(57)【要約】【課題】より確実に黒レベル変動を抑制することができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置１は、画素アレイ部１０および電流源アレイ部２０等を備える。画素アレイ部は、第１方向に配列されたＮ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)を含む。各画素部は、フォトダイオードＰＤおよび増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１等を含む。電流源アレイ部は、Ｎ個の電流源Ｉ(1)〜Ｉ(N)を含む。各電流源は、第１ＭＯＳトランジスタＭ２１、第２ＭＯＳトランジスタＭ２２、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３、第４ＭＯＳトランジスタＭ２４および設定回路ＳＥＴを含む。設定回路ＳＥＴは、信号線Ｌ(n)の電圧に基づいて第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のオン／オフを設定することにより、Ｖｒ供給線から共通ノードＮｃおよび第１ＭＯＳトランジスタＭ２１を経て接地電位供給端へ流れる電流の量の変動を抑制する。【選択図】図４
2020048153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードおよび増幅用ＭＯＳトランジスタを各々含む複数の画素部が少なくとも第１方向に配列され、前記複数の画素部それぞれにおいて前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた信号を複数の信号線のうち該画素部に対応して設けられた信号線へ出力する画素アレイ部と、
複数の電流源を含み、これら複数の電流源それぞれが前記信号線を介して前記複数の画素部のうち対応する画素部に接続された電流源アレイ部と、
前記複数の信号線それぞれを経て入力された信号を入力して、前記複数の画素部それぞれにおいて前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた信号を順次に読み出す信号読出部と、
を備え、
前記画素部は、前記第１方向に延在する第１基準電位供給線と前記信号線との間に前記増幅用ＭＯＳトランジスタが設けられ、前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧が前記増幅用ＭＯＳトランジスタのゲートに与えられ、そのゲート電圧に応じた信号を前記増幅用ＭＯＳトランジスタから前記信号線へ出力し、
前記複数の電流源のうち何れか１以上の特定電流源は、
第２基準電位供給端と共通ノードとの間に設けられ第１バイアス電圧がゲートに与えられる第１ＭＯＳトランジスタと、
前記共通ノードと前記信号線との間に設けられ第２バイアス電圧がゲートに与えられる第２ＭＯＳトランジスタと、
前記第１基準電位供給線と前記共通ノードとの間に設けられた第３ＭＯＳトランジスタと、
前記信号線の電圧に応じたゲート電圧を前記第３ＭＯＳトランジスタのゲートに与えて前記第３ＭＯＳトランジスタのオン／オフを設定し、前記第１基準電位供給線から前記第１ＭＯＳトランジスタおよび前記共通ノードを経て前記第２基準電位供給端へ流れる電流の量の変動を抑制する設定回路と、
を含む、
固体撮像装置。
【請求項２】
前記特定電流源は、前記第１基準電位供給線と前記第３ＭＯＳトランジスタとの間または前記第３ＭＯＳトランジスタと前記共通ノードとの間に設けられた第４ＭＯＳトランジスタを更に含み、第３バイアス電圧が前記第４ＭＯＳトランジスタのゲートに与えられる、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素部が信号出力を行っていない期間に該画素部に対応する特定電流源に流れる電流を制限する電流制限手段を更に備える、
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記設定回路は、互いに直列に接続された第５ＭＯＳトランジスタおよび負荷を含み、前記信号線の電圧が前記第５ＭＯＳトランジスタのゲートに与えられ、前記第５ＭＯＳトランジスタと前記負荷との接続点の電圧を前記第３ＭＯＳトランジスタのゲートに与える、
請求項１〜３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記設定回路は、前記信号線の電圧と閾値とを大小比較する比較器を含み、この比較結果に基づいて前記比較器から出力される電圧を前記第３ＭＯＳトランジスタのゲートに与える、
請求項１〜３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記画素アレイ部は、前記第１方向に直交する第２方向にも前記複数の画素部が配列されており、前記複数の画素部のうち前記第１方向について同じ位置にある各画素部が前記信号を共通の信号線へ出力する、
請求項１〜５の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＰＳ（Active  Pixel  Sensor）方式の固体撮像装置は、フォトダイオードおよび増幅用ＭＯＳトランジスタ等を各々含む画素部が１次元または２次元に配列された画素アレイ部と、各画素部から信号線へ出力される信号を順次に外部へ読み出す信号読出部と、信号線に接続された電流源と、を備える。信号線を介して互いに接続された各画素部の増幅用ＭＯＳトランジスタおよび電流源はソースフォロワ回路を構成している。
【０００３】
