JPH09270961A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH09270961A JPH09270961A JP8079088A JP7908896A JPH09270961A JP H09270961 A JPH09270961 A JP H09270961A JP 8079088 A JP8079088 A JP 8079088A JP 7908896 A JP7908896 A JP 7908896A JP H09270961 A JPH09270961 A JP H09270961A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/53—Control of the integration time
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N3/00—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages
- H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
- H04N3/14—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices
- H04N3/15—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices for picture signal generation
- H04N3/155—Control of the image-sensor operation, e.g. image processing within the image-sensor
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度かつ高速で撮像が可能な固体撮像装置
を提供する。 【解決手段】 受光素子１２０i,jの受光量に応じたア
ナログ電圧信号Ｖｃｉをサンプル後、クランプ回路２４
０の入力時に、アナログ電圧信号Ｖｃｉに時間的に変化
する比較電位信号ＶＲとを容量結合させ、クランプ回路
２４０の出力信号Ｖｃｏの電位を変化させながら比較回
路２５０で基準電位と比較する。そして、比較結果信号
ＶＣＭが変化した時点の計数デジタル信号Ｄｃを保持回
路２６０にラッチする。その後、水平走査信号ＨＳｊに
応じて、スイッチ素子２７０を介して、保持回路２６０
の出力信号ＤＬｊを順次読み出す。
を提供する。 【解決手段】 受光素子１２０i,jの受光量に応じたア
ナログ電圧信号Ｖｃｉをサンプル後、クランプ回路２４
０の入力時に、アナログ電圧信号Ｖｃｉに時間的に変化
する比較電位信号ＶＲとを容量結合させ、クランプ回路
２４０の出力信号Ｖｃｏの電位を変化させながら比較回
路２５０で基準電位と比較する。そして、比較結果信号
ＶＣＭが変化した時点の計数デジタル信号Ｄｃを保持回
路２６０にラッチする。その後、水平走査信号ＨＳｊに
応じて、スイッチ素子２７０を介して、保持回路２６０
の出力信号ＤＬｊを順次読み出す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入力した２次元光像を
撮像する固体撮像装置に関するものである。
撮像する固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電荷結合素子（ＣＣＤ）に代表される固
体撮像素子を使用した撮像装置は、家庭用ビデオをはじ
め様々な分野で使用されている。しかし、比較的大きな
受光面積を有するフォトダイオード電荷を取り扱う場合
には、ＣＣＤでは電荷転送効率が低いので、電荷の転送
をしきれないという問題を生じる。そこで、特定の分野
では、固体撮像装置の内で、電荷転送効率の問題が生じ
ないＭＯＳ型イメージセンサが使用される。
体撮像素子を使用した撮像装置は、家庭用ビデオをはじ
め様々な分野で使用されている。しかし、比較的大きな
受光面積を有するフォトダイオード電荷を取り扱う場合
には、ＣＣＤでは電荷転送効率が低いので、電荷の転送
をしきれないという問題を生じる。そこで、特定の分野
では、固体撮像装置の内で、電荷転送効率の問題が生じ
ないＭＯＳ型イメージセンサが使用される。
【０００３】こうしたイメージセンサで得た撮像結果は
最終的なデータ形式としてデジタル形式が望まれる場合
が多く、かつ、再生画質の向上のためには、デジタル変
換時の受光量を表現するビット数が多いほど望ましい。
最終的なデータ形式としてデジタル形式が望まれる場合
が多く、かつ、再生画質の向上のためには、デジタル変
換時の受光量を表現するビット数が多いほど望ましい。
【０００４】伝統的なイメージセンサでは、垂直走査と
水平走査とを組合わせて、各画素ごとに電圧値などとい
ったアナログ信号を順次読み出し、１つのアナログデジ
タル変換器で変換の都度デジタルデータを得ている。
水平走査とを組合わせて、各画素ごとに電圧値などとい
ったアナログ信号を順次読み出し、１つのアナログデジ
タル変換器で変換の都度デジタルデータを得ている。
【０００５】しかし、多画素の撮像画像の高速処理のた
めには１画素のアナログデジタル変換時間を短くする必
要があるが、短い変換時間では、高精度なデイジタル化
の達成が困難であった。
めには１画素のアナログデジタル変換時間を短くする必
要があるが、短い変換時間では、高精度なデイジタル化
の達成が困難であった。
【０００６】そこで、アナログデジタル変換器を水平ラ
インごとに用意し、アナログデイタル変換動作を分散さ
せ、アナログデイタル変換器での変換時間を確保するこ
とにより、無理なく高精度なデイジタル化の達成する技
術が注目されている。
インごとに用意し、アナログデイタル変換動作を分散さ
せ、アナログデイタル変換器での変換時間を確保するこ
とにより、無理なく高精度なデイジタル化の達成する技
術が注目されている。
【０００７】また、ＣＣＤではなかなか実現困難な同一
チップ内への受光部と信号処理部との実装の観点から、
ＭＯＳ型イメージセンサの優位性がクローズアップされ
つつある。
チップ内への受光部と信号処理部との実装の観点から、
ＭＯＳ型イメージセンサの優位性がクローズアップされ
つつある。
【０００８】こうした背景のもとで、「S.L.Garverick
et al., IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT, Vol.3
0, NO.5, MAY 1995, pp.533-541」ではアナログデジタ
ル変換器を水平ラインごとに設ける固体撮像装置（以
下、従来例と呼ぶ）が提案されている。
et al., IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT, Vol.3
0, NO.5, MAY 1995, pp.533-541」ではアナログデジタ
ル変換器を水平ラインごとに設ける固体撮像装置（以
下、従来例と呼ぶ）が提案されている。
【０００９】図９は、従来例の装置の回路構成の概略図
である。図９に示すように、この装置は、（ａ）入力光
信号を電流信号に変換する光電変換素子９１３と、光電
変換素子９１３の信号出力端子に第１の端子が接続さ
れ、垂直走査信号ＶＳｉ（ｉ＝１〜Ｍ）に応じて第２の
端子から光電変換素子９１３で発生した電流信号を流出
するスイッチ素子９１４とを１組の受光素子９１２とし
て、第１の方向（以後、垂直方向と呼ぶ）に沿ってＭ個
配列されるとともに、夫々のスイッチ素子９１４の第２
の端子と互いに電気的に接続された信号出力端子を有す
る垂直受光部９１１が、第２の方向（以後、水平方向と
呼ぶ）に沿ってＮ個配列された受光部９１０と、（ｂ）
夫々の垂直受光部９１１ｊから出力を夫々個別に入力
し、リセット指示信号ＫＳに応じて垂直受光部から出力
された電流信号を入出力端子間に接続された容量素子に
積分または非積分の動作をするＮ個の積分回路９２０
と、（ｃ）夫々の積分回路から出力された信号を夫々入
力して出力するとともに、クランプ指示信号ＣＰに応じ
てクランプ処理するクランプ回路９３０と、（ｄ）夫々
のクランプ回路９３０から出力された信号を入力し、サ
ンプル指示信号に応じてサンプルホールド動作を行うと
ともに、参照電位信号＋ＶＲと参照電位信号−ＶＲとを
入力し、入力電位信号の電位と参照電位信号＋ＶＲの電
位との和に応じた電位の信号および入力電位信号の電位
と参照電位信号＋ＶＲの電位との和に応じた電位の信号
を出力するサンプルホールド回路９４０と、（ｅ）夫々
のサンプルホールド回路９４０から出力された２つの信
号を入力し、２つの信号の電位を比較する比較回路９５
０と、（ｆ）夫々の比較回路９５０から出力された比較
結果信号を入力するとともに、計数データ信号Ｄｃを入
力し、比較結果信号の所定の変化時点での計数データ信
号の値をラッチするラッチ回路９６０と、（ｇ）夫々の
ラッチ回路９６０から出力された計数値デジタル信号Ｄ
Ｌｊを入力するとともに、水平走査信号ＨＳｊで指示さ
れたラッチ回路９６０から計数値デジタル信号ＤＬｊを
出力するスイッチ素子９７０と、（ｈ）垂直走査信号Ｖ
