JP2006025451A - Correlated double sampling circuit and amplification type solid-state imaging device employing the same - Google Patents

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Yasushi Watanabe
恭志 渡辺
Hidetsugu Koyama
英嗣 小山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a correlated double sampling circuit that remarkably suppresses a fixed pattern noise, and an amplification type solid-state imaging device employing the circuit. <P>SOLUTION: An input changeover switch 200 is switched to the vertical signal line 145 side in a first period, and the signal of the vertical signal line 145 is clamped by first clamping circuit (201, 202) in the first half of the first period. Thereafter, a signal on the output side of the clamping capacitor 201 is sampled and held by first sample hold circuit (203, 204) in the last half of the first period. Next, the input changeover switch 200 is switched to the fixed potential side in a second period, and the clamping potential is sampled and held by the first clamping circuit with respect to a fixed potential in the first half of the second period. Thereafter, a signal on the output side of the clamping capacitor 201 is sampled and held by the first sample hold circuit. Then, a difference between the signals sampled and held before and after the second sample hold operation executed by the first sample hold circuit is taken. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a correlated double sampling circuit having a clamp unit and a sample hold unit, and an amplification type solid-state imaging device using the same.

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。   Conventionally, as an amplification type solid-state imaging device, the signal charge generated in each pixel itself is not read, converted into a voltage signal (or current signal) within the pixel, amplified, and then scanned for the voltage signal (or current signal). What is read by a circuit has been proposed. The pixel portion of the amplification type solid-state imaging device is classified into a horizontal type in which the photoelectric conversion unit and the amplification unit are arranged in a plane and a vertical type in which the photoelectric conversion unit and the amplification unit are arranged in a three-dimensional manner.

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φR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。 As the horizontal amplification type solid-state imaging device, an APS (Active Pixel Sensor) type shown in FIG. 14 is known. In FIG. 14, the signal charge generated in the photoelectric conversion unit 101 is transferred to the gate of the transistor 103 via the transistor 102 having the voltage φ T applied to the gate to become a voltage signal. In the transistor 103, impedance conversion (current amplification) is performed, and the signal V sig is read out through the pixel selection switch 104 in which the voltage φ X is applied to the gate. Immediately before or after the reading of the signal V sig , the signal charge accumulated in the gate of the transistor 103 is discharged to the power supply voltage V D side by the reset transistor 105 whose voltage φ R is applied to the gate.

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φR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。 As a vertical amplification type solid-state imaging device, a CMD (Charge Modulation Device) type shown in FIG. 15 is known. In FIG. 15, a transistor 111 accumulates signal charges generated by photoelectric conversion under the gate. Next, by applying a read voltage φ X to the gate of the transistor 111, a change in characteristics of the transistor 111 due to the signal charge is read as an output signal V sig . Thus, in the transistor 111, photoelectric conversion, amplification, and pixel selection are performed. Further, the reset operation is achieved by applying a voltage φ R sufficiently higher than that at the time of reading to the gate so that signal charges are discharged to the substrate side. For this reason, a ternary high voltage pulse of φ X / φ R is required for driving.

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。 As shown in FIG. 16, the pixel portion of each amplification type solid-state imaging device shown in FIGS. 14 and 15 is represented by a common schematic diagram. In FIG. 16, reference numeral 131 denotes a pixel portion that performs photoelectric conversion, readout, and reset operation. Reading of the pixel portion 131 is controlled by the voltage φ X of the signal line 106, and resetting is controlled by the voltage φ R of the signal line 107. Then, the pixel portion 131 outputs the amplified signal V sig via the vertical signal line 107.

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。   FIG. 17 is a configuration diagram of an amplification type solid-state imaging device (two-dimensional image sensor) configured using the pixel unit. In FIG. 17, the pixel portion 131, the first vertical scanning circuit 141, and the second vertical scanning circuit 142 form a two-dimensional pixel region 140. The readout operation of the pixel unit 131 is controlled by a signal 143 from the first vertical scanning circuit 141, and the reset operation is controlled by a signal 144 from the second vertical scanning circuit 142. The output signal from the pixel unit 131 is read out to the vertical signal line 145, and then guided to a correlated double sampling circuit provided for each vertical signal line 145. The difference from the reference signal is output from the correlated double sampling circuit. Here, there are two cases in which the light reception signal and the reference signal come before. In the difference output, the variation in threshold value for each pixel unit 131 is canceled, and fixed pattern noise (hereinafter referred to as FPN) for each pixel unit 131 is suppressed. The correlated double sampling circuit includes a clamp circuit (clamp capacitor 146, clamp switch 147) and a sample hold circuit (sample hold switch 148, sample hold capacitor 149).

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149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。
特開平10−173997号公報
In the correlated double sampling circuit, the vertical signal line 145 is connected to the sample hold switch 148 via the clamp capacitor 146 and to the clamp potential V CP via the clamp switch 147. The clamp operation to the clamp potential V CP is performed by setting the pulse φ C1 to the high level when the light reception signal is read from the pixel unit 131, and the sample hold operation is performed when the reference signal is read from the pixel unit 131. This is done by setting φ S1 to high level. The signal from the sample hold switch 148 is held in the sample hold capacitor 149 and amplified by the amplifier circuit 155. The signal amplified by the amplifier circuit 155 is guided to the horizontal signal line 164 via the horizontal selection switch 156 controlled by the output line 161 from the horizontal scanning circuit 160, and the signal on the horizontal signal line 164 is amplified by the amplifier circuit 169. The signal OS is output via.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-173997

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FPN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FPNの要因となる。   As described above, in the amplification type solid-state imaging device (two-dimensional image sensor) illustrated in FIG. 17, the correlated double sampling circuit provided for each vertical signal line 145 suppresses FPN due to threshold variation for each pixel unit 131. However, the amplifier circuit 155 for each vertical signal line 145 is accompanied by variations in offset level and gain. Since this variation is random in the horizontal direction of the image and common in the vertical direction, the image becomes a remarkable FPN with a vertical stripe pattern, and the image quality is significantly impaired. Furthermore, since the horizontal selection switch 156 is accompanied by variation in conductance, this also causes a vertical stripe pattern FPN.

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10−173997号公報:特許文献1)。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Vref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。 As a method for solving the above vertical stripe pattern FPN, the present applicant has proposed an amplification type solid-state imaging device (two-dimensional image sensor) shown in FIG. 18 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-173997: Patent Document 1). In this amplification type solid-state imaging device, the two-dimensional pixel region has the same configuration as 140 shown in FIG. 17, and the illustration and description of the two-dimensional pixel region are omitted. Further, the correlated double sampling circuit provided for each vertical signal line 145 has the same configuration as that in FIG. The difference from the amplification type solid-state imaging device shown in FIG. 17 is that the input of the amplifier circuit 155 for each vertical signal line 145 is two, one is the signal 153 from the correlated double sampling circuit, and the other is the reference voltage signal V ref. It is in the point. Further, a second CDS (correlated double sampling) circuit 168 is provided at the end of the horizontal signal line 164.

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。 In the amplification type solid-state imaging device (two-dimensional image sensor) having the above configuration, the signal from the amplifier circuit 155 is sent to the horizontal signal line by the horizontal selection switch 156 driven by the pulse φ H (j) from the horizontal scanning circuit 160. The data is sequentially read to 164. In the middle of each readout period, the input of the amplifier circuit 155 is switched from the signal 153 to the reference signal 154. Accordingly, the horizontal signal line 164 sequentially obtains the signal of each vertical signal line 145 and the reference signal in pairs. Further, since the characteristic variation of each amplifier circuit 155 and the selection horizontal selection switch 156 exists in common to each of these pair signals, the second CDS circuit 168 causes the difference between the signal on each vertical signal line 145 and the reference signal. As a result, only a net signal component from which the characteristic difference between each amplifier circuit 155 and the selected horizontal selection switch 156 is removed is obtained. This prevents the vertical stripe pattern FPN.

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145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。   However, the amplification type solid-state imaging device (two-dimensional image sensor) shown in FIG. 18 has the following problems. That is, the clamp switch 147 for each vertical signal line 145 has a slight variation in characteristics, so that the feedthrough level during the clamping operation varies slightly for each vertical signal line 145. Further, since the sample hold switch 148 for each vertical signal line 145 also has a slight variation in characteristics, the feedthrough level during the sample hold operation also varies somewhat for each vertical signal line 145. These variations in the feedthrough level cause vertical stripe-shaped FPN.

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10−145681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191,192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。 Therefore, as another method for solving the vertical stripe pattern FPN, an amplification type solid-state imaging device (two-dimensional image sensor) shown in FIG. 19 has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 10-145681). As shown in FIG. 19, a pair of capacitors 191 and 192 are connected to each vertical signal line 145 via a switch 190, and the other ends (output ends) of the capacitors 191 and 192 are connected via a switch 193 and 194 as a reference. Connected to voltage Vref . The output terminal of the capacitor 191 branches and is input to the amplifier circuit 155. Signals from the amplifier circuit 155 are controlled by pulses φ H (j) and φ A2 (j) from the horizontal scanning circuit 160, and are sequentially read out to the horizontal signal line 164. Thereafter, only the net signal component is obtained by the second CDS circuit 168.