このようなＡＰＳ方式の固体撮像装置において、複数の画素部のうちの或る画素部を遮光して該画素部のフォトダイオードに光が入射しないようにしておくと、理想的には、他の画素部のフォトダイオードに入射する光の強度に依らず、遮光した画素部から出力される信号の大きさは一定であるべきである。しかし、実際には、他の画素部のフォトダイオードに入射する光の強度が大きいと、遮光した画素部から出力される信号の大きさが変化する場合がある。このような現象は黒レベル変動と呼ばれる。特許文献１には、この黒レベル変動の問題を解消することを意図した発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８３４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された発明は、黒レベル変動を十分に抑制することができない。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、より確実に黒レベル変動を抑制することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の固体撮像装置は、(1) フォトダイオードおよび増幅用ＭＯＳトランジスタを各々含む複数の画素部が少なくとも第１方向に配列され、複数の画素部それぞれにおいてフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた信号を複数の信号線のうち該画素部に対応して設けられた信号線へ出力する画素アレイ部と、(2) 複数の電流源を含み、これら複数の電流源それぞれが信号線を介して複数の画素部のうち対応する画素部に接続された電流源アレイ部と、(3) 複数の信号線それぞれを経て入力された信号を入力して、複数の画素部それぞれにおいてフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた信号を順次に読み出す信号読出部と、を備える。
【０００７】
画素部は、第１方向に延在する第１基準電位供給線と信号線との間に増幅用ＭＯＳトランジスタが設けられ、フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧が増幅用ＭＯＳトランジスタのゲートに与えられ、そのゲート電圧に応じた信号を増幅用ＭＯＳトランジスタから信号線へ出力する。
【０００８】
複数の電流源のうち何れか１以上の特定電流源は、(a) 第２基準電位供給端と共通ノードとの間に設けられ第１バイアス電圧がゲートに与えられる第１ＭＯＳトランジスタと、(b) 共通ノードと信号線との間に設けられ第２バイアス電圧がゲートに与えられる第２ＭＯＳトランジスタと、(c) 第１基準電位供給線と共通ノードとの間に設けられた第３ＭＯＳトランジスタと、(d)信号線の電圧に応じたゲート電圧を第３ＭＯＳトランジスタのゲートに与えて第３ＭＯＳトランジスタのオン／オフを設定し、第１基準電位供給線から第１ＭＯＳトランジスタおよび共通ノードを経て第２基準電位供給端へ流れる電流の量の変動を抑制する設定回路と、を含む。
【０００９】
本発明において、特定電流源は、第１基準電位供給線と第３ＭＯＳトランジスタとの間または第３ＭＯＳトランジスタと共通ノードとの間に設けられた第４ＭＯＳトランジスタを更に含み、第３バイアス電圧が第４ＭＯＳトランジスタのゲートに与えられるのが好適である。
【００１０】
本発明の固体撮像装置は、画素部が信号出力を行っていない期間に該画素部に対応する特定電流源に流れる電流を制限する電流制限手段を更に備えるのが好適である。
【００１１】
本発明において、設定回路は、互いに直列に接続された第５ＭＯＳトランジスタおよび負荷を含み、信号線の電圧が第５ＭＯＳトランジスタのゲートに与えられ、第５ＭＯＳトランジスタと負荷との接続点の電圧を第３ＭＯＳトランジスタのゲートに与えるのが好適である。また、設定回路は、信号線の電圧と閾値とを大小比較する比較器を含み、この比較結果に基づいて比較器から出力される電圧を第３ＭＯＳトランジスタのゲートに与えるのも好適である。
【００１２】
本発明において、画素アレイ部は、第１方向に直交する第２方向にも複数の画素部が配列されており、複数の画素部のうち第１方向について同じ位置にある各画素部が信号を共通の信号線へ出力するのが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、より確実に黒レベル変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、固体撮像装置１の構成を示す図である。
【図２】図２は、各画素部Ｐ(n)および各電流源Ｉ(n)の回路構成を示す図である。
【図３】図３は、各画素部Ｐ(n)および各電流源Ｉ(n)の回路構成を簡略化して示す図である。
【図４】図４は、本実施形態の固体撮像装置１の各画素部Ｐ(n)および各電流源Ｉ(n)の回路構成を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態の固体撮像装置１の各電流源Ｉ(n)の具体的な回路構成の一例を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態の固体撮像装置１の各電流源Ｉ(n)の具体的な回路構成の他の例を示す図である。
