(57)【要約】【課題】  撮像素子から出力される色信号の差が大きい場合であっても、消費電力を低減できる相関二重サンプリング回路を提供することである。【解決手段】  本発明にかかる相関二重サンプリング回路は、固体撮像素子から出力される２以上の色信号をサンプリングする相関二重サンプリング回路であって、前記２以上の色信号を、色別にそれぞれサンプリングする少なくとも２以上のサンプリング回路を備える相関二重サンプリング回路である。【選択図】  図３
2005210335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子から出力される２以上の色信号をサンプリングする相関二重サンプリング回路であって、
前記２以上の色信号を、色別にそれぞれサンプリングする少なくとも２以上のサンプリング回路を備える相関二重サンプリング回路。
【請求項２】
前記少なくとも２以上のサンプリング回路の出力信号を、それぞれ増幅する２以上の増幅器をさらに備える請求項１に記載の相関二重サンプリング回路。
【請求項３】
前記２以上の増幅器は、可変利得増幅器である請求項２に記載の相関二重サンプリング回路。
【請求項４】
固体撮像素子から出力される第１及び第２の色信号をサンプリングする相関二重サンプリング回路であって、
前記第１の色信号をサンプリングする第１のサンプリング回路と、
前記第２の色信号をサンプリングする第２のサンプリング回路とを有する相関二重サンプリング回路。
【請求項５】
前記第１のサンプリング回路の出力信号を増幅する第１の可変利得増幅器と、
前記第２のサンプリング回路の出力信号を増幅する第２の可変利得増幅器とをさらに備える請求項４に記載の相関二重サンプリング回路。
【請求項６】
前記撮像素子は、第１及び第２以外の他の色信号を出力し、
前記他の色信号をサンプリングする他のサンプリング回路をさらに備える請求項４に記載の相関二重サンプリング回路。
【請求項７】
前記第１のサンプリング回路の出力信号を増幅する第１の可変利得増幅器と、
前記第２のサンプリング回路の出力信号を増幅する第２の可変利得増幅器と、
前記他のサンプリング回路の出力信号を増幅する他の可変利得増幅器とをさらに備える請求項６に記載の相関二重サンプリング回路。
【請求項８】
固体撮像素子から出力される第１及び第２の色信号を処理する信号処理回路であって、
前記第１及び第２の色信号を所定の電位にクランプするクランプ回路と、
前記クランプされた第１及び第２の色信号を増幅するバッファ増幅器と、
前記増幅された第１の色信号をサンプリングする第１のサンプリング回路と、
前記増幅された第２の色信号をサンプリングする第２のサンプリング回路と、
前記第１のサンプリング回路の出力を制御する第１の出力スイッチと、
前記第２のサンプリング回路の出力を制御する第２の出力スイッチとを有する信号処理回路。
【請求項９】
固体撮像素子から出力される第１、第２の色信号及び参照信号を処理する信号処理回路であって、
前記第１、第２の色信号及び参照信号の直流成分を再生する直流再生回路と、
前記直流再生された第１、第２の色信号及び参照信号を増幅するバッファ増幅器と、
前記増幅された第１の色信号をサンプリングする第１のサンプリング回路と、
前記増幅された第２の色信号をサンプリングする第２のサンプリング回路と、
前記増幅された参照信号をサンプリングする第３のサンプリング回路と、
前記第１のサンプリング回路の出力を制御する第１の出力スイッチと、
前記第２のサンプリング回路の出力を制御する第２の出力スイッチと
前記第３のサンプリング回路の出力を制御する第４のサンプリング回路とを有する信号処理回路。
【請求項１０】
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号をコンデンサを介して入力する請求項８又は９に記載の信号処理回路と、
前記信号処理回路の出力信号を増幅する可変利得増幅器とを有する固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相関二重サンプリング回路、信号処理回路及び固体撮像装置に関する。特にカラー固体撮像素子から得られる信号を処理する相関二重サンプリング回路、信号処理回路及び固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の固体撮像装置において、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の固体撮像素子の高画素化が進んでおり、さらに、低消費電力化、高速化が望まれている。低消費電力化と高速化は、相反する関係であり、一般的に高速化するには消費電力を大きくする必要がある。
【０００３】
固体撮像素子は、フォトダイオード等で構成された複数の受光素子において光電変換され蓄積された信号電荷を、電荷積分増幅回路で電圧信号に変換しているが、１画素の信号電荷を電圧に変換した後のリセット動作時にリセットノイズが発生する。固体撮像装置では、このリセットノイズを除去するために、相関二重サンプリング（Correlated  Double  Sampling。以下、ＣＤＳという）回路が設けられている。
