(57)【要約】【課題】  複数の画素の増幅トランジスタのうち、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタの数が変化する場合における差動対について検討がなされていなかった。【解決手段】  オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタの数が増えるのに対応して、オンの状態である期間が重複する差動トランジスタの数を増やす光電変換装置である。【選択図】  図１
2019176520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の一方の入力ノードである制御ノードを有する増幅トランジスタとを各々が有する複数の画素と、
各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力される複数のトランジスタと、
前記複数のトランジスタをオンの状態として前記複数のトランジスタの各々の前記制御ノードを前記差動対の他方の入力ノードとする動作と、前記複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタのみをオンの状態としてとして前記一部のトランジスタの前記制御ノードを前記他方の入力ノードとする動作とが切り替わることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記光電変換装置は、前記複数のトランジスタをオンの状態として前記複数のトランジスタの各々の前記制御ノードを前記差動対の他方の入力ノードとする動作と、前記複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタのみをオンの状態としてとして前記一部のトランジスタの前記制御ノードを前記他方の入力ノードとする動作とを切り替えるスイッチをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
電流源をさらに有し、
前記複数の画素の各々は選択トランジスタをさらに有し、
前記スイッチがスイッチトランジスタであって、
前記電流源と前記増幅トランジスタとが前記選択トランジスタを介して電気的に接続され、
前記電流源と前記一部のトランジスタとが前記スイッチトランジスタを介して電気的に接続され、
前記選択トランジスタのゲート幅と、前記スイッチトランジスタのゲート幅とが等しいことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の一方の入力ノードである制御ノードを有する増幅トランジスタと、選択トランジスタとを各々が有する複数の画素と、
各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力される複数のトランジスタと、
スイッチと
電流源とを有し、
前記選択トランジスタが、前記電流源と前記増幅トランジスタとの間の電気的経路に設けられ、
前記スイッチが、前記電流源と前記複数のトランジスタうちの一のトランジスタとの間の電気的経路に設けられていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
カレントミラー回路と、第２のスイッチとをさらに有し、
前記複数のトランジスタの一方の主ノードと前記増幅トランジスタとに前記カレントミラー回路が電気的に接続され、
前記複数のトランジスタの前記一部のトランジスタの他方の主ノードに前記スイッチが電気的に接続され、
前記複数のトランジスタのうちの前記一部のトランジスタとは別のトランジスタの他方の主ノードに前記第２のスイッチが電気的に接続されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記複数の画素の各々の前記増幅トランジスタのゲート幅と、前記複数のトランジスタの各々のゲート幅とが等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記共通の電位が、前記差動対の出力ノードの電位であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記共通の電位が、ランプ信号であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
クロック信号を計数したカウント信号を生成し、前記カウント信号を出力するカウンタと、前記カウント信号が前記カウンタから入力されるメモリとをさらに有し、
前記差動対は、前記ランプ信号と前記増幅トランジスタが出力する信号とを比較した結果を示す比較結果信号を前記メモリに出力し、
前記メモリは、前記比較結果信号の信号値の変化に対応して前記カウント信号を保持することを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記複数のトランジスタの各々を各々が有する複数のランプ画素を有し、
前記ランプ画素はさらに光電変換部を有することを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記増幅トランジスタと前記複数のトランジスタとに電気的に接続されたカレントミラー回路をさらに有し、
前記光電変換装置は、互いに別の活性領域に設けられた画素領域と周辺回路領域とを有し、
前記画素領域に、前記複数の画素が配された有効画素領域と、前記複数のランプ画素が配されたランプ画素領域と、入射光に基づかない信号のみを出力する参照画素が配された参照画素領域とを有し、
前記ランプ画素領域と前記周辺回路領域との間に前記参照画素領域が配されていることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
前記周辺回路領域に、前記カレントミラー回路が配されていることを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
前記増幅トランジスタと前記複数のトランジスタとに電気的に接続されたカレントミラー回路をさらに有し、
前記光電変換装置は、互いに別の活性領域に設けられた画素領域と周辺回路領域とを有し、
前記画素領域に、前記複数の画素が配された有効画素領域と、前記複数のランプ画素が配されたランプ画素領域とを有し、
前記周辺回路領域に、前記カレントミラー回路が配されていることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記複数の画素の各々は、前記電荷を保持するフローティングディフージョン部をさらに有し、
前記複数の画素の各々の前記フローティングディフージョン部を互いに電気的に接続する第３のスイッチをさらに有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１６】
電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の一方の入力ノードである制御ノードを有する前記増幅トランジスタとを各々が有する複数の画素と、
制御ノードに共通の電位が入力される複数のトランジスタとを有する光電変換装置の駆動方法であって、
第１の動作において、
前記複数の画素の各々の前記増幅トランジスタのうち、１以上の個数である第１の個数の増幅トランジスタを第１の期間に渡ってオンの状態とし、
前記複数のトランジスタのうち、１以上の個数である第２の個数のトランジスタを共に前記第１の期間に渡ってオンの状態として前記差動対の他方の入力ノードとし、
第２の動作において、
前記複数の画素の各々の前記増幅トランジスタのうち、前記第１の個数よりも多い第３の個数の増幅トランジスタを第２の期間に渡ってオンの状態とし、
前記複数のトランジスタのうち、前記第２の個数よりも多い第４の個数のトランジスタを共に前記第２の期間に渡ってオンの状態として前記他方の入力ノードとすることを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
【請求項１７】
前記第２の個数が前記第１の個数よりも多いことを特徴とする請求項１６に記載の光電変換装置の駆動方法。
【請求項１８】
前記第４の個数が前記第３の個数よりも多いことを特徴とする請求項１６または１７に記載の光電変換装置の駆動方法。
【請求項１９】
