(57)【要約】【課題】複数の動作モードにおいて、高Ｓ／Ｎ比を実現することができる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することを課題とする。【解決手段】各々が光電変換により電荷を生成し、前記電荷を蓄積する光電変換部を有する複数の画素（１）と、複数の前記画素と接続されると共に、前記画素により生成された電荷を増幅する増幅器（２）とを有し、前記増幅器は、少なくとも２種類のオフセット電圧を設定することができるオフセット電圧設定手段（ＳＷ１）を有することを特徴とする固体撮像装置が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が光電変換により電荷を生成し、前記電荷を蓄積する光電変換部を有する複数の画素と、
複数の前記画素と接続されると共に、前記画素により生成された電荷を増幅する増幅器とを有し、
前記増幅器は、少なくとも２種類のオフセット電圧を設定することができるオフセット電圧設定手段を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記オフセット電圧設定手段は、動作モードに応じて異なるオフセット電圧を設定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】
前記画素は、前記光電変換部から溢れた電荷を蓄積する電荷蓄積部を有し、
前記オフセット電圧設定手段は、前記光電変換部に蓄積された電荷を読み出す動作モードと前記光電変換部から溢れた前記電荷蓄積部の電荷を読み出す動作モードとで異なるオフセット電圧を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記増幅器は、
増幅を行うオペアンプと、
前記画素の信号出力線及び前記オペアンプの負入力端子間に接続される入力容量と、
前記オペアンプの出力端子及び前記オペアンプの負入力端子間に接続可能な帰還容量とを有し、
前記オフセット電圧設定手段は、前記帰還容量に前記少なくとも２種類のオフセット電圧のノードと選択的に接続可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
さらに、前記オペアンプの出力端子及び前記オペアンプの負入力端子を接続するためのスイッチを有し、
前記帰還容量は、一端が前記オペアンプの負入力端子に接続され、
前記オフセット電圧設定手段は、前記帰還容量の他端を、前記オペアンプの出力端子及び前記少なくとも２種類のオフセット電圧のノードのうちのいずれかに接続することを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記スイッチがオンし、かつ、前記オフセット電圧設定手段が前記帰還容量の他端を前記少なくとも２種類のオフセット電圧のノードのいずれかに接続した後に、前記スイッチがオフし、その後、前記オフセット電圧設定手段が前記帰還容量の他端を前記オペアンプの出力端子に接続することを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記オフセット電圧設定手段は、前記光電変換部に蓄積された電荷を読み出す動作モードと前記光電変換部から溢れた電荷蓄積部の電荷を読み出す動作モードとで異なるオフセット電圧のノードに接続することを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
各々が光電変換により電荷を生成し、前記電荷を蓄積する光電変換部を有する複数の画素と、
複数の前記画素と接続されると共に、前記画素により生成された電荷を増幅する増幅器とを有する固体撮像装置の駆動方法であって、
