JP6555979B2 - 撮像装置、撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、撮像システムに関する。

入射光を光電変換することで電荷を生成する光電変換部と当該電荷を蓄積する浮遊拡散部とを備え、画素が浮遊拡散部の電位に基づく光信号を出力する撮像装置が知られている。さらにこの撮像装置の一例として、画素が出力する光信号を増幅する増幅部を有する構成が知られている。

特許文献１に記載の撮像装置では、画素が出力する光信号を複数段の増幅部が増幅する。具体的には、画素が出力する光信号を初段の増幅部が増幅し、次段のアンプは、初段の増幅部が増幅した信号を増幅する。

また、撮像装置において、高光量の被写体を撮影した場合に、本来高輝度の白となるべき高光量の部分が低輝度になったり黒くなったりする黒化現象が生じることがある。

特許文献２には、画素が出力する光信号を増幅する増幅部の出力を制限する制限回路を備えることにより、黒化現象を低減する構成が記載されている。

また、特許文献３には、第１増幅回路と、第１増幅回路の出力ノードに接続された第２増幅回路とを有し、第１増幅回路の出力を制限するリミッタと、第２増幅回路の出力を制限するリミッタとを有する構成が記載されている。

特開２０１２−２５７０２９号公報 特開２０１４−２１２４２３号公報 特開２００７−２０１５５０号公報

高光量の被写体の撮影時、光電変換部から浮遊拡散部に電荷が漏れ出すことによって、画素が出力するノイズ信号の振幅が増加することがある。この場合、ノイズ信号が入力される第１増幅回路の出力（第１基準信号とする）はリセットレベルから、制限回路により制限されたレベルまで変化する。この場合、第２増幅回路は、制限回路により制限されたレベルまで変化した第１基準信号を増幅した第２基準信号を出力する。したがって、第２増幅回路の出力が取り得る振幅範囲に対し、第２基準信号が所定の振幅範囲を占めることとなる。さらに第１増幅回路は画素が出力する光信号を増幅した第１光信号を第２増幅回路に出力する。さらに第２増幅回路は第１光信号を増幅した第２光信号を出力する。第２増幅回路の出力が取り得る振幅範囲に対して、第２基準信号が所定の振幅範囲を占めることにより、第２光信号の取り得る振幅範囲が狭まる。これにより、第２光信号を用いて生成する画像のダイナミックレンジが狭まる。

本発明は、この第２基準信号が所定の振幅範囲を持つことによって生じるダイナミックレンジの狭まりを抑制する技術を提供する。

本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、一の態様は、ノイズ信号と、光に基づく光信号とをそれぞれ出力する増幅トランジスタを有する画素と、前記ノイズ信号と前記光信号とがそれぞれ前記画素から入力される増幅部とを有する撮像装置であって、前記増幅部は第１増幅回路と第２増幅回路とを含み、前記第１増幅回路は、前記ノイズ信号を増幅した第１基準信号を前記第２増幅回路に出力し、前記第２増幅回路は容量素子と増幅器とを有し、前記撮像装置は、前記第１増幅回路の出力ノードに接続され、前記第１増幅回路が出力する前記第１基準信号の振幅を制限する制限回路をさらに有し、前記容量素子は、前記制限回路と前記増幅器の入力ノードとの間の電気的経路に設けられ、前記容量素子が、前記制限回路によって振幅が制限された前記第１基準信号をクランプすることを特徴とする。

本発明は、ダイナミックレンジの狭まりを抑制する技術を提供する。

撮像装置の構成の一例を示す図 撮像装置の構成の一例を示す図 第１増幅回路の増幅器と制限回路の構成の一例を示す図 撮像装置の動作の一例を示す図 第１増幅回路の増幅器と制限回路の構成の一例を示す図 撮像装置の構成の一例を示す図 撮像装置の動作の一例を示す図 撮像装置の構成の一例を示す図 撮像装置の動作の一例を示す図 撮像装置の動作の一例を示す図 撮像システムの一例を示す図

以下、図面を参照しながら各実施例を説明する。

（実施例１）
図１に本発明の撮像装置のプロック図を示す。撮像領域１０１には画素１０２が行列状に配されている。画素列が複数配されて撮像領域を構成している。各画素列に垂直信号線１０３ａ〜１０３ｄが配されている。各画素行の信号が、対応する垂直信号線１０３ａ〜１０３ｄに略同時に読み出される。いいかえると並列に読み出されているともいえる。列増幅部１０４ａ〜１０４ｄは垂直信号線１０３ａ〜１０３ｄに出力された信号を２段の増幅段で増幅可能な構成である。サンプルホールド回路１０５ａ〜１０５ｄは列増幅部１０４ａ〜１０４ｄで増幅された信号をサンプリングする。サンプルホールド回路１０５ａ〜１０５ｄで保持された信号は、不図示の水平走査回路からの駆動信号を受けて、順次もしくはランダムに水平出力線１０６ａ、１０６ｂに出力される。上記回路、ブロックは、好ましくは全て同一半導体基板に配されるのがよい。少なくとも撮像領域１０１と列増幅部１０４ａ〜１０４ｄは同一半導体基板に配されている必要がある。また、列増幅部１０４ａ〜１０４ｄの後段に列ＡＤ変換回路を配してもよい。この列ＡＤ変換回路も同一半導体基板に配される。列増幅部１０４ａ〜１０４ｄ、サンプルホールド回路１０５ａ〜１０５ｄを含んで列回路と呼ぶことができる。列回路とは、複数の垂直信号線に時間的に並列に読み出された信号を、時間的に並列処理可能な回路である。

画素の構成としては種々の構成を用いることができる。たとえば、光電変換部と光電変換部で生じた信号を増幅する画素増幅部を有するいわゆるＡＰＳ型センサを用いると、ＳＮ比を向上させることが可能となり好ましい。

図２は、図１に示した撮像装置の構成の詳細を示した図である。図２は、図１に示した列回路のうちの、列増幅部１０４ａ、サンプルホールド回路１０５ａを備える１列の列回路と、対応する１列の画素１０２を示している。