【０００４】
図１０乃至１３を用いて、従来のＣＤＳ回路の構成と動作について説明する。図１０は、従来のＣＤＳ回路の回路図の一例である。このＣＤＳ回路１０２は、ＣＤＳ回路１０２に設けた電圧源を参照電位（基準電位）としてクランプした信号をサンプリングし、サンプリングした信号を可変利得増幅器１０３へ出力する。また、可変利得増幅器１０３は、ＣＤＳ回路１０２の出力信号を所定のレベルに増幅し、例えば、後段のＡ／Ｄ変換器や映像信号処理回路等へ出力する。
【０００５】
ＣＤＳ回路１０２は、撮像素子１０１の出力信号を入力するコンデンサＣ１０１、参照電位にクランプするクランプ回路ＣＬ１０１、クランプされた信号を増幅するバッファアンプＢＡ１０１、増幅された信号をサンプリングし出力するサンプリング回路ＳＨ１０１から構成されている。
【０００６】
クランプ回路ＣＬ１０１は、その一端が接地され、クランプ時に参照電位を発生させる電圧源Ｖ１０１と、クランプ時にコンデンサＣ１０１、バッファアンプＢＡ１０１の入力端及び電圧源Ｖ１０１を接続するクランプスイッチＳＷ１０１を有している。
【０００７】
サンプリング回路ＳＨ１０１は、その一端が接地され、バッファアンプＢＡ１０１の出力信号をサンプルホールドするコンデンサＣ１０２と、サンプリング時にバッファアンプＢＡ１０１の出力端、可変利得増幅器１０３の入力端及びコンデンサＣ１０２を接続するサンプリングスイッチＳＷ１０２を有している。
【０００８】
また、クランプスイッチＳＷ１０１及びサンプリングスイッチＳＷ１０２は、制御ロジック１０４によりパルス信号Ｐ１０１、Ｐ１０２をそれぞれ印加し、ＯＮ／ＯＦＦする。
【０００９】
図１１は、従来のＣＤＳ回路のタイミングチャートの一例である。図に示すように、撮像素子１０１の出力信号は、蓄積電荷リセット後の初期電位が出力されるリファレンス期間と、光電変換された色信号が出力される色信号期間が、画素毎に繰り返される。この例では、リファレンス期間にパルス信号Ｐ１０１を印加し、色信号期間にパルス信号Ｐ１０２を印加する。
【００１０】
パルス信号Ｐ１０１により、クランプ回路ＣＬ１０１において、リファレンス期間の撮像素子１０１の出力信号を参照電位にクランプし、クランプされた信号がバッファアンプＢＡ１０１を介してサンプリング回路ＳＨ１０１へ出力される。そして、パルス信号Ｐ１０２により、サンプリング回路ＳＨ１０１において、色信号期間のバッファアンプＢＡ１０１の出力信号をサンプリングし、サンプリングされた信号を可変利得増幅器１０３へ出力する。
【００１１】
このように、撮像素子１０１の出力信号をリファレンス期間にクランプし、クランプした信号を色信号期間にサンプリングすることにより、撮像素子１０１の出力信号に含まれるリセットノイズを除去している。
【００１２】
図１２は、従来のＣＤＳ回路のその他の例である。図１２において、図１０と同一の符号を付されたものは同様の要素である。このＣＤＳ回路１０２は、電圧源ではなく、撮像素子１０１の出力信号のリファレンス期間の電位に基づいてクランプする。
【００１３】
ＣＤＳ回路１０２は、撮像素子１０１の出力信号を入力するコンデンサＣ１０１、直流成分を再生するＤＣ再生回路ＤＣ１０１、ＤＣ再生された信号を増幅するバッファアンプＢＡ１０１、色信号期間の信号をサンプリングするサンプリング回路ＳＨ１０１、リファレンス期間の信号をサンプリングするサンプリング回路ＳＨ１０２、リファレンス期間のサンプリング信号の位相を合わせるサンプリング回路ＳＨ１０３から構成されている。
【００１４】
ＤＣ再生回路ＤＣ１０１は、その一端が接地され、所定の電位を発生させる電圧源Ｖ１０１と、電圧源Ｖ１０１、コンデンサＣ１０１及びバッファアンプＢＡ１０１の入力端と接続する抵抗Ｒ１０１を有している。
【００１５】
サンプリング回路ＳＨ１０２及びＳＨ１０３は、サンプリング回路ＳＨ１０１と同様に、コンデンサＣ１０３及びＣ１０４、サンプリングスイッチＳＷ１０１’及びＳＷ１０３を有している。
【００１６】
また、サンプリングスイッチＳＷ１０１’、ＳＷ１０２及びＳＷ１０３は、制御ロジック１０４によりパルス信号Ｐ１０１、Ｐ１０２及びＰ１０３を印加し、ＯＮ／ＯＦＦする。
【００１７】
ＣＤＳ回路１０２は、図１１で示したタイミングチャートと同様のタイミングチャートで動作する。また、パルス信号Ｐ１０３は、パルス信号Ｐ１０２と同じタイミングで印加し、サンプリング回路ＳＨ１０１とＳＨ１０３の出力信号の位相を合わせている。
【００１８】
リファレンス期間に、パルス信号Ｐ１０１を印加することにより、サンプリング回路ＳＨ１０２において、撮像素子１０１の出力信号の参照電位をサンプリングし、サンプリングされた信号をサンプリング回路ＳＨ１０３へ出力する。そして、色信号期間に、パルス信号Ｐ１０２を印加することにより、サンプリング回路ＳＨ１０１において、バッファアンプＢＡ１０１の出力信号をサンプリングし、サンプリングされた信号を可変利得増幅器１０３へ出力する。さらに、色信号期間に、パルス信号Ｐ１０３を印加することにより、サンプリング回路ＳＨ１０１の出力信号と位相の一致した信号を可変利得増幅器１０３へ出力する。この例では、可変利得増幅器１０３において、リファレンス期間のサンプリング信号の電位を参照電位として色信号期間のサンプリング信号をクランプし後段へ出力する。