【図７】図７は、実施例および比較例それぞれにおける増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧と信号線Ｌ(n)の電圧との間の関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図８は、実施例における増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧と各経路の電流量との間の関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図９は、固体撮像装置１Ａの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、固体撮像装置１Ａの各画素部Ｐ(m,n)の回路構成および各電流源Ｉ(n)の接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明におい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。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１６】
図１は、固体撮像装置１の構成を示す図である。固体撮像装置１は、画素アレイ部１０、電流源アレイ部２０、信号読出部３０および制御部４０を備える。
【００１７】
画素アレイ部１０は、第１方向に配列された複数（Ｎ個）の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)を含む。この図において第１方向は横方向である。Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)は、この順に並んでいる。Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)は、フォトダイオードおよび増幅用ＭＯＳトランジスタ等を含み、共通の構成を有する。Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)のうちの第ｎ画素部Ｐ(n)は、フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた信号を、Ｎ本の信号線Ｌ(1)〜Ｌ(N)のうちの第ｎ信号線Ｌ(n)へ出力する。第ｎ信号線Ｌ(n)は、第ｎ画素部Ｐ(n)に対応して設けられている。Ｎは２以上の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。
【００１８】
電流源アレイ部２０は、複数（Ｎ個）の電流源Ｉ(1)〜Ｉ(N)を含む。Ｎ個の電流源Ｉ(1)〜Ｉ(N)は、Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)と同様に、第１方向にこの順に並んでいるのが好適である。第ｎ信号線Ｌ(n)により接続された第ｎ画素部Ｐ(n)の増幅用ＭＯＳトランジスタと第ｎ電流源Ｉ(n)とは、ソースフォロワ回路を構成している。
【００１９】
信号読出部３０は、Ｎ本の信号線Ｌ(1)〜Ｌ(N)それぞれを経て入力された信号を入力して、Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)それぞれにおいてフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた信号を順次に外部へ読み出す。制御部４０は、Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)および信号読出部３０それぞれの動作を制御する。
【００２０】
図２は、各画素部Ｐ(n)および各電流源Ｉ(n)の回路構成を示す図である。この図には、Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)のうちの２個の画素部Ｐ(n)および画素部Ｐ(n+1)が示され、Ｎ個の電流源Ｉ(1)〜Ｉ(N)のうちの２個の電流源Ｉ(n)および電流源Ｉ(n+1)が示されている。この図に示される電流源Ｉ(n)，Ｉ(n+1)の回路構成は比較例である。
【００２１】
各画素部Ｐ(n)は、フォトダイオードＰＤ、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２および初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３を含む。これらのＭＯＳトランジスタＭ１１〜Ｍ１３はＮＭＯＳトランジスタである。フォトダイオードＰＤのアノードは接地電位が与えられる。転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２のソースは、フォトダイオードＰＤのカソードと接続されている。転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２のドレインは、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートと接続されている。転送用ＭＯＳトランジスタのゲートは、trans信号が与えられる。
【００２２】
初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３のソースは、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートと接続されている。初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインは、第１基準電位Ｖｒを供給する第１基準電位供給線線（Ｖｒ供給線）と接続されている。初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３のゲートは、reset信号が与えられる。増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースは、信号線Ｌ(n)と接続されている。増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のドレインは、Ｖｒ供給線と接続されている。
