(57)【要約】  【課題】  本発明は、画像信号に発生する固定パターンノイズを低減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。  【解決手段】  ４列毎に１つのユニットを構成するために、出力信号線４−１〜４−ｍに対して４本毎に、スイッチＳａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４，Ｓｃ１〜Ｓｃ４を設ける。そして、出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれから各画素の電圧信号を出力する際、ＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍの内の４つのＭＯＳトランジスタが出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれに接続して、ＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍそれぞれの閾値によるバラツキを平準化する。【選択図】      図１
2006033543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部を備えた複数の画素と、同一列に配置された複数の前記画素と接続されるとともに列毎に配置された複数本の出力信号線と、前記出力信号線それぞれと接続されるとともに列毎に配置された複数の負荷トランジスタと、を備える固体撮像装置において、
前記画素から前記出力信号線に前記電気信号を出力する際、前記出力信号線毎に、複数の前記負荷トランジスタを選択して接続することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
ｎ列（ｎは、２以上の自然数）の前記画素を一群としたとき、
当該群それぞれにおいて、１列毎に前記画素から前記出力信号線へ前記電気信号を出力することで、同一行に配置された前記画素からの前記電気信号をｎ回にわけて出力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】
前記群におけるｎ本の前記出力信号線それぞれに接続される前記負荷トランジスタが同数であるとともに、
前記群におけるｎ本の前記出力信号線毎に、接続される前記負荷トランジスタの組合せが異な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】
前記出力信号線と前記負荷トランジスタとを接続する前記出力信号線の本数と同数の第１スイッチと、
隣接する前記負荷トランジスタ同士を並列に接続する第２スイッチと、
を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
入射光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と該光電変換部からの電気信号を出力する出力部とを備える複数の画素と、同一列に配置された複数の前記画素と接続されるとともに列毎に配置された複数本の出力信号線と、前記出力信号線それぞれと接続されるとともに列毎に配置された複数の負荷トランジスタと、を備えるとともに、前記出力部の備えるＭＯＳトランジスタと前記負荷トランジスタとによってソースフォロアアンプを構成する固体撮像装置において、
前記出力信号線と前記負荷トランジスタとの電気的な接離を行う前記出力信号線と同数の第１スイッチと、
隣接する前記負荷トランジスタ間それぞれの電気的な接離を行う複数の第２スイッチと、
を備え、
ｎ列（ｎは、２以上の自然数）の前記画素を一群としたとき、
当該群それぞれにおいて、
当該群におけるｎ個の前記第１スイッチを１つずつＯＮとすることで、ｎ本の前記出力信号線を前記負荷トランジスタに順番に接続するとともに、
１本の前記出力信号線に対して、ｍ−１個（ｍは、２以上の自然数）の前記第２スイッチをＯＮとして、前記出力信号線それぞれにｍ個の前記負荷トランジスタを接続することを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光量に応じた電気信号を出力する固体撮像装置に関するもので、特に、各列毎の出力部に負荷トランジスタを備える固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より使用されている固体撮像装置には、光電変換素子で発生した光電荷を読み出す手段によってＣＣＤ型とＣＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、又、ＣＭＯＳ型はフォトダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通して読み出すようになっている。そして、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置について、本出願人は、そのダイナミックレンジを広くするために対数変換動作を行う構成とした固体撮像装置や、線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることが可能な固体撮像装置を提案している（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
