JP3624585B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法に関し、特に画素そのものが増幅機能を持ち、かつ画素の信号を電圧で出力する増幅型固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
増幅型固体撮像装置としては、ＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＢＡＳＩＳ（Ｂａｓｅ Ｓｔｏｒｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｅｒ）、ＢＣＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ） などが知られている。この増幅型固体撮像装置では、画素そのものに増幅機能を持たせるために、ＭＯＳ構造等の能動素子を用いて画素を構成していることから、能動素子の特性（しきい値電圧Ｖｔｈ等）のバラツキがそのまま画像信号に乗ってきてしまう。この特性のバラツキは、画素それぞれに固定の値を持つため、画面上に固定パターンノイズ（ＦＰＮ；Ｆｉｘｅｄ Ｐａｔｅｒｎ Ｎｏｉｓｅ）として現れる。
【０００３】
この画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズを除去すべくなされた増幅型固体撮像装置の従来例を図７に示す。同図において、画素１０１が行列状に多数配列されており、各画素１０１の制御入力端が行単位で垂直選択線１０２の各々に接続され、各出力端が列単位で垂直信号線１０３の各々に接続されている。垂直選択線１０２の各一端は、垂直走査回路１０４の各行の出力端に接続されている。垂直走査回路１０４は、シフトレジスタなどによって構成され、垂直走査パルスφＶ（…，φＶｍ，φＶｍ＋１，…）を順に出力する。
【０００４】
垂直信号線１０３の各々には、ＮｃｈＭＯＳトランジスタからなる２つのサンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎの各ドレインが接続されている。サンプリングスイッチ１０５ｓのゲートには、画素１０１から出力される画素リセット前の明時の信号電圧をサンプリングするための動作パルスφＯＰＳが印加される。また、サンプリングスイッチ１０５ｎのゲートには、画素１０１から出力される画素リセット後の暗時の信号電圧をサンプリングするための動作パルスφＯＰＮが印加される。
【０００５】
サンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎの各ソースは、２つのキャパシタ１０６ｓ，１０６ｎの各一端にそれぞれ接続されている。これらキャパシタ１０６ｓ，１０６ｎは、明時の信号電圧と暗時の信号電圧とをそれぞれホールドするために設けられたものであり、各他端が共に接地されている。サンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎの各ソースはさらに、ＮｃｈＭＯＳトランジスタからなる２つの水平選択スイッチ１０７ｓ，１０７ｎの各ドレインにそれぞれ接続されている。
【０００６】
水平選択スイッチ１０７ｓ，１０７ｎの各ソースは水平信号線１０８に接続され、各ゲートは水平走査回路１０９の各列の出力端に接続されている。水平走査回路１０９は、シフトレジスタなどによって構成され、各列ごとに水平選択スイッチ１０７ｓおよび水平選択スイッチ１０７ｎを順にオンさせるための水平走査パルスφＨ（…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）を出力する。水平信号線１０８は水平出力回路１１０の入力端に接続されている。水平出力回路１１０の出力端はＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路１１１の入力端に接続されている。
【０００７】
次に、上記構成の従来装置における固定パターンノイズの除去のための回路動作について説明する。
【０００８】
水平ブランキング期間において、垂直走査回路１０４による垂直走査によってある行が選択されると、その選択された行の画素１０１の画素リセット前の明時の信号電圧と画素リセット後の暗時の信号電圧とが順にサンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎによってサンプリングされ、かつキャパシタ１０６ｓ，１０６ｎにホールドされる。
【０００９】
次に、水平有効期間において、水平走査回路１０９による水平走査によってある列が選択され、その選択された列の水平選択スイッチ１０７ｓ，１０７ｎが順にオンすることにより、キャパシタ１０６ｓ，１０６ｎにホールドされた明時の信号電圧と暗時の信号電圧とが順次水平信号線１０８に読み出される。これにより、明時の信号電圧と暗時の信号電圧とが、時間軸上において列単位で相前後して水平信号線１０８によって伝送され、水平出力回路１１０を経てＣＤＳ回路１１１に供給される。
【００１０】
そして、このＣＤＳ回路１１１において、時間軸上で相前後する明時の信号電圧と暗時の信号電圧との相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられることによってノイズ成分が相殺される。その結果、画素１０１のしきい値電圧Ｖｔｈなどの特性バラツキに起因する固定パターンノイズの除去された信号が得られることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の増幅型固体撮像装置では、画素１０１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズについては除去できるものの、垂直信号線１０３と水平信号線１０８との間のサンプルホールド回路において明時と暗時の信号の流れが異なっていることから、このサンプルホールド回路で信号に乗ってくる成分があった場合には、ＣＤＳ回路１１１での相関二重サンプリング後もこの成分が残る。
【００１２】
このサンプルホールド回路から乗ってくる成分として存在するのは、サンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎの分配ノイズなどがある。この成分が回路特性のバラツキによって列間で異なる場合には、相関二重サンプリング後に残る成分も列間においてばらつくことになり、これが画面上に縦筋状の固定パターンノイズとして現れることになる。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズをも抑圧することが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体撮像装置は、行列状に配列された複数の画素と、これら画素の各出力端が列単位で接続された垂直信号線に一端が接続された第１のスイッチ手段と、この第１のスイッチ手段の他端に各一端が共通に接続された第１，第２の蓄積手段と、これら蓄積手段の各他端と基準電位点との間にそれぞれ接続された第２，第３のスイッチ手段と、第１の蓄積手段の他端と水平信号線との間に接続された水平選択スイッチを含む垂直出力回路とを各列ごとに備え、第１，第２の蓄積手段は、各々に蓄積された信号が差分され前記第１の蓄積手段の出力側に出力される構成となっている。
【００１５】
本発明による駆動方法は、上記構成の固体撮像装置を駆動するに当たり、水平ブランキング期間において、先ず、第２のスイッチ手段のオン状態で第１のスイッチ手段をオンさせて明時の信号をサンプリングし、続いて第１のスイッチ手段をオフさせて明時の信号を第１の蓄電手段にホールドし、次に第２のスイッチ手段をオフさせ、続いてオフ状態にある第３のスイッチ手段をオンさせ、次に第１のスイッチ手段を再びオンさせて暗時の信号をサンプリングし、第１のスイッチ手段を再びオフさせて暗時の信号を第２の蓄電手段にホールドし、次いで水平有効期間において、水平選択スイッチをオンさせて第１の蓄電手段の出力側の電圧を水平信号線に読み出し、続いて第２のスイッチ手段をオンさせて基準電位を水平信号線に読み出すようにする。
【００１６】
