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JPH0525226B2 - - Google Patents
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JPH0525226B2 - - Google Patents

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JPH0525226B2
JPH0525226B2 JP58191197A JP19119783A JPH0525226B2 JP H0525226 B2 JPH0525226 B2 JP H0525226B2 JP 58191197 A JP58191197 A JP 58191197A JP 19119783 A JP19119783 A JP 19119783A JP H0525226 B2 JPH0525226 B2 JP H0525226B2
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signal
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/616Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise involving a correlated sampling function, e.g. correlated double sampling [CDS] or triple sampling
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は固体撮像装置の信号処理回路に関し、
特にMOS形固体撮像装置の信号処理回路に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] Technical Field The present invention relates to a signal processing circuit for a solid-state imaging device;
In particular, it relates to signal processing circuits for MOS solid-state imaging devices.

背景技術 水平電荷結合装置(HCCD)を持つCCD形固
体撮像装置(以下、CCDエリアエンサと略称さ
れる。)と水平信号線(HSL)を持つMOS形固
体撮像装置(以下、MOSエリアセンサと略称さ
れる。)は公知である。これらのエリアセンサは
特有のノイズを出力信号と共に発生するので、ノ
イズ除去のために多くの先行技術が提案されてい
る。特開53−40215は水平信号線と基準電源をリ
セツトトランジスタで接続し、そして、垂直信号
線の水平信号線を並列に接続された水平走査トラ
ンジスタとクリアトランジスタで接続する事を開
示する。テレビジヨン画像工学ハンドブツク、
432頁はMOSラインセンサにおいて、信号線と基
準電源をリセツトトランジスタによつて接続し、
そして信号電圧をサンプリングする事を開示す
る。セキン&トンプセツト、電荷転送デバイス、
近代科学社、49頁、そしてHowes&Morgam、
Charge−Coupled Devices&systems、John
WiLey&sons、74頁はCCDエリアセンサの信号
電圧を相函2重サンプリング技術によつて処理す
る事を開示する。
Background technology A CCD type solid-state image sensor (hereinafter abbreviated as CCD area sensor) with a horizontal charge-coupled device (HCCD) and a MOS type solid-state image sensor (hereinafter abbreviated as MOS area sensor) with a horizontal signal line (HSL). ) is publicly known. Since these area sensors generate characteristic noise along with their output signals, many prior art techniques have been proposed for noise removal. JP-A No. 53-40215 discloses that a horizontal signal line and a reference power source are connected by a reset transistor, and a horizontal signal line of a vertical signal line is connected by a horizontal scanning transistor and a clear transistor connected in parallel. Television Image Engineering Handbook,
Page 432 shows how to connect the signal line and reference power supply using a reset transistor in a MOS line sensor.
It also discloses sampling the signal voltage. Sekin & Tompset, charge transfer device,
Kindai Kagakusha, 49 pages, and Howes & Morgan,
Charge−Coupled Devices & systems, John
WiLey&sons, page 74 discloses processing the signal voltage of a CCD area sensor by means of phase-box double sampling technique.

発明の開示 上記の先行技術によつてMOSエリアセンサま
たはCCDエリアセンサのSN比は改善される。し
かしながら、固体撮像装置のSN比はさらに改善
される必要があり、実用化のために多くの問題を
解決する必要がある。従来の、水平信号線と基準
電源を接続するリセツトトランジスタを備える
MOS形エリアセンサの問題は信号電荷が垂直信
号線と水平信号線に分割されるので、水平信号線
の信号電圧が小さくなる事である。垂直信号線の
容量が大きい事と水平走査トランジスタのターン
オン時間が短いために水平信号線の充電が十分で
ないために、光セルの信号電荷の30%程度の量だ
けがHSLに送られる。そして、水平ブランキン
グ期間に実施されるクリアトランジスタのクリア
動作は垂直信号線(VSL)に固定ノイズ電荷を
残留させる。上記の固定ノイズ電荷は水平走査ト
ランジスタとクリアトランジスタのばらつきまた
は水平走査パルス電圧とクリアパルス電圧のばら
つきによつて発生する。従来の、相函2重サンプ
リング回路を使用するCCD形エリアセンサの問
題は相函2重サンプリング回路のクランプ回路と
サンプルホールド回路がスイツチング動作を含む
ので、バイポーラ信号処理回路で構成する事が困
難である事である。さらに、上記のクランプ回路
とサンプルホールド回路のクロツクノイズは信号
のSN比を低下させる。本発明は上記の問題を解
決するためになされた。上記の問題を解決するた
めに複数の独立発明を開示する。これらの独立発
明は深い相互関係を持ち、一緒に実施する事によ
つて相乗効果を発生するので一緒に記載される。
本発明はしたががつて、固体撮像装置のSN比の
改善である。特開58−15374、特開58−59681、特
出57−187173、は本出願人によつて出願された本
発明の先行発明である。特開57−41081、特開57
−65073、特開57−83974、特開58−145153、特出
57−107771、特出57−129146、特出58−6134、特
出58−20405は本発明の関連する先行発明である。
本発明の特徴と効果が以下に説明される。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The above prior art improves the SN ratio of a MOS area sensor or a CCD area sensor. However, the SN ratio of solid-state imaging devices needs to be further improved, and many problems need to be solved for practical use. Equipped with a conventional reset transistor that connects the horizontal signal line and the reference power supply
The problem with MOS area sensors is that the signal charge is divided into the vertical signal line and horizontal signal line, so the signal voltage on the horizontal signal line becomes small. Because the horizontal signal line is not sufficiently charged due to the large capacitance of the vertical signal line and the short turn-on time of the horizontal scanning transistor, only about 30% of the signal charge of the photocell is sent to the HSL. The clear operation of the clear transistor performed during the horizontal blanking period causes fixed noise charges to remain in the vertical signal line (VSL). The above-mentioned fixed noise charges are generated due to variations in the horizontal scanning transistor and the clear transistor or variations in the horizontal scanning pulse voltage and the clear pulse voltage. The problem with conventional CCD area sensors that use phased double sampling circuits is that the clamp circuit and sample hold circuit of the phased double sampling circuit involve switching operations, making it difficult to configure them with bipolar signal processing circuits. It is a certain thing. Furthermore, the clock noise of the above-mentioned clamp circuit and sample-and-hold circuit reduces the signal-to-noise ratio of the signal. The present invention has been made to solve the above problems. Several independent inventions are disclosed to solve the above problems. These independent inventions are described together because they are deeply interrelated and produce synergistic effects when practiced together.
The present invention is therefore an improvement in the SN ratio of a solid-state imaging device. JP-A-58-15374, JP-A-58-59681, and JP-A-57-187173 are prior inventions of the present invention filed by the present applicant. JP57-41081, JP57
−65073, JP 57-83974, JP 58-145153, Special
No. 57-107771, Japanese Patent Application No. 57-129146, Japanese Patent Application No. 58-6134, and Japanese Patent Application No. 58-20405 are prior inventions related to the present invention.
The features and advantages of the present invention are explained below.