Ｓｉ、リセット指示信号ＫＳ、サンプル指示信号ＳＰ、
クランプ指示信号ＣＰ、および水平走査信号ＨＳｊを発
行するタイミング制御部９８０と、（ｉ）所定の周期で
担ったデジタル値が変化する計数デジタル信号Ｄｃおよ
び所定の期間にわたって電位値が変化する比較電位信号
＋ＶＲ、−ＶＲを出力する比較制御部９９０とを備え
る。
である。図９に示すように、この装置は、（ａ）入力光
信号を電流信号に変換する光電変換素子９１３と、光電
変換素子９１３の信号出力端子に第１の端子が接続さ
れ、垂直走査信号ＶＳｉ（ｉ＝１〜Ｍ）に応じて第２の
端子から光電変換素子９１３で発生した電流信号を流出
するスイッチ素子９１４とを１組の受光素子９１２とし
て、第１の方向（以後、垂直方向と呼ぶ）に沿ってＭ個
配列されるとともに、夫々のスイッチ素子９１４の第２
の端子と互いに電気的に接続された信号出力端子を有す
る垂直受光部９１１が、第２の方向（以後、水平方向と
呼ぶ）に沿ってＮ個配列された受光部９１０と、（ｂ）
夫々の垂直受光部９１１ｊから出力を夫々個別に入力
し、リセット指示信号ＫＳに応じて垂直受光部から出力
された電流信号を入出力端子間に接続された容量素子に
積分または非積分の動作をするＮ個の積分回路９２０
と、（ｃ）夫々の積分回路から出力された信号を夫々入
力して出力するとともに、クランプ指示信号ＣＰに応じ
てクランプ処理するクランプ回路９３０と、（ｄ）夫々
のクランプ回路９３０から出力された信号を入力し、サ
ンプル指示信号に応じてサンプルホールド動作を行うと
ともに、参照電位信号＋ＶＲと参照電位信号−ＶＲとを
入力し、入力電位信号の電位と参照電位信号＋ＶＲの電
位との和に応じた電位の信号および入力電位信号の電位
と参照電位信号＋ＶＲの電位との和に応じた電位の信号
を出力するサンプルホールド回路９４０と、（ｅ）夫々
のサンプルホールド回路９４０から出力された２つの信
号を入力し、２つの信号の電位を比較する比較回路９５
０と、（ｆ）夫々の比較回路９５０から出力された比較
結果信号を入力するとともに、計数データ信号Ｄｃを入
力し、比較結果信号の所定の変化時点での計数データ信
号の値をラッチするラッチ回路９６０と、（ｇ）夫々の
ラッチ回路９６０から出力された計数値デジタル信号Ｄ
Ｌｊを入力するとともに、水平走査信号ＨＳｊで指示さ
れたラッチ回路９６０から計数値デジタル信号ＤＬｊを
出力するスイッチ素子９７０と、（ｈ）垂直走査信号Ｖ
Ｓｉ、リセット指示信号ＫＳ、サンプル指示信号ＳＰ、
クランプ指示信号ＣＰ、および水平走査信号ＨＳｊを発
行するタイミング制御部９８０と、（ｉ）所定の周期で
担ったデジタル値が変化する計数デジタル信号Ｄｃおよ
び所定の期間にわたって電位値が変化する比較電位信号
＋ＶＲ、−ＶＲを出力する比較制御部９９０とを備え
る。
【００１０】この装置は、以下のようにして、受光部９
１０に入射した光が形成する光像の撮像データをデジタ
ルデータとして読み出す。図１０は、この装置の動作を
示すタイミングチャートである。
１０に入射した光が形成する光像の撮像データをデジタ
ルデータとして読み出す。図１０は、この装置の動作を
示すタイミングチャートである。
【００１１】まず、読み出しの実行に先立って、タイミ
ング制御部９８０がリセット指示信号ＫＳを有意とし、
積分回路９２０の出力を初期値である基準電位Ｖｒｅｆ
とするとともに、クランプ指示信号ＣＰを有意とし、ク
ランプ回路９３０の入出力電位を初期値である基準電位
Ｖｒｅｆとする。
ング制御部９８０がリセット指示信号ＫＳを有意とし、
積分回路９２０の出力を初期値である基準電位Ｖｒｅｆ
とするとともに、クランプ指示信号ＣＰを有意とし、ク
ランプ回路９３０の入出力電位を初期値である基準電位
Ｖｒｅｆとする。
【００１２】また、比較制御部９９０が、初期比較電位
である、比較電位信号＋ＶＲ＝Ｖ０および比較電位信号
−ＶＲ＝−Ｖ０（Ｖ０＞０）を出力する。
である、比較電位信号＋ＶＲ＝Ｖ０および比較電位信号
−ＶＲ＝−Ｖ０（Ｖ０＞０）を出力する。
【００１３】次に、タイミング制御部９８０がリセット
指示信号ＫＳとクランプ指示信号ＣＰとを非有意とした
のち、各垂直受光部９１１ｊの垂直走査における第１番
目の受光素子のスイッチ素子９１２1,jのみを「ＯＮ」
とする垂直走査信号ＶＳ１を有意にして出力する。スイ
ッチ９１４が「ＯＮ」となると、それまでの受光によっ
て光電変換素子９１３に蓄積された電荷が電流信号とな
って受光部９１０から出力される。そして、積分回路９
２０によってその帰還容量素子に蓄積され電圧として出
力される。積分回路９２０から出力された信号Ｖｓｏ
は、クランプ回路９３０を介してサンプルホールド回路
９４０に入力する。
指示信号ＫＳとクランプ指示信号ＣＰとを非有意とした
のち、各垂直受光部９１１ｊの垂直走査における第１番
目の受光素子のスイッチ素子９１２1,jのみを「ＯＮ」
とする垂直走査信号ＶＳ１を有意にして出力する。スイ
ッチ９１４が「ＯＮ」となると、それまでの受光によっ
て光電変換素子９１３に蓄積された電荷が電流信号とな
って受光部９１０から出力される。そして、積分回路９
２０によってその帰還容量素子に蓄積され電圧として出
力される。積分回路９２０から出力された信号Ｖｓｏ
は、クランプ回路９３０を介してサンプルホールド回路
９４０に入力する。
【００１４】サンプルホールド回路９７０では、比較電
位信号＋ＶＲ、−ＶＲと信号Ｖｓｏとを入力し、比較電
位信号＋ＶＲの電位値と信号Ｖｓｏの電位値とによって
定まるサンプル信号Ｓ１と比較電位信号−ＶＲの電位値
と信号Ｖｓｏの電位値とによって定まるサンプル信号Ｓ
２とを出力するとともに、サンプル指示信号ＳＰが非有
意となった場合には、非有意となった時点でのサンプル
信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。
位信号＋ＶＲ、−ＶＲと信号Ｖｓｏとを入力し、比較電
位信号＋ＶＲの電位値と信号Ｖｓｏの電位値とによって
定まるサンプル信号Ｓ１と比較電位信号−ＶＲの電位値
と信号Ｖｓｏの電位値とによって定まるサンプル信号Ｓ
２とを出力するとともに、サンプル指示信号ＳＰが非有
意となった場合には、非有意となった時点でのサンプル
信号Ｓ１、Ｓ２を出力する。
【００１５】比較制御部９９０は、サンプル後、サンプ
ル指示信号ＳＰが有意から非有意に変化した時から、比
較電位信号＋ＶＲの電位値を一定の勾配で順次低下させ
るとともに、比較電位信号−ＶＲの電位値を比較電位信
号＋ＶＲの電位値の勾配と絶対値同一の勾配で順次増大
させる。この結果、サンプル信号Ｓ１の電位値は順次低
下するとともに、サンプル信号Ｓ２の電位値は順次増加
する。
ル指示信号ＳＰが有意から非有意に変化した時から、比
較電位信号＋ＶＲの電位値を一定の勾配で順次低下させ
るとともに、比較電位信号−ＶＲの電位値を比較電位信
号＋ＶＲの電位値の勾配と絶対値同一の勾配で順次増大
させる。この結果、サンプル信号Ｓ１の電位値は順次低
下するとともに、サンプル信号Ｓ２の電位値は順次増加
する。
【００１６】また、比較制御部９９０は、サンプル後、
サンプル指示信号ＳＰが有意から非有意に変化した時か
ら、カウンタによる一定周期のクロックの計数を開始
し、計数値を計数デジタル信号Ｄｃとして出力する。
サンプル指示信号ＳＰが有意から非有意に変化した時か
ら、カウンタによる一定周期のクロックの計数を開始
し、計数値を計数デジタル信号Ｄｃとして出力する。
【００１７】サンプルホールド回路９４０から出力され
たサンプル信号Ｓ１、Ｓ２は、比較回路９５０に入力
し、電位の値が比較される。上記のように、サンプル状
態からホールド状態に遷移した直後は、サンプル信号Ｓ
１の電位はサンプル信号Ｓ２の電位よりも高いが、比較
電位信号＋ＶＲの電位値の順次低下と比較電位信号−Ｖ
Ｒの電位値の順次増加とにともなって、ある時刻でサン
プル信号Ｓ１の電位がサンプル信号Ｓ２の電位と同一と
なり、その後はサンプル信号Ｓ１の電位がサンプル信号
Ｓ２の電位よりも低くなる。この結果、比較回路９５０
の出力は、サンプル信号Ｓ１の電位がサンプル信号Ｓ２
の電位と同一となった時刻を境として、比較結果信号Ｖ
ＣＭが変化する。
たサンプル信号Ｓ１、Ｓ２は、比較回路９５０に入力
し、電位の値が比較される。上記のように、サンプル状
態からホールド状態に遷移した直後は、サンプル信号Ｓ
１の電位はサンプル信号Ｓ２の電位よりも高いが、比較
電位信号＋ＶＲの電位値の順次低下と比較電位信号−Ｖ
Ｒの電位値の順次増加とにともなって、ある時刻でサン
プル信号Ｓ１の電位がサンプル信号Ｓ２の電位と同一と
なり、その後はサンプル信号Ｓ１の電位がサンプル信号
Ｓ２の電位よりも低くなる。この結果、比較回路９５０
の出力は、サンプル信号Ｓ１の電位がサンプル信号Ｓ２
の電位と同一となった時刻を境として、比較結果信号Ｖ
ＣＭが変化する。
【００１８】ラッチ回路９６０は、比較結果信号ＶＣＭ
を入力し、上記の比較結果信号ＶＣＭの変化の時点での
計数デジタル信号Ｄｃの値をラッチし、出力する。
を入力し、上記の比較結果信号ＶＣＭの変化の時点での
計数デジタル信号Ｄｃの値をラッチし、出力する。
【００１９】次いで、水平走査信号ＨＳｊの設定によ
り、垂直方向の第１番目の受光素子９１２1,jに関する
データの読み出しを開始する。
