JP2008258716A5 - - Google Patents
Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008258716A5 JP2008258716A5 JP2007096145A JP2007096145A JP2008258716A5 JP 2008258716 A5 JP2008258716 A5 JP 2008258716A5 JP 2007096145 A JP2007096145 A JP 2007096145A JP 2007096145 A JP2007096145 A JP 2007096145A JP 2008258716 A5 JP2008258716 A5 JP 2008258716A5
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- pixel
- unit
- reset
- control signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 78
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 37
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 37
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 44
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 27
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 25
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 16
- 101700057087 CRA1 Proteins 0.000 description 7
- 101710035319 CRURS Proteins 0.000 description 7
- 102100015672 CSH1 Human genes 0.000 description 7
- 101700025226 CSH1 Proteins 0.000 description 7
- 101700076092 CCR1 Proteins 0.000 description 5
- 101700083927 CCR1 Proteins 0.000 description 5
- 102100005860 CCR1 Human genes 0.000 description 5
- 101700071234 RBG8 Proteins 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 101710004041 PCMP-A2 Proteins 0.000 description 1
- 102100016898 RSU1 Human genes 0.000 description 1
- 101700076919 RSU1 Proteins 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 101700053314 rsp1 Proteins 0.000 description 1
- 101700001709 ubx2 Proteins 0.000 description 1
Description
この発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどに使用される固体撮像装置に
関するものである。
関するものである。
ＭＯＳ型固体撮像装置では、光電変換部の信号蓄積を行毎に開始・終了を行うローリン
グシャッタ機能を使用して光信号を読み出す手法と、光電変換部の信号蓄積の開始・終了
を全画素一括して行うグローバルシャッタ機能を使用して光信号を読み出す手法の２つの
読み出し手法がある。それらの手法には、それぞれ一長一短があり、それを改善するため
に撮影条件により読み出し機能を切り換える撮像装置が、例えば特開２０００−３２０１
４１号公報において提案されている。
グシャッタ機能を使用して光信号を読み出す手法と、光電変換部の信号蓄積の開始・終了
を全画素一括して行うグローバルシャッタ機能を使用して光信号を読み出す手法の２つの
読み出し手法がある。それらの手法には、それぞれ一長一短があり、それを改善するため
に撮影条件により読み出し機能を切り換える撮像装置が、例えば特開２０００−３２０１
４１号公報において提案されている。
図12は、従来の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。この構成例では、少
なくとも、光を受光し信号を出力する画素アレイ１と、画素アレイ１を制御する垂直走査
回路２と、画素から出力される信号を処理し、保持するノイズ抑圧回路４と、水平走査回
路５により構成されている。なお、図12において、６は出力信号線に接続された出力アン
プである。図13は、従来の固体撮像装置の具体的な構成を示す回路構成図であり、図14は
、ローリングシャッタ機能を使用したときのノイズ抑圧回路の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。また、図15は、グローバルシャッタ機能を使用したときのノイズ
抑圧回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図16は、グローバルシャッ
タ機能時の光信号蓄積タイミングを説明するためのタイミングチャートである。また、図
17は、ローリングシャッタ機能時の光信号蓄積タイミングを説明するためのタイミング図
である。
なくとも、光を受光し信号を出力する画素アレイ１と、画素アレイ１を制御する垂直走査
回路２と、画素から出力される信号を処理し、保持するノイズ抑圧回路４と、水平走査回
路５により構成されている。なお、図12において、６は出力信号線に接続された出力アン
プである。図13は、従来の固体撮像装置の具体的な構成を示す回路構成図であり、図14は
、ローリングシャッタ機能を使用したときのノイズ抑圧回路の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。また、図15は、グローバルシャッタ機能を使用したときのノイズ
抑圧回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図16は、グローバルシャッ
タ機能時の光信号蓄積タイミングを説明するためのタイミングチャートである。また、図
17は、ローリングシャッタ機能時の光信号蓄積タイミングを説明するためのタイミング図
である。
まず、図13を用いて従来の固体撮像装置の具体的な構成について説明する。まず画素の
構成をＰＩＸ11を例に説明する。ＰＩＸ11内には、光電変換部ＰＤ11と、光電変換部ＰＤ
11で発生した信号を蓄積するメモリ（ＦＤ）Ｃ11と光電変換部ＰＤ11からメモリＣ11への
転送を制御する転送スイッチＭＴ11とメモリＣ11をリセットするリセットスイッチＭＲ11
と、メモリＣ11の信号を増幅する増幅部ＭＡ11と、画素を選択する選択スイッチＭＳ11と
が設けてあり、図13に示すように接続されており、複数の画素が2 次元に配置されて画素
アレイを構成している。
構成をＰＩＸ11を例に説明する。ＰＩＸ11内には、光電変換部ＰＤ11と、光電変換部ＰＤ
11で発生した信号を蓄積するメモリ（ＦＤ）Ｃ11と光電変換部ＰＤ11からメモリＣ11への
転送を制御する転送スイッチＭＴ11とメモリＣ11をリセットするリセットスイッチＭＲ11
と、メモリＣ11の信号を増幅する増幅部ＭＡ11と、画素を選択する選択スイッチＭＳ11と
が設けてあり、図13に示すように接続されており、複数の画素が2 次元に配置されて画素
アレイを構成している。
また、転送スイッチＭＴ11は、転送制御信号φＴＲ１にて制御される。リセットスイッ
チＭＲ11は、リセット制御信号φＲＳ１にて制御される。選択スイッチＭＳ11は選択制御
信号φＳＥＬ１によって制御され、選択された画素行の信号はノイズ抑圧回路４へ出力す
る。ノイズ抑圧回路４では、画素のリセットバラツキを除去した値を保持する。その後ノ
イズ抑圧回路４に保持された信号は、水平走査回路５によって読み出され、出力信号線と
出力アンプ６を介して出力される。なお、図13において、７は画素電源、Ｉ41（Ｉ42，Ｉ
43）は垂直信号線に接続されているバイアス用電流源である。
チＭＲ11は、リセット制御信号φＲＳ１にて制御される。選択スイッチＭＳ11は選択制御
信号φＳＥＬ１によって制御され、選択された画素行の信号はノイズ抑圧回路４へ出力す
る。ノイズ抑圧回路４では、画素のリセットバラツキを除去した値を保持する。その後ノ
イズ抑圧回路４に保持された信号は、水平走査回路５によって読み出され、出力信号線と