又、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置には、各画素から出力される電流信号を電圧信号として出力するための負荷トランジスタが設けられる。この負荷トランジスタは、画素外に各列毎に設けられているとともに、各画素内の出力部におけるＭＯＳトランジスタとソースフォロアアンプを構成する。このようにソースフォロアアンプを構成する負荷トランジスタが各列毎に設けられた従来のＣＭＯＳ型の固体撮像装置を、図９に示す。
【０００４】
図９の固体撮像装置は、行列配置（マトリクス配置）された画素Ｇ11〜Ｇmnが、垂直走査回路１によって行毎に信号が行（ライン）３−１，３−２，…，３−ｎに順次与えられることで、各行毎に、各列の画素の信号が出力信号線４−１，４−２，…，４−ｍそれぞれに出力される。このとき、出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれには、負荷トランジスタとなるＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍのドレインがそれぞれ接続されるため、出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれに電圧信号が出力される。
【０００５】
そして、ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍのドレインそれぞれに接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷｍをＯＮとすることで、出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれに出力された電圧信号がスイッチＳＷ１〜ＳＷｍを介してサンプルホールド回路５−１〜５−ｍそれぞれに与えられる。よって、垂直走査回路１によって撮像動作した１行分の画素Ｇ1y〜Ｇmy（ｙは、１≦ｙ≦ｎの自然数）それぞれから出力された電圧信号が、サンプルホールド回路５−１〜５−ｍにサンプルホールドされる。
【０００６】
１行分の画素Ｇ1y〜Ｇmyからの電圧信号がサンプルホールド回路５−１〜５−ｍに格納されると、水平走査回路２によってサンプルホールド回路５−１〜５−ｍそれぞれと出力信号線７との電気的な接離を行うスイッチとなるＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱｂ１〜ＱｂｍそれぞれをＯＮとする。このとき、ＭＯＳトランジスタＱｂ１，Ｑｂ２，…，Ｑｂｍの順でＯＮとすることで、サンプルホールド回路５−１，５−２，…，５−ｍそれぞれに格納された画素Ｇ1y，Ｇ2y，…，Ｇmyの電圧信号が順に出力信号線７に出力される。即ち、サンプルホールド回路５−１〜５−ｍに格納された画素Ｇ1y〜Ｇmyの電圧信号が、１画素毎に順番に、バッファ６−１〜６−ｍ及びＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍそれぞれを介して出力信号線７に出力される。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３１３２５７号公報
【特許文献２】特開２００２−７７７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のＣＭＯＳ型の固体撮像装置は、図９に示す固体撮像装置のように、各列それぞれにＭＯＳトランジスタＱａ−１〜Ｑａ−ｍのような負荷トランジスタが配置される。そのため、この負荷トランジスタの閾値にバラツキがあると、一様光を固体撮像装置に入射したとしても、各列に配置した負荷トランジスタのバラツキに起因して、図１０のように各列から出力される画像信号にバラツキが生じる。このように、固体撮像装置から出力される画像信号において、各列毎に配置された負荷トランジスタのバラツキによる縦筋ノイズなどの固定パターンノイズ（ＦＰＮ）が発生する。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、画像信号に発生する固定パターンノイズを低減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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部を備えた複数の画素と、同一列に配置された複数の前記画素と接続されるとともに列毎に配置された複数本の出力信号線と、前記出力信号線それぞれと接続されるとともに列毎に配置された複数の負荷トランジスタと、を備える固体撮像装置において、前記画素から前記出力信号線に前記電気信号を出力する際、前記出力信号線毎に、複数の前記負荷トランジスタを選択して接続することを特徴とする。
【００１１】
