JPH1023336A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH1023336A JPH1023336A JP8179267A JP17926796A JPH1023336A JP H1023336 A JPH1023336 A JP H1023336A JP 8179267 A JP8179267 A JP 8179267A JP 17926796 A JP17926796 A JP 17926796A JP H1023336 A JPH1023336 A JP H1023336A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 集積化された場合であっても、出力信号のダ
イナミックレンジを確保しつつ、高速動作が可能である
とともに、消費電力を低減した固体撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 受光素子１２０が垂直方向に配列された
垂直受光部１１０が水平方向に配列された受光部１００
に入力した光像の撮像データの収集動作中にあたって、
各垂直受光部１１０ごとに配置されたサンプルホールド
回路２６０が、受光素子１２０から流出した電流が積分
回路２２０で積分された結果を入力して、容量２６２に
電荷蓄積するとともに、駆動制御信号Ｉｊに応じて、ホ
ールド増幅器２６３が信号読み出し時に低出力インピー
ダンスし、高速で信号出力を行なう。
イナミックレンジを確保しつつ、高速動作が可能である
とともに、消費電力を低減した固体撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 受光素子１２０が垂直方向に配列された
垂直受光部１１０が水平方向に配列された受光部１００
に入力した光像の撮像データの収集動作中にあたって、
各垂直受光部１１０ごとに配置されたサンプルホールド
回路２６０が、受光素子１２０から流出した電流が積分
回路２２０で積分された結果を入力して、容量２６２に
電荷蓄積するとともに、駆動制御信号Ｉｊに応じて、ホ
ールド増幅器２６３が信号読み出し時に低出力インピー
ダンスし、高速で信号出力を行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入力した１次元または
２次元の光像を撮像する固体撮像装置に関するものであ
る。
２次元の光像を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】ＭＯＳ型イメージセンサでは、１次元また
は２次元光像を撮像するものは、１次元または２次元の
配列されたフォトダイオードアレイに対して、１つのデ
ィスクリート増幅器を設置し、各フォトダイオードでの
光検出信号を増幅後に取り出すという方式が従来から採
用されてきた。近年、ＭＯＳ型イメージセンサの長所を
活かしつつ、短い読み出し時間で、光量の小さい領域ま
で線形な光電変換特性の維持された光センサ装置が提案
されている。
は２次元光像を撮像するものは、１次元または２次元の
配列されたフォトダイオードアレイに対して、１つのデ
ィスクリート増幅器を設置し、各フォトダイオードでの
光検出信号を増幅後に取り出すという方式が従来から採
用されてきた。近年、ＭＯＳ型イメージセンサの長所を
活かしつつ、短い読み出し時間で、光量の小さい領域ま
で線形な光電変換特性の維持された光センサ装置が提案
されている。
【０００４】こうした装置は、フォトダイオードの出力
をチャージアンプ回路、ソースフォロワ回路を介して、
読み出している（「特開平５−２１５６０２号公報（従
来例１）」、「J.C.Stanton, IEEE Transaction Nuclea
r Science, Vol.36, No.1, Feb. 1989, pp522-527（従
来例２）」参照）。
をチャージアンプ回路、ソースフォロワ回路を介して、
読み出している（「特開平５−２１５６０２号公報（従
来例１）」、「J.C.Stanton, IEEE Transaction Nuclea
r Science, Vol.36, No.1, Feb. 1989, pp522-527（従
来例２）」参照）。
【０００５】図５は、従来例１に開示の装置の回路構成
図である。なお、従来例２に開示の装置も本質的に同様
の回路構成を有している。図５に示すように、（ａ）フ
ォトダイオード９１０と、フォトダイオード９１０から
出力された光検出信号を入力して、電荷積分を行なうチ
ャージアンプ回路９２０とを備えるセンサ９３０1〜９
３０Nと、（ｂ）走査回路９４０によって択一的に選択
されたセンサ９３０iから出力された信号を入力して、
クランプ処理するクランプ回路９５０と、クランプ回路
９５０から出力された信号入力してソースフォロワ出力
するソースフォロワ回路９６０とを備えるバッファ回路
９７０とを備える。
図である。なお、従来例２に開示の装置も本質的に同様
の回路構成を有している。図５に示すように、（ａ）フ
ォトダイオード９１０と、フォトダイオード９１０から
出力された光検出信号を入力して、電荷積分を行なうチ
ャージアンプ回路９２０とを備えるセンサ９３０1〜９
３０Nと、（ｂ）走査回路９４０によって択一的に選択
されたセンサ９３０iから出力された信号を入力して、
クランプ処理するクランプ回路９５０と、クランプ回路
９５０から出力された信号入力してソースフォロワ出力
するソースフォロワ回路９６０とを備えるバッファ回路
９７０とを備える。
【０００６】この装置では、フォトダイオード９１０へ
の光の入射によって発生した電荷による電流信号を、チ
ャージアンプ回路９２０が入力して電荷積分を行なう。
そして、走査回路９４０から出力される走査指示信号に
応じて、択一的に選択されたセンサ９３０iから出力さ
れた信号である積分信号を、クランプ回路９５０を介し
た後にソースフォロワ回路９６０を介して、順次得てい
る。
の光の入射によって発生した電荷による電流信号を、チ
ャージアンプ回路９２０が入力して電荷積分を行なう。
そして、走査回路９４０から出力される走査指示信号に
応じて、択一的に選択されたセンサ９３０iから出力さ
れた信号である積分信号を、クランプ回路９５０を介し
た後にソースフォロワ回路９６０を介して、順次得てい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】提案されている光セン
サ装置は上記のように構成されるので、２次元のイメー
ジセンサや、フォトダイオードと信号処理回路とを対に
して１次元配列したイメージセンサを形成する場合に、
以下のような問題点があった。
サ装置は上記のように構成されるので、２次元のイメー
ジセンサや、フォトダイオードと信号処理回路とを対に
して１次元配列したイメージセンサを形成する場合に、
以下のような問題点があった。
【０００８】（１）直線性の問題 図５の装置では、ＭＯＳＦＥＴのソースフォロワ回路９
６０によって、チャージアンプ回路９２０から出力され
る電荷積分結果をＭＯＳＦＥＴのゲートから入力し、Ｍ
ＯＳＦＥＴのソースから外部回路へ出力している。した
がって、ゲート電位をＶＧ、ソース電位をＶＳとする
と、 ＶＳ＝ＶＧ−Ｖｔｈ−（２Ｉ／Ｋｐ）1/2 …（１） ここで、Ｖｔｈ：ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧 Ｉ ：ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流 Ｋｐ：ＭＯＳＦＥＴの製造パラメータ、サイズ等に起因
する定数が成立する。
６０によって、チャージアンプ回路９２０から出力され
る電荷積分結果をＭＯＳＦＥＴのゲートから入力し、Ｍ
ＯＳＦＥＴのソースから外部回路へ出力している。した
がって、ゲート電位をＶＧ、ソース電位をＶＳとする
と、 ＶＳ＝ＶＧ−Ｖｔｈ−（２Ｉ／Ｋｐ）1/2 …（１） ここで、Ｖｔｈ：ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧 Ｉ ：ＭＯＳＦＥＴのドレイン電流 Ｋｐ：ＭＯＳＦＥＴの製造パラメータ、サイズ等に起因
する定数が成立する。
【０００９】ところで、Ｖｔｈはソース電位ＶＳによっ
