JP2008124866A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差を抑えることが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】被写体光を受光する画素からなる有効画素部と遮光画素からなる遮光画素部とを備えた画素部と、読み出し画素を順次設定する垂直走査回路と、所定のタイミングで印加される、画素信号をサンプルホールドするサンプルホールド制御ラインとクランプ電位を設定するクランプ制御ラインからの制御信号により、画素からのノイズ成分を抑圧する抑圧回路とを備え、ノイズ抑圧回路において、前記各制御信号を印加する順序を変更することなく、遮光画素信号が入力された状態又は遮光画素信号の入力を欠いた状態となるように前記各制御信号を印加し、光学的黒レベル信号として、前記各状態における基準信号を生成させるように構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、固体撮像装置、特に基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差を抑えることが可能な固体撮像装置に関する。
従来、固体撮像装置を用いて撮影を行う場合には、画素間の出力ばらつきを補正する必要があり、相関二重サンプリング処理（以下、ＣＤＳと略記する）がなされる。更に、映像信号の黒レベルを一定にするために暗電流に起因する誤差信号（暗電流成分）を映像信号から差し引く必要があり、この暗電流成分を検出するために遮光画素（オプティカルブラック；以下、これをＯＢと略記する）が参照される。
しかしながら、全面的にきわめて高輝度なシーンや、スポット光のような高輝度点光源が含まれるシーンを撮影する場合には、ＯＢ信号レベルが変動する場合があり、変動したＯＢ信号を用いて黒レベル補正を行うと映像信号に破綻をきたすこととなる。
この課題を解決する提案が、特開２００４−３２０３４６号公報でなされている。図８は、特開２００４−３２０３４６号公報で示されている固体撮像装置の構成を示す構成図、図９は、その動作を説明するためのタイミングチャートである。まず、図８を用いて上記公報開示の固体撮像装置の構成について説明する。図８において、ＰＩＸ11〜ＰＩＸ33は、行列状に配置（マトリクス配置）された画素を示している。これら画素ＰＩＸ11〜ＰＩＸ33のうち、１列目の画素ＰＩＸ11〜ＰＩＸ13により遮光画素部（基準画素部）１が構成され、２及び３列目の画素ＰＩＸ21〜ＰＩＸ23，ＰＩＸ31〜ＰＩＸ33により有効画素部２が構成されている。そして、上記遮光画素部１の各画素は、その表面が例えばアルミニウムなどの遮光性の膜で被覆されている。
遮光画素部１と有効画素部２を構成する画素ＰＩＸ11〜ＰＩＸ33は、フォトダイオードＤ11〜Ｄ33と、このフォトダイオードＤ11〜Ｄ33の電荷を転送させるための転送用ＭＯＳトランジスタＭ111 〜Ｍ133 と、転送された電荷をリセットするためのリセット用ＭＯＳトランジスタＭ211 〜Ｍ233 と、上記フォトダイオードＤ11〜Ｄ33の電荷を増幅するための増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 〜Ｍ333 と、行方向に配列された画素を選択するための選択用ＭＯＳトランジスタＭ411 〜Ｍ433 とから構成されている。
更に、画素ＰＩＸ11のリセット用ＭＯＳトランジスタＭ211 のゲートは、行方向に延長して配置されるリセット制御ラインφＲＳ１に接続される。同じ行に配置されたほかの画素セル（ＰＩＸ21，ＰＩＸ31）のリセット用ＭＯＳトランジスタ（Ｍ221 ，Ｍ231 ）のゲートも同一のリセット制御ラインφＲＳ１に共通に接続される。ＰＩＸ11の前記転送用ＭＯＳトランジスタＭ111 のゲートは、行方向に延長して配置されるＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１に接続される。同じ行に配置されたほかの画素セル（ＰＩＸ21，ＰＩＸ31）の転送用ＭＯＳトランジスタ（Ｍ121 ，Ｍ131 ）のゲートも同一のＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１に接続される。また、ＰＩＸ11の前記選択用ＭＯＳトランジスタＭ411 のゲートは、行方向に延長して配置される行選択制御ラインφＳＥＬ１に接続される。同じ行に配置された他の画素セル（ＰＩＸ21，ＰＩＸ31）の選択用ＭＯＳトランジスタ（Ｍ421 ，Ｍ431 ）のゲートも同一の前記行選択制御ラインφＳＥＬ１に接続される。画素ＰＩＸ12〜画素ＰＩＸ32で構成される２行目の画素についても、リセットラインφＲＳ２，ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ２，行選択制御ラインφＳＥＬ２が接続され、画素ＰＩＸ13〜画素ＰＩＸ33で構成される３行目の画素についても、リセット制御ラインφＲＳ３，ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ３，行選択制御ラインφＳＥＬ３が接続される。これらのリセット制御ラインφＲＳ１〜φＲＳ３，ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１〜φＴＲ３，行選択制御ラインφＳＥＬ１〜φＳＥＬ３は、垂直走査回路３に接続しており、信号電圧が供給されて各画素の各部が駆動制御されるようになっている。
また、符号Ｖ１〜Ｖ３は、各列に配列された各画素の増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 〜Ｍ313 ，Ｍ321 〜Ｍ323 ，Ｍ331 〜Ｍ333 の出力信号を取り出すための垂直信号ラインをそれぞれ示している。そして符号Ｉ41〜Ｉ43は、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３をバイアスするための電流源をそれぞれ示している。ノイズ抑圧回路４は、各垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３に接続されたクランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３，サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13，クランプスイッチＭ21〜Ｍ23，サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３から構成されており、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３の振幅成分を蓄積するためのものである。また、Ｍ31〜Ｍ33はノイズ抑圧回路４の出力信号を選択出力するための水平選択スイッチ、５は水平選択スイッチＭ31〜Ｍ33を駆動するための水平走査回路、６は出力アンプである。
次に、図９のタイミングチャートを用いて、図８に示した固体撮像装置における有効画素ＰＩＸ21の信号読み出し動作について説明する。まず、フォトダイオードＤ21の光信号電荷の読み出しに先立って、リセット制御ラインφＲＳ１，及び行選択ラインφＳＥＬ１をハイレベルとする。それにより増幅用ＭＯＳトランジスタのゲートが画素電源７にリセットされる。また、サンプルホールド制御ラインφＳＨ，クランプ制御ラインφＣＬ１をハイレベルとし、サンプル容量ＣＨＳ２とクランプ容量ＣＣＬ２は、クランプ電圧ライン８の電位に初期化される。
次に、リセット制御ラインφＲＳ１をロウレベルに設定する。これにより、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートを切り離すことができる。その後、クランプ制御ラインφＣＬ１をロウレベルとすることで、リセット信号成分をクランプ容量ＣＣＬ２に蓄積する。このときサンプル容量ＣＳＨ１とクランプスイッチの接続点ＶＳＨ２は高インピーダンス状態となる。
