(57)【要約】【課題】黒沈みのような不具合を抑制するための機能を常に動作させることによる不利益を解消する。【解決手段】固定撮像装置１００は、画素１０１と、画素１０１の信号の読み出しがなされる読み出し経路としての画素出力線１３０と備える。画素出力線１３０における信号の電位を制限する機能を有する制限部としてクリップトランジスタ１２１が設けられている。クリップトランジスタ１２１による制限機能を有効又は無効に制御する制御回路として論理回路１４１が設けられている。【選択図】図１
2008042674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素と、
前記画素の信号の読み出しがなされる読み出し経路と、
前記読み出し経路における信号の電位を制限する機能を有する制限部と、
前記制限部の機能を有効又は無効に制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御回路は、電子シャッターモード及び機械シャッターモードを含むモードのいずれかを示すモード信号に基づいて前記制限部の機能を有効又は無効に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】
前記制御回路は、前記モード信号が電子シャッターモードであることを示している場合に前記制限部の機能を有効にし、前記モード信号が機械シャッターモードであることを示している場合に前記制限部の機能を無効に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】
前記制御回路は、動画撮像モード及び静止画撮像モードを含むモードのいずれかを示すモード信号に基づいて前記制限部の機能を有効又は無効に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５】
前記制御回路は、前記モード信号が動作撮像モードであることを示している場合に前記制限部の機能を有効にし、前記モード信号が静止画撮像モードであることを示している場合に前記制限部の機能を無効にす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】
前記読み出し経路は、前記画素によって駆動される画素出力線を含み、前記制限部は、前記画素出力線上の信号の電位を制限する機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記制限部は、電源と前記画素出力線との間に接続されたトランジスタを含み、前記トランジスタのゲートに印加される電位が前記制御回路によって決定され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】
前記読み出し経路は、前記画素からデータレベルを読み出して第１メモリに蓄積する第１経路と、前記画素からノイズレベルを読み出して第２メモリに蓄積する第２経路と、該データレベルと該ノイズレベルとの差分を読み出す第３経路とを含み、
前記制限部は、前記第２経路において前記第２メモリに蓄積されるノイズレベルを制限する機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２経路は、前記第２メモリにノイズレベルを伝達する転送トランジスタを含み、前記転送トランジスタのゲートに印加される電位が前記制御回路によって決定されることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に備えられた前記制御回路に対して設定情報を提供する設定部とを備え、
前記制御回路は、前記設定情報に基づいて、前記固体撮像装置に備えられた前記制限部の機能を有効又は無効に制御することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、増幅型の固体撮像装置、特にＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の固体撮像装置が注目されている。ＣＭＯＳ型固体撮像装置では、画角内に太陽が存在する場合のように非常に強い光が撮像面に入射した場合に、その強い光の入射部分が黒く映し出される現象が発生することがある。この現象は、高輝度黒沈み、黒沈み、或いは、黒化現象と呼ばれる。ここでは、この現象を"黒沈み"と呼ぶことにする。
