(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を受け、信号電圧として前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタからの信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
第１状態と第２状態との間でスイッチング動作して、前記第１状態では前記増幅トランジスタの主電極端子もしくは制御電極端子の少なくとも一方に所定の電位を印加し、前記増幅トランジスタをオフ状態もしくはアキュミュレーション状態とするためのスイッチと、
前記増幅トランジスタからの信号の出力から前記増幅トランジスタからの次の信号の出力までの間に前記スイッチを複数回にわたって前記第２状態から前記第１状態にスイッチング動作させる駆動手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、前記駆動手段は、前記サンプルホールド回路がホールド状態である期間、または、前記光電変換素子からの出力を読み出していない期間、もしくは、各フレーム間の期間、のいずれかにおいて前記スイッチを複数回にわたって前記第２状態から前記第１状態にスイッチング動作させることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
複数のセンサーセルを含む撮像装置であって、
前記センサーセルは、
光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、
前記信号電荷を受け、信号電圧として前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、
前記センサーセルを選択状態または非選択状態にするための選択トランジスタとを含み、
前記撮像装置は、
第１状態と第２状態との間でスイッチング動作して、前記第１状態では前記増幅トランジスタの主電極端子もしくは制御電極端子の少なくとも一方に所定の電位を印加し、前記増幅トランジスタをオフ状態もしくはアキュミュレーション状態とするためのスイッチを、前記選択トランジスタとは別に有することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、前記撮像装置は、垂直信号線を有し、各々の前記センサーセルの前記選択トランジスタは、当該センサーセルの前記増幅トランジスタの前記主電極端子と前記垂直信号線との間の電気的経路に配され、
前記スイッチが前記第１状態である時に、前記垂直信号線及び前記選択トランジスタを介して、前記増幅トランジスタの前記主電極端子に前記所定の電位を印加することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の撮像装置において、前記増幅トランジスタの出力を受け、前記増幅トランジスタに起因するノイズを除去するノイズ除去回路を更に有することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、前記ノイズ除去回路は、クランプ容量を用いたクランプ動作によるノイズ除去を行うもので、前記クランプ容量の前記増幅トランジスタが接続されていない側の端子が高インピーダンス状態にあり、前記クランプ容量に電荷の移動がない時に、前記スイッチの前記第１状態から前記第２状態への切り替えを行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの出力を入力とするインピーダンス変換を行うためのインピーダンス変換用トランジスタと、前記インピーダンス変換用トランジスタからの信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、前記インピーダンス変換用トランジスタの主電極端子もしくは制御電極端子の少なくとも一方に所定の電位を印加し、前記インピーダンス変換用トランジスタをオフ状態もしくはアキュミュレーション状態とするためのスイッチと、サンプルホールド回路がホールド状態にある時に、前記スイッチをオンとし前記所定の電位を印加するように制御する駆動手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置において、前記インピーダンス変換用のトランジスタの出力を受け、前記増幅トランジスタに起因するノイズを除去するノイズ除去回路を有し、前記サンプルホールド回路は、前記ノイズ除去回路に含まれることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像装置において、前記ノイズ除去回路は、クランプ容量を用いたクランプ動作によるノイズ除去を行うもので、前記クランプ容量の前記インピーダンス変換用トランジスタが接続されていない側の端子が高インピーダンス状態にあり、前記クランプ容量に電荷の移動がない時に、前記インピーダンス変換用トランジスタに付加されたスイッチのオンからオフへの切り替えを行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項において、前記駆動手段は、前記サンプルホールド回路がホールド状態の時に、前記スイッチのオンからオフへの切り替えを複数回行なうことを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか１項において、前記駆動手段は、前記サンプルホールド回路がホールド状態にある時もしくは、各光電変換素子からの出力を読み出していない期間、もしくは、各フレーム間、のいずれかで前記所定の電位を印加することを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの出力を入力とするインピーダンス変換を行うためのインピーダンス変換用トランジスタと、前記インピーダンス変換用トランジスタからの信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、前記インピーダンス変換用トランジスタの主電極端子と制御電極端子とを接続するスイッチと、前記サンプルホールド回路がホールド状態にある時に、前記スイッチをオンにして前記インピーダンス変換用トランジスタの主電極端子と制御電極端子とを接続する駆動手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の撮像装置において、前記インピーダンス変換用のトランジスタの出力を受け、前記増幅トランジスタに起因するノイズを除去するノイズ除去回路を有し、前記サンプルホールド回路は、前記ノイズ除去回路に含まれることを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の撮像装置において、前記ノイズ除去回路は、クランプ容量を用いたクランプ動作によるノイズ除去を行うもので、前記クランプ容量の前記インピーダンス変換用トランジスタが接続されていない側の端子が高インピーダンス状態にあり、前記クランプ容量に電荷の移動がない時に、前記スイッチのオンからオフへの切り替えを行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか１項において、前記駆動手段は、前記サンプルホールド回路がホールド状態の時に、前記スイッチのオンからオフへの切り替えを複数回行なうことを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５のいずれか１項において、前記駆動手段は、前記サンプルホールド回路がホールド状態にある時もしくは、各光電変換素子からの出力を読み出していない期間、もしくは、各フレーム間、のいずれかで前記インピーダンス変換用トランジスタの主電極端子と制御電極端子とを接続することを特徴とする撮像装置。
【請求項１７】
光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を制御電極領域に受け増幅して主電極領域より出力する増幅トランジスタとを含む複数のセンサーセルと、前記増幅トランジスタの１／ｆノイズを低減するために、前記増幅トランジスタの制御電極領域・主電極領域間の電位を調整するための駆動手段と、を有する撮像装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタで発生する１／ｆノイズの低減を意図した撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、撮像装置に含まれる従来のＭＯＳ型センサーセルの回路構成を示すもので、２０１はフォトダイオード、２０２は増幅ＭＯＳトランジスタ、２０３は選択トランジスタ、２０４がリセットトランジスタである。フォトダイオード２０１で、入射光に応じて発生した信号電荷は増幅ＭＯＳトランジスタ２０２のゲート端子に附随する寄生容量によって電圧に変換され、選択トランジスタ２０３のゲート端子にＨＩＧＨレベルの信号が与えられると、選択トランジスタ３はオンし、増幅トランジスタ２０２のゲートの信号電圧はソースフォロワの回路構成となっている増幅トランジスタ２０２のソース端子から出力される。