このような固体撮像装置において、ｎ列（ｎは、２以上の自然数）の前記画素を一群として、当該群それぞれにおいて、１列毎に前記画素から前記出力信号線へ前記電気信号を出力することで、同一行に配置された前記画素からの前記電気信号をｎ回にわけて出力する。このとき、１群を構成する列数が少ないと平準化するために接続する前記負荷トランジスタの数が少なくなり、前記負荷トランジスタの閾値バラツキによる固定パターンノイズを抑制する効果が小さくなる。逆に、１群を構成する列数が多いと出力する回数が増えるため、全ての画素から出力するためにかかる時間が長くなるか、又は、１画素の出力にかかる時間が短くなってしまう。１画素の出力にかかる時間が短くなった場合、十分な出力値を与えるサンプリング時間が得られない。
【００１２】
又、前記群におけるｎ本の前記出力信号線それぞれに接続される前記負荷トランジスタを同数とするとともに、前記群におけるｎ本の前記出力信号線毎に、接続される前記負荷トランジスタの組合せが異なるようにする。このようにすることで、設置する負荷トランジスタを従来と同数とすることができる。
【００１３】
又、このとき、前記出力信号線と前記負荷トランジスタとを接続する前記出力信号線の本数と同数の第１スイッチと、隣接する前記負荷トランジスタ同士を並列に接続する第２スイッチと、を備えるものとしても構わない。
【００１４】
又、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と該光電変換部からの電気信号を出力する出力部とを備える複数の画素と、同一列に配置された複数の前記画素と接続されるとともに列毎に配置された複数本の出力信号線と、前記出力信号線それぞれと接続されるとともに列毎に配置された複数の負荷トランジスタと、を備えるとともに、前記出力部の備えるＭＯＳトランジスタと前記負荷トランジスタとによってソースフォロアアンプを構成する固体撮像装置において、前記出力信号線と前記負荷トランジスタとの電気的な接離を行う前記出力信号線と同数の第１スイッチと、隣接する前記負荷トランジスタ間それぞれの電気的な接離を行う複数の第２スイッチと、を備え、ｎ列（ｎは、２以上の自然数）の前記画素を一群としたとき、当該群それぞれにおいて、当該群におけるｎ個の前記第１スイッチを１つずつＯＮとすることで、ｎ本の前記出力信号線を前記負荷トランジスタに順番に接続するとともに、１本の前記出力信号線に対して、ｍ−１個（ｍは、２以上の自然数）の前記第２スイッチをＯＮとして、前記出力信号線それぞれにｍ個の前記負荷トランジスタを接続することを特徴とする。
【００１５】
このとき、ｍとｎを同数とし、１本の前記出力信号線に対してｎ個の前記負荷トランジスタが接続されるものとしても構わない。このとき、各群において、出力動作を行う列の前記画素に接続された前記出力信号線に対する前記第１スイッチのみをＯＮとするとともに、出力動作を行う列の前記出力信号線に接続される前記負荷トランジスタと接続する一方の前記第２スイッチのみをＯＦＦとして隣接するｎ−１個の前記第２スイッチをＯＮとするものとしても構わない。又、ｎを偶数としても構わないし、更には、２の累乗としても構わない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、出力信号線に対して複数の負荷トランジスタを接続するため、各負荷トランジスタの閾値バラツキを平準化することができる。よって、各負荷トランジスタの閾値バラツキが原因となる固定パターンノイズの低減を図ることができる。このとき更に、出力信号線に接続する負荷トランジスタを、各出力信号線毎に選択するため、各負荷トランジスタの閾値バラツキが更に平準化されて、固定パターンノイズの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、以下に、図面を参照して説明する。
【００１８】
（固体撮像装置の構成）
まず、本実施形態の固体撮像装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。尚、図１の固体撮像装置において、図９の固体撮像装置と同一の目的で使用する部分について、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１９】
図１の固体撮像装置は、図９の固体撮像装置と同様、行列配置（マトリクス配置）された画素Ｇ11〜Ｇmnと、垂直走査回路１と、水平走査回路２と、行（ライン）３−１〜３−ｎと、出力信号線４−１〜４−ｍと、サンプルホールド回路５−１〜５−ｍと、バッファ６−１〜６−ｍと、出力信号線７と、ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍ，Ｑｂ１〜Ｑｂｍとに加えて、出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれと接続されるスイッチＳａ１〜Ｓａ４と、スイッチＳａ１〜Ｓａ４の他端に一端が接続されるスイッチＳｂ１〜Ｓｂと、スイッチＳａ１〜Ｓａ４それぞれの他端を電気的に接離するスイッチＳｃ１〜Ｓｃ４と、を備える。
【００２０】