【０００３】
黒沈みは、画素からＳ出力（データレベル）とＮ出力（ノイズレベル）を読み出し、両者の差分を演算して出力するＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）方式において見られる。Ｎ出力を読み出す際に高輝度の光が入射していると、それによって生成される電荷が浮遊拡散部に入り込んで該浮遊拡散部の電位を低下させる。これに応じて画素から出力されるＮ出力が低下する。この低下が過度になると、Ｓ出力とＮ出力との差分が極めて小さくなり、黒沈みが発生する。
【０００４】
特許文献１には、単位画素の出力端にクランプ回路を接続し、リセット信号の読み出し時にクランプトランジスタによって単位画素の出力端の電位が一定電圧以下に低下しないようにしたイメージセンサが開示されている。
【０００５】
特許文献２には、能動センサから無信号期間に信号線に出力される電圧が通常のリセット電圧とは異なり非常に小さい電圧であるときに、無信号期間の電圧として電圧Ｖｒｅｆを使用することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２２２２７３号公報
【特許文献２】特開２０００−２８７１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２には、黒沈みを抑制する技術が開示されているが、特許文献１、２に開示された構成では、常に黒沈みを抑制するための機能が働く。しかしながら、黒沈みは、ノイズレベル或いはリセットレベルの読み出し時に撮像面に高輝度の光が入射することによって発生する現象である。したがって、ノイズレベル或いはリセットレベルの読み出し時に機械シャッターによって固体撮像装置が遮光される場合には、黒沈みは発生しない。また、黒沈みを抑制するための機能を動作させると、それに起因して画質が劣化することも想定される。
【０００７】
本発明は、発明者による上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、黒沈みのような不具合を抑制するための機能を常に動作させることによる不利益を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面は、固体撮像装置に係り、該装置は、画素と、前記画素の信号の読み出しがなされる読み出し経路と、前記読み出し経路における信号の電位を制限する機能を有する制限部と、前記制限部の機能を有効又は無効に制御する制御回路とを備える。
【０００９】
本発明の好適な実施形態によれば、前記制御回路は、例えば、電子シャッターモード及び機械シャッターモードを含むモードのいずれかを示すモード信号に基づいて前記制限部の機能を有効又は無効に制御することができる。ここで、前記制御回路は、前記モード信号が電子シャッターモードであることを示している場合に前記制限部の機能を有効にし、前記モード信号が機械シャッターモードであることを示している場合に前記制限部の機能を無効にしうる。
【００１０】
本発明の好適な実施形態によれば、前記制御回路は、例えば、動画撮像モード及び静止画撮像モードを含むモードのいずれかを示すモード信号に基づいて前記制限部の機能を有効又は無効に制御することができる。ここで、前記制御回路は、前記モード信号が動作撮像モードであることを示している場合に前記制限部の機能を有効にし、前記モード信号が静止画撮像モードであることを示している場合に前記制限部の機能を無効にしうる。
【００１１】
本発明の好適な実施形態によれば、前記読み出し経路は、前記画素によって駆動される画素出力線を含みうる。ここで、前記制限部は、前記画素出力線上の信号の電位を制限する機能を有しうる。例えば、前記制限部は、電源と前記画素出力線との間に接続されたトランジスタを含み、前記トランジスタのゲートに印加される電位が前記制御回路によって決定されうる。
【００１２】
本発明の好適な実施形態によれば、前記読み出し経路は、前記画素からデータレベルを読み出して第１メモリに蓄積する第１経路と、前記画素からノイズレベルを読み出して第２メモリに蓄積する第２経路と、該データレベルと該ノイズレベルとの差分を読み出す第３経路とを含みうる。前記制限部は、前記第２経路において前記第２メモリに蓄積されるノイズレベルを制限する機能を有しうる。前記第２経路は、前記第２メモリにノイズレベルを伝達する転送トランジスタを含み、前記転送トランジスタのゲートに印加される電位が前記制御回路によって決定されうる。