動作モードに応じて異なるオフセット電圧を前記増幅器に設定するオフセット電圧設定ステップを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、光電荷が蓄積されている間に光電変換部から溢れた出た電荷が転送ゲートを介して浮遊拡散部（フローティングディフュージョン：ＦＤ）に流入する固体撮像装置が記載されており、ダイナミックレンジ拡大の方法が開示されている。この場合、光信号を読み出した後にリセット信号を読み出すこととなる。
【０００３】
特許文献２には、画素に蓄積された電荷を、複数配列された画素の各列に配置された増幅器により読み出す固体撮像装置が開示されている。各列に増幅器を配した読み出し回路は列アンプ方式と呼ばれ、ランダムノイズを低減できることが知られている。特許文献２には、画素をリセットしたことに対応するリセット信号を読み出した後に、光電変換部に蓄積された電荷に基づく光信号を読み出すことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６３０７１９５号明細書
【特許文献２】特開２００４−２９７５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されているダイナミックレンジを拡大する手法と、特許文献２に記載されている列アンプ方式とを一つのセンサで両立しようとした際に、列アンプのダイナミックレンジが圧迫されるという課題がある。以下詳細に説明する。
【０００６】
特許文献２で開示されている複数配列された画素の各列に配置された増幅器（以降列アンプと称する）が反転アンプであれば、リセット信号を読み出した後に光信号を読み出す場合、アンプの出力は低い電圧から高い電圧に変化する。列アンプでゲインをかけている場合、その変化量は、入力電圧がゲイン倍された信号が生じる。アンプの出力レンジを一杯に使うため、列アンプのクランプ動作は、リセット出力が列アンプの出力レンジの下限になるように設定することが考えられる。
【０００７】
このような設定において、特許文献１に開示されるような手法を適用した場合、光信号を読み出した後にリセット信号を読み出すため、出力電圧は高い電圧から低い電圧に変化する。しかしながら、クランプ動作において、列アンプの出力は出力レンジの下限になるように設定されているため、光信号が入力された際、列アンプは更に低い出力を出そうとするため、出力が飽和してしまう。
【０００８】
また、クランプ動作時に列アンプが出力レンジの中間レベルになるように設定した場合、夫々の読み出しにおいては、その出力レンジは半減してしまう。
【０００９】
本発明の目的は、複数の動作モードにおいて、高Ｓ／Ｎ比を実現することができる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固体撮像装置は、各々が光電変換により電荷を生成し、前記電荷を蓄積する光電変換部を有する複数の画素と、複数の前記画素と接続されると共に、前記画素により生成された電荷を増幅する増幅器とを有し、前記増幅器は、少なくとも２種類のオフセット電圧を設定することができるオフセット電圧設定手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、各々が光電変換により電荷を生成し、前記電荷を蓄積する光電変換部を有する複数の画素と、複数の前記画素と接続されると共に、前記画素により生成された電荷を増幅する増幅器とを有する固体撮像装置の駆動方法であって、動作モードに応じて異なるオフセット電圧を前記増幅器に設定するオフセット電圧設定ステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