その後、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ21の光信号電荷を増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートに転送する。そしてＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をロウレベルとすることでフォトダイオードＤ21と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートを切り離す。
このタイミングで、垂直ラインＶ２に現れるリセット信号成分と光信号成分の差電圧である電位変動がクランプ容量ＣＣＬ２及びサンプルホールドスイッチＭ12を介してサンプルホールド容量ＣＳＨ２に蓄積される。その後サンプルホールド制御ラインφＳＨをロウレベルにすることで有効画素ＰＩＸ21の信号成分がサンプルホールド容量ＣＳＨ２に保持される。
次に、基準信号読み出し動作について説明する。クランプ制御ラインφＣＬ２をクランプ制御ラインφＣＬ１と同じタイミングで動作させることで、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプル容量ＣＳＨ１をクランプ電圧ライン８の電位に初期化するところまでは有効画素ＰＩＸ21の動作と同じなので省略する。さて、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプル容量ＣＳＨ１がクランプ電圧ライン８の電位に初期化された後、リセット制御ラインφＲＳ１をロウレベルに設定する。これにより、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートを切り離すことができる。このとき、クランプ制御ラインφＣＬ２は、ハイレベルを保持し、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプルホールド容量ＣＳＨ１の端子電位は、依然としてクランプ電圧ライン８の電位に固定される。
その後、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ11の光信号電荷を増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートに転送する。そしてＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をロウレベルとすることでフォトダイオードＤ11と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートを切り離す。
その後、サンプルホールド制御ラインφＳＨをロウレベルにするが、クランプ制御ラインφＣＬ２は、ハイレベルを保持し、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプルホールド容量ＣＳＨ１の端子電位は、依然としてクランプ電圧ライン８の電位に固定される。最後に、クランプ制御ラインφＣＬ２をロウレベルとすることで、サンプル容量ＣＳＨ１にサンプルされる信号はクランプ電圧ライン８の電位となる。
特開２００４−３２０３４６号公報
ところで、従来の上記公報開示の固体撮像装置における基準電位読み出しでは、有効画素読み出し動作に対してクランプ制御ラインφＣＬ２とサンプルホールド制御ラインφＳＨのロウレベルとなるタイミングが逆転する。それにより、クランプ制御ラインφＣＬ１とサンプルホールド制御ラインφＳＨのパルス動作によって生じるノイズ量と、クランプ制御ラインφＣＬ２とサンプルホールド制御ラインφＳＨのパルス動作によって生じるノイズ量が異なる。つまり、基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値にはレベル差が生じるが、上記公報開示の従来の技術においては、この点について十分な考慮がなされていない。
次に、図10の部分構成図を参照して、黒基準レベル値のレベル差の発生メカニズムについて説明する。図10においては、図８と同一の構成要素については、同一の符号を付して示し、説明用に付加して示した部分を中心に説明し、重複した説明は省略する。図10において、ＣP1は、サンプルスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートソースオーバーラップ容量であり、ＣP1′は、サンプルスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートドレインオーバーラップ容量である。ＣP2は、クランプスイッチＭ21〜Ｍ23のゲートソースオーバーラップ容量である。
以下、図９のタイミングチャートを参照して、有効画素ＰＩＸ21の黒レベル信号の出力時における、サンプルホールド容量ＣＳＨ２に保持される信号に含まれるノイズ量について説明する。クランプ制御ラインφＣＬ１及びサンプル制御ラインφＳＨをハイレベルとし、クランプ容量ＣＣＬ２とサンプル容量ＣＳＨ２をクランプ電圧ライン８の電位に固定した後、クランプ制御ラインφＣＬ１がロウレベルとなる。そのときサンプル制御ラインφＳＨがハイレベルとなっているため、クランプスイッチＭ22のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2によるフィードスルー成分は下記のようになる。
ＶＮφCL1 ＝ＶφCL1 〔ＣP2／（ＣP1＋ＣP1′＋ＣP2＋ＣＳＨ２＋ＣＣＬ２）〕
なお、ＶＮφCL1 はクランプスイッチＭ22のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2によるフィードスルー成分、ＶφCL1 は、クランプスイッチＭ22がオフしてからの電圧変化分である。
また、最後にサンプルホールド制御ラインφＳＨをロウレベルとするが、そのときのサンプルホールドスイッチＭ12のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1によるフィードスルー成分は、下記のように表される。
ＶＮφSH＝ＶφSH〔ＣP1／（ＣP1＋ＣP2＋ＣＳＨ２）〕
なお、ＶＮφSHはサンプルホールドスイッチＭ12のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1によるフィードスルー成分、ＶφSHは、サンプルホールドスイッチＭ12がオフしてからの電圧変化分である。
したがって、有効画素ＰＩＸ21の読み出し時にサンプルホールドラインＶＳＨ２に生じるフィードスルー成分ＶＮφCSH2は、下記のように表される。
ＶＮφCSH2＝ＶＮφCL1 ＋ＶＮφSH
基準電位読み出しの場合、先にサンプルホールド制御ラインφＳＨがロウレベルとなる。しかし、クランプ電位８とサンプル容量ＣＳＨ１は、接続されているため、サンプルホールドスイッチＭ11のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1のフィードスルー成分の影響は受けない。その後クランプ制御ラインφＣＬ２をロウレベルとする。このときのクランプスイッチＭ21のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2によるフィードスルー成分は下記のように表される。
ＶＮφCL2 ＝ＶφCL2 〔ＣP2／（ＣP1＋ＣP2＋ＣＳＨ１）〕
なお、ＶＮφCL2 はクランプスイッチＭ21のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2によるフィードスルー成分、ＶφCL2 は、クランプスイッチＭ21がオフしてからの電圧変化分である。
したがって、基準電位読み出し時にサンプルホールドラインＶＳＨ１に生じるフィードスルー成分ＶＮφCSH1は、下記のように表される。