本発明の基本的な特徴は、信号電荷を転送する
電荷結合装置と、該電荷結合装置の出力端に設け
られた前記信号電荷を受取る出力ダイオードと、
該出力ダイオードをリセツトするリセツトスイツ
チと、アンプを介して前記出力ダイオードの信号
電圧が一端に入力される結合コンデンサと、該結
合コンデンサの他端をクランプするクランプ回路
と、該結合コンデンサの他端から直接に又はアン
プを介して信号電圧が入力されるアナログ伝達ゲ
ートとを備える固体撮像装置において、 前記リセツトスイツチが動作する第1期間は、
上記クランプ回路が動作する第2期間と重ねるこ
とにある。
The basic features of the present invention include: a charge-coupled device for transferring signal charges; an output diode for receiving the signal charges provided at the output end of the charge-coupled device;
A reset switch that resets the output diode, a coupling capacitor to which the signal voltage of the output diode is input via an amplifier, a clamp circuit that clamps the other end of the coupling capacitor, and a circuit that connects the other end of the coupling capacitor to the other end of the coupling capacitor. In a solid-state imaging device comprising an analog transmission gate to which a signal voltage is input directly or via an amplifier, the first period in which the reset switch operates is:
This period overlaps with the second period in which the clamp circuit operates.

もちろん、この第2期間は、第1期間を含むこ
ともできる。
Of course, this second period can also include the first period.

例えば、一態様の構造を持つMOS形エリアセ
ンサにおいて、第1期間にリセツトトランジスタ
が動作して水平信号線に基準電位を与え、次の第
2期間にクランプ回路が動作して、結合コンデン
サの第2端に基準電位を与え、次の第3期間に蓄
積コンデンサからHSLに信号電荷が読み出され
る。このようにすれば、リセツトトランジスタに
よるリセツトノイズは大巾に削限され、水平信号
線に抵抗を接続する実施例に比べて出力される平
均信号電圧は大巾に大きくなる。水平走査トラン
ジスタとクリアトランジスタによつて水平スイツ
チ回路を構成し、上記のリセツトスイツチを備え
る従来例において、VSLとHSLの容量分割及び
水平走査スイツチの動作時間の短縮はHSLの信
号電圧は大巾に小さくなつた。本発明によれば上
記の従来例に比べて2〜3倍以上と水平信号電圧
を得る事ができ、さらに水平走査スイツチを小型
にできるので水平走査ノイズは小さくなる。さら
に、第1期間の後で第2期間を設定するか、第1
期間とオーバラツプして第2期間を設定する事に
よつて、第1期間または第1期間後に出力される
リセツトノイズを上記のクランプ回路で除去でき
る。上記の結果、信号のSN比は大巾に改善され
た。
For example, in a MOS area sensor having one type of structure, the reset transistor operates during the first period to apply a reference potential to the horizontal signal line, and the clamp circuit operates during the second period to apply the reference potential to the coupling capacitor. A reference potential is applied to the two ends, and signal charges are read out from the storage capacitor to the HSL in the next third period. In this way, the reset noise caused by the reset transistor is greatly reduced, and the average signal voltage output is greatly increased compared to the embodiment in which a resistor is connected to the horizontal signal line. In the conventional example in which a horizontal switch circuit is configured by a horizontal scanning transistor and a clear transistor, and is equipped with the above-mentioned reset switch, the capacitance division between VSL and HSL and the shortening of the operation time of the horizontal scanning switch greatly reduce the HSL signal voltage. It got smaller. According to the present invention, it is possible to obtain a horizontal signal voltage 2 to 3 times higher than that of the conventional example described above, and furthermore, the horizontal scanning switch can be made smaller, so that the horizontal scanning noise is reduced. Additionally, set a second period after the first period, or
By setting the second period to overlap with the period, the reset noise output during or after the first period can be removed by the clamp circuit. As a result of the above, the signal-to-noise ratio was greatly improved.