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t1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193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。 20A to 20E are timing charts for explaining the operation of the amplification type solid-state imaging device shown in FIG. In the following, the case where the light reception signal is the front and the reset signal is the back will be described. At time t 1 within the horizontal blanking period, the switch 193 is turned on and the switch 190 is turned on (shown in FIGS. 20A and 20B), so that the potential of the (V 2 ) portion is received by the pixel element. The signal becomes Vf (shown in FIG. 20D), and the potential of the (V 3 ) portion becomes V ref (shown in FIG. 20E ). Thereafter, the switches 190 and 193 are sequentially turned off, whereby the (V 2 ) potential becomes V f −ΔV 1 −ΔV 2 and the (V 3 ) potential becomes V ref −ΔV 2 (FIG. 20 (d), ( as shown in e)). However, ΔV 1 is a field through level by the switch 190 at (V 2 ), and ΔV 2 is a field through level by the switch 193 at (V 3 ). Through the above operation, the capacitor 191 holds the next voltage.

(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190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。 (V f −ΔV 1 −ΔV 2 ) − (V ref −ΔV 2 ) = V f −V ref −ΔV 1 Then, at time t 2 within the horizontal blanking period, the switch 194 is turned on, and the switch 190 is turned on. By turning on (shown in FIGS. 20A and 20C), the potential of the (V 2 ) portion becomes V d −ΔV 1 when the switch 190 is turned off after the pixel reset signal V d is turned on. . At this time, since the potential of the (V 3 ) portion is DC (direct current) floating, it is shifted from the (V 2 ) voltage by the voltage difference held in the capacitor 191, and thus becomes the next voltage.

(Vd−ΔV1)−(Vf−Vref−ΔV1)=Vref+(Vd−Vf)すなわち、スイッチ190のフィールドスルーレベルΔV1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。 (V d −ΔV 1 ) − (V f −V ref −ΔV 1 ) = V ref + (V d −V f ) That is, the field through level ΔV 1 of the switch 190 cancels out, and the light receiving signal V of the pixel element A net effective signal V d −V f which is the difference between f and the reset signal V d is obtained as a value obtained by adding the reference voltage V ref .

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193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145毎にわずかのばらつきが生じ、FPNは完全には消えない。 However, the amplification type solid-state imaging device of FIG. 19 has the following problems. In other words, during the period for reading out the pixel signals of one horizontal column, the pixel signals are held in the input of the amplifier circuit 155 and the region connected thereto, and this held period is distributed over the period during which the horizontal scanning circuit 160 scans. The pixel is short and the last pixel is long. For this reason, if a leak current exists in the input region of the amplifier circuit 155, the holding voltage decreases by ΔV drp , and this value is small at the first pixel and large at the final pixel. That is, the output signal has a shading-like non-uniformity distributed from the left side to the right side on the screen. This also becomes a kind of FPN, and the image quality is greatly impaired. Further, the capacitors 191 and 192 and the switches 193 and 194 are not completely equivalent, and there are some differences, so that in actual operation, slight variations occur for each vertical signal line 145. FPN does not disappear completely.

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。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an amplification type solid-state imaging device that can greatly reduce FPN associated with horizontal pixel selection, reduce shading-like non-uniformity, and obtain a high-quality image without FPN with a simple configuration. An object of the present invention is to provide a correlated double sampling circuit capable of realizing the device and an amplification type solid-state imaging device using the same.

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。   In order to achieve the above object, in the correlated double sampling circuit according to claim 1, a signal line is connected to one input terminal, a fixed potential is applied to the other input terminal, and the signal of the signal line or the fixed potential is An input changeover switch that selects and outputs one of them, a clamp capacitor that has one end on the input side connected to the output terminal of the input changeover switch, and one end that is connected to the other end on the output side of the clamp capacitor. First clamp means having a clamp switch whose end is connected to the clamp potential, a sample hold switch having one end connected to the other end of the clamp capacitor, and a sample having one end connected to the other end of the sample hold switch A first sample-and-hold means having a hold capacitor; and the input changeover switch is connected to the signal in the first period. And the signal on the signal line is clamped by the first clamping means in the first half of the first period, and then the signal on the output side of the clamp capacitor is the first sample in the second half of the first period. In addition to sample-holding by the holding means, in the second period following the first period, the input changeover switch is switched to the fixed potential side, and the clamp potential with respect to the fixed potential in the first half of the second period. Is sampled and held on the output side of the clamp capacitor by the first clamp means, and then the input changeover switch, clamp switch and so on are used to sample and hold the signal on the output side of the clamp capacitor by the first sample hold means. A control means for controlling the sample hold switch is provided.

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。   According to the correlated double sampling circuit of the first aspect, the first correlated double sampling operation by the first clamp means and the first sample hold means in the first period when the input changeover switch is switched to the signal line side ( (Hereinafter referred to as CDS operation), a net signal is obtained in the sample and hold capacitor as a difference between the first half period signal and the second half period signal. Next, a reference including the same feedthrough level as the first CDS operation is performed by the second CDS operation by the first clamp means and the first sample hold means in the second period when the input changeover switch is switched to the fixed potential side. A signal is applied to the sample and hold capacitor. Therefore, if the difference between the signals held in the sample-and-hold capacitors before and after the second sample-and-hold operation is taken, only a net signal component in which all the feedthrough levels generated in the CDS operation are canceled can be obtained. Therefore, by applying this correlated double sampling circuit to the amplification type solid-state imaging device, it is possible to greatly reduce the FPN associated with the horizontal pixel selection with a simple configuration, and to reduce the shading-like nonuniformity. High quality images can be obtained.

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。   The correlated double sampling circuit according to claim 2 is characterized in that, in the correlated double sampling circuit according to claim 1, the capacitance of the clamp capacitor is not less than 10 times the capacitance of the sample and hold capacitor.

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。   According to the correlated double sampling circuit of claim 2, when the capacitance of the clamp capacitor is set to 10 times or more of the sample hold capacitor, the signal passing through the clamp capacitor is accumulated in the sample hold capacitor. Gain can be increased.

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。   The correlated double sampling circuit according to claim 3 is the correlated double sampling circuit according to claim 1 or 2, wherein each of the clamp switch and the sample hold switch comprises a MOS transistor, and the clamp switch with respect to the capacitance of the clamp capacitor. And the ratio of the junction area of the sample and hold switch to the capacitance of the sample and hold capacitor is substantially the same.

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。   According to the correlated double sampling circuit of claim 3, the ratio of the junction area of the clamp switch to the capacitance of the clamp capacitor and the ratio of the junction area of the sample and hold switch to the capacitance of the sample and hold capacitor are substantially the same. Since the potential drop due to the leakage current of the MOS transistor becomes equal on the signal line between the clamp capacitor and the sample and hold capacitor and the signal line on the output side of the sample and hold capacitor, the potential drop due to the leakage current of the MOS transistor is reduced. It can be reliably removed by the CDS operation.

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。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an amplifying solid-state image pickup device, an amplifying pixel element for amplifying and outputting a photoelectric conversion means and a light reception signal formed by the photoelectric conversion means and a reference signal serving as a reference for the light reception signal; A vertical signal line to which an output of the pixel element is connected; an amplifying unit for amplifying a signal of the vertical signal line; and a horizontal signal line to which an output of the amplifying unit is connected via a horizontal selection switch; An amplification type solid-state imaging device that transmits a signal of the pixel element to a horizontal signal line via the vertical signal line, an amplifying unit, and a horizontal selection switch, and between the vertical signal line and the amplifying unit. 3 is provided with one of the correlated double sampling circuits.

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。   According to the amplification type solid-state imaging device of the fourth aspect, the light reception signal of the pixel element is obtained by the first CDS operation by the first clamp means and the first sample hold means of the correlated double sampling circuit in the first period. And the difference between the reference signal and the reference signal is obtained on the input side of the amplification means for each vertical signal line, and then the first CDS is performed by the second CDS operation by the first clamp means and the first sample hold means in the second period. A reference signal including the same feedthrough level as the operation is obtained on the input side of the amplification means. Therefore, after that, by taking the difference between the difference signal and the reference signal by the CDS operation at the end of the horizontal signal line, only the net signal component in which all the feedthrough levels are canceled is obtained. Therefore, it is possible to realize an amplification type solid-state imaging device with a simple configuration that can greatly reduce FPN due to horizontal pixel selection, reduce shading-like non-uniformity, and obtain a high-quality image without FPN.