上記構成の固体撮像装置およびその駆動方法において、水平ブランキング期間に先ず、第２のスイッチ手段のオン状態で第１のスイッチ手段をオンさせて画素リセット後の明時の信号をサンプリングし、これを第１のスイッチ手段をオフさせることによって第１の蓄電手段にホールドする。このとき、第１のスイッチ手段のスイッチングに伴うノイズ成分が第１の蓄電手段に乗ってくる。次に、第２のスイッチ手段をオフさせる。このとき、第１の蓄電手段の入力側がフローティング状態にあるため、第１の蓄電手段に第２のスイッチ手段のスイッチングに伴うノイズ成分は乗ってこない。
【００１７】
その後、第３のスイッチ手段をオンさせ、続いて第１のスイッチ手段を再びオンさせて画素をリセットするなどして得られる暗時の信号をサンプリングし、これを第１のスイッチ手段をオフさせることによって第２の蓄電手段にホールドする。このとき、第１のスイッチ手段の出力側に第２の蓄電手段が接続されていることから、明時の信号をホールドした場合と同様に、第２の蓄電手段に第１のスイッチ手段のスイッチングに伴うノイズ成分が乗る。
【００１８】
その結果、第１の蓄電手段の出力側には、第１，第２の蓄電手段に乗った縦筋状の固定パターンノイズの一因となる回路の特性バラツキ、即ち第１のスイッチ手段のスイッチングに伴うノイズ成分がキャンセルされ、しかも明時の信号と暗時の信号との差分、即ち画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズが除去された信号成分に基準電位が加算されて出力される。
【００１９】
次いで、水平有効期間において、水平選択スイッチをオンさせて第１の蓄電手段の出力側の電圧、即ち信号成分（明時の信号と暗時の信号との差分）に基準電位が加算された信号を水平信号線に読み出す。続いて、第２のスイッチ手段をオンさせて基準電位を読み出す。
【００２０】
これにより、信号成分に基準電位が加算された信号と基準電位とが時間軸上において列単位で相前後して水平信号線によって水平出力回路へ伝送される。そして、後段の回路において、信号成分に基準電位が加算された信号と基準電位との差分をとることにより、両信号に共通に乗る垂直出力回路における列間の回路の特性バラツキがキャンセルされる。その結果、画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズが除去された信号が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、画素１１が行列状に多数配列されており、各画素１１の制御入力端が行単位で垂直選択線１２の各々に接続され、各出力端が列単位で垂直信号線１３の各々に接続されている。画素１１からは、信号が電圧として垂直信号線１３に出力される。垂直選択線１２の各一端は、垂直走査回路１４の各行の出力端に接続されている。垂直走査回路１４は、シフトレジスタなどによって構成され、垂直走査パルスφＶ（…，φＶｍ，φＶｍ＋１，…）を順に出力する。
【００２３】
垂直信号線１３の各々には、ＮｃｈＭＯＳトランジスタからなるサンプリングスイッチ（第１のスイッチ手段）１５のドレインが接続されている。このサンプリングスイッチ１５のゲートには、画素１１から画素リセット前の明時の信号電圧と、画素１１をリセットするなどして得られる暗時の信号電圧（以下、画素リセット後の暗時の信号電圧と称する）とをそれぞれ読み出すためのサンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが印加される。サンプリングスイッチ１５のソースには、負荷キャパシタ（第１の蓄積手段）１６およびダミーキャパシタ（第２の蓄積手段）１７の各一端が接続されている。
【００２４】
負荷キャパシタ１６の他端とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆを与える基準電位線１８との間には、ＭＯＳトランジスタからなるリファレンススイッチ（第２のスイッチ手段）１９が接続されている。同様に、ダミーキャパシタ１７と基準電位線１８との間には、ＭＯＳトランジスタからなるダミーリファレンススイッチ（第２のスイッチ手段）２０が接続されている。このリファレンススイッチ１９のゲートにはリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ が、ダミーリファレンススイッチ２０のゲートにはダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆがそれぞれ印加される。
【００２５】
負荷キャパシタ１６の他端にはさらに、垂直出力回路２１の入力端が接続されている。垂直出力回路２１の出力端は水平信号線２２に接続されている。この垂直出力回路２１は、例えば図２に示すように、電源Ｖｄｄとグランドとの間に直列に接続されたドライブＭＯＳトランジスタＱ１および負荷ＭＯＳトランジスタＱ２からなるソースフォロワ回路２３と、ドライブＭＯＳトランジスタＱ１のソースと水平信号線２２との間に接続されたＭＯＳトランジスタからなる水平選択スイッチ２４とから構成されている。ソースフォロワ回路２３において、負荷ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートには、所定のバイアス電圧Ｖｇ−ｌｏａｄが印加されている。
【００２６】
この水平選択スイッチ２４のゲートは、水平走査回路２５の各列の出力端に接続されている。水平走査回路２５は、シフトレジスタなどによって構成され、水平選択スイッチ２４を順にオンさせるための水平走査パルスφＨ（…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）を出力する。水平信号線２２は水平出力回路２６の入力端に接続されている。水平出力回路２６の出力端はＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路２７の入力端に接続されている。
【００２７】
次に、上記構成の本発明の一実施形態に係る増幅型固体撮像装置において、画素１１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズと共に、回路バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズを除去するための駆動方法について、図３のタイミングチャートを用いて説明する。
【００２８】
先ず、信号電圧をサンプルホールドするまでの動作（ｔ１〜ｔ６）について、図４の動作説明図を参照しつつ説明する。
【００２９】
水平ブランキング期間において、先ず、時点ｔ１でサンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが“Ｈ”レベルになり、サンプリングスイッチ１５がオン状態となることで、画素リセット前の明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌがサンプリングされる。このとき、リファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ が“Ｈ”レベルにあり、リファレンススイッチ１９がオン状態にあるため、負荷キャパシタ１６の出力側電位はリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆにある。
【００３０】
次に、時点ｔ２において、サンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが“Ｌ”レベルに遷移し、サンプリングスイッチ１５がオフ状態となることにより、明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌが負荷キャパシタ１６にホールドされる。この際、サンプリングスイッチ（ＳＨ Ｔｒ）１５のカットオフ時のスイッチングに伴うノイズ成分Ｖαが負荷キャパシタ１６に乗ってくる。
【００３１】
次に、時点ｔ３において、リファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ が“Ｌ”レベルに遷移し、これに応答してリファレンススイッチ１９がオフ状態となる。このとき、サンプリングスイッチ１５がオフ状態にあることによって負荷キャパシタ１６の入力側がフローティング状態にあるため、負荷キャパシタ１６にリファレンススイッチ（Ｒｅｆ Ｔｒ）１９のカットオフ時のスイッチングに伴うノイズ成分Ｖβは乗ってこない。
