た第5スイッチと、前記第1キャパシタと前記第3スイ
ッチとの接続ノードに入力側が接続されるとともに、O
Nとなることで前記ノイズ除去された映像信号を出力す
るバッファと、を有するようにしても構わない。
【0015】このとき、前記第1及び第5スイッチのみ
をONとして前記映像信号を前記第1キャパシタでサン
プルホールドし、前記第2スイッチのみをONとして前
記ノイズ信号を前記第2キャパシタでサンプルホールド
し、前記第3及び第4スイッチのみをONとして前記ノ
イズ除去した映像信号を生成した後に、更に前記バッフ
ァをONとして前記ノイズ除去した映像信号を出力す
る。
【0016】更に、このとき、請求項4に記載するよう
に、前記第1キャパシタと前記第3スイッチとの接続ノ
ードに一端が接続されるとともに、前記バッファの入力
側に他端が接続された第6スイッチを有するようにして
も構わない。よって、このとき、前記第3及び第4スイ
ッチのみをONとして前記ノイズ除去した映像信号を生
成した後に、更に前記第6スイッチをONとして前記バ
ッファに前記ノイズ除去した映像信号を入力し、最終的
に前記バッファをONとして前記ノイズ除去した映像信
号を出力する。又、前記バッファの入力側をリセットす
るために、一端が前記バッファの入力側に接続されると
ともに他端に前記基準電圧が印加された第7スイッチを
有するようにしても構わない。
【0017】このような固体撮像装置において、前記画
素がマトリクス状に配置されるとき、前記出力回路が列
毎に配置され、1行毎に前記画素から前記映像信号及び
前記ノイズ信号が前記出力回路に出力された後、前記出
力回路毎に、ノイズ除去された映像信号が生成されて出
力される。又、映像信号のノイズ除去が、水平ブランク
期間に行われる。
【0018】請求項5に記載の固体撮像装置は、請求項
1〜請求項4のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、入射光量に関係なく同一の映像信号及びノイズ信号
が出力される補正画素と、該補正画素から出力される前
記映像信号及び前記ノイズ信号に基づいて前記出力回路
により生成されて出力される補正用映像信号を格納する
ラインメモリと、該ラインメモリに格納された前記補正
用映像信号に基づいて、前記出力回路より出力される前
記画素の前記ノイズ除去された映像信号に含まれるオフ
セットを除去する補正回路と、を有することを特徴とす
る。
【0019】このような固体撮像装置において、前記補
正用画素が、前記画素の一部となる出力側の構成によっ
て構成されるものとしても構わない。又、該補正用画素
から出力される映像信号及びノイズ信号は、同一の電圧
信号である。
【0020】
【発明の実施の形態】<第1の実施形態>本発明の第1
の実施形態について、以下に、図面を参照して説明す
る。
【0021】1.固体撮像装置の構成 まず、本実施形態の固体撮像装置について、図1を参照
して説明する。図1は、本実施形態の固体撮像装置の構
成を示すブロック図である。
【0022】図1の固体撮像装置は、画素G11〜Gmn
と、画素G11〜Gmnの各列毎にその出力側に接続された
信号線1−1〜1−mと、信号線1−1〜1−mのそれ
ぞれに接続された定電流源2−1〜2−mと、信号線1
−1〜1−mのそれぞれを介して与えられる画素G11〜
Gmnから与えられる映像信号とノイズ信号をサンプルホ
ールドするとともにノイズ除去を行う出力回路3−1〜
3−mと、出力回路3−1〜3−mから送出される映像
信号を外部に出力する出力信号線4とを有する。尚、定
電流源2−1〜2−mの一端に直流電圧VPSが印加され
る。
【0023】このような固体撮像装置において、画素G
ab(a:1≦a≦mの自然数、b:1≦b≦nの自然
数)からの出力となる映像信号及びノイズ信号が、それ
ぞれ、信号線1−aを介して出力されるとともに、この
信号線1−aに接続された定電流源2−aによって増幅
される。そして、画素Gabから出力された映像信号及び
ノイズ信号が順番に出力回路3−aに送出されるととも
に、この出力回路3−aにおいて、送出された映像信号
及びノイズ信号がサンプルホールドされる。その後、出
力回路3−aにおいて、映像信号がノイズ信号に基づい
て補正処理されて、出力信号線4を介して、ノイズ除去
された映像信号が外部に出力される。
【0024】2.画素の構成例 図1の固体撮像装置内に設けられる画素G11〜Gmnの構
成の1例を、以下に図2を参照して説明する。図2の画
素において、カソードに直流電圧VPDが印加されたフォ
トダイオードPDのアノードにMOSトランジスタT1
のドレインが接続され、MOSトランジスタT1のソー
