JP3517614B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビデオカメラや
電子スチルカメラ等に用いられる固体撮像装置に係り、
特に、撮像領域内に増幅器の構造を有する増幅型固体撮
像素子、即ち能動画素センサを用いた固体撮像装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、増幅型の固体撮像素子、特にＣＭ
ＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ Ｏｘｉ
ｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のイメージセン
サが注目を集めている。

【０００３】なぜなら、この型のイメージセンサは、電
力消費が少なく単一電源動作が可能であり、しかもＣＣ
Ｄ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型
と同じ程度の高いＳＮ比が得られるからである。更にこ
の型のイメージセンサは、必要な信号処理回路をチップ
上に構成することが可能である。ＣＭＯＳイメージセン
サの中に、雑音の非常に低いフォトゲート型と呼ばれる
ものがある。

【０００４】このフォトゲート型ＣＭＯＳイメージセン
サでは、非常に大きな光が入ると、突然、出力信号がな
くなり、したがってあたかも光が全く入っていないよう
にその部分が黒く見えるという現象が生ずることが明ら
かになってきた。即ち、図２１に示すように、入射光量
が非常に大きくなると出力信号量が急激に低下する。こ
の現象をここでは黒化現象ということにする。

【０００５】従来のフォトゲート型イメージセンサの動
作及び問題点について、図面を用いて以下に説明する。
図２２は１画素分の半導体構造及び出力回路を示し、図
２３はその等価回路を示し、図２４は回路の各部におけ
る信号波形を示している。

【０００６】図２４において、期間ａでは通常の光が入
射するときの信号波形を示し、期間ｂでは非常に大きな
光が入射したとき（超大光量入射時）の波形を示してい
る。

【０００７】まず期間ａにおける動作について説明す
る。リセットパルスＲＳがリセット用トランジスタＱ３
のゲートに印加される時点(ｔ１)から読み出し用トラン
ジスタＱ４のゲートに読み出しパルスＴＧが印加される
時点(ｔ２)までは、信号が入力されない無信号期間(Ｎ
ＳＴ)である。時点ｔ２から次のリセットパルスＲＳが
リセット用トランジスタＱ３のゲートに印加される時点
(ｔ３)までは、信号が入力される信号期間(ＢＳＴ)であ
る。

【０００８】無信号期間(ＮＳＴ)では、図２３において
リセットパルスＲＳがトランジスタＱ３のゲートに印加
されＱ３がオンすると、このトランジスタＱ３のオン抵
抗による熱雑音（Ｔｎ１）により、Ｑ３がオフすると、
後述する熱雑音Ｔｎ２の電圧がトランジスタＱ１のゲー
トに保持され雑音電圧を発生させる。その結果、その電
圧が出力ＳＩＧに生じる。この電圧は、無信号期間ＮＳ
Ｔの終わりの時点で、クランプ回路２５１によりクラン
プされる。信号期間ＢＳＴでは、フォトダイオードＱ２
に、光の強さに応じて電荷が蓄えられる。

【０００９】読み出しパルスＴＧが読み出し用トランジ
スタＱ４に印加されたとき、この電荷はトランジスタＱ
１のゲートノードＧｎに転送され、静電容量Ｃによる電
圧変化が生じる。この電圧変化によって、トランジスタ
Ｑ１の出力信号ＳＩＧは変化し、その電圧はサンプルホ
ールド回路２５２でサンプルパルスＳＰによって標本化
及び保持され、出力信号ＯＵＴとして取り出される。

【００１０】この動作を更に詳しく述べる。フォトゲー
ト型では、増幅器（増幅用トランジスタ）Ｑ１のゲート
ノードＧｎの静電容量Ｃを、フォトダイオードＱ２の静
電容量Ｃ２より小さくすることが可能である。リセット
用トランジスタＱ３に、１水平期間毎に発生させるリセ
ットパルスＲＳを加えて導通させ、このゲートノードＧ
ｎの電圧を電圧源Ｖｄｄの電圧に初期化する。

【００１１】このときに、トランジスタＱ３の導通抵抗
により、帯域幅Ｂ当たりに発生する熱雑音Ｔｎ１は、次
の式により求められる。

【数１】 ここで、ｋはボルツマン（Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ）定数、
Ｔは絶対温度、ＲはトランジスタＱ３の導通抵抗の値で
ある。

【００１２】この熱雑音Ｔｎ１は、静電容量Ｃとトラン
ジスタＱ３の導通抵抗Ｒによって、雑音帯域幅１／（４
ＣＲ）のローパスフィルタがかけられる。したがって、
トランジスタＱ３の導通抵抗に拘らず、常に静電容量Ｃ
にのみ依存した熱雑音Ｔｎ２が発生する。

【００１３】この熱雑音Ｔｎ２は、電荷量に換算する
と、次のようになる。

【数２】 結果として、静電容量Ｃが小さいほど低雑音の検出がで
きる。

【００１４】この熱雑音電荷量Ｔｎ２はトランジスタＱ
３がオフすると保持され、トランジスタＱ１により無信
号期間の電圧として出カする。その後、読み出し用トラ
ンジスタＱ４に読み出しパルスＴＧを加え、フォトダイ
オードＱ２に蓄えられた電荷は、トランジスタＱ１のゲ
ートノードＧｎに転送され、静電容量Ｃにより電圧変化
を生じさせる。この電圧変化は、トランジスタＱ１のソ
ースから無信号期間の電圧に重量させた信号電圧ＳｌＧ
として導出し、クランプ回路２５１に入カする。

【００１５】したがって、トランジスタＱ１の信号読み
出し時の電圧変化を検出することによって、信号成分の
電圧のみの検出が可能となり、出力端子ＯＵＴからＳＮ
比の良い信号を得ることができる。

【００１６】これはクランプ回路２５１でクランプパル
スＣＰに基づいて無信号期間の電圧をクランプし、サン
プルホールド回路２５２でサンプルパルスＳＰに基づい
て信号期間の信号電圧を抜き出す、いわゆる相関二重サ
ンプリング処理を施すことにより実現できる。

【００１７】ところが、上述のような回路に太陽の反射
光のような強い光が入射するとその部分が黒く見える上
記黒化現象が生じた。そこで、フォトダイオードＱ２へ
の入射光量に対する出力信号を測定した。その結果、入
射光量が飽和光量の数万倍という大きさになると、図２
１に示すように、出力信号が極端に低下し光が入らない
と同じようになり、結果的に黒く見えることがわかっ
た。

