JP2505768B2

JP2505768B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2505768B2
Application number: JP61219666A
Authority: JP
Inventors: 誠二橋本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPS6376583A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複数のセンサ信号を各々アンプを通して選
択し読み出す固体撮像装置に関する。

［従来技術］第７図は、従来の固体撮像装置の概略的回路図であ
る。

同図において、センサ信号S₁〜S_nは各々アンプA₁〜A_n
によって増幅され、トランジスタT₁〜T_nが順次ON状態と
なることによって、点順次化されて出力ライン101に現
われる。点順次化された信号は、バッファアンプ102を
通し出力信号Voutとして外部へ送出される。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記従来の撮像装置では、出力ライン
101に現われる点順次化された各センサ信号にはアンプA
₁〜A_nの入出力特性のバラツキが反映しており、その結
果、固定パターンノイズが生じるという問題点を有して
いた。

［問題点を解決するための手段］本発明による固体撮像装置は、複数のセンサ信号を各
々アンプを通して選択する選択回路を有する固体撮像装
置において、選択されたセンサにおいて所定時間の蓄積を行った後
に該センサにおいて蓄積された光電変換信号を前記アン
プに対して供給する第１モードと、選択されたセンサに
蓄積された光電変換信号をリフレッシュした後に該セン
サから読み出されるノイズ信号を前記アンプに対して供
給する第２のモードと、を有する駆動手段と、前記第１モードにおいて前記アンプを介して得られる
第１の信号と前記第２のモードにおいて前記アンプを介
して得られる第２の信号との差分処理を行う差分処理回
路と、を備えたことを特徴とする。

［作用］選択回路によって選択されたセンサ信号第１の信号に
は、選択の際に通過したアンプの特性のバラツキ等によ
るノイズ成分及びセンサの駆動ノイズ成分が加わってい
る。そこでリフレッシュ後にセンサから読み出されるノ
イズ信号を同一回路に通して選択することで同じノイズ
成分をのせる。そして、選択されたセンサ信号と同じく
選択されたノイズ信号（第２の信号）との差分処理を行
い、上記ノイズ成分及び駆動ノイズ成分を除去する。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。まず、説明の簡易化の為に、センサの構成およびセ
ンサから読み出されるセンサ信号とノイズ信号とを選択
して出力するためのスイッチの構成を省略して説明を行
う。

第１図は、本発明による固体撮像装置の一実施例の概
略的回路図である。

同図において、パルスφｃ_１〜φｃ_ｎによって各々入
力を選択できるスイッチSW₁〜SW_nが設けられ、スイッチ
SW₁〜SW_nには、ライン状又はエリア状に配列された光セ
ンサ（図示せず。）からのセンサ信号S₁〜S_nと、基準信
号Ｅとが入力している。

スイッチSW₁〜SW_nの各出力端子はアンプA₁〜A_nの入力
端子に各々接続され、アンプA₁〜A_nの各出力端子はトラ
ンジスタT₁〜T_nを介して出力ライン101に接続されてい
る。なお、トランジスタT₁〜T_nの各ゲート電極にはシフ
トレジスタ等の走査回路からパルスφ_１〜φ_ｎが各々印
加され、各パルスのタイミングでトランジスタT₁〜T_nが
ON状態となる。

出力ライン101はトランジスタ103を介して接地され、
トランジスタ103のゲート電極にはパルスφhrsが印加さ
れる。また、出力ライン101は差分処理回路１に接続さ
れ、差分処理回路１からノイズ成分が除去された出力信
号Voutが出力される。

本実施例における差分処理回路１では、出力ライン10
1がアンプ11に接続され、アンプ11の出力端子にサンプ
ルホールド（S/H）回路12および13の入力端子が各々接
続されている。S/H回路12にはパルスφｈ_１が、S/H回路
13にはパルスφｈ_２が各々制御信号として入力し、各パ
ルスのタイミングで入力の保持を行う。S/H回路12およ
び13の各出力端子は差動アンプ14の２つの入力端子に各
々接続され、差動アンプ14から出力信号Voutが出力され
る。

