(57)【要約】【課題】信号電荷蓄積部を複数の画素で共通化して画素サイズを小型化すると共に、電荷電圧変換率を高くして高画質の画像を得る。【解決手段】複数のフォトダイオード１から、信号電荷が転送トランジスタ２を通して共通の信号電荷蓄積部６に転送される。信号電荷蓄積部６を入力部とするソースフォロワ型の電荷増幅部１１の出力は信号線７に接続されている。フィードバック回路１３は入力部が信号線７に接続され、出力部はソースフォロワ型の電荷増幅部１１の電位供給線８に接続されており、信号線７から電位供給線８へ電位がフィードバックされる。これによって、信号線７の電位変化が電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックされて電位供給線８の電位も変化する。【選択図】図１
2008042814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換部からの各信号電荷を順次増幅可能なように電荷増幅部が共通に設けられた増幅型固体撮像装置において、該電荷増幅部からの出力電位を該電荷増幅部の電位供給線にフィードバックするフィードバック回路を有する増幅型固体撮像装置。
【請求項２】
画素部毎に、光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送手段とを有した光電変換転送部と、
複数の画素部毎に共通して設けられ、該光電変換転送部からの各信号電荷を増幅して信号線に読み出し可能とする電荷増幅部と、
該信号線の電位を該電荷増幅部の電位供給線にフィードバックするフィードバック回路とを備えた増幅型固体撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換部が埋め込み型フォトダイオードから構成されている請求項１または２に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項４】
前記電荷増幅部は、前記光電変換部からの信号電荷の出力側に共通して設けられた信号電荷蓄積部に入力部が接続されると共に出力部が信号線に接続され、前記電位供給線により電位が供給され、該信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷量に応じて増幅されて該信号線に前記出力電位が読み出される請求項１または２に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項５】
前記電荷増幅部は、前記入力部としてのゲートに前記信号電荷蓄積部が接続され、前記出力部としてのソースに前記信号線が接続された増幅用トランジスタを有している請求項４に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項６】
前記増幅用トランジスタと、前記信号線と接地電位間に接続された定電流負荷トランジスタとによってソースフォロワ回路が構成されている請求項５に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項７】
前記電荷増幅部は、前記増幅用トランジスタのソースと前記信号線との間に接続された選択用トランジスタと、前記信号電荷蓄積部にソースが接続されたリセットトランジスタとをさらに有し、該増幅用トランジスタと該リセットトランジスタの各ドレインが前記電位供給線に接続されている請求項５または６に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項８】
前記フィードバック回路は、前記電荷増幅部の出力電位が入力部に入力され、該電荷増幅部の出力電位に応じた出力電位が出力部から前記電位供給線に出力されるトランジスタ回路を有する請求項１または２に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項９】
前記トランジスタ回路は、前記入力部としてのゲートに前記信号線が接続され、前記出力部としてのソースに前記電荷増幅部の電位供給線が接続され、ドレインが接地されたＭＯＳトランジスタと、該ＭＯＳトランジスタのソースと電源電位との間に接続された定電流負荷トランジスタとを有する請求項８に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１０】
前記電荷増幅部の電位供給線に対して、電位供給部と前記フィードバック回路の出力部とを切り替えて接続するスイッチ回路をさらに有する請求項１または２に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１１】
前記電位供給部から電源電位が供給される請求項１０に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１２】
前記スイッチ回路は、信号電荷読み出し期間に前記フィードバック回路の出力部側を選択し、該信号電荷読み出し期間以外は前記電位供給部側を選択する請求項１０に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１３】
前記スイッチ回路は、互いのゲートに逆相のパルス信号がそれぞれ供給される２つの切り替え用トランジスタを有し、一方の切り替え用トランジスタが前記電位供給部と前記電荷増幅部の電位供給線の間に接続され、他方の切り替え用トランジスタが前記フィードバック回路の出力部と前記電荷増幅部の電位供給線の間に接続されている請求項１０または１２に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１４】
前記電位供給部から出力電位が制御されて出力されることにより、前記電位供給線の電位が制御されている請求項１０に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１５】
前記電荷増幅部は、前記信号電荷蓄積部にソースが接続されたリセットトランジスタをさらに有し、前記増幅用トランジスタと該リセットトランジスタのドレインが前記電位供給線に接続され、前記増幅用トランジスタのソースが信号線に接続されている請求項５または６に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１６】
前記電位供給線の電位を、前記電荷増幅部が出力動作しない程度の低電位に設定制御することにより、前記信号電荷蓄積部の電位を該低電位に保持して前記電荷増幅部の出力動作が停止可能とされる請求項１４または１５に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１７】
前記スイッチ回路は、前記電位供給部と前記電荷増幅部の電位供給線の間に接続されたＣＭＯＳ型スイッチ回路と、前記フィードバック回路の出力部と該電荷増幅部の電位供給線の間に接続された切り替え用トランジスタとを有する請求項１０〜１２のいずれかに記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１８】
前記電荷増幅部の出力部に対して、一定電源電位と前記定電流負荷回路とを切り替えて接続するスイッチ回路をさらに有する請求項１または２に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項１９】
前記電荷増幅部の入力部と出力部とを短絡することにより、前記電荷増幅部の出力動作が停止可能とされる請求項１８に記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項２０】
前記電荷増幅部が、前記信号電荷蓄積部にソースが接続されたリセットトランジスタをさらに有し、該リセットトランジスタのドレインが、前記増幅用トランジスタを介して前記電位供給線に接続されかつ信号線に接続されている請求項５、６、１８および１９のいずれかに記載の増幅型固体撮像装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載の増幅型固体撮像装置を撮像部に用いて画像撮影が行われる電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換部からの各信号電荷を順次増幅可能とする電荷増幅部が、複数の光電変換部に対して共通に設けられたＡＰＳ型イメージセンサなどの増幅型固体撮像装置および、この増幅型固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の増幅型固体撮像装置として、信号電荷の増幅機能を持たせた画素部と、この画素部の周辺に設けられた走査回路とを有し、この走査回路によって画素部から画素データを読み出す増幅型固体撮像装置が提案されている。特に、画素構成を周辺の駆動回路および信号処理回路と一体化するために有利なＣＭＯＳ（コンプリメンタリ・メタル・オキサイド・セミコンダクタ）により構成されたＡＰＳ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ  Ｓｅｎｓｏｒ）型イメージセンサが知られている。
【０００３】
このＡＰＳ型イメージセンサは、通常、１画素部内に、光電変換部と、増幅部と、画素選択部と、リセット部とを形成する必要がある。このため、ＡＰＳ型イメージセンサには、通常、フォトダイオードからなる光電変換部の他に、３個〜４個のＭＯＳトランジスタが用いられている。
【０００４】
しかしながら、１画素部当たり３個〜４個のＭＯＳトランジスタが必要とされると、画素サイズを小型化するための制約となるため、例えば特許文献１などにおいて、１画素部当たりのトランジスタ数を低減する方法が提案されている。
【０００５】
図１２は、特許文献１に開示されている従来の増幅型固体撮像装置の要部構成例を示す回路図である。なお、図１２では、複数行および複数列にマトリクス状に配列された画素部のうち、第（ｍ、１）行と第（ｍ、２）行の第ｉ列目のみを示している。但し、ｍ、ｉは自然数である。
【０００６】
図１２において、従来の増幅型固体撮像装置１００は、光電変換素子としてのフォトダイオード１０１と、転送用トランジスタ１０２と、増幅用トランジスタ１０３と、リセットトランジスタ１０４と、選択用トランジスタ１０５とを有している。
【０００７】
フォトダイオード１０１は、埋め込み型として、フォトダイオード１０１からの信号電荷転送を完全に行えば、極めて低ノイズ化させて高画質の画像を得ることができるということが知られている。
【０００８】
転送用トランジスタ１０２は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、ゲートに供給される駆動パルスφＴによって制御されて、フォトダイオード１０１に蓄積された信号電荷を転送させる。ここでは、上下に隣接する第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２つの転送用トランジスタ１０２にはそれぞれ、駆動パルスφＴ（ｍ、１）およびφＴ（ｍ、２）がそれぞれ供給されている。また、これらの２つの転送用トランジスタ１０２の出力側には、共通して信号電荷蓄積部１０６が接続されている。
【０００９】
増幅用トランジスタ１０３は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、ゲートに信号電荷蓄積部１０６が接続され、ソースに選択用トランジスタ１０５を介して信号線１０７が接続され、ドレインに電位供給線１０８が接続されており、信号線１０７と接地電位ＧＮＤとの間に接続された定電流負荷トランジスタ１０９と共にソースフォロワ回路を構成している。
【００１０】