まず画素１０２について説明する。画素１０２は、フォトダイオード１１０、転送トランジスタ１１１、リセットトランジスタ１１２、増幅トランジスタ１１３、選択トランジスタ１１４を有する。フォトダイオード１１０は、入射光を受けて、電荷を光電変換により生成する。本実施例では、フォトダイオード１１０が生成する電荷は電子である。転送トランジスタ１１１と、リセットトランジスタ１１２と、増幅トランジスタ１１３とは、ＦＤ９５を介して接続されている。ＦＤ９５は、浮遊拡散部である。浮遊拡散部は、転送トランジスタ１１１がフォトダイオード１１０から転送する電荷を、浮遊拡散部の容量値に基づいて電圧に変換する。増幅トランジスタ１１３は、選択トランジスタ１１４を介して垂直信号線１０３ａに接続されている。垂直信号線１０３ａには、電流源９９が接続されている。選択トランジスタ１１４がオンすると、電流源９９、増幅トランジスタ１１３はソースフォロワ回路を形成する。増幅トランジスタ１１３は、浮遊拡散部であるＦＤ９５の電位に基づく信号を出力する。リセットトランジスタ１１２は、オンするとＦＤ９５の電位をリセットする。リセットされたＦＤ９５の電位に基づいて増幅トランジスタ１１３が、選択トランジスタ１１４を介して垂直信号線１０３ａに出力する信号を基準信号と表記する。基準信号はノイズ信号である。一方、フォトダイオード１１０が生成した電荷が転送されたＦＤ９５の電位に基づいて増幅トランジスタ１１３が出力する信号を光信号と表記する。画素１０２が出力する信号を画素信号と表記する。画素信号は、ノイズ信号と光信号である。

転送トランジスタ１１１には不図示の垂直走査回路から信号ＰＴＸが入力される。また、リセットトランジスタ１１２には不図示の垂直走査回路から信号ＰＲＥＳが入力される。また、選択トランジスタ１１４には不図示の垂直走査回路から信号ＰＳＥＬが入力される。

次に、列増幅部１０４ａを説明する。列増幅部１０４ａは第１増幅回路１４０、第２増幅回路１４５、スイッチ４を有する。第１増幅回路１４０は、容量素子５、容量素子６、スイッチ７、スイッチ８、第１増幅器１５１、制限回路１５２を有する。また、第２増幅回路１４５は、容量素子１３−１、容量素子１３−２、容量素子１４−１、容量素子１４−２、スイッチ１５−１、スイッチ１５−２、第２増幅器１５３を有する。第１増幅器１５１の非反転入力ノードと、容量素子１３−２の一方の入力ノードと、容量素子１４−１の一方の入力ノードには基準電圧Ｖｒｅｆが入力されている。第１増幅回路１４０は反転増幅回路であり、第２増幅回路１４５は非反転増幅回路である。容量素子１３−１は、制限回路１５２と第２増幅器１５３の入力ノードとの間の電気的経路に設けられている。

次にサンプルホールド回路１０５ａを説明する。サンプルホールド回路１０５ａは、スイッチ１６、スイッチ１７、容量素子１８、容量素子１９を有する。容量素子１８、容量素子１９のそれぞれの後段には、不図示の水平走査回路からの制御信号が入力される出力スイッチが設けられている。水平走査回路は、列回路の各々の出力スイッチを順次選択することにより、列回路の各々の容量素子１８、容量素子１９が保持した信号を、各々の容量素子１８、容量素子１９から、水平出力線１０６ａに出力させる。

図３は、第１増幅回路１４０の第１増幅器と、制限回路１５２とを示した図である。第１増幅器は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２、電流源１０１を有する。ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲートには、入力Ｖｉｎｐとして、容量素子５を介して垂直信号線１０３ａから出力された信号が入力される。また、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のゲートには、入力Ｖｉｎｍとして、電圧Ｖｒｅｆが入力される。

制限回路１５２は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０を有する。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０のゲートには電位ＶＣＬＰが入力される。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０のソースは、増幅器１０１の出力ノードに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０のドレインは接地配線に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０のゲートに所定の電位ＶＣＬＰが入力されている時、ＶＣＬＰ増幅器１０１の出力ノードの電位が上昇するにつれて、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０のゲートソース間電圧Ｖｇｓは大きくなる。この電圧Ｖｇｓが、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０の閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなると、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０は動作状態となる。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ０が動作状態となることにより、第１増幅回路１４０の出力は、制限回路１５２によって制限される。

図４は、図２に示した回路の動作を示したタイミング図である。図４に示した、ＰＳＥＬ、ＰＲＥＳ、ＰＴＸは、図２に示したそれぞれの信号に対応している。また、図４に示した信号Ｐｉｎはスイッチ４に入力される信号である。信号Ｐｉｎと信号ＰＳＥＬは、本実施例では同期している。また、図４に示した信号ＰＲＥＳ１はスイッチ７に入力される信号であり、信号ＰＲＥＳ２はスイッチ１５−２に入力される信号である。また、信号ＰＣＴ１はスイッチ８に入力される信号である。信号ＰＣＴ２Ｎは、スイッチ１７に入力される信号であり、信号ＰＸＴ２Ｓはスイッチ１６に入力される信号である。図４に示した各信号が入力されるトランジスタあるいはスイッチは、Ｈｉｇｈレベル（以下、Ｈｉレベルと表記する）の信号が入力されるとオンの状態となり、Ｌｏｗレベル（以下、Ｌｏレベルと表記する）の信号が入力されるとオフの状態となる。

図４に示したＶＬｉｎｅは、垂直信号線１０３ａの電位である。また、図４に示したＶｏｕｔ１は、第１増幅器１５１の出力を示している。また、図４に示したＶｏｕｔ２は、第２増幅器１５３の出力を示している。

時刻ｔ１において、不図示の垂直走査回路は、信号ＰＳＥＬの信号レベルをＨｉレベル、信号ＰＴＸの信号レベルをＬｏレベルとしている。そして、不図示の垂直走査回路は、信号ＰＲＥＳの信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにして、ＦＤ９５のリセットを解除する。これにより、増幅トランジスタ１１３は、垂直信号線１０３ａに基準信号を出力する。

図４に示した電位ＶＬｉｎｅでは、実線は高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。一方、破線は、低〜中輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。

尚、出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２では、破線は低〜中輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。また、出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２では、一点鎖線は、制限回路１５２が動作する場合における、高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。また、出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２では、実線は、制限回路１５２が非動作の場合における、高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。

