JP2009194569A - 光電変換装置及び撮像システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換装置は、光電変換部と、電荷電圧変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送する転送部と、前記電荷電圧変換部に転送された電荷に基づく電圧を出力する出力部と、前記出力部から出力される電圧を伝達する信号線と、前記電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記信号線に出力されたノイズレベルの電圧が転送される第1の電極と前記第1の電極に対向する第2の電極とを含む保持容量と、前記電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記信号線に出力されるべきリセットレベルに近づくように、前記第2の電極の電位をシフトさせるシフト部と、前記第1の電極の電位から電圧降下量を引いたクリップ電位に、前記信号線の電位をクリップするクリップ部と、前記信号線により異なるタイミングに出力されたノイズレベルの電圧と光信号レベルの電圧との差分を演算する差分回路とを備える。
【選択図】図1
Description
VL1res=VRESH−Vth0(リセットトランジスタ102の閾値電圧)−Vth1(増幅トランジスタ103の閾値電圧)−Δov1(増幅トランジスタ103のオーバードライブ電圧)・・・数式1
となる。Δov1は、増幅トランジスタ103の特性と定電流源112の電流値とで決まる電圧である。
ΔVN2=V2−V1・・・数式2
である。ノードN2の電位が上昇したことに応じて、ノードN1の電位も上昇する。ノードN1の電位の上昇量は、
ΔVN1=K×ΔVN2・・・数式3
である。数式3においてKは比例定数である。これにより、ノードN1の電位VN1は
VN1=VRESH−Vth0−Vth1−Δov1+VN1・・・数式4
となる。
Vclip=VRESH−Vth0−Vth1−Δov1−Vth2(NMOSトランジスタ104の閾値電圧)−Δov2(NMOSトランジスタ104のオーバードライブ電圧)・・・数式5
となる。つまり、クリップ電位Vclipはリセットレベルから
VL1res−VclipH=Vth2+Δov2・・・数式6
だけ低下したレベルになる。数式6に示されるように、リセットレベルとクリップ電位との差がクリップ部における電圧降下量(Vth2)以上の大きさになっている。すなわち、リセットレベルとクリップ電位との差をクリップ部における電圧降下量より小さくすることが困難である。
VclipH=VRESH−Vth0−Vth1−Δov1+ΔVN1−Vth2(NMOSトランジスタ104の閾値電圧)−Δov2(NMOSトランジスタ104のオーバードライブ電圧)・・・数式7
となる。つまり、クリップ電位VclipHはリセットレベルから
VL1res−VclipH=(Vth2+Δov2)−ΔVN1・・・数式8
だけ低下したレベルになる。数式8に示されるように、
0≦(Vth2+Δov2)−ΔVN1<Vth2・・・数式9
すなわち
Δov2<ΔVN1≦Vth2+Δov2・・・数式10
を満たすΔVN1だけシフトした電位がNMOSトランジスタ104のゲートに入力されれば、リセットレベルとクリップ電位との差をクリップ部における電圧降下量より小さくすることができる。
Δov2/K<ΔVN2≦(Vth2+Δov2)/K・・・数式11
を満たすΔVN2だけ保持容量40の第2の電極42の電位をシフトさせれば、リセットレベルとクリップ電位との差をクリップ部における電圧降下量より小さくすることができる。
また、本実施形態によれば、垂直信号線L1の電位を(シフトして)NMOSトランジスタ104のゲートにフィードバックしているため、画素の特性ばらつき(閾値電圧のばらつき)の影響を受けない。
このような構成により、次に示すようなクリップ動作を行うことができる。
100,400 光電変換装置
Claims (10)
- 光電変換部と、電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送する転送部と、前記電荷電圧変換部により変換された電圧に応じた信号を信号線に出力する出力部とが二次元状に配され、CDS処理のために、前記電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記信号線に第1の信号を出力し、前記転送部により前記光電変換部の電荷が前記電荷電圧変換部へ転送された状態で前記信号線に第2の信号を出力する光電変換装置であって、
前記信号線に接続された第1の主電極と、電源に接続された第2の主電極とを有し、前記信号線の電位をクリップするためのMOSトランジスタを含むクリップ部と、
前記MOSトランジスタのゲートに接続された第1の電極と、前記第1の電極に対向する第2の電極とを有し、少なくとも、前記電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記信号線に伝達された電圧を保持する保持容量と、
前記電荷電圧変換部がリセットされた状態で前記信号線に伝達されるべきレベルに前記第2の電極の電位が近づく方向に、前記第2の電極の電位をシフトさせるシフト部と、
を備えたことを特徴とする光電変換装置。 - 前記MOSトランジスタは、前記第1の電極の電位から前記クリップ部における電圧降下量を引いたクリップ電位に、前記信号線の電位をクリップすることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記第1の信号を出力している間に、前記電荷電圧変換部の電位の変化によって前記第1の信号が変化した場合に、前記変化した後の前記第1の信号と前記MOSトランジスタのゲートの電位との差が、前記MOSトランジスタの閾値をこえることにより、前記MOSトランジスタが前記信号線の電位をクリップする
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記シフト部によるシフト量は、前記クリップ部における電圧降下量以上、かつ、前記電荷電圧変換部の電位の変化によって前記第1の信号が変化した後の信号と前記第1の信号との差分以下である
ことを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。 - 前記信号線の電圧を前記保持容量の前記第1の電極へ供給するスイッチをさらに備え、
前記シフト部は、前記信号線の電圧が前記スイッチにより前記第1の電極へ供給された後に、前記保持容量の前記第2の電極の電位をシフトさせる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換装置。 - 前記クリップ部における電圧降下量は、少なくとも前記MOSトランジスタの閾値電圧以上である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記MOSトランジスタは、ドレインが電源に接続され、ソースが前記信号線に接続されたNMOSトランジスタである
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記クリップ部は、
前記NMOSトランジスタのドレインと前記電源との間に設けられた定電流源と、
前記NMOSトランジスタのドレインの電圧がゲートに入力され、前記NMOSトランジスタのソースの側にドレインが配され、前記電源の側にソースが配されたPMOSトランジスタと、
をさらに含む
ことを特徴とする請求項7に記載の光電変換装置。 - 前記PMOSトランジスタは、ゲートが前記NMOSトランジスタのドレインに接続され、ソースが前記電源に接続され、ドレインが前記NMOSトランジスタのソースに接続された
ことを特徴とする請求項8に記載の光電変換装置。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置の撮像面へ像を形成する光学系と、
前記光電変換装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
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