JP3308146B2

JP3308146B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3308146B2
Application number: JP31861195A
Authority: JP
Inventors: 誠一郎水野
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 2002-07-29
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JPH0951476A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入力した２次元光像を
撮像する固体撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電荷結合素子（ＣＣＤ）に代表される固
体撮像素子を使用した撮像装置は、家庭用ビデオをはじ
め様々な分野で使用されている。しかし、ＣＣＤでは電
荷転送効率が低いので、例えば、比較的大きな受光面積
を有するフォトダイオード電荷を取り扱う場合には、電
荷の転送をしきれないという問題を生じる。そこで、特
定の分野では、固体撮像装置の内で、電荷転送効率の問
題が生じないＭＯＳ型イメージセンサが使用される。

【０００３】ＭＯＳ型イメージセンサでは、２次元光像
を撮像するものは、２次元の配列されたフォトダイオー
ドアレイに対して、１つのディスクリート増幅器を設置
し、各フォトダイオードでの光検出信号を増幅後に取り
出すという方式が従来から採用されてきた。近年、ＭＯ
Ｓ型イメージセンサの長所を活かしつつ、光検出信号の
Ｓ／Ｎの向上および装置の小型化を目指して、読み出し
回路を光検出器と同一チップ上に搭載するとともに、回
路構成方式の変更をしようという試みが提案されてい
る。

【０００４】こうした提案の代表的な例が特開平４−３
５８８号に記載の固体撮像装置である。図６は、この装
置の回路構成図である。図６に示すように、この装置
は、（ａ）光電変換素子９１１とスイッチ素子９１２と
を１組の受光素子９１０として垂直にＮ１個だけ配列さ
れ、共通出力線で接続された垂直受光部９２０が水平方
向にＮ２個だけ配列された受光部９３０と、（ｂ）垂直
受光部９２０ごとに配置され、垂直受光部９２０の出力
を夫々積分する、電荷増幅器９４１を備えた積分回路９
４０と、（ｃ）積分回路９４０ごとに出力された信号を
サンプル／ホールドするサンプルホールド回路９５０
と、（ｄ）サンプルホールド回路９５０の外部への出力
／非出力を行うスイッチ９６０と、（ｅ）光検出結果を
読み出す受光素子の垂直方向の位置を指示する垂直シフ
トレジスタ９７１と、（ｆ）光検出結果を読み出す受光
素子の水平方向の位置を指示する水平シフトレジスタ９
７２とを備える。

【０００５】そして、ビデオ信号配線９８０を経由し
て、各受光素子で検出した光量に応じた光検出信号が出
力された後、バッファ回路９９０でインピーダンス変換
がなされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像装置は
上記のように構成され、サンプルホールド回路９５０の
出力信号がスイッチ９６０を介して、直接にビデオ信号
配線９８０へ出力されるので、ビデオ信号配線９８０の
容量による分圧が発生し、著しくＳＮ比が劣化してしま
うという問題点があった。

【０００７】この問題点を解消しようとして、バッファ
回路９９０で使用する増幅器の能力を高めると、増幅器
の部分が局所的に発熱が大きくなるので、暗電流分布が
均一でなくなるという新たな問題点が発生することにな
る。

【０００８】また、各積分回路には、必ず各々固有のオ
フセットばらつきが存在するが、上記の従来技術ではば
らつきの抑制がなされないので、画像構成時にフィクス
トパターンノイズが発生する。このフィクストパターン
ノイズを外部回路により補正するには、ハードウエアの
規模の増大もさることながら、高速動作が必至である。

【０００９】上記の問題点の解消のため、各垂直ライン
ごとにアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）を配置
することが考えられる。こうしたＡ／Ｄ変換器として
は、アレイ状に並べられるため、ハードウエア規模が小さい消費電力が少ない高速動作可能などを満足することが必要となる。こうした要請を満た
すＡ／Ｄ変換器の代表的な例として、特開昭６３−２４
６０８５号に記載のＡ／Ｄ変換器がある。

【００１０】このＡ／Ｄ変換器は、受光素子での受光に
よって発生する電流の時間積分値である電荷量Ｑを直接
入力する、２のベキ乗倍の容量比（１：２：４：…：２
^N-1）のＮ個のキャパシタ（容量＝Ｃ、２Ｃ、４Ｃ、
…、２^N-1Ｃ）で構成されるキャパシタアレイと、各キ
ャパシタが合成容量を構成するか否かを制御するスイッ
チアレイと、スイッチアレイの各スイッチのＯＮ／ＯＦ
Ｆを制御するコンパレータとを備える。このＡ／Ｄ変換
器では、Ｑ＝ＣＸ・Ｖｒｅｆここで、Ｖｒｅｆ：基準電圧を満たすＣＸの値をキャパシタアレイのキャパシタの組
合わせより探し出す。

【００１１】すなわち、ＣＸ＝Ｌ₁・Ｃ＋…＋Ｌ_N・２^N-1Ｃここで、Ｌ₁、…、Ｌ_N：０または１を満たす（Ｌ₁、…、Ｌ_N）をデジタルコードとしてア
ナログデジタル変換値として得る。

【００１２】しかし、上記のＡ／Ｄ変換器の採用には以
下のような問題点がある。

【００１３】（１）精度の問題一般に、２次元イメージセンサの画素面積は小さく、ま
た動画像収集を目的とする場合には電流の積分時間も短
くなる。したがって、電荷量Ｑは小さいので、キャパシ
タアレイの各キャパシタの容量を極力小さくする必要が
ある。一方、複数のキャパシタアレイの相互間での製造
上のばらつきを考慮すると、キャパシタの容量の低減に
は限界があり、低い基準電圧を使用することになる。と
ころが、基準電圧を低くすると、キャパシタアレイにお
ける合成キャパシタ構成を変化する際のスイッチのＯＮ
／ＯＦＦ動作の度に発生するノイズに対するＳ／Ｎが劣
化する。

【００１４】（２）寄生容量などの問題特開昭６３−２４６０８５号の技術では、電荷の容量分
割が主眼であることから、各キャパシタの容量値は精度
が要求される。しかし、配線に伴う寄生容量やスイッチ
での接合容量が付随することは避けられない。こうした
余分な容量成分をΔＣとすると、Ｑ＝（ＣＸ＋ΔＣ）・Ｖｒｅｆとなる。ΔＣは、ＩＣ化するとキャパシタアレイの基本
容量に匹敵する値となることが予想され、ＩＣ化後に精
度の高いＡ／Ｄ変換器の実現が困難である。