て変動する値であり、 Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ０＋γ（（ＶＳ＋Ｖｂ）1/2−Ｖｂ1/2） …（２） ここで、Ｖｔｈ０：ＭＯＳＦＥＴ固有のしきい値電圧 γ ：ＭＯＳＦＥＴ固有の基板定数 Ｖｂ ：ＭＯＳＦＥＴのベース電位 となる。なお、ベース電位Ｖｂは、ＮＭＯＳであれば一
般的に接地されるなどして、一定の電位に固定される。
（１）および（２）式より、ゲート電位ＶＧ、すなわち
積分結果信号に対して、ソース電位ＶＳ、すなわち出力
信号が線形な関係を保つことは困難である。
て変動する値であり、 Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ０＋γ（（ＶＳ＋Ｖｂ）1/2−Ｖｂ1/2） …（２） ここで、Ｖｔｈ０：ＭＯＳＦＥＴ固有のしきい値電圧 γ ：ＭＯＳＦＥＴ固有の基板定数 Ｖｂ ：ＭＯＳＦＥＴのベース電位 となる。なお、ベース電位Ｖｂは、ＮＭＯＳであれば一
般的に接地されるなどして、一定の電位に固定される。
（１）および（２）式より、ゲート電位ＶＧ、すなわち
積分結果信号に対して、ソース電位ＶＳ、すなわち出力
信号が線形な関係を保つことは困難である。
【００１０】以上を防ぐために、ＭＯＳＦＥＴのウェル
電位をソース電位ＶＳとすべく配線接続を施すと、ウェ
ルによって寄生容量が大幅に増加してしまい、高速動作
が困難となる。
電位をソース電位ＶＳとすべく配線接続を施すと、ウェ
ルによって寄生容量が大幅に増加してしまい、高速動作
が困難となる。
【００１１】（２）動作速度の問題 図５の装置では、走査回路９４０によりセンサ９３０ｉ
の選択が行なわれた瞬間に、（１）式に示したソース電
位ＶＳとなるべく、ソース端子の寄生容量をチャージア
ップする。高速動作のため、ソース端子の寄生容量のチ
ャージアップ速度を速めるには、ソースフォロワ回路に
流す定常電流の値を増やす必要がある。
の選択が行なわれた瞬間に、（１）式に示したソース電
位ＶＳとなるべく、ソース端子の寄生容量をチャージア
ップする。高速動作のため、ソース端子の寄生容量のチ
ャージアップ速度を速めるには、ソースフォロワ回路に
流す定常電流の値を増やす必要がある。
【００１２】しかし、定常電流の値を増やすと、ソース
フォロワ回路におけるゲートとソースとの間の電圧値が
増加してしまう。この結果、出力信号電圧のダイナミッ
クレンジが狭くなる。
フォロワ回路におけるゲートとソースとの間の電圧値が
増加してしまう。この結果、出力信号電圧のダイナミッ
クレンジが狭くなる。
【００１３】以上を解決するために、ＭＯＳＦＥＴのサ
イズを大きくすると、寄生容量も増えることとなるの
で、高速動作が困難となる。
イズを大きくすると、寄生容量も増えることとなるの
で、高速動作が困難となる。
【００１４】すなわち、図５の装置では、高速動作と出
力のダイナミックレンジの確保とを両立させることがで
きなかった。
力のダイナミックレンジの確保とを両立させることがで
きなかった。
【００１５】上記の問題は、構成要素をアレイ化して集
積する場合に特に深刻な問題点となる。
積する場合に特に深刻な問題点となる。
【００１６】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、集積化された場合であっても、出力信号のダイナミ
ックレンジを確保しつつ、高速動作が可能であるととも
に、消費電力を低減した固体撮像装置を提供することを
目的とする。
り、集積化された場合であっても、出力信号のダイナミ
ックレンジを確保しつつ、高速動作が可能であるととも
に、消費電力を低減した固体撮像装置を提供することを
目的とする。
【００１７】
【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、夫々の前記スイッチ素子の第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の出力を
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）駆動制御信号を夫々入力すると
ともに、夫々の積分回路から出力された信号を夫々入力
して、サンプル指示信号に応じて電荷サンプル動作また
は電荷ホールド動作を行う第２の数のサンプルホールド
回路であって、駆動制御信号が有意となると出力インピ
ーダンスを低減する第２の数のサンプルホールド回路
と、（ｄ）夫々のサンプルホールド回路から出力された
信号を夫々入力し、水平走査信号に応じて択一的に出力
する第２の数の水平読み出し部と、（ｅ）垂直走査信
号、リセット指示信号、サンプル指示信号、および水平
走査信号を発行するとともに、水平走査信号に同期して
駆動制御信号を有意とするタイミング制御部とを備える
ことを特徴とする。
は、入力した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、夫々の前記スイッチ素子の第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の出力を
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）駆動制御信号を夫々入力すると
ともに、夫々の積分回路から出力された信号を夫々入力
して、サンプル指示信号に応じて電荷サンプル動作また
は電荷ホールド動作を行う第２の数のサンプルホールド
回路であって、駆動制御信号が有意となると出力インピ
ーダンスを低減する第２の数のサンプルホールド回路
と、（ｄ）夫々のサンプルホールド回路から出力された
信号を夫々入力し、水平走査信号に応じて択一的に出力
する第２の数の水平読み出し部と、（ｅ）垂直走査信
号、リセット指示信号、サンプル指示信号、および水平
走査信号を発行するとともに、水平走査信号に同期して
駆動制御信号を有意とするタイミング制御部とを備える
ことを特徴とする。
【００１８】請求項１の固体撮像装置では、リセット指
示信号を一時的に有意とした後、各垂直受光部の垂直走
査における第１番目の受光素子の第１のスイッチ素子の
みを「ＯＮ」とする垂直走査信号を出力する。第１のス
イッチ素子が「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、積分回路によって瞬時に
その帰還容量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、サンプルホールド回路に入力
する。
示信号を一時的に有意とした後、各垂直受光部の垂直走
査における第１番目の受光素子の第１のスイッチ素子の
みを「ＯＮ」とする垂直走査信号を出力する。第１のス
イッチ素子が「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、積分回路によって瞬時に
その帰還容量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、サンプルホールド回路に入力
する。
【００１９】サンプルホールド回路では、サンプル指示
信号に応じて、光電変換素子に蓄積された電荷量に応じ
た電荷量が蓄積され、水平読み出し部に入力する。サン
プリング動作の終了と相前後して、垂直走査信号はいず
れの受光素子をも選択しない状態に設定される。
信号に応じて、光電変換素子に蓄積された電荷量に応じ
た電荷量が蓄積され、水平読み出し部に入力する。サン
プリング動作の終了と相前後して、垂直走査信号はいず
れの受光素子をも選択しない状態に設定される。
【００２０】次いで、水平走査信号の設定により夫々の
水平読み出し部を順次、択一的に選択するとともに、読
み出そうとする垂直受光部のサンプルホールド回路に駆
動制御信号により出力インピーダンス低減を指示する。
サンプルホールド回路は、出力インピーダンス低減が指
示されると、低出力インピーダンスで信号を出力する。
こうして、高速に信号を出力して、各垂直受光部の垂直
走査における第１番目の受光素子に応じた検出信号を順
次読み出す。
水平読み出し部を順次、択一的に選択するとともに、読
み出そうとする垂直受光部のサンプルホールド回路に駆
動制御信号により出力インピーダンス低減を指示する。
サンプルホールド回路は、出力インピーダンス低減が指
示されると、低出力インピーダンスで信号を出力する。