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。   The amplification type solid-state imaging device according to claim 5 is the amplification type solid-state imaging device according to claim 4, wherein the input changeover switch is switched to the vertical signal line side in the first period, and the first period After clamping one of the light reception signal or reference signal of the pixel element by the first clamping means in the first half period of the first, the other of the light reception signal or reference signal of the pixel element in the second half period of the first period, By sampling and holding the first sample and hold means through the clamp capacitor, a signal representing the difference between the received light signal from the pixel element and the reference signal by the amount of displacement from the clamp potential is held in the sample and hold capacitor. After that, in the second period, the input selector switch is turned to the fixed potential side. Thus, after the clamp potential is sampled and held on the output side of the clamp capacitor by the first clamp means at the beginning of the second period, the horizontal selection switch is turned on and the amplification means In the first half of the period in which the output signal is read out to the horizontal signal line, a first output signal that represents the difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal by the amount of displacement from the clamp potential is supplied to the horizontal signal via the amplification means. After output to the signal line, the signal on the output side of the clamp capacitor is sampled and held by the first sample-and-hold means, and becomes the clamp potential in the second half of the conduction period of the horizontal selection switch after the sample-and-hold. An output signal is output to the horizontal signal line through the amplification means.

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。   According to the amplification type solid-state imaging device of the fifth aspect, in the first period, the input changeover switch is switched to the signal line side, and the light receiving signal of the pixel element in the first half period of the first period. Alternatively, one of the reference signals is clamped by the first clamping means. Next, the other one of the light reception signal or the reference signal of the pixel element is sampled and held by the first sample hold means via the clamp capacitor in the latter half of the first period, and the light reception signal from the pixel element A signal representing the difference between the reference signal and the reference signal by the amount of displacement from the clamp potential is held in the sample hold capacitor. Thereafter, in the second period, the input changeover switch is switched to the fixed potential side, and the clamp potential is set to the fixed potential at the beginning of the second period by the first clamp means. Sample hold on output side. Next, in the first half of the period in which the horizontal selection switch is turned on and the output signal of the amplification means is read out to the horizontal signal line, the difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal is determined by the amount of displacement from the clamp potential. After the first output signal is output to the horizontal signal line via the amplification means, the signal on the output side of the clamp capacitor is sampled and held by the first sample hold means, and the horizontal selection switch A second output signal representing the clamp potential is output to the horizontal signal line in the second half of the conduction period. The difference between the received light signal and the reference signal is obtained by taking the difference between the first and second output signals thus obtained.

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。   An amplification type solid-state imaging device according to a sixth aspect is the amplification type solid-state imaging device according to the fifth aspect, wherein the first of the pair of the first output signal and the second output signal from the horizontal signal line. A second clamping means for clamping an output signal and outputting a difference signal between the first output signal and the second output signal during a period of the second output signal; and sampling the difference signal from the second clamping means And a second sample hold means for holding and outputting the sampled and held difference signal.

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。   According to the amplification type solid-state imaging device of the sixth aspect, the set of the first output signal and the second output read out to the horizontal signal line by the configuration of the second clamp circuit and the second sample hold circuit. A difference signal from the signal, that is, a difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal is obtained, and a signal representing an FPN-free image from which all variation components are removed can be obtained.

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。   An amplification type solid-state imaging device according to a seventh aspect is the amplification type solid-state imaging device according to the fifth aspect, wherein the first of the pair of the first output signal and the second output signal from the horizontal signal line. Third sample hold means for sample-holding the output signal, and fourth sample hold means for sample-holding the second output signal of the set of the first output signal and the second output signal from the horizontal signal line. And calculating means for obtaining a difference signal between the first output signal held by the third sample hold means and the second output signal held by the fourth sample hold means and outputting the difference signal It is characterized by having.

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。   According to the amplification type solid-state imaging device of the seventh aspect, the first set of the first set read out to the horizontal signal line is configured by taking the difference between the outputs of the third and fourth sample and hold circuits by the calculating means. A difference signal between the output signal and the second output signal, that is, a difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal is obtained, and a signal representing an FPN-free image from which all variation components are removed can be obtained.

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。   An amplification type solid-state imaging device according to claim 8 is the amplification type solid-state imaging device according to any one of claims 4 to 7, wherein the control means is a first control signal that is turned on in the latter half of the first period. And a second control signal that is turned on during a period in which the horizontal selection switch in the second period is turned on, and the first control signal is input to one input terminal, A control signal is input to the other input terminal, and a sample hold changeover switch having an output terminal connected to the control input terminal of the sample hold switch of the first sample hold means is provided.

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。   According to the amplification type solid-state imaging device of the eighth aspect, the sample hold changeover switch is switched to the first control signal side in the latter half of the first period, and the horizontal selection switch in the second period is turned on. By switching the sample hold changeover switch to the second control signal side during the period, the sample hold switch of the first sample hold means can be controlled for each vertical signal line in which the horizontal selection switch is sequentially turned on with a simple configuration. .

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。   The correlated double sampling circuit according to claim 9 is the correlated double sampling circuit according to claim 1 or 2, wherein each of the clamp switch and the sample hold switch is composed of a MOS transistor, and the gate portion of the MOS transistor of the clamp switch. The ratio of the junction area to the area is substantially the same as the ratio of the junction area to the gate area of the MOS transistor of the sample hold switch.

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。   According to the correlated double sampling circuit of claim 9, the ratio of the junction area to the gate area of the MOS transistor of the clamp switch and the ratio of the junction area to the gate area of the MOS transistor of the sample and hold switch Since the potential drop due to the leakage current of the MOS transistor becomes equal on the signal line between the clamp capacitor and the sample-and-hold capacitor and the signal line on the output side of the sample-and-hold capacitor. The potential drop can be reliably removed by the CDS operation.

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。   The correlated double sampling circuit according to claim 10 is the amplification type solid-state imaging device according to claim 5, wherein all the horizontal selections are performed in a period during which the first sample hold means samples and holds in at least the first period. The horizontal selection connected to the first sample hold means during a period in which the switch is conductive and the signal on the output side of the clamp capacitor in the second period is sampled and held by the first sample hold means. The switch is in a conductive state.

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。   According to the correlated double sampling circuit of the tenth aspect, the horizontal selection switch becomes conductive when the first sample hold means samples and holds both in the first and second periods, and the output of the amplifier means Are connected to the horizontal signal line via a horizontal selection switch. Therefore, the state of the load side of the first sample hold means is the same during the operation of the first sample hold means during the first and second periods, and the operation conditions are the same for the two operations. The unevenness of the shape can be reduced more completely.

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。   The correlated double sampling circuit according to claim 11 is the amplification type solid-state imaging device according to claim 10, comprising a constant current load connected to the horizontal signal line via a load connection switch, and at least all of the horizontal selection circuits. The load connection switch is in an OFF state during a period in which the switch is in a conductive state.

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。   According to the correlated double sampling circuit of claim 11, the load connection switch is turned off to disconnect the constant current source from the horizontal signal line during a period in which at least all of the horizontal selection switches are conductive. As a result, no load current flows, so that even if there is a large level difference between the outputs of the amplifying means, no interference occurs. Therefore, the sample-and-hold capacitor on the input side of the amplifying means is not affected, and the correct sample-and-hold operation can be performed in both operations, and the nonuniformity of FPN and sharding can be more completely reduced.

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。   Further, the correlated double sampling circuit according to claim 12 is the amplification type solid-state imaging device according to claim 5, wherein all the horizontal selections are performed in a period in which the first sample hold means samples and holds in at least the first period. The horizontal switch connected to the first sample hold means during a period in which the switch is non-conductive and the signal on the output side of the clamp capacitor within the second period is sampled and held by the first sample hold means. The selection switch is in a non-conductive state.

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。   According to the correlated double sampling circuit of the twelfth aspect, the horizontal selection switch becomes non-conductive when sample-holding is performed by the first sample-holding means in both the first and second periods, and the amplification means The output is not connected to the horizontal signal line via the horizontal selection switch. Therefore, the state of the load side of the first sample hold means is the same during the operation of the first sample hold means during the first and second periods, and the operation conditions are the same for the two operations. The unevenness of the shape can be reduced more completely.

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。   In the correlated double sampling circuit according to the first aspect of the present invention, the first half of the signal is obtained by the first CDS operation by the first clamp means and the first sample hold means during the first period when the input changeover switch is switched to the signal line side. The net signal is held in the sample and hold capacitor as the difference between the period signal and the second half period signal, and then in the second period when the input changeover switch is switched to the fixed potential side, the first clamp means and the first sample and hold means By the second CDS operation, a reference signal including the same feedthrough level as that in the first CDS operation is obtained in the sample and hold capacitor.

