(57)【要約】【課題】  固定パターンノイズを大幅に抑圧する相関２重サンプリング回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置を提供する。【解決手段】  第１の期間で入力切換スイッチ２００を垂直信号線１４５側に切り換えて、その第１の期間の前半で垂直信号線１４５の信号を第１クランプ手段(２０１,２０２)によりクランプした後、第１の期間の後半でクランプコンデンサ２０１の出力側の信号を第１サンプルホールド手段(２０３,２０４)によりサンプルホールドする。次に、第２の期間で入力切換スイッチ２００を固定電位側に切り換えて、その第２の期間の前半で固定電位に対してクランプ電位を第１クランプ手段によりサンプルホールドした後、クランプコンデンサ２０１の出力側の信号を第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする。そして、第１サンプルホールド手段による２回目のサンプルホールド動作前後のサンプルホールドされた信号の差をとる。【選択図】  図４
2006025451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の入力端子に信号線が接続され、他方の入力端子に固定電位が印加され、上記信号線の信号または上記固定電位のいずれか一方を選択して出力する入力切換スイッチと、
上記入力切換スイッチの出力端子に入力側の一端が接続されたクランプコンデンサと、上記クランプコンデンサの出力側の他端に一端が接続され、他端がクランプ電位に接続されたクランプスイッチとを有する第１クランプ手段と、
上記クランプコンデンサの他端に一端が接続されたサンプルホールドスイッチと、上記サンプルホールドスイッチの他端に一端が接続されたサンプルホールドコンデンサとを有する第１サンプルホールド手段と、
第１の期間において、上記入力切換スイッチを上記信号線側に切り換えて、その第１の期間の前半で上記信号線の信号を上記第１クランプ手段によりクランプした後、上記第１の期間の後半で上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドすると共に、上記第１の期間に続く第２の期間において、上記入力切換スイッチを上記固定電位側に切り換えて、その第２の期間の前半で上記固定電位に対し上記クランプ電位を、上記第１クランプ手段により上記クランプコンデンサの出力側にサンプルホールドした後、上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドするように、上記入力切換スイッチ,クランプスイッチおよびサンプルホールドスイッチを制御する制御手段と備えたことを特徴とする相関２重サンプリング回路。
【請求項２】
請求項１に記載の相関２重サンプリング回路において、
上記クランプコンデンサの容量は、上記サンプルホールドコンデンサの容量の１０倍以上であることを特徴とする相関２重サンプリング回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の相関２重サンプリング回路において、
上記クランプスイッチおよび上記サンプルホールドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、
上記クランプコンデンサの容量に対する上記クランプスイッチの接合部面積の比と、上記サンプルホールドコンデンサの容量に対する上記サンプルホールドスイッチの接合部面積の比とが略同一であることを特徴とする相関２重サンプリング回路。
【請求項４】
光電変換手段と、その光電変換手段によって形成された受光信号および受光信号の基準となるリファレンス信号とを増幅して出力する増幅型の画素素子と、上記画素素子の出力が接続された垂直信号線と、上記垂直信号線の信号を増幅する増幅手段と、上記増幅手段の出力が水平選択スイッチを介して接続された水平信号線とを備え、上記画素素子の信号を上記垂直信号線,増幅手段および水平選択スイッチを介して水平信号線に伝送する増幅型固体撮像装置において、
上記垂直信号線と上記増幅手段との間に、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の相関２重サンプリング回路を設けたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記第１の期間において、上記入力切換スイッチを上記垂直信号線側に切り換えて、その第１の期間内の前半期間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の一方を上記第１クランプ手段によりクランプした後、上記第１の期間内の後半期間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の他方を、上記クランプコンデンサを介して上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドすることにより、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの変位量によって表す信号を上記サンプルホールドコンデンサにホールドした後、
上記第２の期間において、上記入力切換スイッチを上記固定電位側に切り換えて、その第２の期間の初期に上記固定電位に対し上記クランプ電位を、上記第１クランプ手段により上記クランプコンデンサの出力側にサンプルホールドした後、上記水平選択スイッチが導通して上記増幅手段の出力信号を上記水平信号線に読み出す期間の前半で、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの変位量によって表す第１出力信号を上記増幅手段を介して上記水平信号線に出力した後、上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドして、そのサンプルホールド後の上記水平選択スイッチの導通期間の後半で上記クランプ電位となる第２出力信号を上記増幅手段を介して上記水平信号線に出力することを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上記第２出力信号のうちの上記第１出力信号をクランプし、上記第２出力信号の期間に上記第１出力信号と上記第２出力信号との差信号を出力する第２クランプ手段と、
上記第２クランプ手段からの上記差信号をサンプルホールドして、サンプルホールドされた上記差信号を出力する第２サンプルホールド手段とを備えたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項７】
請求項５に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上記第２出力信号のうちの上記第１出力信号をサンプルホールドする第３サンプルホールド手段と、
上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上記第２出力信号のうちの上記第２出力信号をサンプルホールドする第４サンプルホールド手段と、
上記第３サンプルホールド手段によって保持された上記第１出力信号と、上記第４サンプルホールド手段によって保持された上記第２出力信号との差信号を求めて、その差信号を出力する演算手段とを備えたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか１つに記載の増幅型固体撮像装置において、
上記制御手段は、上記第１の期間の後半にオンする第１の制御信号と、上記第２の期間内の上記水平選択スイッチが導通する期間にオンする第２の制御信号とを出力すると共に、
上記第１の制御信号が一方の入力端子に入力され、上記第２の制御信号が他方の入力端子に入力され、上記第１サンプルホールド手段の上記サンプルホールドスイッチの制御入力端子に出力端子が接続されたサンプルホールド切換スイッチを備えたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の相関２重サンプリング回路において、
上記クランプスイッチおよび上記サンプルホールドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、
上記クランプスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比と、上記サンプルホールドスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比とが略同一であることを特徴とする相関２重サンプリング回路。
【請求項１０】
請求項５に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記水平選択スイッチが導通状態であると共に、
上記第２の期間内の上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続された上記水平選択スイッチが導通状態であることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記水平信号線に負荷接続スイッチを介して接続された定電流負荷を備え、
少なくとも全ての上記水平選択スイッチが導通状態である期間に、上記負荷接続スイッチがオフ状態であることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記水平選択スイッチが非導通状態であると共に、
上記第２の期間内の上記クランプコンデサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続された上記水平選択スイッチが非導通状態であることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クランプ手段とサンプルホールド手段とを有する相関２重サンプリング回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、増幅型固体撮像装置としては、各画素で発生した信号電荷そのものを読み出さず、画素内で電圧信号(または電流信号)に変換して増幅した後、上記電圧信号(または電流信号)を走査回路により読み出すものが提案されている。この増幅型固体撮像装置の画素部は、光電変換部と増幅部とが平面的に配置された横型と、光電変換部と増幅部とが立体的に配置された縦型に分類される。
【０００３】
