(57)【要約】【課題】信号読み出し時間を増やすことなく、画面の左から右に向かって明暗が生じる水平シェーディングの発生を抑圧することが可能な固体撮像装置及びその駆動方法を提供する。【解決手段】複数の画素セル８８ａと、垂直信号線８−１、８−２と、負荷トランジスタ９−１、９−２と、サンプリング容量１４−１、１４−２と、水平信号線６０と、負荷制御回路２１とを備え、負荷制御回路２１は、サンプリング容量１４−１、１４−２から水平信号線６０に画素信号が読み出される水平信号読み出し期間が終了してから、画素セル８８ａから垂直信号線８−１、８−２に画素信号が読み出される垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において、負荷トランジスタ９−１、９−２が負荷として機能する状態から機能しない状態になるように負荷トランジスタ９−１、９−２を制御する。【選択図】図２
2006270931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置された、光電変換を行う複数の画素セルと、
同一列の前記画素セルが共通に接続され、前記画素セルの画素信号を伝達する複数の垂直信号線と、
前記各垂直信号線に接続された複数の負荷手段と、
前記各垂直信号線に接続され、前記垂直信号線を介して伝達された前記画素セルの画素信号を保持する複数の保持手段と、
前記複数の保持手段と共通に接続され、前記保持手段の画素信号を伝達する水平信号線と、
前記負荷手段を制御する負荷制御手段とを備え、
前記負荷制御手段は、前記保持手段から前記水平信号線に画素信号が読み出される水平信号読み出し期間が終了してから、前記画素セルから前記垂直信号線に画素信号が読み出される垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において、前記負荷手段が負荷として機能する状態から機能しない状態となるように前記負荷手段を制御する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記負荷手段は、負荷トランジスタであり、
前記負荷制御手段は、前記水平信号読み出し期間が終了してから前記垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において、前記負荷トランジスタがＯＮ状態からＯＦＦ状態となるように前記負荷トランジスタを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素セルは、
光電変換を行う光電変換手段と、
前記光電変換手段で生成された信号電荷を保持する電荷保持手段と、
前記画素セルに電位を供給する画素電源と、前記電荷保持手段との間に挿入されたスイッチと、
前記電荷保持手段の信号電荷に対応する画素信号を出力する増幅手段とを有する
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素電源は、第１電位と前記第１電位よりも高い第２電位とを周期的に供給する
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素電源は、前記垂直信号読み出し期間において前記第２電位の供給を行い、前記水平信号読み出し期間が終了してから前記垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において前記画素セルに供給する電位を前記第２電位から前記第１電位に変化させ、
前記固体撮像装置は、さらに、前記垂直信号読み出し期間において前記第２電位の供給が行われているとき、及び前記水平信号読み出し期間が終了してから前記垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において前記第１電位の供給が行われているときに、前記スイッチが開状態となるように前記スイッチを制御するスイッチ制御手段を備える
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記負荷制御手段は、前記画素電源が前記第２電位から前記第１電位に電位を変化させる前に、前記負荷トランジスタがＯＮ状態からＯＦＦ状態となるように前記負荷トランジスタを制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像装置は、前記画素電源を内部に備える
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記固体撮像装置は、前記画素電源を外部に備える
