(57)【要約】  【課題】  本発明は、サンプルホールド回路を備えるとともにノイズ信号が除去された映像信号におけるオフセット電圧を低くすることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。  【解決手段】  ＭＯＳトランジスタＴ５をＯＮとしてキャパシタＣ２に映像信号をサンプルホールドした後、信号φＶＤの電圧値をＶｈからＶｍ（Ｖｍ＜Ｖｈ）とするとともにパルス信号φＶを与えることで映像信号を出力する。又、ＭＯＳトランジスタＴ５をＯＮとしてキャパシタＣ２にノイズ信号をサンプルホールドした後、信号φＶＤをＶｌ（Ｖｌ＜Ｖｍ）とするとともにパルス信号φＶを与えることでノイズ信号を出力する。【選択図】      図２
2005323124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部と該光電変換部からの該電気信号をサンプルホールドするとともにサンプルホールドした該電気信号を出力するサンプルホールド部とを備えた１つ又は複数の画素を備えた固体撮像装置において、
前記サンプルホールド回路に与えられる参照電圧の電位が可変であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記サンプルホールド部から前記電気信号を出力する際に、前記参照電圧の電位を一時的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
撮像動作時に前記光電変換部より出力されて前記サンプルホールド部でサンプルホールドされた前記電気信号に基づいて映像信号が出力され、
前記光電変換部の光電変換特性により発生するノイズを検出するときに前記光電変換部より出力されて前記サンプルホールド部でサンプルホールドされた前記電気信号に基づいてノイズ信号が出力され、
前記映像信号及び前記ノイズ信号それぞれを前記サンプルホールド部から出力するときの前記参照電圧を異なる電圧値とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素が、前記光電変換部と前記サンプルホールド部とを電気的に接離するスイッチを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記光電変換部が、
入射光量に応じた量の電荷を発生する光電変換回路と、
前記光電変換回路からの電荷を蓄積して得られた電圧値を前記電気信号として出力する積分回路と、
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換部において、入射光量に対して線形的に変化する前記電気信号を出力することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記光電変換部において、入射光量に対して自然対数的に変化する前記電気信号を出力することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各画素の感度のバラツキ補正を行う固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトダイオードなどの光電変換素子を有した固体撮像装置において、そのダイナミックレンジを大きくするために、入射光量に対して自然対数的に変換された電気信号を出力する固体撮像装置が提案されている。本出願人も、このような対数変換動作を行う固体撮像装置を提案している（特許文献１参照）。しかしながら、このような固体撮像装置において、光電変換動作を行うＭＯＳトランジスタの閾値電圧の違いより、各画素間で感度のバラツキが生じる。
【０００３】
そこで、差動増幅器などを備えることによって、撮像動作を行った際の映像信号と、各画素の感度のバラツキを表すノイズ信号とを、それぞれ各画素毎に出力するとともに、映像信号からノイズ信号を差動増幅器で差し引くことで、各画素の感度のバラツキ補正を行うことが考えられる。しかしながら、特許文献１における構成において、このような感度のバラツキ補正を行った場合、光電変換されて得た電気信号を積分するキャパシタに対して与えられる電圧が一定であるが、映像信号及びノイズ信号それぞれを出力する際の積分時間が異なる。そのため、得られる映像信号に対してノイズ信号を減算することで感度のバラツキ補正が成されたとき、バラツキ補正後の映像信号にはオフセット電圧が発生する。
【０００４】
又、近年、半導体チップの微細化に伴い、固体撮像装置に与える電源電圧が低下し、固体撮像装置内の出力バッファやＡＤ変換器における有効動作範囲となる電圧が狭くなってきている。よって、上述のようなオフセット電圧が発生する場合、狭い有効動作範囲の電圧において、オフセット電圧の占める割合が大きくなるため、信号に利用する電圧値の割合が小さくなるとともに、その階調性が悪くなる恐れがある。それに対して、本出願人は、このオフセット電圧を低減させるために、キャパシタなどによって構成される積分回路に与える参照電圧をノイズ信号出力時に変化させる固体撮像装置を提案した（特許文献２参照）。
【０００５】
