JP2009272919A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 回路規模の増大を抑えつつ、出力信号の増幅利得を増大させS/Nの向上を図るようにした固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 単位画素を二次元状に配列した画素部1と、画素列毎に配列された画素信号を出力する垂直信号ラインに接続され、画素のリセット信号電圧と信号電圧の差分に対応する画素信号を生成するクランプコンデンサを有するノイズ抑圧回路3とを備えた固体撮像装置において、ノイズ抑圧回路における隣接して配置されるクランプコンデンサを並列接続して画素信号を読み出し、信号読み出し時の増幅利得を増大させるように構成する。
【選択図】 図1
【解決手段】 単位画素を二次元状に配列した画素部1と、画素列毎に配列された画素信号を出力する垂直信号ラインに接続され、画素のリセット信号電圧と信号電圧の差分に対応する画素信号を生成するクランプコンデンサを有するノイズ抑圧回路3とを備えた固体撮像装置において、ノイズ抑圧回路における隣接して配置されるクランプコンデンサを並列接続して画素信号を読み出し、信号読み出し時の増幅利得を増大させるように構成する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、固体撮像装置に関し、特に回路規模の増大を抑えつつ出力信号の増幅利得を増大させた固体撮像装置に関する。
従来、固体撮像装置を用いて撮像を行う場合には、画素のリセット時の画素出力のばらつきを補正する必要があり、そのために画素と信号出力部との間に相関二重サンプリング処理(以下、CDS処理と略記)を行うための処理回路が配置されている。図16は、CDS処理を行う固体撮像装置の一例として、特開2004−320346号公報に記載されている固体撮像装置の回路構成図の一部である。この固体撮像装置は、行列状(図示例では2行2列)に配列された単位画素PIX11〜PIX22からなる画素部1と、画素部1を駆動する垂直走査回路2と、画素列毎に配置され、画素部1の画素信号を出力する垂直信号ラインV1,V2と、垂直信号ラインV1,V2に定電流を流す画素電流源I41,I42と、垂直信号ラインV1,V2に接続され、単位画素PIX11〜PIX22の信号のノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧回路3と、ノイズ抑圧回路3からの信号を読み出す列選択スイッチM31,M32と、列選択スイッチM31,M32を駆動する水平走査回路4と、列選択スイッチM31,M32に接続される出力アンプ5と、単位画素PIX11〜PIX22に電源を供給する画素電源ライン6と、クランプするための基準電位を与えるクランプ電圧ライン7,及びノイズ抑圧回路3を駆動する列処理駆動回路8とから構成され、出力アンプ5の出力端子OUTからの信号が、各画素の出力信号として取り出される。
単位画素PIX11〜PIX22は、いずれも同一の回路構成を有し、ここで単位画素PIX11を例にとると、光電変換素子であるフォトダイオードD11と、フォトダイオードD11の信号を蓄積部(増幅トランジスタM311 のゲート)に転送するPD信号転送トランジスタM111 と、蓄積部の信号をリセットするリセットトランジスタM211 と、蓄積部の信号を増幅する増幅トランジスタM311 と、及び増幅された信号の出力を制御する出力制御トランジスタM411 から成る。
垂直走査回路2は、PD信号転送トランジスタM111 ,M121 を駆動する転送制御パルスφTR1と、リセットトランジスタM211 ,M221 を駆動するリセット制御パルスφRS1 と、及び出力制御トランジスタM411 ,M421 を駆動する出力制御パルスφSEL1を、行単位の単位画素PIX11〜PIX22の駆動パルスとして供給する。
ノイズ抑圧回路3は、垂直信号ラインV1,V2に一端が接続されたクランプコンデンサCCL1,CCL2と、垂直信号ラインV1,V2の電圧変化分を保持するサンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2と、クランプコンデンサCCL1,CCL2の他端とサンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2の一端とを接続するサンプルホールドスイッチM11,M12と、クランプコンデンサCCL1,CCL2の他端とサンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2の一端との接続ラインとクランプ電圧ライン7とを接続し、基準電位VREFを設定するためのクランプスイッチM21,M22とで構成されている。
水平走査回路4は、列選択スイッチM31,M32を駆動する列選択パルスφH1,φH2を供給する。列処理駆動回路8は、ノイズ抑圧回路3のサンプルホールドスイッチM11,M12を駆動するサンプルホールド制御パルスφSHと、クランプスイッチM21,M22を駆動するクランプ制御パルスφCLを供給する。
図17は、図16に示した従来例における出力端子OUTから1行の画素の信号を読み出す駆動タイミングチャートの概略を示す図である。はじめに、1行目のリセット制御パルスφRS1=Hにすると、リセットトランジスタM211 ,M221 がオン状態となり、増幅トランジスタM311 ,M321 のゲート電圧を画素電源電圧にリセットする。次に、出力制御パルスφSEL1=Hにすると、出力制御トランジスタM411 ,M421 がオン状態となり、垂直信号ラインV1,V2に単位画素PIX11,PIX21のリセット信号電圧が出力される。
このとき、クランプ制御パルスφCL=H、及びサンプルホールド制御パルスφSH=Hとし、サンプルホールドスイッチM11,M12、及びクランプスイッチM21,M22をオン状態とすることで、クランプコンデンサCCL1,CCL2とサンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2を接続し、クランプコンデンサCCL1の他端とサンプルホールドコンデンサCSH1の一端、及びクランプコンデンサCCL2の他端とサンプルホールドコンデンサCSH2の一端の各々の接続ラインを、クランプ電圧ライン7の電位である基準電位VREFに固定する。
そして、クランプ制御パルスφCL=LとしてクランプスイッチM21,M22をオフ状態とすることで、クランプコンデンサCCL1,CCL2とサンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2との各々の接続ラインをフローティング状態とする。その後、リセット制御パルスφRS1 =Lとしたあと転送制御パルスφTR1=Hとすることで、垂直信号ラインV1,V2に単位画素PIX11,PIX21の信号電圧が出力される。
このとき、単位画素PIX11,PIX21のリセット信号電圧と信号電圧との電圧変化ΔVsig1,ΔVsig2が、クランプコンデンサCCL1,CCL2及びサンプルホールドスイッチM11,M12を介して、サンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2に蓄積される。その後、サンプルホールド制御パルスφSH=LとしサンプルホールドスイッチM11〜M13をオフ状態にすることで、サンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2に1行目の単位画素PIX11,PIX21の信号成分VSH1,VSH2として、
VSH1=VREF+〔CCL1/CCL1+CSH1)〕×ΔVsig1
VSH2=VREF+〔CCL2/CCL2+CSH2)〕×ΔVsig2
がそれぞれ保持される。なお、ここで、CCL1,CCL2,CSH1,CSH2は、それぞれクランプコンデンサCCL1,CCL2、サンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2の各容量を示すものとする。
VSH1=VREF+〔CCL1/CCL1+CSH1)〕×ΔVsig1
VSH2=VREF+〔CCL2/CCL2+CSH2)〕×ΔVsig2
がそれぞれ保持される。なお、ここで、CCL1,CCL2,CSH1,CSH2は、それぞれクランプコンデンサCCL1,CCL2、サンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2の各容量を示すものとする。