【０００３】
このセンサーセルが非選択の場合は、選択トランジスタ２０３のゲート端子にはＬＯＷの電位が与えられオフとなるわけだが、増幅トランジスタ２０２のソース電位は、そのソース端子に附随する寄生容量を充電して、徐々に電位が上昇する。
【０００４】
このセンサーセルが複数、２次元に配置された場合の従来の撮像装置の１例を図３に示す。３０１はセンサーセル、３０２は水平転送スイッチ、３０３は水平転送用シフトレジスタであり、水平転送スイッチ３０２を順次ＯＮさせる。３０４は垂直シフトレジスタで、センサーセルを選択し、活性化させる。３０５は出力アンプ、３０６は出力端子、３１０はノイズ除去回路である。
【０００５】
センサーセル３０１の構成は図２と同様で、各列の光電変換素子出力は垂直信号線３０８に接続され、垂直信号線３０８にはインピーダンス変換用のＭＯＳソースフォロワ３０９が挿入されることが多い。このソースフォロワ３０９は通常ＯＮ／ＯＦＦ動作はさせず、電源が入っている間は終始動作している。
【０００６】
このインピーダンス変換用ＭＯＳソースフォロワ３０９の出力にはさらに、センサーセル３０１やＭＯＳソースフォロワ回路３０９で発生する、製造バラツキによる雑音を除去するための雑音除去回路３１０が通常接続される。
【０００７】
図４は、他の従来のＭＯＳ型光電変換素子の回路構成を示すもので、１はフォトダイオード、２は増幅ＭＯＳトランジスタ、３は選択トランジスタ、４はリセットトランジスタ、５は増幅トランジスタ２にバイアス電流を流す定電流源、６はフォトダイオード１の電荷を増幅トランジスタ２の入力に転送する転送スイッチである。フォトダイオード１で、入射光に応じて発生した信号電荷は増幅ＭＯＳトランジスタ２のゲート端子に附随する寄生容量によって電圧に変換され、選択トランジスタ３のゲート端子にＨＩＧＨレベルの信号が与えられると、選択トランジスタ３はオンとなり、増幅トランジスタ２のゲートの信号電圧はソースフォロワの回路構成となっている増幅トランジスタ２のソース端子から出力される。
【０００８】
このセンサーセルを非選択の場合とするためには、選択トランジスタ３のゲート端子にはＬＯＷの電位を与えて選択トランジスタ３をオフにするわけだが、増幅トランジスタ２のソース電位は、そのソース端子に附随する寄生容量を充電して、徐々に電位が上昇する。
【０００９】
このセンサーセルが複数、２次元に配置された場合の従来の光電変換素子の１例を図５に示す。１００はセンサーセル、１０１はセンサーセルの選択信号線、１０２はセンサーリセット信号線、１０３はセンサー信号転送信号線、１６は水平転送スイッチ、１４は水平転送用シフトレジスタであり、水平転送スイッチ１６を順次オンにさせる。１５は垂直シフトレジスタで、センサーセルを選択し活性化させる信号線１０１や、リセット信号線１０２、転送信号線１０２を駆動する。１７は出力アンプ、１８は出力端子、１０はノイズ除去回路である。
【００１０】
センサーセル１００の構成は図４と同様で、各列のセンサーセル出力は垂直信号線８に接続され、垂直信号線にはさらに、センサーセルで発生する、製造バラツキによる雑音を除去するための雑音除去回路１０に通常接続される。
【００１１】
ここで、この従来の撮像装置の動作を図６のタイミングチャートを用いて簡単に説明する。なお、１０のノイズ除去回路は、前記センサーがリセット状態の時の出力と、光入力に応じた信号の出力とを用いて、何らかの差分出力を得るものであることをここでは仮定する。
【００１２】
信号線１０１−１に印加されるパルス１２２０１によって第一行のセンサーセルが選択され、リセット信号線１０２−１に印加されるパルス１２２０２によってリセットスイッチ４がオンにし、それに応じた出力（Ｖｒｅｓ）が垂直信号線８に出力される。引き続き転送信号線１０３−１に印加されるパルス１２２０３によって転送スイッチ６がオンにし、センサーに入力された光信号に応じた信号（Ｖｓｉｇ）が前記垂直信号線８に出力される。ノイズ除去回路１０は前記ＶｒｅｓとＶｓｉｇの２つの信号を用いて、その引き算等を行うことでセンサーセルで発生するノイズを除去する。その除去された信号は水平転送スイッチ１６を駆動するパルス１２２０４〜１２２０６によって順次オンにすることで、水平信号線１９を介して、第一行目のセンサー出力信号は出力アンプ１７によって順次得られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図４における、増幅トランジスタ２や選択トランジスタ３は、この光電変換素子のサイズを小さくするため、非常に小さなゲート幅、長さに設定されていることがほとんどであり、特に近年、撮像素子を高密度にするニーズが高いため、センサーセルを構成するこの増幅トランジスタサイズは、その製造プロセスで可能になる最小の寸法になる場合も多い。
【００１４】
ＭＯＳトランジスタの１／ｆノイズのノイズ電力密度Ｖｎ2は一般的に次式で表される。
【００１５】
Ｖｎ2＝Ｋ／（Ｗ×Ｌ×Ｃｏｘ×ｆ）
ここで、
Ｋ：比例定数
Ｗ：MOSトランジスタのゲートの幅
Ｌ：MOSトランジスタのゲートの長さ
Ｃｏｘ：単位面積当たりの容量
ｆ：周波数
この式から解るように、１／ｆノイズはＭＯＳトランジスタのゲート長Ｌとゲート幅Ｗの積に反比例し、ゲート面積が小さく設定される増幅トランジスタ２はしたがって１／ｆノイズが大きくなる。さらにこの増幅トランジスタ２の出力は、前述のように、そのノイズ低減を目的とした、サンプリングと、その後引き算をすることなどで、前記増幅トランジスタの閾値電圧などの主にＤＣ成分のノイズ抑圧を行うノイズ除去回路を経ることが多い。このサンプリングという行為によって、前記１／ｆノイズはサンプリング周波数及びその高調波で折り返しされ、より広い帯域に渡ってノイズが増大する問題が発生する。また最終的な出力端子から出力されるまで前記ノイズ除去回路の出力は通常増幅されるので、その最終出力から見た伝達関数や、センサーセルサイズの低減を目的とした増幅トランジスタ２のサイズを小さくする必要性を考えると、増幅トランジスタ２のノイズ寄与度が、他の１／ｆノイズ源となるＭＯＳトランジスタより必然的に大きくなることが分かる。なお、ＭＯＳトランジスタをスイッチとして用いた場合、オンの時はそのドレイン−ソース間電圧がほぼ０になり、オフの場合は当然ドレイン電流がほぼ０になるため、その１／ｆノイズは無視できる。
【００１６】
以上示したように、最終的な出力端子における１／ｆノイズを低減するにはセンサーセル１００内の増幅トランジスタ２の１／ｆノイズを低減することが重要であることが分かる。
【００１７】
ＭＯＳトランジスタの１／ｆノイズを減らす方法として、Applied Physics Letters 15 April 1991 p1664-p1667に"1/f noise reduction of metal-oxide-semiconductor transistors by cycling from inversion to accumulation"として示されている。
【００１８】
これは、ＭＯＳトランジスタを、オンとオフの２つの状態でスイッチさせることにより、１／ｆノイズ自身が減少するというものである。図７にデューティーサイクル５０％の場合の１／ｆノイズ測定例（出典IEEE Journal of Solid-State Circuits、 vol35、 NO7、 JULY 2000 "Reducing MOSFET 1/f Noise and Power Consumption by Switched Biasing"）を示す。０Ｖと記された結果は前記オフの状態となるゲートの電圧が０Ｖであることを示し、この１／ｆノイズスペクトルは変調理論により得られる値より８ｄｂほどさらに低くなっている。
【００１９】
この結果を従来例の撮像装置に応用させると、この光電変換素子の出力は、前記センサーセル内の増幅トランジスタがオフになる時間が生じてしまっては、その出力は間欠波形になってしまうため正常な出力が得られない。
【００２０】
また各センサーセル内に前記増幅トランジスタをアキュミュレーション状態にするスイッチを設けると該センサーセルサイズが増大し、さらに該スイッチを駆動する為の駆動ラインが必要になるためサイズはいっそう増大する。図５のような従来のセンサーセル回路構成、動作における、増幅トランジスタ２のゲートリセット動作では、増幅トランジスタ２のソースにバイアス電流源や容量が接続されているだけなので、増幅トランジスタ２が選択されている期間は当然オン状態を維持している。増幅トランジスタ２が非選択の場合に増幅トランジスタ２のゲート端子をリセットした時は、そのソース端子の電位はゲート端子電位に追従して変化し、ソース端子に附随する寄生容量を充電して電位は緩やかに上昇し、増幅トランジスタ２は徐々にｓｕｂ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ状態に近づくと思われるが、増幅トランジスタ２はオフ状態又はアキュミュレーションの状態には至らず、増幅トランジスタ２の１／ｆノイズは、この従来例では抑えられない。
