(57)【要約】      （修正有）【課題】大型化を招くことなく、縦線固定パターンノイズを精度良く補正する固体撮像装置を提供する。【解決手段】垂直ブランキング期間に、先ず、垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３をオフした後、クランプトランジスタ２１８をオンして、サンプルホールド容量２２３をクランプ電位に固定すると共に、列アンプリセットトランジスタ２１７をオンして列アンプ２１６をリセットする。次に、列アンプリセットトランジスタ２１７とクランプトランジスタ２１８をオフして、単位列回路１０５をクランプ状態に保持する。この状態で、サンプルホールドトランジスタ２２１をオフした後、サンプルホールド容量２２３を読み出して縦線固定パターンノイズの補正データとする。【選択図】図２
2011091487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素セルが２次元配列されてなるＭＯＳ型固体撮像装置であって、
同一列に存する画素セルが接続された垂直共通信号線と、
各列の垂直共通信号線ごとに設けられ、垂直共通信号線を介して画素セルから入力された画素信号を増幅するアンプと、増幅された画素信号を保持するキャパシタとを有する単位列回路と、
画素信号の読出期間以外の期間に垂直共通信号線と単位列回路との電気的接続を開閉するスイッチ手段と、
スイッチ手段にて前記電気的接続を遮断している状態で、前記キャパシタをリセットし、そのときの単位列回路の出力を読み出す読出手段と、を備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記キャパシタに所定の電圧を印加することによって、前記キャパシタをリセットするリセット手段を備える
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】
前記スイッチ手段にて前記電気的接続を遮断した状態で、前記単位列回路に所定電位を入力する入力手段を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記所定電位は、グランド電位である
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】
前記所定電位は、自装置における他の回路への配線と電気的に接続されていないボンディングパッドに受電した電位である
ことを特徴とする請求項３または４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記所定電位は、一端のみが自装置の他の配線と電気的に接続されている配線から供給された電位である
ことを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記画素セルと同様の読出動作をする補正用画素と、
前記読出手段が単位列回路の出力を読み出す際に、補正用画素の読出動作を行う補正用画素読出手段と、を備える
ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記スイッチ手段は、垂直ブランキング期間に垂直共通信号線と単位列回路との電気的接続を開閉する
ことを特徴とする請求項１から７の何れか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、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像装置に関し、特に、縦線状に発生する固定列パターンノイズを解消する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサ等のＭＯＳ型固体撮像装置は、２次元配列された多数の画素セルの列毎に単位列回路を配して、画素信号を増幅し保持する。この単位列回路の特性が主としてプロセス加工ばらつきに起因してばらつくことによって縦線状に固定列パターンノイズが発生する。このノイズは縦線固定パターンノイズと呼ばれ、ＭＯＳ型撮像装置の支配的ノイズの１つとなっている。
【０００３】
プロセス加工ばらつきの影響を低減するには、例えば、素子サイズを大きくする手法が考えられる。しかしながら、単位列回路は基本的に画素ピッチで形成する必要があり、素子サイズが画素ピッチに制約されるので、素子サイズを大きくする手法は取り得ない。
このため、単位列回路間の特性差、特に、画素信号レベルに依存しないオフセット成分を除去する補正を施すことがＭＯＳ型固体撮像装置では一般に行われる。この補正の精度を向上させるためには、単位列回路間のオフセット成分を高い精度で抽出することが重要である。
【０００４】
図１７は、従来技術に係る固体撮像装置の構成を例示する図である（特許文献１）。図１７に示されるように、従来技術おいては、垂直共通信号線１７９０にダミー画素トランジスタ１７２１を接続することによって、有効画素からの画素信号に加えてダミー画素からの信号が単位列回路に出力される。
すなわち、ダミー画素トランジスタ１７２１のゲート電位が補正用バイアス回路１７２３にて設定され、垂直駆動による逐次読み出しにおいて、ダミー画素トランジスタ１７２１行が選択されると、ゲート電位を補正用バイアス電位に固定されたダミー画素トランジスタ１７２１の出力が読み出される。この出力が、縦線固定パターンノイズ補正データとして用いられる。
【０００５】
また、縦線固定パターンノイズ補正データを取得するために、有効画素と同じレイアウトのダミー画素を配置し、ダミー画素のみソースフォロアトランジスタのゲート電位を適切なバイアス電圧に固定して、当該ダミー画素の出力を縦線固定パターンノイズ補正データとして用いる方法もある。