前記第１の個数と前記第２の個数が等しく、前記第３の個数と前記第４の個数が等しいことを特徴とする請求項１６に記載の光電変換装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換装置、撮像システム、光電変換装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素と、ＡＤ変換部とを備える光電変換装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、画素の増幅トランジスタとともに差動対を構成する差動トランジスタが設けられた光電変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１１４８７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に記載の光電変換装置は、複数の画素の増幅トランジスタのうち、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタの数が変化する場合における差動対について検討がなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、一の態様は、入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の一方の入力ノードである制御ノードを有する増幅トランジスタとを各々が有する複数の画素と、各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力される複数のトランジスタと、前記複数のトランジスタをオンの状態として前記複数のトランジスタの各々の前記制御ノードを前記差動対の他方の入力ノードとする動作と、前記複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタのみをオンの状態としてとして前記一部のトランジスタの前記制御ノードを前記他方の入力ノードとする動作とが切り替わることを特徴とする光電変換装置である。
【０００７】
また、一の態様は、入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の一方の入力ノードである制御ノードを有する増幅トランジスタと、選択トランジスタとを各々が有する複数の画素と、各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力される複数のトランジスタと、スイッチと、電流源とを有し、前記選択トランジスタが、前記電流源と前記増幅トランジスタとの間の電気的経路に設けられ、前記スイッチが、前記電流源と前記複数のトランジスタうちの一のトランジスタとの間の電気的経路に設けられていることを特徴とする光電変換装置である。
【０００８】
また、一の態様は、電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の一方の入力ノードである制御ノードを有する前記増幅トランジスタとを各々が有する複数の画素と、制御ノードに共通の電位が入力される複数のトランジスタとを有する光電変換装置の駆動方法であって、第１の動作において、前記複数の画素の各々の前記増幅トランジスタのうち、１以上の個数である第１の個数の増幅トランジスタを第１の期間に渡ってオンの状態とし、前記複数のトランジスタのうち、１以上の個数である第２の個数のトランジスタを共に前記第１の期間に渡ってオンの状態として前記差動対の他方の入力ノードとし、第２の動作において、前記複数の画素の各々の前記増幅トランジスタのうち、前記第１の個数よりも多い第３の個数の増幅トランジスタを第２の期間に渡ってオンの状態とし、前記複数のトランジスタのうち、前記第２の個数よりも多い第４の個数のトランジスタを共に前記第２の期間に渡ってオンの状態として前記他方の入力ノードとすることを特徴とする光電変換装置の駆動方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、複数の画素の増幅トランジスタのうち、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタの数が変化する場合における差動対を好適なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】撮像装置の構成の一例を示した図
【図２】撮像装置の動作の一例を示した図
【図３】撮像装置の構成の一例を示した図
【図４】撮像装置の構成の一例を示した図
【図５】撮像装置の動作の一例を示した図
【図６】撮像装置の構成の一例を示した図
【図７】撮像装置の構成の一例を示した図
【図８】撮像装置の構成の一例を示した図
【図９】撮像装置の動作の一例を示した図
【図１０】撮像システムの構成の一例を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら各実施例を説明する。尚、本実施例で記載したＮＭＯＳトランジスタ、ＰＭＯＳトランジスタは適宜、逆の導電型に置き換えることが可能である。逆の導電型に置き換えた場合には、トランジスタの制御ノード、主ノードに印加される電圧もまた適宜変更される。
【００１２】
（実施例１）
本実施例では光電変換装置の一例として、撮像装置を説明する。
【００１３】
図１は、本実施例の撮像装置の画素１００と、垂直信号線１０７と、接続線１２０と、カウンタ１６０と、ランプ信号供給部１６５と、列回路部１８０を示した図である。図１ではｎ行目、ｎ＋１行目、ｎ＋２行目にそれぞれ配された３つの画素１００を示している。
【００１４】
画素１００は、光電変換部であるフォトダイオード１０１、転送トランジスタ１０２、リセットトランジスタ１０４、増幅トランジスタ１０５、選択トランジスタ１０６を有する。増幅トランジスタ１０５の制御ノードとして、フローティングディフージョン部１０３（以下、ＦＤ部１０３と表記する）が設けられている。画素１００に含まれるトランジスタはＮ型のＭＯＳトランジスタである。
【００１５】
転送トランジスタ１０２には、垂直走査回路１２５から信号ｐｔｘ［ｎ］が供給される。尚、［ｎ］は、画素１００が位置する行を示している。転送トランジスタ１０２の一方の主ノードはフォトダイオード１０１に電気的に接続され、他方の主ノードはＦＤ部１０３を介して増幅トランジスタ１０５に電気的に接続されている。
【００１６】
リセットトランジスタ１０４には、垂直走査回路１２５から信号ｐｒｅｓ［ｎ］が供給される。また、リセットトランジスタ１０４の一方の主ノードには電源電圧ｓｖｄｄが供給され、他方の主ノードにはＦＤ部１０３を介して増幅トランジスタ１０５が電気的に接続されている。
【００１７】
増幅トランジスタ１０５は、一方の主ノードは接続線１２０に電気的に接続され、他方の主ノードは選択トランジスタ１０６の一方の主ノードに電気的に接続されている。
【００１８】
選択トランジスタ１０６には、垂直走査回路１２５から信号ｐｓｅｌ［ｎ］が供給される。選択トランジスタ１０６の他方の主ノードは垂直信号線１０７に電気的に接続されている。選択トランジスタ１０６は、増幅トランジスタ１０５と垂直信号線１０７との間の電気的経路に設けられている。
【００１９】
複数の画素１００の各々の選択トランジスタ１０６は、垂直信号線１０７に共通に電気的に接続されている。
【００２０】
本実施例では、複数の画素１００の各々が有する増幅トランジスタ１０５は、互いに同じチャネル幅、チャネル長を有する。尚、チャネル幅とは、制御ノードであるゲートにトランジスタがオンする電圧を印加した時にゲート下に生じる強反転領域の幅を指す。幅とは、キャリアが移動する方向に対して、ゲート上からトランジスタを俯瞰した平面視において垂直の方向の長さである。また、チャネル長とは、制御ノードであるゲートにトランジスタがオンする電圧を印加した時にゲート下に生じる強反転領域の長さを指す。ここでいう長さとは、キャリアが移動する方向の長さである。すなわち、複数の画素１００の各々が有する増幅トランジスタ１０５の各々のチャネル比であるＷ／Ｌは互いに等しい。また、複数の画素１００の各々が有する選択トランジスタ１０６は、互いに同じチャネル幅、チャネル長を有する。すなわち、複数の画素１００の各々が有する選択トランジスタ１０６の各々のチャネル比であるＷ／Ｌは互いに等しい。
【００２１】
列回路部１８０は、出力部１５０、メモリ１５５を有する。出力部１５０は、電流源１０８、トランジスタ１０９、トランジスタ１１０、トランジスタ１１１、スイッチトランジスタ１１２、トランジスタ１１３、スイッチトランジスタ１１４を有する。トランジスタ１０９、トランジスタ１１０はＰ型のＭＯＳトランジスタであり、他のトランジスタはＮ型のＭＯＳトランジスタである。スイッチトランジスタ１１２はスイッチであり、スイッチトランジスタ１１４は第２のスイッチである。
【００２２】
トランジスタ１０９とトランジスタ１１０には電源電圧ＶＤＤが供給される。トランジスタ１０９、トランジスタ１１０によってカレントミラー回路が構成される。また、増幅トランジスタ１０５の制御ノードは差動対の一方の入力ノードである。また、トランジスタ１１１、トランジスタ１１３のうち、オンとなるトランジスタの制御ノードが差動対の他方の入力ノードである。トランジスタ１１１およびトランジスタ１１３は、増幅トランジスタ１０５と対となる関係にある。トランジスタ１１１、トランジスタ１１３の各々は、増幅トランジスタ１０５と差動対を構成する差動トランジスタである。本実施例では、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ１１１、トランジスタ１１３の各々のチャネル幅Ｗは同じである。また、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ１１１、トランジスタ１１３の各々のチャネル長Ｌは同じである。すなわち、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ１１１、トランジスタ１１３の各々のチャネル比であるＷ／Ｌは同じである。
【００２３】