出力アンプ６を介して出力される。なお、図13において、７は画素電源、Ｉ41（Ｉ42，Ｉ
43）は垂直信号線に接続されているバイアス用電流源である。
このように構成されている固体撮像素装置においてローリングシャッタ機能を使用した
ときの光信号の蓄積タイミングについて、図17に示すタイミングチャートを用いて説明す
る。まず初めに、転送制御信号φＴＲ１とリセット制御信号φＲＳ１をハイレベルとする
ことで、両制御信号φＴＲ１，φＲＳ１で制御される行（１行目）の画素の光電変換部Ｐ
Ｄをリセットし、転送制御信号φＴＲ１とリセット制御信号φＲＳ１をロウレベルとする
ことで光信号の蓄積を開始する。その後、転送制御信号φＴＲ２とリセット制御信号φＲ
Ｓ２をハイレベルとすることで、両制御信号φＴＲ２，φＲＳ２にて制御される行（２行
目）の光電変換部ＰＤのリセットを行い、転送制御信号φＴＲ２とリセット制御信号φＲ
Ｓ２をロウレベルとすることで光信号の蓄積を開始する。
ときの光信号の蓄積タイミングについて、図17に示すタイミングチャートを用いて説明す
る。まず初めに、転送制御信号φＴＲ１とリセット制御信号φＲＳ１をハイレベルとする
ことで、両制御信号φＴＲ１，φＲＳ１で制御される行（１行目）の画素の光電変換部Ｐ
Ｄをリセットし、転送制御信号φＴＲ１とリセット制御信号φＲＳ１をロウレベルとする
ことで光信号の蓄積を開始する。その後、転送制御信号φＴＲ２とリセット制御信号φＲ
Ｓ２をハイレベルとすることで、両制御信号φＴＲ２，φＲＳ２にて制御される行（２行
目）の光電変換部ＰＤのリセットを行い、転送制御信号φＴＲ２とリセット制御信号φＲ
Ｓ２をロウレベルとすることで光信号の蓄積を開始する。
同様に、３行目以降の各行の転送制御信号とリセット制御信号を駆動することで各行の
光電変換部ＰＤが光信号の蓄積を開始する。光信号の蓄積を開始して所定の時間がたった
のち、選択制御信号により制御される行の画素信号の出力を行う。まず、選択制御信号φ
ＳＥＬ１をハイレベルとし、行（１行目）の選択を行う。次に、リセット制御信号φＲＳ
１をハイレベルとしてメモリ（ＦＤ）のリセットを行い、ロウレベルとすることでメモリ
（ＦＤ）のリセットを終了する。このとき、画素からは、リセット信号が出力される。そ
の後、転送制御信号φＴＲ１をハイレベルとし、光電変換部ＰＤに蓄積された光信号をメ
モリ（ＦＤ）へ転送し、転送制御信号φＴＲ１をロウレベルとすることで、転送を終了す
る。このとき、画素からは、光信号が出力される。最後に選択制御信号φＳＥＬ１をロウ
レベルとすることで、選択された第１行目の画素信号読み出しを終了する。
光電変換部ＰＤが光信号の蓄積を開始する。光信号の蓄積を開始して所定の時間がたった
のち、選択制御信号により制御される行の画素信号の出力を行う。まず、選択制御信号φ
ＳＥＬ１をハイレベルとし、行（１行目）の選択を行う。次に、リセット制御信号φＲＳ
１をハイレベルとしてメモリ（ＦＤ）のリセットを行い、ロウレベルとすることでメモリ
（ＦＤ）のリセットを終了する。このとき、画素からは、リセット信号が出力される。そ
の後、転送制御信号φＴＲ１をハイレベルとし、光電変換部ＰＤに蓄積された光信号をメ
モリ（ＦＤ）へ転送し、転送制御信号φＴＲ１をロウレベルとすることで、転送を終了す
る。このとき、画素からは、光信号が出力される。最後に選択制御信号φＳＥＬ１をロウ
レベルとすることで、選択された第１行目の画素信号読み出しを終了する。
次に、選択制御信号φＳＥＬ２にて選択される行（２行目）の読み出しを行う。この動
作については、第１行目の動作と同じなので説明は省略する。以上の動作では、各行によ
り光信号の蓄積開始時間と終了時間が異なる。
作については、第１行目の動作と同じなので説明は省略する。以上の動作では、各行によ
り光信号の蓄積開始時間と終了時間が異なる。
次に、グローバルシャッタ機能を使用したときの光信号の蓄積タイミングについて図16
に示すタイミングチャートを用いて説明する。まず初めに、全ての行の転送制御信号φＴ
Ｒ１，ＴＲ２，ＴＲ３，・・・、及び全ての行のリセット制御信号φＲＳ１，ＲＳ２，Ｒ
Ｓ３，・・・を同時にハイレベルとすることで、全画素の光電変換部ＰＤを一括してリセ
ットを行い、その後転送制御信号及びリセット制御信号をロウレベルにすることで、光信
号の蓄積を開始する。所定の時間が経った後、全ての行の転送制御信号φＴＲ１，ＴＲ２
，ＴＲ３，・・・をハイレベルとすることで、光電変換部ＰＤに蓄積された光信号を全画
素一括してメモリ（ＦＤ）へ転送し、光信号の蓄積を終了する。
に示すタイミングチャートを用いて説明する。まず初めに、全ての行の転送制御信号φＴ
Ｒ１，ＴＲ２，ＴＲ３，・・・、及び全ての行のリセット制御信号φＲＳ１，ＲＳ２，Ｒ
Ｓ３，・・・を同時にハイレベルとすることで、全画素の光電変換部ＰＤを一括してリセ
ットを行い、その後転送制御信号及びリセット制御信号をロウレベルにすることで、光信
号の蓄積を開始する。所定の時間が経った後、全ての行の転送制御信号φＴＲ１，ＴＲ２
，ＴＲ３，・・・をハイレベルとすることで、光電変換部ＰＤに蓄積された光信号を全画
素一括してメモリ（ＦＤ）へ転送し、光信号の蓄積を終了する。
次に、選択制御信号により選択された行の画素信号出力を行う。まず選択制御信号φＳ
ＥＬ１をハイレベルとし第１行目の画素の選択を行い、光信号の出力を行う。次に、リセ
ット制御信号φＲＳ１をハイレベルとすることでメモリ（ＦＤ）のリセットを行い、ロウ
レベルとすることでメモリ（ＦＤ）のリセットを終了する。このとき画素からは、リセッ
ト信号が出力される。最後に、選択制御信号φＳＥＬ１をロウレベルとすることで、第１
行目の画素信号出力を終了する。その後、選択制御信号φＳＥＬ２にて選択される行（２
行目）の画素信号出力を開始する。以下同様にして、３行目以降の画素信号の出力を行う
。以上の動作では、各行の光信号蓄積開始時間と終了時間は同じとなる。
ＥＬ１をハイレベルとし第１行目の画素の選択を行い、光信号の出力を行う。次に、リセ
ット制御信号φＲＳ１をハイレベルとすることでメモリ（ＦＤ）のリセットを行い、ロウ
レベルとすることでメモリ（ＦＤ）のリセットを終了する。このとき画素からは、リセッ
ト信号が出力される。最後に、選択制御信号φＳＥＬ１をロウレベルとすることで、第１
行目の画素信号出力を終了する。その後、選択制御信号φＳＥＬ２にて選択される行（２
行目）の画素信号出力を開始する。以下同様にして、３行目以降の画素信号の出力を行う
。以上の動作では、各行の光信号蓄積開始時間と終了時間は同じとなる。
次に、ローリングシャッタ機能を使用したときのノイズ抑圧回路の動作を、図14に示す
タイミングチャートを用いて説明する。まず画素の動作について説明する。選択制御信号
φＳＥＬ１をハイレベルとすることで画素信号を読み出す行（１行目）の選択を行う。光
電変換部ＰＤからの光信号の読み出しに先立ってリセット制御信号φＲＳ１をハイレベル
としメモリ（ＦＤ）のリセットを行い、リセット制御信号φＲＳ１をロウレベルとするこ
とでメモリ（ＦＤ）のリセットを終了し、画素のリセット信号Ｖr をノイズ抑圧回路４へ
出力する。次に、転送制御信号φＴＲ１をハイレベルとし、光電変換部ＰＤで蓄積された
信号をメモリ（ＦＤ）へ転送し、リセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr
＋Ｖs ）を画素からノイズ抑圧回路４へ出力する。最後に、選択制御信号φＳＥＬ１をロ
ウレベルとすることで画素信号の読み出しを終了する。
タイミングチャートを用いて説明する。まず画素の動作について説明する。選択制御信号
φＳＥＬ１をハイレベルとすることで画素信号を読み出す行（１行目）の選択を行う。光
電変換部ＰＤからの光信号の読み出しに先立ってリセット制御信号φＲＳ１をハイレベル
としメモリ（ＦＤ）のリセットを行い、リセット制御信号φＲＳ１をロウレベルとするこ
とでメモリ（ＦＤ）のリセットを終了し、画素のリセット信号Ｖr をノイズ抑圧回路４へ
出力する。次に、転送制御信号φＴＲ１をハイレベルとし、光電変換部ＰＤで蓄積された
信号をメモリ（ＦＤ）へ転送し、リセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr
＋Ｖs ）を画素からノイズ抑圧回路４へ出力する。最後に、選択制御信号φＳＥＬ１をロ
ウレベルとすることで画素信号の読み出しを終了する。
次に、画素から出力された信号を処理するノイズ抑圧回路４の動作を、画素ＰＩＸ11の
画素信号に注目して説明する。サンプルホールド制御信号φＳＨとクランプ制御信号φＣ
Ｌをハイレベルとし、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２をクランプ電圧（Ｖref)８でクラン
プする。このとき画素からリセット信号Ｖr がノイズ抑圧回路４へ入力され、リセット信
号Ｖr をクランプ容量ＣＣＬ１でサンプリングする。クランプ制御信号φＣＬをロウレベ