或いは、リセットトランジスタをオンして、ソースフォロアトランジスタのゲート電圧をリセット電位に保持するなど、一部有効画素と異なる制御を行って縦線固定パターンノイズ補正データを取得する方法も用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１２４５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術において、縦線固定パターンノイズを精度良く補正するためには、ダミー画素トランジスタ１７２１やダミー画素選択トランジスタ１７２２を有効画素の該当トランジスタと同等か、それ以上のサイズにする必要がある。しかしながら、単位列回路と同様に、ダミー画素もまた画素ピッチに収まるように形成しなければならないので、ダミー画素トランジスタ１７２１等を大きくする方法は取り得ない。
【０００８】
また、ダミー画素を有効画素と同程度のサイズにする場合には、ダミー画素を多数設けて、その出力を加算平均してダミー画素トランジスタ１７２１やダミー画素選択トランジスタ１７２２の加工精度ばらつきの影響を低減する方法もある。しかしながら、補正精度を向上させるためには、ダミー画素を多数設ける必要がある。このためには、レイアウト面積を大きく確保しなければならず、固体撮像装置の小型化の要請に反する。
【０００９】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、装置の大型化を招くことなく、縦線固定パターンノイズを精度良く補正す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、本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素セルが２次元配列されてなるＭＯＳ型固体撮像装置であって、同一列に存する画素セルが接続された垂直共通信号線と、各列の垂直共通信号線ごとに設けられ、垂直共通信号線を介して画素セルから入力された画素信号を増幅するアンプと、増幅された画素信号を保持するキャパシタとを有する単位列回路と、画素信号の読出期間以外の期間に垂直共通信号線と単位列回路との電気的接続を開閉するスイッチ手段と、スイッチ手段にて前記電気的接続を遮断している状態で、前記キャパシタをリセットし、そのときの単位列回路の出力を読み出す読出手段と、を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このようにすれば、スイッチ手段を設けるだけで、ダミー画素を設ける必要がないのでレイアウト面積の増大を抑えながら縦線固定パターンノイズの補正データを精度良く得ることができる。
この場合において、前記キャパシタに所定の電圧を印加することによって、前記キャパシタをリセットするリセット手段を備えても良い。また、前記スイッチ手段にて前記電気的接続を遮断した状態で、前記単位列回路に所定電位を入力する入力手段を備えても良い。このようにすれば、単位列回路への入力電位を安定させることができるので、より精度の高い補正データを得ることができる。
【００１２】
また、前記所定電位はグランド電位であるとしても良い。このようにすれば、定電圧源やグランド線はインピーダンスが低いので、縦線固定パターンノイズの補正データの精度を向上させることができる。
また、前記所定電位は、自装置における他の回路への配線と電気的に接続されていないボンディングパッドに受電した電位であるとしても良い。このように、専用のボンディングパッドを用いれば、自装置の他の回路からの影響を排除することができるので、縦線固定パターンノイズの補正データの精度を向上させることができる。
【００１３】
また、前記所定電位は、一端のみが自装置の他の配線と電気的に接続されている配線から供給された電位であるとしても良い。このようにすれば、単位列間で入力電圧に水平方向のシェーディングが発生して、縦線固定パターンノイズの補正データの精度が低下するのを防止することができる。
また、前記画素セルと同様の読出動作をする補正用画素と、前記読出手段が単位列回路の出力を読み出す際に、補正用画素の読出動作を行う補正用画素読出手段と、を備えても良い。このようにすれば、有効画素の読み取り時と、補正データの取得時との間で、固体撮像装置の動作に伴う電流変動の差異を無くすことができるので、補正データの精度を向上させることができる。
【００１４】
また、前記スイッチ手段は、垂直ブランキング期間に垂直共通信号線と単位列回路との電気的接続を開閉しても良い。このようにすれば、縦線固定パターンノイズの補正データを取得するために要するレイアウト面積を最小限に抑えることができる。例えば、トランジスタを１つ追加するだけでスイッチ手段を実現することができるので、固体撮像装置の小型化に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の主要な構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係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４】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係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７】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態に係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１２】本発明の第８の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態に係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１４】本発明の第９の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図１５】本発明の第９の実施の形態に係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１６】本発明の第１０の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図１７】従来技術に係る固体撮像装置の構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］第１の実施形態