再び、高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位ＶＬｉｎｅの電位について説明する。高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合、フォトダイオード１１０が生成した電荷がＦＤ９５に漏れ出す。この電荷の漏れ出しにより、ＦＤ９５の電位が下がる。これにより、増幅トランジスタ１１３が出力する信号の電位もまた下がることから、電位ＶＬｉｎｅは低下する。つまり、基準信号の振幅が時間の経過とともに増加している。

尚、時刻ｔ１において、不図示の制御回路は、信号ＰＲＥＳ１の信号レベルをＨｉレベルとしている。よって、第１増幅回路１４０はリセットされているため、電位ＶＬｉｎｅが変化しても、出力Ｖｏｕｔ１に変化は生じない。

時刻ｔ２に、不図示の制御回路は信号ＰＲＥＳ１の信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、第１増幅回路１４０のリセットが解除される。よって、第１増幅回路１４０は、基準信号を、容量素子５の容量値／容量素子６の容量値で表される増幅率で反転増幅した信号を出力する。

本実施例の第１増幅回路１４０は、制限回路１５２を備えている。ここでは、制限回路を非動作とした場合について説明する。

第１増幅回路１４０のリセットが解除されたことによって、電位ＶＬｉｎｅの低下に従って、第１増幅回路１４０の出力Ｖｏｕｔ１の電位が増加する。言い換えれば、基準信号の振幅の増加に伴って、第１増幅回路１４０の出力Ｖｏｕｔ１の振幅もまた増加する。この基準信号の振幅に対応する第１増幅回路１４０の出力Ｖｏｕｔ１は、基準信号を増幅した第１基準信号である。尚、図４に示した例では、時刻ｔ４に第１基準信号は第１増幅回路１４０の出力の飽和レベルである電位Ｖｓａｔ０に到達する。

次に、時刻ｔ３に、不図示の制御回路は、信号ＰＲＥＳ２の信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、第２増幅回路１４５のリセットが解除される。この時、容量素子１３−１は第１増幅回路１４０の出力Ｖｏｕｔ１をクランプする。第２増幅回路１４５には、容量素子１３−１がクランプした信号と、第１光信号との差の信号である差信号が入力される。第１増幅回路１４０の出力Ｖｏｕｔ１の振幅の増加に伴って、第２増幅回路１４５の出力Ｖｏｕｔ２もまた振幅が増加する。この第２増幅回路１４５の出力Ｖｏｕｔ２は、第１基準信号である第１増幅回路１４０の出力Ｖｏｕｔ１を増幅した第２基準信号である。尚、時刻ｔ４に第１基準信号が飽和レベルの電位Ｖｓａｔ０に達するのに応じて、第２基準信号の電位は第２増幅回路１４５の出力の飽和レベルである電位Ｖｓａｔ１に達する。

次に、時刻ｔ４に、不図示の制御回路は信号ＰＣＴ２Ｎの信号レベルをＬｏレベルからＨｉレベルにする。その後、不図示の制御回路は時刻ｔ５に、信号ＰＣＴ２Ｎの信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより容量素子１９は、出力Ｖｏｕｔ２の電位をホールドする。これにより、容量素子１９は、第２増幅回路１４５の出力する信号である第２基準信号をホールドする。

時刻ｔ６に、不図示の垂直走査回路は、信号ＰＴＸの信号レベルをＬｏレベルからＨｉレベルにする。これにより、フォトダイオード１１０が生成した電荷のＦＤ９５への転送が開始される。時刻ｔ７に、不図示の垂直走査回路は、信号ＰＴＸの信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、フォトダイオード１１０が生成した電荷のＦＤ９５への転送が終了する。これにより、ＦＤ９５の電位は、フォトダイオード１１０が入射光を光電変換したことによって生成した電荷に基づく電位となる。増幅トランジスタ１１３は、このＦＤ９５の電位に基づく信号を、選択トランジスタ１１４を介して垂直信号線１０３ａに出力する。この増幅トランジスタ１１３が出力する信号が光信号である。

この増幅トランジスタ１１３が出力する光信号を受けて、第１増幅回路１４０は、光信号を増幅した信号を第２増幅回路に出力する。この第１増幅回路１４０が光信号を増幅して出力する信号が、第１光信号である。尚、第１光信号は、第１基準信号の信号レベルが既に飽和レベルの電位Ｖｓａｔ０に到達しているため、第１光信号の信号レベルもまた飽和レベルの電位Ｖｓａｔ０である。

第２増幅回路１４５は、第１増幅回路１４０が増幅する第１光信号を増幅した信号を出力する。この第２増幅回路１４５が出力する信号は、第１光信号を増幅した第２光信号である。第２光信号は、第２基準信号の信号レベルが第２増幅回路１４５の飽和レベルである電位Ｖｓａｔ１に到達しているため、第２光信号の信号レベルもまた飽和レベルの電位Ｖｓａｔ１である。

時刻ｔ８に、不図示の制御回路は信号ＰＣＴ２Ｓの信号レベルをＬｏレベルからＨｉレベルにする。これにより、容量素子１８は第２光信号のサンプリングを行う。

時刻ｔ９に、不図示の制御回路は信号ＰＣＴ２Ｓの信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、容量素子１８は第２光信号をホールドする。

時刻ｔ１０に、不図示の垂直走査回路は、信号ＰＳＥＬの信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。そして、不図示の制御回路は、別の行の画素１０２に出力する信号ＰＳＥＬの信号レベルをＬｏレベルからＨｉレベルにする。以下、上記の動作を繰り返すことにより、各行の画素１０２が出力する基準信号、光信号を読み出す。

上述したように、第１増幅回路１４０が備える制限回路１５２を非動作とした場合、第１基準信号はフォトダイオード１１０からＦＤ９５への電荷の漏れに応じて振幅が大きくなる。従って、容量素子１９がホールドした第２基準信号と、容量素子１８がホールドした第２光信号との差を得るＣＤＳ処理を行った場合、ＣＤＳ処理後の第２光信号の振幅が、入射光の光量に対応する本来の振幅よりも小さくなる。図４に示した例では、第２基準信号および第２光信号はともに電位Ｖｓａｔ１の信号レベルである。よって、第２光信号から第２基準信号を差し引いたＶｓｉｇは、
Ｖｓｉｇ＝Ｖｓａｔ１−Ｖｓａｔ１＝０ （１）
となる。従って、画像として、本来白として写るべきところが黒く沈んで写る黒化現象が生じる。