この図１の固体撮像装置において、出力信号線４−（４ｋ−３）（ｋは自然数）にスイッチＳａ１の一端が、出力信号線４−（４ｋ−２）にスイッチＳａ２の一端が、出力信号線４−（４ｋ−１）にスイッチＳａ３の一端が、出力信号線４−４ｋにスイッチＳａ４の一端が、それぞれ接続される。そして、スイッチＳａ１の他端にスイッチＳｂ１の一端及びＭＯＳトランジスタＱａ（４ｋ−３）のドレインが、スイッチＳａ２の他端にスイッチＳｂ２の一端及びＭＯＳトランジスタＱａ（４ｋ−２）のドレインが、スイッチＳａ３の他端にスイッチＳｂ３の一端及びＭＯＳトランジスタＱａ（４ｋ−１）のドレインが、スイッチＳａ４の他端にスイッチＳｂ４の一端及びＭＯＳトランジスタＱａ４ｋのドレインが、それぞれ接続される。
【００２１】
更に、スイッチＳｂ１の他端にサンプルホールド回路５−（４ｋ−３）の入力側が、スイッチＳｂ２の他端にサンプルホールド回路５−（４ｋ−２）の入力側が、スイッチＳｂ３の他端にサンプルホールド回路５−（４ｋ−１）の入力側が、スイッチＳｂ４の他端にサンプルホールド回路５−４ｋの入力側が、それぞれ接続される。又、スイッチＳａ１の他端とスイッチＳａ２の他端との間にスイッチＳｃ１が、スイッチＳａ２の他端とスイッチＳａ３の他端との間にスイッチＳｃ２が、スイッチＳａ３の他端とスイッチＳａ４の他端との間にスイッチＳｃ３が、スイッチＳａ４の他端とスイッチＳａ１の他端との間にスイッチＳｃ４が、それぞれ接続される。
【００２２】
このとき、ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍそれぞれのソースに直流電圧ＶPSが印加されるとともに、そのゲートに直流電圧ＶＧが印加される。又、サンプルホールド回路５−１〜５−ｍそれぞれの出力側に入力側が接続されたバッファ６−１〜６−ｍそれぞれの出力側に、ＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍそれぞれのドレインが接続される。そして、このＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍそれぞれのソースに出力信号線７が接続されるとともに、ＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍそれぞれのゲートには水平走査回路２より信号が与えられる。
【００２３】
更に、スイッチＳａ１〜Ｓａ４のそれぞれに信号φＳＨ１〜φＳＨ４が与えられるとともに、同じ信号φＳＨ１〜φＳＨ４がそれぞれスイッチＳｂ１〜Ｓｂ４にも与えられ、この信号φＳＨ１〜φＳＨ４が２値の変化を行うことで、スイッチＳａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４それぞれのＯＮ／ＯＦＦが切り換えられる。又、スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４のそれぞれに信号φＳ１〜φＳ４が与えられ、この信号φＳ１〜φＳ４が２値の変化を行うことで、スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４それぞれのＯＮ／ＯＦＦが切り換えられる。即ち、出力信号線４−１〜４−ｍに対して、４本の出力信号線４（出力信号線４−１〜４−ｍに相当する）毎に、スイッチＳａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４，Ｓｃ１〜Ｓｃ４が繰り返し設置される。
【００２４】
（画素の構成例）
図１のような構成の固体撮像装置における各画素Ｇ11〜Ｇmnの一構成例を、図２に示す。尚、図２には、画素Ｇ(k-3)y，Ｇ(k-2)y，Ｇ(k-1)y，Ｇkyを代表して図示する。図２に示す画素Ｇ(k-3)y〜Ｇkyは、カソードに直流電圧ＶPSが印加されたフォトダイオードＰＤのアノードにＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートが接続され、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースにＭＯＳトランジスタＴ３のドレインが接続される。そして、画素Ｇ(k-3)y〜ＧkyそれぞれのＭＯＳトランジスタＴ３のソースが出力信号線４−（ｋ−３）〜４−ｋそれぞれに接続される。このＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３は、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタである。又、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２のドレインには直流電圧ＶPDが印加されるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ３それぞれのゲートに信号φＲＳ，φＶが与えられる。
【００２５】
