(57)【要約】【課題】入力の大小の順序が異なっても、適切なダイナミックレンジを確保することができる読出回路、固体撮像装置及び読出回路の駆動方法を提供することを課題とする。【解決手段】読出回路は、増幅器（４０８）と、前記増幅器の出力オフセット電圧を設定するオフセット制御部（４１５，４１６）と、を有する読出回路であって、前記読出回路は第１及び第２のモードで動作し、前記第１のモードでは、前記増幅器に第１の電圧を入力した後に前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を入力し、前記第２のモードでは、前記増幅器に第３の電圧を入力した後に前記第３の電圧よりも高い第４の電圧を入力し、前記オフセット制御部は、前記第１のモードと前記第２のモードとで、前記増幅器の出力オフセット電圧を変えることを特徴とする。【選択図】図４
2014022774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器と、
前記増幅器の出力オフセット電圧を設定するオフセット制御部と、を有する読出回路であって、
前記読出回路は第１及び第２のモードで動作し、
前記第１のモードでは、前記増幅器に第１の電圧を入力した後に前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を入力し、
前記第２のモードでは、前記増幅器に第３の電圧を入力した後に前記第３の電圧よりも高い第４の電圧を入力し、
前記オフセット制御部は、前記第１のモードと前記第２のモードとで、前記増幅器の出力オフセット電圧を変えることを特徴とする読出回路。
【請求項２】
前記増幅器は、前記第１のモードでは前記第１の電圧をクランプし、前記第２のモードでは前記第３の電圧をクランプするクランプ手段を有することを特徴とする請求項１記載の読出回路。
【請求項３】
前記増幅器は、差動増幅器又はソース接地型増幅器であることを特徴とする請求項１又は２記載の読出回路。
【請求項４】
前記クランプ手段は、
前記増幅器の入力端子に容量結合で信号を入力する入力容量と、
前記増幅器の出力端子及び入力端子を短絡するための初期化スイッチと、
前記増幅器の出力端子及び入力端子間に設けられる帰還容量と
を有することを特徴とする請求項２記載の読出回路。
【請求項５】
前記初期化スイッチは、前記第１のモードでは、前記第１の電圧が前記入力容量に入力されているときにオンし、前記第２のモードでは、前記第３の電圧が前記入力容量に入力されているときにオンすることを特徴とする請求項４記載の読出回路。
【請求項６】
前記第１のモードと前記第２のモードとで、前記初期化スイッチをオンからオフに切り替えるための制御信号の遷移時間が異なることを特徴とする請求項４又は５記載の読出回路。
【請求項７】
前記増幅器は、差動増幅器であり、
前記オフセット制御部は、前記第１のモードと前記第２のモードとで、前記差動増幅器の入力端子に異なる基準電圧を入力することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の読出回路。
【請求項８】
前記初期化スイッチは、複数個設けられ、前記第１のモードと前記第２のモードとで、オンする個数が異なることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の読出回路。
【請求項９】
前記オフセット制御部は、前記初期化スイッチがオンしている間に、前記第１のモードと前記第２のモードとで、前記帰還容量に異なるオフセット電圧を印加することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の読出回路。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の読出回路と、
光電変換により信号を生成する画素とを有し、
前記読出回路には、前記画素により生成された信号が入力されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
さらに、前記第１のモードでは、前記第１の電圧を入力したときの前記増幅器の出力電圧と前記第２の電圧を入力したときの前記増幅器の出力電圧との差分を出力し、前記第２のモードでは、前記第３の電圧を入力したときの前記増幅器の出力電圧と前記第４の電圧を入力したときの前記増幅器の出力電圧との差分を出力する出力アンプを有することを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
増幅器と、
前記増幅器の出力オフセット電圧を設定するオフセット制御部と、を有する読出回路の駆動方法であって、
前記読出回路は第１及び第２のモードで動作し、
前記第１のモードでは、前記増幅器に第１の電圧を入力した後に前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を入力し、
前記第２のモードでは、前記増幅器に第３の電圧を入力した後に前記第３の電圧よりも高い第４の電圧を入力し、
前記第１のモードと前記第２のモードとで、前記増幅器の出力オフセット電圧を変えることを特徴とする読出回路の駆動方法。
【請求項１３】
前記増幅器は、前記第１のモードでは前記第１の電圧をクランプし、前記第２のモードでは前記第３の電圧をクランプするクランプ手段を有することを特徴とする請求項１２記載の読出回路の駆動方法。
【請求項１４】
前記クランプ手段は、
前記増幅器の入力端子に容量結合で信号を入力する入力容量と、
前記増幅器の出力端子及び入力端子を短絡するための初期化スイッチと、
前記増幅器の出力端子及び入力端子間に設けられる帰還容量とを有し、
前記初期化スイッチがオンしている間に、前記第１のモードと前記第２のモードとで、前記帰還容量に異なるオフセット電圧を印加することを特徴とする請求項１３記載の読出回路の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、読出回路、固体撮像装置及び読出回路の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサは、光電変換素子を含む画素と、画素で光電変換された信号を読み出すための読出回路を含む周辺回路とを備えている。特に、ＣＭＯＳイメージセンサでは、読出回路の多モード化による高機能化が進み、例えば、解像度や読み出し速度を切り替えることができるものがある。それに伴い、モードによって、読出回路の入力電圧範囲や、時系列に入力電圧の変化順序などが変わるものがある。