次に、制限回路１５２を動作させた場合について説明する。不図示の制御回路は、信号ＰＣＬＰ＿ＥＮの信号レベルを時刻ｔ１よりも前にＨｉレベルとしている。これにより、信号ＰＣＬＰ＿ＥＮを受ける制限回路１５２は、動作可能状態となっている。

時刻ｔ２に第１増幅回路１４０のリセットが解除されると、基準信号の振幅の増加に応じて第１基準信号の振幅が増加する。しかし、電位Ｖｒｅｆから電位Ｖ４まで変化したところで、制限回路１５２による、第１増幅回路１４０の出力の制限が制限回路１５２によって行われる。これにより、時刻ｔ６の信号ＰＣＬＰ＿ＥＮの信号レベルがＨｉレベルからＬｏレベルに変化するまで、基準信号の振幅が増加しても、第１基準信号の信号レベルは電位Ｖ４のままに制限される。

時刻ｔ３に信号ＰＲＥＳ２の信号レベルがＨｉレベルからＬｏレベルになるまで、第２増幅回路１４５はリセットされている。第１基準信号の信号レベルが電位Ｖｒｅｆから電位Ｖ４に変化した時においても尚、第２増幅回路１４５はリセットされている。従って、第１基準信号の信号レベルが電位Ｖｒｅｆから電位Ｖ４に変化しても、第２基準信号の信号レベルは変化しない。

時刻ｔ３に、不図示の制御回路は信号ＰＲＥＳ２の信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、第２増幅回路１４５のリセットが解除される。また、容量素子１３−１は、制限回路１５２の出力をクランプする。第２増幅回路１４５には、容量素子１３−１がクランプした制限回路１５２の出力の信号と、第１光信号との差の信号である差信号が入力される。第２増幅回路１４５は、この差信号を増幅することによって第２光信号を生成する。

また、第１基準信号の信号レベルは、時刻ｔ６まで電位Ｖ４のままに制限されている。従って、第２基準信号の信号レベルもまた、時刻ｔ６まで電位Ｖｒｅｆのままである。

時刻ｔ５に信号ＰＣＴ２Ｎの信号レベルがＨｉレベルからＬｏレベルとなる。これにより、容量素子１９は、電位Ｖｒｅｆの信号レベルである第２基準信号をホールドする。

時刻ｔ６に不図示の制御回路は、信号ＰＣＬＰ＿ＥＮの信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、制限回路１５２による第１増幅回路１４０の出力の制限が解除される。また、時刻ｔ６に不図示の垂直走査回路は、信号ＰＴＸの信号レベルをＬｏレベルからＨｉレベルにする。そして不図示の垂直走査回路は、時刻ｔ７に、信号ＰＴＸの信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。制限回路１５２が非動作であることにより、第１増幅回路１４０は第１光信号を第２増幅回路１４５に出力することができる。時刻ｔ８以降の動作は、上述した動作と同じである。

容量素子１８は第２光信号をホールドしている。また、容量素子１９は、電位Ｖｒｅｆの第２基準信号をホールドしている。従って、制限回路１５２を動作させている場合では、容量素子１９が電位Ｖｒｅｆの第２基準信号をホールドしている。よって、第２光信号から第２基準信号を差し引いたＶｓｉｇは、
Ｖｓｉｇ＝Ｖｓａｔ１−Ｖｒｅｆ （２）
となる。よって、第２光信号と第２基準信号とを差し引いても、黒化現象は生じない。

よって、第１増幅回路１４０が制限回路１５２を備えることにより、黒化現象の発生を抑制することができる。

尚、第１増幅回路１４０に制限回路を設けず、第２増幅回路１４５に制限回路を設けた場合には以下の問題が生じることが分かった。

第１増幅回路１４０に制限回路が設けられていない場合、図４に実線で示した実線のように高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けたとする。この場合、第１増幅回路１４０の出力には制限が掛からない。よって、第１基準信号は第１増幅回路１４０の飽和レベルの電位Ｖｓａｔ０に到達する。ただし、第２増幅回路１４５に設けられた制限回路により、第２増幅回路１４５の出力には制限が掛かる。よって、第２基準信号の信号レベルは、電位Ｖｓａｔ１には到達せず、制限回路による出力レベルに制限される。この出力の制限は、電位Ｖｒｅｆよりも振幅の大きい電位Ｖ５（不図示）に設定される。この電位Ｖ５は、
Ｖ５＝Ｖｒｅｆ＋Ｘ （３）
として表される。

その後、光信号が第１増幅回路１４０に出力される。第１基準信号の信号レベルが既に飽和レベルに到達しているので、第１光信号の信号レベルは飽和レベルの電位Ｖｓａｔ０である。一方、第２増幅回路１４５の制限回路は、第２増幅回路１４５の出力の制限を解除している。このため、第２光信号の信号レベルは、第２増幅回路１４５の飽和レベルの電位Ｖｓａｔ１に到達する。従って、第２光信号と第２基準信号との差のＶｓｉｇは、
Ｖｓｉｇ＝Ｖｓａｔ１−Ｖ５ （４）
となる。

（３）式を（４）式に導入すると、
Ｖｓｉｇ＝Ｖｓａｔ１−Ｖｒｅｆ−Ｘ （５）
として表される。

以上のように、本実施例の撮像装置は第１光信号、第１基準信号のそれぞれの振幅を制限する制限回路１５２を有することにより、黒化現象を好適に抑制することができる。

そして、本実施例の撮像装置は、第１基準信号が、制限回路１５２によって制限される第２電位Ｖ４に達してから容量素子１３−１が第１増幅回路１４０の出力（制限回路１５２の出力）のクランプを行う。仮に容量素子１３−１が、第１基準信号が第２電位Ｖ４に達する前にクランプを行うと、第２基準信号の振幅が電位Ｖｒｅｆから大きくなる。したがって、第２光信号から第２基準信号を差し引いたＶｓｉｇが取り得る範囲が、第２基準信号の振幅が電位Ｖｒｅｆから変化した分だけ狭まる。一方、本実施例では、制限回路１５２によって制限される第２電位Ｖ４に達してから容量素子１３−１がクランプを行うことにより、第２基準信号は電位Ｖｒｅｆのままとすることができる。これにより、第２光信号から第２基準信号を差し引いたＶｓｉｇが取り得る範囲の狭まりを抑制できる。つまり、Ｖｓｉｇを用いて生成する画像のダイナミックレンジの低下が抑制される。

