(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプ電位を読み出してクランプすると共に入力される信号電位を上記クランプ電位からの電位の変化量として出力するクランプ手段と、上記クランプ手段により出力された上記信号電位を表わす電位および上記クランプ電位をサンプルホールドするサンプルホールド手段とを有して、第１期間の前半において上記クランプ手段によって上記クランプ電位を読み出してクランプした後、上記第１期間の後半において上記信号電位を上記クランプ電位からの電位の変化量として上記クランプ手段より出力すると共に、上記クランプ手段より出力された上記信号電位を表わす電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドし、上記第１期間に続く第２期間の初期に上記クランプ手段によって上記クランプ電位を読み出してクランプし、第２期間の初期よりも後に上記クランプされたクランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドする相関２重サンプリング回路において、
上記第１期間の前半に、上記クランプ手段による上記クランプ電位の読み出しと同時に、この読み出された上記クランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせる制御信号を生成する制御信号生成手段を備えたことを特徴とする相関２重サンプリング回路において、
上記制御信号生成手段によって生成される制御信号は、上記第２期間の初期よりも後に上記クランプ電位が上記サンプルホールド手段によってサンプルホールドされる前に、上記クランプ手段によって上記クランプ電位を読み出させると共に、この読み出されたクランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせるような制御信号である
ことを特徴とする相関２重サンプリング回路。
【請求項２】
請求項１に記載の相関２重サンプリング回路において、
上記クランプ手段は、信号線に一方の電極が接続されたクランプ容量と、このクランプ容量の他方の電極と上記クランプ電位を供給する電源との間に介設されたクランプスイッチとを含んで構成され、
上記サンプルホールド手段は、上記クランプ容量の他方の電極に接続されたサンプルホールド容量と、上記クランプ容量とサンプルホールド容量との間に介設されたサンプルホールドスイッチとを含んで構成され、
上記制御信号生成手段によって生成される制御信号は、上記クランプスイッチのオンオフを制御するクランプパルス信号および上記サンプルホールドスイッチのオンオフを制御するサンプルホールドパルス信号である
ことを特徴とする相関２重サンプリング回路。
【請求項３】
光電変換して得られた受光信号および基準信号としてのリファレンス信号を増幅して画素信号を出力する増幅型の画素部と、上記画素部からの画素信号を伝送する第１信号線と、上記第１信号線で伝送された画素信号を増幅する増幅部とで成る画素信号読み出し系列を複数有すると共に、上記複数の増幅部からの画素信号を伝送する第２信号線と、上記各増幅部と第２信号線との間に介設された選択スイッチと、上記選択スイッチのオンオフを制御して上記複数の画素信号読み出し系列からの画素信号を順次上記第２信号線に出力させる読み出し制御手段を備えた増幅型固体撮像装置において、
上記各画素信号読み出し系列における上記第１信号線と増幅手段との間に、請求項１あるいは請求項２に記載の相関２重サンプリング回路を介設したことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項４】
光電変換して得られた受光信号および基準信号としてのリファレンス信号を増幅して画素信号を出力する増幅型の画素部と、上記画素部からの画素信号を伝送する第１信号線と、上記第１信号線で伝送された画素信号を増幅する増幅部とで成る画素信号読み出し系列を複数有すると共に、上記複数の増幅部からの画素信号を伝送する第２信号線と、上記各増幅部と第２信号線との間に介設された選択スイッチと、上記選択スイッチのオンオフを制御して上記複数の画素信号読み出し系列からの画素信号を順次上記第２信号線に出力させる読み出し制御手段を備えた増幅型固体撮像装置において、
上記各画素信号読み出し系列における上記第１信号線と増幅手段との間に、請求項１あるいは請求項２に記載の相関２重サンプリング回路を介設し、
上記画素部は、第１期間の前半に上記受光信号とリファレンス信号との何れか一方を出力し、上記第１期間の後半に上記受光信号とリファレンス信号との何れか他方を出力するようになっており、
上記読み出し制御手段は、
上記第１期間の前半および上記第１期間に続く第２期間の初期において、総ての相関２重サンプリング回路に関して、上記クランプ手段に上記クランプ電位を読み出してクランプさせ、
上記第２期間の初期よりも後に、順次オンとなる選択スイッチに対応する相関２重サンプリング回路のクランプ手段に、当該選択スイッチのオン期間中に上記クランプ電位を読み出させる
クランプ制御信号を生成すると共に、
上記第１期間の前半に、上記総ての相関２重サンプリング回路に関して、上記クランプ制御信号に基づく上記クランプ手段による上記クランプ電位の読み出しと同時に、この読み出された上記クランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせ、
上記第１期間の後半に、上記総ての相関２重サンプリング回路に関して、上記クランプ手段より出力された上記信号電位としての上記受光信号とリファレンス信号との差分を、上記クランプ電位からの電位の変化量として上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせ、
上記第２期間の初期よりも後に、上記クランプ制御信号に基づく上記クランプ手段による上記クランプ電位の読み出しと同時に、この読み出された上記クランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせると共に、その後各クランプ手段にクランプされたクランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせる
サンプルホールド制御信号を生成して、
上記選択スイッチのオン期間内における上記クランプ電位が上記サンプルホールド手段にサンプルホールドされる前には、上記受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの電位の変化量で表す第１出力信号を上記第２信号線に出力し、上記選択スイッチのオン期間内における上記クランプ電位がサンプルホールドされた後には、上記クランプ電位である第２出力信号を上記第２信号線に出力するようになっている
ことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項５】
請求項３あるいは請求項４に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記各相関２重サンプリング回路から上記第２信号線に順次出力される上記第１出力信号と第２出力信号との差分を得る差分手段を設けたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クランプ手段とサンプルホールド手段とを有する相関２重サンプリング(以下ＣＤＳとも記載する)回路およびそれを用いた増幅型固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像装置として、各画素において発生した信号電荷そのものを読み出さずに、画素内で電圧信号(または電流信号)に変換して増幅した後、上記電圧信号(または電流信号)を読み出し回路によって読み出す増幅型固体撮像装置が知られている。
【０００３】
上記増幅型固体撮像装置の一例を図９に示す。図９において、２次元画素領域１を構成している画素部２は、光電変換部,増幅部,リセット部および読み出し選択部(何れも図示せず)を含んで形成されている。画素部２の読み出し動作は、第１垂直読み出し回路３からの制御信号４によって上記読み出し選択部を制御することによって行われる。また、リセット動作は、第２垂直読み出し回路５からの制御信号６によって上記リセット部を制御することによって行われる。そして、画素部２からの出力信号は、垂直信号線７に読み出された後、各垂直信号線７毎に設けられたＣＤＳ回路８に導かれ、読み出し時に得られる受光信号とリセット後のリファレンス信号との差分がＣＤＳ回路８から出力される。ここで、上記受光信号とリファレンス信号とは、何れの信号が前になるかによって２つの場合がある。何れの場合であっても、ＣＤＳ回路８によって上記差分を取ることによって、各画素部２毎の閾値のばらつきがキャンセルされ、画素部２毎の固定パターンノイズ(以下、ＦＰＮと言う)が抑制されるのである。
【０００４】
上記ＣＤＳ回路８から出力された差分信号はアンプ回路９によって増幅され、水平読み出し回路１１からの制御信号φHによる水平選択スイッチ１０の導通によって水平信号線１２に出力される。そして、アンプ回路１３によって増幅されて信号ＯＳとして出力される。
【０００５】