ルとすることで、リセット信号Ｖr のサンプリングを終了する。
画素信号に注目して説明する。サンプルホールド制御信号φＳＨとクランプ制御信号φＣ
Ｌをハイレベルとし、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２をクランプ電圧（Ｖref)８でクラン
プする。このとき画素からリセット信号Ｖr がノイズ抑圧回路４へ入力され、リセット信
号Ｖr をクランプ容量ＣＣＬ１でサンプリングする。クランプ制御信号φＣＬをロウレベ
ルとすることで、リセット信号Ｖr のサンプリングを終了する。
その後、画素からリセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）が、
ノイズ抑圧回路４へ入力される。そのときノイズ抑圧回路４のノードＮ２は、先のサンプ
リングされたリセット信号Ｖr と画素から入力された（Ｖr ＋Ｖs ）信号との差分信号Ｖ
s を、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプリング容量ＣＳＨ１とで決まるゲインＧ倍した電圧
ＧＶs となる。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨをロウレベルとすることで、ノ
ードＮ２の電圧ＧＶs を保持する。なお、ゲインＧは、次式で表される。
Ｇ＝ＣＣＬ１／（ＣＣＬ１＋ＣＳＨ１）
以上の動作を行うことで、光電変換部ＰＤで蓄積された光信号を増幅した信号ＧＶs を出
力することが可能となる。
ノイズ抑圧回路４へ入力される。そのときノイズ抑圧回路４のノードＮ２は、先のサンプ
リングされたリセット信号Ｖr と画素から入力された（Ｖr ＋Ｖs ）信号との差分信号Ｖ
s を、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプリング容量ＣＳＨ１とで決まるゲインＧ倍した電圧
ＧＶs となる。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨをロウレベルとすることで、ノ
ードＮ２の電圧ＧＶs を保持する。なお、ゲインＧは、次式で表される。
Ｇ＝ＣＣＬ１／（ＣＣＬ１＋ＣＳＨ１）
以上の動作を行うことで、光電変換部ＰＤで蓄積された光信号を増幅した信号ＧＶs を出
力することが可能となる。
次に、グローバルシャッタ機能を使用したときのノイズ抑圧回路４の動作を、図15に示
すタイミングチャートを用いて説明する。まず画素の動作について説明する。転送制御信
号φＴＲ１をハイレベルとすることで、光電変換部ＰＤに蓄積された信号をメモリ（ＦＤ
）へ転送する。このときメモリ（ＦＤ）では、リセット信号と光信号が重畳された信号を
保持する。
すタイミングチャートを用いて説明する。まず画素の動作について説明する。転送制御信
号φＴＲ１をハイレベルとすることで、光電変換部ＰＤに蓄積された信号をメモリ（ＦＤ
）へ転送する。このときメモリ（ＦＤ）では、リセット信号と光信号が重畳された信号を
保持する。
次に、選択制御信号φＳＥＬ１をハイレベルとすることで、画素信号を読み出す行（１
行目）の選択を行い、リセット信号Ｖr と光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）を
画素から出力する。その後、リセット制御信号φＲＳ１をハイレベルとしメモリ（ＦＤ）
のリセットを行い、リセット制御信号φＲＳ１をロウレベルとすることで、メモリ（ＦＤ
）のリセットを終了し、画素のリセット信号Ｖr をノイズ抑圧回路４へ出力する。最後に
選択制御信号φＳＥＬ１をロウレベルとすることで、画素信号の読み出しを終了する。
行目）の選択を行い、リセット信号Ｖr と光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）を
画素から出力する。その後、リセット制御信号φＲＳ１をハイレベルとしメモリ（ＦＤ）
のリセットを行い、リセット制御信号φＲＳ１をロウレベルとすることで、メモリ（ＦＤ
）のリセットを終了し、画素のリセット信号Ｖr をノイズ抑圧回路４へ出力する。最後に
選択制御信号φＳＥＬ１をロウレベルとすることで、画素信号の読み出しを終了する。
次に、画素から出力された信号を処理するノイズ抑圧回路４の動作を説明する。サンプ
ルホールド制御信号φＳＨとクランプ制御信号φＣＬをハイレベルとし、ノイズ抑圧回路
４のノードＮ２がクランプ電圧（Ｖref)８でクランプされる。このとき画素からリセット
信号Ｖr と光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）がノイズ抑圧回路４へ入力され、
（Ｖr ＋Ｖs ）をクランプ容量ＣＣＬ１でサンプリングする。クランプ制御信号φＣＬを
ロウレベルとすることで、サンプリングを終了する。
ルホールド制御信号φＳＨとクランプ制御信号φＣＬをハイレベルとし、ノイズ抑圧回路
４のノードＮ２がクランプ電圧（Ｖref)８でクランプされる。このとき画素からリセット
信号Ｖr と光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）がノイズ抑圧回路４へ入力され、
（Ｖr ＋Ｖs ）をクランプ容量ＣＣＬ１でサンプリングする。クランプ制御信号φＣＬを
ロウレベルとすることで、サンプリングを終了する。
その後、画素からリセット信号Ｖr がノイズ抑圧回路４へ入力される。そのとき、ノイ
ズ抑圧回路４のノードＮ２は、先のサンプリングされた信号（Ｖr ＋Ｖs ）と画素から入
力されたリセット信号Ｖr との差分である信号−Ｖs を、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプ
リング容量ＣＳＨ１とで決まるゲインＧ倍した電圧−ＧＶs となる。その後、サンプルホ
ールド制御信号φＳＨをロウレベルとすることで、ノードＮ２の電圧−ＧＶs を保持する
。以上の動作を行うことで、光電変換部ＰＤで蓄積された光信号を増幅した信号−ＧＶs
を出力することが可能となる。上記の動作を行うことで光信号を読み出すことが可能であ
る。
特開２００２−３２０１４１号公報
ズ抑圧回路４のノードＮ２は、先のサンプリングされた信号（Ｖr ＋Ｖs ）と画素から入
力されたリセット信号Ｖr との差分である信号−Ｖs を、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプ
リング容量ＣＳＨ１とで決まるゲインＧ倍した電圧−ＧＶs となる。その後、サンプルホ
ールド制御信号φＳＨをロウレベルとすることで、ノードＮ２の電圧−ＧＶs を保持する
。以上の動作を行うことで、光電変換部ＰＤで蓄積された光信号を増幅した信号−ＧＶs
を出力することが可能となる。上記の動作を行うことで光信号を読み出すことが可能であ
る。
しかし、上記従来例のノイズ抑圧回路の出力は、ローリングシャッタ動作時の出力ＧＶ
s とグローバルシャッタ動作時の出力−ＧＶs とで極性が反転する。このため、ノイズ抑
圧回路の出力ダイナミックレンジが増大することにより、回路が大型化し、消費電力が増
大する。本発明は、従来の固体撮像装置における上記課題を解決するためになされたもの
であり、読み出し動作を切り換えた場合でもノイズ抑圧回路の出力の極性を統一し、回路
の小型化及び低消費電力化を図った固体撮像装置を提供することを目的としている。
s とグローバルシャッタ動作時の出力−ＧＶs とで極性が反転する。このため、ノイズ抑
圧回路の出力ダイナミックレンジが増大することにより、回路が大型化し、消費電力が増
大する。本発明は、従来の固体撮像装置における上記課題を解決するためになされたもの
であり、読み出し動作を切り換えた場合でもノイズ抑圧回路の出力の極性を統一し、回路
の小型化及び低消費電力化を図った固体撮像装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、光電変換を行う光電変換部と、前記
光電変換部で発生した信号を一時的に記憶しておくための蓄積部と、前記光電変換部の信
号を前記蓄積部へ転送する転送手段と、前記蓄積部をリセットするリセット手段と、前記
蓄積部の電位を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段を選択する選択手段とを有す
る画素を２次元に複数配置されてなる画素部と、画素に起因する特性の異なる第１の信号
と第２の信号との差分の極性を切り換える切り換え部を有し、画素毎のリセット時の信
号のばらつきを抑圧するノイズ抑圧回路とを備えて固体撮像装置を構成するものである。
光電変換部で発生した信号を一時的に記憶しておくための蓄積部と、前記光電変換部の信
号を前記蓄積部へ転送する転送手段と、前記蓄積部をリセットするリセット手段と、前記
蓄積部の電位を増幅して出力する増幅手段と、前記増幅手段を選択する選択手段とを有す
る画素を２次元に複数配置されてなる画素部と、画素に起因する特性の異なる第１の信号
