(57)【要約】【課題】１画素当たりのトランジスタ数を削減して画素サイズの小型化を図りつつ、ノイズの少ない高画質の画像を得ることができる増幅型固体撮像装置を提供する。【解決手段】埋め込みフォトダイオード１と転送トランジスタ２とを有する複数の光電変換部１０と、複数の光電変換部１０の出力端子が共通に接続された電荷検出ノード８に入力側が接続されたスイッチトキャパシタアンプ部２０と、スイッチトキャパシタアンプ部２０と垂直信号線９との間に接続された電流増幅部２１とを備える。上記複数の光電変換部１０からの信号電荷をスイッチトキャパシタアンプ部２０により電圧に変換して、変換された信号を、電流増幅部２１により電流増幅して垂直信号線９に出力する。【選択図】図１
2008193201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子とこの光電変換素子の信号電荷を転送する転送トランジスタとを有する光電変換部を複数備え、上記複数の光電変換部の夫々からの信号を増幅して共通の信号線に出力する増幅型固体撮像装置であって、
上記複数の光電変換部の出力端子が共通に接続された電荷検出ノードに入力側が接続され、上記複数の光電変換部の夫々からの上記信号電荷を電圧に変換するスイッチトキャパシタアンプ部と、
上記スイッチトキャパシタアンプ部により電圧に変換された上記信号を上記共通の信号線に電流増幅して出力する電流増幅部と
を備えたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記スイッチトキャパシタアンプ部は、
上記電荷検出ノードに入力端子が接続された反転増幅器と、
上記電荷検出ノードと上記反転増幅器の出力端子との間に接続されたリセットトランジスタと、
上記電荷検出ノードと上記反転増幅器の出力端子との間に接続された第１キャパシタンス素子と
を有することを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記スイッチトキャパシタアンプ部の上記反転増幅器は、定電流負荷ソース接地型反転増幅器であることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記定電流負荷ソース接地型反転増幅器の定電流負荷は、ディプリージョンタイプのトランジスタであることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電流増幅部は、上記スイッチトキャパシタアンプ部の出力端子がゲートに接続された電流増幅用ＭＯＳトランジスタを有し、
上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタに上記共通の信号線を介して共通の負荷部が接続されて、
上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタと上記共通の信号線とで増幅器を構成していることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電流増幅部は、上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタと上記共通の信号線との間に接続された選択トランジスタを有していることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項７】
請求項５に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタと上記共通の負荷部の組み合わせによりドレイン接地型ソースフォロワ回路を構成することを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記光電変換素子が埋め込み型のフォトダイオードであることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記電荷検出ノードに一端が接続された第２キャパシタンス素子と、
上記第２キャパシタンス素子の他端に接続され、上記第２キャパシタンス素子を介した容量結合によって上記電荷検出ノードのポテンシャルを深くするための昇圧部と
を備えたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記スイッチトキャパシタアンプ部は、電圧に変換された上記信号を選択トランジスタを介して出力する選択型スイッチトキャパシタアンプ部であって、
