(57)【要約】【課題】主信号の信号雑音比の向上を図る。【解決手段】実施形態によれば、第１差分検出部が、第１の時間における第１リセット信号と、第１の時間から所定時間が経過した第２の時間における第２リセット信号との差分を検出する。また、第２差分検出部が、第１リセット信号と第２リセット信号との間の主信号から、第１差分検出部で検出された差分を減算処理して出力する。【選択図】図２
2015100042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の時間における第１リセット信号と、前記第１の時間から所定時間が経過した第２の時間における第２リセット信号との差分を検出する第１差分検出部と、
前記第１リセット信号と前記第２リセット信号との間の主信号から、前記第１差分検出部で検出された差分を減算処理して出力する第２差分検出部と
を有するノイズ除去装置。
【請求項２】
前記第１差分検出部は、
前記第１リセット信号をサンプルホールドする第１サンプルホールド部と、
前記第２リセット信号をサンプルホールドする第２サンプルホールド部と、
サンプルホールドされた前記第１リセット信号と、サンプルホールドされた前記第２リセット信号との差分を検出する第１比較器とを備え、
前記第２差分検出部は、
前記主信号をサンプルホールドする第３サンプルホールド部と、
サンプルホールドされた前記主信号から、前記第１比較器からの差分を減算処理して出力する第２比較器とを備えること
を特徴とする請求項１に記載のノイズ除去装置。
【請求項３】
第２の時間における第２リセット信号と、前記第２の時間よりも所定時間前の第１の時間における第１リセット信号および前記第２リセット信号の間の主信号との差分を検出する第１差分検出部と、
前記第１差分検出部で検出された差分と、前記第１リセット信号との差分を検出して出力する第２差分検出部と
を有するノイズ除去装置。
【請求項４】
前記第１差分検出部は、
前記第２リセット信号をサンプルホールドする第１サンプルホールド部と、
前記主信号をサンプルホールドする第２サンプルホールド部と、
サンプルホールドされた前記第２リセット信号と、サンプルホールドされた前記主信号との差分を検出する第１比較器とを備え、
前記第２差分検出部は、
前記第１リセット信号をサンプルホールドする第３サンプルホールド部と、
前記第１比較器からの差分と、サンプルホールドされた前記第１リセット信号との差分を出力する第２比較器とを備えること
を特徴とする請求項３に記載のノイズ除去装置。
【請求項５】
前記主信号に重畳する熱ノイズを逆相に変換し、前記主信号の供給源に負帰還する負帰還部、をさらに備えたこと
を特徴とする請求項１から請求項４のうち、いずれか一項に記載のノイズ除去装置。
【請求項６】
光電変換部と、前記光電変換部で変換された主信号を記憶する光電信号記憶部と、前記光電信号記憶部を、前記第１リセット信号または前記第２リセット信号でリセットするリセットトランジスタと、前記光電信号記憶部に記憶された前記主信号を読み出すアンプトランジスタと、前記アンプトランジスタを選択するセレクトトランジスタとを備える３トランジスタ構成の複数の画素と、
前記アンプトランジスタを駆動する負荷トランジスタと、
請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載のノイズ除去装置と
を有する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ノイズ除去装置、および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日において提供されている静止画像撮像装置または動画像撮像装置は、例えばＣＭＯＳイメージセンサ等のイメージセンサの画素を微細化することで多画素化し、さらなる高解像度化を図っている。具体的には、画素を構成するトランジスタの数を削減し、３トランジスタ画素構成または４トランジスタ画素構成とすることで、イメージセンサの画素の微細化を図っている。
【０００３】
ここで、４トランジスタ画素構成のイメージセンサの場合、リセット→画素信号の順に読み出しを行い、その結果に対して相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated  Double  Sampling）を施すことで、ノイズ除去を図ることができる。
【０００４】