【００１８】その原因を追求したところ、図２２に示し
た、ｎ型半導体領域２５３，２５５とｐ型半導体基盤２
５４の間に生じる寄生ＮＰＮトランジスタＱ５が原因で
あることが判明した。

【００１９】即ち、図２２において、フォトダイオード
Ｑ２はｎ型半導体領域２５３とｐ型半導体基盤２５４の
間に形成される。このとき、ｎ型半導体領域２５３とｐ
型の半導体基盤２５４とゲートノードＧｎのｎ型半導体
領域２５５との間に、寄生ＮＰＮトランジスタＱ５が形
成されてしまう。したがって、超大光量がフォトダイオ
ードＱ２に照射されると、太陽電池と同様に発電が行わ
れ、ｐ型半導体基盤２５４より負の電圧がｎ型半導体領
域２５３に発生する。すると、図２３に示す寄生ＮＰＮ
トランジスタＱ５のベース・エミッタ間に順方向バイア
スが印加され、コレクタ電流が流れる状態になる。

【００２０】上述の原因により、本来は図２４の期間ａ
における無信号期間ＮＳＴにおいて、初期化後、増幅用
トランジスタＱ１の出力信号ＳＩＧは一定電圧になる筈
である。ところが実際には、期間ｂの無信号期間ＮＳＴ
には増幅用トランジスタ（バッファトランジスタ）Ｑ１
のゲートノードＧｎの電圧がどんどん下がり、トランジ
スタＱ１により増幅されて得られる筈の信号ＳｌＧが、
図２４における波形２４１に示すように、下がってしま
う。したがって、クランプ回路２５１でクランプされる
電圧が低くなり、雑音低減のための相関２重サンプリン
グ処理がなされると、ある超大光量で突然信号がなくな
る、という現象が発生してしまうことがわかった。つま
り、図２１に示したように、入射光量が非常に大きくな
ると出力信号が急激に低下し、画面上その部分が黒く見
える現象が生じた。

【００２１】この現象は、寄生ＮＰＮトランジスタＱ５
の導通により生じるのであるから、このトランジスタＱ
５が導通しないように、フォトダイオードＱ２に電圧ク
リップ用の素子を追加すれば防ぐことができる。しか
し、限られた面積の画素の各々にこのような素子を設け
ると、フォトダイオードＱ２の面積を減らさなくてはな
らず、固体撮像装置の最も基本的な特性である光感度が
低下する問題が生じる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
増幅型画像素子を用いた固体撮像装置では、太陽の反射
光など非常に強い光を受けた画素ではその部分が黒く見
える黒化現象が生ずる問題があった。またこの現象を防
止するために画素領域にそのための素子を設けると光感
度が低下する問題点があった。

【００２３】そこで、この発明の主な目的は、飽和光量
を大きく超える光が入射した場合にも出力信号が低下し
画面上その部分が黒くなってしまうことのない能動画素
センサを用いた固体撮像装置を提供することである。

【００２４】この発明の他の主な目的は、光感度が低下
しない能動画素センサを用いた固体撮像装置を提供する
ことである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために本発明の基本的な特徴によれば、入射光を電気信
号に変換するフォトゲート型ＣＭＯＳ構造の光検出器及
びこの光検出器により変換された電気信号を読み出す増
幅器を画素毎に有し、共通の信号線に信号電圧を出力す
る複数の能動画素センサを搭載し前記増幅器により増幅
した信号に対して相関二重サンプリングを行う固体撮像
装置において、前記能動画素センサがリセットされた後
に前記信号線に出力されるリセット電圧が無信号期間に
おける電圧よりも低い電圧の範囲内にあるかどうかを検
出する電圧検出手段と、この電圧検出手段により前記リ
セット電圧が無信号期間における電圧よりも低い電圧の
範囲内にあることが検出されたとき、このリセット電圧
を無信号期間における電圧に置き換える電圧置換手段と
を備えて成る。

【００２６】

【００２７】

【００２８】この発明は、能動画素センサがリセットさ
れたときのリセット電圧が所定範囲内にあるとき、超大
光量入射と判断してリセット電圧を所定の電圧に置き換
えるものである。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明について、図面を
参照しながら説明する。

【００３３】図１に、リセット時の電圧を所定電圧で置
き換える本発明の原理を説明するための固体撮像装置の
構成を示す。複数の能動画素センサ１ａ，１ｂ，・・・
の各々は、フォトダイオード２ａ，２ｂ，・・・と、増
幅器３ａ，３ｂ，・・・とスイッチ４ａ，４ｂ，・・・
とから成る。これらの能動画素センサ１ａ，１ｂ，・・
・の各スイッチ４ａ，４ｂ，・・・の端子には、信号線
５が共通接続される。

【００３４】この信号線５は、電圧検出部６と、切換え
スイッチ７の一方の端子に接続される。切換えスイッチ
７の他方の端子には所定の電圧Ｖｒｅｆが印加される。
切換えスイッチ７の出力端子８には、通常は信号線５の
電圧が出力されている。

【００３５】能動画素センサ１ａ，１ｂ，・・・の各ス
イッチ４ａ，４ｂ，・・・は１個づつ順次巡回的に、閉
じられる。例えばスイッチ４ａが閉じられたとき、まず
前半では、増幅器３ａがリセットされ、リセット電圧が
共通接続されている信号線５に取り出される。この期間
を無信号期間という。

【００３６】次に、各フォトダイオード２ａに入射した
光に対応する電圧が、信号線５に現れる。この期間を信
号期間という。無信号期間において、能動画素センサ１
ａから信号線５に取り出された電圧に対する、信号期間
において能動画素センサ１ａから信号線５に取り出され
た電圧の変化により、そのイメージセンサにおける信号
成分が得られる。

【００３７】ところで、無信号期間ではリセットされた
ときの電圧であるから、どの能動画素センサでもほとん
ど同じ電圧が現れる筈である。しかしながら、大きな光
がフォトダイオードに入った能動画素センサでは、上述
のように信号線５に現れる電圧が急激に低下してしま
う。

【００３８】電圧検出部６は、無信号期間において、信
号線５に出力される電圧を入力とし、その電圧が通常の
リセット電圧とは異なり非常に小さい電圧にあるとき、
切換えスイッチ７を切換制御して出力端子８に電圧Ｖｒ
ｅｆを出力する。信号期間には出力端子８は再び信号線
５に接続される。

【００３９】この場合、無信号期間の電圧がＶｒｅｆと
なり、無信号期間と信号期間における電圧変化は大きく
なる。したがって、強い光が入射しても出力電圧が非常
に低くなり、その点の画像が黒く見えるようなことはな
い。