尚、本実施例では、１列の画素１０２に対し、１つの列回路部が設けられていた。他の例として、複数列の画素１０２に対して、１つの列回路部が設けられていても良い。また、１列の画素１０２に対して、複数の列回路部が設けられていても良い。このような配置は、画素が配された列に対応して複数の列回路部の各々が設けられている例の範疇に含まれる。

尚、制限回路１５２は、第１増幅回路１４０が有していたが、この例に限定されるものではない。つまり、第１増幅回路１４０の出力を制限する制限回路１５２を、撮像装置が有していれば良い。例えば、複数の列回路で１つの制限回路１５２を共有するような形態であっても良い。

また、本実施例では、サンプルホールド回路１０５がアナログ信号の第２光信号とアナログ信号の第２基準信号とをホールドする例を示した。この例に限定されるものではなく、第２増幅回路１４５の出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路をさらに備えていても良い。このＡＤ変換回路は、第２光信号と第２基準信号とをそれぞれデジタル信号に変換する。サンプルホールド回路１０５は、このデジタル信号に変換された第２光信号と第２基準信号とをホールドするようにしても良い。

尚、本実施例では、第１増幅回路１４０、第２増幅回路１４５の両方の出力が、制限回路１５２が非動作の場合に飽和に達する例を説明した。本実施例は、この例に限定されるものではない。第１増幅回路１４０と第２増幅回路１４５の各々に設定される増幅率によっては、第１増幅回路１４０の第１基準信号は飽和レベルに達していないが、第２増幅回路１４５の第２基準信号が飽和に達する例もあり得る。このような場合においても、第１増幅回路１４０の第１基準信号、第１光信号のそれぞれを制限回路１５２が制限することにより、黒化現象の発生を抑制できる。また、第２増幅回路１４５が飽和レベルに達せずとも、第１増幅回路１４０の第１基準信号の信号レベルを制限回路１５２が制限することによって、本実施例の効果は達成される。

尚、本実施例では、第１増幅回路１４０の第１増幅器が差動増幅器である例を示した。この例に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、第１増幅器がソース接地増幅回路であっても良い。

尚、本実施例では第１増幅回路１４０が制限回路１５２を有する例を説明した。さらに、第２増幅回路１４５に制限回路として第２制限回路が設けられていても良い。この場合には以下の形態にも対応できる。第２増幅回路１４５のリセット解除時において、第１基準信号の電位が、制限回路１５２による制限が掛かる電位よりも振幅が小さい電位Ｖｘであったとする。そして、第２増幅回路１４５のリセット解除後であって、信号ＰＣＴ２Ｎの信号レベルがＨｉレベルからＬｏレベルに変化する時刻ｔ５までの期間に、第１基準信号が、制限回路１５２による制限された電位Ｖ４に達する。この電位Ｖｘから電位Ｖ４までの電位の変化によって、第２増幅回路１４５の増幅率によっては、第２基準信号が飽和レベルの電位Ｖｓａｔ１に達することがある。このような場合、第２増幅回路１４５が第２制限回路を備えることで、第２基準信号を電位Ｖｓａｔ１よりも振幅の小さい電位に制限することができる。これにより、黒化現象の発生をさらに抑制することができる。

尚、容量素子１３−１の容量値と容量素子１４−２の容量値を同じにして、第２増幅回路１４５の増幅率を１倍としても良い。

（実施例２）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。

実施例１の撮像装置の列増幅部１０４は、第１増幅回路１４０は反転増幅回路であり、第２増幅回路１４５は非反転増幅回路であった。本実施例の撮像装置の列増幅部は、第１増幅回路、第２増幅回路がともに反転増幅回路である。

本実施例の撮像装置の構成は、図１に示した構成と同じである。

図６は、本実施例の画素１０２、列増幅部１０４ａ、サンプルホールド回路１０５ａを示した図である。図６において、図２に示した部材と同じ機能を有する部材については、図２で付した符号が図６でも付されている。本実施例の列増幅部１０４ａは、第１増幅回路１４０と、第２増幅回路１６０を有する。第１増幅回路１４０、第２増幅回路１６０はともに反転増幅回路である。

第２増幅回路１６０は、増幅器１６１、容量素子１６２、容量素子１６３、スイッチ１６４を有する。第２増幅回路１６０は、スイッチ１６４がオフすると、容量素子１６２の容量値／容量素子１６３の容量値で表される増幅率で、第１増幅回路１４０から出力される信号を増幅した信号を、サンプルホールド回路１０５ａに出力する。

図７は、図６に示した撮像装置の動作を示したタイミング図である。

図７に示した信号ＰＲＥＳ２は、不図示の制御回路からスイッチ１６４に出力される信号である。また、図７に示したＶｏｕｔ２は、第２増幅回路１６０の出力を示している。

図７に示した電位ＶＬｉｎｅでは、実線は高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。一方、破線は、低〜中輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。

尚、出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２では、破線は低〜中輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。また、出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２では、一点鎖線は、制限回路１５２が動作する場合における、高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。また、出力Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２では、実線は、制限回路１５２が非動作の場合における、高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。

図７に示した動作は、図４に示した動作と同じである。第２増幅回路１６０の出力の飽和レベルは、電位Ｖｓａｔ２である。

本実施例の撮像装置もまた、実施例１と同じく、第１増幅回路１４０が制限回路１５２を有する。これにより、高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合に、Ｖｓｉｇ＝Ｖｒｅｆ−Ｖｓａｔ２を得ることができる。これにより、本実施例の撮像装置もまた、高輝度の被写体の撮影時の黒化現象の発生を抑制することができる。

また、図７の時刻ｔ３に示した動作のように、本実施例の撮像装置もまた、制限回路１５２によって制限された第１基準信号の電位Ｖ４を、容量素子１６２がクランプしている。これにより、本実施例の撮像装置もまた、実施例１の撮像装置と同じ効果を有する。