しかし、トランスファーゲートのない３トランジスタ画素構成のイメージセンサの場合、画素信号を読み出す際、先に画素信号の読み出しを行い、後からリセットを行うため、相関二重サンプリングを施すことが困難となる。このため、３トランジスタ画素構成のイメージセンサは、リセットトランジスタによるリセットノイズ（ｋＴＣノイズ）、およびアンプトランジスタによりフレーム期間の長周期に渡ってリセット電圧に重畳する１／ｆノイズが発生したままとなり、画素信号の信号雑音比（ＳＮ比：signal  to  noise  ratio）が悪くなる問題がある。
【０００５】
このようなノイズのうち、ｋＴＣノイズは、アクティブリセット方式で除去可能である。しかし、１／ｆノイズの除去は困難である。このため、１／ｆノイズを除去し、画素信号の信号雑音比の向上を図ることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１９１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、画素信号の信号雑音比の向上を図ることが可能なノイズ除去装置、および撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、第１差分検出部が、第１の時間における第１リセット信号と、第１の時間から所定時間が経過した第２の時間における第２リセット信号との差分を検出する。また、第２差分検出部が、第１リセット信号と第２リセット信号との間の主信号から、第１差分検出部で検出された差分を減算処理して出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施の形態の撮像装置のブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態の撮像装置の回路図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態の撮像装置のノイズ除去動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、第１の実施の形態の撮像装置の各部の波形を示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、第２の実施の形態の撮像装置の回路図である。
【図６】図６は、第３の実施の形態の撮像装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、ノイズ除去装置、および撮像装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
まず、図１は、ノイズ除去装置、および撮像装置が適用された第１の実施の形態の撮像装置の要部のブロック図である。この図１に示すように第１の実施の形態の撮像装置は、被写体を撮像する複数の画素１と、各画素１から読み出された画素信号からノイズを除去するノイズ除去部２とを有している。
【００１２】
画素１は、光電変換部１１および光電信号記憶部の一例である信号記憶部１２を有している。光電変換部１１は、撮像光を電荷（画素信号）に変換する。光電変換部１１としては、有機光電変換膜を用いたＣＭＯＳイメージセンサを用いることができる。または、光電変換部１１としては、無機光電変換膜を用いたイメージセンサを用いることができる。または、光電変換部１１としては、有機光電変換膜および無機光電変換膜を用いた、ハイブリット型のイメージセンサを用いることができる。信号記憶部１２は、例えばフローティングディフュージョン（ＦＤ：Floating  Diffusion）であり、光電変換部１１で生成された画素信号を、一旦、記憶する。
【００１３】
また、画素１は、３トランジスタ構成となっており、リセットトランジスタ（ＲＳＴ  Ｔｒ）１３、アンプトランジスタ（ＡＭＰ  Ｔｒ）１４、およびセレクトトランジスタ（Ｓｅｌ  Ｔｒ）１５を有する。リセットトランジスタ１３は、信号記憶部１２をリセット制御する。アンプトランジスタ１４は、信号記憶部１２から読み出された画素信号を所定の利得で増幅する。セレクトトランジスタ１５は、画素信号の増幅を行うアンプトランジスタ１４を選択制御する。
【００１４】
各画素１は、各画素１外にそれぞれ設けられたロードトランジスタ（Ｌｏａｄ  Ｔｒ）１６と接続されている。ロードトランジスタ１６は、負荷トランジスタの一例である。ロードトランジスタ１６は、画素信号の読み出しを行う画素１を選択制御し、アンプトランジスタ１４を駆動する。