以上説明したように、図16に示した従来の固体撮像装置によれば、CDS処理がなされ画素出力のばらつきが補正された画像信号を出力することが可能である。
特開2004−320346号公報
ところで、固体撮像装置においては、より高画質の画像を得るために、よりS/Nの良いものが求められる。また、カプセル型内視鏡に代表されるような、実装の高密度化を要求される機器においては、それに組み込まれる固体撮像装置においても、回路規模は小さいものが望ましい。しかしながら、従来の固体撮像装置に関しては、以下のような課題がある。すなわち、出力信号のS/Nに関係する増幅利得を大きくするためには、出力信号に掛かる係数である〔CCL/CCL+CSH)〕のCCLに相当する、クランプコンデンサの容量を大きくする必要がある。しかし、コンデンサの容量を大きくするには配置面積の増大は避けられず、またクランプコンデンサCCLは画素部の各列に配置されるため回路規模の増大は避けられない。
本発明は、固体撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、回路規模の増大を抑えつつ、出力信号の増幅利得を増大させ、S/Nの向上を図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、光電変換素子、前記光電変換素子で生成された信号を蓄積する蓄積部、前記蓄積部をリセットするリセット部、前記蓄積部に蓄積された信号を増幅する増幅部及び増幅された信号の出力を制御する制御部を有する画素が行列状に二次元に配列されると共に、前記画素列毎に設けられ、前記画素からの信号が出力される垂直信号線を有する画素部と、一端が前記垂直信号線に接続され、該垂直信号線に出力されたリセット時の前記画素からの第1の信号出力と前記光電変換素子で生成された信号に対応する前記画素からの第2の信号出力との差分に対応する画素信号を生成するクランプコンデンサ、前記クランプコンデンサの他端に一端が接続され、前記画素信号を保持するサンプルホールドコンデンサ、及び隣接する列のクランプコンデンサ同士を並列接続する共有化スイッチを有する列処理回路と、第1の垂直信号線に対して前記画素の前記第1及び第2の信号出力が行われるときに、隣接する第2の垂直信号線に対する前記画素の第1及び第2の信号出力を停止状態にさせると共に、前記共有化スイッチを並列接続状態とする制御部とを有することを特徴とするものであり、この請求項1に係る実施例には、実施例1〜10が対応する。
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、前記列処理回路は、前記クランプコンデンサの他端に接続され、前記クランプコンデンサの他端に固定電位を供給するクランプスイッチと、前記クランプコンデンサの他端と前記クランプスイッチとの接続点と前記サンプルホールドコンデンサの一端との間に設けられ、前記クランプコンデンサと前記サンプルホールドコンデンサとの接続又は切り離しを行うサンプルホールドスイッチとを有することを特徴とするものであり、この請求項2に係る実施例には、実施例5,7〜9が対応する。
請求項3に係る発明は、請求項1に係る固体撮像装置において、各行毎に、前記画素の前記リセット部を制御するリセット制御線が複数設けられ、第1の画素のリセット部と隣接する列の第2の画素のリセット部とは異なるリセット制御線に接続されていることを特徴とするものであり、この請求項3に係る実施例には、実施例2,4,9が対応する。
請求項4に係る発明は、請求項1に係る固体撮像装置において、前記列処理回路は、前記クランプコンデンサの他端と前記サンプルホールドコンデンサの一端との接続又は切り離しを行うサンプルホールドスイッチと、前記垂直信号線と前記クランプコンデンサの一端との接続又は切り離しを行う入力制御スイッチを更に有し、前記サンプルホールドスイッチと前記入力制御スイッチとは同期して動作することを特徴とするものであり、この請求項4に係る実施例には、実施例6〜9が対応する。
請求項5に係る発明は、請求項1に係る固体撮像装置において、前記制御部は、前記共有化スイッチの機能を停止し、同一行に属する画素の出力信号を各垂直信号線に出力させ、前記列処理回路に入力させるように制御することを特徴とするものであり、この請求項5に係る実施例には、実施例10が対応する。
請求項1に係る発明によれば、画像信号を読み出す際に、画素部の各列に配置された列処理回路のクランプコンデンサに、隣接して配置された列処理回路内のクランプコンデンサを並列接続して読み出すことができ、これにより、信号読み出し時の増幅利得を増大させ、S/Nの向上を図ることが可能となる。請求項2に係る発明によれば、請求項1に係る発明と同様の効果が得られる。請求項3に係る発明によれば、請求項1に係る発明と同様の効果が得られると共に、1行の画素読み出し時にリセット信号を複数回に分割して読み出すことが可能となる。請求項4に係る発明によれば、請求項1に係る発明と同様の効果が得られると共に、画素部に配置する制御線を削減することが可能となる。請求項5に係る発明によれば、請求項1に係る発明と同様の効果が得られると共に、隣接する列処理回路内のクランプコンデンサとの並列接続を行わない信号の読み出しを行えるようにしたので、2 つの異なる増幅利得による読み出しを実現することが可能となる。
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構成を示す回路構成図である。この実施例1に係る固体撮像装置は、行列状(図示例では2行3列で示す)に配列された単位画素PIX11〜PIX32からなる画素部1と、画素部1を駆動する垂直走査回路2と、画素列毎に配置され、画素部1の画素信号を出力する垂直信号ラインV1〜V3と、垂直信号ラインV1〜V3に定電流を流す画素電流源I41〜I43と、垂直信号ラインV1〜V3に接続され、単位画素PIX11〜PIX32の信号のノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧回路3と、ノイズ抑圧回路3からの信号を水平信号線101 に読み出す列選択スイッチM31〜M33と、列選択スイッチM31〜M33を駆動する水平走査回路4と、水平信号線101 に接続された出力アンプ5と、単位画素PIX11〜PIX32に電源を供給する画素電源ライン6と、クランプするための基準電位を与えるクランプ電圧ライン7,及びノイズ抑圧回路3を駆動する列処理駆動回路8とから構成され、出力アンプ5の出力端子OUTからの信号が、各画素の出力信号として取り出されるようになっている。
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構成を示す回路構成図である。この実施例1に係る固体撮像装置は、行列状(図示例では2行3列で示す)に配列された単位画素PIX11〜PIX32からなる画素部1と、画素部1を駆動する垂直走査回路2と、画素列毎に配置され、画素部1の画素信号を出力する垂直信号ラインV1〜V3と、垂直信号ラインV1〜V3に定電流を流す画素電流源I41〜I43と、垂直信号ラインV1〜V3に接続され、単位画素PIX11〜PIX32の信号のノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧回路3と、ノイズ抑圧回路3からの信号を水平信号線101 に読み出す列選択スイッチM31〜M33と、列選択スイッチM31〜M33を駆動する水平走査回路4と、水平信号線101 に接続された出力アンプ5と、単位画素PIX11〜PIX32に電源を供給する画素電源ライン6と、クランプするための基準電位を与えるクランプ電圧ライン7,及びノイズ抑圧回路3を駆動する列処理駆動回路8とから構成され、出力アンプ5の出力端子OUTからの信号が、各画素の出力信号として取り出されるようになっている。
単位画素PIX11〜PIX32は、いずれも同一の回路構成を有し、ここで単位画素PIX11を例にとると、光電変換素子であるフォトダイオードD11と、フォトダイオードD11の信号を蓄積部(増幅トランジスタM311 のゲート)に転送するPD信号転送トランジスタM111 と、蓄積部の信号をリセットするリセットトランジスタM211 と、蓄積部の信号を増幅する増幅トランジスタM311 と、及び増幅された信号の出力を制御する出力制御トランジスタM411 から成る。
