JP2014212423A - 固体撮像装置及び撮像システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体撮像装置は、光電変換により信号を生成する光電変換部を含む画素部(101)と、前記画素部により生成された信号を増幅する増幅部(120)と、前記増幅部の出力信号のレベルを制限する制限回路(24)とを有し、前記画素部は、第1の期間にリセット状態におけるノイズ信号を出力し、第2の期間に非リセット状態における画素信号を出力し、前記制限回路は、前記第1の期間では、前記第2の期間よりも前記増幅部の出力信号のレベルを制限することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示す図である。画素部101は、光電変換部1、転送ゲート2、リセットトランジスタ3、増幅トランジスタ4、電荷電圧変換部5及び選択トランジスタ6を有し、2次元行列状に複数配置される。光電変換部1は、例えばフォトダイオードを有し、光を受けて電荷を発生する。すなわち、光電変換部1は、光電変換により信号を生成する。転送ゲート2は、光電変換部1で発生した電荷を転送パルスPTXに従って電荷電圧変換部5に転送する。電荷電圧変換部5は、例えばフローティングディフュージョンである。電荷電圧変換部5の電位は、電荷電圧変換部5に転送された電荷の量によって決定される。電荷電圧変換部5は、電荷の量を電圧に変換する。増幅トランジスタ4は、電荷電圧変換部5の電圧を増幅する。選択トランジスタ6は、画素選択パルスPSELに応じて、増幅トランジスタ4により増幅された電圧を画素出力線130に出力する。リセットトランジスタ3は、電荷電圧変換部5の電位を電源電位にリセットする。リセットトランジスタ3のソースは、電荷電圧変換部5及び増幅トランジスタ4のゲートに接続され、リセットトランジスタ3のドレインは、電源電位ノードに接続される。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態(図3)は、第1の実施形態(図1)に対して、差動増幅回路10が異なる。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態の差動増幅回路10は、折り返しカスコード差動増幅回路である。差動増幅回路10は、NMOSトランジスタ25と、入力差動対を構成するNMOSトランジスタ22,23と、カスコード接続された差動対を構成するPMOSトランジスタ20,21,26,27とNMOSトランジスタ28,29,30,31とを有する。NMOSトランジスタ25は、定電流回路を構成する。さらに、差動増幅回路10は、本実施形態の特徴となる増幅回路10の出力を制限するPMOSクリップトランジスタ24を有する。
図4は、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態(図4)は、第1の実施形態(図1)に対して、増幅部120が異なる。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態では、PMOSクリップトランジスタ24を用いて、カスコード差動増幅回路10の出力電圧を制限し、カスコード差動増幅回路10の後段にソース接地増幅回路32,33を接続し、増幅部120の出力としている。ソース接地増幅回路32,33は、バッファ回路であり、ソースフォロアを構成する。カスコード差動増幅回路10は、カスコード接続された差動対を構成するPMOSトランジスタ20,21,26,27とNMOSトランジスタ22,23,28,29と、定電流回路を構成するNMOSトランジスタ25とを有する。ソースフォロアは、NMOSトランジスタ32及び33を有する。また、帰還容量9は、ソースフォロアの出力ノード150と増幅回路10の入力ノードの間に接続され、帰還ループを構成している。従って、PMOSクリップトランジスタ24による出力電圧の制限は、帰還ループの内部で行われていることとなる。
図5は、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態(図5)、第3の実施形態(図4)に対して、クリップトランジスタ24を設ける位置が異なる。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。増幅部120は、差動増幅回路10の後段のソースフォロア33と、ソースフォロワ33に接続されたPMOSクリップトランジスタ24を有する。本実施形態では、PMOSクリップトランジスタ24を用いて、ソースフォロア33の出力ノード150の電圧を制限している。また、帰還容量9は、差動増幅回路10の出力ノードと差動増幅回路10の入力ノードの間に接続され、帰還ループを構成している。帰還ループの後段には、ソースフォロア33が接続されている。
図6は、本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態(図6)は、第1の実施形態(図1)に対して、アナログ/デジタルコンバータ170を追加したものである。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。増幅部出力ノード150は、A/Dコンバータ170の入力ノードに接続される。アナログ/デジタルコンバータ170は、増幅部120により増幅された信号をアナログからデジタルに変換する。本実施形態の固体撮像装置は、2次元行列状の複数の画素部101を有し、列毎にアナログ/デジタルコンバータ170を有し、N信号及びS信号の保持部を有していない。従って、増幅部120の出力電圧制限は、増幅部120の内部で行われる必要がある。増幅部出力ノード150がアナログ/デジタルコンバータ170の入力ノードに接続される場合においても、増幅部120の出力電圧は、クリップトランジスタ24により制限される。なお、第2〜第4の実施形態にも、本実施形態と同様に、アナログ/デジタルコンバータ170を設けることができる。
図7は、本発明の第6の実施形態に係る撮像システムの構成例を示す図である。撮像システム800は、例えば、光学部810、固体撮像装置100、映像信号処理回路部830、記録・通信部840、タイミング制御回路部850、システムコントロール回路部860、及び再生・表示部870を有する。固体撮像装置100は、第1〜第5の実施形態の固体撮像装置である。
Claims (11)
- 光電変換により信号を生成する光電変換部を含む画素部と、
前記画素部により生成された信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部の出力信号のレベルを制限する制限回路とを有し、
前記画素部は、第1の期間にリセット状態におけるノイズ信号を出力し、第2の期間に非リセット状態における画素信号を出力し、
前記制限回路は、前記第1の期間では、前記第2の期間よりも前記増幅部の出力信号のレベルを制限することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記増幅部は、差動増幅回路を有し、
前記差動増幅回路は、差動対及び定電流回路を有し、
前記制限回路は、前記差動増幅回路の出力ノード及び前記定電流回路の間に設けられることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記増幅部は、折り返しカスコード増幅回路を有し、
前記折り返しカスコード増幅回路は、定電流回路と入力差動対とカスコード接続された差動対とを有し、
前記制限回路は、前記カスコード接続された差動対の出力ノード及び前記定電流回路の間に設けられることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記増幅部は、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の後段に接続されるバッファ回路とを有し、
前記差動増幅回路は、定電流回路及び差動対を有し、
前記制限回路は、前記差動増幅回路の出力ノード及び前記定電流回路の間に設けられることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記増幅部は、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の後段に接続されるバッファ回路とを有し、
前記差動増幅回路は、定電流回路及び差動対を有し、
前記制限回路は、前記バッファ回路の出力ノード及びグランド電位ノードの間に設けられることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記バッファ回路は、ソース接地増幅回路であることを特徴とする請求項4又は5記載の固体撮像装置。
- さらに、前記増幅部により増幅された信号をアナログからデジタルに変換するアナログ/デジタルコンバータを有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記制限回路は、MOSトランジスタであり、前記MOSトランジスタに電流が流れることにより、前記出力信号を制限することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記制限回路は、前記増幅部の帰還ループ内に設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記制限回路は、前記増幅部の帰還ループ外に設けられ、前記増幅部の出力ノードに設けられることを特徴とする請求項1又は5記載の固体撮像装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に光を結像させる光学系と
を有することを特徴とする撮像システム。
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