【０００３】
特許文献１には、光電変換手段、光電変換手段をリセットするリセット手段と、光電変換手段の電荷を増幅手段により増幅された電荷を蓄積する複数のクランプ容量とを有する固体撮像装置が記載されている。固体撮像装置は、さらに、クランプ容量毎に設けられ、クランプ容量に接続可能な共通ノードと、クランプ容量及び共通ノード間に接続される複数の画素選択スイッチと、共通ノードを基準電圧に固定するクランプ手段とを有する。固体撮像装置は、さらに、クランプ手段を介して共通ノードに接続され、共通ノードの電荷に応じた電荷をサンプルホールドするサンプルホールド回路を有する。第１のモードでは、光電変換手段の光電変換で得られた電荷量に応じた増幅手段の出力を光信号としてクランプ容量に蓄積し、次にリセット手段により光電変換手段がリセットされたことを受けて増幅手段が出力する信号をリセット信号としてクランプ容量に蓄積する。第２のモードでは、リセット手段により光電変換手段がリセットされたことを受けて増幅手段が出力する信号をリセット信号として、クランプ容量に蓄積する。次に、光電変換手段による光電変換で得られた電荷量に応じた増幅手段の出力を光信号としてクランプ容量に蓄積し、リセット信号と、光信号とリセット信号の差分をサンプルホールドする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７４７８４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に記載された構成では、第１のモードでは光信号の次にリセット信号がクランプ容量に入力され、第２のモードではリセット信号の次に光信号がクランプ容量に入力される。したがって、クランプ手段の出力に現れる電位も異なる。第１のモードにおいて、クランプ手段に光信号が入力された時のクランプ手段の出力電位を出力電位１、リセット信号が入力された時のクランプ手段の出力電位を出力電位２とする。また、第２のモードにおいて、クランプ手段にリセット信号が入力された時のクランプ手段の出力電位を出力電位３、リセット信号が入力された時のクランプ手段の出力電位を出力電位４とする。すると、出力電位１と出力電位２の大小関係と、出力電位３と出力電位４の大小関係は入れ替わる。第１のモードにおけるクランプ手段の出力電位２と、第２のモードにおけるクランプ手段の出力電位４は、光信号とリセット信号の差分を表す電気信号となり、出力電位２と出力電位４は、大小、すなわち極性が逆となる。
【０００６】
この場合、第１のモードにおいて、クランプ手段の動作するダイナミックレンジが適切であっても、第２のモードにおいては、ダイナミックレンジが狭くなり、十分なダイナミックレンジを確保できないおそれがある。特許文献１には、図７と第２の実施形態の中で、モードに応じてクランプ手段に入力される基準電圧ＶＣ０Ｒ１とＶＣ０Ｒ２を変えることで、ダイナミックレンジを適切に確保することが記載されている。しかし、クランプ手段を構成する増幅器の構成によっては、モードに応じて増幅器２０１に入力される基準電位ＶＣ０Ｒ１又はＶＣ０Ｒ２を使い分けても、ダイナミックレンジが確保できない場合が考えられる。
【０００７】
本発明の目的は、入力の大小の順序が異なっても、適切なダイナミックレンジを確保することができる読出回路、固体撮像装置及び読出回路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】
【０００８】
本発明の読出回路は、増幅器と、前記増幅器の出力オフセット電圧を設定するオフセット制御部と、を有する読出回路であって、前記読出回路は第１及び第２のモードで動作し、前記第１のモードでは、前記増幅器に第１の電圧を入力した後に前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を入力し、前記第２のモードでは、前記増幅器に第３の電圧を入力した後に前記第３の電圧よりも高い第４の電圧を入力し、前記オフセット制御部は、前記第１のモードと前記第２のモードとで、前記増幅器の出力オフセット電圧を変えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１及び第２のモードによって入力の大小の順序が異なっても、ダイナミックレンジを適切に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】読出回路の構成例を示す回路図である。
【図２】増幅器の構成例を示す回路図である。
【図３】読出回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】第１の実施形態の固体撮像装置の回路図である。
【図５】第１の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図６】第１の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図７】第１の実施形態の読出回路の構成例を示す回路図である。
【図８】第１の実施形態のＰＣ０Ｒ制御部の回路図である。
【図９】第２の実施形態の固体撮像装置の回路図である。
【図１０】第２の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図１１】第２の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図１２】第３の実施形態の固体撮像装置の回路図である。
【図１３】第３の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図１４】第３の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図１５】第４の実施形態の固体撮像装置の回路図である。
【図１６】第４の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図１７】第４の実施形態の固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図１８】第５の実施形態の固体撮像装置の回路図である。