又、従来の固体撮像装置において、垂直走査及び水平走査を行うことによって、各画素毎に撮像動作を行った後、各画素より出力される映像信号がシリアルに固体撮像装置より出力される。よって、各画素毎に撮像動作を行うタイミングが異なるため、刻一刻と変化する被写体を撮像する場合、各画素において同一条件で撮像することが不可能となり、結果的に、画像歪みが発生することがある。それに対して、本出願人は、積分回路の後段に積分回路からの出力値をサンプルホールドするサンプルホールド回路を設けることで全画素が同一タイミングで撮像動作を行うものを提案した（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−３１３２５７号公報
【特許文献２】特開２００４−４８４３８号公報
【特許文献３】特許第３４９３４０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３で示すようにサンプルホールド回路を設けた構成としたとき、特許文献２で示すように、積分回路を構成するキャパシタに与える電圧を変化させたとしても、サンプルホールド回路を構成するキャパシタに与える電圧が一定とされている。そして、このサンプルホールド回路は、積分回路から出力されるノイズ信号及び映像信号それぞれをサンプルホールドした後に外部に出力する。そのため、サンプルホールド回路でサンプルホールドされる際、ノイズ信号及び映像信号それぞれのサンプルホールドされた値が、サンプルホールド回路及び積分回路それぞれにおけるキャパシタにより容量分割される。よって、サンプルホールドされるノイズ信号及び映像信号それぞれが、サンプルホールド回路のキャパシタに与えられた電圧による影響を受けるため、結果的に、ノイズ信号が除去された映像信号にはオフセット電圧が現れることとなる。
【０００７】
このような問題を鑑みて、本発明は、サンプルホールド回路を備えるとともにノイズ信号が除去された映像信号におけるオフセット電圧を低くすることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部と該光電変換部からの該電気信号をサンプルホールドするとともにサンプルホールドした該電気信号を出力するサンプルホールド部とを備えた１つ又は複数の画素を備えた固体撮像装置において、前記サンプルホールド回路に与えられる参照電圧の電位が可変であることを特徴とする。
【０００９】
このような固体撮像装置において、前記サンプルホールド部から前記電気信号を出力する際に、前記参照電圧の電位を一時的に変化させる。このとき、撮像動作時に前記光電変換部より出力されて前記サンプルホールド部でサンプルホールドされた前記電気信号に基づいて映像信号が出力され、前記光電変換部の光電変換特性により発生するノイズを検出するときに前記光電変換部より出力されて前記サンプルホールド部でサンプルホールドされた前記電気信号に基づいてノイズ信号が出力され、前記映像信号及び前記ノイズ信号それぞれを前記サンプルホールド部から出力するときの前記参照電圧を異なる電圧値とする。又、前記サンプルホールド部で前記電気信号を保持する期間における前記参照電圧の電圧値と、前記電気信号を出力する期間における前記参照電圧の電圧値とを、異なる電圧値とする。
【００１０】
前記画素が、前記光電変換部と前記サンプルホールド部とを電気的に接離するスイッチを備えるものとし、前記スイッチをＯＮとしたとき、前記サンプルホールド部に前記光電変換部からの前記電気信号をサンプルホールドする。
【００１１】
前記光電変換部が、入射光量に応じた量の電荷を発生する光電変換回路と、前記光電変換回路からの電荷を蓄積して得られた電圧値を前記電気信号として出力する積分回路と、を備えるものとする。このとき、前記光電変換部において、入射光量に対して線形的に変化する前記電気信号を出力するものとしても構わないし、入射光量に対して自然対数的に変化する前記電気信号を出力するものとしても構わない。
【００１２】
このとき、前記光電変換回路が、一端に第１電圧が印加される感光素子と、当該感光素子の他端に第１電極及び制御電極が接続される第１トランジスタと、を備えるとともに、前記積分回路が、該第１トランジスタの制御電極に制御電極が接続されるとともに第１電極に前記第１電圧が印加された第２トランジスタと、該第２トランジスタの第２電極に一端が接続されるとともに他端に第２電圧が印加されたキャパシタと、を備えるものとしても構わない。
【００１３】
前記光電変換部が、一端に第１電圧が印加された感光素子と、前記感光素子の他端に一端が接続されるとともに他端に第２電圧が印加されたリセット用スイッチとを備えるものとしても構わない。
【００１４】
このような固体撮像装置において、前記映像信号と前記ノイズ信号の差によるオフセット電圧が減少するように、前記参照電圧を設定するものとする。又、前記映像信号と前記ノイズ信号とから前記映像信号の補正を行う補正回路を備え、当該補正回路での直線性を備える入出力特性が使用されるように、前記参照電圧が設定されるものとする。
【００１５】