このように、図９に示す増幅型固体撮像装置においては、上記垂直信号線７毎に設けられたＣＤＳ回路８によって、画素部２毎の閾値ばらつきによるＦＰＮが抑制されるのである。しかしながら、各垂直信号線７毎のアンプ回路９や水平選択スイッチ１０には、オフセットレベル等のばらつきが伴う。そして、このばらつきは、画像の水平方向にはランダムであって垂直方向には共通である。したがって、映像としては縦縞模様の顕著なＦＰＮとなり、画質が著しく損なわれることになる。
【０００６】
上述のような縦縞模様のＦＰＮを解決する手法として、図１０に示すような増幅型固体撮像装置が提案されている(特開２０００‐３５０１０６号公報)。この増幅型固体撮像装置における２次元画素領域２１,画素部２２,第１垂直読み出し回路２３,制御信号２４,第２垂直読み出し回路２５,制御信号２６,垂直信号線２７,第１ＣＤＳ回路２８,アンプ回路２９,水平選択スイッチ３０,水平読み出し回路３１,水平信号線３２およびアンプ回路３３は、図９に示す増幅型固体撮像装置における２次元画素領域１,画素部２,第１垂直読み出し回路３,制御信号４,第２垂直読み出し回路５,制御信号６,垂直信号線７,ＣＤＳ回路８,アンプ回路９,水平選択スイッチ１０,水平読み出し回路１１,水平信号線１２およびアンプ回路１３と同じである。そして、図１０に示す増幅型固体撮像装置における画素部２２から水平信号線３２への垂直読み出し動作は、図９に示す増幅型固体撮像装置の場合と同様である。
【０００７】
本増幅型固体撮像装置における水平信号線３２の出力側におけるアンプ回路３３の前段には第２ＣＤＳ回路３４を設けている。尚、第１ＣＤＳ回路２８は図１１に示すような構成を有しており、タイミング発生回路４６からの入力切換パルスφP0,クランプパルスφC0およびサンプルホールドパルスφS0に基づいて、図１２に示すタイミングチャートに従って動作する。以下、図１０〜図１２に従って、本増幅型固体撮像装置の動作を簡単に説明する。以下の説明においては、図１１に示す入力切換スイッチ４１が入力Ｖin側へ常時接続されている場合であっても同様であるため、入力切換スイッチ４１を省略した状態で説明する。
【０００８】
図１０において、上記画素部２２からの出力信号は、垂直信号線２７を介して第１ＣＤＳ回路２８ヘ信号Ｖinとして入力される。そして、図１１において、入力信号Ｖinはクランプ容量４２における一方の端子に印加される。こうしてクランプ容量４２に印加された入力信号Ｖinは、図１２に示すように、期間１の前半では受光信号(またはリファレンス信号)Ｓ1となり、期間１の後半ではリファレンス信号(または受光信号)Ｓ2となる。
【０００９】
図１２に示すように、上記期間１の前半ｔ1において、上記画素部２２からの受光信号(またはリファレンス信号)Ｓ1を、クランプパルスφC0に基づくクランプスイッチ４３の導通によって、クランプ容量４２にクランプ電位Ｖcpとしてクランプする。次に、期間１の後半において、画素部２２からのリファレンス信号(または受光信号)Ｓ2が、クランプ容量４２よりクランプ電位Ｖcpからの電位の変化量として出力される。そして、時点ｔ2において、サンプルホールドパルスφS0に基づくサンプルホールドスイッチ４４の導通によって、クランプ容量４２にクランプされている上記受光信号とリファレンス信号との差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す信号が、サンプルホールド容量４５にホールドされる。
【００１０】
次に、上記期間１に続く期間２の初期ｔ3に、上記クランプスイッチ４３を導通させて、クランプ電位Ｖcpをクランプ容量４２の出力側に読み出してクランプ容量４２にクランプする。そうした後に、期間２の初期の時点ｔ3よりも後であって、水平選択スイッチ３０が導通してアンプ回路２９の出力信号を水平信号線３２に読み出す期間Ｔjの前半ｔ4において、上記受光信号とリファレンス信号との差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す第１出力信号Ｖout(１)が、アンプ回路２９を介して水平信号線３２に出力される。そうした後に、時点ｔ5において、サンプルホールドスイッチ４４を導通させて、クランプ容量４２の出力側のクランプ電位Ｖcpがサンプルホールド容量４５にホールドされる。
【００１１】
そうすると、上記時点ｔ5に続く上記水平選択スイッチ３０の導通期間Ｔjの後半ｔ6において、上記ホールドされているクランプ電位Ｖcpである第２出力信号Ｖout(２)が、上記アンプ回路２９を介して水平信号線３２に出力されるのである。
【００１２】
こうして、上記水平信号線３２に順次出力された第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)とは第２ＣＤＳ回路３４に入力され、第２ＣＤＳ回路３４によって第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)の差分が取られる。そして、上記差分を表わす信号がアンプ回路３３によって増幅されて、信号ＯＳとして出力されるのである。
【００１３】
ここで、上記第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)とには、共通にアンプ回路２９や水平選択スイッチ３０のオフセットレベルばらつきを含む。しかしながら、上述のように第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)の差分を取ることによって、アンプ回路２９や水平選択スイッチ３０のオフセットばらつきはキャンセルされる。その結果、縦縞模様の顕著なＦＰＮは除去されて、高い画質の映像信号を得ることができるのである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水平信号線にも第２ＣＤＳ回路を設けた増幅型固体撮像装置においては、以下のような問題がある。すなわち、上述したように、時点ｔ2において、サンプルホールドスイッチ４４がオンされて、上記受光信号とリファレンス信号との差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す信号が、サンプルホールド容量４５にホールドされる。ところが、その前に、サンプルホールド容量４５に残留電圧Ｖxが残っていると、サンプルホールド後に悪影響を及ぼすと言う問題がある。以下、定量的に述べる。
【００１５】
図１１において、上記サンプルホールドスイッチ４４よりも上流側の電位(つまり、クランプ容量４２の出力側の電位)をＶmとし、サンプルホールドスイッチ４４よりも下流側の電位をＶoutとすると、上記各時間ｔにおける電位Ｖmおよび電位Ｖoutは次のようになる。
ｔ＝ｔ2直後
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs                           …（１）
Ｖout＝(１−ｋ)Ｖx＋ｋ(Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs)−ΔＶsh  …（２）
ｔ＝ｔ4
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp                                …（３）
Ｖout(１)＝(１−ｋ)Ｖx＋ｋ(Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs)−ΔＶsh  …（４）
ｔ＝ｔ6
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp                                …（５）
Ｖout(２)＝(１−ｋ)2Ｖx＋(１−ｋ)ｋ(Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs)
＋ｋ(Ｖcp−ΔＶcp)−ΔＶsh   …（６）
したがって、最終的に、上記第２ＣＤＳ回路３４によって求められる第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)の差分信号は、
Ｖout(１)−Ｖout(２)＝
ｋ(１−ｋ)Ｖx−(１−ｋ)ｋ(Ｖcp−ΔＶcp)＋ｋＶs   …（７）
となる。
【００１６】
但し、ΔＶcp,ΔＶshは、クランプパルスφC0,サンプルホールドパルスφS0のフィードスルーレベルである。また、クランプ容量４２の容量値をＣcとし、サンプルホールド容量４５の容量値をＣsとすると、ｋは次式(８)で表される。
ｋ＝Ｃc/(Ｃc＋Ｃs)                            …（８）
【００１７】
したがって、上記式(７)から明らかなように、上記サンプルホールド容量４５の出力側には画素部２２からの画素信号(受光信号又はリファレンス信号)をホールドする前の情報Ｖxが残留し、正しい映像信号を得ることができないという問題が生じる。特に、上記画素信号をホールドする前の情報Ｖxにノイズがある場合には、映像信号のＳ/Ｎを大幅に劣化させることになるのである。
【００１８】