次に、本実施例の動作を説明する。

まず、スイッチSW₁によって基準信号ＥがアンプA₁に
入力し、アンプA₁によって増幅された基準信号E₁′がト
ランジスタT₁へ出力される。この時、トランジスタT₁の
みがパルスφ_１によってON状態となっており、他のトラ
ンジスタT₂〜T_nはOFF状態である。したがって、基準信
号E₁′がトランジスタT₁によって選択されて出力ライン
101に現われ、アンプ11を通してS/H回路12に保持され
る。すなわち、S/H回路12のパルスφｈ_１は、基準信号E
₁′を保持するタイミングで供給される。

S/H回路12に保持された基準信号E₁′は、アンプA₁の
特性を反映した信号であり、固体パターンノイズとなり
得るノイズ成分N₁を含んでいる。すなわち、E₁′＝Ｅ＋
N₁である。

続いて、パルスφhrsによってトランジスタ103をON状
態にして、出力ライン101に残留している電荷を除去し
た後、スイッチSW₁によってセンサ信号S₁がアンプA₁に
入力する。以下同様に、アンプA₁によって増幅されたセ
ンサ信号S₁′がON状態となったトランジスタT₁を通して
出力ライン101に現われ、アンプ11を通して今度はS/H回
路13に保持される。

S/H回路13に保持されたセンサ信号S₁′もアンプA₁の
特性を反映しており、ノイズ成分N₁を含んでいる（S₁′
＝S₁＋N₁）。

こうしてS/H回路12に基準信号E₁′が、S/H回路13にセ
ンサ信号S₁′が保持されると、これらの信号S₁′および
E₁′が差動アンプ14に入力する。これにより差動アンプ
14の出力Voutは両信号の差（S₁′−E₁′）となり、ノイ
ズ成分N₁が除去された信号（S₁−Ｅ）となる。ただし、
この場合の基準信号Ｅはセンサ信号S₁の基準レベルを意
味するからＥ＝０であり、したがって、出力信号Voutは
アンプA₁の影響を受ける前のセンサ信号S₁となる。

こうしてセンサ信号S₁を出力すると、トランジスタ10
3によって出力ライン101の残留電荷が除去され、以下同
様のタイミングによって、ノイズ成分N₂〜N_nの除去され
たセンサ信号S₂〜S_nが順次差動アンプ14から出力され
る。

なお、ここでは基準信号Ｅを各センサ信号より先に読
出して保持したが、勿論、順序を逆にしても同様であ
る。

また、基準信号Ｅ′およびセンサ信号S₁′を共にS/H
回路に保持したが、一方のS/H回路を省略して、アンプ1
1の出力端子をアンプ14の入力端子に直接接続した構成
でもよい。この場合、先に読出す信号をS/H回路に保持
しておき、他方の信号を読出す時に差動アンプ14から出
力信号Voutが出力される。

第２図は、本実施例におけるスイッチSW₁〜SW_nの概略
的な構成例を示す回路図である。

同図において、まずパルスφｔによってトランジスタ
201をON状態とし、センサ信号S₁をキャパシタC₁に蓄積
する。続いて、パルスφcbによってトランジスタ203をO
N状態にして基準信号ＥをアンプA₁へ出力する。

そして上述したように基準信号E₁′を保持すると、パ
ルスφcaによってトランジスタ202をON状態にして、キ
ャパシタC₁に蓄積されているセンサ信号S₁をアンプA₁へ
出力する。

