JPS6376583A

JPS6376583A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPS6376583A
Application number: JP61219666A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hashimoto; 誠二橋本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-06
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2505768B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複数のセンサ信号を各々アンプを通して選択
し読み出す固体撮像装置に関する。

［従来技術］第字図は、従来の固体撮像装置の概略的回路図である。

同図において、センサ信号Ｓ１〜Ｓｎは各々アンプＡ１
〜Ａｎによって増幅され、トランジスタＴ１〜Ｔｎが順
次ＯＮ状態となることによって、点順次化されて出力ラ
イン１０１に現われる。点順次化された信号は、パフフ
ァアンプ１０２を通し出力信号Ｖｏｕｔとして外部へ送
出される。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記従来の撮像装置では、出力ライン１
０１に現われる点順次化された各センサ信号にはアンプ
Ａ１〜Ａｎの入出力特性のバラツキが反映しており、そ
の結果、固定パターンノイズが生じるという問題点を有
していた。

［問題点を解決するための手段］本発明による固体撮像装置は、複数のセンサ信号を各々アンプを通して選択する選択回
路を有する固体撮像装置において、選択されたセンサ信
号と該センサ信号と同一回路を通して選択された基準信
号との差分処理を行う処理回路を有することを特徴とす
る。

［作用］選択回路によって選択されたセンサ信号には、選択の際
に通過したアンプの特性のバラツキ等によるノイズ成分
が加わっている。そこで基準信号を同一回路に通して選
択することで同じノイズ成分をのせる。そして、選択さ
れたセンサ信号と同じく選択された基準信号との差分処
理を行い、上記ノイズ成分を除去する。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は、本発明による固体撮像装置の一実施例の概略
的回路図である。

同図において、パルスφＣ１〜φｃｎによって各々入力
を選択できるスイッチＳＷ１〜Ｓ　Ｗ　ｎが設けられ、
スイッチＳ界工〜ＳＷｎには、ライン状又はエリア状に
配列された光センサ（図示せず。）からのセンサ信号Ｓ
１〜Ｓｎと、基準信号Ｅとが入力している。

スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの各出力端子はアンプＡ１〜Ａ
ｎの入力端子に各々接続され、アンプＡ１〜Ａｎの各出
力端子はトランジスタＴ１〜Ｔｎを介して出力ライン１
０１に接続されている。なお、トランジスタＴ１〜Ｔｎ
の各ゲート電極にはシフトレジスタ等の走査回路からパ
ルスφ１〜φｎが各々印加され、各パルスのタイミング
でトランジスタＴ１〜ＴｎがＯＮ状態となる。

出力ライン１０１はトランジスタ１０３を介して接地さ
れ、トランジスタ１０３のゲート電極にはパルスφｈｒ
ｓが印加される。また、出力ライン１０１は差分処理回
路１に接続され、差分処理回路１からノイズ成分が除去
された出力信号Ｖｏｕｔが出力される。

本実施例における差分処理回路１では、出力ライン１０
１がアンプ１１に接続され、アンプ１１の出力端子にサ
ンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１２および１３の入力端
子が各々接続されている。Ｓ／Ｈ回路１２にはパルスφ
ｈ１が、Ｓ／Ｈ回路１３にはパルスφｈ２が各々制御信
号として入力し、各パルスのタイミングで入力の保持を
行う。Ｓ／Ｈ回路１２および１３の各出力端子は差動ア
ンプ１４の２つの入力端子に各々接続され、差動アンプ
１４から出力信号Ｖｏｕｔが出力される。

次に、本実施例の動作を説明する。

まず、スイッチＳＷｉによって基準信号ＥがアンプＡ１
に入力し、アンプＡ１によって増幅された基準信号Ｅ１
　′がトランジスタＴ１へ出力される。この時、トラン
ジスタＴ１のみがパルスφ１によってＯＮ状態となって
おり、他のトランジスタＴ２〜ＴｎはＯＦＦ状態である
。したがって、基準信号Ｅ１　′がトランジスタＴ１に
よって選択されて出力ライン１０１に現われ、アンプ１
１を通してＳ／Ｈ回路１２に保持される。すなわち、Ｓ
／Ｈ回路１２のパルスφｈ１は、基準信号Ｅ１　　′を
保持するタイミングで供給される。