上記横型の増幅型固体撮像装置として、図１４に示すＡＰＳ(Active Pixel Sensor)型が知られている。図１４において、光電変換部１０１で発生した信号電荷は、ゲートに電圧φTが印加されたトランジスタ１０２を介してトランジスタ１０３のゲートに移されて電圧信号となる。上記トランジスタ１０３ではインピーダンス変換(電流増幅)され、ゲートに電圧φXが印加された画素選択スイッチ１０４を介して信号Ｖsigが読み出される。この信号Ｖsigの読み出しの直前または直後に、トランジスタ１０３のゲートに蓄積した信号電荷は、ゲートに電圧φRが印加されたリセットトランジスタ１０５により電源電圧ＶD側に排出される。
【０００４】
また、縦型の増幅型固体撮像装置としては、図１５に示すＣＭＤ(Charge Modulation Device)型が知られている。図１５において、トランジスタ１１１では、光電変換により発生した信号電荷をゲート下に蓄積する。次いで、トランジスタ１１１のゲートに読み出し電圧φXを印加することにより、信号電荷によるトランジスタ１１１の特性変化が出力信号Ｖsigとして読み出される。こうして、トランジスタ１１１では、光電変換と増幅および画素選択が行われる。また、リセット動作は、ゲートに読み出し時より十分高い電圧φRを印加することにより、信号電荷が基板側に排出されることにより達成される。このため駆動にはφX／φRの３値高電圧パルスが必要となる。
【０００５】
図１４,図１５に示す上記各増幅型固体撮像装置の画素部は、図１６に示すように、共通の模式図で表される。図１６において、１３１は光電変換と読み出しおよびリセット動作を行う画素部である。上記画素部１３１の読み出しは信号線１０６の電圧φXにより制御し、リセットは信号線１０７の電圧φRにより制御する。そして、上記画素部１３１からは、増幅された信号Ｖsigを垂直信号線１０７を介して出力する。
【０００６】
図１７は上記画素部を用いて構成された増幅型固体撮像装置(２次元イメージセンサ)の構成図を示している。図１７において、画素部１３１,第１垂直走査回路１４１および第２垂直走査回路１４２で２次元画素領域１４０を形成している。上記画素部１３１の読み出し動作は、第１垂直走査回路１４１からの信号１４３により制御し、リセット動作は第２垂直走査回路１４２からの信号１４４により制御する。上記画素部１３１からの出力信号は、垂直信号線１４５に読み出された後、各垂直信号線１４５毎に設けられた相関２重サンプリング回路に導かれ、読み出し時に得られる受光信号とリセット後のリファレンス信号との差分を相関２重サンプリング回路から出力する。ここで、受光信号とリファレンス信号とは、いずれが前になるかで２つの場合がある。上記差分出力では、各画素部１３１毎の閾値のばらつきはキャンセルされ、画素部１３１毎の固定パターンノイズ(以下、ＦＰＮという)が抑圧される。なお、上記相関２重サンプリング回路は、クランプ回路(クランプコンデンサ１４６, クランプスイッチ１４７)およびサンプルホールド回路(サンプルホールドスイッチ１４８,サンプルホールドコンデンサ１４９)より構成されている。
【０００７】
また、上記相関２重サンプリング回路において、垂直信号線１４５は、クランプコンデンサ１４６を介してサンプルホールドスイッチ１４８に接続されると共に、クランプスイッチ１４７を介してクランプ電位ＶCPに接続される。このクランプ電位ＶCPへのクランプ動作は、画素部１３１からの受光信号の読み出し時にパルスφC1をハイレベルにすることにより行われ、サンプルホールド動作は、画素部１３１からのリファレンス信号の読み出し時にパルスφS1をハイレベルにすることにより行われる。そして、上記サンプルホールドスイッチ１４８からの信号は、サンプルホールドコンデンサ１４９に保持され、アンプ回路１５５により増幅される。上記アンプ回路１５５で増幅された信号は、水平走査回路１６０からの出力線１６１により制御される水平選択スイッチ１５６を介して水平信号線１６４に導かれ、水平信号線１６４の信号は、アンプ回路１６９を介して信号ＯＳを出力する。
【特許文献１】特開平１０−１７３９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、図１７に示す増幅型固体撮像装置(２次元イメージセンサ)では、垂直信号線１４５毎に設けられた相関２重サンプリング回路により、画素部１３１毎の閾値ばらつきによるＦＰＮを抑圧する。しかしながら、各垂直信号線１４５毎のアンプ回路１５５には、オフセットレベルやゲインなどのばらつきを伴う。このばらつきは、画像の水平方向にはランダムで、垂直方向には共通であるから、映像としては縦縞模様状の顕著なＦＰＮとなるため、画質を著しく損なう。さらに、水平選択スイッチ１５６にはコンダクタンスのばらつきを伴うため、これも縦縞模様状ＦＰＮの要因となる。
【０００９】
上記縦縞模様状ＦＰＮを解決する手法として、本出願人は図１８に示す増幅型固体撮像装置(２次元イメージセンサ)を提案している(特開平１０−１７３９９７号公報：特許文献１)。この増幅型固体撮像装置では、２次元画素領域は図１７に示す１４０と同じ構成をしており、２次元画素領域の図と説明を省略する。また、垂直信号線１４５毎に設けられた相関２重サンプリング回路も図１７の場合と同じ構成をしている。図１７に示す増幅型固体撮像装置との相違は、垂直信号線１４５毎のアンプ回路１５５の入力を２つとし、一方を相関２重サンプリング回路からの信号１５３とし、他方を基準電圧信号Ｖrefとした点にある。さらに、水平信号線１６４の終端に、第２のＣＤＳ(相関２重サンプリング)回路１６８を設けている。
【００１０】
上記構成の増幅型固体撮像装置(２次元イメージセンサ)において、アンプ回路１５５からの信号は、水平走査回路１６０からのパルスφH(ｊ)等により駆動される水平選択スイッチ１５６により、水平信号線１６４に順次読み出される。なお、各々の読み出し期間の途中で、アンプ回路１５５の入力は信号１５３から基準信号１５4に切り替えられる。したがって、水平信号線１６４には、各垂直信号線１４５の信号と基準信号とがペアで順次得られる。また、各アンプ回路１５５および選択水平選択スイッチ１５６の特性ばらつきは、これらペア信号の各々に共通に存在するから、第２のＣＤＳ回路１６８により上記各垂直信号線１４５の信号と基準信号との差を取れば、各アンプ回路１５５および選択水平選択スイッチ１５６の特性差が除去された正味の信号成分のみが得られる。これにより、縦縞模様状ＦＰＮを防止する。
【００１１】
しかしながら、図１８に示す増幅型固体撮像装置(２次元イメージセンサ)の場合、次のような問題がある。すなわち、各垂直信号線１４５毎のクランプスイッチ１４７は、特性に若干のばらつきを有するため、クランプ動作時のフィードスルーレベルは、各垂直信号線１４５毎に多少ばらつく。さらに、各垂直信号線１４５毎のサンプルホールドスイッチ１４８も、特性に若干のばらつきを有するため、サンプルホールド動作時のフィードスルーレベルも、やはり各垂直信号線１４５毎に多少ばらつく。これらのフィードスルーレベルのばらつきは、縦縞状のＦＰＮを引き起こす原因となる。
【００１２】
そこで、上記縦縞模様状ＦＰＮを解決する別の手法として、図１９に示す増幅型固体撮像装置(２次元イメージセンサ)が提案されている(特開平１０−１４５６８１号公報)。図１９に示すように、各垂直信号線１４５にスイッチ１９０を介して一対のコンデンサ１９１,１９２を接続し、各々のコンデンサ１９１,１９２の他端(出力端)をスイッチ１９３,１９４を介して基準電圧Ｖrefに接続している。また、コンデンサ１９１の出力端は分岐し、アンプ回路１５５に入力される。上記アンプ回路１５５からの信号は、水平走査回路１６０からのパルスφH(ｊ)およびφA2(ｊ)等により制御されて、水平信号線１６４に順次読み出される。その後、第２のＣＤＳ回路１６８により正味の信号成分のみを得る。
【００１３】
図２０(a)〜(e)は図１９に示す増幅型固体撮像装置の動作を説明するタイミングチャートを示す。なお、以下では受光信号が前、リセット信号が後ろの場合について説明する。水平ブランキング期間内の時刻ｔ1において、スイッチ１９３をオンし、スイッチ１９０をオンすることにより(図２０(a),(b)に示す)、(Ｖ2)部分の電位は画素素子の受光信号Ｖfとなり(図２０(d)に示す)、(Ｖ3)部分の電位はＶrefとなる(図２０(e)に示す)。その後、スイッチ１９０,１９３が順次オフすることにより、(Ｖ2)電位はＶf−ΔＶ1−ΔＶ2となり、(Ｖ3)電位はＶref−ΔＶ2となる(図２０(d),(e)に示す)。ただし、ΔＶ1は(Ｖ2)でのスイッチ１９０によるフィールドスルーレベル、ΔＶ2は(Ｖ3)でのスイッチ１９３によるフィールドスルーレベルである。以上の動作によりコンデンサ１９１には、次の電圧が保持される。
【００１４】
(Ｖf−ΔＶ1−ΔＶ2)−(Ｖref−ΔＶ2)＝Ｖf−Ｖref−ΔＶ1次いで、水平ブランキング期間内の時刻ｔ2において、スイッチ１９４をオンして、スイッチ１９０をオンすることにより(図２０(a),(c)に示す)、(Ｖ2)部分の電位は、画素のリセット信号Ｖdとなった後、スイッチ１９０がオフするとＶd−ΔＶ1となる。このとき、(Ｖ3)部分の電位は、ＤＣ(直流)的にフローティングのため、コンデンサ１９１に保持されている電圧差分だけ、(Ｖ2)電圧からシフトするため、次の電圧となる。
【００１５】
(Ｖd−ΔＶ1)−(Ｖf−Ｖref−ΔＶ1)＝Ｖref＋(Ｖd−Ｖf)すなわち、スイッチ１９０のフィールドスルーレベルΔＶ1は打ち消し合って、画素素子の受光信号Ｖfとリセット信号Ｖdとの差である正味の有効信号Ｖd−Ｖfが、基準電圧Ｖrefを加えた値として得られる。
【００１６】
しかしながら、図１９の増幅型固体撮像装置には次のような問題がある。つまり、１水平列の画素信号を読み出す期間中、画素信号はアンプ回路１５５の入力およびそれに接続する領域に保持され、この保持される期間は、水平走査回路１６０が走査する期間にわたり分布し、先頭画素では短く、最終画素では長くなる。このため、もしアンプ回路１５５の入力領域にリ−ク電流が存在すると、保持電圧はΔＶdrpだけ低下し、この値は先頭画素では小さく最終画素では大きくなる。すなわち、出力信号では、画面上の左側から右側に向かい分布するシェーディング状の不均―性が生じる。これも一種のＦＰＮとなり、画質を大きく損なう。また、コンデンサ１９１とコンデンサ１９２との間およびスイッチ１９３とスイッチ１９４の間は完全に等価ではなく、多少の差が存在するため、実際の動作では、各垂直信号線１４５毎にわずかのばらつきが生じ、ＦＰＮは完全には消えない。