（実施例３）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。

本実施例の撮像装置は、第１増幅回路と第２増幅回路のそれぞれが全差動増幅回路である点が、実施例１の撮像装置と異なる。

本実施例の撮像装置の構成は、図１に示した構成を同じである。

図８は、本実施例の列増幅部１０４ａとサンプルホールド回路１０５ａの構成を示した図である。列増幅部１０４ａは、第１増幅回路２００、第２増幅回路２５０を有する。第１増幅回路２００と第２増幅回路２５０はそれぞれ全差動増幅回路である。

第１増幅回路２００は、容量素子２０５−１、容量素子２０５−２、容量素子２１０−１、容量素子２１０−２、スイッチ２２０−１、スイッチ２２０−２、スイッチ２４５−１、スイッチ２４５―２を有する。さらに第１増幅回路２００は、増幅器２５１、制限回路２５３を有する。画素１０２が垂直信号線１０３ａに出力した信号は、図８に示したＶｉｎに入力される。

第２増幅回路２５０は、容量素子２５５−１、容量素子２５５−２、容量素子２６０−１、容量素子２６０−２、スイッチ２７０−１、スイッチ２７０−２を有する。さらに第２増幅回路２５０は、増幅器２６１を有する。

サンプルホールド回路１０５ａは、スイッチ３００−１、スイッチ３００−２、容量素子６１、容量素子６２を有する。
スイッチ１８０−１、スイッチ１８０−２は共通の信号Ｐｉｎによって制御される。
スイッチ２２０−１、スイッチ２２０−３は共通の信号ＰＲＥＳ１によって制御される。
スイッチ２４５−１、スイッチ２４５−２は共通の信号ＰＣＴ１によって制御される。
スイッチ２７０−１、スイッチ２７０−２は共通の信号ＰＲＥＳ２によって制御される。
スイッチ３００−１、スイッチ３００−２は共通の信号ＰＣＴ２によって制御される。

図９は、図８に示した撮像装置の動作を示したタイミング図である。

図９に示した電位Ｖｏｕｔ１ｍ、電位Ｖｏｕｔ１ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｍは、それぞれ図８に示したノードの電位である。

図９に示した電位ＶＬｉｎｅでは、実線は高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。一方、破線は、低〜中輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。

尚、電位Ｖｏｕｔ１ｍ、電位Ｖｏｕｔ１ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｍでは、破線は低〜中輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。また、電位Ｖｏｕｔ１ｍ、電位Ｖｏｕｔ１ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｍでは、一点鎖線は、制限回路１５２が動作する場合における、高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。また、電位Ｖｏｕｔ１ｍ、電位Ｖｏｕｔ１ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｍでは、実線は、制限回路２５３が非動作の場合における、高輝度の被写体からの光をフォトダイオード１１０が受けている場合の電位を示している。

時刻ｔ２に、不図示の制御回路は、信号ＰＲＥＳ１の信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、第１増幅回路２００のリセットが解除される。

高輝度の被写体の光がフォトダイオード１１０に入射している場合を説明する。

この場合、電位ＶＬｉｎｅの電位の低下に応じて、電位Ｖｏｕｔ１ｍは上昇し、電位Ｖｏｕｔ１ｐは低下する。その後、電位Ｖｏｕｔ１ｍは飽和レベルである電位Ｖｓａｔ１０に到達し、電位Ｖｏｕｔ１ｐは飽和レベルである電位Ｖｓａｔ１５に到達する。

時刻ｔ３に、不図示の制御回路は、信号ＰＲＥＳ２の信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、第２増幅回路２５０のリセットが解除される。

第２増幅回路２５０は、電位Ｖｏｕｔ１ｍの時刻ｔ３における電位Ｖ４１ｄ０と、電位Ｖｏｕｔ１ｐの時刻ｔ３における電位Ｖ４１ｄ１とを基準として、その基準から変化した分の電位を増幅した信号を出力する。

電位Ｖｏｕｔ１ｍが飽和レベルの電位Ｖｓａｔ１０に達し、電位Ｖｏｕｔ１ｐが飽和レベルの電位Ｖｓａｔ１５に達した時点で、電位Ｖｏｕｔ２ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｍの電位の変化が終了する。電位Ｖｏｕｔ２ｐは電位Ｖ６ｄ０、電位Ｖｏｕｔ２ｍは電位Ｖ６ｄ１の電位となる。

その後、不図示の垂直走査回路が、信号ＰＴＸの信号レベルをＬｏレベルからＨｉレベルのした後、ＨｉレベルからＬｏレベルにする。しかし、第１増幅回路２００の出力である電位Ｖｏｕｔ１ｍと電位Ｖｏｕｔ１ｐが既に飽和レベルに到達しているため、電位ＶＬｉｎｅの電位が低下しても、電位Ｖｏｕｔ１ｍ、電位Ｖｏｕｔ１ｐの電位は飽和レベルから変化しない。

その後、不図示の制御回路が信号ＰＣＴ２の信号レベルを時刻ｔ８にＬｏレベルからＨｉレベルにした後、時刻ｔ９にＨｉレベルからＬｏレベルにする。これにより、容量素子６１は、電位Ｖｏｕｔ２ｍの電位Ｖ６ｄ１をホールドする。また、容量素子６２は電位Ｖｏｕｔ２ｐの電位Ｖ６ｄ０をホールドする。

従って、第２増幅回路２５０の出力である電位Ｖｏｕｔ２ｐは電位Ｖ６ｄ０のままであり、電位Ｖｏｕｔ２ｍもまた電位Ｖ６ｄ１のままである。電位Ｖｏｕｔ２ｐの電位Ｖ６ｄ０は、電位Ｖｏｕｔ２ｐの飽和レベルである電位Ｖｓａｔ２０よりも振幅が小さい。また、電位Ｖｏｕｔ２ｍの電位Ｖ６ｄ１は、電位Ｖｏｕｔ２ｍの飽和レベルである電位Ｖｓａｔ２５よりも振幅が小さい。従って、画像として、本来白として写るべき部分が、黒く沈んで写る黒化現象が生じる。