異なるオフセット電圧を設定することにより、動作モードに応じて適切なダイナミックレンジを利用し、各動作モードにおいて高Ｓ／Ｎ比を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のダイナミックレンジ拡大動作モードの駆動タイミングチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態の通常動作モードの駆動タイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態の駆動タイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態の画素等価回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す回路図であり、２次元状に画素が配列された固体撮像装置のうち、ある列の２画素分の回路と、これら２画素の共通の信号出力線１４に接続された読み出し回路を示している。
【００１５】
１はワイドダイナミックレンジ対応の画素（センサ及び画素回路）である。画素１は、光電変換部ＰＤ、出力ソースフォロワトランジスタＳＦ、ワイドダイナミックレンジ用コンデンサ１１、スイッチＷＤ、画素信号転送スイッチＴＸ、画素リセットスイッチＲＥＳ、行選択スイッチＳＥＬを有する。１４は信号出力線である。１９は電流源である。光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードであり、光電変換により電荷を生成し、その電荷を蓄積する。ＦＤは、浮遊拡散部であり、電荷を蓄積することができる。画素１は、行列状に配列される。
【００１６】
２は増幅器（列アンプ）である。増幅器２は、複数の画素に対して信号出力線１４を介して共通に接続され、画素１により生成された電荷を増幅する。２２はオペアンプである。ＯＵＴはオペアンプ２の出力端子である。ＣＦは帰還容量である。ＳＷ１は少なくとも２種類のオフセット電圧を設定することができるオフセット電圧設定スイッチ（オフセット電圧設定手段）である。ここでは、電源ＶＬ又はＶＨに接続できるように構成された例を示す。ＳＷは帰還容量ＣＦのリセットスイッチである。Ｃ０は入力容量である。
【００１７】
３は信号保持部であり、リセット時の信号を保持する容量ＣＴＮ、光信号を保持する容量ＣＴＳ、及び増幅器２の出力をサンプルホールドするスイッチＴＳ，ＴＮを有する。容量ＣＴＳ及びＣＴＮに蓄積された電荷は、スイッチＳＲを介して出力アンプ４に出力される。スイッチＳＲは、走査回路により制御される。出力アンプ４は、容量ＣＴＳ及びＣＴＮの電圧を差動増幅し、出力端子Ｃｈｉｐ−ＯＵＴから出力する。
【００１８】
本実施形態は、特にクランプ容量Ｃ０を含む増幅器２を有し、複数の読み出しモードを有する固体撮像装置に適している。本実施形態においては、光電変換部ＰＤに蓄積した電荷を読み出す通常動作モードと、光電変換部ＰＤから溢れた電荷をダイナミックレンジ拡大信号として用いるダイナミックレンジ拡大動作モードに適応した場合について説明する。本実施形態の固体撮像装置は、通常動作モード及びダイナミックレンジ拡大動作モードを選択することができる。
【００１９】
本実施形態について、さらに詳しく説明する。本実施形態に係る増幅器２は、オペアンプ２２と帰還容量ＣＦを含むと共に、スイッチＳＷ１により、帰還容量ＣＦの一方の端子と高電圧ＶＨ又は低電圧ＶＬとを選択的に接続できるように構成されている。オペアンプ２２の正入力電極（＋入力端子）には、基準となる電圧Ｖｒが与えられる。
【００２０】
本実施形態に係る特徴的な動作としては、まず、帰還容量ＣＦを初期化（リセット）する際に出力端子ＯＵＴを負入力電極（−入力端子）にショートさせると共に、帰還容量ＣＦ端を高電圧ＶＨ、もしくは低電圧ＶＬのノードにショートさせる。その後、帰還容量ＣＦ端を出力端子ＯＵＴへショートさせる。
【００２１】
以上のようにすることで、オペアンプ２２はオフセット電圧を可変とすることが可能となり、リセット直後の電圧を高電圧ＶＨ、もしくは低電圧ＶＬに設定する事が出来、ダイナミックレンジ拡大動作モード時、通常動作モード時とも良好な動作をする事が出来る。本実施形態によれば、簡便な回路であるオペアンプ２２を用いつつ、複数の動作モードに対して好適に動作できる動作点にて信号出力を行うことが可能となる。
【００２２】
