(57)【要約】【課題】一対の画素のそれぞれの信号の差分を増幅する固体撮像素子において、画像データの画質を向上させる。【解決手段】負荷電流源は、所定のリセット電圧のノードに接続された垂直リセット入力線に所定の負荷電流を供給する。一対のリセットトランジスタは、垂直リセット入力線の配線抵抗によりリセット電圧を電圧降下した参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する。転送トランジスタは、一対の光電変換素子の一方から一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる。一対の増幅トランジスタは、参照電圧と信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する。カレントミラー回路は、出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力する。【選択図】図１１
2020161914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のリセット電圧のノードに接続された垂直リセット入力線に所定の負荷電流を供給する負荷電流源と、
前記垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する一対のリセットトランジスタと、
一対の光電変換素子の一方から前記一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して前記電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる転送トランジスタと、
前記参照電圧と前記信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する一対の増幅トランジスタと、
前記出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力するカレントミラー回路と
を具備する固体撮像素子。
【請求項２】
前記一対の光電変換素子の一方と前記一対の浮遊拡散層の一方と前記一対のリセットトランジスタの一方と前記転送トランジスタと前記一対の増幅トランジスタの一方とは、所定方向に配列された一対の画素の一方に配置され、
前記一対の光電変換素子の他方と前記一対の浮遊拡散層の他方と前記一対のリセットトランジスタの他方と前記一対の増幅トランジスタの他方とは、前記一対の画素の他方に配置される
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
所定の電源電圧を低下させてリセット電圧として前記垂直リセット入力線に供給するリセット電圧供給トランジスタをさらに具備する
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記垂直リセット入力線の単位長さ当たりの前記配線抵抗は、前記垂直信号線の単位長さ当たりの前記配線抵抗よりも大きい
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記垂直リセット入力線の電圧を増幅して前記一対のリセットトランジスタのそれぞれに供給するバッファをさらに具備する
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記垂直信号線の配線抵抗による電圧降下量を測定して測定値を供給する電圧降下測定部と、
前記測定値に応じたバイアス電圧を生成して前記リセット電圧供給トランジスタのゲートに供給するバイアス電圧生成部と
をさらに具備する
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項７】
差動モードが設定された場合には前記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に前記一対の光電変換素子の一方から前記一対の浮遊拡散層の一方へ前記電荷を転送させる制御と前記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に前記一対の光電変換素子の他方から前記一対の浮遊拡散層の他方へ電荷を転送させる制御とを順に行う垂直駆動部をさらに具備する
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記垂直駆動部は、ソースフォロワモードが設定された場合には前記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に前記一対の光電変換素子のそれぞれから前記一対の浮遊拡散層へ前記電荷を転送させる制御を行う
請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項９】
所定のリセット電圧のノードに接続された垂直リセット入力線に所定の負荷電流を供給する負荷電流源と、
前記垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する一対のリセットトランジスタと、
一対の光電変換素子の一方から前記一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して前記電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる転送トランジスタと、
前記参照電圧と前記信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する一対の増幅トランジスタと、
前記出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力するカレントミラー回路と、
前記画素信号を処理する信号処理部と
を具備する撮像装置。
【請求項１０】
一対のリセットトランジスタが、所定のリセット電圧のノードに接続され、所定の負荷電流が供給される垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する初期化手順と、
転送トランジスタが、一対の光電変換素子の一方から前記一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して前記電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる転送手順と、
一対の増幅トランジスタが、前記参照電圧と前記信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する増幅手順と、
カレントミラー回路が、前記出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力する出力手順と
を具備する固体撮像素子の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法に関する。詳しくは、信号を差動増幅して垂直信号線から出力する固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、撮像装置などにおいて、一対の画素のそれぞれの信号の差分を増幅する差動増幅型の固体撮像素子が用いられている。例えば、二次元格子状に画素を配列し、行方向において隣接する２つの画素のそれぞれの信号の差分を増幅して、垂直信号線から出力する固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１８２４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、差動増幅により感度を高くし、暗所で撮像した画像データの画質向上を図っている。しかしながら、上述の固体撮像素子では、電源から遠い行ほど垂直信号線の配線抵抗による電圧降下量が大きくなり、その電圧降下量の増大に起因して、電荷を電圧に変換する変換効率が低下するおそれがある。この行ごとの変換効率の差異により、シェーディングと呼ばれる濃度勾配が画像データに現れ、画質が低下するという問題がある。
【０００５】
本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、一対の画素のそれぞれの信号の差分を増幅する固体撮像素子において、画像データの画質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、所定のリセット電圧のノードに接続された垂直リセット入力線に所定の負荷電流を供給する負荷電流源と、上記垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する一対のリセットトランジスタと、一対の光電変換素子の一方から上記一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して上記電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる転送トランジスタと、上記参照電圧と上記信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する一対の増幅トランジスタと、上記出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力するカレントミラー回路とを具備する固体撮像素子、および、その制御方法である。これにより、垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じて電荷電圧変換効率が上昇するという作用をもたらす。
【０００７】
また、この第１の側面において、上記一対の光電変換素子の一方と上記一対の浮遊拡散層の一方と上記一対のリセットトランジスタの一方と上記転送トランジスタと上記一対の増幅トランジスタの一方とは、所定方向に配列された一対の画素の一方に配置され、上記一対の光電変換素子の他方と上記一対の浮遊拡散層の他方と上記一対のリセットトランジスタの他方と上記一対の増幅トランジスタの他方とは、上記一対の画素の他方に配置されてもよい。これにより、一対の画素のそれぞれの信号が差動増幅されるという作用をもたらす。