【００１９】
このように、撮像素子１０１の出力信号をリファレンス期間と色信号期間の両方でサンプリングし、リファレンス期間のサンプリング信号に基づいて色信号期間のサンプリング信号をクランプすることにより、撮像素子のリセットノイズを除去している。
【００２０】
図１０や図１２において、撮像素子１０１は、例えば、ベイヤー配列とよばれる格子状のカラーフィルタを備えており、画素毎に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等のいずれか１つの色を透過する色フィルタが設けられている。撮像素子１０１の出力信号は、画素毎、つまり色フィルタ毎の色信号が時系列に順次出力されている。
【００２１】
一般的に撮像対象の１画素における色の変化の度合いは比較的小さい、つまり、空間周波数が低いことが多い。しかし、空間周波数が低い場合であっても、撮像素子１０１の出力信号は、色フィルタ毎に順次出力されることから、隣り合う色フィルタの色や特性等により、出力信号の周波数が高くなる、つまり、画素毎に出力される色信号の信号レベルの差が大きくなることがある。
【００２２】
例えば、赤色を通過するフィルタと緑色を通過する色フィルタが交互に並べられ、撮像素子から色フィルタ配列と同順番で色信号が出力される場合において、撮像対象が赤色とすると、撮像素子からの出力は赤色を通過する色フィルタ上の信号では大きく、それ以外では小さくなる。したがって、撮像素子からは大きな信号と小さな信号が交互に出力されることになり、周波数の高い信号が出力されることになる。
【００２３】
このように撮像素子の出力信号の周波数が高くなる、つまり、隣り合う色信号の差が大きくなると、ＣＤＳ回路のサンプリング回路において、サンプリング毎にコンデンサに印加する電位の量が多くなる。その結果、サンプリング回路前段のバッファアンプの負荷が高くなり、消費電力が大きくなるという問題があった。また、バッファアンプに広帯域な駆動能力が要求される。さらに、一般的に高周波信号をサンプリングする回路は消費電力が大きいため、従来は消費電力化は困難であった。
【００２４】
また、ＣＤＳ回路の後段の可変利得増幅器において、ホワイトバランス等の補正を行う場合、画素毎に利得を変える必要があるため、スイッチングノイズが発生しやすいという問題もあった。
【００２５】
尚、撮像素子の出力信号を各々の色信号に分けてサンプリングする信号処理回路が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−２７５７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
このように、従来のＣＤＳ回路では、撮像素子から出力される色信号の差が大きくなると、消費電力が大きくなるという問題点があった。
【００２７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、撮像素子から出力される色信号の差が大きい場合でも、消費電力を低減できるＣＤＳ回路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】
【００２８】
本発明にかかる相関二重サンプリング回路は、固体撮像素子から出力される２以上の色信号をサンプリングする相関二重サンプリング回路であって、前記２以上の色信号を、色別にそれぞれサンプリングする少なくとも２以上のサンプリング回路を備えるものである。これにより、相関二重サンプリング回路の消費電力を低減することができる。
【００２９】
上述の相関二重サンプリング回路において、前記少なくとも２以上のサンプリング回路の出力信号を、それぞれ増幅する２以上の増幅器をさらに備えてもよい。これにより、サンプリング回路毎に信号を増幅することができる、
【００３０】
上述の相関二重サンプリング回路において、前記２以上の増幅器は、可変利得増幅器であってもよい。これにより、スイッチングノイズが低減でき、さらに、回路構成を簡素化することができる。
【００３１】
本発明にかかる相関二重サンプリング回路は、固体撮像素子から出力される第１及び第２の色信号をサンプリングする相関二重サンプリング回路であって、前記第１の色信号をサンプリングする第１のサンプリング回路と、前記第２の色信号をサンプリングする第２のサンプリング回路とを有するものである。これにより、相関二重サンプリング回路の消費電力を低減することができる。
【００３２】
上述の相関二重サンプリング回路において、前記第１のサンプリング回路の出力信号を増幅する第１の可変利得増幅器と、前記第２のサンプリング回路の出力信号を増幅する第２の可変利得増幅器とをさらに備えてもよい。これにより、スイッチングノイズが低減でき、さらに、回路構成を簡素化することができる。
【００３３】
上述の相関二重サンプリング回路において、前記撮像素子は、第１及び第２以外の他の色信号を出力し、前記他の色信号をサンプリングする他のサンプリング回路をさらに備えてもよい。これにより、さらに多くの色に対応することができる。
【００３４】