【００３２】
次に、時点ｔ４でダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆが“Ｈ”レベルとなり、ダミーリファレンススイッチ２０がオン状態となった後、時点ｔ５において、サンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが再び“Ｈ”レベルになり、サンプリングスイッチ１５がオン状態となることで、画素リセット後の暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄがサンプリングされる。
【００３３】
次に、時点ｔ６において、サンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが“Ｌ”レベルに遷移し、サンプリングスイッチ１５がオフ状態となることにより、暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄがダミーキャパシタ１７にホールドされる。この際、サンプリングスイッチ１５の出力側にダミーキャパシタ１７が接続されていることから、明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌをホールドした場合と同様に、ダミーキャパシタ１７にサンプリングスイッチ１５のスイッチングに伴うノイズ成分Ｖαが乗る。
【００３４】
このように、サンプリングスイッチ１５の出力端に負荷キャパシタ１６およびダミーキャパシタ１７の各入力側を接続し、これらキャパシタ１６，１７の各出力側をリファレンススイッチ１９，２０によって適宜基準電位線１８に接続するとともに、負荷キャパシタ１６の出力側を垂直出力回路２１の入力端に接続し、上述した手順で駆動することにより、負荷キャパシタ１６の出力側には、（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）という相関二重サンプリングされた信号電圧が導出される。
【００３５】
すなわち、相関二重サンプリング動作を受け持つ回路（負荷キャパシタ１６およびリファレンススイッチ１９）と対称な形でダミーの回路（ダミーキャパシタ１７およびダミーリファレンススイッチ２０）を設け、相関二重サンプリングを行うとともに、明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌと暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄとを同一の信号経路を経由して読み出すことにより、画素１１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、縦筋状の固定パターンノイズの一因となる回路の特性バラツキ、即ちサンプリングスイッチ１５のスイッチングに伴うノイズ成分が除去された信号電圧が得られる。
【００３６】
続いて、水平信号線２２に信号電圧を出力する動作（ｔ７〜ｔ８）について説明する。
【００３７】
水平有効期間において、水平走査回路２５から順次水平走査パルスφＨ（…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）が出力され、時点ｔ７である列の垂直出力回路２１における水平選択スイッチ２４（図２を参照）がオン状態となることにより、その列の信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）が垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。
【００３８】
次に、時点ｔ８において、リファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ が“Ｈ”レベルとなり、リファレンススイッチ１９がオン状態となることにより、リファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆが垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。このとき、ダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆは“Ｌ”レベルに遷移する。ただし、ダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆが、図３に破線で示すように、そのまま“Ｈ”レベルを維持するようにしても構わない。
【００３９】
このようにして水平信号線２２に順次読み出された信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆには、垂直出力回路２１を通過する際に、ソースフォロワ回路２３（図２を参照）のオフセットバラツキや水平選択スイッチ２４のスイッチングに伴うノイズ成分が乗り、これらに列間でバラツキがあると、縦筋状の固定パターンノイズとなる。
【００４０】
ところが、水平信号線２２に順次読み出された信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆとは、時間軸上において列単位で相前後して水平信号線２２によって伝送され、水平出力回路２６を経た後、ＣＤＳ回路２７において相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられる。これにより、縦筋状の固定パターンノイズの一因となる垂直出力回路２１における列間の回路の特性バラツキを除くことができる。
【００４１】
以上により、画素１１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、サンプリングスイッチ１５のスイッチングに伴うノイズ成分や、ソースフォロワ回路２３（図２を参照）のオフセットバラツキや、水平選択スイッチ２４のスイッチングに伴うノイズ成分などの回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズが除去された信号が得られる。
【００４２】
また、従来の増幅型固体撮像装置では、画素リセット前の明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌと画素リセット後の暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄとが、時間軸上において列単位で相前後して伝送されるようになっていることから、明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌと暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄの間に時間マージンを確保する必要があり、その結果水平走査回路や後段のＣＤＳ回路におけるクロックの位相マージンを十分に確保できなかった。
【００４３】
これに対し、本発明に係る増幅型固体撮像装置では、時間軸上において列単位で信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）に後続するのはリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆであることから、信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）を読み出したら、引き続きリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆを読み出すことができる、即ち信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆの間に時間マージンを持たせる必要がないため、従来装置に比べて水平走査回路２５や後段のＣＤＳ回路２７におけるクロックの位相マージンを十分に確保できるという利点もある。
【００４４】
図５は、本発明の他の実施形態を示す概略構成図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示してある。
【００４５】