上記選択型スイッチトキャパシタアンプ部を複数備え、
上記複数の選択型スイッチトキャパシタアンプ部の出力端子が共通に接続されたノードが上記電流増幅部の入力側に接続されていることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記スイッチトキャパシタアンプ部の上記反転増幅器の電源線の電位を制御する制御部を備えたことを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の増幅型固体撮像装置において、
上記制御部によって、上記スイッチトキャパシタアンプ部の上記反転増幅器の電源線の電位をハイレベルとローレベルのうちの上記ローレベルにすることにより、上記反転増幅器の出力をローレベルとして上記電流増幅部の動作を停止させることを特徴とする増幅型固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、増幅型固体撮像装置に関し、より詳しくは、光電変換素子とこの光電変換素子の信号電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を複数備え、上記各画素からの信号をそれぞれ増幅して上記各画素に対して共通の信号線に出力する増幅型固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、増幅型固体撮像装置としては、増幅機能を持たせた画素部とその画素部の周辺に配置された走査回路を有し、その走査回路により画素部から画素データを読み出すものが普及している。特に、画素部が周辺の駆動回路および信号処理回路と一体化するのに有利なＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：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】
上記ＡＰＳ型イメージセンサは、通常１画素内に光電変換部と増幅部と画素選択部およびリセット部を含む。このため、ＡＰＳ型イメージセンサを構成するには、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型トランジスタ(Ｔr)が用いられているが、１画素当たり３〜４個のＭＯＳトランジスタを設ければ、画素サイズの小型化に制約となる。それ故、複数の光電変換部を１つの増幅部で共有し、１画素当たりのトランジスタの数を低減する技術が有用であるが、この場合、共有する光電変換部の数が多くなればなるほど、フォトダイオードからの信号電荷Ｑsigを電圧信号Ｖsigに変換する電荷電圧変換効率η(＝Ｖsig／Ｑsig)の低下が生じる。
【０００４】
そこで、この問題を解決するため、本発明者は、図１０に示すように、電荷電圧変換効率ηの低下が起こらない増幅型固体撮像装置を発明した(特開２００５−２１７６０７号公報(特許文献１)参照)。
【０００５】
この２次元増幅型固体撮像装置は、図１０に示すように、光電変換素子としてフォトダイオード１０１とこのフォトダイオード１０１の信号電荷を転送する転送トランジスタ１０２とを有する光電変換部と、各転送トランジスタ１０２の出力端子が共通に接続された電荷検出ノード１０８と、電荷検出ノード１０８の信号が入力される増幅トランジスタ１０３Ａと、電荷検出ノード１０８と増幅トランジスタ１０３Ａの出力端子との間に接続されたリセットトランジスタ１０６と、電荷検出ノード１０８と増幅トランジスタ１０３Ａの出力端子との間に接続されたキャパシタ１０７(その容量をＣinで表す)と、増幅トランジスタ１０３Ａの出力端子と垂直信号線１０９との間に接続された選択トランジスタ１０４と、電荷検出ノード１０８と昇圧信号線との間に接続されたキャパシタ１１１(その容量をＣｕｐで表す)とを有している増幅部と、垂直信号線１０９と電源線との間に接続された定電流負荷トランジスタ１０３Ｂとからなる。
【０００６】
図１１に示すように、期間Ｔ１では、選択トランジスタ１０４に印加されるゲート駆動信号φＳ(ｎ)がハイレベル、リセットトランジスタ１０６に印加されるゲート駆動信号φＲ(ｎ)がハイレベルとなり、増幅トランジスタ１０３Ａと定電流負荷トランジスタ１０３Ｂとで構成される定電流負荷型ソース接地反転増幅器の働きによって、電荷検出ノード１０８と垂直信号線１０９の電位が、或る一定の電位Ｖo(リセットレベル)にリセットされる。