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は、垂直共通信号線から単位列回路への信号入力を遮断する手段を備えることを特徴とする。この遮断状態において、縦線固定パターンノイズの補正データが取得される。
【００１７】
（１−１）固体撮像装置の構成
先ず、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、固体撮像装置１は、電流源回路ブロック１０１、画素アレイ１０３、垂直走査回路１０４、列回路ブロック１０６、水平走査回路１０７、水平共通信号線１０８及び出力アンプ１０９を備えている。
【００１８】
画素アレイ１０３には多数の画素セル１０２が２次元配列されており、画素セル１０２毎に設けられたソースフォロアトランジスタに電流源回路ブロック１０１が定電流を供給する。列回路ブロック１０６は画素アレイ１０３の列毎に設けられた単位列回路１０５が水平方向に配列されている。
列回路ブロック１０６は単位列回路１０５が水平方向に複数個配列されてなる。垂直走査回路１０４にて選択された行の画素セルの画素信号は列回路ブロック１０６へ転送され、それぞれ対応する各単位列回路１０５にて並列処理された後、保持される。単位列回路１０５に保持された画素信号は水平走査回路１０７により順次選択され、水平共通信号線１０８を経由して出力アンプ１０９で増幅され固体撮像装置１の外部へ出力される。
【００１９】
図２は、固体撮像装置１の構成を示す回路図である。なお、図２には画素アレイ１０３のうち１行２列分の画素セル１０２の回路のみが示されている。本明細書の他の回路図も同様である。また、他の実施の形態においても対応する回路要素には同じ符号が付与されている。
図２に示されるように、画素セル１０２は何れも、画素転送トランジスタ２０１、画素ソースフォロアトランジスタ２０２、画素リセットトランジスタ２０３、画素選択トランジスタ２０４及びフォトダイオード２０５を備えている。
【００２０】
フォトダイオード２０５は入射光を光電変換して、入射光量に応じた電荷を生成する。画素転送トランジスタ２０１は、画素転送制御線２０８にてオンオフ制御され、フォトダイオード２０５が生成した電荷を画素ソースフォロアトランジスタ２０２のゲート電極に供給する。
画素ソースフォロアトランジスタ２０２は、ソース電極を画素電源２０６に接続されており、フォトダイオード２０５が生成した電荷量に応じた画素信号を出力する。
【００２１】
画素選択トランジスタ２０４は、画素選択制御線２０９にてオンンオフ制御され、行選択に用いられる。画素選択トランジスタ２０４は、画素ソースフォロアトランジスタ２０２が出力した画素信号を垂直共通信号線２１０へ出力する。画素リセットトランジスタ２０３は、画素リセット制御線２０７にてオンオフ制御され、画素ソースフォロアトランジスタ２０２のゲート電圧を画素電源２０６の供給電圧にリセットする。
【００２２】
電流源トランジスタ２１１は、ドレイン電極が垂直共通信号線２１０に接続され、ソース電極が電流源トランジスタ用グランド線を介して接地用のボンディングパッド２２８に接続されており、電流源トランジスタバイアス線２１２にてオンオフ制御される。
垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３は、スイッチトランジスタ制御線２１４にオンオフ制御され、垂直共通信号線２１０と単位列回路１０５とを電気的に接続したり遮断したりする。
【００２３】
単位列回路１０５は何れも、列アンプ２１６、列アンプリセットトランジスタ２１７、クランプトランジスタ２１８、サンプルホールドトランジスタ２２１、サンプルホールド容量２２３及び水平選択スイッチトランジスタ２２４を備えている。
列アンプ２１６は、垂直共通信号線２１０にて入力された画素信号を増幅して出力する。列アンプリセットトランジスタ２１７は、列アンプリセット制御線２１５にてオンオフ制御され、列アンプ２１６をリセットする。
【００２４】
サンプルホールド容量２２３は、列アンプ２１６が増幅した画素信号を蓄積する。サンプルホールドトランジスタ２２１は、サンプルホールド制御線２２２にオンオフ制御され、列アンプ２１６とサンプルホールド容量２２３とを電気的に遮断することによって、サンプルホールド容量２２３に蓄積される画素信号を確定させる。
クランプトランジスタ２１８は、クランプ制御線２１９にてオンオフ制御され、画素セル１０２から画素信号を読み出すのに先立って、サンプルホールド容量２２３の電位をクランプ電圧供給線２２０が供給するクランプ電位に固定する。
【００２５】
水平選択スイッチトランジスタ２２４は、水平走査回路１０７にてオンオフ制御され、サンプルホールド容量２２３が確定した後、オンして画素信号を水平共通信号線２２５に出力する。
ボンディングパッド２２６は、列アンプグランド線が接続され、列アンプ２１６を接地するために用いられる。ボンディングパッド２２７は、列アンプ電源線が接続され、列アンプ２１６に所定の電源電圧を印加するために用いられる。