と第２の信号との差分の極性を切り換える切り換え部を有し、画素毎のリセット時の信
号のばらつきを抑圧するノイズ抑圧回路とを備えて固体撮像装置を構成するものである。
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、前記蓄積部をリセット
した後、第１の信号としてリセット信号を画素から出力させ、その後前記光電変換部で発
生した信号を前記蓄積部へ転送し、第２の信号として出力させる第１の読み出しモードと
、前記蓄積部をリセットし、その後、前記光電変換部で発生した信号を前記蓄積部へ転送
し、第１の信号として画素から出力させた後、前記蓄積部のリセットを行い、第２の信号
としてリセット信号を画素から出力する第２の読み出しモードとを設定するモード設定部
を更に備え、前記切り換え部は、前記モード設定部で設定されたモードに応じて極性の切
り換えを実行することを特徴とするものである。
した後、第１の信号としてリセット信号を画素から出力させ、その後前記光電変換部で発
生した信号を前記蓄積部へ転送し、第２の信号として出力させる第１の読み出しモードと
、前記蓄積部をリセットし、その後、前記光電変換部で発生した信号を前記蓄積部へ転送
し、第１の信号として画素から出力させた後、前記蓄積部のリセットを行い、第２の信号
としてリセット信号を画素から出力する第２の読み出しモードとを設定するモード設定部
を更に備え、前記切り換え部は、前記モード設定部で設定されたモードに応じて極性の切
り換えを実行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、第２の読み出しモード
が設定されたときには、前記転送手段は、前記光電変換部で発生した信号を全画素一括し
て蓄積部に転送するよう制御されることを特徴とするものである。
が設定されたときには、前記転送手段は、前記光電変換部で発生した信号を全画素一括し
て蓄積部に転送するよう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１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置において、前
記ノイズ抑圧回路のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器
を更に備えることを特徴とするものである。
記ノイズ抑圧回路のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器
を更に備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、ノイズ抑圧回路は画素に起因する特性の異なる第１及び第２の信号の
差分の極性を切り換える切り換え部を有しているので、読み出しモードを切り換えた場合
でも、ノイズ抑圧回路の出力の極性を統一することができ、回路の小型化及び低消費電力
化を図ることができる。
差分の極性を切り換える切り換え部を有しているので、読み出しモードを切り換えた場合
でも、ノイズ抑圧回路の出力の極性を統一することができ、回路の小型化及び低消費電力
化を図ることができる。
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。図１は、実施例１に係
る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図で、図12に示した従来例と対応する部分には
同一符号を付して示している。この実施例１に係る固体撮像装置は、少なくとも、光を受
光し信号を出力する画素アレイ１と、画素アレイ１を制御する垂直走査回路２と、モード
設定部３と、モード設定部３により選択されるモードにより極性の制御を行い、画素から
出力される信号を処理し、保持するノイズ抑圧回路４と、水平走査回路５により構成され
る。なお、６は出力アンプであり、上記モード設定部３は垂直走査回路２の切り換え制御
も行うようになっている。
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。図１は、実施例１に係
る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図で、図12に示した従来例と対応する部分には
同一符号を付して示している。この実施例１に係る固体撮像装置は、少なくとも、光を受
光し信号を出力する画素アレイ１と、画素アレイ１を制御する垂直走査回路２と、モード
設定部３と、モード設定部３により選択されるモードにより極性の制御を行い、画素から
出力される信号を処理し、保持するノイズ抑圧回路４と、水平走査回路５により構成され
る。なお、６は出力アンプであり、上記モード設定部３は垂直走査回路２の切り換え制御
も行うようになっている。
図２は、実施例１に係る固体撮像装置におけるノイズ抑圧回路４の構成を示す回路図で
ある。このノイズ抑圧回路４は、画素アレイ１の第１列目の出力Ｖ１に対して、クランプ
容量ＣＣＬ１とサンプリング容量ＣＳＨ１と、サンプルホールドスイッチＭ11と、クラン
プスイッチＭ21，Ｍ31と、駆動スイッチＭ41，Ｍ51と、水平選択スイッチＭ６と、増幅器
Ａ１とが設けられており、図２に示すように接続されている。そして、画素アレイ１の他
の列からの出力Ｖ２，Ｖ３に対しても同様の回路が接続されている。また、サンプルホー
ルドスイッチＭ11はサンプルホールド制御信号φＳＨで制御され、クランプスイッチＭ21
はクランプ制御信号φＣＬ１で、クランプスイッチＭ31はクランプ制御信号φＣＬ２で制
御される。また駆動スイッチＭ41は駆動制御信号φＳＬ１で、駆動スイッチＭ51は駆動制
御信号φＳＬ２で制御されるようになっている。
ある。このノイズ抑圧回路４は、画素アレイ１の第１列目の出力Ｖ１に対して、クランプ
容量ＣＣＬ１とサンプリング容量ＣＳＨ１と、サンプルホールドスイッチＭ11と、クラン
プスイッチＭ21，Ｍ31と、駆動スイッチＭ41，Ｍ51と、水平選択スイッチＭ６と、増幅器
Ａ１とが設けられており、図２に示すように接続されている。そして、画素アレイ１の他
の列からの出力Ｖ２，Ｖ３に対しても同様の回路が接続されている。また、サンプルホー
ルドスイッチＭ11はサンプルホールド制御信号φＳＨで制御され、クランプスイッチＭ21
はクランプ制御信号φＣＬ１で、クランプスイッチＭ31はクランプ制御信号φＣＬ２で制
御される。また駆動スイッチＭ41は駆動制御信号φＳＬ１で、駆動スイッチＭ51は駆動制
御信号φＳＬ２で制御されるようになっている。
次に、このような構成のノイズ抑圧回路を備えた実施例１に係る固体撮像装置のローリ
ングシャッタ機能を使用して光信号を読み出す動作を、図３に示すタイミングチャートを
用いて説明する。画素の読み出し動作については、従来例と同じなので、その説明は省略
し、ノイズ抑圧回路４の動作を画素アレイ１の１列目の出力Ｖ１に注目して説明する。ま
ずクランプ制御信号φＣＬ２と駆動制御信号φＳＬ１はハイレベルに、駆動制御信号φＳ
Ｌ２は、ロウレベルに設定される。次に、サンプルホールド制御信号φＳＨとクランプ制
御信号φＣＬ１をハイレベルとし、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２，Ｎ３がクランプ電圧
（Ｖref)８でクランプされる。このとき、画素からリセット信号Ｖr がノイズ抑圧回路４
へ入力され、リセット信号Ｖr をクランプ容量ＣＣＬ１でサンプリングを行う。クランプ
制御信号φＣＬ１をロウレベルとすることで、リセット信号Ｖr のサンプリングを終了す
る。
ングシャッタ機能を使用して光信号を読み出す動作を、図３に示すタイミングチャートを
用いて説明する。画素の読み出し動作については、従来例と同じなので、その説明は省略
し、ノイズ抑圧回路４の動作を画素アレイ１の１列目の出力Ｖ１に注目して説明する。ま
ずクランプ制御信号φＣＬ２と駆動制御信号φＳＬ１はハイレベルに、駆動制御信号φＳ
Ｌ２は、ロウレベルに設定される。次に、サンプルホールド制御信号φＳＨとクランプ制
御信号φＣＬ１をハイレベルとし、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２，Ｎ３がクランプ電圧
（Ｖref)８でクランプされる。このとき、画素からリセット信号Ｖr がノイズ抑圧回路４
へ入力され、リセット信号Ｖr をクランプ容量ＣＣＬ１でサンプリングを行う。クランプ
制御信号φＣＬ１をロウレベルとすることで、リセット信号Ｖr のサンプリングを終了す
る。
その後、画素からリセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）がノ
イズ抑圧回路４へ入力される。そのとき、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２は、先のサンプ
リングされたリセット信号Ｖr と画素から入力された（Ｖr ＋Ｖs ）信号との差分である