Ｓ／Ｈ回路１２に保持された基準信号Ｅｌ　　′は、ア
ンプＡ１の特性を反映した信号であり、固定パターンノ
イズとなり得るノイズ成分Ｎ１を含んでいる。すなわち
、Ｅｌ　　’＝Ｅ＋Ｎ１である。

続いて、パルスφｈｒｓによってトランジスタ１０３を
ＯＮＥ態にして、出力ライン１０１に残留している電荷
を除去した後、スイッチＳＷ１によってセンサ信号Ｓ１
がアンプＡ１に入力する。

以下同様に、アンプＡ１によって増幅されたセンサ信号
３１　′がＯＮ状態となったトランジスタＴ１を通して
出力ライン１０１に現われ、アンプ１１を通して今度は
Ｓ／Ｈ回路１３に保持される。

Ｓ／Ｈ回路１３に保持されたセンサ信号５１　′もアン
プＡ１の特性を反映しており、ノイズ成分Ｎ１を含んで
いる（Ｓｌ　　’　＝ＳＬ　＋Ｎｔ　）。

こうしてＳ／Ｈ回路１２に基準信号Ｅ１　′が、Ｓ／Ｈ
回路１３にセンサ信号Ｓ１　′が保持されると、これら
の信号３１　′およびＥｌ　′が差動アンプ１４に入力
する。これにより差動アンプ１４の出力Ｖｏｕｔは両信
号の差（Ｓｌ　’　−Ｅｔ　　’）となり、ノイズ成分
Ｎ１が除去された信号（Ｓｌ−Ｅ）となる。ただし、こ
の場合の基準信号Ｅはセンサ信号Ｓ１の基準レベルを意
味するからＥ＝０であり、したがって、出力信号Ｖｏｕ
ｔはアンプＡ１の影響を受ける前のセンサ信号Ｓ１とな
る。

こうしてセンサ信号Ｓ１を出力すると、トランジスタ１
０３によって出力ライン１０１の残留電荷が除去され、
以下同様のタイミングによって、ノイズ成分Ｎ２〜Ｎｎ
の除去されたセンサ信号Ｓ２〜Ｓｎが順次差動アンプ１
４から出力される。

なお、ここでは基準信号Ｅを各センサ信号より先に読出
して保持したが、勿論、順序を逆にしても同様である。

また、基準信号Ｅ′およびセンサ信号３１　′を共にＳ
／Ｈ回路に保持したが、一方のＳ／Ｈ回路を省略して、
アンプ１１の出力端子をアンプ１４の入力端子に直接接
続した構成でもよい。この場合、先に読出す信号をＳ／
Ｈ回路に保持しておき、他方の信号を読出す時に差動ア
ンプ１４から出力信号Ｖｏｕｔが出力される。

第２図は、本実施例におけるスイッチＳＷ１〜Ｓ　Ｗ　
ｎの一例を示す回路図である。

同図において、まずパルスφｔによってトランジスタ２
０１をＯＮ状態とし、センサ信号Ｓ１をキャパシタＣ１
に蓄積する。続いて、パルスφｃｂによってトランジス
タ２０３をＯＮ状態にして基準信号ＥをアンプＡ１へ出
力する。

そして上述したように基準信号Ｅｌ　　’を保持すると
、パルスφＣａによってトランジスタ２０２をＯＮ状態
にして、キャパシタＣ１に蓄積されているセンサ信号Ｓ
１をアンプＡ１へ出力する。

スイッチＳＷ２〜Ｓ　Ｗ　ｎも同様の構成を有し、同様
の動作を行う。

第３図は、本実施例におけるスイッチＳＷ１〜Ｓ　Ｗ　
ｎの他の例を示す回路図である。

本例では基準信号Ｅをセンサのリーク成分のバラツキに
起因する駆動ノイズから生成する。

同図において、まずパルスφｔ１によってトランジスタ
３０１をＯＮ状態にしてセンサ信号Ｓ１をキャパシタＣ
１１に蓄積する。続いて、パルスφｔ２によってトラン
ジスタ３０３をＯＮ状ｙＥとし、センサに光情報がない
状態又は暗状態でのセンサ信号を基準信号Ｅとしてキャ
パシタＣ１２に蓄積する。これによってキャパシタＣＬ
２には当該センサの駆動ノイズ成分が蓄積される。以下
、上述したように、トランジスタ３０４をＯＮ状態にし
てキャパシタＣ１２に蓄積された基準信号ＥをアンプＡ
１へ出力し、続いてトランジスタ３０２をＯＮ状態にし
てキャパシタＣ１ｌに蓄積されたセンサ信号Ｓ１をアン
プＡ１へ出力する。