【００２１】
さらに他のリセット動作を行っている従来例として、図８に示したような垂直信号線リセットがある（例えば特開２０００−４３９９号公報）。図８でＭ８が垂直信号線のリセットを行うリセットスイッチである。スイッチＭ８によるリセットは、センサーセルＳ１１〜Ｓｍｎ内のリセットとは異なるタイミングで行われる。また、センサーセル内及び垂直信号線リセットのリセット動作を行っている時に同時に選択スイッチがオンしていないため、垂直信号線Ｖ１のリセット電位はセンサーセルＳ１１〜Ｓｍｎ内の増幅トランジスタ２のソース端子に印加されていない。この時、仮に増幅トランジスタ２のソース端子にリセット電位が印加されたとしても、増幅トランジスタ２のゲート端子には値の小さい寄生容量が附随しているだけであるので、増幅トランジスタ２のゲート−ソース間寄生容量によるフィードバック効果によってソース電位変化がゲート電位にも伝達され、結局該ゲート−ソース間電位はほとんど変化せず、オフ状態又はアキュミュレーション状態に移行することはない。
【００２２】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、正常な出力を維持し、サイズの増大を招くことなく、増幅トランジスタで発生する１／ｆノイズを低減した撮像装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の側面は、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記信号電荷を受け、信号電圧として前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタからの信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、第１状態と第２状態との間でスイッチング動作して、前記第１状態では前記増幅トランジスタの主電極端子もしくは制御電極端子の少なくとも一方に所定の電位を印加し、前記増幅トランジスタをオフ状態もしくはアキュミュレーション状態とするためのスイッチと、前記増幅トランジスタからの信号の出力から前記増幅トランジスタからの次の信号の出力までの間に前記スイッチを複数回にわたって前記第２状態から前記第１状態にスイッチング動作させる駆動手段とを有することを特徴とする撮像装置を提供する。
本発明の第２の側面は、複数のセンサーセルを含む撮像装置であって、前記センサーセルは、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記信号電荷を受け、信号電圧として前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記センサーセルを選択状態または非選択状態にするための選択スイッチとを含み、前記撮像装置は、第１状態と第２状態との間でスイッチング動作して、前記第１状態では前記増幅トランジスタの主電極端子もしくは制御電極端子の少なくとも一方に所定の電位を印加し、前記増幅トランジスタをオフ状態もしくはアキュミュレーション状態とするためのスイッチを有することを特徴とする撮像装置を提供する。
本発明の第３の側面は、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの出力を入力とするインピーダンス変換を行うためのインピーダンス変換用トランジスタと、前記インピーダンス変換用トランジスタからの信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、前記インピーダンス変換用トランジスタの主電極端子もしくは制御電極端子の少なくとも一方に所定の電位を印加し、前記インピーダンス変換用トランジスタをオフ状態もしくはアキュミュレーション状態とするためのスイッチと、サンプルホールド回路がホールド状態にある時に、前記スイッチをオンとし前記所定の電位を印加するように制御する駆動手段と、を有することを特徴とする撮像装置を提供する。
本発明の第４の側面は、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの出力を入力とするインピーダンス変換を行うためのインピーダンス変換用トランジスタと、前記インピーダンス変換用トランジスタからの信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、前記インピーダンス変換用トランジスタの主電極端子と制御電極端子とを接続するスイッチと、前記サンプルホールド回路がホールド状態にある時に、前記スイッチをオンにして前記インピーダンス変換用トランジスタの主電極端子と制御電極端子とを接続する駆動手段と、を有することを特徴とする撮像装置を提供する。
本発明の第５の側面は、光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を制御電極領域に受け増幅して主電極領域より出力する増幅トランジスタとを含む複数のセンサーセルと、前記増幅トランジスタの１／ｆノイズを低減するために、前記増幅トランジスタの制御電極領域・主電極領域間の電位を調整するための駆動手段と、を有する撮像装置を提供する。
本明細書に開示された発明は、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記信号電荷を受け、信号電圧として前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタからの信号をサンプルホ−ルドするサンプルホ−ルド回路と、前記増幅トランジスタの主電極端子に所定の電位を印加するためのスイッチと、前記サンプル−ホールド回路がホールド状態にある時に、前記スイッチをオンにするように制御する駆動手段と、を有することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２４】
また、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの出力を入力とするインピーダンス変換を行うためのインピ−ダンス変換用トランジスタと、前記インピ−ダンス変換用トランジスタからの信号をサンプルホ−ルドするサンプルホ−ルド回路と、前記インピ−ダンス変換用トランジスタの主電極端子に所定の電位を印加するためのスイッチと、サンプル−ホールド回路がホールド状態にある時に、前記スイッチをオンにするように制御する駆動手段と、を有することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２５】
また、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの出力を入力とするインピーダンス変換を行うためのインピ−ダンス変換用トランジスタと、前記インピ−ダンス変換用トランジスタからの信号をサンプルホ−ルドするサンプルホ−ルド回路と、前記前記インピ−ダンス変換用トランジスタの主電極端子と制御電極端子とを接続するスイッチと、前記サンプル−ホールド回路がホールド状態にある時に、前記スイッチをオンにする駆動手段と、を有することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２６】
また、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、を備える複数のセンサーセルと、前記複数のセンサ−セルからの信号が出力される共通信号線と、前記共通信号線に接続され前記共通信号線に所定の電位を供給する第１のスイッチと、前記第１のスイッチをオンにすることによって、前記増幅トランジスタの前記主電極に、所定の電位を与え、前記増幅トランジスタがオフ状態又はアキュミュレーション状態になるように制御する駆動手段と、を備えることを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２７】
また、２次元状に配列された光信号を信号電荷に変換する光電変換素子を備える複数のセンサーセルと、前記センサーセルの出力に接続された第１の共通信号線と、前記第１の共通信号線に入力端子が接続されたインピ−ダンス変換を行うためのインピーダンス変換用トランジスタと、前記インピ−ダンス変換用のトランジスタから出力された信号が転送スイッチを介して出力される第２の共通信号線と、前記第１の共通信号線に接続された第１のスイッチと、前記第２の共通信号線に接続された第２のスイッチと、前記第１及び第２のスイッチをオンにし、前記インピ−ダンス変換用トランジスタをオフ状態又はアキュミュレーション状態にする駆動手段とを有することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２８】