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１に記載の固体撮像装置が搭載されている
ことを特徴とするカメラ。
【請求項１０】
行列状に配置された、光電変換を行う複数の画素セルと、同一列の前記画素セルが共通に接続され、前記画素セルの画素信号を伝達する複数の垂直信号線と、前記各垂直信号線に接続された複数の負荷手段と、前記各垂直信号線に接続され、前記垂直信号線を介して伝達された前記画素セルの画素信号を保持する複数の保持手段と、前記複数の保持手段と共通に接続され、前記保持手段の画素信号を伝達する水平信号線とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記画素セルから前記垂直信号線に画素信号を読み出す垂直読み出しステップと、
前記保持手段から前記水平信号線に画素信号を読み出す水平読み出しステップと、
前記水平読み出しステップが終了してから前記垂直読み出しステップが開始されるまでの間において、前記負荷手段が負荷として機能する状態から機能しない状態となるように前記負荷手段を制御する負荷制御ステップとを含む
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】
前記画素セルは、光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で生成された信号電荷を保持する電荷保持手段と、第１電位と前記第１電位よりも高い第２電位とを周期的に前記画素セルに供給する画素電源と前記電荷保持手段との間に挿入されたスイッチと、前記電荷保持手段の信号電荷に対応する画素信号を出力する増幅手段とを有し、
前記垂直読み出しステップにおいて、前記スイッチを開状態とした状態で前記電源に前記第２電位を供給させ、
前記負荷制御ステップにおいて、前記負荷手段が負荷として機能する状態から機能しない状態となるように前記負荷手段を制御した後、前記スイッチを開状態とした状態で前記電源の供給する電位を前記第２電位から前記第１電位に変化させる
ことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳ型の固体撮像装置及びその駆動方法に関し、特に固体撮像装置の電流変動に伴う画像劣化を抑圧する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳ型の固体撮像装置に関し、消費電力の低減が求められている。このような要望を満たす固体撮像装置として、画素セル内に設けられた増幅トランジスタに流れる電流を抑圧する技術が特許文献１に開示されている。すなわち、画素セルの画素信号を垂直信号線に読み出す垂直信号読み出し期間から垂直信号線を伝達した画素信号を水平信号線に読み出す水平信号読み出し期間に移行する境界で、垂直信号線に接続された負荷トランジスタをＯＦＦ状態にし、増幅トランジスタを流れる電流を変化させる技術が開示されている。
【０００３】
また、ＭＯＳ型の固体撮像装置に関し、各画素セルに共通に供給される電源電位を一定電位ではなく、高電位と低電位とを周期的に遷移させることで、増幅トランジスタをＯＮ・ＯＦＦさせ、画素セル内にスイッチトランジスタを設けなくても特定の画素セルのみに選択的に画素信号を出力させる技術が特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平９−２４７５３７号公報
【特許文献２】特開２００３−４６８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように垂直信号読み出し期間から水平信号読み出し期間に移行する境界で電流を変化させる特許文献１に記載の固体撮像装置には、以下のような問題がある。
【０００５】
すなわち、垂直信号読み出し期間では、画素セルの増幅トランジスタに電流を流すため、供給源となる電源において電圧降下が発生する。その後、増幅トランジスタへの電流供給を停止すると、電源電圧は降下せず、電源電圧は電源容量Ｃと電源線のインピーダンスＲとで定まる時間をかけて上昇する。この時定数ＣＲは一般的にＣ＝１０μＦ、Ｒ＝５Ω程度であり、５０μｓｅｃもの時定数を持つ。
【０００６】
従って、従来技術のように、垂直信号読み出し期間から水平信号読み出し期間に移行する境界で増幅トランジスタを流れる電流を変化させると、電流を変化させた直後に水平読み出し動作が開始されることとなり、電源電圧変動の影響を受けて、画面の左から右に向かって、明暗が生じる水平シェーディングの画像の不具合が発生する。
【０００７】