こうして、高速に信号を出力して、各垂直受光部の垂直
走査における第１番目の受光素子に応じた検出信号を順
次読み出す。
【００２１】なお、リセット指示信号は、サンプリング
動作の終了の後、垂直走査における垂直受光部の第１番
目の受光素子に応じた水平走査が終了するまでに有意に
設定される。
動作の終了の後、垂直走査における垂直受光部の第１番
目の受光素子に応じた水平走査が終了するまでに有意に
設定される。
【００２２】垂直走査における垂直受光部の第１番目の
受光素子に応じた検出信号を順次読み出しが終了する
と、水平走査信号をいずれの垂直受光部に応じた信号を
も出力選択しない状態にし、リセット指示信号を非有意
とした後、各垂直受光部の垂直走査における第２番目の
受光素子の第１のスイッチ素子のみを「ＯＮ」状態とす
る垂直走査信号を出力する。第１のスイッチ素子が「Ｏ
Ｎ」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。
受光素子に応じた検出信号を順次読み出しが終了する
と、水平走査信号をいずれの垂直受光部に応じた信号を
も出力選択しない状態にし、リセット指示信号を非有意
とした後、各垂直受光部の垂直走査における第２番目の
受光素子の第１のスイッチ素子のみを「ＯＮ」状態とす
る垂直走査信号を出力する。第１のスイッチ素子が「Ｏ
Ｎ」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。
【００２３】以後、垂直走査における垂直受光部の第１
番目の受光素子と同様にして、垂直走査における垂直受
光部の第２番目の受光素子に応じた検出信号を順次読み
出す。
番目の受光素子と同様にして、垂直走査における垂直受
光部の第２番目の受光素子に応じた検出信号を順次読み
出す。
【００２４】引き続き、各垂直受光部の受光素子を順次
指定しながら、各垂直受光部の垂直走査における第１番
目の受光素子の場合と同様にして、各垂直受光部の受光
素子に応じた検出信号を順次読み出すことにより、受光
部に入力した光像の撮像データを収集する。
指定しながら、各垂直受光部の垂直走査における第１番
目の受光素子の場合と同様にして、各垂直受光部の受光
素子に応じた検出信号を順次読み出すことにより、受光
部に入力した光像の撮像データを収集する。
【００２５】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、サンプルホールド回路が、（i）
積分回路から出力された信号を第１の端子から入力する
とともに、サンプル指示信号が有意の場合には第１の端
子と第２の端子とを接続し、サンプル指示信号が非有意
の場合には第２の端子と第３の端子とを接続する第２の
スイッチ素子と、（ii）第２のスイッチ素子の第２の端
子と第１の端子とが接続された第２の容量素子と、（ii
i）第２の容量素子の第２の端子と仮想的に正入力端子
に短絡している負入力端子とが接続され、正入力端子が
基準電位に設定されるとともに、出力端子が第２のスイ
ッチ素子の第３の端子とが接続され、駆動制御信号が非
有意の場合には、第２の容量素子に蓄積された電荷の放
出を実質的に行なわず、電荷放出信号が有意の場合に
は、第２の容量素子に蓄積された電荷の放出を能動的に
行なうホールド増幅器と、（iv）ホールド増幅器の負入
力端子と第１の端子が接続され、ホールド増幅器の出力
端子と第２の端子が接続されるとともに、出力電位リセ
ット指示信号に応じて開閉する第３のスイッチ素子とを
備えるとともに、タイミング制御部は、出力電位リセッ
ト指示信号を更に出力することを特徴とする。
体撮像装置において、サンプルホールド回路が、（i）
積分回路から出力された信号を第１の端子から入力する
とともに、サンプル指示信号が有意の場合には第１の端
子と第２の端子とを接続し、サンプル指示信号が非有意
の場合には第２の端子と第３の端子とを接続する第２の
スイッチ素子と、（ii）第２のスイッチ素子の第２の端
子と第１の端子とが接続された第２の容量素子と、（ii
i）第２の容量素子の第２の端子と仮想的に正入力端子
に短絡している負入力端子とが接続され、正入力端子が
基準電位に設定されるとともに、出力端子が第２のスイ
ッチ素子の第３の端子とが接続され、駆動制御信号が非
有意の場合には、第２の容量素子に蓄積された電荷の放
出を実質的に行なわず、電荷放出信号が有意の場合に
は、第２の容量素子に蓄積された電荷の放出を能動的に
行なうホールド増幅器と、（iv）ホールド増幅器の負入
力端子と第１の端子が接続され、ホールド増幅器の出力
端子と第２の端子が接続されるとともに、出力電位リセ
ット指示信号に応じて開閉する第３のスイッチ素子とを
備えるとともに、タイミング制御部は、出力電位リセッ
ト指示信号を更に出力することを特徴とする。
【００２６】請求項２の固体撮像装置では、リセット指
示信号が有意の期間中にサンプル指示信号が有意とな
り、積分回路の出力が第２のスイッチ素子を介して第２
の容量素子の第１の端子に入力する。そして、リセット
指示信号が有意であり、かつ、サンプル指示信号が有意
の期間中に、出力電位リセット指示信号を一時的に有意
として、第３のスイッチ素子を一時的に閉じる。この結
果、ホールド増幅器の出力端子と負入力端子とを一時的
に短絡され、ホールド増幅器の出力端子が基準電位に設
定される。
示信号が有意の期間中にサンプル指示信号が有意とな
り、積分回路の出力が第２のスイッチ素子を介して第２
の容量素子の第１の端子に入力する。そして、リセット
指示信号が有意であり、かつ、サンプル指示信号が有意
の期間中に、出力電位リセット指示信号を一時的に有意
として、第３のスイッチ素子を一時的に閉じる。この結
果、ホールド増幅器の出力端子と負入力端子とを一時的
に短絡され、ホールド増幅器の出力端子が基準電位に設
定される。
【００２７】サンプル指示信号を有意としたままで、リ
セット指示信号が非有意とした後、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出力し、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、積分回路によって瞬時にその
帰還容量に蓄積され電圧としてサンプルホールド回路に
入力する。
セット指示信号が非有意とした後、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出力し、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、積分回路によって瞬時にその
帰還容量に蓄積され電圧としてサンプルホールド回路に
入力する。
【００２８】サンプルホールド回路では、積分回路から
出力された信号を第２のスイッチ素子を介して第２の容
量素子の第１の端子に入力し、積分回路から出力された
信号の電圧値に応じた電荷を第２の容量素子に蓄積す
る。
出力された信号を第２のスイッチ素子を介して第２の容
量素子の第１の端子に入力し、積分回路から出力された
信号の電圧値に応じた電荷を第２の容量素子に蓄積す
る。
【００２９】次に、駆動制御信号が非有意の状態でサン
プル指示信号を非有意として、第２のスイッチ素子を切
換え、第２の容量素子の第１の端子をホールド増幅器の
出力端子に接続する。駆動制御信号が非有意の状態で
は、ホールド増幅器は低出力インピーダンス化されてい
ないので、駆動電流が僅かであり、静的に第２の容量素
子に蓄積された電荷がホールドされた状態であり、ホー
ルド電圧をセーブする。
プル指示信号を非有意として、第２のスイッチ素子を切
換え、第２の容量素子の第１の端子をホールド増幅器の
出力端子に接続する。駆動制御信号が非有意の状態で
は、ホールド増幅器は低出力インピーダンス化されてい
ないので、駆動電流が僅かであり、静的に第２の容量素
子に蓄積された電荷がホールドされた状態であり、ホー
ルド電圧をセーブする。
【００３０】次いで、水平走査信号の設定により夫々の
水平読み出し部を順次、択一的に選択するとともに、読
み出そうとする垂直受光部のサンプルホールド回路に駆
動制御信号を水平走査信号に同期して有意として低出力
インピーダンス化を指示する。サンプルホールド回路
は、低インピーダンス化が指示されると、高速に信号出