【００１３】
本発明の第２の側面は、撮像装置に係り、該撮像装置は、上記のような固体撮像装置と、前記固体撮像装置に備えられた前記制御回路に対して設定情報を提供する設定部とを備え、前記制御回路は、前記設定情報に基づいて、前記固体撮像装置に備えられた前記制限部の機能を有効又は無効に制御する。
【００１４】
本発明の好適な実施形態の固定撮像装置１００は、画素１０１と、画素１０１の信号の読み出しがなされる読み出し経路としての画素出力線１３０と、画素出力線１３０における信号の電位を制限する機能を有する制限部としてのクリップトランジスタ１２１と、クリップトランジスタ１２１による制限機能を有効又は無効に制御する制御回路としての論理回路１４１とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、例えば、黒沈みのような不具合を抑制するための機能を有効又は無効に制御する制御回路を設けることにより、該機能を常に動作させることによる不利益を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１７】
[第１実施形態]
図１は、本発明の好適な実施形態の増幅型固体撮像装置の概略構成を示す等価回路図である。図１に示すような増幅型固体撮像装置１００は、増幅型ＭＯＳセンサとも呼ばれうる。固体撮像装置１００は、一次元状又は二次元状に配列された複数の画素１０１を有する。画素１０１は、例えば、光電変換部１０２、転送ゲート１０３、浮遊拡散部１０４、増幅トランジスタ１０５、リセットトランジスタ１０６を含みうるが、これに限定はされない。光電変換部１０２は、例えばフォトダイオードを含み、光を受けて電荷を発生する。転送ゲート１０３は、光電変換部１０２で発生した電荷を転送パルスＰＴＸに従って浮遊拡散部（フローティングディフュージョン）１０４に転送する。浮遊拡散部１０４の電位は、それに転送された電荷の量によって決定される。よって、浮遊拡散部１０４は、電荷の量を電位に変換する素子として把握されうる。増幅トランジスタ１０５は、浮遊拡散部１０４の電圧を増幅して画素出力線１３０に出力する。
【００１８】
リセットトランジスタ１０６は、浮遊拡散部１０４の電位を所定電位にリセットする。リセットトランジスタ１０６のソースは、浮遊拡散部１０４及び増幅トランジスタ１０５のゲートに接続され、リセットトランジスタ１０６のドレインは、増幅トランジスタ１０５のドレインと共にドレイン線ＶＤに接続される。
【００１９】
図１では、説明の便宜のために、単位画素１０１の配列は、２行×２列の配列として簡略化されている。また、図１では、一例として、奇数列の画素の信号を下側の読み出し回路で読み出し、偶数列の画素の信号を上側の読み出し回路で読み出す方式の撮像装置において上側の読み出し回路の図示が省略されている。
【００２０】
この実施形態の固体撮像装置１００は、露光量を制御するためのモードとして、機械シャッターモードと電子シャッターモードとを含む。機械シャッターモードは、固体撮像装置１００が組み込まれる撮像装置の機械シャッターを使って固体撮像装置１００の露光量を制御するモードである。なお、機械シャッターモードでは、固体撮像装置１００が有する電子シャッター機能が併用されてもよい。電子シャッターモードは、固体撮像装置１００が組み込まれる撮像装置の機械シャッターを使わずに固体撮像装置１００が有する電子シャッター機能を使って固体撮像装置１００の露光量を制御するモードである。固体撮像装置１００は、機械シャッターモード及び電子シャッターモードの双方に対応可能な撮像装置に組み込まれることが好ましい。機械シャッターモード及び電子シャッターモードを含むモードのいずれが選択されるかについては、撮像装置に備えられる設定部から固体撮像装置１００に提供されうる。
【００２１】
固体撮像装置１００は、機械シャッターモード及び電子シャッターモードの一方にのみ対応可能な撮像装置にも組み込まれうる。この場合には、機械シャッターモード及び電子シャッターモードのうち撮像装置が対応可能なモードが固体撮像装置１００に設定部によって設定されうる。設定部は、例えば、固体撮像装置１００の特定ピンに特定の電圧又は信号を設定情報として提供する。固体撮像装置１００は、該特定ピンに提供される設定情報に基づいて機械シャッターモード及び電子シャッターモードのいずれで動作すべきであるかを認識する。
