JP6539157B2 - 固体撮像装置および撮像システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。固体撮像装置は、画素部1、垂直走査回路2、読み出し回路3、水平走査回路4、出力回路5、制御回路6を備えるCMOSイメージセンサである。画素部1は、行列状に配置された複数の有効画素1aと、有効画素1aの周辺に配列された複数の遮光画素1bとを備える。有効画素1a、遮光画素1bは、例えば図6に示されたよう、光電変換素子PD、転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3、選択トランジスタM4、浮遊拡散部(フローティング・ディフュージョン)FDを備える。光電変換素子PDは、例えばフォトダイオードから構成され、照射された光に応じた電荷を発生させる。転送トランジスタM1は光電変換素子PDに発生した電荷を浮遊拡散部FDに転送する。リセットトランジスタM2は浮遊拡散部FDの電位を所定の電圧(電源電圧)にリセットする。転送トランジスタM1とリセットトランジスタM2を同時にオンさせることにより、光電変換素子PDの電荷がリセットされる。増幅トランジスタM3は、浮遊拡散部FDの電位に応じてソースの電位が変わるソースフォロアとして動作する。選択トランジスタM4は増幅トランジスタM3のソースを信号線1cに接続する。読み出すべき行の選択トランジスタM4をオンさせることで、当該行の光電変換素子PDの電荷に応じた電圧が信号線1cに出力される。図示されていないが、信号線1cには電流回路が接続されている。トランジスタM1〜M4はNチャネルトランジスタに限定されることなく、PチャネルMOSトランジスタであっても良い。また、複数の光電変換素子PDが1つの増幅トランジスタM3を共有しても良い。
OUTS=VREF+Voffs
OUTN=VREF+Voffn
OUTS−OUTN=Voffs−Voffn
OUTS=VREF+Voffn+Δv
OUTN=VREF+Voffn
OUTS−OUTN=Δv
図4は、第2実施形態に係る固体撮像装置の画素部および補正処理を説明するための図である。本実施形態に画素部1は、有効画素領域に隣接した無効画素領域を備え、出力回路5は無効画素領域のいずれか1つの無効画素からの画素信号に基づきオフセット補正を行う。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
上述の第1、第2実施形態においては補正信号はアナログ信号であるが、補正信号をデジタル信号に変換しても良い。図5は第3実施形態に係る保持回路30aのブロック図である。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。保持回路30aはA/D変換器301a、D/A変換器302aを備える。A/D変換器301aは補正回路Afbからの補正信号をデジタル信号に変換し、保持する。D/A変換器302aは保持されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、オフセット補正のための補正信号として出力する。
図7は、本発明の第4実施形態に係る出力回路5のブロック図である。本実施形態に係る出力回路5は、複数の信号出力回路10、11に共通の補正回路Afbを備えている。また、第1実施形態と異なり、信号出力回路10、11はクランプ容量を有しない。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
VOUTS0=(Vh0−Vr)×Rf/Rs+Vfb0
上述した第4実施形態に係る図7には2個の信号出力回路10、11が示されているが、信号出力回路の個数は限定されない。本実施形態に係る固体撮像装置は、8チャネルの出力系統を備え、第1〜第8の信号出力回路、第1〜第8の保持回路、共通の補正回路Afbを備え得る。ここで、第1〜第8の保持回路は第1〜第8のスイッチを備えるものとする。補正回路Afbは、選択された一対の信号出力回路および保持回路において出力信号のレベルを補正する。
図11は、本発明の第6実施形態に係る出力回路5のブロック図である。本実施形態に係る出力回路5は、複数対の信号出力回路および保持回路を備える点において第1実施形態と異なっている。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明する。
図13は、本実施形態に係る出力回路5のブロック図である。以下、第6実施形態と異なる構成を中心に説明する。出力回路5はさらに増幅器A00、A01を備えている。増幅器A00の一方の入力端子には信号線hs0が接続され、他方の入力端子には信号線hn0が接続されている。増幅器A00の出力端子はクランプ容量C10を介して増幅器A10の入力端子に接続されている。従って、信号線h0には、信号線hs0、hn0の電圧差に基づく信号が出力される。また、増幅器A01の一方の入力端子には信号線hs1が接続され、他方の入力端子には信号線hn1が接続されている。増幅器A01の出力端子はクランプ容量C11を介して増幅器A11の入力端子に接続されている。基準信号VREFは増幅器を介することなく出力端子OUTNから出力され、出力端子OUTNは出力端子OUTS0、OUTS1に共通の基準信号VREFを出力する。また、出力端子OUTNの基準信号VREFは補正回路Afbに入力され、基準信号VREFに基づく2つの補正信号が補正回路Afbから出力される。
上記の各実施例で述べた撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムの一例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどがあげられる。図14に、撮像システムの一例としてデジタルスチルカメラに、上述した実施形態のいずれかの撮像装置を適用した撮像システムの図を示す。
上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、増幅器は同様の機能を奏する限り、シングル入力型、差動入力型を問わない。
3 読み出し回路
5 出力回路
10、11 信号出力回路
30、31 保持回路
Afb 補正回路
A1、A10、A11 増幅器
C30、C31 保持容量
Claims (20)
- 光電変換素子を備える画素が行列状に配置された画素部と、
信号線と、
前記画素がリセットされた状態に応じた第1の信号、および、前記光電変換素子での光電変換によって生じた電荷に基づく第2の信号を前記信号線に出力する読み出し回路と、
増幅器およびクランプ容量を備え、前記クランプ容量の一端が前記信号線に接続され、他端が前記増幅器の入力端子に接続される信号出力回路と、
前記増幅器の出力信号と基準信号との差分に基づく補正信号を生成する補正回路と、