垂直走査回路2は、PD信号転送トランジスタM111 及びM131 ,M121 を駆動する転送制御パルスφTR11,φTR12と、リセットトランジスタM211 ,M221 及びM231 を駆動するリセット制御パルスφRS1と、出力制御トランジスタM221 及びM431 ,M421 を駆動する出力制御パルスφSEL11,φSEL12とを、行単位の単位画素PIX11〜PIX32の駆動パルスとして供給する。
ノイズ抑圧回路3は、垂直信号ラインV1〜V3の各々にその一端が接続されたクランプコンデンサCCL1〜CCL3と、クランプコンデンサCCL1とCCL2の一端同士及び他端同士を接続する共有化スイッチM41,M51と、クランプコンデンサCCL2とCCL3の一端同士及び他端同士を接続する共有化スイッチM42,M52と、垂直信号ラインV1〜V3の電圧変化分を保持するサンプルホールドコンデンサCSH1〜CSH3と、クランプコンデンサCCL1〜CCL3の他端とサンプルホールドコンデンサCSH1〜CSH3の一端とを接続するサンプルホールドスイッチM11〜M13と、クランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々の他端とサンプルホールドコンデンサCSH1〜CSH3の各々の一端との接続ラインとクランプ電圧ライン7とを接続し、基準電位VREFを設定するためのクランプスイッチM21〜M23とで構成される。
水平走査回路4は、列選択スイッチM31〜M33を駆動する列選択パルスφH1〜φH3を供給する。列処理駆動回路8は、ノイズ抑圧回路3のサンプルホールドスイッチM11〜M13を駆動するサンプルホールド制御パルスφSH1,φSH2と、クランプスイッチM21〜M23を駆動するクランプ制御パルスφCL1,φCL2と、共有化スイッチM41,M51を駆動するチップセレクトパルスφCS1と、共有化スイッチM42,M52を駆動するチップセレクトパルスφCS2とを供給する。
次に、このように構成されている実施例1に係る固体撮像装置の動作を、図2に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図2は、図1に示す固体撮像装置において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。はじめに、1行目のリセット制御パルスφRS1=Hにすると、単位画素PIX11ではリセットトランジスタM211 がオン状態となり、増幅トランジスタM311 のゲート電圧がリセットされる。そして、出力制御パルスφSEL11=Hにすると出力制御トランジスタM411 がオン状態となり、垂直信号ラインV1に単位画素PIX11のリセット信号電圧が出力される。
このとき、サンプルホールド制御パルスφSH1=H,φSH2=L、クランプ制御パルスφCL1=H,φCL2=L、及びチップセレクトパルスφCS1=H,φCS2=Lとし、サンプルホールドスイッチM11,クランプスイッチM21,共有化スイッチM41,M51をオン状態とすることで、クランプコンデンサCCL1,CCL2を並列接続し、並列接続されたクランプコンデンサCCL1,CCL2とサンプルホールドコンデンサCSH1を接続し、クランプコンデンサCCL1,CCL2及びサンプルホールドコンデンサCSH1の接続ラインを、クランプ信号ライン7の電位である基準電位VREFに固定する。その後、クランプ制御パルスφCL1=LとしクランプスイッチM21をオフ状態とすることで、クランプコンデンサCCL1,CCL2とサンプルホールドコンデンサCSH1との接続ラインをフローティング状態とする。
その後、リセット制御パルスφRS1=Lとしたあと転送制御パルスφTR11=Hとし、垂直信号ラインV1に単位画素PIX11の信号電圧が出力される。このとき、単位画素PIX11のリセット信号電圧と信号電圧との電圧変化ΔVsig1が、並列接続されたクランプコンデンサCCL1,CCL2及びサンプルホールドスイッチM11を介して、サンプルホールドコンデンサCSH1に蓄積される。その後、サンプルホールド制御パルスφSH1=LとしサンプルホールドスイッチM11をオフ状態にすることで、サンプルホールドコンデンサCSH1に単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持される。
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持される。
次に、再び1行目のリセット制御パルスφRS1=Hにすると、単位画素PIX21ではリセットトランジスタM221 がオン状態となり、増幅トランジスタM321 のゲート電圧をリセットする。そして、行選択パルスφSEL12=Hにすると行選択トランジスタM421 がオン状態となり、垂直信号ラインV2に単位画素PIX21のリセット信号電圧が出力される。
このとき、サンプルホールド制御パルスφSH1=L,φSH2=H、クランプ制御パルスφCL1=L,φCL2=H、及びチップセレクトパルスφCS1=L,φCS2=Hとし、サンプルホールドスイッチM12,クランプスイッチM22,共有化スイッチM42,M52をオン状態とすることで、クランプコンデンサCCL2,CCL3を並列接続し、並列接続されたクランプコンデンサCCL2,CCL3とサンプルホールドコンデンサCSH2を接続し、クランプコンデンサCCL2,CCL3及びサンプルホールドコンデンサCSH2の接続ラインを、クランプ信号ライン7の電位である基準電位VREFに固定する。その後、クランプ制御パルスφCL2=LとしクランプスイッチM22をオフ状態とすることで、クランプコンデンサCCL2,CCL3とサンプルホールドコンデンサCSH2との接続ラインをフローティング状態とする。
その後、リセット制御パルスφRS1=Lとしたあと転送制御パルスφTR12=Hとし、垂直信号ラインV2に単位画素PIX21の信号電圧が出力される。このとき、単位画素PIX21のリセット信号電圧と信号電圧との電圧変化ΔVsig2が、並列接続されたクランプコンデンサCCL2,CCL3及びサンプルホールドスイッチM12を介して、サンプルホールドコンデンサCSH2に蓄積される。その後、サンプルホールド制御パルスφSH2=LとしサンプルホールドスイッチM12をオフ状態にすることで、サンプルホールドコンデンサCSH2に単位画素PIX22の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×Δsig2
が保持される。
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×Δsig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4から出力される列選択パルスを順次、φH1=H,H2=Hとし、列選択スイッチM31,M32を順次オン状態とすることで、サンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2に保持された信号成分VSH1,VSH2を、出力アンプ5を介して出力端子OUTへ読み出す。同様の動作を画素部1の行数回行い、全画素の信号を出力端子OUTから読み出す。
このように、実施例1によれば、各単位画素、例えば1列目の単位画素PIX11の画素信号読み出しに対して、ノイズ抑圧部3の1列目のクランプコンデンサCCL1に隣接する2列目のクランプコンデンサCCL2を並列接続して信号の読み出しができ、ノイズ抑圧部3での増幅利得を大きくすることが可能となる。これにより、列毎のクランプ容量を大きくすることなく、ノイズ抑圧部以降で混入するノイズの影響を小さくすることが可能となり、従来よりもS/Nを向上させることが可能となる。また、本実施例においては、チップセレクトパルスφCS1とサンプルホールド制御パルスφSH1等、同じタイミングで駆動するパルスについては説明の都合上個別に記載しているが、これらは同じパルスにより駆動してもよい。
(実施例2)
次に、実施例2について説明する。図3の(A)は、実施例2に係る固体撮像装置のうち画素部1,垂直走査回路2,及び画素電源ライン6部分を示す構成図である。垂直走査回路2以外の構成は図1に示した実施例1と同じであり、また対応する構成要素には同一の符号を付して示している。垂直走査回路2は、本実施例においては、隣接する画素PIX11,PIX21のリセットトランジスタM211 ,M221 に異なるリセット制御パルスφRS1,φRS2を供給するように構成されている。