り、垂直方向の第１番目の受光素子９１２1,jに関する
データの読み出しを開始する。
【００２０】タイミング制御部９８０が、水平方向の第
１番目の受光素子９１２1,1に応じたスイッチ素子９７
０のみの選択を指示する水平走査信号ＲＳ１を有意と
し、第１番目の受光素子９１２1,1に応じたスイッチ素
子９７０のみを「ＯＮ」とする。
１番目の受光素子９１２1,1に応じたスイッチ素子９７
０のみの選択を指示する水平走査信号ＲＳ１を有意と
し、第１番目の受光素子９１２1,1に応じたスイッチ素
子９７０のみを「ＯＮ」とする。
【００２１】そして、スイッチ素子９７０を介したデジ
タル信号が、水平方向の第１番目の受光素子９１２1,1
に入射した光量に応じた出力データ信号Ｖｏとして出力
される。
タル信号が、水平方向の第１番目の受光素子９１２1,1
に入射した光量に応じた出力データ信号Ｖｏとして出力
される。
【００２２】引き続き、水平方向の第１番目の受光素子
９１２1,1に応じたスイッチ素子９７０のみの選択を指
示する水平走査信号ＲＳ１を非有意として、水平方向の
第１番目の受光素子９１２1,1に関するデータ読み出し
を終了する。
９１２1,1に応じたスイッチ素子９７０のみの選択を指
示する水平走査信号ＲＳ１を非有意として、水平方向の
第１番目の受光素子９１２1,1に関するデータ読み出し
を終了する。
【００２３】次に、水平方向の第１番目の受光素子９１
２1,1と同様にして、水平方向の第２番目以降の受光素
子９１２1,jに関するデータ読み出しを実行する。
２1,1と同様にして、水平方向の第２番目以降の受光素
子９１２1,jに関するデータ読み出しを実行する。
【００２４】次いで、タイミング制御部９８０がリセッ
ト指示信号ＫＳを有意とし、クランプ指示信号ＣＰを有
意とするとともに、比較制御部９９０が、初期比較電位
に設定しながら、各垂直受光部９１１ｊの垂直走査にお
ける第２番目以降の受光素子９１２1,jに関するデータ
読み出しを実行する。
ト指示信号ＫＳを有意とし、クランプ指示信号ＣＰを有
意とするとともに、比較制御部９９０が、初期比較電位
に設定しながら、各垂直受光部９１１ｊの垂直走査にお
ける第２番目以降の受光素子９１２1,jに関するデータ
読み出しを実行する。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】提案されている固体撮
像装置は上記のように構成されるので、以下のような問
題点があった。
像装置は上記のように構成されるので、以下のような問
題点があった。
【００２６】（１）サンプルホールド回路において、サ
ンプル状態からホールド状態へ遷移する時のスイッチ雑
音が無視できない。すなわち、容量性負荷に電荷を蓄積
して電圧信号としようとする場合に、必ず、ｋＴＣノイ
ズと呼ばれる負荷容量値に逆比例するスイッチングノイ
ズが発生するが、データ収集スピードも要求される固体
撮像装置では、負荷容量値（従来例では２．４ｐＦを採
用）を大きくすることに限界があり、無視できないもの
となる。
ンプル状態からホールド状態へ遷移する時のスイッチ雑
音が無視できない。すなわち、容量性負荷に電荷を蓄積
して電圧信号としようとする場合に、必ず、ｋＴＣノイ
ズと呼ばれる負荷容量値に逆比例するスイッチングノイ
ズが発生するが、データ収集スピードも要求される固体
撮像装置では、負荷容量値（従来例では２．４ｐＦを採
用）を大きくすることに限界があり、無視できないもの
となる。
【００２７】例えば、従来例のように、負荷容量値とし
て２．４ｐＦを採用すると、ｋＴＣノイズは理論上２
６．８μＶとなり、低サイズ化のため高い電源電圧を使
用できない場合には、分解能を稼ぐことができない。
て２．４ｐＦを採用すると、ｋＴＣノイズは理論上２
６．８μＶとなり、低サイズ化のため高い電源電圧を使
用できない場合には、分解能を稼ぐことができない。
【００２８】（２）比較回路の入力初段では大きなサイ
ズのＭＯＳトランジスタを使用することが常識的に行わ
れる。したがって、電圧の比較時に、サンプルホールド
回路における比較電位信号＋ＶＲ、−ＶＲの入力容量
と、ＭＯＳトランジスタのゲート容量とが直列に接続さ
れることになる。しかしながら、ＭＯＳトランジスタの
ゲート容量は電圧により大きく変化する性質がある。し
たがって、比較電位信号＋ＶＲ、−ＶＲが線形に変化し
たとしても、サンプル信号の変化は直線性を保つことが
できない。これは、アナログデジタル変換後の変換値と
変換対象値のクランプ回路の出力電圧値Ｖｃｏとの間の
直線性に重大な悪影響を及ぼすことになる。したがっ
て、直線性精度の良い測定が不可能となる。
ズのＭＯＳトランジスタを使用することが常識的に行わ
れる。したがって、電圧の比較時に、サンプルホールド
回路における比較電位信号＋ＶＲ、−ＶＲの入力容量
と、ＭＯＳトランジスタのゲート容量とが直列に接続さ
れることになる。しかしながら、ＭＯＳトランジスタの
ゲート容量は電圧により大きく変化する性質がある。し
たがって、比較電位信号＋ＶＲ、−ＶＲが線形に変化し
たとしても、サンプル信号の変化は直線性を保つことが
できない。これは、アナログデジタル変換後の変換値と
変換対象値のクランプ回路の出力電圧値Ｖｃｏとの間の
直線性に重大な悪影響を及ぼすことになる。したがっ
て、直線性精度の良い測定が不可能となる。
【００２９】（３）従来例では、比較部の初段の性能が
重要であるが、性能を確保するためには消費電力が大き
くなることが予想される。従来例では、３２チャンネル
となっているが、今後の採用が予想される２５６チャン
ネル以上となると、消費電力の増大が問題となることが
予想される。
重要であるが、性能を確保するためには消費電力が大き
くなることが予想される。従来例では、３２チャンネル
となっているが、今後の採用が予想される２５６チャン
ネル以上となると、消費電力の増大が問題となることが
予想される。
【００３０】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、高精度で撮像が可能な固体撮像装置を提供すること
を目的とする。
り、高精度で撮像が可能な固体撮像装置を提供すること
を目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】請求項１の固体撮像装置
は、入力した２次元光像を撮像する固体撮像装置であっ
て、（ａ）入力光信号を電流信号に変換する光電変換素
子と、光電変換素子の信号出力端子に第１の端子が接続
され、垂直走査信号に応じて第２の端子から光電変換素
子で発生した電流信号を流出する第１のスイッチ素子と
を１組の受光素子として、第１の方向に沿って第１の数
だけ配列されるとともに、夫々の第１のスイッチ素子の
第２の端子と互いに電気的に接続された信号出力端子を
有する垂直受光部が、第２の方向に沿って第２の数だけ
配列された受光部と、（ｂ）夫々の垂直受光部から出力
を夫々個別に入力し、リセット指示信号に応じて垂直受
光部から出力された電流信号を入出力端子間に接続され
た第１の容量素子に積分または非積分の動作をする第２
の数の積分回路と、（ｃ）夫々の積分回路から出力され
た信号を第１の端子に入力し、サンプル指示信号に応じ
て第２の端子から出力する第２の数の第２のスイッチ素
子と、（ｄ）第２のスイッチ素子を介した信号と比較電
位信号とを夫々入力し、クランプ指示信号が有意な場合
にはクランプ処理を行い、クランプ指示信号が非有意な
場合には第２のスイッチ素子を介した信号の電位と前記
比較電位信号の電位とに応じた電位の信号を出力する第
２の数のクランプ回路と、（ｅ）夫々のクランプ回路か
ら出力された信号を夫々入力し、クランプ回路から出力
された信号の電位と基準電位との比較を行い、比較結果
に応じた比較結果信号を出力する第２の数の比較回路
と、（ｆ）計数値デジタル信号と夫々の比較結果信号と
を夫々入力し、比較結果の変化に応じて、所定の比較結
果信号の変化時の計数値デジタル信号を保持するととも
に出力する第２の数のデータ保持回路と、（ｇ）夫々の
データ保持回路から出力された計数値デジタル信号を入
力するとともに、水平走査信号で指示されたデータ保持
回路からの信号を出力する第２の数の第３のスイッチ素
子と、（ｈ）リセット指示信号、サンプル指示信号、ク
ランプ指示信号、および水平走査信号を出力するタイミ
ング制御部と、（ｉ）所定の周期で担ったデジタル値が
変化する計数デジタル信号および所定の期間にわたって
電位値が変化する比較電位信号を発行する比較制御部と
を備えることを特徴とする。
は、入力した２次元光像を撮像する固体撮像装置であっ
て、（ａ）入力光信号を電流信号に変換する光電変換素
子と、光電変換素子の信号出力端子に第１の端子が接続
され、垂直走査信号に応じて第２の端子から光電変換素
子で発生した電流信号を流出する第１のスイッチ素子と
を１組の受光素子として、第１の方向に沿って第１の数
だけ配列されるとともに、夫々の第１のスイッチ素子の
第２の端子と互いに電気的に接続された信号出力端子を
有する垂直受光部が、第２の方向に沿って第２の数だけ
配列された受光部と、（ｂ）夫々の垂直受光部から出力
を夫々個別に入力し、リセット指示信号に応じて垂直受
光部から出力された電流信号を入出力端子間に接続され
た第１の容量素子に積分または非積分の動作をする第２