【００４０】しかも、強い光が入射した場合の電圧の置
換えは各能動画素センサから信号を読み出した後に行っ
ており、各能動画素センサ毎に付加回路を設けているわ
けではない。したがって、本発明による固体撮像装置で
は光感度を維持できる。（実施形態１）これから説明す
るこの発明の第一の実施形態は、通常の無信号電位を発
生する回路を有し、入射光が超大光量と判断されたとき
に、この回路からの出力により信号を置き換えるもので
ある。図２はこの発明の第１の実施の形態について説明
するためのブロック図、図３はその動作を説明するため
のタイミング図である。

【００４１】図２において、フォトダイオード１１、増
幅器１２及びスイッチ１４から成る能動画素センサＰＥ
は各画素に対応しており、スイッチ１４を介して出力さ
れた信号は信号線１３に流れる。図２では、２画素に対
応する能動画素センサＰＥ１，ＰＥ２だけを示したが他
の能動画素センサも同様に設けられている。各電気部品
は、上記番号にこれらの能動画素センサの番号を付加し
て書き表している。

【００４２】なお、増幅器１２は、図２３において増幅
用トランジスタＱ１のほかトランジスタＱ３〜Ｑ５を含
んだ回路に対応する。スイッチ１４は、図２３におい
て、ライン切換え信号の印加されるトランジスタＱ６に
対応する。

【００４３】図２に示した固体撮像装置は、上記した複
数の能動画素センサＰＥと、この能動画素センサＰＥの
スイッチに共通接続された信号線１３と、各回路にタイ
ミング信号を供給するタイミング信号発生器１５と、タ
イミング信号発生器１５から制御信号を受けて上記能動
画素センサＰＥの増幅器１２にリセットパルスＲＳ及び
読み出しパルスＴＧを印加し、また能動画素センサＰＥ
のスイッチ１４にライン切換え信号ＬＳを印加するドラ
イバー１６と、信号線１３に現れる信号を、タイミング
信号発生器１５出力のタイミングパルスＤＳＰにより、
標本化し保持するサンプルホールド回路１７と、この保
持された電圧が所定電圧範囲にあるか比較する比較器１
８と、タイミング信号発生器１５出力のタイミングパル
スＤＲＰを受け、超大光量入射時のときの無信号期間時
に信号置換パルスＲＰを発生するパルス合成器１９と、
信号線１３にある実際の信号電圧を出力するかそれとも
超大光量入射時に予め定めた電圧を出力するかを切り換
えるセレクタ２０と、超大光量入射時に置き換えられる
予め定めた電圧を発生する電圧発生器２１と、セレクタ
２０にて選択された電圧を、タイミング信号発生器１５
からのクランプパルスＣＰのタイミングでクランプする
クランプ回路２２と、このクランプ回路２２の出力を、
タイミング信号発生器１５からのサンプルパルスＳＰの
タイミングで、標本化し保持するサンプルホールド回路
２３とから成る。

【００４４】各能動画素センサＰＥの各フォトダイオー
ド１１１，１１２，・・・で検出された光は、それぞれ
に対応する増幅器１２１，１２２，・・・で増幅され
る。各撮像素子ＰＥの各スイッチ１４１，１４２，・・
・は、タイミング信号発生器１５の出力により駆動され
るドライバー１６で生成されるライン切換え信号ＬＳ
１，ＬＳ２，・・・に基づいて、オンオフ制御される。
これらのスイッチが閉じられると、その能動画素センサ
ＰＥのフォトダイオードで検出され増幅器で増幅された
信号電圧ＳＩＧが信号線１３に出力される。

【００４５】図２における能動画素センサＰＥ１のスイ
ッチ１４１は、図３のライン切換え信号ＬＳ１により時
点(ｔ１０)から時点(ｔ１１)まで閉じられる。したがっ
て、この間には能動画素センサＰＥ１の増幅器１２１の
出力がＳＩＧとして信号線１３に現れる。能動画素セン
サＰＥ２のスイッチ１４２は、図３のライン切換え信号
ＬＳ２により時点（ｔ１２)から時点(ｔ１９)まで閉じ
られる。この間には、能動画素センサＰＥ２の増幅器１
２２の出力のみが信号ＳＩＧとして信号線１３に現れ、
他の能動画素センサのスイッチはオフ状態にあって信号
線１３の出力には影響を与えない。

【００４６】そこで、この（ｔ１２）〜（ｔ１９）の時
間では、能動画素センサＰＥ２の動作のみを説明する。
時点(ｔ１２)から時点(ｔ１７)までは無信号期間であ
り、時点(ｔ１７)から時点(ｔ１９)までは信号期間であ
る。ドライバ１６から出力されるリセットパルスＲＳは
時点(ｔ１３)にて増幅器１２２に印加されてこの増幅器
がリセットされ、無信号時におけるリセット電圧が信号
ＳＩＧとして信号線１３に現れる。

【００４７】信号線１３に現れた信号ＳＩＧは、サンプ
ルホールド回路１７において時点(ｔ１４)で、図３に示
された、標本化をするためのタイミングパルスＤＳＰに
基づき、標本化され保持される。信号ＳＩＧの標本化さ
れた電圧をＶｓ２とすると、この電圧Ｖｓ２がリセット
時即ち無信号期間における電圧を意味する。この標本化
され保持された電圧Ｖｓ２は、比較器１８において、所
定の電圧範囲内にあるかどうか調べられる。

【００４８】この所定電圧の範囲は、超大光量が入射さ
れたと判断される電圧であり、通常のリセット時にはあ
りえないような低い電圧として設定される。

【００４９】標本化された電圧Ｖｓ２の無信号期間にお
ける電圧がこの所定範囲にあれば、そのとき選択されて
いる能動画素センサＰＥ２のフォトダイオード１１２に
超大光量が入射したと判定する。パルス合成器１９は、
比較器１８の比較判定結果を受けて、信号置換パルスＲ
Ｐをセレクタ２０に供給する。すなわち、比較器１８に
おいて標本化された電圧Ｖｓ２（リセット電圧）が所定
範囲にあり、超大光量が入ったと判定されると、パルス
合成器１９は時点ｔ１５においてタイミング信号発生器
１５の無信号期間にレベルを置換するためのタイミング
パルスＤＲＰを受け、超大光量時の無信号期間に信号置
換パルスＲＰを発生させ、セレクタ２０に供給する。セ
レクタ２０では、超大光量が入った画素の無信号期間で
は、電圧発生器２１の電圧Ｖｒを出力する補正信号ＣＳ
を出力する。