また、本実施例では、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ１１２、スイッチトランジスタ１１４の各々のチャネル幅Ｗは同じである。また、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ１１２、スイッチトランジスタ１１４の各々のチャネル長Ｌは同じである。すなわち、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ１１２、スイッチトランジスタ１１４の各々のチャネル比であるＷ／Ｌは同じである。
【００２４】
トランジスタ１１１、トランジスタ１１３の各々の制御ノードには、ランプ信号供給部１６５からランプ信号ｒａｍｐが供給される。ランプ信号ｒａｍｐは、時間の経過とともに電位が単調増加あるいは単調減少する信号である。スイッチトランジスタ１１２には、不図示の制御部から信号ｐｓｉｚ［０］が供給される。スイッチトランジスタ１１４には、不図示の制御部から信号ｐｓｉｚ［１］が供給される。
【００２５】
垂直信号線１０７は、電流源１０８、スイッチトランジスタ１１２、スイッチトランジスタ１１４に電気的に接続されている。
【００２６】
接続線１２０は、複数の画素１００の各々の増幅トランジスタ１０５に共通に電気的に接続されている。また、接続線１２０はトランジスタ１０９、トランジスタ１１０と電気的に接続されている。
【００２７】
出力部１５０は、垂直信号線１０７に出力された信号と、ランプ信号ｒａｍｐとを比較した結果を示す比較結果信号である信号ｏｕｔを出力する比較部である。出力部１５０が出力する信号ｏｕｔは、メモリ１５５に入力される。メモリ１５５には、クロック信号を計数することによってカウント信号を生成するカウンタ１６０から、カウント信号が入力される。メモリ１５５は、信号ｏｕｔの信号値の変化に対応して、その時点のカウント信号を保持する。このメモリ１５５は、画素１００の各列に対応して複数設けられている。
【００２８】
不図示の水平走査回路は、各列のメモリ１５５を順次走査することにより、各列のメモリ１５５から、各々のメモリ１５５が保持したカウント信号を出力させる。この水平走査によって読み出された各列のカウント信号は、不図示の装置出力部を経由して、撮像装置に外部に出力される。
【００２９】
図２（ａ）、図２（ｂ）のそれぞれは、図１に示した撮像装置の動作を示した図である。図２（ａ）、図２（ｂ）のそれぞれは、図１に示した撮像装置のうち、ｎ行目とｎ＋１行目の画素１００の動作を示したものである。図２（ａ）、図２（ｂ）のそれぞれにおいて示した各信号は、図１に示した各信号と対応している。また、図２（ａ）、図２（ｂ）ではＨｉｇｈレベルの信号をＨｉ、Ｌｏｗレベルの信号をＬｏとして示している。
【００３０】
図２（ａ）は、複数の画素１００の各々から垂直信号線１０７に読み出された、入射光に基づく信号をＡＤ変換する動作を示した図である。一方、図２（ｂ）は、複数の画素１００の各々の信号を垂直信号線１０７で混合し、この混合された信号をＡＤ変換する動作を示した図である。図２（ｂ）の動作は、図２（ａ）の動作に比して、１フレームあたりに撮像装置が出力する信号の数を抑制する動作である。具体的には、図２（ａ）は静止画を撮影する場合の動作とし、図２（ｂ）は、動画を撮影する場合の動作とすることができる。
【００３１】
まず、図２（ａ）の動作を説明する。
【００３２】
時刻ｔ１に、垂直走査回路１２５は、信号ｐｒｅｓ［ｎ］をＬｏレベルとする。これにより、ｎ行目の画素１００のリセットトランジスタ１０４はＯＦＦする。よって、ｎ行目の画素１００のＦＤ部１０３のリセットが解除される。また、垂直走査回路１２５は、ｎ行目の画素１００の選択トランジスタに供給する信号ｐｓｅｌ［ｎ］をＨｉレベルとする。ｎ行目の画素１００の選択トランジスタ１０６がオンする。これにより、ｎ行目の増幅トランジスタ１０５が、選択トランジスタ１０６を介して、垂直信号線１０７に電気的に接続される。よって、ｎ行目の画素１００の増幅トランジスタ１０５が差動対の一方の入力ノードとなる。この時に垂直信号線１０７に出力される信号は画素１００のノイズ成分を主とするノイズ信号である。以下、このノイズ信号をＮ信号と表記する。制御部は、信号ｐｓｉｚ［０］をＨｉレベルとし、信号ｐｓｉｚ［１］をＬｏレベルとしている。これにより、差動対の他方の入力ノードに接続された複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタであるトランジスタ１１１がオンする。
【００３３】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、Ｎ信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ変換期間である。
【００３４】
時刻ｔ２にランプ信号供給部１６５は、ランプ信号ｒａｍｐの時間の経過に伴なった電位の変化を開始させる。また、メモリ１５５にカウント信号を供給するカウンタ１６０は、クロック信号の計数を開始する。
【００３５】
その後、ランプ信号ｒａｍｐの電位と、垂直信号線１０７に出力されたＮ信号との電位の大小関係が逆転したことに基づいて、信号ｏｕｔの信号値が変化する。信号ｏｕｔの信号値が変化したことに応じて、メモリ１５５は、その時点のカウント信号を保持する。このメモリ１５５に保持されたカウント信号は、Ｎ信号に基づくデジタル信号である。このデジタル信号をデジタルＮ信号と表記する。
【００３６】
その後、時刻ｔ３に、ランプ信号供給部１６５は、ランプ信号ｒａｍｐの時間の経過に伴なった電位の変化を終了し、ランプ信号ｒａｍｐの電位を初期の電位にリセットする。
【００３７】
次に、時刻ｔ４に、垂直走査回路１２５は信号ｐｔｘ［ｎ］の信号レベルをＨｉレベルとする。これにより、ｎ行目の画素１００の転送トランジスタ１０２がＯＮする。よって、フォトダイオード１０１が生成した電荷の、ＦＤ部１０３を介した増幅トランジスタ１０５の制御ノードへの転送が開始される。その後、時刻ｔ５に、垂直走査回路１２５は、信号ｐｔｘ［ｎ］の信号レベルをＬｏレベルとする。これにより、フォトダイオード１０１から増幅トランジスタ１０５への電荷の転送が終了する。この時に、増幅トランジスタ１０５から垂直信号線１０７に出力されている信号をＳ信号と表記する。
【００３８】
時刻ｔ６に、ランプ信号供給部１６５は再びランプ信号ｒａｍｐの時間の経過に伴なった電位の変化を開始する。また、メモリ１５５にカウント信号を供給するカウンタ１６０は、クロック信号の計数を開始する。
【００３９】
その後、ランプ信号ｒａｍｐの電位と、垂直信号線１０７に出力されたＳ信号との電位の大小関係が逆転したことに基づいて、信号ｏｕｔの信号値が変化する。信号ｏｕｔの信号値が変化したことに応じて、メモリ１５５は、その時点のカウント信号を保持する。このメモリ１５５に保持されたカウント信号は、Ｓ信号に基づくデジタル信号である。このデジタル信号をデジタルＳ信号と表記する。
【００４０】
時刻ｔ７に、ランプ信号供給部１６５は、ランプ信号ｒａｍｐの時間の経過に伴なった電位の変化を終了し、ランプ信号ｒａｍｐの電位を初期の電位にリセットする。
【００４１】
その後、水平走査回路は、各列のメモリ１５５に保持されたデジタルＮ信号、デジタルＳ信号のそれぞれを、各列のメモリ１５５から順次読み出す。装置出力部は、デジタルＮ信号とデジタルＳ信号との差の信号を得て、この差の信号を撮像装置の外部に出力する。
【００４２】
時刻ｔ８に、垂直走査回路１２５は、信号ｐｓｅｌ［ｎ］をＬｏレベルとする。また、垂直走査回路１２５は、信号ｐｒｅｓ［ｎ］をＨｉレベルとし、ｎ行目の画素１００のＦＤ部１０３のリセットを行う。
【００４３】
その後、時刻ｔ９に、垂直走査回路１２５は信号ｐｓｅｌ［ｎ＋１］をＨｉレベルとする。また、垂直走査回路１２５は、信号ｐｒｅｓ［ｎ＋１］をＬｏレベルとする。以降のｎ＋１行目の画素１００に関わる動作は、１行目の画素１００に関わる動作を同じである。
【００４４】
次に、図２（ｂ）の動作について説明する。
【００４５】
時刻ｔ２１に、垂直走査回路１２５は、信号ｐｓｅｌ［ｎ］、信号ｐｓｅｌ［ｎ＋１］を共にＨｉレベルとする。これにより、垂直信号線１０７には、ｎ行目の画素１００の増幅トランジスタ１０５と、ｎ＋１行目の画素１００の増幅トランジスタ１０５とが共に電気的に接続される。また、垂直走査回路１２５は、信号ｐｒｅｓ［ｎ］、信号ｐｒｅｓ［ｎ＋１］を共にＬｏレベルとする。これにより、垂直信号線１０７には、ｎ行目の画素１００のＮ信号と、ｎ＋１行目の画素１００のＮ信号とが混合された信号が出力される。この混合されたＮ信号を混合Ｎ信号と表記する。
【００４６】
また、制御部は、信号ｐｓｉｚ［０］、信号ｐｓｉｚ［１］を共にＨｉレベルとしている。
【００４７】
このように、図２（ｂ）の動作では、ｎ行目の画素１００の増幅トランジスタ１０５、ｎ＋１行目の画素１００の増幅トランジスタ１０５が差動対の一方の入力ノードである。また、差動対の他方の入力ノードである複数のトランジスタである、トランジスタ１１１、トランジスタ１１３が共にオンする。また、ｎ行目の増幅トランジスタ１０５とｎ＋１行目の増幅トランジスタ１０５のチャネル幅Ｗの和は、トランジスタ１１１とトランジスタ１１３のチャネル幅Ｗの和と等しい。