【００２２】
機械シャッターモードは、機械シャッターを使って露光量を制御する静止画撮像に好適であり、電子シャッターモードは、動画撮像、又は、機械シャッターを有しない撮像装置における撮像に好適である。よって、１つの側面においては、機械シャッターモードは静止画撮像モードと等価で、電子シャッターモードは動画撮像モードと等価であると考えることができる。
【００２３】
固体撮像装置１００は、電子シャッターモードにおいては、Ｎ出力の読み出し時にＮ出力レベルを制限することによって前述の黒沈みを抑制する。一方、固体撮像装置１００は、機械シャッターモードにおいては、黒沈みの問題は原理的に生じないので、Ｎ出力の読み出し時にＮ出力レベルを制限しない。
【００２４】
図２は、電子シャッターモードにおける固体撮像装置１００の動作を示すタイミングチャートである。図３は、機械シャッターモードにおける固体撮像装置１００の動作を示すタイミングチャートである。なお、機械シャッターモードにおいては、読み出し動作の開始前に固体撮像装置１００が機械シャッターによって遮光される。
【００２５】
まず、図２、図３を参照しながら電子シャッターモード及び機械シャッターモードにおいて共通した動作を説明する。
【００２６】
この実施形態の固体撮像装置１００では、読み出し対象の行の選択は、増幅トランジスタ１０５のゲートの電位を制御することによってなされる。具体的には、非選択行の増幅用トランジスタ１０５がオフするようにそのゲート電位を低くし、選択行の増幅用トランジスタ１０５がオンするようにそのゲート電位を高くすることにより行選択が行われる。画素出力線１３０は、選択された行の増幅用トランジスタ１０５と定電流負荷１０９によって形成されるソースフォロア回路の出力ノードである。画素出力線１３０は、選択された行の浮遊拡散部１０４の電位に従った電位となる。なお、以下の説明において、"ｎ"は、固体撮像装置１００の第ｎ行を意味し、"ｎ＋１"は、固体撮像装置１００の第（ｎ＋１）行を意味する。
【００２７】
第ｎ行の画素読み出し期間（ｎ）中の画素非選択動作期間において、垂直走査回路１１０によって全行のリセット信号ＰＲＥＳ（０）、・・・、ＰＲＥＳ（ｎ）、ＰＲＥＳ（ｎ＋１）、・・・がハイレベルにされる。これにより、全画素の浮遊拡散部１０４がドレイン線ＶＤ及びリセットトランジスタ１０６を介してローレベルにリセットされる。このときのドレイン線ＶＤは、ローレベルとなっている。
【００２８】
続いて、画素選択動作期間（ｎ）において、選択行（第ｎ行）を除く行のリセット信号がローレベルとなり、選択行（第ｎ行）のドレイン線ＶＤがハイレベルとなる。これにより、選択行（第ｎ行）の浮遊拡散部１０４は、ハイレベルにリセットされる。その後、選択行（第ｎ行）のリセット信号ＰＲＥＳ（ｎ）もローレベルとなる。このとき、画素リセット状態に対応する出力（すなわち、Ｎ出力或いはノイズレベル）が画素出力線１３０に読み出される。
【００２９】
画素出力線１３０に出力された信号は、増幅回路１１１によって増幅される。増幅回路１１１は、例えば、演算増幅器（差動増幅回路）１１２、入力容量１１３、帰還容量１１４、クランプ制御スイッチ１１５を含んで構成されうる。この構成では、入力容量１１３と帰還容量１１４との比で反転ゲインが得られる。画素リセット状態に対応するＮ出力が画素出力線１３０に読み出された状態でクランプパルスＰＣＬＭＰがハイレベルとなり、演算増幅器１１２の反転入力端子と出力端子とが短絡される。これにより、演算増幅器１１２の出力端子のレベルは、電圧ＶＲＥＦにほぼ等しくなる。その後、クランプパルスＰＣＬＭＰがローレベルとなり、演算増幅器１１２の出力端子には、画素のリセット状態に対応するＮ出力（ノイズレベル）が現れる。この状態で、転送パルスＰＴＮをハイレベルにすることによって、画素のリセット状態に対応するＮ出力が転送スイッチ（転送トランジスタ）１１７ｎを介してメモリ（容量）１１８ｎに蓄積される。
【００３０】
その後、第ｎ行の転送パルスＰＴＸ（ｎ）によって転送スイッチ１０３が一定期間オンとなり、光電変換部１０２から浮遊拡散部１０４に電荷が転送される。第ｎ行の増幅トランジスタ１０５は、浮遊拡散部１０４の電位に基づく信号を画素出力線１３０に出力する。このとき、ＰＣＬＭＰはローレベルとなっていて、演算増幅器１１２は、光信号による画素出力線１３０の電圧変化成分に対して反転ゲインを与えた電圧成分がＮ出力に重畳されたＳ出力（データレベル）を出力端子に発生する。
