JP2007013756A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板上のセンサセルアレイは複数のセンサセルがマトリクス状に配置される。センサセルから出力される画像信号を転送する複数の信号線と、複数の信号線の少なくともいずれか一つに接続される複数の増幅器であって、複数の増幅器の各々は、信号線に一端が接続された第1の容量と、第1の容量の他端に入力端が接続された反転アンプと、反転アンプの入力端と出力端との間に接続された第2の容量と、反転アンプの入力端と出力端との間に接続され、第2の容量をリセットするスイッチと、一端が制御線に接続され他端が反転アンプの入力端に接続された第3の容量と、を含む、増幅器と、制御線に第1及び第2のいずれかの電圧を供給する制御電圧供給回路と、を含む。
【選択図】 図2
Description
基板上に設けられたセンサセルアレイであって、前記センサセルアレイは複数のセンサセルがマトリクス状に配置されている前記センサセルアレイと、
前記センサセルから出力される画像信号を転送する複数の信号線と、
前記複数の信号線の少なくともいずれか一つに接続される複数の増幅器であって、前記複数の増幅器の各々は、
前記信号線に一端が接続された第1の容量と、
前記第1の容量の他端に入力端が接続された反転アンプと、
前記反転アンプの入力端と出力端との間に接続された第2の容量と、
前記反転アンプの入力端と出力端との間に接続され、前記第2の容量をリセットするスイッチと、
一端が制御線に接続され他端が前記反転アンプの入力端に接続された第3の容量と、
を含む、前記増幅器と、
前記制御線に第1及び第2のいずれかの電圧を供給する制御電圧供給回路と、
を含む。
前記制御電圧供給回路は、全増幅器に対して1つだけ設けられる。
前記センサセルは、前記電荷蓄積領域の光発生電荷をリセットした後の画素信号と前記電荷蓄積領域に蓄積された光発生電荷に基づく画素信号とを出力する。
前記制御電圧供給回路は、レベルが低い画素信号の後にレベルが高い画素信号が入力され場合には、前記第1及び第2の電圧のうちの一方のみを与える。
前記制御電圧供給回路は、レベルが高い画素信号の後にレベルが低い画素信号が入力され場合には、前記第1及び第2の電圧のうちの一方のみを与える。
Q1=C1・(Va − Vinl) = C1・(Vth − Vinl)
Q2=0
Q3=C3・(Va − Vdd) = C3・(Vth − Vdd)
t2期間は、カラムアンプのリセットが終了し、先画素信号がコンデンサC1に入力されている状態を示している。この期間においてコンデンサC1〜C3に保持される電荷Q1’〜Q3’は以下の通りとなる。なお、反転アンプ11bの入力端の電圧はVa’となっている。この電圧Va’は、反転アンプ11bの出力の差分ΔVの利得分の1(1/G)だけVa(=Vth)が変化したものである。
Q1'=C1・(Va'− Vinl)
=C1・{(Vth − ΔV/G) − Vinl}
Q2'=C2・(Va' − Vo)
=C2・{(Vth − ΔV/G) − (Vth + ΔV)}
Q3'=C3・(Va' − 0)=C3・(Vth − ΔV/G)
Q1+Q2+Q3=Q1'+Q2'+Q3'であるので、
ΔV=C3・Vdd/{C1/G + (1+1/G)・C2 + C3/G}
が得られる。
ΔV=C3/C2・Vdd
となる。従って、期間t2におけるカラムアンプ11の出力Vout1は、下記(1)式で与えられる。
t3期間は、後画素信号の入力期間である。この期間においてコンデンサC1〜C3に保持される電荷Q1”〜Q3”は以下の通りとなる。なお、この場合の反転アンプ11bの入力端の電圧はVa”は、反転アンプ11bの出力の差分ΔV’の利得分の1(1/G)だけVthが変化したものである。
Q1"=C1・{Va"− Vinh} = C1・{(Vth − ΔV'/G) − Vinh}
Q2"=C2・(Va"− Vout2) = C2・{(Vth − ΔV'/G) − (Vth + ΔV')
Q3"=C3・(Va"− 0) = C3・(Vth − ΔV'/G)
Q1+Q2+Q3=Q1"+Q2"+Q3"であり、また、G>>1とすると、
ΔV'=C3/C2・Vdd − C1/C2・(Vinh − Vinl)
となる。従って、期間t3におけるカラムアンプ11の出力Vout2は、下記(2)式で与えられる。
上記(2)式の第3項は、先画素信号と後画素信号との差分であり、転送された光発生電荷に基づく画素信号からノイズ成分が除去された信号に相当する。
Vout2 = Vth − C3/C2・Vdd + C1/C2・(Vinh − Vinl) …(4)