リセットトランジスタ１０４は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、ソースに信号電荷蓄積部１０６が接続され、ドレインに電位供給線１０８が接続されており、ゲートに供給される駆動パルスφＲによって制御されて、電荷蓄積部１０６の電位を電位供給線１０８の電位でリセットする。
【００１１】
選択用トランジスタ１０５は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、増幅用ＭＯＳトランジスタ１０３のソースと信号線１０７との間に接続されており、ゲートに供給される駆動パルスφＳによって選択制御されて、選択された画素部からの信号電荷に応じた信号が信号線１０７に読み出される。
【００１２】
上記構成の従来の増幅型固体撮像装置１００の動作について、図１３を用いて詳細に説明する。
【００１３】
図１３は、図１２の従来の増幅型固体撮像装置１００の各駆動パルスφＳ（ｍ）、φＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）およびφＴ（ｍ、２）の各信号波形をそれぞれ示すと共に、電荷蓄積部１０６および信号線１０７の各電位をそれぞれ示すタイミング図である。
【００１４】
図１３に示すように、まず、期間Ｔ１では、第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素部に共通のリセットトランジスタ１０４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）がハイレベルとなってリセットトランジスタ１０４がオン状態となり、ゲート下のポテンシャル電位が上がる。これによって、第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素部に共通の信号電荷蓄積部１０６からリセットトランジスタ１０４のドレイン側に電荷移動が起こり、信号電荷蓄積部１０６の電位が電源電位Ｖｄｄにリセットされる。
【００１５】
次に、期間Ｔ２では、第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素部に共通のリセットトランジスタ１０４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）がローレベルとなってリセットトランジスタ１０４がオフ状態となる。ところが、第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素部に共通の選択用トランジスタ１０５のゲートに印加される駆動パルスφＳ（ｍ）がハイレベルのままであり、選択用トランジスタ１０５がオン状態であるため、リセットレベルが第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素部に共通の増幅用トランジスタ１０３を介して信号線１０７に読み出される。このとき、増幅用トランジスタ１０３と定電流負荷トランジスタ１０９とによってソースフォロワ回路が構成されている。これによって、信号線１０７の電位は、期間Ｔ１およびＴ２で高い電圧Ｖｓｉｇ（ｉ）になっている。
【００１６】
さらに、期間Ｔ３では、第（ｍ，１）行の転送トランジスタ１０２のゲートに印加される駆動パルスφＴ（ｍ，１）がハイレベルとなって第（ｍ，１）行の転送トランジスタ１０２がオン状態となり、ゲート下のポテンシャル電位が上がるため、第（ｍ，１）行のフォトダイオード１０１に蓄積された信号電荷が転送トランジスタ１０２を通って信号電荷蓄積部１０６に転送される。これによって、転送された信号電荷の分だけ信号電荷蓄積部１０６の電位が低下すると共に、この低下した信号電荷蓄積部１０６の電位に応じて増幅用トランジスタ１０３で増幅された信号が選択用トランジスタ１０５を介して信号線１０７に出力されて、信号線１０７の電位も低下する。
【００１７】
続いて、期間Ｔ４では、第（ｍ，１）行の転送トランジスタ１０２のゲートに印加される駆動パルスφＴ（ｍ，１）がローレベルとなって第（ｍ，１）行の転送トランジスタ１０２がオフ状態となる。これによって、共通の信号電荷蓄積部１０６では、信号電荷転送時の電位が保持され、第（ｍ，１）行の画素部の信号レベルが第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素部に共通の増幅用トランジスタ１０３で増幅された信号が選択用トランジスタ１０５を介して信号線１０７に読み出されている。
【００１８】
期間Ｔ４以降は、共通の選択用トランジスタ１０５のゲートに印加される駆動パルスφＳ（ｍ）がローレベルになって、選択用トランジスタ１０５がオフ状態となるため、信号線１０７の電位はローレベルになる。
【００１９】
１水平走査期間（１Ｈ）後、次の第（ｍ，２）行目の画素部に対して、第（ｍ，２）行のフォトダイオード１０１からの信号電荷が、第（ｍ，２）行の転送トランジスタ１０２を介して、第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素部に共通のリセットトランジスタ１０４、増幅用トランジスタ１０３および選択用トランジスタ１０５に導かれ、上記期間Ｔ１〜Ｔ４と同様の動作が繰り返し行われる。
【００２０】
上記従来の増幅型固体撮像装置１００において、２画素部毎に共通する信号電荷蓄積部１０６、増幅用トランジスタ１０３、リセットトランジスタ１０４および選択用トランジスタ１０５が設けられている場合、光電変換素子としてのフォトダイオード１０１と転送用トランジスタ１０２とは各画素部毎に設けられているため、１画素部当たり２．５個のトランジスタが必要とされる。したがって、１画素部当たりのトランジスタ数を低減させることができる。また、例えば、４画素部毎に共通する信号電荷蓄積部１０６、増幅用トランジスタ１０３、リセットトランジスタ１０４および選択用トランジスタ１０５が設けられている場合には、１画素部当たり１．７５個のトランジスタが必要とされる。したがって、１画素部当たりのトランジスタ数をさらに削減することができる。
【特許文献１】特開平９−４６５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上記従来の増幅型固体撮像装置には、以下のような問題がある。
【００２２】
フォトダイオード１０１からの信号電荷△Ｑｓｉｇを電圧信号△Ｖｓｉｇに変換する電荷電圧変換効率ηは、共通の信号電荷蓄積部１０６の容量をＣＦＤとすると、
η＝Ｇ×△Ｖｓｉｇ／△Ｑｓｉｇ＝Ｇ／ＣＦＤ
となる。上記式において、Ｇは、増幅用トランジスタ１０３と定電流負荷トランジスタ１０９とによって構成されるソースフォロワ回路のゲインであり、通常「１」よりも若干小さい値（〜０．９）を示している。電荷電圧変換効率ηを大きくするためには、信号電荷蓄積部１０６の容量ＣＦＤを小さくする必要がある。
【００２３】
上記信号電荷蓄積部１０６の容量ＣＦＤは、信号電荷蓄積部１０６に接続された転送用トランジスタ１０２のドレイン側接合容量と増幅用トランジスタ１０３のゲート容量および基板とのジャンクション容量、並びに配線間のカップリング容量の総和である。したがって、共通の信号電荷蓄積部１０６に接続されたフォトダイオード１０１および転送用トランジスタ１０２の数が多くなるほど、電荷電圧変換率ηが低下するという問題がある。
【００２４】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、信号電荷蓄積部を複数の画素部で共通化して画素サイズを小型化すると共に、電荷電圧変換率を高くして高画質の画像を得ることができる増幅型固体撮像装置および、この増幅型固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器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】
【００２５】
本発明の増幅型固体撮像装置は、複数の光電変換部からの各信号電荷を順次増幅可能なように電荷増幅部が共通に設けられた増幅型固体撮像装置において、該電荷増幅部からの出力電位を該電荷増幅部の電位供給線にフィードバックするフィードバック回路を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
本発明の増幅型固体撮像装置は、画素部毎に、光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送手段とを有した光電変換転送部と、
複数の画素部毎に共通して設けられ、該光電変換転送部からの各信号電荷を増幅して信号線に読み出し可能とする電荷増幅部と、該信号線の電位を該電荷増幅部の電位供給線にフィードバックするフィードバック回路とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２７】
また、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における光電変換部が埋め込み型フォトダイオードから構成されている。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電荷増幅部は、前記光電変換部からの信号電荷の出力側に共通して設けられた信号電荷蓄積部に入力部が接続されると共に出力部が信号線に接続され、前記電位供給線により電位が供給され、該信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷量に応じて増幅されて該信号線に前記出力電位が読み出される。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電荷増幅部は、前記入力部としてのゲートに前記信号電荷蓄積部が接続され、前記出力部としてのソースに前記信号線が接続された増幅用トランジスタを有している。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における増幅用トランジスタと、前記信号線と接地電位間に接続された定電流負荷トランジスタとによってソースフォロワ回路が構成されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電荷増幅部は、前記増幅用トランジスタのソースと前記信号線との間に接続された選択用トランジスタと、前記信号電荷蓄積部にソースが接続されたリセットトランジスタとをさらに有し、該増幅用トランジスタと該リセットトランジスタの各ドレインが前記電位供給線に接続されている。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置におけるフィードバック回路は、前記電荷増幅部の出力電位が入力部に入力され、該電荷増幅部の出力電位に応じた出力電位が出力部から前記電位供給線に出力されるトランジスタ回路を有する。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置におけるトランジスタ回路は、前記入力部としてのゲートに前記信号線が接続され、前記出力部としてのソースに前記電荷増幅部の電位供給線が接続され、ドレインが接地されたＭＯＳトランジスタと、該ＭＯＳトランジスタのソースと電源電位との間に接続された定電流負荷トランジスタとを有する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電荷増幅部の電位供給線に対して、電位供給部と前記フィードバック回路の出力部とを切り替えて接続するスイッチ回路をさらに有する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電位供給部から電源電位が供給される。