JPH09294228A - 光電変換素子および固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 増幅型画素を使用した光電変換素子および固
体撮像装置において固定パターン雑音を的確に除去する
とともに消費電力の低減を図る。 【解決手段】 光電変換素子および固体撮像装置におい
て、増幅型の光電変換手段Ｐｉｊと、電圧・電流変換手
段ＱＨｊと、電圧・電流変換手段ＱＨｊにより変換され
た電流信号をサンプルしホールドする電流サンプル・ホ
ールド手段ＱＳｊ，ＳＳｊ，ＣＳｊと、該電流サンプル
・ホールド手段を作動させる活性化手段ＳＡｊとを設け
る。活性化手段ＳＡｊにより前記電流サンプル・ホール
ド手段を一時的に活性化して参照電流信号をホールドし
た後、前記電流サンプル・ホールド手段を再び一時的に
活性化し光電変換手段Ｐｉｊからの読出しを行う。前記
電圧・電流変換手段ＱＨｊを介して得られた読出し電流
を前記電流サンプル・ホールド手段によりホールドされ
た参照電流信号と合成して読出し出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換素子およ
び固体撮像装置に関し、特に増幅型光電変換素子を使用
した固体撮像装置において、固定パターン雑音を的確に
除去するとともに消費電力の低減を図る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、増幅型光電変換素子を用いた固体
撮像装置として、例えば特開平４−２１２８１号に示す
ものが知られている。この従来例の固体撮像装置では、
水平走査手段において、各ビットラインを読出し期間よ
り１ビットまたは水平画素数より少ないビット期間先行
して基準電位のリファレンスラインに接続するよう構成
することによって、横スミアの発生を抑制するとともに
消費電力の低減を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
の光電変換装置は、消費電力の低減は可能であるが固定
パターン雑音の除去機能を有しておらず、良好な品質の
撮像画像を得ることができないという不都合があった。

【０００４】本発明の目的は、前述の従来例の装置にお
ける問題点に鑑み、光電変換素子および固体撮像装置に
おいて、簡単な装置構成により、消費電力の低減を図り
つつ固定パターン雑音を的確に除去できるようにするこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の態様によれば、光電変換素子におい
て、光信号を電気信号に変換し増幅して電圧信号として
読み出す光電変換手段と、前記電圧信号を電流信号に変
換する電圧・電流変換手段と、該電圧・電流変換手段に
より変換された電流信号をサンプルしホールドする電流
サンプル・ホールド手段と、該電流サンプル・ホールド
手段を作動させる活性化手段とを設け、前記活性化手段
により前記電流サンプル・ホールド手段を一時的に活性
化して参照電流信号をホールドした後、前記電流サンプ
ル・ホールド手段を再び一時的に活性化するとともに前
記光電変換手段からの読出しを行ない、前記電圧・電流
変換手段を介して得られた読出し電流を前記電流サンプ
ル・ホールド手段によりホールドされた参照電流信号と
合成して読出し出力を得る。

【０００６】この場合、前記参照電流は前記光電変換手
段からの暗出力電圧を前記電圧・電流変換手段により電
流に変換することによって得られる暗出力電流とするこ
とができる。

【０００７】このような構成においては、電流サンプル
・ホールド手段により参照電流、例えば暗出力電流を記
憶させておき、その後に光電変換手段からの信号を読み
出し電圧・電流変換手段により信号電流を得る。この信
号電流を前記サンプル・ホールド手段によりホールドさ
れた参照電流信号と合成して読み出すことにより固定パ
ターン雑音を除去することができる。このような動作に
おいて、前記活性化手段は、前記電流サンプル・ホール
ド手段により参照電流信号をホールドする場合、および
光電変換手段からの信号読出しを行なう場合に一時的に
電流サンプル・ホールド手段を作動させる。従って、水
平読出し期間中に全画素に対応する電流サンプル・ホー
ルド手段を作動させないから、全画素の暗電流成分が常
に流れることがなくなり、固体撮像装置の消費電力を低
減することが可能になる。

【０００８】なお、前記活性化手段は、前記電流サンプ
ル・ホールド手段により参照電流または暗出力電流を保
持する場合の他に、光電変換手段からの信号読出し時に
も一時的に電流サンプル・ホールド手段を活性化する。
光電変換手段からの信号読出し時には読出し期間のみ電
流サンプル・ホールド手段を活性化することにより固定
撮像装置の消費電力を十分に低減できる。また、前記電
流サンプル・ホールド手段の活性化を光電変換手段の読
出し時に、読み出しより所定時間前から活性化し始める
ことにより、予め読出し回路に参照電流または暗出力電
流に相当する電流を流し始めておき、その直後に読出し
電流を流すことができ、合成信号電流の立ち上げを迅速
に行なうことが可能になり、回路の応答速度を高めるこ
とができる。

【０００９】なお、前記活性化手段は前記電圧・電流変
換手段の出力と前記電流サンプル・ホールド手段の電流
経路の間に接続されたスイッチ素子から構成できる。こ
のようなスイッチ素子を使用することによって、簡単な
回路構成により電流サンプル・ホールド手段を効果的に
電圧・電流変換手段の出力から切り離し効果的に省電力
化を行なうことができ、かつ高速度の動作が可能にな
る。

【００１０】さらに、前記電圧・電流変換手段と前記光
電変換手段との間に配置された電圧蓄積手段、および前
記光電変換手段と前記電圧蓄積手段の間を断続するスイ
ッチ素子を設けるよう構成することもできる。このよう
な構成により、光電変換手段からの読出し信号電圧を一
時的に前記電圧蓄積手段に記憶させた後、前記スイッチ
素子によって光電変換手段と電圧蓄積手段の間を切り離
すことができる。

【００１１】また、前記光電変換手段もしくは前記電圧
蓄積手段と、前記電圧・電流変換手段との間を容量結合
するよう構成することもできる。これによって、前記電
圧・電流変換手段の入力電圧を所望の適切な電圧に設定
することが可能になり、電圧・電流変換手段が光電変換
手段の暗電圧の影響を受けることがなくなる。従って、
電圧・電流変換回路の非直線性の影響を受けることなく
固定パターン雑音を的確に除去することが可能になる。

【００１２】また、本発明の第２の態様によれば、固体
撮像装置において、行および列方向に２次元マトリクス
状に配列され、各々入射光に応じた電荷を蓄積しかつ増
幅して電圧信号として出力する光電変換手段からなる複
数の画素と、前記画素を前記マトリクス配列の各行毎に
共通に順次列方向に走査して各画素からの読出し信号を
列毎に取出すための複数の垂直読出し線と、前記複数の
垂直読出し線からの読出し信号を順次行方向に走査して
各行毎の時系列的な信号を順次取出すための水平読出し
線とを備えた固体撮像装置であって、各々の垂直読出し
線に対応して設けられ、入力電圧に対応した出力電流を
生成する電圧・電流変換手段と、各々の垂直読出し線に
対応して設けられ、前記電圧・電流変換手段により変換
された電流信号をサンプルしかつホールドする電流サン
プル・ホールド手段と前記電圧・電流変換手段出力と前
記電流サンプル・ホールド手段の電流経路の間に接続さ
れ、前記電流サンプル・ホールド手段を活性化する活性
化用スイッチ手段と、各々の垂直読出し線に対応して設
けられ、対応する前記電圧・電流変換手段の出力電流信
号を各垂直読出し線毎に順次前記水平読出し線に出力す
る複数の水平読出しスイッチ回路とを設け、前記各列の
活性化用スイッチ手段を一時的に同時オンとして各行毎
に前記画素からの暗出力成分に対応する電流を前記電流
サンプル・ホールド手段にてホールドした後、前記各列
の活性化用スイッチ手段と水平読出しスイッチ回路とを
共に順次オンとして各行毎の時系列的な信号を出力す
る。