前記態様において、他の構造が付加される。そ
して、第1期間または第2期間以外の第4期間に
サンプリングホールド回路またはアナログ伝達ゲ
ート回路によつて出力信号電圧が選択的に伝送さ
れる。このようにすれば、水平走査ノイズ電圧も
除去する事ができる。ただし、第4期間が始まる
前に蓄積コンデンサからHSLに信号電荷が読み
出される必要がある。従来のラインセンサにおい
て、リセツトスイツチとサンプルホールド回路の
使用によつて水平走査ノイズを除去する事は公知
である。しかし、この技術をエリアセンサに応用
する時に独立発明1に説明された理由によつて
NSLの信号電圧が小さくなる欠点と、VSLに大
きな残留信号電荷が存在する欠点が発生した。さ
らにリセツトノイズによつてSN比が大巾に低下
した。また従来の相函2重サンプリング技術にお
いて、この技術を独立発明1のMOS形エリアセ
ンサに応用する事によつて水平走査ノイズをリセ
ツトノイズと共に除去できる事は公知ではなかつ
た。本発明によれば水平走査ノイズとリセツトノ
イズを除去できるので特に水平走査トランジスタ
を備えるMOS形エリアセンサにおいて、信号の
SN比は大巾に改善される。独立発明1の水平ス
イツチ回路と、リセツトスイツチと、サンプリン
グホールド回路またはアナログ伝達ゲート回路を
使用し、第1、第3、第4期間をオーバラツプし
ないように設定する事によつて水平走査ノイズは
除去できる。さらにローパスフイルタの使用によ
つてリセツトノイズも除去できる。しかし、リセ
ツトスイツチがターンオフする時のクロツク電圧
のゆらぎ、または熱的ゆらぎによつて、リセツト
期間(第1期間)の後でHSLにノイズ電荷が残
留する事に注目されたい。このノイズ電圧をコン
デンサ(結合コンデンサ)を介してクランプすれ
ばSN比はさらに改善される。これは上記のゆら
ぎノイズが短時間において変化が少ない事に起因
する。すなわち、ゆらぎノイズの低周波成分がカ
ツトされる。そしてその高周波成分はローパスフ
イルタによつて抑圧される。独立発明1に開示さ
れる水平スイツチ回路において、VSLの信号電
荷の80%〜95%、またはそれ以上の信号電荷を
HSLに転送できる事は本出願人による先行発明
によつて説明されている。その結果、リセツトス
イツチの使用による残留信号電荷クリア問題
(VSLの残留信号電荷)はより簡単になる。従来
において、水平走査スイツチと並列に接続される
クリアスイツチは大きなノイズを発生した。これ
は、クリアパルス電圧と水平パルス電圧のばらつ
き、そしてクリアトランジスタと水平走査スイツ
チのしきい値電圧または容量のばらつきに起因す
る。さらに、本発明のリセツトスイツチはHSL
だけを放電すればよいので小型にでき、そのリセ
ツトノイズは小さくなる。上記の説明は独立発明
1と従属発明1の両方の説明である。なお、アナ
ログ伝達ケード回路による信号電圧のサンプリン
グは従来の相函2重サンプリング技術に開示され
るサンプルホールド回路に比べて簡単であり、特
にバイポーラ集積回路によつて構成できる利点が
ある。従来のサンプルホールド回路において、サ
ンプリングスイツチがターンオフする瞬間の入力
信号電圧と共存するノイズ電圧はホールド期間の
間だけ保持される。その結果、上記の瞬間の高周
波ノイズ電圧が低周波化され、ローパスフイルタ
を使用しても除去できない欠点があつた。アナロ
グ伝達ゲート回路の使用によつて上記の高周波ノ
イズ電圧はそのまま伝達されるのでローパスフイ
ルタによつて容易に除去できる。
In the above embodiments, other structures are added. Then, the output signal voltage is selectively transmitted by the sampling hold circuit or the analog transmission gate circuit during a fourth period other than the first period or the second period. In this way, horizontal scanning noise voltage can also be removed. However, before the fourth period begins, the signal charge needs to be read out from the storage capacitor to the HSL. In conventional line sensors, it is known to eliminate horizontal scan noise through the use of reset switches and sample and hold circuits. However, when applying this technology to an area sensor, due to the reason explained in Independent Invention 1.
The disadvantages were that the signal voltage of NSL was small and that VSL had a large residual signal charge. Furthermore, the signal-to-noise ratio decreased significantly due to reset noise. Furthermore, in the conventional phase-box double sampling technique, it was not known that by applying this technique to the MOS area sensor of Independent Invention 1, horizontal scanning noise can be removed together with reset noise. According to the present invention, since horizontal scanning noise and reset noise can be removed, it is possible to eliminate signal
The signal-to-noise ratio is greatly improved. Horizontal scanning noise is removed by using the horizontal switch circuit, reset switch, sampling hold circuit or analog transmission gate circuit of Independent Invention 1 and setting the first, third, and fourth periods so that they do not overlap. can. Furthermore, reset noise can also be removed by using a low-pass filter. Note, however, that noise charge remains in the HSL after the reset period (first period) due to clock voltage fluctuations or thermal fluctuations when the reset switch turns off. If this noise voltage is clamped via a capacitor (coupling capacitor), the S/N ratio can be further improved. This is due to the fact that the fluctuation noise described above does not change much over a short period of time. That is, low frequency components of fluctuation noise are cut out. The high frequency components are then suppressed by a low pass filter. In the horizontal switch circuit disclosed in Independent Invention 1, a signal charge of 80% to 95% or more of the signal charge of VSL is
The ability to transfer to HSL is explained by the applicant's prior invention. As a result, the problem of clearing residual signal charge (residual signal charge in VSL) by using a reset switch becomes easier. In the past, a clear switch connected in parallel with a horizontal scan switch generated a large amount of noise. This is due to variations in the clear pulse voltage and horizontal pulse voltage, and variations in threshold voltage or capacitance of the clear transistor and horizontal scanning switch. Furthermore, the reset switch of the present invention
Since it is only necessary to discharge the battery, it can be made smaller and its reset noise can be reduced. The above explanation is an explanation of both independent invention 1 and dependent invention 1. It should be noted that sampling of signal voltages by the analog transmission chain circuit is simpler than the sample-and-hold circuit disclosed in the conventional phase-box double sampling technique, and has the advantage that it can be constructed using a bipolar integrated circuit. In conventional sample and hold circuits, the noise voltage coexisting with the input signal voltage at the moment the sampling switch turns off is held only during the hold period. As a result, the above-mentioned instantaneous high-frequency noise voltage is lowered in frequency, and there is a drawback that it cannot be removed even by using a low-pass filter. By using an analog transmission gate circuit, the above-mentioned high frequency noise voltage is transmitted as is, and therefore can be easily removed by a low pass filter.