【００４８】
時刻ｔ２２に、ランプ信号供給部１６５は、ランプ信号ｒａｍｐの時間の経過に伴なった電位の変化を開始する。
【００４９】
時刻ｔ２２から時刻ｔ２４までの出力部１５０、メモリ１５５、カウンタ１６０の動作は、先の図２（ａ）の時刻ｔ２から時刻ｔ４までの動作と同じである。この動作により、メモリ１５５は、混合Ｎ信号をＡＤ変換したデジタル信号を保持する。このデジタル信号をデジタル混合Ｎ信号と表記する。
【００５０】
時刻ｔ２４に、垂直走査回路１２５は、信号ｐｔｘ［ｎ］、信号ｐｔｘ［ｎ＋１］を共にＨｉレベルとする。その後、時刻ｔ２５に、垂直走査回路１２５は、信号ｐｔｘ［ｎ］、信号ｐｔｘ［ｎ＋１］を共にＬｏレベルとする。これにより、垂直信号線１０７には、ｎ行目の画素１００のＳ信号と、ｎ＋１行目の画素１００のＳ信号とが混合された信号が出力される。この混合されたＳ信号を混合Ｓ信号と表記する。
【００５１】
時刻ｔ２６に、ランプ信号供給部１６５は、ランプ信号ｒａｍｐの時間の経過に伴なった電位の変化を開始する。
【００５２】
時刻ｔ２６から時刻ｔ２８までの出力部１５０、メモリ１５５、カウンタ１６０の動作は、先の図２（ａ）の時刻ｔ６から時刻ｔ８までの動作と同じである。この動作により、メモリ１５５は、混合Ｓ信号をＡＤ変換したデジタル信号を保持する。このデジタル信号をデジタル混合Ｓ信号と表記する。
【００５３】
その後、水平走査回路は、各列のメモリ１５５に保持されたデジタル混合Ｎ信号、デジタル混合Ｓ信号のそれぞれを、各列のメモリ１５５から順次読み出す。装置出力部は、デジタル混合Ｎ信号とデジタル混合Ｓ信号との差の信号を得て、この差の信号を撮像装置の外部に出力する。
【００５４】
図２（ａ）に示した撮像装置の動作は第１の動作である。また、図２（ｂ）に示した撮像装置の動作は第２の動作である。具体的には、第１の動作において、１以上の個数である第１の個数（本実施例では１個）の増幅トランジスタ１０５が第１の期間に渡ってオンの状態である。また、複数のトランジスタ（トランジスタ１１１、トランジスタ１１３）のうち、１以上の個数である第２の個数（本実施例では１個）のトランジスタがともに第１の期間に渡ってオンの状態である。また、第２の動作において、第１の個数よりも多い第３の個数（本実施例では２個）の増幅トランジスタ１０５が第２の期間に渡ってオンの状態である。また、複数のトランジスタ（トランジスタ１１１、トランジスタ１１３）のうち、第２の個数よりも多い第４の個数（本実施例では２個）のトランジスタが共に第２の期間に渡ってオンの状態である。
【００５５】
光電変換装置の一例である本実施例の撮像装置は、垂直信号線１０７で複数の画素１００が出力する信号同士を混合する。この場合においても本実施例の撮像装置は、複数の画素１００の増幅トランジスタ１０５のチャネル幅の和と、当該増幅トランジスタ１０５と、オンの状態である期間が重複する差動トランジスタのチャネル幅の和とを揃えている。従来の差動対では、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタ１０５の数が変化しても、差動トランジスタがオンする数は一定であった。よって、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタ１０５の数が変化することによって、差動対の対称性も変化する。よって、出力部１５０が出力する信号の精度が、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタ１０５の数が変化することによって変化する課題があった。本実施例の撮像装置は、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタ１０５の数が増えるのに対応して、オンの状態である期間が重複する差動トランジスタの数を増やしている。これにより、本実施例の撮像装置は、従来の差動対に比して、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタ１０５の数の変化によって生じる差動対の対称性の変化を生じにくくしている。よって、本実施例の撮像装置は、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタ１０５の数の変化によって生じる、出力部１５０が出力する信号の精度の変化を生じにくくすることができる効果を有する。尚、本実施例の撮像装置は、複数の画素１００の増幅トランジスタ１０５のチャネル幅の和と、当該増幅トランジスタ１０５とオンしている差動トランジスタのチャネル幅の和とを揃えていたが、この構成に限定されない。つまり、オンの状態である期間が重複する増幅トランジスタ１０５の数が増えるのに対応して、オンの状態である期間が重複する差動トランジスタの数を増やすようにすればよい。例えば、上述した第１の個数が１、第２の個数が２であって、第３の個数が２、第４の個数が３という関係であっても良い。
【００５６】
尚、本実施例では、ランプ信号ｒａｍｐはスロープ状に電位が変化する信号を例に説明した。他の例として、ランプ信号ｒａｍｐは、例えばＤＡＣを用いて生成したランプ信号のように、のこぎり波状に電位が変化する信号としても良い。
【００５７】
また、本実施例では、カウンタ１６０が複数のメモリ１５５に対して共通のカウント信号を供給する例を説明した。他の例として、各列にクロック信号を計数するカウンタを備える撮像装置であっても良い。この場合には、各列のカウンタは、ランプ信号ｒａｍｐの時間の経過に伴なった電位の変化の開始に応じてクロック信号のカウントを開始した後、出力部１５０が出力する信号ｏｕｔの信号値の変化に応じて、クロック信号のカウントを停止するようにすればよい。
【００５８】
尚、本実施例では、出力部１５０はスイッチトランジスタ１１２、スイッチトランジスタ１１４の２つを有していた。出力部１５０はスイッチトランジスタ１１４を有していればよい。つまり、トランジスタ１１１は常にオンの状態であって、図２（ａ）の動作においてトランジスタ１１３がオフであり、図２（ｂ）の動作においてトランジスタ１１３がオンすれば良い。尚、スイッチトランジスタ１１４がオフしている場合のトランジスタ１１３の動作を述べる。トランジスタ１１３は制御ノードに、トランジスタ１１１の制御ノードと共通の電圧が入力される。よって、トランジスタ１１３のスイッチトランジスタ１１４と電気的に接続された主ノードと、トランジスタ１１３の入力ノードとの電圧差である電圧Ｖｇｓは閾値電圧Ｖｔｈよりも大きいものとなるためオンとなる。スイッチトランジスタ１１４がオフであることにより、トランジスタ１１３の主ノード同士は同じ電圧となる。よって、トランジスタ１１３の主ノード同士の間で電流が流れなくなり、トランジスタ１１３はオフとなる。このような動作を行うトランジスタ１１３は、主ノード同士の間で電流が流れないため、実質的にオフの状態であるとして取り扱うことができる。
【００５９】
ただし、好ましいのは本実施例で述べた様にスイッチトランジスタ１１２、スイッチトランジスタ１１４の両方が設けられた構成である。なぜなら、画素１００は選択トランジスタ１０６を有しており、この選択トランジスタ１０６とチャネル幅の等しいスイッチトランジスタ１１２、スイッチトランジスタ１１４を出力部１５０に設ける。これにより、差動対の対称性が、スイッチトランジスタ１１２が無い構成に比して向上するからである。
【００６０】
尚、本実施例では画素１００が選択トランジスタ１０６を有していたが、選択トランジスタ１０６を有さない構成としても良い。この場合には、画素１００の選択は、増幅トランジスタ１０５の制御ノードの電位の設定によって行われる。具体的には、例えばリセットトランジスタ１０４に供給する電源電圧ｓｖｄｄを、画素１００を非選択とする電源電圧ｓｖｄｄ１と、画素１００を選択とする電源電圧ｓｖｄｄ２とが選択的に供給されるようにする。非選択の画素１００には、制御部がリセットトランジスタ１０４に電源電圧ｓｖｄｄ１を供給するとともに垂直走査回路１２５が信号ｐｒｅｓ［ｎ］をＨｉレベルとする。これにより、増幅トランジスタ１０５の制御ノードの電位は電源電圧ｓｖｄｄ１に基づく電位となり、画素１００は非選択状態となる。一方、画素１００を選択する場合には、制御部が電源電圧ｓｖｄｄ２をリセットトランジスタ１０４に供給するとともに、垂直走査回路１２５が信号ｐｒｅｓ［ｎ］をＨｉレベルとする。これにより、増幅トランジスタ１０５の制御ノードの電位は電源電圧ｓｖｄｄ２に基づく電位となり、画素１００は選択状態となる。尚、この場合には、画素１００には選択トランジスタ１０６が設けられていないため、出力部１５０においてもスイッチトランジスタ１１２が設けられていない構成とすることが好ましい。より好ましくは、スイッチトランジスタ１１２、スイッチトランジスタ１１４を設けず、さらにトランジスタ１１１の制御ノードとトランジスタ１１３の制御ノードとが電気的に分離された構成である。例えば、トランジスタ１１１の制御ノードにはランプ信号ｒａｍｐが入力される。そして、トランジスタ１１３の制御ノードには、トランジスタ１１３をオフとする固定電位と、トランジスタ１１１の制御ノードに供給する共通のランプ信号ｒａｍｐとの一方が選択的に入力される構成である。
【００６１】