このとき、水平シェーディングを抑圧するために、垂直信号読み出し期間と水平信号読み出し期間との間に電源変動が収まる時間を確保すると、結果として、１行分の画素セルの画素信号の読み出しにかかる時間が増え、１枚の画像を取得するための時間が増えるといった別の不具合が発生する。
【０００８】
そこで、本発明は、信号読み出し時間を増やすことなく、低消費電力化に伴う水平シェーディングの発生を抑圧することが可能な固体撮像装置及びその駆動方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、行列状に配置された、光電変換を行う複数の画素セルと、同一列の前記画素セルが共通に接続され、前記画素セルの画素信号を伝達する複数の垂直信号線と、前記各垂直信号線に接続された複数の負荷手段と、前記各垂直信号線に接続され、前記垂直信号線を介して伝達された前記画素セルの画素信号を保持する複数の保持手段と、前記複数の保持手段と共通に接続され、前記保持手段の画素信号を伝達する水平信号線と、前記負荷手段を制御する負荷制御手段とを備え、前記負荷制御手段は、前記保持手段から前記水平信号線に画素信号が読み出される水平信号読み出し期間が終了してから、前記画素セルから前記垂直信号線に画素信号が読み出される垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において、前記負荷手段が負荷として機能する状態から機能しない状態となるように前記負荷手段を制御することを特徴とする。ここで、前記負荷手段は、負荷トランジスタであり、前記負荷制御手段は、前記水平信号読み出し期間が終了してから前記垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において、前記負荷トランジスタがＯＮ状態からＯＦＦ状態となるように前記負荷トランジスタを制御することが好ましい。また、前記固体撮像装置は、前記画素電源を内部に備えることが好ましい。また、前記固体撮像装置は、前記画素電源を外部に備えることが好ましい。
【００１０】
これによって、水平信号読み出し期間が終わってから垂直信号読み出し期間が始まるまでの間に負荷手段が負荷として機能しないようにされるので、垂直信号読み出し期間から水平信号読み出し期間に移行する際の電源変動を抑圧することができる。その結果、水平信号線に読み出される画素信号は電源変動による変動を受けないので、低消費電力化に伴う水平シェーディングの発生を抑圧することができる。
【００１１】
また、垂直信号読み出し期間と水平信号読み出し期間との間に電源変動が収まる時間を確保すること無く水平シェーディングを抑圧する。その結果、信号読み出し時間を増やすこと無く、低消費電力化に伴う水平シェーディングの発生を抑圧することができる。
【００１２】
また、前記画素セルは、光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で生成された信号電荷を保持する電荷保持手段と、前記画素セルに電位を供給する画素電源と、前記電荷保持手段との間に挿入されたスイッチと、前記電荷保持手段の信号電荷に対応する画素信号を出力する増幅手段とを有することが好ましい。また、前記画素電源は、第１電位と前記第１電位よりも高い第２電位とを周期的に供給することが好ましい。また、前記画素電源は、前記垂直信号読み出し期間において前記第２電位の供給を行い、前記水平信号読み出し期間が終了してから前記垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において前記画素セルに供給する電位を前記第２電位から前記第１電位に変化させ、前記固体撮像装置は、さらに、前記垂直信号読み出し期間において前記第２電位の供給が行われているとき、及び前記水平信号読み出し期間が終了してから前記垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において前記第１電位の供給が行われているときに、前記スイッチが開状態となるように前記スイッチを制御するスイッチ制御手段を備えることが好ましい。
【００１３】
これによって、特許文献２等に記載の固体撮像装置における、選択されていない画素セルから画素信号が出ないようにする画素セルの無効化期間、つまり電荷保持手段に第１電位を与える期間での消費電力を低減することができる。
【００１４】
また、前記負荷制御手段は、前記画素電源が前記第２電位から前記第１電位に電位を変化させる前に、前記負荷トランジスタがＯＮ状態からＯＦＦ状態となるように前記負荷トランジスタを制御することが好ましい。
【００１５】