このように構成される各画素Ｇ11〜Ｇmnは、まず、ハイとなるパルス信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮとすることで、フォトダイオードＰＤのアノードとＭＯＳトランジスタＴ２のゲートとの接続ノードにおける電圧値をリセットする。そして、信号φＲＳをローとしてＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦとすると、撮像動作が開始される。このとき、光が入射されるフォトダイオードＰＤより、入射光量に応じた光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに流れ込むと、光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに蓄積される。
【００２６】
よって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに蓄積された光電荷量に応じた電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに、入射光量の積分値に対して線形的に変化する電圧が現れる。その後、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線４とを接続する。このようにＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して入射光量の積分値に対して線形的に比例した電流が出力信号線４に流れる。
【００２７】
このとき、出力信号線４にスイッチＳａ（スイッチＳａ１〜Ｓａ４に相当する），Ｓｃ（スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４に相当する）を介して接続されるＭＯＳトランジスタＱａ（ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍに相当する）によって、ＭＯＳトランジスタＴ２がソースフォロアアンプを構成するため、出力信号線４には、入射光量の積分値に対して線形的に比例した値となる電圧信号が現れる。そして、この電圧信号が、スイッチＳｂ（スイッチＳｂ１〜Ｓｂ４に相当する）を介してサンプルホールド回路５（サンプルホールド回路５−１〜５−ｍに相当する）に与えられて、サンプルホールドされる。
【００２８】
（固体撮像装置の動作）
画素Ｇ11〜Ｇmnそれぞれがこのように構成される固体撮像装置の動作について、図３のタイミングチャート及び図４〜図７の状態遷移図を参照して説明する。画素Ｇ11〜Ｇmnは、各行毎に信号φＲＳ，φＶが与えられて、上述のリセット及び撮像動作を行う。即ち、画素Ｇ11〜Ｇmnは、Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、Ｇ13〜Ｇm3、…、Ｇ1n〜Ｇmnの順に、上述の撮像動作を行う。このように各画素が撮像されるとき、信号φＳＨ１〜φＳＨ４，φＳ１〜φＳ４の値がそれぞれ、図３のタイミングチャートに従って切りかわる。
【００２９】
今、画素Ｇ1y〜Ｇmyにおいて撮像動作が行われているものとする。即ち、画素Ｇ1y〜ＧmyのＭＯＳトランジスタＴ１のゲートにハイとなるパルス信号φＲＳが与えられ、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされ、撮像動作が開始されている。このようにＭＯＳトランジスタＴ１によるリセット動作が行われると、上述したように、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにフォトダイオードＰＤからの光電荷が蓄積され、入射光量の積分値に比例した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れる。
【００３０】
このように画素Ｇ1y〜Ｇmyが撮像動作を行っているときに、信号φＳ１〜φＳ３をハイとするとともに信号φＳ４をローとして、スイッチＳｃ１〜Ｓｃ３をＯＮとするとともにスイッチＳｃ４をＯＦＦとする。よって、図４（ａ）のように、４列毎に、負荷トランジスタであるＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−３）〜Ｑａｋが並列に接続された状態となる。即ち、スイッチＳａ１，Ｓｂ１の接続ノードに、ＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−３）〜Ｑａｋそれぞれのドレインが接続された状態となる。
【００３１】
そして、信号φＶをハイとすることによって画素Ｇ1y〜ＧmyのＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとするとともに、信号φＳＨ１をハイとすることでスイッチＳａ１，Ｓｂ１をＯＮとする。よって、図４（ｂ）のように、出力信号線４−（ｋ−３）が、スイッチＳａ１，Ｓｂ１を介して、サンプルホールド回路５−（ｋ−３）に接続されるため、画素Ｇ(k-3)yから出力される電圧信号が出力信号線４−（ｋ−３）を通じてサンプルホールド回路５−（ｋ−３）に与えられ、サンプルホールドされる。即ち、画素Ｇ1y，Ｇ5y，Ｇ9y，…，Ｇ(m-3)yから出力される電圧信号それぞれが、出力信号線４−１，４−５，４−９，…，４−（ｍ−３）それぞれに現れ、スイッチＳａ１，Ｓｂ１を通じて、サンプルホールド回路５−１，５−５，５−９，…，５−（ｍ−３）それぞれに与えられてサンプルホールドされる。