スにMOSトランジスタT2のゲート及びドレインとM
OSトランジスタT3のゲートが接続される。
【0025】又、MOSトランジスタT3のソースにM
OSトランジスタT4のゲート及びMOSトランジスタ
T5のドレインが接続され、MOSトランジスタT4の
ソースにMOSトランジスタT6のドレインが接続され
る。そして、MOSトランジスタT6のドレインが信号
線1(図1の信号線1−1〜1−mに相当する)に接続
される。尚、MOSトランジスタT1〜T6は、Pチャ
ネルのMOSトランジスタである。
【0026】MOSトランジスタT2のソースには信号
φVPSが入力され、MOSトランジスタT3,T4のド
レインに直流電圧VPDが印加される。又、MOSトラン
ジスタT3のソースには、その一端に直流電圧VPSが印
加されたキャパシタCの他端が接続される。又、MOS
トランジスタT5のソースには直流電圧VRGが入力さ
れ、そのゲートに信号φRSが入力される。更に、MO
SトランジスタT1,T6のゲートにはそれぞれ、信号
φS,φVが入力される。
【0027】このように構成された画素において、MO
SトランジスタT6及び信号線1を介して、一端に直流
電圧VPSが印加された定電流源2(図1の定電流源2−
1〜2−mに相当する)が、MOSトランジスタT4の
ソースに接続される。よって、MOSトランジスタT6
がONのとき、MOSトランジスタT4はソースフォロ
ワのMOSトランジスタとして動作し、定電流源2によ
って増幅された信号を信号線1に出力する。
【0028】このような構成の画素による撮像動作及び
感度バラツキ検出動作について、以下に説明する。尚、
信号φVPSは2値の電圧信号で、MOSトランジスタT
2をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧を
ローとし、この電圧よりも高くMOSトランジスタT2
にローの信号φVPSを与えた時よりも大きい電流が流れ
うるようにする電圧をハイとする。
【0029】(1)撮像動作(映像信号出力時) まず、図2のような画素が撮像を行うときの動作を説明
する。尚、信号φSは撮像動作の間、常にローであり、
MOSトランジスタT1がONの状態である。又、信号
φRSをハイとして、MOSトランジスタT5をOFF
とする。そして、MOSトランジスタT2がサブスレッ
ショルド領域で動作するように、MOSトランジスタT
2のソースに与える信号φVPSをローとする。このと
き、フォトダイオードPDに光が入射されると、光電流
が発生し、MOSトランジスタのサブスレッショルド特
性により、MOSトランジスタT2,T3のゲートに光
電流を自然対数的に変換した値の電圧が発生する。
【0030】この入射光量に対して自然対数的に比例し
た電圧がMOSトランジスタT3で電流増幅されたドレ
イン電流がキャパシタCから流れて、キャパシタCが放
電される。よって、MOSトランジスタT4のゲート電
圧が、入射光量の積分値に対して自然対数的に比例した
電圧となる。そして、MOSトランジスタT6にパルス
信号φVを与えることによって、MOSトランジスタT
4は、そのゲート電圧に応じてソース電流が、MOSト
ランジスタT6を介して信号線1から流れる。
【0031】このとき、MOSトランジスタT4がソー
スフォロワ型のMOSトランジスタとして動作するた
め、信号線1には映像信号が電圧信号として現れる。そ
の後、信号φVをハイにしてMOSトランジスタT6を
OFFにする。このように、MOSトランジスタT4,
T6を介して出力される映像信号は、MOSトランジス
タT4のゲート電圧に比例した値となるため、フォトダ
イオードPDへの入射光量の積分値が自然対数的に変換
された信号となる。
【0032】(2)感度バラツキ検出動作(ノイズ信号
出力時) 次に、画素の感度バラツキを検出するときの動作につい
て、図3のタイミングチャートを参照して説明する。ま
ず、パルス信号φVが与えられて映像信号が出力された
後、信号φSをハイにしてMOSトランジスタT1をO
FFにして、リセット動作が始まる。このとき、MOS
トランジスタT2のソース側より正の電荷が流れ込み、
MOSトランジスタT2のゲート及びドレイン、そして
MOSトランジスタT3のゲートに蓄積された負の電荷
が再結合され、ある程度まで、MOSトランジスタT2
のゲート及びドレインのポテンシャルが上がる。
【0033】しかし、MOSトランジスタT2のゲート
及びドレインのポテンシャルがある値まで上がると、そ
のリセット速度が遅くなる。特に、明るい被写体が急に
暗くなった場合にこの傾向が顕著となる。よって、次
に、MOSトランジスタT2のソースに与える信号φV