ＶＮφCSH1＝ＶＮφCL2 ＝ＶφCL2 〔ＣP2／（ＣP1＋ＣP2＋ＣＳＨ１）〕
ここで、サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1とクランプスイッチＭ21〜Ｍ23のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2を同じ値ＣP とし（ＣP1＝ＣP2＝ＣP ）、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３を同じ値ＣＣＬとし（ＣＣＬ１＝ＣＣＬ２＝ＣＣＬ３＝ＣＣＬ）、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３を同じ値ＣＳＨとし（ＣＳＨ１＝ＣＳＨ２＝ＣＳＨ３＝ＣＳＨ) 、クランプスイッチＭ21がオフしてからのクランプ制御ラインφＣＬ２の電圧変化分ＶφCL2 と、クランプスイッチＭ22がオフしてからのクランプ制御ラインφＣＬ１の電圧変化分ＶφCL1 と、サンプルホールドスイッチＭ11がオフしてからのサンプルホールド制御ラインφＳＨの電圧変化分ＶφSHが同じ値ＶφCDS （ＶφCL2 ＝ＶφCL1 ＝ＶφSH＝ＶφCDS ）とすると、サンプルホールドラインＶＳＨ１に生じるフィードスルー成分ＶＮφCSH1とサンプルホールドラインＶＳＨ２に生じるフィードスルー成分ＶＮφCSH2は、次式となる。
ＶＮφCSH2＝ＶＮφCL1 ＋ＶＮφSH
＝ＶφCDS 〔ＣP ／（３ＣP ＋ＣＳＨ＋ＣＣＬ）〕
＋ＶφCDS 〔ＣP ／（２ＣP ＋ＣＳＨ）〕
ＶＮφCSH1＝ＶＮφCL2 ＝ＶφCDS 〔ＣP ／（２ＣP ＋ＣＳＨ）〕
したがって、有効画素ＰＩＸ21の黒レベル信号読み出し時と基準電位読み出し時には、以下に示すフィードスルー成分に起因するレベル差が発生する。
ＶＮφCSH2−ＶＮφCSH1＝ＶφCDS 〔ＣP ／（３ＣP ＋ＣＳＨ＋ＣＣＬ）〕
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差を抑えることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、光電変換を行う画素が複数、２次元に配列され、被写体光を受光する画素からなる有効画素部と、遮光された画素からなる基準画素部とを備えた画素部と、前記画素部に対し、信号を読み出す前記画素を順次設定する第１の走査回路と、所定のタイミングで印加される、前記画素からの信号のサンプルホールドに係る第１の制御信号とクランプ電位の設定に係る第２の制御信号とに基づき、前記画素からの信号のノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧回路と、前記ノイズ成分が抑圧された各画素の信号を順次読み出すための第２の走査回路と、前記ノイズ抑圧回路に対し、前記第１の制御信号によるサンプルの解除及び第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除を行う順序は変更することなく、前記基準画素の信号が入力された第１の状態又は前記基準画素の信号の入力を欠いた第２の状態の何れか一方の状態となるように前記第１及び第２の制御信号を印加し、光学的黒レベルに相当する信号として、前記第１の状態にて得られる第１の基準信号、又は前記第２の状態にて得られる第２の基準信号を生成させる基準信号制御部とを有して固体撮像装置を構成する。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記基準信号制御部は、前記第２の状態において、前記基準画素の信号が入力されるタイミングに対する前記第１の制御信号によるサンプルの解除及び前記第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除を行う順序を同一に設定することを特徴とするものである。
請求項３に係る発明は、請求項２に係る固体撮像装置において、前記ノイズ抑圧回路は、前記画素部の列を単位として前記画素に接続される各信号ラインに接続されたクランプ容量、前記クランプ容量にクランプ電位を設定するためのクランプスイッチ、サンプルホールド容量、及び前記クランプ容量により得られ前記ノイズ抑圧後の前記画素の信号を前記サンプルホールド容量に保持させるサンプルホールドスイッチを少なくとも有し、前記サンプルホールドスイッチは前記第１の制御信号により、前記クランプスイッチは前記第２の制御信号により、各々制御されることを特徴とするものである。
請求項４に係る発明は、請求項２に係る固体撮像装置において、前記ノイズ抑圧部は、前記第２の制御信号が印加される第１のタイミングにおける前記画素の信号レベルを基準にし、第２のタイミングにおける前記画素の信号レベルとのレベル差に応じた信号出力を得るクランプ容量と、前記クランプ容量で得られた信号出力の反転増幅信号あるいは非反転増幅信号を出力する増幅部を含むことを特徴とするものである。
請求項５に係る発明は、請求項２に係る固体撮像装置において、前記ノイズ抑圧部は、前記第２の制御信号が印加される第１のタイミングにおける前記画素の信号レベルを基準にし、第２のタイミングにおける前記画素の信号レベルとのレベル差に応じた信号出力を得るクランプ容量と、前記クランプ容量で得られた信号出力の反転増幅信号を出力する反転増幅部と、前記反転増幅部の入力と出力間に電気的に接続される帰還容量と、前記反転増幅部の入力と出力を短絡させる短絡スイッチを含み、前記短絡スイッチは前記第２の制御信号により制御されることを特徴とするものである。
請求項６に係る発明は、請求項２に係る固体撮像装置において、前記ノイズ抑圧部は、前記第２の制御信号が印加される第１のタイミングにおける前記画素の信号レベルを基準にし、第２のタイミングにおける前記画素の信号レベルとのレベル差に応じた信号出力を得るクランプ容量と、非反転入力端子に印加された前記クランプ容量からの信号出力を正転増幅して出力する差動増幅部と、前記差動増幅部の反転入力端子と出力端子間に電気的に接続された帰還容量と、前記反転入力端子と基準電位間に接続された増幅用容量と、前記反転入力端子と前記出力端子間を短絡させる短絡スイッチと、前記非反転入力端子をクランプ電位に設定するクランプスイッチとを有し、前記クランプスイッチは前記第２の制御信号により制御され、前記短絡スイッチは前記第１の制御信号によるサンプルの解除と第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除との間に開かれるタイミングを有する制御信号により制御されることを特徴とするものである。
請求項１に係る発明においては、ノイズ抑圧回路に対し、第１の制御信号によるサンプルの解除及び第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除を行う順序は変更することなく、基準画素の信号が入力された第１の状態又は基準画素の信号の入力を欠いた第２の状態の何れか一方の状態となるように、基準信号制御部により第１及び第２の制御信号が印加され、光学的黒レベルに相当する信号として、第１の状態にて得られる第１の基準信号、又は第２の状態にて得られる第２の基準信号が生成される。これにより、第１の制御信号によるサンプルの解除及び第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除により第１及び第２の基準信号に重畳されるノイズ抑圧回路に起因する信号差が抑えられ、第２の基準信号を光学的黒レベルとして用いても第１の基準信号を用いたときと同様な効果を得ることが可能となる。