【００１７】
そこで、この発明の目的は、簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共に、シェーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる増幅型固体撮像装置を実現できる相関２重サンプリング回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項１の相関２重サンプリング回路は、一方の入力端子に信号線が接続され、他方の入力端子に固定電位が印加され、上記信号線の信号または上記固定電位のいずれか一方を選択して出力する入力切換スイッチと、上記入力切換スイッチの出力端子に入力側の一端が接続されたクランプコンデンサと、上記クランプコンデンサの出力側の他端に一端が接続され、他端がクランプ電位に接続されたクランプスイッチとを有する第１クランプ手段と、上記クランプコンデンサの他端に一端が接続されたサンプルホールドスイッチと、上記サンプルホールドスイッチの他端に一端が接続されたサンプルホールドコンデンサとを有する第１サンプルホールド手段と、第１の期間において、上記入力切換スイッチを上記信号線側に切り換えて、その第１の期間の前半で上記信号線の信号を上記第１クランプ手段によりクランプした後、上記第１の期間の後半で上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドすると共に、上記第１の期間に続く第２の期間において、上記入力切換スイッチを上記固定電位側に切り換えて、その第２の期間の前半で上記固定電位に対し上記クランプ電位を、上記第１クランプ手段により上記クランプコンデンサの出力側にサンプルホールドした後、上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドするように、上記入力切換スイッチ,クランプスイッチおよびサンプルホールドスイッチを制御する制御手段と備えたことを特徴としている。
【００１９】
上記請求項１の相関２重サンプリング回路によれば、上記入力切換スイッチを信号線側に切り換えた第１の期間で第１クランプ手段および第１サンプルホールド手段による１回目の相関２重サンプリング動作(以下、ＣＤＳ動作という)によって、信号の前半期間信号と後半期間信号との差分として正味の信号がサンプルホールドコンデンサに得られる。次いで、上記入力切換スイッチを固定電位側に切り換えた第２の期間で第１クランプ手段および第１サンプルホールド手段による２回目のＣＤＳ動作により、１回目のＣＤＳ動作と同じフィードスルーレベルを含んだ基準信号がサンプルホールドコンデンサに得られる。したがって、その後、２回目のサンプルホールド動作前後のサンプルホールドコンデンサに保持された信号の差を取れば、ＣＤＳ動作で発生する全てのフィードスルーレベルがキャンセルされた正味の信号成分のみが得られる。したがって、この相関２重サンプリング回路を増幅型固体撮像装置に適用することによって、簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共に、シェーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる。
【００２０】
また、請求項２の相関２重サンプリング回路は、請求項１の相関２重サンプリング回路において、上記クランプコンデンサの容量は、上記サンプルホールドコンデンサの容量の１０倍以上であることを特徴としている。
【００２１】
上記請求項２の相関２重サンプリング回路によれば、上記クランプコンデンサの容量をサンプルホールドコンデンサの容量の１０倍以上にすることによって、クランプコンデンサを通した信号がサンプルホールドコンデンサに蓄積されるときのゲインを大きくできる。
【００２２】
また、請求項３の相関２重サンプリング回路は、請求項１または２の相関２重サンプリング回路において、上記クランプスイッチおよび上記サンプルホールドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、上記クランプコンデンサの容量に対する上記クランプスイッチの接合部面積の比と、上記サンプルホールドコンデンサの容量に対する上記サンプルホールドスイッチの接合部面積の比とが略同一であることを特徴としている。
【００２３】
上記請求項３の相関２重サンプリング回路によれば、上記クランプコンデンサの容量に対するクランプスイッチの接合部面積の比と、上記サンプルホールドコンデンサの容量に対するサンプルホールドスイッチの接合部面積の比とを略同一にすることによって、クランプコンデンサとサンプルホールドコンデンサとの間の信号線およびサンプルホールドコンデンサの出力側の信号線でＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下が等しくなるから、ＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下を上記ＣＤＳ動作によって確実に除去できる。
【００２４】
また、請求項４の増幅型固体撮像装置は、光電変換手段と、その光電変換手段によって形成された受光信号および受光信号の基準となるリファレンス信号とを増幅して出力する増幅型の画素素子と、上記画素素子の出力が接続された垂直信号線と、上記垂直信号線の信号を増幅する増幅手段と、上記増幅手段の出力が水平選択スイッチを介して接続された水平信号線とを備え、上記画素素子の信号を上記垂直信号線,増幅手段および水平選択スイッチを介して水平信号線に伝送する増幅型固体撮像装置において、上記垂直信号線と上記増幅手段との間に、請求項１乃至３のいずれか１つの相関２重サンプリング回路を設けたことを特徴としている。
【００２５】
上記請求項４の増幅型固体撮像装置によれば、上記第１の期間で上記相関２重サンプリング回路の第１クランプ手段および第１サンプルホールド手段による１回目のＣＤＳ動作により、画素素子の受光信号とリファレンス信号との差分が垂直信号線毎の増幅手段の入力側に得られた後、第２の期間で第１クランプ手段および第１サンプルホールド手段による２回目のＣＤＳ動作により、１回目のＣＤＳ動作と同じフィードスルーレベルを含んだ基準信号が増幅手段の入力側に得られる。したがって、その後、水平信号線の終端でＣＤＳ動作により差分信号と基準信号との差をとることによって、全てのフィードスルーレベルがキャンセルされた正味の信号成分のみが得られる。したがって、簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共に、シェーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる増幅型固体撮像装置を実現できる。
【００２６】
また、請求項５の増幅型固体撮像装置は、請求項４の増幅型固体撮像装置において、上記第１の期間において、上記入力切換スイッチを上記垂直信号線側に切り換えて、その第１の期間内の前半期間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の一方を上記第１クランプ手段によりクランプした後、上記第１の期間内の後半期間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の他方を、上記クランプコンデンサを介して上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドすることにより、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの変位量によって表す信号を上記サンプルホールドコンデンサにホールドした後、上記第２の期間において、上記入力切換スイッチを上記固定電位側に切り換えて、その第２の期間の初期に上記固定電位に対し上記クランプ電位を、上記第１クランプ手段により上記クランプコンデンサの出力側にサンプルホールドした後、上記水平選択スイッチが導通して上記増幅手段の出力信号を上記水平信号線に読み出す期間の前半で、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの変位量によって表す第１出力信号を上記増幅手段を介して上記水平信号線に出力した後、上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドして、そのサンプルホールド後の上記水平選択スイッチの導通期間の後半で上記クランプ電位となる第２出力信号を上記増幅手段を介して上記水平信号線に出力することを特徴としている。
【００２７】
上記請求項５の増幅型固体撮像装置によれば、上記第１の期間において、上記入力切換スイッチを上記信号線側に切り換えて、その第１の期間内の前半期間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の一方を上記第１クランプ手段によりクランプする。次に、上記第１の期間内の後半期間で画素素子の受光信号またはリファレンス信号の他方を、上記クランプコンデンサを介して上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドして、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分をクランプ電位からの変位量によって表す信号を上記サンプルホールドコンデンサに保持する。その後、上記第２の期間において、上記入力切換スイッチを上記固定電位側に切り換えて、その第２の期間の初期に上記固定電位に対してクランプ電位を、上記第１クランプ手段により上記クランプコンデンサの出力側にサンプルホールドする。次に、上記水平選択スイッチが導通して上記増幅手段の出力信号を上記水平信号線に読み出す期間の前半で、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分をクランプ電位からの変位量によって表す第１出力信号を上記増幅手段を介して水平信号線に出力した後、上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドして、そのサンプルホールド後の水平選択スイッチの導通期間の後半でクランプ電位を表す第２出力信号を水平信号線に出力する。そうして得られた第１,第２出力信号の差分をとることによって、受光信号とリファレンス信号との差分が得られる。
【００２８】