の数の積分回路と、（ｃ）夫々の積分回路から出力され
た信号を第１の端子に入力し、サンプル指示信号に応じ
て第２の端子から出力する第２の数の第２のスイッチ素
子と、（ｄ）第２のスイッチ素子を介した信号と比較電
位信号とを夫々入力し、クランプ指示信号が有意な場合
にはクランプ処理を行い、クランプ指示信号が非有意な
場合には第２のスイッチ素子を介した信号の電位と前記
比較電位信号の電位とに応じた電位の信号を出力する第
２の数のクランプ回路と、（ｅ）夫々のクランプ回路か
ら出力された信号を夫々入力し、クランプ回路から出力
された信号の電位と基準電位との比較を行い、比較結果
に応じた比較結果信号を出力する第２の数の比較回路
と、（ｆ）計数値デジタル信号と夫々の比較結果信号と
を夫々入力し、比較結果の変化に応じて、所定の比較結
果信号の変化時の計数値デジタル信号を保持するととも
に出力する第２の数のデータ保持回路と、（ｇ）夫々の
データ保持回路から出力された計数値デジタル信号を入
力するとともに、水平走査信号で指示されたデータ保持
回路からの信号を出力する第２の数の第３のスイッチ素
子と、（ｈ）リセット指示信号、サンプル指示信号、ク
ランプ指示信号、および水平走査信号を出力するタイミ
ング制御部と、（ｉ）所定の周期で担ったデジタル値が
変化する計数デジタル信号および所定の期間にわたって
電位値が変化する比較電位信号を発行する比較制御部と
を備えることを特徴とする。
【００３２】請求項１の固体撮像装置では、受光部が入
射した光が形成する光像を入力し、受光部の光電変換素
子に受光量に応じた電荷が蓄積される。そして、所定の
受光期間の経過後に各受光素子に蓄積された電荷量に応
じたデジタルデータを以下のようにして読み出す。
射した光が形成する光像を入力し、受光部の光電変換素
子に受光量に応じた電荷が蓄積される。そして、所定の
受光期間の経過後に各受光素子に蓄積された電荷量に応
じたデジタルデータを以下のようにして読み出す。
【００３３】まず、読み出しの実行に先立って、タイミ
ング制御部がリセット指示信号を有意とし、積分回路の
出力を初期値である基準電位とするとともに、クランプ
指示信号を有意とし、クランプ回路の入出力電位を初期
値とする。また、比較制御部が、比較電位信号を初期比
較電位値とする。
ング制御部がリセット指示信号を有意とし、積分回路の
出力を初期値である基準電位とするとともに、クランプ
指示信号を有意とし、クランプ回路の入出力電位を初期
値とする。また、比較制御部が、比較電位信号を初期比
較電位値とする。
【００３４】次に、タイミング制御部がリセット指示信
号とクランプ指示信号とを非有意としたのち、各垂直受
光部の垂直走査における第１番目の受光素子のスイッチ
素子のみを「ＯＮ」とする垂直走査信号を設定して出力
する。第１のスイッチが「ＯＮ」となると、それまでの
受光によって光電変換素子に蓄積された電荷が電流信号
となって受光部から出力される。そして、積分回路によ
ってその帰還容量素子に蓄積され電圧として出力され
る。積分回路から出力された信号は、第２のスイッチ素
子を介してクランプ回路に入力する。
号とクランプ指示信号とを非有意としたのち、各垂直受
光部の垂直走査における第１番目の受光素子のスイッチ
素子のみを「ＯＮ」とする垂直走査信号を設定して出力
する。第１のスイッチが「ＯＮ」となると、それまでの
受光によって光電変換素子に蓄積された電荷が電流信号
となって受光部から出力される。そして、積分回路によ
ってその帰還容量素子に蓄積され電圧として出力され
る。積分回路から出力された信号は、第２のスイッチ素
子を介してクランプ回路に入力する。
【００３５】そして、各垂直受光部の垂直走査における
第１番目の受光素子のスイッチ素子のみを「ＯＮ」とし
た後、一定時間経過後に、タイミング制御部がサンプル
指示信号が非有意とし、第２のスイッチ素子を「ＯＦ
Ｆ」とする。第２のスイッチ素子を「ＯＦＦ」とした
後、クランプ回路の入力端子は、第２のスイッチ素子を
「ＯＦＦ」とした時点での電位値が保持される。
第１番目の受光素子のスイッチ素子のみを「ＯＮ」とし
た後、一定時間経過後に、タイミング制御部がサンプル
指示信号が非有意とし、第２のスイッチ素子を「ＯＦ
Ｆ」とする。第２のスイッチ素子を「ＯＦＦ」とした
後、クランプ回路の入力端子は、第２のスイッチ素子を
「ＯＦＦ」とした時点での電位値が保持される。
【００３６】この場合、クランプ回路の電荷蓄積用容量
素子の装置全体の動作スピードに関わり無く、容量値を
大きくすることが可能であり、容量値に逆比例するｋＴ
Ｃノイズを充分低減することができる。
素子の装置全体の動作スピードに関わり無く、容量値を
大きくすることが可能であり、容量値に逆比例するｋＴ
Ｃノイズを充分低減することができる。
【００３７】また、クランプ回路の初段には必ずしも性
能の良いオペアンプなどを使用する必要がないので、消
費電力の増大を招かずに済む。
能の良いオペアンプなどを使用する必要がないので、消
費電力の増大を招かずに済む。
【００３８】比較制御部は、サンプル指示信号が有意か
ら非有意に変化した後、比較電位信号の電位値を一定の
勾配で順次変化させる。この結果、クランプ回路から出
力される信号の電位値は変化する。
ら非有意に変化した後、比較電位信号の電位値を一定の
勾配で順次変化させる。この結果、クランプ回路から出
力される信号の電位値は変化する。
【００３９】また、比較制御部は、比較電位信号の電位
値の低下とともに、カウンタによる一定周期のクロック
の計数を開始し、計数値を計数デジタル信号として出力
する。
値の低下とともに、カウンタによる一定周期のクロック
の計数を開始し、計数値を計数デジタル信号として出力
する。
【００４０】クランプ回路から出力されたサンプル信号
は、比較回路に入力し、基準電位と電位の値が比較され
る。
は、比較回路に入力し、基準電位と電位の値が比較され
る。
【００４１】比較電位信号の変化にともなって、ある時
刻でクランプ回路から出力された信号の電位が比較回路
の基準電位と同一となる。この結果、クランプ回路から
出力された信号の電位が基準電位と同一となった時刻を
境として、比較結果信号が変化する。
刻でクランプ回路から出力された信号の電位が比較回路
の基準電位と同一となる。この結果、クランプ回路から
出力された信号の電位が基準電位と同一となった時刻を
境として、比較結果信号が変化する。
【００４２】データ保持回路は、比較結果信号を入力
し、比較結果信号の変化の時点での計数デジタル信号の
値を保持して出力する。
し、比較結果信号の変化の時点での計数デジタル信号の
値を保持して出力する。
【００４３】次いで、水平走査信号の設定により、垂直
方向の第１番目の受光素子に関するデータの読み出しを
開始する。
方向の第１番目の受光素子に関するデータの読み出しを
開始する。
【００４４】タイミング制御部が、水平方向の第１番目
の受光素子に応じた第３のスイッチ素子のみの選択を指
示する水平走査信号を出力し、第１番目の受光素子に応
じた第３のスイッチ素子のみを「ＯＮ」とする。
の受光素子に応じた第３のスイッチ素子のみの選択を指
示する水平走査信号を出力し、第１番目の受光素子に応
じた第３のスイッチ素子のみを「ＯＮ」とする。
【００４５】そして、第３のスイッチ素子を介したデジ
タル信号が、水平方向の第１番目の受光素子に入射した
光量に応じた出力データ信号として出力される。
タル信号が、水平方向の第１番目の受光素子に入射した
光量に応じた出力データ信号として出力される。
【００４６】引き続き、水平方向の第１番目の受光素子
に応じた第３のスイッチ素子のみの選択を指示する水平
走査信号を解除し、水平方向の第１番目の受光素子に関
するデータ読み出し動作を終了する。
に応じた第３のスイッチ素子のみの選択を指示する水平
走査信号を解除し、水平方向の第１番目の受光素子に関
するデータ読み出し動作を終了する。
【００４７】次に、水平方向の第１番目の受光素子と同
様にして、水平方向の第２番目以降の受光素子に関する
データ読み出しを実行する。
様にして、水平方向の第２番目以降の受光素子に関する
データ読み出しを実行する。
【００４８】次いで、タイミング制御部が、リセット指
示信号を有意とし、クランプ指示信号を有意とするとと
もに、比較制御部が、初期比較電位に設定しながら、各
垂直受光部の垂直走査における第２番目以降の受光素子
に関するデータ読み出しを実行する。
示信号を有意とし、クランプ指示信号を有意とするとと
もに、比較制御部が、初期比較電位に設定しながら、各
垂直受光部の垂直走査における第２番目以降の受光素子
に関するデータ読み出しを実行する。
【００４９】この結果、精度良く、高速で、撮像結果を
デジタルデータとして読み出すことができる。
デジタルデータとして読み出すことができる。
【００５０】請求項２の固体撮像装置は、請求項１の固
体撮像装置において、比較電位信号の電位値の変化が、
時間の変化に対して略線形であることを特徴とする。
体撮像装置において、比較電位信号の電位値の変化が、
時間の変化に対して略線形であることを特徴とする。
【００５１】請求項２の固体撮像装置によれば、比較電
位信号が入力するクランプ回路では、大きなサイズのＭ
ＯＳトランジスタを使用せずに済むので、クランプ回路