【０００８】
また、この第１の側面において、所定の電源電圧を低下させてリセット電圧として上記垂直リセット入力線に供給するリセット電圧供給トランジスタをさらに具備してもよい。これにより、電源電圧より低いリセット電圧が供給されるという作用をもたらす。
【０００９】
また、この第１の側面において、上記垂直リセット入力線の単位長さ当たりの上記配線抵抗は、上記垂直信号線の単位長さ当たりの上記配線抵抗よりも大きくてもよい。これにより、消費電力が削減されるという作用をもたらす。
【００１０】
また、この第１の側面において、上記垂直リセット入力線の電圧を増幅して上記一対のリセットトランジスタのそれぞれに供給するバッファをさらに具備してもよい。これにより、画素の駆動力が増大するという作用をもたらす。
【００１１】
また、この第１の側面において、上記垂直信号線の配線抵抗による電圧降下量を測定して測定値を供給する電圧降下測定部と、上記測定値に応じたバイアス電圧を生成して上記リセット電圧供給トランジスタのゲートに供給するバイアス電圧生成部とをさらに具備してもよい。これにより、電圧降下量に応じた適切なリセット電圧が供給されるという作用をもたらす。
【００１２】
また、この第１の側面において、差動モードが設定された場合には上記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に上記一対の光電変換素子の一方から上記一対の浮遊拡散層の一方へ上記電荷を転送させる制御と上記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に上記一対の光電変換素子の他方から上記一対の浮遊拡散層の他方へ電荷を転送させる制御とを順に行う垂直駆動部をさらに具備してもよい。これにより、差動モードにおいて一対の画素のそれぞれの信号を差動増幅した画素信号が読み出されるという作用をもたらす。
【００１３】
また、この第１の側面において、上記垂直駆動部は、ソースフォロワモードが設定された場合には上記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に上記一対の光電変換素子のそれぞれから上記一対の浮遊拡散層へ上記電荷を転送させる制御を行ってもよい。これにより、ソースフォロワモードにおいて、差動増幅せずに画素信号が読み出されるという作用をもたらす。
【００１４】
また、本技術の第２の側面は、所定のリセット電圧のノードに接続された垂直リセット入力線に所定の負荷電流を供給する負荷電流源と、上記垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する一対のリセットトランジスタと、一対の光電変換素子の一方から上記一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して上記電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる転送トランジスタと、上記参照電圧と上記信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する一対の増幅トランジスタと、上記出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力するカレントミラー回路と、上記画素信号を処理する信号処理部とを具備する撮像装置である。これにより、垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じて上昇した電荷電圧変換効率により変換された電圧の画素信号が処理されるという作用をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本技術の第１の実施の形態における撮像装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。
【図３】本技術の第１の実施の形態におけるカラム読出し回路の一構成例を示すブロック図である。
【図４】本技術の第１の実施の形態における単位読出し回路の一構成例を示す回路図である。
【図５】本技術の第１の実施の形態における画素の一構成例を示す回路図である。
【図６】本技術の第１の実施の形態におけるカラム信号処理部の一構成例を示すブロック図である。
【図７】本技術の第１の実施の形態における差動モードの固体撮像素子の露光開始時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】本技術の第１の実施の形態における差動モードの固体撮像素子の露光終了時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図９】本技術の第１の実施の形態の変形例におけるＳＦ（Source Follower）モードの固体撮像素子の露光開始時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本技術の第１の実施の形態の変形例におけるＳＦモードの固体撮像素子の露光終了時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１１】本技術の第１の実施の形態における差動モードの画素および単位読出し回路の等価回路の一例である。
【図１２】本技術の第１の実施の形態と比較例とにおける行ごとの電荷電圧変換効率の一例を示すグラフである。
【図１３】比較例における飽和マージンを説明するための図である。
【図１４】本技術の第１の実施の形態における飽和マージンを説明するための図である。
【図１５】本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１６】本技術の第２の実施の形態における画素および単位読出し回路の等価回路の一例である。
【図１７】本技術の第３の実施の形態における画素および単位読出し回路の等価回路の一例である。
【図１８】本技術の第４の実施の形態における画素および単位読出し回路の等価回路の一例である。
【図１９】本技術の第５の実施の形態における単位読出し回路の一構成例を示す回路図である。
【図２０】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図２１】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（垂直リセット入力線の配線抵抗により電圧降下させる例）
２．第２の実施の形態（垂直信号線より配線抵抗の大きな垂直リセット入力線の配線抵抗により電圧降下させる例）
３．第３の実施の形態（トランジスタを削減し、垂直リセット入力線の配線抵抗により電圧降下させる例）
４．第４の実施の形態（バッファを設け、垂直リセット入力線の配線抵抗により電圧降下させる例）
５．第５の実施の形態（垂直信号線の電圧降下量を測定し、垂直リセット入力線の配線抵抗により電圧降下させる例）
６．移動体への応用例
【００１７】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像装置の構成例］
図１は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置１００の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置１００は、画像データを撮像するための装置であり、光学部１１０、固体撮像素子２００およびデジタルシグナルプロセッサ１２０を備える。さらに撮像装置１００は、表示部１３０、操作部１４０、バス１５０、電源部１６０、記憶部１７０およびフレームメモリ１８０を備える。撮像装置１００としては、例えば、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラの他、撮像機能を持つスマートフォンやパーソナルコンピュータ、車載カメラ等が想定される。
【００１８】
光学部１１０は、被写体からの光を集光して固体撮像素子２００に導くものである。固体撮像素子２００は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣに同期して画像データを生成するものである。ここで、垂直同期信号ＶＳＹＮＣは、撮像のタイミングを示す所定周波数（例えば、３０ヘルツ）の周期信号である。固体撮像素子２００は、生成した画像データをデジタルシグナルプロセッサ１２０に信号線２０９を介して供給する。
【００１９】
デジタルシグナルプロセッサ１２０は、固体撮像素子２００からの画像データに対し、デモザイク処理やノイズ低減処理などの所定の信号処理を実行するものである。このデジタルシグナルプロセッサ１２０は、処理後の画像データをバス１５０を介してフレームメモリ１８０などに出力する。また、デジタルシグナルプロセッサ１２０は、差動モードおよびＳＦモードのいずれかを指示するモード信号と垂直同期信号ＶＳＹＮＣとを生成して固体撮像素子２００に供給する。
【００２０】
ここで、差動モードは、一対の画素のそれぞれの信号の差分を増幅（差動増幅）した信号を固体撮像素子２００が生成するモードである。一方、ＳＦモードは、ソースフォロワ回路を形成して画素信号を差動増幅せずに出力するモードである。差動モードでは、画像信号に対するゲインを大きくして変換効率を大幅に大きくすることができるが、動作点が狭く、ダイナミックレンジの拡大が困難である。このため、差動モードは暗所での撮像に適しており、ＳＦモードは明所での撮像に適している。そこで、デジタルシグナルプロセッサ１２０は、例えば、環境光の光量を測光して測光量が所定の閾値より小さい場合に差動モードを指示し、測光量が閾値以上の場合にＳＦモードを指示する。
【００２１】
表示部１３０は、画像データを表示するものである。表示部１３０としては、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルが想定される。操作部１４０は、ユーザの操作に従って操作信号を生成するものである。