上述の相関二重サンプリング回路において、前記第１のサンプリング回路の出力信号を増幅する第１の可変利得増幅器と、前記第２のサンプリング回路の出力信号を増幅する第２の可変利得増幅器と、前記他のサンプリング回路の出力信号を増幅する他の可変利得増幅器とをさらに備えてもよい。これにより、スイッチングノイズが低減でき、さらに、回路構成を簡素化することができる。
【００３５】
本発明にかかる信号処理回路は、固体撮像素子から出力される第１及び第２の色信号を処理する信号処理回路であって、前記第１及び第２の色信号を所定の電位にクランプするクランプ回路と、前記クランプされた第１及び第２の色信号を増幅するバッファ増幅器と、前記増幅された第１の色信号をサンプリングする第１のサンプリング回路と、前記増幅された第２の色信号をサンプリングする第２のサンプリング回路と、前記第１のサンプリング回路の出力を制御する第１の出力スイッチと、前記第２のサンプリング回路の出力を制御する第２の出力スイッチとを有するものである。これにより、信号処理回路の消費電力を低減することができる。
【００３６】
本発明にかかる信号処理回路は、固体撮像素子から出力される第１、第２の色信号及び参照信号を処理する信号処理回路であって、前記第１、第２の色信号及び参照信号の直流成分を再生する直流再生回路と、前記直流再生された第１、第２の色信号及び参照信号を増幅するバッファ増幅器と、前記増幅された第１の色信号をサンプリングする第１のサンプリング回路と、前記増幅された第２の色信号をサンプリングする第２のサンプリング回路と、前記増幅された参照信号をサンプリングする第３のサンプリング回路と、前記第１のサンプリング回路の出力を制御する第１の出力スイッチと、前記第２のサンプリング回路の出力を制御する第２の出力スイッチと前記第３のサンプリング回路の出力を制御する第４のサンプリング回路とを有するものである。これにより、信号処理回路の消費電力を低減することができる。
【００３７】
本発明にかかる固体撮像装置は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力信号をコンデンサを介して入力する請求項８又は９に記載の信号処理回路と、前記信号処理回路の出力信号を増幅する可変利得増幅器とを有するものである。これにより、固体撮像素子の消費電力を低減することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、撮像素子から出力される色信号の差が大きい場合でも、消費電力を低減できるＣＤＳ回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
発明の実施の形態１．
まず、図１を用いて、本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の構成について説明する。図に示すように、この固体撮像装置は、撮像素子１、ＣＤＳ回路２、可変利得増幅器３、Ａ／Ｄ変換器４及び映像信号処理回路５を備えている。これらの全ての構成要素を１つのチップの集積回路としてもよいし、任意の数のチップとしてもよい。例えば、ＣＤＳ回路２、可変利得増幅器３及びＡ／Ｄ変換器４を１つのチップとしてもよい。また、これら全ての構成要素を一つの固体撮像装置に含むこともできるし、映像信号処理回路５がＰＣ（パーソナルコンピュータ）であれば、映像信号処理回路５を固体撮像装置とは別の装置とすることもできる。
【００４０】
例えば、撮像素子１において、光電変換され生成された出力信号は、ＣＤＳ回路２へ出力され、ＣＤＳ回路２において、当該出力信号に含まれるノイズを除去する。ノイズが除去された信号は、可変利得増幅器３において、所定の信号レベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４において、デジタル信号に変換され、映像信号処理回路５において、映像信号が形成される。
【００４１】
撮像素子１は、入射される光を光電変換するカラー固体撮像素子であり、例えば、単板式のＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等である。また、撮像素子１は、エリアセンサでもよいし、ラインセンサでもよい。例えば、撮像素子１は、色フィルタ、フォトダイオード等の受光素子、転送素子、電荷積分増幅回路等を備えている。
【００４２】
カラー画像を撮像する方法として、撮像素子１に後述するような色フィルタアレイを組み合わせ、撮像素子１の出力から各色フィルタに対応した色信号を分離する方法がある。例えば、カラー画像を撮像する際、撮像素子１に入射された光は、色フィルタによって各色に分離され、受光素子へ伝搬される。そして、受光素子によって光電変換し生成された信号電荷は、転送素子や電荷積分増幅回路を介して、各色信号としてＣＤＳ回路２へ出力される。
【００４３】
ＣＤＳ回路２は、参照電位に基づいて、撮像素子１の出力信号に含まれるノイズを除去し、各色信号をサンプリングした信号を、可変利得増幅器３へ出力する。ＣＤＳ回路２の詳細については、後述する。
【００４４】