における比較電位信号の入力容量と、クランプ回路の入
力容量とが直列に接続されることになっても、比較電位
信号の電位が線形に変化することに追従して、クランプ
回路の出力信号の電位も線形に変化する。したがって、
アナログデジタル変換後の変換値と変換対象値のクラン
プ回路の出力電圧値Ｖｃｏとの間の直線性の良い測定が
可能となる。
位信号が入力するクランプ回路では、大きなサイズのＭ
ＯＳトランジスタを使用せずに済むので、クランプ回路
における比較電位信号の入力容量と、クランプ回路の入
力容量とが直列に接続されることになっても、比較電位
信号の電位が線形に変化することに追従して、クランプ
回路の出力信号の電位も線形に変化する。したがって、
アナログデジタル変換後の変換値と変換対象値のクラン
プ回路の出力電圧値Ｖｃｏとの間の直線性の良い測定が
可能となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の固体撮像装置の実施形態を説明する。なお、図面の説
明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複す
る説明を省略する。
の固体撮像装置の実施形態を説明する。なお、図面の説
明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複す
る説明を省略する。
【００５３】図１は、本発明の第１実施形態の固体撮像
装置の構成図である。図１に示すように、この装置は、
（ａ）入力光信号を電流信号に変換する光電変換素子１
３０と、光電変換素子１３０の信号出力端子に接続さ
れ、垂直走査信号ＶＳｉ（ｉ＝１〜Ｍ）に応じて光電変
換素子１３０で発生した電流信号を流出するスイッチ素
子１４０とを１組の受光素子１２０として、第１の方向
（以後、垂直方向と呼ぶ）に沿ってＭ個配列され、夫々
のスイッチ素子１４０の信号出力端子が電気的に接続さ
れた垂直受光部１１０が、第２の方向（以後、水平方向
と呼ぶ）に沿ってＮ個配列された受光部１００と、
（ｂ）垂直受光部１１０j（ｊ＝１〜Ｎ）からの出力信
号を夫々個別に入力し、信号処理後に水平走査信号（Ｒ
Ｓｊ）に応じて択一的に信号を出力する水平信号処理部
２１０jと、水平信号処理部２１０jから出力された信号
を入力し、装置としての出力デジタルデータ信号を出力
する信号処理部２００と、（ｃ）受光部１００および信
号処理部２００に動作タイミングの指示信号を通知する
タイミング制御部３００と、（ｄ）信号処理部２００に
おけるアナログデジタル変換動作を制御する、所定の周
期で担ったデジタル値が変化する計数デジタル信号Ｄｃ
および所定の期間にわたって電位値が変化する比較電位
信号ＶＲを発行する比較制御部４００とを備える。
装置の構成図である。図１に示すように、この装置は、
（ａ）入力光信号を電流信号に変換する光電変換素子１
３０と、光電変換素子１３０の信号出力端子に接続さ
れ、垂直走査信号ＶＳｉ（ｉ＝１〜Ｍ）に応じて光電変
換素子１３０で発生した電流信号を流出するスイッチ素
子１４０とを１組の受光素子１２０として、第１の方向
（以後、垂直方向と呼ぶ）に沿ってＭ個配列され、夫々
のスイッチ素子１４０の信号出力端子が電気的に接続さ
れた垂直受光部１１０が、第２の方向（以後、水平方向
と呼ぶ）に沿ってＮ個配列された受光部１００と、
（ｂ）垂直受光部１１０j（ｊ＝１〜Ｎ）からの出力信
号を夫々個別に入力し、信号処理後に水平走査信号（Ｒ
Ｓｊ）に応じて択一的に信号を出力する水平信号処理部
２１０jと、水平信号処理部２１０jから出力された信号
を入力し、装置としての出力デジタルデータ信号を出力
する信号処理部２００と、（ｃ）受光部１００および信
号処理部２００に動作タイミングの指示信号を通知する
タイミング制御部３００と、（ｄ）信号処理部２００に
おけるアナログデジタル変換動作を制御する、所定の周
期で担ったデジタル値が変化する計数デジタル信号Ｄｃ
および所定の期間にわたって電位値が変化する比較電位
信号ＶＲを発行する比較制御部４００とを備える。
【００５４】水平信号処理部２１０jは、（i）垂直受光
部１１０jからの出力信号を入力し、リセット指示信号
ＫＲＳに応じて垂直受光部１１０jから出力された電流
信号を入出力端子間に接続された容量素子２２２に積分
（リセット指示信号ＫＲＳが非有意の場合）、または非
積分（リセット指示信号ＫＲＳが有意の場合）の動作を
する積分回路２２０と、（ii）積分回路２２０から出力
された信号Ｖｓｏを一方の端子から入力し、サンプル指
示信号ＳＭＰに応じて他方の端子から出力するスイッチ
素子２３０と、（iii）スイッチ素子２３０を介した信
号Ｖｃｉと比較電位信号ＶＲとを入力し、信号Ｖｃｉの
電位値と比較電位信号ＶＲの電位値とに応じた電位の信
号Ｖｃｏを出力するとともに、クランプ指示信号ＣＬＰ
に応じてクランプ動作をするクランプ回路２４０と、
（iv）クランプ回路２４０から出力された信号Ｖｃｏを
入力し、信号Ｖｃｏの電位と基準電位Ｖｒｅｆとの比較
を行い、比較結果に応じた比較結果信号ＶＣＭを出力す
る比較回路２５０と、（ｆ）計数値デジタル信号Ｄｃと
比較結果信号ＶＣＭとを入力し、比較結果信号ＶＣＭの
変化に応じて、比較結果信号ＶＣＭの変化時の計数値デ
ジタル信号Ｄｃを保持するとともにデジタル信号ＤＬｊ
出力するデータ保持回路２６０と、（ｇ）データ保持回
路２６０から出力されたデジタル信号ＤＬｊを入力する
とともに、水平走査信号ＨＳｊで指示されたデータ保持
回路２６０からの信号ＤＬｊを出力する第３のスイッチ
素子２７０とを備える。
部１１０jからの出力信号を入力し、リセット指示信号
ＫＲＳに応じて垂直受光部１１０jから出力された電流
信号を入出力端子間に接続された容量素子２２２に積分
（リセット指示信号ＫＲＳが非有意の場合）、または非
積分（リセット指示信号ＫＲＳが有意の場合）の動作を
する積分回路２２０と、（ii）積分回路２２０から出力
された信号Ｖｓｏを一方の端子から入力し、サンプル指
示信号ＳＭＰに応じて他方の端子から出力するスイッチ
素子２３０と、（iii）スイッチ素子２３０を介した信
号Ｖｃｉと比較電位信号ＶＲとを入力し、信号Ｖｃｉの
電位値と比較電位信号ＶＲの電位値とに応じた電位の信
号Ｖｃｏを出力するとともに、クランプ指示信号ＣＬＰ
に応じてクランプ動作をするクランプ回路２４０と、
（iv）クランプ回路２４０から出力された信号Ｖｃｏを
入力し、信号Ｖｃｏの電位と基準電位Ｖｒｅｆとの比較
を行い、比較結果に応じた比較結果信号ＶＣＭを出力す
る比較回路２５０と、（ｆ）計数値デジタル信号Ｄｃと
比較結果信号ＶＣＭとを入力し、比較結果信号ＶＣＭの
変化に応じて、比較結果信号ＶＣＭの変化時の計数値デ
ジタル信号Ｄｃを保持するとともにデジタル信号ＤＬｊ
出力するデータ保持回路２６０と、（ｇ）データ保持回
路２６０から出力されたデジタル信号ＤＬｊを入力する
とともに、水平走査信号ＨＳｊで指示されたデータ保持
回路２６０からの信号ＤＬｊを出力する第３のスイッチ
素子２７０とを備える。
【００５５】積分回路２２０は、（i）垂直受光部１１
０jからの出力信号を入力し、入力した電流信号の電荷
を増幅する電荷増幅器２２１と、（ii）電荷増幅器２２
１の入力端子に一方の端子が接続され、電荷増幅器２２
１の出力端子に他方の端子が接続された容量素子２２２
と、（iii）電荷増幅器２２１の入力端子に一方の端子
が接続され、電荷増幅器２２１の出力端子に他方の端子
が接続され、リセット指示信号ＫＲＳが有意の場合には
「ＯＮ」状態となり、リセット指示信号ＫＲＳが非有意
の場合には「ＯＦＦ」状態となるスイッチ素子２２３と
を備える。
０jからの出力信号を入力し、入力した電流信号の電荷
を増幅する電荷増幅器２２１と、（ii）電荷増幅器２２
１の入力端子に一方の端子が接続され、電荷増幅器２２
１の出力端子に他方の端子が接続された容量素子２２２
と、（iii）電荷増幅器２２１の入力端子に一方の端子
が接続され、電荷増幅器２２１の出力端子に他方の端子
が接続され、リセット指示信号ＫＲＳが有意の場合には
「ＯＮ」状態となり、リセット指示信号ＫＲＳが非有意
の場合には「ＯＦＦ」状態となるスイッチ素子２２３と
を備える。
【００５６】クランプ回路２４０は、（i）積分回路２
２０から出力された信号を入力し、交流成分を出力する
容量素子２４１と、（ii）容量素子２４１を介した信号
を入力し、増幅して出力する増幅器２４２と、（iii）
増幅器２４２の入力端子に一方の端子が接続され、増幅
器２４２の出力端子に他方の端子が接続された容量素子
２４３と、（iv）増幅器２４２の入力端子に一方の端子
が接続され、増幅器２４２の出力端子に他方の端子が接
続され、クランプ指示信号ＣＰｊが有意の場合には「Ｏ
Ｎ」状態となり、クランプ指示信号ＣＰｊが非有意の場
合には「ＯＦＦ」状態となるスイッチ素子２４４と、
（v）増幅器２４２の入力端子に一方の端子が接続さ
れ、他方の端子から比較電位信号ＶＲを入力する容量素
子２４５とを備える。
２０から出力された信号を入力し、交流成分を出力する
容量素子２４１と、（ii）容量素子２４１を介した信号
を入力し、増幅して出力する増幅器２４２と、（iii）
増幅器２４２の入力端子に一方の端子が接続され、増幅