また、請求項６の増幅型固体撮像装置は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上記第２出力信号のうちの上記第１出力信号をクランプし、上記第２出力信号の期間に上記第１出力信号と上記第２出力信号との差信号を出力する第２クランプ手段と、上記第２クランプ手段からの上記差信号をサンプルホールドして、サンプルホールドされた上記差信号を出力する第２サンプルホールド手段とを備えたことを特徴としている。
【００２９】
上記請求項６の増幅型固体撮像装置によれば、上記第２クランプ回路と第２サンプルホールド回路との構成により、上記水平信号線に読み出される１組の上記第１出力信号と上記第２出力信号との差信号すなわち画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分が得られ、全てのばらつき成分が除去されたＦＰＮのない画像を表す信号を得ることができる。
【００３０】
また、請求項７の増幅型固体撮像装置は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上記第２出力信号のうちの上記第１出力信号をサンプルホールドする第３サンプルホールド手段と、上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および上記第２出力信号のうちの上記第２出力信号をサンプルホールドする第４サンプルホールド手段と、上記第３サンプルホールド手段によって保持された上記第１出力信号と、上記第４サンプルホールド手段によって保持された上記第２出力信号との差信号を求めて、その差信号を出力する演算手段とを備えたことを特徴としている。
【００３１】
上記請求項７の増幅型固体撮像装置によれば、上記演算手段により上記第３,第４サンプルホールド回路の出力間の差分をとる構成により、上記水平信号線に読み出される１組の上記第１出力信号と上記第２出力信号との差信号すなわち画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分が得られ、全てのばらつき成分が除去されたＦＰＮのない画像を表す信号を得ることができる。
【００３２】
また、請求項８の増幅型固体撮像装置は、請求項４乃至７のいずれか１つの増幅型固体撮像装置において、上記制御手段は、上記第１の期間の後半にオンする第１の制御信号と、上記第２の期間内の上記水平選択スイッチが導通する期間にオンする第２の制御信号とを出力すると共に、上記第１の制御信号が一方の入力端子に入力され、上記第２の制御信号が他方の入力端子に入力され、上記第１サンプルホールド手段の上記サンプルホールドスイッチの制御入力端子に出力端子が接続されたサンプルホールド切換スイッチを備えたことを特徴としている。
【００３３】
上記請求項８の増幅型固体撮像装置によれば、上記第１の期間の後半に上記サンプルホールド切換スイッチを第１の制御信号側に切り換え、上記第２の期間内の上記水平選択スイッチが導通する期間に上記サンプルホールド切換スイッチを第２の制御信号側に切り換えることによって、簡単な構成で上記水平選択スイッチが順次導通する垂直信号線毎に上記第１サンプルホールド手段のサンプルホールドスイッチを制御できる。
【００３４】
また、請求項９の相関２重サンプリング回路は、請求項１または２の相関２重サンプリング回路において、上記クランプスイッチおよび上記サンプルホールドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、上記クランプスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比と、上記サンプルホールドスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比とが略同一であることを特徴としている。
【００３５】
上記請求項９の相関２重サンプリング回路によれば、上記クランプスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比と、上記サンプルホールドスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比とを略同一にすることによって、クランプコンデンサとサンプルホールドコンデンサとの間の信号線およびサンプルホールドコンデンサの出力側の信号線でＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下が等しくなるから、ＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下を上記ＣＤＳ動作によって確実に除去できる。
【００３６】
また、請求項１０の相関２重サンプリング回路は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記水平選択スイッチが導通状態であると共に、上記第２の期間内の上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続された上記水平選択スイッチが導通状態であることを特徴としている。
【００３７】
上記請求項１０の相関２重サンプリング回路によれば、上記第１,第２の期間の両方において第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドするときに上記水平選択スイッチが導通状態となり、上記増幅手段の出力が水平選択スイッチを介して水平信号線に接続される。したがって、上記第１,第２の期間の第１サンプルホールド手段の動作時に上記第１サンプルホールド手段の負荷側の状態が同じとなり、２回の動作とも動作条件が同じとなるので、ＦＰＮやシェーディング状の不均一性をより完全に低減できる。
【００３８】
また、請求項１１の相関２重サンプリング回路は、請求項１０の増幅型固体撮像装置において、上記水平信号線に負荷接続スイッチを介して接続された定電流負荷を備え、少なくとも全ての上記水平選択スイッチが導通状態である期間に、上記負荷接続スイッチがオフ状態であることを特徴としている。
【００３９】
上記請求項１１の相関２重サンプリング回路によれば、少なくとも全ての上記水平選択スイッチが導通状態である期間に、上記負荷接続スイッチがオフ状態にして、上記定電流源を水平信号線から切り離すことにより負荷電流が流れないから、各増幅手段の出力に大きなレベル差があっても互いに干渉を生じることがない。したがって、増幅手段の入力側のサンプルホールドコンデンサにも影響を及ぼさず、２回の動作とも正しいサンプルホールド動作ができ、ＦＰＮやシャーディング状の不均一性をより完全に低減できる。
【００４０】
また、請求項１２の相関２重サンプリング回路は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記水平選択スイッチが非導通状態であると共に、上記第２の期間内の上記クランプコンデサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続された上記水平選択スイッチが非導通状態であることを特徴としている。
【００４１】
上記請求項１２の相関２重サンプリング回路によれば、上記第１,第２の期間の両方において第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドするときに上記水平選択スイッチが非導通状態となり、上記増幅手段の出力が水平選択スイッチを介して水平信号線に接続されない。したがって、上記第１,第２の期間の第１サンプルホールド手段の動作時に上記第１サンプルホールド手段の負荷側の状態が同じとなり、２回の動作とも動作条件が同じとなるので、ＦＰＮやシェーディング状の不均一性をより完全に低減できる。
【発明の効果】
【００４２】
請求項１の発明の相関２重サンプリング回路は、入力切換スイッチを信号線側に切り換えた第１の期間に、第１クランプ手段および第１サンプルホールド手段による１回目のＣＤＳ動作によって、信号の前半期間信号と後半期間信号との差分として正味の信号がサンプルホールドコンデンサに保持し、次いで、入力切換スイッチを固定電位側に切り換えた第２の期間に、第１クランプ手段および第１サンプルホールド手段による２回目のＣＤＳ動作により、１回目のＣＤＳ動作と同じフィードスルーレベルを含んだ基準信号がサンプルホールドコンデンサに得られるものである。
【００４３】
したがって、請求項１の発明の相関２重サンプリング回路によれば、２回目のサンプルホールド動作前後のサンプルホールドコンデンサに保持された信号の差を取れば、信号線のノイズ成分がＣＤＳ動作で除去されるのみでなく、上記ＣＤＳ動作で発生するクランプフィードスルーレベル、サンプルホールドフィードスルーレベル、さらにリークによる電位低下成分が除去された極めて低ノイズの信号を得ることができ、実用上の効果は絶大である。したがって、この相関２重サンプリング回路を増幅型固体撮像装置に適用することによって、簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共に、シェーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる。
【００４４】
また、請求項２の発明の相関２重サンプリング回路は、請求項１の相関２重サンプリング回路において、上記クランプコンデンサの容量をサンプルホールドコンデンサの容量の１０倍以上にしたので、クランプコンデンサを通した信号がサンプルホールドコンデンサに蓄積されるときのゲインを大きくできる。
【００４５】
また、請求項３の発明の相関２重サンプリング回路は、請求項１または２の相関２重サンプリング回路において、上記クランプスイッチおよび上記サンプルホールドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、上記クランプコンデンサの容量に対するクランプスイッチの接合部面積の比と、上記サンプルホールドコンデンサの容量に対するサンプルホールドスイッチの接合部面積の比とを略同一にしたので、クランプコンデンサとサンプルホールドコンデンサとの間の信号線およびサンプルホールドコンデンサの出力側の信号線でＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下が等しくなり、ＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下を上記ＣＤＳ動作によって確実に除去できる。