【００３２】
このとき、ＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−３）〜ＱａｋのドレインがスイッチＳａ１，Ｓｃ１〜Ｓｃ３によって出力信号線４−（ｋ−３）に接続されるため、画素Ｇ(k-3)yのＭＯＳトランジスタＴ２は、その負荷抵抗をＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−３）〜Ｑａｋによる並列回路とするソースフォロアアンプを構成する。そのため、ＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−３）〜Ｑａｋそれぞれの閾値バラツキが原因となるそれぞれの負荷抵抗のバラツキが平準化される。
【００３３】
その後、信号φＶ，φＳＨ１をローとして、画素Ｇ1y〜ＧmyのＭＯＳトランジスタＴ３及びスイッチＳａ１，Ｓｂ１をＯＦＦとすると、次に、信号φＳ１をローとしてスイッチＳｃ１をＯＦＦとするとともに、信号φＳ４をハイとしてスイッチＳｃ４をＯＮとする。即ち、スイッチＳｃ２〜Ｓｃ４をＯＮとするとともにスイッチＳｃ１をＯＦＦとして、図５（ａ）のように、４列毎に、負荷トランジスタであるＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−２）〜Ｑａ（ｋ＋１）を並列に接続する。そして、ハイのパルス信号φＶ，φＳＨ２を与えることによって、画素Ｇ1y〜ＧmyのＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとするとともに、スイッチＳａ２，Ｓｂ２をＯＮとする。
【００３４】
よって、図５（ｂ）のように、出力信号線４−（ｋ−２）が、スイッチＳａ２，Ｓｂ２を介して、サンプルホールド回路５−（ｋ−２）に接続されるため、画素Ｇ(k-2)yから出力される電圧信号がサンプルホールド回路５−（ｋ−２）にサンプルホールドされる。即ち、画素Ｇ2y，Ｇ6y，Ｇ10y，…，Ｇ(m-2)yから出力される電圧信号それぞれが、出力信号線４−２，４−６，４−１０，…，４−（ｍ−２）それぞれに現れ、スイッチＳａ２，Ｓｂ２を通じて、サンプルホールド回路５−２，５−６，５−１０，…，５−（ｍ−２）それぞれに与えられてサンプルホールドされる。このとき、画素Ｇ(k-2)yのＭＯＳトランジスタＴ２は、その負荷抵抗をＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−２）〜Ｑａ（ｋ＋１）による並列回路とするソースフォロアアンプを構成するため、ＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−２）〜Ｑａ（ｋ＋１）それぞれの閾値バラツキが原因となるそれぞれの負荷抵抗のバラツキが平準化される。
【００３５】
そして、信号φＶ，φＳＨ２がローとされると、同様に、信号φＳ２をローとするとともに信号φＳ１をハイとして、スイッチＳｃ１，Ｓｃ３，Ｓｃ４をＯＮとするとともにスイッチＳｃ２をＯＦＦとする。即ち、図６（ａ）のように、４列毎に、負荷トランジスタであるＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−１）〜Ｑａ（ｋ＋２）を並列に接続する。そして、ハイのパルス信号φＶ，φＳＨ３を与えて、画素Ｇ1y〜ＧmyのＭＯＳトランジスタＴ３とスイッチＳａ３，Ｓｂ３とをＯＮとして、図６（ｂ）のように、出力信号線４−（ｋ−１）を、スイッチＳａ３，Ｓｂ３を介して、サンプルホールド回路５−（ｋ−１）に接続する。
【００３６】
よって、画素Ｇ(k-1)yから出力される電圧信号がサンプルホールド回路５−（ｋ−１）にサンプルホールドされる。即ち、画素Ｇ3y，Ｇ7y，Ｇ11y，…，Ｇ(m-1)yから出力される電圧信号それぞれが、出力信号線４−３，４−７，４−１１，…，４−（ｍ−１）それぞれに現れ、スイッチＳａ３，Ｓｂ３を通じて、サンプルホールド回路５−３，５−７，５−１１，…，５−（ｍ−１）それぞれに与えられてサンプルホールドされる。このとき、画素Ｇ(k-1)yのＭＯＳトランジスタＴ２は、その負荷抵抗をＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−１）〜Ｑａ（ｋ＋２）による並列回路とするソースフォロアアンプを構成するため、ＭＯＳトランジスタＱａ（ｋ−１）〜Ｑａ（ｋ＋２）それぞれの閾値バラツキが原因となるそれぞれの負荷抵抗のバラツキが平準化される。
【００３７】
そして、信号φＶ，φＳＨ３がローとされると、最後に、信号φＳ３をローとするとともに信号φＳ２をハイとして、スイッチＳｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ４をＯＮとするとともにスイッチＳｃ３をＯＦＦとする。即ち、図７（ａ）のように、４列毎に、負荷トランジスタであるＭＯＳトランジスタＱａｋ〜Ｑａ（ｋ＋３）を並列に接続する。そして、ハイのパルス信号φＶ，φＳＨ４を与えて、画素Ｇ1y〜ＧmyのＭＯＳトランジスタＴ３とスイッチＳａ４，Ｓｂ４とをＯＮとして、図７（ｂ）のように、出力信号線４−ｋを、スイッチＳａ４，Ｓｂ４を介して、サンプルホールド回路５−ｋに接続する。