力を実行する。こうして、高速で出力された信号を順次
読み出すことにより、各垂直受光部の垂直走査における
第１番目の受光素子に応じた検出信号を順次読み出す。
水平読み出し部を順次、択一的に選択するとともに、読
み出そうとする垂直受光部のサンプルホールド回路に駆
動制御信号を水平走査信号に同期して有意として低出力
インピーダンス化を指示する。サンプルホールド回路
は、低インピーダンス化が指示されると、高速に信号出
力を実行する。こうして、高速で出力された信号を順次
読み出すことにより、各垂直受光部の垂直走査における
第１番目の受光素子に応じた検出信号を順次読み出す。
【００３１】なお、リセット指示信号は、サンプリング
動作の終了の後、垂直走査における垂直受光部の第１番
目の受光素子に応じた水平走査が終了するまでに有意に
設定される。
動作の終了の後、垂直走査における垂直受光部の第１番
目の受光素子に応じた水平走査が終了するまでに有意に
設定される。
【００３２】以後、第２番目以降の各垂直受光部の受光
素子を順次指定しながら、各垂直受光部の垂直走査にお
ける第１番目の受光素子の場合と同様にして、各垂直受
光部の受光素子に応じた検出信号を順次読み出すことに
より、受光部に入力した光像の撮像データを収集する。
素子を順次指定しながら、各垂直受光部の垂直走査にお
ける第１番目の受光素子の場合と同様にして、各垂直受
光部の受光素子に応じた検出信号を順次読み出すことに
より、受光部に入力した光像の撮像データを収集する。
【００３３】請求項３の固体撮像素子は、請求項１の固
体撮像装置において、駆動制御信号が有意となるタイミ
ングと水平走査信号が有意となるタイミングとが略同一
であることを特徴とする。
体撮像装置において、駆動制御信号が有意となるタイミ
ングと水平走査信号が有意となるタイミングとが略同一
であることを特徴とする。
【００３４】請求項３の固体撮像素子では、駆動制御信
号が有意となるタイミングと水平走査信号が有意となる
タイミングとを略同一とするので、駆動制御信号の有意
時間を最小化することが可能であり、消費電力を有効に
低減することができる。
号が有意となるタイミングと水平走査信号が有意となる
タイミングとを略同一とするので、駆動制御信号の有意
時間を最小化することが可能であり、消費電力を有効に
低減することができる。
【００３５】請求項４の固体撮像装置は、請求項１の固
体撮像装置において、積分回路とサンプルホールド回路
との間に、（i）夫々の積分回路から出力された信号を
夫々入力し、積分回路ごとのオフセット分を低減して出
力する第３の容量素子と、第３の容量素子を介した信号
を夫々入力し、クランプ指示信号に応じて第３の容量素
子の信号出力端子を基準電位に短絡させるクランプ素子
とを備える第２の数のクランプ回路と、（ii）夫々のク
ランプ回路から出力した信号を夫々入力し、インピーダ
ンス変換して、サンプルホールド回路へ向けて出力する
第２の数のバッファ回路とを更に備えるとともに、タイ
ミング制御部はクランプ制御信号を更に出力することを
特徴とする。
体撮像装置において、積分回路とサンプルホールド回路
との間に、（i）夫々の積分回路から出力された信号を
夫々入力し、積分回路ごとのオフセット分を低減して出
力する第３の容量素子と、第３の容量素子を介した信号
を夫々入力し、クランプ指示信号に応じて第３の容量素
子の信号出力端子を基準電位に短絡させるクランプ素子
とを備える第２の数のクランプ回路と、（ii）夫々のク
ランプ回路から出力した信号を夫々入力し、インピーダ
ンス変換して、サンプルホールド回路へ向けて出力する
第２の数のバッファ回路とを更に備えるとともに、タイ
ミング制御部はクランプ制御信号を更に出力することを
特徴とする。
【００３６】請求項４の固体撮像素子では、第３の容量
素子により、積分回路の出力信号の直流成分がカットさ
れ、クランプ回路によりサンプルホールド回路によるサ
ンプル動作における信号の非有効期間での電荷蓄積が防
止され、かつ、バッファ回路による低出力インピーダン
スでのサンプルホールド回路への入力が行なわれる。こ
の結果、低ノイズ化が可能となる。
素子により、積分回路の出力信号の直流成分がカットさ
れ、クランプ回路によりサンプルホールド回路によるサ
ンプル動作における信号の非有効期間での電荷蓄積が防
止され、かつ、バッファ回路による低出力インピーダン
スでのサンプルホールド回路への入力が行なわれる。こ
の結果、低ノイズ化が可能となる。
【００３７】
【実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明の固体
撮像装置の実施例を説明する。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。
撮像装置の実施例を説明する。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。
【００３８】図１は、本発明の実施例の固体撮像装置の
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１３０
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Ｖi（ｉ＝１〜Ｎ１）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１４
０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Ｎ１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Ｎ２個配列された受光部１００と、
（ｂ）垂直受光部１１０j（ｊ＝１〜Ｎ２）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
（Ｈj）に応じて択一的に信号を出力する水平信号処理
部２１０jを備える信号処理部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とを備える。
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１３０
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Ｖi（ｉ＝１〜Ｎ１）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１４
０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Ｎ１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Ｎ２個配列された受光部１００と、
（ｂ）垂直受光部１１０j（ｊ＝１〜Ｎ２）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
（Ｈj）に応じて択一的に信号を出力する水平信号処理
部２１０jを備える信号処理部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とを備える。
【００３９】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
Ｒ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Ｒ＝非有意の場合）、または非積分（リ
セット指示信号Ｒ＝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を
入力し、積分回路２２０のオフセット分低減して出力す
る容量素子２３１と、容量素子２３１を介した信号を入
力し、クランプ指示信号Ｃに応じて容量素子２３１を介
した信号を接地レベルに短絡させるクランプ用スイッチ
２３２とを備えるクランプ回路２３０と、（iii）クラ
ンプ回路２３０を介した信号を入力し、入力信号をイン
ピーダンス変換して出力するバッファ回路２５０と、
（iv）バッファ回路２５０から出力された信号を夫々入
力し、サンプル指示信号ＳＨに応じてサンプルホールド
動作を行うサンプルホールド回路２６０と、（v）サン
プルホールド回路２６０から出力された信号を入力し
て、水平走査信号Ｈjに応じてインピーダンス変換信号