先の実施形態では、各列のリファレンススイッチ１９に対してリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ を共通に与える構成としていたのに対し、本実施形態では、各列のリファレンススイッチ１９に対して各列ごとに異なるリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ （…，φＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ），φＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ＋１），…）を与える構成となっている。このリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ （…，φＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ），φＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ＋１），…）は、例えば水平走査回路２５から出力される。
【００４６】
この他の実施形態の動作説明のためのタイミングチャートを図６に示す。このタイミングチャートにおいて、時点ｔ１〜時点ｔ６までの動作、即ち信号電圧をサンプルホールドするまでの動作については、先の実施形態の場合と全く同じであり、その説明については重複するので省略し、水平信号線２２に信号電圧を出力する場合の動作について以下に説明する。
【００４７】
水平有効期間において、水平走査回路２５から順次水平走査パルスφＨ（…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）が出力され、時点ｔ７でｎ列の垂直出力回路２１における水平選択スイッチ２４（図２を参照）がオン状態となることにより、ｎ列の信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）が垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。
【００４８】
次に、時点ｔ８において、ｎ列のリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ）が“Ｈ”レベルとなり、ｎ列のリファレンススイッチ１９がオン状態となることにより、リファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆがｎ列の垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。このとき、ダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆは“Ｈ”レベルでも“Ｌ”レベルでも構わないが、本例では無駄のないようにそのまま“Ｈ”レベルを維持するものとする。
【００４９】
次に、時点ｔ９において、ｎ列の水平走査パルスφＨｎが消滅し、ｎ＋１列の水平走査パルスφＨｎ＋１が発生すると、ｎ＋１列の水平選択スイッチ２４がオン状態となり、ｎ＋１列の信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）が垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。続いて、ｎ＋１列のリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ＋１）が“Ｈ”レベルとなり、ｎ＋１列のリファレンススイッチ１９がオン状態となることにより、リファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆがｎ＋１列の垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。
【００５０】
以降、順に同様の動作が１ライン分に亘って行われる。このようにして水平信号線２２に順次読み出された信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆとは、時間軸上において列単位で相前後して水平信号線２２によって伝送され、水平出力回路２６を経てＣＤＳ回路２７に供給される。そして、ＣＤＳ回路２７において、相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられる。
【００５１】
以上により、先の実施形態の場合と同様に、画素１１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、サンプリングスイッチ１５のスイッチングに伴うノイズ成分や、ソースフォロワ回路２３のオフセットバラツキや、水平選択スイッチ２４のスイッチングに伴うノイズ成分などの回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズが除去された信号が得られる。
【００５２】
なお、上記各実施形態では、画素１１から信号が電圧として出力される場合としたが、この例として、ＢＣＭＤやＣＭＤをドライブトランジスタとして用いてソースフォロワ回路を組んだ場合や、そのソースフォロワ回路の抵抗を容量に置き換えて容量負荷読み出し動作を行った場合などがある。
【００５３】
容量負荷読み出し動作の場合には、負荷キャパシタ１６やダミーキャパシタ１７をそれぞれ明時の読み出し時と暗時の読み出し時の負荷として利用する。ただし、容量負荷動作の場合、本発明の回路に明時や暗時の信号を読み出す直前に、垂直信号線１３を一定電位にリセットする手段（トランジスタなど）の付加が必要になる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各画素から水平信号線に明時の信号電圧と暗時の信号電圧とを読み出す回路において、両信号電圧の読み出し経路を同一にしたことにより、画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズをも抑圧することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】垂直出力回路の構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の一実施形態の動作説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明の他の実施形態の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図７】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１ 画素 １３ 垂直信号線 １４ 垂直走査回路
１５ サンプリングスイッチ １６ 負荷キャパシタ
１７ ダミーキャパシタ １８ 基準電位線
１９ リファレンススイッチ ２０ ダミーリファレンススイッチ
２１ 垂直出力回路 ２２ 水平信号線 ２３ ソースフォロワ回路 ２４ 水平選択スイッチ ２５ 水平走査回路 ２６ 水平出力回路
２７ ＣＤＳ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法に関し、特に画素そのものが増幅機能を持ち、かつ画素の信号を電圧で出力する増幅型固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
増幅型固体撮像装置としては、ＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＢＡＳＩＳ（Ｂａｓｅ Ｓｔｏｒｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｅｒ）、ＢＣＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ） などが知られている。この増幅型固体撮像装置では、画素そのものに増幅機能を持たせるために、ＭＯＳ構造等の能動素子を用いて画素を構成していることから、能動素子の特性（しきい値電圧Ｖｔｈ等）のバラツキがそのまま画像信号に乗ってきてしまう。この特性のバラツキは、画素それぞれに固定の値を持つため、画面上に固定パターンノイズ（ＦＰＮ；Ｆｉｘｅｄ Ｐａｔｅｒｎ Ｎｏｉｓｅ）として現れる。
【０００３】