【００２２】
バス１５０は、光学部１１０、固体撮像素子２００、デジタルシグナルプロセッサ１２０、表示部１３０、操作部１４０、電源部１６０、記憶部１７０およびフレームメモリ１８０が互いにデータをやりとりするための共通の経路である。
【００２３】
電源部１６０は、固体撮像素子２００、デジタルシグナルプロセッサ１２０や表示部１３０などに電源を供給するものである。記憶部１７０は、画像データなどの様々なデータを記憶するものである。フレームメモリ１８０は、画像データを保持するものである。
【００２４】
［固体撮像素子の構成例］
図２は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図である。この固体撮像素子２００は、垂直駆動部２１０、画素アレイ部２２０、システム制御部２９１、カラム読出し回路３００、カラム信号処理部２７０、水平駆動部２９２、データ格納部２９３および画像処理部２９４を備える。
【００２５】
システム制御部２９１は、垂直駆動部２１０、カラム読出し回路３００およびカラム信号処理部２７０および水平駆動部２９２を制御するものである。このシステム制御部２９１は、タイミングジェネレータなどにより構成される。システム制御部２９１は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣに同期して垂直駆動部２１０、カラム信号処理部２７０および水平駆動部２９２のそれぞれの動作タイミングを指示するタイミング信号を生成し、対応する回路に供給する。また、システム制御部２９１は、カラム読出し回路３００内のスイッチを制御する制御信号を生成してカラム読出し回路３００に供給する。
【００２６】
画素アレイ部２２０内には、二次元格子状に複数の画素が配列される。以下、所定方向（水平方向など）に配列された画素の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列された画素の集合を「列」と称する。また、画素アレイ部２２０内の行数をＭ（Ｍは整数）とし、列数をＮ（Ｎは整数）とする。
【００２７】
ここで、画素アレイ部２２０内の画素の全ては、光電変換を行う有効画素であるものとする。なお、有効画素に加えて、光電変換を行わないダミー画素や、入射光を遮断した遮光画素を画素アレイ部２２０内にさらに配置することもできる。
【００２８】
垂直駆動部２１０は、行を順に選択して駆動するものである。この垂直駆動部２１０は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどにより構成される。差動モードにおいて垂直駆動部２１０は、１行ずつ順に選択し、行を選択するたびに、その行内の奇数列と偶数列とを順に駆動する。一方、ＳＦモードにおいて垂直駆動部２１０は、行を順に選択し、選択した行内の全画素を同時に駆動する。このため、ＳＦモードでは、Ｍ回の読出しにより１枚の画像データが生成され、差動モードでは、２×Ｍ回の読出しにより１枚の画像データが生成される。このように、行単位で駆動する制御方式は、ローリングシャッター方式と呼ばれる。なお、垂直駆動部２１０は、ローリングシャッター方式を用いているが、全画素を同時に駆動するグローバルシャッター方式を用いることもできる。
【００２９】
カラム読出し回路３００は、行内のそれぞれの画素の画素信号を読み出してカラム信号処理部２７０に供給するものである。
【００３０】
カラム信号処理部２７０は、列ごとに、その列からの画素信号に対して、ＡＤ（Analog to Digital）変換処理などの信号処理を実行するものである。このカラム信号処理部２７０は、信号処理後の画素データのそれぞれを水平駆動部２９２の制御に従って順に画像処理部２９４に出力する。なお、カラム信号処理部２７０は、特許請求の範囲に記載の信号処理部の一例である。
【００３１】
水平駆動部２９２は、カラム信号処理部２７０を制御して画素データを順に出力させるものである。この水平駆動部２９２は、シフトレジスタやアドレスデコーダにより構成される。
【００３２】
画像処理部２９４は、二次元格子状に配列された画素データからなる画像データに対して、画素加算処理などの各種の画像処理を実行するものである。この画像処理部２９４は、画像処理において必要に応じてデータ格納部２９３に画像データを一時的に保持させる。また、画像処理部２９４は、処理後の画像データをデジタルシグナルプロセッサ１２０に供給する。
【００３３】
なお、画像処理部２９４を固体撮像素子２００の外部（デジタルシグナルプロセッサ１２０内など）に配置する構成であってもよい。
【００３４】
［カラム読出し回路の構成例］
図３は、本技術の第１の実施の形態におけるカラム読出し回路３００の一構成例を示すブロック図である。このカラム読出し回路３００は、２列ごとに単位読み出し回路３１０を備える。列数がＮの場合、Ｎ／２個の単位読出し回路３１０が配置される。
【００３５】
単位読出し回路３１０のそれぞれは、６本の信号線を介して画素アレイ部２２０に接続される。また、単位読出し回路３１０は、対応する２列のそれぞれの画素信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２をカラム信号処理部２７０へ供給する。
【００３６】
［単位読出し回路の構成例］
図４は、本技術の第１の実施の形態における単位読出し回路３１０の一構成例を示す回路図である。この単位読出し回路３１０は、ｐＭＯＳ（p-channel Metal Oxide Semiconductor）３１１乃至３１４と、テール電流源３２１および３２２と、負荷電流源３２３および３２４と、スイッチ３３１乃至３４７とを備える。
【００３７】
また、単位読出し回路３１０は、垂直信号線２２Ｓおよび２２Ｒと、垂直リセット入力線６１Ｓおよび６１Ｒと、垂直電流供給線６２Ｓおよび６２Ｒとを介して対応する２列と接続される。
【００３８】
ｐＭＯＳトランジスタ３１１乃至３１４は、電源電圧ＶＤＤのノードに並列に接続される。ｐＭＯＳトランジスタ３１１のゲートは、ｐＭＯＳトランジスタ３１２のゲートと接続される。また、ｐＭＯＳトランジスタ３１１のドレインからは、画素信号Ｖｏｕｔ１が出力され、ｐＭＯＳトランジスタ３１２のドレインからは画素信号Ｖｏｕｔ２が出力される。
【００３９】
また、ｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４のそれぞれにおいて、ゲートおよびドレインは短絡される。このダイオード接続により、ｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４のドレインからは、電源電圧ＶＤＤを所定電圧だけ低下させた電圧がリセット電圧Ｖｒｓｔとして供給される。なお、ｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４は、特許請求の範囲に記載のリセット電圧供給トランジスタの一例である。
【００４０】
テール電流源３２１および３２２は、単位読出し回路３１０に垂直電流供給線６２Ｓおよび６２Ｒを介して一定のテール電流を供給するものである。負荷電流源３２３は、スイッチ３４６を介して垂直リセット入力線６１Ｓに所定の負荷電流を供給するものである。負荷電流源３２４は、スイッチ３４７を介して垂直リセット入力線６１Ｒに所定の負荷電流を供給するものである。
【００４１】
スイッチ３３１は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ１１に従ってｐＭＯＳトランジスタ３１１のゲートおよびドレインの間の経路を開閉するものである。スイッチ３３２は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ２１に従ってｐＭＯＳトランジスタ３１２のゲートおよびドレインの間の経路を開閉するものである。
【００４２】
スイッチ３３３は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ１３に従って、垂直電流供給線６２Ｓとテール電流源３２１との間の経路を開閉するものである。スイッチ３３４は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ０に従って、垂直電流供給線６２Ｒとテール電流源３２１との間の経路を開閉するものである。スイッチ３３５は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ２３に従って、垂直電流供給線６２Ｒとテール電流源３２２との間の経路を開閉するものである。
【００４３】
スイッチ３３６は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ１２に従って、垂直電流供給線６２Ｓと電源電圧ＶＤＤのノードとの間の経路を開閉するものである。スイッチ３３７は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ１４に従って、垂直信号線２２Ｓとテール電流源３２１との間の経路を開閉するものである。
【００４４】
スイッチ３３８は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ２２に従って、垂直電流供給線６２Ｒと電源電圧ＶＤＤのノードとの間の経路を開閉するものである。スイッチ３３９は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ２４に従って、垂直信号線２２Ｒとテール電流源３２２との間の経路を開閉するものである。
【００４５】
スイッチ３４０は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ１６に従って、ｐＭＯＳトランジスタ３１３のドレイン（すなわち、リセット電圧Ｖｒｓｔのノード）と垂直リセット入力線６１Ｓとの間の経路を開閉するものである。スイッチ３４１は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ１７に従って、電源電圧ＶＤＤのノードと垂直リセット入力線６１Ｓとの間の経路を開閉するものである。