を出力する水平読み出し部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
Ｒ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Ｒ＝非有意の場合）、または非積分（リ
セット指示信号Ｒ＝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を
入力し、積分回路２２０のオフセット分低減して出力す
る容量素子２３１と、容量素子２３１を介した信号を入
力し、クランプ指示信号Ｃに応じて容量素子２３１を介
した信号を接地レベルに短絡させるクランプ用スイッチ
２３２とを備えるクランプ回路２３０と、（iii）クラ
ンプ回路２３０を介した信号を入力し、入力信号をイン
ピーダンス変換して出力するバッファ回路２５０と、
（iv）バッファ回路２５０から出力された信号を夫々入
力し、サンプル指示信号ＳＨに応じてサンプルホールド
動作を行うサンプルホールド回路２６０と、（v）サン
プルホールド回路２６０から出力された信号を入力し
て、水平走査信号Ｈjに応じてインピーダンス変換信号
を出力する水平読み出し部２７０とを備える。
【００４０】積分回路２２０は、（i）垂直受光部１１
０jからの出力信号を入力する電荷増幅器２２１と、（i
i）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
力端子に第２の端子が接続され、リセット指示信号Ｒが
有意の場合には「ＯＮ」状態となり、リセット指示信号
Ｒ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する電荷増幅器２２１と、（i
i）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
力端子に第２の端子が接続され、リセット指示信号Ｒが
有意の場合には「ＯＮ」状態となり、リセット指示信号
Ｒ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。
【００４１】サンプルホールド回路２６０は、（i）バ
ッファ回路２５０から出力された信号を端子２６１1か
ら入力するとともに、サンプル指示信号ＳＨが有意の場
合には端子２６１1と端子２６１2とを接続し、サンプル
指示信号ＳＨが非有意の場合には端子２６１2と端子２
６１3とを接続するスイッチ素子２６１と、（ii）スイ
ッチ素子２６１の端子２６１2と第１の端子とが接続さ
れた容量素子２６２と、（iii）容量素子２６２の第２
の端子と仮想的に正入力端子に短絡している負入力端子
とが接続され、正入力端子が接地されるとともに、出力
端子とスイッチ素子２６１の端子２６１3とが接続さ
れ、駆動制御信号Ｉｊが非有意の場合には、高出力イン
ピーダンス化され、駆動電流が小さく、駆動制御信号Ｉ
ｊが有意の場合には、低出力インピーダンス化され、駆
動電流が大きいが高速で信号を出力するホールド増幅器
２６３と、（iv）ホールド増幅器２６３の負入力端子と
第１の端子が接続され、ホールド増幅器２６３の出力端
子と第２の端子が接続されるとともに、出力電位リセッ
ト指示信号ｒに応じて開閉するスイッチ素子２６４とを
備える。
ッファ回路２５０から出力された信号を端子２６１1か
ら入力するとともに、サンプル指示信号ＳＨが有意の場
合には端子２６１1と端子２６１2とを接続し、サンプル
指示信号ＳＨが非有意の場合には端子２６１2と端子２
６１3とを接続するスイッチ素子２６１と、（ii）スイ
ッチ素子２６１の端子２６１2と第１の端子とが接続さ
れた容量素子２６２と、（iii）容量素子２６２の第２
の端子と仮想的に正入力端子に短絡している負入力端子
とが接続され、正入力端子が接地されるとともに、出力
端子とスイッチ素子２６１の端子２６１3とが接続さ
れ、駆動制御信号Ｉｊが非有意の場合には、高出力イン
ピーダンス化され、駆動電流が小さく、駆動制御信号Ｉ
ｊが有意の場合には、低出力インピーダンス化され、駆
動電流が大きいが高速で信号を出力するホールド増幅器
２６３と、（iv）ホールド増幅器２６３の負入力端子と
第１の端子が接続され、ホールド増幅器２６３の出力端
子と第２の端子が接続されるとともに、出力電位リセッ
ト指示信号ｒに応じて開閉するスイッチ素子２６４とを
備える。
【００４２】図２は、ホールド増幅器２６３の構成例の
詳細回路構成図である。図２に示すように、ホールド増
幅器２６３は、直列接続されたトランジスタＱ１〜Ｑ３
と直列接続されたトランジスタＱ４〜Ｑ６とを並列接続
した、一般的な差動増幅器の構成を有するとともに、駆
動能力が小さなトランジスタＱ３には常時バイアス電圧
Ｖｂｉａｓが供給され、駆動能力の大きなトランジスタ
Ｑ６には、駆動制御信号Ｉｊが有意の場合には閉じ、駆
動制御信号Ｉｊが非有意の場合には開くスイッチＳＷを
介してバイアス電圧Ｖｂｉａｓが供給される。
詳細回路構成図である。図２に示すように、ホールド増
幅器２６３は、直列接続されたトランジスタＱ１〜Ｑ３
と直列接続されたトランジスタＱ４〜Ｑ６とを並列接続
した、一般的な差動増幅器の構成を有するとともに、駆
動能力が小さなトランジスタＱ３には常時バイアス電圧
Ｖｂｉａｓが供給され、駆動能力の大きなトランジスタ
Ｑ６には、駆動制御信号Ｉｊが有意の場合には閉じ、駆
動制御信号Ｉｊが非有意の場合には開くスイッチＳＷを
介してバイアス電圧Ｖｂｉａｓが供給される。
【００４３】駆動制御信号Ｉｊが非有意の場合には、ト
ランジスタＱ３が動作状態であるが、トランジスタＱ６
が動作状態になく、トランジスタＱ３に印加されたバイ
アス電圧Ｖｂｉａｓのみでホールド増幅器２６３が動作
しているので、高出力インピーダンス化されており、極
めて低い消費電力しか必要とせず、非常に静的に容量２
６２に電荷がホールドされた状態となる。
ランジスタＱ３が動作状態であるが、トランジスタＱ６
が動作状態になく、トランジスタＱ３に印加されたバイ
アス電圧Ｖｂｉａｓのみでホールド増幅器２６３が動作
しているので、高出力インピーダンス化されており、極
めて低い消費電力しか必要とせず、非常に静的に容量２
６２に電荷がホールドされた状態となる。
【００４４】一方、駆動制御信号Ｉｊが有意の場合に
は、トランジスタＱ３に加えて、トランジスタＱ６が動
作状態となるので、消費電力は増加するが、低出力イン
ピーダンス化される。この結果、負荷駆動能力が高ま
り、高速で信号出力が可能となる。
は、トランジスタＱ３に加えて、トランジスタＱ６が動
作状態となるので、消費電力は増加するが、低出力イン
ピーダンス化される。この結果、負荷駆動能力が高ま
り、高速で信号出力が可能となる。
【００４５】また、ソースフォロワの構成をとらず、増
幅器の構成をとるとともに、低出力インピーダンスで信
号出力を行なうので、ダイナミックレンジを確保しつ
つ、高速動作が可能となる。
幅器の構成をとるとともに、低出力インピーダンスで信
号出力を行なうので、ダイナミックレンジを確保しつ
つ、高速動作が可能となる。
【００４６】水平読み出し部２７０は、サンプルホール
ド回路２６０から出力された信号を一方の端子で入力
し、水平走査信号Ｈjの指定に応じて「ＯＮ」状態と
「ＯＦＦ」状態とが切り替わるスイッチ素子２７１を備
える。
ド回路２６０から出力された信号を一方の端子で入力
し、水平走査信号Ｈjの指定に応じて「ＯＮ」状態と
「ＯＦＦ」状態とが切り替わるスイッチ素子２７１を備
える。
【００４７】タイミング制御部３００は、（i）基本タ
イミング信号を発生する基本タイミング部３１０と、
（ii）基本タイミング部３１０から通知された垂直走査
指示に従って、垂直走査信号Ｖiを発生する垂直走査部
３２０と、（iii）基本タイミング部３１０から通知さ
れた水平走査指示に従って、水平走査信号Ｈjおよび駆
動制御信号Ｉjを発生する水平走査部３３０と、（iv）
基本タイミング部３１０から通知された基本タイミング
に従って、サンプル指示信号ＳＨ、クランプ指示信号
Ｃ、リセット指示信号Ｒ、出力電位リセット指示信号ｒ
を発生する制御信号部３４０とを備える。
イミング信号を発生する基本タイミング部３１０と、
（ii）基本タイミング部３１０から通知された垂直走査
指示に従って、垂直走査信号Ｖiを発生する垂直走査部
３２０と、（iii）基本タイミング部３１０から通知さ