これによって、画素電源の第２電位から第１電位への電位変化により垂直信号線が受ける影響を抑圧することができる。その結果、垂直信号線と画素セル内の電荷保持手段とのカップリングにより、他の画素セル内の電荷保持手段の電位が上昇するという不具合を防止することができる。すなわち、電荷保持手段のダイナミックレンジの低下を防止することができる。
【００１６】
また、本発明は、上記固体撮像装置が搭載されていることを特徴とするカメラとすることもできる。
【００１７】
これによって、高画質の画像を得ることが可能なカメラを実現することができる。
また、本発明は、行列状に配置された、光電変換を行う複数の画素セルと、同一列の前記画素セルが共通に接続され、前記画素セルの画素信号を伝達する複数の垂直信号線と、前記各垂直信号線に接続された複数の負荷手段と、前記各垂直信号線に接続され、前記垂直信号線を介して伝達された前記画素セルの画素信号を保持する複数の保持手段と、前記複数の保持手段と共通に接続され、前記保持手段の画素信号を伝達する水平信号線とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記画素セルから前記垂直信号線に画素信号を読み出す垂直読み出しステップと、前記保持手段から前記水平信号線に画素信号を読み出す水平読み出しステップと、前記水平読み出しステップが終了してから前記垂直読み出しステップが開始されるまでの間において、前記負荷手段が負荷として機能する状態から機能しない状態となるように前記負荷手段を制御する負荷制御ステップとを含むことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法とすることもできる。ここで、前記画素セルは、光電変換を行う光電変換手段と、前記光電変換手段で生成された信号電荷を保持する電荷保持手段と、第１電位と前記第１電位よりも高い第２電位とを周期的に前記画素セルに供給する画素電源と前記電荷保持手段との間に挿入されたスイッチと、前記電荷保持手段の信号電荷に対応する画素信号を出力する増幅手段とを有し、前記垂直読み出しステップにおいて、前記スイッチを開状態とした状態で前記電源に前記第２電位を供給させ、前記負荷制御ステップにおいて、前記負荷手段が負荷として機能する状態から機能しない状態となるように前記負荷手段を制御した後、前記スイッチを開状態とした状態で前記電源の供給する電位を前記第２電位から前記第１電位に変化させることが好ましい。
【００１８】
これによって、信号読み出し時間を増やすこと無く、低消費電力化に伴う水平シェーディングの発生を抑圧することが可能な固体撮像装置の駆動方法を実現することができる。また、ダイナミックレンジの低下という不具合を防止することが可能な固体撮像装置の駆動方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、保持手段に保持される画素信号が水平信号線に読み出される水平信号読み出し期間における電流変化に伴う電源電圧の変動を抑圧することができるので、低消費電力化に伴って発生する、固体撮像装置の画面の左から右に向かって明暗が生じる水平シェーディングの画像不具合を抑制することができる。また、垂直信号読み出し期間と水平信号読み出し期間との間に電源変動が収まる時間を確保すること無く水平シェーディングを抑圧するので、信号読み出し時間を増やすこと無く、低消費電力化に伴う水平シェーディングの発生を抑圧することができる。
【００２０】
特に、各画素セルに共通に供給される電源電位を一定電位ではなく、高電位と低電位とに周期的に遷移させることで、特定の画素セルのみに選択的に画素信号を出力させる固体撮像装置において水平信号読み出し期間の終了後から画素セル内の電源電位が低電位のときにスイッチを開状態から閉状態に変化させて画素セルを無効化する際に、負荷トランジスタをＯＦＦ状態とすることにより、画素セルの無効化に伴う垂直信号線の電位変動を抑圧することができる。
【００２１】
したがって、垂直信号線の電位変動に伴う、垂直信号線と無効化された非選択の画素セル内の電荷保持手段とのカップリングを抑圧し、電荷保持手段のダイナミックレンジの低下を抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
〔概要〕
本実施の形態は、画素セル内の増幅トランジスタを流れる電流の制御を水平信号読み出し期間の開始直前ではなく、水平信号読み出し期間の終了後に行うことにより、低消費電力化に伴う、水平信号読み出し期間における電源変動を抑圧する固体撮像装置に関する。特に、各画素セルに共通に供給される電源電位を一定電位ではなく、高電位と低電位とに周期的に遷移させることで、特定の画素セルのみに選択的に画素信号を出力させる固体撮像装置に関し、水平信号読み出し期間の終了後から画素セルの選択を解除するまでの間に増幅トランジスタの電流制御を行うことで、読み出し時間を増やすことなく、水平信号読み出し期間における電流変化に伴う電源電圧の変動を抑圧することができる。従って、読み出し時間を増やすことなく、低消費電力化に伴う、固体撮像装置の画面の左から右に向かって明暗が生じる水平シェーディングの画像不具合を抑制することができる。