前記補正信号を保持し、かつ、前記信号線に前記第1の信号が出力される際に、保持された前記補正信号を前記増幅器の前記入力端子に印加するように構成された保持回路と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 光電変換素子を備える画素が行列状に配置された画素部と、
複数の信号線と、
前記画素からの信号を前記複数の信号線に出力する読み出し回路と、
前記複数の信号線の対応する1つに接続され、前記画素からの信号を増幅する増幅器をそれぞれが有する複数の信号出力回路と、
それぞれが前記複数の信号出力回路の1つの前記増幅器の出力信号と基準信号との差分に基づく複数の補正信号を生成するように、前記複数の信号出力回路に対して共通に設けられた補正回路と、
前記複数の信号出力回路に対応して設けられ、それぞれが、前記補正信号を保持し、かつ、保持された前記補正信号を対応する前記増幅器の入力端子に印加するように構成された複数の保持回路と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 複数対の前記信号出力回路および前記保持回路を備え、
前記補正回路は、前記複数対のうちの選択された一対の前記信号出力回路および前記保持回路において、前記補正信号を前記増幅器の前記入力端子に印加することを特徴とする
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記基準信号を出力する第2の増幅器を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記信号出力回路に接続された出力端子を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記基準信号は前記光電変換素子からの信号に依存しない固定電圧であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第2の増幅器は複数の前記信号出力回路において共有されることを特徴とする
請求項4に記載の固体撮像装置。 - 前記信号出力回路、前記補正回路、前記保持回路はフィードバックループの一部を構成し、
前記保持回路は、前記フィードバックループをクローズの状態にしながら前記補正信号に基づいて前記出力信号のレベルを補正する第1の補正と、前記フィードバックループをオープンの状態にしながら、前記第1の補正時に保持した前記補正信号に基づいて前記出力信号のレベルを補正する第2の補正とを行うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記保持回路は、水平ブランキング期間において前記第1の補正を行い、水平走査期間において前記第2の補正を行うことを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置。
- 前記画素部は遮光画素行を含み、
前記保持回路は、前記遮光画素行の水平ブランキング期間において前記第1の補正を行うことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記画素部は無効画素領域を含み、
前記保持回路は、水平ブランキング期間において、前記無効画素領域のいずれか一つの無効画素からの信号に基づいて前記第1の補正を行うことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置。 - 前記無効画素領域は、前記信号出力回路と少なくとも同数の列の前記無効画素を含み、
前記保持回路は、前記信号出力回路に対応する前記無効画素からの信号に基づき前記第1の補正を行うことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。 - N対(Nは自然数)の前記信号出力回路および前記保持回路を有し、
1回の水平ブランキング期間にN/M対(MはNの公約数)の前記信号出力回路および前記保持回路において前記第1の補正を行い、M回の水平ブランキング期間によってN対の前記信号出力回路および前記保持回路において前記第1の補正を行うことを特徴とする、請求項8乃至12のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記Mの値を変更可能な制御回路を有することを特徴とする、請求項13に記載の固体撮像装置。
- 前記保持回路は前記補正信号を保持する保持容量を備えることを特徴とする、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記保持回路はシングル入力型の増幅器を備えることを特徴とする、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記保持回路は、前記補正信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、前記デジタル信号を保持するメモリと、前記保持された前記デジタル信号をアナログ信号の補正信号として前記信号出力回路に出力するD/A変換器とを有することを特徴とする、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 請求項1乃至17のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置が出力する信号を処理する信号処理部と、
を有することを特徴とする撮像システム。 - 信号線と、
基準を示す第1の信号、および、光電変換によって生じた電荷に基づく第2の信号を前記信号線に出力する読み出し回路と、
増幅器およびクランプ容量を備え、前記クランプ容量の一端が前記信号線に接続され、他端が前記増幅器の入力端子に接続される信号出力回路と、
前記増幅器の出力信号と基準信号との差分に基づく補正信号を生成する補正回路と、
前記補正信号を保持し、かつ、前記信号線に前記第1の信号が出力される際に、保持された前記補正信号を前記増幅器の前記入力端子に印加するように構成された保持回路と、
を有することを特徴とする信号出力装置。 - 複数の信号線と、
前記複数の信号線の対応する1つに接続され、光電変換によって生じた電荷に基づく信号を増幅する増幅器をそれぞれが有する複数の信号出力回路と、
それぞれが前記複数の信号出力回路の1つの前記増幅器の出力信号と基準信号との差分に基づく複数の補正信号を生成するように、前記複数の信号出力回路に対して共通に設けられた補正回路と、
前記複数の信号出力回路に対応して設けられ、それぞれが、前記補正信号を保持し、かつ、保持された前記補正信号を対応する前記増幅器の入力端子に印加するように構成された複数の保持回路と、
を有することを特徴とする信号出力装置。
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