本実施形態は、通常動作モード、ダイナミックレンジ拡大動作モードを通常のオペアンプ２２にて対応する。各々図２、図３のタイミングチャートを用いて説明する。
【００２３】
図２中のｉｎは可変基準アンプ２の入力端子である。入力端子ｉｎの波形は、画素１の出力である信号出力線１４の波形と同じである。図２中のＯＵＴは可変基準アンプ２の出力端子である。その他の波形は、図１中の各トランジスタのゲート電圧のパルスを示している。ダイナミックレンジ拡大動作モードにおいては、光電変換部ＰＤから溢れた電荷を浮遊拡散部ＦＤに保持するため、蓄積期間中に浮遊拡散部ＦＤの電圧に対応する図２の入力端子ｉｎの電圧は降下する。
【００２４】
図２は、ダイナミックレンジ拡大動作モードにおける本実施形態の固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。転送スイッチＴＸはリセット動作時にオン状態になるのを除いては、常にオフ状態である。具体的には、リセット動作は、時刻Ｔ２０５後の、スイッチＴＮがオフになってから行選択スイッチＳＥＬがオフになるまでの期間に行う。ダイナミックレンジ拡大動作モードでは、スイッチＷＤはオンであり、容量１１は浮遊拡散部ＦＤに接続された状態となる。
【００２５】
時刻Ｔ２０１において、スイッチＳＷをオンさせると、オペアンプ２２はリセット状態となり、オペアンプ２２の仮想接地により電圧Ｖｒを出力する。同時に、スイッチＳＷ１を用いて帰還容量ＣＦを電圧ＶＨのノードに接続する。これにより、帰還容量ＣＦの両端にＶｒ−ＶＨの電位差を記憶させる。
【００２６】
時刻Ｔ２０２において、スイッチＳＷをオフとした後、時刻Ｔ２０３においてスイッチＳＷ１を出力端子ＯＵＴに接続することで、帰還容量ＣＦを増幅器２の出力端子ＯＵＴに接続する。これにより、帰還容量ＣＦの保持機能によりオペアンプ２２の出力端子ＯＵＴは高電圧ＶＨになる。時刻Ｔ２０４において、スイッチＴＳをオンし、増幅器２の出力端子ＯＵＴの露光時画素信号を容量ＣＴＳに一時蓄積する。
【００２７】
次に、リセット時信号の出力を行う。時刻Ｔ２０５において、画素リセットスイッチＲＥＳをオンし、画素１の浮遊拡散部ＦＤをリセットする。増幅器２の入力端子ｉｎはダークレベル（Dark Level）まで上昇し、増幅器２の出力端子ＯＵＴはダークレベル（Dark Level）まで下降する。同時に、出力端子ＯＵＴのリセット信号（ノイズ信号）をスイッチＴＮを通じて容量ＣＴＮに一時蓄積する。
【００２８】
上記時刻Ｔ２０１〜Ｔ２０５の期間中、行選択スイッチＳＥＬはオンしており、読み出している行の画素１はオペアンプ２２と繋がっている。
【００２９】
最後に、時刻Ｔ２０６において、走査回路を用いてスイッチＳＲをオンさせ、容量ＣＴＳ及びＣＴＮに一時蓄積した信号を容量分割にて出力アンプ４へ出力する。出力アンプ４は、容量ＣＴＳの電圧から容量ＣＴＮの電圧を減算し、出力する。これにより、リセット信号（ノイズ信号）が除去された画素信号（光信号）が得られる。
【００３０】
以上により、ダイナミックレンジ拡大動作モードでは、先に光信号すなわちライト（Light Level）を読み出す際に、高いオフセット電圧ＶＨが出力される。その後、リセット信号すなわちダークレベル（Dark Level）を読む際には、光量に応じて、予め帰還容量ＣＦに記憶されていた電圧分だけ低い電位を出力させることで、出力のダイナミックレンジを有効に活用できる。
【００３１】
図３は、通常動作モードにおける本実施形態の固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングである。通常動作モードにおいては、スイッチＷＤをオフさせている為、ワイドダイナミックレンジ用容量１１は浮遊拡散部ＦＤに繋がっていない。タイミングチャートの表記は図２と同等である。
【００３２】