【００２４】
〔構成〕
図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を示す図である。
【００２５】
この固体撮像装置は、撮像部８８、垂直走査回路５、水平走査回路１６、行信号処理部９１、負荷回路９２及び負荷制御回路２１からなり、各画素セル８８ａが受光量に応じて出力する画素信号を読み出すものである。なお、垂直走査回路５及び負荷制御回路２１は、それぞれ本発明のスイッチ制御手段及び負荷制御手段の一例である。
【００２６】
各画素セル８８ａは、撮像部８８において行列状に複数配置されている。各列の画素セル８８ａは、共通の垂直信号線８−１〜８−２に接続され、各行の画素セル８８ａは、共通のリード信号線７−１〜７−２及びリセット信号線６−１〜６−２に接続されている。画素セル８８ａの列毎に設けられた垂直信号線８−１〜８−２は、行信号処理部９１及び水平走査回路１６に接続され、画素セル８８ａの画素信号を伝達する。画素セル８８ａの行毎に設けられたリード信号線７−１〜７−２及びリセット信号線６−１〜６−２は、垂直走査回路５に接続されている。以下、各信号線の図番は、例えば垂直信号線８と省略して記述する。
【００２７】
画素セル８８ａは、光電変換素子１−１−１〜１−２−２、増幅トランジスタ２−１−１〜２−２−２、リセットトランジスタ３−１−１〜３−２−２、及びリードトランジスタ４−１−１〜４−２−２からなる。以下、各素子の図番は、例えば光電変換素子１と省略して記述する。なお、光電変換素子１、増幅トランジスタ２及びリセットトランジスタ３は、それぞれ本発明の光電変換手段、増幅手段及びスイッチの一例である。
【００２８】
画素セル８８ａの電荷保持部は、増幅トランジスタ２のゲート入力部であって、リードトランジスタ４及びリセットトランジスタ３に共通接続されるノード（図１におけるＡ）に相当する。なお、電荷保持部は、本発明の電荷保持手段の一例である。
【００２９】
具体的には、画素セル８８ａの電荷保持部は、集積回路内のＰＮ接合部に相当し、光電変換素子１で生成された電荷を保持することで電位を保持しており、その電位に応じて増幅トランジスタ２と接続された電源１０から垂直信号線８へ流れる電流を制御する。なお、電源１０は、本発明の画素電源の一例である。
【００３０】
光電変換素子１は、光電変換により受光量に応じた電荷を生成する。
リードトランジスタ４は、通常ＯＦＦ状態であり、リード信号線７に印加されるリードパルスがＨｉ電位になっているときだけＯＮ状態となり、光電変換素子１が生成した電荷を電荷保持部に伝送する。
【００３１】
リセットトランジスタ３は、電源１０と電荷保持部との間に挿入されたスイッチである。リセットトランジスタ３は、通常ＯＦＦ状態であり、リセット信号線６に印加されるリセットパルスがＨｉ電位になっているときだけＯＮ状態となり、電荷保持部に電源１０の電位を供給する。
【００３２】
増幅トランジスタ２は、電荷保持部が保持する電荷の量に応じた画素信号を出力する。
ここで、画素セル８８ａ内の電源１０は、周期的にＨｉ電位とＬｏ電位とを繰り返す電源回路から画素セル８８ａへの出力である。画素セル８８ａが上記のような構成なので、電源１０がＨｉ電位のときにリセットトランジスタ３がＯＮ状態となると、電荷保持部の電位がＨｉ電位となる。それに伴い、増幅トランジスタ２がＯＮ状態となり電源１０から垂直信号線８へと電流が流れ、垂直信号線８の電位が基準電位まで上昇する。
【００３３】
その後、リードトランジスタ４をＯＮ状態として光電変換素子１と電荷保持部とを導通させると、光電変換素子１が生成した電荷の量に応じて電荷保持部の電位が降下する。この降下分に応じて増幅トランジスタ２を介し、垂直信号線８の電位が降下して信号電位となる。行信号処理部９１は上記の基準電位と信号電位との電位差を画素信号として検出している。その後、電源１０がＬｏ電位のときにリセットトランジスタ３がＯＮ状態となると電荷保持部の電位がＬｏ電位となる。それに伴い、増幅トランジスタ２がＯＦＦ状態となる。
【００３４】