請求項２に係る発明においては、第２の状態において、基準画素の信号が入力されるタイミングに対する第１の制御信号によるサンプルの解除及び第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除を行う順序は、基準信号制御部により同一に設定される。これにより、基準画素の信号の入力を欠いた状態でのノイズ抑圧回路の駆動が可能となる。例えば、第１の制御信号によるサンプルの解除を受光画素の信号の読み出しのときにおけるものと同じものにした場合（即ち、第１の制御信号を共有化した場合）には、基準画素の信号が入力されるタイミングよりも後に第１の制御信号によりサンプルは解除となるが、同様に、第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除も受光画素の信号が入力されるタイミングよりも後に行われることとなるので、基準画素の信号の入力を欠いた状態とすることが可能となる（図１の駆動タイミング参照）。
請求項３に係る発明によれば、前記ノイズ抑圧回路を駆動する制御信号のタイミング変更によって、基準電位読出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差を抑えることが可能である。更に、前記ノイズ抑圧回路で信号を増幅するため、前記ノイズ抑圧回路以降で発生するノイズの影響を抑えることができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。
請求項４に係る発明によれば、前記ノイズ抑圧回路を駆動する制御信号のタイミングの変更によって、基準電位読出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差を抑えることが可能である。更に、前記ノイズ抑圧回路で信号を増幅するため、前記ノイズ抑圧回路以降で発生するノイズの影響を抑えることができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。加えて、増幅部の増幅率をクランプ容量と帰還容量とで設定できるため、前記ノイズ抑圧回路の消費電流を小さくすることが可能である。
請求項５に係る発明によれば、前記ノイズ抑圧回路を駆動する制御信号のタイミングの変更によって、基準電位読出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差を抑えることが可能である。更に、前記ノイズ抑圧回路で信号を増幅するため、前記ノイズ抑圧回路以降で発生するノイズの影響を抑えることができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。加えて、反転増幅部の増幅率をクランプ容量と帰還容量とで設定できるため、前記ノイズ抑圧回路の消費電流を小さくすることが可能である。
請求項６に係る発明によれば、前記ノイズ抑圧回路を駆動する制御信号のタイミングの変更によって、基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差を抑えることが可能である。更に、前記ノイズ抑圧回路で信号を増幅するため、前記ノイズ抑圧回路以降で発生するノイズの影響を抑えることができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。加えて、差動増幅部の増幅率をクランプ容量と帰還容量とで設定できるため、前記ノイズ抑圧回路の消費電流を小さくすることが可能である。
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（実施例１）
まず、本発明に係る固体撮像装置の実施例１について説明する。実施例１に係る固体撮像装置の構成自体は、図８に示した従来の固体撮像装置の構成と同じであるので、その図示説明は省略する。まず実施例１に係る固体撮像装置の駆動手法に関し、図１に示すタイミングチャートを用いて、基準電位読み出し動作について説明する。クランプ容量ＣＣＬ１とサンプル容量ＣＳＨ１をクランプ電圧ライン８の電位に初期化するところまでの動作は、従来例と同じなので重複する説明は省略する。さて、本実施例１では、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプル容量ＣＳＨ１がクランプ電圧ライン８の電位に初期化された後、リセット制御ラインφＲＳ１をロウレベルに設定する。これにより、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートを切り離すことができる。このとき、クランプ制御ラインφＣＬ２は、ハイレベルを保持し、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプルホールド容量ＣＳＨ１の端子電位は、依然としてクランプ電圧ライン８の電位で固定されている。
その後、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ11の光信号電荷を増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートに転送する。そしてＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をロウレベルとすることで、フォトダイオードＤ11と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートを切り離す。
その後にクランプ制御ラインφＣＬ２をロウレベルとすることで、クランプ電位８とサンプル容量ＣＳＨ１を切り離す。このとき、サンプルホールド容量ＣＳＨ１には、クランプ電位８が蓄積されており、サンプル容量ＣＳＨ1 とクランプスイッチの接続点ＶＳＨ１は高インピーダンス状態となる。最後にサンプルホールド制御ラインφＳＨをロウレベルにする。サンプルホールド容量ＣＳＨ１には、高インピーダンス状態後からの変化分が保存されるが、垂直信号ラインＶ１の出力信号の電位に変化がないためサンプルホールド容量ＣＨＳ１には、クランプ電位８の電位が保持されている。なお、有効画素ＰＩＸ21の読み出し動作は、従来例と同じなので説明は省略する。
以上説明したように、実施例１では、有効画素読み出し時と基準電位読み出し時とも、クランプ制御ラインφＣＬ１，及びφＣＬ２がロウレベルになった後サンプルホールド制御ラインφＳＨがロウレベルになるように駆動しているため、サンプルホールドスイッチＭ11のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1とクランプスイッチＭ21のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2によりサンプルホールド容量ＣＳＨ1 に生じるノイズＶＮφCL1 と、サンプルホールドスイッチＭ12のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1とクランプスイッチＭ22のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2によりサンプルホールド容量ＣＳＨ２に生じるノイズＶＮCL2 は等しくなる。
ここで、サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1とクランプスイッチＭ21〜Ｍ23のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2を同じ値ＣP とし（ＣP1＝ＣP2＝ＣP ）、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３を同じ値ＣＣＬとし（ＣＣＬ１＝ＣＣＬ２＝ＣＣＬ３＝ＣＣＬ）、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３を同じ値ＣＳＨとし（ＣＳＨ１＝ＣＳＨ２＝ＣＳＨ３＝ＣＳＨ）、サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13がオフしてからのサンプルホールド制御ラインφＳＨの電圧変化分ＶφSHと、クランプスイッチＭ22がオフしてからのクランプ制御ラインφＣＬ１の電圧変化分ＶφCL1 と、クランプスイッチＭ21がオフしてからのクランプ制御ラインφＶＣＬ２の電圧変化分ＶφCL2 とを、同じ値ＶφCDS とすると（ＶφSH＝ＶφCL1 ＝ＶφCL2 ＝ＶφCDS ）、サンプルホールドラインＶＳＨ1 に生じるフィードスルー成分に起因するノイズＶＮφCSH1と、サンプルホールドラインＶＳＨ２に生じるフィードスルー成分に起因するノイズＶＮφCSH2は、次式となる。