尚、本実施例では、複数の画素１００の増幅トランジスタ１０５のチャネル幅Ｗの和とトランジスタ１１１、トランジスタ１１３のチャネル幅Ｗの和とが等しいことを説明した。一方、複数の画素１００の増幅トランジスタ１０５のゲート幅の和と、トランジスタ１１１、トランジスタ１１３のゲート幅の和を揃えるようにしても、トランジスタ１１３を設けない構成に対して、本実施例の効果を得ることができる。
【００６２】
尚、本実施例では、図２（ｂ）に示した動作において、複数の画素１００の各々の選択トランジスタに垂直走査回路１２５が供給する信号ｐｓｅｌ同士がＨｉレベルとなっている期間が同一である例を説明したが、この例に限定されるものではない。本実施例の撮像装置は、時刻ｔ２６から時刻ｔ２７の期間であるＡＤ変換期間の前に、複数の画素１００の各々の増幅トランジスタ１０５が出力する信号同士が垂直信号線１０７にて混合されていれば良い。
【００６３】
また、図２（ｂ）に示した動作では、制御部が信号ｐｓｉｚ［０］と信号ｐｓｉｚ［１］とを共にＨｉレベルとする期間を同じとしていた。本実施例の撮像装置はこの例に限定されるものではない。少なくとも時刻ｔ２６から時刻ｔ２７までの期間である、混合Ｓ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換期間において、信号ｐｓｉｚ［０］と信号ｐｓｉｚ［１］とがＨｉレベルであり続ければ良い。
【００６４】
尚、本実施例では光電変換装置の一例として撮像装置を説明した。本実施例は撮像装置に限定されるものではなく、例えば、位相差を用いて焦点を検出する焦点検出装置などにも適用することができる。
【００６５】
（実施例２）
光電変換装置の一例である撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
実施例１の撮像装置の出力部１５０は、垂直信号線１０７に出力された信号と、ランプ信号ｒａｍｐとを比較する比較部として動作した。本実施例では、出力部の他の例として、ボルテージフォロワとして動作する例を説明する。
【００６７】
図３は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。図１で示した撮像装置が有する部材と同じ機能を有する部材については、図１で付した符号と同じ符号を図３でも付している。
【００６８】
出力部２５０は、電流源２０８、トランジスタ２０９、トランジスタ２１０、トランジスタ２１１、トランジスタ２１３、スイッチトランジスタ２１２、スイッチトランジスタ２１４を有する。
【００６９】
トランジスタ２１１、トランジスタ２１３は差動対の他方の入力ノードである。トランジスタ２１１、トランジスタ２１３の各々は、増幅トランジスタ１０５と差動対を構成する差動トランジスタである。本実施例では、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ２１１、トランジスタ２１３の各々のチャネル幅Ｗは同じである。また、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ２１１、トランジスタ２１３の各々のチャネル長Ｌは同じである。すなわち、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ２１１、トランジスタ２１３の各々のチャネル比であるＷ／Ｌは同じである。
【００７０】
また、本実施例では、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ２１２、スイッチトランジスタ２１４の各々のチャネル幅Ｗは同じである。また、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ２１２、スイッチトランジスタ２１４の各々のチャネル長Ｌは同じである。すなわち、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ２１２、スイッチトランジスタ２１４の各々のチャネル比であるＷ／Ｌは同じである。
【００７１】
トランジスタ２０９、トランジスタ２１０、電源電圧ＶＤＤとでカレントミラー回路が構成される。
【００７２】
制御部は、スイッチトランジスタ２１２の制御ノードに信号ｐｓｉｚ［０］を出力する。また、制御部は、スイッチトランジスタ２１４の制御ノードに信号ｐｓｉｚ［１］を出力する。
【００７３】
実施例１の撮像装置の出力部１５０は、トランジスタ１１１、トランジスタ１１３の制御ノードにランプ信号ｒａｍｐが入力されていた。本実施例の撮像装置の出力部２５０は、トランジスタ２１１、トランジスタ２１３の制御ノードは、出力部２５０が信号ｏｕｔを出力するノードに電気的に接続されている。
【００７４】
本実施例の撮像装置の動作は、図２（ａ）、図２（ｂ）のそれぞれに示した動作において、信号ｒａｍｐが入力されていた点を除いて、同じとすることができる。
【００７５】
このように、本実施例の撮像装置においてもまた、実施例１と同じく、撮像装置の画素１００の信号の読み出し方を異ならせても、差動対の対称性の変化を生じにくくさせることができる。
【００７６】
（実施例３）
光電変換装置の一例である本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００７７】
実施例１の撮像装置では、オンの状態の期間が重複する画素１００の増幅トランジスタ１０５のチャネル幅の和と、オンの状態の期間が重複する差動トランジスタのチャネル幅の和とを等しくしていた。
【００７８】
本実施例では、オンの状態の期間が重複する画素１００の増幅トランジスタ１０５のチャネル幅の和に対し、オンの状態の期間が重複する差動トランジスタのチャネル幅の和が大きくなるようにする。
【００７９】
一般的に、トランジスタの閾値Ｖｔｈの、トランジスタごとのばらつきは、トランジスタのチャネル面積（チャネル幅×チャネル長）が小さくなるにつれて大きくなる。従って、本実施例では、オンする差動トランジスタのチャネル面積を増幅トランジスタ１０５よりも大きくする。これにより、差動トランジスタで生じるトランジスタごとの閾値のばらつきを低減することができる。これにより、本実施例に撮像装置は、差動対が出力する信号の精度の低下を低減することができる。
【００８０】
図４は本実施例の撮像装置の構成を示した図である。図１で示した撮像装置が有する部材と同じ機能を有する部材については、図１で付した符号と同じ符号を図４でも付している。
【００８１】
本実施例の撮像装置の列回路部３８０は出力部３５０を有する。出力部３５０は、電流源３０８、トランジスタ３０９、トランジスタ３１０を有する。電源電圧ＶＤＤと、トランジスタ３０９と、トランジスタ３１０でカレントミラー回路が構成される。また、出力部３５０は、トランジスタ３１１、スイッチトランジスタ３１２、トランジスタ３１３、スイッチトランジスタ３１４、トランジスタ３１５、スイッチトランジスタ３１６、トランジスタ３１７、スイッチトランジスタ３１８を有する。
【００８２】
トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７の各々は、差動対の他方の入力ノードである。トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７の各々は、増幅トランジスタ１０５と差動対を構成する差動トランジスタである。本実施例では、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７の各々のチャネル幅Ｗは同じである。また、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７の各々のチャネル長Ｌは同じである。すなわち、増幅トランジスタ１０５、トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７の各々のチャネル比であるＷ／Ｌは同じである。
【００８３】
また、本実施例では、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ３１２、スイッチトランジスタ３１４、スイッチトランジスタ３１６、スイッチトランジスタ３１８の各々のチャネル幅Ｗは同じである。また、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ３１２、スイッチトランジスタ３１４、スイッチトランジスタ３１６、スイッチトランジスタ３１８の各々のチャネル長Ｌは同じである。すなわち、選択トランジスタ１０６、スイッチトランジスタ３１２、スイッチトランジスタ３１４、スイッチトランジスタ３１６、スイッチトランジスタ３１８の各々のチャネル比であるＷ／Ｌは同じである。
【００８４】
制御部は、スイッチトランジスタ３１２、スイッチトランジスタ３１４、スイッチトランジスタ３１６、スイッチトランジスタ３１８にそれぞれ順に信号ｐｓｉｚ［１０］、信号ｐｓｉｚ［１１］、信号ｐｓｉｚ［１２］、信号ｐｓｉｚ［１３］を出力する。
【００８５】
トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７の制御ノードにはランプ信号ｒａｍｐが入力される。また、トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７のそれぞれの一方の主ノードは、信号ｏｕｔが出力される、差動対の出力ノードに電気的に接続されている。