他態様の構造において、水平走査ノイズは水平
走査トランジスタを使用する実施例に比べて非常
に小さくできるので第3期間が終らない時刻に第
4期間を開始する事ができる。従属発明1の問題
は1画素処理期間内に第1、第2、第3、第4期
間を設定する必要がある事である。従来の相函2
重サンプリング技術において、各期間は互いに独
立に設定される。その結果、各スイツチの動作時
間は非常に短かくなり、画素数の増加によつて設
計が非常に困難になつた。たとえば1画素信号を
130nsecで処理する場合、各期間はそれぞれ
20nsecであり、各期間の間に約13nsecの過度期間
が配置される。本発明は上記の問題を改善する。
In another embodiment of the structure, the horizontal scan noise can be much smaller than in embodiments using horizontal scan transistors, allowing the fourth period to begin at a time when the third period does not end. The problem with dependent invention 1 is that it is necessary to set the first, second, third, and fourth periods within one pixel processing period. Conventional Sobako 2
In the heavy sampling technique, each period is set independently from each other. As a result, the operating time of each switch became very short, and the design became very difficult due to the increase in the number of pixels. For example, one pixel signal
When processing at 130nsec, each period is
20 nsec, with a transient period of about 13 nsec between each period. The present invention ameliorates the above problems.

他態様の構造において、クランプ回路はリセツ
トスイツチのスイツチングノイズの伝送を抑圧す
るので、第4期間は第3期間と重なる事ができ
る。その結果、従来の相函2重サンプリング技術
に比べて、各期間を長くする事ができる。信号伝
送期間(第4期間)の増加は平均SN比を向上す
る。
In another embodiment of the structure, the fourth period may overlap the third period because the clamp circuit suppresses the transmission of switching noise of the reset switch. As a result, each period can be made longer than in the conventional double sampling technique. Increasing the signal transmission period (fourth period) improves the average SN ratio.

他態様の構造において、水平走査ノイズは非常
に小さくなる。したがつて第2期間内に第1期間
を設定する事によつて、結合コンデンサの第2端
にリセツトノイズと水平走査ノイズが非常に小さ
い信号電圧を発生させる事ができる。その結果、
サンプルホールド回路またはアナログ伝達ゲート
は任意の時間帯に設定できる。また、サンプルホ
ールド回路とアナログ伝達ゲート回路を省略でき
る。その結果、各期間は長くなり、平均SN比は
改善され、回路設計が簡単になる。たとえば1画
素信号を130nsecで処理する場合、第1期間は第
2期間と同時に開始され、第1期間は40nsec、第
2期間は60nsecであり、第4期間は70nsecであ
り、第3期間は第4期間に任意に設定される。
In other embodiments of the structure, the horizontal scan noise will be very small. Therefore, by setting the first period within the second period, a signal voltage with very small reset noise and horizontal scanning noise can be generated at the second end of the coupling capacitor. the result,
The sample and hold circuit or analog transfer gate can be set to any time period. Furthermore, the sample hold circuit and analog transmission gate circuit can be omitted. As a result, each period is longer, the average signal-to-noise ratio is improved, and circuit design is simplified. For example, when processing one pixel signal at 130 nsec, the first period starts at the same time as the second period, the first period is 40 nsec, the second period is 60 nsec, the fourth period is 70 nsec, and the third period starts at the same time as the second period. It is arbitrarily set to 4 periods.

他態様の構造において、各水平走査期間におい
て、各HSLは異なるVSLから信号電荷を受け取
る。このようにすれば、各HSLはオーバーラツ
プして動作できるので、1画素信号処理時間は大
巾に増加する。好ましい実施例において、HSL
は2、または4本配設される。このようにすれ
ば、第1〜第4期間はそれぞれ大巾に長くなるの
で回路設計が容易になり、クロツク電力が低下す
る。
In another embodiment of the structure, each HSL receives signal charge from a different VSL in each horizontal scan period. In this way, since each HSL can operate in an overlapping manner, the time required for processing one pixel signal increases significantly. In a preferred embodiment, HSL
2 or 4 are installed. In this way, each of the first to fourth periods becomes significantly longer, which facilitates circuit design and reduces clock power.

他態様の構造において、簡単なバイポーラアナ
ログ伝達ゲート回路が開示される。好ましい実施
例において、出力信号電圧は上記のバイポーラト
ランジスタのコレクタから発生し、上記のパルス
回路は第2バイポーラトランジスタである。この
ようにすれば、アナログ伝達ゲートが複数個配置
される実施例において、ベース/エミツタ間電圧
のばらつきによるレベル差と、クロツク電力の増
加を抑制できる。
In another aspect of the structure, a simple bipolar analog transmission gate circuit is disclosed. In a preferred embodiment, the output signal voltage is generated from the collector of said bipolar transistor and said pulse circuit is a second bipolar transistor. In this way, in an embodiment in which a plurality of analog transmission gates are arranged, level differences due to variations in base-emitter voltage and increases in clock power can be suppressed.