PSをハイにする。このように、MOSトランジスタT2
のソース電圧を高くすることで、MOSトランジスタT
2のソース側から流入する正の電荷の量が増加し、MO
SトランジスタT2のゲート及びドレイン、そしてMO
SトランジスタT3のゲートに蓄積された負の電荷が速
やかに再結合される。
【0034】よって、MOSトランジスタT2のゲート
及びドレインのポテンシャルが、更に高くなる。そし
て、MOSトランジスタT2のソースに与える信号φV
PSをローにすることによって、MOSトランジスタT2
のポテンシャル状態を基の状態に戻す。このように、M
OSトランジスタT2のポテンシャルの状態を基の状態
にリセットした後、まず、パルス信号φRSをMOSト
ランジスタT5に与えてMOSトランジスタT5をON
にして、キャパシタCとMOSトランジスタT4のゲー
トとの接続ノードの電圧を初期化する。
【0035】そして、キャパシタCとMOSトランジス
タT4のゲートとの接続ノードの電圧が、リセットされ
たMOSトランジスタT2のゲート電圧に応じたものと
なると、パルス信号φVをMOSトランジスタT6のゲ
ートに与えてMOSトランジスタT6をONにすること
によって、MOSトランジスタT2,T3の特性のバラ
ツキに起因する各画素の感度のバラツキを表す出力電流
が信号線1から流れる。
【0036】このとき、MOSトランジスタT4がソー
スフォロワ型のMOSトランジスタとして動作するた
め、信号線1にはノイズ信号が電圧信号として現れる。
その後、再び、パルス信号φRSをMOSトランジスタ
T5に与えて、キャパシタCとMOSトランジスタT4
のゲートとの接続ノードの電圧をリセットした後、信号
φSをローにしてMOSトランジスタT1を導通させて
撮像動作が行える状態にする。
【0037】3.出力回路の構成及び動作 図4は、図1の固体撮像装置内に設けられた出力回路の
内部構成を示す回路ブロック図である。図5は、本発明
の固体撮像装置内の各部の動作を示すタイミングチャー
トである。
【0038】図4に示す出力回路3(図1の出力回路3
−1〜3−mに相当する)は、信号線1(図1の信号線
1−1〜1−mに相当する)から与えられる映像信号を
サンプルホールドするキャパシタCsと、信号線1から
与えられるノイズ信号をサンプルホールドするキャパシ
タCnと、信号線1とキャパシタCsの一端との間に接
続されたスイッチSHSと、信号線1とキャパシタCn
の一端との間に接続されたスイッチSHNと、キャパシ
タCsの他端とキャパシタCnの一端との間に接続され
たスイッチMIXと、キャパシタCsの一端に一端が接
続されたスイッチRSPと、キャパシタCsの他端に一
端が接続されたスイッチRSM,Sxとから構成され
る。
【0039】又、スイッチRSP,RSMの他端及びキ
ャパシタCnの他端には、直流電圧Vrが印加されると
ともに、スイッチSxの他端に最終的な出力信号線4が
接続される。更に、スイッチSHS及びスイッチSHN
は、信号線1を介して定電流源2と接続される。よっ
て、スイッチSHSと信号線1との接続ノードに映像信
号が現れるとともに、スイッチSHNと信号線1との接
続ノードにノイズ信号が現れる。
【0040】このような構成の出力回路3の動作につい
て、以下に説明する。画素Gabに与えられる信号φSが
ローとされてMOSトランジスタT1がONとされた状
態で撮像動作が行われているとき、まず、スイッチRS
PがONの状態でスイッチRSMがONとなって、キャ
パシタCsの両端に直流電圧Vrが印加されるため、キ
ャパシタCsがリセットされる。このとき、スイッチS
HS,SHN,MIX,SxはOFFである。その後、
スイッチRSPをOFFとした後、スイッチSHSをO
Nとする。
【0041】このとき、信号φVがローとされてMOS
トランジスタT6がONとされ、映像信号が信号線1に
現れると、スイッチSHSがONであるため、キャパシ
タCsに映像信号の電圧信号がサンプルホールドされ
る。よって、映像信号による電圧信号の値をVsとする
と、キャパシタCsには、電荷Cs×(Vs−Vr)が
蓄電される。そして、スイッチSHSがOFFされると
ともに信号φVがハイとされた後、スイッチRSMがO
FFとされる。
【0042】このように、スイッチRSMがOFFとさ
れると、キャパシタCsの負の電極側には、電荷−Cs
×(Vs−Vr)が保持された状態となる。この状態
で、スイッチRSPをONとする。又、画素Gabでは、
信号φSがハイとされてMOSトランジスタT1がOF
Fとされてリセット動作が行われる。そして、信号φV
がローとされてMOSトランジスタT6がONとされる
とともにスイッチSHNがONとされて、信号線1に現