【００１５】
ノイズ除去部２は、第１リセット検出部１７、第２リセット検出部１８、信号検出部１９、および差分計算部２０を有している。第１リセット検出部１７は、前フレームリセット信号検出部の一例であり、前フレームのリセット信号を検出する。第２リセット検出部１８は、現在フレームリセット信号検出部の一例であり、現在フレームのリセット信号を検出する。信号検出部１９は、現在フレーム信号検出部の一例であり、現在フレームの画素信号を検出する。差分計算部２０は、差分計算部の一例である。差分計算部２０は、前フレームのリセット信号、現在フレームのリセット信号、および現在フレームの画素信号を用いて演算を行うことで、現在フレームの画素信号からフレーム間の１／ｆノイズを除去して出力する。
【００１６】
図２は、実施の形態の撮像装置の回路図である。図２に示すように、第１リセット検出部１７は、前フレームのリセット信号をサンプリングするための第１トランジスタ２１および第１コンデンサ２２を有している。一例として、第１トランジスタ２１としては、電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている。第１トランジスタ２１のソースは、ロードトランジスタ（Ｌｏａｄ  Ｔｒ）１６と画素１のセレクトトランジスタ（Ｓｅｌ  Ｔｒ）１５との接続間に接続されており、画素１から読み出された画素信号が供給されるようになっている。
【００１７】
第１コンデンサ（Ｃ０）２２は、第１トランジスタ２１のドレインと、後述する第１比較器２７の反転入力端子（−）との間に、一端が接地されて設けられている。第１コンデンサ（Ｃ０）２２は、第１トランジスタ２１によりサンプリングされた前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）をホールドして、第１比較器２７の反転入力端子（−）に供給する。
【００１８】
第２リセット検出部１８は、現在フレームのリセット信号をサンプリングするための第２トランジスタ２３および第２コンデンサ２４を有している。一例として、第２トランジスタ２３としては、電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている。第２トランジスタ２３のソースは、ロードトランジスタ（Ｌｏａｄ  Ｔｒ）１６と画素１のセレクトトランジスタ（Ｓｅｌ  Ｔｒ）１５との接続間に接続されており、画素１から読み出された画素信号が供給されるようになっている。
【００１９】
第２コンデンサ（Ｃ１）２４は、第２トランジスタ２３のドレインと、後述する第１比較器２７の非反転入力端子（＋）との間に、一端が接地されて設けられている。第２コンデンサ（Ｃ１）２４は、第２トランジスタ２３によりサンプリングされた現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）をホールドして、第１比較器２７の非反転入力端子（＋）に供給する。
【００２０】
信号検出部１９は、現在フレームの画素信号をサンプリングするための第３トランジスタ２５および第３コンデンサ２６を有している。一例として、第３トランジスタ２５としては、電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられている。第３トランジスタ２５のソースは、ロードトランジスタ（Ｌｏａｄ  Ｔｒ）１６と画素１のセレクトトランジスタ（Ｓｅｌ  Ｔｒ）１５との接続間に接続されており、画素１から読み出された画素信号が供給されるようになっている。
【００２１】
第３コンデンサ（Ｃｓｉｇ）２６は、第３トランジスタ２５のドレインと、後述する第２比較器２８の非反転入力端子（＋）との間に、一端が接地されて設けられている。第３コンデンサ（Ｃｓｉｇ）２６は、第３トランジスタ２５によりサンプリングされた現在フレームの画素信号（Ｖｓｉｇ）をホールドして、第２比較器２８の非反転入力端子（＋）に供給する。
【００２２】