HCCDと出力ダイオードの間に直流MOSゲー
ト(電位障壁)を備えるCCD形リニアまたはエ
リアセンサにおいて、HCCDの転送クロツクノイ
ズは一定であり、しかも非常に小さいので第3期
間が終る前に第4期間を実施してもSN比の劣化
は非常に小さい。もちろんローパスフイルタで転
送クロツクノイズを除去する事も可能である。こ
のようにすれば各期間を延長する事ができる。
In a CCD type linear or area sensor that has a DC MOS gate (potential barrier) between the HCCD and the output diode, the transfer clock noise of the HCCD is constant and very small, so the fourth period is executed before the third period ends. However, the deterioration of the SN ratio is very small. Of course, it is also possible to remove transfer clock noise with a low-pass filter. In this way, each period can be extended.

本発明によれば、第1〜第4期間を延長でき
る。第1、第2期間を重ならせることにより第1
〜第4期間を延長する事ができる。好ましい実施
例において、サンプルホールド回路またはアナロ
グ伝達ゲート回路は省略される。そして、第2期
間以外の期間は第4期間であり、第3期間は第4
期間内に設定される。
According to the present invention, the first to fourth periods can be extended. By overlapping the first and second periods, the first
~The fourth period can be extended. In preferred embodiments, sample and hold circuits or analog transmission gate circuits are omitted. The period other than the second period is the fourth period, and the third period is the fourth period.
Set within the period.

上記の各発明また従来の相函2重サンプリング
回路の問題は高速クランプ回路の設計である。特
に、サンプルホールド回路またはアナログ伝達ゲ
ート回路を持たない実施例において、クランプ回
路は高速で動作する必要がある。(結合コンデン
サの第2端を高速で電位固定する必要がある。) クレーム13の構造の採用において、上記の問
題は解決される。すなわち、クランプ期間(第2
期間)において、結合コンデンサの第1端の電位
変動が充電回路のエミツタホロワトランジスタの
エミツタ/ベース間電圧を増加すれば、上記のエ
ミツタホロワトランジスタは大きな充電電流を流
して、結合コンデンサの第2端の電位変化を抑圧
する。そして、結合コンデンサの第1端の上記の
電位変動が放電回路の定電流放電特性によつて急
速に放電される。この放電の間、上記のエミツタ
ホロワ回路の充電電流は0または大巾に抑圧され
る。放電回路のエミツタ抵抗を低減する程、上記
の放電電流は大きくなる。好ましい実施例におい
て、第2バイポーラトランジスタのベースに直流
電圧が印加され、上記の制御回路は第3バイポー
ラトランジスタであり、エミツタホロワトランジ
スタ(充電回路の)と第3バイポーラトランジス
タのベースには逆位相のパルス電圧が印加され
る。このようにすれば、クランプ回路をバイポー
ラトランジスタ集積回路で構成する事ができる。
さらに第2バイポーラトランジスタを飽和動作さ
せる事ができる。好ましい実施例において、リセ
ツトスイツチがターンオフする時に発生するリセ
ツトオフパルスノイズ電圧が上記の充電電流を減
少するように信号電圧の極性を設計すれば、リセ
ツトオフパルスノイズ電圧の立下り過渡波形電圧
は充電回路のエミツタホロワトランジスタのエミ
ツタ/ベース間電圧を増加する方向に働くので、
上記のリセツトオフパルスノイズ電圧の立下り過
渡波形電圧は高速でクランプできる。その結果、
リセツト期間が終つてすぐにクランプ期間を終る
事ができる。
A problem with each of the above-mentioned inventions and conventional phase-box double sampling circuits is the design of a high-speed clamp circuit. Particularly in embodiments that do not have sample-and-hold circuits or analog transmission gate circuits, the clamp circuit must operate at high speed. (It is necessary to fix the potential of the second end of the coupling capacitor at high speed.) In adopting the structure of claim 13, the above problem is solved. That is, the clamp period (second
If, during a period of Suppresses the potential change at the second end of . Then, the above-mentioned potential fluctuation at the first end of the coupling capacitor is rapidly discharged due to the constant current discharge characteristic of the discharge circuit. During this discharge, the charging current of the emitter follower circuit is suppressed to zero or to a large extent. The more the emitter resistance of the discharge circuit is reduced, the larger the above discharge current becomes. In a preferred embodiment, a DC voltage is applied to the base of the second bipolar transistor, the control circuit is a third bipolar transistor, and the emitter follower transistor (of the charging circuit) and the base of the third bipolar transistor have opposite voltages. A phase pulse voltage is applied. In this way, the clamp circuit can be constructed from a bipolar transistor integrated circuit.
Furthermore, the second bipolar transistor can be operated in saturation. In a preferred embodiment, if the polarity of the signal voltage is designed so that the reset-off pulse noise voltage generated when the reset switch turns off reduces the above charging current, the falling transient waveform voltage of the reset-off pulse noise voltage decreases from the charging current. Since it works in the direction of increasing the emitter-base voltage of the emitter follower transistor in the circuit,
The falling transient waveform voltage of the reset-off pulse noise voltage mentioned above can be clamped at high speed. the result,
The clamp period can end immediately after the reset period ends.

上記の各発明において、基本動作を損わない範
囲で公知または非公知の電気部品を付加する事は
上記の各発明と均等である。上記の各発明の他と
特徴と効果が以下に説明される。
In each of the above-mentioned inventions, it is equivalent to adding known or unknown electric parts to the extent that the basic operation is not impaired. Other features and effects of each of the above-mentioned inventions will be explained below.