れた水平走査指示に従って、水平走査信号Ｈjおよび駆
動制御信号Ｉjを発生する水平走査部３３０と、（iv）
基本タイミング部３１０から通知された基本タイミング
に従って、サンプル指示信号ＳＨ、クランプ指示信号
Ｃ、リセット指示信号Ｒ、出力電位リセット指示信号ｒ
を発生する制御信号部３４０とを備える。
【００４８】本実施例の装置は、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３は、
本実施例の装置の動作を説明するタイミングチャートで
ある。
光部１００に入力した光像データを収集する。図３は、
本実施例の装置の動作を説明するタイミングチャートで
ある。
【００４９】本実施例の固体撮像装置では、タイミング
制御回路３００が、水平走査信号Ｈjをいずれの垂直受
光部に応じた信号も出力選択しない状態（すなわち、す
べてのスイッチ素子２７１は「ＯＦＦ」状態）で、リセ
ット指示信号Ｒおよびクランプ指示信号Ｃが有意とし、
リセット指示信号Ｒが有意の期間中にサンプル指示信号
ＳＨが有意とし、サンプルホールド回路２６０に入力し
た信号は、スイッチ素子２６１を介して容量素子２６２
の第１の端子に入力する設定とする。そして、リセット
指示信号Ｒが有意であり、かつ、サンプル指示信号ＳＨ
が有意の期間中に、出力電位リセット指示信号ｒを一時
的に有意として、スイッチ素子２６４を一時的に閉じ
る。この結果、ホールド増幅器２６３の出力端子と負入
力端子とが一時的に短絡され、ホールド増幅器２６３の
出力端子が接地電位に設定される。
制御回路３００が、水平走査信号Ｈjをいずれの垂直受
光部に応じた信号も出力選択しない状態（すなわち、す
べてのスイッチ素子２７１は「ＯＦＦ」状態）で、リセ
ット指示信号Ｒおよびクランプ指示信号Ｃが有意とし、
リセット指示信号Ｒが有意の期間中にサンプル指示信号
ＳＨが有意とし、サンプルホールド回路２６０に入力し
た信号は、スイッチ素子２６１を介して容量素子２６２
の第１の端子に入力する設定とする。そして、リセット
指示信号Ｒが有意であり、かつ、サンプル指示信号ＳＨ
が有意の期間中に、出力電位リセット指示信号ｒを一時
的に有意として、スイッチ素子２６４を一時的に閉じ
る。この結果、ホールド増幅器２６３の出力端子と負入
力端子とが一時的に短絡され、ホールド増幅器２６３の
出力端子が接地電位に設定される。
【００５０】次に、サンプル指示信号ＳＨを有意とした
ままで、リセット指示信号Ｒおよびクランプ指示信号Ｃ
を非有意とした後、垂直受光部１１０jの垂直走査にお
ける第１番目の受光素子１１０1,jのスイッチ素子１４
０のみを「ＯＮ」状態とする垂直走査信号Ｖ1を出力す
る。スイッチ素子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２２０によって瞬時に容量素子２２２に蓄
積され電圧として出力される。続いて、容量素子２３０
を介してオフセットが低減され、バッファ回路２５０に
よってインピーダンスが変換された後、光電変換素子１
３０に蓄積された電荷量に応じた信号がサンプルホール
ド回路２６０に入力する。
ままで、リセット指示信号Ｒおよびクランプ指示信号Ｃ
を非有意とした後、垂直受光部１１０jの垂直走査にお
ける第１番目の受光素子１１０1,jのスイッチ素子１４
０のみを「ＯＮ」状態とする垂直走査信号Ｖ1を出力す
る。スイッチ素子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２２０によって瞬時に容量素子２２２に蓄
積され電圧として出力される。続いて、容量素子２３０
を介してオフセットが低減され、バッファ回路２５０に
よってインピーダンスが変換された後、光電変換素子１
３０に蓄積された電荷量に応じた信号がサンプルホール
ド回路２６０に入力する。
【００５１】サンプルホールド回路２６０では、バッフ
ァ回路２５０から出力された信号をスイッチ素子２６１
を介して容量素子２６２の第１の端子に入力し、バッフ
ァ回路２５０から出力された信号の電圧値に応じた電荷
を容量素子２６２に蓄積する。
ァ回路２５０から出力された信号をスイッチ素子２６１
を介して容量素子２６２の第１の端子に入力し、バッフ
ァ回路２５０から出力された信号の電圧値に応じた電荷
を容量素子２６２に蓄積する。
【００５２】サンプリング時間の経過後、サンプル指示
信号ＳＨを非有意として、スイッチ素子２６１を切換
え、容量素子２６２の第１の端子をホールド増幅器２６
３の出力端子に接続する。駆動制御信号Ｉｊが非有意の
状態では、ホールド増幅器２６３は実質的に出力駆動を
行なわないので、容量素子２６２に蓄積された電荷がホ
ールドされる。
信号ＳＨを非有意として、スイッチ素子２６１を切換
え、容量素子２６２の第１の端子をホールド増幅器２６
３の出力端子に接続する。駆動制御信号Ｉｊが非有意の
状態では、ホールド増幅器２６３は実質的に出力駆動を
行なわないので、容量素子２６２に蓄積された電荷がホ
ールドされる。
【００５３】次いで、水平走査信号Ｈｊの設定により夫
々の水平読み出し部２７０を順次、択一的に選択すると
ともに、読み出そうとする垂直受光部１１０ｊのサンプ
ルホールド回路２６０に駆動制御信号Ｉｊを水平走査信
号Ｈｊに同期して有意として低出力インピーダンス化を
指示する。サンプルホールド回路２６０のホールド増幅
器２６３は、低インピーダンス化が指示されると、容量
素子２６２蓄積された電荷に応じた信号を高速に出力す
る。こうして、高速に出力された信号を順次読み出すこ
とにより、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に応じた検出信号を順次読
み出す。
々の水平読み出し部２７０を順次、択一的に選択すると
ともに、読み出そうとする垂直受光部１１０ｊのサンプ
ルホールド回路２６０に駆動制御信号Ｉｊを水平走査信
号Ｈｊに同期して有意として低出力インピーダンス化を
指示する。サンプルホールド回路２６０のホールド増幅
器２６３は、低インピーダンス化が指示されると、容量
素子２６２蓄積された電荷に応じた信号を高速に出力す
る。こうして、高速に出力された信号を順次読み出すこ
とにより、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に応じた検出信号を順次読
み出す。
【００５４】なお、リセット指示信号Ｒおよびクランプ
指示信号Ｃは、サンプリング動作の終了の後、垂直走査
における垂直受光部１１０jの第１番目の受光素子１２
０1,jに応じた水平走査が終了するまでに有意に設定さ
れる。
指示信号Ｃは、サンプリング動作の終了の後、垂直走査
における垂直受光部１１０jの第１番目の受光素子１２
０1,jに応じた水平走査が終了するまでに有意に設定さ
れる。
【００５５】受光素子１２０1,jに応じた検出信号を順
次読み出しが終了すると、水平走査信号Ｈjをいずれの
垂直受光部に応じた信号をも出力選択しない状態に、垂
直走査信号Ｖiをいずれの受光素子１１０i,jをも選択し
ない状態にし、上記と同様にして、リセット指示信号Ｒ
が有意の期間中にサンプル指示信号ＳＨが有意とし、サ
ンプルホールド回路２６０に入力した信号は、スイッチ
素子２６１を介して容量素子２６２の第１の端子に入力
する設定とする。そして、リセット指示信号Ｒが有意で
あり、かつ、サンプル指示信号ＳＨが有意の期間中に、
出力電位リセット指示信号ｒを一時的に有意として、ス
イッチ素子２６４を一時的に閉じる。この結果、ホール
ド増幅器２６３の出力端子と負入力端子とが一時的に短
絡され、ホールド増幅器２３６の出力端子が接地電位に
設定される。
次読み出しが終了すると、水平走査信号Ｈjをいずれの
垂直受光部に応じた信号をも出力選択しない状態に、垂
直走査信号Ｖiをいずれの受光素子１１０i,jをも選択し
ない状態にし、上記と同様にして、リセット指示信号Ｒ
が有意の期間中にサンプル指示信号ＳＨが有意とし、サ
ンプルホールド回路２６０に入力した信号は、スイッチ
素子２６１を介して容量素子２６２の第１の端子に入力
する設定とする。そして、リセット指示信号Ｒが有意で
あり、かつ、サンプル指示信号ＳＨが有意の期間中に、
出力電位リセット指示信号ｒを一時的に有意として、ス
イッチ素子２６４を一時的に閉じる。この結果、ホール