【００２６】
（１−２）固体撮像装置の動作
次に、固体撮像装置１の動作について説明する。
図３は、固体撮像装置１の動作を示すタイミングチャートである。図３に示されるように、固体撮像装置１の動作期間は行毎の読出期間と水平読出期間、及び垂直ブランキング期間とに大別される。
【００２７】
行毎の読出期間では、先ず、該当行の画素選択制御線２０９が“Ｈ”とされ、当該行の各画素セル１０２から画素信号がそれぞれ単位列回路１０５に読み出される。その後、当該画素選択制御線２０９が“Ｌ”とされ、当該行の読出期間が終了する。水平読出期間には、単位列回路１０５に保持されている画素信号が順次選択され、出力アンプ１０９から出力される。
【００２８】
垂直ブランキング期間は、最終行（ここでは、第ｎ行とする。）の水平読出期間の終了後から、先頭行の読出期間の開始前までの期間をいう。
（ａ）読出期間の動作
先ず、行毎の読出期間の動作について説明する。
上述のように、画素信号を読み出す行の画素選択制御線２０９が“Ｈ”にされた状態で画素リセット制御線２０７、クランプ制御線２１９、サンプルホールド制御線２２２及び列アンプリセット制御線２１５がそれぞれ“Ｈ”にされる（図３）。
【００２９】
これによって、画素リセットトランジスタ２０３をオンされると、画素ソースフォロアトランジスタ２０２のゲート部が画素電源２０６の電位（画素電源電位）にリセットされる。また、クランプトランジスタ２１８がオンして、サンプルホールド容量２２３の電位がクランプ電圧供給線２２０の電位（クランプ電位）にされ、列アンプ２１６もリセットされる。
【００３０】
次に、画素リセット制御線２０７、列アンプリセット線２１５及びクランプ制御線２１９が順次“Ｌ”にされる。これによって、画素リセットトランジスタ２０３がオフして、単位列回路１０５がクランプ状態に保持される。
次に、画素転送制御線２０８が”Ｈ”にされると、画素転送トランジスタ２０１がオンして、フォトダイオード２０５に蓄積された電子が画素ソースフォロアトランジスタ２０２のゲート部に転送される。これによってゲート電位の変化が垂直共通信号線２１０を経由して単位列回路１０５に伝わり、列アンプ２１６にて増幅された後、画素信号に対応した電位がサンプルホールド容量２２３に保持される。
【００３１】
この後、サンプルホールド制御線２２２が”Ｌ”にされると、サンプルホールドトランジスタ２２１がオフして、サンプルホールド容量２２３の画素信号が確定する。以上の動作は、画素アレイ１０３のすべての列について並行して実行される。信号が確定した後、水平読出期間中に、水平選択スイッチトランジスタ２２４が列毎に順次選択され、サンプルホールド容量２２３が水平共通信号線２２５に読み出される。
【００３２】
（ｂ）垂直ブランキング期間の動作
図２に示されるように、固体撮像装置１は垂直共通信号線２１０上、画素セル１０２と単位列回路１０５との間に垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３が配され、画素信号が単位列回路１０５に伝わるのを遮断することができる点を特徴としている。
垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３は、有効画素の読出期間以外の期間（本実施の形態においては垂直ブランキング期間）にオフされ、このオフ期間中に縦線固定パターンノイズの補正データが取得される。垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３のオンオフを制御する信号は、固体撮像装置１の外部から供給しても良いし、内部で生成しても良い。
【００３３】
さて、本実施の形態においては、縦線固定パターンノイズの補正データを取得するに際して、先ず、垂直ブランキング期間に、スイッチトランジスタ制御線２１４が“Ｌ”にされる。これによって、垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３がオフする。
次に、クランプ制御線２１９、サンプルホールド制御線２２２及び列アンプリセット制御線２１５をそれぞれ“Ｈ”にする。これによって、クランプトランジスタ２１８がオンして、サンプルホールド容量２２３の電位がクランプ電圧供給線２２０のクランプ電位に固定される。また、列アンプリセットトランジスタ２１７がオンして、列アンプ２１６がリセットされる。
【００３４】
次に、列アンプリセット線２１５とクランプ制御線２１９が順次“Ｌ”にされる。これによって、列アンプリセットトランジスタ２１７とクランプトランジスタ２１８がオフして、単位列回路１０５がクランプ状態に保持される。
このクランプ状態において、列アンプ２１６はプロセス加工ばらつきに応じた電圧を出力し、また、サンプルホールド容量２２３もプロセス加工ばらつきに応じた電荷を蓄積している。
【００３５】
この後、サンプルホールド制御線２２２を”Ｌ”にすると、サンプルホールドトランジスタ２２１がオフして、サンプルホールド容量２２３の信号が確定する。信号確定後、水平走査回路１０７にて水平選択スイッチトランジスタ２２４が列毎に順次選択され、サンプルホールド容量２２３が水平共通信号線２２５に読み出され、出力アンプ１０９にて増幅されて、出力される。この出力値が縦線固定パターンノイズの補正に用いられる。
【００３６】
（１−３）本実施の形態の効果
上述のように、画素セル１０２の画素ソースフォロアトランジスタ２０２、或いはそれに順ずるトランジスタのゲート電位を固定した状態でのソースフォロア出力を縦線固定パターンノイズの補正データとして用いる従来技術には、次のような問題がある。
上記画素ソースフォロアトランジスタ２０２は、画素ピッチに収まるようにレイアウトする必要があり、プロセス加工ばらつきが出易いので、縦線固定パターンノイズの補正データの精度が低下する。