【００４６】
スイッチ３４２は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ２６に従って、ｐＭＯＳトランジスタ３１４のドレイン（すなわち、リセット電圧Ｖｒｓｔのノード）と垂直リセット入力線６１Ｒとの間の経路を開閉するものである。スイッチ３４３は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ２７に従って、電源電圧ＶＤＤのノードと垂直リセット入力線６１Ｒとの間の経路を開閉するものである。
【００４７】
スイッチ３４４は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ１５に従って、垂直信号線２２Ｓと垂直リセット入力線６１Ｓとの間の経路を開閉するものである。スイッチ３４６は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ２５に従って、垂直信号線２２Ｒと垂直リセット入力線６１Ｒとの間の経路を開閉するものである。
【００４８】
スイッチ３４６は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ１８に従って、垂直リセット入力線６１Ｓと負荷電流源３２３との間の経路を開閉するものである。スイッチ３４７は、システム制御部２９１からの制御信号ＳＷ２８に従って、垂直リセット入力線６１Ｒと負荷電流源３２４との間の経路を開閉するものである。
【００４９】
上述のスイッチ３３１乃至３４７のそれぞれの制御タイミングについては後述する。
【００５０】
なお、２列ごとに負荷電流源３２３および３２４を配置（言い換えれば、列ごとに負荷電流源を配置）しているが、複数の列（２列や全列）で１つの負荷電流源を共有することもできる。これにより、列ごとに負荷電流源を配置する場合と比較して、負荷電流源の個数や消費電力を削減することができる。
【００５１】
［画素の構成例］
図５は、本技術の第１の実施の形態における画素２３０および２４０の一構成例を示す回路図である。画素２３０は、奇数列に配置され、画素２４０は、偶数列に配置される。
【００５２】
画素２３０は、光電変換素子２３１、転送トランジスタ２３２、リセットトランジスタ２３３、浮遊拡散層２３４、選択トランジスタ２３５および増幅トランジスタ２３６を備える。画素２４０は、光電変換素子２４１、転送トランジスタ２４２、リセットトランジスタ２４３、浮遊拡散層２４４、選択トランジスタ２４５および増幅トランジスタ２４６を備える。
【００５３】
光電変換素子２３１は、光電変換により電荷を生成するものである。転送トランジスタ２３２は、垂直駆動部２１０からの転送信号ＴＲＧ１に従って、光電変換素子２３１から浮遊拡散層２３４へ電荷を転送するものである。
【００５４】
リセットトランジスタ２３３は、垂直駆動部２１０からのリセット信号ＲＳＴ１に従って、垂直リセット入力線６１Ｓに浮遊拡散層２３４を接続し、浮遊拡散層２３４から電荷を引き抜いて、その電圧を初期化するものである。垂直リセット入力線６１Ｓとそれぞれの行のリセットトランジスタ２３３との接続ノードは、垂直方向において一定間隔で配置される。
【００５５】
浮遊拡散層２３４は、転送された電荷を蓄積し、その電荷の量に応じた電圧を生成するものである。増幅トランジスタ２３６は、浮遊拡散層２３４の電圧に応じた出力電流を生成するものである。また、増幅トランジスタ２３６のソースは、垂直電流供給線６２Ｓに接続される。選択トランジスタ２３５は、選択信号ＳＥＬ１に従って、増幅トランジスタ２３６の出力電流を垂直信号線２２Ｓへ出力するものである。垂直電流供給線６２Ｓとそれぞれの行の選択トランジスタ２３５との接続ノードは、垂直方向において一定間隔で配置される。
【００５６】
画素２４０内の光電変換素子２４１、転送トランジスタ２４２、リセットトランジスタ２４３、浮遊拡散層２４４、選択トランジスタ２４５および増幅トランジスタ２４６の接続構成は、画素２３０と同様である。ただし、転送トランジスタ２４２は、転送信号ＴＲＳ２に従って電荷を転送し、リセットトランジスタ２４３は、リセット信号ＲＳＴ２に従って、垂直リセット入力線６１Ｒに浮遊拡散層２４４を接続する。また、増幅トランジスタ２４６のソースは、垂直電流供給線６２Ｒに接続され、選択トランジスタ２４５は、選択信号ＳＥＬ２に従って電流を垂直信号線２２Ｒへ出力する。
【００５７】
差動モードにおいてカラム読出し回路３００は、行内の画素２３０および２４０の一方を参照画素とし、他方を読出画素として読出画素の画素信号を読み出す。ここで、読出画素は、露光量に応じた信号電圧を生成する画素であり、参照画素は、所定の参照電圧を生成する画素である。
【００５８】
また、差動モードにおいて固体撮像素子２００内のカラム読出し回路３００と、画素２３０および２４０とは、参照電圧と信号電圧との差分を増幅する差動増幅回路を構成する。カラム読出し回路３００は、差動増幅した信号を読出画素の画素信号として読み出し、カラム信号処理部２７０に供給する。続いてカラム読出し回路３００は、参照画素と読出画素とを入れ替え、差動増幅した信号を読出画素の画素信号として読み出してカラム信号処理部２７０に供給する。
【００５９】
固体撮像素子２００は、読み出す対象の行を変更し、全行の読出しが完了するまで上述の処理を繰り返す。このように行ごとに読出しが２回行われる。行数をＭ（Ｍは、整数）とすると、２×Ｍ回の読出しが行われる。
【００６０】
［カラム信号処理部の構成例］
図６は、本技術の第１の実施の形態におけるカラム信号処理部２７０の一構成例を示すブロック図である。このカラム信号処理部２７０は、複数のＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２７１と、出力部２８０とを備える。ＡＤＣ２７１は、列ごとに配置される。
【００６１】
ＡＤＣ２７１は、アナログの画素信号をデジタルの画素データに変換するものである。このＡＤＣ２７１は、比較器２７２およびカウンタ２７３を備える。奇数列目のＡＤＣ２７１には、画素信号Ｖｏｕｔ１が入力され、偶数列目のＡＤＣ２７１には画素信号Ｖｏｕｔ２が入力される。
【００６２】
比較器２７２は、対応する列の画素信号と、のこぎり波状のランプ信号ＲＥＦとを比較するものである。この比較器２７２は、比較結果をカウンタ２７３に供給する。カウンタ２７３は、比較結果が反転するまでの期間に亘って、計数値を計数するものである。このカウンタ２７３は、計数値を示すデータをデジタルの画素データとして出力部２８０に供給する。
【００６３】
ここで、露光終了の直前において、リセット信号ＲＳＴ１およびＲＳＴ２の供給により生成される画素信号のレベルを「リセットレベル」と称する。また、露光終了の際に転送信号ＴＲＧ１またはＴＲＧ２の供給により生成される画素信号のレベルを「信号レベル」と称する。
【００６４】
カウンタ２７３は、例えば、リセットレベルの変換時に、計数値のアップカウントおよびダウンカウントの一方を行い、信号レベルの変換時にアップカウントおよびダウンカウントの他方を行う。これにより、ＡＤ（Analog to Digital）変換とともに、リセットレベルと信号レベルとの差分を求めるＣＤＳ(Correlated Double Sampling）処理が実行される。
【００６５】
なお、カウンタ２７３が、アップカウントおよびダウンカウントのいずれかのみを行い、ＣＤＳ処理を後段の回路が実行する構成とすることもできる。
【００６６】
出力部２８０は、列ごとの画素データを水平駆動部２９２の制御に従って、順に画像処理部２９４へ出力するものである。
【００６７】
差動モードにおいては、奇数列の画素信号Ｖｏｕｔ１と偶数列の画素信号Ｖｏｕｔ２とが順に生成されるため、奇数列のＡＤＣ２７１と、偶数列のＡＤＣ２７１とは、対応する画素信号を順にＡＤ変換する。一方、ＳＦモードにおいては、奇数列の画素信号Ｖｏｕｔ１と偶数列の画素信号Ｖｏｕｔ２とが同時に生成されるため、全列のＡＤＣ２７１は、対応する画素信号を同時にＡＤ変換する。
【００６８】
［固体撮像素子の動作例］
図７は、本技術の第１の実施の形態における差動モードの固体撮像素子２００の露光開始時の動作の一例を示すタイミングチャートである。タイミングＴ０において差動モードが設定されると、システム制御部２９１は、制御信号ＳＷ１３および２３をハイレベルにして、対応するスイッチ３３３および３３５を閉状態にする。
【００６９】
そして、奇数列の画素２３０の露光蓄積期間の開始のタイミングＴ１において、垂直駆動部２１０は、ハイレベルのリセット信号ＲＳＴ１および転送信号ＴＲＧ１を所定のパルス期間に亘って供給する。また、システム制御部２９１は、タイミングＴ１において、ハイレベルの制御信号ＳＷ１７をパルス期間に亘って供給し、対応するスイッチ３４１を閉状態にする。これらの制御により、画素２３０の浮遊拡散層２３４の電荷が排出される。
【００７０】
また、偶数列の画素２４０の露光蓄積期間の開始のタイミングＴ２において、垂直駆動部２１０は、ハイレベルのリセット信号ＲＳＴ２および転送信号ＴＲＧ２を所定のパルス期間に亘って供給する。また、システム制御部２９１は、タイミングＴ２において、ハイレベルの制御信号ＳＷ２７をパルス期間に亘って供給し、対応するスイッチ３４３を閉状態にする。これらの制御により、画素２４０の浮遊拡散層２４４の電荷が排出される。
【００７１】
図８は、本技術の第１の実施の形態における差動モードの固体撮像素子２００の露光終了時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００７２】
読出しを開始するタイミングＴ３において、垂直駆動部２１０は、選択信号ＳＥＬ１およびＳＥＬ２をハイレベルにする。また、タイミングＴ３においてシステム制御部２９１は、制御信号ＳＷ０、ＳＷ１５、ＳＷ２１、ＳＷ２６およびＳＷ２８をハイレベルにして対応するスイッチ３３４、３４４、３３２、３４２および３４７を閉状態にする。これにより、画素２３０および２４０とカラム読出し回路３００とは、画素２３０を読出画素とし、画素２４０を参照画素とする差動増幅回路を構成する。また、差動増幅回路において、垂直リセット入力線６１Ｒに負荷電流源３２４からの負荷電流が供給される。