可変利得増幅器３は、ＣＤＳ回路２の出力信号のレベルに応じて最適な信号レベルに増幅する回路である。例えば、ＣＤＳ回路２の出力信号が、−６ｄＢから１０ｄＢの場合、この信号を、可変利得増幅器３において、０から３０ｄＢに増幅してもよい。また、色信号毎に信号レベルが異なるため、可変利得増幅器３において、色信号毎にホワイトバランス等の補正を行うこともできる。
【００４５】
図２は、本実施形態にかかる撮像素子に用いられる色フィルタアレイの一例を模式的に示す平面図である。この色フィルタアレイ２００は、Ｇ（緑）フィルタ２０１、Ｒ（赤）フィルタ２０２、Ｂ（青）フィルタ２０３を水平方向と垂直方向に所定の繰り返し周期で配列された構成をしている。また、色フィルタアレイ２００は、あるライン（水平方向の列、走査線ともいう）をＧＲＧＲ、次のラインをＢＧＢＧの色フィルタとしたベイヤー配列により配置されている。この配列では、Ｇフィルタ２０１がライン毎に１８０°位相で配置され、Ｒフィルタ２０２とＢフィルタ２０３がライン順に配置されている。撮像素子１には、これらの色フィルタ毎に、受光素子が設けられており、受光素子によって生成された色信号が１ライン毎に出力される。したがって、あるラインでは、Ｇの色信号とＲの色信号が交互に出力され、次のラインでは、Ｂの色信号とＧの色信号が交互に出力される。
【００４６】
尚、各色フィルタで透過する色は、この例に限らず、その他の色、例えば、シアン、マゼンタ、黄等でもよい。さらに、色フィルタの配列は、この例に限らず、その他の配列、例えば、ストライプ配列等でもよい。
【００４７】
次に、図３の回路図を用いて、本実施形態にかかるＣＤＳ回路の構成について説明する。このＣＤＳ回路２は、撮像素子１の出力信号を入力とするコンデンサＣ１、参照電位にクランプするクランプ回路ＣＬ１、クランプされた信号を増幅するバッファアンプＢＡ１、増幅された信号をサンプリングするサンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２、サンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２によりサンプリングされた信号の出力をそれぞれ制御する出力スイッチＳＷ３及びＳＷ５から構成されている。尚、これらの全ての要素を１つのチップとしてもよいし、コンデンサＣ１のみチップとは別の構成としてもよい。
【００４８】
クランプ回路ＣＬ１は、その一端が接地され、クランプ時に参照電位を発生させる電圧源Ｖ１と、クランプ時にＯＮするクランプスイッチＳＷ１を有している。
【００４９】
サンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２は、バッファアンプＢＡ１と接続されている。サンプリング回路ＳＨ１は、バッファアンプＢＡ１の出力信号をサンプルホールドするコンデンサＣ２と、サンプリング時にＯＮするサンプリングスイッチＳＷ２を有している。サンプリング回路ＳＨ２は、サンプリング回路ＳＨ１と同様に、コンデンサＣ３及びサンプリングスイッチＳＷ４を有している。尚、サンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２は、この例に限らず、他の構成のサンプリング回路を用いてもよい。
【００５０】
また、クランプスイッチＳＷ１、サンプリングスイッチＳＷ２、出力スイッチＳＷ３、サンプリングスイッチＳＷ４及び出力スイッチＳＷ５は、制御ロジック６によりパルス信号Ｐ１乃至Ｐ５をそれぞれ印加し、ＯＮ／ＯＦＦする。
【００５１】
コンデンサＣ１は、一端が撮像素子１の出力端に接続され、他端がクランプスイッチＳＷ１と、バッファアンプＢＡ１の入力端に接続される。撮像素子１からの出力信号は、コンデンサＣ１を介して、クランプスイッチＳＷ１に入力される。
【００５２】
クランプスイッチＳＷ１は、一端がコンデンサＣ１と、バッファアンプＢＡ１の入力端に接続され、他端が電圧源Ｖ１と接続される。クランプスイッチＳＷ１は、パルス信号Ｐ１の印加に応じてＯＮ／ＯＦＦする。例えば、クランプ時にＯＮしてコンデンサＣ１、電圧源Ｖ１及びバッファアンプＢＡ１の入力端を接続し、クランプ終了時にＯＦＦしてこの接続を切り離す。また、クランプ時には、コンデンサＣ１から入力された撮像素子１の出力信号を電圧源Ｖ１の参照電位にクランプし、クランプされた信号をバッファアンプＢＡ１を介して、サンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２へ出力する。
【００５３】
サンプリングスイッチＳＷ２は、一端がバッファアンプＢＡ１の出力端に接続され、他端がコンデンサＣ２と、出力スイッチＳＷ３に接続される。サンプリングスイッチＳＷ２は、パルス信号Ｐ２の印加に応じてＯＮ／ＯＦＦする。例えば、サンプリング時にＯＮしてバッファアンプＢＡ１の出力端、コンデンサＣ２及び出力スイッチＳＷ３を接続し、サンプリング終了時にＯＦＦしてこの接続を切り離す。
【００５４】
コンデンサＣ２は、一端がサンプリングスイッチＳＷ２と、出力スイッチＳＷ３に接続され、他端が接地される。サンプリング時には、サンプリングスイッチＳＷ２を介してバッファアンプＢＡ１の出力端と接続し、バッファアンプＢＡ１により増幅された信号をサンプルホールドする。サンプリング信号の出力時には、出力スイッチＳＷ３を介して可変利得増幅器３の入力端と接続し、サンプルホールドされた電位がサンプリング信号として可変利得増幅器３へ出力される。