ダイナミックレンジ拡大動作モードとは異なり、通常動作モードでは、リセット信号（ノイズ信号）を読み出した後に光信号を読み出す。帰還容量ＣＦと直列に挿入したスイッチＳＷ１は、低電圧ＶＬに接続される状態と、増幅器２の出力端子ＯＵＴに接続される状態の２つの状態に切り替えられる。
【００３３】
時刻Ｔ３０１において、画素リセットスイッチＲＥＳをオンし、浮遊拡散部ＦＤをリセットする。同時に、スイッチＳＷをオンし、スイッチＳＷ１を低電圧ＶＬのノードに接続し、オペアンプ２２をリセットし、帰還容量ＣＦに低電圧ＶＬを印加する。増幅器２の入力端子ｉｎはダークレベル（Dark Level）へと上昇、増幅器２の出力端子ＯＵＴは電圧Ｖｒとなる。これにより、帰還容量ＣＦにＶｒ−ＶＬの電位差を記憶させる。
【００３４】
時刻Ｔ３０２において、スイッチＳＷをオフとした後、時刻Ｔ３０３において、スイッチＳＷ１を出力端子ＯＵＴに接続することで、帰還容量ＣＦの保持機能によりオペアンプ２２の出力端子ＯＵＴは低電圧ＶＬになる。
【００３５】
時刻Ｔ３０３において、画素リセットスイッチＲＥＳをオフし、浮遊拡散部ＦＤをフローティグ状態にする。スイッチＴＮをオンすることで、出力端子ＯＵＴのダークレベル（Dark Level）を容量ＣＴＮにサンプルホールドする。
【００３６】
時刻Ｔ３０４において、転送スイッチＴＸをオンし、読み出したい画素１の光電変換部ＰＤと浮遊拡散部ＦＤを接続し、光電変換部ＰＤの信号を浮遊拡散部ＦＤに転送する。次に、時刻Ｔ３０５において、スイッチＴＳをオンすることにより、転送終了後の出力端子ＯＵＴのライトレベル（Light Level）を容量ＣＴＳにサンプルホールドする。
【００３７】
時刻Ｔ３０６において、走査回路を用いてスイッチＳＲをオンさせ、容量ＣＴＳ及びＣＴＮに一時蓄積した信号を容量分割にて出力アンプ４へ出力する。出力アンプ４は、容量ＣＴＳの電圧から容量ＣＴＮの電圧を減算し、出力する。これにより、リセット信号（ノイズ信号）が除去された画素信号（光信号）が得られる。
【００３８】
以上のように、通常動作モードでは、リセット信号すなわち図３のダークレベル（Dark Level）を先に読む。その際に、リセット電圧をＶｒより低い電圧ＶＬにすることで、その後に光信号すなわち図３のライトレベル（Light Level）を読む際に広いダイナミックレンジが得られる駆動方法となっている。
【００３９】
以上のように、本実施形態では、ダイナミックレンジ拡大動作モードと通常動作モードで、増幅器２のリセット電圧を異なるように設定することで、増幅器２の出力ダイナミックレンジを広くとることができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ダイナミックレンジ拡大動作と通常動作とを個別に説明した。これに対し、本発明の第２の実施形態では、ダイナミックレンジ拡大動作に続けて、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷を読み出す通常動作を行う例を示す。
【００４１】
図５は本発明の第２の実施形態の画素等価回路図であり、図６は本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す回路図である。画素は図５に示す通りであり、第１の実施形態とはスイッチＷＤ及び容量１１を持たない点で異なる。固体撮像装置は図６に示す通りであり、ダイナミックレンジ拡大動作による信号を保持するための容量ＣＴＳＷとＣＴＮＷと光電変換部ＰＤに蓄積された信号を通常動作として読み出した信号を保持するための容量ＣＴＳとＣＴＮの２セットを用意する。
【００４２】
図４は、本実施形態の固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。基本的な動作は、第１の実施形態と同じである。ＦＤは、画素１の浮遊拡散部ＦＤの電圧を表し、ＯＵＴは増幅器２の出力端子ＯＵＴの電圧を示す。
【００４３】
