JP4154068B2 - 固体撮像装置及びそれを用いた撮像システム及び画像読取システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光信号を電気信号に変換する光電変換部を有する固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像装置は、フォトダイオード、フォトトランジスタなどの、フォトンを電子、正孔対に変換する光電変換手段を有しており、この電子または正孔を光信号としてＣＣＤ，ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタなどの読み出し回路により出力するものである。この光電変換手段を一次元状に並べてリニアセンサとして、また、２次元状に並べてエリアセンサとして、ビデオカメラや複写機など、今後の映像時代にむけ、技術的にも社会的にもますますの発展が期待されている。
【０００３】
かかる光電変換手段を用いた固体撮像装置、特にＣＣＤにおいては、ＣＣＤのデバイス特性の向上により、フォトダイオードで光電変換された光信号は９９．９．．．％の転送効率により、出力されるため、ＦＰＮ（特に暗状態におけるＦＰＮ）はほとんど問題にならないレベルまで、到達している。一方、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタを用いた読み出し回路を有する固定撮像装置においては、画素毎で電荷を増幅する機能を有するため、ＡＰＳ（ＡｃｔｉｖｅＰｉｘｅｌ Ｓｅｎｓｏｒ）として近年、脚光を浴びて来てはいるものの、上記トランジスタのＶｔｈやＶｂｅなどの特性が画素毎でバラツくため、大きなＦＰＮの原因となっている。
【０００４】
近年、かかるＦＰＮを低減すべく種々の提案がなされている。
【０００５】
図１７は特公平８−４１２７にて報告されているＦＰＮ補正回路であり、光電変換手段の読み出し信号を蓄積する第１の蓄積手段と光電変換手段をリセットした後の残存信号（ＦＰＮ）を蓄積する第２の蓄積手段を設け、両者の差分処理を行うことによってＦＰＮを補正するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記図１７では２つの蓄積手段を設けているが、これら蓄積手段からの信号読み出しは容量Ｃｈへ容量分割によって読み出すため、読み出しゲインの劣化をまねくことなく読み出すためには、容量Ｃｔを容量Ｃｈに応じて、大きく設計する必要があり、チップサイズの増大につながっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み本発明は、光電変換手段と、前記光電変換手段で生じた光電荷に基づく信号を増幅して出力線へ出力するための増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタのゲートに、所定のリセットレベルを供給するためのリセットトランジスタと、を含む複数の画素を有する固体撮像装置であって、第１の入力端子、第２の入力端子及び出力端子とを有する複数の差動手段と、前記複数の差動手段の出力端子からの信号を選択して読み出す走査回路と、前記出力線と前記第１の入力端子との電気的接続を制御する第１のスイッチ手段と、前記第２の入力端子と基準電圧源との電気的接続を制御する第２のスイッチ手段と、前記第１の入力端子と前記出力端子との電気的接続を制御する第３のスイッチ手段と、前記出力線と前記第２の入力端子との電気的接続を制御する第４のスイッチ手段と、前記リセットトランジスタ、前記第１のスイッチ手段及び前記第２のスイッチ手段を導通させることにより、前記差動手段、前記リセットトランジスタ及び前記増幅トランジスタとでフィ−ドバックル−プを形成し、前記所定のリセットレベルは、前記ループ手段を介して前記差動手段の出力端子からの出力が前記リセットトランジスタのドレインへ供給された状態で、前記リセットトランジスタを導通させることにより供給されることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、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。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について、図１の回路図及び図２のタイミングチャ−トを用いて説明する。
【００２１】
図１において、説明を簡略化するために縦２画素、横２画素からなる撮像装置として説明する。１画素は、光電変換手段であるフォトダイオ−ドD1、M1〜M4の４つのトランジスタ及びフロ−ティングディフュ−ジョン容量CP1からなる。ここで、M1はフォトダイオ−ドで発生した光電荷をフロ−ティングディフュ−ジョン容量に転送するための、転送手段である転送用MOSトランジスタ、M２はフロ−ティングディフュ−ジョン容量を所定電位にリセットするための電位を供給するための、リセット手段であるリセット用MOSトランジスタ、M４は画素内の信号を出力するための増幅用MOSトランジスタであり、定電流負荷５２と出力手段であるソ−スフォロワ回路を構成する。M3は増幅用MOSトランジスタのドレインに電位を供給し、ソ−スフォロワ回路を選択的に駆動させるための、選択手段である選択用MOSトランジスタである。
【００２２】
５３は、AND回路であり、垂直走査回路130からのパルスと、端子101，102又は103からのパルスが同時に印加された場合に、トランジスタM1，M2又はM4をONにするパルスを出力するものである。
【００２３】