そこで、この発明の目的は、必要とする画像信号の前の情報を完全に除去して正しい画像信号の読み出しを可能にする相関２重サンプリング回路、および、それを用いて高品位の画像を得ることができる増幅型固体撮像装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明は、
クランプ電位を読み出してクランプすると共に入力される信号電位を上記クランプ電位からの電位の変化量として出力するクランプ手段と、上記クランプ手段より出力された上記信号電位を表わす電位および上記クランプ電位をサンプルホールドするサンプルホールド手段とを有して、第１期間の前半において上記クランプ手段によって上記クランプ電位を読み出してクランプした後、上記第１期間の後半において上記信号電位を上記クランプ電位からの電位の変化量として上記クランプ手段より出力すると共に、上記クランプ手段より出力された上記信号電位を表わす電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドし、上記第１期間に続く第２期間の初期に上記クランプ手段によって上記クランプ電位を読み出してクランプし、第２期間の初期よりも後に上記クランプされたクランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドする相関２重サンプリング回路において、
上記第１期間の前半に、上記クランプ手段による上記クランプ電位の読み出しと同時に、この読み出された上記クランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせる制御信号を生成する制御信号生成手段を備えたことを特徴とする相関２重サンプリング回路において、
上記制御信号生成手段によって生成される制御信号は、上記第２期間の初期よりも後に上記クランプ電位が上記サンプルホールド手段によってサンプルホールドされる前に、上記クランプ手段によってクランプ電位を読み出させると共に、この読み出されたクランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせるような制御信号である
ことを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、第１期間の前半において、クランプ手段によってクランプ電位が読み出されてクランプされると同時に、制御信号生成手段によって生成された制御信号に従って、上記読み出されたクランプ電位が上記サンプルホールド手段にサンプルホールドされてホールド電位がリセットされる。したがって、以後、上記サンプルホールド手段によってサンプルホールドされる信号電位を表わす電位に対する残留電圧の影響が除去される。
【００２１】
さらに、上記第２期間の初期よりも後に、上記サンプルホールド手段によって上記クランプ電位がサンプルホールドされる前に、上記制御信号生成手段によって生成された制御信号に従って、上記サンプルホールド手段のホールド電位が上記クランプ電位にリセットされる。したがって、後に、上記サンプルホールド手段によってサンプルホールドされる上記クランプ電位に対する残留電圧の影響が除去される。
【００２２】
その結果、上記サンプルホールド手段によって１回目にサンプルホールドされた上記信号電位を上記クランプ電位からの電位の変化量として表わす第１の信号と、２回目にサンプルホールドされた上記クランプ電位である第２の信号との差分を取ることによって、正味の上記信号電位成分のみが得られる。
【００２３】
また、１実施例では、
上記第１の発明の相関２重サンプリング回路において、
上記クランプ手段は、信号線に一方の電極が接続されたクランプ容量と、このクランプ容量の他方の電極と上記クランプ電位を供給する電源との間に介設されたクランプスイッチとを含んで構成され、
上記サンプルホールド手段は、上記クランプ容量の他方の電極に接続されたサンプルホールド容量と、上記クランプ容量とサンプルホールド容量との間に介設されたサンプルホールドスイッチとを含んで構成され、
上記制御信号生成手段によって生成される制御信号は、上記クランプスイッチのオンオフを制御するクランプパルス信号および上記サンプルホールドスイッチのオンオフを制御するサンプルホールドパルス信号である。
【００２４】
この実施例によれば、上記クランプ手段のクランプスイッチと上記サンプルホールド手段のサンプルホールドスイッチとのオンオフのタイミングを制御するだけで、上記サンプルホールド手段におけるサンプルホールド容量のホールド電位が簡単にリセットされる。
【００２５】
また、第２の発明は、
光電変換して得られた受光信号および基準信号としてのリファレンス信号を増幅して画素信号を出力する増幅型の画素部と、上記画素部からの画素信号を伝送する第１信号線と、上記第１信号線で伝送された画素信号を増幅する増幅部とで成る画素信号読み出し系列を複数有すると共に、上記複数の増幅部からの画素信号を伝送する第２信号線と、上記各増幅部と第２信号線との間に介設された選択スイッチと、上記選択スイッチのオンオフを制御して上記複数の画素信号読み出し系列からの画素信号を順次上記第２信号線に出力させる読み出し制御手段を備えた増幅型固体撮像装置において、
上記各画素信号読み出し系列における上記第１信号線と増幅手段との間に、上記第１の発明の相関２重サンプリング回路を介設したことを特徴としている。
【００２６】
上記構成によれば、上記相関２重サンプリング回路から第２信号線に出力される受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの電位の変化量として表わす第１出力信号と、上記クランプ電位である第２出力信号との差分を取ることによって、各画素部毎の閾値のばらつき等がキャンセルされた映像信号が得られる。
【００２７】
その際に、少なくとも、上記第１出力信号が上記サンプルホールド手段にサンプルホールドされる直前にホールド電位が上記クランプ電位にリセットされる。したがって、上記サンプルホールドされる第１出力信号に対する上記サンプルホールド手段の残留電圧の影響が除去される。
【００２８】
また、第３の発明は、光電変換して得られた受光信号および基準信号としてのリファレンス信号を増幅して画素信号を出力する増幅型の画素部と、上記画素部からの画素信号を伝送する第１信号線と、上記第１信号線で伝送された画素信号を増幅する増幅部とで成る画素信号読み出し系列を複数有すると共に、上記複数の増幅部からの画素信号を伝送する第２信号線と、上記各増幅部と第２信号線との間に介設された選択スイッチと、上記選択スイッチのオンオフを制御して上記複数の画素信号読み出し系列からの画素信号を順次上記第２信号線に出力させる読み出し制御手段を備えた増幅型固体撮像装置において、
上記各画素信号読み出し系列における上記第１信号線と増幅手段との間に、上記第１の発明の相関２重サンプリング回路を介設し、
上記画素部は、第１期間の前半に上記受光信号とリファレンス信号との何れか一方を出力し、上記第１期間の後半に上記受光信号とリファレンス信号との何れか他方を出力するようになっており、
上記読み出し制御手段は、
上記第１期間の前半および上記第１期間に続く第２期間の初期において、総ての相関２重サンプリング回路に関して、上記クランプ手段に上記クランプ電位を読み出してクランプさせ、
上記第２期間の初期よりも後に、順次オンとなる選択スイッチに対応する相関２重サンプリング回路のクランプ手段に、当該選択スイッチのオン期間中に上記クランプ電位を読み出させる
クランプ制御信号を生成すると共に、
上記第１期間の前半に、上記総ての相関２重サンプリング回路に関して,上記クランプ制御信号に基づく上記クランプ手段による上記クランプ電位の読み出しと同時に、この読み出された上記クランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせ、
上記第１期間の後半に、上記総ての相関２重サンプリング回路に関して、上記クランプ手段より出力された上記信号電位としての上記受光信号とリファレンス信号との差分を、上記クランプ電位からの電位の変化量として上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせ、
上記第２期間の初期よりも後に、上記クランプ制御信号に基づく上記クランプ手段による上記クランプ電位の読み出しと同時に、この読み出された上記クランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせると共に、その後各クランプ手段にクランプされたクランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせる
サンプルホールド制御信号を生成して、
上記選択スイッチのオン期間内における上記クランプ電位が上記サンプルホールド手段にサンプルホールドされる前には、上記受光信号とリファレンス信号の差分を上記クランプ電位からの電位の変化量で表す第１出力信号を上記第２信号線に出力し、上記選択スイッチのオン期間内における上記クランプ電位がサンプルホールドされた後には、上記クランプ電位である第２出力信号を上記第２信号線に出力するようになっている
ことを特徴としている。
【００２９】