この画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズを除去すべくなされた増幅型固体撮像装置の従来例を図７に示す。同図において、画素１０１が行列状に多数配列されており、各画素１０１の制御入力端が行単位で垂直選択線１０２の各々に接続され、各出力端が列単位で垂直信号線１０３の各々に接続されている。垂直選択線１０２の各一端は、垂直走査回路１０４の各行の出力端に接続されている。垂直走査回路１０４は、シフトレジスタなどによって構成され、垂直走査パルスφＶ（…，φＶｍ，φＶｍ＋１，…）を順に出力する。
【０００４】
垂直信号線１０３の各々には、ＮｃｈＭＯＳトランジスタからなる２つのサンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎの各ドレインが接続されている。サンプリングスイッチ１０５ｓのゲートには、画素１０１から出力される画素リセット前の明時の信号電圧をサンプリングするための動作パルスφＯＰＳが印加される。また、サンプリングスイッチ１０５ｎのゲートには、画素１０１から出力される画素リセット後の暗時の信号電圧をサンプリングするための動作パルスφＯＰＮが印加される。
【０００５】
サンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎの各ソースは、２つのキャパシタ１０６ｓ，１０６ｎの各一端にそれぞれ接続されている。これらキャパシタ１０６ｓ，１０６ｎは、明時の信号電圧と暗時の信号電圧とをそれぞれホールドするために設けられたものであり、各他端が共に接地されている。サンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎの各ソースはさらに、ＮｃｈＭＯＳトランジスタからなる２つの水平選択スイッチ１０７ｓ，１０７ｎの各ドレインにそれぞれ接続されている。
【０００６】
水平選択スイッチ１０７ｓ，１０７ｎの各ソースは水平信号線１０８に接続され、各ゲートは水平走査回路１０９の各列の出力端に接続されている。水平走査回路１０９は、シフトレジスタなどによって構成され、各列ごとに水平選択スイッチ１０７ｓおよび水平選択スイッチ１０７ｎを順にオンさせるための水平走査パルスφＨ（…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）を出力する。水平信号線１０８は水平出力回路１１０の入力端に接続されている。水平出力回路１１０の出力端はＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路１１１の入力端に接続されている。
【０００７】
次に、上記構成の従来装置における固定パターンノイズの除去のための回路動作について説明する。
【０００８】
水平ブランキング期間において、垂直走査回路１０４による垂直走査によってある行が選択されると、その選択された行の画素１０１の画素リセット前の明時の信号電圧と画素リセット後の暗時の信号電圧とが順にサンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎによってサンプリングされ、かつキャパシタ１０６ｓ，１０６ｎにホールドされる。
【０００９】
次に、水平有効期間において、水平走査回路１０９による水平走査によってある列が選択され、その選択された列の水平選択スイッチ１０７ｓ，１０７ｎが順にオンすることにより、キャパシタ１０６ｓ，１０６ｎにホールドされた明時の信号電圧と暗時の信号電圧とが順次水平信号線１０８に読み出される。これにより、明時の信号電圧と暗時の信号電圧とが、時間軸上において列単位で相前後して水平信号線１０８によって伝送され、水平出力回路１１０を経てＣＤＳ回路１１１に供給される。
【００１０】
そして、このＣＤＳ回路１１１において、時間軸上で相前後する明時の信号電圧と暗時の信号電圧との相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられることによってノイズ成分が相殺される。その結果、画素１０１のしきい値電圧Ｖｔｈなどの特性バラツキに起因する固定パターンノイズの除去された信号が得られることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の増幅型固体撮像装置では、画素１０１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズについては除去できるものの、垂直信号線１０３と水平信号線１０８との間のサンプルホールド回路において明時と暗時の信号の流れが異なっていることから、このサンプルホールド回路で信号に乗ってくる成分があった場合には、ＣＤＳ回路１１１での相関二重サンプリング後もこの成分が残る。
【００１２】
このサンプルホールド回路から乗ってくる成分として存在するのは、サンプリングスイッチ１０５ｓ，１０５ｎの分配ノイズなどがある。この成分が回路特性のバラツキによって列間で異なる場合には、相関二重サンプリング後に残る成分も列間においてばらつくことになり、これが画面上に縦筋状の固定パターンノイズとして現れることになる。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズをも抑圧することが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体撮像装置は、行列状に配列された複数の画素と、これら画素の各出力端が列単位で接続された垂直信号線に一端が接続された第１のスイッチ手段と、この第１のスイッチ手段の他端に各一端が共通に接続された第１，第２の蓄積手段と、これら蓄積手段の各他端と基準電位点との間にそれぞれ接続された第２，第３のスイッチ手段と、第１の蓄積手段の他端と水平信号線との間に接続された水平選択スイッチを含む垂直出力回路とを各列ごとに備え、第１，第２の蓄積手段は、各々に蓄積された信号が差分され前記第１の蓄積手段の出力側に出力される構成となっている。
【００１５】
本発明による駆動方法は、上記構成の固体撮像装置を駆動するに当たり、水平ブランキング期間において、先ず、第２のスイッチ手段のオン状態で第１のスイッチ手段をオンさせて明時の信号をサンプリングし、続いて第１のスイッチ手段をオフさせて明時の信号を第１の蓄電手段にホールドし、次に第２のスイッチ手段をオフさせ、続いてオフ状態にある第３のスイッチ手段をオンさせ、次に第１のスイッチ手段を再びオンさせて暗時の信号をサンプリングし、第１のスイッチ手段を再びオフさせて暗時の信号を第２の蓄電手段にホールドし、次いで水平有効期間において、水平選択スイッチをオンさせて第１の蓄電手段の出力側の電圧を水平信号線に読み出し、続いて第２のスイッチ手段をオンさせて基準電位を水平信号線に読み出すようにする。
【００１６】
上記構成の固体撮像装置およびその駆動方法において、水平ブランキング期間に先ず、第２のスイッチ手段のオン状態で第１のスイッチ手段をオンさせて画素リセット後の明時の信号をサンプリングし、これを第１のスイッチ手段をオフさせることによって第１の蓄電手段にホールドする。このとき、第１のスイッチ手段のスイッチングに伴うノイズ成分が第１の蓄電手段に乗ってくる。次に、第２のスイッチ手段をオフさせる。このとき、第１の蓄電手段の入力側がフローティング状態にあるため、第１の蓄電手段に第２のスイッチ手段のスイッチングに伴うノイズ成分は乗ってこない。
【００１７】
その後、第３のスイッチ手段をオンさせ、続いて第１のスイッチ手段を再びオンさせて画素をリセットするなどして得られる暗時の信号をサンプリングし、これを第１のスイッチ手段をオフさせることによって第２の蓄電手段にホールドする。このとき、第１のスイッチ手段の出力側に第２の蓄電手段が接続されていることから、明時の信号をホールドした場合と同様に、第２の蓄電手段に第１のスイッチ手段のスイッチングに伴うノイズ成分が乗る。
【００１８】
その結果、第１の蓄電手段の出力側には、第１，第２の蓄電手段に乗った縦筋状の固定パターンノイズの一因となる回路の特性バラツキ、即ち第１のスイッチ手段のスイッチングに伴うノイズ成分がキャンセルされ、しかも明時の信号と暗時の信号との差分、即ち画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズが除去された信号成分に基準電位が加算されて出力される。