【００５０】この補正信号ＣＳがセレクタ２０から出力
されている期間の時点(ｔ１５)にて、クランプ回路２２
ではクランプパルスＣＰにより、上記電圧Ｖｒがクラン
プされる。したがって、超大光量が入射した画素では、
所定電圧Ｖｒが無信号時の実際の標本化された電圧Ｖｓ
２に代えて用いられることになる。

【００５１】信号期間では、時点(ｔ１７)において読み
出しパルスＴＧ２が増幅器１２２に印加され、フォトダ
イオード１１２にて受けた光量に対応した信号がこの増
幅器１２２を介して信号線１３に読み出される。この信
号レベルの電圧がセレクタ２０を通ってクランプ回路２
２においてクランプパルスＣＰによりクランプされる。
クランプされた電圧はサンプルホールド回路２３におい
て時点(ｔ１８)で、サンプルパルスＳＰにより標本化さ
れ、保持される。したがって、クランプ回路２２とサン
プルホールド回路２３は、通常の光量時の画素では、本
来の信号線１３の無信号期間と信号期間の電圧差で信号
電圧を検出するので低雑音性を維持できる。超大光量が
入射した画素では、電圧ＶｒをクランプパルスＣＰでク
ランプし、信号期間には信号線１３の電圧ＳＩＧに切り
換え、飽和信号電圧相当の信号出力が得られる。

【００５２】また、この信号補正ブロックは１信号線当
たり１回路で機能するため、フォトダイオードの面積の
低下を伴わないので、固体撮像素子の基本特性の劣化が
なく、チップ面積もごく僅かな増加で済む。 （実施形態２）上記実施形態では、超大光量が入射した
とき置き換える電圧を予め決定し、その電圧を発生する
回路を別に設けていた。しかし、通常光量の場合のリセ
ット電圧を保持しておき、超大光量の場合にこの電圧を
置換するようにすることもできる。このような本発明の
実施形態を次に説明する。

【００５３】図４はこの実施形態の固体撮像装置４０に
ついて説明するためのブロック図であり、図５はその動
作を説明するためのタイミング図である。上記実施形態
におけるものと同一の構成部分には、同一の符号を付し
た。図５も上記実施例の場合の各部の波形を示した図３
とほとんど同じである。

【００５４】図４に示した実施例で特徴的な回路はサン
プルホールド回路３１である。このサンプルホールド回
路３１は、図５の置換用サンプリングパルスＲＳＰのタ
イミングで、通常の光量が入っているときの無信号期間
において信号線１３に現れる電圧Ｖｓ０をサンプルホー
ルドする。例えば、図４の能動画素センサＰＥ１がライ
ン切換え信号ＬＳ１により選択されたときでしかも前半
の無信号期間に着目する。

【００５５】このとき、タイミングパルスＤＳＰをサン
プルホールド回路１７に印加したとき、信号線１３に現
れた電圧が標本化され保持されるが、このときの電圧を
Ｖｓ１とする。このときの電圧Ｖｓ１は、通常、能動画
素センサの増幅器がリセットされたときの無信号期間に
おける電圧である。比較器１８はこの電圧Ｖｓ１を所定
電圧範囲内にないと判断する。

【００５６】次に、ライン切換え信号ＬＳ２により能動
画素センサＰＥ２が選択される。時点(ｔ１２)におい
て、ライン切換え信号ＬＳ２が各スイッチに印加されス
イッチ１４２が閉じる。時点(ｔ１３)においてリセット
パルスＲＳが増幅器１２２に印加されて、リセットされ
る。このとき信号線１３に現れるリセット電圧は、サン
プルホールド回路３１に置換用サンプリングパルスＲＳ
Ｐが印加されることにより、保持される。

【００５７】図５に示される波形ＳＩＧ及び置換用サン
プリングパルスＲＳＰを見れば、今の場合のリセット電
圧はＶｓ０であることがわかる。

【００５８】時点(ｔ１４)においてタイミングパルスＤ
ＳＰがサンプルホールド回路１７に印加されて、信号線
１３の信号が取り出されるが、このときの電圧はＶｓ０
から急激に下がったＶｓ２となる。この電圧Ｖｓ２は比
較器１８において所定範囲に入る低い電圧であることが
認識され、時点(ｔ１５)において信号置換パルスＲＰが
パルス合成器１９からセレクタ２０に印加される。セレ
クタ２０はサンプルホールド回路３１の出力を選択し、
サンプルホールド回路３１の出力電圧Ｖｓ０が信号ＣＳ
としてクランプ回路２２に送られる。

【００５９】結局、図５の波形ＣＳに示したように、ク
ランプ回路の出力信号ＣＳは、通常は信号線１３の電圧
が出力され、サンプルホールド回路１７の出力電圧Ｖｓ
が極端に小さくなったときのみ、タイミングパルスＤＲ
Ｐの範囲で電圧Ｖｓ０に置き換えられて出力される。信
号ＣＳは、クランプ回路２２にてクランプパルスＣＰで
クランプされ、サンプルホールド回路２３においてサン
プルパルスＳＰで標本化され保持されて、出力端子ＯＵ
Ｔに出力される。この場合、電圧Ｖｓ０と信号時の電圧
の差が真の信号として取り出されるので、十分大きな信
号となる。

【００６０】この実施形態は、増幅器１２１，１２２，
・・・からの初期化電圧出力期間の信号線１３の信号電
圧を、サンプルホールド回路３１に供給し、これをタイ
ミング信号発生器１５からの置換用サンプリングパルス
ＲＳＰに基づいてサンプリングし、その出カ電圧Ｖｓ０
を図２の実施形態における無信号電圧Ｖｒに相当する電
圧としたものである。

【００６１】なお、この発明の実施形態においてサンプ
ルホールド回路３１を設ける代りに、画素内にフォトダ
イオードを持たない増幅器を、能動画素センサを形成す
る過程で同時に形成し、この増幅器の出力電圧を超大光
量入射時の無信号電圧Ｖｒとして用いることもできる。 （実施形態３）上記実施形態では、超大光量が入射した
場合には、セレクタを用いて無信号時の実際のリセット
電圧を所定の電圧に置き換えていた。しかし、セレクタ
を用いることなくパルス振幅変調回路と最大値回路によ
り、超大光量入射時の問題を解決することもできる。