れるノイズ信号がキャパシタCnにサンプルホールドさ
れる。よって、ノイズ信号による電圧信号の値をVnと
すると、キャパシタCnには、電荷Cn×(Vn−V
r)が蓄電される。
【0043】そして、スイッチSHNがOFFされると
ともに信号φVがハイとされる。よって、キャパシタC
nの正の電極には、電荷Cn×(Vn−Vr)が保持さ
れている。即ち、ノイズ信号はキャパシタCnによっ
て、キャパシタCsに保持される映像信号とは逆極性の
信号として保持される。その後、スイッチMIXがON
とされることによって、キャパシタCs,Cnの接続ノ
ードに電荷Cn×(Vn−Vr)−Cs×(Vs−V
r)が保持された状態となる。ここで、キャパシタC
s,Cnの容量がともにCxであるとすると、電荷Cx
×(Vn−Vs)がキャパシタCs,Cnの接続ノード
に保持されることとなる。
【0044】このとき、キャパシタCsの正の電極にス
イッチRSPを介して直流電圧Vrが印加されるととも
に、キャパシタCnの負の電極に直流電圧Vrが印加さ
れるため、キャパシタCs,Cnには、Cx×(Vn−
Vs)/2Cx=(Vn−Vs)/2の電圧がかかった
状態となる。よって、キャパシタCs,Cnの接続ノー
ドに現れる電圧値が、(Vn−Vs)/2+Vrとな
る。このように、ノイズ信号と映像信号との差分値とな
る電圧値がキャパシタCs,Cnの接続ノードに現れる
と、スイッチSxをONとすることで、この電圧信号を
出力する。即ち、ノイズ除去された映像信号が出力信号
線4に出力されることとなる。
【0045】このようにして出力回路3が動作している
とき、画素Gabにおいては、ノイズ信号を出力した後、
信号φSをローとしてMOSトランジスタT1をONと
して、次回の撮像動作に備える。又、出力回路3は、ノ
イズ除去した映像信号を出力すると、スイッチSxをO
FFとする。そして、1行分の画素から映像信号が出力
信号線4に出力されると、スイッチMIXがOFFとさ
れ、次の映像信号のサンプルホールド動作に備える。
【0046】このように、出力回路3が動作するとき、
まず、画素G1k〜Gmk(k:1≦k≦nの自然数)が撮
像動作を行い、映像信号が同時に出力されると、出力回
路3−1〜3−mのキャパシタCnにサンプルホールド
される。次に、画素G1k〜Gmkがリセット動作を行い、
ノイズ信号が同時に出力されると、出力回路3−1〜3
−mのキャパシタCsにサンプルホールドされる。そし
て、スイッチMIXがONされて、ノイズ除去された映
像信号となる電圧信号がキャパシタCs,Cnの接続ノ
ードに現れる。
【0047】このようにノイズ除去された映像信号が出
力回路3−1〜3−mで生成されると、まず、出力回路
3−1のスイッチSxがONとされて、画素G1kのノイ
ズ除去された映像信号が出力信号線4に出力される。そ
の後、出力回路3−2,3−3,…,3−mの順に、そ
の内部に設けられたスイッチSxがONとされること
で、画素G2k,G3k,…,Gmkの順に、ノイズ除去され
た映像信号が出力信号線4に出力される。
【0048】このように、ノイズ除去された画素G1k〜
Gmkの映像信号が出力回路3−1〜3−mから出力信号
線4に順次出力されると、次に、画素G1(k+1)〜Gm(k+
1)の映像信号及びノイズ信号が、それぞれ、出力回路3
−1〜3−m内にサンプルホールドされる。そして、出
力信号線4に、ノイズ除去された画素G1(k+1)〜Gm(k+
1)の映像信号が順次出力される。このようにして、画素
G11〜Gmnからの映像信号がそれぞれ、画素G11〜Gmn
からのノイズ信号によって、感度のバラツキ補正が施さ
れて、ノイズ除去された映像信号として出力される。
【0049】このように、本実施形態の固体撮像装置で
は、画素から映像信号が読み出されて出力される水平ブ
ランク期間に、各列に配された出力回路において、ノイ
ズ信号を用いて映像信号よりノイズ除去を行うことがで
きる。こうして、十分な露光時間を確保しつつ固体撮像
装置の駆動速度の低下を防止でき、高速な動作が可能な
固体撮像装置とすることができる。又、水平ブランク期
間中にノイズ除去を行うため、クロックノイズの影響を
低減することができる。
【0050】尚、本実施形態において、出力回路内に設
けられた各スイッチがMOSトランジスタで構成される
とき、出力回路より出力信号線に対して映像信号を出力
する際、出力動作を行っていない出力回路内に備えられ
るスイッチSxと出力信号線を介して並列接続され、そ
の寄生容量の影響を受ける。よって、このスイッチSx
の寄生容量の影響を防ぐように、キャパシタCs,Cn
の容量値を十分に大きなものとする必要がある。