【００８６】
図５（ａ）、図５（ｂ）のそれぞれは、図４に示した撮像装置の動作を示した図である。
【００８７】
図５（ａ）は、先の図２（ａ）を用いて説明したように、複数の画素１００の各々から垂直信号線１０７に読み出された、入射光に基づく信号をＡＤ変換する動作を示した図である。一方、図５（ｂ）は、先の図２（ｂ）を用いて説明したように、複数の画素１００の各々の信号を垂直信号線１０７で混合し、この混合された信号をＡＤ変換する動作を示した図である。
【００８８】
図５（ａ）に示した動作では、制御部は信号ｐｓｉｚ［１０］、信号ｐｓｉｚ［１１］をそれぞれＨｉレベルとし、信号ｐｓｉｚ［１２］、信号ｐｓｉｚ［１３］のそれぞれをＬｏレベルとする。これにより、差動対の他方の入力ノードである複数のトランジスタのうちの一部のトランジスタである、トランジスタ３１１、トランジスタ３１３が共にオンする。このトランジスタ３１１とトランジスタ３１３は、トランジスタ３１１あるいはトランジスタ３１３の２倍のチャネル面積を有する１つの差動トランジスタとして振る舞う。よって、図５（ａ）の動作では、差動対の一方の入力ノードである１つの増幅トランジスタ１０５のチャネル面積に対し、差動対の他方の入力ノードでオンの状態の期間が重複するトランジスタ３１１、トランジスタ３１３のチャネル面積の和が大きい。
【００８９】
図５（ｂ）に示した動作では、制御部は、信号ｐｓｉｚ［１０］、信号ｐｓｉｚ［１１］、信号ｐｓｉｚ［１２］、信号ｐｓｉｚ［１３］の各々をＨｉレベルとする。これにより、差動対の他方の入力ノードである複数のトランジスタのトランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７が共にオンする。これにより、差動対の一方の入力ノードである２つの増幅トランジスタ１０５に対し、差動対の他方である差動トランジスタのチャネル面積が大きい。
【００９０】
図５（ａ）に示した撮像装置の動作は第１の動作である。また、図５（ｂ）に示した撮像装置の動作は第２の動作である。具体的には、第１の動作において、１以上の個数である第１の個数（本実施例では１個）の増幅トランジスタ１０５が第１の期間に渡ってオンの状態である。また、複数のトランジスタ（トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７）のうち、１以上の個数である第２の個数（本実施例では２個）のトランジスタがともに第１の期間に渡ってオンの状態である。また、第２の動作において、第３の個数（本実施例では２個）の増幅トランジスタ１０５が第２の期間に渡ってオンの状態である。また、複数のトランジスタ（トランジスタ３１１、トランジスタ３１３、トランジスタ３１５、トランジスタ３１７）のうち、第４の個数（本実施例では４個）のトランジスタが共に第２の期間に渡ってオンの状態である。
【００９１】
実施例１の撮像装置では、差動対の一方の入力ノードの増幅トランジスタ１０５と他方の入力ノードでオンの状態の期間が重複する差動トランジスタとでチャネル面積が揃っていた。一方、本実施例の撮像装置は、差動対の一方の入力ノードの増幅トランジスタに対し、他方の入力ノードでオンの状態の期間が重複する差動トランジスタのチャネル面積を大きくすることによって、実施例１の撮像装置に比して、差動トランジスタごとの閾値Ｖｔｈのばらつきを低減することのできる効果を有する。
【００９２】
尚、撮像装置に求められる特性に応じて、実施例１の撮像装置と本実施例の撮像装置とを使い分けるようにしても良い。例えば、画素数の増加により出力部１５０の面積縮小が求められる撮像装置においては、トランジスタのサイズの減少に伴なう閾値Ｖｔｈのばらつきを低減するために出力部を本実施例の出力部３５０の構成とすれば良い。一方、差動対の対称性の向上が求められる場合には、出力部を実施例１の出力部１５０とすれば良い。
【００９３】
（実施例４）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００９４】
本実施例の撮像装置では、差動対を構成する差動トランジスタが、画素領域に設けられている。
【００９５】
図６は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。
【００９６】
本実施例の撮像装置は、複数の画素１００が配された有効画素領域１０００、各々にランプ信号ｒａｍｐが入力される複数のランプ画素７００が配されたランプ画素領域１１００、複数の参照画素７５０が配された参照画素領域１２００を有する。画素領域１５００は、有効画素領域１０００、ランプ画素領域１１００、参照画素領域１２００を有する。また、複数の列回路部９００が配された周辺回路領域１３００を有する。また、周辺回路領域１３００にはカウンタ１６０、ランプ信号供給部１６５が配されている。画素領域１５００と周辺回路領域１３００は互いに別の活性領域に設けられている。
【００９７】
図７は、図６に示した撮像装置について、画素１００、ランプ画素７００、列回路部９００の構成の詳細を示した図である。図１で示した撮像装置が有する部材と同じ機能を有する部材については、図１で付した符号と同じ符号を図７でも付している。
【００９８】
ランプ画素７００は、画素１００と同じく、フォトダイオード１０１、転送トランジスタ１０２、リセットトランジスタ１０４を有する。さらにｍ行目のランプ画素７００は、トランジスタ６１１、スイッチトランジスタ６１２を有する。トランジスタ６１１の制御ノードには、ランプ信号供給部１６５からランプ信号ｒａｍｐが入力される。また、スイッチトランジスタ６１２の制御ノードには、垂直走査回路７２５から信号ｐｓｅｌ［ｍ］が入力される。また、ｍ＋１行目のランプ画素７００は、トランジスタ６１３、スイッチトランジスタ６１４を有する。トランジスタ６１３の制御ノードには、トランジスタ６１１と共通のランプ信号ｒａｍｐがランプ信号供給部１６５から入力される。
【００９９】
ランプ画素７００のトランジスタ６１１、トランジスタ６１３のそれぞれのチャネル幅およびチャネル長は、増幅トランジスタ１０５のチャネル幅およびチャネル長と同じである。また、ランプ画素７００のスイッチトランジスタ６１２、スイッチトランジスタ６１４のそれぞれのチャネル幅およびチャネル長は、選択トランジスタ１０６のチャネル幅およびチャネル長と同じである。また、図７では示していないが、ランプ画素７００に含まれる複数のトランジスタの各々およびフォトダイオード１０１のレイアウトは、画素１００に含まれる複数のトランジスタの各々およびフォトダイオード１０１のレイアウトと同じである。
【０１００】
本実施例の撮像装置の動作は、図２（ａ）、図２（ｂ）のそれぞれに示した動作において、信号ｐｓｉｚ［０］、信号ｐｓｉｚ［１］をそれぞれ信号ｐｓｅｌ［ｍ］、信号ｐｓｅｌ［ｍ＋１］に置き換えたものとすることができる。
【０１０１】
尚、本実施例のランプ画素７００は、画素１００と同じレイアウトとしていた。複数のランプ画素７００は、少なくとも、トランジスタ６１１、トランジスタ６１３を有していれば良い。ただし、好ましくはランプ画素７００に含まれる複数のトランジスタの各々およびフォトダイオード１０１のレイアウトが、画素１００に含まれる複数のトランジスタの各々およびフォトダイオード１０１のレイアウトと同じ形態である。なぜなら、差動対の一方の入力ノードである増幅トランジスタ１０５が出力する信号に含まれるノイズ成分と、差動対の他方の入力ノードである差動トランジスタが出力する信号に含まれるノイズ成分とが略等しくなる。これによって、増幅トランジスタ１０５と差動トランジスタとが差動対を構成することによって、増幅トランジスタ１０５のノイズ成分と差動トランジスタのノイズ成分とを差し引くことができるからである。これにより、本実施例の撮像装置は、出力部６５０が出力する信号ｏｕｔに対する、増幅トランジスタ１０５と、差動トランジスタのノイズの影響を抑えることができる。
【０１０２】
また、本実施例の撮像装置は、ランプ画素領域１１００と周辺回路領域１３００との間に、参照画素領域１２００を設けている。画素領域１５００の端部では、画素領域１５００の中心に比べて、画素ごとの製造ばらつきが大きくなる傾向がある。この製造ばらつきは、トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈのばらつきを生じさせる。よって、ランプ画素領域１１００をより画素領域１５００の中心に近づけるために、ランプ画素領域１１００と周辺回路領域１３００との間に参照画素領域１２００を設けることが好ましい。尚、参照画素領域１２００に配される参照画素７５０は、フォトダイオードを有していても、有していなくとも良い。フォトダイオードを有さないダミー画素を参照画素７５０とする場合には、増幅トランジスタ１０５、選択トランジスタ１０６を有する画素とする。これにより、ダミー画素の出力する信号から、増幅トランジスタ１０５、選択トランジスタ１０６が出力する信号に含まれるノイズ成分を検出することができる。一方、フォトダイオードを有する参照画素７５０とする場合には、フォトダイオードを遮光したオプティカルブラック画素とする。その他のオプティカルブラック画素の構成は、画素１００と同じ構成とする。このオプティカルブラック画素の出力する信号から、画素１００が出力する信号のノイズ成分を検出することができる。