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置におけるスイッチ回路は、信号電荷読み出し期間に前記フィードバック回路の出力部側を選択し、該信号電荷読み出し期間以外は前記電位供給部側を選択する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置におけるスイッチ回路は、互いのゲートに逆相のパルス信号がそれぞれ供給される２つの切り替え用トランジスタを有し、一方の切り替え用トランジスタが前記電位供給部と前記電荷増幅部の電位供給線の間に接続され、他方の切り替え用トランジスタが前記フィードバック回路の出力部と前記電荷増幅部の電位供給線の間に接続されている。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電位供給部から出力電位が制御されて出力されることにより、前記電位供給線の電位が制御されている。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電荷増幅部は、前記信号電荷蓄積部にソースが接続されたリセットトランジスタをさらに有し、前記増幅用トランジスタと該リセットトランジスタのドレインが前記電位供給線に接続され、前記増幅用トランジスタのソースが信号線に接続されている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置において、前記電位供給線の電位を、前記電荷増幅部が出力動作しない程度の低電位（動作不可能な低電圧）に設定制御することにより、前記信号電荷蓄積部の電位を該低電位に保持して前記電荷増幅部の出力動作が停止可能とされる。また、前記電位供給線の電位を接地電位に設定制御することにより、前記信号電荷蓄積部の電位を接地電位に保持して前記電荷増幅部の出力動作が停止可能とされていてもよい。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置におけるスイッチ回路は、前記電位供給部と前記電荷増幅部の電位供給線の間に接続されたＣＭＯＳ型スイッチ回路と、前記フィードバック回路の出力部と該電荷増幅部の電位供給線の間に接続された切り替え用トランジスタとを有する。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電荷増幅部の出力部に対して、一定電源電位と前記定電流負荷回路とを切り替えて接続するスイッチ回路をさらに有する。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電荷増幅部の入力部と出力部とを短絡することにより、前記電荷増幅部の出力動作が停止可能とされている。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の増幅型固体撮像装置における電荷増幅部が、前記信号電荷蓄積部にソースが接続されたリセットトランジスタをさらに有し、該リセットトランジスタのドレインが、前記増幅用トランジスタを介して前記電位供給線に接続されかつ信号線に接続されている。
【００４５】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記増幅型固体撮像装置を撮像部に用いて画像撮影が行われるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４６】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４７】
本発明にあっては、特許文献１の従来技術と同様に、信号電荷蓄積部と電荷増幅部が少なくとも２つ以上の画素毎に共通して設けられて１画素部当たりのトランジスタ数が少なくされた増幅型固体撮像装置において、信号線の電位を電荷増幅部の電位供給線にフィードバックするフィードバック回路を備えている。これにより、信号線の電位変化に応じて、電荷増幅部の電位供給線も電位が変化するため、信号電荷蓄積部と電位供給線とのカップリング容量を見掛け上、小さくすることが可能となる。その結果、信号電荷蓄積部に寄生する容量が減少されて電荷電圧変換効率が増大され、固体撮像装置の高感度化を達成することが可能となる。要は、Ｖ=Ｑ／Ｃなので、電荷Ｑが一定で、容量Ｃを小さくすることにより電圧Ｖの電圧感度を大きくできる。
【００４８】
また、光電変換素子を埋め込み型フォトダイオードとすることによって、光電変換素子からの信号電荷を転送トランジスタによって完全に転送させることが可能となり、低ノイズ化されたより高画質な画像を得ることが可能となる。
【００４９】
さらに、電荷増幅部は、その入力部としてのゲートに信号電荷蓄積部が接続され、その出力部としてのソースに信号線が接続された増幅用ＭＯＳトランジスタと、信号線と接地電位との間に接続された定電流負荷トランジスタとによってソースフォロワ回路を構成することが可能となる。また、フィードバック回路は、フィードバックの入力部としてのゲートに信号線が接続され、フィードバックの出力部としてのソースに電荷増幅部の電位供給線が接続され、ドレインが接地されたＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタのソースと電源電位との間に接続された定電流負荷トランジスタとによってソースフォロワ回路を構成することが可能となる。この構成によれば、フィードバック回路がゲイン「１」以下の正帰還となるため、信号線の電位を電荷増幅部の電位供給線にフィードバックする際に、フィードバックを安定して制御することが可能となる。
【００５０】
さらに、電荷増幅部の電位供給線に対して、電位供給端とフィードバック回路の出力部とを切り替えて接続するスイッチ回路をさらに設けて、読み出し期間以外はフィードバック回路を動作させず、電位供給線を電位供給端に接続して電位供給端から一定電位を供給することによって、動作の安定化を図ることが可能となる。
【００５１】
さらに、電位制御機構によって電位供給端の電位を制御して、電位供給線の電位を制御することにより、電荷蓄積部の電位を低電位に保持して、電荷増幅部の動作を停止させることが可能となる。これにより、従来の増幅型固体撮像装置において画素部を選択するために必要とされていた選択用トランジスタが不要となり、その分の面積を光電変換素子に割り当てることができるため、増幅型固体撮像装置の高感度化を達成することが可能となる。
【００５２】
さらに、信号線に対して、一定電位と定電流負荷回路とを切り替えて接続するスイッチ回路をさらに設けて、電荷増幅部の入力部と出力部とを短絡させることによって、電荷増幅部の動作を停止させることが可能となる。これにより、従来の増幅型固体撮像装置において画素部を選択するために必要とされていた選択用トランジスタが不要となり、その分の面積を光電変換素子に割り当てることができるため、増幅型固体撮像装置の高感度化を達成することが可能となる。
【００５３】
さらに、外来のノイズや容量部分などによって、電源電位が変化する場合があるが、この場合にも、信号電荷蓄積部６と電位給線８とのカップリング容量が低減できることから、電源ノイズを低減することが可能となる。つまり、電源電位が変化したときの耐ノイズ性を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００５４】
以上により、本発明の増幅型固体撮像装置によれば、信号線の電位変化を電荷増幅部の電位供給線にフィードバックして電位供給線の電位を変化させるため、信号電荷蓄積部を複数の画素部で共通化して画素サイズを小型化すると共に、電荷電圧変換率を高くし、かつ電源電位が変化したときの耐ノイズ性を向上できて、高画質の画像を得ることができる。これによって、小型化、高性能化されたイメージセンサを形成するため、本発明の増幅型固体撮像装置は極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下に、本発明の増幅型固体撮像装置の実施形態１〜４を２次元増幅型固体撮像装置に適用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る増幅型固体撮像装置の要部構成例を示す回路図である。
【００５６】
図１において、本実施形態１の増幅型固体撮像装置５１は、全ての画素部（または画素）に各々設けられた光電変換転送部１０と、上下に隣接する第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の画素に共通して設けられた電荷増幅部１１と、第ｉ列に存在する全ての電荷増幅部１１に対して共通して設けられた定電流負荷トランジスタ９からなる定電流負荷回路１２と、信号線７の電位を電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックすることにより電荷増幅部１１によって出力された信号を電荷増幅部１１へ帰還させるフィードバック回路１３とを有している。
【００５７】
上側の光電変換転送部１０と電荷増幅部１１とによって上側の画素が構成され、下側の光電変換転送部１０と電荷増幅部１１とによって下側の画素が構成されている。第ｍ行目第ｉ列目に二つの画素が電荷増幅部１１を共通として設けられている。このように、増幅型固体撮像装置５１は、複数（図１では上下二つ）の光電変換転送部１０からの各信号電荷を順次増幅可能とする電荷増幅部１１が共通に設けられている。なお、図１では、複数行および複数列にマトリクス状に配列された複数の画素のうち、第（ｍ、１）行第ｉ列目と第（ｍ、２）行第ｉ列目の各画素のみを示している。但し、ｍ、ｉは自然数である。
【００５８】
光電変換転送部１０は、光電変換部としての光電変換素子の一例としてのフォトダイオード１と、電荷転送手段としての転送トランジスタ２からなる。フォトダイオード１は、埋め込み型フォトダイオードとして、フォトダイオード１からの信号電荷転送を完全に行えば、極めて低ノイズ化させて高画質の画像を得ることができる。転送用トランジスタ２は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、ゲートに供給される駆動パルスφＴによって制御されて、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷を転送させる。また、これら２つの転送用トランジスタ２の出力側には、共通して信号電荷蓄積部６が接続されている。
【００５９】
電荷増幅部１１は、光電変換転送部１０における転送用トランジスタ２の出力側に共通して接続された信号電荷蓄積部６にその入力端が接続されると共に、その出力端が信号線７に接続され、電荷排出および電源線が電位供給線８に接続されている。この電荷増幅部１１は、信号電荷を増幅するための増幅手段としての増幅用トランジスタ３と、電荷排出のためのリセット手段としてのリセットトランジスタ４と、画素を選択するための画素選択手段としての選択用トランジスタ５とを有している。
【００６０】
増幅用トランジスタ３は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、その入力端としてのゲート（制御端子）に信号電荷蓄積部６が接続され、その出力端（出力部）としてのソース（一方駆動端子）に信号線７が選択用トランジスタ５を介して接続され、ドレイン（他方駆動端子）に電位供給線８が接続されている。この増幅用トランジスタ３と、信号線７と接地電位ＧＮＤ間に接続された定電流負荷トランジスタ９とによって、ドレイン接地型のソースフォロワ回路が構成されている。
【００６１】
リセットトランジスタ４は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、ソースに信号電荷蓄積部６が接続され、ドレインに電位供給線８が接続されており、ゲートに供給される駆動パルスφＲによって制御されて、電荷蓄積部６の電位を電位供給線８の電位にリセットさせる。
【００６２】