このようにセンサの駆動ノイズ成分を基準信号Ｅに用い
ることによって、差動アンプ１４の出力Ｖｏｕｔ＝　（
Ｓｌ　’　−Ｅｌ　’）はアンプＡ１によるノイズ成分
Ｎ１だけではなく、センサの駆動ノイズ成分も除去され
たものとなる。

第４図（Ａ）は、本実施例における差分処理回路１の他
の例の回路図、第４図（Ｂ）は、その動作を説明するだ
めのタイミングチャートである。

本例では、クランプ回路によって結果的に差分処理を行
っている。

同図（Ａ）および（Ｂ）において、まずアンプＡ１で増
幅された基準信号Ｅ１　′が出力ライン１０１に現われ
、トランジスタ１５および１６から成るアンプを通して
キャパシタ１７およびトランジスタ１８から成るクラン
プ回路に入力する。この時、クランプパルスφＳによっ
てトランジスタ１８はＯＮ状態となっているために、基
準信号Ｅ１　　’のレベルが基準レベルとしてクランプ
される。その結果、続いて出力ライン１０１に現われる
センサ信号３１　′は、基準信号Ｅｌ　　’を基準レベ
ルとしてトランジスタ１９および２０から成るアンプに
よって増幅される。すなわち、第１図の場合と同様に、
センサ信号５１　′から基準信号Ｅ工　′を除去した出
力信号Ｖｏｕｔが得られる。

以下同様に、基準信号Ｅｌ　　’を読出すタイミングで
クランプパルスφＳを発生させることで、ノイズ成分が
除去されたセンサ信号Ｓ１〜Ｓｎを順次出力することが
できる。

第５図（Ａ）は、本発明の他の実施例の概略的回路図、
第５図（Ｂ）は、その動作を説明するだめのタイミング
チャートである。

第５図（Ａ）において、センサＢ１〜Ｂｎ（以下、Ｂと
略記する。）はベース蓄積型フォトトランジスタから成
り、ベース電位をキャパシタを介して制御することで、
入射光によって励起されたキャリアをベース領域に蓄積
し、その蓄積電圧なセンサ信号として読出し、また蓄積
キャリアを除去するという動作を行う。

センサＢのキャパシタ７［ａには読出し又はリフレッシ
ュ動作を行うためのパルスφｒが印加される。またセン
サＢのセンサ信号Ｓ１〜Ｓｎ（以下、Ｓと略記する。）
を読出す各エミッタ電極はトランジスタＱｒ１〜Ｑ　ｒ
　ｎ　（以下、Ｑｒと略記する。）を介して接地されて
いる。さらに、各エミッタ電極は、トランジスタＱａ１
〜Ｑａｎ　（以下、Ｑａと略記する。）を介して一時蓄
積用キャパシタＣ１１〜Ｃｎｌに、かつ、トランジスタ
ＱＣ１〜Ｑｃｎ（以下、Ｑｃと略記する。）を介して一
時蓄積用キャパシタＣ１２〜Ｃｎ２に、各々接続されて
いる。

さらに、キャパシタ０１１〜Ｃｎ１はトランジスタＱｂ
１〜Ｑ　ｂ　ｎを介してアンプＡ１〜Ａｎのゲート電極
に、キャパシタＣ１２〜Ｃｎ２はトランジスタＱｄ１〜
Ｑｄｎを介して同じくアンプＡ１〜Ａｎのゲート電極に
、各々接続されている。

アンプＡ１〜Ａｎの一方の端子にはトランジスタＴ１〜
Ｔｎを介して電圧Ｖｃｃが印加され、他方の端子は出力
ライン５０１に共通接続されている。

また、トランジスタＱｂ１〜Ｑ　ｂ　ｎの各ゲート電極
にはトランジスタＱｅｌ〜Ｑ　ｅ　ｎを介してパルスφ
ａ１が印加され、トランジスタＱｄｌ〜Ｑ　ｄ　ｎの各
ゲート電極にはトランジスタＱｆ１〜Ｑ　ｆ　ｎを介し
てパルスφｂ１が印加される。