【００２３】
Ｖｒ供給線は、Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)が並ぶ第１方向に延在している。Ｖｒ供給線は、Ｎ個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(N)それぞれの増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のドレインおよび初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインに第１基準電位Ｖｒを供給する共通の線である。
【００２４】
trans信号およびreset信号は、制御部４０から与えられる。trans信号がローレベルであるとき転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２はオフ状態である。trans信号がハイレベルであるとき転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２はオン状態である。reset信号がローレベルであるとき初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３はオフ状態である。reset信号がハイレベルであるとき初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３はオン状態である。
【００２５】
初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３がオン状態であって、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２がオフ状態であるとき、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートに接続されたフローティング・ディフュージョン（ＦＤ:  Floating  Diffusion）領域の電位が初期化される。このとき、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースから信号線Ｌ(n)に出力される信号の値も初期化される。
【００２６】
初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３がオフ状態に転じた後、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２がオン状態に転じると、それまでフォトダイオードＰＤで発生してフォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていた電荷が、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２を経て、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートに接続されたＦＤ領域に移動する。このとき増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートの電位は、ＦＤ領域に移動してきた電荷の量に応じたものとなる。そして、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースから信号線Ｌ(n)へ出力される信号の値は、ＦＤ領域に移動してきた電荷の量に応じたものとなる。
【００２７】
各電流源Ｉ(n)は、ＭＯＳトランジスタＭ２１を含む。ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレインは信号線Ｌ(n)と接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２１のソースは接地電位が与えられる。ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲートはバイアス電圧Ｖbias1が与えられる。ＭＯＳトランジスタＭ２１は、飽和領域で動作し、一定電流を流すことができる。画素部Ｐ(n)の増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１と電流源Ｉ(n)のＭＯＳトランジスタＭ２１とは、信号線Ｌ(n)により接続されており、ソースフォロワ回路を構成している。
【００２８】
図３は、各画素部Ｐ(n)および各電流源Ｉ(n)の回路構成を簡略化して示す図である。この図では、Ｎ＝８とし、各画素部Ｐ(n)については増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のみが示されている。また、各画素部Ｐ(n)の増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のドレインに第１基準電位Ｖｒを供給するＶｒ供給線には、それが有する抵抗成分が抵抗器の記号で示されている。Ｖｒ供給線へは両端から第１基準電位Ｖｒが与えられるとする。
【００２９】
通常、画素部Ｐ(n)のフォトダイオードＰＤへの入射光量が過大でない場合、その画素部Ｐ(n)に対応する電流源Ｉ(n)のＭＯＳトランジスタＭ２１は、飽和領域で動作し、一定電流を流すことができる。この状態を以下では「通常状態」という。全ての電流源Ｉ(n)のＭＯＳトランジスタＭ２１が飽和領域で動作している通常状態である場合、Ｖｒ供給線に電流が流れることによる電圧降下により、画素部Ｐ(n)の増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のドレインに与えられる電位は、画素部Ｐ(n)の位置によって異なる。すなわち、画素部が中央に近いほど、その画素部の増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のドレインに与えられる電位は低くなる。