【００７３】
そして、垂直駆動部２１０は、奇数列の露光蓄積期間の終了直前のタイミングＴ４において、パルス期間に亘ってハイレベルのリセット信号ＲＳＴ１およびＲＳＴ２を供給する。これにより、読出画素（画素２３０）および参照画素（画素２４０）のそれぞれの浮遊拡散層から電荷が排出され、それらの電圧が所定の参照電圧に初期化される。これらの電圧の差分を増幅した画素信号Ｖｏｕｔ１のレベルは、リセットレベルとして読み出される。
【００７４】
垂直駆動部２１０は、奇数列の露光蓄積期間の終了のタイミングＴ５において、パルス期間に亘ってハイレベルの転送信号ＴＲＧ１を供給する。これにより、読出画素である画素２３０の光電変換素子２３１から浮遊拡散層２３４へ電荷が転送され、浮遊拡散層２３４により電荷の量に応じた電圧が信号電圧として生成される。参照画素の参照電圧と、読出画素の信号電圧との差分を増幅した画素信号Ｖｏｕｔ１のレベルは、信号レベルとして読み出される。
【００７５】
画素信号Ｖｏｕｔ１の読出しが完了したタイミングＴ６において、システム制御部２９１は、制御信号ＳＷ１５、ＳＷ２１、ＳＷ２６およびＳＷ２８をローレベルにする。そして、その直後のタイミングＴ７においてシステム制御部２９１は、制御信号ＳＷ１１、ＳＷ１６、ＳＷ１８およびＳＷ２５をハイレベルにして対応するスイッチ３３１、３４０、３４６および３４５を閉状態にする。これにより、画素２３０および２４０とカラム読出し回路３００とは、画素２４０を読出画素とし、画素２３０を参照画素とする差動増幅回路を構成する。言い換えれば、読出画素と参照画素との入れ替えが行われる。また、差動増幅回路において、垂直リセット入力線６１Ｓに負荷電流源３２３からの負荷電流が供給される。
【００７６】
そして、垂直駆動部２１０は、偶数列の露光蓄積期間の終了直前のタイミングＴ８において、パルス期間に亘ってハイレベルのリセット信号ＲＳＴ１およびＲＳＴ２を供給する。これにより、読出画素（画素２４０）および参照画素（画素２３０）のそれぞれの浮遊拡散層から電荷が排出され、それらの電圧が所定の参照電圧に初期化される。これらの電圧の差分を増幅した画素信号Ｖｏｕｔ２のレベルは、リセットレベルとして読み出される。
【００７７】
垂直駆動部２１０は、偶数列の露光蓄積期間の終了のタイミングＴ９において、パルス期間に亘ってハイレベルの転送信号ＴＲＧ２を供給する。これにより、読出画素である画素２４０の光電変換素子２４１から浮遊拡散層２４４へ電荷が転送され、浮遊拡散層２４４により電荷の量に応じた電圧が信号電圧として生成される。参照画素の参照電圧と、読出画素の信号電圧との差分を増幅した画素信号Ｖｏｕｔ２のレベルは、信号レベルとして読み出される。
【００７８】
図７および図８に例示した制御は、差動モードにおいて行ごとに実行される。
【００７９】
図９は、本技術の第１の実施の形態の変形例におけるＳＦモードの固体撮像素子２００の露光開始時の動作の一例を示すタイミングチャートである。露光蓄積期間の開始のタイミングＴ１において、垂直駆動部２１０は、ハイレベルのリセット信号ＲＳＴ１およびＲＳＴ２とハイレベルの転送信号ＴＲＧ１およびＴＲＧ２とを所定のパルス期間に亘って供給する。また、システム制御部２９１は、ハイレベルの制御信号ＳＷ１７およびＳＷ２７をパルス期間に亘って供給する。これにより、画素２３０および２４０のそれぞれの浮遊拡散層の電荷が排出される。同図において、タイミングＴ２乃至Ｔ３の期間の駆動は、画素２３０および２４０の読出しに寄与しない。
【００８０】
図１０は、本技術の第１の実施の形態におけるＳＦモードの固体撮像素子２００の露光終了時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００８１】
読出しを開始するタイミングＴ３において、垂直駆動部２１０は、選択信号ＳＥＬ１およびＳＥＬ２をハイレベルにする。また、タイミングＴ３においてシステム制御部２９１は、制御信号ＳＷ１２、ＳＷ１４、ＳＷ１７、ＳＷ２２、ＳＷ２４およびＳＷ２７をハイレベルにして対応するスイッチ３３６、３３７、３４１、３３８、３３９および３４３を閉状態にする。これにより、画素２３０および２４０とカラム読出し回路３００とは、列ごとにソースフォロワ回路を構成する。また、ソースフォロワ回路においては、垂直リセット入力線６１Ｒおよび６１Ｓに負荷電流が供給されない。
【００８２】
そして、垂直駆動部２１０は、露光蓄積期間の終了直前のタイミングＴ４において、パルス期間に亘ってハイレベルのリセット信号ＲＳＴ１およびＲＳＴ２を供給する。これにより、画素２３０および２４０のそれぞれの浮遊拡散層から電荷が排出され、それらの電圧が所定の参照電圧に初期化される。このときの画素信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２のそれぞれのレベルは、リセットレベルとして読み出される。
【００８３】
垂直駆動部２１０は、露光蓄積期間の終了のタイミングＴ５において、パルス期間に亘ってハイレベルの転送信号ＴＲＧ１およびＴＲＧ２を供給する。これにより、画素２３０および２４０において光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷が転送され、電荷の量に応じた電圧が生成される。このときの画素信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２のレベルは、信号レベルとして読み出される。
【００８４】
また、タイミングＴ６において、垂直駆動部２１０は、選択信号ＳＥＬ１およびＳＥＬ２をローレベルにし、システム制御部２９１は、制御信号ＳＷ１２、ＳＷ１４、ＳＷ１７、ＳＷ２２、ＳＷ２４およびＳＷ２７をローレベルにする。同図において、タイミングＴ７乃至Ｔ８の期間の駆動は、画素２３０および２４０の読出しに寄与しない。
【００８５】
図９および図１０に例示した制御は、ＳＦモードにおいて行ごとに実行される。なお、固体撮像素子２００は、差動モードおよびＳＦモードのいずれかにモードを切り替えているが、ＳＦモードが設定されない構成とすることもできる。この場合には、単位読出し回路３１０においてモードの切り替えのために必要なスイッチが不要となる。この場合の単位読出し回路３１０は、例えば、特開２０１８−１８２４９６号公報の図１６に記載の回路に、負荷電流源３２３および３２４と、スイッチ３４６および３４７とを追加した構成となる。
【００８６】
図１１は、本技術の第１の実施の形態における差動モードの画素および単位読出し回路３１０の等価回路の一例である。同図は、画素２３０を読出画素とし、画素２４０を参照画素とする場合の等価回路を示す。同図において、スイッチ３３１乃至３４７と、テール電流源３２２および負荷電流源３２３とは省略されている。また、垂直電流供給線６２Ｒおよび６２Ｓは、一本の垂直電流供給線６２により表されている。
【００８７】
読出し側および参照側のリセットトランジスタ２３３および２４３は、露光終了の直前において、浮遊拡散層２３４および２４４の電圧をリセット電圧Ｖｒｓｔに応じた参照電圧によって初期化する。この参照電圧をＶｆｄｒとする。垂直リセット入力線６１Ｒには負荷電流が供給されているため、垂直リセット入力線６１Ｒにおいて配線抵抗による電圧降下が生じ、参照電圧Ｖｆｄｒは、その電圧降下量に応じた値となる。
【００８８】
そして、読出し側の転送トランジスタ２３２は、露光終了時に読出し側の光電変換素子２３１から浮遊拡散層２３４に電荷を転送して、その電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる。この信号電圧をＶｆｄｓとする。
【００８９】
一対の増幅トランジスタ２３６および２４６は、参照電圧Ｖｆｄｒと信号電圧Ｖｆｄｓとの差分に応じた出力電流Ｉｏｕｔを生成する。ｐＭＯＳトランジスタ３１１および３１２からなるカレントミラー回路は、その出力電流Ｉｏｕｔに応じた電圧の画素信号Ｖｏｕｔを読出し側の垂直信号線２２Ｓから出力する。
【００９０】
上述の構成において画素２３０および２４０と、単位読出し回路３１０とからなる差動増幅回路の電荷電圧変換効率ηは、例えば、次の式により表される。
η＝ｅ−／（−Ｃｆｄ／Ａｖ＋Ｃｇｄ）                  ・・・式１
上式において、ｅ−は、信号電荷を示す。Ａｖは、差動増幅回路のオープンループゲインを示す。Ｃｇｄは、増幅トランジスタ２３６のゲート−ドレイン間のオーバーラップ容量である。Ｃｆｄは、浮遊拡散層の容量を示す。これらの容量の単位は、例えば、マイクロファラッド（μＦ）である。
【００９１】
式１のオープンループゲインＡｖは、次の式により表される。
Ａｖ＝ｇｍ・Ｒｏｕｔａｍｐ・ＲｏｕｔｐＭＯＳ
／（Ｒｏｕｔａｍｐ＋ＲｏｕｔｐＭＯＳ）            ・・・式２
上式において、ｇｍは、増幅トランジスタ２３６の相互コンダクタンスを示し、単位は、例えば、ジーメンス（Ｓ）である。Ｒｏｕｔａｍｐは、増幅トランジスタ２３６の出力抵抗を示し、単位は例えば、オーム（Ω）である。ＲｏｕｔｐＭＯＳは、ｐＭＯＳトランジスタ３１１の出力抵抗を示し、単位は例えば、オーム（Ω）である。
【００９２】
ＦＤ拡散容量およびＦＤ配線容量や、増幅トランジスタ２３６、転送トランジスタ２３２およびリセットトランジスタ２３３のそれぞれのゲート容量の総和であるＣｆｄと比較すると、オーバーラップ容量Ｃｇｄは小さい。さらに、式１よりＣｆｄは、オープンループゲインＡｖにより割り戻されるため、実効的な容量が小さくなり、高い電荷電圧変換効率ηを実現することができる。
【００９３】
行ごとの画素２３０および２４０は、差動対を形成しており、読み出し時には垂直方向において１行目からＭ行目までが順に読み出される。このとき、カレントミラー回路からの距離が行ごとに異なり、カレントミラー回路に近い行では、垂直信号線２２Ｓの配線抵抗が小さく、遠い行では配線抵抗が大きくなる。このため、読出し側の増幅トランジスタ２３６の動作点は、垂直方向において一様に定まらず、面内差を持ったまま、整定することになる。