【図１９】第５の実施形態の増幅器を構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による読出回路の構成例を示す図である。以下、モードに応じて、入力基準電圧ＶＣ０Ｒ１とＶＣ０Ｒ２を変えても、増幅器１０１によっては適切なダイナミックレンジを確保できない場合を説明する。読出回路は、クランプ手段を有する。１０１は増幅器、１０２はスイッチ、１０３は入力容量、１０４は帰還容量、１０５は基準電圧ＶＣ０Ｒ１とＶＣ０Ｒ２を切り替えるスイッチである。入力容量１０３の容量値はＣ０、帰還容量１０４の容量値はＣｆである。第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルになると基準電圧ＶＣ０Ｒ１が増幅器１０１の（＋）入力端子に入力され、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルになると基準電圧ＶＣ０Ｒ２が増幅器１０１の（＋）入力端子に入力される。読出回路の入力信号は、入力容量１０３を介して、増幅器１０１の（−）入力端子に入力される。読出回路の出力信号は、増幅器１０１の出力信号である。
【００１２】
図２は、図１の増幅器１０１を構成する差動増幅器である。２０１及び２０２はＮＭＯＳトランジスタ、２０３及び２０４はＰＭＯＳトランジスタ、２０５は定電流源である。差動増幅器は、比較的少ない素子で構成でき、電源電位、グランド電位の変動による影響も少ない。
【００１３】
図３（ａ）及び（ｂ）は、図１の読出回路の駆動方法を示すタイミングチャートである。図３（ａ）は、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルである場合のタイミングチャートである。信号ＰＣ０Ｒがハイレベルになると、増幅器１０１の（−）入力端子と出力端子がショートされた状態において、読出回路の入力信号である光信号Ｖｓが入力基準電圧ＶＣ０Ｒ１によりクランプされ、読出回路の出力信号は基準電圧ＶＣ０Ｒ１となる。その後、信号ＰＣ０Ｒをローレベルにした後、読出回路の入力信号であるリセット信号Ｖｒが入力されると、読出回路の出力には、−（Ｖｒ−Ｖｓ）×Ｃｆ／Ｃ０＋ＶＣ０Ｒ１の電圧が出力される。この場合、読出回路の出力信号の上限は、増幅器１０１に与えられている電源電圧ＶＤＤまで上昇することができる。なぜならば、増幅器１０１の出力端子ＯＵＴは、ＰＭＯＳトランジスタ２０４のドレインに接続され、ＰＭＯＳトランジスタ２０４のソース電位の電源電圧ＶＤＤまで動くことができるからである。この場合は、入力基準電圧ＶＣ０Ｒ１は、ＶＤＤ／２以下に設定することが好ましい。増幅器１０１の出力端子ＯＵＴの信号のダイナミックレンジとしては、基準電圧ＶＣ０Ｒ１から電源電圧ＶＤＤまでであるから、基準電圧ＶＣ０Ｒ１を低く設定すれば、ダイナミックレンジを広げることができる。
【００１４】
図３（ｂ）は、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルである場合のタイミングチャートである。信号ＰＣ０Ｒがハイレベルになると、増幅器１０１の（−）入力端子と出力端子がショートされた状態になり、読出回路の入力信号であるリセット信号Ｖｒが入力基準電圧ＶＣ０Ｒ２によりクランプされ、読出回路の出力信号は基準電圧ＶＣ０Ｒ２となる。その後、信号ＰＣ０Ｒをローレベルにした後、読出回路の入力信号である光信号Ｖｓが入力されると、読出回路の出力には、−（Ｖｓ−Ｖｒ）×Ｃｆ／Ｃ０＋ＶＣ０Ｒ２の電圧が出力される。この場合、読出回路の出力信号の下限は、増幅器１０１のＮＭＯＳトランジスタ２０２のゲート電圧から閾値電圧Ｖｔｈｎ下がったところまでしか下げることができない。なぜならば、増幅器１０１の出力端子ＯＵＴは、ＮＭＯＳトランジスタ２０２のドレインに接続され、ＮＭＯＳトランジスタ２０２のソース電位、すなわち（ＮＭＯＳトランジスタ２０２のゲート電圧）−Ｖｔｈｎまでしか動くことができない為である。また、図１の読出回路の場合、ＮＭＯＳトランジスタ２０１のゲート電圧ＩＮ（＋）とＮＭＯＳトランジスタ２０２のゲート電圧ＩＮ（−）はイマジナリショートとして動作する。そのため、ＮＭＯＳトランジスタ２０１のゲートに入力されている基準電圧ＶＣ０Ｒ２と同じ電圧が、ＮＭＯＳトランジスタ２０２のゲートに入力されていることになる。したがって、増幅器１０１の出力端子ＯＵＴは、電圧ＶＣ０Ｒ２−Ｖｔｈｎまでしか下げることができない。この場合、基準電圧ＶＣ０Ｒ２をＶＤＤ／２以上に設定することが好ましい。それは、基準電圧ＶＣ０Ｒ２を低く設定しすぎると、ＮＭＯＳトランジスタ２０１，２０２及び定電流源２０５の動作域を圧迫するからである。しかし、増幅器１０１の出力端子ＯＵＴの信号のダイナミックレンジは、基準電圧ＶＣ０Ｒ２から電圧ＶＣ０Ｒ２−Ｖｔｈｎまでの範囲である。すなわち、ダイナミックレンジはＶｔｈｎとなり、基準電圧ＶＣ０Ｒ２を変えてもダイナミックレンジは改善されない。
【００１５】
図４は、本発明の第１の実施形態による読出回路４０７を有する固体撮像装置の構成例を示す図である。４０１及び４０１’は、画素であり、複数配列される。４０２は光検出器、４０３はリセットトランジスタ、４０４はソースフォロワトランジスタ、４０５は定電流負荷である。４０６は、画素４０１の信号を読出回路４０７に伝達する画素信号出力線である。４０７は、図１の読出回路に対応する読出回路であり、複数配列される。４０８は、図１の増幅器１０１に対応する増幅器である。４０９及び４１０は、図１の入力容量１０３に対応し、画素４０１及び４０１’の出力に対応した入力容量である。入力容量４０９及び４１０は、それぞれ、増幅器４０８の（−）入力端子に容量結合で信号を入力する。４１１及び４１２は、入力容量４０９，４１０と増幅器４０８とを接続するスイッチである。４１３は、図１の帰還容量１０４に対応する帰還容量である。帰還容量４１３は、増幅器４０８の出力端子及び（−）入力端子間に設けられる。４１４は、図１のスイッチ１０２に対応し、増幅器４０８の（−）入力端子と出力端子をショートする初期化スイッチである。初期化スイッチ４１４は、増幅器４０８の出力端子及び（−）入力端子を短絡するためのスイッチである。４１５は、図１のスイッチ１０５に対応し、モード信号ＭＯＤＥ１及びＭＯＤＥ２に応じて、増幅器４０８の（＋）入力端子に入力される基準電圧をＶＣ０Ｒ１又はＶＣ０Ｒ２に切り替える切り替え器（オフセット制御部）である。４１７及び４１８はスイッチ、４１９及び４２０は容量、４２１及び４２２はスイッチ、４２３及び４２４は共通出力線、４２５は最終段出力アンプである。ＰＣ０Ｒ制御部（オフセット制御部）４１６は、モード信号ＭＯＤＥ１及びＭＯＤＥ２に応じて、信号ＰＣ０Ｒを出力する。
【００１６】
図４において、２個の画素４０１及び４０１’に対して１個の読出回路４０７が対応している。１個の読出回路４０７は、２個の画素４０１及び４０１’の画素信号を時系列に読み出すことができる。これにより、読出回路４０７の数を少なくすることができ、固体撮像装置のチップ面積を縮小できるというメリットがある。