【００３７】
また、縦線固定パターンノイズの補正データの精度を向上させるために、多数の画素ソースフォロアトランジスタ２０２の出力の平均をとるためには、固体撮像装置のレイアウト面積を増大させなければならない。
一方、縦線固定パターンノイズは、一般的に、単位列回路１０５内のプロセス加工ばらつきに起因して発生する。
【００３８】
例えば、サンプルホールドトランジスタ２２１のしきい値電圧やサイズにばらつきがあると、画素信号を読み出した後、サンプルホールドトランジスタ２２１をオフする際にチャネル内の電荷分配量のばらつきが生じる。この電荷分配量のばらつきがオフセット要素となって、縦線固定パターンノイズが発生する。
これに対して、画素信号を単位列回路１０５に読み出す際には、単位列回路１０５間でばらつきを生じるような要因はほとんど無い。また、画素セルからの読み出しはソースフォロアトランジスタにより行われるところ、電流源トランジスタのしきい値電圧ばらつきは、相関二重サンプリングによるノイズキャンセルにより除去される。
【００３９】
従って、画素セル側のソースフォロア回路からの出力にはばらつきが無いので、当該出力を補正データとして用いなくても、縦線固定パターンノイズを解消することができる。
本実施形態においては、縦線固定パターンノイズ補正データ取得期間中に、画素セルからの信号を遮断することにより、単位列回路の入力を遮断直前の電位に保持した状態で、単位列回路の信号処理を有効画素の読み出し同様に行う。
【００４０】
本実施形態においては、垂直ブランキング期間に、垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３をオフして画素信号を遮断することにより、単位列回路１０５の入力電位を遮断直前の電位に保持する。この状態で、画素読出期間と同様にして単位列回路１０５に信号処理を行なわせることによって、縦線固定パターンノイズの補正データが取得される。
このようにすれば、縦線固定パターンノイズの補正データを取得するために、ダミー画素やソースフォロアトランジスタを追加する必要が無いので、固体撮像装置１のレイアウト面積を縮小することができる。
【００４１】
また、ダミー画素を用いる従来技術においては、ダミー画素アンプトランジスタ１７２１のゲート電位を適正な電位に固定するための補正用バイアス回路が必要となる。この補正用バイアス回路は全列のダミー画素アンプトランジスタ１７２１に接続されるため負荷容量が大きい。
［２］第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は、上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、１つの画素セルに複数のフォトダイオードが配されている点において相違する。以下、相違点に着目して説明する。
【００４２】
図４は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。図４に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置２は、いわゆる２画素１セル構造となっており、２つのフォトダイオード２０５が画素ソースフォロアトランジスタ２０２、画素リセットトランジスタ２０３及び画素選択トランジスタ２０４を共用する。
このような２画素１セル構造を採用した場合でも、垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３を設けて、第１の実施の形態と同様に動作させれば、端列回路１０５の特性ばらつきに起因する縦線固定パターンノイズの補正データを精度良く得ることができる。また、レイアウト面積を縮小することができる。
【００４３】
なお、画素ソースフォロアトランジスタ２０２等を共用するフォトダイオード２０５の数が２個に限定されないのは言うまでもなく、１画素に３個以上のフォトダイオードを配しても本実施の形態の効果は同じである。
［３］第３の実施形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置も、上記第２の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、単位列回路の入力として固定電圧を印加して縦線固定パターンノイズの補正データを取得する点において相違する。以下、相違点に着目して説明する。
【００４４】
図５は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。また、図６は、本実施の形態に係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５に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置４は、上記第１の実施の形態の構成に加えて、更に、列回路入力固定用バイアス線５０２、列回路入力固定用トランジスタ５０３を備えている。列回路入力固定用バイアス線５０２は、単位列回路１０５の入力を一定電圧に固定する。また、列回路入力固定用トランジスタ５０３は、列回路入力固定用バイアス線５０２と単位列回路１０５とを接続したり、遮断したりする。
【００４５】
上記第１及び第２のの実施の形態においては、垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３がオフされると、単位列回路１０５の入力は固定され、電気的に浮遊状態になる。この浮遊状態における単位列回路１０５の入力電位は、レイアウトやプロセスによって、他の制御線や電源とのカップリングや、ＭＯＳ容量の拡散領域からのリーク電流の影響を受けて変動し得る。
【００４６】