【００１３】このような構成においても、前記第１の態
様に係わる固体撮像装置と同様に、各列の活性化用スイ
ッチ手段を一時的に同時にオンとし各行毎に画素からの
暗出力成分に対応する電流を電流サンプル・ホールド手
段によってホールドした後、各列の活性化用スイッチ手
段と水平読出しスイッチ回路とをともに順次オンとして
画素からの信号成分を読み出し前記電流サンプル・ホー
ルド手段によってホールドされた暗出力電流と合成する
ことにより固定パターン雑音が除去された読出し出力を
得ることができる。この場合も、活性化用スイッチ手段
は暗出力電流をホールドする場合、および読出しを行な
う場合に一時的にオンとするから、回路の消費電力を低
減することができる。

【００１４】なお、前記活性化用スイッチ手段は、前記
光電変換手段の読出し時には読出し期間のみあるいは読
出しより所定時間前から電流サンプル・ホールド手段の
活性化を開始すればよく、これによって前述のような効
果が得られる。

【００１５】さらに、前記電圧・電流変換手段と前記光
電変換手段との間に配置された電圧蓄積手段、および前
記光電変換手段と前記電圧蓄積手段の間を断続するスイ
ッチ素子を設けるよう構成することもできる。このよう
な構成により、光電変換手段からの読出し信号電圧を一
時的に前記電圧蓄積手段に記憶させた後、前記スイッチ
素子によって光電変換手段と電圧蓄積手段の間を切り離
すことができる。その後前記電圧蓄積手段に蓄積された
電荷を、例えば水平読出し期間に、読み出すことによ
り、光電変換手段からの読出し時間の相違による影響を
除去し、光電変換手段のゲート暗電流によるシェーディ
ングを防止することができる。

【００１６】本発明の第３の態様によれば、光電変換素
子において、光信号を電気信号に変換し増幅して電圧信
号として読み出す光電変換手段と、該光電変換手段と結
合容量を介して接続された電圧・電流変換手段と、該電
圧・電流変換手段の負荷となる定電流手段と、前記電圧
・電流変換手段の入出力端子間を短絡するスイッチ手段
と、前記定電流手段を作動させる活性化手段とを設け、
前記活性化手段は、前記定電流手段を一時的に活性化
し、かつ電圧・電流変換手段の入出力端子間を短絡して
前記光電変換手段の暗出力の読出しを行なうことによっ
て前記結合容量を充電した後、前記スイッチ手段をオフ
にするとともに前記定電流手段を一時的に活性化し再び
前記光電変換手段の読出しを行ない、前記結合容量を介
して読出し出力を得る。

【００１７】このような構成においては、前記活性化手
段によって定電流手段を一時的に活性化し、かつ電圧・
電流変換手段の入出力端子間を短絡して光電変換手段の
暗出力の読出しを行なうことによって前記結合容量を充
電する。そして、その後前記スイッチ手段をオフにする
とともに前記定電流手段を一時的に活性化し再び光電変
換手段の読出しを行ない、結合容量を介して読出し出力
を得る。結合容量には暗出力に応じた値の電圧が充電さ
れており、この結合容量を介して読出し出力を得ること
により、固定パターン雑音の除去された信号が得られ
る。また、前記活性化手段は定電流手段を暗出力の読出
しを行なう場合および信号読出しを行なう場合に一時的
にのみ活性化するから固体撮像装置の消費電力が低減さ
れる。

【００１８】なお、この場合も前記活性化手段は、光電
変換手段の読出し時には読出し期間のみあるいは読出し
より所定期間前から定電流手段の活性化を開始すること
によって高速度の動作および省電力化を達成することが
できる。

【００１９】なお、前記活性化手段は電圧・電流変換手
段の出力と定電流手段の電流経路の間に接続されたスイ
ッチ素子を含めて構成することができ、簡単な回路構成
で高速動作を行なうことができ、かつ定電流手段の活性
化の制御も容易になる。

【００２０】さらに、前記結合容量の一方の端子と接地
間に電圧蓄積容量を設けることにより、光電変換手段か
らの読出しタイミングの変動によるシェーディングを防
止することができる。

【００２１】さらに、本発明の第４の態様によれば、固
体撮像装置において、行および列方向に２次元マトリク
ス状に配列され、各々入射光に応じた電荷を蓄積しかつ
増幅して電圧信号として出力する光電変換手段からなる
複数の画素と、前記画素を前記マトリクス配列の各行毎
に共通に順次列方向に走査して各画素からの読出し信号
を列毎に取出すための複数の垂直読出し線と、前記複数
の垂直読出し線からの信号を順次行方向に走査して各行
毎の時系列的な信号を順次取出すための水平読出し線と
を備えた固体撮像装置であって、各々の垂直読出し線に
対応して設けられ、入力電圧に対応した出力電流を生成
する電圧・電流変換手段と、前記電圧・電流変換手段の
負荷となる定電流手段と、制御信号に応じて前記電圧・
電流変換手段の入出力端子間を短絡するスイッチ手段
と、各々の垂直読出し線に対応して設けられ、各々の垂
直読出し線と対応する電圧・電流変換手段との間の回路
に挿入された結合容量と、前記電圧・電流変換手段出力
と前記定電流手段の電流経路の間に接続され前記定電流
手段を作動させる活性化手段と、各々の垂直読出し線に
対応して設けられ、対応する前記電圧・電流変換手段の
出力電流信号を各垂直読出し線毎に順次前記水平読出し
線に出力する複数の水平読出しスイッチ回路とを設け、
各行毎に前記スイッチ手段により前記電圧・電流変換手
段の入出力端子間を短絡するとともに前記活性化手段を
一時的にオンとして前記光電変換手段の暗出力の読出し
を行なうことによって各列の前記結合容量を充電した
後、前記スイッチ手段をオフにするとともに前記活性化
手段を一時的にオンとして再び前記光電変換手段の読出
しを行ない、前記結合容量を介して読出し出力を得る。

【００２２】このような構成においても、各行毎に前記
スイッチ手段によって電圧・電流変換手段の入出力端子
間を短絡しかつ活性化手段を一時的にオンとして光電変
換手段の暗出力の読出しを行ない、各列の結合容量を充
電する。その後、前記スイッチ手段をオフにするととも
に前記活性化手段を一時的にオンとして再び光電変換手
段の信号読出しを行なう。この読み出した信号を前記結
合容量を介して得ることにより、固定パターン雑音が除
去された読出し信号が得られる。さらに、前記活性化手
段は暗出力の読出しを行なう場合および信号の読出しを
行なう場合に一時的にオンとされるのみであるから、固
体撮像装置の消費電力の低減が図られる。

【００２３】この場合も、前記活性化手段は光電変換手
段の読出し時には、読出し期間のみあるいは読出しより
所定時間前から定電流手段の活性化を開始することによ
り、十分な省電力化を達成しつつ読出し速度を向上させ
ることができる。

【００２４】また、前記活性化手段は前記電圧・電流変
換手段の出力と前記定電流手段の電流経路の間に接続し
たスイッチ素子で構成することができる。このような構
成により、簡単な回路で高速度の動作および的確な制御
を行なうことができる。