ＶＮφCSH1＝ＶＮφCSH2
＝ＶφCDS 〔ＣP ／（３ＣP ＋ＣＳＨ＋ＣＣＬ）〕
＋ＶφCDS 〔ＣP ／（２ＣP ＋ＣＳＨ）〕
したがって、ノイズ抑圧回路４において、上記のように、クランプ制御ラインφＣＬ２がロウレベルになった後に、サンプルホールド制御ラインφＳＨをロウレベルに駆動することで、基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差をなくすことができる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図２は、実施例２に係る固体撮像装置の要部の構成を示す回路構成図である。なお、他の部分の構成は図８に示したものと同一である。図２においては、図８に示した実施例１と対応する構成の固体撮像装置と同一の構成要素については同一の符号を付して示し、異なる構成部分を中心に説明し、重複する説明は省略する。図２に示すように、この実施例においては、サンプルホールドスイッチＭ11がサンプルホールド制御ラインφＳＨ２により駆動制御され、サンプルホールドスイッチＭ12，Ｍ13がサンプルホールド制御ラインφＳＨ１により駆動制御されるようになっている。更に、クランプスイッチＭ21〜Ｍ23のゲートは同一のクランプ制御ラインφＣＬに接続されている。すなち、クランプスイッチＭ21〜Ｍ23は、いずれもクランプ制御ラインφＣＬにより駆動制御されるようになっている。その他の構成は図８に示したものと同様である。
次に、このように構成されている実施例２の動作を図３に示すタイミングチャートに基づいて説明する。図３に示すタイミングチャートにおいて、サンプルホールド制御ラインφＳＨ１を、図９におけるサンプルホールド制御ラインφＳＨと同じタイミングとし、クランプ制御ラインφＣＬを、図９におけるクランプ制御ラインφＣＬ１と同じタイミングでそれぞれ駆動することで、有効画素ＰＩＸ21の読み出し動作は、図９のタイミングチャートに示す動作と同一の駆動タイミングとなるので、その動作説明は省略する。
次に、図３に示すタイミングチャートを参照して、基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。なお、この基準信号の読み出し動作において、クランプ容量ＣＣＬ１にクランプ電圧ライン８の電位を蓄積する動作までは、図１に示した実施例１と同じであるので、その重複する動作説明は省略する。さて、この実施例２においては、クランプ容量ＣＣＬ１への蓄積が終了した後、クランプ制御ラインφＣＬをロウレベルとし、サンプルホールド容量ＣＳＨ１とクランプスイッチＭ21の接続点ＶＳＨ１を高インピーダンス状態とする。これに引き続き、サンプルホールド制御ラインφＳＨ２をロウレベルに復帰させ、サンプルホールド容量ＣＳＨ１にクランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルを保持する。
その後、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ11の光信号電荷を転送用ＭＯＳトランジスタＭ111 を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートに転送する。そして、この転送終了後に、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をロウレベルに復帰させ、フォトダイオードＤ11と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートを切り離す。サンプルホールド容量ＣＳＨ１は、クランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルを保持し続ける。
以上説明したように、この実施例２では、有効画素読み出し時と基準電位読み出し時とも、クランプ制御ラインφＣＬがロウレベルになった後サンプルホールド制御ラインφＳＨ１、φＳＨ２がロウレベルになるため、サンプルホールドスイッチＭ11のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1とクランプスイッチＭ21のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2によりサンプルホールド容量ＣＳＨ1 に生じるノイズＶＮφCSH1と、サンプルホールドスイッチＭ12のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1とクランプスイッチＭ22のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2によりサンプルホールド容量ＣＳＨ２に生じるノイズＶＮφCSH2は等しくなる。
ここで、サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1とクランプスイッチＭ21〜Ｍ23のゲートソースオーバーラップ容量ＣP2を同じ値ＣP とし（ＣP1＝ＣP2＝ＣP ）、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３を同じ値ＣＣＬとし（ＣＣＬ１＝ＣＣＬ２＝ＣＣＬ３＝ＣＣＬ）、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３を同じ値ＣＳＨとし（ＣＳＨ１＝ＣＳＨ２＝ＣＳＨ３＝ＣＳＨ）、サンプルホールドスイッチＭ12がオフしてからのサンプルホールド制御ラインφＳＨ１の電圧変化分ＶφSH1 と、サンプルホールドスイッチＭ11がオフしてからのサンプルホールド制御ラインφＳＨ２の電圧変化分ＶφSH2 と、クランプスイッチＭ21〜Ｍ23がオフしてからのクランプ制御ラインφＣＬの電圧変化分ＶφCLとを、同じ値ＶφCDS とすると（ＶφSH1 ＝ＶφSH2 ＝ＶφCL＝ＶφCDS ）、サンプルホールドラインＶＳＨ１に生じるフィードスルー成分に起因するノイズＶＮφCSH1と、サンプルホールドラインＶＳＨ２に生じるフィードスルー成分に起因するノイズＶＮφCSH2は、次式となる。
ＶＮφCSH1＝ＶＮφCSH2
＝ＶφCDS 〔ＣP ／（３ＣP ＋ＣＳＨ＋ＣＣＬ）〕
＋ＶφCDS 〔ＣP ／（２ＣP ＋ＣＳＨ）〕
したがって、ノイズ抑圧回路４において、クランプ制御ラインφＣＬがロウレベルになった後に、サンプルホールド制御ラインφＳＨ２をロウレベルに駆動することで、基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差をなくすことができる。
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。図４は、実施例３に係る固体撮像装置の要部の構成を示す回路構成図である。なお、他の部分の構成は図８に示したものと同一である。図４においても、図８に示した実施例１に対応する構成の固体撮像装置と同一の構成要素については同一の符号を付して示し、異なる構成部分を中心に説明し、重複する説明は省略する。図４に示すように、この実施例では、ノイズ抑圧回路４に関して異なる構造を採用している。この実施例におけるノイズ抑圧回路４は、各垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３に接続されたクランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３，反転アンプＡ11〜Ａ13，前記反転アンプの入力と出力を短絡させる短絡スイッチＭ41〜Ｍ43，サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13，サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３，前記反転アンプの入力と出力間に接続された帰還容量ＣＦ１〜ＣＦ３とから構成され、前記短絡スイッチＭ41のゲートはクランプ制御ラインφＣＬ４に接続され、前記短絡スイッチＭ42〜Ｍ43のゲートはクランプ制御ラインφＣＬ３に接続され、サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートはサンプルホールド制御ラインφＳＨに接続されている。