前記サンプルホールド部が、前記光電変換部からの電気信号による電圧値が一端に与えられるとともに他端に前記参照電圧が与えられるキャパシタを備え、当該キャパシタに前記光電変換部からの電気信号による電圧値がサンプルホールドされるものとしても構わない。又、前記サンプルホールド部が、第１電極に直流電圧が印加されるとともに前記キャパシタの一端に制御電極が接続された増幅用トランジスタを備えるとともに、該増幅用トランジスタの第２電極より前記キャパシタでサンプルホールドされた前記電気信号に応じた電気信号を出力するものとしても構わない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、サンプルホールド部に与える参照電圧の電位を可変とすることによって、信号保持期間及び信号読み出し期間それぞれにおいて与える参照電圧の電位を変化させることができる。このように、信号保持期間と信号読み出し期間それぞれにおいて与える参照電圧の電位を異なるようにすることで、出力される電気信号のオフセットを調節することができる。又、映像信号及びノイズ信号のオフセットを調節することで、ノイズ信号と映像信号の差分をとることによってノイズ除去された映像信号のオフセットを低減させることができる。よって、後段に接続される出力バッファやＡＤ変換器の動作範囲に応じて映像信号のオフセットを調節できるため、その動作範囲を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、以下に、図面を参照して説明する。
【００１８】
＜固体撮像装置の構成の概略＞
まず、本実施形態の固体撮像装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１において、Ｇ11〜Ｇmnは行列配置（マトリクス配置）された画素を示している。１は垂直走査回路であり、各画素に信号φＶを与える行（ライン）３−１、３−２、・・・、３−ｎを順次走査していくとともに、ライン４−１、４−２を介して各画素に信号φＶＤを与える、・・・、４−ｎ。２は水平走査回路であり、画素から出力信号線６−１、６−２、・・・、６−ｍに導出された光電変換信号を画素ごとに水平方向に順次読み出す。５は電源ラインである。各画素に対し、上記ライン３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎや出力信号線６−１〜６−ｍ、電源ライン５だけでなく、他のライン（例えば、クロックラインやバイアス供給ライン等）も接続されるが、図１ではこれらについて省略する。
【００２０】
又、出力信号線６−１〜６−ｍのそれぞれには、定電流源７−１〜７−ｍが接続されるとともに、信号線６−１〜６−ｍのそれぞれを介して与えられる画素Ｇ11〜Ｇmnから与えられる映像信号とノイズ信号をサンプルホールドする選択回路８−１〜８−ｍが設けられる。そして、補正回路９に選択回路８−１〜８−ｍから映像信号及びノイズ信号が順に送出されると、この補正回路９で補正処理が行われて、ノイズ除去された映像信号が外部に出力される。尚、定電流源７−１〜７−ｍの一端に直流電圧ＶPSが印加される。
【００２１】
このような固体撮像装置において、画素Ｇab（ａ：１≦ａ≦ｍの自然数、ｂ：１≦ｂ≦ｎの自然数）からの出力となる映像信号及びノイズ信号が、それぞれ、出力信号線６−ａを介して出力されるとともに、この出力信号線６−ａに接続された定電流源７−ａによって増幅される。そして、画素Ｇabから出力された映像信号及びノイズ信号が順番に選択回路８−ａに送出されるとともに、この選択回路８−ａにおいて、送出された映像信号及びノイズ信号がサンプルホールドされる。
【００２２】
その後、選択回路８−ａより、サンプルホールドされた映像信号が補正回路９に送出された後、同じくサンプルホールドされたノイズ信号が補正回路９に送出される。補正回路９では、選択回路８−ａより与えられた映像信号を、同じく選択回路８−ａより与えられたノイズ信号に基づいて補正処理して、ノイズ除去した映像信号を外部に出力する。尚、選択回路８−１〜８−ｍの構成位置に、補正回路を設けるようにしても構わない。
【００２３】
又、図１において不図示であるが、特許文献３と同様、垂直走査回路１及び水平走査回路２はそれぞれ、タイミングジェネレータ及び電圧レギュレータと接続されており、垂直及び水平走査が実現される。又、後述する各実施形態の固体撮像装置は、電子シャッタ機能を備えているため、垂直ブランク期間中に全画素を同時に制御することができる。この同時制御を行うために、特許文献３と同様、垂直走査回路１及び水平走査回路２とは別にドライバが設けられるものとしても構わない。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
図１に示した画素構成の各画素に適用される第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。
【００２５】
図２において、ｐｎフォトダイオードＰＤが感光素子として働く。そのフォトダイオードＰＤのアノードが、ＭＯＳトランジスタＴ７のドレインと接続され、ＭＯＳトランジスタＴ７のソースが、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイン、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに、一端に直流電圧ＶPSが印加されたキャパシタＣ１の他端が接続される。キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のソースとの接続ノードに、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン及びＭＯＳトランジスタＴ８のドレインが接続される。