さらに、トランジスタＱｅ１〜Ｑｅ　ｎ、Ｑｆ工〜Ｑｆ
ｎおよびＴ１〜Ｔｎの各ゲート電極には、パルスφ１〜
φｎがそれぞれ印加される。

出力ライン５０１にはトランジスタ５０２が接続され、
トランジスタ５０２を介して電圧Ｖｓｓが印加される。

そして、各アンプで増幅されて出力ライン５０１に現わ
れた信号Ｓ′は差分処理回路１に入力し、すでに述べた
差分処理が行われる。ただし、本実施例の差分処理回路
１は、第１図に示すＳ／Ｈ回路を用いた差動力式である
。

次に、第５図（Ｂ）を参照しながら本実施例の動作を説
明する。

センサＢのベース領域には入射光の照度に対応したキャ
リアが蓄積されているとする。

まず、期間Ｔｍｌにおいて、パルスφｒｈによってトラ
ンジスタＱｒをＯＮ状態として各センサのエミッタ電極
および垂直ラインを接地し、パルスφＥ１およびφｔ２
によってトランジスタＱａおよびＱＣをＯＮ状態にして
キャパシタＣ１ｌ〜Ｃｎ１およびＣ１２〜Ｃｎ２のキャ
リアをクリアする。

次に、期間Ｔｍ２において、パルスφｔ１によってトラ
ンジスタＱａをＯＮ状態にし、読出しパルスφｒを印加
することによってセンサＢからのセンサ信号Ｓをキャパ
シタＣ１ｌ〜Ｃｎ１に蓄積する。ただし、これらのセン
サ信号には、上述したように各センサの駆動ノイズが含
まれている。

続いて、期間Ｔ　ｍ　３において、パルスφｒｈにより
トランジスタＱｒをＯＮ状態にしてセンサＢのエミッタ
電極を接地し、リフレッシュパルスφｒによってセンサ
Ｂのリフレッシュ動作を行う。リフレッシュ動作が終了
すると、トランジスタＱｒをＯＦＦ状態にするとともに
パルスφｔ２によってトランジスタＱｃをＯＮ状態にす
る。そして、蓄積動作を行う前に読出しパルスφｒを印
加してセンサＢの読出し動作を行い、その駆動ノイズ、
すなわち上述した基準信号Ｅ１〜ＥｎをキャパシタＣ１
２〜Ｃｎ２に各々蓄積する。この後でセンサＢは蓄積動
作を開始する。

以上の動作をブランキング期間ＢＬＫに行った後、各キ
ャパシタに一時的に蓄積された信号を出力ライン５０１
に順次読出す。

まず、パルスφ１によってトランジスタＴ１、Ｑｅｘお
よびＱｆｌをＯＮ状態にする。これによって、アンプＡ
１に電圧Ｖｃｃが印加され、アンプＡ、が動作状態とな
る。他のアンプＡ２〜Ａｎは非動作成ｔンである。また
、パルスφ１と同時にパルスφａ１も立上がり、ＯＮ状
態となったトランジスタＱｅｘを通してトランジスタＱ
ｂｔをＯＮ状態とする。これによって、キャパシタＣ１
ｌに蓄積されたセンサ信号Ｓ１がアンプＡ１によって増
幅されて出力ライン５０１に現われ、上述したように差
分処理回路１のＳ／Ｈ回路１２に保持される。。

続いて、パルスφｂ１が立上がり、トランジスタＱｆ１
を通してトランジスタＱｄｔをＯＮ状態にする。これに
よってキャパシタＣ１２に蓄積された基準信号Ｅ１がア
ンプＡ１によって増幅されて出力ライン５０１に現われ
、Ｓ／Ｈ回路１３に保持される。

なお、キャパシタＣ１１のセンサ信号Ｓ１をアンプＡ１
に出力した後、キャパシタＣ１２の基準信号Ｅ１を出力
するまでの間に、アンプＡ１の入力の電位を基準電位に
リセットすることも考えられる。

しかし、アンプＡ１の入力容量はトランジスタの重なり
容量がほとんどであり、キャパシタＣＯおよびＣ１２の
容量に比べて十分小さいために、残留電荷を無視するこ
とができる。また、アンプのバラツキによる固定パター
ノイズは画像信号が小さい時に顕著になるが、画像信号
が小さい時はアンプの残留電荷は更に小さくなっている
。