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。   Therefore, according to the correlated double sampling circuit of the first aspect of the invention, if the difference between the signals held in the sample and hold capacitors before and after the second sample and hold operation is taken, the noise component of the signal line is removed by the CDS operation. In addition, the clamp feedthrough level, sample hold feedthrough level generated by the CDS operation, and an extremely low noise signal from which the potential lowering component due to leakage is removed can be obtained. is there. Therefore, by applying this correlated double sampling circuit to the amplification type solid-state imaging device, it is possible to greatly reduce the FPN associated with the horizontal pixel selection with a simple configuration, and to reduce the shading-like nonuniformity. High quality images can be obtained.

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。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a correlated double sampling circuit according to the first aspect of the present invention, wherein the clamp capacitor has a capacitance more than 10 times the capacity of the sample hold capacitor. The gain when the signal is accumulated in the sample hold capacitor can be increased.

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。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a correlated double sampling circuit according to the first or second aspect, wherein each of the clamp switch and the sample hold switch is composed of a MOS transistor, and clamps the capacitance of the clamp capacitor. Since the ratio of the junction area of the switch and the ratio of the junction area of the sample and hold switch to the capacity of the sample and hold capacitor are substantially the same, the signal line between the clamp capacitor and the sample and hold capacitor and the sample and hold capacitor The potential drop due to the leak current of the MOS transistor becomes equal on the signal line on the output side, and the potential drop due to the leak current of the MOS transistor can be reliably removed by the CDS operation.

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。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an amplification type solid-state imaging device that amplifies and outputs a photoelectric conversion means and a light reception signal formed by the photoelectric conversion means and a reference signal serving as a reference of the light reception signal. An element, a vertical signal line to which the output of the pixel element is connected, an amplifying means for amplifying the signal of the vertical signal line, and a horizontal signal line to which the output of the amplifying means is connected via a horizontal selection switch. An amplification type solid-state imaging device that transmits a signal of the pixel element to a horizontal signal line via a vertical signal line, an amplifying unit, and a horizontal selection switch, between the vertical signal line and the amplifying unit. 3 is provided with one of the correlated double sampling circuits.

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。   Therefore, according to the amplification type solid-state imaging device of the fourth aspect of the present invention, it is possible to remove the clamp feedthrough level, the sample hold feedthrough level, and the potential lowering component due to the leak generated by the CDS operation on each vertical signal line. It becomes possible to obtain a high-quality image signal from which all variation components have been removed. Further, compared with the conventional case where a correlated double sampling circuit is provided for each vertical signal line, it is extremely simple only by adding an input changeover switch in front of the clamp capacitor, and the area can be kept small.

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。   An amplification type solid-state imaging device according to a fifth aspect of the invention is the amplification type solid-state imaging device according to the fourth aspect, wherein the input changeover switch is switched to the signal line side in the first period, and the first One of the light reception signal or the reference signal of the pixel element is clamped by the first clamping means in the first half period of the period, and then the other of the light reception signal or the reference signal of the pixel element in the second half period of the first period. Is sampled and held by the first sample and hold means via the clamp capacitor, and a signal representing the difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal by the amount of displacement from the clamp potential is supplied to the sample and hold capacitor. After holding, in the second period, the input selector switch is switched to the fixed potential side. At the beginning of the second period, the clamp potential with respect to the fixed potential is sampled and held on the output side of the clamp capacitor by the first clamp means, and then the horizontal selection switch is turned on so that the amplification means In the first half of the period in which the output signal is read out to the horizontal signal line, a first output signal that represents the difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal by the amount of displacement from the clamp potential is supplied to the horizontal signal line via the amplification means. The output signal of the clamp capacitor is sampled and held by the first sample and hold means, and the second output signal representing the clamp potential is horizontal in the second half of the conduction period of the horizontal selection switch after the sample and hold. By outputting to the signal line and taking the difference between the first and second output signals, the received light signal and the reference signal The difference is obtained.

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。   An amplification type solid-state imaging device according to a sixth aspect of the invention is the amplification type solid-state imaging device according to the fifth aspect, wherein the first output signal and the second output signal of the set from the horizontal signal line are a first one. A second clamp means for clamping the output signal and outputting a difference signal between the first output signal and the second output signal during a period of the second output signal; and sampling and holding the difference signal from the second clamp means. The difference between the first output signal and the second output signal read out to the horizontal signal line, that is, the light reception from the pixel element, is constituted by the second sample hold means for outputting the difference signal sampled and held. A difference between the signal and the reference signal is obtained, and a signal representing an image without FPN from which all variation components are removed can be obtained.

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FPNのない画像を表す信号を得ることができる。   An amplification type solid-state imaging device according to a seventh aspect of the present invention is the amplification type solid-state imaging device according to the fifth aspect, wherein outputs of the third and fourth sample and hold circuits that sample and hold the first output signal are calculated by the arithmetic means. A difference signal between a set of the first output signal and the second output signal read out to the horizontal signal line, that is, a pixel element, by taking the difference between the outputs of the fourth sample hold circuit that samples and holds the second output signal. A difference between the received light signal from the reference signal and the reference signal is obtained, and a signal representing an FPN-free image from which all variation components have been removed can be obtained.

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。   An amplification type solid-state imaging device according to an eighth aspect of the present invention is the amplification type solid-state imaging device according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein a sample-hold changeover switch is connected to the control means from the control means in the latter half of the first period. By switching to the first control signal side and switching the sample-hold changeover switch to the second control signal side from the control means during a period in which the horizontal selection switch in the second period is conductive, a simple configuration is achieved. Thus, the sample hold switch of the first sample hold means can be controlled for each vertical signal line through which the horizontal selection switch is sequentially turned on.

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。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a correlated double sampling circuit according to the first or second aspect, wherein each of the clamp switch and the sample hold switch comprises a MOS transistor, and the clamp switch has a MOS transistor. Since the ratio of the junction area to the gate area and the ratio of the junction area to the gate area of the MOS transistor of the sample hold switch are substantially the same, the signal line and sample between the clamp capacitor and the sample hold capacitor The potential drop due to the leak current of the MOS transistor becomes equal on the signal line on the output side of the hold capacitor, and the potential drop due to the leak current of the MOS transistor can be reliably removed by the CDS operation.

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。   According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the correlated double sampling circuit according to the fifth aspect, wherein at least the first sample-and-hold means within the first period samples and holds in the amplification type solid-state imaging device. The horizontal selection switch is turned on, and the signal connected to the first sample-holding means is connected to the first sample-holding means during a period in which the signal on the output side of the clamp capacitor in the second period is sample-held by the first sample-holding means. Since the horizontal selection switch is in the conductive state, the horizontal selection switch is in the conductive state when sample-holding by the first sample-holding means in both the first and second periods, and the load-side side of the first sample-holding means is Since the state is the same in the first and second periods and the operation conditions are the same for the two operations, It can be more fully reduce the non-uniformity of PN and shading shape.

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。   The correlated double sampling circuit of the invention of claim 11 is the amplification type solid-state imaging device of claim 10, comprising a constant current load connected to the horizontal signal line via a load connection switch, and at least all of the above Since the load connection switch is turned off and the constant current source is disconnected from the horizontal signal line during the period in which the horizontal selection switch is in a conductive state, no load current flows, so there is a large level difference in the output of each amplification means. Even if there is no interference, it does not affect the sample hold capacitor on the input side of the amplifying means, and the correct sample hold operation can be performed in both operations, thereby further reducing the nonuniformity of FPN and sharding. It can be completely reduced.

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。   According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the correlated double sampling circuit according to the fifth aspect of the present invention, wherein all the above-mentioned samples are sampled and held by at least the first sample and hold means within the first period. The horizontal selection switch is turned off and connected to the first sample hold means during a period in which the signal on the output side of the clamp capacitor within the second period is sampled and held by the first sample hold means. Since the horizontal selection switch is in a non-conducting state, the horizontal selection switch is in a non-conducting state when sample-holding by the first sample-holding means in both the first and second periods, and the first sample-holding means Does the load-side state be the same in the first and second periods, and the operating conditions are the same for the two operations? , It is possible to more completely reduce the FPN and shading-like nonuniformity.

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。   Hereinafter, a correlated double sampling circuit of the present invention and an amplification type solid-state imaging device using the same will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

(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201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203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200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Vin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204に保持されて、出力信号Voutを出力する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a circuit diagram of a correlated double sampling circuit according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the correlated double sampling circuit includes an input selector switch 200 having a vertical signal line 145 connected to one input terminal and a ground GND as a fixed potential connected to the other input terminal, A clamp capacitor 201 having one end connected to the output terminal of the input changeover switch 200, a clamp switch 202 having one end connected to the other end of the clamp capacitor 201 and the other end connected to a clamp potential VCP , and the clamp capacitor A sample hold switch 203 having one end connected to the other end of 201, and a sample hold capacitor 204 connected between the other end of the sample hold switch 203 and the ground GND. The clamp capacitor 201 and the clamp switch 202 constitute a first clamp means, and the sample hold switch 203 and the sample hold capacitor 204 constitute a first sample hold means. The correlated double sampling circuit has a timing generation circuit 213 as control means for outputting a pulse φ P0 , a pulse φ C0 and a pulse φ S0, and controls the switching of the input selector switch 200 by the pulse φ P0 , On / off of the clamp switch 202 is controlled by the pulse φ C0 , and on / off of the sample hold switch 203 is controlled by the pulse φ S0 . The input signal Vin in the vertical signal line 145 is held in the sample hold capacitor 204 via the clamp capacitor 201 and the sample hold switch 203, and outputs an output signal Vout .