信号Ｖs を、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプリング容量ＣＳＨ１とで決まるゲインＧ倍し
た電圧ＧＶs となる。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨをロウレベルとすること
で、ノードＮ２の電圧ＧＶs を保持する。よって、ノードＮ４は、ノードＮ２と同じ電圧
ＧＶs を出力することが可能となる。以上の動作を行うことで、光電変換部ＰＤで蓄積さ
れた光信号を増幅した信号ＧＶs を出力することが可能となる。
イズ抑圧回路４へ入力される。そのとき、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２は、先のサンプ
リングされたリセット信号Ｖr と画素から入力された（Ｖr ＋Ｖs ）信号との差分である
信号Ｖs を、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプリング容量ＣＳＨ１とで決まるゲインＧ倍し
た電圧ＧＶs となる。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨをロウレベルとすること
で、ノードＮ２の電圧ＧＶs を保持する。よって、ノードＮ４は、ノードＮ２と同じ電圧
ＧＶs を出力することが可能となる。以上の動作を行うことで、光電変換部ＰＤで蓄積さ
れた光信号を増幅した信号ＧＶs を出力することが可能となる。
次に、グローバルシャッタ機能を使用して光信号を読み出す動作を、図４に示すタイミ
ングチャートを用いて説明する。画素の読み出し動作については、従来例と同じなので説
明は省略し、ノイズ抑圧回路４の動作について説明する。まず駆動制御信号φＳＬ２はハ
イレベルに、駆動制御信号φＳＬ１は、ロウレベルに設定される。
ングチャートを用いて説明する。画素の読み出し動作については、従来例と同じなので説
明は省略し、ノイズ抑圧回路４の動作について説明する。まず駆動制御信号φＳＬ２はハ
イレベルに、駆動制御信号φＳＬ１は、ロウレベルに設定される。
次に、サンプルホールド制御信号φＳＨとクランプ制御信号φＣＬ１，φＣＬ２をハイ
レベルとし、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２，Ｎ３がクランプ電圧８でクランプされる。
このとき、画素からはリセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）が
ノイズ抑圧回路４へ入力され、信号（Ｖr ＋Ｖs ）をクランプ容量ＣＣＬ１でサンプリン
グする。クランプ制御信号φＣＬ１をロウレベルとすることで、信号（Ｖr ＋Ｖs ）のサ
ンプリングを終了する。
レベルとし、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２，Ｎ３がクランプ電圧８でクランプされる。
このとき、画素からはリセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）が
ノイズ抑圧回路４へ入力され、信号（Ｖr ＋Ｖs ）をクランプ容量ＣＣＬ１でサンプリン
グする。クランプ制御信号φＣＬ１をロウレベルとすることで、信号（Ｖr ＋Ｖs ）のサ
ンプリングを終了する。
その後、画素からリセット信号Ｖr がノイズ抑圧回路４へ入力され, ノイズ抑圧回路４
のノードＮ２は、先のサンプリングされた信号（Ｖr ＋Ｖs ）と画素から入力された信号
Ｖr との差分である信号−Ｖs を、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプリング容量ＣＳＨ１と
で決まるゲインＧ倍した電圧−ＧＶs となる。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨ
をロウレベルとすることでサンプリングを終了する。そして、クランプ制御信号φＣＬ２
をロウレベルに、φＣＬ１をハイレベルにする。ノードＮ２がクランプ電圧８となり、ノ
ードＮ３の電圧は、ノードＮ２の電圧変動分ＧＶs を保持する。よって、ノードＮ４の電
圧は、ノードＮ２と同じＧＶs となる。
のノードＮ２は、先のサンプリングされた信号（Ｖr ＋Ｖs ）と画素から入力された信号
Ｖr との差分である信号−Ｖs を、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプリング容量ＣＳＨ１と
で決まるゲインＧ倍した電圧−ＧＶs となる。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨ
をロウレベルとすることでサンプリングを終了する。そして、クランプ制御信号φＣＬ２
をロウレベルに、φＣＬ１をハイレベルにする。ノードＮ２がクランプ電圧８となり、ノ
ードＮ３の電圧は、ノードＮ２の電圧変動分ＧＶs を保持する。よって、ノードＮ４の電
圧は、ノードＮ２と同じＧＶs となる。
以上の動作を行うことで、モード設定部３によりローリングシャッタ機能とグローバル
シャッタ機能の動作を切り換えた場合でも、ノイズ抑圧回路４の出力信号の極性が統一さ
れ、回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。また、画素アレイがグローバル
シャッタ動作時に、ノイズ抑圧回路４を上記ローリングシャッタ駆動とし、画素アレイが
ローリングシャッタ動作時にノイズ抑圧回路４を上記グローバルシャッタ駆動とすること
も可能である。
シャッタ機能の動作を切り換えた場合でも、ノイズ抑圧回路４の出力信号の極性が統一さ
れ、回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。また、画素アレイがグローバル
シャッタ動作時に、ノイズ抑圧回路４を上記ローリングシャッタ駆動とし、画素アレイが
ローリングシャッタ動作時にノイズ抑圧回路４を上記グローバルシャッタ駆動とすること
も可能である。
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図５は、実施例２に係る固体撮像装置のノイズ抑圧
回路４の構成を示す回路図である。この実施例に係るノイズ抑圧回路４は、画素アレイ１
の第１列目の出力Ｖ１に対して、クランプ容量ＣＣＬ１，ＣＣＲ１と、帰還容量ＣＲＡ１
と、サンプリング容量ＣＳＨ１と、サンプルホールドスイッチＭ11と、クランプスイッチ
Ｍ21，Ｍ31，Ｍ71と、駆動スイッチＭ41，Ｍ51と、帰還スイッチＭ81と、帰還増幅器Ａ１
と、水平選択スイッチＭ61とが設けられており、図５に示すように接続されている。画素
アレイの他の列からの出力Ｖ２，Ｖ３に対しても同様の回路が接続されている。
次に、実施例２について説明する。図５は、実施例２に係る固体撮像装置のノイズ抑圧
回路４の構成を示す回路図である。この実施例に係るノイズ抑圧回路４は、画素アレイ１
の第１列目の出力Ｖ１に対して、クランプ容量ＣＣＬ１，ＣＣＲ１と、帰還容量ＣＲＡ１
と、サンプリング容量ＣＳＨ１と、サンプルホールドスイッチＭ11と、クランプスイッチ
Ｍ21，Ｍ31，Ｍ71と、駆動スイッチＭ41，Ｍ51と、帰還スイッチＭ81と、帰還増幅器Ａ１
と、水平選択スイッチＭ61とが設けられており、図５に示すように接続されている。画素
アレイの他の列からの出力Ｖ２，Ｖ３に対しても同様の回路が接続されている。
また、サンプルホールドスイッチＭ11はサンプルホールド制御信号φＳＨで制御され、
クランプスイッチＭ21はクランプ制御信号φＣＬ１で、クランプスイッチＭ31はクランプ
制御信号φＣＬ２で, クランプスイッチＭ71はクランプ制御信号φＣＬ３で制御される。
駆動スイッチＭ41は駆動制御信号φＳＬ１で、駆動スイッチＭ51は駆動制御信号φＳＬ２
で制御される。帰還スイッチＭ81は帰還制御信号φＲＡで制御されるようになっている。
クランプスイッチＭ21はクランプ制御信号φＣＬ１で、クランプスイッチＭ31はクランプ
制御信号φＣＬ２で, クランプスイッチＭ71はクランプ制御信号φＣＬ３で制御される。
駆動スイッチＭ41は駆動制御信号φＳＬ１で、駆動スイッチＭ51は駆動制御信号φＳＬ２
で制御される。帰還スイッチＭ81は帰還制御信号φＲＡで制御されるようになっている。
次に、このような構成のノイズ抑圧回路を備えた実施例２に係る固体撮像装置のローリ
ングシャッタ機能を使用して光信号を読み出す動作を図６に示すタイミングチャートを用
いて説明する。画素の読み出し動作については、従来例と同じなので、その説明は省略し
、ノイズ抑圧回路４の動作について説明する。まずクランプ制御信号φＣＬ２と駆動制御
信号φＳＬ１はハイレベル、クランプ制御信号φＣＬ１と駆動制御信号φＳＬ２は、ロウ
レベルに設定され、ノードＮ３は、クランプ電圧（Ｖref)８に設定される。
ングシャッタ機能を使用して光信号を読み出す動作を図６に示すタイミングチャートを用