【０００７】
上記リセットレベルＶoは、次のようにして定められる。すなわち、上述のように増幅トランジスタ１０３Ａと定電流負荷トランジスタ１０３Ｂとで構成される定電流負荷型ソース接地反転増幅器の回路は、図１２のように表される。ここで、この反転増幅器の入力をＶinとし、出力をＶoutとし、トランジスタ１０４,１０６がオンして短絡すると、Ｖout＝Ｖinとなるから、リセットレベルＶoは、図１３に示すように、Ｖout＝Ｖinなる直線との交点として定められる。
【０００８】
次に、図１１に示す期間Ｔ２では、ゲート駆動信号φＲ(ｎ)がローレベルとなって、リセットトランジスタ１０６はオフ状態になるが、ゲート駆動信号φＳ(ｎ)はハイレベルのままであり、選択トランジスタ１０４はオン状態になっている。したがって、電荷検出ノード１０８の電位を反転増幅した出力(リセットレベルＶo)が、オン状態の選択トランジスタ１０４を介して垂直信号線１０９に読み出される。
【０００９】
次の期間Ｔ３では、ゲート駆動信号φＳ(ｎ)がローレベルとなって、選択トランジスタ１０４はオフ状態になる。ここで、ゲート駆動信号φＴ(ｎ,１)がハイレベルとなって、転送トランジスタ１０２がオン状態になり、フォトダイオード１０１に蓄積された信号電荷が、オン状態の転送トランジスタ１０２を通して電荷検出ノード１０８に転送される。さらに、ゲート駆動信号φＴ(ｎ,１)に同期して、昇圧信号φＣ(ｎ)がハイレベルとなり、キャパシタ１１１(容量Ｃｕｐ)を介した容量結合により、電荷検出ノード１０８のポテンシャルが深くなる。したがって、フォトダイオード１０１から電荷検出ノード１０８への電荷転送が促進される。
【００１０】
次の期間Ｔ４では、ゲート駆動信号φＴ(ｎ,１)がローレベルになって、転送トランジスタ２がオフ状態になる。また、ゲート駆動信号φＣ(ｎ)がローレベルとなるので、キャパシタ１１１を介した容量結合による電荷検出ノード１０８のポテンシャル変化は解消される。これにより、電荷検出ノード１０８には、期間Ｔ２でのリセットレベル(電位Ｖo)から期間Ｔ３での信号電荷転送による変化分ずれた電位(信号レベル)が保持される。この信号レベルは、増幅トランジスタ１０３Ａと定電流負荷トランジスタ１０３Ｂとで構成される定電流負荷型ソース接地反転増幅器によって増幅され、オン状態の選択トランジスタ１０４を通して垂直信号線１０９に読み出される。
【００１１】
その後、垂直信号線１０９に読み出された期間Ｔ２のリセットレベルと期間Ｔ４の信号レベルとの間の差信号を取れば、画素に入射した光により発生した電荷による実効的な信号が得られる。
【００１２】
１水平走査期間(１Ｈ期間)後、ゲート駆動信号φＴ(ｎ,２)の駆動により上記期間Ｔ１からＴ４における同様の動作が行われる。
【００１３】
このようにして、期間Ｔ１からＴ４までの動作を１水平走査期間(１Ｈ期間)ごとにｋ回繰り返せば、列毎にｋ個のフォトダイオード１０１からの信号をそれぞれ増幅して垂直信号線１０９に出力することができる。
【００１４】
さて、フォトダイオード１から転送された電荷量をＱsigとし、上記定電流負荷型ソース接地型反転増幅器のゲインをＡとすれば、読み出される実効的な信号は、
Ｖsig  ＝  Ａ・Ｑsig／［ＣFD＋Ｃup＋(１＋Ａ)Ｃin］    ………  (１)
となる。ここで、上記定電流負荷ソース接地型反転増幅器のゲインＡは、
2008193201.tif 000003
である。上記式(２)において、ｇｍは増幅トランジスタ１０３Ａのトランスコンダクタンス、ｒonは増幅トランジスタ１０３Ａの出力抵抗、ｒopは定電流負荷トランジスタ１０３Ｂの出力抵抗である。
【００１５】
特に、ゲインＡが非常に大きい場合は、上記式(１)から、
Ｖsig≒Ｑsig／Ｃin    ………  (３)
となる。したがって、電荷電圧変換効率ηは、
η＝Ｖsig／Ｑsig  ＝  １／Ｃin    ………  (４)
となる。この式(４)から分かるように、ゲインＡが非常に大きい場合は、出力される信号に対する電荷検出ノード１０８の容量ＣFDの影響は、実質的に殆ど無くなる。したがって、列方向に接続される画素数が増加して、容量ＣFDが大きくなっても、電荷電圧変換効率ηの低下が発生しない。