50は、各画素からの信号を出力するための垂直出力線であり、M6は、端子113を差動手段であるオペアンプA1の正の入力端子に接続するためのスイッチ手段である接続用MOSトランジスタ、M８、M７は、垂直出力線50をオペアンプの正の入力端子、負の入力端子にそれぞれ接続するためのスイッチ手段である接続用MOSトランジスタ、M9は、オペアンプの負の入力端子とオペアンプの出力端子とを接続するためのスイッチ手段である接続用MOSトランジスタであり、端子111、112から入力されるパルスによって制御される。51はオペアンプの出力端子とリセット用MOSトランジスタのドレインとを接続するためのリセット線である。
【００２４】
次に、本実施の形態の動作を図２のタイミングチャートを用いて説明する。
【００２５】
まず、時刻ｔ０において垂直走査回路から選択線１３１に信号が出力される。
【００２６】
次に時刻ｔ１において端子１０１、１１２にＨｉｇｈのパルスが印加されることにより、画素部のトランジスタＭ３がＯＮし、その結果、トランジスタＭ４と定電流源Ｉ１がソースフォロア回路として動作を行う。また、この時、同時に、オペアンプ周辺のトランジスタＭ７、Ｍ６がＯＮするため、オペアンプの＋側の入力端子には端子１１３から与えられたリセット電圧Ｖｒｅｓが、−側の入力端子には出力線５０の電圧が入力される。従って、オペアンプはコンパレーター動作を行い、もし、＋側の端子電圧が−側の端子電圧より高ければ、＋の電圧（例えば電源電圧）を、低ければ−の電圧（例えばＧＮＤ）を出力する。ここで、端子１０３はＨｉｇｈ状態であるため、画素部のリセットＭＯＳトランジスタＭ２はＯＮ状態であるので、オペアンプ→リセット用ＭＯＳトランジスタ→画素部ソースフォロア回路→オペアンプのフィードバックループが形成されることにより、画素部フォローティングディフュージョン容量は
Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ
にリセットされることになる。
【００２７】
ここで、
Ｖｏｐａｍｐ：オペアンプのオフセット電圧
Ｖｔｈ ：トランジスタＭ４の閾値電圧
ΔＶｔｈ ：トランジスタＭ４の閾値電圧の画素間のバラツキ
である。このフィードバックループはオペアンプの特性に大きく依存するが、最近の微細デバイス技術を用いることにより、一般的に１μｓｅｃ以内で収束し、この時点で時刻ｔ２において端子１０３のパルスを立ち下げ、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２をＯＦＦし、時刻ｔ３において端子１１２のパルスを立ち下げ、フィードバックループを開ける。
【００２８】
次に、時刻ｔ４において端子１０２のパルスを立ち上げ、フォトダイオードＤ１で光電変換された電荷をフローティングディフュージョン容量ＣＰ１に転送する。
【００２９】
このとき、ＣＰ１の電圧は光量に応じて変化するため、フローティングディフュージョン容量ＣＰ１は、
Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ＋Ｖｌｉｇｈｔ
の電位になる。ここでＶｌｉｇｈｔは容量ＣＰ１の電圧変化量である。そして、時刻ｔ５以下で読み出す。
【００３０】
ここで、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１はフォトダイオードＤ１の電荷を容量ＣＰ１に完全に転送するため、転送が終了すると、フォトダイオードＤ１はリセットされ、次のフィールドの光電変換動作を開始する。
【００３１】
次に、時刻ｔ５において、再び端子１０１にＨｉｇｈレベルのパルスを印加し、選択用ＭＯＳトランジスタＭＪ３をＯＮ状態にすると同時に端子１１４も立ち上げ、スイッチＭ１０通してＯＰアンプの出力と保持容量Ｃ１を接続する。ここで、フローティングディフュージョン容量の電圧は画素部ソースフォロア回路により、出力線５０に読み出される。ここで、ソースフォロワ回路の入力部である増幅用ＭＯＳトランジスタＭ４のゲートの電位は、Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ＋Ｖｌｉｇｈｔであるため、出力線５０には、Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ＋Ｖｌｉｇｈｔ−（Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ）＝Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｌｉｇｈｔの電位が出力される。そして、端子１１１にもＨｉｇｈのパルスを印加することで、今度は、出力線５０はオペアンプＡ１の＋側の入力端子に接続される。一方で、ＭＯＳトランジスタＭ９もＯＮ状態になるので、オペアンプＡ１は不帰還がかかり、ボルテージフォロアとして動作し、オペアンプの出力端子には＋側の入力端子と同じ電圧が出力される。但し、オペアンプにはオフセット電圧Ｖｏｐａｍｐがあるため、この電圧分だけ、シフトした電圧である。
【００３２】
また、出力線５０の接続が時刻ｔ１の時と入れ替わっているため、今度は−Ｖｏｐａｍｐ分の電圧がオフセットとなる。従って、ＯＰアンプの出力端子には
Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｌｉｇｈｔ−Ｖｏｐａｍｐ＝Ｖｒｅｓ＋Ｖｌｉｇｈｔ
となり、Ｖｏｐａｍｐや、ΔＶｔｈといったオペアンプ間、画素間でばらつくことによりＦＰＮの要因となる項は含まない電圧が出力される。
【００３３】