【００６２】図６はこのような実施形態に関する本発明
のブロック図であり、図７はその動作を説明するための
タイミング図である。図４に示したのと同じ回路部品な
どは、図６のブロック図でも、同じ番号、符号で示して
ある。

【００６３】この実施形態の固体撮像装置６０の特徴
は、超大光量時の無信号期間にパルス合成器１９から出
カされる信号置換パルスＲＰを、パルス振幅変調回路５
１が変調し、その出力ＤＲＫと信号線１３の電圧ＳＩＧ
とを最大値回路５２において最大値を取ってクランプ回
路２２に供給する点にある。

【００６４】パルス振幅変調回路５１は、図７に示す信
号置換パルスＤＲＫを発生する。この信号置換パルスＤ
ＲＫは、超大光量の画素の無信号期間でのみ、通常の光
量が入ったときの無信号期間電圧の値を有する信号であ
る。最大値回路５２には、パルス振幅変調回路５１出力
の信号置換パルスＤＲＫと信号線１３に現れる信号ＳＩ
Ｇが入力される。

【００６５】最大値回路５２は、これらの２入力のうち
の高い方の電圧を出力するので、図７に示すように時点
（ｔ１５）から時点（ｔ１７）の間のみパルス振幅変調
回路５１の出力Ｖａにより置き換えられた信号ＣＳを出
力する。

【００６６】したがって、超大光量の画素においての
み、無信号期間電圧を所定電圧に置き換えることができ
て、通常画素では低雑音性を維持でき、超大光量の画素
では飽和信号電圧相当の信号出力が得られる。 （実施形態４）上記第３の実施形態では、能動画素セン
サの外部に、パルス振幅変調回路と最大値回路を設けて
いた。しかし、ワイヤードＯＲ結線によりこれらの回路
を省くこともできる。

【００６７】このような実施形態を図８及び図９を用い
て説明する。図８はこの実施形態の固体撮像装置の全体
構成を示すブロック図であり、図９はこの固体撮像装置
の各部の波形図である。この固体撮像装置８０は、複数
の能動画素センサＣＩＳ１，ＣＩＳ２，・・・を有す
る。

【００６８】これらの能動画素センサは、各々、フォト
ダイオードＰＨと、信号を増幅する増幅トランジスタＱ
８１と、増幅トランジスタＱ８１のリセットを行うリセ
ットトランジスタＱ８２と、信号の読み出しを行う読み
出しトランジスタＱ８３と、増幅トランジスタＱ８１の
出力をオンオフするスイッチトランジスタＱ８４とから
成る。

【００６９】各能動画素センサの各構成部品の符号を指
すときは、各部品の符号の後にその能動画素センサの番
号を付加する。例えば、能動画素センサＣＩＳ１のスイ
ッチトランジスタの符号は、Ｑ８４１である。

【００７０】この実施形態では、これらの能動画素セン
サの他に、能動画素センサとほぼ同じ構成を有するリセ
ット基準電圧回路ＣＩＳＶを設けている。このリセット
基準電圧回路ＣＩＳＶは、フォトダイオードがトランジ
スタＱ８０及び電圧源Ｖ８０の直列接続体に置き換えら
れる他は、能動画素センサと同じ構成である。トランジ
スタＱ８０のゲートは信号線８３に接続されている。能
動画素センサにおけるトランジスタＱ８１〜Ｑ８４に対
応する、リセット基準電圧回路ＣＩＳＶの各トランジス
タを、Ｑ８１０〜Ｑ８４０とする。

【００７１】信号線８３には、能動画素センサの各スイ
ッチトランジスタ及びリセット基準電圧回路ＣＩＳＶの
リセットトランジスタＱ８４０が接続されており、信号
線８３とアースの間には電流源Ｉ８０が接続されてい
る。

【００７２】固体撮像回路８０は、上述のリセット基準
電圧回路ＣＩＳＶと、能動画素センサＣＩＳ１，ＣＩＳ
２，・・・、信号線８３と、電流源Ｉ８０と、タイミン
グパルスＤＲＰ，ＤＳＰを出力するタイミング信号発生
回路８１と、このタイミング信号発生回路８１により制
御されリセットパルスＲＳ，読み出しパルスＴＧｎ、ラ
イン切換え信号ＬＳｎを発生するドライバ８２と、クラ
ンプ回路８５と、サンプルホールド回路８７とから成
る。

【００７３】図９に示すライン切換え信号ＬＳ１，ＬＳ
２は、能動画素センサＣＩＳ１，ＣＩＳ２のスイッチト
ランジスタＱ８４１，Ｑ８４２に印加され、これらのス
イッチが順次閉じられる。リセットパルスＲＳは、リセ
ット基準電圧回路ＣＩＳＶ及び各能動画素センサのリセ
ットトランジスタＱ８２０，Ｑ８２１，Ｑ８２２，・・
に同時に印加される。したがって、これらの回路がすべ
てリセットされる。

【００７４】読み出しパルスＴＧ１，ＴＧ２，・・・
は、各能動画素センサの読み出しトランジスタＱ８３
１，Ｑ８３２，・・・に順次加えられる。リセット基準
電圧回路ＣＩＳＶの読み出しトランジスタＱ８３０に
は、サンプリングの為のタイミングパルスＤＳＰが印加
され、スイッチトランジスタＱ８４０にはタイミングパ
ルスＤＲＰが印加される。

【００７５】時点（ｔ１０）から時点（ｔ１１）の間で
は、ライン切換え信号ＬＳ１によりスイッチトランジス
タＱ８４１が導通する。この間に、リセットトランジス
タＱ８２１が導通してリセットされ、読み出しトランジ
スタＱ８３１が導通して無信号時の電圧が増幅トランジ
スタＱ８１１にてバッファされ、バッファされた電圧が
信号線８３に読み出される。

【００７６】ここで、リセット基準電圧回路ＣＩＳＶの
動作を説明する。信号線８３に、例えば能動画素センサ
ＣＩＳ１出力の高い電圧が出ているとする。このときト
ランジスタＱ８０のベースの電位が高くなり、このトラ
ンジスタが導通する。この状態でトランジスタＱ８３０
に正のタイミングパルスＤＳＰが入るとこのトランジス
タも導通し、トランジスタＱ８２０のベースは低電位と
なる。次に、スイッチトランジスタＱ８４０にタイミン
グパルスＤＲＰが入ったとき能動画素センサＣＩＳ１の
出力電位が信号線８３に現れ、クランプ回路にてクラン
プされる。