差分計算部２０は、第１比較器２７、第２比較器２８、第４トランジスタ２９、および第４コンデンサ３０を有している。第１比較器２７は、前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）と、現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）との差分（フレーム間に発生している１／ｆノイズによるリセット電位間のオフセット誤差）を検出する。第４トランジスタ２９および第４コンデンサ３０は、前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）と、現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）との差分をサンプルホールドし、第２比較器２８の反転入力端子（−）に供給する。第２比較器２８は、現在フレームの画素信号からリセット電位間のオフセット誤差を減算処理することで、フレーム間に発生している１／ｆノイズを除去した画素信号を生成し、後段の信号処理回路に供給する。
【００２３】
実施の形態の撮像装置は、第１の時間における第１リセット信号と、第１の時間から所定時間が経過した第２の時間における第２リセット信号との差分を検出する第１差分検出部を有する。また、実施の形態の撮像装置は、第１リセット信号と第２リセット信号との間の主信号から、第１差分検出部で検出された差分を減算処理して出力する第２差分検出部を有する。一例として、第１の時間における第１リセット信号は、前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）に相当する。また、第２の時間における第２リセット信号は、現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）に相当する。また、一例として、第１差分検出部は、第１トランジスタ２１、第１コンデンサ２２、第２トランジスタ２３、第２コンデンサ２４、および第１比較器２７で実現することができる。また、第１リセット信号と第２リセット信号との間の主信号は、現在フレームの画素信号（Ｖｓｉｇ）に相当する。また、一例として、第２差分検出部は、第３トランジスタ２５、第３コンデンサ２６および第２比較器２８は、第２差分検出部の一例である。
【００２４】
また、第１差分検出部は、第１リセット信号をサンプルホールドする第１サンプルホールド部と、第２リセット信号をサンプルホールドする第２サンプルホールド部と、サンプルホールドされた第１リセット信号と、サンプルホールドされた第２リセット信号との差分を検出する第１比較器とを備える。一例として、第１サンプルホールド部は、第１トランジスタ２１および第１コンデンサ２２で実現できる。また、一例として、第２サンプルホールド部は、第２トランジスタ２３および第２コンデンサ２４で実現できる。第１比較器は、第１比較器２７に相当する。
【００２５】
また、第２差分検出部は、主信号をサンプルホールドする第３サンプルホールド部と、サンプルホールドされた主信号から、前記第１比較器からの差分を減算処理して出力する第２比較器とを備える。一例として、第３サンプルホールド部は、第３トランジスタ２５および第３コンデンサ２６で実現できる。また、第２比較器は、第２比較器２８に相当する。
【００２６】
次に、図３は、実施の形態の撮像装置において、１／ｆノイズを除去した画素信号を生成するまでの流れを示すフローチャートである。また、図４は、図１および図２に示した実施の形態の撮像装置の各部の信号波形である。図４の（ａ）の符号を付した信号波形は、画素信号の読み出し期間中にセレクトトランジスタ１５のゲート電圧をハイレベルとする読み出し制御信号波形（φｓｅｌ）である。図４の（ｂ）の符号を付した信号波形は、画素信号の読み出し期間内のリセット期間中に、リセットトランジスタ１３のゲート電圧をハイレベルとするリセット信号波形（ＲＥＳ）である。
【００２７】
図４の（ｃ）の符号を付した信号波形は、信号記憶部（ＦＤ）１２から読み出される画素信号の電圧波形（ＶＦＤ）である。図４の（ｄ）の符号を付した信号波形は、読み出し期間開始のタイミングから、リセット信号がハイレベルとなるまでの間である、画素信号のサンプリング期間中、第３トランジスタ２５のゲート電圧をハイレベルとする画素サンプリング信号波形（φｓｉｇ）である。
【００２８】
図４の（ｅ）の符号を付した信号波形は、画素１から読み出されて第３トランジスタ２５に供給される画素信号（ＶＦＤ）の波形である。この画素信号のうち、ハイレベルの画素サンプリング信号（φｓｉｇ）の供給時間に相当する画素信号の部分（Ｖｓｉｇ）がサンプリングされる。図４の（ｆ）の符号を付した信号波形は、前フレームの画素信号の読み出し期間において、ハイレベルとされたリセット信号がローレベルとされたタイミングから、読み出し期間が終了するまでの間である、前フレームのリセット信号のサンプリング期間中、第１トランジスタ２１のゲート電圧をハイレベルとする前リセットサンプリング信号波形（φｒｅｓ０）である。