保持容量への読み出しが終了した時点で、時刻ｔ６において端子１１４のパルスを立ち下げ、ＭＯＳトランジスタＭ１０をＯＦＦし、時刻ｔ７、ｔ８においてそれぞれ端子１０１、１１１の端子のパルスを立ち下げ、画素ソースフォロア回路をＯＦＦ、オペアンプＡ１の不帰還ループを開ける。（すでに、画素からの光信号は保持容量Ｃ１に書き込まれ、オペアンプの出力とは切り離されているため、必ずしも、この時点でオペアンプの不帰還ループはＯＦＦする必要がないことはいうまでもない。）上記、時刻ｔ０〜ｔ８の期間において１画素分の動作について説明したが、同じ行の画素はこれと全く同じ動作をする。
【００３４】
上記動作により、１行分の光信号が保持容量Ｃ１に読み出された後、水平走査回路１４０により、時系列的に各画素の信号が読み出される。（時刻ｔ９〜ｔ１２）
【００３５】
また、時刻ｔ１２以降は垂直走査回路により、次の行を選択し、時刻ｔ０〜ｔ８までと全く同じ動作を行い、一連の動作を終了する。
【００３６】
以上、述べたように、本実施例によると、画素のソースフォロアアンプを構成するＭＯＳトランジスタＭ４のＶｔｈがバラツいたり、オペアンプのオフセット電圧が列毎で異なる場合でも、それらに依存しない、ＦＰＮのない出力が得られる。
【００３７】
また、上記オペアンプは述べたように、高速動作の必要がないため（〜１μｓｅｃ）、素子数の少ない、簡単な回路構成ですむため、チップサイズも小さくすることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図２に本発明の第２の実施例の回路構成を示す。本実施の形態は第１の実施の形態を１次化したもので、動作などは第１の実施の形態は全く同じであるため、説明を省略する。
【００３９】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について、図４の回路図及び図５のタイミングチャートを用いて説明する。図４が図１と相違する点は、図４にはオペアンプＡ１からの信号を１時的に保持する容量Ｃ１と、容量Ｃ１へ信号を転送するためのＭＯＳトランジスタＭ１０がない点であり、その他の構成は同じである。以降、図５のタイミングチャートを用いて本実施の形態の動作を以下に説明する。図５において時刻ｔ０〜ｔ４までの期間、すなわち、画素のリセットと、フォトダイオードＤ１からフローティングディフュージョン容量ＣＰ１への光電荷の転送までの動作は、第１の実施の形態と全く同じなので省略する。光電荷の転送が終了し、時刻ｔ５において端子１０１、１１１のパルスを立ち上げ画素ソースフォロア回路を動作させ、また、オペアンプＡ１の不帰還ループを閉じることにより、画素の光信号をオペアンプＡ１から出力する。この状態で時刻ｔ６〜ｔ９までの期間に水平走査回路１４０を動作させ、各画素の信号を時系列的に出力端子１２０に出力する。行方向の全画素の出力が終了した時点で、時刻ｔ９、ｔ１０においてそれぞれ、不帰還ループを開け、画素ソースフォロア回路をＯＦＦする。前述したように、不帰還ループを開けるタイミングはこれと異なるタイミングであっても全く問題ない。次に、時刻ｔ１１において垂直走査回路を１行分シフトし、時刻ｔ０〜ｔ１０と全く同じ動作をｔ１１以降で行い、２行目の画素の信号を出力して一連の動作を終了する。本実施の形態は第１の実施の形態に対して、保持容量Ｃ１及びＭＯＳトランジスタＭ１０を省略したもので、第１の実施の形態より、さらにチップサイズを小型化することができる。
【００４０】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態について、図４の回路図及び図６のタイミングチャートを用いて説明する。以降、本実施の形態の動作を図７のタイミングチャートを用いて説明する。時刻ｔ０〜ｔ４までの、画素のリセット及び、フォトダイオードＤ１から容量ＰＣ１への転送は他の実施の形態と全く同様である。容量ＣＰ１に光電荷の転送が終了すると、時刻ｔ５において端子１０１、１１１、１１８のパルスを立ち上げ画素ソースフォロア回路を動作させ、また、出力線５０とオペアンプの＋側入力端子を接続し、さらに、オペアンプＡ１の不帰還ループを閉じる。画素ソースフォロア回路の出力が終了すると、時刻ｔ６において、端子１１１のパルスを立ち下げ、出力線５０とオペアンプの＋側入力端子の接続を切り離すことによって、画素の光信号をオペアンプＡ１の＋側入力端子の寄生容量に保持する。ここで、寄生容量はトランジスタＭ８のドレインウエル間等の接合容量、オペアンプＡ１の＋側入力端子の入力容量入力やその他、配線の寄生容量からなる。次に、時刻ｔ７〜ｔ１０において、水平走査回路１４０を動作させ、１行目の各画素の信号を時系列的に出力端子に出力する。１行目の画素の信号出力が終了すると、時刻ｔ１１において端子１１８のパルスを立ち下げ、オペアンプＡ１の不帰還ループを開ける。次に時刻ｔ１２以降において、垂直走査回路１３０を１行分シフトし、２行目の画素に対して、時刻ｔ０〜ｔ１１までと全く同じ動作を行い、２行目の画素の信号を出力することで、一連の動作を終了する。実施の形態４では、同行の画素を１画素ずつ出力する期間に於いて画素ソースフォロア回路がＯＮしていたため、画素の位置によって、画素からの読み出し時間が異なる（行の最後の画素程、読み出し時間が長い）ため、各画素で出力値が異なる場合がある。これは、１画素毎の出力期間（時刻ｔ７からｔ９）が短いほど、顕著になる。これに対して、本実施の形態では、画素ソースフォロア回路の出力信号を一旦、オペアンプの入力容量の保持した後、１画素ずつ読み出すため、同行画素の信号はその位置によらず、均一の出力が得られる。
【００４１】