次に、実施例2について説明する。図3の(A)は、実施例2に係る固体撮像装置のうち画素部1,垂直走査回路2,及び画素電源ライン6部分を示す構成図である。垂直走査回路2以外の構成は図1に示した実施例1と同じであり、また対応する構成要素には同一の符号を付して示している。垂直走査回路2は、本実施例においては、隣接する画素PIX11,PIX21のリセットトランジスタM211 ,M221 に異なるリセット制御パルスφRS1,φRS2を供給するように構成されている。
次に、このように構成されている実施例2に係る固体撮像装置の動作を、図3の(B)に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図3の(B)は、図3の(A)に示す実施例2において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。リセット制御パルスφRS1,φRS2以外の駆動タイミングは実施例1と同じで、リセット制御パルスφRS1は実施例1のリセット制御パルスφRSの一つ目のパルスと同じタイミングのパルス、リセット制御パルスφRS2は実施例1のリセット制御パルスφRSの二つ目のパルスと同じタイミングのパルスである。
図3の(B)に示す駆動タイミングにより読み出しを行うことにより、はじめに、図示を省略したノイズ抑圧回路における1列目のサンプルホールドコンデンサCSH1に単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、2列目のサンプルホールドコンデンサCSH2に単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL2)/(CCL2+CCL2+CSH2)〕 ×ΔVsig2
が保持される。
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、2列目のサンプルホールドコンデンサCSH2に単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL2)/(CCL2+CCL2+CSH2)〕 ×ΔVsig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行の画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例2によれば、実施例1と同等の効果を得ると共に、隣接する列の単位画素、例えば画素PIX11,PIX21のリセットトランジスタM211 ,M221 を、異なるリセット制御パルスφRS1,φRS2で制御することが可能となる。
(実施例3)
次に、実施例3について説明する。図4の(A)は、実施例3に係る固体撮像装置のうちノイズ抑圧回路3,列処理駆動回路8,及びクランプ電圧ライン7部分を示す構成図である。ノイズ抑圧回路3,及び列処理駆動回路8以外の構成は図1に示した実施例1と同じであり、また対応する構成要素には同一の符号を付して示している。本実施例においては、ノイズ抑圧回路3は、垂直信号ラインV1〜V3の各々に一端が接続されたクランプコンデンサCCL1〜CCL3と、クランプコンデンサCCL1とCCL2の一端同士及び他端同士を接続する共有化スイッチM41,M51と、クランプコンデンサCCL2とCCL3の一端同士及び他端同士を接続する共有化スイッチM42,M52と、クランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々の他端に反転入力端子が接続された差動増幅アンプA11〜A13と、差動増幅アンプA11〜A13の出力端子と反転入力端子に接続された帰還コンデンサCF1〜CF3と、同じく差動増幅アンプA11〜A13の出力端子と反転入力端子に接続されたリセットスイッチM61〜M63と、差動増幅アンプA11〜A13の出力端子の各々に一端が接続されたサンプルホールドスイッチM11〜M13と、サンプルホールドスイッチM11〜M13の各々の他端に接続され、差動増幅アンプA11〜A13の出力信号を保持するサンプルホールドコンデンサCSH1〜CSH3とで構成されている。
次に、実施例3について説明する。図4の(A)は、実施例3に係る固体撮像装置のうちノイズ抑圧回路3,列処理駆動回路8,及びクランプ電圧ライン7部分を示す構成図である。ノイズ抑圧回路3,及び列処理駆動回路8以外の構成は図1に示した実施例1と同じであり、また対応する構成要素には同一の符号を付して示している。本実施例においては、ノイズ抑圧回路3は、垂直信号ラインV1〜V3の各々に一端が接続されたクランプコンデンサCCL1〜CCL3と、クランプコンデンサCCL1とCCL2の一端同士及び他端同士を接続する共有化スイッチM41,M51と、クランプコンデンサCCL2とCCL3の一端同士及び他端同士を接続する共有化スイッチM42,M52と、クランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々の他端に反転入力端子が接続された差動増幅アンプA11〜A13と、差動増幅アンプA11〜A13の出力端子と反転入力端子に接続された帰還コンデンサCF1〜CF3と、同じく差動増幅アンプA11〜A13の出力端子と反転入力端子に接続されたリセットスイッチM61〜M63と、差動増幅アンプA11〜A13の出力端子の各々に一端が接続されたサンプルホールドスイッチM11〜M13と、サンプルホールドスイッチM11〜M13の各々の他端に接続され、差動増幅アンプA11〜A13の出力信号を保持するサンプルホールドコンデンサCSH1〜CSH3とで構成されている。
クランプ電圧ライン7は、差動増幅アンプA11〜A13の非反転入力端子に接続され、基準電位VPEFを与える。列処理駆動回路8は、ノイズ抑圧回路3のサンプルホールドスイッチM11〜M13を駆動するサンプルホールド制御パルスφSH1,φSH2と、リセットスイッチM61〜M63を駆動するクランプ制御パルスφCL1,φCL2と、共有化スイッチM41,M51を駆動するチップセレクトパルスφCS1,及び共有化スイッチM42,M52を駆動するチップセレクトパルスφCS2を供給する。
次に、このように構成されている実施例3に係る固体撮像装置の動作を、図4の(B)に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図4の(B)は、図4の(A)に示す実施例3において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。はじめに、図示を省略した垂直走査回路における1行目のリセット制御パルスφRS1=HにするとリセットトランジスタM211 がオン状態となり、増幅トランジスタM311 のゲート電圧をリセットする。そして、出力制御パルスφSEL11=Hにすると出力制御トランジスタM411 がオン状態となり、垂直信号ラインV1に単位画素PIX11のリセット信号電圧が出力される。
このとき、サンプルホールド制御パルスφSH1=H,φSH2=L、クランプ制御パルスφCL1=H,φCL2=L、及びチップセレクトパルスφCS1=H,φCS2=Lとし、サンプルホールドスイッチM11,リセットスイッチM61,共有化スイッチM41,M51をオン状態とすることで、クランプコンデンサCCL1,CCL2を並列接続し、並列接続されたクランプコンデンサCCL1,CCL2とサンプルホールドコンデンサCSH1を接続し、クランプコンデンサCCL1,CCL2及びサンプルホールドコンデンサCSH1の接続点を、クランプ信号ライン7の電位である基準電位VREFに固定する。そして、クランプ制御パルスφCL1=LとしリセットスイッチM61をオフ状態とする。
その後、リセット制御パルスφRS1=Lとしたあと転送制御パルスφTR11=Hとし、垂直信号ラインV1に単位画素PIX11の信号電圧が出力される。このとき、単位画素PIX11のリセット信号電圧と信号電圧との電圧変化ΔVsig1が並列接続されたクランプコンデンサCCL1,CCL2,帰還コンデンサCF1及びサンプルホールドスイッチM11を介してサンプルホールドコンデンサCSH1に蓄積される。
その後、サンプルホールド制御パルスφSH1=LとしサンプルホールドスイッチM11をオフ状態にすることで、サンプルホールドコンデンサCSH1に単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF−〔(CCL1+CCL2)/CF1〕×ΔVsig1