上記(4)式においても、第3項は、先画素信号と後画素信号との差分であり、転送された光発生電荷に基づく画素信号からノイズ成分が除去された信号に相当する。この右辺第3項は、正電圧方向に振れるが、右辺第2項の成分によって出力Vout2の電圧は負方向にシフトする。これにより、Vout2が反転アンプ11bのダイナミックレンジを超えることが防止される。
Vout2 = Vth + C1/C2・(Vinh − Vinl) …(6)
なお、この場合でも、Vout1とVout2との差分は、C1/C2・(Vinh − Vinl)となり、ノイズ成分が除去された出力が得られることが分かる。
Claims (14)
- 基板上に設けられたセンサセルアレイであって、前記センサセルアレイは複数のセンサセルがマトリクス状に配置されている前記センサセルアレイと、
前記センサセルから出力される画像信号を転送する複数の信号線と、
前記複数の信号線の少なくともいずれか一つに接続される複数の増幅器であって、前記複数の増幅器の各々は、
前記信号線に一端が接続された第1の容量と、
前記第1の容量の他端に入力端が接続された反転アンプと、
前記反転アンプの入力端と出力端との間に接続された第2の容量と、
前記反転アンプの入力端と出力端との間に接続され、前記第2の容量をリセットするスイッチと、
一端が制御線に接続され他端が前記反転アンプの入力端に接続された第3の容量と、
を含む、前記増幅器と、
前記制御線に第1及び第2のいずれかの電圧を供給する制御電圧供給回路と、
を含む、固体撮像装置。 - 前記増幅器は、前記信号線毎に設けられ、
前記制御電圧供給回路は、全増幅器に対して1つだけ設けられる請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記センサセルは、レベルが異なる2回の画素信号を出力する請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記センサセルは、入射光に基づく光発生電荷が転送される電荷蓄積領域を有し、該電荷蓄積領域に蓄積されている光発生電荷に基づく画素信号を出力するものであって、
前記センサセルは、前記電荷蓄積領域の光発生電荷をリセットした後の画素信号と前記電荷蓄積領域に蓄積された光発生電荷に基づく画素信号とを出力する請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記センサセルは、CMOSセンサ又は基板変調型センサである請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記制御電圧供給回路は、前記第1の電圧として0Vを与え、前記第2の電圧として電源電圧を与える請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記制御電圧供給回路は、インバータによって構成される請求項6に記載の固体撮像装置。
- 前記制御電圧供給回路は、前記第2の容量のリセットに合わせて前記第1又は第2の電圧を切換える請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記反転アンプは、演算増幅器によって構成される請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記反転アンプは、ソース接地のトランジスタによって構成される請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記センサセルは、レベルが異なる2回の画素信号を出力するものであって、
前記制御電圧供給回路は、レベルが低い画素信号の後にレベルが高い画素信号が入力され場合には、前記第1及び第2の電圧のうちの一方のみを与える請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記反転アンプは、インバータによって構成される請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記センサセルは、レベルが異なる2回の画素信号を出力するものであって、
前記制御電圧供給回路は、レベルが高い画素信号の後にレベルが低い画素信号が入力され場合には、前記第1及び第2の電圧のうちの一方のみを与える請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第3の容量は、前記センサセルアレイの形成領域を含む容量形成領域のうち周辺領域の容量で構成される請求項1に記載の固体撮像装置。
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