【００３０】
一方、８個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(8)のうち６個の画素部Ｐ(1)〜Ｐ(3)，Ｐ(6)〜Ｐ(8)それぞれのフォトダイオードＰＤへの入射光量が過大であって、これらの画素部に対応する電流源Ｉ(1)〜Ｉ(3)，Ｉ(6)〜Ｉ(8)それぞれのＭＯＳトランジスタＭ２１が、飽和領域で動作せず、電流量が小さい場合を想定する。これらの画素部の状態を以下では「飽和状態」という。画素部Ｐ(1)〜Ｐ(3)，Ｐ(6)〜Ｐ(8)が飽和状態であると、Ｖｒ供給線に流れる電流の量が少なくなって、Ｖｒ供給線における電圧降下が小さくなり、中央の２個の画素部Ｐ(4)，Ｐ(5)それぞれの増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のドレインに与えられる電位は、前記の全ての画素部が通常状態である場合と比較して高くなる。これが黒レベル変動の要因である。
【００３１】
以下に説明する実施形態の固体撮像装置１は、Ｖｒ供給線における電圧降下の変動を抑制することで、黒レベル変動を抑制することができる。図４は、本実施形態の固体撮像装置１の各画素部Ｐ(n)および各電流源Ｉ(n)の回路構成を示す図である。
【００３２】
本実施形態における各画素部Ｐ(n)は、フォトダイオードＰＤ、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２および初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３に加えて、選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４を更に含む。選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４は、ＮＭＯＳトランジスタである。選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４のドレインは、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースと接続されている。選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４のソースは、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１の信号線Ｌ(n)と接続されている。選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４のゲートは、制御部４０からselect(n)信号が与えられる。select(n)信号がローレベルであるとき、選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４はオフ状態となって、信号線Ｌ(n)に流れる電流を制限することができる。select(n)信号がハイレベルであるとき、選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４はオン状態となって、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１から信号を信号線Ｌ(n)へ出力することができる。select(1)〜select(N)信号は共通の信号であってよい。
【００３３】
本実施形態における各電流源Ｉ(n)は、第１ＭＯＳトランジスタＭ２１、第２ＭＯＳトランジスタＭ２２、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３、第４ＭＯＳトランジスタＭ２４および設定回路ＳＥＴを含む。また、各電流源Ｉ(n)は、ＭＯＳトランジスタＭ２７をも含む。
これらのＭＯＳトランジスタＭ２１〜Ｍ２４，Ｍ２７はＮＭＯＳトランジスタである。
【００３４】
第１ＭＯＳトランジスタＭ２１のドレインは、共通ノードＮｃと接続されている。第１ＭＯＳトランジスタＭ２１のソースは、第２基準電位供給端（接地電位供給端）と接続されている。第１ＭＯＳトランジスタＭ２１のゲートは、第１バイアス電圧Ｖbias1が与えられる。第２ＭＯＳトランジスタＭ２２のドレインは、信号線Ｌ(n)と接続されている。第２ＭＯＳトランジスタＭ２２のソースは、共通ノードＮｃと接続されている。第２ＭＯＳトランジスタＭ２２のゲートは、第２バイアス電圧Ｖbias2が与えられる。
【００３５】
第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のドレインは、ＭＯＳトランジスタＭ２７を介して、Ｖｒ供給線と接続されている。第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のソースは、第４ＭＯＳトランジスタＭ２４のドレインと接続されている。設定回路ＳＥＴは、信号線Ｌ(n)の電圧に応じたゲート電圧を第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートに与えて、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のオン／オフを設定する。第３ＭＯＳトランジスタＭ２３は、設定回路ＳＥＴによりオン／オフ設定されるスイッチとして主に用いられる。