【００２５】さらに、前記結合容量の一方の端子と接地
間に電圧蓄積容量を設けた構成とすることにより、水平
読出し期間に各光電変換手段からの読出しを行なう場合
に、読出しタイミングの差によって生じ得るゲート暗電
流によるシェーディングを的確に防止することができ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明に係わ
る光電変換素子および固体撮像装置につき説明する。図
１は、本発明の第１の実施形態に係わる固体撮像装置の
概略の構成を示す。図１では、説明および図示の簡略化
のため３行×３列に画素を配列して構成した２次元固体
撮像装置の例を示している。同図において、Ｐｉｊはｉ
行ｊ列の画素を示しており（ｉ＝１，２，３；ｊ＝１，
２，３）、これらの画素が３行×３列のマトリクス状に
配列されている。これらの画素は、垂直走査回路ＶＳＲ
により行ごとに選択して制御され、垂直読出し線ＬＶｊ
に信号を出力する。また、Ｈｊは各垂直読出し線ＬＶｊ
ごとに設けられた水平読出し回路であり、水平走査回路
ＨＳＲにより列方向に選択して制御され、各垂直読出し
線ＬＶｊの出力を順次時系列的に出力端子ＩＯＵＴに出
力する。

【００２７】各画素Ｐｉｊは、光電変換素子であるフォ
トダイオードＤｉｊ、例えば接合型ＦＥＴからなる増幅
素子ＱＡｉｊ、前記フォトダイオードＤｉｊの電荷を増
幅素子ＱＡｉｊのゲートに転送するＭＯＳＦＥＴからな
る転送素子ＱＴｉｊ、増幅素子ＱＡｉｊのゲート電極を
プリセットするためのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素
子ＳＰｉｊで構成されている。

【００２８】各フォトダイオードＤｉｊのカソードは電
源ＶＤＤ１に接続され、アノードは転送素子ＱＴｉｊの
ソースに接続されている。転送素子ＱＴｉｊのドレイン
は増幅素子ＱＡｉｊのゲートおよびプリセット用スイッ
チ素子ＳＰｉｊのソースに接続されている。増幅素子Ｑ
Ａｉｊのドレインは電源ＶＤＤ１接続され、ソースはそ
れぞれの列の垂直読出し線ＬＶｊに接続されている。転
送素子ＱＴｉｊのゲートは各行の転送制御ラインから転
送制御信号φＴｉを受ける。さらに、各プリセット用ス
イッチ素子ＳＰｉｊのドレインは各行のプリセット信号
線からプリセット信号φＤｉを受ける。

【００２９】また、図１において、ＬＶｊは前述のよう
にｊ列目の垂直読出し線であり（ｊ＝１，２，３）であ
り、ＱＲＳＴＶｊは該垂直読出し線ＬＶｊのリセットを
行うためのＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ素子である。
各列のスイッチ素子ＱＲＳＴＶｊのゲートは共通に接続
されリセット制御信号φＲＳＴＶが供給できるように構
成されている。各垂直読出し線ＬＶｊと低レベル側の電
源ＶＳＳとの間には選択された増幅素子ＱＡｉｊの負荷
となる第１の定電流源ＣＳＶｊが接続されている。従っ
て、以下に説明する垂直走査回路ＶＳＲで選択された画
素の増幅素子ＱＡｉｊはソースフォロアとして動作す
る。

【００３０】ＶＳＲは垂直走査回路であり、選択画素の
転送素子ＱＴｉｊを選択行ごとに駆動する転送駆動信号
φＴｉ、および各画素のプリセット素子ＳＰｉｊを通じ
て選択画素の増幅素子ＱＡｉｊをプリセットするための
信号φＤｉを各行ごとに出力する。なお、すべてのプリ
セット用スイッチ素子ＳＰｉｊのゲートには後に説明す
るプリセット制御信号φＰＧが供給される。

【００３１】また、ＨＳＲは水平走査回路であり、各列
ごとに順次水平走査信号φＨｊを出力して水平読出し回
路Ｈｊの水平読出しスイッチ素子ＳＨｊのゲートに供給
し、水平読出し回路Ｈｊの出力を順次出力端子ＩＯＵＴ
に接続する働きをなす。また、水平走査回路ＨＳＲは水
平読出し回路Ｈｊの省電力スイッチ手段ＳＡｊを制御す
るための省電力信号φＨＡｊを出力する。

【００３２】次に、Ｈｊはｊ列目の水平読出し回路であ
り、各列ごとに設けられ、それぞれ例えばＭＯＳＦＥＴ
からなる電圧電流変換素子ＱＨｊ、該電圧電流変換素子
ＱＨｊの直線性を改善するために該電圧電流変換素子Ｑ
Ｈｊのソースとグランド間に接続された抵抗Ｒｊを備え
ている。また、各水平読出し回路Ｈｊは、前記電圧電流
変換素子ＱＨｊの負荷となるサンプル・ホールド回路、
該サンプル・ホールド回路と電圧電流変換素子ＱＨｊと
の間に設けられた省電力スイッチ素子ＳＡｊを備えてい
る。また、電圧電流変換素子ＱＨｊのドレインと出力端
子ＩＯＵＴ間には垂直読出しスイッチ素子ＳＨｊが接続
されている。垂直読出しスイッチＳＨｊは水平走査回路
ＨＳＲからの水平走査信号φＨｊによって制御される。

【００３３】各水平読出し回路Ｈｊには、電流サンプル
・ホールド回路が設けられている。該電流サンプル・ホ
ールド回路は、例えばＭＯＳＦＥＴからなる増幅素子Ｑ
Ｓｊ、該増幅素子ＱＳｊの入力端子、例えばゲート、と
出力端子、例えばドレイン、との間を制御信号φＳＨに
より短絡させるためのサンプルスイッチ素子ＳＳｊ、増
幅素子ＱＳｊの入力端子と設置間に接続された容量ＣＳ
ｊとを備えている。なお、増幅素子ＱＳｊのソースは所
定の電源電圧ＶＤＤ２に接続されており、ドレインは前
記省電力スイッチ素子ＳＡｊのソースに接続されてい
る。また、省電力スイッチ素子ＳＡｊのドレインは前記
電圧電流変換素子ＱＨｊのドレインに接続されている。

【００３４】電流サンプル・ホールド回路は、サンプル
スイッチ素子ＳＳｊを閉じた状態で画素の暗出力成分を
読み出して容量ＣＳｊに固定パターン雑音を充電すなわ
ちサンプルした後に、該スイッチ素子ＳＳｊを開いて信
号を保持すなわちホールドすることができる。また、省
電力スイッチ素子ＳＡｊは暗信号のサンプル時と信号の
読出し時のみ閉じるように制御される。

【００３５】以上のような構成を有する固体撮像装置の
動作を図２のタイミングチャートを用いて説明する。こ
こで各画素はすでに図示しない被写体などからの光信号
に応じた電荷を蓄積しており、垂直走査回路ＶＳＲによ
って第１行目より順次選択して読出しを行うものとす
る。

【００３６】まず、第１行目の画素Ｐ１ｊの読出しを行
う。すなわち、期間Ｔ１において、プリセット制御信号
φＰＧをローレベルにして全画素のプリセット用スイッ
チ素子ＳＰｉｊをオンにした状態で、垂直走査回路ＶＳ
Ｒから選択された画素、すなわち第１行目の画素に対し
てプリセット信号φＤ１を印加する。プリセット信号φ
Ｄ１の電圧は、増幅素子ＱＡ１ｊがオンになる電圧ＶＰ
ＤＨとする。