また、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの制御電極の電位をリセットするリセットスイッチとを備える複数のセンサーセルと、前記増幅トランジスタからの信号が出力される共通信号線と、前記共通信号線に接続される第１のスイッチと、前記第１のスイッチと、前記リセットスイッチを用いて、前記増幅トランジスタの主電極端子、及びバックゲート端子うちの少なくとも一つに所定の電位を与え、前記増幅トランジスタをオフ状態又はアキュミュレーション状態にする駆動手段と、を有することを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２９】
また、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタの制御電極の電位をリセットするリセットスイッチとを備える複数のセンサーセルと、前記複数のセンサ−セルからの信号が出力される共通信号線と、前記共通信号線に接続され前記共通信号線に所定の電位を供給する第１のスイッチと、前記第１のスイッチと前記リセットスイッチを用いることによって、前記増幅トランジスタの前記主電極端子又は前記制御電極端子の少なくとも一方に、所定の電位を与え、前記増幅トランジスタがオフ状態又はアキュミュレーション状態になるように制御する駆動手段と、を備えることを特徴とする撮像装置を提供する。
【００３０】
また、光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号を制御電極領域に受け増幅して主電極領域より出力する増幅トランジスタとを含む複数のセンサーセルと、前記センサーセルから信号が読み出され後、次に前記センサーセルから信号が読み出される前に、前記増幅トランジスタの制御電極領域及び主電極領域の少なくとも一方に複数回パルスを与える駆動手段とを有する撮像装置を提供する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
従来例の撮像装置における垂直信号線に、その電位をある電位に一時的に固定する第一のスイッチを設け、センサーセル内の増幅トランジスタがＮＭＯＳトランジスタで、ソースフォロワとして用いられる場合はある値の高電位に、センサーセル内の増幅トランジスタがＰＭＯＳトランジスタで、ソースフォロワとして用いられる場合は低電位となるよう第１のスイッチを介して増幅トランジスタのソース端子を駆動する。センサーセル内の増幅トランジスタのソース端子は通常従来例のように、選択スイッチを介して垂直信号線に接続されることが多いので、垂直信号線が第一のスイッチによってある電位に駆動されている時に、各センサーセルに附随する選択スイッチをオンにすることで各センサーセル内の増幅トランジスタのソースを上記のある値の電位で駆動する。
【００３２】
さらにこの時、リセットスイッチをオンにすることによる増幅トランジスタのゲート電位をリセットし、リセット時のゲート電位は増幅トランジスタがよりオフ状態になるような電位（増幅トランジスタがＮＭＯＳの場合は低電位、ＰＭＯＳの場合は高電位）にすることで、増幅トランジスタは深いアキュミュレーション状態になり、その１／ｆノイズの低減効果を大きくすることも可能になりより好ましい。
【００３３】
センサーセル内の増幅トランジスタが電流出力型（ソース接地）ならば、増幅トランジスタがＰＭＯＳである場合は、増幅トランジスタのゲート電位をソース電位以上になるように駆動し、増幅トランジスタがＮＭＯＳである場合は、ゲート電位をソース電位以下になるように駆動することで同様の１／ｆノイズ低減効果を期待できる。
【００３４】
ここで示しているオフ状態の定義は、トランジスタのゲート−ソース間電位がその閾値電圧以下になった状態を指す。図９はＮＭＯＳトランジスタをオンとオフの２つの状態でスイッチした時のゲート−ソース間電圧（Ｖｇｓ）に対する１／ｆノイズの変化を示したもので、オフの時のＶｇｓが０から負になるにつれ１／ｆノイズは小さくなっていることが分かる。このことから、増幅トランジスタのスイッチによる駆動は、増幅トランジスタがＮＭＯＳの場合はそのソース電位を高電位に、ゲート電位を低電位にすることが効果的である。増幅トランジスタがＰＭＯＳの場合は逆にそのソース電位は低電位に、ゲート電位は高電位にすることは自明である。図１０はＭＯＳトランジスタのオン／オフのスイッチバイアスにおける、スイッチングの周波数に対する１／ｆノイズの影響を調べたもので、その周波数が１ｋＨｚ以上であれば１／ｆノイズの低減効果は充分大きなものになっていることが分かる。したがって、センサーセルを２次元に配列して、その映像信号をＮＴＳＣテレビ信号のレートで駆動した場合、増幅トランジスタのスイッチによる駆動を、各行のセンサーセル出力の読み出し期間の間（つまりセンサーセル出力を読み出していない期間）に行ったり、各フレーム間で行ったりしても１／ｆノイズ低減効果を期待できることを示している。
【００３５】
［実施形態１］
実施形態１の撮像装置の全体の構成は図３に示すとおりである。実施形態１では、撮像装置において、図２に示す従来例のセンサーセルが図１１に示すセンサーセルに置き換わる。
【００３６】
図１１は本発明に係る実施例で、図２の従来例に加えて、センサーセルＡの出力に垂直信号線２１２、垂直信号線２１２に接続されるインピーダンス変換用のトランジスタ３０９とバイアス電流源Ｉ２から構成されるソースフォロワ、更に、ソースフォロワ回路の出力に接続される、ノイズ除去回路Ｂが配置されている。ノイズ除去回路Ｂにはスイッチ２１０と容量２１１によるサンプル／ホールド回路が例として示されているが、その後に置かれるべき引き算に関する回路は省略している。センサーセルＡ内ではスイッチＳＷ１が増幅トランジスタ２０２のソース端子に接続されており、サンプル／ホールド回路Ｂがホールド状態の時にＳＷ１を１又は複数回スイッチングし、増幅トランジスタ２０２の１／ｆノイズを低減しながら、最終出力には影響を与えないようにする。ソースフォロワ３０９に対しても同様で、そのゲート−ソース端子間にスイッチＳＷ２を配し、ノイズ除去回路３１０のサンプル／ホールド回路Ｂがホールド状態の時に１又は複数回スイッチングを行い、ソースフォロワトランジスタ３０９の１／ｆノイズを低減する。
【００３７】
図１２は、図１１に対し、ソースフォロワ３０９に挿入されるスイッチＳＷ２を、ｐｕｌｌ−ｕｐ型に変更したものである。動作、効果は図１１の場合と同様である。
【００３８】
図１３は、図１１および図１２の動作におけるタイミングを示したもので、Ｓ／Ｈと記載されているのは図１１、図１２のサンプル／ホールド回路Ｂのモードを示しており、ａではサンプルモード、ｂではホールドモードとしている。ＳＷ１、ＳＷ２のスイッチングは、図１５にあるようにサンプル／ホールド回路Ｂがホールドモードにある時に行い、その周波数は、図１、１４におけるセンサーセルやソースフォロワの後段の帯域より高い（２倍以上が望ましい）値となるように設定する。そうすることで、このスイッチング動作による出力に与える影響はさらに小さくなる。
【００３９】
[実施形態２]
図１は本発明に係る実施形態２で、図５の従来例に加えて、９のスイッチを設け、垂直信号線８を端子１２に与えられた電圧でスイッチ９を介して駆動する。またセンサーセル１００内のリセットスイッチ４を介して用いられるリセット電圧入力端子１３を加えている。以下、その動作の詳細を、タイミング図１４を用いながら説明する。以下の説明はセンサーセル内の増幅トランジスタがＮＭＯＳトランジスタのソースフォロワであることを前提にしたものである。通常のセンサーセル１の信号を読み出す前に、端子１３に印加される電圧をあるＬＯＷレベルの電位にしておき、垂直シフトレジスタ１５から選択信号線１０１（１０１−１〜１０１−ｎ）とリセット駆動線２０２（１０２−１〜１０２−ｎ）をＨＩＧＨレベルにし（パルス２２０１、２２０２）、選択スイッチ３とリセットスイッチ４をオンにさせ、増幅トランジスタ２のゲート電位を端子１３に印加された値に駆動すると同時に、スイッチ９をオンにし、端子１２に印加されたあるＨＩＧＨレベルの電圧で垂直信号線８を駆動する。こうすることで増幅トランジスタ２のゲート電位は端子１３の電位に、ソース電位は端子１２の電位に等しくなり、そのゲート−ソース間電圧は負になることで、増幅トランジスタ２は深いアキュミュレーション状態になり、増幅トランジスタ２で発生する１／ｆノイズを大きく低減することが可能になる。その後、スイッチ９をオフにして、端子１３に印加される電位も通常のリセット電圧にしたところで、従来例の通常読み出し動作のようにすべてのセンサーセルの出力信号を各垂直信号線８に読み出す。このように、基本的には従来の信号読み出し期間の間の時間に上記１／ｆノイズ低減動作を挿入するもので、信号出力に影響を与えることなく、１／ｆノイズ低減を行うことができる。