【００２６】
又、ＭＯＳトランジスタＴ５のソースは、一端に信号φＶＤが与えられたキャパシタＣ２の他端と、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲート及びＭＯＳトランジスタＴ６のドレインとが接続される。このＭＯＳトランジスタＴ４のソースにＭＯＳトランジスタＴ３のドレインが接続され、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出力信号線６（この出力信号線６は図１の６−１，６−２，・・・，６−ｍに対応する）へ接続されている。尚、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ８は、それぞれ、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタである。
【００２７】
又、フォトダイオードＰＤのカソード及びＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ４のドレインには直流電圧ＶPDが印加され、ＭＯＳトランジスタＴ６，Ｔ８のソースには直流電圧ＶPSに近い値となる直流電圧ＶRSが印加される。一方、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースには信号φＶPSが入力される。又、ＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ６のゲートに、信号φＶ，φＳＷ，φＳ，φＲＳａ，φＲＳｂがそれぞれ入力される。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ７，Ｔ８、キャパシタＣ１、及びフォトダイオードＰＤによって光電変換回路１００が構成される。又、ＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４，Ｔ６及びキャパシタＣ２によってサンプルホールド回路１０１が構成される。
【００２８】
このように構成された画素において、ＭＯＳトランジスタＴ３及び出力信号線６を介して、一端に直流電圧ＶPSが印加された定電流源７（図１の定電流源７−１〜７−ｍに相当する）が、ＭＯＳトランジスタＴ４のソースに接続される。よって、ＭＯＳトランジスタＴ３がＯＮのとき、ＭＯＳトランジスタＴ４はソースフォロワのＭＯＳトランジスタとして動作し、定電流源７によって増幅された電圧信号を出力信号線６に出力する。
【００２９】
このようにソースフォロワ回路を構成することにより、信号を増幅して出力する増幅回路が構成される。従って、本増幅回路により充分大きな信号に増幅されるため、後続の信号処理回路（図示せず）での処理が容易になる。又、増幅回路の負荷抵抗部分を構成する定電流源７−１〜７−ｍを画素内に設けずに、列方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線６−１〜６−ｍ毎に設けることにより、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
【００３０】
尚、信号φＶPSは２値の電圧信号で、入射光量が所定値を超えたときにＭＯＳトランジスタＴ１をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧をローとし、この電圧よりも高くＭＯＳトランジスタＴ２にローの信号φＶPSを与えた時よりも大きい電流が流れうるようにする電圧をハイとする。又、信号φＶＤは、３値の電圧信号であり、キャパシタＣ２をサンプルホールドさせる際の電圧値を最も高いＶｈとし、映像信号読み出し時の電圧値をＶｈよりも低いＶｍとし、ノイズ信号読み出し時の電圧値をＶｍよりも低いＶｌとする。
【００３１】
このような構成の画素による撮像動作及び感度バラツキ検出動作について、図面を参照して以下に説明する。尚、図３は、図２の画素に与えられる各信号の変遷を示すタイミングチャートである。
【００３２】
図２の画素において撮像動作が行われるとき、信号φＳをローとしてＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮとするとともに信号φＶPSをローとすることによって、フォトダイオードＰＤより入射光量に応じた光電荷がＭＯＳトランジスタＴ１に流れ込む。よって、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２のゲートに入射光量に応じた電圧が現れ、ＭＯＳトランジスタＴ２を入射光量に応じた電流が流れる。このとき、信号φＲＳａ，φＳＷそれぞれをハイとして、ＭＯＳトランジスタＴ５，Ｔ８がＯＦＦされるため、キャパシタＣ１にＭＯＳトランジスタＴ２を通じて負の電荷が流れ込み、積分動作が行われる。
【００３３】