このように、電源１０がＨｉ電位のとき、リセットトランジスタ３をＯＮ状態とすることで増幅トランジスタ２をＯＮ状態とし、画素セル８８ａから画素信号が出力されるようにすることができる。すなわち、画素セル８８ａを有効化することができる。また、電源１０がＬｏ電位のとき、リセットトランジスタ３をＯＮ状態とすることで増幅トランジスタ２をＯＦＦ状態とし、画素セル８８ａから画素信号が出力されないようにすることができる。すなわち、画素セル８８ａを無効化することができる。そして、画素セル８８ａが有効化されてから無効化されるまでの間に、画素信号が読み出される。このとき、電源１０は、増幅トランジスタ２等により画素セル８８ａから垂直信号線８に画素信号が読み出される垂直信号読み出し期間において画素セル８８ａが有効化されるように、この期間においてＨｉ電位となる。また、電源１０は、水平読み出しトランジスタ１５−１〜１５−２等によりサンプリング容量１４−１〜１４−２から水平信号線６０に画素信号が読み出される水平信号読み出し期間が終了してから垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において画素セル８８ａが無効化されるように、この期間においてＨｉ電位からＬｏ電位に変化する。垂直走査回路５は、垂直信号読み出し期間において電源１０がＨｉ電位となるとき、及び水平信号読み出し期間が終了してから垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において電源１０がＬｏ電位となるときにリセットトランジスタ３がＯＮ状態となるようにリセットトランジスタ３を制御する。なお、他の画素セル８８ａも同様の構成となっているので説明を省略する。
【００３５】
垂直走査回路５は、撮像部８８の１行分の画素セル８８ａを選択し、選択した画素セル８８ａを有効化するべく、選択した画素セル８８ａに共通に接続されたリセット信号線６にＨｉ電位のリセットパルスを与え、その後、選択した画素セル８８ａに共通に接続されたリード信号線７にＨｉ電位のリードパルスを与えることにより選択した画素セル８８ａの画素信号を出力させて、当該画素セル８８ａを無効化するべく、選択した画素セル８８ａに共通に接続されたリセット信号線６にＨｉ電位のリセットパルスを与える回路である。垂直走査回路５は、この動作を１サイクルとして、次々と画素セル８８ａを行単位で走査していく。
【００３６】
負荷回路９２は、複数の垂直信号線８のそれぞれに接続された負荷トランジスタ９−１〜９−２からなり、行信号処理部９１が垂直信号線８の電位を検出する際に、垂直信号線８に一定の電流を流すための回路である。電流を流す期間では負荷トランジスタ９−１〜９−２にＨｉ電位が与えられる。一方、電流供給を停止する期間では負荷トランジスタ９−１〜９−２にＬｏ電位が与えられる。以下、負荷トランジスタの図番は、負荷トランジスタ９と省略して記述する。なお、負荷トランジスタ９は、本発明の負荷手段の一例である。
【００３７】
水平走査回路１６は、行信号処理部９１における特定の列の画素セル８８ａの画素信号を水平信号線６０に出力させるための回路である。
【００３８】
これにより、行信号処理部９１は、読み出された選択した行の画素セル８８ａの画素信号を列毎に順次出力させることができる。
【００３９】
行信号処理部９１は、行信号処理回路９０−１〜９０−２と、信号線７０と接続された水平信号線リセットトランジスタ１７と、水平読み出し信号線１６−１、１６−２に接続された水平読み出しトランジスタ１５−１〜１５−２とを有する。行信号処理回路９０−１〜９０−２は、サンプルホールド信号線３０に接続されたサンプルホールドトランジスタ１１−１〜１１−２、クランプ容量１２−１〜１２−２、クランプ信号線４０に接続されたクランプトランジスタ１３−１〜１３−２、及び複数の垂直信号線８のそれぞれに接続されたサンプリング容量１４−１〜１４−２より構成される。以下、各素子及び行信号処理回路の図番は、例えばサンプルホールドトランジスタ１１と省略して記述する。なお、サンプリング容量１４は、本発明の保持手段の一例である。
【００４０】
ここで、行信号処理回路９０は、画素セル８８ａのリセット時に信号保持部となるサンプリング容量１４を信号線５０の電位にクランプし、画素セル８８ａのリード時に垂直信号線８の変動を、クランプ容量１２を介してサンプルホールドする。これにより、画素セル８８ａ内の増幅トランジスタ２の閾値ばらつきをキャンセルし、垂直信号線８を介して伝達された画素信号成分のみをサンプリング容量１４に保持することができる。
【００４１】
水平信号線６０は、複数のサンプリング容量１４と共通に接続され、サンプリング容量１４が保持する画素信号を伝達する。
【００４２】
負荷制御回路２１は、負荷トランジスタ９のＯＮ・ＯＦＦを制御する。具体的には、水平信号読み出し期間が終了してから垂直信号読み出し期間が開始されるまでの間において、負荷トランジスタ９が負荷として機能する状態から機能しない状態となるように負荷トランジスタ９をＯＮ状態からＯＦＦ状態にする。