選択用トランジスタ５は、Ｎチャネル型トランジスタからなり、増幅用トランジスタ３のソースと信号線７との間に接続されており、ゲートに供給される駆動パルスφＳによって選択制御されて、選択された画素からの信号電荷が信号線７に読み出される。
【００６３】
フィードバック回路１３は、その入力端（入力部）としてのゲートに信号線７が接続され、その出力端（出力部）としてのソースと基板に電荷増幅部１１の電位供給線８が接続され、ドレインが接地されたＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１３１と、ＭＯＳトランジスタ１３１のソースと電源電位Ｖｄｄとの間に接続された定電流負荷トランジスタ１３２とを有している。これらのＭＯＳトランジスタ１３１と定電流負荷トランジスタ１３２とによって、ソースフォロワ回路が構成されている。
【００６４】
転送トランジスタ駆動信号線２２は、行方向（横方向）に配列された複数の光電変換転送部１０（図１では横方向は一つのみを示している）における転送トランジスタ２のゲートに接続されている。ｍ行目ｉ列目の二つの光電変換転送部１０における各転送トランジスタ２のゲートにはそれぞれ、各転送トランジスタ駆動信号線２２をそれぞれ介して駆動パルスφＴ（ｍ、１）およびφＴ（ｍ、２）がそれぞれ印加される。
【００６５】
リセットトランジスタ駆動信号線２１は、行方向（横方向）に配列された複数の電荷増幅部１１における各リセットトランジスタ４のゲートにそれぞれ接続されている。ｍ行目の複数の電荷増幅部１１における各リセットトランジスタ４のゲートにはそれぞれリセットトランジスタ駆動信号線２１を介して駆動パルスφＲ（ｍ）が印加される。
【００６６】
選択トランジスタ駆動信号線２３は、行方向（横方向）に配列された複数の電荷増幅部１１における各選択トランジスタ５のゲートにそれぞれ接続されている。ｍ行目の複数の電荷増幅部１１における各選択トランジスタ５のゲートにはそれぞれ選択トランジスタ駆動信号線２３を介して駆動パルスφＳ（ｍ）が印加される。
【００６７】
上記構成により、以下に、本実施形態１の増幅型固体撮像装置５１の動作について、図２を用いて詳細に説明する。
【００６８】
図２は、本実施形態１の増幅型固体撮像装置５１における各駆動パルスφＳ（ｍ）、φＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）、φＴ（ｍ、２）の各信号波形と、第ｍ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｍ）６の電位、第ｉ列の電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
まず初期状態では、駆動パルスφＳ（ｍ）はローレベルであるため信号線７の電位が接地レベルであり、その時の電位供給線８の電位は、フィードバック回路３の入力０Ｖのときの出力電位となる。
【００６９】
期間Ｔ１では、ｍ行目の電荷増幅部１１におけるリセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）がローレベルからハイレベル、ローレベルと繰り返され、電荷蓄積部６の電位が電位供給線８の電位と同一になる。
【００７０】
期間Ｔ２で電荷増幅部１１における選択トランジスタ５のゲートに印加される駆動パルスφＳ（ｍ）はハイレベルになるため、増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９によってドレイン接地型のソースフォロワ回路が構成され、その出力信号が選択トランジスタ５を介して信号線７に出力される。また電位供給線８もフィードバック回路における入出力の関係によって上昇する。
【００７１】
電位供給線８は、図３に示すフィードバック回路における入出力の関係によって決定され、下記関係式（１）によって、入力Ｖｉｎ＝期間Ｔ２での電荷蓄積部６の電位のときの出力Ｖｏｕｔとなる。
【００７２】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ−Ｖｇｓ（ＮｃｈＴｒ３，Ｉ＝Ｉ１）＋Ｖｇｓ（ＰｃｈＴｒ１３１，Ｉ＝Ｉ２−Ｉ１）  ・・・  （１）
なお、上記式（１）において、Ｖｇｓ（ＮｃｈＴｒ３，Ｉ＝Ｉ１）はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＩ１なる定電流を流すときのゲート・ソース間電圧を表し、Ｖｇｓ（ＰｃｈＴｒ１３１，Ｉ＝Ｉ２−Ｉ１）はＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１３１が（Ｉ２−Ｉ１）なる定電流を流すときのゲート・ソース間電圧を表している。当然のことながら、Ｉ２＞Ｉ１である。
【００７３】
このとき増幅用ＭＯＳトランジスタ３を飽和領域で動作させることが必要であるため、
Ｖｏｕｔ＞Ｖｉｎ−Ｖｔｈ（ＮｃｈＴｒ３）  ・・・（２）
の関係を満たすことが必要である。よって、
Ｖｇｓ（ＰｃｈＴｒ１３１，Ｉ＝Ｉ２−Ｉ１）＞Ｖｇｓ（ＮｃｈＴｒ３，Ｉ＝Ｉ１）−  Ｖｔｈ（ＮｃｈＴｒ３）  ・・・（３）
の関係を満たすように、Ｐチャネル型トランジスタ１３１を設計すればよい。
【００７４】
信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）が、第（ｍ、１）行第ｉ列の画素の基準電位である。
【００７５】
次に、期間Ｔ３では、フォトダイオード１により光電変換された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に読み出される。このときには、駆動パルスφＴ（ｍ、１）がハイレベルとなり、（ｍ、１）行目の転送トランジスタ２がオン状態になるため、その転送トランジスタ２を通して、（ｍ、１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に読み出される。
【００７６】
フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に完全に読み出された後、次の期間Ｔ４では、駆動パルスφＴ（ｍ、１）がローレベルとなって、転送トランジスタ２がオフ状態になる。このため、信号電荷蓄積部６では、期間Ｔ２における電位から信号電荷の転送分に応じて変化した電位が保持され、その保持された信号レベル（電位）が増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９とによって構成されるソースフォロワ回路で増幅されて、その出力信号が選択用トランジスタ５を介して信号線７に読み出される。期間Ｔ４において得られる信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）は、第（ｍ、１）行第ｉ列の画素の信号となる。
【００７７】
このとき、図３に示すフィードバック回路において、その入出力間のゲインは、
ΔＶｏｕｔ＝ΔＶｉｎ×Ｇ  ・・・  （４）
によって得られる。ただし、図３に示すフィードバック回路において、Ｐチャネル型トランジスタ１３１と定電流負荷トランジスタ１３２によって構成されるソースフォロワ回路のゲインはほぼ「１」であるため、Ｇは増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９によって構成されるソースフォロワ回路のゲインとなり、約０．９程度である。このことから、期間Ｔ４において、上記信号電荷の転送による信号線７の電位変化分×Ｇだけ電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）も変化し、信号電荷蓄積部６と電位供給線８のカップリング容量ＣＦＤ−ＶＤＤが、見掛け上、（１−Ｇ）＝０．１倍に低減されていることになり、これは電荷電圧変換効率ηの向上につながる。さらに、Ｇ＜１であるため、増幅用ＭＯＳトランジスタ３は飽和領域を維持し、ソースフォロワ回路の動作上で問題となることはない。
【００７８】
その後、期間Ｔ５では、選択トランジスタ５のゲートに印加される駆動パルスφＳ（ｍ）をローレベルとし、リセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）をハイレベル、ローレベルと変化させることによって、信号電荷蓄積部６の電位がフィードバック回路１３の出力電位にリセットされ、電位供給線８および信号電荷蓄積部６ともに、初期状態に戻される。
【００７９】
以上の動作により、期間Ｔ２における信号線７の電位と期間Ｔ４における信号線７の電位との差信号を後段のＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路や差動アンプ回路、またはクランプ回路などによって処理すれば、（ｍ、１）行目の画素に入射された光により発生した信号電荷による各画素毎に実効的な信号成分が読み出される。なお、ＣＤＳ回路や差動アンプ回路、またはクランプ回路などについては、当業者に周知であるため、ここではその説明を省略する。
【００８０】
１水平期間後、上記期間Ｔ１〜Ｔ５の場合と同様の駆動動作を行い、そのときに駆動パルスφＴ（ｍ、１）の代わりに駆動パルスφＴ（ｍ、２）をハイレベルにすることによって、同様に、（ｍ、２）行目の画素に入射された光により発生した信号電荷による信号を読み出して各画素毎に上記実効的な信号成分を得ることができる。
【００８１】
以上はｍ行目が選択行である場合の動作を説明したものである。非選択行であるｎ行目（ｎは自然数）については、駆動パルスφＳ（ｎ）がローレベルであるため、選択トランジスタ５がオフ状態となり、非選択行であるｎ行目の画素から信号線７に信号の読み出しは行われない。
【００８２】
以上により、本実施形態１の増幅型固体撮像装置５１によれば、信号線７の電位変化に応じて電荷増幅部１１の電位供給線８の電位も変化するため、信号電荷蓄積部６と電位給線８とのカップリング容量が見掛け上、低減される。その結果、信号電荷蓄積部８に寄生する容量が減少して、信号電荷△Ｑｓｉｇが電圧信号△Ｖｓｉｇに変換される際の電荷電圧変換効率ηを大きくして、固体撮像装置の高感度化を達成することができる。特に、画素の小型化に伴って、共通の信号電荷蓄積部６に接続される光電変換転送部１０の数が多くなるほど、上記カップリング容量の低減効果が増大されるため、画素を小型化させたにも関わらず、高感度化を実現することができる。つまり、Ｖ=Ｑ／Ｃなので、電荷Ｑが一定で、容量Ｃを小さくすることにより電圧Ｖの電圧感度を大きくできる。
【００８３】
また、上記画素の光電変換素子として、埋め込み型のフォトダイオード１を用いることにより、フォトダイオード１からの信号電荷を完全に転送させることが可能となり、より低ノイズ化されたより高画質な画像を得ることができる。
【００８４】
さらに、フィードバック回路１３がゲイン１以下の正帰還となるため、信号線７の電位を電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックする際に、フィードバックをより安定して制御することができる。
【００８５】
さらに、外来のノイズや容量部分などによって、電源電位が変化する場合があるが、この場合にも、信号電荷蓄積部６と電位給線８とのカップリング容量などの容量低減ができることから、電源ノイズを低減することができる。
（実施形態２）
上記実施形態１では、電荷増幅部１１からの出力電位を電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックするフィードバック回路１３を有する場合について説明したが、本実施形態２では、電荷増幅部１１の電位供給線８に対して、読み出し期間のみフィードバック動作を行い、読み出し期間以外についてはフィードバック動作を行わない場合について説明する。
【００８６】