【００４０】
図１５は図１における実施形態で、図１４よりさらに詳細な動作タイミングを示したものである。図１４における１／ｆノイズ低減期間を、各行のセンサーセル信号を読み出す間に設けていることを特徴としている。
【００４１】
垂直シフトレジスタからパルス３２０１、３２０２によって、第１行目のセンサーセル内のリセットスイッチ４と選択スイッチ３をオンにさせ、同時に端子１３に印加されるリセット電圧の値をＬＯＷレベルにし、スイッチ９をオンにさせる（パルス２０６）ことで、図１４で説明したのと同様に１行目のセンサーセル内の増幅トランジスタ２をアキュミュレーション状態にする。その後、端子１３の電位を通常のリセット電位（ＨＩＧＨレベル）に戻し、パルス３２０３でリセットしてノイズ除去回路１０にそのリセット電位を出力する。その後、端子１３の電位をＬＯＷレベルにし、パルス３２０４、３２０７によって再度１／ｆノイズ低減動作を行い、パルス３２０５の信号転送パルスでフィトダイオードの信号電荷をセンサーセル内の増幅トランジスタのゲート端子に転送し、その信号電位をノイズ除去回路１０に出力することで、製造バラツキに起因するノイズの除去を行う。そのノイズ除去された信号がノイズ除去回路１０から出力され、パルス３２０８から３２１０で水平選択信号スイッチを順にオンにさせ、出力アンプ５によって信号を読み出す。次にパルス３３０１、３３０２とスイッチ９に印加されるパルス３０６によって２行目のセンサーセルの増幅トランジスタ２の１／ｆノイズを低減させ、その後、１行目のセンサーセルと同様に、通常リセット電位、１／ｆノイズ除去、信号電位読み出し、水平転送をそれぞれパルス３３０３、３３０４と３３０７、３３０５、３３０８〜３３１０で行う。図１５における期間Ｔ１〜Ｔ４が１／ｆノイズ低減動作を行っている期間であり、Ｔ５、Ｔ６がリセット電位読み出し期間、Ｔ７、Ｔ８が信号電位読み出し期間となっている。図１におけるリセット電圧ラインは図１６に示すように増幅トランジスタ２に接続される高電位源と共通にし、センサーセルに接続される配線本数を減らしてもよい。また図１でのスイッチ９は新たに設けなくとも、従来用いられていたスイッチを代用し、センサーセル内の増幅トランジスタの出力端子をある電位に駆動し、増幅トランジスタがアキュミュレーション状態にすることができるものであれば、その制限はない。また、センサーセル内のフォトダイオードなどの光電変換素子を複数設置し、その出力を１つの増幅トランジスタの入力端子に接続した図１７のような高密度のセンサーにおいても全く同様の駆動方法を行い、１／ｆノイズ低減効果を得られる。
【００４２】
図１８は図１の実施形態における上記２つの動作タイミングとさらに異なるタイミング駆動例であり、センサーセルをリセットする前でだけ１／ｆノイズ低減動作を行う場合を示している。図５、図６の従来例の回路構成、動作タイミングに対し、センサーセル内の増幅トランジスタの１／ｆノイズ低減動作を行うパルスが挿入されている。パルス１４２０１によって第一行目のセンサーセルを選択、活性化し、リセット信号線を駆動するパルス１４２０２と垂直信号線９のリセットパルス１４２０５と、同時に端子１３の電位をＬＯＷレベルにすることで、センサーセル内の増幅トランジスタ２をオフ状態又はアキュミュレーション状態にし、その１／ｆノイズを低減する。その後端子１３の電位は通常のリセットレベル（ＨＩＧＨ）に戻し、パルス１４２０３によってセンサーセルをリセットし、その時の出力（Ｖｒｅｓ）を垂直信号線８に読み出し、ノイズ除去回路１０に出力する。引き続きパルス１４２０４によってセンサーセル内の転送スイッチ６をオンにすることでフォトダイオードで発生した信号電荷が増幅トランジスタ２のゲートに伝達され、電荷に応じた出力（Ｖｓｉｇ）が垂直信号線に現れ、ノイズ除去回路１０に出力される。
【００４３】
ノイズ除去回路１０ではＶｒｅｓとＶｓｉｇの２つの出力の差分信号を出力し、水平転送スイッチ２を駆動するパルス１４２０６〜１４２０８によってノイズ除去されたセンサー信号が順次出力アンプ１７の入力に印加され、出力端子１８から出力される。第２行目以降のセンサーセルに対しても同様に駆動することで、センサーセル内の増幅トランジスタ２の１／ｆノイズを低減し、増幅トランジスタの閾値電圧などのバラツキによるノイズをノイズ除去回路１０で除去しながらセンサー信号を得ることができる。また、センサーセルの回路構成が図１９に示すように、選択スイッチ３の位置が増幅トランジスタ２と電源の間に挿入されているような場合には、図１４、１５、１８における１／ｆノイズ低減動作期間での選択パルス（図１４の場合は２２０２）は不要になる。
【００４４】
さらに、図１における１／ｆノイズ低減を行うために設定される端子１３のリセット電位が十分低い値に設定できる場合、若しくは垂直信号線にスイッチ９を介して電位を与える端子１２の電位が十分高い値に設定できる場合は、センサーセル内の増幅トランジスタ２のゲート端子、ソース端子どちらか一方のみ、上記１／ｆノイズ低減のための駆動を行ってもよい。これは上記設定でも増幅トランジスタは充分オフ状態又はアキュミュレーション状態にすることが可能であるためである。
【００４５】
図２０は、図１９の構成のセンサーセルを用い、図１における端子１３の設定電位を１／ｆノイズ低減動作時には充分低くできる場合の、図１５のタイミング図からの変更される部分について示している。１０１−１に与えられるパルスは、増幅トランジスタのゲート端子の通常のリセットを行う時と、フォトダイオードから信号を転送する時だけ印加されており、１／ｆノイズ低減動作時の端子１３のリセット電位が十分低いので、図１５にあったスイッチ９に印加されるパルス３２０６、３２０７は削除されている点が異なっている。
【００４６】
図２１は、図４の構成のセンサーセルを用い、図１におけるスイッチ９に印加される端子１２の電位が充分高い値に設定できる場合の、図１５からの変更される部分を示している。図１５における１／ｆノイズ低減動作期間で、センサーセル内の増幅トランジスタのゲート端子を駆動するパルス３２０２、３２０４が削除され、端子１３の電位は通常のリセットを行うために設定される値で一定になって点が異なっている。
【００４７】
図２２は、さらに図１５の駆動タイミングからの発生で、上記１／ｆノイズ低減期間に印加されるパルス３２０２、３２０４、３２０６、３２０７を単一パルスではなく、複数のパルス（この例では３個）に変更したものである。これは図１０の１／ｆノイズ低減効果の、スイッチ周波数依存性に基づいたもので、スイッチ周波数が高いほど効果が大きいことに対応したパルスの印加方法となっている。また、この例では、ソース端子に複数のパルスを与えていたが、ゲートに複数のパルスを与えるような構成であっても良い
［実施形態３］
図２３は本発明に係る実施形態３であり、２次元に配置されたセンサーセル１００の共通垂直信号線８（８−１、８−２…）に、インピーダンス変換用のソースフォロワ回路２２（２２−１、２２−２…）が接続された場合の、ソースフォロワトランジスタ２２の１／ｆノイズを低減することを目的としている。ソースフォロワ２の出力には多くの場合、実施形態１と同様、ノイズ除去回路１０が接続される。ノイズ除去回路１０の出力には水平転送スイッチ２が接続され、そのスイッチを介してセンサーセルの出力信号は共通水平信号線２４、出力アンプ１７を経て出力端子１８から出力される。共通垂直線８と共通水平信号線２４にそれぞれ付加されたスイッチ９（９−１、９−２…）、２０によって、そのスイッチがオンした時端子１２と２１に印加された電圧がソースフォロワトランジスタ２２のゲートとソースそれぞれの端子に与えられ、端子１２、２１に印加される電圧を調節することで、ソースフォロワ２２はオフ状態又はアキュミュレーション状態にすることができ、したがってトランジスタ２２の１／ｆノイズは低減される。
【００４８】
この時ノイズ除去回路１０はスルーの状態に設定する。上記１／ｆノイズ低減動作は実施形態１と同様に、各行のセンサーセル出力を読み出す間の期間や、全センサーセルの信号を読み出す間の期間に行うことで、読み出される信号に与える影響はない。また、この１／ｆノイズ低減動作を行うのに必要な、従来例から追加されるスイッチは９と２０であり、センサチップ面積の増大の要因にはほとんどならない。
【００４９】
なお、実施形態１乃至３では、トランジスタとしてＭＯＳトランジスタを使用するとして説明したが、一部又は全てのトランジスとしては、バイポーラトランジスタその他の各種トランジスタを用いても良い。ＭＯＳトランジスタをバイポーラトランジスタに置き換えた場合には、ゲートはベース、ソースはエミッタ、ドレインはコレクタ、ソースフォロワはエミッタフォロワに置き換えられる。本発明では、制御電極とは、例えば、ゲート又はベースであり、主電極とは、例えば、ソース又はエミッタである。
【００５０】
［実施形態４］