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。   2A to 2F are timing charts showing the operation of the correlated double sampling circuit. Hereinafter, the operation of the correlated double sampling circuit will be described with reference to the timing chart of FIG.

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201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t2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)、
m(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Vout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、
out(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。
First, as shown in FIG. 2, the pulse φ P0 is set to a high level within the period 1 as the first period (shown in FIG. 2B), so that the input side of the clamp capacitor 201 shown in FIG. The signal is connected to the vertical signal line 145 via the input changeover switch 200. Next, the first half period of the input signal V in at time t 1 in (FIG. 2 (indicated by S 1 in a)), (shown in FIG. 2 (c)) by the pulse phi C0 to the high level, the clamp A clamping operation to the potential V CP is performed. Then, at time t 2 in the second half period of the input signal (indicated by S 2 in FIG. 2 (a)), the pulse φ S0 is set to the high level (shown in FIG. 2 (d)), thereby performing the sample hold operation. Done. At this time, since the level of the signal V m of the output side of the signal line 211 of the clamp capacitor 201, after the clamping operation at time t 1, the there is a field-through level △ V CP of the clamp pulse φ C0, V CP - △ V CP (shown in FIG. 2 (e)). Thereafter, the level of the signal V m of the signal lines 211, the signal through the clamp capacitor 201 changes by V S (V S is the difference between the period S 1 and the period S 2 of the input signal V in, the net ),
V m (t 2 ) = V CP −ΔV CP + V S ………………………… (Formula 1)
It becomes. Since the output signal Vout obtained by sampling and holding this has the feedthrough level ΔV SH of the sample and hold pulse φ S0 ,
V out (t 2 + α) = V CP −ΔV CP + kV S −ΔV SH (Equation 2)
It becomes. Note that k is a gain when a signal passing through the clamp capacitor 201 (capacitance C c ) is accumulated in the sample hold capacitor (capacitance C S ), and is expressed by the following equation.

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。
k = 1−C S / C C ……………………………………… (Formula 3)
That is, in order to increase the gain, it is necessary to sufficiently greater than the capacitance C S of the capacitor C C, the normal capacity C C more than 10 times the capacity C S.

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、
a(t4−△t)=VCP−△VCP+kVS−△VSH−ΔVdrp …… (式4)
となる(図2(f)に示す)。
The signal of the above (Equation 2) decreases by ΔV drp due to the leakage current I d2 on the signal line 212 (signal V out ) near the time t 4 at the time of the second sample hold (FIG. 2 (f) As shown). Accordingly, the first output signal S a which is obtained at time t 4 immediately before the signal line 212 (signal V out) is
S a (t 4 −Δt) = V CP −ΔV CP + kV S −ΔV SH −ΔV drp (Equation 4)
(Shown in FIG. 2 (f)).

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、
b(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203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。
On the other hand, on the signal line 211, after time t 2 , the input side of the input selector switch 200 is grounded and clamped again at time t 3 , so that V CP −ΔV CP is held on the output side of the clamp capacitor 201. Is done. Here, ΔV CP is caused by the same clamp switch 202 as in the cases of (Expression 1), (Expression 2), and (Expression 4), and thus has the same value as at time t 1 . Thereafter, due to the leakage current I d1 on the signal line 211 until time t 4 , a potential drop occurs by ΔV drp . Therefore, the potential of the signal V m of the signal lines 211 in the vicinity of the time t 4 is V CP - the △ V CP -ΔV drp (shown in FIG. 2 (e)). At time t 4, by the sample-and-hold pulse phi S0 to a high level, the second output signal S b at time t 4 after the signal line 212 (signal V out), a feed through level △ V SH is added And
S b (t 4 + △ t ) = V CP - △ V CP -ΔV drp - △ V SH ............... ( Equation 5)
(Shown in FIG. 2 (f)). Here, ΔV SH is the same value as at time t 2 because it originates from the sample hold switch 203 that is exactly the same as in the cases of (Expression 2) and (Expression 4). Therefore, if a difference OS between the first output signal Sa and the second output signal Sb is obtained by a correlated double sampling circuit (not shown) provided on the signal line 212 (signal Vout ),
OS = S a −S b = kV S ………………………… (Formula 6)
In addition to the noise reduction effect inherent in the correlated double sampling circuit, the clamp pulse feed-through level ΔV CP and the sample hold pulse feed-through level ΔV SH are removed, and the potential drop ΔV drp due to leakage current is also eliminated. A net signal V S is obtained.

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Vout)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。 In the period between time t 3 and time t 4 , the input changeover switches 200, 202, and 203 are all off, and the signal line 211 (signal V m ) and the signal line 212 (signal V out ) are isolated from each other. And is in a floating state. In the isolated signal lines 211 and 212, the sources of the MOS transistors constituting the switches 202 and 203 exist as diodes, and junction leakage of the diodes becomes a leakage current.

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Id(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。
In order to completely remove the potential drop ΔV drp due to the leak current, it is necessary to match the potential drop on the signal line 211 (signal V m ) with the potential drop on the signal line 212 (signal V out ). When the leakage current of the signal line V (x) is I d (x) and the capacitance is C (x), the potential drop ΔV (x) at time t is
ΔV (x) = I d (x) · t / C (x) (Equation 7)

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、Id(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、
d(x)=a1J(x) ………………………………… (式8)
C(x)=b1J(x)+b2C(x) …………………… (式9)
=(b1+b20)SJ(x) ……………………… (式10)
ただし、c0=SC(x)/SJ(x) …………………………… (式11)
となる。
FIG. 3 shows the area relationship of signal line portions used in the correlated double sampling circuit, 300 is a p-type semiconductor substrate, 301 is a gate of a MOS transistor constituting each switch, 302 is a junction of the MOS transistor, Reference numeral 303 denotes a signal line. As shown in FIG. 3, when the junction area is S J (x) and the gate area is S C (x), I d (x) and C (x) represent the junction leakage current per unit area as a 1. When the junction capacitance per unit area is b 1 and the gate capacitance is b 2 ,
I d (x) = a 1 S J (x) ………………………………… (Formula 8)
C (x) = b 1 S J (x) + b 2 S C (x) (Equation 9)
= (B 1 + b 2 c 0 ) S J (x) ……………………… (Equation 10)
However, c 0 = S C (x) / S J (x) (Equation 11)
It becomes.

1,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。
a 1 , b 1 , b 2 are generally constant values, and c 0 is constant in area ratio.
ΔV (x) = constant …………………………………… (Formula 12)
It becomes.

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。 That is, if the ratio of the junction area and the gate area is made substantially the same in the signal line 211 (signal V m ) and the signal line 212 (signal V out ), ΔV drp is completely removed. In FIG. 1, when the ratio of the junction area of the signal line 211 (signal V m ) is smaller than that of the signal line 212 (signal V out ), the dummy junction 210 (indicated by the dotted line) is used to make the ratio of the junction area and the gate area substantially the same. Is required).

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CDS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。 Thus, the period 1 by the first CDS operation of switching the input selector switch 200 to the vertical signal line 145 side, the net as a difference between the first half period signal and the second half period signal of the signal V in the vertical signal line 145 side Is obtained by the sample hold capacitor 204, and the second CDS operation in the second period 2 in which the input changeover switch 200 is switched to the fixed potential side includes the same feedthrough level as the first CDS operation. A reference signal is obtained at the sample and hold capacitor 204. Thereafter, by taking the difference between the signals held in the sample hold capacitor 204 before and after the second sample hold operation, only a net signal component in which all the feedthrough levels generated in the CDS operation are canceled is obtained. Therefore, by applying this correlated double sampling circuit to the amplification type solid-state imaging device, it is possible to greatly reduce the FPN associated with the horizontal pixel selection with a simple configuration, and to reduce the shading-like nonuniformity. High quality images can be obtained.

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。   Further, by setting the capacitance of the clamp capacitor 201 to 10 times or more of the capacitance of the sample hold capacitor 204, the gain when the signal passing through the clamp capacitor 201 is accumulated in the sample hold capacitor 204 can be increased.

また、上記クランプスイッチ202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、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。 Further, the ratio of the junction area to the gate area of the MOS transistor of the clamp switch 202 and the ratio of the junction area to the gate area of the MOS transistor of the sample hold switch 203 are made substantially the same, whereby the signal line 211 is obtained. (Signal V m ) and signal line 212 (signal V out ) make the potential drop due to the leak current of the MOS transistor equal in each signal line 211, 212, and the potential drop due to the leak current of the MOS transistor is reliably removed by the CDS operation. be able to.