【００４６】
また、請求項４の発明の増幅型固体撮像装置は、光電変換手段と、その光電変換手段によって形成された受光信号および受光信号の基準となるリファレンス信号とを増幅して出力する増幅型の画素素子と、上記画素素子の出力が接続された垂直信号線と、上記垂直信号線の信号を増幅する増幅手段と、上記増幅手段の出力が水平選択スイッチを介して接続された水平信号線とを備え、上記画素素子の信号を垂直信号線,増幅手段および水平選択スイッチを介して水平信号線に伝送する増幅型固体撮像装置において、上記垂直信号線と増幅手段との間に、請求項１乃至３のいずれか１つの相関２重サンプリング回路を設けたものである。
【００４７】
したがって、請求項４の発明の増幅型固体撮像装置によれば、各垂直信号線でのＣＤＳ動作で発生するクランプフィードスルーレベル、サンプルホールドフィードスルーレベル、さらにリークによる電位低下成分を除去することが可能となり、全てのばらつき成分が除去された、高画質の画像信号を得ることができる。また、従来の垂直信号線毎に相関２重サンプリング回路を設けた場合に比べて、クランプコンデンサの前に入力切換スイッチを付加するのみで極めて簡単であり、面積も小さく抑えることが可能である。
【００４８】
また、請求項５の発明の増幅型固体撮像装置は、請求項４の増幅型固体撮像装置において、上記第１の期間において、上記入力切換スイッチを上記信号線側に切り換えて、その第１の期間内の前半期間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の一方を上記第１クランプ手段によりクランプし、次に、上記第１の期間の後半期間で上記画素素子の受光信号またはリファレンス信号の他方を、上記クランプコンデンサを介して上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドすることにより、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分をクランプ電位からの変位量によって表す信号を上記サンプルホールドコンデンサに保持した後、上記第２の期間において、上記入力切換スイッチを上記固定電位側に切り換えて、その第２の期間の初期に上記固定電位に対し上記クランプ電位を、上記第１クランプ手段により上記クランプコンデンサの出力側にサンプルホールドし、次に、上記水平選択スイッチが導通して上記増幅手段の出力信号を上記水平信号線に読み出す期間の前半で、上記画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分をクランプ電位からの変位量によって表す第１出力信号を上記増幅手段を介して水平信号線に出力した後、上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドして、そのサンプルホールド後の水平選択スイッチの導通期間の後半でクランプ電位を表す第２出力信号を水平信号線に出力して、その第１,第２出力信号の差分をとることによって、受光信号とリファレンス信号との差分が得られる。
【００４９】
また、請求項６の発明の増幅型固体撮像装置は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記水平信号線からの１組の上記第１出力信号および第２出力信号のうちの第１出力信号をクランプし、第２出力信号の期間に第１出力信号と第２出力信号との差信号を出力する第２クランプ手段と、上記第２クランプ手段からの上記差信号をサンプルホールドして、サンプルホールドされた上記差信号を出力する第２サンプルホールド手段との構成により、上記水平信号線に読み出される１組の第１出力信号と第２出力信号との差信号すなわち画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分が得られ、全てのばらつき成分が除去されたＦＰＮのない画像を表す信号を得ることができる。
【００５０】
また、請求項７の発明の増幅型固体撮像装置は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、演算手段により、上記第１出力信号をサンプルホールドする第３,第４サンプルホールド回路の出力と上記第２出力信号をサンプルホールドする第４サンプルホールド回路の出力間の差分をとる構成により、上記水平信号線に読み出される１組の第１出力信号と第２出力信号との差信号すなわち画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分が得られ、全てのばらつき成分が除去されたＦＰＮのない画像を表す信号を得ることができる。
【００５１】
また、請求項８の発明の増幅型固体撮像装置は、請求項４乃至７のいずれか１つの増幅型固体撮像装置において、上記第１の期間の後半にサンプルホールド切換スイッチを上記制御手段からの第１の制御信号側に切り換え、上記第２の期間内の上記水平選択スイッチが導通する期間に上記サンプルホールド切換スイッチを上記制御手段からの第２の制御信号側に切り換えることによって、簡単な構成で上記水平選択スイッチが順次導通する垂直信号線毎に上記第１サンプルホールド手段のサンプルホールドスイッチを制御することができる。
【００５２】
また、請求項９の発明の相関２重サンプリング回路は、請求項１または２の相関２重サンプリング回路において、上記クランプスイッチおよび上記サンプルホールドスイッチは夫々ＭＯＳトランジスタからなり、上記クランプスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比と、上記サンプルホールドスイッチのＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比とを略同一にしたので、クランプコンデンサとサンプルホールドコンデンサとの間の信号線およびサンプルホールドコンデンサの出力側の信号線でＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下が等しくなり、ＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下を上記ＣＤＳ動作によって確実に除去できる。
【００５３】
また、請求項１０の発明の相関２重サンプリング回路は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記水平選択スイッチが導通状態とすると共に、上記第２の期間内の上記クランプコンデンサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続された上記水平選択スイッチが導通状態とするので、上記第１,第２の期間の両方において第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドするときに水平選択スイッチが導通状態となり、上記第１サンプルホールド手段の負荷側の状態が第１,第２の期間で同じとなり、２回の動作とも動作条件が同じとなるから、ＦＰＮやシェーディング状の不均一性をより完全に低減することができる。
【００５４】
また、請求項１１の発明の相関２重サンプリング回路は、請求項１０の増幅型固体撮像装置において、上記水平信号線に負荷接続スイッチを介して接続された定電流負荷を備え、少なくとも全ての上記水平選択スイッチが導通状態である期間に、上記負荷接続スイッチがオフ状態にして、上記定電流源を水平信号線から切り離すことにより負荷電流が流れないので、各増幅手段の出力に大きなレベル差があっても互いに干渉を生じることがなく、増幅手段の入力側のサンプルホールドコンデンサにも影響を及ぼさず、２回の動作とも正しいサンプルホールド動作ができ、ＦＰＮやシャーディング状の不均一性をより完全に低減することができる。
【００５５】
また、請求項１２の発明の相関２重サンプリング回路は、請求項５の増幅型固体撮像装置において、上記第１の期間内の少なくとも上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、全ての上記水平選択スイッチが非導通状態とすると共に、上記第２の期間内の上記クランプコンデサの出力側の信号を上記第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドする期間に、上記第１サンプルホールド手段に接続された上記水平選択スイッチが非導通状態とするので、上記第１,第２の期間の両方において第１サンプルホールド手段によりサンプルホールドするときに水平選択スイッチが非導通状態となり、上記第１サンプルホールド手段の負荷側の状態が第１,第２の期間で同じとなり、２回の動作とも動作条件が同じとなるから、ＦＰＮやシェーディング状の不均一性をより完全に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、この発明の相関２重サンプリング回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５７】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態の相関２重サンプリング回路の回路図を示している。この相関２重サンプリング回路は、図１に示すように、一方の入力端子に垂直信号線１４５が接続され、他方の入力端子に固定電位であるグランドＧＮＤが接続された入力切換スイッチ２００と、上記入力切換スイッチ２００の出力端子に一端が接続されたクランプコンデンサ２０１と、上記クランプコンデンサ２０１の他端に一端が接続され、他端がクランプ電位ＶCPに接続されたクランプスイッチ２０２と、上記クランプコンデンサ２０１の他端に一端が接続されたサンプルホールドスイッチ２０３と、上記サンプルホールドスイッチ２０３の他端とグランドＧＮＤとの間に接続されたサンプルホールドコンデンサ２０４とを有している。上記クランプコンデンサ２０１とクランプスイッチ２０２とで第１クランプ手段を構成すると共に、サンプルホールドスイッチ２０３とサンプルホールドコンデンサ２０４とで第１サンプルホールド手段を構成している。また、上記相関２重サンプリング回路は、パルスφP0,パルスφC0およびパルスφS0を出力する制御手段としてのタイミング発生回路２１３を有し、パルスφP0により入力切換スイッチ２００の切り換えを制御し、パルスφC0によりクランプスイッチ２０２のオンオフを制御すると共に、パルスφS0によりサンプルホールドスイッチ２０３のオンオフを制御する。そして、上記垂直信号線１４５の入力信号Ｖinは、クランプコンデンサ２０１,サンプルホールドスイッチ２０３を介して、サンプルホールドコンデンサ２０４に保持されて、出力信号Ｖoutを出力する。