実施例 図1は先行技術の説明の欄で説明された相函2
重サンプリング技術を表わす等価回路である。
CCD1から出力される信号電荷は出力ダイオー
ド2によつて電圧に変化され、出力ダイオード2
はリセツトスイツチ3によつて直流電位Voclに
リセツトされる。節点2Aはアンプ4Aと結合コ
ンデンサ5を介してクランプスイツイ6に接続さ
れる。節点5Bはアンプ4Bを介して、サンプル
スイツイ7とコンデンサ8によつて構成されるサ
ンプルホールド回路に入力される。アンプ4Cは
高い入力抵抗を持つ。図2は図1のクロツク波形
図である。図3はは本発明の1実施例を表わす等
価回路である。VSL12とHSL11は水平スイ
ツチ回路6によつて接続される。簡単に説明すれ
ば、水平ブランキング期間に、VSLの信号電荷
は直流ゲート電位を持つ第1転送ゲートを介して
第1コンデンサ9Cの第2端に不完全転送され、
さらに、第2転送ゲート9Dを介して蓄積コンデ
ンサ9Eの第2端に不完全転送される。第3コン
デンサ9Aは転送停止用コンデンサであり、完全
転送ゲート9Fはノイズ電荷クリア用転送ゲート
である。直流ゲート電位を持つ第3転送ゲート9
Gは電位障壁であり、水平走査回路10が水平走
査パルス電圧Vxを蓄積コンデンサ9Eの第1端
に印加する時に、その第2端の信号電荷は上記の
電位障壁を越えてHSLに転送される。HSL11
はリセツトスイツチ3とアンプ4Aに接続され
る。水平スイツチ回路の不完全転送動作と変形態
様に関しては本出願人による前記の先行出願を参
照されたい。アンプ4Aは結合コンデンサ5を介
してクランプ回路6に接続される。そして結合コ
ンデンサの第2端の信号電圧はアンプ4Bを介し
て出力される。図3の信号処理回路のクロツク波
形図が図4に説明される。ただし、電圧値と極性
は自由に設計できる。リセツトスイツイが動作す
る第1期間はクランプ回路が動作する第2期間に
含まれるので、コンデンサ5の第2端5Bの電位
はリセツトノイズの影響をほとんど受けない。そ
して、クランプスイツイがターンオフした後で、
コンデンサ9Eに水平走査パルス電圧が印加され
る第3期間が設定されるので、HSLの電圧が出
力される第4期間に信号電圧が出力される。上記
の水平スイツチ回路の水平走査ノイズは小さいの
でアンプ4Aのダイナミツクレンジは小さくて良
い。しかし、SN比の改善のためにアンプ.4A
は固定撮像素子に内蔵される電圧増巾アンプを含
む事が好ましい。1実施例において、上記の電圧
増巾アンプはCMOSソース接地アンプである。
ブルーミング抑制用P形ウエルと同じ工程で上記
のCMOSアンプ用のP形ウエルを作る事ができ
る。ただし、アンプに接続される抵抗は信号処理
チツプに作る事が望ましい。図5は本発明の他の
実施例を表わす等価回路図である。図5は基本的
に図4にアナログ伝達ゲート回路13を付加した
ものである。ただし、水平スイツチ回路は他の態
様が開示される。具体的には第3コンデンサ9F
と第4転送ゲート9Hが付加される。これらは
MOS電極であり、信号電荷は完全転送される。
図6は図5の1実施例のクロツク波形図である。
リセツトスイツチが動作する第1期間R1とクラ
ンプ回路が動作する第2期間C2は重なる。そし
てクランプ期間の終了後に蓄積コンデンサ9Eの
第1端に水平走査パルス電圧が印加される第3期
間S3が設定され、アナログ伝達ゲート回路が動
作する第4期間T4は第3期間と重なる。上記の
重なる時間は任意である。図7と図8はクランプ
回路の1実施例等価回路を表わす。図7におい
て、充電回路であるエミツタホロワトランジスタ
14のベースにはクロツク電圧V2が印加され
る。そしてそのエミツタは結合コンデンサ5の第
2端5Bに接続される。放電回路は第2バイポー
ラトランジスタ15とエミツタ抵抗19と共通エ
ミツタ接続された第3バイポータトランジスタ1
6を備える第3バイポーラトランジスタ16のベ
ースには直流電圧が印加され、第2トランジスタ
15のベースには整流素子を介してクロツク電圧
V2が印加される。整流素子17の1端は抵抗1
8を介して第1電源Vsに落とされる。クロツク
電圧が変化して第2トランジスタ15のベースが
第3トランジスタのベースに比べて0.5V以上低
く(負)になれば、第2トランジスタはカツトオ
フし、放電は停止する。第2端5Bが高い入力抵
抗を持つアンプに接続されるとすれば、第2端5
Bの電位は十分長い期間保持されるので、クロツ
ク電圧V2は1Vまたはそれ以上変化させる事に
よつてエミツタホロワトランジスタ14もカツト
オフする。そして再びクロツク電圧V2が正に変
化する時、トランジスタ14,15はターンオン
する。トランジスタ14のかわりに整流素子を介
して第2端5Bにクロツク電圧を印加する事は可
能である。また、第3トランジスタ16のかわり
に整流素子を介して第2トランジスタ15のエミ
ツタに直流電位を印加する事は可能である。図8
は図7の変形実施例であり、第2トランジスタ1
5のベースに直流電流を印加し、第3トランジス
タ16のベースに逆位相スロツク波形2を印加
する事を開示する。もちろん、第3トランジスタ
のかわりに整流素子を介して第2トランジスタ1
5のエミツタにクロツク電圧2を印加しても良
い。図9は図5の応用実施例であり、HSLを2
本配設し、そして結合コンデンサ5の第2端5,
B2及び5,B1にそれぞれ3個のアナログ伝達
ゲート回路を配置する事を開示する。HSL11
Aは奇数列のVSLに接続され、HSL11Bは偶
数列のVSLに接続される。そしてHSL11Bは
接続される信号処理回路はHSL11Aに接続さ
れる信号処理回路に比べて180度異なる位相で動
作する。そして、アナログ伝達ゲート回路13
(A〜F)はそれぞれ色信号を分離する。そして
分離された色信号は加算器44A,B,Cで加算
される。この実施例によれば図5のアナログ伝達
ゲート回路を複数個配置する事によつて色分離を
実施している。図10はアナログ伝達ゲート回路
の1実施例断面図である。3個のバイポーラ差動
増巾アンプ24,25,26が配置され、各差動
アンプ24,25,26は同じ構造を持つ。各ア
ンプは第1トランジスタ20Aと、そのコレクタ
に接続されるコレクタ抵抗23Aと、そのエミツ
タに接続するエミツタ抵抗22Aと、共通エミツ
タ接続された第2トランジスタ21Aを持つ。そ
して第1トランジスタ20Aのベースに入力信号
電圧が印加され、第2トランジスタのベースにク
ロツク電圧V4X、V4Y、V4Zが印加される。エミツ
タから出力を取り出す事は可能であり、第2トラ
ンジスタの代わりに整流素子を介してクロツク電
圧を印加する事も可能である。第1トランジスタ
がカツトオフする時に、そのコレクタは第2電源
電位VDに保持される。図10によつて図9のア
ナログ伝達ゲート回路が理解されるであろう。図
11は図9の加算回路44A,B,Cの1実施例
を説明する等価回路であり、特に44Aだけを記
載してある。
Example Fig. 1 shows the correspondence box 2 explained in the section of the description of the prior art.
This is an equivalent circuit representing the heavy sampling technique.
The signal charge output from the CCD 1 is changed into voltage by the output diode 2, and the output diode 2
is reset to DC potential Vocl by reset switch 3. Node 2A is connected to clamp switch 6 via amplifier 4A and coupling capacitor 5. The node 5B is input to a sample hold circuit constituted by a sample switch 7 and a capacitor 8 via an amplifier 4B. Amplifier 4C has high input resistance. FIG. 2 is a clock waveform diagram of FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit representing one embodiment of the present invention. VSL 12 and HSL 11 are connected by a horizontal switch circuit 6. Briefly, during the horizontal blanking period, the VSL signal charge is incompletely transferred to the second end of the first capacitor 9C via the first transfer gate having a DC gate potential.
Furthermore, it is incompletely transferred to the second end of the storage capacitor 9E via the second transfer gate 9D. The third capacitor 9A is a capacitor for stopping transfer, and the complete transfer gate 9F is a transfer gate for clearing noise charges. Third transfer gate 9 with DC gate potential