スイッチSW₂〜SW_nも同様の構成を有し、同様の動作を
行う。

第３図は、本実施例におけるスイッチSW₁〜SW_nの具体
的な構成例を示す回路図である。

本例では基準信号Ｅをセンサのリーク成分のバラツキ
に起因する駆動ノイズから生成する。

同図において、まずパルスφｔ_１によってトランジス
タ301をON状態にしてセンサ信号S₁をキャパシタC₁₁に蓄
積する。続いて、パルスφｔ_２によってトランジスタ30
3をON状態とし、センサに光情報がない状態又は暗状態
でのセンサ信号を基準信号ＥとしてキャパシタC₁₂に蓄
積する。これによってキャパシタC₁₂には当該センサの
駆動ノイズ成分が蓄積される。以下、上述したように、
トランジスタ304をON状態にしてキャパシタC₁₂に蓄積さ
れた基準信号ＥをアンプA₁へ出力し、続いてトランジス
タ302をON状態にしてキャパシタC₁₁に蓄積されたセンサ
信号S₁をアンプA₁へ出力する。

このようにセンサの駆動ノイズ成分を基準信号Ｅに用
いることによって、差動アンプ14の出力Vout＝（S₁′−
E₁′）はアンプA₁によるノイズ成分N₁だけではなく、セ
ンサの駆動ノイズ成分も除去されたものとなる。

第４図（Ａ）は、本実施例における差分処理回路１の
他の例の回路図、第４図（Ｂ）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。

本例では、クランプ回路によって結果的に差分処理を
行っている。

同図（Ａ）および（Ｂ）において、まずアンプA₁で増
幅された基準信号E₁′が出力ライン101に現われ、トラ
ンジスタ15および16から成るアンプを通してキャパシタ
17およびトランジスタ18から成るクランプ回路に入力す
る。この時、クランプパルスφｓによってトランジスタ
18はON状態となっているために、基準信号E₁′のレベル
が基準レベルとしてクランプされる。その結果、続いて
出力ライン101に現われるセンサ信号S₁′は、基準信号E
₁′を基準レベルとしてトランジスタ19および20から成
るアンプによって増幅される。すなわち、第１図の場合
と同様に、センサ信号S₁′から基準信号E₁′を除去した
出力信号Voutが得られる。以下同様に、基準信号E₁′を
読出すタイミングでクランプパルスφｓを発生させるこ
とで、ノイズ成分が除去されたセンサ信号S₁〜S_nを順次
出力することができる。

第５図（Ａ）は、本発明のセンサを含む実施例の概略
的回路図、第５図（Ｂ）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。

第５図（Ａ）において、センサB₁〜B_n（以下、Ｂと略
記する。）はベース蓄積型フォトトランジスタから成
り、ベース電位をキャパシタを介して制御することで、
入射光によって励起されたキャリアをベース領域に蓄積
し、その蓄積電圧をセンサ信号として読出し、また蓄積
キャリアを除去するという動作を行う。

センサＢのキャパシタ電極には読出し又はリフレッシ
ュ動作を行うためのパルスφｒが印加される。またセン
サＢのセンサ信号S₁〜S_n（以下、Ｓと略記する。）を読
出す各エミッタ電極はトランジスタQr₁〜Qr_n（以下、Qr
と略記する。）を介して接地されている。さらに、各エ
ミッタ電極は、トランジスタQa₁〜Qa_n（以下、Qaと略記
する。）を介して一時蓄積用キャパシタC₁₁〜C_n1に、か
つ、トランジスタQc₁〜Qc_n（以下、Qcと略記する。）を
介して一時蓄積用キャパシタC₁₂〜C_n2に、各々接続され
ている。

さらに、キャパシタC₁₁〜C_n1はトランジスタQb₁〜Qb_n
を介してアンプA₁〜A_nのゲート電極に、キャパシタC₁₂
〜C_n2はトランジスタQd₁〜Qd_nを介して同じくアンプA₁
〜A_nのゲート電極に、各々接続されている。

アンプA₁〜A_nの一方の端子にはトランジスタT₁〜T_nを
介して電圧Vccが印加され、他方の端子は出力ライン501
に共通接続されている。

また、トランジスタQb₁〜Qb_nの各ゲート電極にはトラ
ンジスタQe₁〜Qe_nを介してパルスφａ_１が印加され、ト
ランジスタQd₁〜Qd_nの各ゲート電極にはトランジスタQf
₁〜Qf_nを介してパルスφｂ_１が印加される。