【００１７】
図５及び図６は、図４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。先に、図５を参照しながら、第１のモードとして、読出回路４０７が２個の画素４０１及び４０１’の信号を時系列に読み出す方法を説明する。第１のモードでは、増幅器４０８は、画素信号出力線４０６を介して、期間ｔ２で光信号（第１の電圧）Ｖｓを入力した後に、期間ｔ４及びｔ９で光信号Ｖｓよりも低い画素リセット信号Ｖｒ（第２の電圧）を入力する。切り替え器４１５は、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルであり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がローレベルであるので、基準電圧ＶＣ０Ｒ１を増幅器４０８の（＋）入力端子に出力する。まず、画素４０１の信号を読み出す。蓄積期間中に、光検出器４０２は、光電変換により光信号を生成する。ソースフォロワトランジスタ４０４は、光検出器４０２により生成された光信号を増幅し、光信号Ｖｓを画素信号出力線４０６に出力する。期間ｔ１では、信号ＰＣ０Ｒがハイレベルになり、初期化スイッチ４１４がオンし、読出回路４０７を初期化する。この際、光信号Ｖｓが入力容量４０９及び４１０に入力されている。その状態で、期間ｔ２に遷移し、信号ＰＳＷ１及びＰＳＷ２がハイレベルになり、スイッチ４１１及び４１２がオンする。ここで、画素４０１及び４０１’の光信号Ｖｓを基準電圧ＶＣ０Ｒ１でクランプする。第１のモードでは、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がローレベルになり、図４の固体撮像装置が第１のモードに合わせた動作をする。例えば、画素４０１及び４０１’の読み出しタイミングや、読出回路４０７に供給される基準電圧ＶＣ０Ｒ１などが設定される。その後、期間ｔ３では、信号ＰＴ１がハイレベルになり、スイッチ４１７がオンし、容量４１９は、ＶＣ０Ｒ１＋Ｖｏｆｆｓｅｔ１の電位をサンプルホールドにより保持する。電位Ｖｏｆｆｓｅｔ１は、読出回路４０７固有のオフセット電位であり、増幅器４０８を構成する素子や駆動方法によっても変わる。
【００１８】
次に、画素リセット期間では、信号ＰＲＥＳがハイレベルになり、リセットトランジスタ４０３がオンし、光検出器４０２をリセットする。すると、光検出器４０２は、画素リセット信号を出力する。ソースフォロワトランジスタ４０４は、光検出器４０２の画素リセット信号を増幅し、画素リセット信号Ｖｒを画素信号出力線４０６に出力する。期間ｔ４において、信号ＰＳＷ１がハイレベルになり、スイッチ４１１がオンする。すると、入力容量４０９が増幅器４０８の（−）入力端子に接続され、画素リセット信号Ｖｒが増幅器４０８の（−）入力端子に入力される。増幅器４０８の出力端子には、−（Ｖｒ−Ｖｓ）×Ｃｆ／Ｃ０＋ＶＣ０Ｒ１＋Ｖｏｆｆｓｅｔ１の出力電圧が現れる。ここで、Ｃｆは帰還容量４１３の容量値、Ｃ０は入力容量４０９及び４１０の容量値である。期間ｔ５において、信号ＰＴ２がハイレベルになり、スイッチ４１８がオンする。すると、容量４２０は、−（Ｖｒ−Ｖｓ）×Ｃｆ／Ｃ０＋ＶＣ０Ｒ１＋Ｖｏｆｆｓｅｔ１の電圧をサンプルホールドする。その後、期間ｔ６において、信号ＨＳＲ１及びＨＳＲ２が順次ハイレベルになり、スイッチ４２１及び４２２がオンする。すると、容量４１９及び４２０の電圧は、それぞれ、共通出力線４２３及び４２４に出力される。出力アンプ４２５は、共通出力線４２３及び４２４の電圧の差分信号を出力する。
【００１９】
続いて、画素４０１’の画素信号を読み出す方法を説明する。期間ｔ７において、信号ＰＣ０Ｒがハイレベルになり、初期化スイッチ４１４がオンし、読出回路４０７を初期化する。その後、期間ｔ８において、信号ＰＴ１がハイレベルになり、スイッチ４１７がオンし、容量４１９は、ＶＣ０Ｒ１＋Ｖｏｆｆｓｅｔ１の電位をサンプルホールドにより保持する。その後、期間ｔ９において、信号ＰＳＷ２がハイレベルになり、スイッチ４１２がオンする。すると、増幅器４０８の出力端子に、−（Ｖｒ−Ｖｓ）×Ｃｆ／Ｃ０＋ＶＣ０Ｒ１＋Ｖｏｆｆｓｅｔ１の出力電圧が現れる。期間ｔ１０において、信号ＰＴ２がハイレベルになり、スイッチ４１８がオンする。すると、容量４２０は、−（Ｖｒ−Ｖｓ）×Ｃｆ／Ｃ０＋ＶＣ０Ｒ１＋Ｖｏｆｆｓｅｔ１の電圧をサンプルホールドにより保持する。その後、期間ｔ１１において、信号ＨＳＲ１及びＨＳＲ２が順次ハイレベルになり、スイッチ４２１及び４２２がオンする。すると、容量４１９及び４２０の電圧は、それぞれ、共通出力線４２３及び４２４に出力される。出力アンプ４２５は、共通出力線４２３及び４２４の電圧の差分信号を出力する。この第１のモードでは、光信号Ｖｓ及び画素リセット信号Ｖｒには、相関の無い画素リセットノイズが含まれる為、読出回路４０７では画素リセットノイズを除去することはできない。なお、画素リセットノイズは、後述の第２のモードでは除去できる。また、オフセット電位Ｖｏｆｆｓｅｔ１は、出力アンプ４２５の差分により除去することができる。このような手順で、時系列に読出回路４０７を使って、画素４０１及び４０１’の信号を個別に読み出していく。
【００２０】
次に、第２のモードとして、２個の画素４０１及び４０１’の信号を加算して読み出す場合の方法を説明する。第２のモードでは、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がローレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルになる。すると、切り替え器４１５は、基準電圧ＶＣ０Ｒ２を増幅器４０８の（＋）入力端子に出力する。この場合、先に画素リセット信号Ｖｒを読出回路４０７に入力した後に、画素リセット信号Ｖｒに光量に応じた信号を重畳した光信号Ｖｓを入力することで、画素リセットノイズを除去することができる。その手順を図６のタイミングチャートを用いて説明する。
【００２１】