【００５５】
出力スイッチＳＷ３は、一端がサンプリングスイッチＳＷ２と、コンデンサＣ２に接続され、他端が可変利得増幅器３の入力端に接続される。出力スイッチＳＷ３は、パルス信号Ｐ３の印加に応じてＯＮ／ＯＦＦする。例えば、サンプリング信号の出力時にＯＮしてサンプリングスイッチＳＷ２、コンデンサＣ２及び可変利得増幅器３の入力端を接続し、出力終了時にＯＦＦしてこの接続を切り離す。
【００５６】
サンプリングスイッチＳＷ４、コンデンサＣ３及び出力スイッチＳＷ５は、サンプリングスイッチＳＷ２、コンデンサＣ２及び出力スイッチＳＷ３と、それぞれ同様である。また、出力スイッチＳＷ３とＳＷ５の他端は、互いに接続され、可変利得増幅器３の入力端と接続される。
【００５７】
本実施形態では、サンプリング回路ＳＨ１とＳＨ２で、それぞれ別の色信号をサンプリングする。図２で示した色フィルタアレイを用いた場合、撮像素子１からの出力信号は、２色の色信号が交互に含まれるため、この２色をそれぞれサンプリング回路ＳＨ１とＳＨ２でサンプリングする。
【００５８】
例えば、撮像素子１からあるラインの出力信号がＧの色信号とＲの色信号を含む場合、サンプリング回路ＳＨ１ではＧの色信号、サンプリング回路ＳＨ２ではＲの色信号をサンプリングし、次のラインの出力信号がＢの色信号とＧの色信号を含む場合、サンプリング回路ＳＨ１ではＧの色信号、サンプリング回路ＳＨ２ではＢの色信号をサンプリングする。この例では、Ｇの色信号がどのラインの信号にも含まれるため、Ｇの色信号を同じサンプリング回路でサンプリングしてもよいし、ライン毎に別のサンプリング回路でサンプリングしてもよい。１ラインの処理が終わり、次のラインの処理が開始されるときに、サンプリング回路に通す色信号を制御ロジック６によって割り振ることができる。
【００５９】
また、サンプリング回路の数は、この例に限らず、さらに多くのサンプリング回路を並列に接続してもよい。例えば、色フィルタの全色数に合わせて用意してもよいし、１ラインの出力信号に連続して含まれる色信号の数に合わせてもよい。
【００６０】
図４は、本実施形態にかかるバッファアンプＢＡ１の一例を示す回路図である。バッファアンプＢＡ１は、電圧バッファ回路であり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いたソースフォロワ回路としてもよい。図４（ａ）はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた例であり、図４（ｂ）はＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた例である。バッファアンプＢＡ１は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いてもよいし、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いてもよいが、ノイズの少ないＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いることが好ましい。また、バッファアンプＢＡ１は、この回路図の例に限らず、その他の構成としてもよい。
【００６１】
図４（ａ） のバッファアンプＢＡ１では、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ４１のドレインに電源電圧Ｖｄｄが供給され、ゲートにクランプ回路ＣＬ１からクランプされた信号が入力される。Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ４１のソースは定電流源４２を介して接地され、さらに、ソースからクランプされた信号に応じて増幅した信号をサンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２に出力する。
【００６２】
図４（ｂ）のバッファアンプＢＡ１では、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ４３のドレインは接地され、ゲートにクランプ回路ＣＬ１からクランプされた信号が入力される。Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ４３のソースに電源電圧Ｖｄｄが定電流源４４を介して供給され、さらに、ソースからクランプされた信号に応じて増幅された信号をサンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２に出力する。
【００６３】
図５、本実施形態にかかる可変利得増幅器３の一例を示す回路図である。可変利得増幅器３は、コンデンサＣ５１及びＣ５３を介してＣＤＳ回路２の出力信号がアンプ５０に入力され、アンプ５０により増幅した信号をＡ／Ｄ変換器４へ出力する。また、利得を可変とするためのコンデンサＣ５２ａ、Ｃ５２ｂ及びＣ５２ｃ、スイッチＳＷ５２ａ、ＳＷ５２ｂ及びＳＷ５２ｃ、コンデンサＣ５４ａ、Ｃ５４ｂ及びＣ５４ｃ、スイッチＳＷ５４ａ、ＳＷ５４ｂ及びＳＷ５４ｃを有している。