【００３１】
続いて、転送パルスＰＴＳがハイレベルとなり、光信号に対応したＳ出力が転送スイッチ（転送トランジスタ）１１７ｓを介してメモリ（容量）１１８ｓに蓄積される。次に、第ｎ行の水平走査期間（ｎ）において水平転送動作が行われる。すなわち、水平走査回路１１９によって列が順に選択されながら、選択された列のＳ信号とＮ信号との差分が差分アンプ１２０で増幅され、第ｎ行の画素の光応答出力が得られる。
【００３２】
以上の動作を垂直走査回路１１０によって選択する行を走査しながら繰り返すことにより、画面内全画素の光応答出力が得られる。
【００３３】
なお、一例を挙げると、電源電圧は３．３Ｖ、ドレイン線ＶＤのローレベルは０．３Ｖ〜１．０Ｖ、ドレイン線ＶＤのハイレベルは３．３Ｖに設定することができる。
【００３４】
次に、図２を参照しながら電子シャッターモードにおける読み出し動作を説明する。電子シャッターモードでは、Ｎ出力の読み出し（メモリ１１８ｎへのＮ出力の蓄積）時にＮ出力レベルを制限することによって黒沈みを抑制する。具体的には、Ｎ出力の読み出し時に非常に強い光が固体撮像装置に入射することによって浮遊拡散部に電荷が流入すると、それに応じて増幅トランジスタが画素出力線を駆動することによってＮ出力が低下し黒沈みが発生しうる。そこで、Ｎ出力の読み出し時は、クリップトランジスタ１２１によって、信号の読み出し経路の一部である画素出力線１３０の電位が規定値を下回らないように制限（クリップ）する。
【００３５】
画素出力線１３０には、クリップトランジスタ１２１のソースが接続されている。クリップトランジスタ１２１のドレインには、所定の電位、例えば電源電位ＶＤＤが提供される。クリップトランジスタ１２１のゲートには、クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰの論理レベルに応じて、第１電位ＶＣＬＩＰＨ又は第２電位ＶＣＬＩＰＬが提供される。
【００３６】
クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰは、Ｎ出力の読み出し期間を示すＮ出力読み出し信号ＮＲＤと、モード信号ＭＳとに基づいて論理回路（制御回路）１４１によって生成されうる。Ｎ出力読み出し信号ＮＲＤは、選択行の浮遊拡散部１０４がハイレベルにリセットされた後、Ｎ出力の読み出しが終了するまでの期間を示す信号である。ノード信号ＭＳは、選択或いは指定されているモードが電子シャッターモードであるか、機械シャッターモードであるかを示す信号である。ここでは、電子シャッターモードでは、モード信号ＭＳがローレベルになり、機械シャッターモードでは、モード信号ＭＳがハイレベルになるものとする。モード信号ＭＳは、例えば、固体撮像装置１００の外部の設定部から設定情報として提供されうる。
【００３７】
論理回路１４１は、モード信号ＭＳがローレベル（電子シャッターモード）である場合には、Ｎ出力読み出し信号ＮＲＤに従ったクリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰを出力する。一方、論理回路１４１は、モード信号ＭＳがハイレベル（機械シャッターモード）である場合には、Ｎ出力読み出し信号ＮＲＤとは無関係に、インアクティブレベルのクリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰを出力する。
【００３８】
電子シャッターモードでは、クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰは、選択行の浮遊拡散部１０４がハイレベルにリセットされた後にアクティブレベルになり、Ｎ出力の読み出しが終了した後にインアクティブレベルになる。ここでは、クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰのアクティブレベルは、ハイレベルである。
【００３９】