次に、まず、図５に示すタイミングチャートを参照して、本実施例３に係る固体撮像装置における、有効画素ＰＩＸ21の読み出し動作について説明する。フォトダイオードＤ21の光信号電荷の読出しに先立って、リセット制御ラインφＲＳ１，及び行選択ラインφＳＥＬ１をハイレベルとする。それにより増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートが画素電源７にリセットされる。また、サンプルホールド制御ラインφＳＨ，クランプ制御ラインφＣＬ３をハイレベルとし、サンプル容量ＣＨＳ２，クランプ容量ＣＣＬ２を、反転アンプＡ12の入力端子と出力端子を短絡したときの出力電圧であるリセット電位に初期化する。
次に、リセット制御ラインφＲＳ１をロウレベルに設定する。これにより、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートを切り離すことができる。その後、クランプ制御ラインφＣＬ３をロウレベルとすることで、リセット信号成分をクランプ容量ＣＣＬ２に蓄積する。その後、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ21の光信号電荷を増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートに転送する。そしてＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をロウレベルとすることでフォトダイオードＤ21と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートを切り離す。
このタイミングで、垂直ラインＶ２に現れるリセット信号成分と光信号成分の差電圧である電位変動が、クランプ容量ＣＣＬ２及び反転アンプＡ12を介して、差電圧である電位変動分を（−ＣＣＬ２／ＣＦ２）倍した電位が、サンプルホールド容量ＣＳＨ２に蓄積される。その後サンプルホールド制御ラインφＳＨをロウレベルにすることで、有効画素ＰＩＸ21の信号成分を（−ＣＣＬ２／ＣＦ２）倍した信号が、サンプルホールド容量ＣＳＨ２に保持される。
次に、図５のタイミングチャートを参照して、本実施例３に係る固体撮像装置における、基準電位読み出し動作について説明する。サンプル容量ＣＨＳ１，クランプ容量ＣＣＬ１をリセット電位に初期化する動作までは、前記有効画素ＰＩＸ21の読み出し動作と同じなので、その説明を省略する。さて、基準電位読み出し動作においては、サンプル容量ＣＳＨ１，クランプ容量ＣＣＬ１をリセット電位に初期化した後、リセット制御ラインφＲＳ１をロウレベルに設定する。これにより、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートを切り離すことができる。このとき、クランプ制御ラインφＣＬ４は、ハイレベルを保持し、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプルホールド容量ＣＳＨ１の端子電位は、依然としてリセット電位で固定される。更に、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１がハイレベルとなる期間も、クランプ制御ラインφＣＬ４はハイレベルを保持する。
その後に、クランプ制御ラインφＣＬ４をロウレベルとする。最後にサンプルホールド制御ラインφＳＨをロウレベルにする。サンプルホールド容量ＣＳＨ１には、高インピーダンス状態後からの変化分が保存されるが、垂直信号ラインＶ１の出力信号の電位に変化がないためサンプルホールド容量ＣＨＳ１には、リセット電位が保持されている。
以上説明したように、実施例３では、有効画素読み出し時と基準電位読み出し時とも、クランプ制御ラインφＣＬ３，及びφＣＬ４がロウレベルになった後にサンプルホールド制御ラインφＳＨがロウレベルになるため、サンプルホールドスイッチＭ11のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1と短絡スイッチＭ41のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP3によりサンプルホールド容量ＣＳＨ１に生じるノイズＶＮφCSH1と、サンプルホールドスイッチＭ12のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1と短絡スイッチＭ42のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP3によりサンプルホールド容量ＣＳＨ２に生じるノイズＶＮφCSH2は等しくなる。
ここで、サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1と短絡スイッチＭ41〜Ｍ43のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP3を同じ値ＣP とし（ＣP1＝ＣP3＝ＣP ）、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３を同じ値ＣＣＬとし（ＣＣＬ１＝ＣＣＬ２＝ＣＣＬ３＝ＣＣＬ）、帰還容量ＣＦ１〜ＣＦ３を同じ容量ＣＦとし（ＣＦ１＝ＣＦ２＝ＣＦ３＝ＣＦ）、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３を同じ値ＣＳＨとし（ＣＳＨ１＝ＣＳＨ２＝ＣＳＨ３＝ＣＳＨ）、サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13がオフしてからのサンプルホールド制御ラインφＳＨの電圧変化分ＶφSHと、短絡スイッチＭ41がオフしてからのクランプ制御ラインφＣＬ４の電圧変化分ＶφCL4 と、短絡スイッチＭ42がオフしてからのクランプ制御ラインφＣＬ３の電圧変化分ＶφCL3 とが同じ値とすると（ＶφSH＝ＶφCL4 ＝ＶφCL3 ＝ＶφCDS ）、サンプルホールドラインＶＳＨ１に生じるフィードスルー成分に起因するノイズＶＮφCSH1と、サンプルホールドラインＶＳＨ２に生じるフィードスルー成分に起因するノイズＶＮφCSH2は、次式となる。
ＶＮφCSH1＝ＶＮφCSH2
＝−ＶφCDS （ＣP ／ＣＦ）＋ＶφCDS 〔ＣP ／（ＣP ＋ＣＳＨ）〕
したがって、ノイズ抑圧回路４において、クランプ制御ラインφＣＬ４がロウレベルになった後に、サンプルホールド制御ラインφＳＨをロウレベルに駆動することで、基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差をなくすことができる。更に、ノイズ抑圧回路４で信号を増幅するため、ノイズ抑圧回路４以降で発生するノイズの影響を抑えることができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。加えて、反転増幅部の増幅率をクランプ容量と帰還容量とで設定できるため、ノイズ抑圧回路４の消費電流を小さくすることが可能である。
（実施例４）