【００９４】
差動増幅回路の変換効率を決定する上で重要な相互コンダクタンスｇｍ、出力抵抗Ｒｏｕｔａｍｐ、オーバーラップ容量Ｃｇｄは、バイアス依存性があることに加え、垂直信号線２２Ｓは、出力電流Ｉｏｕｔを流している。このため、金属配線抵抗により、必ず電圧降下が起きる。この電圧降下により、増幅トランジスタ２３６のドレインの電圧が降下し、そのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓａｍｐが減少する。
【００９５】
ここで、負荷電流源３２３および３２４を配置しない比較例を想定する。この比較例では、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓａｍｐの減少により、出力抵抗Ｒｏｕｔａｍｐが小さくなる。出力抵抗Ｒｏｕｔａｍｐが小さくなると、式２よりオープンループゲインＡｖが減少する。
【００９６】
また、信号電圧Ｖｆｄｓは、露光量が多いほど低くなるため、増幅トランジスタ２３６のゲート−ドレイン間電圧Ｖｇｄが増大する。このゲート−ドレイン間電圧Ｖｇｄの増大により、オーバーラップ容量Ｃｇｄが増大する。
【００９７】
上述のオープンループゲインＡｖの減少と、オーバーラップ容量Ｃｇｄの増大とが原因となり、式１より、比較例では、カレントミラー回路から遠い行ほど、電荷電圧変換効率ηが低下する。よって、比較例では、カレントミラー回路からの距離に応じて、電荷電圧変換効率ηの面内差が生じ、明るい撮像場所においては、画素信号の差となり、シェーディングとして観測される。
【００９８】
これに対して、負荷電流源３２３および３２４を配置した構成では、それらの電流源が負荷電流Ｉｌｏａｄを垂直リセット入力線６１Ｒおよび６１Ｓに供給する。この負荷電流Ｉｌｏａｄの供給より、カレントミラー回路から遠い行ほど、垂直リセット入力線６１Ｒおよび６１Ｓの配線抵抗による電圧降下量が増大する。この電圧降下により、カレントミラー回路から遠い行ほど、浮遊拡散層の初期化時の電圧（参照電圧Ｖｆｄｒ）が低下する。この参照電圧Ｖｆｄｒの低下により、信号電圧Ｖｆｄｓとの差分が増大し、出力電流Ｉｏｕｔが増大する。この出力電流Ｉｏｕｔの増大により、ｐＭＯＳトランジスタ３１１のドレイン電圧が低下し、そのドレイン−ソース間電圧ＶｄｓｐＭＯＳが大きくなる。このドレイン−ソース間電圧ＶｄｓｐＭＯＳの増大により、出力抵抗ＲｏｕｔｐＭＯＳが大きくなる。出力抵抗ＲｏｕｔｐＭＯＳが大きくなると、式２より、その分オープンループゲインＡｖが増大して電荷電圧変換効率ηが上昇する。
【００９９】
まとめると、カレントミラー回路から遠い行ほど、垂直信号線２２Ｓの配線抵抗による電圧降下量が大きくなり、その電圧降下に起因して増幅トランジスタ２３６の出力抵抗Ｒｏｕｔａｍｐが減少する。一方、負荷電流Ｉｌｏａｄの供給により、カレントミラー回路から遠い行ほど、垂直リセット入力線６１Ｒの配線抵抗による電圧降下量が大きくなり、その電圧降下に起因してｐＭＯＳトランジスタ３１１の出力抵抗ＲｏｕｔｐＭＯＳが増大する。式１および式２に例示するように、出力抵抗Ｒｏｕｔａｍｐの減少により電荷電圧変換効率ηが低下し、出力抵抗ＲｏｕｔｐＭＯＳの増大により電荷電圧変換効率ηが上昇する。また、オーバーラップ容量Ｃｇｄの増大により、電荷電圧変換効率ηが低下する。
【０１００】
このため、出力抵抗Ｒｏｕｔａｍｐの減少とオーバーラップ容量Ｃｇｄの増大とによる電荷電圧変換効率ηの低下分を、出力抵抗ＲｏｕｔｐＭＯＳの増大による電荷電圧変換効率ηの上昇により相殺することができる。これにより、相互コンダクタンスｇｍ、出力抵抗Ｒｏｕｔａｍｐおよびオーバーラップ容量Ｃｇｄのバランスの調整をとることによって電荷電圧変換効率ηの面内差を抑制することが可能となる。この結果、シェーディングを抑制して画像データの画質を向上させることができる。
【０１０１】
垂直リセット入力線６１Ｒの単位長さ当たりの配線抵抗をＲｖｐｘとし、垂直信号線２２Ｓの単位長さ当たりの配線抵抗をＲｖｓｌとし、それらの配線抵抗は、例えば、略同一の値に設定される。ここで、「略同一」は、２つの値が完全一致すること、または、それらの差が所定の許容値以内であることを意味する。また、単位長さは、垂直リセット入力線６１Ｒにおいて、隣接する２行の一方が接続されるノードと、他方が接続されるノードとの間の長さに該当する。
【０１０２】
なお、オーバーラップ容量Ｃｇｄが増大した分、出力抵抗ＲｏｕｔｐＭＯＳの増大によりオープンループゲインＡｖを上昇させれば、電荷電圧変換効率ηの面内差を改善することができる。このため、必ずしも、垂直リセット入力線６１Ｒの配線抵抗による電圧降下と、垂直信号線２２Ｓの配線抵抗による電圧降下とを同等に調整する必要は無い。
【０１０３】
また、固体撮像素子２００は、水平方向において隣接する一対の画素のそれぞれの信号の差分を増幅しているが、この構成に限定されず、垂直方向において隣接する一対の画素のそれぞれの信号の差分を増幅することもできる。この場合には、例えば、列ごとに単位読出し回路３００が配置され、奇数行の画素と偶数行の画素との一方が参照画素、他方が読出画素として差動増幅が行われる。
【０１０４】
図１２は、本技術の第１の実施の形態と比較例とにおける行ごとの電荷電圧変換効率の一例を示すグラフである。同図におけるａは、負荷電流源３２３および３２４を設けない比較例における行ごとの電荷電圧変換効率の一例を示すグラフである。同図におけるｂは、負荷電流源３２３および３２４を設けた第１の実施の形態における行ごとの電荷電圧変換効率の一例を示すグラフである。同図における縦軸は、電荷電圧変換効率を示し、横軸は、垂直方向の画素数を示す。垂直方向の画素数が多いほど、カレントミラー回路からの距離が長いものとする。
【０１０５】
同図におけるａに例示するように、負荷電流源３２３および３２４を設けない比較例では、垂直方向の画素数が多いほど（すなわち、カレントミラー回路から遠い行ほど）、電荷電圧変換効率が低下する。これは、カレントミラー回路から遠い行ほど、垂直信号線２２Ｓの配線抵抗による電圧降下量が大きくなり、その電圧降下に起因して増幅トランジスタ２３６の出力抵抗Ｒｏｕｔａｍｐが減少するためである。
【０１０６】
一方、同図におけるｂに例示するように、負荷電流源３２３および３２４を設けた場合、垂直方向の画素数が多いほど（すなわち、カレントミラー回路から遠い行ほど）、電荷電圧変換効率が低下するものの、その低下量は比較例よりも小さい。これは、カレントミラー回路から遠い行ほど、垂直リセット入力線６１Ｒの配線抵抗による電圧降下量が大きくなり、その電圧降下に起因してカレントミラー回路内のｐＭＯＳトランジスタ３１１の出力抵抗ＲｏｕｔｐＭＯＳが増大するためである。
【０１０７】
図１３は、比較例における飽和マージンを説明するための図である。負荷電流源３２３および３２４を設けない比較例では、ｐＭＯＳトランジスタ３１１のドレイン−ソース間電圧ＶｄｓｐＭＯＳは、読み出す行がカレントミラー回路から遠いほど増大し、最も遠い行で飽和する。ある行を読み出す際のドレイン−ソース間電圧ＶｄｓｐＭＯＳをＶｄｓａｔ１とする。また、増幅トランジスタ２３６のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓａｍｐは、カレントミラー回路から遠いほど増大し、最も遠い行で飽和する。ある行のドレイン−ソース間電圧ＶｄｓａｍｐをＶｄｓａｔ２とする。
【０１０８】
また、増幅トランジスタ２３６の閾値電圧をＶｔｈとすると、閾値電圧Ｖｔｈと増幅トランジスタ２３６のゲート−ドレイン間電圧Ｖｇｄとの差分が飽和マージンとして設定される。一方、電源電圧ＶＤＤとコモン電圧ＶＣＯＭとの間の電圧範囲において、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓａｔ１およびＶｄｓａｔ２や増幅トランジスタ２３６の飽和マージンを除いた残りの電圧が、ｐＭＯＳトランジスタ３１１の飽和マージンとして設定される。
【０１０９】
図１４は、本技術の第１の実施の形態における飽和マージンを説明するための図である。負荷電流源３２３および３２４を設けることにより、カレントミラー回路から遠い行ほど、垂直リセット入力線６１Ｒの配線抵抗による電圧降下量が増大する。この電圧降下により、ｐＭＯＳトランジスタ３１１のドレイン−ソース間電圧ＶｄｓｐＭＯＳが増大する。このドレイン−ソース間電圧ＶｄｓｐＭＯＳの増大により、比較例と比較して、ｐＭＯＳトランジスタ３１１の飽和マージンを大きくすることができる。
【０１１０】
図１５は、本技術の第１の実施の形態における固体撮像素子２００の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、画像データを撮像するための所定のアプリケーションが実行されたときに開始される。
【０１１１】
固体撮像素子２００は、行を選択し、その行の露光を開始し（ステップＳ９０１）、そして、露光蓄積期間の終了時に露光を終了する（ステップＳ９０２）。固体撮像素子２００は、行から読み出した画素信号に対してＣＤＳ処理などの信号処理を行う（ステップＳ９０３）。
【０１１２】
固体撮像素子２００は、差動モードが設定されているか否かを判断する（ステップＳ９０４）。差動モードが設定されている場合（ステップＳ９０４：Ｙｅｓ）、固体撮像素子２００は、全列の読出しが完了したか否かを判断する（ステップＳ９０５）。全列の読出しが完了していない場合に（ステップＳ９０５：Ｎｏ）、固体撮像素子２００は、読出画素と参照画素とを入れ替える（ステップＳ９０６）。
【０１１３】
ＳＦモードが設定されている場合（ステップＳ９０４：Ｎｏ）、全列の読出しが完了した場合（ステップＳ９０５：Ｙｅｓ）、固体撮像素子２００は、全行の読出しが完了したか否かを判断する（ステップＳ９０７）。全行の読出しが完了していない場合（ステップＳ９０７：Ｎｏ）、または、ステップＳ９０６の後に固体撮像素子２００は、ステップＳ９０１以降の処理を繰り返し実行する。一方、全行の読出しが完了した場合（ステップＳ９０７：Ｙｅｓ）、固体撮像素子２００は、画像データを撮像するための動作を終了する。