以上、述べた実施の形態ではいずれも、画素の構成は同一で、１つのフォトダイオードと４つのトランジスタから成るものであったが、その他の画素構成であっても全く問題ないことはいうまでもない。その一例を図７から図９に示す。図７は実施の形態１〜５で用いた画素の構成と比較すると、選択用ＭＯＳトランジスタの位置が異なるもので、図８は転送用ＭＯＳトランジスタが無いものである。また、図９は画素内のアンプとしてバイポーラートランジスタを用いたものである。
【００４２】
以上、述べた様に、本発明によると、各画素は、Ｖｒｅｓ＋Ｖｏｐａｍｐ＋Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈといった個々の画素に関係するデバイスの特性バラツキを含んだ電圧でリセットされ、光信号は、フォローティングディフュジージョン容量ではそのリセット電圧に重畳された電圧であるものの、ソースフォロアアンプ，オペアンプにより出力される際には、これら特性バラツキが相殺され、純粋な光信号電圧だけが得られる。
【００４３】
従って、従来の方法ではフィルター処理等の目的で、各画素の信号を繰返し、用いる場合には、画素からの読出し信号を蓄積する第１の蓄積手段とリセット後の残存信号を蓄積する第２の蓄積手段を、その繰り返し回数だけ設ける必要があったが、本発明では、その必要がなく、チップサイズを増大させることなく、多様な信号処理が可能となる。
【００４４】
（実施の形態５）
図１０に基づいて前述の実施の形態で説明した２次元状に画素を配列した固体撮像装置をビデオカメラに適用した場合の一実施の形態について詳述する。
【００４５】
図１０は、本発明の固体撮像装置をビデオカメラに適用した場合を示すブロック図で、２０１は撮影レンズで焦点調節を行うためのフォーカスレンズ１Ａ、ズーム動作を行うズームレンズ１Ｂ、結像用のレンズ１Ｃを備えている。
【００４６】
２０２は絞り、２０３は撮像面に結像された被写体像を光電変換して電気的な撮像信号に変換する固体撮像装置、２０４は固体撮像装置２０３より出力された撮像信号をサンプルホールドし、さらに、レベルをアンプするサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）であり、映像信号を出力する。
【００４７】
２０５はサンプルホールド回路２０４から出力された映像信号にガンマ補正、色分離、ブランキング処理等の所定の処理を施すプロセス回路で、輝度信号Ｙおよびクロマ信号Ｃを出力する。
【００４８】
プロセス回路２０５から出力されたクロマ信号Ｃは、色信号補正回路２２１で、ホワイトバランスおよび色バランスの補正がなされ、色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙとして出力される。
【００４９】
また、プロセス回路２０５から出力された輝度信号Ｙと、色信号補正回路２２１から出力された色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、エンコーダ回路（ＥＮＣ回路）２２４で変調され、標準テレビジョン信号として出力される。そして、図示しないビデオレコーダ、あるいは電子ビューファインダ等のモニタＥＶＦへと供給される。
【００５０】
次いで、２０６はアイリス制御回路であり、サンプルホールド回路２０４から供給される映像信号に基づいてアイリス駆動回路２０７を制御し、映像信号のレベルが所定レベルの一定値となるように、絞り２０２の開口量を制御すべくｉｇメータ２０８を自動制御するものである。
【００５１】
２１３、２１４は、サンプルホールド回路２０４から出力された映像信号中より合焦検出を行うために必要な高周波成分を抽出する異なった帯域制限のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。第１のバンドパスフィルタ２１３（ＢＰＦ１）、および第２のバンドパスフィルタ２１４（ＢＰＦ２）から出力された信号は、ゲート回路２１５およびフォーカスゲート枠信号で各々でゲートされ、ピーク検出回路２１６でピーク値がホールドされて検出されるとともに、論理制御回路２１７に入力される。この信号を焦点電圧と呼び、この焦点電圧によってフォーカスを合わせている。
【００５２】
また、２１８はフォーカスレンズ１Ａの移動位置を検出するフォーカスエンコーダ、２１９はズームレンズ１Ｂの焦点距離を検出するズームエンコーダ、２２０は絞り２０２の開口量を検出するアイリスエンコーダである。これらのエンコーダの検出値は、システムコントロールを行う論理制御回路２１７へと供給される。
【００５３】
論理制御回路２１７は、設定された合焦検出領域内に相当する映像信号に基づいて、被写体に対する合焦検出を行い焦点調節を行う。すなわち、各々のバンドパスフィルタ２１３、２１４より供給された高周波成分のピーク値情報を取り込み、高周波成分のピーク値が最大となる位置へとフォーカスレンズ１Ａを駆動すべくフォーカス駆動回路２０９にフォーカスモータ２１０の回転方向、回転速度、回転／停止等の制御信号を供給し、これを制御する。
【００５４】
（実施の形態６）
図１１に基づいて、前述した実施形態で説明した２次元状に配列した固体撮像装置をスチルカメラに適用した場合の一実施例について詳述する。
【００５５】