【０１０３】
尚、本実施例の撮像装置は、実施例２、実施例３のそれぞれの撮像装置のように変形しても良い。
【０１０４】
（実施例５）
光電変換装置の一例である本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【０１０５】
図８は本実施例の撮像装置の構成を示した図である。図１で示した撮像装置が有する部材と同じ機能を有する部材については、図１で付した符号と同じ符号を図８でも付している。
【０１０６】
本実施例の撮像装置は、複数の画素８００のＦＤ部１０３同士を電気的に接続するスイッチトランジスタ８１０を有する。スイッチトランジスタ８１０の制御ノードには、垂直走査回路８２５から信号ｐａｄｄが入力される。スイッチトランジスタ８１０は第３のスイッチである。
【０１０７】
図８に示した撮像装置の、複数の画素８００の各々から信号を垂直信号線１０７に読み出す場合の動作は、図２（ａ）で示した動作と同じとすることができる。この場合には、垂直走査回路８２５は信号ｐａｄｄを、図２（ａ）で示した動作の全ての期間にわたってＬｏレベルとする。
【０１０８】
図９は、複数の画素８００の信号を１つの信号として読み出す場合の動作である。図２（ｂ）に示した動作と異なるのは、垂直走査回路８２５が信号ｐｓｅｌ［ｎ］をＨｉレベルとしている期間に、垂直走査回路８２５が信号ｐａｄｄ［ｎ］をＨｉレベルとしていることである。
【０１０９】
信号ｐａｄｄ［ｎ］をＨｉレベルとすると、ｎ行目の画素８００のＦＤ部１０３とｎ＋１行目の画素８００のＦＤ部１０３のＦＤ部１０３とを電気的に接続するスイッチトランジスタ８１０がオンする。これにより、ｎ行目の画素８００のＦＤ部１０３の電荷とｎ＋１行目の画素８００のＦＤ部１０３の電荷が混合される。よって、この図９の動作では、２つの画素８００の信号が１つの信号として垂直信号線１０７に読み出される。
【０１１０】
図２（ｂ）の動作では、ｎ行目の画素１００と、ｎ＋１行目の画素１００の各々の増幅トランジスタ１０５は、互いに異なるＦＤ部１０３の電位に基づく信号を出力していた。一方、本実施例の撮像装置は、ｎ行目の画素１００と、ｎ＋１行目の画素１００の各々の増幅トランジスタ１０５は、ＦＤ部１０３の同じ電位に基づく信号を出力する。
【０１１１】
本実施例の撮像装置においても、複数の画素８００の信号をまとめて垂直信号線１０７に読み出す場合、複数の画素８００の増幅トランジスタ１０５は共にオンしている。この場合においても、実施例１と同じく、トランジスタ１１１、トランジスタ１１３をオンする。これにより、実施例１と同じ効果を、本実施例の撮像装置も得ることができる。
【０１１２】
尚、本実施例の撮像装置は、実施例２〜実施例４のそれぞれの撮像装置のように変形しても良い。
【０１１３】
（実施例６）
実施例１〜５で述べた撮像装置を撮像システムに適用した場合の実施例について述べる。撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図１０に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに撮像装置を適用した場合の模式図を示す。
【０１１４】
図１０に例示した撮像システムは、レンズ保護のためのバリア２０００、被写体の光学像を撮像装置２０３０に結像させるレンズ２０１０、レンズ２０１０を通った光量を可変にするための絞り２０２０を有する。レンズ２０１０、絞り２０２０は撮像装置２０３０に光を集光する光学系である。また、図１０に例示した撮像システムは撮像装置２０３０より出力される出力信号の処理を行って画像を生成する出力信号処理部２０４０を有する。
【０１１５】
また、図１０に例示した撮像システムは、撮像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部２０５０、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部２０６０、記録媒体に記録または読み出しを行うための制御インターフェース部２０７０を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体２０８０、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２０９０を有する。さらに撮像システムは、撮像装置２０３０、出力信号処理部２０４０、各種タイミング信号を出力するタイミング供給部２１００を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置２０３０と、撮像装置２０３０から出力された出力信号を処理する出力信号処理部２０４０とを有すればよい。
【０１１６】
このように、実施例１〜５で述べた撮像装置は、撮像システムに適用することができる。
【０１１７】
尚、本明細書において、増幅トランジスタと差動トランジスタとのチャネル幅、チャネル長、チャネル面積の関係について述べた。実態的には、トランジスタのチャネル幅、チャネル長、チャネル面積はそれぞれ、ゲート幅、ゲート長、ゲート面積と見なすことができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１００  画素
１０１  フォトダイオード（光電変換部）
１０２  転送トランジスタ
１０３  ＦＤ部（フローティングディフージョン部）
１０４  リセットトランジスタ
１０５  増幅トランジスタ
１０６  選択トランジスタ
１０７  垂直信号線
１０８  電流源
１５０  出力部
１１１  トランジスタ（差動トランジスタ）
１１３  トランジスタ（差動トランジスタ）
１２５  垂直走査回路
１５５  メモリ
１６０  カウンタ
１６５  ランプ信号供給部
【図１】
2019176520.tif 000003
【図２】
2019176520.tif 000004
【図３】
2019176520.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019176520.tif 000007
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月2日(2019.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、
前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の第１入力ノードである制御ノードを有する第１トランジスタと、
各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力される複数の第２トランジスタと、
前記複数の第２トランジスタをオンの状態として前記複数の第２トランジスタの各々の前記制御ノードを前記差動対の第２入力ノードとする動作と、前記複数の第２トランジスタのうちの一部のみの第２トランジスタをオンの状態として前記一部のみの第２トランジスタの前記制御ノードを前記第２入力ノードとする動作とが切り替わり、
前記差動対は、前記第１入力ノードの電位と、前記第２入力ノードの電位とを比較した比較結果信号を出力することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記光電変換装置は、前記複数の第２トランジスタをオンの状態として前記複数の第２トランジスタの各々の前記制御ノードを前記第２入力ノードとする動作と、前記複数の第２トランジスタのうちの一部のみの第２トランジスタをオンの状態として前記一部のみの第２トランジスタの前記制御ノードを前記第２入力ノードとする動作とを切り替えるスイッチをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
電流源と、
選択トランジスタをさらに有し、
前記スイッチがスイッチトランジスタであって、
前記電流源と前記第１トランジスタとが、前記選択トランジスタを介して電気的に接続され、
前記電流源と前記第２入力ノードである第２トランジスタとが前記スイッチトランジスタを介して電気的に接続され、
前記選択トランジスタのゲート幅と、前記スイッチトランジスタのゲート幅とが等しいことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、
前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の第１入力ノードである制御ノードを有する第１トランジスタと、
電流源と、
カレントミラー回路と、
前記電流源と前記カレントミラー回路との間の電気的経路に設けられ、各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力され、少なくとも一部のトランジスタの制御ノードが前記差動対の第２入力ノードとなる複数の第２トランジスタと、
スイッチとを有し、
前記スイッチが、前記電流源と前記複数の第２トランジスタのうちの一部のトランジスタとの間の電気的経路に設けられ、