【0051】<第2の実施形態>本発明の第2の実施形
態について、以下に、図面を参照して説明する。図6
は、本実施形態の固体撮像装置に備えられた出力回路の
構成を示すブロック回路図である。尚、本実施形態にお
いて、固体撮像装置の構成及び画素の構成は、第1の実
施形態と同様、図1及び図2のような構成となるので、
第1の実施形態を参照するものとして、説明を省略す
る。又、図6において、図4と同一の目的で使用する素
子及び部品については、同一の符号を付して、その詳細
な説明は省略する。
【0052】本実施形態の出力回路3a(図1の出力回
路3−1〜3−mに相当する)は、図6のように、図4
の出力回路3におけるスイッチSxの代わりに、バッフ
ァ10が備えられる。即ち、キャパシタCsとスイッチ
MIXとの接続ノードにバッファ10の入力側が接続さ
れるとともに、バッファ10の出力側に出力信号線4が
接続される。よって、バッファ10がONとされると
き、バッファ10の入力側に現れるノイズ除去された映
像信号に基づく電圧信号がバッファ10の出力側に現れ
て、映像信号として出力信号線4に出力される。
【0053】このように構成される出力回路3aの動作
は、第1の実施形態の出力回路3と同様、図5のような
タイミングチャートに従って動作する。尚、このとき、
スイッチSxがONとなるタイミングにおいて、バッフ
ァ10がONとなる。よって、この出力回路3aの動作
も第1の実施形態と同様となるため、その説明を省略す
る。
【0054】このように、本実施形態において、出力回
路3aにおいて、スイッチSxの代わりにバッファ10
を設けることによって、バッファ10の入力側に現れる
ノイズ除去された映像信号に対して、他の出力回路3a
の素子による影響が与えられることがない。よって、第
1の実施形態のようなスイッチSxの寄生容量による影
響を防ぐことができるため、キャパシタCs,Cnの容
量を第1の実施形態のように、大きくする必要がない。
【0055】尚、本実施形態において、キャパシタC
s,Cnの接続ノードが直接バッファ10の入力側に接
続されるため、キャパシタCs,Cnに対して、バッフ
ァ10の入力側の静電容量が影響を与える。特に、キャ
パシタCsに映像信号がサンプルホールドされるとき
に、このバッファ10の静電容量による影響を大きく受
ける。よって、このバッファ10の静電容量が十分に小
さくなるように、バッファ10を設計する必要がある。
【0056】<第3の実施形態>本発明の第3の実施形
態について、以下に、図面を参照して説明する。図7
は、本実施形態の固体撮像装置に備えられた出力回路の
構成を示すブロック回路図である。尚、本実施形態にお
いて、固体撮像装置の構成及び画素の構成は、第1の実
施形態と同様、図1及び図2のような構成となるので、
第1の実施形態を参照するものとして、説明を省略す
る。又、図7において、図6と同一の目的で使用する素
子及び部品については、同一の符号を付して、その詳細
な説明は省略する。
【0057】本実施形態の出力回路3b(図1の出力回
路3−1〜3−mに相当する)は、図7のように、図6
の出力回路3aに、バッファ10の入力側とキャパシタ
CsとスイッチMIXとの接続ノードとの間に接続され
たスイッチSSWと、バッファ10の入力側に一端が接
続されるとともに他端に直流電圧Vrが印加されたスイ
ッチRSDとが加えられた構成となる。
【0058】この出力回路3bは、図8のようなタイミ
ングチャートに従って動作する。以下に、この出力回路
3bの動作について説明する。まず、画素Gabに与えら
れる信号φSをローとして撮像動作が行われていると
き、スイッチMIXがOFFとされるとともにスイッチ
RSDがONとされる。このとき、スイッチRSP,S
SWがON、スイッチSHS,SHN,RSMがOFF
である。よって、キャパシタCsは、その一端がスイッ
チRSPを介して、又、その他端がスイッチSSW,R
SDを介して、それぞれ、直流電圧Vrが印加された状
態となり、リセットされる。
【0059】その後、スイッチSSWがOFFとされ
て、キャパシタCsとバッファ10との間の電気的な接
続が切断された後、スイッチRSPをOFFとするとと
もにスイッチRSMをONとする。この状態で、スイッ
チSHSをONとするとともに画素Gabにおいて信号φ
Vがローとされると、信号線1に現れる映像信号の電圧
信号がキャパシタCsにサンプルホールドされる。そし
て、信号φVがハイとされるとともにスイッチSHSが
OFFとされる。
【0060】その後、信号φSがハイとされてリセット
動作が開始されると、スイッチRSMがOFFとされた
後、スイッチRSPがONとされる。次に、信号φVが