【００７７】一方、信号線８３の電位が低いとすると、
トランジスタＱ８０のゲート電位が低くなり、このトラ
ンジスタがオフとなる。この状態で、トランジスタＱ８
３０にタイミングパルスＤＳＰが入っても増幅用トラン
ジスタＱ８１０のゲート電位は高いままであり、トラン
ジスタＱ８４０にタイミングパルスＤＲＰが印加された
ときこの高い電位が信号線８３に現れる。結局、タイミ
ングパルスＤＲＰが印加されたとき、選択された能動画
素センサの出力電位と、リセット基準電圧回路ＣＩＳＶ
出力の電位が比較され、信号線８３は高い方の電位にな
る。

【００７８】次に、時点（ｔ１２）から時点（ｔ１９）
までの、能動画素センサＣＩＳ２が選択された場合を例
にとる。この状態で、時点(ｔ１３)のリセットパルスＲ
Ｓによって、能動画素センサＣＩＳ２及びリセット基準
電圧回路ＣＩＳＶがリセットされる。能動画素センサＣ
ＩＳ２に超大光量が入ったときには、信号線８３に現れ
る電位は急速に低下する。したがってトランジスタＱ８
０のゲート電位が低くなり、このトランジスタは遮断と
なる。したがって、トランジスタＱ８１０が導通とな
り、タイミングパルスＤＲＰがトランジスタＱ８４０に
印加されている時点(ｔ１５）〜（ｔ１７)において高い
電圧が信号線８３に現れる。これが信号ＣＳである。

【００７９】図９に示すように、タイミングパルスＤＲ
Ｐが加わった期間だけ、リセット基準電圧回路ＣＩＳＶ
のリセット電圧即ち、通常の能動画素センサの無信号時
の電圧により置き換えられることになる。この信号ＣＳ
は、クランプ回路８５においてクランプパルスによりク
ランプされ、サンプルホールド回路８７でサンプリング
パルスＳＰによって標本化される。

【００８０】この実施形態において、増幅トランジスタ
としてＮ型ＭＯＳトランジスタを使用したソースフォロ
ワの場合には、その出力により高い電圧が与えられると
自動的に信号電流供給を停止する。したがって、この実
施形態はオープンソース構造にしたワイアードＯＲ結線
により、振幅変調回路及び最大値回路の機能を実現させ
たとみることもできる。 （実施形態５）上述の実施形態では、超大光量の入力に
よって無信号時の出力が非常に小さくなったとき、所定
の電圧により置換していた。しかし、このような場合、
出力電圧が小さくなる前にその電圧をクリップしてその
電圧を無信号時の電圧として用いることもできる。図１
０は、この実施形態の固体撮像装置のブロックダイアグ
ラムであり、図１１は、その動作を説明するタイミング
チャートである。

【００８１】この固体撮像装置１００において、能動画
素センサＤＥ１，ＤＥ２，・・・は、フォトダイオード
ＰＤ１，ＰＤ２，・・・と、これに接続されるリセット
トランジスタＱＲ１，ＱＲ２，・・・と、増幅トランジ
スタＱＭ１，ＱＭ２，・・・と、スイッチトランジスタ
ＱＳ１，ＱＳ２，・・・とから成っている。

【００８２】増幅トランジスタＱＭ１，ＱＭ２，・・・
のドレインは電源１０１０に接続されている。スイッチ
トランジスタＱＳ１，ＱＳ２，・・・の一端は信号線１
０１２に共通接続されており、この信号線１０１２には
電流源１０１５が接続されている。更に、固定パターン
雑音を減少するために、カップリングコンデンサ１０１
６と、スイッチ１０１７とによるクランプ回路１０１９
が電流源１０１５に接続されこの出力に増幅器１０１８
が接続される。

【００８３】更に、この実施形態の特徴であるクリップ
回路１０２０が設けられている。クリップ回路１０２０
は、電源１０１０に接続される抵抗１０３１と、これに
接続され一端が設置される電流源１０３２と、ゲートが
これに接続されるクリップトランジスタ１０３３と、こ
のクリップトランジスタの電流路に直列に接続されるク
リップ制御トランジスタ１０３４から成っている。

【００８４】このような構造の固体撮像装置では、以下
に述べるように入射光量に応じた積算電圧とリセット時
の黒基準電圧との比較処理により、光量に応じた差分信
号を得ることができる。入射光量が所定量を越える場合
でもクリップ回路により一定のリセット電位が保証され
る。初めに入射光量に応じた積算電圧が求められる。

【００８５】つまり、ライン切換え信号ＳＥＬ１に正電
圧が印加されると、増幅トランジスタＱＭ１のソースが
スイッチトランジスタＱＳ１を介して信号線１０１２に
接続される。この時には、クリップ制御信号ＳＥＬＤが
低電位のため、クリップ制御トランジスタ１０３４がカ
ットオフしている。したって、入射光量に応じたフォト
ダイオードＰＤ１の信号が信号線１０１２に出力され
る。この信号電圧を、コンデンサ１０１６とスイッチ１
０１７のクランプ回路１０１９でクランプすることによ
り、入射光量に応じた積算電圧が保持される。

【００８６】次に、黒基準信号を求めるべくフォトダイ
オードＰＤ１を所定電位にリセットするために、リセッ
トパルスＲＳ１が与えられ、リセットトランジスタＱＲ
１をオンする。無信号期間では、クリップ制御信号ＳＥ
ＬＤが高電位になったとき、クリップ制御トランジスタ
１０３４がオンする。フォトダイオードＰＤ１に入射す
る信号量が飽和光量以下なら、黒基準信号期間のフォト
ダイオードＰＤ１の電位変化は僅かである。増幅トラン
ジスタＱＭ１のゲート電位はクリップトランジスタ１０
３３のゲート電圧より高いため、信号線１０１２には増
幅トランジスタＱＭ１の黒基準電圧が出力され、その結
果、Ｓ／Ｎ比の良好な出力信号が得られる。

【００８７】次に、ライン切換え信号ＳＥＬ２に高電圧
が印加されると、増幅トランジスタＱＭ２のソースが信
号線１０１２に接続される。このときクリップ制御信号
ＳＥＬＤが低電位のため、クリップ制御トランジスタ１
０３４がカットオフしている。したがって、過大光量が
入射しているフォトダイオードＰＤ２の信号が信号線１
０１２に出力される。この電圧をクランプ回路１０１９
でクランプすることにより飽和信号電圧が保持される。