(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。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a circuit diagram of an amplification type solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. 4, the two-dimensional pixel region has the same configuration as the two-dimensional pixel region 140 shown in FIG. 17, and the two-dimensional pixel region is not shown and described. In the following, a signal path circuit after the vertical signal line 145 is used. Will be described. This amplification type solid-state imaging device has the same components as the correlated double sampling circuit shown in FIG. 1 except for the timing generation circuit, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. .

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155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156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205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φSHSASW2CASW,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。 As shown in FIG. 4, in the amplification type solid-state imaging device, the other end of the signal line 212 having one end connected to the sample hold switch 203 is connected to an input terminal of an amplifier circuit 155 as an amplifying unit. The output terminal of the amplifier circuit 155 is connected to the horizontal signal line 164 via the horizontal selection switch 156. The output line 161 from the horizontal scanning circuit 160 is connected to the control input terminal of the horizontal selection switch 156. Further, the output terminal of the sample hold switch 207 is connected to the control input terminal of the sample hold switch 203, and the pulse φ SA as the first control signal is input to one input terminal of the sample hold switch 207, An output terminal of an AND (logical product) circuit 205 is connected to the other input terminal of the sample hold changeover switch 207 via a signal line 208. A pulse φ SH is input to one input terminal of the AND circuit 205, and a pulse φ H (j) as a second control signal is output from the horizontal scanning circuit 160 to the other input terminal of the AND circuit 205 via the output line 161. And the pulse φ Sj is output from the AND circuit 205. Further, the input terminal of the CDS circuit 168 is connected to the end of the horizontal signal line 164, the output terminal of the CDS circuit 168 is connected to the input terminal of the amplifier circuit 169, and the signal OS is output from the amplifier circuit 169. This amplification type solid-state imaging device has a timing generation circuit 214 as a control means for outputting pulses φ SH , φ SA , φ SW2 , φ CA , φ SW , a clamp pulse φ C2 and a sample hold pulse φ S2. ing.

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。 In FIG. 4, the switching of the input changeover switch 200 of the correlated double sampling circuit for each vertical signal line 145 is controlled by a pulse φ SW , and the signal or fixed potential of the vertical signal line 145 is controlled by the input changeover switch 200 and the clamp capacitor 201. To the sample hold switch 203. Then, the clamp switch 202 is controlled by the pulse φ CA and the output side of the clamp capacitor 201 is connected to the clamp potential V CP via the clamp switch 202 to perform a clamp operation. Next, the sample hold switch 203 is controlled by the pulse φ Sj, and the signal from the sample hold switch 203 is held in the sample hold capacitor 204 to perform the sample hold operation. The signal held in the sample hold capacitor 204 is amplified by the amplifier circuit 155, and the amplified signal is guided to the horizontal signal line 164 via the horizontal selection switch 156. Then, after the signal guided to the horizontal signal line 164 is processed by the CDS circuit 168, the signal OS is output from the amplifier circuit 169.

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。 The operation of the amplification type solid-state imaging device having the above configuration is shown in the timing charts of FIGS. As shown in FIG. 5, by setting the pulse φ sw to the high level within the horizontal blanking period as the first period (shown in FIG. 5B), the clamp capacitor 201 is connected via the input changeover switch 200. Connect to the vertical signal line 145. Then, the pulse φ CA is set to the high level at time t 1 within one readout period of the light reception signal or reference signal from the pixel (indicated by S 1 in the signal V 1 in FIG. 5A) (FIG. 5). 5 (c)), the clamp operation to the clamp potential is performed. Further, the pulse φ SA is set to the high level at time t 2 within the other readout period of the light reception signal or the reference signal from the pixel element (not shown) (indicated by S 2 in the signal V 1 in FIG. 5A). (Shown in FIG. 5D), the sample and hold operation is performed. As described above, the difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal is held in the sample hold capacitor 204.

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),φH(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155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。 Next, at the end of the horizontal blanking period, the pulse φ sw is set to the low level (shown in FIG. 5B), and the input changeover switch 200 is connected to the fixed potential (ground GND), and then the pulse φ CA at time t 3 . By turning on the clamp input changeover switch 200 again, the clamp potential V CP is held on the output side of the clamp capacitor 201. In the horizontal effective period as the second period, the pulses φ H (j), φ H (j + 1), φ H (j + 2),... (Shown in FIGS. 5E to 5G). ), The horizontal selection switch 156 is sequentially turned on for each vertical signal line 145, and the output of the amplifier circuit 155 is read to the horizontal signal line 164. At time t J (j = 4, 5,...) In the middle of each readout period, pulses φ H (j), φ H (j + 1), φ H (j + 2) ,. Sample hold switch (shown in FIGS. 5 (i) to (k)) by pulses φ S (j), φ S (j + 1), φ S (j + 2),. 203 performs the second sample operation. As a result, the signal V sr output from each amplifier circuit 155 to the horizontal signal line 164 becomes a signal that represents the difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal in the first half by the amount of displacement from the clamp potential V CP . The clamp potential V CP held by the clamp capacitor 200 in the latter half is obtained (shown in FIG. 5 (l)). These are represented by the first output signal Sa and the second output signal Sb in FIG. Thereafter, the clamp pulse phi C2 and a sample hold pulse phi S2 of CDS circuit 168 (FIG. 5 (m), shown in (n)), the difference between the first output signal S a and the second output signal S b is obtained The signal OS is output via the buffer amplifier 169.

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168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=kVs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。 The amplification type solid-state imaging device of the second embodiment of the present invention has the same operations and effects as the correlated double sampling circuit of the first embodiment. That is, by replacing the input signal Vin in FIG. 1 of the first embodiment with V 1 , the signal V m of the signal line 211 with V 2 , and the signal V out of the signal line 212 with V sr , The first and second output signals S a and S b are expressed by (Equation 4) and (Equation 5) as in FIG. Therefore, if the difference between the first output signal S a and the second output signal S b is obtained by the CDS circuit 168 provided in the horizontal signal line 164, the signal OS becomes OS = S a − as in the above (formula 6). S b = kV s , so that not only the variation of each amplifier circuit 155 is removed, but also the field through level ΔV CP of the clamp pulse and the field through level ΔV SH of the sample hold pulse are removed, and the potential drop due to the leakage current is further removed. Only the net signal V s from which ΔV drp has also been removed is obtained. That is, an extremely high image quality image signal from which the FPN is almost completely removed can be obtained.

また、リーク電流による電位低下分ΔVdrp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。 Further, in order to completely remove the potential drop ΔV drp due to the leakage current, the method of combining the potential drop of the signal V 2 on the signal line 211 and the potential drop of the signal V 3 on the signal line 212 is the same as in the case of FIG. It is. That is, if the ratio between the junction area and the gate area is made substantially the same between the signal line 211 (signal V 2 ) and the signal line 212 (signal V 3 ), ΔV drp is completely removed. In FIG. 4, when the ratio of the junction area of the signal line 211 (signal V 2 ) is smaller than that of the signal line 212 (signal V 3 ), the dummy junction 210 (indicated by the dotted line) is used to make the ratio of the junction area and the gate area substantially the same. Is required).

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。   As described above, after obtaining the difference between the light reception signal of the pixel element and the reset signal on the input side of the amplifier circuit 155 for each vertical signal line 145 by the first CDS operation in the horizontal blanking period as the first period. After the second CDS operation in the horizontal effective period as the second period, a reference signal (clamp potential) including the same feed-through level as the first CDS operation is input to the amplifier circuit 155, and then the horizontal signal line 164 By taking the difference between the difference signal and the reference signal by the CDS operation of the CDS circuit 168 connected to the terminal of the signal, only the net signal component in which all the feedthrough levels are canceled can be obtained. Therefore, it is possible to realize an amplification type solid-state imaging device that can greatly reduce FPN associated with horizontal pixel selection, reduce shading-like non-uniformity, and obtain a high-quality image without FPN with a simple configuration. it can.

(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。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a circuit diagram of an amplification type solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. This amplifying solid-state imaging device has the same configuration as that of the amplifying solid-state imaging device of the second embodiment except for the OR circuit 301, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Although omitted in FIG. 4 of the second embodiment, as shown in FIG. 6, a constant current load 304 is connected between the horizontal signal line 164 and the ground GND.

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φSWとの論理和を演算し、その演算結果を表すパルス(φHA(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。 As shown in FIG. 6, an OR circuit 301 is added to the output line 161 from the horizontal scanning circuit 160, the signal line 161 is connected to one input terminal of the OR circuit 301, and the other of the OR circuit 301 is connected. The pulse φ SW is input to the input terminal, and the output terminal of the OR circuit 301 is connected to the signal line 302. The logical sum circuit 301 calculates the logical sum of the pulse (φ H (j), φ H (j + 1),...) Of the signal line 161 and the pulse φSW, and outputs a pulse (φ HA (j), φ HA (j + 1),...) are input to the control input terminal of the horizontal selection switch 156 via the signal line 302.