図６は、図４の固体撮像装置の第２のモードの動作例を示すタイミングチャートである。第２のモードでは、増幅器４０８は、画素信号出力線４０６を介して、期間ｔ２で画素リセット信号（第３の電圧）Ｖｒを入力した後に、期間４で画素リセット信号Ｖｒよりも高い光信号（第４の電圧）Ｖｓを入力する。画素リセット期間中の期間ｔ１では、信号ＰＲＥＳがハイレベルになり、リセットトランジスタ４０３がオンする。すると、光検出器４０２は、リセットされ、リセット信号を出力する。ソースフォロワトランジスタ４０４は、光検出器４０２のリセット信号を増幅し、画素リセット信号Ｖｒを画素信号出力線４０６に出力する。また、信号ＰＣ０Ｒがハイレベルになり、初期化スイッチ４１４がオンし、読出回路４０７を初期化する。この際、画素リセット信号Ｖｒが入力容量４０９及び４１０に入力されている。その状態で、期間ｔ２に遷移し、信号ＰＳＷ１及びＰＳＷ２がオンし、スイッチ４１１及び４１２がオンする。ここで、画素４０１及び４０１’の画素リセット信号Ｖｒを基準電圧ＶＣ０Ｒ２でクランプする。第２のモードでは、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルとなり、図４の固体撮像装置が第２のモードに合わせた動作をする。例えば、画素４０１及び４０１’の読み出しタイミングや、読出回路４０７に供給される基準電圧ＶＣ０Ｒ２などが設定される。その後、蓄積期間を経て、期間ｔ３において、信号ＰＴ２がハイレベルになり、スイッチ４１８がオンする。すると、容量４２０は、増幅器４０８の出力電圧ＶＣ０Ｒ２＋Ｖｏｆｆｓｅｔ２をサンプルホールドにより保持する。電位Ｖｏｆｆｓｅｔ２は、読出回路４０７固有のオフセット電位であり、増幅器４０８を構成する素子や駆動方法によっても変わる。
【００２２】
次に、期間ｔ４では、光検出器４０２は、光電変換による光信号を出力する。ソースフォロワトランジスタ４０４は、光検出器４０２の光信号を増幅し、光信号を画素信号出力線４０６に出力する。信号ＰＳＷ１及びＰＳＷ２がハイレベルになり、スイッチ４１１及び４１２がオンする。すると、入力容量４０９及び４１０は、増幅器４０８の（−）入力端子に接続される。増幅器４０８の（−）入力端子は、２個の画素４０１及び４０１’の光信号を混合した光信号Ｖｓを入力する。すると、増幅器４０８の出力端子には、−（Ｖｓ−Ｖｒ）×Ｃｆ／Ｃ０＋ＶＣ０Ｒ２＋Ｖｏｆｆｓｅｔ２の出力電圧が現れる。期間ｔ５において、信号ＰＴ１がハイレベルになり、スイッチ４１７がオンする。すると、容量４１９は、電圧−（Ｖｓ−Ｖｒ）×Ｃｆ／Ｃ０＋ＶＣ０Ｒ２＋Ｖｏｆｆｓｅｔ２をサンプルホールドにより保持する。その後、期間ｔ６において、信号ＨＳＲ１及びＨＳＲ２が順次ハイレベルになり、スイッチ４２１及び４２２がオンする。すると、容量４１９及び４２０の電圧は、それぞれ、共通出力線４２３及び４２４に出力される。出力アンプ４２５は、共通出力線４２３及び４２４の電圧の差分信号を出力する。オフセット電位Ｖｏｆｆｓｅｔ２は、出力アンプ４２５の差分により除去することができる。また、第２のモードでは、光信号Ｖｓ及び画素リセット信号Ｖｒには、相関の有る画素リセットノイズが含まれるので、読出回路４０７のクランプ動作により除去することができる。第２のモードにおいては、増幅器４０８の出力信号の極性が第１のモードとは逆になる為、容量４１９及び４２０にサンプルホールドするタイミングも入れ替え、共通出力線４２３，４２４及び出力アンプ４２５のダイナミックレンジを圧迫しないようにしている。
【００２３】
図５の第１のモードの期間ｔａ及びｔｂ、図６の第２のモードの期間ｔｃでは、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり時間が異なる。図７のノードＡとトランジスタ１０２のゲートは、ゲート重なり容量などの寄生容量７０６で容量結合している。図７は、ここで特に言及しない事項は、図１と同様である。信号ＰＣ０Ｒの立ち下がりの速さによって、ノードＡの電位変化が異なる。信号ＰＣ０Ｒが速く立ち下がるほど、ノードＡは、振り下げられる電圧（−ΔＶａ）が大きくなる。第１のモードにおいて、ノードＡの振り下げられる電圧を−ΔＶａ１とすると、増幅器４０８の出力変動は、ΔＶａ１×Ｃｆ／Ｃ０となり、振り上げられる。同様に、第２のモードにおいて、ノードＡの振り下げられる電圧を−ΔＶａ２とすると、増幅器４０８の出力変動は、ΔＶａ２×Ｃｆ／Ｃ０となり振り上げられる。これらの増幅器４０８の出力変動が、オフセット電位Ｖｏｆｆｓｅｔ１及びＶｏｆｆｓｅｔ２の要因となる。
【００２４】
第１のモードでは、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり期間ｔａ及びｔｂを長くして、−ΔＶａ１を小さくし、増幅器４０８の出力変動ΔＶａ１×Ｃｆ／Ｃ０を小さくすることで、オフセット電位Ｖｏｆｆｓｅｔ１を低く抑えている。一方、第２のモードでは、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり期間ｔｃを短くすることで、−ΔＶａ２を大きくし、増幅器４０８の出力変動ΔＶａ２×Ｃｆ／Ｃ０の振り上げ量を大きくし、オフセット電位Ｖｏｆｆｓｅｔ２を大きくしている。
【００２５】
本実施形形態では、第１のモードと第２のモードとで、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり期間を制御して変える。すなわち、第１のモードと第２のモードとで、初期化スイッチ４１４をオンからオフに切り替えるための制御信号ＰＣ０Ｒの遷移時間が異なる。第２のモードにおいて、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり期間ｔｃを短くする。これにより、出力ダイナミックレンジはΔＶａ２×Ｃｆ／Ｃ０分広げることができ、増幅器４０８の出力ダイナミックレンジは、Ｖｔｈｎ＋ΔＶａ２×Ｃｆ／Ｃ０となり、出力ダイナミックレンジを広げることができる。また、第１のモードにおいては、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり期間ｔａ及びｔｂを長くして、ΔＶａ１を零に近づけてもよい。なお、ここで説明した第２のモードの画素加算をしない場合でも、読出回路４０７に入力される画素リセット信号Ｖｒと光信号Ｖｓの入力順序のみが変わるモードの場合でも、ダイナミックレンジ拡大に有効である。
【００２６】