【００８８】次に、リセットパルスＲＳ２がリセットト
ランジスタＱＲ２に印加されることにより、フォトダイ
オードＰＤ２が所定電圧にリセットされる。光量が過大
である場合には、リセットトランジスタＱＲ２がオフす
ると、信号線１０１２の電圧が急激に低下していく。

【００８９】無信号期間では、クリップ制御信号ＳＥＬ
Ｄに高電位が与えられ、クリップ制御トランジスタ１０
３４がオンしているため、増幅トランジスタＱＭ２のゲ
ート電位がクリップトランジスタ１０３３のゲート電圧
より低くなった場合には、クリップトランジスタ１０３
３から信号線１０１２に電流が流れ、黒基準電圧が所定
レベルにクリップされる。

【００９０】したがって、光電変換特性としては、図１
１の電圧Ｖｓｉｇにおける信号電圧Ｖｂに示すように、
飽和光量以上での信号の低下に歯止めがかかるため、波
線のような従来の出力低下を避けることができる。これ
により、入射光量が飽和量を越えるとイメージセンサの
出力が低下していくという異常な現象を解決することが
可能となる。 （実施形態６）図１２は、本発明の他の実施形態の固体
撮像装置のブロックダイアグラムである。

【００９１】この実施形態に係る固体撮像装置は、黒基
準電圧の光感度を低下させるために、更に読み取り用の
トランジスタＱＤ１，ＱＤ２，・・・をフォトダイオー
ドＰＤ１，ＰＤ２，・・・と増幅用トランジスタＱＭ
１，ＱＭ２，・・・のゲートの間に設けたものである。
また、スイッチトランジスタＱＷ１，ＱＷ２，・・・
が、増幅トランジスタＱＭ１，ＱＭ２，・・・のドレイ
ンと電源１２１０の間に接続されている。

【００９２】これにより、無信号時の基準電圧は、光が
入射されるフォトダイオードを用いずに作ることができ
る。

【００９３】図１３において光１３０１で示すように、
読み取り用のトランジスタ部に斜め入射光があり、ある
いは矢印１３０２で示すように基板内で発生した電荷が
拡散されて検出ノードに流入する。

【００９４】クリップ回路は、例えば、電源１２１０に
接続され感光画素の初期化電圧より若干低い電圧を発生
させるための抵抗１２３１と、これに接続され一端が設
置される電流源１２３２と、黒基準信号のクリップ用ト
ランジスタ１２３３と、タイミング信号ＲＳＤによりス
イッチング動作するトランジスタ１２３５と、タイミン
グ信号ＴＧＤによりスイッチング動作するトランジスタ
１２３６とから構成される。クリップトランジスタ１２
３３のゲートは、リセットトランジスタＱＲと同時にオ
ンするトランジスタ１２３５により、低い電位にバイア
スされる。したがって、黒基準電圧期間の検出ノードの
光感度により、信号線電位は、所定レベル以下にクリッ
プされる。

【００９５】読み出しトランジスタＱＤにパルスが印加
されるのと同時に、トランジスタ１２３６が導通する。
これにより、クリップトランジスタ１２３３のゲートが
グランド電位となり、信号線電圧によらずにトランジス
タ１２３３がカットオフし、信号期間の信号電圧にはク
リップがかからない。このため、第５の実施形態と同様
に黒基準信号が一定値に抑えられるので、飽和光量以上
で出力電位が降下していくことを回避することができ
る。 （実施形態７）次に他の実施形態に係る固体撮像装置に
ついて図面を用いて説明する。図１５は、更に他の実施
形態に係る固体撮像装置のブロックダイアグラムであ
る。この実施形態では、画素素子が、１個の光電変換機
能のあるエンハンスメント型のｎチャンネルＭＯＳトラ
ンジスタにより構成されている。

【００９６】つまり、図１５においてこの固体撮像装置
は、電源１５４２に接続される感光トランジスタＰＤＴ
１，ＰＤＴ２，・・・と、これらの電流路に接続される
スイッチング素子１５４４と、電流制限回路１５４５
と、これに接続されるコンデンサ１５４６と、スイッチ
ング素子１５４９と、これらに並行して設けられ、感光
トランジスタＰＤＴ１，ＰＤＴ２，・・・の電流路に接
続されるスイッチング素子１５４７と、これに接続され
るコンデンサ１５４８と、スイッチング素子１５５０
と、コンデンサ１５４６，１５４８の電圧をそれぞれ受
けこの２つの電圧の差分を出力する差動アンプ１５５１
とから成る。

【００９７】このような構成において、感光トランジス
タＰＤＴに光が当たると、電子正孔対が生成され、素子
にかかっているバイアス電圧により電子が基板側に、正
孔がゲート電極の下に移動する。このゲート電極下に移
動した正孔が、ＭＯＳトランジスタのチャンネル電荷を
増加し、信号電流として取り出される。画素の選択は、
ＳＥＬ端子に他のトランジスタより高い電圧を与えるこ
とにより行われる。ゲートに更に高い電位を与えること
により、ゲート下に蓄えられた正孔を基板に掃き出し、
リセット動作が行えるので、図１６に示したタイミング
チャートによって駆動することができる。この素子も、
感光素子から直接黒基準レベルを出力するため、黒基準
レベルが小さな光感度を有している。

【００９８】図１７のグラフの波線Ｉｉｎｔｄに示すよ
うに、黒基準レベルは、信号出力期間よりも光感度が低
いため、信号電流が飽和する光量以上でも単調増加す
る。信号電流Ｉｉｎｔｓは、スイッチ１５４７を閉じ、
コンデンサ１５４８で積分されて信号電圧に変換され
る。黒基準電流は、スイッチ１５４４で選択されて電流
制限回路１５４５で電流制限が施されて黒電流Ｉｉｎｔ
ｄとなり、コンデンサ１５４６に積算され、黒基準レベ
ルが得られる。この差分が差動アンプ１５５１で得られ
て信号出力となる。

【００９９】電流制限回路１５４５は、図１８に示すよ
うに、定電流ダイオード接続のＪＦＥＴ１８６１と分流
トランジスタ１８６２とにより構成することができる。
これによって、黒基準信号電流に電流制限回路１５４５
により電流制限がかかるので、飽和光量以上でのレベル
低下を阻止することができる。 （実施形態８）更に、本発明の他の実施形態について、
図面を用いて説明する。図１９は、この実施形態に係る
固体撮像装置の回路図であり、図２０は、この固体撮像
装置の動作を説明する為のタイミングチャートである。