【００３７】なお、この時非選択画素、すなわち第２行
目および第３行目の画素Ｐ２ｊ，Ｐ３ｊのプリセットス
イッチ素子ＳＰ２ｊ，ＳＰ３ｊに加えられるプリセット
信号φＤ２，φＤ３は各画素の増幅素子ＱＡ２ｊ，ＱＡ
３ｊが深くバイアスされてカットオフするような電圧Ｖ
ＰＤＬにする。このようにすると、選択された画素、こ
の場合はＰ１ｊ、のみの増幅素子ＱＡ１ｊのみがオンに
なり、そのゲート電圧がＶＰＤＨであるから、該増幅素
子ＱＡｉｊは入力電圧をＶＰＤＨとし、定電流源ＣＳＶ
ｊを負荷とするソースフロアとして動作し出力電圧を発
生して各垂直読出し線ＬＶｊに供給する。

【００３８】なお、この時各増幅素子ＱＡ１１〜ＱＡ１
３のゲート電圧は等しいから、もし各増幅素子ＱＡ１１
〜ＱＡ１３の特性が完全に同じならばそれらの出力電圧
も等しくなるはずであるが、実際には各増幅素子のばら
つきにより、出力電圧は若干異なる電圧となる。これが
いわゆる固定パターン雑音である。このような固定パタ
ーン雑音を含めた各画素の増幅素子ＱＡｉｊの出力電圧
を暗電圧ＶＤｉｊとする。また、水平読出し回路Ｈ１〜
Ｈ３の電圧電流変換素子ＱＨ１〜ＱＨ３のドレインには
前記暗電圧ＶＤｉｊに対応した電流、すなわち各画素の
暗電圧成分に対応した電流が流れる。この電流を暗電流
成分ＩＤｉｊとする。

【００３９】このとき、各水平読出し回路Ｈ１〜Ｈ３の
サンプルスイッチ素子ＳＳ１〜ＳＳ３は制御信号φＳＨ
により閉じられている。また、水平読出しスイッチＳＨ
１〜ＳＨ３はすべて開いている、すなわちカットオフし
ているので、電圧電流変換素子ＱＨ１〜ＱＨ３のドレイ
ンに流れている電流と同じ電流が、サンプル・ホールド
回路の増幅素子ＱＳ１〜ＱＳ３に流れるように該増幅素
子ＱＳ１〜ＱＳ３のゲート電極がバイアスされ、容量Ｃ
Ｓ１〜ＣＳ３がこのバイアス電圧で充電される。この状
態で制御信号φＳＨを例えばハイレベルとして各サンプ
ルスイッチＳＳ１〜ＳＳ３をオフにすると、各容量ＣＳ
１〜ＣＳ３に充電された電圧がそのまま保持される。す
なわち、電流サンプル・ホールド回路は暗電流成分と同
じ電流が流れる状態のまま保持されるようになる。

【００４０】期間Ｔ２の始めに、前述のように制御信号
φＳＨをハイレベルとして各サンプルスイッチＳＳ１〜
ＳＳ３をオフにした状態で、垂直走査回路ＶＳＲより選
択画素、この場合はＰ１１〜Ｐ１３、に対して転送パル
スφＴ１を加えると、すなわち例えばローレベルにする
と、各転送素子ＱＴ１１〜ＱＴ１３がオンになる。な
お、前記期間Ｔ１の終りにすでにプリセット制御信号φ
ＰＧはハイレベルに戻っているから、プリセット用スイ
ッチ素子ＳＰ１ｊはカットオフしている。従って、それ
までフォトダイオードＤ１１〜Ｄ１３に蓄積されていた
電荷が増幅素子ＱＡ１１〜ＱＡ１３のゲートに転送さ
れ、各ゲート電圧が上昇する。その結果、ソースフォロ
アとして動作する各増幅素子ＱＡ１１〜ＱＡ１３のソー
ス電圧すなわち垂直読出し線ＬＶ１〜ＬＶ３の電圧を信
号分だけ上昇する。各増幅素子ＱＡ１１〜ＱＡ１３はソ
ースフォロアとして動作しているのでゲインはほぼ１で
ありばらつきは無視できる。従って、垂直読出し線ＬＶ
１〜ＬＶ３の電圧の上昇分、すなわち変化分、はフォト
ダイオードＤ１ｊに蓄積されていた電荷すなわち信号成
分に比例する。以上の動作は、水平帰線期間、すなわち
期間Ｔ１およびＴ２、の間に行われる。

【００４１】このような垂直読出し線ＬＶ１〜ＬＶ３の
電圧変化分がそのまま水平読出し回路Ｈ１〜Ｈ３の水平
増幅手段でもある電圧電流変換素子ＱＨ１〜ＱＨ３のゲ
ートに伝達され、該ゲートの電圧は信号電圧成分だけ上
昇する。従って、電圧電流変換素子ＱＨ１〜ＱＨ３のド
レイン電流も信号電圧成分に対応した電流成分だけ上昇
しようとするが、サンプルスイッチＳＳ１〜ＳＳ３がオ
フになっているので、電流サンプル・ホールド回路の増
幅素子ＱＳ１〜ＱＳ３の電流は変わらない。この状態
で、水平読出しスイッチ、例えばＳＨ１、を水平走査信
号φＨ１によりオンにするとその不足分の電流、すなわ
ち固定パターン雑音の除去された信号成分ＩＯＵＴ１１
のみが出力端子から電圧電流変換素子ＱＨ１に流れ込む
ようになる。従って、あらかじめ暗電流成分を電流サン
プル・ホールド回路で記憶しておき、その後に暗信号成
分と信号成分との合成信号成分を読み出すと、その差成
分のみが検出されて、固定パターン雑音が除去できる。

【００４２】従って、水平読出し期間中に水平走査回路
ＨＳＲを走査して、すなわち水平走査信号φＨ１〜φＨ
３を順次例えば高レベルとして水平読出しスイッチＳＨ
１〜ＳＨ３を順番にオンとして読出しを行えば、出力端
子ＩＯＵＴには固定パターン雑音の除去された信号電流
ＩＯＵＴ１ｊが時系列信号として得られる。

【００４３】以上のようにして、１行目の画素の読出し
を終了した後、垂直走査回路ＶＳＲによって順次同様に
第２行目、第３行目の画素を走査して読出しを行う。

【００４４】以上のように、本発明に係わる固体撮像装
置では、水平読出し回路において、電流サンプル・ホー
ルド回路に暗電流を記憶させておき、その後に信号を読
み出すことにより固定パターン雑音を除去できることを
説明した。ただし、水平読出し期間中に全画素の水平読
出し回路がすべてオンになっていると、全画素の暗電流
成分が流れて消費電流が多くなる。このため、本発明で
は、このような消費電流が多くなることを防止するため
電圧電流変換素子ＱＨｊと対応する電流サンプル・ホー
ルド回路との間に設けられているスイッチＳＡｊを利用
する。

【００４５】前記スイッチＳＡｊは、前述のように、水
平帰線期間中に暗電流をサンプルおよびホールドする期
間はオンにしておく。すなわち、例えば図２の期間Ｔ１
の間は省電力信号φＨＡｊを低レベルとしてすべての省
電力スイッチＳＡｊをオンにしておく。