これに対して、本実施の形態においては、列回路入力固定用トランジスタ５０３を固体撮像装置４の外部から、或いは固体撮像装置４の内部回路を用いて制御し、垂直ブランキング期間中、単位列回路１０５の入力電位を列回路入力固定用バイアス線５０２の電位に固定する。このようにすれば、単位列回路１０５の入力電位が安定するので、縦線固定パターンノイズの補正データを高い精度で得ることができる。
【００４７】
なお、言うまでも無く、第２の実施の形態のような多画素１セル構造を採用する場合でも、本実施の形態のようにすれば、精度の高い補正データを取得することができる。また、図５から明らかなように、本実施の形態に係る構成を採用してもレイアウト面積や消費電力の増大を招くことはない。
［４］第４の実施形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置も、上記第２の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、縦線固定パターンノイズの補正データを取得する際に、単位列回路に接地電位を入力する点を特徴とする。以下、本実施の形態の特徴に着目して説明する。
【００４８】
図７は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。図７に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置６では、縦線固定パターンノイズの補正データを取得する際に単位列回路１０５に一定電圧を入力する列回路入力固定用バイアス線５０２が電流源トランジスタ用グランド線を介して、ボンディングパッド２２８に接続されている。
【００４９】
ボンディングパッド２２８に接続された電流源トランジスタ用グランド線はインピーダンスが低いので、ノイズの影響を受け難い一定電圧を単位列回路１０５に入力することができる。したがって、縦線固定パターンノイズ補正データの精度を向上させることができる。なお、電流源トランジスタ用グランド線以外の配線であっても、電源線やバイアス電圧線といった低インピーダンスの配線に列回路入力固定用バイアス線５０２を接続すれば、同様の効果を得ることができる。
【００５０】
また、上記第２の実施の形態で説明したような多画素１セル構成を採る場合においても、列回路入力固定用バイアス線５０２を低インピーダンスの配線に接続することによって同様の効果を得ることができる。
［５］第５の実施形態
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置も、上記第２の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、列回路入力固定用バイアス線の一端のみを接地する点を特徴とする。以下、本実施の形態の特徴に着目して説明する。
【００５１】
図８は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。図８に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置７においては、単位列回路１０５の入力を一定電圧に固定するための列回路入力固定用バイアス線５０２の一端のみが電流源トランジスタ用グランド線を介してボンディングパッド２２８に接続されており、他端は他のグランド線と電気的に遮断されている。
【００５２】
列回路入力固定用バイアス線５０２の両端が相異なるグランド線に接続されていると、グランド線のインピーダンスが０でないため、他回路ブロックの消費電流に依存して列回路ブロック１０６の両端間に微小な電位が発生して、電流が流れる。この電流に起因して単位列回路１０５の入力電圧に水平方向にシェーディングが発生するので、縦線固定パターンノイズの補正データの精度が低下する。
【００５３】
一方、本実施形態においては、列回路入力固定用バイアス線５０２の一端のみをグランド線に接続することによって、列回路ブロック１０６の両端間に電流が流れないようにするので、水平方向のシェーディングを抑制することができる。
また入力固定電圧としては低インピーダンスの配線であれば、電源線やバイアス電圧線であっても同様の効果が得られる。
【００５４】
なお、多画素１セル構成の画素においても縦線固定パターンノイズ補正データが精度良く得られ、更に、ダミーの画素やソースフォロアトランジスタを追加する必要が無いので、レイアウト面積を縮小することができる。
［６］第６の実施形態
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置も、上記第２の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、列回路入力固定用バイアス線が専用のボンディングパッドにて接続される点を特徴とする。以下、本実施の形態の特徴に着目して説明する。
【００５５】
図９は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。図９に示されるように、固体撮像装置８の列回路入力固定用バイアス線５０２の一端が接地用のボンディングパッド９０１に接続されている。このボンディングパッド９０１は列回路入力固定用バイアス線５０２専用となっており、他の配線は接続されていない。また、列回路入力固定用バイアス線５０２の他端もまた何れの配線にも接続されていない。
【００５６】
このようにすれば、列回路入力固定用バイアス線５０２の電位が他の回路ブロックの電流変動の影響を受けないので、縦線固定パターンノイズ補正データの精度を向上させることができる。なお、ボンディングパッド９０１は接地用でなくともよく、電源用やバイアス電圧用であっても同様の効果を得ることができる。