が保持される。次に、単位画素PIX11と同様に単位画素PIX21の駆動を行うことで、サンプルホールドコンデンサCSH2に単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF−〔(CCL2+CCL3)/CF2〕×ΔVsig2
が保持される。
VSH1=VREF−〔(CCL1+CCL2)/CF1〕×ΔVsig1
が保持される。次に、単位画素PIX11と同様に単位画素PIX21の駆動を行うことで、サンプルホールドコンデンサCSH2に単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF−〔(CCL2+CCL3)/CF2〕×ΔVsig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行の画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例3によれば、差動増幅アンプを含むノイズ抑圧回路3により構成された回路においても、実施例1と同等の効果を得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5の(A)は、実施例4に係る固体撮像装置のうち画素部1,垂直走査回路2,及び画素電源ライン6部分を示す構成図である。画素部1及び垂直走査回路2以外の構成は、図1に示した実施例1と同じであり、また対応する構成要素には同一の符号を付して示している。本実施例において、単位画素PIX11〜PIX32はいずれも同一の回路構成を有し、ここで単位画素PIX11を例にとると、光電変換素子であるフォトダイオードD11と、フォトダイオードD11の信号をリセットするリセットトランジスタM211 と、フォトダイオードD11の信号を増幅する増幅トランジスタM311 と、増幅された信号の出力を制御する出力制御トランジスタM411 とから成る。
次に、実施例4について説明する。図5の(A)は、実施例4に係る固体撮像装置のうち画素部1,垂直走査回路2,及び画素電源ライン6部分を示す構成図である。画素部1及び垂直走査回路2以外の構成は、図1に示した実施例1と同じであり、また対応する構成要素には同一の符号を付して示している。本実施例において、単位画素PIX11〜PIX32はいずれも同一の回路構成を有し、ここで単位画素PIX11を例にとると、光電変換素子であるフォトダイオードD11と、フォトダイオードD11の信号をリセットするリセットトランジスタM211 と、フォトダイオードD11の信号を増幅する増幅トランジスタM311 と、増幅された信号の出力を制御する出力制御トランジスタM411 とから成る。
垂直走査回路2は、リセットトランジスタM211 及びM231 ,M221 をそれぞれ駆動するリセット制御パルスφRS11,φRS12と、出力制御トランジスタM411 及びM431 ,M421 をそれぞれ駆動する出力制御パルスφSEL11,φSEL12を、行単位の単位画素PIX11〜PIX32の駆動パルスとして供給する。
次に、このように構成されている実施例4に係る固体撮像装置の動作を、図5の(B)に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図5の(B)は、図5の(A)に示す固体撮像装置において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。はじめに、1行目の出力制御パルスφSEL11=Hにすると出力制御トランジスタM411 がオン状態となり、垂直信号ラインV1に単位画素PIX11の信号電圧が出力される。
このとき、サンプルホールド制御パルスφSH1=H,クランプ制御パルスφCL1=H及びチップセレクトパルスφCS1=Hとし、サンプルホールドスイッチM11,クランプスイッチM21,共有化スイッチM41,M51をオン状態とすることで、クランプコンデンサCCL1,CCL2を並列接続し、並列接続されたクランプコンデンサCCL1,CCL2とサンプルホールドコンデンサCSH1を接続し、クランプコンデンサCCL1,CCL2及びサンプルホールドコンデンサCSH1の接続ラインをクランプ信号ライン7 の電位である基準電位VREFに固定する。そして、クランプ制御パルスφCL1=LとしクランプスイッチM21をオフ状態とすることで、クランプコンデンサCCL1,CCL2とサンプルホールドコンデンサCSH1との接続ラインをフローティング状態とする。
次に、1 行目のリセット制御パルスφRS1=HにするとリセットトランジスタM211 がオン状態となり、垂直信号ラインV1に単位画素PIX11のリセット信号電圧が出力される。このとき、単位画素PIX11のリセット信号電圧と信号電圧との電圧変化ΔVsig1が、並列接続されたクランプコンデンサCCL1,CCL2及びサンプルホールドスイッチM11を介して、サンプルホールドコンデンサCSH1に蓄積される。その後、サンプルホールド制御パルスφSH1=LとしサンプルホールドスイッチM11をオフ状態にすることで、サンプルホールドコンデンサCSH1に単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持される。
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持される。
次に、単位画素PIX11と同様に単位画素PIX21の駆動を行うことで、サンプルホールドコンデンサCSH2に単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔVsig2
が保持される。
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔVsig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行目の画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例4によれば、転送トランジスタを持たない単位画素の構成を持つ画素部1においても、実施例1と同等の効果を得ることが可能である。
(実施例5)
次に、実施例5について説明する。図6の(A)は、実施例5に係る固体撮像装置のうちノイズ抑圧回路3,列処理駆動回路8,及びクランプ電圧ライン7部分を示す構成図である。ノイズ抑圧回路3,及び列処理駆動回路8以外の構成は、図1に示した実施例1と同じであり、対応する構成要素には同一の符号を付して示している。本実施例におけるノイズ抑圧回路3は、実施例1のノイズ抑圧回路において、クランプスイッチM21〜M23が、クランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々とサンプルホールドスイッチM11〜M13の各々との接続ラインと、クランプ電圧ライン7との間に接続されるように構成されている。
次に、実施例5について説明する。図6の(A)は、実施例5に係る固体撮像装置のうちノイズ抑圧回路3,列処理駆動回路8,及びクランプ電圧ライン7部分を示す構成図である。ノイズ抑圧回路3,及び列処理駆動回路8以外の構成は、図1に示した実施例1と同じであり、対応する構成要素には同一の符号を付して示している。本実施例におけるノイズ抑圧回路3は、実施例1のノイズ抑圧回路において、クランプスイッチM21〜M23が、クランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々とサンプルホールドスイッチM11〜M13の各々との接続ラインと、クランプ電圧ライン7との間に接続されるように構成されている。
クランプ電圧ライン7は、クランプスイッチM21〜M23を介してクランプコンデンサCCL1〜CCL3とサンプルホールドスイッチM11〜M13との間に接続され、基準電位VREFを与える。列処理駆動回路8は、実施例1の列処理駆動回路において、クランプスイッチM21〜M23に共通のクランプ制御パルスφCLを供給するように構成されている。ノイズ抑圧回路3の他の構成は、図1に示した実施例1と同様である。