以上の理由から、本実施例ではアンプＡ１〜Ａｎの入力
端子をリセットする手段が省略されている。勿論、上記
残留電荷が無視できない用途ではアンプＡの入力にリセ
ット手段を設ける必要がある。

こうしてＳ／Ｈ回路１２および１３にセンサ信号Ｓ１　
′および基準信号Ｅ１　′が保持されると、既に述べた
差分処理により、駆動ノイズ成分およびノイズ成分Ｎ１
が除去されたセンサ信号Ｓ１が出力信号Ｖｏｕｔとして
差動アンプ１４から出力される。以下同様にして、セン
サ信号Ｓ２〜Ｓｎが順次出力される。

全てのセンサ信号が出力されると、その間にセンサＢに
は入射光に対応したセンサ信号が蓄積されており、以下
同様にしてブランキング期間ＢＬＫにセンサ読出し動作
およびリフレッシュ動作が行われ、モしてセンサＢの蓄
積動作とともにキャパシタに一時蓄積されたセンサ信号
の点順次化動作が繰返される。

なお、差分処理回路１に第４図に示すクランプ回路を用
いる場合は、基準信号Ｅ１が蓄積されたキャパシタＣ１
２の方を先に読出し、その後でセンサ信号Ｓ１が蓄積さ
れたキャパシタＣｔｔを読出す必要がある。基準信号Ｅ
２〜Ｅｎおよびセンサ信号Ｓ２〜Ｓｎの場合も同様であ
る。

第６図は、上記実施例を使用した撮像装置の一例の概略
的構成図である。

同図において、撮像素子６０１は上記各実施例の構成を
有し、その出力信号Ｖｏｕｔは信号処理回路６０２によ
ってゲイン調整等の処理が行われ、ＮＴＳＣ信号等の標
準テレビジョン信号として出力される。

また、撮像素子６０１を駆動するための各種パルスφは
ドライバ６０３によって供給され、ドライバ６０３は制
御部６０４の制御によって動作する。また、制御部６０
４は撮像素子６０１の出力に基いて信号処理回路６０２
のゲイン等を調整するとともに、露出制御手段６０５を
制御して撮像素子３０１に入射する光量を調整する。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明による固体撮像装置
は、選択されたセンサ信号と、同じく選択された基準信
号との差分処理を行うことでノイズ成分を除去して出力
信号を得る。したがって、選択回路のアンプの入出力特
性の電位バラツキに依存する読出し信号のバラツキを補
正することができ、アンプの特性バラツキに起因する固
定パターンノイズを除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による固体撮像装置の一実施例の概略
的回路図、第２図は、本実施例におけるスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの
一例を示す回路図、第３図は、本実施例におけるスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの
他の例を示す回路図、第４図（Ａ）は、本実施例における差分処理回路１の他
の例の回路図、第４図（Ｂ）は、その動作を説明するた
めのタイミングチャート、第５図（Ａ）は、本発明の他の実施例の概略的回路図、
第５図ＣＢ）は、その動作を説明するためのタイミング
チャート、第６図は、上記実施例を使用した撮像装置の一例の概略
的構成図、第７図は、従来の固体撮像装置の概略的回路図である。１−・・差分処理回路１１・・・アンプ１２．１３・・・Ｓ／Ｈ回路１４・・・差動アンプ１７・・・キャパシタ（クランプ回路）１８・・・トラ
ンジスタ（クランプ回路）１０１．５０１・・・出力ラ
インＡ１〜Ａｎ・・ｅアンプＢ１〜Ｂｎ＊・令センサ代理人　　弁理士　山　下　積　平第２図　　　第３図第４図第５図（８）第６０第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のセンサ信号を各々アンプを通して選択する
選択回路を有する固体撮像装置において、選択されたセンサ信号と該センサ信号と同一回路を通して選択された基準信号との差分処理を行
う差分処理回路を有することを特徴とする固体撮像装置
。
（２）上記差分処理回路は、上記選択されたセンサ信号
を保持する第一の保持回路と、上記選択された基準信号
を保持する第二の保持回路と、第一および第二の保持回
路の各出力信号を入力してそれらの差に対応した信号を
出力する差動アンプとから成ることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
（３）上記差分処理回路は、上記選択された基準信号成
分をクランプし、上記選択されたセンサ信号から前記選
択された基準信号成分を除去するクランプ回路から成る
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固体撮像
装置。
（４）上記基準信号は、当該センサの暗信号であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項
記載の固体撮像装置。