ド増幅器２６３の出力端子と負入力端子とが一時的に短
絡され、ホールド増幅器２３６の出力端子が接地電位に
設定される。
【００５６】次に、サンプル指示信号ＳＨを有意とした
ままで、リセット指示信号Ｒおよびクランプ指示信号Ｃ
を非有意とした後、垂直受光部１１０jの垂直走査にお
ける第２番目の受光素子１１０2,jのスイッチ素子１４
０のみを「ＯＮ」状態とする垂直走査信号Ｖ2を出力す
る。スイッチ素子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。
ままで、リセット指示信号Ｒおよびクランプ指示信号Ｃ
を非有意とした後、垂直受光部１１０jの垂直走査にお
ける第２番目の受光素子１１０2,jのスイッチ素子１４
０のみを「ＯＮ」状態とする垂直走査信号Ｖ2を出力す
る。スイッチ素子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。
【００５７】以後、受光素子１２０1,jと同様にして、
受光素子１２０2,jに応じた検出信号を順次読み出す。
受光素子１２０2,jに応じた検出信号を順次読み出す。
【００５８】引き続き、各垂直受光部１１０jの受光素
子１２０を順次指定しながら、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の場合
と同様にして、各垂直受光部１１０jの受光素子１２０
に応じた検出信号を順次読み出すことにより、受光部１
００に入力した光像の撮像データを収集する。
子１２０を順次指定しながら、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の場合
と同様にして、各垂直受光部１１０jの受光素子１２０
に応じた検出信号を順次読み出すことにより、受光部１
００に入力した光像の撮像データを収集する。
【００５９】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４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４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。
【００６０】
【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、垂直受光部ごとに積分回路などの
信号処理回路を設置するとともに、サンプルホールド回
路を出力インピーダンスを制御可能なホールド増幅器を
備えて構成し、外部回路負荷を駆動する信号読み出し時
のみホールド増幅器を低インピーダンス化することとし
たので、ホールド増幅器の低インピーダンス化に伴う高
消費電力化する時間を短くすることができ、平均の消費
電力を低減することが可能となるとともに、広いダイナ
ミックレンジを確保しつつ、高速で外部に信号出力が可
能となる。
体撮像装置によれば、垂直受光部ごとに積分回路などの
信号処理回路を設置するとともに、サンプルホールド回
路を出力インピーダンスを制御可能なホールド増幅器を
備えて構成し、外部回路負荷を駆動する信号読み出し時
のみホールド増幅器を低インピーダンス化することとし
たので、ホールド増幅器の低インピーダンス化に伴う高
消費電力化する時間を短くすることができ、平均の消費
電力を低減することが可能となるとともに、広いダイナ
ミックレンジを確保しつつ、高速で外部に信号出力が可
能となる。
【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ホールド増
幅器の回路構成図である。
幅器の回路構成図である。
【図３】本発明の実施形態の固体撮像装置の動作を説明
するタイミングチャートである。
するタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態の固体撮像装置の変形例の回
路構成図である。
路構成図である。
【図５】従来の固体撮像装置の回路構成図である。
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…容量素子、２
２３…スイッチ素子、２３０…クランプ回路、２３１…
容量素子、２３２…スイッチ素子、２５０…バッファ回
路、２６０…サンプルホールド回路、２６１…スイッチ
素子、２６２…容量素子、２６３…ホールド増幅器、２
６４…スイッチ素子、２７０…水平読み出し部、２７１
…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…垂直走査部、３３０…水平
走査部、３４０…制御信号部。
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…容量素子、２
２３…スイッチ素子、２３０…クランプ回路、２３１…
容量素子、２３２…スイッチ素子、２５０…バッファ回
路、２６０…サンプルホールド回路、２６１…スイッチ
素子、２６２…容量素子、２６３…ホールド増幅器、２
６４…スイッチ素子、２７０…水平読み出し部、２７１
…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…垂直走査部、３３０…水平
走査部、３４０…制御信号部。
Claims (4)
- 【請求項１】 入力した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の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、 駆動制御信号を入力するとともに、夫々の前記積分回路
から出力された信号を夫々入力して、サンプル指示信号
に応じて電荷サンプル動作または電荷ホールド動作を行
う前記第２の数のサンプルホールド回路であって、前記
駆動制御信号が有意となると出力インピーダンスを低減
する前記第２の数のサンプルホールド回路と、 夫々の前記サンプルホールド回路から出力された信号を
夫々入力し、水平走査信号に応じて択一的に出力する第
２の数の水平読み出し部と、 前記垂直走査信号、前記リセット指示信号、前記サンプ
ル指示信号、および水平走査信号を発行するとともに、
前記水平走査信号に同期して前記駆動信号を有意とする
前記タイミング制御部と、 を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記サンプルホールド回路は、 前記積分回路から出力された信号を第１の端子から入力
するとともに、前記サンプル指示信号が有意の場合には
前記第１の端子と第２の端子とを接続し、前記サンプル
指示信号が非有意の場合には前記第２の端子と第３の端
子とを接続する第２のスイッチ素子と、 前記第２のスイッチ素子の第２の端子と第１の端子とが
接続された第２の容量素子と、 前記第２の容量素子の第２の端子と仮想的に正入力端子
に短絡している負入力端子とが接続され、前記正入力端
子が基準電位に設定されるとともに、出力端子が前記第
２のスイッチ素子の第３の端子とが接続され、前記電荷
放出信号が非有意の場合には、前記第２の容量素子に蓄
積された電荷の放出を実質的に行なわず、前記電荷放出
信号が有意の場合には、前記第２の容量素子に蓄積され
た電荷の放出を能動的に行なうホールド増幅器と、 前記ホールド増幅器の負入力端子と第１の端子が接続さ
れ、前記ホールド増幅器の出力端子と第２の端子が接続
されるとともに、出力電位リセット指示信号に応じて開
閉する第３のスイッチ素子を備えるとともに、前記タイ
ミング制御部は、前記出力電位リセット指示信号を更に
出力する、ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
置。 - 【請求項３】 前記電荷放出信号が有意となるタイミン
グと前記水平走査信号が有意となるタイミングとは略同
一である、ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装
置。 - 【請求項４】 前記積分回路と前記サンプルホールド回
路との間に、 夫々の前記積分回路から出力された信号を夫々入力し、
前記積分回路ごとのオフセット分を低減して出力する第
３の容量素子と、前記第３の容量素子を介した信号を夫
々入力し、クランプ指示信号に応じて前記第３の容量素
子の信号出力端子を基準電位に短絡させるクランプ素子