器２４２の出力端子に他方の端子が接続された容量素子
２４３と、（iv）増幅器２４２の入力端子に一方の端子
が接続され、増幅器２４２の出力端子に他方の端子が接
続され、クランプ指示信号ＣＰｊが有意の場合には「Ｏ
Ｎ」状態となり、クランプ指示信号ＣＰｊが非有意の場
合には「ＯＦＦ」状態となるスイッチ素子２４４と、
（v）増幅器２４２の入力端子に一方の端子が接続さ
れ、他方の端子から比較電位信号ＶＲを入力する容量素
子２４５とを備える。
【００５７】図２および図３は、比較回路２５０の構成
を示す回路構成図である。図２は比較回路をインバータ
２個を直列に接続した比較回路の回路構成を、図３は差
動型コンパレータ構成の比較回路の回路構成を示す。
を示す回路構成図である。図２は比較回路をインバータ
２個を直列に接続した比較回路の回路構成を、図３は差
動型コンパレータ構成の比較回路の回路構成を示す。
【００５８】図２（ａ）に示すように、この比較回路
は、（i）クランプ回路２４０から出力された信号Ｖｃ
ｏを一方の端子から入力する容量素子２５１1と、（i
i）容量素子２５１1の他方の端子から出力された信号を
入力し、入力信号の電位値のしきい値との大小を判定し
て、反転信号を出力するインバータ２５２1と、（iii）
インバータ２５２1の入力端子に一方の端子が接続さ
れ、インバータ２５２1の出力端子に他方の端子が接続
され、比較開始指示信号ＣＭＰに応じて開閉するスイッ
チ素子２５３1と、（iv）インバータ２５２1から出力さ
れた信号を一方の端子から入力する容量素子２５１
2と、（v）容量素子２５１2の他方の端子から出力され
た信号を入力し、入力信号の電位値のしきい値との大小
を判定して、反転信号を出力するインバータ２５２
2と、（vi）インバータ２５２2の入力端子に一方の端子
が接続され、インバータ２５２2の出力端子に他方の端
子が接続され、比較開始指示信号ＣＭＰに応じて開閉す
るスイッチ素子２５３2とを備える。
は、（i）クランプ回路２４０から出力された信号Ｖｃ
ｏを一方の端子から入力する容量素子２５１1と、（i
i）容量素子２５１1の他方の端子から出力された信号を
入力し、入力信号の電位値のしきい値との大小を判定し
て、反転信号を出力するインバータ２５２1と、（iii）
インバータ２５２1の入力端子に一方の端子が接続さ
れ、インバータ２５２1の出力端子に他方の端子が接続
され、比較開始指示信号ＣＭＰに応じて開閉するスイッ
チ素子２５３1と、（iv）インバータ２５２1から出力さ
れた信号を一方の端子から入力する容量素子２５１
2と、（v）容量素子２５１2の他方の端子から出力され
た信号を入力し、入力信号の電位値のしきい値との大小
を判定して、反転信号を出力するインバータ２５２
2と、（vi）インバータ２５２2の入力端子に一方の端子
が接続され、インバータ２５２2の出力端子に他方の端
子が接続され、比較開始指示信号ＣＭＰに応じて開閉す
るスイッチ素子２５３2とを備える。
【００５９】図２（ａ）に示す比較回路は、以下のよう
にして、基準電位と入力信号の電位との比較を行い比較
結果信号ＶＣＭを出力する。図２（ｂ）は、図２（ａ）
に示す比較回路の動作を示すタイミングチャートであ
る。
にして、基準電位と入力信号の電位との比較を行い比較
結果信号ＶＣＭを出力する。図２（ｂ）は、図２（ａ）
に示す比較回路の動作を示すタイミングチャートであ
る。
【００６０】まず、比較動作に先立って、比較開始信号
ＣＭＰが一時的に有意となり、この有意期間にわたって
スイッチ素子２５３1、２５３2が「ＯＮ」となる。この
結果、インバータ２５２1、２５２2の夫々の入出力端子
が結ばれ、比較結果出力信号ＶＣＭが中間電位レベルで
出力される。そして、比較開始信号ＣＭＰが非有意とな
った時点、すなわち、スイッチ素子２５３1、２５３2が
「ＯＦＦ」の時点の信号Ｖｃｏの電位が変化しなけれ
ば、比較結果信号ＶＣＭは中間電位レベルを保つ。
ＣＭＰが一時的に有意となり、この有意期間にわたって
スイッチ素子２５３1、２５３2が「ＯＮ」となる。この
結果、インバータ２５２1、２５２2の夫々の入出力端子
が結ばれ、比較結果出力信号ＶＣＭが中間電位レベルで
出力される。そして、比較開始信号ＣＭＰが非有意とな
った時点、すなわち、スイッチ素子２５３1、２５３2が
「ＯＦＦ」の時点の信号Ｖｃｏの電位が変化しなけれ
ば、比較結果信号ＶＣＭは中間電位レベルを保つ。
【００６１】この後、信号Ｖｃｏの電位が高くなるか低
くなるかすると、２段のインバータ回路は高いゲインで
信号Ｖｃｏの変化を増幅して出力する。したがって、ス
イッチ素子２５３1、２５３2が「ＯＦＦ」の時点の信号
Ｖｃｏの電位を基準電位として、この基準電位からの大
小に応じて、デジタル的に変化する比較結果信号ＶＣＭ
が出力される。
くなるかすると、２段のインバータ回路は高いゲインで
信号Ｖｃｏの変化を増幅して出力する。したがって、ス
イッチ素子２５３1、２５３2が「ＯＦＦ」の時点の信号
Ｖｃｏの電位を基準電位として、この基準電位からの大
小に応じて、デジタル的に変化する比較結果信号ＶＣＭ
が出力される。
【００６２】図３に示すように、この比較回路は、
（i）クランプ回路２４０からの出力信号Ｖｃｏを一方
の端子から入力し、比較開始指示信号ＣＭＰに応じて開
閉するスイッチ素子２５６と、（ii）スイッチ素子２５
６の他方の端子から出力された信号を一方の端子に入力
し、その電位に応じた電荷を蓄積する容量素子２５７
と、（iii）容量素子２５７の一方の端子が一方に入力
端子と接続されるとともに、他方の入力端子から信号Ｖ
ｃｏを入力し、２つの入力端子の電位の大小に応じた比
較結果信号ＶＣＭを出力する差動型比較器２５８と、
（iv）差動型比較器２６８の他方の入力端子に一方の端
子が接続され、差動型比較器２６８の出力端子に他方の
端子が接続され、比較開始指示信号ＣＭＰに応じて開閉
するスイッチ素子２５９とを備える。
（i）クランプ回路２４０からの出力信号Ｖｃｏを一方
の端子から入力し、比較開始指示信号ＣＭＰに応じて開
閉するスイッチ素子２５６と、（ii）スイッチ素子２５
６の他方の端子から出力された信号を一方の端子に入力
し、その電位に応じた電荷を蓄積する容量素子２５７
と、（iii）容量素子２５７の一方の端子が一方に入力
端子と接続されるとともに、他方の入力端子から信号Ｖ
ｃｏを入力し、２つの入力端子の電位の大小に応じた比
較結果信号ＶＣＭを出力する差動型比較器２５８と、
（iv）差動型比較器２６８の他方の入力端子に一方の端
子が接続され、差動型比較器２６８の出力端子に他方の
端子が接続され、比較開始指示信号ＣＭＰに応じて開閉
するスイッチ素子２５９とを備える。
【００６３】図３の比較回路も、図２（ａ）の比較回路
と同様のタイミングで、デジタル的に変化する比較結果
信号ＶＣＭを出力する。
と同様のタイミングで、デジタル的に変化する比較結果
信号ＶＣＭを出力する。
【００６４】図３に示す比較回路は図２（ａ）に示す比
較回路よりもノイズに強い長所があるが、回路サイズや
消費電力が大きくなる欠点がある。
較回路よりもノイズに強い長所があるが、回路サイズや
消費電力が大きくなる欠点がある。
【００６５】図４は、タイミング制御部３００の回路構
成図である。図４に示すように、タイミング制御部３０
０は、（i）データの読み出し動作の基本タイミングを
発生する基本タイミング生成部３１０と、（ii）基本タ
イミング生成部３１０から出力された基本タイミング信
号に同期して、垂直走査信号ＶＳｉを出力する垂直シフ
トレジスタ３２０と、（iii）基本タイミング生成部３
１０から出力された基本タイミング信号に同期して、水
平選択信号ＨＳｊを出力する水平シフトレジスタ３３０
と、（iv）基本タイミング生成部３１０から出力された
基本タイミング信号に同期して、リセット指示信号ＫＲ
Ｓ、クランプ指示信号ＣＬＰ、サンプル指示信号ＳＭ
Ｐ、および、比較開始指示信号ＣＭＰを生成する制御信
号生成部３４０とを備える。
成図である。図４に示すように、タイミング制御部３０
０は、（i）データの読み出し動作の基本タイミングを
発生する基本タイミング生成部３１０と、（ii）基本タ
イミング生成部３１０から出力された基本タイミング信
号に同期して、垂直走査信号ＶＳｉを出力する垂直シフ
トレジスタ３２０と、（iii）基本タイミング生成部３
１０から出力された基本タイミング信号に同期して、水
平選択信号ＨＳｊを出力する水平シフトレジスタ３３０
と、（iv）基本タイミング生成部３１０から出力された
基本タイミング信号に同期して、リセット指示信号ＫＲ
Ｓ、クランプ指示信号ＣＬＰ、サンプル指示信号ＳＭ
Ｐ、および、比較開始指示信号ＣＭＰを生成する制御信
号生成部３４０とを備える。
【００６６】図５は、比較制御部４００の回路構成図で
ある。図５に示すように、比較制御部４００は、（i）
基本タイミング生成部３１０から出力された基本タイミ
ング信号に同期して、比較開始タイミング指示信号ＣＳ
Ｔを生成する比較制御開始指示部４１０と、（ii）信号
ＣＳＴによる比較開始指示に応じて、電位が時間的に線
形に変化する比較電位信号ＶＲを出力する比較電位信号
生成部４２０と、（iii）信号ＣＳＴによる比較開始指
示に応じて、所定周期で計数を行い計数デジタル信号Ｄ
ｃを出力するカウンタ回路４３０とを備える。