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φH(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。 The operation of the amplification type solid-state imaging device is shown in the timing chart of FIG. FIG. 7 differs from FIG. 5 in the second embodiment only in the pulses φ HA (j), φ HA (j + 1) ,. That is, these pulses φ HA (j), φ HA (j + 1),... Are ORed with the pulses φ H (j), φ H (j + 1) ,. Therefore, the waveforms are as shown in FIGS. Therefore, the horizontal selection switch 156 that reads the signal of the amplifier circuit 155 to the horizontal signal line 164 is simultaneously turned on in the first period (horizontal blanking period) and sequentially turned on in the second period (horizontal effective period). Become. This has the following characteristics when viewed from the CDS circuit side.

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156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。   The amplification type solid-state imaging device of the third embodiment is characterized in that the sample and hold operation is performed twice for each vertical signal line 145, once in the first period and once in the second period. That is, as shown in FIGS. 7 (i) to (k), each of the sample and hold switches 203 is turned on twice. At this time, the difference between the pixel signal and the reference signal is held at the first time, and the clamp potential signal as the reference signal is held at the second time. Therefore, it is desirable that the conditions be the same as much as possible in the two operations. In the case of the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the horizontal selection switch 156 is turned off for the first sample hold operation, and the horizontal selection switch 156 is turned on for the second sample hold operation. The state of was different. On the other hand, in the third embodiment, the horizontal selection switch 156 is turned on for the first and second sampling and holding operations, and in either case, the output of the amplifier circuit 155 passes through the horizontal selection switch 156 to the horizontal signal line. 164, the state on the load side of the sample and hold switch 203 is the same. For example, when the amplifier circuit 155 is a source follower circuit, the input gate capacitance changes greatly when the horizontal selection switch 156 is turned on / on, and when it is turned on, a channel is formed under the input gate, and the input gate capacitance increases. When off, no channel is formed and the input gate capacitance is reduced. That is, if the horizontal selection switch 156 is turned on in both operations, the operating conditions are completely the same. Thereby, FPN and shading-like nonuniformity can be reduced more completely.

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。   In the third embodiment, the horizontal selection switch 156 is turned on at the same time in the first period (horizontal blanking period). However, the horizontal selection switch 156 is in a period during which at least the sample hold switch 203 is turned on in the first period. 156 may be turned on at the same time.

(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。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a circuit diagram of an amplification type solid-state imaging device according to the fourth embodiment of the present invention. This amplification type solid-state imaging device has the same configuration as the amplification type solid-state imaging device of the third embodiment except for the load connection switch 303 and the constant current load 304, and the same components are denoted by the same reference numerals. Description is omitted.

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。 As shown in FIG. 8, a constant current load 304 is connected between the horizontal signal line 164 and the ground GND via a load connection switch 303. A pulse φ LG is input to the control input terminal of the load connection switch 303.

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。 The operation of the amplification type solid-state imaging device is shown in the timing chart of FIG. 9 differs from FIG. 5 in the second embodiment only in that a pulse φ LG for driving the load connection switch 303 is added. That is, within the horizontal blanking period, the pulse φ LG is turned off during the period in which the horizontal selection switches 156 are simultaneously turned on by the pulses φ HA (j), φ HA (j + 1),. 303 is turned off, and the current from the constant current load 304 does not flow through the horizontal signal line 164. On the other hand, in the horizontal effective period, the pulse φ HA (j), φ HA (j + 1), within the time each horizontal selection switch 156 is respectively turned on by ..., pulse phi LG is turned on, the load connection switch 303 Is turned on, and the current from the constant current load 304 flows through the horizontal signal line 164.

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304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。   As described above, in the fourth embodiment, it is desirable that the two conditions be as much as possible in the two sample-and-hold operations. In the case of FIG. 6 of the third embodiment, during the first sample and hold operation, the outputs of all the amplifier circuits 155 are simultaneously connected to the horizontal signal line 164 via the horizontal selection switch 156, while the load by the constant current load 304 Since the current is constant, if there is a large level difference in output on the amplifier circuit side, interference may occur between them. For this reason, in the third embodiment, the hold capacitor 204 on the input side of the amplifier circuit 155 is also affected, and it may be difficult to perform the sample and hold operation independently in each column.

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。   On the other hand, in the amplification type solid-state imaging device of the fourth embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the outputs of all the amplifier circuits 155 are set to the horizontal selection switch 156 at the same time during the first sample hold operation. Since the load current due to the constant current load 304 does not flow by turning off the load connection switch 303 when connected to the horizontal signal line 164 through the amplifier circuit 155, they interfere with each other even if there is a large level difference in output between the amplifier circuits 155. It does not occur. Therefore, the hold capacitor 204 on the input side of the amplifier circuit 155 is not affected, and the sample and hold operation can be independently performed in each column. That is, the correct sample and hold operation can be performed in both operations, and the nonuniformity of FPN and sharding can be more completely reduced.

(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。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows a circuit diagram of an amplification type solid-state imaging device according to the fifth embodiment of the present invention. This amplifying solid-state imaging device has the same configuration as that of the amplifying solid-state imaging device of the second embodiment except for the logical product circuit 401, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

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。 As shown in FIG. 10, an AND circuit 401 is added to the output line 161 from the horizontal scanning circuit 160, the signal line 161 is connected to one input terminal of the AND circuit 401, and the other of the AND circuit 401 is connected. An inversion signal of the pulse φ SH is input to the input terminal of, and the output terminal of the AND circuit 401 is connected to the signal line 302. Then, the logical product 401 calculates the logical product of the pulse (φ H (j), φ H (j + 1),...) Of the signal line 161 and the inverted signal of the pulse φ SH , and represents the calculation result. Pulses φ HB (j), φ HB (j + 1),... Are input to the control input terminal of the horizontal selection switch 156 via the signal line 402.

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。 The operation of the amplification type solid-state imaging device is shown in the timing chart of FIG. FIG. 11 differs from FIG. 5 in the second embodiment only in the pulses φ HB (j), φ HB (j + 1) ,. That is, in these signals, the logical product of the pulses φ H (j), φ H (j + 1),... And the inverted signal of the pulse φ SH is obtained. The waveform is as shown. Therefore, the horizontal selection switch 156 that reads the signal of the amplifier circuit 155 to the horizontal signal line 164 is turned off in the first period (horizontal blanking period) and sequentially turned on in the second period (horizontal effective period). Is turned off only when the sample hold switch 203 is turned on. When viewed from the previous CDS circuit side, this has the following characteristics as in the case of FIGS.

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156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。   As already described, in the fifth embodiment, it is desirable that the same conditions are as much as possible in the two sample-and-hold operations. 10 and 11, the horizontal selection switch 156 is turned off both in the first time and the second time in which the sample hold switch 203 is turned on, and in either case, the output of the amplifier circuit 155 is supplied to the horizontal signal line via the horizontal selection switch 156. 164, the load-side state of the sample hold switch 203 is the same. That is, if the horizontal selection switch 156 is off in both operations, the operating conditions are completely the same. Thereby, FPN and shading-like nonuniformity can be reduced more completely.

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。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31,32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31,32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。 FIGS. 12 and 13 show configuration examples of the CDS circuit 168 in FIGS. 4, 6, 8, and 10. FIG. 12 shows a CDS circuit in which a clamp circuit 21 as a second clamp means to which a signal V SR is inputted and a sample hold circuit 22 as a second sample hold means are combined, and the clamp circuit 21 is controlled by a clamp pulse φ C2. The sample and hold circuit 22 is controlled by the sample and hold pulse φ S2 . The timings of the clamp pulse φ C2 and the sample hold pulse φ S2 are as shown in FIGS. By the CDS circuit, the difference between the light reception signal and the reference signal from the difference signal or pixel elements of a pair of first output signal S a and the second output signal S b read out to the horizontal signal line 164 is obtained. FIG. 13 shows a CDS circuit in which two sample hold circuits 31 and 32 as third and fourth sample hold means to which a signal V SR is inputted and a differential amplifier 33 as a calculation means are combined. The hold circuits 31 and 32 are controlled by sample and hold pulses φ S3 and φ S4, respectively. The timings of the sample hold pulses φ S3 and φ S4 correspond to φ C2 and φ S2 in FIGS. The configuration taking the difference between the outputs of the sample-and-hold circuits 31 and 32 by the differential amplifier 33, i.e., the difference signal between the pair of first output signal S a and the second output signal S b read out to the horizontal signal line 164 A difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal is obtained. These 15, the CDS circuit shown in FIG. 16, the difference signal between the first output signal S a and the second output signal S b is formed, a signal OS representing an image without any variation components are removed FPN Obtainable.