上記構成によれば、読み出し制御手段によって生成されたクランプ制御信号に従って、第１期間の前半において、総ての相関２重サンプリング回路のクランプ手段にクランプ電位が読み出されてクランプされる。それと同時に、上記読み出し制御手段によって生成されたサンプルホールド制御信号に従って、上記読み出されたクランプ電位が各サンプルホールド手段にサンプルホールドされてホールド電位がリセットされる。したがって、上記第１期間の後半に、上記各サンプルホールド手段に、受光信号とリファレンス信号との差分が上記クランプ電位からの電位の変化量としてサンプルホールドされる際における残留電圧の影響が除去される。
【００３０】
さらに、上記第１期間に続く第２期間において、順次オンとなる選択スイッチに対応する相関２重サンプリング回路のサンプルホールド手段によってクランプ電位がサンプルホールドされる前に、上記読み出し制御手段によって生成されたクランプ制御信号に従って、当該相関２重サンプリング回路のクランプ手段によってクランプ電位が読み出される。それと同時に、上記読み出し制御手段によって生成されたサンプルホールド制御信号に従って、上記読み出されたクランプ電位が各サンプルホールド手段にサンプルホールドされてホールド電位がリセットされる。したがって、その後、上記サンプルホールド手段によってサンプルホールドされる際における上記クランプ電位に対する残留電圧の影響が除去される。
【００３１】
その結果、上記サンプルホールド手段によって１回目にサンプルホールドされた上記受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの電位の変化量として表わす第１の信号と、２回目にサンプルホールドされた上記クランプ電位である第２の信号との差分を取ることによって、正味の映像信号成分のみが得られる。
【００３２】
すなわち、本発明においては、上記請求項１における制御信号生成手段を、上記読み出し制御手段によって構成しているのである。
【００３３】
また、１実施例では、上記第２の発明あるいは第３の発明の何れか一つの増幅型固体撮像装置において、上記各相関２重サンプリング回路から上記第２信号線に順次出力される上記第１出力信号と第２出力信号との差分を得る差分手段を設けている。
【００３４】
この実施例によれば、上記第２信号線に順次出力される各相関２重サンプリング回路毎の上記第１出力信号と第２出力信号との差分が、差分手段によって求められる。したがって、各画素信号読み出し系列における増幅部や選択スイッチのオフセットばらつき等がキャンセルされてコラム毎のＦＰＮが除去され、高品位の画像が得られる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３６】
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態の相関２重サンプリング回路における回路図である。また、図２は、図１に示す相関２重サンプリング回路の動作を示すタイミングチャートである。
【００３７】
図１において、クランプ容量５１の一方の端子には信号線５２が接続されて入力信号Ｖinが入力される。また、クランプ容量５１の他方の端子には、クランプスイッチ５３の出力端子とサンプルホールドスイッチ５４の入力端子とが接続されている。そして、クランプスイッチ５３の入力端子は、クランプ電位Ｖcpを供給する電源に接続されている。また、サンプルホールドスイッチ５４の出力端子にはサンプルホールド容量５５の一方の端子が接続され、このサンプルホールド容量５５の他方の端子は接地されている。そして、サンプルホールドスイッチ５４の出力端子とサンプルホールド容量５５の上記一方の端子との接続点から、本相関２重サンプリング回路の出力信号Ｖoutが出力される。
【００３８】
ここで、上記クランプスイッチ５３のオンオフを制御するクランプパルスφC0およびサンプルホールドスイッチ５４のオンオフを制御するサンプルホールドパルスφS0は、タイミング発生回路５６によって図２に示すタイミングで生成される。そして、クランプパルスφC0およびサンプルホールドパルスφS0のタイミングに応じて、信号線５２からの入力信号Ｖinが、クランプ容量５１およびサンプルホールドスイッチ５４を介してサンプルホールド容量５５に保持され、出力信号Ｖoutとして出力される。また、その際における基準電位がクランプスイッチ５３を介して設定される。
【００３９】
すなわち、本実施の形態においては、クランプ容量５１およびクランプスイッチ５３によって上記クランプ手段を構成する。また、サンプルホールドスイッチ５４およびサンプルホールド容量５５によって上記サンプルホールド手段を構成する。また、タイミング発生回路５６によって上記制御信号生成手段を構成するのである。
【００４０】
上記構成を有する相関２重サンプリング回路は、上記タイミング発生回路５６によって生成されるクランプパルスφC0およびサンプルホールドパルスφS0に従って以下のように動作する。尚、以下においては、入力信号Ｖinが画素信号(受光信号およびリファレンス信号)である場合を例に、動作を説明する。
【００４１】
先ず、図２に示すように、上記入力信号Ｖinは、上記第１期間としての期間１の前半では受光信号(またはリファレンス信号)Ｓ1となり、時点ｔ1において、クランプパルスφC0のレベルが「Ｈ」となって、クランプ電位Ｖcpが読み出されてクランプ容量５１に画素信号Ｓ1としてクランプされる。
【００４２】
その際に、上記クランプパルスφC0と同期してサンプルホールドパルスφS0のレベルが「Ｈ」となって、サンプルホールド容量５５の上記一方の端子がクランプ電位Ｖcpを供給する電源に直結される。こうして、サンプルホールド容量５５の電位がクランプ電位Ｖcpにリセットされるのである。
【００４３】
次いで、上記入力信号Ｖinは、上記期間１の後半ではリファレンス信号(または受光信号)Ｓ2となり、画素信号Ｓ2がクランプ容量５１よりクランプ電位Ｖcpからの電位の変化として出力される。その結果、上記クランプ容量５１の出力側の電位Ｖmが、両画素信号Ｓ1,Ｓ2の差分電位Ｖsだけ上昇される。そして、時点ｔ2において、サンプルホールドパルスφS0のレベルが「Ｈ」となって、二つの画素信号Ｓ1,Ｓ2の差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す信号が、サンプルホールド容量５５にホールドされる。こうして、入力信号Ｖinの受光信号Ｓ1とリファレンス信号Ｓ2との差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す第１出力信号Ｖout(１)が、サンプルホールドされるのである。
【００４４】
その後、上記第２期間としての期間２の初期に相当する時点ｔ3において、クランプパルスφC0のレベルが「Ｈ」となって、クランプ容量５１に再度クランプ電位Ｖcpがクランプされる。これによって、クランプ容量５１の出力側の電位がクランプ電位Ｖcpとなる。
【００４５】
ここで、上記出力信号Ｖoutが、その後段の装置によって期間２内に読み出されるのであるが、その読み出し期間をＴjとする。そして、読み出し期間Ｔjの中程の時点ｔ5において、サンプルホールドパルスφS0のレベルが「Ｈ」となって、クランプ容量５１の出力側のクランプ電位Ｖcpが、サンプルホールド容量５５にホールドされる。こうして、クランプ電位Ｖcpであるクランプ容量５１の出力側の第２出力信号Ｖout(２)がサンプルホールドされるのである。
【００４６】
以上の結果、上記出力信号Ｖoutとしては、上記期間Ｔjにおける時点ｔ5よりも前の時点ｔ4においては第１出力信号Ｖout(１)が読み出される一方、時点ｔ5よりも後の時点ｔ6においては第２出力信号Ｖout(２)が読み出されるのである。
【００４７】
以上の動作において、上記時点ｔ2においてサンプルホールド容量５５に画素信号をサンプルホールドする前に、サンプルホールド容量５５に残留電圧Ｖxが残っているとして、各時間ｔにおけるクランプ容量５１の出力側の電位Ｖmおよび出力信号Ｖoutの電位は次のようになる。
ｔ＝ｔ2直後
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs                            …（９）
Ｖout＝ｋ(Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs)−ΔＶsh                …（１０）
ｔ＝ｔ4
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp                                 …（１１）
Ｖout(１)＝ｋ(Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs)−ΔＶsh               …（１２）
ｔ＝ｔ6
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp                                 …（１３）
Ｖout(２)＝ (１−ｋ)ｋ(Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs)
＋ｋ(Ｖcp−ΔＶcp)−ΔＶsh      …（１４）
したがって、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)の差分は、