ある。図５に示すように、比較制御部４００は、（i）
基本タイミング生成部３１０から出力された基本タイミ
ング信号に同期して、比較開始タイミング指示信号ＣＳ
Ｔを生成する比較制御開始指示部４１０と、（ii）信号
ＣＳＴによる比較開始指示に応じて、電位が時間的に線
形に変化する比較電位信号ＶＲを出力する比較電位信号
生成部４２０と、（iii）信号ＣＳＴによる比較開始指
示に応じて、所定周期で計数を行い計数デジタル信号Ｄ
ｃを出力するカウンタ回路４３０とを備える。
【００６７】図６は、比較電位信号生成部４２０の構成
を示す回路構成図である。図６に示すように、この比較
電位信号生成部は、（i）直流電圧を発生する直流電圧
発生回路４２１と、（ii）直流電圧発生回路４２１から
出力された直流電圧が一方の端子に印加される抵抗素子
４２２と、（iii）抵抗素子４２２の他方の端子と入力
端子が接続された増幅器４２３と、（iv）増幅器４２３
の入力端子に一方の端子が接続され、増幅器４２３の出
力端子に他方の端子が接続された容量素子４２４と、
（v）増幅器４２３の入力端子に一方の端子が接続さ
れ、増幅器４２３の出力端子に他方の端子が接続され、
信号ＣＳＴに応じて開閉するスイッチ素子４２５とを備
える。
を示す回路構成図である。図６に示すように、この比較
電位信号生成部は、（i）直流電圧を発生する直流電圧
発生回路４２１と、（ii）直流電圧発生回路４２１から
出力された直流電圧が一方の端子に印加される抵抗素子
４２２と、（iii）抵抗素子４２２の他方の端子と入力
端子が接続された増幅器４２３と、（iv）増幅器４２３
の入力端子に一方の端子が接続され、増幅器４２３の出
力端子に他方の端子が接続された容量素子４２４と、
（v）増幅器４２３の入力端子に一方の端子が接続さ
れ、増幅器４２３の出力端子に他方の端子が接続され、
信号ＣＳＴに応じて開閉するスイッチ素子４２５とを備
える。
【００６８】図６の比較電位信号生成部によれば、信号
ＣＳＴによってスイッチ素子４２５が「ＯＮ」時の出力
電位値を出発電位値として、スイッチ素子４２５が「Ｏ
ＦＦ」時から時間的に線形に電位が変化する比較電位信
号ＶＲが、長い周期の信号ＣＳＴによって生成される。
ＣＳＴによってスイッチ素子４２５が「ＯＮ」時の出力
電位値を出発電位値として、スイッチ素子４２５が「Ｏ
ＦＦ」時から時間的に線形に電位が変化する比較電位信
号ＶＲが、長い周期の信号ＣＳＴによって生成される。
【００６９】本実施形態の装置は、以下のようにして、
受光部１００に入力した光像データを収集する。図７
は、本実施形態の装置の動作を説明するタイミングチャ
ートである。
受光部１００に入力した光像データを収集する。図７
は、本実施形態の装置の動作を説明するタイミングチャ
ートである。
【００７０】本実施形態の固体撮像装置では、受光部１
００が入射した光が形成する光像を入力し、受光部１０
０の光電変換素子１３０に受光量に応じた電荷が蓄積さ
れる。そして、所定の受光期間の経過後に各受光素子１
３０に蓄積された電荷量に応じたデジタルデータを以下
のようにして読み出す。
００が入射した光が形成する光像を入力し、受光部１０
０の光電変換素子１３０に受光量に応じた電荷が蓄積さ
れる。そして、所定の受光期間の経過後に各受光素子１
３０に蓄積された電荷量に応じたデジタルデータを以下
のようにして読み出す。
【００７１】まず、読み出しの実行に先立って、タイミ
ング制御部３００がリセット指示信号ＫＲＳを有意と
し、積分回路２２０の出力を初期値である基準電位Ｖｒ
ｅｆとするとともに、クランプ指示信号ＣＬＰを有意と
し、クランプ回路２４０の入出力電位を初期値Ｖｒｅｆ
とする。更に、サンプル指示信号ＳＭＰを有意とし、ス
イッチ素子２３０を「ＯＮ」とする。また、比較制御部
４００が、比較電位信号を初期比較電位値Ｖｒｅｆとす
る。
ング制御部３００がリセット指示信号ＫＲＳを有意と
し、積分回路２２０の出力を初期値である基準電位Ｖｒ
ｅｆとするとともに、クランプ指示信号ＣＬＰを有意と
し、クランプ回路２４０の入出力電位を初期値Ｖｒｅｆ
とする。更に、サンプル指示信号ＳＭＰを有意とし、ス
イッチ素子２３０を「ＯＮ」とする。また、比較制御部
４００が、比較電位信号を初期比較電位値Ｖｒｅｆとす
る。
【００７２】次に、タイミング制御部３００がサンプル
指示信号ＳＭＰを有意としたままで、リセット指示信号
ＫＲＳとクランプ指示信号ＣＬＰとを非有意としたの
ち、各垂直受光部１１０ｊの垂直走査における第１番目
の受光素子１２０1,jのスイッチ素子１４０のみを「Ｏ
Ｎ」とする垂直走査信号ＶＳ１を有意に設定して出力す
る。スイッチ１４０が「ＯＮ」となると、それまでの受
光によって光電変換素子１３０に蓄積された電荷が電流
信号となって受光部１００から出力される。そして、積
分回路２００によってその帰還容量である容量素子２２
２に蓄積され電圧として出力される。積分回路２２０か
ら出力された信号Ｖｓｏは、スイッチ素子２３０を介し
てクランプ回路２４０に入力する。
指示信号ＳＭＰを有意としたままで、リセット指示信号
ＫＲＳとクランプ指示信号ＣＬＰとを非有意としたの
ち、各垂直受光部１１０ｊの垂直走査における第１番目
の受光素子１２０1,jのスイッチ素子１４０のみを「Ｏ
Ｎ」とする垂直走査信号ＶＳ１を有意に設定して出力す
る。スイッチ１４０が「ＯＮ」となると、それまでの受
光によって光電変換素子１３０に蓄積された電荷が電流
信号となって受光部１００から出力される。そして、積
分回路２００によってその帰還容量である容量素子２２
２に蓄積され電圧として出力される。積分回路２２０か
ら出力された信号Ｖｓｏは、スイッチ素子２３０を介し
てクランプ回路２４０に入力する。
【００７３】そして、各垂直受光部１１０ｊの垂直走査
における第１番目の受光素子１２０1,jのスイッチ素子
のみを「ＯＮ」とした後、一定時間経過後に、タイミン
グ制御部３００がサンプル指示信号ＳＭＰが非有意と
し、スイッチ素子２３０を「ＯＦＦ」とする。スイッチ
素子２３０を「ＯＦＦ」とした後、クランプ回路の入力
端子は、スイッチ素子２３０を「ＯＦＦ」とした時点で
の信号Ｖｓｏの電位値が保持される。
における第１番目の受光素子１２０1,jのスイッチ素子
のみを「ＯＮ」とした後、一定時間経過後に、タイミン
グ制御部３００がサンプル指示信号ＳＭＰが非有意と
し、スイッチ素子２３０を「ＯＦＦ」とする。スイッチ
素子２３０を「ＯＦＦ」とした後、クランプ回路の入力
端子は、スイッチ素子２３０を「ＯＦＦ」とした時点で
の信号Ｖｓｏの電位値が保持される。
【００７４】この場合、クランプ回路２４０の電荷蓄積
用の容量素子２４１は装置全体の動作スピードに関わり
無く、容量値を大きくすることが可能であり、容量値に
逆比例するｋＴＣノイズを充分低減することができる。
用の容量素子２４１は装置全体の動作スピードに関わり
無く、容量値を大きくすることが可能であり、容量値に
逆比例するｋＴＣノイズを充分低減することができる。
【００７５】また、クランプ回路２４０の初段には必ず
しも性能の良いオペアンプなどを使用する必要がないの
で、消費電力の増大を招かずに済む。
しも性能の良いオペアンプなどを使用する必要がないの
で、消費電力の増大を招かずに済む。
【００７６】比較制御部２５０では、サンプル指示信号
ＳＭＰが非有意に変化した後、信号ＣＳＴが変化するこ
とにより比較制御を開始する。すなわち、信号ＣＳＴの
変化をトリガとして、信号比較電位信号ＶＲの電位値を
一定の勾配で順次降下させる。この結果、クランプ回路
２４０から出力される信号Ｖｃｏの電位値は順次上昇す
る。
ＳＭＰが非有意に変化した後、信号ＣＳＴが変化するこ
とにより比較制御を開始する。すなわち、信号ＣＳＴの
変化をトリガとして、信号比較電位信号ＶＲの電位値を
一定の勾配で順次降下させる。この結果、クランプ回路
２４０から出力される信号Ｖｃｏの電位値は順次上昇す
る。
【００７７】また、比較制御部２５０は、比較電位信号
ＶＲの電位値の低下とともに、カウンタ回路２５３によ
る一定周期のクロックの計数を開始し、計数値を計数デ
ジタル信号Ｄｃとして出力する。
ＶＲの電位値の低下とともに、カウンタ回路２５３によ
る一定周期のクロックの計数を開始し、計数値を計数デ
ジタル信号Ｄｃとして出力する。
【００７８】クランプ回路２４０から出力されたサンプ
ル信号は、比較回路に入力し、基準電位Ｖｒｅｆと電位
の値が比較される。
ル信号は、比較回路に入力し、基準電位Ｖｒｅｆと電位
の値が比較される。
【００７９】比較電位信号ＶＲの電位値の降下にともな
って、ある時刻でクランプ回路２４０から出力された信
号Ｖｃｏの電位が比較回路２５０の基準電位Ｖｒｅｆと
同一となる。この結果、クランプ回路２４０から出力さ
れた信号Ｖｃｏの電位が基準電位Ｖｒｅｆと同一となっ
た時刻を境として、比較結果信号ＶＣＭが変化する。
って、ある時刻でクランプ回路２４０から出力された信
号Ｖｃｏの電位が比較回路２５０の基準電位Ｖｒｅｆと
同一となる。この結果、クランプ回路２４０から出力さ
れた信号Ｖｃｏの電位が基準電位Ｖｒｅｆと同一となっ
た時刻を境として、比較結果信号ＶＣＭが変化する。
【００８０】データ保持回路２６０は、比較結果信号Ｖ
ＣＭをトリガ端子に入力し、比較結果信号ＶＣＭの変化