【００３８】
よって、画素Ｇkyから出力される電圧信号がサンプルホールド回路５−ｋにサンプルホールドされる。即ち、画素Ｇ4y，Ｇ8y，Ｇ12y，…，Ｇmyから出力される電圧信号それぞれが、出力信号線４−４，４−８，４−１２，…，４−ｍそれぞれに現れ、スイッチＳａ４，Ｓｂ４を通じて、サンプルホールド回路５−４，５−８，５−１２，…，５−ｍそれぞれに与えられてサンプルホールドされる。このとき、画素ＧkyのＭＯＳトランジスタＴ２は、その負荷抵抗をＭＯＳトランジスタＱａｋ〜Ｑａ（ｋ＋３）による並列回路とするソースフォロアアンプを構成するため、ＭＯＳトランジスタＱａｋ〜Ｑａ（ｋ＋３）それぞれの閾値バラツキが原因となるそれぞれの負荷抵抗のバラツキが平準化される。
【００３９】
このようにして、画素Ｇ1y〜Ｇmyの電圧信号をサンプルホールド回路５−１〜５−ｍにサンプルホールドすると、信号φＶ，φＳＨ４をＯＦＦとした後、信号φＳ１，Ｓ２，Ｓ４をローとして、スイッチＳａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４，Ｓｃ１〜Ｓｃ４全てをＯＦＦの状態とする。その後、水平走査回路２によって、ＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍを、Ｑｂ１，Ｑｂ２，Ｑｂ３，…の順にＯＮとすることで、サンプルホールド回路５−１〜５−ｍにサンプルホールドされている画素Ｇ1y〜Ｇmyの電圧信号がそれぞれ、バッファ６−１〜６−ｍを介して、Ｇ1y，Ｇ2y，Ｇ3y，…の順に、画像信号として出力信号線７より出力される。
【００４０】
このようにして、画素Ｇ1y〜Ｇmyの電圧信号が出力信号線７よりシリアルに出力されると、次に、垂直走査回路１によって画素Ｇ1(y+1)〜Ｇm(y+1)が駆動するように信号が与えられて、画素Ｇ1(y+1)〜Ｇm(y+1)による撮像動作が行われる。この画素Ｇ1(y+1)〜Ｇm(y+1)による撮像動作が行われるとき、図３のタイミングチャートに従って、信号φＶ，φＳＨ１〜φＳＨ４，φＳ１〜φＳ４の値を切り換えて、画素Ｇ1(y+1)〜Ｇm(y+1)のＭＯＳトランジスタＴ３及びスイッチＳａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４，Ｓｃ１〜Ｓｃ４のＯＮ／ＯＦＦを切り換える。
【００４１】
即ち、画素Ｇ1y〜Ｇmyによる撮像動作が行われるときと同様の動作を行うことで、画素Ｇ1(y+1)〜Ｇm(y+1)の電圧信号をサンプルホールド回路５−１〜５−ｍにサンプルホールドする。そして、ＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍを順番にＯＮとすることで、サンプルホールド回路５−１〜５−ｍにサンプルホールドされている画素Ｇ1(y+1)〜Ｇm(y+1)の電圧信号を、画像信号として出力信号線７よりシリアルに出力する。
【００４２】
この図３のタイミングチャートに基づく動作を、各行の画素が撮像動作を行う毎に繰り返すことで、１フレーム分の画素Ｇ11〜Ｇmnからの電圧信号が出力信号線７よりシリアルに出力される。即ち、画素Ｇ11〜Ｇmnが、Ｇ11〜Ｇm1，Ｇ12〜Ｇm2，Ｇ13〜Ｇm3，…，Ｇ1n〜Ｇmnの順に撮像動作を行うたびに、その水平ブランク期間中に、図３のタイミングチャートに従って信号φＶ，φＳＨ１〜φＳＨ４，φＳ１〜φＳ４の値を切り換えた後に、ＭＯＳトランジスタＱｂ１〜Ｑｂｍを順番にＯＮとし、各行の電圧信号が画像信号として順番に出力信号線７より出力される。
【００４３】
このように固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn及びスイッチＳａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４，Ｓｃ１〜Ｓｃ４をそれぞれ駆動することで、出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれより電圧信号を出力するとき、上述したように、出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれには常に異なる４個の負荷トランジスタが接続されることとなる。よって、上述したように、ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍそれぞれの閾値にバラツキがあり、ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍそれぞれによる負荷抵抗にバラツキがある場合においても、出力信号線４−１〜４−ｍそれぞれに接続される負荷抵抗のバラツキを平準化することができる。
【００４４】