次に、このように構成されている実施例5に係る固体撮像装置の動作を、図6の(B)に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図6の(B)は、図6の(A)に示す固体撮像装置において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。クランプ制御パルスφCL以外の駆動タイミングは実施例1と同じで、単一のクランプ制御パルスφCLは実施例1の2つのクランプ制御パルスφCL1とφCL2を合成したタイミングにより駆動する。このような駆動によれば、クランプ制御パルスφCL=HとしクランプスイッチM21をオンの状態にしても、サンプルホールド制御パルスφSH1=LであればサンプルホールドスイッチM11がオフの状態であるので、サンプルホールドコンデンサCSH1の信号成分は保持される。
図6の(B)に示す駆動タイミングにより読み出しを行うことにより、サンプルホールドコンデンサCSH1に1列目の単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔV sig2
が保持される。
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔV sig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行目の画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例5によれば、実施例1と同等の効果を得ると共に、クランプスイッチM21,M22を共通のクランプ制御パルスφCLにより制御することができ、ノイズ抑圧回路3を制御する配線を減らすことが可能となる。
(実施例6)
次に、実施例6について説明する。図7は、実施例6に係る固体撮像装置を示す構成図である。垂直走査回路2と、ノイズ抑圧回路3と、列処理駆動回路8以外の構成は、図1に示した実施例1と同じであり、対応する構成要素には同一の符号を付して示している。本実施例における垂直走査回路2は、実施例1の垂直走査回路において、1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 に共通の出力制御パルスφSEL1を供給するように構成されている。ノイズ抑圧回路3は、実施例1の回路において、垂直信号ラインV1〜V3の各々とクランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々は、入力制御スイッチM71〜M73により接続を制御されるように構成されている。列処理駆動回路8は、サンプルホールド制御パルスφSH1,φSH2を入力制御スイッチM71〜M73に図示のように供給するように構成されている。
次に、実施例6について説明する。図7は、実施例6に係る固体撮像装置を示す構成図である。垂直走査回路2と、ノイズ抑圧回路3と、列処理駆動回路8以外の構成は、図1に示した実施例1と同じであり、対応する構成要素には同一の符号を付して示している。本実施例における垂直走査回路2は、実施例1の垂直走査回路において、1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 に共通の出力制御パルスφSEL1を供給するように構成されている。ノイズ抑圧回路3は、実施例1の回路において、垂直信号ラインV1〜V3の各々とクランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々は、入力制御スイッチM71〜M73により接続を制御されるように構成されている。列処理駆動回路8は、サンプルホールド制御パルスφSH1,φSH2を入力制御スイッチM71〜M73に図示のように供給するように構成されている。
次に、このように構成されている実施例6に係る固体撮像装置の動作を、図8に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図8は、図7に示した固体撮像装置において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。出力制御パルスφSEL1以外の制御方法は実施例1と同じで、実施例1の2つの出力制御パルスφSEL11,φSEL12と同じタイミングで単一の出力制御パルスφSEL1を駆動している。このような駆動によれば、出力制御パルスφSEL1=Hとし画素部1の出力制御トランジスタM411 をオンの状態にしても、サンプルホールド制御パルスφSH1=Lであれば入力制御スイッチM71がオフの状態であるので、単位画素PIX11の信号成分はノイズ抑圧回路3に出力されない。
図8に示す駆動タイミングにより読み出しを行うことにより、サンプルホールドコンデンサCSH1に1列目の単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL2)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔVsig2
が保持される。
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL2)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔVsig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行目の画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例6によれば、実施例1と同等の効果を得ると共に、画素部1の各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 ,M421 を、共通の単一の出力制御パルスφSEL1により制御することができ、画素部1を制御する配線を減らすことが可能となる。
(実施例7)
次に、実施例7について説明する。図9は、実施例7に係る固体撮像装置を示す構成図である。本実施例における垂直走査回路2は、実施例6の垂直走査回路と同様に、各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 に共通の単一の出力制御パルスφSEL1を供給する。ノイズ抑圧回路3は、実施例5のノイズ抑圧回路と同様に、クランプスイッチM21〜M23がクランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々とサンプルホールドスイッチM11〜M13の各々との間に接続され、且つ、実施例6のノイズ抑圧回路と同様に、垂直信号ラインV1〜V3の各々とクランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々とは、入力制御スイッチM71〜M73により接続を制御されるように構成されている。
次に、実施例7について説明する。図9は、実施例7に係る固体撮像装置を示す構成図である。本実施例における垂直走査回路2は、実施例6の垂直走査回路と同様に、各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 に共通の単一の出力制御パルスφSEL1を供給する。ノイズ抑圧回路3は、実施例5のノイズ抑圧回路と同様に、クランプスイッチM21〜M23がクランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々とサンプルホールドスイッチM11〜M13の各々との間に接続され、且つ、実施例6のノイズ抑圧回路と同様に、垂直信号ラインV1〜V3の各々とクランプコンデンサCCL1〜CCL3の各々とは、入力制御スイッチM71〜M73により接続を制御されるように構成されている。
列処理駆動回路8は、実施例1の列処理駆動回路において、実施例5の列処理駆動回路と同様に、クランプスイッチM21〜M23に共通の単一のクランプ制御パルスφCLを供給し、且つ、実施例6と同様に、サンプルホールド制御パルスφSH1,φSH2を入力制御スイッチM71〜M73に図示のように供給するように構成されている。
次に、このように構成されている実施例7に係る固体撮像装置の動作を、図10に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図10は、図9に示す固体撮像装置において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。出力制御パルスφSEL1,クランプ制御パルスφCL以外の制御方法は実施例1と同じで、出力制御パルスφSEL1は実施例6と同様のタイミングで駆動し、クランプ制御パルスφCLは実施例5と同様のタイミングで駆動する。