実施例１、実施例２の撮像装置で生じる黒化現象は、第２光信号と第２基準信号との差を得るＣＤＳ処理を行うことによって生じていた。

一方、本実施例の撮像装置で生じる黒化現象は、画素１０２が光信号を出力する前に、第１増幅回路２００の出力が飽和し、第２増幅回路２５０の出力が飽和しない状態となることで生じる。この状態は、第１増幅回路２００と第２増幅回路の各々の増幅率の設定条件によって生じる。あるいは、この状態は、信号ＰＲＥＳ１の信号レベルがＨｉレベルからＬｏレベルに変化してから、信号ＰＲＥＳ２の信号レベルがＨｉレベルからＬｏレベルに変化するまでに時間差が存在することによって生じる。

本実施例の撮像装置は、第１増幅回路２００に制限回路２５３を有する。この制限回路２５３が第１増幅回路２００の出力を制限する場合について説明する。

不図示の制御回路は、信号ＰＣＬＰ＿ＥＮの信号レベルを時刻ｔ１から時刻ｔ６までの期間にわたって、Ｈｉレベルとする。これにより、制限回路２５３は動作可能な状態となっている。

時刻ｔ２から、電位Ｖｏｕｔ１ｍ、電位Ｖｏｕｔ１ｐが変化した後、制限回路２５３が電位Ｖｏｕｔ１ｍを電位Ｖ４ｄ０で制限し、電位Ｖｏｕｔ１ｐを電位Ｖ４ｄ１で制限する。

その後、不図示の制御回路は、信号ＰＲＥＳ２の信号レベルをＨｉレベルからＬｏレベルにする。

電位Ｖｏｕｔ２ｐ、電位Ｖｏｕｔ２ｍは、不図示の垂直走査回路が信号ＰＴＸの信号レベルをＬｏレベルからＨｉレベルにする時刻ｔ６まで、電位Ｖｍのままである。

時刻ｔ６に、不図示の制御回路は、信号ＰＣＬＰ＿ＥＮをＬｏレベルとする。これにより、制限回路２５３は非動作となる。よって、電位Ｖｏｕｔ１ｍは飽和レベルの電位Ｖｓａｔ１０に到達し、電位Ｖｏｕｔ１ｐは飽和レベルの電位Ｖｓａｔ１５に到達する。この電位Ｖｏｕｔ１ｍ、電位Ｖｏｕｔ１ｐを受けて、電位Ｖｏｕｔ２ｐは飽和レベルの電位Ｖｓａｔ２０に到達し、電位Ｖｏｕｔ２ｍは飽和レベルの電位Ｖｓａｔ２５に到達する。時刻ｔ９に、容量素子６１、容量素子６２はそれぞれの電位をホールドする。

このように、本実施例の撮像装置は、１つの列増幅部１０４が複数の全差動増幅回路を備える。この構成においてもまた、第１増幅回路２００が制限回路２５３を備えることにより、黒化現象の発生を抑制することができる効果を有する。

また、図９の時刻ｔ３に示した動作のように、本実施例の撮像装置もまた、制限回路２５３によって制限された第１基準信号を容量素子２５５−１、容量素子２５５−２のそれぞれがクランプしている。これにより、本実施例の撮像装置もまた、実施例１の撮像装置と同じ効果を得ることができる。

尚、容量素子２５５−１、容量素子２５５−２、容量素子２６０−１、容量素子２６０−２を全て同じ容量値として、第２増幅回路２５０の増幅率を１倍としても良い。

（実施例４）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。

本実施例の撮像装置の構成は、図１に示した構成と同じである。また、列増幅部１０４、サンプルホールド回路１０５の構成もまた、図２に示した構成と同じである。

本実施例の撮像装置は、画素１０２が光信号を出力している期間においても、制限回路１５２を動作可能な状態に設定する点で、実施例１の撮像装置と異なる。

図１０は、本実施例の撮像装置の動作を示したタイミング図である。実施例１と異なるのは、信号ＰＣＬＰ＿ＥＮの信号レベルが時刻ｔ１から時刻ｔ１０に渡ってＨｉレベルであること、制限回路１５２に不図示の制御回路から信号ＶＣＬＰがさらに出力されることである。信号ＶＣＬＰは、第１増幅回路１４０の出力を制限回路１５２が制限する電位を制御する信号である。

信号ＶＣＬＰの信号レベルは、時刻ｔ１から時刻ｔ６までの期間、Ｌｏレベル（ＶＣＬＰ２）である。また、信号ＶＣＬＰの信号レベルは、時刻ｔ６から時刻ｔ１０までの期間、Ｈｉレベル（ＶＣＬＰ１）である。

時刻ｔ１から時刻ｔ６までの動作は、実施例１と同じである。

時刻ｔ６に、不図示の制御回路は、信号ＶＣＬＰの信号レベルをＬｏレベルからＨｉレベルにする。これにより、第１増幅回路１４０の出力の制限が電位Ｖ４から、電位Ｖ１０となる。

これにより、時刻ｔ７以降の第１光信号の振幅が、電位Ｖ１０までに制限される。第１光信号が電位Ｖ１０までに制限されることによって、第２増幅回路１４５の出力である第２光信号が飽和しにくくなる。また、第１増幅回路１４０の第１光信号は飽和しない。第１増幅回路１４０の第１増幅器の内部に電流源１０１が備わる場合、第１増幅回路１４０の出力が飽和することによって生じる電流源１０１の電流変動を、制限回路１５２が第１光信号の振幅の範囲を制限することによって、抑制することができる。これにより、電流源に接続された電源配線（例えば接地配線）の電位の変動が抑制される。この電源配線は、複数の列回路の第１増幅回路１４０で共通に接続されている。電源配線の電位の変動は、他の列の列回路にも伝搬する。よって、第１増幅回路１４０の第１光信号の出力の飽和は、他の列回路の第１光信号を変動させる。この変動は、第１光信号の出力が飽和した列回路を中心として、隣接する列回路に広がる。よって、この第１光信号の変動は、画像において、第１光信号が飽和した箇所から横すじ状に広がるスミア（横スミア）となって現れる。本実施例では、制限回路１５２が第１増幅回路１４０の飽和を生じなくすることによって、横スミアの発生を低減することができる。