【００２９】
図４の（ｇ）の符号を付した信号波形は、現在フレームの画素信号の読み出し期間において、ハイレベルとされたリセット信号がローレベルとされたタイミングから、読み出し期間が終了するまでの間である、現在フレームのリセット信号のサンプリング期間中、第２トランジスタ２３のゲート電圧をハイレベルとする現リセットサンプリング信号波形（φｒｅｓ１）である。図４の（ｈ）の符号を付した信号波形は、信号記憶部（ＦＤ）１２から読み出される画素信号の電圧波形（ＶＦＤ）である。この画素信号のうち、ハイレベルの前リセットサンプリング信号（φｒｅｓ０）の供給時間に相当する画素信号の部分（Ｖｒ０）がサンプリングされる。また、画素信号のうち、ハイレベルの現リセットサンプリング信号（φｒｅｓ１）の供給時間に相当する画素信号の部分（Ｖｒ１）がサンプリングされる。
【００３０】
図３のフローチャートのステップＳ１において、画素信号の読み出し期間中にハイレベルとなる読み出し制御信号波形（φｓｅｌ）が、セレクトトランジスタ１５のゲートに供給される。これにより、ハイレベルの読み出し制御信号波形（φｓｅｌ）がゲートに供給されている間、セレクトトランジスタ１５がオン動作し、信号記憶部１２に記憶されていた画素信号（ＶＦＤ：図４の（ｃ）の波形図を参照）が、第１〜第３のトランジスタ２１，２３，２５に供給される。図４の（ｃ）の波形図に示す画素信号には、点線の波形で示すようなフレーム間の長周期的に現れる１／ｆノイズが重畳している。１／ｆノイズは、リセット信号間に存在し、オフセットのように見える。また、１／ｆノイズは、１フレーム期間が、例えば３０ｆｐｓであれば３０Ｈｚ以上に帯域制限される。
【００３１】
次に、ステップＳ２において、図４の（ｂ）の波形図に示すように、画素信号の読み出し期間内において、所定期間、ハイレベルとなるリセット信号をリセットトランジスタ１３のゲートに供給する。これにより、画素信号の読み出し期間内において、ハイレベルのリセット信号が供給されている間、ステップＳ３において、リセットトランジスタ１３がオン動作し、画素信号の信号レベルが、前フレームのリセット電位（Ｖｒ０）に固定される。
【００３２】
次に、ステップＳ４では、ハイレベルのリセット信号をローレベルに遷移させることで、リセットトランジスタ１３をオフ動作させる。また、ステップＳ５において、図４の（ｆ）の波形図に示すように、画素信号の読み出し期間内にハイレベルのリセット信号がローレベルに遷移してから読み出し期間が終了するまでの間、ハイレベルとなる前リセットサンプリング信号（φｒｅｓ０）を第１トランジスタ２１のゲートに供給する。そして、図４の（ｈ）の波形図に示すように、前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）をサンプリングする。第１コンデンサ２２は、前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）をホールドし、第１比較器２７の反転入力端子（−）に供給する。
【００３３】
次に、ステップＳ６において、セレクトトランジスタ１５のゲートに供給されていたハイレベルの読み出し制御信号（φｓｅｌ）がローレベルに遷移する。これにより、信号記憶部（ＦＤ）１２において、画素信号の記憶が開始される。
【００３４】
次に、ステップＳ７において、セレクトトランジスタ１５のゲートにハイレベルの読み出し制御信号波形（φｓｅｌ）が供給され、画素信号の読み出し期間となる。読み出された画素信号は、第１〜第３のトランジスタ２１，２３，２５に供給される。
【００３５】
次に、ステップＳ８において、図４の（ｄ）の波形図に示すように、読み出し期間が開始されてからリセットトランジスタ１３にリセット信号が供給されるまでの間ハイレベルとなる画素サンプリング信号（φｓｉｇ）が、第３トランジスタ２５のゲートに供給される。これにより、図４の（ｅ）の波形図に示すように、画素サンプリング信号（φｓｉｇ）がハイレベルとなっている間、画素信号（Ｖｓｉｇ）がサンプリングされる。このサンプリングされた画素信号（Ｖｓｉｇ）は、第３コンデンサ２６によりホールドされ、第２比較器２８の非反転入力端子（＋）に供給される。
【００３６】