さらに、トランジスタQe₁〜Qe_n、Qf₁〜Qf_nおよびT₁〜
T_nの各ゲート電極には、パルスφ_１〜φ_ｎがそれぞれ印
加される。

出力ライン501にはトランジスタ502が接続され、トラ
ンジスタ502を介して電圧Vssが印加される。そして、各
アンプで増幅されて出力ライン501に現われた信号Ｓ′
は差分処理回路１に入力し、すでに述べた差分処理が行
われる。ただし、本実施例の差分処理回路１は、第１図
に示すS/H回路を用いた差動方式である。

次に、第５図（Ｂ）を参照しながら本実施例の動作を
説明する。

センサＢのベース領域には入射光の照度に対応したキ
ャリアが蓄積されているとする。

まず、期間Tm1において、パルスφrhによってトラン
ジスタQrをON状態として各センサのエミッタ電極および
垂直ラインを接地し、パルスφｔ_１およびφｔ_２によっ
てトランジスタQaおよびQcをON状態にしてキャパシタC
₁₁〜C_n1およびC₁₂〜C_n2のキャリアをクリアする。

次に、期間Tm2において、パルスφｔ_１によってトラ
ンジスタQaをON状態にし、読出しパルスφｒを印加する
ことによってセンサＢからのセンサ信号Ｓをキャパシタ
C₁₁〜C_n1に蓄積する。ただし、これらのセンサ信号に
は、上述したように各センサの駆動ノイズが含まれてい
る。

続いて、期間Tm3において、パルスφrhによりトラン
ジスタQrをON状態にしてセンサＢのエミッタ電極を接地
し、リフレッシュパルスφｒによってセンサＢのリフレ
ッシュ動作を行う。リフレッシュ動作が終了すると、ト
ランジスタQrをOFF状態にするとともにパルスφｔ_２に
よってトランジスタQcをON状態にする。そして、蓄積動
作を行う前に読出しパルスφｒを印加してセンサＢの読
出し動作を行い、その駆動ノイズ、すなわち上述した基
準信号E₁〜E_nをキャパシタC₁₂〜C_n2に各々蓄積する。こ
の後でセンサＢは蓄積動作を開始する。

以上の動作をブランキング期間BLKに行った後、各キ
ャパシタに一時的に蓄積された信号を出力ライン501に
順次読出す。

まず、パルスφ_１によってトランジスタT₁、Qe₁およ
びQf₁をON状態にする。これによって、アンプA₁に電圧V
ccが印加され、アンプA₁が動作状態となる。他のアンプ
A₂〜A_nは非動作状態である。また、パルスφ_１と同時に
パルスφａ_１も立上がり、ON状態となったトランジスタ
Qe₁を通してトランジスタQb₁をON状態とする。これによ
って、キャパシタC₁₁に蓄積されたセンサ信号S₁がアン
プA₁によって増幅されて出力ライン501に現われ、上述
したように差分処理回路１のS/H回路12に保持され
る。。

続いて、パルスφｂ_１が立上がり、トランジスタQf₁
を通してトランジスタQd_１をON状態にする。これによっ
てキャパシタC₁₂に蓄積された基準信号E₁がアンプA₁に
よって増幅されて出力ライン501に現われ、S/H回路13に
保持される。

なお、キャパシタC₁₁のセンサ信号S₁をアンプA₁に出
力した後、キャパシタC₁₂の基準信号E₁を出力するまで
の間に、アンプA₁の入力の電位を基準電位にリセットす
ることも考えられる。

しかし、アンプA₁の入力容量はトランジスタの重なり
容量がほとんどであり、キャパシタC₁₁およびC₁₂の容量
に比べて十分小さいために、残留電荷を無視することが
できる。また、アンプのバラツキによる固定パターノイ
ズは画像信号が小さい時に顕著になるが、画像信号が小
さい時はアンプの残留電荷は更に小さくなっている。