制限回路１５２が第１基準信号に対しても出力の制限を掛けることにより、第２増幅回路１４５が出力する第２光信号の飽和が生じにくくなる。第２増幅回路１４５においてもまた、第２増幅器１５３の内部に電流源が備わる場合、第２増幅回路１４５の出力が飽和することによって生じる電流源の電流変動を抑制することができる。これにより、電流源に接続された電源配線（例えば接地配線）の電位の変動が抑制される。この電源配線は、複数の列回路の第２増幅回路１４５で共通に接続されている。電源配線の電位の変動は、他の列の列回路にも伝搬する。よって、第２増幅回路１４５の第２光信号の出力の飽和は、他の列回路の第２光信号を変動させる。この変動は、第２光信号の出力が飽和した列回路を中心として、隣接する列回路に広がる。よって、この第２光信号の変動は、画像において、第２光信号が飽和した箇所から横すじ状に広がるスミア（横スミア）となって現れる。本実施例では、制限回路１５２が第２増幅回路１４５の飽和を生じにくくすることによって、横スミアの発生を低減することができる。

尚、この制限回路１５２による第１光信号の振幅の制限は、実施例２、実施例３の撮像装置においてもまた、適用することができる。

（実施例５）
本実施例は、実施例１〜４の撮像装置を有する撮像システムに関する。

撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図１１に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに撮像装置を適用した場合の模式図を示す。

図１１に例示した撮像システムは、レンズの保護のためのバリア１５０１、被写体の光学像を撮像装置１５０４に結像させるレンズ１５０２、レンズ１５０２を通過する光量を可変にするための絞り１５０３を有する。レンズ１５０２、絞り１５０３は撮像装置１５０４に光を集光する光学系である。また、図１１に例示した撮像システムは撮像装置１５０４より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部１５０５を有する。出力信号処理部１５０５は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する動作を行う。

図１１に例示した撮像システムはさらに、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部１５０６、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部１５０７を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１５０９、記録媒体１５０９に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部１５０８を有する。さらに撮像システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１５１０、撮像装置１５０４と出力信号処理部１５０５に各種タイミング信号を出力するタイミング供給部１５１１を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置１５０４と、撮像装置１５０４から出力された出力信号を処理する出力信号処理部１５０５とを有すればよい。

以上のように、本実施例の撮像システムは、撮像装置１５０４を適用して撮像動作を行うことが可能である。

なお、上記実施例は、何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ものである。すなわち、本発明はその技術思想、又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。また、これまで述べた各実施例を種々組み合わせて実施することができる。

１３−１、１６２、２５５−１、２５５−２ 容量素子
１０２ 画素
１０４ 列増幅部
１０５ サンプルホールド回路
１４０ 第１増幅回路
１４５ 第２増幅回路
１５２ 制限回路

Claims (9)

1. ノイズ信号と、光に基づく光信号とをそれぞれ出力する増幅トランジスタを有する画素と、
   前記ノイズ信号と前記光信号とがそれぞれ前記画素から入力される増幅部とを有する撮像装置であって、
   前記増幅部は第１増幅回路と第２増幅回路とを含み、
   前記第１増幅回路は、前記ノイズ信号を増幅した第１基準信号を前記第２増幅回路に出力し、
   前記第２増幅回路は容量素子と増幅器とを有し、
   前記撮像装置は、前記第１増幅回路の出力ノードに接続され、前記第１増幅回路が出力する前記第１基準信号の振幅を制限する制限回路をさらに有し、
   前記容量素子は、前記制限回路と前記増幅器の入力ノードとの間の電気的経路に設けられ、
   前記容量素子が、前記制限回路によって振幅が制限された前記第１基準信号をクランプすることを特徴とする撮像装置。
2. ノイズ信号と、光に基づく光信号とをそれぞれ出力する増幅トランジスタを有する画素から、前記ノイズ信号と前記光信号とがそれぞれ入力される増幅部を有する撮像装置であって、
   前記増幅部は第１増幅回路と第２増幅回路とを含み、
   前記第１増幅回路は、前記ノイズ信号を増幅した第１基準信号を前記第２増幅回路に出力し、
   前記第２増幅回路は容量素子と増幅器とを有し、
   前記撮像装置は、前記第１増幅回路の出力ノードに接続され、前記第１増幅回路が出力する前記第１基準信号の振幅を制限する制限回路をさらに有し、
   前記容量素子は、前記制限回路と前記増幅器の入力ノードとの間の電気的経路に設けられ、
   前記容量素子が、前記制限回路によって振幅が制限された前記第１基準信号をクランプすることを特徴とする撮像装置。
3. 前記第１増幅回路は、前記光信号を増幅した第１光信号を前記第２増幅回路に出力し、
   前記第２増幅回路の前記増幅器に、前記第１光信号と、前記容量素子がクランプした前記第１基準信号との差の差信号が入力され、
   前記第２増幅回路は、前記差信号を増幅した信号である第２光信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記第２増幅回路は、前記容量素子がクランプした前記第１基準信号に基づく第２基準信号をさらに出力し、
   前記撮像装置は、前記第２基準信号と前記第２光信号のそれぞれの振幅を制限する第２制限回路をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記制限回路によって制限される前記第１光信号の振幅が、前記制限回路によって制限される前記第１基準信号の振幅よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の撮像装置。
6. 前記第１増幅回路と前記第２増幅回路がともに全差動増幅回路であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置と、前記撮像装置が出力する信号を処理することによって画像を生成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。
8. ノイズ信号と、光に基づく光信号とをそれぞれ出力する増幅トランジスタを有する画素から、前記ノイズ信号と前記光信号とがそれぞれ入力される増幅部と、
   制限回路とを有し、
   前記増幅部は第１増幅回路と第２増幅回路とを含み、
   前記第２増幅回路は容量素子と、前記容量素子に接続された入力ノードを有する増幅器とを有する撮像装置の駆動方法であって、
   前記第１増幅回路は、前記ノイズ信号を増幅した第１基準信号を前記第２増幅回路に出力し、
   前記制限回路は前記第１増幅回路が出力する前記第１基準信号の振幅を制限し、
   前記容量素子が、前記制限回路によって振幅が制限された前記第１基準信号をクランプすることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
9. 前記第１増幅回路と前記第２増幅回路がともに全差動増幅回路であることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置の駆動方法。

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