ローとされてノイズ信号が信号線1に現れるとき、スイ
ッチSHNがONとされて、キャパシタCnにノイズ信
号がサンプルホールドされる。そして、スイッチSHN
がOFFされるとともに信号φVがハイとされた後、ス
イッチMIXがONとされる。
【0061】このとき、キャパシタCnの負の電極に保
持された電荷とキャパシタCsの正の電極に保持された
電荷が混合されることで、ノイズ信号と映像信号との差
分値となる電圧値(Vn−Vs)/2+Vrがキャパシ
タCs,Cnの接続ノードに現れる。その後、スイッチ
RSDがOFFとされる。尚、スイッチRSDがONと
されていたことにより、バッファ10の入力側がリセッ
トされる。そして、スイッチSSWがONとされること
によって、ノイズ信号と映像信号の差分値となる電圧信
号が、バッファ10に入力される。
【0062】このような動作を各列に配された出力回路
3−1〜3−mが行うことで、1行分の画素G1k〜Gmk
からの映像信号及びノイズ信号がそれぞれ、出力回路3
−1〜3−mに保持された後、ノイズ信号と映像信号の
差分値となる電圧信号が生成されて、出力回路3−1〜
3−mそれぞれに備えられたバッファ10に入力され
る。このように、各列の出力回路3−1〜3−m内のバ
ッファ10にノイズ信号と映像信号の差分値となる電圧
信号が入力されると、出力回路3−1,3−2,…,3
−mの順に、バッファ10がONとされることによっ
て、画素G1k,G2k,…,Gmkの順に、ノイズ除去され
た映像信号が出力信号線4に出力される。
【0063】このように、本実施形態によると、出力回
路3bにおいて、映像信号及びノイズ信号をキャパシタ
Cs,Cnにサンプルホールドした後に、その差分値と
なる電圧信号を生成するまで、スイッチSSWをOFF
とするため、バッファ10の入力側の静電容量の影響を
受けることなく、ノイズ除去された映像信号を生成する
ことができる。
【0064】<第4の実施形態>本発明の第4の実施形
態について、図9は、本実施形態における固体撮像装置
の構成を示すブロック図である。尚、図9において、図
1と同一の目的で使用する部分については、同一の符号
を付して、その詳細な説明は省略する。
【0065】図9の固体撮像装置は、図1の固体撮像装
置において、画素G11〜Gm1の下の行に、画素G11〜G
mnから出力される映像信号を補正するためのダミーとな
る補正画素G10〜Gm0が付加された構成となる。又、出
力信号線4を通じて出力される映像信号が出力切換回路
5に与えられて、この出力切換回路5によって、ライン
メモリ6又は差動増幅回路7の非反転入力端子のいずれ
に映像信号が入力されるか決定される。更に、ラインメ
モリ6の出力側が差動増幅回路7の反転入力端子に接続
されるとともに、ラインメモリ6の入力側と出力側の間
にスイッチSyが接続される。
【0066】このような構成の固体撮像装置において、
画素G11〜Gmnを、第1〜第3の実施形態と同様、図2
のような構成の画素とし、出力回路3−1〜3−mを、
第3の実施形態と同様、図7のような構成の出力回路3
bとする。又、このとき、補正画素G10〜Gm0が、図1
0のような構成、即ち、ドレインに直流電圧VPDが印加
されたMOSトランジスタT4とゲートに信号φVが与
えられるMOSトランジスタT6によって構成される。
このとき、MOSトランジスタT4のゲートには、直流
電圧Vrが印加される。
【0067】補正画素G10〜Gm0が図10のように構成
されるため、補正画素G10〜Gm0において、画素G11〜
Gmnと同一のタイミングで各信号が与えられると、パル
ス信号φVが与えられるときに、同一の電圧信号となる
映像信号及びノイズ信号が出力される。よって、出力回
路3−1〜3−mにおいて、スイッチMIXがONとさ
れるとき、キャパシタCs,Cnの接続ノードに現れる
電圧値がVrとなる。
【0068】そして、出力回路3−1〜3−m内のバッ
ファ10が順にONとなって、補正画素G10,G20,
…,Gm0の順に、補正用映像信号が出力信号線4を介し
て出力切換回路5に出力される。このとき、出力切換回
路5は入力された信号をラインメモリ6に出力するよう
に、その出力切換が成される。よって、入力されたm個
の補正用映像信号が、補正画素G10,G20,…,Gm0の
順に、ラインメモリ6に入力される。
【0069】その後、画素G11〜Gmnの映像信号が、画
素G11から順に出力信号線4を通じて出力切換回路5に
出力される。このとき、画素G1k〜Gmkの映像信号及び
ノイズ信号それぞれが、出力回路3−1〜3−mに同時
にサンプルホールドされて、ノイズ除去された映像信号
が生成されると、出力回路3−1,3−2,…,3−m