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。 Furthermore, the horizontal blanking ranking sample hold changeover switch 207 in the second half of the period is switched to the pulse phi SH side as a first control signal, the period to the sample hold changeover switch 207 by the horizontal selection switch 156 to conduct in the horizontal effective period By switching to the pulse side as the second control signal, the sample hold switch 203 can be controlled for each vertical signal line 145 in which the horizontal selection switch 200 is sequentially turned on with a simple configuration.

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。FIG. 1 is a circuit diagram of a correlated double sampling circuit according to the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a timing chart of the correlated double sampling circuit. 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。FIG. 3 is a diagram showing the area relationship of the signal line portion of the correlated double sampling circuit. 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。FIG. 4 is a circuit diagram of an amplification type solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. 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。FIG. 5 is a timing chart showing the timing of each signal of the amplification type solid-state imaging device. 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。FIG. 6 is a circuit diagram of an amplification type solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. 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。FIG. 7 is a timing chart showing the timing of each signal of the amplification type solid-state imaging device. 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。FIG. 8 is a circuit diagram of an amplification type solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. 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。FIG. 9 is a timing chart showing the timing of each signal of the amplification type solid-state imaging device. 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。FIG. 10 is a circuit diagram of an amplification type solid-state imaging device according to the third embodiment of the present invention. 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。FIG. 11 is a timing chart showing the timing of each signal of the amplification type solid-state imaging device. 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。FIG. 12 is a block diagram of a correlated double sampling circuit combining a clamp circuit and a sample hold circuit. 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。FIG. 13 is a block diagram of a correlated double sampling circuit in which two sample and hold circuits are combined. 図14は従来の横型の画素を例示する回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a conventional horizontal pixel. 図15は従来の縦型の画素を例示する回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram illustrating a conventional vertical pixel. 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。FIG. 16 is a block diagram schematically showing the circuits of FIGS. 図17は従来の増幅型固体撮像装置を示す回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing a conventional amplification type solid-state imaging device. 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。FIG. 18 is a circuit diagram showing another conventional amplification type solid-state imaging device. 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。FIG. 19 is a circuit diagram showing another conventional amplification type solid-state imaging device. 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。FIG. 20 is a diagram for explaining the problems of the conventional amplification type solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

145…垂直信号線、155,169…アンプ回路、160…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…AND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。

145: Vertical signal line, 155, 169: Amplifier circuit, 160: Horizontal scanning circuit, 168: CDS circuit, 200: Input switch, 201: Clamp capacitor, 202: Clamp switch, 203: Sample hold switch, 204: Sample hold Capacitor 205 ... AND circuit 206 ... Clock line 207 ... Sample hold changeover switch 210 ... Dummy junction

Claims (12)

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。
A signal line is connected to one input terminal, a fixed potential is applied to the other input terminal, and an input selector switch that selects and outputs either the signal of the signal line or the fixed potential;
A clamp capacitor having one end on the input side connected to the output terminal of the input selector switch, and a clamp switch having one end connected to the other end on the output side of the clamp capacitor and the other end connected to a clamp potential. One clamping means;
A first sample and hold means having a sample and hold switch having one end connected to the other end of the clamp capacitor; and a sample and hold capacitor having one end connected to the other end of the sample and hold switch;
In the first period, the input selector switch is switched to the signal line side, and the signal on the signal line is clamped by the first clamping means in the first half of the first period, and then the second half of the first period. The signal on the output side of the clamp capacitor is sampled and held by the first sample hold means, and the input changeover switch is switched to the fixed potential side in the second period following the first period. The clamp potential with respect to the fixed potential is sampled and held on the output side of the clamp capacitor by the first clamp means in the first half of the period 2, and the signal on the output side of the clamp capacitor is then sampled by the first sample hold means. The input selector switch, clamp switch and sample hold switch A correlated double sampling circuit comprising control means for controlling the control.
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。
The correlated double sampling circuit according to claim 1,
The correlated double sampling circuit, wherein the capacitance of the clamp capacitor is 10 times or more the capacitance of the sample and hold capacitor.
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。
The correlated double sampling circuit according to claim 1 or 2,
The clamp switch and the sample hold switch are each composed of a MOS transistor,
A correlated double sampling circuit characterized in that the ratio of the junction area of the clamp switch to the capacitance of the clamp capacitor is substantially the same as the ratio of the junction area of the sample and hold switch to the capacitance of the sample and hold capacitor. .
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。
An amplifying pixel element that amplifies and outputs a photoelectric conversion means, a light reception signal formed by the photoelectric conversion means and a reference signal serving as a reference of the light reception signal, and a vertical signal line to which the output of the pixel element is connected And amplifying means for amplifying the signal of the vertical signal line, and a horizontal signal line to which the output of the amplifying means is connected via a horizontal selection switch, and the signal of the pixel element is the vertical signal line and amplifying means. In an amplification type solid-state imaging device that transmits to a horizontal signal line via a horizontal selection switch,
4. An amplification type solid-state imaging device, wherein the correlated double sampling circuit according to claim 1 is provided between the vertical signal line and the amplification means.
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。
The amplification type solid-state imaging device according to claim 4,
In the first period, the input selector switch is switched to the vertical signal line side, and one of the light reception signal or the reference signal of the pixel element is clamped by the first clamp means in the first half period of the first period. Then, in the latter half of the first period, the other of the light reception signal or the reference signal of the pixel element is sampled and held by the first sample-and-hold means via the clamp capacitor. After holding the signal representing the difference between the received light signal and the reference signal by the amount of displacement from the clamp potential in the sample and hold capacitor,
In the second period, the input changeover switch is switched to the fixed potential side, and the clamp potential is set to the fixed potential at the beginning of the second period, and the clamp capacitor outputs the clamp capacitor to the output side of the clamp capacitor. In the first half of the period during which the horizontal selection switch is turned on and the output signal of the amplification means is read out to the horizontal signal line, the difference between the light reception signal from the pixel element and the reference signal is calculated from the clamp potential. After the first output signal represented by the displacement amount is output to the horizontal signal line through the amplification means, the signal on the output side of the clamp capacitor is sampled and held by the first sample hold means, and after the sample hold The second output signal that becomes the clamp potential in the second half of the conduction period of the horizontal selection switch Amplifying solid-state imaging device and outputting to the horizontal signal line via a.
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。
The amplification type solid-state imaging device according to claim 5,
The first output signal of the set of the first output signal and the second output signal from the horizontal signal line is clamped, and the first output signal and the second output are output during the period of the second output signal. Second clamping means for outputting a difference signal from the signal;
An amplification type solid-state imaging device comprising: second sample hold means for sampling and holding the difference signal from the second clamp means and outputting the sampled and held difference signal.
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。
The amplification type solid-state imaging device according to claim 5,
Third sample and hold means for sampling and holding the first output signal of the set of the first output signal and the second output signal from the horizontal signal line;
A fourth sample and hold means for sampling and holding the second output signal of the set of the first output signal and the second output signal from the horizontal signal line;
An arithmetic means for obtaining a difference signal between the first output signal held by the third sample hold means and the second output signal held by the fourth sample hold means and outputting the difference signal; An amplification type solid-state imaging device comprising:
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。
The amplification type solid-state imaging device according to any one of claims 4 to 7,
The control means outputs a first control signal that is turned on in the second half of the first period, and a second control signal that is turned on while the horizontal selection switch in the second period is conductive. ,
The first control signal is input to one input terminal, the second control signal is input to the other input terminal, and an output terminal is connected to the control input terminal of the sample hold switch of the first sample hold means An amplification type solid-state imaging device comprising a sample hold changeover switch.
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。
The correlated double sampling circuit according to claim 1 or 2,
The clamp switch and the sample hold switch are each composed of a MOS transistor,
The correlated double sampling characterized in that the ratio of the junction area to the gate area of the MOS transistor of the clamp switch is substantially the same as the ratio of the junction area to the gate area of the MOS transistor of the sample and hold switch. circuit.
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。
The amplification type solid-state imaging device according to claim 5,
All the horizontal selection switches are in a conductive state in a period of sample holding by the first sample hold means within the first period,
The horizontal selection switch connected to the first sample hold means is in a conductive state during a period in which the signal on the output side of the clamp capacitor within the second period is sampled and held by the first sample hold means. A feature of the amplification type solid-state imaging device.
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。
The amplification type solid-state imaging device according to claim 10,
A constant current load connected to the horizontal signal line via a load connection switch,
An amplification type solid-state imaging device, wherein the load connection switch is in an OFF state during a period in which at least all the horizontal selection switches are in a conductive state.
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。

The amplification type solid-state imaging device according to claim 5,
All the horizontal selection switches are in a non-conducting state in at least a period of sample holding by the first sample hold means in the first period,
The horizontal selection switch connected to the first sample hold means is in a non-conductive state during a period in which the signal on the output side of the clamp capacitor within the second period is sampled and held by the first sample hold means. An amplification type solid-state imaging device characterized by the above.

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