【００６４】
例えば、スイッチＳＷ５２ａをＯＮすると、コンデンサＣ５２ａを介してアンプ５０の入力端とアンプ５０の出力端を接続し、アンプ５０の利得を変えることができる。この場合の利得は、コンデンサＣ５１とコンデンサＣ５２ａの容量の比により決定する（利得＝Ｃ５１／Ｃ５２ａ）。各コンデンサの容量をそれぞれ別の値とすることで、アンプ５０の利得を複数設定することができる。
【００６５】
また、コンデンサやスイッチの数は、この例に限らず、任意の数設けてもよい。可変利得増幅器３は、この回路図の例に限らず、その他の構成としてもよい。
【００６６】
次に、図６及び図７のタイミングチャートを用いて、本実施形態にかかるＣＤＳ回路の動作について説明する。図６と図７は、パルス信号Ｐ３及びＰ５のタイミングが異なる例を示している。
【００６７】
図６において、撮像素子１の出力信号は、蓄積電荷リセット後の初期電位が出力されるリファレンス期間と、光電変換された色信号が出力される色信号期間が、画素毎に繰り返される。また、色信号期間には、上述の通り、異なる色の色信号が交互に出力される。例えば、第１種の色信号はＧの色信号、第２種の色信号はＲの色信号である。
【００６８】
図６では、リファレンス期間にパルス信号Ｐ１を印加し、第１種の色信号期間にパルス信号Ｐ２を印加し、第２種の色信号期間にパルス信号Ｐ４を印加する。さらに、パルス信号Ｐ２の印加時からパルス信号Ｐ４の印加時までの間、パルス信号Ｐ３を印加し、パルス信号Ｐ４の印加時からパルス信号Ｐ２の印加時までの間、パルス信号Ｐ５を印加する。パルス信号Ｐ３とパルス信号Ｐ５の周期と、パルス信号Ｐ２とパルス信号Ｐ４の周期を同じとすることで、撮像素子１の出力信号における色信号の順序と、ＣＤＳ回路２の出力信号における色信号の順序が同一となる。
【００６９】
パルス信号Ｐ１により、クランプ回路ＣＬ１において、リファレンス期間の撮像素子１の出力信号を参照電位にクランプし、クランプされた信号がバッファアンプＢＡ１を介してサンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２へ出力される。
【００７０】
パルス信号Ｐ２により、サンプリング回路ＳＨ１において、第１種の色信号期間のバッファアンプＢＡ１の出力信号をサンプリングし、サンプリングされた信号を出力スイッチＳＷ３へ出力する。このときの、サンプリング回路ＳＨ１の出力信号は、図に示すように、参照電位との電位差であるＶｓ１となる。
【００７１】
パルス信号Ｐ３により、出力スイッチＳＷ３において、サンプリング回路ＳＨ１のサンプリング開始からサンプリング回路ＳＨ２のサンプリング開始までの間、サンプリング回路ＳＨ１の出力信号を可変利得増幅器３へ出力する。このときの、ＣＤＳ回路の出力は、図に示すように、サンプリング回路ＳＨ１の出力であるＶｓ１となる。
【００７２】
パルス信号Ｐ４により、サンプリング回路ＳＨ２において、第２種の色信号期間のバッファアンプＢＡ１の出力信号をサンプリングし、サンプリングされた信号を出力スイッチＳＷ５へ出力する。このときの、サンプリング回路ＳＨ２の出力信号は、図に示すように、参照電位との電位差であるＶｓ２となる。
【００７３】
パルス信号Ｐ５により、出力スイッチＳＷ５において、サンプリング回路ＳＨ２のサンプリング開始からサンプリング回路ＳＨ１のサンプリング開始までの間、サンプリング回路ＳＨ２の出力信号を可変利得増幅器３へ出力する。このときの、ＣＤＳ回路の出力は、図に示すように、サンプリング回路ＳＨ２の出力であるＶｓ２となる。
【００７４】
図７においては、図６と同様に、パルス信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４を印加する。さらに、パルス信号Ｐ２の印加終了しサンプリング回路ＳＨ１のサンプリング終了時からパルス信号Ｐ４の印加終了しサンプリング回路ＳＨ２のサンプリング終了時までの間、パルス信号Ｐ３を印加する。また、パルス信号Ｐ４の印加終了しサンプリング回路ＳＨ２のサンプリング終了時からパルス信号Ｐ２の印加終了しサンプリング回路ＳＨ１のサンプリング終了時までの間、パルス信号Ｐ５を印加する。
【００７５】
パルス信号Ｐ３及びＰ５のタイミングが、図６よりも遅れるため、ＣＤＳ回路２の出力信号が遅れて出力される。その他の動作については、図６と同様である。このように、パルス信号Ｐ３とＰ５の位相はパルス信号Ｐ２とＰ４の位相と独立であっても構わず、また、図６のように位相を合わせてもよい。
【００７６】
以上のような構成により、並列接続されたサンプリング回路毎に別の色信号をサンプリングし、１ラインの処理で同じ色信号をサンプリングすることにより、１ラインの処理における、サンプリング回路のコンデンサにサンプルホールドされる色信号の電位差を抑えることができる。したがって、サンプリング時にコンデンサのサンプルホールドに必要な電圧が減り、サンプリング回路前段のバッファアンプの負荷を低減し、ＣＤＳ回路の消費電力を減らすことができる。特に、撮像対象の空間周波数が低い部分において、同じ色の色信号の信号レベルの差が小さいことから、効果が大きい。