【００１９】
次いで、水平有効期間において、水平選択スイッチをオンさせて第１の蓄電手段の出力側の電圧、即ち信号成分（明時の信号と暗時の信号との差分）に基準電位が加算された信号を水平信号線に読み出す。続いて、第２のスイッチ手段をオンさせて基準電位を読み出す。
【００２０】
これにより、信号成分に基準電位が加算された信号と基準電位とが時間軸上において列単位で相前後して水平信号線によって水平出力回路へ伝送される。そして、後段の回路において、信号成分に基準電位が加算された信号と基準電位との差分をとることにより、両信号に共通に乗る垂直出力回路における列間の回路の特性バラツキがキャンセルされる。その結果、画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズが除去された信号が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、画素１１が行列状に多数配列されており、各画素１１の制御入力端が行単位で垂直選択線１２の各々に接続され、各出力端が列単位で垂直信号線１３の各々に接続されている。画素１１からは、信号が電圧として垂直信号線１３に出力される。垂直選択線１２の各一端は、垂直走査回路１４の各行の出力端に接続されている。垂直走査回路１４は、シフトレジスタなどによって構成され、垂直走査パルスφＶ（…，φＶｍ，φＶｍ＋１，…）を順に出力する。
【００２３】
垂直信号線１３の各々には、ＮｃｈＭＯＳトランジスタからなるサンプリングスイッチ（第１のスイッチ手段）１５のドレインが接続されている。このサンプリングスイッチ１５のゲートには、画素１１から画素リセット前の明時の信号電圧と、画素１１をリセットするなどして得られる暗時の信号電圧（以下、画素リセット後の暗時の信号電圧と称する）とをそれぞれ読み出すためのサンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが印加される。サンプリングスイッチ１５のソースには、負荷キャパシタ（第１の蓄積手段）１６およびダミーキャパシタ（第２の蓄積手段）１７の各一端が接続されている。
【００２４】
負荷キャパシタ１６の他端とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆを与える基準電位線１８との間には、ＭＯＳトランジスタからなるリファレンススイッチ（第２のスイッチ手段）１９が接続されている。同様に、ダミーキャパシタ１７と基準電位線１８との間には、ＭＯＳトランジスタからなるダミーリファレンススイッチ（第２のスイッチ手段）２０が接続されている。このリファレンススイッチ１９のゲートにはリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ が、ダミーリファレンススイッチ２０のゲートにはダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆがそれぞれ印加される。
【００２５】
負荷キャパシタ１６の他端にはさらに、垂直出力回路２１の入力端が接続されている。垂直出力回路２１の出力端は水平信号線２２に接続されている。この垂直出力回路２１は、例えば図２に示すように、電源Ｖｄｄとグランドとの間に直列に接続されたドライブＭＯＳトランジスタＱ１および負荷ＭＯＳトランジスタＱ２からなるソースフォロワ回路２３と、ドライブＭＯＳトランジスタＱ１のソースと水平信号線２２との間に接続されたＭＯＳトランジスタからなる水平選択スイッチ２４とから構成されている。ソースフォロワ回路２３において、負荷ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートには、所定のバイアス電圧Ｖｇ−ｌｏａｄが印加されている。
【００２６】
この水平選択スイッチ２４のゲートは、水平走査回路２５の各列の出力端に接続されている。水平走査回路２５は、シフトレジスタなどによって構成され、水平選択スイッチ２４を順にオンさせるための水平走査パルスφＨ（…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）を出力する。水平信号線２２は水平出力回路２６の入力端に接続されている。水平出力回路２６の出力端はＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路２７の入力端に接続されている。
【００２７】
次に、上記構成の本発明の一実施形態に係る増幅型固体撮像装置において、画素１１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズと共に、回路バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズを除去するための駆動方法について、図３のタイミングチャートを用いて説明する。
【００２８】
先ず、信号電圧をサンプルホールドするまでの動作（ｔ１〜ｔ６）について、図４の動作説明図を参照しつつ説明する。
【００２９】
水平ブランキング期間において、先ず、時点ｔ１でサンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが“Ｈ”レベルになり、サンプリングスイッチ１５がオン状態となることで、画素リセット前の明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌがサンプリングされる。このとき、リファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ が“Ｈ”レベルにあり、リファレンススイッチ１９がオン状態にあるため、負荷キャパシタ１６の出力側電位はリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆにある。
【００３０】
次に、時点ｔ２において、サンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが“Ｌ”レベルに遷移し、サンプリングスイッチ１５がオフ状態となることにより、明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌが負荷キャパシタ１６にホールドされる。この際、サンプリングスイッチ（ＳＨ Ｔｒ）１５のカットオフ時のスイッチングに伴うノイズ成分Ｖαが負荷キャパシタ１６に乗ってくる。
【００３１】
次に、時点ｔ３において、リファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ が“Ｌ”レベルに遷移し、これに応答してリファレンススイッチ１９がオフ状態となる。このとき、サンプリングスイッチ１５がオフ状態にあることによって負荷キャパシタ１６の入力側がフローティング状態にあるため、負荷キャパシタ１６にリファレンススイッチ（Ｒｅｆ Ｔｒ）１９のカットオフ時のスイッチングに伴うノイズ成分Ｖβは乗ってこない。
【００３２】
次に、時点ｔ４でダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆが“Ｈ”レベルとなり、ダミーリファレンススイッチ２０がオン状態となった後、時点ｔ５において、サンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが再び“Ｈ”レベルになり、サンプリングスイッチ１５がオン状態となることで、画素リセット後の暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄがサンプリングされる。
【００３３】
次に、時点ｔ６において、サンプリングパルスφＶｇ−ＳＨが“Ｌ”レベルに遷移し、サンプリングスイッチ１５がオフ状態となることにより、暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄがダミーキャパシタ１７にホールドされる。この際、サンプリングスイッチ１５の出力側にダミーキャパシタ１７が接続されていることから、明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌをホールドした場合と同様に、ダミーキャパシタ１７にサンプリングスイッチ１５のスイッチングに伴うノイズ成分Ｖαが乗る。