【００４６】水平読出し期間、すなわち図２のＴ３，Ｔ
４の期間中には、基本的には読出し画素に対応した垂直
読出し線ＬＶｊに対応した省電力スイッチＳＡｊと読出
しスイッチＳＨｊとのみを同時にオンにして他の垂直読
出し線に対応する省電力スイッチおよび読出しスイッチ
はすべてオフにすれば、出力端子ＩＯＵＴには信号電流
が時系列信号として得られる。このとき他の水平読出し
回路には電流が流れないので、消費電流が低減できる。
ただし、省電力スイッチＳＡｊをオフにすると電圧電流
変換手段ＱＨｊのドレイン電流は０（ゼロ）になり、水
平読出しスイッチＳＨｊと省電力スイッチＳＡｊをオン
にした瞬間に合成信号電流が流れ回路の応答速度が遅く
なることがある。そのような場合には、当該画素が選択
される数画素前から省電力スイッチＳＡｊをオンにすれ
ばよい。図２では、当該画素の読出しの１画素前から省
電力スイッチＳＡｊをオンにしている。すなわち、例え
ば２画素目を読み出すときには２画素目の省電力スイッ
チＳＡ２と３画素目の省電力スイッチＳＡ３、をそれぞ
れ省電力信号φＨＡ１およびφＨＡ２によって同時にオ
ンとして水平読出し回路Ｈ２とＨ３を活性化する。この
とき、水平読出しスイッチは２画素目のＳＨ２のみオン
にして電圧電流変換素子ＱＨ２の電流を出力端子ＩＯＵ
Ｔに出力している。

【００４７】次に、図３は本発明の第２の実施形態に係
わる固体撮像装置の概略の構成を示す。図３の構成で
は、前記図１に示される固体撮像装置における垂直読出
し線ＬＶ１〜ＬＶ３と各水平読出し回路Ｈ１〜Ｈ３の電
圧電流変換素子ＱＨ１〜ＱＨ３の入力すなわちゲートと
の間に転送スイッチＳＴ１〜ＳＴ３を接続し、第２の蓄
積容量ＳＣ１〜ＳＣ３を設けたものである。第２の蓄積
容量ＣＳ１〜ＣＳ３は、それぞれ、電圧電流変換素子Ｓ
Ｔ１〜ＳＴ３のソース端子、すなわち転送スイッチＳＴ
１〜ＳＴ３と電圧電流変換素子ＱＨ１〜ＱＨ３との接続
点、とグランドとの間に接続されている。各転送スイッ
チＳＴ１〜ＳＴ３のゲートは共通に接続され転送制御信
号φＴが供給できるよう構成されている。その他の部分
は、図１の回路と同じ構成を有し、同じ部分には同じ参
照符号が付されている。

【００４８】図１の構成では、水平走査回路ＨＳＲによ
って選択行の画素の信号を順次選択して読出す水平読出
し期間中は当該画素を動作状態に保ち、すなわち当該画
素に信号電荷を転送した状態に保つことが必要であり、
画素部の増幅素子ＱＡｉｊはソースフォロアとして動作
を継続していた。これに対し、図３の構成では、水平帰
線期間中に転送スイッチＳＴ１〜ＳＴ３をオンとして選
択行の画素の読出し出力電圧をそれぞれの列の第２の蓄
積容量ＣＳ１〜ＣＳ３に蓄積した後は、転送制御信号φ
Ｔによって垂直読出し線すなわち画素と水平読出し回路
とを分離することを可能にしている。各転送スイッチＳ
Ｔ１〜ＳＴ３をカットオフした後、水平読出し期間中は
第２の蓄積容量ＣＳ１〜ＣＳ３に蓄積された電圧を各垂
直読出し線の電圧として図１の場合と同様に読み出せば
よい。

【００４９】このようにした目的の１つは画素部の増幅
素子ＱＡｉｊのゲート暗電流によるシェーディングの防
止である。図１の構成では、水平読出しは例えば図の左
端から右端まで順に走査を行うので、左端の画素は水平
読出し期間の始め、すなわち信号電荷を増幅素子ＱＡｉ
ｊのゲートに転送した直後に読み出されるのに対して右
端の画素は最後すなわち信号電荷を増幅素子ＱＡｉｊの
ゲートに転送後しばらくおいて読み出されるのでその間
の増幅素子のゲート電流が蓄積加算されて読み出され
る。この現象をゲート暗電流シェーディングと称する。
このゲート暗電流シェーディングは微小であり、通常の
用途ではあまり問題にならないが、例えば周囲温度が高
い場合にはゲート電流が増加するので好ましいことでは
ない。

【００５０】このため、図３に示される第２の実施形態
では、各画素のフォトダイオードＤｉｊの信号電荷を増
幅素子ＱＡｉｊに転送した直後に、選択行の全画素の信
号をオンとなった転送スイッチ素子ＳＴｊを介して第２
の蓄積容量ＣＴｊに蓄積し、その後に転送スイッチＳＴ
ｊをカットオフするよう構成した。すなわち、転送スイ
ッチ素子ＳＴｊを転送制御信号φＴ２より水平帰線期間
中はオンにし、水平読出し期間中はオフにすればよい。
このようにすると、水平読出し期間には、画素部を切り
離して第２の蓄積容量ＣＴｊに充電した電荷を順次読み
出すので前記のゲート暗電流シェーディング問題は避け
られる。

【００５１】このような構成により、タイミング図（図
２）には示していないが、プリセット制御信号φＰＧに
より画素部のプリセット素子ＳＰｉｊを再度オンにし
て、プリセット信号φＤｊをＶＰＤＬ、すなわち画素部
の増幅素子ＱＡｉｊがオフになる電圧、として画素部の
増幅素子ＱＡｉｊをカットオフさせることができる。こ
れにより、水平読出し期間中は画素部に流れる電流もな
くすることができるので、さらに消費電力を低減でき
る。

【００５２】図４は、本発明の第３の実施形態に係わる
固体撮像装置の概略の構成を示す。同図の実施形態は、
固定パターン雑音の除去をより完全にすることができる
ものである。すなわち、例えば前記図１に示される第１
の実施形態に係わる固体撮像装置においても、電圧電流
変換素子ＱＨｊの直線性が完全なものであるならば固定
パターン雑音は十分に除去可能であるが、現実の回路で
は電圧電流変換素子の直線性が不完全な場合もあり得
る。例えば２Ｖから１Ｖを引いても、３Ｖから２Ｖを引
いても差は１Ｖになるはずであり、電流の変化分も変わ
らないはずであるが、電圧電流変換手段の直線性が悪い
と両者で若干の差が出る場合がある。

【００５３】このため、図４に示されるように、垂直読
出し線ＬＶｊと電圧電流変換素子ＱＨｊのゲートを容量
ＣＣｊで結合するとともに、電圧電流変換素子ＱＨｊの
ゲートと基準電圧源ＶＲＥＦ１との間に参照スイッチ素
子ＳＲｊを設けることによりこの現象を避けるようにし
た。すなわち、暗電圧の読出し時には参照用スイッチ素
子ＳＲｊを閉じておいて、電圧電流変換素子ＱＨｊのゲ
ート電圧を前記参照電圧ＶＲＥＦ１とする。そして、こ
の状態で電圧電流変換手段ＱＨｊに流れる電流を、電流
サンプル・ホールド回路に記憶させる。このため、図４
の構成では、電圧電流変換素子ＱＨｊの入力電圧は一定
電圧ＶＲＥＦ１となり、電圧電流変換素子ＱＨｊの非直
線性が原因の固定パターン雑音は低減される。このとき
には、画素部の増幅素子ＱＡｉｊの固定パターン雑音は
結合容量ＣＣｊに充電される。なお、このような動作を
行う場合には省電力スイッチ素子ＳＡｊはオン状態とし
ておく。