次に、ステップＳ９において、図４の（ｂ）の波形図に示すように、画素信号の読み出し期間内において、画素サンプリング信号（φｓｉｇ）がローレベルに遷移したタイミングで、所定期間、ハイレベルとなるリセット信号を、リセットトランジスタ１３のゲートに供給する。これにより、画素信号の読み出し期間内において、ハイレベルのリセット信号が供給されている間、リセットトランジスタ１３がオン動作し、ステップＳ１０において、画素信号の信号レベルが、現在フレームのリセット電位（Ｖｒ１）に固定される。
【００３７】
次に、ステップＳ１１において、ハイレベルのリセット信号をローレベルに遷移させることで、リセットトランジスタ１３をオフ動作させる。
【００３８】
次に、ステップＳ１２において、図４の（ｇ）の波形図に示すように、画素信号の読み出し期間内にハイレベルのリセット信号がローレベルに遷移してから読み出し期間が終了するまでの間ハイレベルとなる現リセットサンプリング信号（φｒｅｓ１）を、第２トランジスタ２３および第４トランジスタ２９のゲートに供給する。
【００３９】
第２トランジスタ２３は、図４の（ｈ）の波形図に示すように、現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）をサンプリングする。第２コンデンサ２３は、現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）をホールドし、第１比較器２７の非反転入力端子（＋）に供給する。
【００４０】
第１比較器２７は、図４の（ｈ）の波形図に示す、前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）と現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）との差分（フレーム間に発生している１／ｆノイズによるリセット電位間のオフセット誤差＝Ｖｒ１−Ｖｒ０）を検出する。第４トランジスタ２９は、図４の（ｇ）の波形図に示す現リセットサンプリング信号（φｒｅｓ１）で、前述のオフセット誤差をサンプリングする。第４コンデンサ３０は、サンプリングされた前述のオフセット誤差をホールドする。第４コンデンサ３０によりホールドされたオフセット誤差（Ｖｒ１−Ｖｒ０）は、第２比較器２８の反転入力端子（−）に供給される。
【００４１】
次に、ステップＳ１３において、第２比較器２８が、第３トランジスタ２５および第３コンデンサ２６によりサンプルホールドされた画素信号（Ｖｓｉｇ）から、第４トランジスタ２９および第４コンデンサ３０によりサンプルホールドされた前述のオフセット誤差を減算処理する。この第２比較器２８の減算処理は、「Ｖｓｉｇ−（Ｖｒ１−Ｖｒ０）」の数式で表すことができる。これにより、画素信号に長周期に渡って重畳している１／ｆノイズを、画素信号から除去することができる。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、第１の実施の形態の撮像装置は、光電変換部１１と、光電変換部１１で変換された画素信号を記憶する信号記憶部１２とを有する。また、実施の形態の撮像装置は、リセットトランジスタ１３、アンプトランジスタ１４、およびセレクトトランジスタ１５を有する３トランジスタ構成の複数の画素１と、アンプトランジスタ１４を駆動する負荷トランジスタ（ロードトランジスタ）１６とを備えた画素アレイを有している。リセットトランジスタ１３は、信号記憶部１２をリセットする。アンプトランジスタ１４は、信号記憶部１２に記憶された画素信号を読み出す。セレクトトランジスタ１５は、アンプトランジスタ１４を選択する。
【００４３】
また、実施の形態の撮像装置は、各画素１の前フレームのリセット信号を検出する第１リセット検出部１７と、現在フレームのリセット信号を検出する第２リセット検出部１８と、現在フレームの画素信号を検出する信号検出部１９とを有する。
【００４４】
また、実施の形態の撮像装置は、差分計算部２０において、前フレームのリセット信号と現在フレームのリセット信号との差分を検出することで、前フレームと現在フレームのフレーム間に発生している１／ｆノイズによるリセット電位間のオフセット誤差を検出する。そして、差分計算部２０において、現在フレームの画素信号から、検出したオフセット誤差を減算処理する。これにより、フレーム間におけるアンプトランジスタの１／ｆノイズを除去することができ、信号雑音比（ＳＮ比）の高い画素信号を生成して出力することができる。