図２４に基づいて、本発明の固体撮像素子を動画ビデオカメラに適用した場合の一実施形態について詳述する。
【００５１】
図２４は、本発明の固体撮像素子を動画ビデオカメラに適用した場合を示すブロック図で、１９００１は撮影レンズで焦点調節を行うためのフォーカスレンズ１９００１Ａ、ズーム動作を行うズームレンズ１９００１Ｂ、結像用のレンズ１９００１Ｃを備えている。
【００５２】
１９００２は絞り、１９００３は撮像面に結像された被写体像を光電変換して電気的な撮像信号に変換する撮像装置、１９００４は撮像装置１９００３より出力された撮像信号をサンプルホルドし、さらに、レベルをアンプするサンプルホルド回路（Ｓ／Ｈ回路）であり、映像信号を出力する。撮像装置１９００４は、実施形態１乃至３で説明したものである。
【００５３】
１９００５はサンプルホルド回路１９００４から出力された映像信号にガンマ補正、色分離、ブランキング処理等の所定の処理を施すプロセス回路で、輝度信号Ｙ及びクロマ信号Ｃを出力する。プロセス回路１９００５から出力されたクロマ信号Ｃは、色信号補正回路１９０２１で、ホワイトバランス及び色バランスの補正がなされ、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙとして出力される。
【００５４】
また、プロセス回路１９００５から出力された輝度信号Ｙと、色信号補正回路１９０２１から出力された色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは、エンコーダ回路（ＥＮＣ回路）１９０２４で変調され、標準テレビジョン信号として出力される。そして、図示しないビデオレコーダ、あるいは電子ビューファインダ等のモニタＥＶＦへと供給される。次いで、１９００６はアイリス制御回路で有り、サンプルホルド回路１９００４から供給される映像信号に基づいてアイリス駆動回路１９００７を制御し、映像信号の最大レベル又は平均レベル等が所定レベルの一定値となるように、絞り２の開口量を制御すべくｉｇメータを自動制御するものである。
【００５５】
１９０１３、１９０１４は、サンプルホルド回路１９００４から出力された映像信号中より合焦検出を行うために必要な高周波成分を抽出する異なった帯域制限のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）である。第一のバンドパスフィルタ１９０１３（ＢＰＦ１）、及び第二のバンドパスフィルタ１９０１４（ＢＰＦ２）から出力された信号は、ゲート回路１９０１５及びフォーカスゲート枠信号で各々でゲートされ、ピーク検出回路１９０１６でピーク値が検出されてホールドされると共に、論理制御回路１９０１７に入力される。
【００５６】
この信号を焦点電圧と呼び、この焦点電圧によってフォーカスを合わせている。
【００５７】
また、１９０１８はフォーカスレンズ１９００１Ａの移動位置を検出するフォーカスエンコーダ、１９０１９はズームレンズ１９００１Ｂの焦点距離を検出するズームエンコーダ、１９０２０は絞り１９００２の開口量を検出するアイリスエンコーダである。これらのエンコーダの検出値は、システムコントロールを行う論理制御回路１９０１７へと供給される。
【００５８】
論理制御回路１９０１７は、設定された合焦検出領域内に相当する映像信号に基づいて、被写体に対する合焦検出を行い焦点調節を行う。即ち、各々のバンドパスフィルタ１９０１３、１９０１４より供給された高周波成分のピーク値情報を取り込み、高周波成分のピーク値が最大となる位置へとフォーカスレンズ１９００１Ａを駆動すべくフォーカス駆動回路１９００９にフォーカスモータ１９０１０の回転方向、回転速度、回転／停止等の制御信号を供給し、これを制御する。
【００５９】
［実施形態５］
図２５に基づいて、本発明の固体撮像素子を静止画ビデオカメラに適用した場合の一実施形態について詳述する。
【００６０】
図２５は、本発明の固体撮像素子を静止画ビデオカメラに適用した場合を示すブロック図である。
【００６１】
図７において、２０００１はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、２０００２は被写体の光学像を撮像装置２０００４に結像させるレンズ、２０００３はレンズ２０００２を通った光量を可変するための絞りである。２０００４はレンズ２０００２で結像された被写体を画像信号として取り込むための撮像装置であり実施形態１乃至３で説明したものである。２０００６は撮像装置２０００４より出力される画像信号のアナログーディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、２０００７はＡ／Ｄ変換器２０００６より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、２０００８は撮像装置２０００４、撮像信号処理回路２０００５、Ａ／Ｄ変換器２０００６、信号処理部２０００７に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、２０００９は各種演算と静止画ビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、２００１０は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、２００１１は記録媒体に記録又は読み出しを行うためのインターフェース部、２００１２は画像データの記録又は読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、２００１３は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。
【００６２】
次に、前述の構成における撮影時の静止画ビデオカメラの動作について説明する。
【００６３】
バリア２０００１がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、更にＡ／Ｄ変換器２０００６などの撮像系回路の電源がオンされる。
【００６４】
それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部２０００９は絞り２０００３を開放にし、撮像装置２０００４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器２０００６で変換された後、信号処理部２０００７に入力される。
【００６５】
そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部２０００９で行う。
【００６６】
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部２０００９は絞りを制御する。
【００６７】
次に、撮像装置２０００４から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部２０００９で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。
【００６８】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。
【００６９】
露光が終了すると、撮像装置２０００４から出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器２０００６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部２０００７を通り全体制御・演算部２０００９によりメモリ部に書き込まれる。
【００７０】
その後、メモリ部２００１０に蓄積されたデータは、全体制御・演算部２０００９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体２００１２に記録される。
【００７１】
また、外部Ｉ／Ｆ部２００１３を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【００７２】
［実施形態６］
図２６、２７に基づいて、本発明の撮像装置をシートフィード式の原稿画像記録装置に適用した場合の一実施形態について詳述する。
【００７３】
図２６は、原稿画像を読み取る原稿画像読取装置の概略図である。
【００７４】
２１００１は、密着型のイメージセンサ（以下“ＣＩＳ”とも呼ぶ。）であり、撮像装置２１００２、セルフォックレンズ２１００３、ＬＥＤアレイ２１００４及びコンタクトガラス２１００５から構成されている。
【００７５】
搬送ローラ２１００６は、ＣＩＳ１の前後に配置されており、原稿を配置させるために使用される。コンタクトシート２１００７は、原稿をＣＩＳ１に接触させる為に使用される。２１０１０は、制御回路であり、ＣＩＳ１からの信号の処理を行う。
【００７６】