図４は、本発明の実施形態２に係る増幅型固体撮像装置の要部構成例を示す回路図である。なお、図４では、図１の構成要素と同一の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００８７】
図４において、本実施形態２の増幅型固体撮像装置５２は、全ての画素に各々設けられた光電変換転送部１０と、上下に隣接する第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素に共通して設けられた電荷増幅部１１と、第ｉ列に存在する全ての電荷増幅部１１に対して共通して設けられた定電流負荷トランジスタ９からなる定電流負荷回路１２と、信号線７の電位を電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックすることにより電荷増幅部１１によって出力された信号（出力電位）を電荷増幅部１１へ帰還するフィードバック回路１３と、電荷増幅部１１の電位供給線８に対してフィードバック回路１３の出力と電位供給端１４０（電位供給部の出力端であって図４では、ここから電源電位Ｖｄｄが出力される）とを切り替えて接続するスイッチ回路１４とを有している。
【００８８】
スイッチ回路１４は、共通の駆動パルスφＶｄによって制御される２つの切り替え用トランジスタ１４１，１４２を有している。切り替え用トランジスタ１４１，１４２は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、一方の切り替え用トランジスタ１４１のゲートには駆動パルスφＶｄが直に供給され、他方の切り替え用トランジスタ１４２のゲートにはインバータ１４３を介して駆動パルスφＶｄを反転させた逆相の駆動パルスが供給される。また、一方の切り替え用トランジスタ１４１は一定電位Ｖｄｄとされた電位供給端１４０と電荷増幅部１１の電位供給線８との間に接続され、他方の切り替え用トランジスタ１４２はフィードバック回路１３の出力端Ｖｏｕｔと電荷増幅部１１の電位供給線８との間に接続されている。
【００８９】
電位供給線８に対して、フィードバック回路１３の出力端Ｖｏｕｔと一定電位（電源電位Ｖｄｄ；電位供給端１４０の電位）とを切り替えて接続するために、スイッチ回路駆動信号線２４を介して、駆動パルスφＶｄがスイッチ回路１４の切り替え用トランジスタ１４１のゲートに印加されると共に、駆動パルスφＶｄの反転駆動パルスがスイッチ回路１４の切り替え用トランジスタ１４２のゲートに印加されるようになっている。
【００９０】
上記構成により、以下に、本実施形態２の増幅方固体撮像装置５２の動作について、図５を用いて詳細に説明する。
【００９１】
図５は、本実施形態２の増幅型固体撮像装置５２における各駆動パルスφＳ（ｍ）、φＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）、φＴ（ｍ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｍ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｍ）６の電位、第ｉ列の電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【００９２】
図５に示すように、まず、期間Ｔ１では、ｍ行目の電荷増幅部１１におけるリセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）がローレベルからハイレベルになって、リセットトランジスタ４がオン状態となる。また、スイッチ回路１４に入力される駆動パルスφＶｄがローレベルであるため、電位供給線８と電荷蓄積部６は共に電位供給端１４０に接続されて、電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）と電荷蓄積部６の電位がリセットトランジスタ４を通して電位供給端１４０の電源電位Ｖｄｄとなる。一方、電荷増幅部１１における選択トランジスタ５のゲートに印加される駆動パルスφＳ（ｍ）はハイレベルであるため、増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９によってドレイン接地型のソースフォロワ回路が構成され、その出力信号が選択トランジスタ５を通して信号線７に出力される。その後、リセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）はローレベルに戻されるが、上記電荷蓄積部６のリセットレベル状態が維持されている。
【００９３】
次に、期間Ｔ２では、スイッチ回路１４に入力される駆動パルスφＶｄがハイレベルになり、フィードバック回路１３の出力端Ｖｏｕｔ（出力部）が電位供給線８に接続されて、電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）が下がる。この電位は、図３に示すフィードバック回路における入出力の関係によって決定され、下記関係式（１）によって、Ｖｉｎ＝ＶｄｄのときのＶｏｕｔが得られる。
【００９４】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ−Ｖｇｓ（ＮｃｈＴｒ３，Ｉ＝Ｉ１）＋Ｖｇｓ（ＰｃｈＴｒ１３１，Ｉ＝Ｉ２−Ｉ１）  ・・・  （１）
なお、上記式（１）において、Ｖｇｓ（ＮｃｈＴｒ３，Ｉ＝Ｉ１）はＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ３がＩ１なる定電流を流すときのゲート・ソース間電圧を表し、Ｖｇｓ（ＰｃｈＴｒ１３１，Ｉ＝Ｉ２−Ｉ１）はＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ１３１が（Ｉ２−Ｉ１）なる定電流を流すときのゲート・ソース間電圧を表している。当然のことながら、Ｉ２＞Ｉ１である。また、増幅用ＭＯＳトランジスタ３を飽和領域で動作させることが必要であるため、
Ｖｏｕｔ＞Ｖｉｎ−Ｖｔｈ（ＮｃｈＴｒ３）  ・・・（２）
の関係を満たすことが必要である。よって、
Ｖｇｓ（ＰｃｈＴｒ１３１，Ｉ＝Ｉ２−Ｉ１）＞Ｖｇｓ（ＮｃｈＴｒ３，Ｉ＝Ｉ１）−Ｖｔｈ（ＮｃｈＴｒ３）  ・・・（３）
の関係を満たすように、Ｐチャネル型トランジスタ１３１を設計すればよい。
【００９５】
上記期間Ｔ２において得られる信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）が、第（ｍ、１）行第ｉ列の画素の基準電位である。
【００９６】
次に、期間Ｔ３では、フォトダイオード１により光電変換された信号電荷が信号電荷蓄積部６に読み出される。このときには、駆動パルスφＴ（ｍ、１）がハイレベルとなり、（ｍ、１）行目の転送トランジスタ２がオン状態になるため、その転送トランジスタ２を通して、（ｍ、１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に読み出される。
【００９７】
上記フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に完全に読み出された後、次の期間Ｔ４では、駆動パルスφＴ（ｍ、１）がローレベルとなって、転送トランジスタ２がオフ状態になる。このため、信号電荷蓄積部６では、期間Ｔ２における電位から信号電荷の転送分に応じて変化した電位が保持され、その保持された信号レベル（電位）が増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９とによって構成されるソースフォロワ回路で増幅されて、信号線７に出力される。期間Ｔ４において得られる信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）は、第（ｍ、１）行第ｉ列の画素の信号となる。
【００９８】
このとき、図３に示すフィードバック回路において、その入出力間のゲインは、
ΔＶｏｕｔ＝ΔＶｉｎ×Ｇ  ・・・  （４）
によって得られる。ただし、図３に示すフィードバック回路において、Ｐチャネル型トランジスタ１３１と定電流負荷トランジスタ１３２によって構成されるソースフォロワ回路のゲインはほぼ「１」であるため、Ｇは増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９によって構成されるソースフォロワ回路のゲインとなり、約０．９程度である。このことから、期間Ｔ４において、上記信号電荷の転送による信号線７の電位変化分×Ｇだけ電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）も変化し、信号電荷蓄積部６と電位供給線８のカップリング容量ＣＦＤ−ＶＤＤが、見掛け上、（１−Ｇ）＝０．１倍に低減されていることになり、電荷電圧変換効率ηの向上につながる。さらに、Ｇ＜１であるため、増幅用ＭＯＳトランジスタ３は飽和領域であり、ソースフォロワ回路の動作上で問題となることはない。
【００９９】
続いて、期間Ｔ５では、駆動パルスφＶｄがローレベルに下がることにより、スイッチ回路１４が切り替わって、電位供給線８が電位供給端子１４０に接続され、電位ＶＤ（ｉ）が電位供給端子１４０からの一定電位Ｖｄｄに固定される。リセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）をハイレベル、ローレベルと変化させることによって、信号電荷蓄積部８の電位が一定電位（この場合には電源電位Ｖｄｄ）にリセットされ、リセットトランジスタ４を通して電位供給線８および信号電荷蓄積部６ともに、初期状態に戻される。
【０１００】
以上の動作により、期間Ｔ２における信号線７の電位と期間Ｔ４における信号線７の電位との差信号を後段のＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路や差動アンプ回路、またはクランプ回路などによって処理すれば、（ｍ、１）行目の画素に入射された光により発生した信号電荷による実効的な信号成分が読み出される。
【０１０１】
１水平期間後、上記期間Ｔ１〜Ｔ５の場合と同様の駆動動作を繰り返し行い、そのときに駆動パルスφＴ（ｍ、１）の代わりに駆動パルスφＴ（ｍ、２）をハイレベルにすることによって、同様に、（ｍ、２）行目の画素に入射された光により発生した信号電荷による信号を読み出して信号成分を得ることができる。
【０１０２】
以上はｍ行目が選択行である場合の動作を説明したものである。非選択行であるｎ行目（ｎは自然数）については、駆動パルスφＳ（ｎ）がローレベルであるため、選択トランジスタ５がオフ状態となり、非選択行であるｎ行目の画素から信号が出力されない。
【０１０３】
以上により、本実施形態２の増幅型固体撮像装置５２によれば、信号線７の電位変化に応じて電荷増幅部１１の電位供給線８も電位が変化するため、信号電荷蓄積部６と電位供給線８とのカップリング容量が見掛け上、低減される。その結果、信号電荷蓄積部６に寄生する容量が減少されて、信号電荷△Ｑｓｉｇが電圧信号△Ｖｓｉｇに変換される際の電荷電圧変換効率ηを大きくして、固体撮像装置の高感度化を達成することができる。特に、画素の小型化に伴って、共通の信号電荷蓄積部６に接続される光電変換転送部１０の数が多くなるほど、上記カップリング容量の低減効果が増大されるため、画素を小型化させたにも関わらず、高感度化を実現することが可能となる。
【０１０４】
この場合に、電荷増幅部１１の電位供給線８に対して、電位供給端１４０とフィードバック回路１３の出力端Ｖｏｕｔとを切り替えて接続するスイッチ回路１４を設けることにより、読み出し期間以外はフィードバック機構を動作させず、電位供給線８を電位供給端１４０に接続させて電位供給端１４０から一定電位を供給することによって、動作の安定化を図ることができる。
【０１０５】