【００３４】
このように、サンプリングスイッチ１５の出力端に負荷キャパシタ１６およびダミーキャパシタ１７の各入力側を接続し、これらキャパシタ１６，１７の各出力側をリファレンススイッチ１９，２０によって適宜基準電位線１８に接続するとともに、負荷キャパシタ１６の出力側を垂直出力回路２１の入力端に接続し、上述した手順で駆動することにより、負荷キャパシタ１６の出力側には、（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）という相関二重サンプリングされた信号電圧が導出される。
【００３５】
すなわち、相関二重サンプリング動作を受け持つ回路（負荷キャパシタ１６およびリファレンススイッチ１９）と対称な形でダミーの回路（ダミーキャパシタ１７およびダミーリファレンススイッチ２０）を設け、相関二重サンプリングを行うとともに、明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌと暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄとを同一の信号経路を経由して読み出すことにより、画素１１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、縦筋状の固定パターンノイズの一因となる回路の特性バラツキ、即ちサンプリングスイッチ１５のスイッチングに伴うノイズ成分が除去された信号電圧が得られる。
【００３６】
続いて、水平信号線２２に信号電圧を出力する動作（ｔ７〜ｔ８）について説明する。
【００３７】
水平有効期間において、水平走査回路２５から順次水平走査パルスφＨ（…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）が出力され、時点ｔ７である列の垂直出力回路２１における水平選択スイッチ２４（図２を参照）がオン状態となることにより、その列の信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）が垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。
【００３８】
次に、時点ｔ８において、リファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ が“Ｈ”レベルとなり、リファレンススイッチ１９がオン状態となることにより、リファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆが垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。このとき、ダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆは“Ｌ”レベルに遷移する。ただし、ダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆが、図３に破線で示すように、そのまま“Ｈ”レベルを維持するようにしても構わない。
【００３９】
このようにして水平信号線２２に順次読み出された信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆには、垂直出力回路２１を通過する際に、ソースフォロワ回路２３（図２を参照）のオフセットバラツキや水平選択スイッチ２４のスイッチングに伴うノイズ成分が乗り、これらに列間でバラツキがあると、縦筋状の固定パターンノイズとなる。
【００４０】
ところが、水平信号線２２に順次読み出された信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆとは、時間軸上において列単位で相前後して水平信号線２２によって伝送され、水平出力回路２６を経た後、ＣＤＳ回路２７において相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられる。これにより、縦筋状の固定パターンノイズの一因となる垂直出力回路２１における列間の回路の特性バラツキを除くことができる。
【００４１】
以上により、画素１１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、サンプリングスイッチ１５のスイッチングに伴うノイズ成分や、ソースフォロワ回路２３（図２を参照）のオフセットバラツキや、水平選択スイッチ２４のスイッチングに伴うノイズ成分などの回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズが除去された信号が得られる。
【００４２】
また、従来の増幅型固体撮像装置では、画素リセット前の明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌと画素リセット後の暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄとが、時間軸上において列単位で相前後して伝送されるようになっていることから、明時の信号電圧Ｖｓｉｇｌと暗時の信号電圧Ｖｓｉｇｄの間に時間マージンを確保する必要があり、その結果水平走査回路や後段のＣＤＳ回路におけるクロックの位相マージンを十分に確保できなかった。
【００４３】
これに対し、本発明に係る増幅型固体撮像装置では、時間軸上において列単位で信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）に後続するのはリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆであることから、信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）を読み出したら、引き続きリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆを読み出すことができる、即ち信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆの間に時間マージンを持たせる必要がないため、従来装置に比べて水平走査回路２５や後段のＣＤＳ回路２７におけるクロックの位相マージンを十分に確保できるという利点もある。
【００４４】
図５は、本発明の他の実施形態を示す概略構成図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示してある。
【００４５】
先の実施形態では、各列のリファレンススイッチ１９に対してリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ を共通に与える構成としていたのに対し、本実施形態では、各列のリファレンススイッチ１９に対して各列ごとに異なるリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ （…，φＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ），φＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ＋１），…）を与える構成となっている。このリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ （…，φＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ），φＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ＋１），…）は、例えば水平走査回路２５から出力される。
【００４６】
この他の実施形態の動作説明のためのタイミングチャートを図６に示す。このタイミングチャートにおいて、時点ｔ１〜時点ｔ６までの動作、即ち信号電圧をサンプルホールドするまでの動作については、先の実施形態の場合と全く同じであり、その説明については重複するので省略し、水平信号線２２に信号電圧を出力する場合の動作について以下に説明する。
【００４７】