図10に示す駆動タイミングにより読み出しを行うことにより、はじめに、サンプルホールドコンデンサCSH1に1列目の単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔV sig2
が保持される。
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔV sig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行目のの画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例7によれば、実施例1と同等の効果を得ると共に、各列のクランプスイッチM21,M22を共通の単一のクランプ制御パルスφCLにより制御することができるので、ノイズ抑圧回路3を制御する配線を減らすことができ、且つ、画素部1の各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 ,M421 を共通の単一の出力制御パルスφSEL1により制御することができるので、画素部1を制御する配線を減らすことが可能となる。
(実施例8)
次に、実施例8について説明する。図11は、実施例8に係る固体撮像装置を示す構成図である。本実施例における垂直走査回路2は、実施例6の垂直走査回路と同様に、各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 に共通の単一の出力制御パルスφSEL1を供給するように構成されている。ノイズ抑圧回路3は、実施例3のノイズ抑圧回路において、実施例6のノイズ抑圧回路と同様に、垂直信号ラインV1〜V3の各々とクランプコンデンサCCL1〜CCL3各々とは、入力制御スイッチM71〜M73により接続を制御されるように構成されている。
次に、実施例8について説明する。図11は、実施例8に係る固体撮像装置を示す構成図である。本実施例における垂直走査回路2は、実施例6の垂直走査回路と同様に、各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 に共通の単一の出力制御パルスφSEL1を供給するように構成されている。ノイズ抑圧回路3は、実施例3のノイズ抑圧回路において、実施例6のノイズ抑圧回路と同様に、垂直信号ラインV1〜V3の各々とクランプコンデンサCCL1〜CCL3各々とは、入力制御スイッチM71〜M73により接続を制御されるように構成されている。
列処理駆動回路8は、リセットスイッチM61〜M63に共通の単一のクランプ制御パルスφCLを供給し、且つ、実施例6の列処理駆動回路と同様に、サンプルホールド制御パルスφSH1,φSH2を入力制御スイッチM71〜M73に図示のように供給するように構成されている。
次に、このように構成されている実施例8に係る固体撮像装置の動作を、図12に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図12は、図11に示す固体撮像装置において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。出力制御パルスφSEL1,クランプ制御パルスφCL以外の制御方法は実施例1と同じで、出力制御パルスφSEL1は実施例6と同様のタイミングで駆動し、クランプ制御パルスφCLは実施例5と同様のタイミングで駆動する。
図12に示す駆動タイミングにより読み出しを行うことにより、はじめに、サンプルホールドコンデンサCSH1に1列目の単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF−〔(CCL1+CCL2)/CF1〕×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF−〔(CCL2+CCL3)/CF2〕×ΔVsig2
が保持される。
VSH1=VREF−〔(CCL1+CCL2)/CF1〕×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF−〔(CCL2+CCL3)/CF2〕×ΔVsig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行目の画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例8によれば、実施例3と同等の効果を得ると共に、各列のリセットスイッチM61〜M63を共通の単一のクランプ制御パルスφCLにより制御することができるので、ノイズ抑圧回路3を制御する配線を減らすことができ、且つ、画素部1の各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 を共通の単一の出力制御パルスφSEL1により制御することができるので、画素部1を制御する配線を減らすことが可能となる。
(実施例9)
次に、実施例9について説明する。図13は、実施例9に係る固体撮像装置を示す構成図である。本実施例における画素部1は実施例4と同様の構成を持つ。垂直走査回路2は、実施例6と同様に、各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 に共通の出力制御パルスφSEL1を供給するように構成されている。ノイズ抑圧回路3は、実施例7と同様の構成を持つ。
次に、実施例9について説明する。図13は、実施例9に係る固体撮像装置を示す構成図である。本実施例における画素部1は実施例4と同様の構成を持つ。垂直走査回路2は、実施例6と同様に、各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 に共通の出力制御パルスφSEL1を供給するように構成されている。ノイズ抑圧回路3は、実施例7と同様の構成を持つ。
次に、このように構成されている実施例9に係る固体撮像装置の動作を、図14に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図14は、図13に示す固体撮像装置において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。出力制御パルスφSEL1,クランプ制御パルスφCL以外の制御方法は実施例1と同じで、出力制御パルスφSEL1は実施例6と同様のタイミングで駆動し、クランプ制御パルスφCLは実施例5と同様のタイミングで駆動する。
図14に示す駆動タイミングにより読み出しを行うことにより、はじめに、サンプルホールドコンデンサCSH1に1列目の単位画素PIX11の信号成分VSH1として、
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔVsig2
が保持される。
VSH1=VREF+〔(CCL1+CCL2)/(CCL1+CCL2+CSH1)〕 ×ΔVsig1
が保持され、次に、サンプルホールドコンデンサCSH2に2列目の単位画素PIX21の信号成分VSH2として、
VSH2=VREF+〔(CCL2+CCL3)/(CCL2+CCL3+CSH2)〕 ×ΔVsig2
が保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行目の画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例9によれば、実施例4と同等の効果を得ると共に、各列のクランプスイッチM21〜M23を共通の単一のクランプ制御パルスφCLにより制御することができるので、ノイズ抑圧回路3を制御する配線を減らすことができ、且つ、画素部1の各行の、例えば1行目の単位画素の出力制御トランジスタM411 〜M431 を共通の単一の出力制御パルスφSEL1により制御することができるので、画素部1を制御する配線を減らすことが可能となる。
(実施例10)
次に、実施例10について説明する。図15は、実施例10に係る固体撮像装置における出力端子OUTから1行目の画素の信号を読み出す駆動タイミングチャートの概略を示す図である。実施例10においては、図1に示す実施例1に係る固体撮像装置の駆動を、図2に示す駆動タイミングと図15に示す駆動タイミングによる信号の読み出しを選択的に行うように構成するものである。