G is a potential barrier, and when the horizontal scanning circuit 10 applies the horizontal scanning pulse voltage Vx to the first end of the storage capacitor 9E, the signal charge at the second end is transferred to the HSL by crossing the potential barrier. . HSL11
is connected to reset switch 3 and amplifier 4A. Regarding the incomplete transfer operation and variations of horizontal switch circuits, reference is made to the above-mentioned prior application by the applicant. Amplifier 4A is connected to clamp circuit 6 via coupling capacitor 5. Then, the signal voltage at the second end of the coupling capacitor is outputted via the amplifier 4B. A clock waveform diagram of the signal processing circuit of FIG. 3 is illustrated in FIG. However, the voltage value and polarity can be freely designed. Since the first period in which the reset switch operates is included in the second period in which the clamp circuit operates, the potential at the second end 5B of the capacitor 5 is hardly affected by reset noise. And after the clamp switch turns off,
Since the third period in which the horizontal scanning pulse voltage is applied to the capacitor 9E is set, the signal voltage is output in the fourth period in which the HSL voltage is output. Since the horizontal scanning noise of the horizontal switch circuit described above is small, the dynamic range of the amplifier 4A may be small. However, in order to improve the SN ratio, an amplifier is required. 4A
preferably includes a voltage amplification amplifier built into the fixed image sensor. In one embodiment, the voltage amplification amplifier described above is a CMOS common source amplifier.
The above P-type well for the CMOS amplifier can be made using the same process as the P-type well for blooming suppression. However, it is desirable to create the resistor connected to the amplifier in the signal processing chip. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing another embodiment of the present invention. 5 is basically the same as that shown in FIG. 4 with an analog transmission gate circuit 13 added thereto. However, other aspects of the horizontal switch circuit are disclosed. Specifically, the third capacitor 9F
and a fourth transfer gate 9H are added. these are
This is a MOS electrode, and signal charges are completely transferred.
FIG. 6 is a clock waveform diagram of one embodiment of FIG. 5.
The first period R1 in which the reset switch operates and the second period C2 in which the clamp circuit operates overlap. After the clamp period ends, a third period S3 is set in which a horizontal scanning pulse voltage is applied to the first end of the storage capacitor 9E, and a fourth period T4 in which the analog transmission gate circuit operates overlaps with the third period. The above-mentioned overlapping times are arbitrary. 7 and 8 represent an equivalent circuit of one embodiment of the clamp circuit. In FIG. 7, a clock voltage V2 is applied to the base of an emitter follower transistor 14, which is a charging circuit. The emitter is connected to the second end 5B of the coupling capacitor 5. The discharge circuit includes a second bipolar transistor 15, an emitter resistor 19, and a third biporter transistor 1 whose emitter is connected to a common emitter.
A DC voltage is applied to the base of the third bipolar transistor 16 comprising the transistor 6, and a clock voltage V2 is applied to the base of the second transistor 15 via a rectifier. One end of the rectifying element 17 is a resistor 1
8 to the first power supply Vs. If the clock voltage changes so that the base of the second transistor 15 becomes more than 0.5V lower (negative) than the base of the third transistor, the second transistor is cut off and the discharge stops. If the second end 5B is connected to an amplifier with high input resistance, then the second end 5B
The potential at B is held for a sufficiently long period of time so that emitter follower transistor 14 is also cut off by varying clock voltage V2 by 1V or more. Then, when the clock voltage V2 becomes positive again, the transistors 14 and 15 are turned on. It is possible to apply the clock voltage to the second terminal 5B via a rectifying element instead of the transistor 14. Further, it is possible to apply a DC potential to the emitter of the second transistor 15 via a rectifier instead of the third transistor 16. Figure 8
is a modified embodiment of FIG. 7, in which the second transistor 1