Ｖout(１)−Ｖout(２)＝−(１−ｋ)ｋ(Ｖcp−ΔＶcp)＋ｋＶs …（１５）
となる。
【００４８】
但し、ΔＶcp,ΔＶshは、クランプパルスφC0,サンプルホールドパルスφS0のフィードスルーレベルである。また、ｋは上記式(８)で与えられる。
【００４９】
すなわち、上記式(１５)から明らかなように、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分を表わす式に、残留電圧Ｖxの項は存在しない。つまり、１回目のサンプルホールド動作の前にサンプルホールド容量５５に情報Ｖxが残留していたとしても、時点ｔ1においてサンプルホールド容量５５の電位をクランプ電位Ｖcpにリセットするために、上記第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号には影響を与えないのである。
【００５０】
上述のように、本実施の形態においては、相関２重サンプリング回路におけるクランプスイッチ５３のオンオフを制御するクランプパルスφC0とサンプルホールドスイッチ５４のオンオフを制御するサンプルホールドパルスφS0とを生成するタイミング発生回路５６は、図２に示すように、期間１の前半での時点ｔ1において、クランプパルスφC0とサンプルホールドパルスφS0とを同期してレベル「Ｈ」にするようにしている。したがって、サンプルホールド容量５５に画素信号Ｓ2として第１出力信号Ｖout(１)をクランプする前に、サンプルホールド容量５５の電位をクランプ電位Ｖcpにリセットすることができる。
【００５１】
その結果、上記受光信号Ｓ1とリファレンス信号Ｓ2との差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す第１出力信号Ｖout(１)と、クランプ電位Ｖcpである第２出力信号Ｖout(２)との差分に対して、サンプルホールド容量５５の残留電圧Ｖxが影響しないようにできる。したがって、この実施の形態によれば、正しい映像信号を得ることができる。特に、画素信号をサンプルホールドする前の情報Ｖxにノイズがある場合には、画像のＳ/Ｎを大幅に改善することができるのである。
【００５２】
＜第２実施の形態＞
本実施の形態は、上記第１実施の形態の相関２重サンプリング回路の改良に関するものである。本相関２重サンプリング回路の回路図は、図１と基本的には同じである。但し、本相関２重サンプリング回路におけるタイミング発生回路は、図３に示すようなタイミングでクランプパルスφC0およびサンプルホールドパルスφS0を生成するのである。尚、以下の説明においては、図１に示す回路図を用いることにする。
【００５３】
上述したように、上記第１実施の形態においては、１回目に上記画素信号をサンプルホールド容量５５にサンプルホールドする際における残留電位Ｖxの影響を、除去することはできる。ところが、２回目にクランプ電位Ｖcpをサンプルホールドする際に、サンプルホールド容量５５には１回目にサンプルホールドされた第１出力信号Ｖout(１)が残留している。したがって、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分には、上記式(１５)に示すように、電圧(Ｖcp−ΔＶcp)に関する項が残ることになる。したがって、上記両出力信号Ｖout(１),Ｖout(２)の差分から、最終的に受光信号とリファレンス信号との差分電位Ｖsを得る際には、電圧(Ｖcp−ΔＶcp)に関する項を除去する必要が生ずる。
【００５４】
そこで、本実施の形態では、上記第１実施の形態において出力信号Ｖout(１),Ｖout(２)の差分に対する電圧(Ｖcp−ΔＶcp)の影響を無くして、受光信号とリファレンス信号との差分電位Ｖsをより簡単に得るのである。
【００５５】
先ず、図３に示すように、上記入力信号Ｖinは、上記期間１の前半では受光信号(またはリファレンス信号)Ｓ1となり、時点ｔ1において、クランプパルスφC0のレベルが「Ｈ」となって、クランプ電位Ｖcpが読み出されてクランプ容量５１に画素信号Ｓ1としてクランプされる。
【００５６】
その際に、上記クランプパルスφC0と同期してサンプルホールドパルスφS0のレベルが「Ｈ」となり、時点ｔ2までレベル「Ｈ」を維持する。こうして、サンプルホールド容量５５の上記一方の端子がクランプ電位Ｖcpを供給する電源に直結される。こうして、サンプルホールド容量５５の電位がクランプ電位Ｖcpにリセットされるのである。
【００５７】
次いで、上記入力信号Ｖinは、上記期間１の後半ではリファレンス信号(または受光信号)Ｓ2となり、画素信号Ｓ2がクランプ容量５１よりクランプ電位Ｖcpからの電位の変化として出力される。その結果、上記クランプ容量５１の出力側の電位Ｖmおよび出力信号Ｖoutが、両画素信号Ｓ1,Ｓ2の差分電位Ｖsだけ上昇される。そして、時点ｔ2において、サンプルホールドパルスφS0のレベルが「Ｌ」となって、二つの画素信号Ｓ1,Ｓ2の差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す信号が、サンプルホールド容量５５にホールドされる。こうして、入力信号Ｖinの受光信号Ｓ1とリファレンス信号Ｓ2との差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す第１出力信号Ｖout(１)が、サンプルホールドされるのである。
【００５８】
その後、上記期間２の初期に相当する時点ｔ3において、クランプパルスφC0のレベルが「Ｈ」となって、クランプ容量５１に再度クランプ電位Ｖcpがクランプされる。これによって、クランプ容量５１の出力側の電位がクランプ電位Ｖcpとなる。
【００５９】
次に、上記出力信号Ｖoutが、後段の装置によって期間２内に読み出される読み出し期間Ｔjの中程の時点ｔ7において、クランプパルスφC0およびサンプルホールドパルスφS0のレベルが同時に「Ｈ」となって、サンプルホールド容量５５の上記一方の端子がクランプ電位Ｖcpを供給する電源に直結される。こうして、サンプルホールド容量５５の電位がクランプ電位Ｖcpに再度リセットされるのである。そして、サンプルホールドパルスφS0のレベルが時点ｔ5まで「Ｈ」を維持する(クランプパルスφC0は時点ｔ7間のみ「Ｈ」)ことによって、時点ｔ3において設定された上記クランプ容量５１の出力側のクランプ電位Ｖcpが、サンプルホールド容量５５にホールドされる。こうして、クランプ電位Ｖcpであるクランプ容量５１の出力側の第２出力信号Ｖout(２)がサンプルホールドされるのである。
【００６０】
以上の結果、上記出力信号Ｖoutとしては、上記期間Ｔjにおける時点ｔ7よりも前の時点ｔ4においては第１出力信号Ｖout(１)が読み出される一方、時点ｔ5よりも後の時点ｔ6においては第２出力信号Ｖout(２)が読み出されるのである。
【００６１】
以上の動作において、上記時点ｔ2においてサンプルホールド容量５５に画素信号をサンプルホールドする前に、サンプルホールド容量５５に残留電圧Ｖxが残っているとして、各時間ｔにおけるクランプ容量５１の出力側の電位Ｖmおよび出力信号Ｖoutの電位は次のようになる。
ｔ＝ｔ2直後
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs                            …（１６）
Ｖout＝ｋ(Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs)−ΔＶsh                …（１７）
ｔ＝ｔ4
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp                                 …（１８）
Ｖout(１)＝ｋ(Ｖcp−ΔＶcp＋Ｖs)−ΔＶsh               …（１９）
ｔ＝ｔ6
Ｖm＝Ｖcp−ΔＶcp                                 …（２０）
Ｖout(２)＝ｋ(Ｖcp−ΔＶcp)−ΔＶsh                     …（２１）
したがって、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)の差分は、
Ｖout(１)−Ｖout(２)＝ｋＶs                     …（２２）
となる。
【００６２】
但し、ΔＶcp,ΔＶshは、クランプパルスφC0,サンプルホールドパルスφS0のフィードスルーレベルである。また、ｋは上記式(８)で与えられる。
【００６３】
すなわち、上記式(２２)から明らかなように、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分を表わす式に、残留電圧である電圧Ｖxと電圧(Ｖcp−ΔＶcp)とに関する項は存在しない。つまり、１回目のサンプルホールド動作の前にサンプルホールド容量５５に情報Ｖxが残留していたとしても、時点ｔ1においてサンプルホールド容量５５の電位をクランプ電位Ｖcpにリセットするために、上記第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号に影響を与えることはない。更に、２回目のサンプルホールド動作の前にサンプルホールド容量５５に第１電圧信号Ｖout(１)が残留していたとしても、時点ｔ7においてサンプルホールド容量５５の電位をクランプ電位Ｖcpにリセットするため、上記第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号に影響を与えることはないのである。