このとき、被写体の輝度が低いと、ＭＯＳトランジスタＴ１がカットオフ状態であるために、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに光電荷が蓄積され、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２のゲートに入射光量に対して線形的に比例した電圧が現れる。そして、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２との接続ノードに現れる電圧が、入射光量の積分値に線形的に比例した値となる。又、被写体の輝度が高く、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧が低くなると、ＭＯＳトランジスタＴ１がサブスレッショルド領域で動作を行うため、入射光量に対して自然対数的に比例した電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに現れる。そして、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２との接続ノードに現れる電圧が、入射光量の積分値に自然対数的に比例した値となる。
【００３４】
そして、信号φＲＳｂをローとしてＭＯＳトランジスタＴ６をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートとキャパシタＣ２との接続ノードの電圧をリセットした後、ローのパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ５をＯＮとする。又、信号φＶＤの電圧値がＶｈとされる。このようにして、ＭＯＳトランジスタＴ５がＯＮとなることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースとキャパシタＣ１との接続ノードに現れる電圧がキャパシタＣ２にサンプルホールドされる。
【００３５】
このようにして、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースとキャパシタＣ１との接続ノードに現れる電圧をキャパシタＣ２にサンプルホールドすると、信号φＳＷをハイとする。その後、ローレベルのパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとするとともに、信号φＶＤの電圧値をＶｍとする。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ４において、キャパシタＣ２でサンプルホールドされた入射光量の積分値に応じた電圧に対する電流が流れて、信号線６に、入射光量の積分値に線形的に又は自然対数的に比例した電圧値となる映像信号が現れる。
【００３６】
その後、信号φＶをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦとするとともに信号φＶＤの電圧値をＶｈとした後、信号φＳをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ７をＯＦＦとすることで、フォトダイオードＰＤとＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２との間を電気的に切断する。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース側より正の電荷が流れ込み、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイン、そしてＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに蓄積された負の電荷が再結合され、ある程度まで、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレインのポテンシャルが上がる。
【００３７】
そして、次に、信号φＶPSをハイにし、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧を高くすることで、ＭＯＳトランジスタＴ１のソース側から流入する正の電荷の量が増加し、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイン、そしてＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに蓄積された負の電荷が速やかに再結合される。このとき、信号φＲＳａをローとして、ＭＯＳトランジスタＴ８をＯＮにして、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２のゲートとの接続ノードの電圧を初期化する。
【００３８】
その後、信号φＲＳａをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ８をＯＦＦにすると、キャパシタＣ１とＭＯＳトランジスタＴ２との接続ノードに現れる電圧が、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２のリセット後の電圧に応じた値、即ち、各画素の感度バランスを表す値となる。そして、ローレベルのパルス信号φＲＳｂを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートとキャパシタＣ２との接続ノードの電圧をリセットした後、ローのパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースとキャパシタＣ１との接続ノードに現れる電圧をキャパシタＣ２にサンプルホールドする。