図１１において、３０１はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、３０２は被写体の光学像を固定撮像装置３０４に結像させるレンズ、３０３はレンズ３０２を通った光量を可変するための絞り、３０４はレンズ３０２で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、３０６は固体撮像装置３０４より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、３０７はＡ／Ｄ変換器３０６より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、３０８は固体撮像素子３０４，撮像信号処理回路３０５，Ａ／Ｄ変換器３０６，信号処理部７に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、３０９は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、３１０は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部、３１１は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、３１２は画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、３１３は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。
【００５６】
次に、前述の構成における撮影時のスチルビデオカメラの動作について、説明する。
【００５７】
バリア３０１がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、さらに、Ａ／Ｄ変換器３０６などの撮像系回路の電源がオンされる。
【００５８】
それから、露光量を制御するために、全体制御・演算部３０９は絞り３０３を開放にし、固体撮像装置３０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器３０６で変換された後、信号処理部３０７に入力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部３０９で行う。
【００５９】
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部３０９は絞りを制御する。
【００６０】
次に、固体撮像装置３０４から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部３０９で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断したときは、再びレンズを駆動し測距を行う。
【００６１】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像装置３０４から出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部７を通り全体制御・演算３０９によりメモリ部に書き込まれる。その後、メモリ部１０に蓄積されたデータは、全体制御・演算部３０９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１２に記録される。又外部Ｉ／Ｆ３１３を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【００６２】
（実施の形態７）
図１２，１３に基づいて、前述した実施形態で説明した１次元状に画素が配列された固体撮像装置をシートフィード式の原稿画像読取装置に適用した場合の一実施の形態について詳述する。
【００６３】
図１２は、原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。４０１は密着型のイメージセンサ（以下“ＣＩＳ”とも呼ぶ）であり、固体撮像装置４０２，セルフォックレンズ４０３，ＬＥＤアレイ４０４及びコンタクトガラス４０５から構成されている。搬送ローラ４０６は、ＣＩＳ１の前後に配置されており、原稿を配置させるために使用される。コンタクトシート４０７は、原稿をＣＩＳ１に接触させるために使用される。４１０は制御回路であり、ＣＩＳ４０１からの信号の処理等を行う。
【００６４】
原稿検知レバー４０８は、原稿が差し込まれたことを検知するためのレバーであり、原稿が差し込まれたことを検知すると、原稿検知レバー４０８が傾くことにより、原稿検知センサ４０９の出力が変化することにより、その状態を制御回路４１０内のＣＰＵ５１５に伝達することにより、原稿が差し込まれたと判断して、原稿搬送ローラ４０６駆動用モータ（図示せず）を駆動させることにより、原稿搬送を開始させ読み取り動作を行う。
【００６５】
図１３は、図１２の制御回路を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。以下に図１３を用いて、その回路動作を説明する：
図１３において、５０１はイメージセンサ（図１２のＣＩＳ１）であり、光源である各色Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ５０２も一体化されており、ＣＩＳ１のコンタクトガラス４０５上を原稿を搬送させながら、ＬＥＤ制御（ドライブ）回路５０３にて１ライン毎に各色Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ５０２を切り替えて点灯させることにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ線順次のカラー画像を読み取ることが可能である。
【００６６】
ＡＭＰ５０４は、ＣＩＳ５０１より出力された信号を増幅させる増幅器であり、５０５はこの増幅出力のＡ／Ｄ変換を行って、例えば８ビットのディジタル出力を得るＡ／Ｄ変換器である。シェーディングＲＡＭ５０６は、キャリブレーション用のシートを予め読み取ることにより、シェーディング補正用のデータが記憶されており、シェーディング補正回路５０７は、前記シェーディングＲＡＭ５０６のデータに基づいて読み取られた画像信号のシェーディング補正を行う。ピーク検知回路５０８は、読み取られた画像データにおけるピーク値を、ライン毎に検知する回路であり、原稿の先端を検知するために使用される。