【０１１４】
なお、垂直同期信号に同期して複数枚の画像データを撮像する場合には、垂直同期信号に同期してステップＳ９０１乃至Ｓ９０７が繰り返し実行される。
【０１１５】
このように、本技術の第１の実施の形態によれば、負荷電流源３２４が垂直リセット入力線６１Ｒに負荷電流を供給するため、その信号線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって浮遊拡散層を初期化することができる。この垂直リセット入力線６１Ｒの電圧降下により電荷電圧変換効率ηが上昇し、その上昇分によって、垂直信号線２２Ｓの電圧低下による電荷電圧変換効率ηの低下分が相殺される。これにより、行ごとの電荷電圧変換効率の差を小さくしてシェーディングを抑制し、画像データの画質を向上させることができる。
【０１１６】
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、垂直リセット入力線６１Ｒの単位長さ当たりの配線抵抗をＲｖｐｘと垂直信号線２２Ｓの単位長さ当たりの配線抵抗をＲｖｓｌとを同一の値に設定していた。しかしながら、この構成では、垂直信号線２２Ｓの電圧降下量が大きいほど、シェーディングの抑制に要する負荷電流Ｉｌｏａｄが増大し、消費電力が大きくなってしまう。この第２の実施の形態の固体撮像素子２００は、垂直リセット入力線６１Ｒの配線抵抗Ｒｖｐｘを垂直信号線２２Ｓの配線抵抗Ｒｖｓｌより大きくして、消費電力を削減した点において第１の実施の形態と異なる。
【０１１７】
図１６は、本技術の第２の実施の形態における画素および単位読出し回路３１０の等価回路の一例である。この第２の実施の形態の垂直リセット入力線６１Ｒの単位長さ当たりの配線抵抗Ｒｖｐｘは、垂直信号線２２Ｓの単位長さ当たりの配線抵抗Ｒｖｓｌより大きい。例えば、配線抵抗Ｒｖｐｘは、配線抵抗Ｒｖｓｌの約Ｓ（Ｓは、１より大きな実数）倍に設定される。
【０１１８】
また、配線抵抗Ｒｖｐｘが配線抵抗Ｒｖｓｌと略同一とする際に必要な負荷電流をＩｌｏａｄとすると、第２の実施の形態の負荷電流源３２４は、Ｉｌｏａｄの１／Ｓ倍の負荷電流を供給する。負荷電流源３２３についても同様である。このように、第１の実施の形態と比較して、第２の実施の形態では、必要な負荷電流が小さくて済むため、消費電力を削減することができる。
【０１１９】
このように、本技術の第２の実施の形態によれば、垂直リセット入力線６１Ｒの配線抵抗Ｒｖｐｘを垂直信号線２２Ｓの配線抵抗Ｒｖｓｌより大きくしたため、その分、シェーディングの抑制に必要な負荷電流を小さくすることができる。これにより、消費電力を削減することができる。
【０１２０】
＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、２列ごとに配置したｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４がリセット電圧Ｖｒｓｔを生成していた。しかし、この構成では、列数が多くなるほど、配置するｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４の個数が多くなり、カラム読出し回路３００の回路規模が増大してしまう。この第３の実施の形態の固体撮像素子２００は、ｐＭＯＳトランジスタ数を削減した点において第１の実施の形態と異なる。
【０１２１】
図１７は、本技術の第３の実施の形態における差動モードの画素および単位読出し回路３１０の等価回路の一例である。この第３の実施の形態の単位読出し回路３１０は、ｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４が設けられない点において第１の実施の形態と異なる。垂直リセット入力線６１Ｒは、ｐＭＯＳトランジスタ３１４を介さずに、固定のバイアス電圧がリセット電圧Ｖｒｓｔとして印加されたノードに直接に接続される。垂直リセット入力線６１Ｓについても同様である。リセット電圧Ｖｒｓｔは、例えば、カラム読出し回路３００の外部の回路などにより供給される。
【０１２２】
なお、第３の実施の形態の固体撮像素子２００に第２の実施の形態を適用することもできる。
【０１２３】
このように、本技術の第３の実施の形態では、垂直リセット入力線６１Ｒがリセット電圧Ｖｒｓｔのノードに直接に接続されるため、ｐＭＯＳトランジスタ３１４が不要となる。これにより、ｐＭＯＳトランジスタ数を少なくしてカラム読出し回路３００の回路規模を削減することができる。
【０１２４】
＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、負荷電流源３２３および３２４が垂直リセット入力線６１Ｒおよび６１Ｓに負荷電流を供給して電圧降下させていたが、この構成では、カレントミラー回路から遠い行ほど、電圧降下量が大きくなり、参照電圧Ｖｆｄｒが低下する。このため、参照電圧Ｖｆｄｒが低すぎると、画素２３０や２４０の駆動力が不足するおそれがある。この第４の実施の形態の固体撮像素子２００は、バッファにより駆動力の不足を補った点において第１の実施の形態と異なる。
【０１２５】
図１８は、本技術の第４の実施の形態における差動モードの画素および単位読出し回路３１０の等価回路の一例である。この第４の実施の形態の画素アレイ部２２０は、行ごとに、バッファ２５１および２５２がさらに配置される点において第１の実施の形態と異なる。
【０１２６】
バッファ２５１は、垂直リセット入力線６１Ｓ上の行に対応するノードと、リセットトランジスタ２３３との間に挿入される。バッファ２５２は、垂直リセット入力線６１Ｒ上の行に対応するノードと、リセットトランジスタ２４３との間に挿入される。バッファ２５１および２５２は、垂直リセット入力線６１Ｒおよび６１Ｓ上の接続されたノードの電圧を増幅して、リセットトランジスタ２３３および２４３のそれぞれに供給するものである。バッファ２５１および２５２の増幅により、参照電圧Ｖｆｄｒを高くし、画素２３０や２４０の駆動力を向上させることができる。
【０１２７】
なお、第４の実施の形態の固体撮像素子２００に第２および第３の実施の形態のそれぞれを適用することもできる。
【０１２８】
このように、本技術の第４の実施の形態によれば、バッファ２５１および２５２が、垂直リセット入力線６１Ｒおよび６１Ｓ上のノードの電圧を増幅するため、画素の駆動力を向上させることができる。
【０１２９】
＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、ダイオード接続したｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４がリセット電圧Ｖｒｓｔを供給していた。しかしながら、この構成では、垂直信号線の電圧降下量に応じた適切なリセット電圧Ｖｒｓｔが供給されないおそれがある。この第５の実施の形態の固体撮像素子２００は、電圧降下量を測定し、その測定値に応じたリセット電圧Ｖｒｓｔを供給する点において第１の実施の形態と異なる。
【０１３０】
図１９は、本技術の第５の実施の形態における単位読出し回路３１０の一構成例を示す回路図である。この第５の実施の形態の単位読出し回路３１０は、電圧降下測定部３５１およびバイアス電圧生成部３５２がさらに配置される点において第１の実施の形態と異なる。
【０１３１】
電圧降下測定部３５１は、垂直信号線２２Ｒおよび２２Ｓのそれぞれの電圧降下量を測定するものである。例えば、電圧降下測定部３５１は、垂直信号線２２Ｒの上端および下端の間の電圧と垂直信号線２２Ｓの上端および下端の間の電圧とのそれぞれを電圧降下量として測定し、それらの測定値の統計量（合計や平均）をバイアス電圧生成部３５２に供給する。
【０１３２】
なお、電圧降下測定部３５１は、垂直信号線２２Ｒおよび２２Ｓの両方の電圧降下量を測定しているが、垂直信号線２２Ｒおよび２２Ｓの一方の電圧降下量のみを測定することもできる。
【０１３３】
バイアス電圧生成部３５２は、測定値の統計量に応じたバイアス電圧を生成し、ｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４のゲートに供給するものである。これにより、電圧降下量に応じた適切なリセット電圧Ｖｒｓｔが供給される。
【０１３４】
なお、バイアス電圧生成部３５２は、垂直信号線２２Ｒおよび２２Ｓの両方の測定値の統計量に応じたバイアス電圧をｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４の両方に供給しているが、この構成に限定されない。バイアス電圧生成部３５２は、垂直信号線２２Ｓの測定値に応じたバイアス電圧をｐＭＯＳトランジスタ３１３に供給し、垂直信号線２２Ｒの測定値に応じたバイアス電圧をｐＭＯＳトランジスタ３１４に供給することもできる。
【０１３５】
なお、第５の実施の形態の固体撮像素子２００に、第２乃至第４の実施の形態のそれぞれを適用することもできる。
【０１３６】
このように、本技術の第５の実施の形態によれば、バイアス電圧生成部３５２が電圧降下量の測定値に応じたバイアス電圧を生成するため、そのバイアス電圧により電圧降下量に応じた適切なリセット電圧Ｖｒｓｔを生成させることができる。
【０１３７】
＜６．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０１３８】
図２０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０１３９】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ(interface)１２０５３が図示されている。