即ち、図９のような固体撮像装置において負荷トランジスタとして使用されるＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍと同一の閾値バラツキを備えるＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍが使用される場合、本実施形態における固体撮像装置の各画素に一様光を照射したとき、出力される各画素の画像信号の値が図８のようになる。よって、本実施形態の固体撮像装置における各画素からの画像信号において、従来の固体撮像装置に縦すじとして発生するＦＰＮが平均化されるため、図１０に示す画像信号と比べたとき、本実施形態の固体撮像装置における各画素からの画像信号に現れるＦＰＮが略１／３となっている。
【００４５】
尚、本実施形態において、４列毎にスイッチＳａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４，Ｓｃ１〜Ｓｃ４が設けられるものとし、４列を１つのユニットとするものを例に挙げて説明したが、本発明は４列を１ユニットとして構成することに制限されるものではない。即ち、ｘ（ｘは、ｘ≧２の整数）列毎にスイッチＳａ１〜Ｓａｘ，Ｓｂ１〜Ｓｂｘ，Ｓｃ１〜Ｓｃｘが設けられ、１本の出力信号線４に対してｘ個のＭＯＳトランジスタＱａが接続されるものとし、ｘ列を１ユニットとして構成するものであれば良い。このように、１ユニットを構成する列数をｘ列とする際、ｘが２の累乗によるものとすることで、スイッチＳａ１〜Ｓａｘ，Ｓｂ１〜Ｓｂｘ，Ｓｃ１〜Ｓｃｘを駆動する信号のデータのビット数に応じたものとすることができる。
【００４６】
又、１ユニットを構成する列数をｘ列とする際、１行分の全画素からの信号をサンプルホールド回路５にサンプルホールドするための回数がｘ回となる。そのため、この列数ｘが多くなると、各画素からの信号をサンプルホールド回路５にサンプルホールドするための時間が短くなり、各画素から信号を出力するのに十分な時間をとることができなくなる。それに対して、列数ｘが少なくなると、１本の出力信号線４に対して接続されるＭＯＳトランジスタＱａの数が少なくなるため、ＭＯＳトランジスタＱａの閾値によるバラツキによるＦＰＮへの影響が大きくなる。
【００４７】
又、本実施形態において、固体撮像装置に備える各画素の構成を図２のような構成とし、入射光量の積分値に対して線形的に変化した値となる画像信号を出力する（線形変換動作を行う）ものとしたが、このような構成に限らず、例えば、特許文献１に記載されるように入射光量に対して自然対数的に変化した値となる画像信号を出力する（対数変換動作を行う）画素構成としても構わないし、特許文献２に記載されるように線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることができる画素構成としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】は、本発明の実施形態の固体撮像装置の構成を示す図である。
【図２】は、図１の固体撮像装置に備えられる画素の構成と配置関係を示す回路図である。
【図３】は、図１の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４】は、撮像動作時における図１の固体撮像装置内の各スイッチの状態遷移を示す図である。
【図５】は、撮像動作時における図１の固体撮像装置内の各スイッチの状態遷移を示す図である。
【図６】は、撮像動作時における図１の固体撮像装置内の各スイッチの状態遷移を示す図である。
【図７】は、撮像動作時における図１の固体撮像装置内の各スイッチの状態遷移を示す図である。
【図８】は、図１の固体撮像装置内の各画素に一様光を照射したときに出力される画像信号の状態を模式的に示す図である。
【図９】は、従来の固体撮像装置の構成を示す図である。
【図１０】は、図９の固体撮像装置内の各画素に一様光を照射したときに出力される画像信号の状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    垂直走査回路
２    水平走査回路
３−１〜３−ｎ    ライン
４−１〜４−ｍ    出力信号線
５−１〜５−ｍ    サンプルホールド回路
６−１〜６−ｍ    バッファ
７    出力信号線
Ｇ11〜Ｇmn    画素
ＰＤ    フォトダイオード
Ｔ１〜Ｔ３，Ｑａ１〜Ｑａｍ，Ｑｂ１〜Ｑｂｍ    ＭＯＳトランジスタ
Ｓａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４，Ｓｃ１〜Ｓｃ４    スイッチ
【図１】
2006033543.tif 000003
【図２】
2006033543.tif 000004
【図３】
2006033543.tif 000005
【図４】
2006033543.tif 000006
【図５】
2006033543.tif 000007
【図６】
2006033543.tif 000008
【図７】
2006033543.tif 000009
【図８】
2006033543.tif 000010
【図９】
2006033543.tif 000011
【図１０】
2006033543.tif 000012