A DC current is applied to the base of the third transistor 16, and an anti-phase clock waveform 2 is applied to the base of the third transistor 16. Of course, the second transistor 1 is connected via a rectifier instead of the third transistor.
A clock voltage of 2 may be applied to the emitter of 5. Figure 9 is an applied example of Figure 5, in which HSL is
a second end 5 of the coupling capacitor 5;
It is disclosed that three analog transmission gate circuits are arranged in each of B2, B5 and B1. HSL11
A is connected to the odd-numbered VSL, and HSL11B is connected to the even-numbered VSL. The signal processing circuit connected to the HSL 11B operates at a phase that is 180 degrees different from that of the signal processing circuit connected to the HSL 11A. And analog transmission gate circuit 13
(A to F) separate color signals, respectively. Then, the separated color signals are added by adders 44A, B, and C. According to this embodiment, color separation is performed by arranging a plurality of analog transmission gate circuits shown in FIG. FIG. 10 is a sectional view of one embodiment of an analog transmission gate circuit. Three bipolar differential amplifiers 24, 25, and 26 are arranged, and each differential amplifier 24, 25, and 26 has the same structure. Each amplifier has a first transistor 20A, a collector resistor 23A connected to its collector, an emitter resistor 22A connected to its emitter, and a second transistor 21A connected to a common emitter. An input signal voltage is applied to the base of the first transistor 20A, and clock voltages V 4X , V 4Y , and V 4Z are applied to the base of the second transistor. It is possible to take out the output from the emitter, and it is also possible to apply the clock voltage through a rectifier instead of the second transistor. When the first transistor is cut off, its collector is held at the second power supply potential VD . The analog transmission gate circuit of FIG. 9 may be understood with reference to FIG. FIG. 11 is an equivalent circuit for explaining one embodiment of the adder circuits 44A, B, and C in FIG. 9, and in particular only 44A is shown.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図1は従来の相函2重サンプリング回路を表わ
す等価回路図である。図2は図1のクロツク波形
図である。図3本発明の1実施例を表わす等価回
路図である。図4は図3のクロツク波形図であ
る。図5は本発明の他の実施例を表わす等価回路
図である。図6は図5の1実施例クロツク波形図
である。図7と図8は本発明のランプ回路を表わ
す等価回路図である。図9は図5の応用実施例を
表わすブロツク図である。図10は本発明のアナ
ログ伝達ゲート回路を表わす等価回路図である。
図11は加算回路を表わす等価回路図である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a conventional phase-box double sampling circuit. FIG. 2 is a clock waveform diagram of FIG. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a clock waveform diagram of FIG. 3. FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a clock waveform diagram of one embodiment of FIG. 5. 7 and 8 are equivalent circuit diagrams representing the lamp circuit of the present invention. FIG. 9 is a block diagram representing an applied embodiment of FIG. 5. FIG. 10 is an equivalent circuit diagram showing the analog transmission gate circuit of the present invention.
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram showing the adder circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 信号電荷を転送する電荷結合装置と、該電荷
結合装置の出力端に設けられ前記信号電荷を受取
る出力ダイオードと、該出力ダイオードをリセツ
トするリセツトスイツチと、アンプを介して前記
出力ダイオードの信号電圧が一端に入力される結
合コンデンサと、該結合コンデンサの他端をクラ
ンプするクランプ回路と、該結合コンデンサの他
端から直接に又はアンプを介して信号電圧が入力
されるアナログ伝達ゲートとを備える固体撮像装
置において、 前記リセツトスイツチが動作する第1期間は、
上記クランプ回路が動作する第2期間と重なるこ
とを特徴とする固体撮像装置。 2 前記第2期間は、前記第1期間を含む請求項
1記載の固体撮像装置。
[Claims] 1. A charge-coupled device that transfers signal charges, an output diode provided at the output end of the charge-coupled device that receives the signal charges, a reset switch that resets the output diode, and an amplifier. a coupling capacitor to which the signal voltage of the output diode is inputted at one end; a clamp circuit that clamps the other end of the coupling capacitor; and an analog circuit to which the signal voltage is inputted from the other end of the coupling capacitor directly or via an amplifier. In a solid-state imaging device comprising a transmission gate, a first period during which the reset switch operates is:
A solid-state imaging device characterized in that the period overlaps with the second period in which the clamp circuit operates. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second period includes the first period.
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