【０１００】この実施形態の基本的な構成は第７の実施
形態と同様であるが、電流制限回路１５４５の代わり
に、黒基準信号の積算用コンデンサ１５４６に並列に、
クリップトランジスタ１９７５と電源１９７６とが設け
られている。したがって、クリップレベルは、電源１９
７６により設定される。これにより、黒基準信号が所定
レベル以下になるようにクリップが施されるので、図２
０に示すような動作タイミングで飽和光量以上での出力
信号の単調減少を防止することができる。高輝度被写体
を撮像した際に映像が暗くなるという現象を防止するこ
とができる。図１９において図１５におけると同じ番号
は同じ電気部品を意味する。

【０１０１】なお、これまでの説明では信号電荷が電子
の場合について説明したが、信号電荷が正孔の場合には
パルス変調極性を反転し最大値回路を最小値回路に置き
換えることで同様の効果を得ることができる。

【０１０２】本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサを用い
たものだけでなく、一般的にはＭＯＳ型イメージセンサ
を用いた固体撮像装置に適用できる。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の固体撮
像装置によれば、無信号期間のリセット電圧を検出して
超大光量時かどうかを判定し、超大光量時のみ無信号電
圧の置き換え、あるいは、電圧が低下するまえの電圧を
クリップして、リセット電圧として用いる。したがっ
て、超大光量時に発生していた画像の黒化現象を防止す
ることが可能となる。

【０１０４】また、この発明では、超大光量を受光した
ときに生じる信号の補正を各画素共通の回路を用いて行
うため、フォトトランジスタの面積を犠牲にすることは
なく、光感度が低下することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するためのブロック図。

【図２】この発明の第１の実施形態について説明するた
めのブロック図。

【図３】図２の実施形態の動作について説明するための
タイミング図。

【図４】この発明の第２の実施形態について説明するた
めのブロック図。

【図５】図４の実施形態の動作について説明するための
タイミング図。

【図６】この発明の第３の実施形態について説明するた
めのブロック図。

【図７】図６の実施形態の動作について説明するための
タイミング図。

【図８】この発明の第４の実施形態について説明するた
めのブロック図。

【図９】図８の実施形態の動作について説明するための
タイミング図。

【図１０】この発明の第５の実施形態について説明する
ためのブロック図。

【図１１】図１０の実施形態の動作について説明するた
めのタイミング図。

【図１２】この発明の第６の実施形態について説明する
ためのブロック図。

【図１３】従来の改良型の黒レベルの光感度を説明する
ための図。

【図１４】図１２の実施形態の動作について説明するた
めのタイミング図。

【図１５】この発明の第７の実施形態について説明する
ためのブロック図。

【図１６】図１５の実施形態の動作について説明するた
めのタイミング図。

【図１７】図１５の実施形態の固体撮像装置の光電変換
特性を示す図。

【図１８】図１５における電流制限回路１５４５の回路
構成例を示す図。

【図１９】この発明の第８の実施形態について説明する
ためのブロック図。

【図２０】図１９の実施形態の動作について説明するた
めのタイミング図。

【図２１】従来の超大光量のときの問題点を説明するた
めの入出力特性図。

【図２２】従来の能動画素センサの画素の断面構造及び
後続する回路の図。

【図２３】図２２の能動画素センサの構造の等価回路
図。

【図２４】従来の固体撮像装置の問題点を説明するため
のタイミング図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，・，ＰＥ１，ＰＥ２，・，ＣＩＳ１，ＣＩ
Ｓ２，・，ＤＥ１，ＤＥ２，・，・・・能動画素セン
サ、２ａ，２ｂ，・，１１１，１１２，・，ＰＤ１，Ｐ
Ｄ２，・，ＰＨ１，ＰＨ２，・，・・・フォトダイオー
ド、３ａ，３ｂ，・，１２１，１２２，・，・・・増幅
器、４ａ，４ｂ，・・・スイッチ、５，１３，８３・・
・信号線、６・・・電圧検出部、７・・・切換えスイッ
チ、１５，８１・・・タイミング信号発生器、１６，８
２・・・ドライバー、１７，２３，３１，８７・・・サ
ンプルホールド回路、１８・・・比較器、１９・・・パ
ルス合成器、２０・・・セレクタ、２１・・・電圧発生
器、２２，８５・・・クランプ回路、５１・・・パルス
振幅変調回路、５２・・・最大値回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/335 H01L 27/146

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を電気信号に変換するフォトゲー
   ト型ＣＭＯＳ構造の光検出器及びこの光検出器により変
   換された電気信号を読み出す増幅器を画素毎に有し、共
   通の信号線に信号電圧を出力する複数の能動画素センサ
   を搭載し前記増幅器により増幅した信号に対して相関二
   重サンプリングを行う固体撮像装置において、 前記能動画素センサがリセットされた後に前記信号線に
   出力されるリセット電圧が無信号期間における電圧より
   も低い電圧の範囲内にあるかどうかを検出する電圧検出
   手段と、この電圧検出手段により前記リセット電圧が無
   信号期間における電圧よりも低い電圧の範囲内にあるこ
   とが検出されたとき、このリセット電圧を無信号期間に
   おける電圧に置き換える電圧置換手段とを備えて成るこ
   とを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記電圧置換手段は、無信号期間におけ
   る電圧よりも低い電圧を出力する電圧発生器を有し、前
   記電圧検出手段により、前記リセット電圧が無信号期間
   における電圧よりも低い電圧の範囲内にあることが検出
   されたとき、前記信号電圧を前記電圧発生器の出力電圧
   に置換することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像
   装置。
3. 【請求項３】 前記電圧置換手段は、前記能動画素セン
   サのリセット直後のリセット電圧を標本化し保持するサ
   ンプルホールド回路を有し、前記電圧検出手段により、
   前記リセット電圧が無信号期間における電圧よりも低い
   電圧の範囲内に低下したことが検出されたとき、前記信
   号電圧を前記サンプルホールド回路の保持していたリセ
   ット直後のリセット電圧に置換することを特徴とする請
   求項１に記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記能動画素センサは、光を受け電気信
   号に変換するフォトダイオードと、このフォトダイオー
   ドの出力信号を増幅する増幅用トランジスタと、この増
   幅用トランジスタの出力を前記信号線に出すことをオン
   オフ制御するスイッチトランジスタと、リセットの為の
   トランジスタと、信号読み出しの為のトランジスタとか
   ら成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つ
   に記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記電圧検出手段はリセット電圧が所定
   電圧以下であるかを検出することを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。