Ｎ出力の読み出しは、Ｎ出力がメモリ１１８ｎに蓄積されることによって終了する。クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰがハイレベルである間は、クリップトランジスタ１２１のゲートには、第１電位ＶＣＬＩＰＨが提供される。よって、クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰがハイレベルである間は、画素出力線１３０の電位は、トランジスタ１２１のゲートに提供される第１電位ＶＣＬＩＰＨで決まるソース電位（クリップ電位）により下限が決まる。
【００４０】
Ｎ出力の読み出し終了後にクリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰがローレベルとなり、クリップトランジスタ１２１のゲートには、第２電位ＶＣＬＩＰＬが提供される。第２電位ＶＣＬＩＰＬは、光電変換部１０２で生成された電荷による電圧変化の状態に対応して生じる画素出力線１３０の電位変化を制限しない程度に低い電圧に設定される。
【００４１】
例えば、電源電圧ＶＤＤが３．３Ｖである場合の一例を挙げると、画素リセット状態に対応する浮遊拡散部を３．３Ｖ、ＶＣＬＩＰＨを３．０Ｖ、ＶＣＬＩＰＬを０．５Ｖとすることができる。
【００４２】
以上のように、クリップトランジスタ１２１を含むクリップ回路によって、電子シャッターモードにおける黒沈みを抑制することができる。しかしながら、例えば、クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰの駆動（レベル遷移）に起因するノイズがクリップトランジスタ１２１のゲートに印加されると、それによって画素出力線１３０上に信号にノイズが入りうる。
【００４３】
そこで、この実施形態では、黒沈みが発生し得ない機械シャッターモードにおいては、クリップトランジスタ１２１のゲートに提供される電位が第２電位ＶＣＬＩＰＬに維持される。これは、クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰをインアクティブレベルに固定することによってなされる。ここで、第２電位ＶＣＬＩＰＬは、光電変換部１０２で生成された電荷による電圧変化の状態に対応して生じる画素出力線１３０の電位変化を制限しない電位である。
【００４４】
以下、図３を参照しながら機械シャッターモードにおける読み出し動作を説明する。機械シャッターモードにおいては、モード信号ＭＳがハイレベルに設定されるので、クリップレベル制御信号ＰＣＬＩＰは、インアクティブレベルであるローレベルに固定される。これによって、機械シャッターモードでは、クリップトランジスタ１２１のゲート電位は第２電圧ＶＣＬＩＰＬに固定される。したがって、機械シャッターモードでは、クリップトランジスタ１２１は、光電変換部１０２で生成された電荷による電圧変化の状態に対応して生じる画素出力線１３０の電位変化を制限しない状態に維持される。
【００４５】
なお、機械シャッターモードでは、第１電位ＶＣＬＩＰＨ及び第２電位ＶＣＬＩＰＬとは異なる第３電位にクリップトランジスタ１２１のゲート電位を維持するように、回路構成を変更してもよい。
【００４６】
以上のように、この実施形態によれば、電子シャッターモードでは、画素の信号の読み出しがなされる読み出し経路の一部である画素出力線１３０の電位を制限する機能が有効となり、高輝度光の入射に起因する黒沈みが抑制される。また、黒沈みの問題が起こらない機械シャッターモードにおいては、画素出力線１３０の電位を制限する機能を無効にすることにより、該機能による弊害が低減され、より高画質の画像を得ることが期待される。
【００４７】
[第２実施形態]
第１実施形態では、電子シャッターモードにおいてクリップトランジスタ１２１によって画素出力線１３０の電位を制限する。第２実施形態では、第１実施形態のクリップトランジスタ１２１及びそれを制御する回路に加えて、又は、その代わりに、Ｎ出力の転送パルスＰＴＮの電位を制御するパルス発生回路（制御回路）を備える。ここで、Ｎ出力の転送パルスＰＴＮの電位を制御することによって、Ｎ出力のレベル（ノイズレベル）を読み出してメモリ１１８ｎに蓄積する読み出し経路においてＮ出力のレベルが制限される。
【００４８】
図４は、本発明の第２実施形態に係るパルス発生回路（制御回路）の構成を示す図である。図４に示すパルス発生回路２００は、Ｎ出力の転送パルスＰＴＮを発生して、図１に示す固体撮像装置１００の転送スイッチ１１７ｎのゲートに提供する。
【００４９】