いて説明する。画素の読み出し動作については、従来例と同じなので、その説明は省略し
、ノイズ抑圧回路４の動作について説明する。まずクランプ制御信号φＣＬ２と駆動制御
信号φＳＬ１はハイレベル、クランプ制御信号φＣＬ１と駆動制御信号φＳＬ２は、ロウ
レベルに設定され、ノードＮ３は、クランプ電圧（Ｖref)８に設定される。
次に、サンプルホールド制御信号φＳＨとクランプ制御信号φＣＬ３をハイレベルとし
、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２がクランプ電圧８でクランプされ、帰還制御信号φＲＡ
をハイレベルとすることで帰還容量ＣＲＡ１をリセットする。このとき画素からリセット
信号Ｖr がノイズ抑圧回路４へ入力され、リセット信号Ｖr をクランプ容量ＣＣＬ１でサ
ンプリングする。クランプ制御信号φＣＬ１をロウレベルとすることで、リセット信号Ｖ
r のサンプリングを終了し、帰還制御信号φＲＡをロウレベルとすることで、帰還容量Ｃ
ＲＡ１のリセットを終了する。
、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２がクランプ電圧８でクランプされ、帰還制御信号φＲＡ
をハイレベルとすることで帰還容量ＣＲＡ１をリセットする。このとき画素からリセット
信号Ｖr がノイズ抑圧回路４へ入力され、リセット信号Ｖr をクランプ容量ＣＣＬ１でサ
ンプリングする。クランプ制御信号φＣＬ１をロウレベルとすることで、リセット信号Ｖ
r のサンプリングを終了し、帰還制御信号φＲＡをロウレベルとすることで、帰還容量Ｃ
ＲＡ１のリセットを終了する。
その後、画素からリセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）がノ
イズ抑圧回路４へ入力される。そのとき、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２は、先のサンプ
リングされたリセット信号Ｖr と画素から入力された（Ｖr ＋Ｖs ）信号との差分である
信号Ｖs となる。また、帰還増幅器Ａ１の出力であるノードＮ４は、ノードＮ２の信号Ｖ
s をクランプ容量ＣＣＲ１と帰還容量ＣＲＡ１とで決まるゲインＧ倍した電圧ＧＶs とな
る。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨをロウレベルとすることで、出力電圧ＧＶ
s を保持する。
イズ抑圧回路４へ入力される。そのとき、ノイズ抑圧回路４のノードＮ２は、先のサンプ
リングされたリセット信号Ｖr と画素から入力された（Ｖr ＋Ｖs ）信号との差分である
信号Ｖs となる。また、帰還増幅器Ａ１の出力であるノードＮ４は、ノードＮ２の信号Ｖ
s をクランプ容量ＣＣＲ１と帰還容量ＣＲＡ１とで決まるゲインＧ倍した電圧ＧＶs とな
る。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨをロウレベルとすることで、出力電圧ＧＶ
s を保持する。
以上の動作を行うことで、光電変換部ＰＤで蓄積された光信号を増幅した信号ＧＶs を
出力することが可能となる。なお、ゲインＧは、次式で表される。
Ｇ＝ＣＲＡ１／ＣＣＲ１
出力することが可能となる。なお、ゲインＧは、次式で表される。
Ｇ＝ＣＲＡ１／ＣＣＲ１
次に、グローバルシャッタ機能を使用して光信号を読み出す動作を、図７に示すタイミ
ングチャートを用いて説明する。画素の読み出し動作については、従来例と同じなので説
明は省略し、ノイズ抑圧回路４の動作について説明する。クランプ制御信号φＣＬ１，φ
ＣＬ３と駆動制御信号φＳＬ２はハイレベルに設定され、クランプ制御信号φＣＬ２と駆
動制御信号φＳＬ１はロウレベルに設定され、ノードＮ１，Ｎ２はクランプ電圧（Ｖref)
８に設定され、画素の出力はノードＮ３に入力されるようになっている。
ングチャートを用いて説明する。画素の読み出し動作については、従来例と同じなので説
明は省略し、ノイズ抑圧回路４の動作について説明する。クランプ制御信号φＣＬ１，φ
ＣＬ３と駆動制御信号φＳＬ２はハイレベルに設定され、クランプ制御信号φＣＬ２と駆
動制御信号φＳＬ１はロウレベルに設定され、ノードＮ１，Ｎ２はクランプ電圧（Ｖref)
８に設定され、画素の出力はノードＮ３に入力されるようになっている。
次に、サンプルホールド制御信号φＳＨと帰還制御信号φＲＡをハイレベルとし、帰還
容量ＣＲＡ１のリセットを行う。このとき、画素からリセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重
畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）がノイズ抑圧回路４へ入力され、信号（Ｖr ＋Ｖs ）をクラ
ンプ容量ＣＣＲ１でサンプリングする。帰還制御信号φＲＡをロウレベルとすることで、
帰還容量ＣＲＡ１のリセット、及び信号（Ｖr ＋Ｖs ）のサンプリングを終了する。
容量ＣＲＡ１のリセットを行う。このとき、画素からリセット信号Ｖr に光信号Ｖs が重
畳された信号（Ｖr ＋Ｖs ）がノイズ抑圧回路４へ入力され、信号（Ｖr ＋Ｖs ）をクラ
ンプ容量ＣＣＲ１でサンプリングする。帰還制御信号φＲＡをロウレベルとすることで、
帰還容量ＣＲＡ１のリセット、及び信号（Ｖr ＋Ｖs ）のサンプリングを終了する。
その後、画素からリセット信号Ｖr がノイズ抑圧回路４へ入力される。そのとき、帰還
増幅器Ａ１の出力であるノードＮ４は、先のサンプリングされた信号（Ｖr ＋Ｖs ）とリ
セット信号Ｖr との差分である−Ｖs を、クランプ容量ＣＣＲ１と帰還容量ＣＲＡ１とで
決まるゲイン−Ｇ倍した電圧ＧＶs となる。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨを
ロウレベルとすることで、出力電圧ＧＶs を保持する。よって、光電変換部ＰＤで蓄積さ
れた光信号を増幅した信号ＧＶs を出力することが可能となる。
増幅器Ａ１の出力であるノードＮ４は、先のサンプリングされた信号（Ｖr ＋Ｖs ）とリ
セット信号Ｖr との差分である−Ｖs を、クランプ容量ＣＣＲ１と帰還容量ＣＲＡ１とで
決まるゲイン−Ｇ倍した電圧ＧＶs となる。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨを
ロウレベルとすることで、出力電圧ＧＶs を保持する。よって、光電変換部ＰＤで蓄積さ
れた光信号を増幅した信号ＧＶs を出力することが可能となる。
上記の回路構成及び上記動作を行うことで、モード設定部３によりローリングシャッタ
機能とグローバルシャッタ機能とを切り換えた場合でも、ノイズ抑圧回路４の出力信号の
極性が統一され、回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。また、画素アレイ
がグローバルシャッタ動作時に、ノイズ抑圧回路４を上記ローリングシャッタ駆動とし、
画素アレイがローリングシャッタ動作時に、ノイズ抑圧回路４を上記グローバルシャッタ
駆動とすることも可能である。
機能とグローバルシャッタ機能とを切り換えた場合でも、ノイズ抑圧回路４の出力信号の
極性が統一され、回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。また、画素アレイ
がグローバルシャッタ動作時に、ノイズ抑圧回路４を上記ローリングシャッタ駆動とし、
画素アレイがローリングシャッタ動作時に、ノイズ抑圧回路４を上記グローバルシャッタ
駆動とすることも可能である。
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。図８は、実施例３に係る固体撮像装置の画素構成を
詳細に示す回路構成図である。この実施例に係る画素は、選択スイッチＭＳ11，12，21，
22と増幅部ＭＡ11，12，21，22の接続構成が、実施例１及び２における画素構成と異なっ
ている。なお、その他の回路構成及び動作については、実施例１，２と同じなので説明は
省略する。上記の回路構成とすることでローリングシャッタ機能とグローバルシャッタ機
能とを切り換えた場合でも、ノイズ抑圧回路の出力信号の極性が統一され、回路の小型化
及び低消費電力化図ることができる。
次に、実施例３について説明する。図８は、実施例３に係る固体撮像装置の画素構成を
詳細に示す回路構成図である。この実施例に係る画素は、選択スイッチＭＳ11，12，21，
22と増幅部ＭＡ11，12，21，22の接続構成が、実施例１及び２における画素構成と異なっ
ている。なお、その他の回路構成及び動作については、実施例１，２と同じなので説明は
省略する。上記の回路構成とすることでローリングシャッタ機能とグローバルシャッタ機
能とを切り換えた場合でも、ノイズ抑圧回路の出力信号の極性が統一され、回路の小型化
及び低消費電力化図ることができる。
（実施例４）