【００５４】次に信号読出し時には、前記参照用スイッ
チ素子ＳＲｊとサンプル・ホールドスイッチ素子ＳＳｊ
をともに開いて、すなわちオフとして、各画素の増幅素
子ＱＡｉｊのゲートに信号成分を転送させる。これによ
って、前述のように、垂直読出し線ＬＶｊの出力電圧は
信号に対応した電圧だけ上昇する。この電圧の変化分は
そのまま結合容量ＣＣｊを介して電圧電流変換素子ＱＨ
ｊのゲートに伝達される。この結果、電圧電流変換素子
ＱＨｊの出力電流は信号電圧相当分だけ変化する。この
変化分を水平走査信号φＨｊによって水平読出しスイッ
チＳＨｊを走査して読み出すことにより、固定パターン
雑音の除去された信号を読み出すことができる。このよ
うな構成により、電圧電流変換素子は画素の暗電圧の影
響を受けることがなくなり、かつ常に参照電圧ＶＲＥＦ
１からの差が信号電圧となるため電圧電流変換回路の直
線性の影響を受けがたくなる。すなわち、固定パターン
雑音の除去をより完全に行うことが可能になる。

【００５５】図５は、本発明の第４の実施形態に係わる
固体撮像装置の概略の構成を示す。図５の固体撮像装置
は、前記第３の実施形態（図４）に前記第２の実施形態
（図３）を適用したものである。すなわち、図４の固体
撮像装置における結合容量ＣＣｊと垂直読出し線ＬＶｊ
との間に、直列に転送スイッチ素子ＳＴｊを接続しかつ
結合容量ＣＣｊと転送スイッチ素子ＳＴｊの接続部とグ
ランド間に信号電圧蓄積容量ＣＴｊを設けたものであ
る。その他の部分は図１の構成と同じであり、同一部分
には同一参照符号が使用されている。

【００５６】図５の構成においては、水平帰線期間中に
合成信号電圧をオンとなった転送スイッチ素子ＳＴｊを
介して前記蓄積容量ＣＴｊに蓄積した後に、転送スイッ
チ素子ＳＴｊをオフとして垂直読出し線ＬＶｊと水平読
出し回路Ｈｊとを分離する。そして、水平走査回路ＨＳ
Ｒにより順次水平読出しを行うことにより前記第２の実
施形態で説明したように、画素部の暗電流によるシェー
ディングを防止し、かつ消費電力の低減ができる。

【００５７】図６は、本発明の第５の実施形態に係わる
固体撮像装置の概略の構成を示す。図６の固体撮像装置
は、前記第３の実施形態（図４）の電流サンプル・ホー
ルド回路（ＱＳｊ，ＳＳｊ，ＣＳｊ）を定電流回路に置
き換え、電圧電流変換回路に電流サンプル・ホールド機
能を持たせたものである。これによって、電流サンプル
・ホールド回路に必要であった蓄積容量を省くことがで
きる。

【００５８】具体的には、前記定電流回路は、例えばＭ
ＯＳトランジスタのような定電流素子ＱＢｊで構成され
る。該定電流素子ＱＢｊのゲートはすべて共通に基準電
圧ＶＲＥＦ２が印加され、ソースは共通に電源電圧ＶＤ
Ｄ２が印加されている。また、定電流素子ＱＢｊのドレ
インは省電力スイッチＳＡｊのドレインに接続されてい
る。省電力スイッチ素子ＳＡｊのゲートには水平走査回
路ＨＳＲから省電力信号φＨＡｊが供給される。さら
に、省電力スイッチ素子ＳＡｊのソースは電圧電流変換
素子ＱＨｊのドレインに接続されている。

【００５９】さらに、電圧電流変換用の増幅素子ＱＨｊ
の入力電極、例えばゲート、と出力電極、例えばドレイ
ン、とを短絡するスイッチ素子ＳＢｊが設けられてい
る。スイッチ素子ＳＢｊは制御信号φＳＨによって制御
される。電圧電流変換素子ＱＨｊのドレインは水平読出
しスイッチ素子ＳＨｊを介して出力端子ＩＯＵＴに接続
されている。また、垂直読出し線ＬＶｊと電圧電流変換
素子ＱＨｊのゲートとの間には結合容量ＣＣｊが接続さ
れている。その他の部分は図４の構成と同じであり、同
一部分には同一参照数字が付されている。

【００６０】図６の固体撮像装置では、制御信号φＳＨ
によりスイッチ素子ＳＢｊをオンとし、電圧電流変換素
子ＱＨｊのゲートとドレイン間を短絡する。この状態
で、画素の暗出力を読み出すと、電圧電流変換素子ＱＨ
ｊに流れる電流は定電流素子ＱＢｊで構成される定電流
回路に流れる電流に等しくならざるを得ない。従って、
電圧電流変換素子ＱＨｊのゲート電極は、該電圧電流変
換素子ＱＨｊに流れる電流が前記定電流回路の定電流に
なるように自動的にバイアスされる。

【００６１】一方、この時垂直読出し線ＬＶｊの電圧
は、暗電圧であるから、結合容量ＣＣｊの垂直読出し線
ＬＶｊに接続された端子の電圧は暗電圧となる。また、
電圧電流変換素子ＱＨｊのゲート電圧は、自動的に定ま
ったバイアス電圧に等しくなり、この状態で制御信号φ
ＳＨによりスイッチ素子ＳＢｊをオフにしても電圧電流
変換素子ＱＨｊに流れる電流は変化しない。すなわち、
暗出力がサンプルおよびホールドされたことになる。な
お、このような動作は前記省電力スイッチＳＡｊをオン
にした状態で行う。

【００６２】このようにして暗出力がサンプルおよびホ
ールドされた状態で、画素部の増幅素子ＱＡｉｊに信号
を転送すると垂直読出し線ＬＶｊの電圧は信号成分だけ
変化する。このときには、サンプル・ホールドスイッチ
素子ＳＢｊはオフになっており、この変化分は電圧電流
変換素子の入力に伝達される。この結果、電圧電流変換
素子に流れる電流も信号成分だけ変化しようとするが、
電圧電流変換素子の負荷である定電流素子ＱＢｊからは
前記定電流しか流れない。すなわち、電圧電流変換素子
ＱＨｊには前記定電流のみが流れて飽和した状態とな
る。以上の動作は水平帰線期間内に行う。

【００６３】このような状態では、前記電圧電流変換素
子ＱＨｊは、前記定電流と信号成分の電流の和の電流を
流そうとするが、負荷となっている定電流素子ＱＢｊは
定電流ＩＲしか流さないので、電圧電流変換素子ＱＨｊ
は飽和している。従って、水平読出し期間中に水平走査
回路ＨＳＲを動作させて水平読出しスイッチＳＨｊをオ
ンにすると、不足分の信号電流成分が水平出力端子ＩＯ
ＵＴから電圧電流変換素子ＱＨｊへと流れ込むようにな
る。すなわち、出力端子ＩＯＵＴからは固定パターン雑
音の除去された信号電流が得られることになる。この場
合でも、省電力スイッチ素子ＳＡｊは当該画素が読み出
されるとき、もしくはその数画素前からオン状態にする
ことにより消費電流の低減を図ることができる。