次に、実施例10について説明する。図15は、実施例10に係る固体撮像装置における出力端子OUTから1行目の画素の信号を読み出す駆動タイミングチャートの概略を示す図である。実施例10においては、図1に示す実施例1に係る固体撮像装置の駆動を、図2に示す駆動タイミングと図15に示す駆動タイミングによる信号の読み出しを選択的に行うように構成するものである。
次に、このように構成されている実施例10に係る固体撮像装置の動作を、図15に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。図15は、図1に示した固体撮像装置において、出力端子OUTから1行目の単位画素のうち画素PIX11及びPIX21に注目して画素信号を読み出す動作を示す駆動タイミングチャートである。はじめに、1行目のリセット制御パルスφRS1=HにするとリセットトランジスタM211 ,M221 がオン状態となり、増幅トランジスタM311 ,M321 のゲート電圧をリセットする。
そして、出力制御パルスφSEL11=H,φSEL12=Hにすると出力制御トランジスタM411 ,M421 がオン状態となり、垂直信号ラインV1,V2の各々に単位画素PIX11,PIX21のリセット信号電圧が出力される。このとき、サンプルホールド制御パルスφSH1=H,φSH2=H,クランプ制御パルスφCL1=H,φCL2=H及びチップセレクトパルスφCS1=L,φCS2=Lとし、サンプルホールドスイッチM11,M12と、クランプスイッチM21,M22をオン状態とし、共有化スイッチM41,M51,M42,M52をオフ状態とすることで、クランプコンデンサCCL1とサンプルホールドコンデンサCSH1との接続点と、クランプコンデンサCCL2とサンプルホールドコンデンサCSH2との接続ラインをそれぞれ、クランプ信号ライン7の電位である基準電位VREFに固定する。
そして、クランプ制御パルスφCL1=L,φCL2=LとしクランプスイッチM21,M22をオフ状態とすることで、クランプコンデンサCCL1とサンプルホールドコンデンサCSH1との接続ラインと、クランプコンデンサCCL2とサンプルホールドコンデンサCSH2との接続ラインをフローティング状態とする。その後、リセット制御パルスφRS1=Lとしたあと転送制御パルスφTR11=H,φTR12=Hとし、垂直信号ラインV1,V2に単位画素PIX11,PIX21の信号電圧が出力される。このとき、単位画素PIX11,PIX21のリセット信号電圧と信号電圧との電圧変化ΔVsig1,ΔVsig2が、それぞれクランプコンデンサCCL1,CCL2,サンプルホールドスイッチM11,M12を介して、サンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2に蓄積される。
その後、サンプルホールド制御パルスφSH1=L,φSH2=LとしサンプルホールドスイッチM11,M12をオフ状態にすることで、サンプルホールドコンデンサCSH1,CSH2に単位画素PIX11,PIX21の信号成分VSH1,VSH2として、
VSH1=VREF+〔(CCL1)/(CCL1+CSH1)〕×ΔVsig1
VSH2=VREF+〔(CCL2)/(CCL2+CSH2)〕×ΔVsig2
がそれぞれ保持される。
VSH1=VREF+〔(CCL1)/(CCL1+CSH1)〕×ΔVsig1
VSH2=VREF+〔(CCL2)/(CCL2+CSH2)〕×ΔVsig2
がそれぞれ保持される。
最後に、水平走査回路4を駆動することで、1行目の画素の信号を出力端子OUTから読み出す。このように、実施例10によれば、実施例1と同等の効果を得ると共に、従来例と同等の増幅利得を持つ信号の読み出しも行え、2つの異なる増幅利得による読み出しが可能となる。
1 画素部
2 垂直走査回路
3 ノイズ抑圧回路
4 水平走査回路
5 出力アンプ
6 画素電源ライン
7 クランプ電圧ライン
8 列処理駆動回路
2 垂直走査回路
3 ノイズ抑圧回路
4 水平走査回路
5 出力アンプ
6 画素電源ライン
7 クランプ電圧ライン
8 列処理駆動回路
Claims (5)
- 光電変換素子、前記光電変換素子で生成された信号を蓄積する蓄積部、前記蓄積部をリセットするリセット部、前記蓄積部に蓄積された信号を増幅する増幅部及び増幅された信号の出力を制御する制御部を有する画素が行列状に二次元に配列されると共に、前記画素列毎に設けられ、前記画素からの信号が出力される垂直信号線を有する画素部と、
一端が前記垂直信号線に接続され、該垂直信号線に出力されたリセット時の前記画素からの第1の信号出力と前記光電変換素子で生成された信号に対応する前記画素からの第2の信号出力との差分に対応する画素信号を生成するクランプコンデンサ、前記クランプコンデンサの他端に一端が接続され、前記画素信号を保持するサンプルホールドコンデンサ、及び隣接する列のクランプコンデンサ同士を並列接続する共有化スイッチを有する列処理回路と、
第1の垂直信号線に対して前記画素の前記第1及び第2の信号出力が行われるときに、隣接する第2の垂直信号線に対する前記画素の第1及び第2の信号出力を停止状態にさせると共に、前記共有化スイッチを並列接続状態とする制御部と、
を有する固体撮像装置。 - 前記列処理回路は、前記クランプコンデンサの他端に接続され、前記クランプコンデンサの他端に固定電位を供給するクランプスイッチと、前記クランプコンデンサの他端と前記クランプスイッチとの接続点と前記サンプルホールドコンデンサの一端との間に設けられ、前記クランプコンデンサと前記サンプルホールドコンデンサとの接続又は切り離しを行うサンプルホールドスイッチとを有することを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。
- 各行毎に、前記画素の前記リセット部を制御するリセット制御線が複数設けられ、第1の画素のリセット部と隣接する列の第2の画素のリセット部とは異なるリセット制御線に接続されていることを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。
- 前記列処理回路は、前記クランプコンデンサの他端と前記サンプルホールドコンデンサの一端との接続又は切り離しを行うサンプルホールドスイッチと、前記垂直信号線と前記クランプコンデンサの一端との接続又は切り離しを行う入力制御スイッチを更に有し、前記サンプルホールドスイッチと前記入力制御スイッチとは同期して動作することを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。
- 前記制御部は、前記共有化スイッチの機能を停止し、同一行に属する画素の出力信号を各垂直信号線に出力させ、前記列処理回路に入力させるように制御することを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008122002A JP2009272919A (ja) | 2008-05-08 | 2008-05-08 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008122002A JP2009272919A (ja) | 2008-05-08 | 2008-05-08 | 固体撮像装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2009272919A true JP2009272919A (ja) | 2009-11-19 |
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Family Applications (1)
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JP2008122002A Withdrawn JP2009272919A (ja) | 2008-05-08 | 2008-05-08 | 固体撮像装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2009272919A (ja) |
-
2008
- 2008-05-08 JP JP2008122002A patent/JP2009272919A/ja not_active Withdrawn
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