なお、本実施の形態において多画素１セル構成を採用しても、その効果に変わりはない。また、ダミー画素等を必要としないので、レイアウト面積を縮小できるという効果も損なわれない。
【００５７】
［７］第７の実施形態
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置も、上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、縦線固定パターンノイズの補正用画素セルが垂直共通信号線２１０に接続されている点を特徴とする。以下、本実施の形態の特徴に着目して説明する。
【００５８】
図１０は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。また、図１１は、本実施の形態に係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１０に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置９は、有効画素の行に加えて補正用画素セル１００１を配した行が設けられており、補正用画素セル１００１はそれぞれ垂直共通信号線２１０に接続されている。
【００５９】
補正用画素セル１００１は何れも、補正用画素転送トランジスタ１００２、補正用画素ソースフォロアトランジスタ１００３、補正用画素リセットトランジスタ１００４、補正用画素選択トランジスタ１００５及び補正用フォトダイオード１００９を備えている。
補正用フォトダイオード１００９は入射光を光電変換して、入射光量に応じた電荷を生成する。補正用画素転送トランジスタ１００２は、補正用画素転送制御線１００７にてオンオフ制御され、補正用フォトダイオード１００９が生成した電荷を補正用画素ソースフォロアトランジスタ１００３のゲート電極に供給する。
【００６０】
補正用画素ソースフォロアトランジスタ１００３は、ソース電極を画素電源２０６に接続されており、補正用フォトダイオード１００９が生成した電荷量に応じた画素信号を出力する。
補正用画素選択トランジスタ１００５は、補正用画素選択制御線１００８にてオンンオフ制御され、行選択に用いられる。補正用画素選択トランジスタ１００５は、補正用画素ソースフォロアトランジスタ１００３が出力した画素信号を垂直共通信号線２１０へ出力する。
【００６１】
補正用画素リセットトランジスタ１００４は、補正用画素リセット制御線１００６にてオンオフ制御され、補正用画素ソースフォロアトランジスタ１００３のゲート電圧を画素電源２０６の供給電圧にリセットする。なお、補正用フォトダイオード１００９には、必ずしも外光を入射させる必要はない。
さて、補正用画素セル１００１は、縦線固定パターンノイズの補正データを取得する期間、図１１の例では、垂直ブランキング期間に読み出される。なお、ランダムノイズの影響を除去するためには、補正用画素セル１００１を複数回読み出して、読み出し値の平均をとる必要がある。図１１には、補正用画素セル１００１を２回読み出す例が示されているが、読み出し回数はランダムノイズの影響を勘案して適当な回数とすべきである。
【００６２】
一般的に、固体撮像装置を構成する回路ブロックのうち、電源やグランド線はチップの内外で共通インピーダンスを有している回路ブロックにおいては、何れかの回路ブロックで電流変動が発生すると、共通インピーダンスを介して他の回路ブロックへ影響を与える。このような共通インピーダンスを介した他の回路ブロックからの影響は縦線固体パターンノイズにも寄与していると考えられる。
【００６３】
これに対して、本実施の形態においては、垂直共通信号線２１０と単位列回路１０５との接続を垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３にて遮断して、縦線固定パターンノイズの補正データを取得する際に、垂直共通信号線２１０に接続した補正用画素セル１００１の読み取り動作を行う（図１１）。
このようにすれば、有効画素を読み取る際に共通インピーダンスを介して単位列回路１０５が受けるであろう影響、例えば、画素の電流源トランジスタの電流の変動について、有効画素の読み取り時と補正データの取得時との差異が無くなるので、水平シェーディングによって縦線固定パターンノイズの補正データの精度が低下するのを防ぐことができる。
【００６４】
なお、補正用画素セル１００１は、従来技術に係るダミー画素とは異なって、その出力がデータとして用いられないので、補正用画素セル１００１はプロセス加工精度を高くする必要がない。このため、従来技術に係るダミー画素では、出力のばらつきを緩和するために多数行のダミー画素を用意して平均を求めるといった処理が必要になるのに対して、補正用画素セル１００１は１行分設ければ足りる。
【００６５】
また、言うまでも無く、本実施の形態と多画素１セル構成を組み合わせても良く、そのような場合でも縦線固定パターンノイズの補正データを精度良く得ることができる。
［８］第８の実施形態
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は、上記第２の実施の形態と第７の実施の形態の組み合わせに係る固体撮像装置である。
【００６６】
図１２は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図であり、図１３は、本実施の形態に係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１２に示されるように、固体撮像装置９は、各垂直共通信号線２１０に補正用画素セル１００１が接続されている。
また、図１３に示されるように、縦線固定パターンノイズの補正データを取得する際には、列回路入力固定制御線５０１が“Ｈ”になることによって列回路入力固定用トランジスタ５０３がオンされ、列回路入力固定用バイアス線５０２によって所定電圧が単位列回路１０５に入力される。