とを備える前記第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した信号を夫々入力
し、インピーダンス変換して、前記サンプルホールド回
路へ向けて出力する前記第２の数のバッファ回路と、 を更に備えるとともに、前記タイミング制御部は前記ク
ランプ制御信号を更に出力する、ことを特徴とする請求
項１記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17926796A JP3836911B2 (ja) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17926796A JP3836911B2 (ja) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1023336A true JPH1023336A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3836911B2 JP3836911B2 (ja) | 2006-10-25 |
Family
ID=16062865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17926796A Expired - Fee Related JP3836911B2 (ja) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | 固体撮像装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3836911B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002519853A (ja) * | 1998-06-24 | 2002-07-02 | インテル・コーポレーション | 赤外フィルタなしピクセル構造 |
| US6498332B2 (en) | 1998-09-09 | 2002-12-24 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state image sensing device |
| KR100517548B1 (ko) * | 2002-07-30 | 2005-09-28 | 삼성전자주식회사 | 씨모오스 영상 소자를 위한 아날로그-디지털 변환기 |
| WO2007099620A1 (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-07 | Fujitsu Limited | 半導体集積回路 |
| US7508433B2 (en) | 2003-10-15 | 2009-03-24 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, pixel-signal processing method, analog-signal transferring device, and analog-signal transferring method |
| JP2010028810A (ja) * | 2008-07-15 | 2010-02-04 | General Electric Co <Ge> | Ｃｍｏｓ増幅器からフリッカー・ノイズを低減するためのシステム及び方法 |
| JP4633991B2 (ja) * | 2000-02-29 | 2011-02-16 | 浜松ホトニクス株式会社 | 信号読出回路 |
| JP2013197949A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Canon Inc | 撮像装置 |
-
1996
- 1996-07-09 JP JP17926796A patent/JP3836911B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002519853A (ja) * | 1998-06-24 | 2002-07-02 | インテル・コーポレーション | 赤外フィルタなしピクセル構造 |
| US6498332B2 (en) | 1998-09-09 | 2002-12-24 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state image sensing device |
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| KR100517548B1 (ko) * | 2002-07-30 | 2005-09-28 | 삼성전자주식회사 | 씨모오스 영상 소자를 위한 아날로그-디지털 변환기 |
| US7742092B2 (en) | 2003-10-15 | 2010-06-22 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, pixel-signal processing method, analog-signal transferring device, and analog-signal transferring method |
| US8004590B2 (en) | 2003-10-15 | 2011-08-23 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, pixel-signal processing method, analog-signal transferring device, and analog-signal transferring method |
| US7508433B2 (en) | 2003-10-15 | 2009-03-24 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, pixel-signal processing method, analog-signal transferring device, and analog-signal transferring method |
| US7719586B2 (en) | 2003-10-15 | 2010-05-18 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, pixel-signal processing method, analog-signal transferring device, and analog-signal transferring method |
| JP4546563B2 (ja) * | 2006-03-01 | 2010-09-15 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体集積回路 |
| JPWO2007099620A1 (ja) * | 2006-03-01 | 2009-07-16 | 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 | 半導体集積回路 |
| WO2007099620A1 (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-07 | Fujitsu Limited | 半導体集積回路 |
| JP2010028810A (ja) * | 2008-07-15 | 2010-02-04 | General Electric Co <Ge> | Ｃｍｏｓ増幅器からフリッカー・ノイズを低減するためのシステム及び方法 |
| JP2013197949A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Canon Inc | 撮像装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3836911B2 (ja) | 2006-10-25 |
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