【００７７】
また、バッファアンプの駆動能力の低いものも使用可能となる。さらに、バッファアンプの駆動能力を変更しなければセトリング誤差が少なくなり、高精度な信号検出が可能となる。
【００７８】
発明の実施の形態２．
次に、図８の回路図を用いて、本発明の実施の形態２にかかるＣＤＳ回路の構成について説明する。このＣＤＳ回路２は、図３で示した構成に加えて、サンプリング回路ＳＨ１と出力スイッチＳＷ３の間に増幅器ＶＡ１を有し、サンプリング回路ＳＨ２と出力スイッチＳＷ５の間に増幅器ＶＡ２を有している。
【００７９】
例えば、増幅器ＶＡ１及びＶＡ２は、可変利得増幅器であっても構わず、また、これらの増幅器を色信号毎に利得を可変してホワイトバランス処理を行っても構わない。
【００８０】
例えば、増幅器ＶＡ１及びＶＡ２に、図５で示した可変利得増幅器を用いてもよい。この場合、色信号毎に別の増幅器とすることができるため、利得を変える頻度が少なくなり、利得を変えるスイッチングの際に発生するスイッチングノイズを低減することができる。例えば、１ラインの画素数が３００〜２０００画素の場合、スイッチングの回数を、１ラインで１／３００〜１／２０００に減らすことができる。また、ＣＤＳ回路の後段にホワイトバランス処理用の回路や、ノイズ除去用の回路を設ける必要がないため、回路構成を簡素化することができる。
【００８１】
発明の実施の形態３．
次に、図９の回路図を用いて、本発明の実施の形態３にかかるＣＤＳ回路の構成について説明する。図９において、図３と同一の符号を付されたものは同様の要素を示している。
【００８２】
このＣＤＳ回路２は、撮像素子１の出力信号を入力するコンデンサＣ１、直流成分を再生するＤＣ再生回路ＤＣ１、ＤＣ再生された信号を増幅するバッファアンプＢＡ１、色信号期間の信号をサンプリングするサンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２、リファレンス期間の信号をサンプリングするサンプリング回路ＳＨ３、リファレンス期間のサンプリング信号の位相を合わせるサンプリング回路ＳＨ４から構成されている。また、可変利得増幅器３は、リファレンス期間のサンプリング信号の電位を参照電位として色信号期間のサンプリング信号をクランプしＡ／Ｄ変換器４へ出力する。
【００８３】
ＤＣ再生回路ＤＣ１は、その一端が接地され、所定の電位を発生させる電圧源Ｖ１と、電圧源Ｖ１、コンデンサＣ１及びバッファアンプＢＡ１の入力端と接続する抵抗Ｒ１を有している。
【００８４】
サンプリング回路ＳＨ３及びＳＨ４は、サンプリング回路ＳＨ１及びＳＨ２と同様であり、サンプリングスイッチＳＷ１’、ＳＷ６、コンデンサＣ４、Ｃ５を有している。
【００８５】
また、サンプリングスイッチＳＷ１’、ＳＷ６は、制御ロジック６によりパルス信号Ｐ１、Ｐ６を印加し、ＯＮ／ＯＦＦする。
【００８６】
ＣＤＳ回路２は、図６及び図７で示したタイミングチャートと同様のタイミングチャートで動作する。また、パルス信号Ｐ６は、パルス信号Ｐ３あるいはＰ５と同じタイミングで印加し、サンプリング回路ＳＨ６とＳＨ１あるいはＳＨ２の出力信号の位相を合わせている。
【００８７】
本実施形態においても、図３で示した回路と同様にＣＤＳ回路の消費電力を低減することができる。また、図８の回路と同様に、サンプリング回路と出力スイッチの間に増幅器を設けてもよい。
【００８８】
尚、上述の例に限らず、その他のＣＤＳ回路において、サンプリング回路を複数設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明にかかる固体撮像装置の構成図である。
【図２】本発明にかかる撮像素子に用いられる色フィルタアレイの平面図である。
【図３】本発明にかかるＣＤＳ回路の回路図である。
【図４】本発明にかかるバッファアンプの回路図である。
【図５】本発明にかかる可変利得増幅器の回路図である。
【図６】本発明にかかるＣＤＳ回路のタイミングチャートである。
【図７】本発明にかかるＣＤＳ回路のタイミングチャートである。
【図８】本発明にかかるＣＤＳ回路の回路図である。
【図９】本発明にかかるＣＤＳ回路の回路図である。
【図１０】従来のＣＤＳ回路の回路図である。
【図１１】従来のＣＤＳ回路のタイミングチャートである。
【図１２】従来のＣＤＳ回路の回路図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  撮像素子  ２  ＣＤＳ回路  ３  可変利得増幅器
４  Ａ／Ｄ変換器  ５  映像信号処理回路  ６  制御ロジック
ＣＬ１  クランプ回路
ＳＨ１〜ＳＨ２  サンプリング回路
Ｃ１〜Ｃ３  コンデンサ
ＳＷ１〜ＳＷ５  スイッチ
Ｖ１  電圧源
【図１】
2005210335.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】
2005210335.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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