さらに、外来のノイズや容量部分などによって、電源電位が変化する場合があるが、この場合にも、信号電荷蓄積部６と電位給線８とのカップリング容量などの容量低減ができることから、電源ノイズを低減することができる。
（実施形態３）
上記実施形態１では、電荷増幅部１１からの出力電位を電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックするフィードバック回路１３を有する場合について説明したが、本実施形態３では、上記実施形態２の場合と同様、電荷増幅部１１の電位供給線８に対して、読み出し期間以外はフィードバック回路１３によるフィードバック機構を動作させない場合であって、読み出し期間以外に電位供給線８の電位を制御することにより、電荷増幅部１１から選択用トランジスタ５を省く場合について説明する。
【０１０６】
図６は、本発明の実施形態３に係る増幅型固体撮像装置の要部構成例を示す回路図である。なお、図４では、図１の構成要素と同一の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【０１０７】
図６において、本実施形態３の増幅型固体撮像装置５３は、全ての画素に各々設けられた光電変換転送部１０と、上下に隣接する第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素に共通して設けられた電荷増幅部１１Ａと、第ｉ列に存在する全ての電荷増幅部１１Ａに対して共通して設けられた定電流負荷トランジスタ９からなる定電流負荷回路１２と、信号線７の電位を電荷増幅部１１Ａの電位供給線８にフィードバックすることにより電荷増幅部１１Ａによって信号線７に出力された信号を電荷増幅部１１Ａへ帰還させるフィードバック回路１３と、この電荷増幅部１１Ａの電位供給線８に対してフィードバック回路１３の出力と電位供給端１４０Ａとを切り替えて接続するスイッチ回路１４Ａとを有している。
【０１０８】
電荷増幅部１１Ａは、各光電変換転送部１０における転送用トランジスタ２の出力側に共通して接続された信号電荷蓄積部６にその入力端が接続されると共に、その出力端子が信号線７に接続され、電荷排出および電源線が電位供給線８に接続されている。この電荷増幅部１１Ａは、信号電荷増幅のための増幅用トランジスタ３と、電荷排出のためのリセットトランジスタ４とを有しており、ここでは、画素を選択するための選択用トランジスタ５は設けられていない。
【０１０９】
スイッチ回路１４Ａは、共通の駆動パルスφＶｄによって制御される２つの切り替え用トランジスタ１４１，１４２に加えて、切り替え用トランジスタ１４４を切り替え用トランジスタ１４１と並列に有している。
【０１１０】
切り替え用トランジスタ１４４は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、そのゲートにはインバータ１４３を介して駆動パルスφＶｄを反転させた逆相の駆動パルスが供給される。この切り替え用トランジスタ１４４，１４１によってＣＭＯＳ型スイッチ回路が構成されて、電位供給端１４０Ａと電荷増幅部１１Ａの電位供給線８との間に接続されている。さらに、電位供給端１４０Ａは、図示しない電位制御機構を有しており、上記実施形態１，２のような一定電位（電源電位Ｖｄｄ）ではなく、可変直流電位Ｖｏｄとなっている。
【０１１１】
上記構成により、以下に、本実施形態３の増幅方固体撮像装置５３の動作について、図７を用いて詳細に説明する。
【０１１２】
図７は、本実施形態３の増幅型固体撮像装置５３における電位供給端の可変直流電位Ｖｏｄと、各駆動パルスφＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）、φＴ（ｍ、２）およびφＶｄの信号波形と、第ｍ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｍ）６の電位、第ｉ列の電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。なお、図７では、ｍ行目が選択行である場合を示している。
【０１１３】
図７に示すように、まず、期間Ｔ１では、ｍ行目の電荷増幅部１１Ａにおけるリセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）がローレベルからハイレベルになって、リセットトランジスタ４がオン状態となる。また、スイッチ回路１４Ａに入力される駆動パルスφＶｄがローレベルであるため、電位供給線８と電荷蓄積部６は電位供給端１４０Ａに接続される。このとき、この電位供給端１４０Ａの電位Ｖｏｄは電源電位Ｖｄｄとなっているため、リセットトランジスタ４を通して電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）と電荷蓄積部６の電位は電源電位Ｖｄｄとなる。また、増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９によってドレイン接地型のソースフォロワ回路が構成され、増幅用トランジスタ３からの信号が信号線７に出力される。その後、リセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）はローレベルに戻されるが、上記状態は維持される。
【０１１４】
次に、期間Ｔ２では、スイッチ回路１４Ａに入力される駆動パルスφＶｄがハイレベルになり、フィードバック回路１３からの出力端Ｖｏｕｔが電位供給線８に接続されて、電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）が、上記実施形態２の場合と同様に下がる。この期間Ｔ２において得られる信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）が、第（ｍ、１）行第ｉ列の画素の基準電位である。
【０１１５】
さらに、期間Ｔ３では、上記実施形態１の場合と同様に、駆動パルスφＴ（ｍ、１）がハイレベルとなり、（ｍ、１）行目の転送トランジスタ２がオン状態になるため、その転送トランジスタ２を通して、（ｍ、１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に読み出される。
【０１１６】
フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に完全に読み出された後、次の期間Ｔ４では、駆動パルスφＴ（ｍ、１）がローレベルとなって、転送トランジスタ２がオフ状態になる。このため、上記信号電荷蓄積部６では、期間Ｔ２での電位から信号電荷の転送分に応じて変化した電位が保持され、その保持された信号レベル（電位）が増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９とによって構成されるソースフォロワ回路で増幅されて、増幅用トランジスタ３から信号線７に出力される。この期間Ｔ４において得られる信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）が、第（ｍ、１）行第ｉ列の画素の信号となる。
【０１１７】
この期間Ｔ４において、図６に示すフィードバック回路１３では、上記実施形態１の場合と同様に、信号電荷の転送による信号線７の電位変化分×Ｇだけ電位供給線８の電位も変化し、信号電荷蓄積部６と電位供給線８のカップリング容量ＣＦＤ−ＶＤＤが見掛け上、（１−Ｇ）＝０．１倍に低減されたことになり、電荷電圧変換効率ηの向上につながることになる。
【０１１８】
その後、期間Ｔ５では、駆動パルスφＶｄがローレベルに下がることにより、スイッチ回路１４Ａが動作して、電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）が電位供給端１４０Ａに接続される。電位供給端１４０Ａの電位Ｖｏｄをローレベルに下げながら、リセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）をハイレベル、ローレベルと変化させることによって、信号電荷蓄積部６の電位が一定電位（この場合には接地電位）にリセットされ、リセットトランジスタ４を通して電位供給線８および信号電荷蓄積部６ともに、初期状態に戻される。
【０１１９】
以上の動作により、期間Ｔ２における信号線７の電位と、期間Ｔ４における信号線７の電位との差信号を後段のＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路や差動アンプ回路、またはクランプ回路などによって処理すれば、（ｍ、１）行目の画素に入射された光により発生した信号電荷による実効的な信号成分が読み出される。
【０１２０】
この１水平期間後、上記期間Ｔ１〜Ｔ５と同様の駆動動作を繰り返して行い、そのときに駆動パルスφＴ（ｍ、１）の代わりに駆動パルスφＴ（ｍ、２）をハイレベルにすることによって、同様に、（ｍ、２）行目の画素に入射された光により発生した信号電荷による信号を読み出して信号成分を得ることができる。
【０１２１】
以上はｍ行目が選択行である場合の動作を説明したものである。次に、非選択行であるｎ行目（ｎは自然数）の動作について、図８を用いて詳細に説明する。
【０１２２】
図８は、本実施形態３の増幅型固体撮像装置５３における電位供給端１４０Ａの電位Ｖｏｄと、ｎ行目の各駆動パルスφＲ（ｎ）、φＴ（ｎ、１）、φＴ（ｎ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｎ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｎ）６の電位、第ｉ列の電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【０１２３】
図８に示すように、非選択行であるｎ行目では、駆動パルスφＲ（ｎ）、φＴ（ｎ、１）およびφＴ（ｎ、２）が全てローレベルであるため、信号電荷蓄積部６は初期状態を維持している。このとき、信号電荷蓄積部６は接地レベルであるため、増幅用トランジスタ３は常にオフ状態であり、非選択行であるｎ行目の画素から信号が出力されることはない。よって、本実施形態３の増幅型固体撮像装置５３では、上記実施形態１，２のような、行を選択するための選択用トランジスタ５が不要になる。
【０１２４】
以上により、本実施形態３の増幅型固体撮像装置５３によれば、信号線７の電位変化に応じて電荷増幅部１１Ａの電位供給線８も電位が変化するようにしたため、信号電荷蓄積部６と電位供給線８とのカップリング容量が見掛け上、低減される。この結果、信号電荷蓄積部６に寄生する容量が減少して、信号電荷△Ｑｓｉｇが電圧信号△Ｖｓｉｇに変換される際の電荷電圧変換効率ηを大きくできて、固体撮像装置の高感度化を達成することができる。特に、画素の小型化に伴って、共通の信号電荷蓄積部６に接続される光電変換転送部１０の数が多くなるほど、上記カップリング容量の低減効果が増大するため、画素を小型化させたにも関わらず、高感度化を実現することができる。
【０１２５】
また、上記画素の光電変換素子として、埋め込み型のフォトダイオード１を用いることにより、フォトダイオード１からの信号電荷を完全に転送させることが可能となり、より低ノイズ化された、より高画質な画像を得ることができる。
【０１２６】
さらに、電荷増幅部１１Ａの電位供給線８に対して、電位供給端１４０Ａとフィードバック回路１３の出力端Ｖｏｕｔとを切り替えて接続するスイッチ回路１４Ａをさらに設けて、電位制御機構によって電位供給端１４０Ａの電位を制御し、電位供給線８の電位を制御することにより、電荷蓄積部６の電位を接地電位に保持して、電荷増幅部１１Ａの動作を停止させることができる。これにより、従来の増幅型固体撮像装置において画素を選択するために必要とされていた選択用トランジスタ５が不要となり、その分の面積をフォトダイオード１に割り当てることができるため、増幅型固体撮像装置５３の高感度化を達成することができる。