【００６７】
ガンマ変換回路５０９は、ホストコンピュータにより予め設定されたガンマカーブに従って読み取られた画像データのガンマ変換を行う。
【００６８】
バッファＲＡＭ５１０は、実際の読み取り動作とホストコンピュータとの通信におけるタイミングを合わせるために、画像データを１次的に記憶させるためのＲＡＭであり、パッキング／バッファＲＡＭ制御回路５１１は、ホストコンピュータより予め設定された画像出力モード（２値，４ビット多値，８ビット多値，２４ビット多値）に従ったパッキング処理を行った後に、そのデータをバッファＲＡＭ５１０に書き込む処理と、インタフェース回路５１２にバッファＲＡＭ５１０から画像データを読み込んで出力させる。
【００６９】
インタフェース回路５１２は、パーソナルコンピュータなどの本実施例に係る画像読取装置のホスト装置となる外部装置との間でコントロール信号の受容や画像信号の出力を行う。
【００７０】
５１５は、例えばマイクロコンピュータ形態のＣＰＵであり、処理手順を格納したＲＯＭ５１５Ａ及び作業用のＲＡＭ５１５Ｂを有し、ＲＯＭ５１５Ａに格納された手順に従って、各部の制御を行う。
【００７１】
５１６は、例えば水晶発振器、５１４は、ＣＰＵ５１５の設定に応じて発振器５１６の出力を分周して動作の基準となる各種タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路である。５１３はインターフェース回路５１３を介して制御回路と接続される外部装置であり、外部装置の１例としてはパーソナルコンピュータ等が上げられる。
【００７２】
（実施の形態８）
図１４，１５に基づいて、前述した実施形態で説明した１次元状に画素が配列された固体撮像装置を通信機能等を有する原稿画像読取装置に適用した場合の一実施例について詳述する。
【００７３】
図１４は画像読取装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。図１５において、リーダ部６０１は、不図示の原稿画像を読み取り、その原稿画像に応じた画像データをプリンタ部６０２及び画像入出力制御部６０３へ出力する。プリンタ部６０２はリーダ部６０１及び画像入出力制御部６０３からの画像データに応じた画像を記録紙上に記録する。
【００７４】
画像入出力制御部６０３はリーダ部６０１に接続されており、ファクシミリ部６０４、ファイル部６０５、コンピュータインターフェイス部６０７、フォーマッタ部６０８、イメージメモリ６０９、コア部６１０等からなる。これらの内、ファクシミリ部６０４は、電話回線６１３を介して受信した圧縮画像データを伸長して伸長された画像データをコア部６１０へ転送し、またコア部６１０から転送された画像データを圧縮して圧縮された圧縮画像データを電話回線６１３を介して受信する。このファクシミリ部６０４にはハードディスク６１２が接続されており、受信した圧縮画像データを一時的に保存することができる。
【００７５】
ファイル部６０５には光磁気ディスクドライブユニット６０６が接続されており、ファイル部６０５は、コア部６１０から転送された画像データを圧縮し、その画像データをそれを検索するためのキーワードとともに光磁気ディスクドライブユニット６０６にセットされた光磁気ディスクに記憶させる。また、ファイル部６０５は、コア部６１０を介して転送されたキーワードに基づいて、光磁気ディスクに記憶されている圧縮画像データを検索する。そして、検索された圧縮画像データを読み出して伸長し、伸長された画像データをコア部６１０へ転送する。
【００７６】
コンピュータインターフェイス部６０７は、パーソナルコンピュータ又はワークステーション（ＰＣ／ＷＳ）６１１とコア部６１０との間のインターフェイスである。また、フォーマッタ部６０８は、ＰＣ／ＷＳ１１から転送された画像を表わすコードデータをプリンタ部６０２で記録できる画像データに展開するものであり、イメージメモリ部６０９は、ＰＣ／ＷＳ６１１から転送されたデータを一時的に記憶するものである。
【００７７】
コア部６１０は、リーダ部６０１、ファクシミリ部６０４、ファイル部６０５、コンピュータインターフェイス部６０７、フォーマッタ部６０８、イメージメモリ部６０９それぞれの間のデータの流れを制御する。
【００７８】
図６０６は、図６０５のリーダ部６０１及びプリンタ部６０２の断面構成を示す図である。
【００７９】
図５において、リーダ部６０１の原稿給送装置７０１は、不図示の原稿を最終ページから順に１枚ずつプラテンガラス７０２上へ給送し、原稿の読み取り動作終了後、プラテンガラス７０２上の原稿を排出するものである。また、原稿がプラテンガラス７０２上に搬送されると、ランプ７０３を点灯し、スキャナユニット７０４の移動を開始させて、原稿を露光走査する。
【００８０】
この露光走査による原稿からの反射光は、ミラー７０５、７０６、７０７及びレンズ７０８によって、固体撮像装置１０９へ導かれる。このように、走査された原稿の画像は固体撮像装置７０９によって読み取られる。この固体撮像装置７０９から出力される画像データは、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正等の処理が施された後、プリンタ部２又はコア部６１０へ転送される。
【００８１】