【００３９】
このとき、キャパシタＣ２におけるサンプルホールドが行われた後、信号φＳＷをハイとするとともに信号φＶPSをローとする。その後、信号φＳをローとしてＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮとし、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２とフォトダイオードＰＤとの間を電気的に接続する。そして、再び、信号φＶPSをハイとすることで、フォトダイオードＰＤに残留している負の電荷を再結合して、フォトダイオードＰＤ及びＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２のポテンシャルを初期化した後、信号φＶPSをローとする。このとき、同時に、ローのパルス信号φＲＳａをＭＯＳトランジスタＴ８のゲートに与えてキャパシタＣ１を初期化する。
【００４０】
又、信号φＳＷをローとして、リセット後にＭＯＳトランジスタＴ２のソースとキャパシタＣ１との接続ノードに現れる電圧をキャパシタＣ２にサンプルホールドすると、信号φＳＷをハイとした後、ローとなるパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとするとともに、信号φＶＤの電圧値をＶｌとする。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ４において、キャパシタＣ２でサンプルホールドされた各画素の感度バラツキに応じたリセット後の電圧に対する電流が流れて、信号線６に、各画素の感度バラツキを表すノイズ信号が現れる。このようにノイズ信号を出力すると、信号φＶをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦとするとともに、信号φＶＤの電圧値をＶｈとする。
【００４１】
上述のように撮像動作及び感動バラツキ検出動作を行う際のキャパシタＣ２の状態遷移について、図４を参照して説明する。尚、図４は、キャパシタＣ２の電圧値の変化を表すタイミングチャートである。
【００４２】
上述のように動作するとき、ローのパルス信号φＲＳｂが与えられてＭＯＳトランジスタＴ６がＯＮとされて、感度バラツキに応じた電圧値をサンプルホールドしたキャパシタＣ２がリセットされると、キャパシタＣ２の電圧値はＶRSとなる。その後、ローのパルス信号φＳＷが与えられてＭＯＳトランジスタＴ５がＯＮとされると、キャパシタＣ２において、キャパシタＣ１における撮像時の入射光量に応じた電圧値Ｖｘがサンプルホールドされる。このように電圧値Ｖｘがサンプルホールドされると、ローのパルス信号φＶが与えられるとき、信号φＶＤの電圧値がＶｍとされるため、キャパシタＣ２に現れる電圧がＶｘ−（Ｖｈ−Ｖｍ）となり、結果的に、その値がａ×（Ｖｘ＋Ｖｍ−Ｖｈ）となる映像信号が出力される。尚、ａは、ＭＳＯトランジスタＴ４によって増幅される定数である。
【００４３】
そして、信号φＶをハイとするとともに信号φＶＤの電圧値をＶｈとすると、キャパシタＣ２に現れる電圧値がサンプルホールドされたときの値Ｖｘとなる。その後、ローのパルス信号φＲＳｂが与えられてＭＯＳトランジスタＴ６がＯＮとされると、この撮像時の電圧値ＶｘをサンプルホールドしたキャパシタＣ２がリセットされ、キャパシタＣ２の電圧値がＶRSとなる。そして、再度、ローのパルス信号φＳＷが与えられてＭＯＳトランジスタＴ５がＯＮとされると、キャパシタＣ２において、キャパシタＣ１における感度バラツキに応じた電圧値Ｖｙがサンプルホールドされる。このように電圧値Ｖｙがサンプルホールドされると、ローのパルス信号φＶが与えられるとき、信号φＶＤの電圧値がＶｌとされるため、キャパシタＣ２に現れる電圧がＶｙ−（Ｖｈ−Ｖｌ）となり、結果的に、その値がａ×（Ｖｙ＋Ｖｌ−Ｖｈ）となるノイズ信号が出力される。
【００４４】
このようにして映像信号及びノイズ信号が得られると、映像信号からノイズ信号が差し引くことによって、映像信号のノイズが除去される。よって、このノイズ除去された映像信号の値は、
ａ×（（Ｖｘ＋Ｖｍ−Ｖｈ）−（Ｖｙ＋Ｖｌ−Ｖｈ））
＝ａ×（（Ｖｘ−Ｖｙ）−（Ｖｌ−Ｖｍ））
【００４５】
又、ａ×Ｖｘ＝Ｖｓ、ａ×Ｖｙ＝Ｖｎとなるので、ノイズ除去された映像信号の値は、（Ｖｓ−Ｖｎ）−ａ×（Ｖｌ−Ｖｍ）と表すことができる。Ｖｓ−Ｖｎについては、上述したように、従来では、オフセット電圧Ｖｋを含むため、従来において映像信号として利用される部分は、Ｖｏ＝Ｖｓ−Ｖｎ−Ｖｋである。よって、本実施形態でのノイズ除去された映像信号の値が、Ｖｏ＋Ｖｋ−ａ×（Ｖｌ−Ｖｍ）となるため、オフセット値がＶｋ−ａ×（Ｖｌ−Ｖｍ）となり、従来に比べて占める割合を低くすることができる。
【００４６】