【００１５】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、高ＳＮ比で撮像ができる固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の固体撮像装置
は、入力した２次元光像を撮像する固体撮像装置であっ
て、（ａ）入力光信号を電流信号に変換する光電変換素
子と、光電変換素子の信号出力端子に第１の端子が接続
され、垂直走査信号に応じて第２の端子から光電変換素
子で発生した電荷を流出させるスイッチ素子とを１組の
受光素子として、第１の方向に沿って第１の数だけ配列
されるとともに、夫々の前記スイッチ素子の第２の端子
と互いに電気的に接続された信号出力端子を有する垂直
受光部が、第２の方向に沿って第２の数だけ配列された
受光部と、（ｂ）垂直受光部からの電流信号を入力し増
幅して出力する電荷増幅器と、電荷増幅器の入出力端子
間に接続され容量指示信号に応じて容量値が離散的に変
化する可変容量部とを有し、夫々の垂直受光部から電流
信号を夫々個別に入力し、積分動作を行うか否かを指示
するリセット指示信号が積分動作を行う事を指示した場
合に、垂直受光部から出力された電流信号を時間積分し
て得られる電荷を可変容量部に蓄積し、その蓄積された
電荷量及び可変容量部の容量値に応じた値の積分信号を
出力する第２の数の積分回路と、（ｃ）夫々の積分回路
から出力された積分信号の値を夫々基準値と大小比較し
て、その大小比較結果を比較結果信号として出力する第
２の数の比較回路と、（ｄ）夫々の比較回路から出力さ
れた比較結果信号を入力し、比較結果信号に基づいて可
変容量部に対して設定すべき容量値を指示する容量指示
信号を出力するとともに、比較結果信号に基づいて積分
信号の値と基準値とが所定の分解能で一致していると判
断した場合には、容量指示信号に基づいて、可変容量部
の容量値に応じた第１のデジタル信号を出力する第２の
数の容量制御部と、（ｅ）夫々の容量制御部から出力さ
れた前記第１のデジタル信号を夫々入力し、水平走査信
号に応じて夫々の第１のデジタル信号に対応した第２の
デジタル信号を出力する第２の数の水平読み出し部と、
を備えることを特徴とする。

【００１７】ここで、第１のデジタル信号の値と前記第
２のデジタル信号の値とは同一とすることが回路構成上
から簡便である。

【００１８】また、水平読み出し部は、容量制御部から
出力された第１のデジタル信号を入力し、第１のデジタ
ル信号をデータ変換して第２のデジタル信号を出力する
データ変換部を更に備えることを特徴としてもよい。こ
こで、データ変換はオフセット除去に適用できる。ま
た、データ変換部は、アドレス入力端子に第１のデジタ
ル信号を入力し、記憶部に書き込まれたデータに基づい
てデータ変換を行い、データ出力端子から第２のデジタ
ル信号を出力する読み出し専用記憶素子を備えることを
特徴としてもよい。

【００１９】請求項６の固体撮像装置は、入力した２次
元光像を撮像する固体撮像装置であって、（ａ）入力光
信号を電流信号に変換する光電変換素子と、光電変換素
子の信号出力端子に第１の端子が接続され、垂直走査信
号に応じて第２の端子から光電変換素子で発生した電流
信号を流出するスイッチ素子とを１組の受光素子とし
て、第１の方向に沿って第１の数だけ配列されるととも
に、夫々のスイッチ素子の第２の端子と互いに電気的に
接続された信号出力端子を有する垂直受光部が、第２の
方向に沿って第２の数だけ配列された受光部と、（ｂ）
垂直受光部からの電流信号を入力し増幅して出力する電
荷増幅器と、電荷増幅器の入出力端子間に接続され容量
指示信号に応じて容量値が離散的に変化する可変容量部
とを有し、夫々の垂直受光部から電流信号を夫々個別に
入力し、積分動作を行うか否かを指示するリセット指示
信号が積分動作を行う事を指示した場合に、垂直受光部
から出力された電流信号を時間積分して得られる電荷を
可変容量部に蓄積し、その蓄積された電荷量及び可変容
量部の容量値に応じた値の積分信号を出力する第２の数
の積分回路と、（ｃ）夫々の積分回路の可変容量部の容
量値の変化ごとに、夫々の積分回路から出力された積分
信号の値を夫々基準値と大小比較して、その大小比較結
果である比較結果信号を第１のシリアルデジタルデータ
として出力する第２の数の比較回路と、（ｄ）夫々の比
較回路から出力された比較結果信号を入力し、積分信号
の値が所定の分解能で基準値と一致するまで、比較結果
信号の値に基づいて可変容量部に通知する容量指示信号
を出力する第２の数の容量制御部と、（ｅ）夫々の比較
回路から出力された第１のシリアルデジタルデータを順
次入力し、入力順とは逆の順序で第２のシリアルデジタ
ルデータとして出力する第２の数のファーストインラス
トアウト（ＦＩＬＯ）レジスタと、（ｆ）夫々のＦＩＬ
Ｏレジスタから順次第２のシリアルデジタルデータを入
力し、第２のシリアルデジタルデータをパラレル化して
第１のパラレルデジタルデータを出力する第２の数の処
理ユニットと、（ｇ）夫々の処理ユニットから出力され
た第１のパラレルデジタルデータを夫々入力し、水平走
査信号に応じて夫々の第１のパラレルデジタルデータに
対応したデジタル信号を出力する第２の数の水平読み出
し部とを備えることを特徴とする。

【００２０】ここで、処理ユニットは、隣接する垂直受
光部に応じたＦＩＬＯレジスタから出力される第２のシ
リアルデジタルデータを更に入力し、隣接する画素同士
について演算を行って第２のパラレルデジタルデータを
水平読み出し部へ向けて出力することを特徴としてもよ
い。

【００２１】請求項１または請求項６の固体撮像装置で
は、可変容量部は、（１）電荷増幅器の入力端子と夫々
の一方の端子が接続された２以上の整数である第３の数
の容量素子と、（２）夫々の容量素子の他方の端子と一
方の端子が接続され、他方の端子が電荷増幅器の出力端
子と接続され、容量指示信号の値に応じて開閉する第３
の数の第１のスイッチ素子と、（３）夫々の容量素子の
他方の端子と一方の端子が接続され、他方の端子が基準
電位レベル端子と接続され、容量指示信号の値に応じて
開閉する第３の数の第２のスイッチ素子とを備えること
を特徴としてもよい。

【００２２】ここで、第３の数をＮとすると、分解能は
前記基準値の２^N-1分の１であり、可変容量部のＮ個の
容量素子それぞれの容量値をＣ₁〜Ｃ_Nとすると、これら
の容量値相互は、Ｃ₁＝２Ｃ₂＝・・・＝２^N-1Ｃ_N・・・（１）の関係を満たすことを特徴としてもよい。

【００２３】請求項１の固体撮像装置では、まず、リセ
ット指示信号を有意に、垂直走査信号をいずれの受光素
子も出力選択しない状態に設定する。この状態で、リセ
ット指示信号Ｒを非有意に設定して各積分回路での積分
動作を開始させる。

【００２４】容量制御部は、比較結果信号の値から、積
分回路の出力信号の値が基準値と略等しくなるように容
量指示信号を生成し、積分回路の可変容量部に通知す
る。容量指示を受けた可変容量部は、指示に従って容量
を変化させる。可変容量部の容量変化によって積分信号
の値が変化し、変化後の積分信号が比較回路に再び入力
する。こうして、積分回路−比較回路−容量制御部−積
分回路のフィードバックループが形成され、最終的に積
分信号の値が分解能の範囲内で基準値と一致する。

【００２５】次に、各垂直受光部の垂直走査における第
１番目の受光素子のスイッチ素子のみを「ＯＮ」とする
垂直走査信号を出力する。スイッチ素子が「ＯＮ」とな
ると、それまでの受光によって光電変換素子に蓄積され
た電荷が電流信号となって受光部から出力される。そし
て、初期値の容量値に設定された可変容量部に電荷が流
入し、積分回路によって積分された結果の積分信号が比
較回路に入力されて、積分信号の値が基準値と比較さ
れ、比較結果が２値の１ビットデジタル信号として容量
制御部に入力する。一方、比較結果１ビットデジタル信
号はＦＩＬＯレジスタに第１のシリアルデジタルデータ
として入力して格納される。ここで、可変容量部は電荷
増幅器の入力端および出力端に接続されているので、容
量値として精度上充分な値と設定することができるの
で、耐ノイズ性を向上することが可能である。