プリンタ部６０２のレーザドライバ７２１は、レーザ発光部７０１を駆動し、リーダ部６０１から出力された画像データに応じたレーザ光をレーザ発光部７０１により発光させる。このレーザ光は感光ドラム７０２の異なる位置に照射され、感光ドラム７０２にはこれらのレーザ光に応じた潜像が形成される。
【００８２】
この感光ドラム７０２の潜像の部分には、現像機７０３によって現像剤が付着される。そして、レーザ光の照射開始と同期したタイミングで、カセット７０４及びカセット７０５のいずれかから記録紙を給紙し、それを転写部７０６へ搬送し、感光ドラム７０２に付着された現像材をこの記録紙上に転写する。現像材の乗った記録紙は定着部７０７に搬送され、定着部７０７における熱と圧力により現像材が記録紙上に定着される。
【００８３】
定着部７０７を通過した記録紙は排出ローラ２０８によって排出され、ソータ７２０は排出された記録紙をそれぞれのビンに収納して記録紙の仕分けを行う。尚、ソータ７２０は、仕分けが設定されていない場合には、排出ローラ７０８まで記録紙を搬送した後、排出ローラ７０８の回転方向を逆転させ、フラッパ７０９によってそれを再給紙搬送路７１０へ導く。
【００８４】
また、多重記録が設定されている場合は、記録紙を排出ローラ７０８まで搬送しないように、フラッパ７０９によってそれを再給紙搬送路７１０へ導く。再給紙搬送路７１０へ導かれた記録紙は上述しタイミングと同じタイミングで転写部７０６へ給紙される。
【００８５】
（実施の形態９）
図１６に基づいて、前述した実施の形態で説明した２次元状に画素が配列された固体撮像装置を用いた例えば実施の形態５のビデオカメラを有するカメラ制御システムについて詳述する。
【００８６】
本実施の形態では、実施の形態５のビデオカメラに限らず、実施形態６のスチルカメラであってもよい。
【００８７】
図１６は、カメラ制御システムを示す概略構成ブロック図である。８１０は映像データおよびカメラ制御情報（ステータス情報も含む）をデジタル伝送するネットワークであり、ｎ台の映像送信端末８１２（８１２−１〜８１２−ｎ）が接続している。
【００８８】
各映像送信端末８１２（８１２−１〜８１２−ｎ）には、カメラ制御装置８１４（８１４−１〜８１４−ｎ）を介してカメラ８１６（８１６−１〜８１６−ｎ）が接続されている。カメラ制御装置８１４（８１４−１〜８１４−ｎ）は、映像送信端末８１２（８１２−１〜８１２−ｎ）からの制御信号に従い、接続するビデオカメラ８１６（８１６−１〜８１６−ｎ）のパン，チルト，ズーム，フォーカスおよび絞りなどを制御する。
【００８９】
また、ビデオカメラ８１６（８１６−１〜８１６−ｎ）は、カメラ制御装置８１４（８１４−１〜８１４−ｎ）から電源が供給されており、カメラ制御装置８１４−（８１４−１〜８１４−ｎ）は、外部からの制御信号に従い、ビデオカメラ８１６（８１６−１〜８１６−ｎ）の電源のＯＮ／ＯＦＦが制御される。
【００９０】
また、ネットワーク８１０には、映像送信端末８１２（８１２−１〜８１２−ｎ）からネットワーク８１０に送出された映像情報を受信し、表示する映像受信端末８１８（８１８−１〜８１８−ｍ）が接続されている。各映像受信端末８１８（８１８−１〜８１８−ｍ）には、ビットマップディスプレイあるいはＣＲＴなどで構成されるモニタ８２０（８２０−１〜８２０−ｍ）が接続されている。
【００９１】
ここで、ネットワーク８１０は、有線である必要はなく、無線ＬＡＮ装置などを利用した無線ネットワークでもよい。この場合、映像受信端末８１８は、モニタ８２０と一体化して携帯型の映像受信端末装置とすることができる。
【００９２】
映像送信端末８１２（８１２−１〜８１２−ｎ）は、接続するカメラ８１６（８１６−１〜８１６−ｎ）の出力映像信号をＨ．２６１などの所定の圧縮方式で圧縮し、ネットワーク８１０を介して、映像要求元の映像受信端末１８またはすべての映像受信端末８１８に送信する。映像受信端末１８は、ネットワーク８１０、映像送信端末８１２およびカメラ制御装置８１４を介して任意のカメラ８１６の種々のパラメータ（撮影方位、撮影倍率、フォーカスおよび絞りなど）とともに、電力供給のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能である。
【００９３】
ここで、映像送信端末８１２は、モニタを接続し、圧縮映像を伸長する映像伸長装置を設けることで、映像受信端末として兼用することができる。一方、映像受信端末１８は、カメラ制御装置８１４およびビデオカメラ８１６を接続し、映像圧縮装置を設けることで、映像送信端末として兼用することができる。これらの端末には、映像送信または映像受信に必要なソフトウエアを記憶するＲＯＭが備えられている。
【００９４】
以上の構成によって、映像送信端末８１２は、ネットワーク８１０を経由して遠隔地の映像受信端末１８に映像信号を伝送するとともに、映像受信端末８１８から伝送されるカメラ制御信号を受けて、カメラ８１６のパン，チルトなどの制御を実行する。
【００９５】
また、映像受信端末８１８は、映像送信端末８１２にカメラ制御信号を発信し、カメラ制御信号を受信した映像送信端末８１２は、そのカメラ制御信号の内容に応じてカメラ８１６を制御するとともに、そのカメラ８１６の現在の状態を返送する。映像受信端末８１８は、映像送信端末８１２から送られてくる映像データを受信し、所定の処理を施してモニタ８４０の表示画面上に撮影映像をリアルタイムに表示する。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、装置を増大化させることなく、ノイズを減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施の形態を説明するための図である。