以上の理由から、本実施例ではアンプA₁〜A_nの入力端
子をリセットする手段が省略されている。勿論、上記残
留電荷が無視できない用途ではアンプＡの入力にリセッ
ト手段を設ける必要がある。

こうしてS/H回路12および13にセンサ信号S₁′および
基準信号E₁′が保持されると、既に述べた差分処理によ
り、駆動ノイズ成分およびノイズ成分N₁が除去されたセ
ンサ信号S₁が出力信号Voutとして差動アンプ14から出力
される。以下同様にして、センサ信号S₂〜S_nが順次出力
される。

全てのセンサ信号が出力されると、その間にセンサＢ
には入射光に対応したセンサ信号が蓄積されており、以
下同様にしてブランキング期間BLKにセンサ読出し動作
およびリフレッシュ動作が行われ、そしてセンサＢの蓄
積動作とともにキャパシタに一時蓄積されたセンサ信号
の点順次化動作が繰返される。

なお、差分処理回路１に第４図に示すクランプ回路を
用いる場合は、基準信号E₁が蓄積されたキャパシタC₁₂
の方を先に読出し、その後でセンサ信号S₁が蓄積された
キャパシタC₁₁を読出す必要がある。基準信号E₂〜E_nお
よびセンサ信号S₂〜S_nの場合も同様である。

第６図は、上記実施例を使用した撮像装置の一例の概
略的構成図である。

同図において、撮像素子601は上記各実施例の構成を
有し、その出力信号Voutは信号処理回路602によってゲ
イン調整等の処理が行われ、NTSC信号等の標準テレビジ
ョン信号として出力される。

また、撮像素子601を駆動するための各種パルスφは
ドライバ603によって供給され、ドライバ603は制御部60
4の制御によって動作する。また、制御部604は撮像素子
601の出力に基いて信号処理回路602のゲイン等を調整す
るとともに、露出制御手段605を制御して撮像素子301に
入射する光量を調整する。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明による固体撮像装
置は、選択されたセンサ信号（第１の信号）と、同じく
選択されたノイズ信号（第２の信号）との差分処理を行
うことでノイズ成分を除去して出力信号を得る。したが
って、選択回路のアンプの入出力特性の電位バラツキ及
びセンサの駆動ノイズに依存する読出し信号のバラツキ
を補正することができ、アンプの特性バラツキ及びセン
サの駆動ノイズに起因する固定パターンノイズを除去す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による固体撮像装置の一実施例の概略
的回路図、第２図は、本実施例におけるスイッチSW₁〜SW_nの概略的
な構成例を示す回路図、第３図は、本実施例におけるスイッチSW₁〜SW_nの具体的
な構成例を示す回路図、第４図（Ａ）は、本実施例における差分処理回路１の他
の例の回路図、第４図（Ｂ）は、その動作を説明するた
めのタイミングチャート、第５図（Ａ）は、本発明のセンサを含む実施例の概略的
回路図、第５図（Ｂ）は、その動作を説明するためのタ
イミングチャート、第６図は、上記実施例を使用した撮像装置の一例の概略
的構成図、第７図は、従来の固体撮像装置の概略的回路図である。１……差分処理回路 11……アンプ 12、13……S/H回路 14……差動アンプ 17……キャパシタ（クランプ回路） 18……トランジスタ（クランプ回路） 101、501……出力ライン A₁〜A_n……アンプ B₁〜B_n……センサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセンサ信号を各々アンプを通して選
択する選択回路を有する固体撮像装置において、選択されたセンサにおいて所定時間の蓄積を行った後に
該センサにおいて蓄積された光電変換信号を前記アンプ
に対して供給する第１モードと、選択されたセンサに蓄
積された光電変換信号をリフレッシュした後に該センサ
から読み出されるノイズ信号を前記アンプに対して供給
する第２のモードと、を有する駆動手段と、前記第１モードにおいて前記アンプを介して得られる第
１の信号と前記第２のモードにおいて前記アンプを介し
て得られる第２の信号との差分処理を行う差分処理回路
と、を備えたことを特徴とする固体撮像装置。