【００２６】容量制御部は、積分信号の値が分解能の範
囲内で基準値と一致したときの容量指示信号に応じた値
を有する第１のデジタル信号を出力する。容量制御部か
ら出力された第１のデジタル信号は、水平読み出し部に
入力し、水平走査信号の設定により夫々の第１のデジタ
ル信号に応じた第２のデジタル信号が順次、択一的に選
択されて、各垂直受光部の垂直走査における第１番目の
受光素子に応じた検出信号として順次読み出される。

【００２７】なお、垂直走査信号は、垂直走査における
第１番目の受光素子の光電変換素子が蓄積した電荷を放
出しきったと推定される時間を見計らって、いずれの受
光素子も選択しない設定とされる。

【００２８】垂直走査における垂直受光部の第１番目の
受光素子に応じた検出信号の順次読み出しが終了する
と、リセット指示信号を有意とする。

【００２９】次に、リセット指示信号を再び非有意、可
変容量部の容量値を初期値とした後、各垂直受光部の垂
直走査における第２番目の受光素子のスイッチ素子のみ
を「ＯＮ」状態とする垂直走査信号を出力する。スイッ
チ素子が「ＯＮ」となると、それまでの受光によって光
電変換素子に蓄積された電荷が電流信号となって受光部
から出力される。

【００３０】以後、垂直走査における垂直受光部の第１
番目の受光素子と同様にして、垂直走査における垂直受
光部の第２番目の受光素子に応じた検出信号を順次読み
出す。

【００３１】引き続き、各垂直受光部の受光素子を順次
指定しながら、各垂直受光部の垂直走査における第１番
目の受光素子の場合と同様にして、各垂直受光部の受光
素子に応じた検出信号を順次読み出すことにより、受光
部に入力した光像の撮像データを収集する。

【００３２】第１のデジタル信号を水平読み出し部が直
接出力することとすれば、第２のデジタル信号と第１の
デジタル信号とはデータ値が一致することとなる。この
方式を採用すると水平読み出し部の回路がスイッチ素子
のみで構成することができ、簡便となる。

【００３３】また、水平読み出し部に、容量制御部から
出力された第１のデジタル信号を入力し、データ変換し
て第２のデジタル信号を出力するデータ変換部を更に備
えることとすれば第１のデジタル信号のデータ値を適当
に加工して出力データ値を有する第２のデジタル信号と
することができる。例えば、データ変換をオフセット除
去とすることにより、オフセットを除去した精度の良い
データを得ることができる。こうしたデータ変換部とし
ては、アドレス入力端子に第１のデジタル信号を入力
し、記憶部に書き込まれたデータに基づいてデータ変換
を行い、データ出力端子から第２のデジタル信号を出力
する読み出し専用記憶素子（ＲＯＭ）を使用することが
好適である。この結果、オフセット値が除去された第２
のデジタル信号を得ることができる。

【００３４】また、積分回路は、垂直受光部からの出力
信号を入力し、増幅して出力する電荷増幅器を備えると
ともに、可変容量部を電荷増幅器の垂直受光部からの
出力信号の入力端子と夫々の一方の端子が接続された第
３の数の容量素子と、夫々の容量素子の他方の端子と
一方の端子が接続され、他方の端子が前記電荷増幅器の
出力端子と接続され、容量指示信号の値に応じて開閉す
る第３の数と第１のスイッチ素子と、夫々の容量素子
の他方の端子と一方の端子が接続され、他方の端子が基
準電位レベル端子と接続され、容量指示信号の値に応じ
て開閉する第３の数の第２のスイッチ素子とを備える構
成とすることが可能である。

【００３５】この場合、容量制御部は、第１のスイッチ
素子と第２のスイッチ素子の開閉を制御する信号を出力
することになる。そして、第１のスイッチ素子と第２の
スイッチ素子の開閉を制御することにより可変容量部の
容量値を制御する。

【００３６】なお、第３の数をＮとした場合、分解能を
基準値の２^N-1分の１とするには、可変容量部のＮ個の
容量素子それぞれの容量値をＣ₁〜Ｃ_Nとすると、これら
の容量値相互は、Ｃ₁＝２Ｃ₂＝・・・＝２^N-1Ｃ_N・・・（１）の数の関係を満たすことが好適である。この構成によれ
ば、容量制御部が容量値の大きな容量素子から第１およ
び第２のスイッチ素子を開閉制御し、順次積分信号の値
と基準値との比較を比較回路で行うこととすると、第３
の数の回数の容量指示で、１／２^Nの分解能の精度測定
を行うことができる。

【００３７】請求項６の固体撮像装置では、まず、リセ
ット指示信号を有意に、垂直走査信号をいずれの受光素
子も出力選択しない状態に設定する。この状態で、リセ
ット指示信号Ｒを非有意に設定して各積分回路での積分
動作を開始させる。

【００３８】次に、各垂直受光部の垂直走査における第
１番目の受光素子のスイッチ素子のみを「ＯＮ」とする
垂直走査信号を出力する。スイッチ素子が「ＯＮ」とな
ると、それまでの受光によって光電変換素子に蓄積され
た電荷が電流信号となって受光部から出力される。そし
て、初期値の容量値に設定された可変容量部に電荷が流
入し、積分回路によって積分された結果の積分信号が比
較回路に入力されて、積分信号の値が基準値と比較さ
れ、比較結果信号が容量制御部に入力する。ここで、可
変容量部は電荷増幅器の入力端および出力端に接続され
ているので、容量値として精度上充分な値と設定するこ
とができるので、耐ノイズ性を向上することが可能であ
る。

【００３９】容量制御部は、比較結果信号の値から、積
分回路の出力信号の値が基準値と略等しくなるように容
量指示信号を生成し、積分回路の可変容量部に通知す
る。容量指示を受けた可変容量部は、指示に従って容量
を変化させる。可変容量部の容量変化によって積分信号
の値が変化し、変化後の積分信号が比較回路に再び入力
する。そして、可変容量部の容量値の変化の度に、比較
回路から第１のシリアルデジタルデータが順次ＦＩＬＯ
レジスタに入力し格納される。

【００４０】こうして、積分回路−比較回路−容量制御
部−積分回路のフィードバックループが形成され、最終
的に積分信号の値が分解能の範囲内で基準値と一致す
る。

【００４１】なお、可変容量部が、（１）式で示される
関係の容量値の容量で構成される場合には、容量制御部
によって、最大の容量値（Ｃ₁）の容量の合成容量への
寄与／非寄与から順次決定されることが好適である。こ
うした場合には、比較回路からは、ＭＳＢ（Most Signi
ficant Bit）から順次ＬＳＢ（Least Significant Bi
t）までが第１のシリアルデジタルデータとして出力さ
れる。