水平有効期間において、水平走査回路２５から順次水平走査パルスφＨ（…，φＨｎ，φＨｎ＋１，…）が出力され、時点ｔ７でｎ列の垂直出力回路２１における水平選択スイッチ２４（図２を参照）がオン状態となることにより、ｎ列の信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）が垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。
【００４８】
次に、時点ｔ８において、ｎ列のリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ）が“Ｈ”レベルとなり、ｎ列のリファレンススイッチ１９がオン状態となることにより、リファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆがｎ列の垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。このとき、ダミーリファレンスパルスφＶｇ−ｄｕｍｙ Ｒｅｆは“Ｈ”レベルでも“Ｌ”レベルでも構わないが、本例では無駄のないようにそのまま“Ｈ”レベルを維持するものとする。
【００４９】
次に、時点ｔ９において、ｎ列の水平走査パルスφＨｎが消滅し、ｎ＋１列の水平走査パルスφＨｎ＋１が発生すると、ｎ＋１列の水平選択スイッチ２４がオン状態となり、ｎ＋１列の信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）が垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。続いて、ｎ＋１列のリファレンスパルスφＶｇ−Ｒｅｆ（ｎ＋１）が“Ｈ”レベルとなり、ｎ＋１列のリファレンススイッチ１９がオン状態となることにより、リファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆがｎ＋１列の垂直出力回路２１を介して水平信号線２２に読み出される。
【００５０】
以降、順に同様の動作が１ライン分に亘って行われる。このようにして水平信号線２２に順次読み出された信号電圧（Ｖｓｉｇｄ−Ｖｓｉｇｌ＋Ｖ−Ｒｅｆ）とリファレンス電位Ｖ−Ｒｅｆとは、時間軸上において列単位で相前後して水平信号線２２によって伝送され、水平出力回路２６を経てＣＤＳ回路２７に供給される。そして、ＣＤＳ回路２７において、相関二重サンプリングが行われ、その差分がとられる。
【００５１】
以上により、先の実施形態の場合と同様に、画素１１の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、サンプリングスイッチ１５のスイッチングに伴うノイズ成分や、ソースフォロワ回路２３のオフセットバラツキや、水平選択スイッチ２４のスイッチングに伴うノイズ成分などの回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズが除去された信号が得られる。
【００５２】
なお、上記各実施形態では、画素１１から信号が電圧として出力される場合としたが、この例として、ＢＣＭＤやＣＭＤをドライブトランジスタとして用いてソースフォロワ回路を組んだ場合や、そのソースフォロワ回路の抵抗を容量に置き換えて容量負荷読み出し動作を行った場合などがある。
【００５３】
容量負荷読み出し動作の場合には、負荷キャパシタ１６やダミーキャパシタ１７をそれぞれ明時の読み出し時と暗時の読み出し時の負荷として利用する。ただし、容量負荷動作の場合、本発明の回路に明時や暗時の信号を読み出す直前に、垂直信号線１３を一定電位にリセットする手段（トランジスタなど）の付加が必要になる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各画素から水平信号線に明時の信号電圧と暗時の信号電圧とを読み出す回路において、両信号電圧の読み出し経路を同一にしたことにより、画素の特性バラツキに起因する固定パターンノイズのみならず、回路の特性バラツキに起因する縦筋状の固定パターンノイズをも抑圧することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】垂直出力回路の構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の一実施形態の動作説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明の他の実施形態の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図７】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１ 画素 １３ 垂直信号線 １４ 垂直走査回路
１５ サンプリングスイッチ １６ 負荷キャパシタ
１７ ダミーキャパシタ １８ 基準電位線
１９ リファレンススイッチ ２０ ダミーリファレンススイッチ
２１ 垂直出力回路 ２２ 水平信号線 ２３ ソースフォロワ回路 ２４ 水平選択スイッチ ２５ 水平走査回路 ２６ 水平出力回路
２７ ＣＤＳ回路
Claims (5)
- 行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各出力端が列単位で接続された垂直信号線に一端が接続された第１のスイッチ手段と、
前記第１のスイッチ手段の他端に各一端が共通に接続された第１，第２の蓄積手段と、
前記第１，第２の蓄積手段の各他端と基準電位点との間にそれぞれ接続された第２，第３のスイッチ手段と、
前記第１の蓄積手段の他端と水平信号線との間に接続された水平選択スイッチを含む垂直出力回路とを各列ごとに備え、
前記第１，第２の蓄積手段は、各々に蓄積された信号が差分され前記第１の蓄積手段の出力側に出力される
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記垂直出力回路は、前記第１の蓄積手段の他端に入力端が接続されたソースフォロワ回路と、前記ソースフォロワ回路の出力端と前記水平信号線との間に接続された水平選択スイッチと
からなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記垂直出力回路を介して前記水平信号線に順に読み出される２つの信号の差分をとる回路
を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 行列状に配列された複数の画素と、前記複数の画素の各出力端が列単位で接続された垂直信号線に一端が接続された第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段の他端に各一端が共通に接続された第１，第２の蓄積手段と、前記第１，第２の蓄積手段の各他端と基準電位点との間にそれぞれ接続された第２，第３のスイッチ手段と、前記第１の蓄積手段の他端と水平信号線との間に接続された水平選択スイッチを含む垂直出力回路とを各列ごとに備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
水平ブランキング期間において、先ず、前記第２のスイッチ手段のオン状態で前記第１のスイッチ手段をオンさせて明時の信号をサンプリングし、続いて前記第１のスイッチ手段をオフさせて前記明時の信号を前記第１の蓄電手段にホールドし、
次に前記第２のスイッチ手段をオフさせ、続いてオフ状態にある前記第３のスイッチ手段をオンさせ、
次に前記第１のスイッチ手段を再びオンさせて暗時の信号をサンプリングし、前記第１のスイッチ手段を再びオフさせて前記暗時の信号を前記第２の蓄電手段にホールドし、
次いで水平有効期間において、前記水平選択スイッチをオンさせて前記第１の蓄電手段の出力側の電圧を前記水平信号線に読み出し、続いて前記第２のスイッチ手段をオンさせて基準電位を前記水平信号線に読み出す
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 前記水平信号線によって時間軸上で相前後して伝送される前記第１の蓄電手段の出力側の電圧と前記基準電位との差分をとる
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置の駆動方法。
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