【００５８】
図２(a)〜(f)は上記相関２重サンプリング回路の動作を示すタイミングチャートを示している。以下、上記相関２重サンプリング回路の動作を図２のタイミングチャートに従って説明する。
【００５９】
まず、図２に示すように、第１の期間としての期間１内でパルスφP0をハイレベルにすることにより(図２(b)に示す)、図１に示すクランプコンデンサ２０１の入力側を入力切換スイッチ２００を介して垂直信号線１４５に接続する。次に、入力信号Ｖinの前半期間(図２(a)のＳ1で示す)内の時刻ｔ1で、パルスφC0をハイレベルにすることにより(図２(c)に示す)、クランプ電位ＶCPへのクランプ動作が行われる。そして、入力信号の後半期間(図２(a)のＳ2で示す)内の時刻ｔ2で、パルスφS0をハイレベルにすることにより(図２(d)に示す)、サンプルホールド動作が行われる。このとき、クランプコンデンサ２０１の出力側の信号線２１１の信号Ｖmのレベルは、時刻ｔ1でのクランプ動作後は、クランプパルスφC0のフィールドスルーレベル△ＶCPがあるため、ＶCP−△ＶCPとなる(図２(e)に示す)。その後、信号線２１１の信号Ｖmのレベルは、クランプコンデンサ２０１を介して信号がＶSだけ変化するため(ＶSは入力信号Ｖinの期間Ｓ1と期間Ｓ2との差であり、正味の信号成分を表す)、
Ｖm(ｔ2)＝ＶCP−△ＶCP＋ＶS …………………………… (式１)
となる。これをサンプルホールドした出力信号Ｖoutは、サンプルホールドパルスφS0のフィードスルーレベル△ＶSHがあるため、
Ｖout(ｔ2＋α)＝ＶCP−△ＶCP＋ｋＶS−△ＶSH ………… (式２)
となる。なお、ｋは、クランプコンデンサ２０１(容量Ｃc)を通した信号がサンプルホールドコンデンサ(容量ＣS)に蓄積されるときのゲインであり、次式で表される。
【００６０】
ｋ＝１−ＣS／ＣC ……………………………………… (式３)
すなわち、ゲインを大きくするには、容量ＣCを容量ＣSより十分大きくする必要があり、通常容量ＣCを容量ＣSの１０倍以上にする。
【００６１】
上記(式２)の信号は、第２のサンプルホールド時の時刻ｔ4付近では、信号線２１２(信号Ｖout)上でのリーク電流Ｉd2により、ΔＶdrpだけ低下する(図２(f)に示す)。したがって、時刻ｔ4直前の信号線２１２(信号Ｖout)に得られる第１出力信号Ｓaは、
Ｓa(ｔ4−△ｔ)＝ＶCP−△ＶCP＋ｋＶS−△ＶSH−ΔＶdrp …… (式４)
となる(図２(f)に示す)。
【００６２】
他方、信号線２１１上では、時刻ｔ2の後、入力切換スイッチ２００の入力側が接地され、時刻ｔ3において再度クランプされることにより、クランプコンデンサ２０１の出力側にＶCP−△ＶCPがホールドされる。ここで△ＶCPは、上記(式１),(式２)および(式４)の場合と全く同じクランプスイッチ２０２に起因しているから、時刻ｔ1時と同じ値である。その後、時刻ｔ4までの間に信号線２１１上でのリーク電流Ｉd1のため、ΔＶdrpだけ電位低下が生じる。したがって、時刻ｔ4付近での信号線２１１の信号Ｖmの電位はＶCP−△ＶCP−ΔＶdrpとなる(図２(e)に示す)。時刻ｔ4において、サンプルホールドパルスφS0をハイレベルにすることにより、時刻ｔ4直後の信号線２１２(信号Ｖout)の第２出力信号Ｓbには、フィードスルーレベル△ＶSHが付加されて、
Ｓb(ｔ4＋△ｔ)＝ＶCP−△ＶCP−ΔＶdrp−△ＶSH …………… (式５)
となる(図２(f)に示す)。ここで△ＶSHは、上記(式２),(式４)の場合と全く同じサンプルホールドスイッチ２０３に起因しているから、時刻ｔ2時と同じ値である。したがって、信号線２１２(信号Ｖout)に設けられた相関２重サンプリング回路(図示しない)で第１出力信号Ｓaと第２出力信号Ｓbとの差ＯＳを取れば、
ＯＳ＝Ｓa−Ｓb＝ｋＶS ……………………… (式６)
となり、相関２重サンプリング回路が本来有するノイズ低減効果に加え、クランプパルスのフィードスルーレベルΔＶCPやサンプルホールドパルスのフィードスルーレベルΔＶSHが除去され、さらにリーク電流による電位低下分ΔＶdrpも除去された正味の信号ＶSが得られる。
【００６３】
また、時刻ｔ3と時刻ｔ4との間の期間では、入力切換スイッチ２００,２０２,２０３がすべてオフであり、信号線２１１(信号Ｖm)および信号線２１２(信号Ｖout)はそれぞれ孤立してフローティング状態にある。この孤立した信号線２１１,２１２には、各スイッチ２０２,２０３を構成するＭＯＳトランジスタのソースがダイオードとして存在し、そのダイオードの接合リークがリーク電流となる。
【００６４】
上記リーク電流による電位低下分ΔＶdrpを完全に除去するには、信号線２１１(信号Ｖm)での電位低下と、信号線２１２(信号Ｖout)の電位低下とを合わせる必要がある。信号線Ｖ(ｘ)のリーク電流をＩd(ｘ)とし、容量をＣ(ｘ)とすると、時間ｔにおける電位低下ΔＶ(ｘ)は、
ΔＶ(ｘ)＝Ｉd(ｘ)・ｔ／Ｃ(ｘ) ……………………… (式７)となる。
【００６５】
図３は上記相関２重サンプリング回路で用いる信号線部の面積関係を示しており、３００はｐ型半導体基板、３０１は各スイッチを構成するＭＯＳトランジスタのゲート、３０２は上記ＭＯＳトランジスタの接合部、３０３は信号線である。図３に示すように、接合面積をＳJ(ｘ)とし、ゲート面積をＳC(ｘ)とすると、Ｉd(ｘ)，Ｃ(ｘ)は、単位面積当りの接合リーク電流をａ1、単位面積当りの接合容量をｂ1、ゲート容量をｂ2とすると、
Ｉd(ｘ)＝ａ1ＳJ(ｘ) ………………………………… (式８) 
Ｃ(ｘ)＝ｂ1ＳJ(ｘ)＋ｂ2ＳC(ｘ) …………………… (式９)
＝(ｂ1＋ｂ2ｃ0)ＳJ(ｘ) ……………………… (式１０)
ただし、ｃ0＝ＳC(ｘ)／ＳJ(ｘ) …………………………… (式１１)
となる。
【００６６】
ａ1,ｂ1,ｂ2は一般に一定値であり、またｃ0は面積比で一定であり、(式７)から、
ΔＶ(ｘ)＝一定 …………………………………… (式１２)
となる。
【００６７】
すなわち、信号線２１１(信号Ｖm)および信号線２１２(信号Ｖout)で、接合面積とゲート面積の比を略同一にすれば、△Ｖdrpを完全に除去する。図１において、信号線２１１(信号Ｖm)が信号線２１２(信号Ｖout)より接合面積の割合が小さい場合、接合面積とゲート面積の比を略同一にするためにダミー接合２１０(点線で示す)が必要となる。
【００６８】
このように、上記入力切換スイッチ２００を垂直信号線１４５側に切り換えた期間１で１回目のＣＤＳ動作により、垂直信号線１４５側の信号Ｖinの前半期間信号と後半期間信号との差分として正味の信号がサンプルホールドコンデンサ２０４に得られ、入力切換スイッチ２００を固定電位側に切り換えた第２の期間としての期間２で２回目のＣＤＳ動作により、１回目のＣＤＳ動作と同じフィードスルーレベルを含んだ基準信号がサンプルホールドコンデンサ２０４に得られる。その後、２回目のサンプルホールド動作前後のサンプルホールドコンデンサ２０４に保持された信号の差をとることによって、ＣＤＳ動作で発生する全てのフィードスルーレベルがキャンセルされた正味の信号成分のみが得られる。したがって、この相関２重サンプリング回路を増幅型固体撮像装置に適用することによって、簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共に、シェーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる。
【００６９】
また、上記クランプコンデンサ２０１の容量をサンプルホールドコンデンサ２０４の容量の１０倍以上にすることによって、クランプコンデンサ２０１を通した信号がサンプルホールドコンデンサ２０４に蓄積されるときのゲインを大きくすることができる。
【００７０】
また、上記クランプスイッチ２０２のＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比と、サンプルホールドスイッチ２０３のＭＯＳトランジスタのゲート部面積に対する接合部面積の比とを略同一にすることによって、信号線２１１(信号Ｖm)および信号線２１２(信号Ｖout)でＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下を各信号線２１１,２１２で等しくなり、ＣＤＳ動作によりＭＯＳトランジスタのリーク電流による電位低下を確実に除去することができる。
【００７１】
（第２実施形態）
図４はこの発明の第２実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図を示している。図４において、２次元画素領域は図１７に示す２次元画素領域１４０と同じ構成をしており、２次元画素領域は図と説明を省略し、以下では垂直信号線１４５以降の信号経路の回路について説明する。なお、この増幅型固体撮像装置は、タイミング発生回路を除いて図１に示す相関２重サンプリング回路と同一の構成部を有し、同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。
【００７２】
図４に示すように、上記増幅型固体撮像装置は、一端がサンプルホールドスイッチ２０３に接続された信号線２１２の他端を、増幅手段としてのアンプ回路１５５の入力端子に接続している。上記アンプ回路１５５の出力端子を水平選択スイッチ１５６を介して水平信号線１６４に接続している。上記水平選択スイッチ１５６の制御入力端子に水平走査回路１６０からの出力線１６１を接続している。また、上記サンプルホールドスイッチ２０３の制御入力端子に、サンプルホールド切換スイッチ２０７の出力端子を接続し、サンプルホールド切換スイッチ２０７の一方の入力端子に第１の制御信号としてのパルスφSAを入力し、サンプルホールド切換スイッチ２０７の他方の入力端子にＡＮＤ(論理積)回路２０５の出力端子を信号線２０８を介して接続している。上記ＡＮＤ回路２０５の一方の入力端子にパルスφSHを入力し、ＡＮＤ回路２０５の他方の入力端子に水平走査回路１６０から出力線１６１を介して第２の制御信号としてのパルスφH(j)を入力して、ＡＮＤ回路２０５からパルスφSjを出力する。また、上記水平信号線１６４の終端にＣＤＳ回路１６８の入力端子を接続し、ＣＤＳ回路１６８の出力端子をアンプ回路１６９の入力端子に接続して、アンプ回路１６９から信号ＯＳを出力する。なお、この増幅型固体撮像装置は、パルスφSH,φSA,φSW2,φCA,φSW,クランプパルスφC2およびサンプルホールドパルスφS2を出力する制御手段としてのタイミング発生回路２１４を有している。