次に、実施例４について説明する。図６は、実施例４に係る固体撮像装置の要部の構成を示す回路構成図である。なお、他の部分の構成は図８に示したものと同一である。図６においても、図８に示した実施例１に対応する構成の固体撮像装置と同一の構成要素については同一の符号を付して示し、異なる構成部分を中心に説明し、重複する説明は省略する。図６に示すように、この実施例では、ノイズ抑圧回路４に関して異なる構造を採用している。この実施例におけるノイズ抑圧回路４は、各垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３に接続されたクランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３，差動入力アンプＡ21〜Ａ23，前記差動入力アンプの非反転入力とクランプ電位ライン８の間に配置されたクランプスイッチＭ21〜Ｍ23，サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13，サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３，前記差動入力アンプの反転入力と出力との間に接続された短絡スイッチＭ41〜Ｍ43及び帰還容量ＣＦ１〜ＣＦ３，前記差動入力アンプの反転入力とＧＮＤ間に接続された増幅用容量ＣＧ１〜ＣＧ３とから構成され、前記クランプスイッチＭ21〜Ｍ23のゲートはクランプ制御ラインφＣＬ５によって制御され、短絡スイッチＭ41〜Ｍ43のゲートは短絡制御ラインφＲＡに接続され、サンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートは、サンプルホールド制御ラインφＳＨ１，φＳＨ２に接続されている。
次に、図７に示すタイミングチャートを参照して、本実施例４に係る固体撮像装置における、有効画素ＰＩＸ21の読み出し動作について説明する。フォトダイオードＤ21の光信号電荷の読み出しに先立って、リセット制御ラインφＲＳ１，及び行選択ラインφＳＥＬ１をハイレベルとする。それにより増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートが画素電源７にリセットされる。また、サンプルホールド制御ラインφＳＨ１，クランプ制御ラインφＣＬ５及び短絡制御ラインφＲＡをハイレベルとし、クランプ容量ＣＣＬ２をクランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルに固定する。このとき、差動入力アンプＡ22がボルテージフォロア接続となっているので、サンプルホールド容量ＣＳＨ２と増幅用容量ＣＧ２が、クランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルに固定される。
次に、リセット制御ラインφＲＳ１をロウレベルに設定する。これにより、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートを切り離すことができる。その後、クランプ制御ラインφＣＬ５をロウレベルとすることで、リセット信号成分をクランプ容量ＣＣＬ２に蓄積する。引き続き、短絡制御ラインφＲＡをロウレベルとすることで、差動入力アンプＡ22の入出力間の短絡状態を終了する。
その後、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ21の光信号電荷を増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートに転送する。そしてＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をロウレベルとすることで、フォトダイオードと増幅用ＭＯＳトランジスタＭ321 のゲートを切り離す。
このタイミングで、垂直ラインＶ２に現れるリセット信号成分と光信号成分の差電圧である電位変動がクランプ容量ＣＣＬ２に蓄積され、また非反転アンプＡ22を介してサンプルホールド容量ＣＳＨ２には、リセット信号成分と光信号成分の差電圧である電位変動分を、〔（ＣＦ２＋ＣＣＬ２）／ＣＦ２〕倍した信号が蓄積される。その後、サンプルホールド制御ラインφＳＨ１をロウレベルにすることで、有効画素ＰＩＸ21の信号成分を〔（ＣＦ２＋ＣＣＬ２）／ＣＦ〕倍した信号がサンプルホールド容量ＣＳＨ２に保持される。
次に、図７に示したタイミングチャートを参照して、本実施例４に係る固体撮像装置における、基準電位読み出し動作について説明する。差動入力アンプＡ21のリセット状態を終了するところまでは、前記有効画素ＰＩＸ21の読み出し動作と同じなので、その動作説明は省略する。さて、基準電位読み出し動作においては、差動入力アンプＡ21の短絡状態を終了した後、サンプルホールド制御ラインφＳＨ２をロウレベルに設定する。これにより、サンプルホールド容量ＣＳＨ１には、クランプ電位が保持されている。
その後、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をハイレベルとし、フォトダイオードＤ11の光信号電荷を転送用ＭＯＳトランジスタＭ111 を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートに転送する。そして、この転送終了後に、ＰＤ信号転送制御ラインφＴＲ１をロウレベルに復帰させ、フォトダイオードＤ11と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ311 のゲートを切り離す。サンプルホールド容量ＣＳＨ１は、クランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルを保持し続ける。
以上説明したように、実施例４では、有効画素読み出し時と基準電位読み出し時とも、クランプ制御ラインφＣＬ５と短絡制御ラインφＲＡがロウレベルになった後にサンプルホールド制御ラインφＳＨ１とφＳＨ２がロウレベルになるため、クランプスイッチＭ21のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP2とサンプルホールドスイッチＭ11のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1と短絡スイッチＭ41のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP3によりサンプルホールド容量ＣＳＨ１に生じるノイズＶＮφCSH1と、クランプスイッチＭ22のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP2とサンプルホールドスイッチＭ12のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1と短絡スイッチＭ42のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP3によりサンプルホールド容量ＣＳＨ２に生じるノイズＶＮφCSH2は等しくなる。
ここで、クランプスイッチＭ21〜Ｍ23のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP2とサンプルホールドスイッチＭ11〜Ｍ13のゲートソースオーバーラップ容量ＣP1と短絡スイッチＭ41〜Ｍ43のゲートドレインオーバーラップ容量ＣP3を同じ値ＣP とし（ＣP1＝ＣP2＝ＣP3＝ＣP ）、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３を同じ値ＣＣＬとし（ＣＣＬ１＝ＣＣＬ２＝ＣＣＬ３＝ＣＣＬ）、帰還容量ＣＦ１〜ＣＦ３を同じ容量ＣＦとし（ＣＦ１＝ＣＦ２＝ＣＦ３＝ＣＦ）、増幅用容量ＣＧ１〜ＣＧ３を同じ値ＣＧとし（ＣＧ１＝ＣＧ２＝ＣＧ３＝ＣＧ）、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３を同じ値ＣＳＨとし（ＣＳＨ１＝ＣＳＨ２＝ＣＳＨ３＝ＣＳＨ）、クランプスイッチＭ21〜Ｍ23がオフしてからのクランプ制御ラインφＣＬ５の電圧変化分ＶφCL5 と、サンプルホールドスイッチＭ11がオフしてからのサンプルホールド制御ラインφＳＨ２の電圧変化分ＶφSH2 と、サンプルホールドスイッチＭ12〜Ｍ13がオフしてからのサンプルホールド制御ラインφＳＨ１の電圧変化分ＶφSH1 と、短絡スイッチＭ41〜Ｍ43がオフしてからの短絡制御ラインφＲＡの電圧変化分ＶφRAが同じ値ＶφCDS とすると（ＶφCL5 ＝ＶφSH2 ＝ＶφSH1 ＝ＶφRA＝ＶφCDS ）、サンプルホールドラインＶＳＨ1 に生じるフィードスルー成分に起因するノイズＶＮφCSH1と、サンプルホールドラインＶＳＨ２に生じるフィードスルー成分に起因するノイズＶＮφCSH2は、次式となる。