【００４３】
図２は、本発明の実施の形態における固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００４４】
特許文献１に記載の従来の固体撮像装置の駆動方法と異なるところは、パルス駆動する負荷トランジスタ９のゲートと接続された信号線２０に印加される駆動パルスのＨｉ電位からＬｏ電位への立ち下がりタイミングが、垂直信号読み出し期間となる第１の水平期間と、水平信号読み出し期間となる第２の水平期間との境界ｔｂ−１、ｔｂ−２ではなく、第２の水平期間と、電源１０の出力がＬｏ電位のときにリセットトランジスタ３をＯＮ状態とすることにより画素セル８８ａを無効化する画素セル無効化期間となる第３の水平期間との境界ｔｃ−１、ｔｃ−２にあることである。なお、第１の水平期間は、電源１０の出力をＨｉ電位とした状態でリセットトランジスタ３をＯＮ状態とすることにより開始し、第２の水平期間は、最終段の水平読み出しトランジスタ１５をＯＮ状態からＯＦＦ状態とすることにより終了する。
【００４５】
上記固体撮像装置では、負荷制御回路２１により負荷トランジスタ９に流れる電流を水平信号読み出し期間である第２の水平期間中にも流す。よって、垂直信号読み出し期間である第１の水平期間から第２の水平期間に移行する際、電流変動を伴わないために水平信号線６０に読み出される信号１０７−１、１０７−２は電源変動による変動を受けない。
【００４６】
したがって、低消費電力化に伴って生じる、固体撮像装置の画面の左から右に向かって明暗が生じる水平シェーディングの画像不具合を抑制することができる。
【００４７】
また、上記固体撮像装置では、負荷制御回路２１により水平信号読み出し期間である第２の水平期間から、画素セル８８ａを無効化する第３の水平期間との境界で、負荷トランジスタ９のゲートと接続された信号線２０をＬｏ電位にし、垂直信号線８に駆動電流が流れないようにする。具体的には、リセットトランジスタ３をＯＮ状態にした状態で電源１０をＨｉ電位からＬｏ電位に変化させて増幅トランジスタ２をＯＦＦ状態とする前に、負荷トランジスタ９をＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化させる。よって、第３の水平期間において、電源１０がＬｏ電位に変位したときの垂直信号線８の電圧降下を抑制することができる。
【００４８】
このことについて、図３を用いて詳細に説明する。
図３は、第３の水平期間から第１の水平期間へ移行する境界近傍で、垂直信号線８に駆動電流が流れないようにした例である。
【００４９】
第３の水平期間中、電源１０の出力がＬｏ電位のときにリセットトランジスタ３をＯＮ状態とすることにより、画素セル８８ａが無効化される。このとき、図２に示したタイミングチャートに従って固体撮像装置が動作した場合、負荷トランジスタ９はＯＦＦ状態となって動作しておらず、負荷トランジスタ９と増幅トランジスタ２とで構成されるソースフォロアー回路が作動しないため、垂直信号線８に電荷保持部の電位は反映されない。
【００５０】
しかし、図３に示したタイミングチャートに従って固体撮像装置が動作した場合、負荷トランジスタ９がこの期間中にＯＮ状態となって動作し、負荷トランジスタ９と増幅トランジスタ２とで構成されるソースフォロアー回路が有効となる。その結果、増幅トランジスタ２のソース電位がそのゲート入力である電荷保持部のＨｉ電位からＬｏ電位への電位変化を受け、増幅トランジスタ２のソースと接続される垂直信号線８に電荷保持部の電位低下が読み出され、結果として垂直信号線８の電位が低下する。
【００５１】
そうすると、垂直信号読み出し期間が開始するｔａ−１、ｔａ−２において、リセットトランジスタ３がＯＮ状態となって垂直信号線８の電位が大きく上昇するので、垂直信号線８と、無効化された非選択の画素セル８８ａ内の電荷保持部とのカップリングにより、非選択画素セル８８ａ内の電荷保持部の電位が上昇する。その結果、選択画素セル８８ａの電荷保持部と非選択画素セル８８ａの電荷保持部との電位差が小さくなるので、そのダイナミックレンジが低下する。
【００５２】
しかし、図２に示したタイミングチャートに従って固体撮像装置を動作させた場合には、第３の水平期間中は負荷トランジスタ９を駆動させない。よって、垂直信号読み出し期間の開始時点のｔａ−１、ｔａ−２における、垂直信号線８の電位変動に伴う、垂直信号線８と無効化された非選択の画素セル８８ａ内の電荷保持手段とのカップリングを抑圧し、電荷保持部のダイナミックレンジの低下を抑圧することができる。
【００５３】