原稿検知レバー２１００８は、原稿が差し込まれたことを検知するためのレバーであり、原稿が差し込まれたことを検知すると、原稿検知レバー２１００８が傾くことにより、原稿検知センサー２１００９の出力が変化することにより、その状態を制御回路２１０１０内のＣＰＵ２２２１５に伝達することにより、原稿が差し込まれたと判断して、原稿搬送ローラ２１００６駆動用モータ（図示せず）を駆動させることにより、原稿搬送を開始させ読み取り動作を行う。
【００７７】
図２７は、図２６の制御回路２１０１０を詳細に説明するための電気的構成を示すブロック図である。以下に図２７を用いて、その回路動作を説明する。
【００７８】
図２７において、２２２０１はイメージセンサ（図２６のＣＩＳ２１００１）であり、光源である各色Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ２２２０２も一体化されており、ＣＩＳ１のコンタクトガラス２１００５上を原稿を搬送させながら、ＬＥＤ制御（ドライブ）回路２２２０３にて１ライン毎に各色Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ２０２を切り替えて点灯させることにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ線順次のカラー画像を読み取ることが可能である。
【００７９】
ＡＭＰ２２２０４は、ＣＩＳ２２２０１より出力された信号を増幅させる増幅器であり、２２２０５はこの増幅出力のＡ／Ｄ変換を行って、例えば８ビットのディジタル出力を得るＡ／Ｄ変換回路である。シェーディングＲＡＭ２２２０６は、キャリブレーション用のシートを予め読み取ることにより、シェーディング補正用のデータが記憶されており、シェーディング補正回路２２２０７は、シェーディングＲＡＭ２２２０６のデータに基づいて読み取られた画像信号のシェーディング補正を行う。ピーク検知回路２２２０８は、読み取られた画像データにおけるピーク値を、ライン毎に検知する回路であり、原稿の先端を検知する為に使用される。
【００８０】
ガンマ補正回路２２２０９は、ホストコンピュータより予め設定されたガンマーカーブに従って読み取られた画像データのガンマ補正を行う。
【００８１】
バッファＲＡＭ２２２１０は、実際の読み取り動作とホストコンピュータとの通信におけるタイミングを合わせる為に、画像データを１次的に記憶させるためのＲＡＭであり、パッキング／バッファＲＡＭ制御回路２２２１１は、ホストコンピュータより予め設定された画像出力モード（２値、４ビット多値、８ビット多値、２４ビット多値）に従ったパッキング処理を行った後に、そのデータをバッファＲＡＭ２２２１０に書き込む処理と、インターフェース回路２２２１２にバッファＲＡＭ２２２１０から画像データを読み込んで出力させる。
【００８２】
インターフェース回路２２２１２は、パーソナルコンピュータなどの本実施形態に係る画像読取装置のホスト装置となる外部装置との間でコントロール信号の受容や画像信号の出力を行う。
【００８３】
２２２１５は、例えばマイクロコンピュータ形態のＣＰＵであり、処理手順を格納したＲＯＭ２２２１５Ａ及び作業用の２２ＲＡＭ２１５Ｂを有し、ＲＯＭ２２２１５Ａに格納された手順に従って、各部の制御を行う。
【００８４】
２２２１６は、例えば水晶発振器、２２２１４は、ＣＰＵ２２２１５の設定に応じて発振器２２２１６の出力を分周して動作の基準となる各種タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路である。２２２１３は、インターフェース回路２２２１２を介して制御回路と接続される外部装置であり、外部装置の一例としてはパーソナルコンピュータ等が挙げられる。
【００８５】
［実施形態７］
図２８、２９に基づいて、本発明の撮像装置を通信機能等を有する原稿画像読取装置に適用した場合の一実施形態について詳述する。
【００８６】
図２８は、画像読取装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。図２８において、リーダ部２３００１は、不図示の原稿画像を読み取り、その原稿画像に応じた画像データをプリンタ部２３００２及び画像入出力制御部２３００３へ出力する。プリンタ部２３００２は、リーダ部２３００１及び画像入出力制御部２３００３からの画像データに応じた画像を記録紙上に記録する。
【００８７】
画像入出力制御部２３００３は、リーダ部２３００１に接続されており、ファクシミリ部２３００４、ファイル部２３００５、コンピュータインターフェース部２３００７、フォーマッタ部２３００８、イメージメモリ部２３００９、コア部２３００１０等からなる。これらの内、ファクシミリ部２３００４は、電話回線２３０１３を介して受信した圧縮画像データを伸長した画像データをコア部２３０１０へ転送し、またコア部２３０１０から転送された画像データを圧縮した圧縮画像データを電話回線２３０１３を介して送信する。このファクシミリ部２３００４にはハードディスク２３０１２が接続されており、受信した圧縮画像データを一時的に保存することができる。
【００８８】
ファイル部２３００５には光磁気ディスクドライブユニット２３００６が接続されており、ファイル部２３００５は、コア部２３０１０から転送された画像データを圧縮し、その画像データをそれを検索する為のキーワードとともに光磁気ディスクドライブユニット２３００６にセットされた光磁気ディスクに記憶させる。また、ファイル部２３００５は、コア部２３０１０を介して転送されたキーワードに基づいて、光磁気ディスクに記憶されている圧縮画像データを検索する。そして、検索された圧縮画像データを読み出して伸長し、伸長された画像データをコア部２３０１０へ転送する。
【００８９】
コンピュータインターフェース部２３００７は、パーソナルコンピュータ又はワークステーション（ＰＣ／ＷＳ）２３０１１とコア部２３０１０との間のインターフェースである。
【００９０】
また、フォーマッタ部２３００８は、ＰＣ／ＷＳ２３０１１から転送された画像を表わすコードデータをプリンタ部２３００２で記録できる画像データに展開するものであり、イメージメモリ部２３００９は、ＰＣ／ＷＳ２３０１１から転送されたデータを一時的に記憶するものである。
【００９１】
コア部２３０１０は、リーダ部２３００１、ファクシミリ部２３００４、ファイル部２３００５、コンピュータインターフェース部２３００７、フォーマッタ部２３００８、イメージメモリ部２３００９のそれぞれの間のデータの流れを制御する。
【００９２】
図２９は、図２８のリーダ部２３００１及びプリンタ部２３００２の断面構成を示す図である。
【００９３】
図２９において、リーダ部２３００１の原稿給送装置２４１０１は、不図示の原稿を最終ページから順に１枚ずつプラテンガラス２４１０２上ヘ給送し、原稿の読み取り動作終了後、プラテンガラス２４１０２上の原稿を排出するものである。また、原稿がプラテンガラス２４１０２上ヘ搬送されると、ランプ２４１０３を点灯し、スキャナユニット２４１０４の移動を開始させて、原稿を露光走査する。
【００９４】
この露光走査による原稿からの反射光は、ミラー２４１０５、２４１０６、２４１０７及びレンズ２４１０８によって、撮像装置２４１０９へ導かれる。撮像装置２４１０９は実施形態１乃至３で説明したものである。このように、走査された原稿の画像は撮像装置２４１０９によって読み取られる。この撮像装置２４１０９から出力される画像データは、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正等の処理が施された後、プリンタ部２３００２又はコア部２３０１０へ転送される。
【００９５】
プリンタ部２３００２のレーザドライバ２４２２１は、レーザ発光部２４２０１を駆動し、リーダ部２３００１から出力された画像データに応じたレーザ光をレーザ発光部２４２０１により発光させる。
【００９６】
このレーザ光は感光ドラム２４２０２の異なる位置に照射され、感光ドラム２４２０２にはこれらのレーザ光に応じた潜像が形成される。
【００９７】
この感光ドラム２４２０２の潜像の部分には、現像機２４２０３によって現像剤が付着される。
【００９８】
そして、レーザ光照射開始と同期したタイミングで、カセット２４２０４及びカセット２４２０５のいずれかから記録紙を給紙し、それを転写部２４２０６へ搬送し、感光ドラム２４２０２に付着現像材をこの記録紙上に転写する。現像材の乗った記録紙は定着部２４２０７に搬送され、定着部２４２０７における熱と圧力により現像材が記録紙上に定着される。
【００９９】
定着部２４２０７を通過した記録紙は排出ローラ２４２０８によって排出され、ソータ２４２２０は排出された記録紙をそれぞれのピンに収納して記録紙の仕分けを行う。
【０１００】
尚、ソータ２４２２０は、仕分けが設定されていない場合には、排出ローラ２４２０８まで記録紙を搬送した後、排出ローラ２４２０８の回転方向を逆転させ、フラッパ２４２０９によってそれを再給紙搬送路２４２１０へ導く。