【００４２】積分信号の値が分解能の範囲内で基準値と
一致したとき、処理ユニットは第１のシリアルデジタル
データのビット順序とは逆の順序の第２のシリアルデジ
タルデータをＦＩＬＯレジスタから読み出し、第１のパ
ラレルデジタルデータとして出力する。処理ユニットか
ら出力された第１のパラレルデジタルデータは、水平読
み出し部に入力し、水平走査信号の設定により夫々の第
１のパラレルデジタルデータに応じた第２のデジタル信
号が順次、択一的に選択されて、各垂直受光部の垂直走
査における第１番目の受光素子に応じた検出信号として
順次読み出される。

【００４３】なお、垂直走査信号は、垂直走査における
第１番目の受光素子の光電変換素子が蓄積した電荷を放
出しきったと推定される時間を見計らって、いずれの受
光素子も選択しない設定とされる。

【００４４】垂直走査における垂直受光部の第１番目の
受光素子に応じた検出信号の順次読み出しが終了する
と、リセット指示信号を有意とする。

【００４５】次に、リセット指示信号を再び非有意、可
変容量部の容量値を初期値とした後、各垂直受光部の垂
直走査における第２番目の受光素子のスイッチ素子のみ
を「ＯＮ」状態とする垂直走査信号を出力する。スイッ
チ素子が「ＯＮ」となると、それまでの受光によって光
電変換素子に蓄積された電荷が電流信号となって受光部
から出力される。

【００４６】以後、垂直走査における垂直受光部の第１
番目の受光素子と同様にして、垂直走査における垂直受
光部の第２番目の受光素子に応じた検出信号を順次読み
出す。

【００４７】引き続き、各垂直受光部の受光素子を順次
指定しながら、各垂直受光部の垂直走査における第１番
目の受光素子の場合と同様にして、各垂直受光部の受光
素子に応じた検出信号を順次読み出すことにより、受光
部に入力した光像の撮像データを収集する。

【００４８】ここで、処理ユニットが、隣接する垂直受
光部に応じたＦＩＬＯレジスタ出力される第２のシリア
ルデジタルデータを更に入力し、隣接する画素同士につ
いて演算、例えば動画像等の輪郭抽出演算などを行って
第２のパラレルデジタルデータを水平読み出し部へ向け
て出力することが可能である。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の固体撮像装置の実施の形態を説明する。なお、図面の
説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複
する説明を省略する。

【００５０】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態の固体撮像装置の回路構成図である。図１に示す
ように、この装置は、（ａ）入力光信号を電流信号に変
換する光電変換素子１３０と、光電変換素子１３０の信
号出力端子に接続され、垂直走査信号Ｖ_i（ｉ＝１〜Ｎ
１）に応じて光電変換素子１３０で発生した電流信号を
流出するスイッチ素子１４０とを１組の受光素子１２０
として、第１の方向（以後、垂直方向と呼ぶ）に沿って
Ｎ１個配列され、夫々のスイッチ素子１４０の信号出力
端子が電気的に接続された垂直受光部１１０が、第２の
方向（以後、水平方向と呼ぶ）に沿ってＮ２個配列され
た受光部１００と、（ｂ）垂直受光部１１０_j（ｊ＝１
〜Ｎ２）からの出力信号を夫々個別に入力し、信号処理
後に水平走査信号（Ｈ_j）に応じて択一的に信号を出力
する水平信号処理部２１０_jを備える信号処理部２００
と、（ｃ）受光部１００および信号処理部２００に動作
タイミングの指示信号を通知するタイミング制御部３０
０とを備える。

【００５１】水平信号処理部２１０_jは、垂直受光部
１１０_jからの出力信号を入力し、リセット指示信号Ｒ
に応じて垂直受光部１１０_jから出力された電流信号を
入出力端子間に接続された、可変容量部２２２に積分
（リセット指示信号Ｒ＝非有意の場合）、または非積分
（リセット指示信号Ｒ＝有意の場合）の動作をする積分
回路２２０と、積分回路２２０から出力された積分信
号Ｖ_Sの値を夫々基準値Ｖ_REFと比較して、比較結果を
出力する比較回路２３０と、比較回路２３０から出力
された比較結果信号Ｖ_Cを入力し、比較結果信号Ｖ_Cの
値から可変容量部２２２に通知する容量指示信号Ｃを出
力するとともに、比較結果信号Ｖ_Cから積分信号Ｖ_Sの
値と基準値Ｖ_REFとが所定の分解能で一致していると判
断した場合には、容量指示信号Ｃに応じたデジタル信号
Ｄ１を出力する容量制御機構２４０と、容量制御機構
２４０から出力されたデジタル信号Ｄ１を入力し、デジ
タル信号Ｄ１が示すデータ値から予め設定されたオフセ
ット値を除去したデータ値を示すデジタル信号Ｄ２を生
成後、水平走査信号Ｈ_jに応じて、デジタル信号Ｄ２を
出力する水平読み出し部２５０とを備える。

【００５２】積分回路２２０は、垂直受光部１１０_j
からの出力信号を入力し、入力した電流信号の電荷を増
幅する電荷増幅器２２１と、電荷増幅器２２１の入力
端子に一方の端子が接続され、電荷増幅器２２１の出力
端子に他方の端子が接続された可変容量部２２２と、
電荷増幅器２２１の入力端子に一方の端子が接続され、
電荷増幅器２２１の出力端子に第２の端子が接続され、
リセット指示信号Ｒ＝有意の場合には「ＯＮ」状態とな
り、リセット指示信号Ｒ＝非有意の場合には「ＯＦＦ」
状態となるスイッチ素子２２３とを備える。

【００５３】図２は、積分回路２２０の回路構成図であ
り、特に可変容量部２２２の詳細回路構成を示す。な
お、図２では、１／２³＝１／８の分解能を有するアナ
ログデジタル変換機能を備える積分回路の例を示し、以
下、この回路構成で説明する。

【００５４】図２に示すように、可変容量部２２２は、
電荷増幅器２２１の垂直受光部１１０_jからの出力信
号の入力端子と夫々の一方の端子が接続された容量素子
Ｃ１〜Ｃ４と、夫々の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の他方の端
子と一方の端子が接続され、他方の端子が電荷増幅器２
２１の出力端子と接続され、容量指示信号ＣのＣ₁₁〜Ｃ
₁₄の値に応じて開閉するスイッチ素子ＳＷ１１〜ＳＷ１
４と、夫々の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の他方の端子と一方
の端子が接続され、他方の端子がＧＮＤレベルと接続さ
れ、容量指示信号ＣのＣ₂₁〜Ｃ₂₄の値に応じて開閉する
スイッチ素子ＳＷ２１〜ＳＷ２４とを備える。なお、容
量素子Ｃ１〜Ｃ４の容量値Ｃ₁〜Ｃ₄は、Ｃ₁＝２Ｃ₂＝４Ｃ₃＝８Ｃ₄ …（２）Ｃ₁＋Ｃ₂＋Ｃ₃＋Ｃ₄＝Ｃ₀ …（３）の関係を満たす。

【００５５】水平読み出し部２５０は、容量制御機構
２４０から出力されたデジタル信号Ｄ１をアドレス入力
端子に入力し、記憶部に書き込まれたデータに基づいて
データ変換を行い、データ出力端子からデジタル信号Ｄ
２を出力する読み出し専用記憶素子（ＲＯＭ）２５１
と、ＲＯＭ２５１から出力されたデジタル信号Ｄ２を
一方の端子で入力し、水平走査信号Ｈ_jの指定に応じて
「ＯＮ」状態と「ＯＦＦ」状態とが切り替わるスイッチ
素子２５２とを備える。