なお、図３に示したタイミングチャートに従って固体撮像装置を動作させた場合でも、負荷トランジスタ９の信号線２０での電位の立下り時期は図２に示したタイミングチャートと異なるが、図２に示したタイミングチャートに従って固体撮像装置を動作させた場合と同様に、垂直信号読み出し期間である第１の水平期間から第２の水平期間に移行する際、電流変動を伴わないために、水平信号線６０に読み出される信号１０７−１、１０７−２は電源変動による変動を受けない。
【００５４】
したがって、低消費電力化に伴って生じる、固体撮像装置の画面の左から右に向かって明暗が生じる水平シェーディングの画像不具合を抑制することができる。
【００５５】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるカメラの構成を示す図である。
【００５６】
このカメラ８０は、実施の形態１で示した固体撮像装置８２と、固体撮像装置８２に各種駆動パルスを印加するＤＳＰ（Digital Signal Processor）８１と、固体撮像装置８２とＤＳＰ８１との間に設けられ、画素セル８８ａ内に電源１０を供給する電源出力回路８７により構成される。
【００５７】
電源出力回路８７は電源パルスのＬｏ電位を生成する抵抗素子８５、８６、電源パルスのＨｉ電位を生成する電源８３、及び電源パルスのＬｏ、Ｈｉを切り替えるスイッチ８４により構成される。
【００５８】
本実施の形態のカメラ８０では、ＤＳＰ８１から各種駆動パルスが固体撮像装置８２に印加され、固体撮像装置８２が実施の形態１の図２又は図３に示したタイミングチャートに従って動作する。
【００５９】
これによって、画素からの画素信号のダイナミックレンジを大きく取ることができ、高画質の画像が得られる。
【００６０】
なお、図４に示す本実施の形態のカメラ８０は、携帯電話等に搭載されるモバイルカメラやデジタルスチルカメラに用いられるのが望ましい。
【００６１】
この場合、部品点数を削減するために、カメラ８０の構成は本実施の形態に示した図４の構成に限られない。例えば、電源出力回路８７はＤＳＰ８１の中に含まれていてもよいし、電源出力回路８７は固体撮像装置８２の外部では無く固体撮像装置８２の内部に含まれていてもよい。
【００６２】
また、電源出力回路８７の抵抗素子８５、８６はトランジスタにより構成されてもよい。
【００６３】
また、電源パルスのＨｉ電位は直接電源８３から供給されるのではなく、出力バッファを介して電源８３から供給されてもよい。
【００６４】
また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ＭＯＳ型の固体撮像装置に利用でき、特に画質が重視されるデジタルスチルカメラや携帯電話等に使用されるモバイルカメラ等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートの変形例である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるカメラの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１−１−１、１−１−２、１−２−１、１−２−２    光電変換素子
２−１−１、２−１−２、２−２−１、２−２−２    増幅トランジスタ
３−１−１、３−１−２、３−２−１、３−２−２    リセットトランジスタ
４−１−１、４−１−２、４−２−１、４−２−２    リードトランジスタ
５    垂直走査回路
６−１、６−２    リセット信号線
７−１、７−２    リード信号線
８−１、８−２    垂直信号線
９−１、９−２    負荷トランジスタ
１０、８３    電源
１１−１、１１−２    サンプルホールドトランジスタ
１２−１、１２−２    クランプ容量
１３−１、１３−２    クランプトランジスタ
１４−１、１４−２    サンプリング容量
１５−１、１５−２    水平読み出しトランジスタ
１６    水平走査回路
１７    水平信号線リセットトランジスタ
２０、５０、７０    信号線
２１    負荷制御回路
３０    サンプルホールド信号線
４０    クランプ信号線
６０    水平信号線
８１    ＤＳＰ
８２    固体撮像装置
８４    スイッチ
８５、８６    抵抗素子
８７    電源出力回路
８８    撮像部
８８ａ    画素セル
９０−１、９０−２    行信号処理回路
９１    行信号処理部
９２    負荷回路
【図１】
2006270931.tif 000003
【図２】
2006270931.tif 000004
【図３】
2006270931.tif 000005
【図４】
2006270931.tif 000006