【００６４】図７は、本発明の第６の実施形態に係わる
固体撮像素子の概略の構成を示す。図７の構成では、図
６に示される第５の実施形態における結合容量ＣＣｊと
垂直読出し線ＬＶｊとの間に、電圧蓄積用の蓄積手段で
ある容量ＣＴｊと転送スイッチ手段ＳＴｊを負荷したも
のである。その他の部分は図６の構成と同じであり、同
一部分には同一参照符号が付されている。

【００６５】図７に示されている第６の実施形態に係わ
る固体撮像装置では、前記第２および第４の実施形態の
場合と同様に、水平読出し期間中は、転送スイッチ素子
ＳＴｊによって画素部と水平読出し回路Ｈｊとを分離
し、画素部の暗電流によるシェーディングを防止するこ
とができる。この場合でも、省電力スイッチ素子ＳＡｊ
は暗出力をサンプルおよびホールドするときと、水平読
出し期間において当該画素が読み出されるとき、もしく
はその数画素前からオン状態にすることにより消費電流
の低減が可能である。

【００６６】以上のように、本発明は画素を２次元アレ
イ状に配列した固体撮像装置において良好な結果を得ら
れるが、垂直の走査回路を持たない１次元リニアセンサ
に本発明を適用してもよいことは言うでもなく、さらに
水平走査手段を省いた単一の光電変換素子にも適用可能
であり、高感度の光電変換素子ができる。

【００６７】従来は単一のフォトダイオードを光電変換
素子として使用しその光電流をそのまま信号として利用
していたが、微弱光領域においては、光電流が非常に小
さいため、その処理が困難であった。本発明において
は、画素部のフォトダイオードで光電変換を行ない、光
電変換された電荷を蓄積しておいて、蓄積された電荷を
増幅素子のゲート電極に転送して読み出すことが可能に
なるため、微弱光の検出が容易になる。

【００６８】例えば、図６の実施形態に係わる回路を単
一の光電変換素子に適用した例を図８で示す。図８の各
構成要素は図６の対応する構成要素の参照符号における
行番号および列番号を除いた参照符号で示されている。
図８の回路は基本的には図６の回路から、垂直走査回路
と水平走査回路を省いたものである。ただし、実際に
は、単一画素であり走査が必要ないのであるから、プリ
セットスイッチ素子ＳＰのドレインはパルス信号でなく
増幅素子ＱＡがオンになる電圧を与えるための電源でも
よく、消費電力低減のためのスイッチングＳＡ省略可能
であり、暗電流のサンプル時に出力端子とサンプル・ホ
ールド回路を切り離すためのスイッチングＳＨのみが必
要である。

【００６９】動作は、図６の場合に説明したように、ま
ず、暗出力の読み出しを行なって暗電流を、サンプル・
ホールドし続いて、フォトダイオードＤの電荷を増複素
子ＱＡのゲートに転送して信号成分の読み出しを行なえ
ばよい。なお、ここでは図６の回路を単一素子の光電変
換回路に適用した例を示したが、他の実施形態に係わる
回路についても同様に適用可能である。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、増幅型
画素の信号をソースフォロアで読み出し、サンプル・ホ
ールド機能を有する電圧電流変換型水平読出し回路で受
ける。該水平読出し回路は、暗出力成分をサンプルしか
つホールドしてから、合成信号出力を読み出すことによ
り、固定パターン雑音を除去する。前記水平読出し回路
は、暗出力成分のサンプル時と、当該画素の読出し時ま
たはその寸前から一時的にのみ活性化させる。従って、
水平読出し期間中に全画素の水平読出し回路がすべてオ
ンになることがなくなり、固定パターン雑音の除去を図
りながら消費電力の低減を行うことが可能になる。

【００７１】また、本発明によれば、このような固定パ
ターン雑音の除去および消費電力の低減に加えて、ゲー
ト暗電流によるシェーディングの防止、電圧電流変換回
路の非直線性による固定パターン雑音の増大の防止、お
よびサンプル・ホールド回路の蓄積容量の省略による回
路の簡略化などを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わる固体撮像装置
の概略の構成を示す電気回路図である。

【図２】図１の固体撮像装置の動作を説明するためのタ
イミング図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係わる固体撮像装置
の概略の構成を示す電気回路図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係わる固体撮像装置
の概略の構成を示す電気回路図である。

【図５】本発明の第４の実施形態に係わる固体撮像装置
の概略の構成を示す電気回路図である。

【図６】本発明の第５の実施形態に係わる固体撮像装置
の概略の構成を示す電気回路図である。

【図７】本発明の第６の実施形態に係わる固体撮像装置
の概略の構成を示す電気回路図である。

【図８】本発明に係わる光電変換素子の概略の構成を示
す電気回路図である。

【符号の説明】

Ｐｉｊ 画素 Ｄｉｊ フォトダイオード ＱＴｉｊ 転送スイッチ素子 ＱＡｉｊ 画素部増幅素子 ＳＰｉｊ プリセットスイッチ素子 ＶＳＲ 垂直走査回路 ＨＳＲ 水平走査回路 ＱＲＳＴＶｊ リセット用スイッチ素子 ＣＳＶｊ 定電流源 Ｈｊ 水平読出し回路 ＱＨｊ 電圧電流変換素子 Ｒｊ 抵抗 ＳＡｊ 省電力スイッチ ＳＨｊ 水平読出しスイッチ素子 ＱＳｊ 電流サンプル・ホールド用増幅素子 ＣＳｊ 電流サンプル・ホールド用蓄積容量 ＳＳｊ 電流サンプル・ホールド用スイッチ素子 ＣＴｊ 分離用蓄積容量 ＳＴｊ 転送スイッチ素子 ＣＣｊ 結合容量 ＳＲｊ 参照用スイッチ素子 ＳＢｊ 短絡用スッチ素子