【００５６】タイミング制御部３００は、基本タイミ
ング信号を発生する基本タイミング部３１０と、基本
タイミング部３１０から通知された垂直走査指示に従っ
て、垂直走査信号Ｖ_iを発生する垂直シフトレジスタ３
２０と、基本タイミング部３１０から通知された水平
走査指示に従って、水平走査信号Ｈ_jを発生する水平シ
フトレジスタ３３０と、基本タイミング部３１０から
通知された基本タイミングに従って、リセット指示信号
Ｒを発生する制御信号部３４０とを備える。

【００５７】本実施形態の装置は、以下のようにして、
受光部１００に入力した光像データを収集する。図３
は、本実施形態の装置の動作説明図である。

【００５８】本実施形態の固体撮像装置では、まず、リ
セット指示信号Ｒを有意に、ＳＷ１１〜ＳＷ１４を全て
「ＯＮ」状態とし、ＳＷ２１〜ＳＷ２４を全て「ＯＦ
Ｆ」状態として電荷増幅器２２１の入力端子と出力端子
との間の容量値をＣ₀に設定するとともに、垂直走査信
号Ｖ_iをいずれの受光素子１２０_i,jも選択しない状態
（すなわち、すべてのスイッチ素子１４０は「ＯＦＦ」
状態）に設定する。この状態で、リセット指示信号Ｒを
非有意に設定して各積分回路２２０での積分動作を開始
させる。

【００５９】次に、各垂直受光部１１０_jの垂直走査に
おける第１番目の受光素子１２０_1,jのスイッチ素子１
４０のみを「ＯＮ」とする垂直走査信号Ｖ₁を出力す
る。スイッチ素子１４０が「ＯＮ」となると、それまで
の受光によって光電変換素子１３０に蓄積された電荷が
電流信号となって受光部１００から出力される。そし
て、初期値の容量値Ｃ₀に設定された可変容量部２２２
に電荷Ｑが流入する（図３（ａ）参照）。

【００６０】引き続き、容量制御機構２４０は、ＳＷ１
２〜ＳＷ１３を開放した後、ＳＷ２２〜ＳＷ２４を閉じ
る（図３（ｂ）参照）。この結果、積分信号Ｖ_Sは、Ｖ_S＝Ｑ／Ｃ₁ という電圧値を出力する。この電圧値は、比較回路２３
０に入力し、基準電圧値Ｖ_REFと比較される。

【００６１】Ｖ_S＞Ｖ_REFであれば、この比較結果を受
けて容量制御機構２４０は、更に、ＳＷ２２を開放した
後にＳＷ１２を閉じる（図３（ｃ）参照）。この結果、
積分信号Ｖ_Sは、Ｖ_S＝Ｑ／（Ｃ₁＋Ｃ₂）という電圧値を出力する。この電圧値は、比較回路２３
０に入力し、基準電圧値Ｖ_REFと比較される。

【００６２】また、Ｖ_S＜Ｖ_REFであれば、この比較結
果を受けて容量制御機構２４０は、更に、ＳＷ１１およ
びＳＷ２２を開放した後にＳＷ１２およびＳＷ２１を閉
じる（図４（ｂ）参照）。この結果、積分信号Ｖ_Sは、Ｖ_S＝Ｑ／Ｃ₂ という電圧値を出力する。この電圧値は、比較回路２３
０に入力し、基準電圧値Ｖ_REFと比較される。

【００６３】以後、同様にして、積分回路２２０−比較
回路２３０−容量制御機構２４０−積分回路２２０のフ
ィードバックループによって、比較および容量設定（Ｓ
Ｗ１１〜ＳＷ１４、ＳＷ２１〜ＳＷ２４の「ＯＮ／ＯＦ
Ｆ」制御）を順次繰り返して、容量素子Ｃ４までに関す
る容量制御を行う。こうして、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の全
てについて容量制御を終了すると、容量制御機構２４０
は最終的な容量設定に応じたデジタル信号Ｄ１を水平読
み出し部２５０へ向けて出力する。

【００６４】水平読み出し部２５０では、デジタル信号
Ｄ１をＲＯＭ２５１のアドレス入力端子に入力し、記憶
部に書き込まれたデータに基づいてデータ変換を行い、
データ出力端子からデジタル信号Ｄ２を出力する。ＲＯ
Ｍ２５１から出力されたデジタル信号Ｄ２はスイッチ素
子２５２に入力する。引き続き、水平走査信号Ｈ_jの設
定により夫々のＲＯＭ２５１の出力を順次、択一的に選
択して、各垂直受光部１１０_jの垂直走査における第１
番目の受光素子１２０_1,jに応じた検出信号を順次読み
出す。

【００６５】この結果、スイッチ素子２５２からはデジ
タル信号Ｄ２が出力されるので、ビデオ信号配線４００
の容量による分圧によってアナログ信号の場合のような
影響を受けない。また、従来は必要であった外付けのア
ナログデジタル変換器が不要となる。

【００６６】なお、垂直走査信号Ｖ₁は、垂直走査にお
ける第１番目の受光素子の光電変換素子が蓄積した電荷
を放出しきったと推定される時間を見計らって、受光素
子を選択しない設定とされる。

【００６７】垂直走査における垂直受光部１１０_jの第
１番目の受光素子１２０_1,jに応じた検出信号の順次読
み出しが終了すると、リセット指示信号Ｒを有意とす
る。

【００６８】次に、リセット指示信号Ｒを再び非有意、
可変容量部２２２の容量値を初期値Ｃ₀とした後、各垂
直受光部１１０_jの垂直走査における第２番目の受光素
子１２０_2,jのスイッチ素子１４０のみを「ＯＮ」状態
とする垂直走査信号Ｖ₂を出力する。スイッチ素子が
「ＯＮ」となると、それまでの受光によって光電変換素
子１３０に蓄積された電荷が電流信号となって受光部か
ら出力される。

【００６９】以後、垂直走査における垂直受光部１１０
_jの第１番目の受光素子１２０_1,jと同様にして、垂直
走査における垂直受光部１１０_jの第２番目の受光素子
１２０_2,jに応じた検出信号を順次読み出す。

【００７０】引き続き、各垂直受光部１１０_jの受光素
子１２０_i,jを順次指定しながら、各垂直受光部１１０
_jの垂直走査における第１番目の受光素子１２０_1,jの
場合と同様にして、各垂直受光部１１０_jの受光素子１
２０_i,jに応じた検出信号を順次読み出すことにより、
受光部に入力した光像の撮像データを収集する。

【００７１】（第２実施形態）本実施形態の装置は、第
１実施形態の装置における積分回路２２０を別の回路構
成としたものであり、光電変換素子１３０に蓄積された
電荷が極微小の場合にもＳＮ比を確保する固体撮像装置
である。

【００７２】図４は、本実施形態の積分回路２９０の回
路構成図である。図４に示すように、積分回路２９０
は、垂直受光部１１０_jからの出力信号を入力し、入
力した電流信号の電荷を増幅する電荷増幅器２２１と、
電荷増幅器２２１の入力端子に一方の端子が接続さ
れ、電荷増幅器２２１の出力端子に他方の端子が接続さ
れた可変容量部２２９と、電荷増幅器２２１の入力端
子に一方の端子が接続され、電荷増幅器２２１の出力端
子に第２の端子が接続され、リセット指示信号Ｒ＝有意
の場合には「ＯＮ」状態となり、リセット指示信号Ｒ＝
非有意の場合には「ＯＦＦ」状態となるスイッチ素子２
２３とを備える。

