JP4921911B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
C31に蓄積される差電圧・・・ VV11-SIG −VREF ・・・・・(1)
C32に蓄積される差電圧・・・ VV12-SIG −VREF ・・・・・(2)
C33に蓄積される差電圧・・・ VV13-SIG −VREF ・・・・・(3)
ΔVV11 −ΔVCL11=ΔQC31 /C31 ・・・・・・・・・・・(4)
ΔVV12 −ΔVCL12=ΔQC32 /C32 ・・・・・・・・・・・(5)
ΔVV13 −ΔVCL13=ΔQC33 /C33 ・・・・・・・・・・・(6)
ΔVCL11=ΔQ/(C41+C42+C43) ・・・・・・・・・・・(7)
ΔQ=ΔQC31 +ΔQC32 +ΔQC33 ・・・・・・・・・・・(8)
ΔVCL11=〔{CCL/(CCL+CSH)}×(ΔVV11 +ΔVC12 +ΔVV13 )
/3〕 ・・・・・・・・・・・・・・・(9)
VCL11=VREF +ΔVCL11=VREF +〔{CCL/(CCL+CSH)}
×(ΔVV11 +ΔVV12 +ΔVV13 )/3〕 ・・・・・・・・・(10)
ΔVFT(C41)=ΔVFT(C43)=VFT(φCL)+VFT(φSH)
+VFT(φAV-H) ・・・・・・・・・・・・・・・(11a)
ΔVFT(C42)=VFT(φCL)+VFT(φSH)
+{2×VFT(φAV-H)} ・・・・・・・・・・・(11b)
ことを特徴とするものである。
請求項2に係る発明によれば、前記第2のモードを用いてノイズ抑圧動作と複数の前記画素信号の水平混合動作を同時に行う際に、前記混合スイッチによるオフセット成分が同じ値となるためOB画素出力の周期的なオフセット成分を抑えることが可能となり、これにより水平混合動作を行っても最適なOBクランプ動作を実現できる。
請求項3に係る発明によれば、前記第2のモードを用いてノイズ抑圧動作と複数の前記画素信号の水平混合動作を同時に行う際に、前記混合スイッチによるオフセット成分が同じになるためOB画素出力の周期的なオフセット成分を抑えることが可能となり、水平混合動作を行っても最適なOBクランプ動作を実現でき、加えて、前記スイッチ用MOSトランジスと、前記ダミースイッチ用MOSトランジスタが同一形状及び同一レイアウトのトランジスタで構成し配線変更のみで対応可能なため、列毎のレイアウトパターンの違いが少なく、周期的な固定パターンが発生しづらくなる。
まず、本発明に係る増幅型MOSセンサを用いた固体撮像装置の実施例1について説明する。固体撮像装置は個々の画素に係る画素信号を出力端子VOUT から出力する第1のモードと、水平方向に複数の画素に係る画素信号を混合して出力端子VOUT から出力する第2のモードとを選択可能であり、第1及び第2のモードに係る制御はモード制御部8により行われる。他の実施例においても同様である。図1は、実施例1に係る固体撮像装置の構成を示す回路構成図であり、図11に示した従来のものと構成自体は同じであるので、その説明は省略する。図2は本実施例に関する第2のモードである水平混合動作時の各部の駆動動作を概略的に示すタイミングチャートである。なお、第1のモードは水平混合制御ラインφAV-Hを常時Lに設定すること以外、第2のモードと同様である。ここでは、垂直走査回路2により画素部1の上から1行目が選択された場合で、左から1列目〜3列目の画素の動作に注目して説明する。まず始めに、モード制御部8の制御信号により、ノイズ抑圧部4と水平走査回路6に第2のモードにおける駆動タイミングが設定される。
C31に蓄積される差電圧・・・ VV11-SIG −VREF ・・・・・・(12)
C32に蓄積される差電圧・・・ VV12-SIG −VREF ・・・・・・(13)
C33に蓄積される差電圧・・・ VV13-SIG −VREF ・・・・・・(14)
ΔVFT(C41)=ΔVFT(C43)=VFT(φCL)−VFT(φAV-H=H)
・・・・・・・(15)
ΔVFT(C42)=ΔVFT(φCL)−{2×VFT(φAV-H=H)}
・・・・・・・(16)
ΔVCL11=〔{CCL/(CCL+CSH)}×(ΔVV11 +ΔVV12 +ΔVV13 ) /3〕 ・・・・・・・・・・・・・・・(17)
VCL11=VREF +ΔVCL11=VREF +〔{CCL/(CCL+CSH)}
×(ΔVV11 +ΔVV12 +ΔVV13 )/3〕 ・・・・・・・・・(18)
ΔVFT(C41)=ΔVFT(C43)=VFT(φCL)−VFT(φAV-H=H)
+VFT(φSH)+VFT(φAV-H=L)・・・・・(19)
ΔVFT(C42)=VFT(φCL)−{2×VFT(φAV-H=H)}
+VFT(φSH)+{2×VFT(φAV-H=L)}
・・・・・・・(20)
ΔVFT(C41)=ΔVFT(C43)=ΔVFT(C42)=VFT(φCL)
+VFT(φSH) ・・・・・・・・・・・・(21)
次に、本発明に係る増幅型MOSセンサを用いた固体撮像装置の実施例2を、図3に示す要部に基づいて説明する。本実施例2では、図1に示した実施例1におけるノイズ抑圧部4において増幅回路を含んだ構成のものであり、他の構成は図1に示した実施例1と同じである。すなわち、図3に示すように、この実施例のノイズ抑圧部4においては、サンプル用トランジスタM21〜M24とクランプ用トランジスタM51〜M54とクランプ用容量C31〜C34とホールド用容量C41〜C44とフィードバック容量C51〜C54と反転アンプA11〜A14からなるノイズ抑圧回路CDS1〜CDS4が各列毎に設けられており、クランプ出力ラインCL11とCL12及びCL12とCL13とを接続する水平混合用トランジスタM42とM43を備えて構成されている。なお、ここでも、4列目の垂直信号線までの構成を示している。