の順に、バッファ10がONされて、画素G1k,G2k,
…,Gmkの順に、映像信号が出力切換回路5に出力され
る。
【0070】今、出力切換回路5によって出力信号線4
と差動増幅回路7の非反転入力端子とが接続されるとと
もに、スイッチSyがONとされる。よって、画素G1
k,G2k,…,Gmkの順に映像信号が差動増幅回路7の
非反転入力端子に入力される。このとき、補正画素G1
0,G20,…,Gm0の順にラインメモリ6に格納された
補正用映像信号が差動増幅回路7の反転入力端子に入力
される。又、このラインメモリ6より出力される補正画
素G10〜Gm0の補正用映像信号は、スイッチSyを介し
て再び補正画素G10,G20,…,Gm0の順にラインメモ
リ6に入力される。
【0071】尚、出力回路3bに備えられたバッファ1
0は、入力側の電圧値Vinに対して、出力側の電圧値
が、A×Vin+Vのようにオフセット電圧を有する。
よって、画素Gabより映像信号Vs及びノイズ信号Vn
が出力回路3bに入力されると、出力回路3bからは、
A×((Vn−Vs)/2+Vr)+Vの映像信号が出
力される。この画素Gabの映像信号が差動増幅回路7の
非反転入力端子に入力されるとき、補正画素Ga0のA×
Vr+Vとなる補正用映像信号が差動増幅回路7の反転
入力端子に入力されるため、差動増幅回路7からB×
(Vn−Vs)となるオフセット電圧が除去された映像
信号が出力される。
【0072】このように差動増幅回路7が動作すること
で、画素G1k,G2k,…,Gmkの順に入力された映像信
号が、補正画素G10,G20,…,Gm0の順に入力される
補正用映像信号によってオフセット電圧が除去される。
そして、オフセット電圧が除去された画素G1k〜Gmkの
映像信号が差動増幅回路7から出力されると、画素G1k
+1〜Gmk+1に対して同一の動作が繰り返し行われること
で、オフセット電圧が除去された画素G11〜Gmnの映像
信号が差動増幅回路7から出力される。こうして、列毎
の出力回路3bに配置されたバッファ10に起因する固
定パターンノイズの発生が防止される。
【0073】尚、本実施形態において、出力回路を、第
3の実施形態と同様の構成となる図7のような構成の出
力回路としたが、その条件を満たすのであれば、第1又
は第2の実施形態と同様の構成となる図4又は図6のよ
うな構成の出力回路としても構わない。
【0074】又、ダミーとなる補正画素の構成を図10
のような構成としたが、それ以外の構成でも良く、図2
の光電変換を行う部分を有するような構成としても構わ
ない。但し、このとき、図10と同様、MOSトランジ
スタT4のゲートには一定の電圧が常に印加された状態
とされる。又、1行分を補正画素としたが複数行分と
し、各列毎に平均化した映像信号を補正用映像信号とし
ても構わない。更に、補正画素の映像信号を複数フレー
ム毎に読み出してラインメモリに格納するようにしても
構わない。
【0075】又、上述の第1〜第4の各実施形態におい
て、固体撮像装置内の各画素の構成を、図2のような構
成としたが、それ以外の構成でも良く、例えば、線形変
換動作を行うような構成の画素や、NチャネルのMOS
トランジスタによる構成の画素としても構わない。
【0076】
【発明の効果】本実施形態によると、映像信号及びノイ
ズ信号を互いに逆極性の信号として保持するため、映像
信号及びノイズ信号を結合することによって容易にノイ
ズ除去された映像信号が生成される。よって、従来のよ
うに、サンプルホールドした映像信号とノイズ信号を別
々に出力した後にノイズ除去を行うという動作を施すこ
となく、出力回路で生成されたノイズ除去された映像信
号を出力するのみで構わないため、その駆動速度を速く
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像装置の内部構成の一例を示す
ブロック図。
【図2】画素の構成を示す回路図。
【図3】図2の画素の感度バラツキ検出時の各信号の動
作を示すタイミングチャート。
【図4】第1の実施形態の固体撮像装置内に設けられた
出力回路の内部構成を示すブロック回路図。
【図5】図4の出力回路内の各素子の動作を示すタイミ
ングチャート。
【図6】第2の実施形態の固体撮像装置内に設けられた
出力回路の内部構成を示すブロック回路図。
【図7】第3の実施形態の固体撮像装置内に設けられた
出力回路の内部構成を示すブロック回路図。
【図8】図7の出力回路内の各素子の動作を示すタイミ
ングチャート。
【図9】本発明の固体撮像装置の内部構成の別例を示す
ブロック図。
【図10】補正画素の構成を示す回路図。
【図11】従来の固体撮像装置の要部を示すブロック