第１転送パルスＣＰＴＮは、電源電圧レベル（例えば、３．３Ｖ）よりも低い電圧レベル（例えば、２．５Ｖ）を有するＮ出力用転送パルス信号である。第２転送パルスＮＰＴＮは、電源電圧レベルを有するＮ出力用転送パルス信号である。
【００５０】
電子シャッターモードでは、前述のモード信号ＭＳがローレベルとなり、第１転送パルスＣＰＴＮが転送パルスＰＴＮとして転送スイッチ１１７ｎのゲートに提供される。機械シャッターモードでは、モード信号ＭＳがハイレベルとなり、第２転送パルスＮＰＴＮが転送パルスＰＴＮとして転送スイッチ１１７ｎのゲートに提供される。ここで、第１転送パルスＣＰＴＮ及び第２転送パルスＮＰＴＮは、不図示の回路によって発生される。第１転送パルスＣＰＴＮ及び第２転送パルスの論理レベル（論理的なハイ又はロー）は、共に第１実施形態に従う。
【００５１】
図５は、電子シャッターモードにおける固体撮像装置１００の動作を示すタイミングチャートである。図６は、機械シャッターモードにおける固体撮像装置１００の動作を示すタイミングチャートである。両タイミングチャートの間の違いは、Ｎ出力の転送パルスＰＴＮのハイレベルの電圧である。
【００５２】
図５に示すように、電子シャッターモード（モード信号ＭＳがローレベル）では、Ｎ出力の転送パルスＰＴＮのハイレベルは、電源電圧レベル（ここでは、３．３Ｖ）よりも低い電圧レベル（ここでは、２．５Ｖ）である。
【００５３】
Ｎ出力を蓄積するためのメモリ１１８ｎには、増幅回路１１１の出力電圧（最大で３．３Ｖ）から転送スイッチ１１７ｎの閾値（０．９Ｖ）分だけ降下した電圧（最大で２．５Ｖ−０．９Ｖ＝１．６Ｖ）しか伝達されない。よって、Ｎ出力を蓄積するためのメモリ１１８ｎに蓄積されるＮ出力の値は、上限が１．６Ｖに制限され、０〜１．６Ｖの範囲の値になる。つまり、電子シャッターモードでは、メモリ１１８ｎに蓄積されるＮ出力は、高輝度光が入射した場合においても上限１．６Ｖに制限される。
【００５４】
したがって、画素の信号が読み出される読み出し経路のうち画素出力線１３０以外のノードの電位を制限することによっても、電子シャッターモード時における黒沈みを抑制することができる。しかしながら、転送スイッチのゲート電位を低下させると、それに応じて転送スイッチの駆動能力が低下し、該転送スイッチの特性ばらつきが顕在化しうる。この問題は、特に高いＩＳＯ感度が設定されたときに顕著になる。そこで、黒沈みが発生しない機械シャッターモードにおいては。このような電位の制限機能を無効にすべきである。
【００５５】
よって、この実施形態では、図６に示すように、機械シャッターモード（モード信号ＭＳがハイレベル）では、Ｎ出力の転送パルスＰＴＮのハイレベルは、電源電圧レベルとあれる。
【００５６】
[応用例]
図７は、本発明の好適な実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。撮像装置４００は、上記の実施形態に代表される固体撮像装置１００を備える。
【００５７】
撮像装置４００は、レンズユニット１００１を備えている。レンズユニット１００１は、交換可能であってもよい。被写体の光学像は、レンズユニット１００１に備えられたレンズ１００２によって固体撮像装置１００の撮像面に結像する。レンズユニット１００１は、絞り機構１００３を含みうる。
【００５８】
レンズユニット１００１と固体撮像装置１００との間には、機械シャッター１０２０が配置されている。なお、機械シャッターの機能は、絞り機構１００３に組み込まれてもよい。
【００５９】
固体撮像装置１００から出力される撮像信号は、撮像信号処理回路１００５によって各種の補正、クランプ等の処理が施される。撮像信号処理回路１００５から複数チャネルで出力される撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器６でアナログ−ディジタル変換される。Ａ／Ｄ変換器１００６から出力される画像データは、信号処理部１００７によって各種の補正、データ圧縮などがなされる。固体撮像装置１００、撮像信号処理回路１００５、Ａ／Ｄ変換器１００６及び信号処理部１００７は、タイミング発生部１００８が発生するタイミング信号にしたがって動作する。
【００６０】