VCL11=VSHORT +{(ΔVV11 +ΔVV12 +ΔVV13 )/3}×(−CCL/CF) ・・・・・・・(22)
ΔVFT(C41)=ΔVFT(C42)=ΔVFT(C43)
=VFT(φCL)×(−CCL/CF)+VFT(φSH)
・・・・・・・(23)
VCL11=VSHORT +{(ΔVV11 +ΔVV12 +ΔVV13 )/3}
×{1+(CCL/CF)} ・・・・・・・・・・・・(26)
ΔVFT(C41)=ΔVFT(C42)=ΔVFT(C43)
=VFT(φCL)×{1+(CCL/CF)}+VFT(φSH) ・・・・・・・(27)
次に、実施例3について説明する。この実施例は、図1に示した実施例1においてノイズ抑圧部4に含まれる水平混合用トランジスタM42とM43の形状を特定したものである。図5は、実施例3におけるノイズ抑圧部の水平混合用トランジスタM42とM43の形状を示す概略図である。図5に示すように、水平混合用トランジスタM42とM43のゲート電極M42−G,M43−Gをリング形状とし、ゲート電極M42−G,M43−Gの内側をソース領域M42−S,M43−S、ゲート電極M42−G,M43−Gの外側をドレイン領域M42−D,M43−Dとする。更に、ドレイン領域M42−D,M43−Dに接するゲート電極M42−G,M43−Gの周囲長を、ソース領域M42−S,M43−Sに接するゲート電極M42−G,M43−Gの周囲長の2倍とする。ここで、水平混合用トランジスタM42,M43のゲートソース間容量をCovとすると、ゲートドレイン間容量は2×Covとなる。
・・・・・・・(28)
次に、実施例4について説明する。この実施例4はノイズ抑圧部の構成を異にするのみで、他の構成は図1に示した実施例1と同様である。図7は、本実施例に係るノイズ抑圧部を示す回路構成図である。この実施例に係るノイズ抑圧部4においては、それに含まれる水平混合用トランジスタM42とM43を、それぞれ同一形状の2つのトランジスタM42AとM42B及びM43AとM43Bで構成し、水平混合を行わない列(ここでは、第1列の前段と第4列)にも水平混合用トランジスタM42AとM42Bと同一形状でゲートが水平混合制御ラインφAV-Hに接続されソースドレイン間を短絡したダミートランジスタM41BとM44Aのドレイン(又はソース)を接続し、第1列と第3列のホールド用容量C41とC43に水平混合用トランジスタM42AとM42Bと同一形状でゲートが水平混合制御ラインφAV-Hに接続されソースドレイン間を短絡したダミートランジスタM41AとM44Bのドレイン(又はソース)をそれぞれ接続して構成したものである。
ΔVFT(C41)=ΔVFT(C43)=ΔVFT(C42)=4×VFT(φAV-H)
・・・・・・・(29)
2 垂直走査回路
3 電流供給部
4 ノイズ抑圧部
5 水平選択スイッチ部
6 水平走査回路
7 出力ライン
8 モード制御部
Claims (3)
- 光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号として出力する増幅部とを含んだ画素が複数、行方向及び列方向に2次元に配置された画素部と、
前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、
前記画素部の前記列を単位として一端が前記画素の出力端に接続された複数のクランプ容量と、隣接する前記クランプ容量の他端間を連結して前記行方向の複数の画素の信号を混合する混合スイッチであり、該混合スイッチの一端が隣接する混合スイッチの他端と接続されている混合スイッチを含む混合スイッチとを有し、前記クランプ容量の他端にクランプ電位を設定するクランプ設定信号が印加されている第1のタイミングにおいて前記クランプ容量に保持された前記画素の信号レベルを基準とし、第2のタイミングにおける前記画素に係る信号レベルとの差分に応じた出力を得ることで前記画素に係る信号のノイズ抑圧を行うノイズ抑圧部と、
前記ノイズ抑圧後の前記画素に係る信号を前記列を単位として順次選択して水平信号線から出力させる水平走査部と、
前記混合スイッチをオフとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第1のモードと、前記混合スイッチを前記クランプ信号がオフした後にオンとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第2のモードとを選択可能に有するモード制御部とを備え、
前記ノイズ抑圧部は、前記差分に応じた出力の反転増幅信号あるいは非反転増幅信号を出力する増幅部を更に含み、
前記混合スイッチは、フィードスルー成分によって発生する電位変動を互いに相殺するために前記ノイズ抑圧部から水平出力ラインに信号読み出しをする前にオフされる
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記混合スイッチは、連結する前記各クランプ容量の数及び位置に応じ、一の前記クランプ容量に接続されるゲート幅が各クランプ容量間で略同一となるようにドレイン形状とソース形状が設定されたMOSトランジスタからなることを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。
- 前記混合スイッチは、並列に連結された偶数個の同一形状の第1のMOSトランジスタを1ユニットとして、隣接する前記クランプ容量の他端間に配置されてなり、且つ、混合する対象の前記クランプ容量の並びの両端に位置する前記クランプ容量の各他端にそのソースとドレインとが接続され、前記第1のトランジスタと同一形状であって、スイッチとして機能する第2のMOSトランジスタを前記第1のトランジスタの個数の半数有することを特徴とする請求項1又は2に係る固体撮像装置。
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