【００３６】
第４ＭＯＳトランジスタＭ２４のソースは、共通ノードＮｃと接続されている。第４ＭＯＳトランジスタＭ２４のゲートは、第３バイアス電圧Ｖbias3が与えられる。第３バイアス電圧Ｖbias3は、第２バイアス電圧Ｖbias2と異なっていてもよいし、第２バイアス電圧Ｖbias2と同じであってもよい。第４ＭＯＳトランジスタＭ２４は、図では第３ＭＯＳトランジスタＭ２３と共通ノードＮｃとの間に設けられているが、Ｖｒ供給線と第３ＭＯＳトランジスタＭ２３との間に設けられてもよい。第４ＭＯＳトランジスタＭ２４は無くてもよい。
【００３７】
ＭＯＳトランジスタＭ２７は、図示のとおりＶｒ供給線とＭＯＳトランジスタＭ２３との間に設けられてもよいが、ＭＯＳトランジスタＭ２３とＭＯＳトランジスタＭ２４との間に設けられてもよいし、ＭＯＳトランジスタＭ２４と共通ノードＮｃとの間に設けられてもよい。ＭＯＳトランジスタＭ２７のゲートは、制御部４０からselect(n)信号が与えられる。select(n)信号がローレベルであるとき、ＭＯＳトランジスタＭ２７はオフ状態となって、ＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２４に流れる電流を制限することができる。select(n)信号がハイレベルであるとき、ＭＯＳトランジスタＭ２７はオン状態となって、ＭＯＳトランジスタＭ２３，Ｍ２４に流れる電流を許可することができる。
【００３８】
設定回路ＳＥＴは、信号線Ｌ(n)の電圧に基づいて第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のオン／オフを設定することにより、Ｖｒ供給線から共通ノードＮｃおよび第１ＭＯＳトランジスタＭ２１を経て接地電位供給端へ流れる電流の量の変動を抑制する。信号線Ｌ(n)の電圧は、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧に応じたものである。第１経路Route1に流れる電流の量が或る閾値より多いときには、設定回路ＳＥＴは、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３をオフに設定して、Ｖｒ供給線から第３ＭＯＳトランジスタＭ２３を経て接地電位供給端へ至る第２経路Route2に電流を流さない。一方、第１経路Route1に流れる電流の量が或る閾値より少ないときには、設定回路ＳＥＴは、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３をオンに設定して、第２経路Route2に電流を流す。
【００３９】
ＭＯＳトランジスタＭ１４およびＭＯＳトランジスタＭ２７は、画素部Ｐ(n)が信号出力を行っていない期間（すなわち、select(n)信号がローレベルである期間）に該画素部Ｐ(n)に対応する特定電流源Ｉ(n)に流れる電流を制限する電流制限手段として作用する。このような電流制限手段を設けることで消費電力を抑制することができる。なお、電流制限手段としては、他に、select(n)信号がローレベルである期間においてＭＯＳトランジスタＭ２４のゲートに与えられる第３バイアス電圧Vbias3をローレベルとすること、および、ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートに与える信号を設定回路ＳＥＴの出力信号とselect(n)信号との論理積とすること、等の態様が可能である。
【００４０】
図５および図６は、本実施形態の固体撮像装置１の各電流源Ｉ(n)の具体的な回路構成の例を示す図である。
【００４１】
図５に示される各電流源Ｉ(n)の設定回路ＳＥＴは、互いに直列に接続された第５ＭＯＳトランジスタＭ２５および第６ＭＯＳトランジスタＭ２６を含む構成を有する。第５ＭＯＳトランジスタＭ２５はＮＭＯＳトランジスタであり、第６ＭＯＳトランジスタＭ２６はＰＭＯＳトランジスタである。
【００４２】
第５ＭＯＳトランジスタＭ２５のドレインは、第６ＭＯＳトランジスタＭ２６のドレインと接続され、また、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートと接続されている。第５ＭＯＳトランジスタＭ２５のソースは、接地電位供給端と接続されている。第５ＭＯＳトランジスタＭ２５のゲートは、信号線Ｌ(n)と接続されている。
【００４３】
第６ＭＯＳトランジスタＭ２６のソースは、電源電位供給端と接続されている。第６ＭＯＳトランジスタＭ２６のゲートは、第４バイアス電位Ｖbias4が与えられる。第６ＭＯＳトランジスタＭ２６は、第４バイアス電位Ｖbias4がゲートに与えられることにより常にオン状態であり、負荷として主に用いられる。
【００４４】
この設定回路ＳＥＴは、信号線Ｌ(n)の電圧が第５ＭＯＳトランジスタＭ２５のゲートに与えられ、第５ＭＯＳトランジスタＭ２５と第６ＭＯＳトランジスタＭ２６との接続点の電圧を第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートに与える。
【００４５】
通常状態では、第１経路Route1に電流が流れるものの、信号線Ｌ(n)の電圧（すなわち、第５ＭＯＳトランジスタＭ２５のゲート電圧）が十分に高く、第５ＭＯＳトランジスタＭ２５がオン状態である。したがって、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲート電圧が接地電位レベルであるので、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３がオフ状態であり、第２経路Route2には電流が流れない。