【００７３】可変容量部２２９は、可変容量部２２２に
加えて、容量素子Ｃ１〜Ｃ３の電荷増幅器２２１の入
力端子側の端子と夫々一方の端子が接続され、他方の端
子が電荷増幅器２２１の垂直受光部１１０_jからの出力
信号の入力端子と接続されたスイッチ素子ＳＷ３１〜Ｓ
Ｗ３３と、容量素子Ｃ１〜Ｃ３の電荷増幅器２２１の
入力端子側の端子と夫々一方の端子が接続され、他方の
端子がＧＮＤレベルと接続されたスイッチ素子ＳＷ４１
〜ＳＷ４３と、を更に備える。そして、容量制御機構２
４０からは、スイッチ素子ＳＷ３１〜３３およびスイッ
チ素子ＳＷ４１〜４３のＯＮ／ＯＦＦ制御をする信号Ｃ
₃₁〜Ｃ₃₃、Ｃ₄₁〜Ｃ₄₃が更に供給される。

【００７４】本実施形態の装置は、以下のようにして、
受光部１００に入力した光像データを収集する。

【００７５】本実施形態の固体撮像装置では、まず、リ
セット指示信号Ｒを有意に、ＳＷ１１〜ＳＷ１４、ＳＷ
４１〜４３を全て「ＯＮ」状態とし、ＳＷ２１〜ＳＷ２
４、ＳＷ３１〜３３を全て「ＯＦＦ」状態として電荷増
幅器２２１の入力端子と出力端子との間の容量値をＣ₄
に設定するとともに、垂直走査信号Ｖ_iをいずれの受光
素子１２０_i,jも選択しない状態（すなわち、すべての
スイッチ素子１４０は「ＯＦＦ」状態）に設定する。こ
の状態で、リセット指示信号Ｒを非有意に設定して各積
分回路２２０での積分動作を開始させる。

【００７６】次に、各垂直受光部１１０_jの垂直走査に
おける第１番目の受光素子１２０_1,jのスイッチ素子１
４０のみを「ＯＮ」とする垂直走査信号Ｖ₁を出力す
る。スイッチ素子１４０が「ＯＮ」となると、それまで
の受光によって光電変換素子１３０に蓄積された電荷が
電流信号となって受光部１００から出力される。そし
て、初期値の容量値Ｃ₄設定された可変容量部２２９に
電荷Ｑが流入する。

【００７７】このとき、積分信号Ｖ_Sは、Ｖ_S＝Ｑ／Ｃ₄ という電圧値を出力する。

【００７８】次に、ＳＷ４１〜ＳＷ４３をＯＦＦとした
後、ＳＷ３１〜ＳＷ３３をＯＮとする。このように変化
しても容量素子Ｃ１〜Ｃ３の両端の電圧関係は変化しな
いので、Ｖ_Sの値には変化がないので、容量素子Ｃ１〜
Ｃ４に発生する電荷の総計は、Ｑ′＝Ｑ・（Ｃ₀／Ｃ₄）となる。すなわち、第１の実施形態に比べて（Ｃ₀／Ｃ
₄）倍の電荷が蓄積されることになる。

【００７９】以後、第１実施形態と同様にして、受光部
１００に入力した光像データを収集される。したがっ
て、光電変換素子１３０に蓄積された電荷が極微小の場
合にもＳ／Ｎを確保することができる。

【００８０】（第３実施形態）図５は、本発明の第３実
施形態の固体撮像装置の回路構成図である。図５に示す
ように、この装置は、（ａ）入力光信号を電流信号に変
換する光電変換素子１３０と、光電変換素子１３０の信
号出力端子に接続され、垂直走査信号Ｖ_i（ｉ＝１〜Ｎ
１）に応じて光電変換素子１３０で発生した電流信号を
流出するスイッチ素子１４０とを１組の受光素子１２０
として、第１の方向（以後、垂直方向と呼ぶ）に沿って
Ｎ１個配列され、夫々のスイッチ素子１４０の信号出力
端子が電気的に接続された垂直受光部１１０が、第２の
方向（以後、水平方向と呼ぶ）に沿ってＮ２個配列され
た受光部１００と、（ｂ）垂直受光部１１０_j（ｊ＝１
〜Ｎ２）からの出力信号を夫々個別に入力し、信号処理
後に水平走査信号（Ｈ_j）に応じて択一的に信号を出力
する水平信号処理部５１０_jを備える信号処理部５００
と、（ｃ）受光部１００および信号処理部５００に動作
タイミングの指示信号を通知するタイミング制御部３０
０とを備える。

【００８１】水平信号処理部５１０_jは、垂直受光部
１１０_jからの出力信号を入力し、リセット指示信号Ｒ
に応じて垂直受光部１１０_jから出力された電流信号を
入出力端子間に接続された、可変容量部２２２に積分
（リセット指示信号Ｒ＝非有意の場合）、または非積分
（リセット指示信号Ｒ＝有意の場合）の動作をする積分
回路２２０と、積分回路２２０から出力された信号Ｖ
_S’へ重畳するノイズを除去するクランプ回路５２１
と、クランプ回路５２１から出力された積分信号Ｖ_S
の値を夫々基準値Ｖ_REFと比較して、比較結果を出力す
る比較回路２３０と、比較回路２３０から出力された
１ビット２レベル信号である比較結果信号Ｖ_Cを入力
し、比較結果信号Ｖ_Cの値から可変容量部２２２に通知
する容量指示信号Ｃを出力する容量制御機構２４０と、
比較回路２３０から出力された比較結果信号Ｖ_Cをシ
リアルデジタルデータとして順次入力し、入力順とは逆
の順序のシリアルデジタルデータを出力するＦＩＬＯレ
ジスタ５２２と、自系のＦＩＬＯレジスタ５２２から
出力されるシリアルデジタルデータと隣接系のＦＩＬＯ
レジスタ５２２から出力されるシリアルデジタルデータ
とを順次入力して演算後にパラレル化して第１のパラレ
ルデジタル信号を出力する処理ユニット５２３と、処
理ユニット５２３パラレルデジタル信号を入力し、水平
走査信号Ｈ_jに応じて、デジタル信号を出力する水平読
み出しスイッチ２５２とを備える。

【００８２】本実施形態の装置は、以下のようにして、
受光部１００に入力した光像データを収集する。

【００８３】本実施形態の装置は、以下のようにして、
受光部１００に入力した光像データを収集する。

【００８４】本実施形態の固体撮像装置では、第１実施
形態と同様に、まず、リセット指示信号Ｒを有意に、Ｓ
Ｗ１１〜ＳＷ１４を全て「ＯＮ」状態とし、ＳＷ２１〜
ＳＷ２４を全て「ＯＦＦ」状態として電荷増幅器２２１
の入力端子と出力端子との間の容量値をＣ₀に設定する
とともに、垂直走査信号Ｖ_iをいずれの受光素子１２０
_i,jも選択しない状態（すなわち、すべてのスイッチ素
子１４０は「ＯＦＦ」状態）に設定する。この状態で、
リセット指示信号Ｒを非有意に設定して各積分回路２２
０での積分動作を開始させる。