【００６４】
したがって、上記第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号には、正味の受光信号とリファレンス信号との差成分ｋＶsのみが残り、理想的な映像信号を得ることができる。特に、クランプパルスフィードスルーレベルΔＶcp にばらつきのある場合には、上記第１実施の形態の場合よりも更に高画質の画像を得ることができるのである。
【００６５】
上述のように、本実施の形態における相関２重サンプリング回路のタイミング発生回路５６は、図３に示すように、期間１の前半での時点ｔ1と期間２における読み出し期間Ｔjの時点ｔ7において、クランプパルスφC0とサンプルホールドパルスφS0とを同期してレベル「Ｈ」にするようにしている。したがって、２回のサンプルホールド時において、サンプルホールド容量５５の電位をクランプ電位Ｖcpにリセットすることができる。
【００６６】
その結果、上記受光信号Ｓ1とリファレンス信号Ｓ2との差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す第１出力信号Ｖout(１)と、クランプ電位Ｖcpである第２出力信号Ｖout(２)との差分に対して、サンプルホールド容量５５に残留している電圧Ｖxおよび電圧(Ｖcp−ΔＶcp)が影響しないようにできる。したがって、この実施の形態によれば、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号に正味の差成分ｋＶsだけを残して、理想的な映像信号を得ることができるのである。
【００６７】
＜第３実施の形態＞
図４は、本実施の形態における増幅型固体撮像装置の回路図を示す。また、図５は、図４に示す増幅型固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【００６８】
図４において、２次元画素領域６１は、画素部６２,第１垂直読み出し回路６３および第２垂直読み出し回路６４によって構成されている。ここで、画素部６２は、光電変換部,増幅部,リセット部及び読み出し選択部を含んで形成されている。図５は、画素部６２の詳細な回路図である。図５において、光電変換部６５で発生した信号電荷は、ノード６６における容量によって電圧信号に変換されてトランジスタ６７のゲートに印加される。そして、トランジスタ６７によってインピーダンス変換(電流増幅)され、制御信号φXによってオンオフ制御される画素選択トランジスタ６８を介して画素信号Ｖpとして読み出される。また、トランジスタ６７のゲートに蓄積された信号電荷は、制御信号φRによって画素信号Ｖpの読み出し直後にオンされるリセットトランジスタ６９によって電源電圧ＶD側に排出される。こうして、リセット動作が行われる。すなわち、トランジスタ６７によって上記増幅部が構成され、リセットトランジスタ６９によって上記リセット部が構成され、画素選択トランジスタ６８によって上記読み出し選択部が構成されるのである。
【００６９】
尚、上記画素部６２に対する読み出し動作は、２次元画素領域６１の第１垂直読み出し回路６３からの制御信号φXによって画素選択トランジスタ６８をオンすることによって行われる。また、リセット動作は、２次元画素領域６１の第２垂直読み出し回路６４からの制御信号φRによってリセットトランジスタ６９をオンすることによって行われる。
【００７０】
そして、上記画素部６２からの画素信号Ｖpは、上記第１信号線としての垂直信号線７０に読み出されて、各垂直信号線７０毎に設けられた第１相関２重サンプリング回路７１に入力される。この第１ＣＤＳ回路７１は、図１に示すＣＤＳ回路と同じ構成を有しており、クランプ容量７２およびクランプスイッチ７３で成るクランプ手段と、サンプルホールドスイッチ７４およびサンプルホールド容量７５で成るサンプルホールド手段とで構成されている。但し、クランプスイッチ７３のオンオフ制御を行うクランプパルスφCAは、上記クランプ制御信号生成手段としてのクランプパルス生成回路７６によって生成される。また、サンプルホールドスイッチ７４のオンオフ制御を行うサンプルホールドパルスφS(j)は、上記読み出し制御手段としての水平読み出し回路７７から出力されるようになっている。尚、サンプルホールドパルスφS(j)における「ｊ」は、複数の第１ＣＤＳ回路７１に付加された番号である。
【００７１】
そして、上記第１ＣＤＳ回路７１は、図１に示すＣＤＳ回路の場合と同様に動作して、画素信号Ｖpの受光信号とリセット後のリファレンス信号との差分電位をクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す第１出力信号Ｖout(１)と、クランプ電位Ｖcpである第２出力信号Ｖout(２)とを出力する。したがって、両出力信号Ｖout(１),Ｖout(２)の差分を取ることによって、各アンプ回路７８毎の閾値のばらつきをキャンセルして、アンプ回路７８毎のＦＰＮを抑制できるのである。
【００７２】
上記第１ＣＤＳ回路７１から出力された第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)とは、上記増幅部としてのアンプ回路７８によって増幅される。そして、水平読み出し回路７７から出力される制御パルスφH(j)によって開閉が制御される水平選択スイッチ７９によって、上記第２信号線としての水平信号線８０に信号Ｖsrとして読み出される。尚、制御パルスφH(j)における「ｊ」は、複数の第１ＣＤＳ回路７１に付加された番号である。
【００７３】
こうして上記水平信号線８０に読み出された信号Ｖsrは、上記差分手段としての第２ＣＤＳ回路８１に入力される。そして、第２ＣＤＳ回路８１によって、クランプパルスφCBおよびサンプルホールドパルスφSBにしたがって、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分が求められ、アンブ回路８２によって増幅されて出力信号ＯＳとして出力されるのである。
【００７４】
上記構成の増幅型固体撮像装置は、以下のように動作する。すなわち、図６において、第１期間としての水平ブランキング期間で、受光信号(またはリファレンス信号)Ｓ1の読み出し期間内における時点ｔ1で、クランプパルス生成回路７６からのクランプパルスφCAのレベルが「Ｈ」となって、総ての第１ＣＤＳ回路７１におけるクランプ容量７２に画素信号Ｓ1としてクランプ電位Ｖcpがクランプされる。
【００７５】
その際に、上記クランプパルスφCAと同期して、上記水平読み出し回路７７からのサンプルホールドパルスφS(j),φS(j+1),…のレベルが「Ｈ」となって、総ての第１ＣＤＳ回路７１におけるサンプルホールド容量７５がクランプ電位Ｖcpを供給する電源に同時に直結される。こうして、全サンプルホールド容量７５の電位がクランプ電位Ｖcpにリセットされるのである。
【００７６】
次いで、上記水平ブランキング期間のリファレンス信号(または受光信号)Ｓ2の読み出し期間内における時点ｔ2で、サンプルホールドパルスφS(j),φS(j+1),…のレベルが「Ｈ」となって、入力信号Ｖpの受光信号Ｓ1とリファレンス信号Ｓ2との差分電位Ｖsをクランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す第１出力信号Ｖout(１)が、総てのサンプルホールド容量７５にサンプルホールドされる。
【００７７】
その後、上記第２期間としての水平有効期間の初期に相当する時点ｔ3において、クランプパルスφCAのレベルが「Ｈ」となって、全クランプ容量７２に再度クランプ電位Ｖcpがクランプされる。これによって、全クランプ容量７２の出力側の電位がクランプ電位Ｖcpとなる。
【００７８】
ここで、ｊ番目の第１ＣＤＳ回路７１からの出力信号Ｖoutが、水平選択スイッチ７９のオンによって水平信号線８０に読み出される読み出し期間をＴ(j)とする。そして、読み出し期間Ｔ(j)の中程の時点ｔ5において、サンプルホールドパルスφS(j)のレベルが「Ｈ」となって、時点ｔ3において設定されたクランプ容量７２の出力側におけるクランプ電位Ｖcpが、サンプルホールド容量７５にホールドされる。こうして、クランプ電位Ｖcpであるクランプ容量７２の出力側の第２出力信号Ｖout(２)がサンプルホールドされるのである。
【００７９】
以上の結果、上記出力信号Ｖoutとしては、上記読み出し期間Ｔ(j)における時点ｔ5よりも前の時点ｔ4においては第１出力信号Ｖout(１)が出力される一方、時点ｔ5よりも後の時点ｔ6においては第２出力信号Ｖout(２)が出力されるのである。
【００８０】