図８は、図４のＰＣ０Ｒ制御部４１６の構成例を示す図である。８０１はＰＭＯＳトランジスタ、８０３は出力段のインバータ、８０２はＮＭＯＳトランジスタ、８０４及び８０５はスイッチ、８０６及び８０７は定電流源である。出力段のインバータ８０３のＮＭＯＳトランジスタ８０２のソースとグランド電位ノードの間に、それぞれ、スイッチ８０４及び８０５を介して定電流源８０６及び８０７が接続されている。スイッチ８０４及び８０５は、それぞれ、モード信号ＭＯＤＥ１及びＭＯＤＥ２に応じてオン／オフし、定電流源８０６又は８０７を切り替える。定電流源８０６又は８０６によって、出力端子ＯＵＴの負荷の電荷を引き抜く時間により、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり期間が決まる。定電流源８０６に流れる定電流をＩ１、定電流源８０７に流れる定電流をＩ２とすると、Ｉ１＜Ｉ２の関係にある。定電流値が大きいほど、出力信号ＰＣ０Ｒを速く立ち下げることができる。第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルの時に、スイッチ８０４がオンし、電流Ｉ１が流れ、信号ＰＣ０Ｒの立ち下げ期間を長くすることができる。また、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルの時に、スイッチ８０５がオンし、電流Ｉ２が流れ、信号ＰＣ０Ｒの立ち下げ期間を短くすることができる。これにより、第１のモードの図５の立ち下がり期間ｔａ及びｔｂよりも、第２のモードの図６の立ち下がり期間ｔｃを短くすることができる。図８において、モード信号ＭＯＤＥ２において、選択される定電流源８０７の代わりに、単純にグランド電位ノードに接続する配線として、インバータ８０３を通常のインバータとして動作させて、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がりを速くして、期間ｔｃを短くしてもよい。この場合、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり期間ｔｃは、他のパルスと同じ速い立ち下がりとなる。
【００２７】
スキャナや複写機の画像読み取り装置には、１行ないし数行の画素を含んでなるラインセンサが利用される。ラインセンサにおいては、読出回路を含む周辺回路の面積を縮小することが求められる。したがって、rail-to-rail型のオペアンプは、ダイナミックレンジが広いが、素子数が多いため、ラインセンサのような固体撮像装置には不向きである。本実施形態のように、差動増幅器による増幅器でダイナミックレンジを拡大することで、チップ面積を増やすことなく、多様なモードに対応した広いダイナミックレンジの読出回路を提供することができる。以降の実施形態でも同様のことがいえる。
【００２８】
切り替え器（オフセット制御部）４１５は、第１のモードと第２のモードとで、差動増幅器４０８の（＋）入力端子に異なる基準電圧ＶＣ０Ｒ１及びＶＣ０Ｒ２を入力することにより、演算増幅器４０８の出力オフセット電圧を変える。
【００２９】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態による読出回路４０７を有する固体撮像装置の構成例を示す図である。図１０は図９の固体撮像装置の第１のモードの動作例を示すタイミングチャートであり、図１１は図９の固体撮像装置の第２のモードの動作例を示すタイミングチャートである。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。図９の読出回路４０７は、図４の読出回路４０７に対して、説明の簡略化の為、スイッチ４１１，４１２及び入力容量４１０を省略している。なお、図９の固体撮像装置は、図４の固体撮像装置に対して、初期化スイッチ９２６が追加され、ＰＣ０Ｒ制御部４１６の代わりにＰＣ０Ｒ制御部９１６が設けられている。
【００３０】
第１のモードにおいては、図１０のタイミングチャートのように、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルとなり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がローレベルになる。すると、ＰＣ０Ｒ制御部９１６は、期間ｔ１、ｔ２及びｔ７を含む期間でハイレベルになる信号ＰＣ０Ｒ１、及びローレベル固定の信号ＰＣ０Ｒ２を生成する。これに対し、第２のモードにおいては、図１１のタイミングチャートのように、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がローレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルになる。すると、ＰＣ０Ｒ制御部９１６は、共に期間ｔ１及びｔ２でハイレベルになる同じ信号ＰＣ０Ｒ１及びＰＣ０Ｒ２を生成する。第１のモードにおいて、ノードＡの振り下げを−ΔＶａ１とし、第２のモードにおいて、ノードＡの振り下げを−ΔＶａ２とすると、ΔＶａ１＜ΔＶａ２の関係が成立する。これは、図１１の第２のモードで、２個の初期化スイッチ４１４及び９２６が同時にオン／オフすることで、初期化スイッチ４１４及び９２６のゲートとノードＡの間の寄生容量が図７の寄生容量７０６の２倍に増え、容量結合による振り下げも２倍となる為である。このことにより、第１のモードにおいては、信号ＰＣ０Ｒ１の遷移による初期化スイッチ４１４のみオン／オフさせ、第２のモードにおいて、２個の信号ＰＣ０Ｒ１及びＰＣ０Ｒ２の遷移による２個の初期化スイッチ４１４及び９２６をオン／オフさせる。初期化スイッチ４１４及び９２６は、複数個設けられる。第１のモードと第２のモードとで、初期化スイッチ４１４及び４２６のオンする個数が異なる。これにより、増幅器４０８の出力ダイナミックレンジは、Ｖｔｈｎ＋ΔＶａ２×Ｃｆ／Ｃ０となり、出力ダイナミックレンジを広げることができる。
【００３１】
なお、第１の実施形態と同様に、図１０の第１のモードの期間ｔａ及びｔｂにおいて、信号ＰＣ０Ｒ１を立ち下げ、図１１の第２のモードの期間ｔｃにおいて、信号ＰＣ０Ｒ１及びＰＣ０Ｒ１を立ち下げてもよい。これにより、立ち下がり期間ｔａ、ｔｂ及びｔｃがｔａ＝ｔｂ＞ｔｃの関係になるように制御してもよい。これにより、第２のモードのΔＶａ２をさらに大きくして、さらに出力レンジを広げることができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態による読出回路４０７を有する固体撮像装置の構成例を示す図である。図１３は図１２の固体撮像装置の第１のモードの動作例を示すタイミングチャートであり、図１４は図１２の固体撮像装置の第２のモードの動作例を示すタイミングチャートである。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。図１２の読出回路４０７は、図４の読出回路４０７に対して、説明の簡略化の為、スイッチ４１１，４１２及び入力容量４１０を省略している。なお、図１２の固体撮像装置は、図４の固体撮像装置に対して、容量１２０１及びＰＯＦＦＳＥＴ制御部１２０２が追加されている。