【００４６】
飽和状態では、第１経路Route1に電流が流れなくなり、信号線Ｌ(n)の電圧（すなわち、第５ＭＯＳトランジスタＭ２５のゲート電圧）が低く、第５ＭＯＳトランジスタＭ２５がオフ状態である。したがって、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲート電圧が電源電位レベルであるので、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３がオン状態であり、第２経路Route2に電流が流れる。
【００４７】
図６に示される各電流源Ｉ(n)の設定回路ＳＥＴは、信号線Ｌ(n)の電圧と閾値Ｖrefとを大小比較する比較器ＣＭＰを含む。設定回路ＳＥＴは、この比較結果に基づいて比較器ＣＭＰから出力される電圧を第３ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートに与える。閾値Ｖrefは、第２ＭＯＳトランジスタＭ２２が飽和領域で動作し得る信号線Ｌ(n)の電圧範囲の下限値付近に設定される。
【００４８】
通常状態では、信号線Ｌ(n)の電圧が閾値Ｖrefより大きいので、比較器ＣＭＰから出力される電圧がローレベルであり、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３がオフ状態であり、第２経路Route2には電流が流れない。一方、飽和状態では、信号線Ｌ(n)の電圧が閾値Ｖrefより小さいので、比較器ＣＭＰから出力される電圧がハイレベルであり、第３ＭＯＳトランジスタＭ２３がオン状態であり、第２経路Route2に電流が流れる。
【００４９】
図７および図８は、図５に示される各電流源Ｉ(n)の回路構成例を採用した実施例のシミュレーション結果を示す図である。これらの図の横軸は、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧を示す。フォトダイオードＰＤへの入射光量が多いほど、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧は低くなる。
【００５０】
図７は、実施例および比較例それぞれにおける増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧と信号線Ｌ(n)の電圧との間の関係のシミュレーション結果を示す図である。通常状態では、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧と信号線Ｌ(n)の電圧との関係は、実施例と比較例とで同様である。通常状態では、フォトダイオードＰＤへの入射光量が多くなるに従い、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧は低くなり、信号線Ｌ(n)の電圧は低くなっていく。比較例では、飽和状態となってフォトダイオードＰＤへの入射光量が多くなるに従って、信号線Ｌ(n)の電圧は低くなっていくものの、電圧低下の程度は小さくなる。これに対して、実施例では、飽和状態となってフォトダイオードＰＤへの入射光量が多くなっても、信号線Ｌ(n)の電圧は殆ど一定である。
【００５１】
図８は、実施例における増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のゲート電圧と各経路の電流量との間の関係のシミュレーション結果を示す図である。通常状態では、第１経路Route1に一定の電流が流れるが、第２経路Route2には電流が流れない。飽和状態となってフォトダイオードＰＤへの入射光量が多くなるに従って、第１経路Route1の電流量が急激に減少する一方で、第２経路Route2の電流量が急激に増加していき、やがて、第１経路Route1には電流が流れなくなり、第２経路Route2に一定の電流が流れる。通常状態および飽和状態の双方にまたがって、フォトダイオードＰＤへの入射光量に依らず、第１経路Route1および第２経路Route2それぞれの電流量の合計は一定に維持される。
【００５２】
すなわち、通常状態および飽和状態の双方にまたがって、Ｖｒ供給線から共通ノードＮｃおよび第１ＭＯＳトランジスタＭ２１を経て接地電位供給端へ流れる電流の量は一定に維持される。したがって、何れかの画素部が飽和状態であっても、Ｖｒ供給線に流れる電流の量の変化がなくなって、Ｖｒ供給線における電圧降下の変化もなくなるので、黒レベル変動が十分に抑制される。
【００５３】
本発明は、複数の画素部が１次元に配列された固体撮像装置だけでなく、図９および図１０に示されるように複数の画素部が２次元に配列された固体撮像装置にも適用可能である。
【００５４】
図９は、固体撮像装置１Ａの構成を示す図である。図１に示された固体撮像装置１の構成と比較すると、この図９に示される固体撮像装置１Ａは、画素アレイ部１０ＡにおいてＭ×Ｎ個の画素部Ｐ(1,1)〜Ｐ(M,N)が第１方向および第２方向に２次元配列されている点で相違する。第２方向は第１方向に直交する方向である。画素部Ｐ(m,n)は第ｍ行第ｎ列に位置している。Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ(1,1)〜Ｐ(M,N)のうち第１方向について同じ位置にあるＭ個の画素部Ｐ(1,n)〜Ｐ(M,n)それぞれは、信号を共通の信号線Ｌ(n)へ出力する。Ｎは２以上の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。Ｍは２以上の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の整数である。ただし、所期の効果を奏する為には、Ｍの上限は４程度である。