【００４５】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の撮像装置を説明する。第１の実施の形態の撮像装置は、前フレームと現在フレームのフレーム間に発生している１／ｆノイズによるリセット電位間のオフセット誤差を検出し、このオフセット誤差を、現在フレームの画素信号から減算処理することで、画素信号から１／ｆノイズを除去するものであった。
【００４６】
これに対して、第２の実施の形態の撮像装置は、最初に現在フレームのリセット信号から現在フレームの画像信号を減算処理し、この減算出力を、前フレームのリセット信号から減算処理することで、最終的に、１／ｆノイズを除去した画素信号を得るものである。なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異の説明のみ行い、重複した説明は省略する。
【００４７】
図５に、第２の実施の形態の撮像装置の要部の回路図を示す。この図５に示すように、第２の実施の形態の撮像装置の差分計算部４０は、現在フレームのリセット信号と、現在フレームの画素信号との差分を検出する第１比較器４１と、第１比較器４１からの差分出力をサンプルホールド処理するトランジスタ４２およびコンデンサ４４とを有している。また、第２の実施の形態の撮像装置の差分計算部４０は、サンプルホールド処理された差分出力と、前フレームのリセット信号との差分を出力することで、１／ｆノイズを除去した画素信号を出力する第２比較器４３を有している。
【００４８】
第２の実施の形態の撮像装置は、第２の時間における第２リセット信号と、第２の時間よりも所定時間前の第１の時間における第１リセット信号および第２リセット信号の間の主信号との差分を検出する第１差分検出部と、第１差分検出部で検出された差分と、第１リセット信号との差分を検出して出力する第２差分検出部とを有する。第１差分検出部は、一例として、第２トランジスタ２３、第２コンデンサ２４、第３トランジスタ２５、第３コンデンサ２６、および第１比較器４１で実現できる。また、第２差分検出部は、一例として、第１トランジスタ２１、第１コンデンサ２２、および第２比較器４３で実現できる。
【００４９】
また、第２の実施の形態の撮像装置は、第１差分検出部が、第２リセット信号をサンプルホールドする第１サンプルホールド部と、主信号をサンプルホールドする第２サンプルホールド部と、サンプルホールドされた第２リセット信号と、サンプルホールドされた主信号との差分を検出する第１比較器とを備える。一例として、第１サンプルホールド部は、第２トランジスタ２３および第２コンデンサ２４で実現できる。また、一例として、第２サンプルホールド部は、第３トランジスタ２５および第３コンデンサ２６で実現できる。また、第１比較器は、第１比較器４１に相当する。
【００５０】
また、第２の実施の形態の撮像装置は、第２差分検出部が、第１リセット信号をサンプルホールドする第３サンプルホールド部と、第１比較器からの差分と、サンプルホールドされた第１リセット信号との差分を出力する第２比較器とを備える。一例として、第３サンプルホールド部は、第１トランジスタ２１および第１コンデンサ２２で実現できる。また、第２比較器は、第２比較器４３に相当する。
【００５１】
このような第２の実施の形態の撮像装置は、第２トランジスタ２３および第２コンデンサ２４でサンプルホールドされた現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）が第１比較器４１の非反転入力端子（＋）に供給される。また、第３トランジスタ２５および第３コンデンサ２６でサンプルホールドされた現在フレームの画素信号（Ｖｓｉｇ）が、第１比較器４１の反転入力端子（−）に供給される。
【００５２】
第１比較器４１は、現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）と、現在フレームの画素信号（Ｖｓｉｇ）との差分（Ｖｒ１−Ｖｓｉｇ）を検出して出力する。トランジスタ４２およびコンデンサ４４は、現在フレームのリセット信号（Ｖｒ１）と、現在フレームの画素信号（Ｖｓｉｇ）との差分出力（Ｖｒ１−Ｖｓｉｇ）をサンプルホールドして第２の比較器４３の反転入力端子（−）に供給する。
【００５３】