【０１４０】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０１４１】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０１４２】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０１４３】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０１４４】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０１４５】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１４６】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１４７】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０１４８】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２０の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０１４９】
図２１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０１５０】
図２１では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０１５１】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０１５２】
なお、図２１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０１５３】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０１５４】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０１５５】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０１５６】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０１５７】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、図１の撮像装置１００は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、シェーディングを抑制して、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。
【０１５８】
なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本技術の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。
【０１５９】
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray（登録商標）Disc）等を用いることができる。
【０１６０】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって、限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
【０１６１】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）所定のリセット電圧のノードに接続された垂直リセット入力線に所定の負荷電流を供給する負荷電流源と、
前記垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する一対のリセットトランジスタと、
一対の光電変換素子の一方から前記一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して前記電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる転送トランジスタと、
前記参照電圧と前記信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する一対の増幅トランジスタと、
前記出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力するカレントミラー回路と
を具備する固体撮像素子。
（２）前記一対の光電変換素子の一方と前記一対の浮遊拡散層の一方と前記一対のリセットトランジスタの一方と前記転送トランジスタと前記一対の増幅トランジスタの一方とは、所定方向に配列された一対の画素の一方に配置され、
前記一対の光電変換素子の他方と前記一対の浮遊拡散層の他方と前記一対のリセットトランジスタの他方と前記一対の増幅トランジスタの他方とは、前記一対の画素の他方に配置される
前記（１）記載の固体撮像素子。
（３）所定の電源電圧を低下させてリセット電圧として前記垂直リセット入力線に供給するリセット電圧供給トランジスタをさらに具備する
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記垂直リセット入力線の単位長さ当たりの前記配線抵抗は、前記垂直信号線の単位長さ当たりの前記配線抵抗よりも大きい
前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）前記垂直リセット入力線の電圧を増幅して前記一対のリセットトランジスタのそれぞれに供給するバッファをさらに具備する
前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）前記垂直信号線の配線抵抗による電圧降下量を測定して測定値を供給する電圧降下測定部と、
前記測定値に応じたバイアス電圧を生成して前記リセット電圧供給トランジスタのゲートに供給するバイアス電圧生成部と
をさらに具備する
前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）差動モードが設定された場合には前記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に前記一対の光電変換素子の一方から前記一対の浮遊拡散層の一方へ前記電荷を転送させる制御と前記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に前記一対の光電変換素子の他方から前記一対の浮遊拡散層の他方へ電荷を転送させる制御とを順に行う垂直駆動部をさらに具備する
前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）前記垂直駆動部は、ソースフォロワモードが設定された場合には前記一対の浮遊拡散層を初期化させた後に前記一対の光電変換素子のそれぞれから前記一対の浮遊拡散層へ前記電荷を転送させる制御を行う
前記（７）記載の固体撮像素子。
（９）所定のリセット電圧のノードに接続された垂直リセット入力線に所定の負荷電流を供給する負荷電流源と、
前記垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する一対のリセットトランジスタと、
一対の光電変換素子の一方から前記一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して前記電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる転送トランジスタと、
前記参照電圧と前記信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する一対の増幅トランジスタと、
前記出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力するカレントミラー回路と、
前記画素信号を処理する信号処理部と
を具備する撮像装置。
（１０）一対のリセットトランジスタが、所定のリセット電圧のノードに接続され、所定の負荷電流が供給される垂直リセット入力線の配線抵抗による電圧降下量に応じた参照電圧によって一対の浮遊拡散層を初期化する初期化手順と、
転送トランジスタが、一対の光電変換素子の一方から前記一対の浮遊拡散層の一方に電荷を転送して前記電荷の量に応じた電圧を信号電圧として生成させる転送手順と、
一対の増幅トランジスタが、前記参照電圧と前記信号電圧との差分に応じた出力電流を生成する増幅手順と、
カレントミラー回路が、前記出力電流に応じた電圧の画素信号を垂直信号線から出力する出力手順と
を具備する固体撮像素子の制御方法。
【符号の説明】
【０１６２】
１００  撮像装置
１１０  光学部
１２０  デジタルシグナルプロセッサ
１３０  表示部
１４０  操作部
１５０  バス
１６０  電源部
１７０  記録部
１８０  フレームメモリ
２００  固体撮像素子
２１０  垂直駆動部
２２０  画素アレイ部
２３０、２４０  画素
２３１、２４１  光電変換素子
２３２、２４２  転送トランジスタ
２３３、２４３  リセットトランジスタ
２３４、２４４  浮遊拡散層
２３５、２４５  選択トランジスタ
２３６、２４６  増幅トランジスタ
２５１、２５２  バッファ
２７０  カラム信号処理部
２７１  ＡＤＣ
２７２  比較器
２７３  カウンタ
２８０  出力部
２９１  システム制御部
２９２  水平駆動部
２９３  データ格納部
２９４  画像処理部
３００  カラム読出し回路
３１０  単位読出し回路
３１１〜３１４  ｐＭＯＳトランジスタ
３２１、３２２  テール電流源
３２３、３２４  負荷電流源
３３１〜３４７  スイッチ
３５１  電圧降下測定部
３５２  バイアス電圧生成部
１２０３１  撮像部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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