尚、本実施形態において、キャパシタＣ２に与える信号φＶＤの電圧値を、映像信号出力時に低くするとともに、ノイズ信号出力時に更に低くなるようにしたが、映像信号出力時に与える信号φＶＤの電圧値を、映像信号及びノイズ信号出力時以外のときの電圧値より高くするようにしても構わない。即ち、映像信号出力時にキャパシタＣ２に与えられる電圧値を、ノイズ信号出力時にキャパシタＣ２に与えられる電圧値より高くすることによって、ノイズ除去後の映像信号におけるオフセット電圧を抑えることができる。
【００４７】
このようにしてオフセット電圧を抑えることによって、図５のような入出力特性となる補正回路９において、補正回路９への入力を、補正回路９の入出力特性において直線性を備えた範囲Ｗｌ内とすることができる。尚、図５における入力は、補正回路９に入力される映像信号及びノイズ信号それぞれの信号レベルの差によって表されるものとする。よって、従来において、その範囲がＷｂとなる補正回路９への入力値を、オフセット電圧を低減することで全体の電圧値を低くすることができ、補正回路９への入力値の範囲をＷａにシフトさせて、入出力特性において直線性を備えた範囲Ｗｌ内とすることができる。
【００４８】
＜第２の実施形態＞
図１に示した画素構成の各画素に適用される第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。図６の画素において、図２の画素と同一の目的で使用する素子については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４９】
図６の画素は、ＭＯＳトランジスタＴ１０とフォトダイオードＰＤとで構成される光電変換回路１００ａと、キャパシタＣ２とＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４とで構成されるサンプルホールド回路１０１ａと、光電変換回路１００ａとサンプルホールド回路１０１ａとの電気的な接離を行うスイッチとして働くＭＯＳトランジスタＴ５とを備える。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ１０は、そのドレインにフォトダイオードＰＤのアノードが接続され、そのソースに直流電圧ＶPSが印加され、そのゲートに信号φＲＳが入力される。その他の素子の接続関係については、第１の実施形態の図２の画素と同様になる。
【００５０】
このような構成の画素による撮像動作及び感度バラツキ検出動作について、図面を参照して以下に説明する。尚、図７は、図６の画素に与えられる各信号の変遷を示すタイミングチャートである。
【００５１】
図６の画素において撮像動作が行われるとき、信号φＲＳ，φＳＷをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ１０，Ｔ５をＯＦＦとする。このとき、フォトダイオードＰＤより入射光量に応じた光電荷が流れ込み、ＭＯＳトランジスタＴ１０のドレインとフォトダイオードＰＤのアノードとの接続ノードに入射光量に応じた電圧が現れる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ１０のドレインとフォトダイオードＰＤのアノードとの接続ノードの電圧が、入射光量の積分値に線形的に比例した値となる。このとき、信号φＶＤの電圧値がＶｈとされる。
【００５２】
そして、ローのパルス信号φＳＷを与えて、ＭＯＳトランジスタＴ５をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ１０のドレインとフォトダイオードＰＤのアノードとの接続ノードに現れる電圧がキャパシタＣ２にサンプルホールドされる。このようにして、ＭＯＳトランジスタＴ１０のドレインとフォトダイオードＰＤのアノードとの接続ノードに現れる電圧をキャパシタＣ２にサンプルホールドすると、信号φＳＷをハイとする。その後、ローレベルのパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとするとともに、信号φＶＤの電圧値をＶｍとして、信号線６を通じて、入射光量の積分値に応じた電圧値となる映像信号を出力する。
【００５３】
その後、信号φＶをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦとするとともに信号φＶＤの電圧値をＶｈとした後、信号φＲＳをローとしてＭＯＳトランジスタＴ１０をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ１０のソース側より正の電荷が流れ込み、ＭＯＳトランジスタＴ１０ドレイン及びフォトダイオードＰＤのアノードに蓄積された負の電荷が再結合される。このようにすることで、ＭＯＳトランジスタＴ１０のドレインとフォトダイオードＰＤのアノードとの接続ノードの電圧の初期化を開始する。そして、更に、信号φＳＷをローとしてＭＯＳトランジスタＴ５をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートとキャパシタＣ２との接続ノードの電圧のリセットも行う。
【００５４】