第２比較器４３の非反転入力端子（＋）には、第１トランジスタ２１および第１コンデンサ２２でサンプルホールドされた、前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）が供給されている。第２比較器４３は、前フレームのリセット信号（Ｖｒ０）と、サンプルホールドされた差分出力（Ｖｒ１−Ｖｓｉｇ）との差分を出力する。これにより、第１の実施の形態と同様に、１／ｆノイズを除去した画素信号を生成して出力することができ、第１の実施の形態と同じ効果を得ることができる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態の撮像装置を説明する。上述の各実施の形態の撮像装置は、フレーム間に発生している１／ｆノイズを除去するものであった。この第３の実施の形態の撮像装置は、フレーム間に発生している１／ｆノイズと共に、リセットトランジスタのソースで発生するｋＴＣノイズを除去可能としたものである。なお、上述の各実施の形態と第３の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、差異となる箇所の説明のみ行い、重複した説明は省略する。また、第３の実施の形態の技術的思想を第１の実施の形態の撮像装置および第２の実施の形態の撮像装置の、どちらにも適用可能である。以下、第３の実施の形態の技術的思想を第１の実施の形態の撮像装置に適用した例を説明する。
【００５５】
図６に、第３の実施の形態の撮像装置の要部の回路図を示す。この図６に示すように、第３の実施の形態の撮像装置は、上述の第１の実施の形態の撮像装置の構成と共に、アクティブリセット用のオペアンプ５０を有している。オペアンプ５０の反転入力端子（−）は、セレクトトランジスタ１５とロードトランジスタ１６との間に接続されており、画素１から読み出された画素信号が反転入力されるようになっている。また、オペアンプ５０の非反転入力端子（＋）には、所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ）が供給されている。また、オペアンプ５０の出力端子は、リセットトランジスタ１３のドレインに接続されている。
【００５６】
第３の実施の形態の撮像装置は、主信号に重畳する熱ノイズ（ｋＴＣノイズ）を逆相に変換し、主信号の供給源に負帰還する負帰還部をさらに備える。一例として、負帰還部は、オペアンプ５０の出力端子を、画素１のリセットトランジスタ１３のドレインに接続することで実現できる。
【００５７】
このような構成を有する第３の実施の形態の撮像装置において、リセットトランジスタ１３のソースに発生した熱ノイズであるｋＴＣノイズは、オペアンプ５０の反転入力端子（−）に供給されることで逆相に変換される。そして、逆相に変換されたｋＴＣノイズは、リセットトランジスタ１３のドレインに負帰還されることで、リセットトランジスタ１３のソースで発生したｋＴＣノイズを相殺する。これにより、リセットトランジスタ１３のソースで発生したｋＴＣノイズを除去することができる。
【００５８】
この第３の実施の形態の撮像装置は、ノイズ除去部２により１／ｆノイズを除去することができるうえ、アクティブリセット用のオペアンプ５０により、ｋＴＣノイズをも除去することができる。このため、さらに高いＳＮ比の画素信号を生成して出力することができる他、上述の各実施の形態の撮像装置と同じ効果を得ることができる。
【００５９】
本発明の実施の形態を説明したが、各実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。各実施の形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１  画素
２  ノイズ除去部
１１  光電変換部
１２  信号記憶部
１３  リセットトランジスタ
１４  アンプトランジスタ
１５  セレクトトランジスタ
１６  ロードトランジスタ
１７  第１リセット検出部
１８  第２リセット検出部
１９  信号検出部
２０  差分計算部
２１  第１トランジスタ
２２  第１コンデンサ
２３  第２トランジスタ
２４  第２コンデンサ
２５  第３トランジスタ
２６  第３コンデンサ
２７  第１比較器
２８  第２比較器
２９  第４トランジスタ
３０  第４コンデンサ
４０  差分計算部
４１  第１比較器
４２  トランジスタ
４３  第２比較器
４４  コンデンサ
５０  オペアンプ
【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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