ダイナミックレンジ拡大信号は光電変換部ＰＤが一杯になり、光電変換部ＰＤから溢れ出した電荷が転送スイッチＴＸを介して浮遊拡散部ＦＤに蓄積される。なお、光の照射量が少ない画素１では電荷が光電変換部ＰＤから溢れ出さない。ソースフォロワトランジスタＳＦは、ｎ型の画素ソースフォロワであり、溢れた光信号（電子）が多いほど出力される電圧は低い値となる。スイッチＳＷ１は、ｔ２〜ｔ４の期間では高電圧ＶＨのノードに、ｔ１１〜ｔ１３の期間では低電圧ＶＬのノードに接続され、それ以外は帰還容量ＣＦと出力端子ＯＵＴを短絡している。
【００４４】
時刻ｔ１〜ｔ４で、画素ソースフォロワトランジスタＳＦの出力値で増幅器２をクリップする。その際、スイッチＳＷ１を高電圧ＶＨのノードに接続することで、増幅器２に高いオフセット電圧ＶＨを設定し、増幅器２の出力端子ＯＵＴを高い状態に設定する。時刻ｔ５〜ｔ６では、ダイナミックレンジ拡大動作モードにおいて、スイッチＴＳ＿Ｗをオンにし、増幅器２の出力端子ＯＵＴの画素信号を容量ＣＴＳＷに蓄積させる。その後、時刻ｔ７〜ｔ８において、リセットスイッチＲＥＳをオンし、浮遊拡散部ＦＤをリセットする。
【００４５】
本実施形態のアンプ２２が反転アンプであるため、増幅器２の出力端子ＯＵＴはこの動作により、低い電圧に変化する。従来技術では、この出力が飽和してしまったり、、出力レンジが狭まったりするという問題が生じるが、本発明によれば増幅器２の出力レンジを有効に利用することができるようになる。
【００４６】
時刻ｔ９〜ｔ１０において、ダイナミックレンジ拡大動作モードにおいて、スイッチＴＮ＿Ｗをオンにし、増幅器２の出力端子ＯＵＴのリセット信号（ノイズ信号）を容量ＣＴＮＷに蓄積させる。
【００４７】
次に、画素ソースフォロワトランジスタＳＦをリセットし、その状態で再び、時刻ｔ１１〜ｔ１３において、増幅器２のクランプ動作を行う。この時、スイッチＳＷ１を低電圧ＶＬに接続することで、増幅器２に小さいオフセット電圧ＶＬを設定し、増幅器２の出力端子ＯＵＴを低い状態に設定する。
【００４８】
また、この時、スイッチＳＷ１を増幅器２の出力端子ＯＵＴに接続することで、単純に帰還容量ＣＦの両端をショートしてもよい。その後、時刻ｔ１４〜ｔ１５において、スイッチＴＮをオンし、出力端子ＯＵＴのリセット信号を容量ＣＴＮに保持する。時刻ｔ１６〜ｔ１７において、転送スイッチＴＸをオンする。次に、時刻ｔ１８〜ｔ１９において、スイッチＴＳをオンし、出力端子ＯＵＴの光信号を容量ＣＴＳに保持する。その後、時刻ｔ２０〜ｔ２１において、リセットスイッチＲＥＳ及び転送スイッチＴＸをオンし、光電変換部ＰＤをリセットし、再度、電荷蓄積を開始する。その後、容量ＣＴＳ、ＣＴＮと容量ＣＴＳＷ、ＣＴＮＷに保持されている信号を走査回路によって順次読み出す。
【００４９】
ダイナミックレンジ拡大動作モードから通常動作モードへ数マイクロ秒という短時間に切り替わる場合でも、本実施形態では容易に対応でき、その結果、両動作モードにおいて、増幅器２の出力レンジを一杯に利用することができる。
【００５０】
本実施形態の特徴的な点は、増幅器２にオフセット電圧設定手段ＳＷ１を有することで、動作モードに応じて出力レンジを有効に利用できるようにした点であり、オフセット電圧設定手段ＳＷ１は他の方法でもよい。例えば、図６の増幅器２の正入力端子の電圧Ｖｒを変化させても、同様の効果を得ることができる。
【００５１】
本実施形態は、電圧Ｖｒを変動させる例に対し、本実施形態は短時間でオフセット電圧の値を切り替えるのに好適である。特に、本実施形態のようなダイナミックレンジを拡大する固体撮像装置においては、数マイクロ秒という短時間に動作モードが切り替わるために、有効である。
【００５２】
第１及び第２の実施形態によれば、オペアンプ２２はオフセット電圧を可変とすることが可能となり、リセット直後の電圧を高電圧ＶＨ、もしくは低電圧ＶＬに設定する事が出来る。また、オペアンプ２２のような簡便な回路を利用しながら、ダイナミックレンジ拡大動作モード時、通常動作モード時とも良好な動作をする事が出来る。