次に、(j+1)番目の第１ＣＤＳ回路７１からの出力信号Ｖoutを読み出す読み出し期間Ｔ(j+1)において、読み出し期間Ｔ(j)の場合と同様に、サンプルホールドパルスφS(j+1)のレベルが「Ｈ」となって、(j+1)番目の第１ＣＤＳ回路７１におけるクランプ容量７２の出力側のクランプ電位Ｖcpが、サンプルホールド容量７５にホールドされる。こうして、読み出し期間Ｔ(j+1)の前半には(j+1)番目の第１ＣＤＳ回路７１からの第１出力信号Ｖout(１)が出力され、後半には(j+1)番目の第１ＣＤＳ回路７１からの第２出力信号Ｖout(２)が出力される。以下、同様にして、上記水平読み出し回路７７からのパルスφH(j+2),φS(j+2);φH(j+3),φS(j+3);…のレベルが順次「Ｈ」となって、図６の信号Ｖsrに示すように、(j+2)番目以降の各第１ＣＤＳ回路７１からの第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)とが順次読み出されるのである。
【００８１】
そして、上記第２ＣＤＳ回路８１へのクランプパルスφCBおよびサンプルホールドパルスφSBのレベルが交互に「Ｈ」となって、総ての第１ＣＤＳ回路７１からの第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分が求められるのである。
【００８２】
以上の動作において、上記時点ｔ2において各サンプルホールド容量７５に画素信号をサンプルホールドする前に、夫々のサンプルホールド容量７５に残留電圧Ｖxが残っているとして、各時間ｔにおける第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分は上記式(１５)のようになる。
【００８３】
すなわち、上記式(１５)から明らかなように、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分を表わす式に、残留電圧Ｖxの項は存在しない。つまり、１回目のサンプルホールド動作の前にサンプルホールド容量７５に情報Ｖxが残留してたとしても、時点ｔ1においてサンプルホールド容量７５の電位をクランプ電位Ｖcpにリセットするために、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号に影響を与えることはない。
【００８４】
したがって、この実施の形態によれば、正しい映像信号を得ることができる。特に、画素信号をサンプルホールドする前の情報Ｖxにノイズがある場合には、画像のＳ/Ｎを大幅に改善することができるのである。
【００８５】
＜第４実施の形態＞
図７は、本実施の形態における増幅型固体撮像装置の回路図を示す。また、図８は、図７に示す増幅型固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。本実施の形態は、第１ＣＤＳ回路の動作制御に上記第２実施の形態におけるＣＤＳ回路の動作制御方法を適用して、出力信号Ｖout(１),Ｖout(２)の差分に対するサンプルホールド容量７５に残留する電圧Ｖxおよび電圧(Ｖcp−ΔＶcp)の影響を無くして、受光信号とリファレンス信号との差分電位Ｖsをより簡単に得るものである。
【００８６】
図７において、２次元画素領域９１,垂直信号線９２,第１ＣＤＳ回路９３,アンプ回路９４,水平選択スイッチ９５,水平信号線９７,第２ＣＤＳ回路９８およびアンブ回路９９は、上記第３実施の形態において図４に示す２次元画素領域６１,垂直信号線７０,第１ＣＤＳ回路７１,アンプ回路７８,水平選択スイッチ７９,水平信号線８０,第２ＣＤＳ回路８１およびアンブ回路８２と同じである。
【００８７】
但し、本実施の形態における第１ＣＤＳ回路９３のクランプスイッチ１００のオンオフ制御を行うクランプパルスφC(j)は、水平読み出し回路９６から出力されるようになっている。尚、クランプパルスφC(j)における「ｊ」は、複数の第１ＣＤＳ回路９３に付加された番号である。
【００８８】
すなわち、本実施の形態においては、上記第１信号線を垂直信号線９２で構成し、上記増幅部をアンプ回路９４で構成し、上記読み出し制御手段を水平読み出し回路９６で構成し、上記第２信号線を水平信号線９７で構成し、上記差分手段を第２ＣＤＳ回路９８で構成するのである。
【００８９】
上記構成の増幅型固体撮像装置は、以下のように動作する。すなわち、図８において、第１期間としての水平ブランキング期間で、受光信号(またはリファレンス信号)Ｓ1の読み出し期間内における時点ｔ1で、水平読み出し回路９６からのクランプパルスφC(j),φC(j+1),…のレベルが「Ｈ」となって、総ての第１ＣＤＳ回路９３のクランプ容量１０１にクランプ電位Ｖcpがクランプされる。
【００９０】
その際に、上記クランプパルスφC(j),φC(j+1),…と同期してサンプルホールドパルスφS(j),φS(j+1),…のレベルが「Ｈ」となり、時点ｔ2までレベル「Ｈ」の状態を維持する。こうして、サンプルホールド容量１０２がクランプ電位Ｖcpを供給する電源に直結されて、サンプルホールド容量１０２の電位がクランプ電位Ｖcpにリセットされる。
【００９１】
次いで、上記水平ブランキング期間のリファレンス信号(または受光信号)Ｓ2の読み出し期間内における時点ｔ2で、サンプルホールドパルスφS(j),φS(j+1),…のレベルが「Ｌ」となって、入力信号Ｖpの受光信号Ｓ1とリファレンス信号Ｓ2との差分電位Ｖsを上記クランプ電位Ｖcpからの電位変化量によって表す第１出力信号Ｖout(１)が、総てのサンプルホールド容量１０２にサンプルホールドされる。
【００９２】
その後、上記第２期間としての水平有効期間の初期に相当する時点ｔ3において、クランプパルスφC(j),φC(j+1),…のレベルが「Ｈ」となって、全クランプ容量１０１に再度クランプ電位Ｖcpがクランプされる。これによって、全クランプ容量１０１の出力側の電位がクランプ電位Ｖcpとなる。
【００９３】
ここで、ｊ番目の第１ＣＤＳ回路９３からの出力信号Ｖoutを水平信号線９７に読み出す読み出し期間Ｔ(j)の中程の時点ｔ7で、クランプパルスφC(j)及びサンプルホールドパルスφS(j)のレベルが同時に「Ｈ」となって、サンプルホールド容量１０２がクランプ電位Ｖcpを供給する電源に直結される。こうして、ｊ番目のサンプルホールド容量１０２の電位がクランプ電位Ｖcpに再度リセットされるのである。そして、サンプルホールドパルスφS(j)のレベルが時点ｔ5まで「Ｈ」に維持される(クランプパルスφC(j)は時点ｔ7間のみ「Ｈ」)ことによって、時点ｔ3において設定されたクランプ容量１０１の出力側のクランプ電位Ｖcpが、サンプルホールド容量１０２にホールドされる。こうして、クランプ電位Ｖcpであるクランプ容量１０１の出力側の第２出力信号Ｖout(２)がサンプルホールドされるのである。
【００９４】
以下、同様にして、水平読み出し回路９６からの各パルスφH(j+1),φC(j+1),φS(j+1);φH(j+2),φC(j+2),φS(j+2);…のレベルが順次「Ｈ」となって、図８の信号Ｖsrに示すように、(j+1)番目以降における総ての第１ＣＤＳ回路９３からの第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)とが順次読み出されるのである。
【００９５】
そして、第２ＣＤＳ回路９８へのクランプパルスφCBのレベルが読み出し期間Ｔ(j),Ｔ(j+1),…の前半ｔ4に「Ｈ」となる一方、サンプルホールドパルスφSBのレベルが後半ｔ6に「Ｈ」となって、上記各第１ＣＤＳ回路９３からの第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分が求められるのである。
【００９６】
以上の動作において、上記時点ｔ2において各サンプルホールド容量１０２に画素信号をサンプルホールドする前に、夫々のサンプルホールド容量１０２に残留電圧Ｖxが残っているとして、各時間ｔにおける第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分は上記式(２２)のようになる。
【００９７】
すなわち、上記式(２２)から明らかなように、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分を表わす式に、残留電圧としての電圧Ｖxおよび電圧(Ｖcp−ΔＶcp)に関する項は存在しない。つまり、１回目のサンプルホールド動作の前にサンプルホールド容量１０２に情報Ｖxが残留してたとしても、時点ｔ1においてサンプルホールド容量１０２の電位をクランプ電位Ｖcpにリセットするために、第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号に影響を与えることはない。更に、２回目のサンプルホールド動作の前にサンプルホールド容量１０２に第１電圧信号Ｖout(１)が残留していたとしても、時点ｔ7においてサンプルホールド容量１０２の電位をクランプ電位Ｖcpにリセットするため、上記第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号に影響を与えることはないのである。
【００９８】
したがって、上記第１出力信号Ｖout(１)と第２出力信号Ｖout(２)との差分信号には、正味の受光信号とリファレンス信号との差成分ｋＶsのみが残り、理想的な映像信号を得ることができる。特に、クランプパルスフィードスルーレベルΔＶcp にばらつきのある場合には、上記第３実施の形態の場合よりも更に高画質の画像を得ることができるのである。