【００７３】
図４において、各垂直信号線１４５毎の相関２重サンプリング回路の入力切換スイッチ２００の切り換えをパルスφSWにより制御し、垂直信号線１４５の信号または固定電位を入力切換スイッチ２００,クランプコンデンサ２０１を介してサンプルホールドスイッチ２０３に導く。そして、上記クランプスイッチ２０２をパルスφCAにより制御し、クランプコンデンサ２０１の出力側をクランプスイッチ２０２を介してクランプ電位ＶCPに接続して、クランプ動作を行う。次に、上記サンプルホールドスイッチ２０３をパルスφSjにより制御して、サンプルホールドスイッチ２０３からの信号をサンプルホールドコンデンサ２０４に保持し、サンプルホールド動作を行う。そして、上記サンプルホールドコンデンサ２０４に保持された信号をアンプ回路１５５により増幅し、増幅された信号を水平選択スイッチ１５６を介して水平信号線１６４に導く。そうして、上記水平信号線１６４に導かれた信号をＣＤＳ回路１６８で処理した後、アンプ回路１６９から信号ＯＳを出力する。
【００７４】
上記構成の増幅型固体撮像装置の動作を図５(a)〜(m)のタイミングチャートで示している。図５に示すように、第１の期間としての水平ブランキング期間内でパルスφswをハイレベルにすることにより(図５(b)に示す)、クランプコンデンサ２０１を入力切換スイッチ２００を介して垂直信号線１４５に接続する。そして、画素からの受光信号またはリファレンス信号の一方の読み出し期間(図５(a)の信号Ｖ1においてＳ1で示す)内の時刻ｔ1で、パルスφCAをハイレベルにすることにより(図５(c)に示す)、クランプ電位へのクランプ動作を行う。また、図示しない画素素子からの受光信号またはリファレンス信号の他方の読み出し期間(図５(a)の信号Ｖ1においてＳ2で示す)内の時刻ｔ2で、パルスφSAをハイレベルにすることにより(図５(d)に示す)、サンプルホールド動作を行う。以上により、画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分がサンプルホールドコンデンサ２０４にホールドされる。
【００７５】
次に、水平ブランキング期間の最後にパルスφswをローレベルとし(図５(b)に示す)、入力切換スイッチ２００を固定電位(グランドＧＮＤ)に接続した後、時刻ｔ3においてパルスφCAによりクランプ入力切換スイッチ２００を再度オンすることにより、クランプコンデンサ２０１の出力側にクランプ電位ＶCPをホールドする。そして、第２の期間としての水平有効期間では、パルスφH(j),φH(j+1),φH(j+2),…により(図５(e)〜(g)に示す)、各垂直信号線１４５毎に順次水平選択スイッチ１５６が導通して、アンプ回路１５５の出力を水平信号線１６４に読み出す。各読み出し期間の途中の時刻ｔJ(ｊ＝４,５,…)において、パルスφH(j),φH(j+1),φH(j+2),…およびパルスφSH(図５(h)に示す)に基づくパルスφS(j),φS(j+1),φS(j+2),…により(図５ (i)〜(k)に示す)サンプルホールドスイッチ２０３が２回目サンプル動作を行う。これにより各アンプ回路１５５から水平信号線１６４に出力される信号Ｖsrは、前半で画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分をクランプ電位ＶCPからの変位量によって表す信号となると共に、後半でクランプコンデンサ２００にホールドされたクランプ電位ＶCPとなる(図５(l)に示す)。これらを図５では第１出力信号Ｓaおよび第２出力信号Ｓbで表している。その後、ＣＤＳ回路１６８のクランプパルスφC2およびサンプルホールドパルスφS2により(図５ (m),(n)に示す)、第１出力信号Ｓaと第２出力信号Ｓbとの差分が得られ、バッファアンプ１６９を介して信号ＯＳを出力する。
【００７６】
この発明の第２実施形態の増幅型固体撮像装置は、第１実施形態の相関２重サンプリング回路と同様の作用,効果を有している。すなわち、第１実施形態の図１での入力信号ＶinをＶ1、信号線２１１の信号ＶmをＶ2、信号線２１２の信号ＶoutをＶsrと置き換えることにより、水平信号線１６４上の第１,第２出力信号Ｓa,Ｓbは図２と同様、(式４)と(式５)で表される。したがって、水平信号線１６４に設けられたＣＤＳ回路１６８で第１出力信号Ｓaと第２出力信号Ｓbとの差を取れば、信号ＯＳは上記(式６)と同様、ＯＳ＝Ｓa−Ｓb＝ｋＶsとなり、各アンプ回路１５５のばらつきが除去されるのみでなく、クランプパルスのフィールドスルーレベルΔＶCPやサンプルホールドパルスのフィールドスルーレベルΔＶSHが除去され、さらにリーク電流による電位低下分ΔＶdrpも除去された正味の信号Ｖsのみが得られる。すなわち、ＦＰＮがほぼ完全に除去された極めて高画質の画像信号が得られる。
【００７７】
また、リーク電流による電位低下分ΔＶdrpを完全に除去するため、信号線２１１の信号Ｖ2の電位低下と信号線２１２の信号Ｖ3の電位低下とを合わせる方法も、図３の場合と同様である。すなわち、信号線２１１(信号Ｖ2)と信号線２１２(信号Ｖ3)で、接合面積とゲート面積の比を略同一にすれば、ΔＶdrpが完全に除去される。図４において、信号線２１１(信号Ｖ2)が信号線２１２(信号Ｖ3)より接合面積の割合が小さい場合、接合面積とゲート面積の比を略同一にするためにダミー接合２１０(点線で示す)が必要となる。
【００７８】
このように、第１の期間としての水平ブランキング期間で１回目のＣＤＳ動作により、画素素子の受光信号とリセット信号との差分を垂直信号線１４５毎のアンプ回路１５５の入力側に得た後、第２の期間としての水平有効期間で２回目のＣＤＳ動作により、１回目のＣＤＳ動作と同じフィードスルーレベルを含んだ基準信号(クランプ電位)をアンプ回路１５５に入力した後、水平信号線１６４の終端に接続されたＣＤＳ回路１６８のＣＤＳ動作により、差分信号と基準信号との差をとることによって、全てのフィードスルーレベルがキャンセルされた正味の信号成分のみを得ることができる。したがって、簡単な構成で、水平画素選択に伴うＦＰＮを大幅に低減できると共に、シェーディング状の不均一性を低減でき、ＦＰＮのない高品位の画像が得られる増幅型固体撮像装置を実現することができる。
【００７９】
（第３実施形態）
図６はこの発明の第３実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図を示している。この増幅型固体撮像装置は、論理和回路３０１を除いて第２実施形態の増幅型固体撮像装置と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。なお、第２実施形態の図４では省略していたが、図６に示すように、水平信号線１６４とグランドＧＮＤとの間に定電流負荷３０４を接続している。
【００８０】
図６に示すように、水平走査回路１６０からの出力線１６１に論理和回路３０１を付加しており、論理和回路３０１の一方の入力端子に信号線１６１を接続し、論理和回路３０１の他方の入力端子にパルスφSWを入力し、論理和回路３０１の出力端子を信号線３０２に接続している。そして、上記論理和回路３０１により信号線１６１のパルス(φH(j),φH(j+1),…)とパルスφSWとの論理和を演算し、その演算結果を表すパルス(φHA(j),φHA(j+1),…)を信号線３０２を介して水平選択スイッチ１５６の制御入力端子に入力する。
【００８１】
上記増幅型固体撮像装置の動作を図７のタイミングチャートに示している。図７は、第２実施形態における図５と比べて、パルスφHA(j),φHA(j+1),…が異なるのみである。すなわち、これらのパルスφHA(j),φHA(j+1),…では、パルスφH(j),φH(j+1),…とパルスφSWとの論理和をとっているため、図７(e)〜(g)に示す波形となる。したがって、アンプ回路１５５の信号を水平信号線１６４に読み出す水平選択スイッチ１５６は、第１の期間(水平ブランキング期間)で同時にオンとなると共に、第２の期間(水平有効期間)で順次オンになる。このことは、ＣＤＳ回路側から見た場合、以下の特徴を有することになる。
【００８２】
この第３実施形態の増幅型固体撮像装置では、垂直信号線１４５毎に、第１の期間に一度と第２の期間に一度の合計２回のサンプルホールド動作をすることが特徴である。すなわち、図７(i)〜(k)に示すように、サンプルホールドスイッチ２０３は夫々２回オンになる。このとき、１回目で画素信号とリファレンス信号の差分をホールドすると共に、２回目で基準信号としてのクランプ電位信号をホールドする。したがって、２回の動作では、可能な限り同じ条件となることが望ましい。図４,図５に示す第２実施形態の場合、サンプルホールド動作の１回目は水平選択スイッチ１５６がオフ、サンプルホールド動作の２回目は水平選択スイッチ１５６がオンとなり、サンプルホールドスイッチ２０３の負荷側の状態が異なっていた。これに対して、この第３実施形態では、水平選択スイッチ１５６がサンプルホールド動作の１回目,２回目ともオンとなり、いずれの場合もアンプ回路１５５の出力が水平選択スイッチ１５６を介して水平信号線１６４に接続され、サンプルホールドスイッチ２０３の負荷側の状態が同じとなる。例えば、アンプ回路１５５がソースフォロワ回路の場合、水平選択スイッチ１５６がオン／オンすることで入力ゲート容量が大きく変わり、オン時は入力ゲート下にチャネルが形成されて、入力ゲート容量が大きくなる一方、オフ時はチャネルが形成されず、入力ゲート容量が小さくなる。すなわち、２回の動作とも水平選択スイッチ１５６がオンであれば、動作条件が完全に同じとなる。これにより、ＦＰＮやシェーディング状の不均一性をより完全に低減することができる。
【００８３】
なお、この第３実施形態では、水平選択スイッチ１５６は、第１の期間(水平ブランキング期間)で同時にオンしたが、第１の期間内の少なくともサンプルホールドスイッチ２０３がオンする期間、水平選択スイッチ１５６を同時にオンすればよい。
【００８４】
（第４実施形態）
図８はこの発明の第４実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図を示している。この増幅型固体撮像装置は、負荷接続スイッチ３０３および定電流負荷３０４を除いて第３実施形態の増幅型固体撮像装置と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。