このようなリセット動作を行うと、信号φＳＷをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ５をＯＦＦとするとともに、信号φＲＳをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ１０をＯＦＦとする。このＭＯＳトランジスタＴ４のゲートとキャパシタＣ２との接続ノードの電圧のリセットが行われた後、ローとなるパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとするとともに、信号φＶＤの電圧値をＶｌとする。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ４において、キャパシタＣ２でサンプルホールドされた各画素の感度バラツキに応じたリセット後の電圧に対する電流が流れて、信号線６に、各画素の感度バラツキを表すノイズ信号が現れる。このようにノイズ信号を出力すると、信号φＶをハイとしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦとするとともに、信号φＶＤの電圧値をＶｈとする。
【００５５】
このように線形変換動作を行う画素においても、第１の実施形態と同様、ノイズ信号及び映像信号を出力する際に、キャパシタＣ２に与える信号φＶＤの電圧値を変化させる。よって、第１の実施形態と同様、出力された映像信号をノイズ信号で減算することによって画素の感度バラツキを除去する際に生じるオフセット電圧の割合を低くすることができる。
【００５６】
尚、第１及び第２の実施形態において、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタで構成されるようにしたが、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタで構成されるようにしても構わない。このとき、第１及び第２の実施形態における画素構成はそれぞれ、図８、図９のように、各素子の極性が逆になるのみで、その接続関係は同様である。又、図８及び図９のようにＮチャネルのＭＯＳトランジスタで構成したとき、信号φＶＤの電圧値を、映像信号及びノイズ信号のサンプルホールド時において最も低いＶａとし、映像信号読み出し時において中間値となるＶｂとし、ノイズ信号読み出し時において最も高いＶｃとする。この信号φＶＤの電圧値Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃそれぞれ与えるタイミングを、図３又は図７における信号φＶＤの電圧値Ｖｈ，Ｖｍ，Ｖｌそれぞれを与えるタイミングと同一ととすることによって、キャパシタＣ２の動作状態を、上述の第１及び第２の実施形態の場合と同様の状態にすることができる。
【００５７】
更に、画素の構成について、上述の第１及び第２の実施形態と異なる画素の構成としても構わない。即ち、第１の実施形態において、光電変換回路１００よりＭＯＳトランジスタＴ８を省いた構成としても構わないし、サンプルホールド回路１０１よりＭＯＳトランジスタＴ６を省いた構成としても構わない。又、第２の実施形態において、サンプルホールド回路１０１ａにＭＯＳトランジスタＴ６を追加した構成としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】は、固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】は、第１の実施形態の固体撮像装置内の画素の構成を示す回路図である。
【図３】は、図２の画素の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】は、図２の画素におけるサンプルホールド回路内のキャパシタの電圧値の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】は、補正回路の入出力特性を示すグラフである。
【図６】は、第２の実施形態の固体撮像装置内の画素の構成を示す回路図である。
【図７】は、図６の画素の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】は、第１の実施形態の固体撮像装置内の画素をＮチャネルのＭＯＳトランジスタで構成したときの構成を示す回路図である。
【図９】は、第２の実施形態の固体撮像装置内の画素をＮチャネルのＭＯＳトランジスタで構成したときの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  垂直走査回路
２  水平走査回路
３−１〜３−ｎ，４−１〜４−ｎ  ライン
５  電源ライン
６−１〜６−ｍ  出力信号線
７−１〜７−ｍ  定電流源
８−１〜８−ｍ  選択回路
９  補正回路
Ｇ11〜Ｇmn  画素
ＰＤ  フォトダイオード
Ｔ１〜Ｔ８，Ｔ１０  ＭＯＳトランジスタ
Ｃ１，Ｃ２  キャパシタ
【図１】
2005323124.tif 000003
【図２】
2005323124.tif 000004
【図３】
2005323124.tif 000005
【図４】
2005323124.tif 000006
【図５】
2005323124.tif 000007
【図６】
2005323124.tif 000008
【図７】
2005323124.tif 000009
【図８】
2005323124.tif 000010
【図９】
2005323124.tif 000011