【図２】本発明の第1の実施の形態を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を説明するための図である。
【図４】本発明の第３又は第4の実施の形態を説明するための図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を説明するための図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を説明するための図である。
【図７】画素の構成を表す図である。
【図８】画素の構成を表す図である。
【図９】画素の構成を表す図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態を説明するための図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態を説明するための図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態を説明するための図である。
【図１３】本発明の第７の実施の形態を説明するための図である。
【図１４】本発明の第８の実施の形態を説明するための図である。
【図１５】本発明の第８の実施の形態を説明するための図である。
【図１６】本発明の第９の実施の形態を説明するための図である。
【図１７】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｄ１ フォトダイオ−ド
Ｍ１ 転送用ＭＯＳトランジスタ
Ｍ２ リセット用ＭＯＳトランジスタ
Ｍ３ 選択用ＭＯＳトランジスタ
Ｍ４ 増幅用ＭＯＳトランジスタ
５０ 垂直出力線
５１ リセット線
５２ 定電流負荷
Ａ１ オペアンプ
Ｍ６ 接続用ＭＯＳトランジスタ
Ｍ７ 接続用ＭＯＳトランジスタ
Ｍ８ 接続用ＭＯＳトランジスタ
Ｍ９ 接続用ＭＯＳトランジスタ

Claims (7)

1. 光電変換手段と、
   前記光電変換手段で生じた光電荷に基づく信号を増幅して出力線へ出力するための増幅トランジスタと、
   前記増幅トランジスタのゲートに、所定のリセットレベルを供給するためのリセットトランジスタと、を含む複数の画素を有する固体撮像装置であって、
   第１の入力端子、第２の入力端子及び出力端子とを有する複数の差動手段と、
   前記複数の差動手段の出力端子からの信号を選択して読み出す走査回路と、
   前記出力線と前記第１の入力端子との電気的接続を制御する第１のスイッチ手段と、
   前記第２の入力端子と基準電圧源との電気的接続を制御する第２のスイッチ手段と、
   前記第１の入力端子と前記出力端子との電気的接続を制御する第３のスイッチ手段と、
   前記出力線と前記第２の入力端子との電気的接続を制御する第４のスイッチ手段と、
   前記リセットトランジスタ、前記第１のスイッチ手段及び前記第２のスイッチ手段を導通させることにより、前記差動手段、前記リセットトランジスタ及び前記増幅トランジスタとでフィ−ドバックル−プを形成し、
   前記所定のリセットレベルは、前記ループ手段を介して前記差動手段の出力端子からの出力が前記リセットトランジスタのドレインへ供給された状態で、前記リセットトランジスタを導通させることにより供給されることを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１において、前記増幅トランジスタのゲートの電位が前記所定のリセットレベルに設定された後に、前記リセットトランジスタを非導通とし、前記第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を非導通とすることにより、フィ−ドバックル−プを開くことを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項２において、前記フィードバックループを開いた後に、前記光電変換手段で生じた光電荷に基づく信号を、前記増幅トランジスタを動作させることにより、前記出力線へ出力することを特徴とする固体撮像装置。
4. 請求項３において、前記差動手段はオペアンプであり、
   前記増幅トランジスタを動作させることにより、前記光電変換手段で生じた光電荷に基づく信号を前記出力線へ出力した後に、前記第３のスイッチ手段及び第４のスイッチ手段を導通させることにより、前記オペアンプをボルテージフォロワ動作させることを特徴とする固体撮像装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記増幅トランジスタは定電流源とともにソ−スフォロワ回路を構成することを特徴とする固体撮像装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の固体撮像装置と、
   前記固体撮像装置からの信号に対して信号処理を行う信号処理手段と、
   前記固体撮像装置からの信号に基いてフォ−カス制御、ズ−ム制御又はアイリス制御を行う駆動手段と、
   前記固体撮像装置、前記信号処理手段及び前記駆動手段を制御する制御手段を有することを特徴をする撮像システム。
7. 原稿を搬送する原稿搬送手段と、
   前記原稿搬送手段によって搬送された原稿に光を照射する光源と、
   原稿に照射された反射光を受光する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の固体撮像装置と、
   前記固体撮像装置からの信号に基いて画像を形成する画像形成手段とを有することを特徴とする画像読取システム。

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