（実施形態４）
上記実施形態１では、電荷増幅部１１からの出力電位を電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックするフィードバック回路１３を有する場合について説明したが、本実施形態４では、上記実施形態３の場合と同様、電荷増幅部１１の電位供給線８に対して、読み出し期間以外はフィードバック回路１３によるフィードバック機構を動作させない場合であって、読み出し期間以外に電位供給線８の電位を制御することにより、電荷増幅部１１から選択用トランジスタ５を省く場合について説明する。
【０１２７】
図９は、本発明の実施形態４に係る増幅型固体撮像装置５４の要部構成例を示す回路図である。なお、図９では、図１の構成要素と同一の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【０１２８】
図９において、本実施形態４の増幅型固体撮像装置５４は、全ての画素に各々設けられた光電変換転送部１０と、上下に隣接する第（ｍ、１）行第ｉ列目および第（ｍ、２）行第ｉ列目の２画素に共通して設けられた電荷増幅部１１Ｂと、第ｉ列に存在する全ての電荷増幅部１１Ｂに対して共通して設けられた定電流負荷トランジスタ９からなる定電流負荷回路１２と、信号線７の電位を電荷増幅部１１Ｂの電位供給線８にフィードバックすることにより電荷増幅部１１Ｂによって出力された信号を電荷増幅部１１Ｂへ帰還するフィードバック回路１３と、信号線７に対して一定電位（図９ではＶｄｄ）と定電流負荷回路９とを切り替えて接続するスイッチ回路１５とを有している。なお、ここでは、上記実施形態２のように、電荷増幅部１１Ｂの電位供給線８に対して、フィードバック回路１３の出力端Ｖｏｕｔと電位供給端１４０Ｂとを切り替えて接続するスイッチ回路１４は設けられていない。
【０１２９】
電荷増幅部１１Ｂは、光電変換転送部１０における転送用トランジスタ２の出力側に共通して接続された信号電荷蓄積部６にその入力端が接続されると共に、その出力端が信号線７に直接接続されており、電源線が電位供給線８に接続されている。この電荷増幅部１１Ｂは、信号電荷増幅のための増幅用トランジスタ３と、電荷排出のためのリセットトランジスタ４とを有し、上記実施形態３の場合と同様に、画素を選択するための選択用トランジスタ５は設けられていない。リセットトランジスタ４は、信号電荷蓄積部６にソースが接続され、ドレインが、信号線７に接続されると共に増幅用トランジスタ３を介して電位供給線８に接続されている。
【０１３０】
スイッチ回路１５は、共通の駆動パルスφＶｄによって制御される２つの切り替え用トランジスタ１５１，１５２を有している。切り替え用トランジスタ１５１は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、そのゲートにはスイッチ回路駆動信号線２４から駆動パルスφＶｄが供給され、信号線７と定電流負荷回路１２との間に接続されている。また、切り替え用トランジスタ１５２は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタからなり、そのゲートにはスイッチ回路駆動信号線２４から駆動パルスφＶｄが供給され、信号線７と一定電位Ｖｄｄの間に接続されている。
【０１３１】
上記構成により、以下に、本実施形態４の増幅型固体撮像装置５４の動作について、図１０を用いて詳細に説明する。
【０１３２】
図１０は、本実施形態４の増幅型固体撮像装置５４における各駆動パルスφＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）、φＴ（ｍ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｍ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｍ）６の電位、第ｉ列の電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。なお、図１０では、ｍ行目が選択行の場合を示している。
【０１３３】
図１０に示すように、まず、期間Ｔ１では、スイッチ回路１５に入力される駆動パルスφＶｄがローレベルであるため、信号線７に電源電位Ｖｄｄが接続され、信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）は電源電位Ｖｄｄとなる。リセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）がハイレベルからローレベルになってリセットトランジスタ４がオフ状態となるが、電荷蓄積部６は電源電位Ｖｄｄに保持されている。また、フィードバック回路１３の入力端の電位がＶｄｄであるため、トランジスタ１３１がオフ状態となり、電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）もＶｄｄレベルとなっている。
【０１３４】
次に、期間Ｔ２では、スイッチ回路１５に入力される駆動パルスφＶｄがハイレベルになり、信号線７が共通の定電流負荷トランジスタ９に接続されて、増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９とによってドレイン接地型のソースフォロワ回路が構成され、増幅用トランジスタ３から信号線７に出力される。また、フィードバック回路１３の出力端Ｖｏｕｔは電位供給線８に接続されているため、電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）は、上記実施形態２の場合と同様に下がる。この期間Ｔ２において得られる信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）が、第（ｍ、１）行第ｉ列の画素の基準電位である。
【０１３５】
さらに、期間Ｔ３では、上記実施形態２の場合と同様に、駆動パルスφＴ（ｍ、１）がハイレベルとなり、（ｍ、１）行目の転送トランジスタ２がオン状態になるため、その転送トランジスタ２を通して、（ｍ、１）行目のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に読み出される。
【０１３６】
フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、信号電荷蓄積部６に完全に読み出された後、次の期間Ｔ４では、駆動パルスφＴ（ｍ、１）がローレベルとなって、転送トランジスタ２がオフ状態になる。このため、信号電荷蓄積部６では、期間Ｔ２での電位から信号電荷の転送分に応じて変化した電位が保持され、その保持された信号レベル（電位）が増幅用トランジスタ３と定電流負荷トランジスタ９とによって構成されるソースフォロワ回路で増幅されて、増幅用トランジスタ３からの信号が信号線７に出力される。この期間Ｔ４において得られる信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）が、第（ｍ、１）行第ｉ列の画素の信号となる。
【０１３７】
この期間Ｔ４において、図９に示すフィードバック回路１３では、上記実施形態２の場合と同様に、信号電荷の転送による信号線７の電位変化分×Ｇだけ電位供給線８の電位も変化し、信号電荷蓄積部６と電位供給線８のカップリング容量ＣＦＤ−ＶＤＤが見掛け上、（１−Ｇ）＝０．１倍に低減されたこととなり、電荷電圧変換効率ηの向上につながることになる。
【０１３８】
その後、期間Ｔ５では、駆動パルスφＶｄがローレベルに下がることにより、信号線７に電源電位Ｖｄｄが接続される。さらに、リセットトランジスタ４のゲートに印加される駆動パルスφＲ（ｍ）がローレベルからハイレベルに変化することにより、リセットトランジスタ４がオン状態となって信号電荷蓄積部６が電源電位Ｖｄｄでリセットされて初期状態に戻される。
【０１３９】
以上の動作により、期間Ｔ２における信号線７の電位と、期間Ｔ４における信号線７の電位との差信号を後段のＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路や差動アンプ回路、またはクランプ回路などによって処理すれば、（ｍ、１）行目の画素に入射された光により発生した信号電荷による実効的な信号成分が読み出される。
【０１４０】
１水平期間後、上記期間Ｔ１〜Ｔ５と同様の駆動動作を繰り返して行い、そのときに駆動パルスφＴ（ｍ、１）の代わりに駆動パルスφＴ（ｍ、２）をハイレベルにすることによって、同様に、（ｍ、２）行目の画素に入射された光により発生した信号電荷による信号を読み出して信号成分を得ることができる。
【０１４１】
以上はｍ行目が選択行である場合の動作について説明したものである。次に、非選択行であるｎ行目（ｎは自然数）の動作について、図１１を用いて詳細に説明する。
【０１４２】
図１１は、本実施形態４の増幅型固体撮像装置５４におけるｎ行目の各駆動パルスφＲ（ｎ）、φＴ（ｎ、１）、φＴ（ｎ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｎ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｎ）の電位、第ｉ列の電位供給線８の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線７の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【０１４３】
図１１に示すように、非選択行であるｎ行目では、駆動パルスφＲ（ｎ）が常にハイレベルで、φＴ（ｎ、１）およびφＴ（ｎ、２）はローレベルであるため、信号線７と信号電荷蓄積部６とが接続されている。このとき、増幅用トランジスタ３のゲートとソース間の電位が同じになるため、増幅用トランジスタ３は常にオフ状態であり、非選択行であるｎ行目の画素から信号が出力されることはない。よって、本実施形態４の増幅型固体撮像装置５４では、上記実施形態１、２のような、行を選択するための選択用トランジスタ５が不要になる。
【０１４４】
以上により、本実施形態４の増幅型固体撮像装置５４によれば、信号線７の電位変化に応じて電荷増幅部１１Ｂの電位供給線８も電位が変化するため、信号電荷蓄積部６と電位供給線８とのカップリング容量が見掛け上、低減される。その結果、信号電荷蓄積部６に寄生する容量が減少して、信号電荷△Ｑｓｉｇが電圧信号△Ｖｓｉｇに変換される際の電荷電圧変換効率ηを大きくして、固体撮像装置の高感度化を達成することができる。特に、画素の小型化に伴って、共通の信号電荷蓄積部６に接続される光電変換転送部１０の数が多くなるほど、上記カップリング容量の低減効果が増大するため、画素を小型化させたにも関わらず、高感度化を実現することができる。
【０１４５】
また、上記画素の光電変換素子として、埋め込み型のフォトダイオード１を用いることにより、フォトダイオード１からの信号電荷を完全に転送させることが可能となり、より低ノイズ化された、より高画質な画像を得ることができる。
【０１４６】
さらに、信号線７に対して、一定電位（電源電位Ｖｄｄ）と定電流負荷回路１２とを切り替えて接続するスイッチ回路１５をさらに設けて、電荷増幅部１１Ｂの入力部と出力部とを短絡させることによって、電荷増幅部１１Ｂの動作を停止させることができる。これにより、従来の増幅型固体撮像装置において画素を選択するために必要とされていた選択用トランジスタ５が不要となり、その分の面積をフォトダイオード１に割り当てることができるため、増幅型固体撮像装置５４の高感度化を達成することができる。
【０１４７】
さらに、外来のノイズや容量部分などによって、電源電位が変化する場合があるが、この場合にも、信号電荷蓄積部６と電位給線８とのカップリング容量が低減できることから、電源ノイズを低減することができる。