次に、実施例４について説明する。図９は、実施例４に係る固体撮像装置の画素構成を
詳細に示す回路構成図である。この実施例は、画素構成が異なるのみで、他の構成は実施
例１又は２と同じである。この実施例の画素構成をＰＩＸ11を例に説明する。ＰＩＸ11内
には、光電変換部ＰＤ11と、光電変換部ＰＤ11で発生した信号を蓄積するメモリ（ＦＤ）
Ｃ11と、光電変換部ＰＤ11からメモリＣ11への転送を制御する転送スイッチＭＴ11と、メ
モリＣ11をリセットするリセットスイッチＭＲ11と、メモリＣ11の信号を増幅する増幅部
ＭＡ11と、画素を選択する選択スイッチＭＳ11と、光電変換部ＰＤで発生した信号を排出
する排出スイッチＭＥ11とが設けられており、図９に示すように接続されていて、２次元
に配置されている。
次に、実施例４について説明する。図９は、実施例４に係る固体撮像装置の画素構成を
詳細に示す回路構成図である。この実施例は、画素構成が異なるのみで、他の構成は実施
例１又は２と同じである。この実施例の画素構成をＰＩＸ11を例に説明する。ＰＩＸ11内
には、光電変換部ＰＤ11と、光電変換部ＰＤ11で発生した信号を蓄積するメモリ（ＦＤ）
Ｃ11と、光電変換部ＰＤ11からメモリＣ11への転送を制御する転送スイッチＭＴ11と、メ
モリＣ11をリセットするリセットスイッチＭＲ11と、メモリＣ11の信号を増幅する増幅部
ＭＡ11と、画素を選択する選択スイッチＭＳ11と、光電変換部ＰＤで発生した信号を排出
する排出スイッチＭＥ11とが設けられており、図９に示すように接続されていて、２次元
に配置されている。
また、転送スイッチＭＴ11は転送制御信号φＴＸ１にて制御され、リセットスイッチＭ
Ｒ11はリセット制御信号φＲＳＴ１にて制御され、排出スイッチＭＥ11は排出制御信号φ
ＲＳＰ１で制御される。選択スイッチＭＳ11は選択制御信号φＳＥＬ１によって制御され
、選択された行（１行目）の信号はノイズ抑圧回路４へ出力される。ノイズ抑圧回路４で
は、画素のリセットバラツキを除去した値を保持する。その後ノイズ抑圧回路４に保持さ
れた信号は、水平走査回路５によって読み出される。
Ｒ11はリセット制御信号φＲＳＴ１にて制御され、排出スイッチＭＥ11は排出制御信号φ
ＲＳＰ１で制御される。選択スイッチＭＳ11は選択制御信号φＳＥＬ１によって制御され
、選択された行（１行目）の信号はノイズ抑圧回路４へ出力される。ノイズ抑圧回路４で
は、画素のリセットバラツキを除去した値を保持する。その後ノイズ抑圧回路４に保持さ
れた信号は、水平走査回路５によって読み出される。
上記画素構成の画素アレイを用いた場合においても、実施例１及び２に示したと同様に
モード設定でローリングシャッタ機能とグローバルシャッタ機能とを切り換え設定するこ
とにより、ノイズ抑圧回路の出力信号の極性が統一され、回路の小型化及び低消費電力化
を図ることができる。なお、この実施例の画素構成とした場合、グローバルシャッタ駆動
時の蓄積時間をフレキシブルに設定できる。
モード設定でローリングシャッタ機能とグローバルシャッタ機能とを切り換え設定するこ
とにより、ノイズ抑圧回路の出力信号の極性が統一され、回路の小型化及び低消費電力化
を図ることができる。なお、この実施例の画素構成とした場合、グローバルシャッタ駆動
時の蓄積時間をフレキシブルに設定できる。
（実施例５）
次に、実施例５について説明する。図10は、実施例５に係る固体撮像装置の構成を示す
ブロック図である。この実施例は、実施例１，２に係る固体撮像装置において、ノイズ抑
圧回路４の各列の出力にそれぞれアナログデジタル変換器（ＡＤ）10が配置された構成と
なっている。画素アレイ１及びノイズ抑圧回路４の構成は、実施例１，２と同じなので説
明は省略する。また、画素動作及びノイズ抑圧回路４の駆動も実施例１，２と同じなので
説明は省略する。
次に、実施例５について説明する。図10は、実施例５に係る固体撮像装置の構成を示す
ブロック図である。この実施例は、実施例１，２に係る固体撮像装置において、ノイズ抑
圧回路４の各列の出力にそれぞれアナログデジタル変換器（ＡＤ）10が配置された構成と
なっている。画素アレイ１及びノイズ抑圧回路４の構成は、実施例１，２と同じなので説
明は省略する。また、画素動作及びノイズ抑圧回路４の駆動も実施例１，２と同じなので
説明は省略する。
このような構成とすることで、モード設定部３によりローリングシャッタ機能とグロー
バルシャッタ機能とを切り換えた場合でも、ＡＤ変換器10を介して出力されるデジタル出
力信号の極性が統一され、回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。
バルシャッタ機能とを切り換えた場合でも、ＡＤ変換器10を介して出力されるデジタル出
力信号の極性が統一され、回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。
（実施例６）
次に、実施例６について説明する。図11は、実施例６に係る固体撮像装置の構成を示す
ブロック図である。この実施例は、実施例１，２に係る固体撮像装置において、ノイズ抑
圧回路４の各列の出力が単一のアナログデジタル変換器11に接続されている構成となって
いる。画素構成及びノイズ抑圧回路４の構成は、実施例１，２と同じなので説明は省略す
る。また、画素動作及びノイズ抑圧回路４の駆動も実施例１，２と同じなので説明は省略
する。
次に、実施例６について説明する。図11は、実施例６に係る固体撮像装置の構成を示す
ブロック図である。この実施例は、実施例１，２に係る固体撮像装置において、ノイズ抑
圧回路４の各列の出力が単一のアナログデジタル変換器11に接続されている構成となって
いる。画素構成及びノイズ抑圧回路４の構成は、実施例１，２と同じなので説明は省略す
る。また、画素動作及びノイズ抑圧回路４の駆動も実施例１，２と同じなので説明は省略
する。
このような構成とすることで、モード設定部３によりローリングシャッタ機能とグロー
バルシャッタ機能とを切り換えた場合でも、単一のＡＤ変換器11を介して出力されるデジ
タル出力信号の極性が統一され、回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。
バルシャッタ機能とを切り換えた場合でも、単一のＡＤ変換器11を介して出力されるデジ
タル出力信号の極性が統一され、回路の小型化及び低消費電力化を図ることができる。
１ 画素アレイ
２ 垂直走査回路
３ モード設定部
４ ノイズ抑圧回路
５ 水平走査回路
６ 出力アンプ
７ 画素電源
８ クランプ電圧
10，11 ＡＤ変換器
２ 垂直走査回路
３ モード設定部
４ ノイズ抑圧回路
５ 水平走査回路
６ 出力アンプ
７ 画素電源
８ クランプ電圧
10，11 ＡＤ変換器
Claims (4)
- 光電変換を行う光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号を一時的に記憶しておく
ための蓄積部と、前記光電変換部の信号を前記蓄積部へ転送する転送手段と、前記蓄積部
をリセットするリセット手段と、前記蓄積部の電位を増幅して出力する増幅手段と、前記
増幅手段を選択する選択手段とを有する画素を２次元に複数配置されてなる画素部と、
画素に起因する特性の異なる第１の信号と第２の信号との差分の極性を切り換える切り
換え部を有し、画素毎のリセット時の信号のばらつきを抑圧するノイズ抑圧回路とを有
することを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項１記載の固体撮像装置において、
前記蓄積部をリセットした後、第１の信号としてリセット信号を画素から出力させ、そ
の後前記光電変換部で発生した信号を前記蓄積部へ転送し、第２の信号として出力させる
第１の読み出しモードと、前記蓄積部をリセットし、その後、前記光電変換部で発生した
信号を前記蓄積部へ転送し、第１の信号として画素から出力させた後、前記蓄積部のリセ
ットを行い、第２の信号としてリセット信号を画素から出力する第２の読み出しモードと
を設定するモード設定部を更に備え、
前記切り換え部は、前記モード設定部で設定されたモードに応じて極性の切り換えを実
行することを特徴とする固体撮像装置。 - 第２の読み出しモードが設定されたときには、前記転送手段は、前記光電変換部で発生
した信号を全画素一括して蓄積部に転送するよう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。 - 前記ノイズ抑圧回路のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変
換器を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007096145A JP5412030B2 (ja) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | 固体撮像装置 |
