(57)【要約】【課題】過大な容量を構成することなく、全体のノイズを低減することが可能となり、高Ｓ／Ｎでチップサイズを小さくすることができる固体撮像素子を提供すること。【解決手段】フォトダイオードを含み、その信号をソースフォロワにて出力する２次元に配列された画素を有し、前記画素それぞれに対応する信号を保持するメモリを有する増幅型固体撮像素子において、前記ソースフォロワ出力を受け増幅する増幅率が１以上あるプリアンプを有し、前記プリアンプ出力をコンデンサより成るクランプ回路にて受け、前記クランプ回路出力をソースフォロワ等のインピーダンス変換回路にて受け、前記インピーダンス変換回路よりの出力を前記メモリに保持する前記クランプ回路出力を前記メモリに保持することを特徴とする。【選択図】図１
2005354483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードを含み、その信号をソースフォロワにて出力する２次元に配列された画素を有し、前記画素それぞれに対応する信号を保持するメモリを有する増幅型固体撮像素子において、
前記ソースフォロワ出力を受け増幅する増幅率が１以上あるプリアンプを有し、前記プリアンプ出力をコンデンサより成るクランプ回路にて受け、前記クランプ回路出力を前記メモリに保持することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記プリアンプは、容量帰還形であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記メモリは、コンデンサにアナログ信号を保持するメモリであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
フォトダイオードを含み、その信号をソースフォロワにて出力する２次元に配列された画素を有し、前記画素それぞれに対応する信号を保持するメモリを有する増幅型固体撮像素子において、
前記ソースフォロワ出力を受け増幅する増幅率が１以上あるプリアンプを有し、前記プリアンプ出力をコンデンサより成るクランプ回路にて受け、前記クランプ回路出力をソースフォロワ等のインピーダンス変換回路にて受け、前記インピーダンス変換回路よりの出力を前記メモリに保持する前記クランプ回路出力を前記メモリに保持することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
前記プリアンプは、容量帰還形であることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記メモリは、コンデンサにアナログ信号を保持するメモリであることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳセンサ等の増幅型固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子において、同一基板内にメモリを搭載するものは特許文献１に記載されている。
【０００３】
又、特許文献２には、画素出力を増幅して読出し系に信号を送る手法が提案されている。
【０００４】
以下、従来例（特許文献１に記載のもの）の説明を行う。
【０００５】
図４は従来の発明の概略図である。図中、９９１はセンサ画素、９９２はメモリであり、９９３は転送用回路である。
【０００６】
この発明の特徴としては、
１．画素をブロックごとに読み出し、ブロックごとに蓄積タイミングの異なる値を得ることができる。
【０００７】
２．画素で発生したランダムノイズを除去するためにメモリを用いている。
が挙げられる。
【０００８】
これにより、２次元画素に各々に対応するメモリにその信号を保持し、所望のタイミングで取り出すことができる。そして、その動作は画素９９１からアナログメモリ９９２に転送する段階とアナログメモリから出力回路に転送し、該データをシリアルに出力する段階の２つの動作より構成されている。
【０００９】
これにより、電子シャッターの時間ズレの支配的要因であった、画素データの出力を切離すことができ、シャッター時間のずれの少ない画像を得ることができる。
【００１０】
次に、特許文献２に記載された発明に関して説明する。
【００１１】
図５は特許文献２に記載された発明の概略を表す図であり、図中、９８１はセンサ画素、９８２は画素水平出力に対応する読み出し系であり、９８３は画素出力を増幅するところのプリアンプである。特許文献２においては、画素信号をプリアンプ９８３により増幅して読み出し系９８２に書き込むことで、画素で発生するランダムノイズを抑圧し、周辺のノイズをも抑圧することができる。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−２００６２９号公報
【特許文献２】特開２００３−０５１９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来例（特許文献１に記載された発明）には、メモリにおいて発生するランダムノイズによりＳ／Ｎが劣化するという問題があった。
【００１４】
又、特許文献２に記載された発明には、構成上プリアンプで発生したランダムノイズ（ｋＴＣ）を除去できないという問題があった。以下にその理由を述べる。
【００１５】
１．一般的に容量をリセットする際に、ｋＴＣノイズと称するリセットノイズが発生することが知られており、その電圧（ｒｍｓ値）は√（ｋＴ／Ｃ）となる。ここで、Ｃはコンデンサの値、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。
【００１６】
従来例（特許文献１）において、メモリに発生するランダムノイズは除去できず、その特性を向上させるために、保持容量を大きくせざるを得なかった。そのため、メモリ部分の拡大が生じ、チップサイズの増大を招いていた。
【００１７】
２．特許文献２においては、プリアンプを用いてメモリに書込む際プリアンプ自身のｋＴＣノイズを除去できない。
【００１８】
なぜなら、該従来例においては読み出し系９８２によりプリアンプのｋＴＣノイズを格納し、その後信号を読込み、それらの差分をデータとして出力するからである。即ち、特許文献２の構成では不十分である。
【００１９】