ＶＮφCSH1＝ＶＮφCSH2
＝ＶφCDS 〔ＣP ／（ＣP ＋ＣＣＬ）〕−ＶφCDS （ＣP ／ＣＦ）
＋ＶφCDS 〔ＣP ／（ＣP ＋ＣＳＨ）〕
したがって、ノイズ抑圧回路４において、クランプ制御ラインφＣＬ５がロウレベルになった後に、サンプルホールド制御ラインφＳＨ２をロウレベルと駆動することで、基準電位読み出しの黒基準レベル値と有効画素部の黒レベル値のレベル差をなくすことができる。更に、ノイズ抑圧回路４で信号を増幅するため、ノイズ抑圧回路４以降で発生するノイズの影響を抑えることができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。加えて、非反転増幅部の増幅率をクランプ容量と帰還容量とで設定できるため、ノイズ抑圧回路４の消費電流を小さくすることが可能である。
以上、上記全ての実施例においては、クランプ電位にサンプルホールドラインＶＳＨ１を固定した状態、即ち遮光画素からの信号の入力を欠いた状態で読み出される電位を基準電位とする場合について説明した。遮光画素からの信号を入力して基準電位を得る場合は有効画素部と同様な読み出し方となり、その場合もクランプ制御ラインφＣＬとサンプルホールド制御ラインφＳＨのタイミングは上記実施例と同様になる。
以上、この発明の実施例について図面を参照して記述してきたが、本発明に係る具体的な構成はこの実施例に限られるのもではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる
本発明に係る固体撮像装置の実施例１における基準電位読み出し動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施例２に係る固体撮像装置の要部の構成を示す回路構成図である。 図２に示した実施例２の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施例３に係る固体撮像装置の要部の構成を示す回路構成図である。 図４に示した実施例３の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施例４に係る固体撮像装置の要部の構成を示す回路構成図である。 図６に示した実施例４の動作を説明するためのタイミングチャートである。 従来の固体撮像装置の構成を示す回路構成図である。 図８に示した従来の固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図８に示した従来の固体撮像装置における問題点を説明するための説明図である。
符号の説明
１ 遮光画素部
２ 有効画素部
３ 垂直走査回路
４ ノイズ抑圧部
５ 水平走査回路
６ 出力アンプ
７ 画素電源ライン
８ クランプ電圧ライン

Claims (6)

  1. 光電変換を行う画素が複数、２次元に配列され、被写体光を受光する画素からなる有効画素部と、遮光された画素からなる基準画素部とを備えた画素部と、
    前記画素部に対し、信号を読み出す前記画素を順次設定する第１の走査回路と、
    所定のタイミングで印加される、前記画素からの信号のサンプルホールドに係る第１の制御信号とクランプ電位の設定に係る第２の制御信号とに基づき、前記画素からの信号のノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧回路と、
    前記ノイズ成分が抑圧された各画素の信号を順次読み出すための第２の走査回路と、
    前記ノイズ抑圧回路に対し、前記第１の制御信号によるサンプルの解除及び第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除を行う順序は変更することなく、前記基準画素の信号が入力された第１の状態又は前記基準画素の信号の入力を欠いた第２の状態のいずれか一方の状態となるように前記第１及び第２の制御信号を印加し、光学的黒レベルに相当する信号として、前記第１の状態にて得られる第１の基準信号、又は前記第２の状態にて得られる第２の基準信号を生成させる基準信号制御部とを有する固体撮像装置。
  2. 前記基準信号制御部は、前記第２の状態において、前記基準画素の信号が入力されるタイミングに対する前記第１の制御信号によるサンプルの解除及び前記第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除を行う順序を同一に設定することを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
  3. 前記ノイズ抑圧回路は、前記画素部の列を単位として前記画素に接続される各信号ラインに接続されたクランプ容量、前記クランプ容量にクランプ電位を設定するためのクランプスイッチ、サンプルホールド容量、及び前記クランプ容量により得られ前記ノイズ抑圧後の前記画素の信号を前記サンプルホールド容量に保持させるサンプルホールドスイッチを少なくとも有し、前記サンプルホールドスイッチは前記第１の制御信号により、前記クランプスイッチは前記第２の制御信号により、各々制御されることを特徴とする請求項２に係る固体撮像装置。
  4. 前記ノイズ抑圧部は、前記第２の制御信号が印加される第１のタイミングにおける前記画素の信号レベルを基準にし、第２のタイミングにおける前記画素の信号レベルとのレベル差に応じた信号出力を得るクランプ容量と、前記クランプ容量で得られた信号出力の反転増幅信号あるいは非反転増幅信号を出力する増幅部を含むことを特徴とする請求項２に係る固体撮像装置。
  5. 前記ノイズ抑圧部は、前記第２の制御信号が印加される第１のタイミングにおける前記画素の信号レベルを基準にし、第２のタイミングにおける前記画素の信号レベルとのレベル差に応じた信号出力を得るクランプ容量と、前記クランプ容量で得られた信号出力の反転増幅信号を出力する反転増幅部と、前記反転増幅部の入力と出力間に電気的に接続される帰還容量と、前記反転増幅部の入力と出力を短絡させる短絡スイッチを含み、前記短絡スイッチは前記第２の制御信号により制御されることを特徴とする請求項２に係る固体撮像装置。
  6. 前記ノイズ抑圧部は、前記第２の制御信号が印加される第１のタイミングにおける前記画素の信号レベルを基準にし、第２のタイミングにおける前記画素の信号レベルとのレベル差に応じた信号出力を得るクランプ容量と、非反転入力端子に印加された前記クランプ容量からの信号出力を正転増幅して出力する差動増幅部と、前記差動増幅部の反転入力端子と出力端子間に電気的に接続された帰還容量と、前記反転入力端子と基準電位間に接続された増幅用容量と、前記反転入力端子と前記出力端子間を短絡させる短絡スイッチと、前記非反転入力端子をクランプ電位に設定するクランプスイッチとを有し、前記クランプスイッチは前記第２の制御信号により制御され、前記短絡スイッチは前記第１の制御信号によるサンプルの解除と第２の制御信号によるクランプ電位の設定の解除との間に開かれるタイミングを有する制御信号により制御されることを特徴とする請求項２に係る固体撮像装置。
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