【０１４８】
したがって、上記実施形態１〜４によれば、複数のフォトダイオード１から、信号電荷が転送トランジスタ２を通して共通の信号電荷蓄積部６に転送される。信号電荷蓄積部６を入力部とするソースフォロワ型の電荷増幅部１１（または１１Ａまたは１１Ｂ）の出力は信号線７に接続されている。フィードバック回路１３は入力部が信号線７に接続され、出力部はソースフォロワ型の電荷増幅部１１（または１１Ａまたは１１Ｂ）の電位供給線８に接続されており、信号線７から電位供給線８へ電位がフィードバックされる。これによって、信号線７の電位変化が電荷増幅部１１（または１１Ａまたは１１Ｂ）の電位供給線８にフィードバックされて電位供給線８の電位も変化するため、信号電荷蓄積部６を複数の画素で共通化して画素サイズを小型化すると共に、電荷電圧変換率を高くして高画質の画像を得ることができる。
【０１４９】
また、上記実施形態１〜４では、（ｍ、１）行と（ｍ、２）行の２画素で電荷増幅部１１（または１１Ａまたは１１Ｂ）と電荷増幅部６を共通にして設けたが、３行以上（例えば４画素、６画素または８画素など）の画素で１１（または１１Ａまたは１１Ｂ）と電荷増幅部６を共通にして設けた構成についても、本発明は適用可能である。
【０１５０】
さらに、上記実施形態１〜４では、特に説明しなかったが、二つの光電変換部（フォトダイオード１）からの各信号電荷を順次増幅可能なように電荷増幅部１１が共通に設けられた増幅型固体撮像装置において、電荷増幅部１１からの出力電位を電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックするフィードバック回路１３を有するように構成することにより、信号電荷蓄積部６を複数の画素部で共通化して画素サイズを小型化すると共に、電荷電圧変換率を高くして高画質の画像を得ることができる本発明の目的を達成することができる。また同様にして、画素部毎に、光電変換部（フォトダイオード１）と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送手段（転送用トランジスタ２）とを有した光電変換転送部１０と、複数の画素部毎に共通して設けられ、光電変換転送部１０からの各信号電荷を増幅して信号線７に読み出し可能とする電荷増幅部１１と、信号線７の電位を電荷増幅部１１の電位供給線８にフィードバックするフィードバック回路１３とを備えたものであってもよい。この場合にも、画素サイズを小型化すると共に、電荷電圧変換率を高くして高画質の画像を得ることができる本発明の目的を達成することができる。つまり、このフィードバック回路１３により、電荷増幅部１１の出力電位変化に応じて、電荷増幅部１１の電位供給線８も電位が変化するため、信号電荷蓄積部６と電位供給線８とのカップリング容量を見掛け上、小さくできて、電荷電圧変換効率の増大で、固体撮像装置の高感度化を達成できる。
【０１５１】
さらに、上記実施形態１〜４では、フィードバック回路１３は、入力部としてのゲートに信号線７が接続され、出力部としてのソースに電荷増幅部１１の電位供給線８が接続され、ドレインが接地されたＭＯＳトランジスタ１３１と、このＭＯＳトランジスタ１３１のソースと電源電位Ｖｄｄとの間に接続された定電流負荷トランジスタ１３２とを有する場合について説明したが、これに限らず、フィードバック回路１５は、電荷増幅部１１の出力電位が入力部に入力され、電荷増幅部１１の出力電位に応じた出力電位が出力部から電位供給線８に出力されるトランジスタ回路を有していればよい。
【０１５２】
さらに、上記実施形態３では、図６において、可変直流電位Ｖｏｄによって電位供給線８の電位を電源電位Ｖｄｄから接地電位に設定制御することにより、信号電荷蓄積部６の電位を接地電位に保持して電荷増幅部１１Ａの出力動作が停止可能とするように構成したが、この接地電位に限らず、電荷増幅部１１Ａが出力動作しない程度であって接地電位以外の低電位であってもよい。つまり、電荷増幅部１１Ａの増幅トランジスタ３が動作しない範囲の低電位（例えば０．５Ｖなど）であっても電荷増幅部１１Ａの選択動作が可能である。もちろん、接地電位は容易に得られる。この低電位であっても、周囲の電圧発生回路から例えば０．３Ｖから０．５Ｖなどの電圧が容易に得られる。
【０１５３】
さらに、上記実施形態１〜４では、特に説明しなかったが、上記実施形態１〜４の固体撮像装置５１〜５４のいずれかを撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器や、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラ、携帯電話用カメラなどの電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態１〜４の固体撮像装置５１〜５４のいずれかを撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１５４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜４を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜４に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜４の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明は、光電変換部からの信号電荷を増幅する電荷増幅部が設けられたＡＰＳ型イメージセンサなどの増幅型固体撮像装置および、この増幅型固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、信号線の電位変化を電荷増幅部の電位供給線にフィードバックして電位供給線の電位を変化させるため、信号電荷蓄積部を複数の画素部で共通化して画素サイズを小型化すると共に、電荷電圧変換率を高くし、かつ電源電位が変化したときの耐ノイズ性を向上できて、高画質の画像を得ることができる。これによって、小型化、高性能化されたイメージセンサを形成するため、本発明の増幅型固体撮像装置は極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の実施形態１に係る増幅型固体撮像装置の要部構成例を示す回路図である。
【図２】図１の増幅型固体撮像装置における各駆動パルスφＳ（ｍ）、φＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）、φＴ（ｍ、２）の各信号波形と、第ｍ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｍ）の電位、第ｉ列の電位供給線の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【図３】図１の増幅型固体撮像装置におけるフィードバック回路部分を模式的に示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る増幅型固体撮像装置の要部構成例を示す回路図である。
【図５】図４の増幅型固体撮像装置における各駆動パルスφＳ（ｍ）、φＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）、φＴ（ｍ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｍ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｍ）の電位、第ｉ列の電位供給線の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る増幅型固体撮像装置の要部構成例を示す回路図である。
【図７】図６の増幅型固体撮像装置において、ｍ行目が選択行である場合について、電位供給端の電位Ｖｏｄと、各駆動パルスφＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）、φＴ（ｍ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｍ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｍ）の電位、第ｉ列の電位供給線の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【図８】図６の増幅型固体撮像装置において、非選択行であるｎ行目の画素について、電位供給端の電位Ｖｏｄと、各駆動パルスφＲ（ｎ）、φＴ（ｎ、１）、φＴ（ｎ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｎ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｎ）の電位、第ｉ列の電位供給線の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【図９】本発明の実施形態４に係る増幅型固体撮像装置の要部構成を示す回路図である。
【図１０】図９の増幅型固体撮像装置において、ｍ行目が選択行である場合について、各駆動パルスφＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）、φＴ（ｍ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｍ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｍ）の電位、第ｉ列の電位供給線の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【図１１】図９の増幅型固体撮像装置において、非選択行であるｎ行目の画素について、各駆動パルスφＲ（ｎ）、φＴ（ｎ、１）、φＴ（ｎ、２）およびφＶｄの各信号波形と、第ｎ行第ｉ列の電荷蓄積部（ｉ，ｎ）の電位、第ｉ列の電位供給線の電位ＶＤ（ｉ）および第ｉ列の信号線の電位Ｖｓｉｇ（ｉ）を示すタイミング図である。
【図１２】特許文献１に開示されている従来の増幅型固体撮像装置の要部構成例を示す回路図である。
【図１３】図１２の従来の増幅型固体撮像装置の各駆動パルスφＳ（ｍ）、φＲ（ｍ）、φＴ（ｍ、１）およびφＴ（ｍ、２）の各信号波形をそれぞれ示すと共に、電荷蓄積部および信号線の各電位をそれぞれ示すタイミング図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１  フォトダイオード
２  転送用トランジスタ
３  増幅用トランジスタ
４  リセットトランジスタ
５  選択用トランジスタ
６  信号電荷蓄積部
７  信号線
８  電位供給線
９  定電流負荷トランジスタ
１０  光電変換転送部
１１，１１Ａ，１１Ｂ  電荷増幅部
１２  定電流負荷回路
１３  フィードバック回路
１４，１４Ａ  電位供給線用スイッチ回路
１５  信号線用スイッチ回路
２１  リセットトランジスタ駆動信号線
２２  転送トランジスタ駆動信号線
２３  選択トランジスタ駆動信号線
２４  スイッチ回路駆動信号線
５１〜５４  増幅型固体撮像装置
【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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【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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