【００９９】
尚、上記第１,第２実施の形態におけるＣＤＳ回路および上記第３,第４実施の形態における第１ＣＤＳ回路７１,９３の構成は、図１に示すような回路に限定されるものではない。例えば、図１１に示すような回路構成であっても差し支えない。
【０１００】
また、上記第１,第３実施の形態においては、図２,図６に示すように、サンプルホールドパルスφS0,φS(j)のレベルが時点ｔ1で「Ｈ」となった後に、時点ｔ2で「Ｈ」になるまで一旦「Ｌ」になるようになっている。しかしながら、時点ｔ1から時点ｔ2までレベル「Ｈ」を維持するようにしても構わない。また、上記第２,第４実施の形態においては、図３,図８に示すように、上記サンプルホールドパルスφS0,φS(j)は時点ｔ1から時点ｔ2までレベル「Ｈ」を維持するようになっている。しかしながら、時点ｔ1で「Ｈ」となった後一旦「Ｌ」にし、時点ｔ2で再度「Ｈ」にしても構わない。
【０１０１】
【発明の効果】
以上より明らかなように、第１の発明の相関２重サンプリング回路は、第１期間の前半において、クランプ手段によってクランプ電位を読み出してクランプすると同時に、制御信号生成手段によって生成された制御信号に従って、上記読み出されたクランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドしてホールド電位をリセットするので、以後、上記サンプルホールド手段にサンプルホールドされる信号電位を表わす電位に対する残留電圧の影響を、除去することが可能になる。
【０１０２】
さらに、上記制御信号生成手段によって生成される制御信号を、上記第１期間に続く第２期間の初期において上記クランプ手段によってクランプ電位を読み出してクランプした後であって、このクランプされたクランプ電位が上記サンプルホールド手段によってサンプルホールドされる前に、上記クランプ手段によってクランプ電位を読み出させると共に、この読み出されたクランプ電位を上記サンプルホールド手段にサンプルホールドさせてホールド電位をリセットさせるような制御信号にしたので、後に、上記サンプルホールド手段にサンプルホールドされる上記クランプ電位に対する残留電圧の影響を、除去することが可能になる。
【０１０３】
その結果、上記サンプルホールド手段によって１回目にサンプルホールドされた上記信号電位を上記クランプ電位からの電位の変化量として表わす第１の信号と、２回目にサンプルホールドされた上記クランプ電位である第２の信号との差分を取ることによって、正味の上記信号電位成分のみを得ることができる。
【０１０４】
また、１実施例の相関２重サンプリング回路は、上記クランプ手段をクランプ容量と上記クランプ電位を供給するクランプスイッチとを含んで構成し、上記サンプルホールド手段をサンプルホールド容量とサンプルホールドスイッチとを含んで構成し、上記制御信号を上記クランプスイッチを制御するクランプパルス信号および上記サンプルホールドスイッチを制御するサンプルホールドパルス信号としたので、上記両スイッチにおけるオンオフのタイミングを制御するだけで、上記サンプルホールド容量のホールド電位を簡単にリセットすることができる。
【０１０５】
すなわち、上記第１の発明の相関２重サンプリング回路を増幅型固体撮像装置に適用すれば、正しい映像信号を得ることができるのである。特に上記画素信号をサンプルホールドする前の残留電圧にノイズがある場合には、画像のＳ/Ｎを大幅に改善することができる。
【０１０６】
また、第２の発明の増幅型固体撮像装置は、画素部と第１信号線と増幅部とで成る画素信号読み出し系列を複数有し、上記各画素信号読み出し系列における上記第１信号線と増幅手段との間に上記第１の発明の相関２重サンプリング回路を介設したので、上記相関２重サンプリング回路において、少なくとも１回目に受光信号とリファレンス信号との差分が上記クランプ電位からの電位の変化量として上記サンプルホールド手段にサンプルホールドされる前に、ホールド電位を上記クランプ電位にリセットすることができる。したがって、上記サンプルホールドされる上記受光信号とリファレンス信号との差分を表わす信号に対する上記サンプルホールド手段の残留電圧の影響を除去することができる。
【０１０７】
また、第３の発明の増幅型固体撮像装置は、読み出し制御手段によって生成されたクランプ制御信号に従って、第１期間の前半において、総ての相関２重サンプリング回路のクランプ手段にクランプ電位が読み出されてクランプされる。それと同時に、サンプルホールド制御信号に従って、上記読み出されたクランプ電位で各サンプルホールド手段のホールド電位がリセットされる。したがって、上記第１期間の後半に、上記各サンプルホールド手段に、受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの電位の変化量としてサンプルホールドされる際における残留電圧の影響を除去することができる。
【０１０８】
さらに、上記第１期間に続く第２期間において、順次オンとなる選択スイッチに対応する相関２重サンプリング回路のサンプルホールド手段にクランプ電位がサンプルホールドされる前に、上記クランプ制御信号に従って、当該相関２重サンプリング回路のクランプ手段によってクランプ電位が読み出される。それと同時に、上記サンプルホールド制御信号に従って、上記読み出されたクランプ電位で各サンプルホールド手段のホールド電位がリセットされる。したがって、その後、上記サンプルホールド手段によってサンプルホールドされる際における上記クランプ電位に対する残留電圧の影響を除去することができる。
【０１０９】
その結果、上記サンプルホールド手段によって１回目にサンプルホールドされた上記受光信号とリファレンス信号との差分を上記クランプ電位からの電位の変化量として表わす第１の信号と、２回目にサンプルホールドされた上記クランプ電位である第２の信号との差分を取ることによって、必要とする画像信号の前の情報を完全に除去して、正しい画像信号を読み出すことが可能になる。
【０１１０】
また、１実施例の増幅型固体撮像装置は、上記各相関２重サンプリング回路から上記第２信号線に順次出力される上記第１出力信号と第２出力信号との差分を得る差分手段を設けたので、上記各画素信号読み出し系列における増幅部や選択スイッチのオフセットばらつき等をキャンセルして、コラム毎のＦＰＮが除去された高品位の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の相関２重サンプリング回路における回路図である。
【図２】  図１に示す相関２重サンプリング回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】  図１とは異なる相関２重サンプリング回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】  この発明の増幅型固体撮像装置における回路図である。
【図５】  図４における画素部の詳細な回路図である。
【図６】  図４に示す増幅型固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】  図４とは異なる増幅型固体撮像装置における回路図である。
【図８】  図７に示す増幅型固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】  従来の増幅型固体撮像装置の一例を示す回路図である。
【図１０】  図９とは異なる従来の増幅型固体撮像装置における回路図である。
【図１１】  図１０における第１ＣＤＳ回路の構成を示す図である。
【図１２】  図１０に示す増幅型固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
５１,７２,１０１…クランプ容量、
５２…信号線、
５３,７３,１００…クランプスイッチ、
５４,７４…サンプルホールドスイッチ、
５５,７５,１０２…サンプルホールド容量、
５６…タイミング発生回路、
６１,９１…２次元画素領域、
６２…画素部、
６３…第１垂直読み出し回路、
６４…第２垂直読み出し回路、
６５…光電変換部、
６７…トランジスタ、
６８…画素選択トランジスタ、
６９…リセットトランジスタ、
７０,９２…垂直信号線、
７１,９３…第１ＣＤＳ回路、
７６…クランプパルス生成回路、
７７,９６…水平読み出し回路、
７８,８２,９４,９９…アンプ回路、
７９,９５…水平選択スイッチ、
８０,９７…水平信号線、
８１,９８…第２ＣＤＳ回路。
【図１】
0003967906.tif 000002
【図２】
0003967906.tif 000003
【図３】
0003967906.tif 000004
【図４】
0003967906.tif 000005
【図５】
0003967906.tif 000006
【図６】
0003967906.tif 000007
【図７】
0003967906.tif 000008
【図８】
0003967906.tif 000009
【図９】
0003967906.tif 000010
【図１０】
0003967906.tif 000011
【図１１】
0003967906.tif 000012
【図１２】
0003967906.tif 000013