| US12/060,591 US8102441B2 (en) | 2007-04-02 | 2008-04-01 | Solid-state imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007096145A JP5412030B2 (ja) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | 固体撮像装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008258716A JP2008258716A (ja) | 2008-10-23 |
| JP2008258716A5 true JP2008258716A5 (ja) | 2010-04-22 |
| JP5412030B2 JP5412030B2 (ja) | 2014-02-12 |
Family
ID=39793595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007096145A Expired - Fee Related JP5412030B2 (ja) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | 固体撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8102441B2 (ja) |
| JP (1) | JP5412030B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7841533B2 (en) | 2003-11-13 | 2010-11-30 | Metrologic Instruments, Inc. | Method of capturing and processing digital images of an object within the field of view (FOV) of a hand-supportable digitial image capture and processing system |
| US7866557B2 (en) * | 2007-09-27 | 2011-01-11 | Symbol Technologies, Inc. | Imaging-based bar code reader utilizing modified rolling shutter operation |
| JP5098831B2 (ja) * | 2008-06-06 | 2012-12-12 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子およびカメラシステム |
| JP5653597B2 (ja) * | 2009-06-25 | 2015-01-14 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置および撮像装置 |
| JP5361628B2 (ja) * | 2009-09-15 | 2013-12-04 | キヤノン株式会社 | 撮像装置及び撮像システム、それらの制御方法及びそのプログラム |
| JP5398846B2 (ja) * | 2009-12-01 | 2014-01-29 | キヤノン株式会社 | 撮像装置及び撮像システム、それらの制御方法及びそのプログラム |
| KR101874784B1 (ko) * | 2010-03-08 | 2018-07-06 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0020280D0 (en) * | 2000-08-18 | 2000-10-04 | Vlsi Vision Ltd | Modification of column fixed pattern column noise in solid image sensors |
| JP2002320141A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Canon Inc | 固体撮像装置および撮像方法 |
| JP3894534B2 (ja) * | 2001-05-16 | 2007-03-22 | キヤノン株式会社 | 撮像装置および放射線撮像装置 |
| JP4299588B2 (ja) * | 2003-05-29 | 2009-07-22 | 株式会社ルネサステクノロジ | 半導体集積回路装置 |
| JP2005210693A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-08-04 | Toshiba Corp | 固体撮像装置、デジタルカメラ、及びデジタルビデオカメラ |
| JP4442515B2 (ja) * | 2005-06-02 | 2010-03-31 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、固体撮像装置におけるアナログ−デジタル変換方法および撮像装置 |
| JP2007074435A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Funai Electric Co Ltd | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
-
2007
- 2007-04-02 JP JP2007096145A patent/JP5412030B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-04-01 US US12/060,591 patent/US8102441B2/en not_active Expired - Fee Related
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5264379B2 (ja) | 撮像装置、撮像システム及び撮像装置の動作方法 | |
| JP4929075B2 (ja) | 固体撮像装置およびその駆動方法、撮像装置 | |
| JP4500862B2 (ja) | 固体撮像装置の駆動方法 | |
| JP5412030B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| US20050264666A1 (en) | Image pickup device for reducing shading in vertical direction under long-term exposure | |
| JP2008028517A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2008258716A5 (ja) | ||
| JP2015204469A5 (ja) | ||
| WO2017141847A1 (ja) | 固体撮像装置および撮像装置 | |
| US8094220B2 (en) | Solid-state imaging apparatus and driving method of solid-state imaging apparatus | |
| JP2008147713A (ja) | 撮像装置及び判定方法 | |
| JP5059669B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP6634035B2 (ja) | 撮像素子及び撮像装置 | |
| JP2008017100A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2018182458A (ja) | 信号処理装置及び方法、撮像素子、及び撮像装置 | |
| JP2008300898A (ja) | 固体撮像装置とそれを用いた撮像システム | |
| JP5331557B2 (ja) | 固体撮像装置及びカメラシステム | |
| JP6049304B2 (ja) | 固体撮像装置および撮像装置 | |
| JP5098502B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2008042347A (ja) | 撮像素子及びその制御方法、及び撮像装置 | |
| JP5854652B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP6765805B2 (ja) | 撮像装置の駆動方法、撮像装置、撮像システム | |
| JP5253280B2 (ja) | 固体撮像素子、カメラシステム、および信号読出し方法 | |
| JP2011087125A (ja) | 固体撮像素子 | |
| JP5406554B2 (ja) | 撮像装置及び撮像システム |