【００３３】
第１のモードにおいては、図１３のタイミングチャートのように、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がローレベルになる。すると、ＰＯＦＦＳＥＴ制御部１２０２は、ローレベル固定の信号ＰＯＦＦＳＥＴを生成する。なお、信号ＰＯＦＦＳＥＴは、ハイレベル固定でもよい。これに対し、第２のモードにおいては、図１４のタイミングチャートのように、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がローレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルになる。すると、ＰＯＦＦＳＥＴ制御部１２０２は、期間ｔ１及びｔ２を含む期間でハイレベルとなる信号ＰＯＦＦＳＥＴを出力する。第１のモードにおいて、ノードＡの振り下げを−ΔＶａ１とし、第２のモードにおいて、ノードＡの振り下げを−ΔＶａ２とすると、ΔＶａ１＜ΔＶａ２の関係が成立する。これは、第２のモードにおいて、信号ＰＯＦＦＳＥＴが遷移することによって、ノードＡが容量１２０１の容量結合により振り下げられているためである。以上のように、第１のモードにおいて、信号ＰＯＦＦＳＥＴはローレベル固定又はハイレベル固定とし、第２のモードにおいて、信号ＰＯＦＦＳＥＴを遷移させる。これにより、増幅器４０８の出力ダイナミックレンジは、Ｖｔｈｎ＋ΔＶａ２×Ｃｆ／Ｃ０となり、出力ダイナミックレンジを広げることができる。
【００３４】
なお、第１の実施形態と同様に、図１３の第１のモードの期間ｔａ及びｔｂにおいて信号ＰＣ０Ｒを立ち下げ、図１４の第２のモードの期間ｔｃにおいて信号ＰＣ０Ｒを立ち下げてもよい。これにより、信号ＰＣ０Ｒの立ち下がり期間ｔａ、ｔｂ及びｔｃがｔａ＝ｔｂ＞ｔｃの関係になるように制御してもよい。これにより、第２のモードのΔＶａ２をさらに大きくして、出力レンジを広げることができる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図１５は、本発明の第４の実施形態による読出回路４０７を有する固体撮像装置の構成例を示す図である。図１６は図１５の固体撮像装置の第１のモードの動作例を示すタイミングチャートであり、図１７は図１５の固体撮像装置の第２のモードの動作例を示すタイミングチャートである。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。図１５の読出回路４０７は、図４の読出回路４０７に対して、説明の簡略化の為、スイッチ４１１，４１２及び入力容量４１０を省略している。なお、図１５の固体撮像装置は、図４の固体撮像装置に対して、スイッチ１５０１，１５０３、ＶＯＦＦＳＥＴの切り替え器１５０４、ＰＯＦＦＳＥＴ制御部１２０２が追加されている。ＰＯＦＦＳＥＴ制御部１２０２は、図１２のＰＯＦＦＳＥＴ制御部１２０２と同様である。ＰＣ０Ｒ制御部４１６は、信号ＰＣ０Ｒ及びその反転信号ＰＣ０ＲＢを出力する。増幅器４０８の（＋）入力端子には、入力基準電圧ＶＣ０Ｒが入力される。
【００３６】
第１のモードでは、図１６のタイミングチャートのように、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がローレベルになる。すると、切り替え器１５０４は、オフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１を出力する。期間ｔ１〜ｔ２に、信号ＰＯＦＦＳＥＴがハイレベルになり、スイッチ１５０３がオンし、ノードＣにオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１が印加される。その期間では、信号ＰＣ０Ｒがハイレベルであり、初期化スイッチ４１４がオンし、信号ＰＣ０ＲＢがローレベルであり、スイッチ１５０１がオフしており、クランプ状態である。期間ｔ２の後、信号ＰＯＦＦＳＥＴがローレベルになり、スイッチ１５０３がオフする。その後、信号ＰＣ０ＲＢがハイレベルになり、スイッチ１５０１がオンし、信号ＰＣ０Ｒがローレベルになり、初期化スイッチ４１４がオフすると、増幅器４０８の出力端子にはオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１が現れる。
【００３７】
第２のモードでは、図１７のタイミングチャートのように、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がローレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルになる。すると、切り替え器１５０４は、オフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ２を出力する。期間ｔ１〜ｔ２に、信号ＰＯＦＦＳＥＴがハイレベルになり、スイッチ１５０３がオンし、ノードＣにオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ２が印加される。その期間では、信号ＰＣ０Ｒがハイレベルであり、初期化スイッチ４１４がオンし、信号ＰＣ０ＲＢがローレベルであり、スイッチ１５０１がオフしており、クランプ状態である。期間ｔ２の後、信号ＰＯＦＦＳＥＴがローレベルになり、スイッチ１５０３がオフする。その後、信号ＰＣ０ＲＢがハイレベルになり、スイッチ１５０１がオンし、信号ＰＣ０Ｒがローレベルになり、初期化スイッチ４１４がオフすると、増幅器４０８の出力端子にはオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ２が現れる。
【００３８】
本実施形態では、入力基準電圧ＶＣ０Ｒによって、増幅器４０８の出力のクランプ電圧が決めるのではく、クランプ状態において、帰還容量４１３の出力端子にオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１又はＶＯＦＦＳＥＴ２を書き込む。これにより、出力オフセット電圧を決めることができる。切り替え器（オフセット制御部）１５０４は、初期化スイッチ４１４がオンしている間に、第１のモードと第２のモードとで、帰還容量４１３に異なるオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１及びＶＯＦＦＳＥＴ２を印加する。第１のモードでは、ＶＣ０Ｒ＞ＶＯＦＦＳＥＴ１に設定することで、ダイナミックレンジを拡大できる。第２のモードでは、ＶＣ０Ｒ＜ＶＯＦＦＳＥＴ２に設定することで、ダイナミックレンジを拡大することができる。入力基準電圧ＶＣ０Ｒで出力オフセットが決まる場合に対して、第１のモードでは、ＶＣ０Ｒ−ＶＯＦＦＳＥＴ１の分だけダイナミックレンジを拡大できる。また、第２のモードでは、ＶＯＦＦＳＥＴ２−ＶＣ０Ｒの分だけダイナミックレンジを拡大できる。