【０１０１】
また、多重記録が設定されていない場合には、記録紙を排出ローラ２４２０８まで搬送しないように、フラッパ２４２０９によってそれを再給紙搬送路２４２１０へ導く。再給紙搬送路２４２１０へ導かれた記録紙は上述したタイミングと同じタイミングで転写部２４２０６へ給紙される。
【０１０２】
［実施形態８］
図３０に基づいて、本発明の撮像装置を用いた実施形態４の動画ビデオカメラ又は実施形態５の静止画ビデオカメラ等のカメラ２５０１６を有するカメラ制御システムについて詳述する。
【０１０３】
図３０は、カメラ制御システムを示す概略構成ブロック図である。
【０１０４】
２５０１０は映像データ及びカメラ制御情報（ステータス情報も含む）をデジタル伝送するネットワークであり、ｎ台の映像送信端末２５０１２（２５０１２―１〜２５０１２―ｎ）が接続している。
【０１０５】
各映像送信端末２５０１２（２５０１２―１〜２５０１２―ｎ）には、カメラ制御装置２５０１４（２５０１４―１〜２５０１４―ｎ）を介してカメラ２５０１６（１６―１〜１６―ｎ）が接続されている。カメラ制御装置２５０１４（２５０１４―１〜２５０１４―ｎ）は、映像送信端末２５０１２からの制御信号に従い、接続するカメラ２５０１６（２５０１６―１〜２５０１６―ｎ）のパン、チルト、ズーム、フォーカス及び絞りなどを制御する。
【０１０６】
また、カメラ２５０１６（２５０１６―１〜２５０１６―ｎ）は、カメラ制御装置２５０１４（２５０１４―１〜２５０１４―ｎ）から電源が供給されており、カメラ制御装置２５０１４（２５０１４―１〜２５０１４―ｎ）は、外部からの制御信号に従い、カメラ２５０１６（２５０１６―１〜２５０１６―ｎ）の電源のオン／オフを制御する。
【０１０７】
また、ネットワーク２５０１０には、映像送信端末２５０１２（２５０１２―１〜２５０１２―ｎ）からネットワーク２５０１０に送出された映像情報を受信し、モニタに表示させる映像受信端末２５０１８（２５０１８―１〜２５０１８―ｍ）が接続されている。各映像受信端末２５０１８（２５０１８―１〜２５０１８―ｍ）には、ＬＣＤあるいはＣＲＴなどで構成されるモニタ２５０２０（２５０２０―１〜２５０２０―ｍ）が接続されている。
【０１０８】
ここで、ネットワーク２５０１０は、有線である必要はなく、無線ＬＡＮ装置などを利用した無線ネットワークでもよい。この場合、映像受信端末２５０１８は、モニタ２５０２００と一体化して携帯型の映像受信端末装置とすることができる。
【０１０９】
映像送信端末２５０１２（２５０１２―１〜２５０１２―ｎ）は、接続するカメラ２５０１６（２５０１６―１〜２５０１６―ｎ）の出力映像信号をＨ．２６１などの所定の圧縮方式で圧縮し、ネットワーク２５０１０を介して、映像要求元の映像受信端末２５０１８又はすべての映像受信端末２５０１８に送信する。
【０１１０】
映像受信端末２５０１８は、ネットワーク２５０１０、映像送信端末２５０１２及びカメラ制御装置２５０１４を介して任意のカメラ２５０１６の種々のパラメータ（撮影方位、撮影倍率、フォーカス及び絞りなど）とともに、電力供給のオン／オフ制御が可能である。
【０１１１】
ここで、映像送信端末２５０１２は、モニタ２５０２０を接続し、圧縮映像を伸長する映像伸長装置を設けることで、映像受信端末として兼用することができる。一方、映像受信端末２５０１８は、カメラ制御装置２５０１４及びビデオカメラ２５０１６を接続し、映像圧縮装置を設けることで、映像送信端末として兼用することができる。これらの端末には、映像送信又は映像受信に必要なソフトウエアを記録するＲＯＭが備えられている。
【０１１２】
以上の構成によって、映像送信端末２５０１２は、ネットワーク２５０１０を経由して遠隔地の映像受信端末２５０１８に映像信号を伝送するとともに、映像受信端末２５０１８から伝送されるカメラ制御信号を受けて、カメラ２５０１６のパン、チルトなどの制御を実行する。
【０１１３】
また、映像受信端末２５０１８は、映像送信端末２５０１２にカメラ制御信号を発信し、カメラ制御信号を受信した映像送信端末２５０１２は、そのカメラ制御信号の内容に応じてカメラ２５０１６を制御するとともに、そのカメラ２５０１６の現在の状態を返送する。
【０１１４】
映像受信端末２５０１８は、映像送信端末２５０１２から送られてくる映像データを受信し、所定の処理を施してモニタ２５０２０の表示画面上に撮影映像をリアルタイムに表示する。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明では、トランジスタの1/ｆノイズを低減することが可能となり、良好な画像を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態２による撮像装置の構成を示す回路図である。
【図２】従来例によるセンサーセルの構成を示す回路図である。
【図３】従来例による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図４】他の従来例によるセンサーセルの構成を示す回路図である。
【図５】従来例による撮像装置の構成を示す回路図である。
【図６】図５に示す従来例による撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図７】デューティーサイクル５０％の場合の１／ｆノイズ測定例を示すグラフである。
【図８】他の従来例による撮像装置の構成を示す回路図である。
【図９】ＭＯＳトランジスタのオン／オフのスイッチバイアスにおける、１／ｆノイズのスイッチングのゲート−ソース間電圧への依存性を示すグラフである。
【図１０】ＭＯＳトランジスタのオン／オフのスイッチバイアスにおける、１／ｆノイズのスイッチングの周波数への依存性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態１によるセンサーセルＡ、インピーダンス変換回路及びノイズ低減回路Ｂのサンプルホルド回路の一例を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施形態１によるセンサーセルＡ、インピーダンス変換回路及びノイズ低減回路Ｂのサンプルホルド回路の他の一例を示す回路図である。
【図１３】本発明の実施形態による撮像装置の動作を説明するためのタイミング図である。
【図１４】図１に示す本発明の実施形態２による撮像装置の第１の駆動方法を示すタイミング図である。
【図１５】図１に示す本発明の実施形態２による撮像装置の第２の駆動方法を示すタイミング図である。
【図１６】図１の撮像装置で用いる第２のセンサーセルの構成例を示す回路図である。
【図１７】図１の撮像装置で用いる第３のセンサーセルの構成を示す回路図である。
【図１８】図１に示す本発明の実施形態２による撮像装置の第３の駆動方法を示すタイミング図である。
【図１９】図１の撮像装置で用いる第４のセンサーセルの構成を示す回路図である。
【図２０】図１９のセンサーセルを用いた図１に示す本発明の実施形態２による撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図２１】図１に示す本発明の実施形態２による撮像装置の第４の駆動方法を示すタイミング図である。
【図２２】図１に示す本発明の実施形態２による撮像装置の第５の駆動方法を示すタイミング図である。
【図２３】本発明の実施形態３による撮像装置の構成を示す回路図である。
【図２４】本発明の実施形態４による動画ビデオカメラの構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明の実施形態５による静止画ビデオカメラの構成を示すブロック図である。
【図２６】本発明の実施形態６によるシートフィード式の原稿画像記録装置の構造を示す概念図である。
【図２７】本発明の実施形態６によるシートフィード式の原稿画像記録装置の構成を示すブロック図である。
【図２８】本発明の実施形態７による通信機能等を有する原稿画像読取装置の構成を示すブロック図である。
【図２９】本発明の実施形態７による通信機能等を有する原稿画像読取装置の構造を示す断面である。
【図３０】本発明の実施形態８によるカメラ制御システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  フォトダイオード
２  増幅トランジスタ
３  選択トランジスタ
４  リセットトランジスタ
６  転送スイッチ
８  垂直信号線
９  スイッチ
１０  ノイズ除去回路
１４  水平シフトレジスタ
１５  垂直シフトレジスタ
１００  センサーセル
１０１  センサーセルの選択信号線
１０２  センサーリセット信号線
１０３  センサー信号転送信号線
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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