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号を電気信号に変換し増幅して電圧
   信号として読み出す光電変換手段と、 前記電圧信号を電流信号に変換する電圧・電流変換手段
   と、 該電圧・電流変換手段により変換された電流信号をサン
   プルしホールドする電流サンプル・ホールド手段と、 該電流サンプル・ホールド手段を作動させる活性化手段
   と、 を具備し、前記活性化手段により前記電流サンプル・ホ
   ールド手段を一時的に活性化して参照電流信号をホール
   ドした後、前記電流サンプル・ホールド手段を再び一時
   的に活性化するとともに前記光電変換手段からの読出し
   を行ない、前記電圧・電流変換手段を介して得られた読
   出し電流を前記電流サンプル・ホールド手段によりホー
   ルドされた参照電流信号と合成して読出し出力を得るこ
   とを特徴とする光電変換素子。
2. 【請求項２】 前記参照電流は前記光電変換手段からの
   暗出力電圧を前記電圧・電流変換手段により電流に変換
   することによって得られる暗出力電流であることを特徴
   とする請求項１に記載の光電変換素子。
3. 【請求項３】 前記活性化手段は、前記光電変換手段の
   読出し時には読出し期間のみ前記電流サンプル・ホール
   ド手段を活性化することを特徴とする請求項１または２
   に記載の光電変換素子。
4. 【請求項４】 前記活性化手段は、前記光電変換手段の
   読出し時には読出しより所定時間前から前記電流サンプ
   ル・ホールド手段の活性化を開始することを特徴とする
   請求項１または２に記載の光電変換素子。
5. 【請求項５】 前記活性化手段は前記電圧・電流変換手
   段の出力と前記電流サンプル・ホールド手段の電流経路
   の間に接続されたスイッチ素子を含むことを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
6. 【請求項６】 さらに、前記電圧・電流変換手段と前記
   光電変換手段との間に配置された電圧蓄積手段、および
   前記光電変換手段と前記電圧蓄積手段の間を断続するス
   イッチ素子を備えていることを特徴とする請求項１〜５
   のいずれか１項に記載の光電変換素子。
7. 【請求項７】 前記光電変換手段もしくは前記電圧蓄積
   手段と前記電圧・電流変換手段との間が容量結合されて
   いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記
   載の光電変換素子。
8. 【請求項８】 行および列方向に２次元マトリクス状に
   配列され、各々入射光に応じた電荷を蓄積しかつ増幅し
   て電圧信号として出力する光電変換手段からなる複数の
   画素と、 前記画素を前記マトリクス配列の各行毎に共通に順次列
   方向に走査して各画素からの読出し信号を列毎に取出す
   ための複数の垂直読出し線と、 前記複数の垂直読出し線からの読出し信号を順次行方向
   に走査して各行毎の時系列的な信号を順次取出すための
   水平読出し線とを備えた固体撮像装置であって、 各々の垂直読出し線に対応して設けられ、入力電圧に対
   応した出力電流を生成する電圧・電流変換手段と、 各々の垂直読出し線に対応して設けられ、前記電圧・電
   流変換手段により変換された電流信号をサンプルしかつ
   ホールドする電流サンプル・ホールド手段と、 前記電圧・電流変換手段出力と前記電流サンプル・ホー
   ルド手段の電流経路の間に接続され、前記電流サンプル
   ・ホールド手段を活性化する活性化用スイッチ手段と、 各々の垂直読出し線に対応して設けられ、対応する前記
   電圧・電流変換手段の出力電流信号を各垂直読出し線毎
   に順次前記水平読出し線に出力する複数の水平読出しス
   イッチ回路と、 を具備し、前記各列の活性化用スイッチ手段を一時的に
   同時オンとして各行毎に前記画素からの暗出力成分に対
   応する電流を前記電流サンプル・ホールド手段にてホー
   ルドした後、前記各列の活性化用スイッチ手段と水平読
   出しスイッチ回路とを共に順次オンとして各行毎の時系
   列的な信号を出力することを特徴とする固体撮像装置。
9. 【請求項９】 前記活性化手段は、前記光電変換手段の
   読出し時には読出し期間のみ前記電流サンプル・ホール
   ド手段を活性化することを特徴とする請求項８に記載の
   固体撮像装置。
10. 【請求項１０】 前記活性化用スイッチ手段は、前記光
    電変換手段の読出し時には読出しより所定時間前から前
    記電流サンプル・ホールド手段の活性化を開始すること
    を特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
11. 【請求項１１】 さらに、前記電圧・電流変換手段と前
    記光電変換手段との間に電圧蓄積手段を有することを特
    徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の固体撮
    像装置。
12. 【請求項１２】 前記光電変換手段もしくは前記電圧蓄
    積手段と前記電圧・電流変換手段との間が容量結合され
    ていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項
    に記載の固体撮像素子。
13. 【請求項１３】 光信号を電気信号に変換し増幅して電
    圧信号として読み出す光電変換手段と、 該光電変換手段と結合容量を介して接続された電圧・電
    流変換手段と、 該電圧・電流変換手段の負荷となる定電流手段と、 前記電圧・電流変換手段の入出力端子間を短絡するスイ
    ッチ手段と、 前記定電流手段を作動させる活性化手段とを具備し、前
    記活性化手段は、前記定電流手段を一時的に活性化し、
    かつ電圧・電流変換手段の入出力端子間を短絡して前記
    光電変換手段の暗出力の読出しを行なうことによって前
    記結合容量を充電した後、前記スイッチ手段をオフにす
    るとともに前記定電流手段を一時的に活性化し再び前記
    光電変換手段の読出しを行ない、前記結合容量を介して
    読出し出力を得ることを特徴とする光電変換素子。
14. 【請求項１４】 前記活性化手段は、前記光電変換手段
    の読出し時には読出し期間のみ前記電流サンプル・ホー
    ルド手段を活性化することを特徴とする請求項１３に記
    載の光電変換素子。
15. 【請求項１５】 前記活性化手段は、前記光電変換手段
    の読出し時には読出しより所定時間前から前記定電流手
    段の活性化を開始することを特徴とする請求項１３に記
    載の光電変換素子。
16. 【請求項１６】 前記活性化手段は前記電圧・電流変換
    手段の出力と前記定電流手段の電流経路の間に接続され
    たスイッチ素子を含むことを特徴とする請求項１３〜１
    ５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
17. 【請求項１７】 前記結合容量の一方の端子と接地間に
    電圧蓄積容量を有することを特徴とする請求項１３〜１
    ６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
18. 【請求項１８】 行および列方向に２次元マトリクス状
    に配列され、各々入射光に応じた電荷を蓄積しかつ増幅
    して電圧信号として出力する光電変換手段からなる複数
    の画素と、 前記画素を前記マトリクス配列の各行毎に共通に順次列
    方向に走査して各画素からの読出し信号を列毎に取出す
    ための複数の垂直読出し線と、 前記複数の垂直読出し線からの信号を順次行方向に走査
    して各行毎の時系列的な信号を順次取出すための水平読
    出し線とを備えた固体撮像装置であって、 各々の垂直読出し線に対応して設けられ、入力電圧に対
    応した出力電流を生成する電圧・電流変換手段と、 前記電圧・電流変換手段の負荷となる定電流手段と、 制御信号に応じて前記電圧・電流変換手段の入出力端子
    間を短絡するスイッチ手段と、 各々の垂直読出し線に対応して設けられ、各々の垂直読
    出し線と対応する電圧・電流変換手段との間の回路に挿
    入された結合容量と、 前記電圧・電流変換手段出力と前記定電流手段の電流経
    路の間に接続され前記定電流手段を作動させる活性化手
    段と、 各々の垂直読出し線に対応して設けられ、対応する前記
    電圧・電流変換手段の出力電流信号を各垂直読出し線毎
    に順次前記水平読出し線に出力する複数の水平読出しス
    イッチ回路と、 を具備し、各行毎に前記スイッチ手段により前記電圧・
    電流変換手段の入出力端子間を短絡するとともに前記活
    性化手段を一時的にオンとして前記光電変換手段の暗出
    力の読出しを行なうことによって各列の前記結合容量を
    充電した後、前記スイッチ手段をオフにするとともに前
    記活性化手段を一時的にオンとして再び前記光電変換手
    段の読出しを行ない、前記結合容量を介して読出し出力
    を得ることを特徴とする固体撮像装置。
19. 【請求項１９】 前記活性化手段は、前記光電変換手段
    の読出し時には読出し期間のみ前記電流サンプル・ホー
    ルド手段を活性化することを特徴とする請求項１８に記
    載の固体撮像装置。
20. 【請求項２０】 前記活性化手段は、前記光電変換手段
    の読出し時には読出しより所定時間前から前記定電流手
    段の活性化を開始することを特徴とする請求項１８に記
    載の固体撮像装置。
21. 【請求項２１】 前記活性化手段は前記電圧・電流変換
    手段の出力と前記定電流手段の電流経路の間に接続され
    たスイッチ素子を含むことを特徴とする請求項１８〜２
    ０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
22. 【請求項２２】 前記結合容量の一方の端子と接地間に
    電圧蓄積容量を有することを特徴とする請求項１８〜２
    １のいずれか１項に記載の固体撮像装置。