【００８５】
図８に示すように、水平信号線１６４とグランドＧＮＤとの間に、負荷接続スイッチ３０３を介して定電流負荷３０４を接続している。上記負荷接続スイッチ３０３の制御入力端子にパルスφLGを入力している。
【００８６】
上記増幅型固体撮像装置の動作を図９のタイミングチャートに示している。図９は第２実施形態における図５と比べて、負荷接続スイッチ３０３を駆動するパルスφLGが付加されている点のみ異なる。すなわち、水平ブランキング期間内において、パルスφHA(j),φHA(j+1),…により各水平選択スイッチ１５６が同時にオンとなる期間内は、パルスφLGがオフとなり、負荷接続スイッチ３０３がオフとなり、水平信号線１６４に定電流負荷３０４による電流は流れない。一方、水平有効期間内において、パルスφHA(j),φHA(j+1),…により各水平選択スイッチ１５６が夫々オンとなる期間内は、パルスφLGがオンとなり、負荷接続スイッチ３０３がオンとなり、水平信号線１６４に定電流負荷３０４による電流は流れる。
【００８７】
すでに述べたように、この第４実施形態では、２回のサンプルホールド動作では、可能な限り同じ条件となることが望ましい。第３実施形態の図６の場合、１回目のサンプルホールド動作時、全てのアンプ回路１５５の出力が同時に水平選択スイッチ１５６を介して水平信号線１６４に接続される一方、定電流負荷３０４による負荷電流は一定だから、アンプ回路側で出力に大きなレベル差があると、互いに干渉が生じる可能性がある。このため、第３実施形態では、アンプ回路１５５入力側のホールド容量２０４にも影響を及ぼし、各コラムで独立にサンプルホールド動作させることが困難になる場合がある。
【００８８】
これに対して、この第４実施形態の増幅型固体撮像装置では、図９,図１０に示すように、１回目のサンプルホールド動作時、全てのアンプ回路１５５の出力が同時に水平選択スイッチ１５６を介して水平信号線１６４に接続されるとき、負荷接続スイッチ３０３をオフすることにより定電流負荷３０４による負荷電流は流れないから、アンプ回路１５５間で出力に大きなレベル差があっても互いに干渉を生じることがない。したがって、アンプ回路１５５入力側のホールド容量２０４にも影響を及ぼさず、各コラムで独立にサンプルホールド動作させることができる。すなわち、２回の動作とも正しいサンプルホールド動作ができ、ＦＰＮやシャーディング状の不均一性をより完全に低減できる。
【００８９】
（第５実施形態）
図１０はこの発明の第５実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図を示している。この増幅型固体撮像装置は、論理積回路４０１を除いて第２実施形態の増幅型固体撮像装置と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。
【００９０】
図１０に示すように、水平走査回路１６０からの出力線１６１に論理積回路４０１を付加しており、論理積回路４０１の一方の入力端子に信号線１６１を接続し、論理積回路４０１の他方の入力端子にパルスφSHの反転信号を入力し、論理積回路４０１の出力端子を信号線３０２に接続している。そして、上記論理積回路４０１により信号線１６１のパルス(φH(j),φH(j+1),…)とパルスφSHの反転信号との論理積を演算し、その演算結果を表すパルスφHB(j),φHB(j+1),…を信号線４０２を介して水平選択スイッチ１５６の制御入力端子に入力する。
【００９１】
上記増幅型固体撮像装置の動作を図１１のタイミングチャートに示している。図１１は第２実施形態における図５と比べて、パルスφHB(j),φHB(j+1),…が異なるのみである。すなわち、これらの信号では、パルスφH(j),φH(j+1),…とパルスφSHの反転信号との論理積をとっているため、図１１(e)〜(g)に示す波形となる。したがって、アンプ回路１５５の信号を水平信号線１６４に読み出す水平選択スイッチ１５６は、第１の期間(水平ブランキング期間)では、オフ状態になると共に、第２の期間(水平有効期間)で順次オンになるとき、サンプルホールドスイッチ２０３がオンになるときだけ、オフになる。このことは、その前のＣＤＳ回路側から見た場合、図６,図８の場合と同様に、以下の特徴を有することになる。
【００９２】
すでに述べたように、この第５実施形態では、２回のサンプルホールド動作では、可能な限り同じ条件となることが望ましい。図１０,図１１では、サンプルホールドスイッチ２０３がオンになる１回目、２回目とも、水平選択スイッチ１５６がオフとなり、いずれの場合もアンプ回路１５５の出力が水平選択スイッチ１５６を介して水平信号線１６４に接続されず、サンプルホールドスイッチ２０３の負荷側の状態が同じとなる。すなわち、２回の動作とも水平選択スイッチ１５６がオフであれば、動作条件が完全に同じとなる。これによりＦＰＮやシェーディング状の不均一性をより完全に低減することができる。
【００９３】
また、図１２,図１３は図４,図６,図８,図１０におけるＣＤＳ回路１６８の構成例を示している。図１２は信号ＶSRが入力された第２クランプ手段としてのクランプ回路２１と第２サンプルホールド手段としてのサンプルホールド回路２２とを組み合わせたＣＤＳ回路を示し、クランプ回路２１をクランプパルスφC2により制御し、サンプルホールド回路２２をサンプルホールドパルスφS2により制御する。上記クランプパルスφC2およびサンプルホールドパルスφS2のタイミングは、図５(m),(n)に示す通りである。上記ＣＤＳ回路により、水平信号線１６４に読み出される１組の第１出力信号Ｓaと第２出力信号Ｓbとの差信号すなわち画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分が得られる。また、図１３は信号ＶSRが入力された第３,第４サンプルホールド手段としての２つのサンプルホールド回路３１,３２と、演算手段としての差動アンプ３３とを組み合わせたＣＤＳ回路を示し、サンプルホールド回路３１,３２をサンプルホールドパルスφS3およびφS4により夫々制御する。上記サンプルホールドパルスφS3およびφS4のタイミングは、図５(m),(n)のφC2およびφS2に相当する。上記差動アンプ３３によりサンプルホールド回路３１,３２の出力間の差分をとる構成により、水平信号線１６４に読み出される１組の第１出力信号Ｓaと第２出力信号Ｓbとの差信号すなわち画素素子からの受光信号とリファレンス信号との差分が得られる。これら図１５,図１６に示すＣＤＳ回路により、第１出力信号Ｓaと第２出力信号Ｓbとの差信号が形成され、全てのばらつき成分が除去されたＦＰＮのない画像を表す信号ＯＳを得ることができる。
【００９４】
また、上記水平ブランキング期間の後半にサンプルホールド切換スイッチ２０７を第１の制御信号としてのパルスφSH側に切り換え、上記水平有効期間内の水平選択スイッチ１５６が導通する期間にサンプルホールド切換スイッチ２０７を第２の制御信号としてのパルス側に切り換えることによって、簡単な構成で水平選択スイッチ２００が順次導通する垂直信号線１４５毎にサンプルホールドスイッチ２０３を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の相関２重サンプリング回路の回路図である。
【図２】図２は上記相関２重サンプリング回路のタイミングチャートである。
【図３】図３は上記相関２重サンプリング回路の信号線部の面積関係を示す図である。
【図４】図４はこの発明の第２実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図である。
【図５】図５は上記増幅型固体撮像装置の各信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】図６はこの発明の第３実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図である。
【図７】図７は上記増幅型固体撮像装置の各信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】図８はこの発明の第３実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図である。
【図９】図９は上記増幅型固体撮像装置の各信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１０】図１０はこの発明の第３実施形態の増幅型固体撮像装置の回路図である。
【図１１】図１１は上記増幅型固体撮像装置の各信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１２】図１２はクランプ回路とサンプルホールド回路を組み合わせた相関２重サンプリング回路のブロック図である。
【図１３】図１３は２つのサンプルホールド回路を組み合わせた相関２重サンプリング回路のブロック図である。
【図１４】図１４は従来の横型の画素を例示する回路図である。
【図１５】図１５は従来の縦型の画素を例示する回路図である。
【図１６】図１６は図１４,図１５の回路を模式的に示すブロック図である。
【図１７】図１７は従来の増幅型固体撮像装置を示す回路図である。
【図１８】図１８は従来の他の増幅型固体撮像装置を示す回路図である。
【図１９】図１９は従来のもう１つの他の増幅型固体撮像装置を示す回路図である。
【図２０】図２０は従来の増幅型固体撮像装置の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００９６】
１４５…垂直信号線、１５５,１６９…アンプ回路、１６０…水平走査回路、１６８…ＣＤＳ回路、２００…入力切換スイッチ、２０１…クランプコンデンサ、２０２…クランプスイッチ、２０３…サンプルホールドスイッチ、２０４…サンプルホールドコンデンサ、２０５…ＡＮＤ回路、２０６…クロックライン、２０７…サンプルホールド切換スイッチ、２１０…ダミー接合。
【図１】
2006025451.tif 000003
【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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【図２０】
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