従って、本発明の目的とする処は、過大な容量を構成することなく、全体のノイズを低減することが可能となり、高Ｓ／Ｎでチップサイズを小さくすることができる固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明は、フォトダイオードを含み、その信号をソースフォロワにて出力する２次元に配列された画素を有し、前記画素それぞれに対応する信号を保持するメモリを有する増幅型固体撮像素子において、前記ソースフォロワ出力を受け増幅する増幅率が１以上あるプリアンプを有し、前記プリアンプ出力をコンデンサより成るクランプ回路にて受け、前記クランプ回路出力を前記メモリに保持することを特徴とする。
【００２１】
又、本発明は、フォトダイオードを含み、その信号をソースフォロワにて出力する２次元に配列された画素を有し、前記画素それぞれに対応する信号を保持するメモリを有する増幅型固体撮像素子において、前記ソースフォロワ出力を受け増幅する増幅率が１以上あるプリアンプを有し、前記プリアンプ出力をコンデンサより成るクランプ回路にて受け、前記クランプ回路出力をソースフォロワ等のインピーダンス変換回路にて受け、前記インピーダンス変換回路よりの出力を前記メモリに保持する前記クランプ回路出力を前記メモリに保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、プリアンプ、メモリを用いた増幅型固体撮像素子において、プリアンプで発生するｋＴＣノイズを除去するためにクランプ回路を挿入するようにしたため、過大な容量を構成することなく、全体のノイズを低減することが可能となり、高Ｓ／Ｎでチップサイズを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の実施の形態を示す図である。
【００２４】
図１において、１は画素部分であり、ここではＣＭＯＳセンサの形式である。２はプリアンプの入力コンデンサ、４はプリアンプ帰還容量、４１はプリアンプリセットＳＷ、３はプリアンプ本体である。５はプリアンプの出力をクランプするコンデンサ、６はクランプのＳＷ（スイッチ）である。７はバッファアンプであり、８はメモリ書込み制御ＳＷである。９はメモリセルであり、１０はメモリ出力、若しくはクランプの出力を水平走査にて読出すところの読み出し系である。
【００２５】
図２に本発明の実施の形態の動作タイミングを示し、図３に画素部分の詳細を示す。
【００２６】
画素の読出し動作において、図３において、１３：リセットＭＯＳをＯＮし、１５：ＦＤ（フローティングディフージョン部分）をリセットする。該リセット情報をソースフォロワ１７、選択ＳＷ：１６を介して出力線１４に出力する。その際、リセットノイズがＦＤ１５に発生し、電荷の揺らぎを有した状態でリセットが完了する。
【００２７】
その後、図１中のアンプリセットＳＷ４１をＯＮさせ、帰還容量４を初期化する。そのとき、入力容量３に該ランダムノイズが保持されることとなり、この動作で画素のリセットノイズを除去している。
【００２８】
しかしながら、プリアンプリセットＳＷ４１をＯＦＦした瞬間にコンデンサ４にリセットノイズが発生する。これはプリアンプの入力に入ることとなり、プリアンプにより増幅されてしまうため非常に問題となる。そのため、クランプ回路５，６によりその状態を保持し、該状態よりの変化を正確に出力する。
【００２９】
その後、画素１１の信号を転送ＳＷ１２を介してＦＤ：１５に送り光出力を画素から出力する。プリアンプ、クランプ回路とも動作状態にあるため、出力線１４に応じた変化がクランプ後のバッファー出力で得られる。その際、前述のように画素、プリアンプのランダムノイズはキャンセルされている。その状態をメモリ書込みＳＷ８をＯＮさせ、メモリセル９に書き込むメモリ９より読出し系１０に出力する際にはＳＷ：８をＯＦＦしてメモリより出力させる。
【００３０】
以下に読出し系まで到達するノイズを算出する。
【００３１】
画素のリセット動作以外で発生するノイズ＝Ｎｏ
プリアンプのリセット動作以外で発生するノイズ＝Ｎａ
クランプ回路ｋＴＣノイズ（リセットノイズ）＝Ｎｃ
バッファーで発生するノイズ＝Ｎｂ
メモリで発生するノイズ＝Ｎｍ
プリアンプの増幅率（ゲイン）＝Ｇ
画素からの信号＝Ｓｏ
とすると、
メモリから出力される信号、ノイズはそれぞれ以下のようになる。ノイズの計算は全て２乗平均となる。
【００３２】
Ｓ＝Ｇ・Ｓｏ
Ｎ＝√（（Ｇ2・（Ｎｏ2＋Ｎａ2））＋Ｎｃ2＋Ｎｂ２ ＋Ｎｍ2）
ゲインが掛かっている項は画素とプリアンプ部分であり、Ｓ／Ｎを計算すると、
Ｓ／ＮＮ＝Ｓｏ／√（（Ｎｏ2＋Ｎａ2）＋（Ｎｃ2＋Ｎｂ2＋Ｎｍ2）／Ｇ2）
となり、ゲインに応じてクランプ回路以降のノイズが抑圧されていることが分かる。
【００３３】
即ち、プリアンプによる増幅率が１以上になることで、Ｓ／Ｎの向上が図れる。又、容量帰還形の構成にすることで、画素のリセット時のｋＴＣノイズを補正できる。
【００３４】
ここで、クランプ回路５の出力を高インピーダンス入力のアンプ７で受けているが、該クランプ回路のゲインが１に近い限り該アンプの挿入は必須ではない。
【００３５】
又、メモリに関しても図１の形式をとる必要はなく、基本的にはサンプルアンドホールド回路とそれを出力するアンプを有していれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を最も良く表す図である。
【図２】本発明の実施の形態の駆動タイミングを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における画素等価回路図である。
【図４】特開平９−２００６２９の概略図である。
【図５】特開２００３−０５１９８９の概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    画素部分
２    入力コンデンサ
３    プリアンプ本体
４    プリアンプ帰還容量
５    コンデンサ
６    クランプＳＷ
７    バッファアンプ
８    メモリ書込み制御ＳＷ
９    メモリセル
１０  メモリ出力
４１  プリアンプリセットＳＷ
【図１】
2005354483.tif 000003
【図２】
2005354483.tif 000004
【図３】
2005354483.tif 000005
【図４】
2005354483.tif 000006
【図５】
2005354483.tif 000007