【００８５】次に、第１実施形態と同様に、各垂直受光
部１１０_jの垂直走査における第１番目の受光素子１２
０_1,jのスイッチ素子１４０のみを「ＯＮ」とする垂直
走査信号Ｖ₁を出力する。スイッチ素子１４０が「Ｏ
Ｎ」となると、それまでの受光によって光電変換素子１
３０に蓄積された電荷が電流信号となって受光部１００
から出力される。そして、初期値の容量値Ｃ₀に設定さ
れた可変容量部２２２に電荷Ｑが流入する。

【００８６】引き続き、第１実施形態と同様に、容量制
御機構２４０は、ＳＷ１２〜ＳＷ１３を開放した後、Ｓ
Ｗ２２〜ＳＷ２４を閉じる。この結果、積分信号Ｖ
_Sは、Ｖ_S＝Ｑ／Ｃ₁ という電圧値を出力する。この電圧値は、比較回路２３
０に入力し、基準電圧値Ｖ_REFと比較される。

【００８７】Ｖ_S＞Ｖ_REFであれば、この比較結果を受
けて容量制御機構２４０は、更に、ＳＷ２２を開放した
後にＳＷ１２を閉じる。この結果、積分信号Ｖ_Sは、Ｖ_S＝Ｑ／（Ｃ₁＋Ｃ₂）という電圧値を出力する。この電圧値は、比較回路２３
０に入力し、基準電圧値Ｖ_REFと比較される。

【００８８】また、Ｖ_S＜Ｖ_REFであれば、この比較結
果を受けて容量制御機構２４０は、更に、ＳＷ１１およ
びＳＷ２２を開放した後にＳＷ１２およびＳＷ２１を閉
じる。この結果、積分信号Ｖ_Sは、Ｖ_S＝Ｑ／Ｃ₂ という電圧値を出力する。この電圧値は、比較回路２３
０に入力し、基準電圧値Ｖ_REFと比較される。そして、
可変容量部２２２の容量値の変化の度に、ＭＳＢからＬ
ＳＢへ向けて、順次、比較回路２３０からシリアルデジ
タルデータが順次ＦＩＬＯレジスタ５２２に入力し格納
される。

【００８９】以後、同様にして、積分回路２２０−比較
回路２３０−容量制御機構２４０−積分回路２２０のフ
ィードバックループによって、比較および容量設定（Ｓ
Ｗ１１〜ＳＷ１４、ＳＷ２１〜ＳＷ２４の「ＯＮ／ＯＦ
Ｆ」制御を順次繰り返して、容量素子Ｃ４までに関する
容量制御を行う。こうして、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の全て
について容量制御を終了すると、比較回路２３０は、シ
リアルデジタルデータのＬＳＢまでの出力容量を終了
し、ＦＩＬＯレジスタ５２２は、自系の１画素分のデー
タの入力を終了する。

【００９０】処理ユニット５２３は、自系のＦＩＬＯレ
ジスタ５２２からシリアルデジタルデータをＬＳＢから
ＭＳＢへのビット順序で入力するとともに、隣接する系
のＦＩＬＯレジスタ５２２からシリアルデジタルデータ
をＬＳＢからＭＳＢへのビット順序で入力する。そし
て、輪郭抽出の演算後、演算結果をパラレルデジタルデ
ータ信号として水平読み出しスイッチ２５２へ向けて出
力する。

【００９１】水平読み出し部２５０では、処理ユニット
５２３から出力されたパラレルデジタルデータ信号を入
力し、水平走査信号Ｈ_jに基づいて各垂直受光部１１０
_jの垂直走査における第１番目の受光素子１２０_1,jに
応じた検出信号を順次出力する。

【００９２】この結果、水平読み出しスイッチ２５２か
らはデジタル信号が出力されるので、ビデオ信号配線４
００の容量による分圧によってアナログ信号の場合のよ
うな影響を受けない。また、従来は必要であった外付け
のアナログデジタル変換器が不要となる。

【００９３】なお、垂直走査信号Ｖ₁は、垂直走査にお
ける第１番目の受光素子の光電変換素子が蓄積した電荷
を放出しきったと推定される時間を見計らって、受光素
子を選択しない設定とされる。

【００９４】垂直走査における垂直受光部１１０_jの第
１番目の受光素子１２０_1,jに応じた検出信号の順次読
み出しが終了すると、リセット指示信号Ｒを有意とす
る。

【００９５】次に、リセット指示信号Ｒを再び非有意、
可変容量部２２２の容量値を初期値Ｃ₀とした後、各垂
直受光部１１０_jの垂直走査における第２番目の受光素
子１２０_2,jのスイッチ素子１４０のみを「ＯＮ」状態
とする垂直走査信号Ｖ₂を出力する。スイッチ素子が
「ＯＮ」となると、それまでの受光によって光電変換素
子１３０に蓄積された電荷が電流信号となって受光部か
ら出力される。

【００９６】以後、垂直走査における垂直受光部１１０
_jの第１番目の受光素子１２０_1,jと同様にして、垂直
走査における垂直受光部１１０_jの第２番目の受光素子
１２０_2,jに応じた検出信号を順次読み出す。

【００９７】引き続き、各垂直受光部１１０_jの受光素
子１２０_i,jを順次指定しながら、各垂直受光部１１０
_jの垂直走査における第１番目の受光素子１２０_1,jの
場合と同様にして、各垂直受光部１１０_jの受光素子１
２０_i,jに応じた検出信号を順次読み出すことにより、
受光部に入力した光像の撮像データを収集する。

【００９８】なお、本実施形態においても、第１実施形
態に対する第２実施形態と同様の変形が可能である。

【００９９】本発明は、上記の実施形態に限定されるも
のではなく変形が可能である。例えば、第１実施形態に
おいて、水平読み出し部をスイッチ素子２５２のみの構
成として、簡便な回路構成を採用することが可能であ
る。但し、この場合には、水平処理部ごとのオフセット
値の補償ができないので、上記の実施形態よりも測定精
度の劣化が予想される。

【０１００】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の固
体撮像装置によれば、電荷増幅器を含む簡易な回路構成
で、デジタル化した後に水平読み出し部から光検出信号
を出力することとしたので、ビデオ信号配線の容量に伴
う分圧がアナログ信号の場合のように精度に実質的に影
響しなくなるので、精度良く受光部に入力した光像の撮
像データを収集することができる。

【０１０１】また、デジタル化を水平読み出しの前に実
施するので、外付けのアナログデジタル変換器が不要と
なり、装置として簡易に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の固体撮像装置の回路構
成図である。

【図２】本発明の第１実施形態の固体撮像装置の積分回
路の回路構成図である。

【図３】本発明の第１実施形態の固体撮像装置の動作説
明図である。

【図４】本発明の第２実施形態の固体撮像装置の積分回
路の回路構成図である。

【図５】本発明の第３実施形態の固体撮像装置の回路構
成図である。

【図６】従来の固体撮像装置の回路構成図である。

【符号の説明】

１００…受光部、１１０…垂直受光部、１２０…受光素
子、１３０…光電変換素子、１４０…スイッチ素子、２
００…信号処理部、２１０…水平信号処理部、２２０，
２９０…積分回路、２２１…電荷増幅器、２２２，２２
９…容量素子、２２３…スイッチ素子、２３０…比較回
路、２４０…容量制御機構、２５０…水平読み出し部、
２５１…ＲＯＭ、２５２…スイッチ素子、３００…タイ
ミング制御部、３１０…基本タイミング部、３２０…垂
直シフトレジスタ、３３０…水平シフトレジスタ、３４
０…制御信号部、４００…ヒデオ信号配線、５２１…ク
ランプ回路、５２２…ＦＩＬＯレジスタ、５２３…処理
ユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/335 H01L 27/146