【００６７】
このような構成並びに動作によれば、縦線固定パターンノイズの補正データの精度を向上させることができる。なお、本実施の形態に係る構成も多画素１セル構成の固体撮像装置に適用して、その効果を得ることができる。
［９］第９の実施形態
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は、上記第７の実施の形態と概ね同様の構成を備える一方、各有効画素が画素選択トランジスタ２０４を備えていない点で相違する。以下、相違点に注目して本実施の形態を説明する。
【００６８】
図１４は本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す回路図である。図１４に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置１３は、上記第７の実施の形態に係る固体撮像装置９から、画素選択トランジスタ２０４、画素選択制御線２０９、補正用画素選択トランジスタ１００５、補正用画素選択制御線１００８を取り除いた構成を備えている。
図１５は、固体撮像装置１３の動作を示すタイミングチャートである。図１５に示されるように、固体撮像装置１３においては、画素転送制御線２０８が“Ｈ”とされ、画素信号が読み出された後、画素電源２０６が“Ｌ”とされる。この状態で、画素リセット制御線２０７が“Ｈ”とされると、画素リセットトランジスタ２０３がオンして、当該画素の出力がリセットされ、非選択状態となる。その後、画素電源２０６が“Ｈ”とされ、当該行の水平読み出し処理が行われる。
【００６９】
このような構成を採る場合でも、垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３にて垂直共通信号線２１０と単位列回路１０５との接続を遮断した状態で縦線固定パターンノイズの補正データを取得すれば、固体撮像装置１３のレイアウト面積を増大させることなく、補正データの精度を向上させることができる。
［１０］第１０の実施形態
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は、上記第９の実施の形態と概ね同様の構成を備える一方、各画素が複数のフォトダイオードを有する多画素１セル構成となっている点で相違する（図１６を参照）。
【００７０】
このような構成を採る場合でも、垂直共通信号線スイッチトランジスタ２１３にて垂直共通信号線２１０と単位列回路１０５との接続を遮断した状態で縦線固定パターンノイズの補正データを取得すれば、固体撮像装置１３のレイアウト面積を増大させることなく、補正データの精度を向上させることができる。
なお、図１６には、画素ごとに２つのフォトダイオードを配する場合が示されているが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、各画素に３つ以上のフォトダイオードを配しても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る固体撮像装置、縦線状に発生する固定列パターンノイズを解消するＭＯＳ型固体撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
２０１………………………画素転送トランジスタ
２０２………………………画素ソースフォロアトランジスタ
２０３………………………画素リセットトランジスタ
２０４………………………画素選択トランジスタ
２０５………………………フォトダイオード
２０６………………………画素電源
２０７………………………画素リセット制御線
２０８………………………画素転送制御線
２０９………………………画素選択制御線
２１０………………………垂直共通信号線
２１１………………………電流源トランジスタ
２１２………………………電流源トランジスタバイアス線
２１３………………………垂直共通信号線スイッチトランジスタ
２１４………………………スイッチトランジスタ制御線
２１５………………………列アンプリセット制御線
２１６………………………列アンプ
２１７………………………列アンプリセットトランジスタ
２１８………………………クランプトランジスタ
２１９………………………クランプ制御線
２２０………………………クランプ電圧供給線
２２１………………………サンプルホールドトランジスタ
２２２………………………サンプルホールド制御線
２２３………………………サンプルホールド容量
２２４………………………水平選択スイッチトランジスタ
２２５………………………水平共通信号線
２２６〜２２８、９０１…ボンディングパッド
５０１………………………列回路入力固定制御線
５０２………………………列回路入力固定用バイアス線
５０３………………………列回路入力固定用トランジスタ
１００１……………………補正用画素セル
１００２……………………補正用画素転送トランジスタ
１００３……………………補正用画素ソースフォロアトランジスタ
１００４……………………補正用画素リセットトランジスタ
１００５……………………補正用画素選択トランジスタ
１００６……………………補正用画素リセット制御線
１００７……………………補正用画素転送制御線
１００８……………………補正用画素選択制御線
１００９……………………補正用フォトダイオード
【図１】
2011091487.tif 000003
【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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