【００５３】
その結果、ダイナミックレンジを拡大させる固体撮像装置において、増幅器２の出力レンジを有効に利用することができ、高Ｓ／Ｎ比を維持しつつ、ゲインを変えることができる。
【００５４】
以上のように、第１及び第２の実施形態の固体撮像装置は、光電変換により電荷を生成し、その電荷を蓄積する光電変換部ＰＤを有する１次元又は２次元に配列される画素１と、画素１により生成された電荷を増幅する１次元に配列される増幅器２とを有する。増幅器２は、少なくとも２種類のオフセット電圧ＶＨ及びＶＬ等を設定することができるオフセット電圧設定手段ＳＷ１を有する。オフセット電圧設定手段ＳＷ１は、ダイナミックレンジ拡大動作モード及び通常動作モード等の動作モードに応じて異なるオフセット電圧を設定する。
【００５５】
画素１は、光電変換部ＰＤから溢れた電荷を蓄積する電荷蓄積部（浮遊拡散部ＦＤ及び／又は容量１１）を有する。オフセット電圧設定手段ＳＷ１は、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷を読み出す動作モードと光電変換部ＰＤから溢れた電荷蓄積部ＦＤの電荷を読み出す動作モードとで異なるオフセット電圧を設定する。
【００５６】
増幅器２は、増幅を行うオペアンプ２２と、画素１の信号出力線１４及びオペアンプ２２の負入力端子間に接続される入力容量Ｃ０と、オペアンプ２２の出力端子及びオペアンプ２２の負入力端子間に接続可能な帰還容量ＣＦとを有する。オフセット電圧設定手段ＳＷ１は、帰還容量ＣＦに少なくとも２種類のオフセット電圧ＶＨ及びＶＬ等のノードを選択的に接続可能である。
【００５７】
スイッチＳＷは、オペアンプ２２の出力端子及びオペアンプ２２の負入力端子を接続するためのスイッチである。帰還容量ＣＦは、一端がオペアンプ２２の負入力端子に接続される。オフセット電圧設定手段ＳＷ１は、帰還容量ＣＦの他端を、オペアンプ２２の出力端子及び少なくとも２種類のオフセット電圧ＶＨ及びＶＬ等のノードのうちのいずれかに接続する。
【００５８】
図２〜図４において、スイッチＳＷがオンし、かつ、オフセット電圧設定手段ＳＷ１が帰還容量ＣＦの他端を少なくとも２種類のオフセット電圧ＶＨ及びＶＬ等のノードのいずれかに接続した後に、スイッチＳＷがオフする。その後、オフセット電圧設定手段ＳＷ１が帰還容量ＣＦの他端をオペアンプ２２の出力端子に接続する。
【００５９】
オフセット電圧設定手段ＳＷ１は、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷を読み出す動作モードと光電変換部ＰＤから溢れた電荷蓄積部ＦＤの電荷を読み出す動作モードとで異なるオフセット電圧ＶＨ，ＶＬ等のノードに接続する。
【００６０】
以上のように、第１及び第２の実施形態によれば、異なるオフセット電圧を設定することにより、動作モードに応じて適切なダイナミックレンジを利用し、各動作モードにおいて高Ｓ／Ｎ比を実現することができる。
【００６１】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  画素
２  増幅器
３  信号保持部
４  出力アンプ
１１  ダイナミックレンジ拡大信号保持容量
１４  信号出力線
１９  電流源
２２  オペアンプ
ＳＷ１  オフセット電圧設定手段
ＣＦ  帰還容量
ＳＷ  クランプスイッチ
Ｃ０  クランプ容量
ＰＤ  光電変換部（フォトダイオード）
ＳＦ  画素ソースフォロワトランジスタ
ＴＸ  画素転送スイッチ
ＲＥＳ  画素リセットスイッチ
ＳＥＬ  画素選択スイッチ
【図１】
2010213097.tif 000003
【図２】
2010213097.tif 000004
【図３】
2010213097.tif 000005
【図４】
2010213097.tif 000006
【図５】
2010213097.tif 000007
【図６】
2010213097.tif 000008