ブロック１００５〜１００８は、固体撮像装置１００と同一チップ上に形成されてもよい。撮像装置４００の各ブロックは、全体制御・演算部１００９によって制御される。撮像装置４００は、その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、記録媒体への画像の記録又は読み出しのための記録媒体制御インターフェース部１０１１を備える。記録媒体１０１２は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。撮像装置４００は、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１０１３を備えてもよい。
【００６１】
次に、図７に示す撮像装置４００の動作について説明する。不図示の電源スイッチの操作に応じて、メイン電源、コントロール系の電源、Ａ／Ｄ変換器１００６等の撮像系回路の電源が順にオンする。その後、露光量を制御するために、全体制御・演算部１００９が絞り１００３を開放にする。固体撮像装置１００から出力された信号は、撮像信号処理回路１００５をスルーしてＡ／Ｄ変換器１００６へ提供される。Ａ／Ｄ変換器１００６は、その信号をＡ／Ｄ変換して信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、そのデータを処理して全体制御・演算部１００９に提供し、全体制御・演算部１００９において露出量を決定する演算を行う。全体制御・演算部１００９は、決定した露出量に基づいて絞りを制御する。
【００６２】
次に、全体制御・演算部１００９は、固体撮像装置１００から出力され信号処理部１００７で処理された信号から高周波成分を取り出して、高周波成分に基づいて被写体までの距離を演算する。その後、レンズ１００２を駆動して、合焦か否かを判断する。合焦していないと判断したときは、再びレンズ１００２を駆動し測距を行う。
【００６３】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像装置１００から出力された撮像信号は、撮像信号処理回路１００５において補正等がされ、Ａ／Ｄ変換器１００６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部１００７で処理される。信号処理部１００７で処理された画像データは、全体制御・演算１００９によりメモリ部１０１０に蓄積される。
【００６４】
その後、メモリ部１０１０に蓄積された画像データは、全体制御・演算部９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部を介して記録媒体１０１２に記録される。また、画像データは、外部Ｉ／Ｆ部１０１３を通してコンピュータ等に提供されて処理されうる。
【００６５】
全体制御・演算部１００９は、不図示の操作部が操作されることに応じて、機械シャッターモード及び電子シャッターモードを含むモードのいずれかに設定する設定部１００９ａを含む。設定部１００９ａは、例えば、静止画撮像モードが選択されたときにシャッターモードを機械シャッターモードに設定し、動画撮像モードが選択されたときにシャッターモードを電子シャッターモードに設定してもよい。モードは、モード信号ＭＳとして全体制御・演算部１００９から固体撮像装置１００に提供されうる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の好適な実施形態の増幅型固体撮像装置の概略構成を示す等価回路図である。
【図２】電子シャッターモード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】機械シャッターモード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４】本発明の第２実施形態に係るパルス発生回路の構成を示す図である。
【図５】電子シャッターモード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６】機械シャッターモード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７】本発明の好適な実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。
【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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