の時点での計数デジタル信号ＤＬｊの値をラッチし、そ
の後、保持して出力する。
ＣＭをトリガ端子に入力し、比較結果信号ＶＣＭの変化
の時点での計数デジタル信号ＤＬｊの値をラッチし、そ
の後、保持して出力する。
【００８１】次いで、水平走査信号ＨＳｊの設定によ
り、垂直方向の第１番目の受光素子１２０1,jに関する
データの読み出しを開始する。
り、垂直方向の第１番目の受光素子１２０1,jに関する
データの読み出しを開始する。
【００８２】タイミング制御部３００が、水平方向の第
１番目の受光素子１２０1,1に応じたスイッチ素子２７
０のみの選択を指示する水平走査信号ＨＳ１を出力し、
第１番目の受光素子１２０1,1に応じたスイッチ素子２
７０のみを「ＯＮ」とする。
１番目の受光素子１２０1,1に応じたスイッチ素子２７
０のみの選択を指示する水平走査信号ＨＳ１を出力し、
第１番目の受光素子１２０1,1に応じたスイッチ素子２
７０のみを「ＯＮ」とする。
【００８３】そして、スイッチ素子２７０を介したデジ
タル信号ＤＬ１が、水平方向の第１番目の受光素子１２
０1,1に入射した光量に応じた出力データ信号として出
力される。
タル信号ＤＬ１が、水平方向の第１番目の受光素子１２
０1,1に入射した光量に応じた出力データ信号として出
力される。
【００８４】引き続き、水平方向の第１番目の受光素子
１２０1,1に応じたスイッチ素子２７０のみの選択を指
示する水平走査信号を解除し、水平方向の第１番目の受
光素子１２０1,1に関するデータ読み出し動作を終了す
る。
１２０1,1に応じたスイッチ素子２７０のみの選択を指
示する水平走査信号を解除し、水平方向の第１番目の受
光素子１２０1,1に関するデータ読み出し動作を終了す
る。
【００８５】次に、水平方向の第１番目の受光素子１２
０1,1と同様にして、水平方向の第２番目以降の受光素
子１２０1,jに関するデータ読み出しを実行する。
０1,1と同様にして、水平方向の第２番目以降の受光素
子１２０1,jに関するデータ読み出しを実行する。
【００８６】次いで、タイミング制御部３００がリセッ
ト指示信号ＫＲＳを有意とし、クランプ指示信号ＣＬＰ
を有意とし、サンプル指示信号ＳＭＰを有意とするとと
もに、比較制御部４００が、初期比較電位信号を基準電
位Ｖｒｅｆに設定しながら、各垂直受光部１１０ｊの垂
直走査における第２番目以降の受光素子１２０i,jに関
するデータ読み出しを実行する。
ト指示信号ＫＲＳを有意とし、クランプ指示信号ＣＬＰ
を有意とし、サンプル指示信号ＳＭＰを有意とするとと
もに、比較制御部４００が、初期比較電位信号を基準電
位Ｖｒｅｆに設定しながら、各垂直受光部１１０ｊの垂
直走査における第２番目以降の受光素子１２０i,jに関
するデータ読み出しを実行する。
【００８７】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、変形が可能である。例えば、上記実施形態で
は受光部を２次元構成としたが、図８に示すように、受
光部を１次元構成、すなわち、上記実施形態においてｉ
＝１の構成を採用してもよい。
ではなく、変形が可能である。例えば、上記実施形態で
は受光部を２次元構成としたが、図８に示すように、受
光部を１次元構成、すなわち、上記実施形態においてｉ
＝１の構成を採用してもよい。
【００８８】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の固
体撮像装置によれば、各水平ラインごとにアナログデジ
タル変換機能を持たせるとともに、クランプ回路にの入
力端子に比較電位信号を入力することとしたので、受光
素子での受光量に応じた信号の読み出しにあたって、高
速性を維持しつつ高精度でデジタルデータとして撮像デ
ータを得ることができる。
体撮像装置によれば、各水平ラインごとにアナログデジ
タル変換機能を持たせるとともに、クランプ回路にの入
力端子に比較電位信号を入力することとしたので、受光
素子での受光量に応じた信号の読み出しにあたって、高
速性を維持しつつ高精度でデジタルデータとして撮像デ
ータを得ることができる。
【図１】本発明の実施形態の固体撮像装置の回路構成図
である。
である。
【図２】本発明の実施形態の固体撮像装置の比較回路の
回路構成図である。
回路構成図である。
【図３】本発明の実施形態の固体撮像装置の比較回路の
回路構成図である。
回路構成図である。
【図４】本発明の実施形態の固体撮像装置のタイミング
制御部の回路構成図である。
制御部の回路構成図である。
【図５】本発明の実施形態の固体撮像装置の比較制御部
の回路構成図である。
の回路構成図である。
【図６】本発明の実施形態の固体撮像装置の比較電位信
号生成部の回路構成図である。
号生成部の回路構成図である。
【図７】本発明の実施例の固体撮像装置の動作を説明す
るタイミングチャートである。
るタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施形態の変形例の固体撮像装置の回
路構成図である。
路構成図である。
【図９】従来の固体撮像装置の回路構成図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の動作を説明するタイミ
ングチャートである。
ングチャートである。
１００…受光部、１１０…垂直受光部、１２０…受光素
子、１３０…光電変換素子、１４０…スイッチ素子、２
００…信号処理部、２１０…水平信号処理部、２２０…
積分回路、２２１…電荷増幅器、２２２，２２４…容量
素子、２２３…スイッチ素子、２３０…スイッチ素子、
２４０…クランプ回路、２４１…容量素子、２４２…増
幅器、２４３，２４５…容量素子、２４４…スイッチ素
子、２５０…比較回路、２６０…保持回路、２７０…ス
イッチ素子、３００…タイミング制御部、３１０…基本
タイミング部、３２０…垂直シフトレジスタ、３３０…
水平シフトレジスタ、３４０…制御信号部、４００…比
較電位制御部。
子、１３０…光電変換素子、１４０…スイッチ素子、２
００…信号処理部、２１０…水平信号処理部、２２０…
積分回路、２２１…電荷増幅器、２２２，２２４…容量
素子、２２３…スイッチ素子、２３０…スイッチ素子、
２４０…クランプ回路、２４１…容量素子、２４２…増
幅器、２４３，２４５…容量素子、２４４…スイッチ素
子、２５０…比較回路、２６０…保持回路、２７０…ス
イッチ素子、３００…タイミング制御部、３１０…基本
タイミング部、３２０…垂直シフトレジスタ、３３０…
水平シフトレジスタ、３４０…制御信号部、４００…比
較電位制御部。
Claims (2)
- 【請求項１】 入力した２次元光像を撮像する固体撮像
装置であって、 入力光信号を電流信号に変換する光電変換素子と、前記
光電変換素子の信号出力端子に第１の端子が接続され、
垂直走査信号に応じて第２の端子から前記光電変換素子
で発生した電流信号を流出する第１のスイッチ素子とを
１組の受光素子として、第１の方向に沿って第１の数だ
け配列されるとともに、夫々の前記第１のスイッチ素子
の第２の端子と互いに電気的に接続された信号出力端子
を有する垂直受光部が、第２の方向に沿って第２の数だ
け配列された受光部と、 夫々の前記垂直受光部から出力を夫々個別に入力し、リ
セット指示信号に応じて前記垂直受光部から出力された
電流信号を入出力端子間に接続された第１の容量素子に
積分または非積分の動作をする前記第２の数の積分回路
と、 夫々の前記積分回路から出力された信号を第１の端子に
入力し、サンプル指示信号に応じて第２の端子から出力
する前記第２の数の第２のスイッチ素子と、 前記第２のスイッチ素子を介した信号と比較電位信号と
を夫々入力し、クランプ指示信号が有意な場合にはクラ
ンプ処理を行い、クランプ指示信号が非有意な場合には
前記第２のスイッチ素子を介した信号の電位と前記比較
電位信号の電位とに応じた電位の信号を出力する前記第
２の数のクランプ回路と、 夫々の前記クランプ回路から出力された信号を夫々入力
し、前記クランプ回路から出力された信号の電位と基準
電位との大小比較を行い、比較結果に応じた比較結果信
号を出力する前記第２の数の比較回路と、 計数値デジタル信号と夫々の前記比較結果信号とを夫々
入力し、前記比較結果信号の変化に応じて、所定の前記
比較結果信号の変化時の計数値デジタル信号を保持する
とともに出力する前記第２の数のデータ保持回路と、 夫々のデータ保持回路から出力された計数値デジタル信
号を入力するとともに、水平走査信号で指示された前記
第２の容量素子から信号を出力する前記第２の数の第３
のスイッチ素子と、 前記リセット指示信号、前記サンプル指示信号、前記ク
ランプ指示信号、および前記水平走査信号を発行するタ
イミング制御部と、 所定の周期で担ったデジタル値が変化する前記計数デジ
タル信号および所定の期間にわたって電位値が変化する
前記比較電位信号を発行する比較制御部と、 を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記比較電位信号の電位値の変化は時間
の変化に対して略線形である、ことを特徴とする請求項
１記載の固体撮像装置。
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