前記差動対は、前記第１入力ノードの電位と、前記第２入力ノードの電位とを比較した比較結果信号を出力することを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、
前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の第１入力ノードである制御ノードを有する第１トランジスタと、
電流源と、
カレントミラー回路と、
前記電流源と前記カレントミラー回路との間の電気的経路に設けられ、各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力され、少なくとも一部のトランジスタの制御ノードが前記差動対の第２入力ノードとなる複数の第２トランジスタと、
スイッチとを有し、
前記スイッチは、前記複数の第２トランジスタの一部のみの第２トランジスタに前記電流源による電流を供給するか、前記複数の第２トランジスタに並行して前記電流源による電流を供給するかを切り替え、
前記差動対は、前記第１入力ノードの電位と、前記第２入力ノードの電位とを比較した比較結果信号を出力することを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
第２のスイッチをさらに有し、
前記複数のトランジスタの一方の主ノードと、前記第１入力ノードを有する前記トランジスタとに前記カレントミラー回路が電気的に接続され、
前記複数の第２トランジスタの一部の第２トランジスタの他方の主ノードに前記スイッチが電気的に接続され、
前記複数の第２トランジスタのうちの前記一部の第２トランジスタとは別の第２トランジスタの他方の主ノードに前記第２のスイッチが電気的に接続されることを特徴とする請求項４または５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第１入力ノードのゲート幅と、前記第２入力ノードのゲート幅とが等しいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記共通の電位が、前記差動対の出力ノードの電位であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記共通の電位が、ランプ信号であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
クロック信号を計数したカウント信号を生成し、前記カウント信号を出力するカウンタと、前記カウント信号が前記カウンタから入力されるメモリとをさらに有し、
前記差動対は、前記ランプ信号と前記第１入力ノードの電位とを比較した結果を示す比較結果信号を前記メモリに出力し、
前記メモリは、前記比較結果信号の信号値の変化に対応して前記カウント信号を保持することを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記複数の第２トランジスタの各々を、各々が有する複数のランプ画素を有し、
前記ランプ画素はさらに光電変換部を有することを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
前記光電変換装置は、互いに別の活性領域に設けられた画素領域と周辺回路領域とを有し、
前記画素領域に、前記第１トランジスタが配された有効画素領域と、前記複数のランプ画素が配されたランプ画素領域と、入射光に基づかない信号のみを出力する参照画素が配された参照画素領域とを有し、
前記ランプ画素領域と前記周辺回路領域との間に前記参照画素領域が配されていることを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
複数の画素を有し、前記複数の画素は、前記光電変換部と、前記第１トランジスタとを有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記複数の画素の各々は、前記第１トランジスタの制御ノードに接続されるとともに前記電荷を保持するフローティングディフージョン部を有し、
前記複数の画素の各々の前記フローティングディフージョン部を互いに電気的に接続する第３のスイッチをさらに有することを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１６】
電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の第１入力ノードである制御ノードを各々が有する複数の第１トランジスタと、
制御ノードに共通の電位が入力され、少なくとも一部のトランジスタの制御ノードが前記差動対の第２入力ノードとなる複数の第２トランジスタとを有する光電変換装置の駆動方法であって、
第１の動作において、
前記複数の第１トランジスタのうち、１以上の個数である第１の個数の第１トランジスタを第１の期間に渡ってオンの状態とし、
前記複数の第２トランジスタのうち、１以上の個数である第２の個数の第２トランジスタを前記第１の期間に渡ってオンの状態とし、
第２の動作において、
前記複数の第１トランジスタのうち、前記第１の個数よりも多い第３の個数の第１トランジスタを第２の期間に渡ってオンの状態とし、
前記複数の第２トランジスタのうち、前記第２の個数よりも多い第４の個数の第２トランジスタを前記第２の期間に渡ってオンの状態とし、
前記差動対は、前記第１入力ノードの電位と、前記第２入力ノードの電位とを比較した比較結果信号を出力することを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
【請求項１７】
前記第２の個数が前記第１の個数よりも多いことを特徴とする請求項１６に記載の光電変換装置の駆動方法。
【請求項１８】
前記第４の個数が前記第３の個数よりも多いことを特徴とする請求項１６または１７に記載の光電変換装置の駆動方法。
【請求項１９】
前記第１の個数と前記第２の個数が等しく、前記第３の個数と前記第４の個数が等しいことを特徴とする請求項１６に記載の光電変換装置の駆動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、一の態様は、入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の第１入力ノードである制御ノードを有する第１トランジスタと、各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力される複数の第２トランジスタと、前記複数の第２トランジスタをオンの状態として前記複数の第２トランジスタの各々の前記制御ノードを前記差動対の第２入力ノードとする動作と、前記複数の第２トランジスタのうちの一部のみの第２トランジスタをオンの状態として前記一部のみの第２トランジスタの前記制御ノードを前記第２入力ノードとする動作とが切り替わり、前記差動対は、前記第１入力ノードの電位と、前記第２入力ノードの電位とを比較した比較結果信号を出力することを特徴とする光電変換装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、一の態様は、入射光に基づく電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の第１入力ノードである制御ノードを有する第１トランジスタと、電流源と、カレントミラー回路と、前記電流源と前記カレントミラー回路との間の電気的経路に設けられ、各々の制御ノードに互いに共通の電位が入力され、少なくとも一部のトランジスタの制御ノードが前記差動対の第２入力ノードとなる複数の第２トランジスタと、スイッチとを有し、前記スイッチが、前記電流源と前記複数の第２トランジスタのうちの一部のトランジスタとの間の電気的経路に設けられており、前記差動対は、前記第１入力ノードの電位と、前記第２入力ノードの電位とを比較した比較結果信号を出力することを特徴とする光電変換装置である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、一の態様は、電荷を生成する光電変換部と、前記電荷が入力されるノードであるとともに差動対の第１入力ノードである制御ノードを各々が有する複数の第１トランジスタと、制御ノードに共通の電位が入力され、少なくとも一部のトランジスタの制御ノードが前記差動対の第２入力ノードとなる複数の第２トランジスタとを有する光電変換装置の駆動方法であって、第１の動作において、前記複数の第１トランジスタのうち、１以上の個数である第１の個数の第１トランジスタを第１の期間に渡ってオンの状態とし、前記複数の第２トランジスタのうち、１以上の個数である第２の個数の第２トランジスタを前記第１の期間に渡ってオンの状態とし、第２の動作において、前記複数の第１トランジスタのうち、前記第１の個数よりも多い第３の個数の第１トランジスタを第２の期間に渡ってオンの状態とし、前記複数の第２トランジスタのうち、前記第２の個数よりも多い第４の個数の第２トランジスタを前記第２の期間に渡ってオンの状態とし、前記差動対は、前記第１入力ノードの電位と、前記第２入力ノードの電位とを比較した比較結果信号を出力することを特徴とする光電変換装置の駆動方法である。