図。
【符号の説明】
G11〜Gmn 画素 G10〜Gm0 補正画素 1−1〜1−m 信号線 2−1〜2−m 定電流源 3 出力回路 4 出力信号線 5 出力切換回路 6 ラインメモリ 7 差動増幅回路 10 バッファ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光量に応じた映像信号及び感度バラ
    ツキを表すノイズ信号を発生する画素を複数備えた固体
    撮像装置において、 前記画素から出力される映像信号及びノイズ信号を互い
    に逆の極性で保持し、逆の極性で保持した前記映像信号
    と前記ノイズ信号とを結合することによって、ノイズ除
    去された映像信号を生成して出力する出力回路を有する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記出力回路が、 前記画素から映像信号又はノイズ信号が出力される信号
    線に一端が接続された第1スイッチ及び第2スイッチ
    と、 前記第1スイッチの他端に一端が接続されるとともに、
    映像信号をサンプルホールドする第1キャパシタと、 前記第2スイッチの他端に一端が接続され、他端に基準
    電圧が印加されるとともに、ノイズ信号をサンプルホー
    ルドする第2キャパシタと、 前記第1キャパシタの他端に一端が接続されるととも
    に、前記第2スイッチと前記第2キャパシタとの接続ノ
    ードに他端が接続された第3スイッチと、 前記第1キャパシタと前記第1スイッチとの接続ノード
    に一端が接続されるとともに、他端に前記基準電圧が印
    加された第4スイッチと、 前記第1キャパシタと前記第3スイッチとの接続ノード
    に一端が接続されるとともに、他端に前記基準電圧が印
    加された第5スイッチと、 前記第1キャパシタと前記第3スイッチとの接続ノード
    に一端が接続されるとともに、ONとなることで前記ノ
    イズ除去された映像信号を出力する第6スイッチと、 を有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装
    置。
  3. 【請求項3】 前記出力回路が、 前記画素から映像信号又はノイズ信号が出力される信号
    線に一端が接続された第1スイッチ及び第2スイッチ
    と、 前記第1スイッチの他端に一端が接続されるとともに、
    映像信号をサンプルホールドする第1キャパシタと、 前記第2スイッチの他端に一端が接続され、他端に基準
    電圧が印加されるとともに、ノイズ信号をサンプルホー
    ルドする第2キャパシタと、 前記第1キャパシタの他端に一端が接続されるととも
    に、前記第2スイッチと前記第2キャパシタとの接続ノ
    ードに他端が接続された第3スイッチと、 前記第1キャパシタと前記第1スイッチとの接続ノード
    に一端が接続されるとともに、他端に前記基準電圧が印
    加された第4スイッチと、 前記第1キャパシタと前記第3スイッチとの接続ノード
    に一端が接続されるとともに、他端に前記基準電圧が印
    加された第5スイッチと、 前記第1キャパシタと前記第3スイッチとの接続ノード
    に入力側が接続されるとともに、ONとなることで前記
    ノイズ除去された映像信号を出力するバッファと、 を有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装
    置。
  4. 【請求項4】 前記第1キャパシタと前記第3スイッチ
    との接続ノードに一端が接続されるとともに、前記バッ
    ファの入力側に他端が接続された第6スイッチを有する
    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】 入射光量に関係なく同一の映像信号及び
    ノイズ信号が出力される補正画素と、 該補正画素から出力される前記映像信号及び前記ノイズ
    信号に基づいて前記出力回路により生成されて出力され
    る補正用映像信号を格納するラインメモリと、 該ラインメモリに格納された前記補正用映像信号に基づ
    いて、前記出力回路より出力される前記画素の前記ノイ
    ズ除去された映像信号に含まれるオフセットを除去する
    補正回路と、 を有することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれ
    かに記載の固体撮像装置。
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