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力した２次元光像を撮像する固体撮像
装置であって、入力光信号を電流信号に変換する光電変換素子と、前記
光電変換素子の信号出力端子に第１の端子が接続され、
垂直走査信号に応じて第２の端子から前記光電変換素子
で発生した電流信号を流出するスイッチ素子とを１組の
受光素子として、第１の方向に沿って第１の数だけ配列
されるとともに、夫々の前記スイッチ素子の第２の端子
と互いに電気的に接続された信号出力端子を有する垂直
受光部が、第２の方向に沿って第２の数だけ配列された
受光部と、前記垂直受光部からの電流信号を入力し増幅して出力す
る電荷増幅器と、前記電荷増幅器の入出力端子間に接続
され容量指示信号に応じて容量値が離散的に変化する可
変容量部とを有し、夫々の前記垂直受光部から電流信号
を夫々個別に入力し、積分動作を行うか否かを指示する
リセット指示信号が積分動作を行う事を指示した場合
に、前記垂直受光部から出力された電流信号を時間積分
して得られる電荷を前記可変容量部に蓄積し、その蓄積
された電荷量及び前記可変容量部の容量値に応じた値の
積分信号を出力する第２の数の積分回路と、夫々の前記積分回路から出力された前記積分信号の値を
夫々基準値と大小比較して、その大小比較結果を比較結
果信号として出力する第２の数の比較回路と、夫々の前記比較回路から出力された前記比較結果信号を
入力し、前記比較結果信号に基づいて前記可変容量部に
対して設定すべき前記容量値を指示する前記容量指示信
号を出力するとともに、前記比較結果信号に基づいて前
記積分信号の値と前記基準値とが所定の分解能で一致し
ていると判断した場合には、前記容量指示信号に基づい
て、前記可変容量部の前記容量値に応じた第１のデジタ
ル信号を出力する第２の数の容量制御部と、夫々の前記容量制御部から出力された前記第１のデジタ
ル信号を夫々入力し、水平走査信号に応じて夫々の前記
第１のデジタル信号に対応した第２のデジタル信号を出
力する第２の数の水平読み出し部と、を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】前記第１のデジタル信号の値と前記第２
のデジタル信号の値とは同一である、ことを特徴とする
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】前記水平読み出し部は、前記容量制御部
から出力された前記第１のデジタル信号を入力し、前記
第１のデジタル信号をデータ変換して前記第２のデジタ
ル信号を出力するデータ変換部を更に備える、ことを特
徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】前記データ変換はオフセット除去であ
る、ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】前記データ変換部は、アドレス入力端子
に前記第１のデジタル信号を入力し、記憶部に書き込ま
れたデータに基づいてデータ変換を行い、データ出力端
子から前記第２のデジタル信号を出力する読み出し専用
記憶素子を備える、ことを特徴とする請求項３記載の固
体撮像装置。
【請求項６】入力した２次元光像を撮像する固体撮像
装置であって、入力光信号を電流信号に変換する光電変換素子と、前記
光電変換素子の信号出力端子に第１の端子が接続され、
垂直走査信号に応じて第２の端子から前記光電変換素子
で発生した電流信号を流出するスイッチ素子とを１組の
受光素子として、第１の方向に沿って第１の数だけ配列
されるとともに、夫々の前記スイッチ素子の第２の端子
と互いに電気的に接続された信号出力端子を有する垂直
受光部が、第２の方向に沿って第２の数だけ配列された
受光部と、前記垂直受光部からの電流信号を入力し増幅して出力す
る電荷増幅器と、前記電荷増幅器の入出力端子間に接続
され容量指示信号に応じて容量値が離散的に変化する可
変容量部とを有し、夫々の前記垂直受光部から電流信号
を夫々個別に入力し、積分動作を行うか否かを指示する
リセット指示信号が積分動作を行う事を指示した場合
に、前記垂直受光部から出力された電流信号を時間積分
して得られる電荷を前記可変容量部に蓄積し、その蓄積
された電荷量及び前記可変容量部の容量値に応じた値の
積分信号を出力する第２の数の積分回路と、夫々の前記積分回路の前記可変容量部の容量値の変化ご
とに、夫々の前記積分回路から出力された前記積分信号
の値を夫々基準値と大小比較して、その大小比較結果で
ある比較結果信号を第１のシリアルデジタルデータとし
て出力する第２の数の比較回路と、夫々の前記比較回路から出力された前記比較結果信号を
入力し、前記積分信号の値が所定の分解能で前記基準値
と一致するまで、前記比較結果信号の値に基づいて前記
可変容量部に通知する前記容量指示信号を出力する第２
の数の容量制御部と、夫々の前記比較回路から出力された第１のシリアルデジ
タルデータを順次入力し、入力順とは逆の順序で第２の
シリアルデジタルデータとして出力する第２の数のファ
ーストインラストアウトレジスタと、夫々の前記ファーストインラストアウトレジスタから順
次前記第２のシリアルデジタルデータを入力し、前記第
２のシリアルデジタルデータをパラレル化して第１のパ
ラレルデジタルデータを出力する第２の数の処理ユニッ
トと、夫々の前記処理ユニットから出力された前記第１のパラ
レルデジタルデータを夫々入力し、水平走査信号に応じ
て夫々の前記第１のパラレルデジタルデータに対応した
デジタル信号を出力する第２の数の水平読み出し部と、を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】前記処理ユニットは、隣接する前記垂直
受光部に応じた前記ファーストインラストアウトレジス
タから出力される前記第２のシリアルデジタルデータを
更に入力し、隣接する画素同士について演算を行って第
２のパラレルデジタルデータを前記水平読み出し部へ向
けて出力する、ことを特徴とする請求項６記載の固体撮
像装置。
【請求項８】前記可変容量部は、前記電荷増幅器の入力端子と夫々の一方の端子が接続さ
れた２以上の整数である第３の数の容量素子と、夫々の前記容量素子の他方の端子と一方の端子が接続さ
れ、他方の端子が前記電荷増幅器の出力端子と接続さ
れ、前記容量指示信号の値に応じて開閉する第３の数の
第１のスイッチ素子と、夫々の前記容量素子の他方の端子と一方の端子が接続さ
れ、他方の端子が基準電位レベル端子と接続され、前記
容量指示信号の値に応じて開閉する第３の数の第２のス
イッチ素子と、を備えることを特徴とする請求項１または６記載の固体
撮像装置。
【請求項９】前記第３の数をＮとすると、前記分解能
は前記基準値の２^N- ¹分の１であり、前記可変容量部のＮ個の前記容量素子それぞれの容量値
をＣ₁〜Ｃ_Nとすると、これらの容量値相互は、Ｃ₁＝２Ｃ₂＝・・・＝２^N-1Ｃ_N の関係を満たすことを特徴とする請求項８記載の固体撮
像装置。