【００３９】
（第５の実施形態）
図１８は、本発明の第５の実施形態による読出回路４０７を有する固体撮像装置の構成例を示す図である。以下、本実施形態が第４の実施形態と異なる点を説明する。図１８の読出回路４０７は、図４の読出回路４０７に対して、説明の簡略化の為に、スイッチ４１１，４１２及び入力容量４１０を省略している。なお、図１８の固体撮像装置は、図１５の固体撮像装置に対して、増幅器４０８の代わりに増幅器１８０１を設けている。増幅器１８０１は、（＋）入力端子が無いソース接地型増幅器である。増幅器１８０１に（＋）入力端子がない為、入力基準電圧ＶＣ０Ｒは無い。
【００４０】
図１９は、図１８の増幅器１８０１の構成例を示す回路図である。１９０１はＮＭＯＳトランジスタ、１９０２はＰＭＯＳトランジスタである。トランジスタ１９０２のゲートには定電圧ＢＩＡＳが印加され、トランジスタ１９０２は定電流負荷として機能する。トランジスタ１９０１のゲートは、（−）入力端子であり、図１８の入力容量４０９に接続される。トランジスタ１９０１は、ドレインが出力端子ＯＵＴに接続され、ソースがグランド電位ノードに接続される。ソース接地型の増幅器１８０１を用いて、単純に（−）入力端子と出力端子をショートして初期化した場合、出力のオフセットは、ほぼトランジスタ１９０１の閾値電圧Ｖｔｈｎによって決まる。したがって、第１のモード及び第２のモードのように、光信号Ｖｓとリセット信号Ｖｒの入力順序が変わる読出回路４０７にソース接地型増幅器１８０１を用いた場合、適切なダイナミックレンジが得られない場合がある。通常、ＶＤＤ＞＞Ｖｔｈｎであるから、第１のモードのように、Ｖｒ−Ｖｓの差分に対応する増幅器１８０１の出力電圧が上昇する場合には、ダイナミックレンジの問題は少ない。しかし、第２のモードのように、Ｖｓ−Ｖｒの差分に対応する増幅器１８０１の出力電圧が下降する場合は、ダイナミックレンジの問題になる。そこで、第５の実施形態では図１８のように、第１のモードと第２のモードで出力オフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１又はＶＯＦＦＳＥＴ２を変える。第１のモードのタイミングチャートは図１６、第２のモードのタイミングチャートは図１７と同じであり、第４の実施形態と変わらない。
【００４１】
第１のモードでは、図１６のタイミングチャートのように、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がハイレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がローレベルになる。すると、切り替え器１５０４は、オフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１を出力する。期間ｔ１〜ｔ２に、信号ＰＯＦＦＳＥＴがハイレベルになり、スイッチ１５０３がオンし、ノードＣにオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１が印加される。その期間では、信号ＰＣ０Ｒがハイレベルであり、初期化スイッチ４１４がオンし、信号ＰＣ０ＲＢがローレベルであり、スイッチ１５０１がオフしており、クランプ状態である。期間ｔ２の後、信号ＰＯＦＦＳＥＴがローレベルになり、スイッチ１５０３がオフする。その後、信号ＰＣ０ＲＢがハイレベルになり、スイッチ１５０１がオンし、信号ＰＣ０Ｒがローレベルになり、初期化スイッチ４１４がオフすると、増幅器１８０１の出力端子にはオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１が現れる。
【００４２】
第２のモードでは、図１７のタイミングチャートのように、第１のモード信号ＭＯＤＥ１がローレベルになり、第２のモード信号ＭＯＤＥ２がハイレベルになる。すると、切り替え器１５０４は、オフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ２を出力する。期間ｔ１〜ｔ２に、信号ＰＯＦＦＳＥＴがハイレベルになり、スイッチ１５０３がオンし、ノードＣにオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ２が印加される。その期間では、信号ＰＣ０Ｒがハイレベルになり、初期化スイッチ４１４がオンし、信号ＰＣ０ＲＢがローレベルになり、スイッチ１５０１がオフしており、クランプ状態である。期間ｔ２の後、信号ＰＯＦＦＳＥＴがローレベルになり、スイッチ１５０３がオフする。その後、信号ＰＣ０ＲＢがハイレベルになり、スイッチ１５０１がオンし、信号ＰＣ０Ｒがローレベルになり、初期化スイッチ４１４がオフすると、増幅器１８０１の出力端子にはオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ２が現れる。
【００４３】
本実施形態では、トランジスタ１９０１の閾値電圧Ｖｔｈｎによって、増幅器１８０１の出力のクランプ電圧が決めるのではく、クランプ状態において帰還容量４１３の出力端子にオフセット電圧ＶＯＦＦＳＥＴ１又はＶＯＦＦＳＥＴ２を書き込む。これにより、出力オフセット電圧を決めることができる。第１のモードでは、Ｖｔｈｎ＞ＶＯＦＦＳＥＴ１に設定することで、ダイナミックレンジを拡大できる。第２のモードでは、Ｖｔｈｎ＜ＶＯＦＦＳＥＴ２に設定することで、ダイナミックレンジを拡大することができる。閾値電圧Ｖｔｈｎで出力オフセットが決まる場合に対して、第１のモードでは、Ｖｔｈｎ−ＶＯＦＦＳＥＴ１の分だけダイナミックレンジを拡大できる。また、第２のモードでは、ＶＯＦＦＳＥＴ２−Ｖｔｈｎの分だけダイナミックレンジを拡大できる。
【００４４】
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】
【００４５】
４０７  読出回路、４０８  増幅器、４１５  切り替え器、４１６  ＰＣ０Ｒ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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