【００５５】
図１０は、固体撮像装置１Ａの各画素部Ｐ(m,n)の回路構成および各電流源Ｉ(n)の接続を示す図である。各電流源Ｉ(n)は、図４以降の図で説明したものと同様の構成を有する。各画素部Ｐ(m,n)は、これまでに説明した構成に加えて選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４を含む。
【００５６】
各画素部Ｐ(m,n)において、選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４は、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１と信号線Ｌ(n)との間に設けられている。すなわち、選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４のドレインは、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースと接続されている。選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４のソースは、信号線Ｌ(n)と接続されている。各画素部Ｐ(m,n)の選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４のゲートは、制御部４０からaddress(m)信号が与えられる。第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ(1,n)〜Ｐ(M,n)に対して信号線Ｌ(n)が共通に設けられている。
【００５７】
制御部４０から出力されるaddress(1)〜address(M)信号のうち２以上の信号が同時にハイレベルになることはない。address(1)〜address(M)信号のうち第ｍのaddress(m)信号がハイレベルであると、その第ｍ行のＮ個の画素部Ｐ(m,1)〜Ｐ(m,N)それぞれにおいて、選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４がオン状態となり、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースから選択用ＭＯＳトランジスタＭ１４を経て信号線Ｌ(n)へ信号が出力される。address(1)〜address(M)信号が順次にハイレベルとなることで、各行について順次に、Ｎ個の画素部それぞれの増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースから信号線へ信号が出力される。
【００５８】
第１基準電位Ｖｒを供給する第１基準電位供給線（Ｖｒ供給線）は、行毎に設けられている。第ｍのＶｒ供給線は、第ｍ行のＮ個の画素部Ｐ(m,1)〜Ｐ(m,N)が並ぶ第１方向に延在している。第ｍのＶｒ供給線は、第ｍ行のＮ個の画素部Ｐ(m,1)〜Ｐ(m,N)それぞれの増幅用ＭＯＳトランジスタＭ１１のドレインおよび初期化用ＭＯＳトランジスタＭ１３のドレインに第１基準電位Ｖｒを供給する共通の線である。第ｎ電流源Ｉ(n)は、行毎に設けられているＶｒ供給線と接続されている。
【００５９】
このように構成される固体撮像装置１Ａも、前記の固体撮像装置１と同様の効果を奏する。
【００６０】
なお、上記の固体撮像装置１，１Ａにおいて、Ｎ個の電流源Ｉ(1)〜Ｉ(N)の全てが図４に示される構成を有しているのが好適であるが、これに限られない。以下では、図４に示される構成を有する電流源を特定電流源といい、図２に示される構成を有する電流源を比較例の電流源という。
【００６１】
Ｖｒ供給線における電流量の変動すなわち電圧降下の変動が許容される程度によっては、Ｎ個の電流源Ｉ(1)〜Ｉ(N)のうち、何れか１以上の電流源は特定電流源であって、他の電流源は比較例の電流源であってもよく、例えば、特定電流源と比較例の電流源とが交互に配置されていてもよい。
【００６２】
Ｖｒ供給線へ両端から第１基準電位Ｖｒが与えられるとすると、Ｎ個の電流源Ｉ(1)〜Ｉ(N)のうち、Ｖｒ供給線の両端に近い位置にある電流源は特定電流源であって、Ｖｒ供給線の中央付近にある電流源は比較例の電流源であってもよい。
【００６３】
Ｖｒ供給線へ何れかの一端のみから第１基準電位Ｖｒが与えられるとすると、Ｎ個の電流源Ｉ(1)〜Ｉ(N)のうち、Ｖｒ供給線の該一端に近い側にある電流源は特定電流源であって、Ｖｒ供給線の該一端から遠い側にある電流源は比較例の電流源であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ａ…固体撮像装置、１０，１０Ａ…画素アレイ部、２０…電流源アレイ部、３０…信号読出部、４０…制御部、Ｌ(1)〜Ｌ(N)…信号線、
Ｐ(1)〜Ｐ(N)，Ｐ(1,1)〜Ｐ(M,N)…画素部、ＰＤ…フォトダイオード、Ｍ１１…増幅用ＭＯＳトランジスタ、Ｍ１２…転送用ＭＯＳトランジスタ、Ｍ１３…初期化用ＭＯＳトランジスタ、Ｍ１４…選択用ＭＯＳトランジスタ、
Ｉ(1)〜Ｉ(N)…電流源、Ｍ２１…第１ＭＯＳトランジスタ、Ｍ２２…第２ＭＯＳトランジスタ、Ｍ２３…第３ＭＯＳトランジスタ、Ｍ２４…第４ＭＯＳトランジスタ、Ｍ２５…第５ＭＯＳトランジスタ、Ｍ２６…第６ＭＯＳトランジスタ、ＳＥＴ…設定回路、ＣＭＰ…比較器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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