【００１６】
しかしながら、特許文献１(特開２００５−２１７６０７号公報)の技術では、次のような問題が生じる。すなわち、上記定電流負荷ソース接地型反転増幅器は、負荷容量の大きな垂直信号線１０９を短期間で駆動しなければならない。一方、定電流負荷型ソース接地反転増幅器の出力抵抗ＺoutおよびゲインＡとバイアス電流Ｉbiasとの関係は以下の式で表される。
Ｚout ∝ (Ｉbias)-1    ………  (５)
ｇｍ  ∝ (Ｉbias)1/2    ………  (６)
∴  Ａ    ∝ (Ｉbias)-1/2    ………  (７)
【００１７】
従って、負荷容量の大きな垂直信号線１０９を駆動するために、バイアス電流Ｉbiasを増やして出力抵抗Ｚoutを下げる必要があるが、その場合、逆にゲインＡも下がってしまい、電荷電圧変換効率ηが低下するという問題がある。
【００１８】
例えば、垂直信号線１０９の負荷１ｐＦを１μＳで駆動が必要な場合、Ｚout＝１４０ｋΩであり、そのときのｇｍ＝０.２５ｍＳ程度、よってゲインＡ＝３５となる。
【００１９】
今、１つのスイッチトキャパシタアンプ部２０が８画素を共有する構成とした場合、
ＣFD＝２ｆＦ×８＝１６ｆＦ
Ｃup＝ＣFD
Ｃin＝１ｆＦ
とすれば、
［ＣFD＋Ｃup＋(１＋Ａ)Ｃin］／Ａ  ＝  １.９４ｆＦ
となり、Ｃinの約２倍の大きな値になってしまい、電荷電圧変換効率ηが低下してしまう。
【特許文献１】特開２００５−２１７６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
そこで、この発明の課題は、１画素当たりのトランジスタ数を削減して画素サイズの小型化を図りつつ、ノイズの少ない高画質の画像を得ることができる増幅型固体撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、この発明の増幅型固体撮像装置は、
光電変換素子とこの光電変換素子の信号電荷を転送する転送トランジスタとを有する光電変換部を複数備え、上記複数の光電変換部の夫々からの信号を増幅して共通の信号線に出力する増幅型固体撮像装置であって、
上記複数の光電変換部の出力端子が共通に接続された電荷検出ノードに入力側が接続され、上記複数の光電変換部の夫々からの上記信号電荷を電圧に変換するスイッチトキャパシタアンプ部と、
上記スイッチトキャパシタアンプ部により電圧に変換された上記信号を上記共通の信号線に電流増幅して出力する電流増幅部と
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成の増幅型固体撮像装置によれば、上記複数の光電変換部の光電変換素子の夫々から転送トランジスタを介して信号電荷を電荷検出ノードに転送し、各光電変換部から電荷検出ノードに転送された信号電荷をスイッチトキャパシタアンプ部により電圧に変換し、その電圧に変換された信号を電流増幅部により電流増幅して共通の信号線に出力する。このように、複数の光電変換部に対してスイッチトキャパシタアンプ部と電流増幅部が共通になっているので、単位画素当りのトランジスタ数を削減することが可能となる。また、上記光電変換素子の信号電荷を電圧に変換する回路をスイッチトキャパシタ型としているので、上記電荷検出ノードの容量を実効的に低減することが可能となり、電荷電圧変換効率を高めることができる。さらに、上記電流増幅部によって、スイッチトキャパシタアンプ部による電荷検出ノードの容量の低減効果がさらに増し、電荷電圧変換効率をより高めることができる。したがって、１画素当たりのトランジスタ数を削減して画素サイズの小型化を図りつつ、ノイズの少ない高画質の画像を得ることができる。
【００２３】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、
上記スイッチトキャパシタアンプ部は、
上記電荷検出ノードに入力端子が接続された反転増幅器と、
上記電荷検出ノードと上記反転増幅器の出力端子との間に接続されたリセットトランジスタと、
上記電荷検出ノードと上記反転増幅器の出力端子との間に接続された第１キャパシタンス素子と
を有する。
【００２４】
上記実施形態によれば、上記電荷検出ノードと入力端子が接続された反転増幅器と、電荷検出ノードと反転増幅器の出力端子との間に接続されたリセットトランジスタと、電荷検出ノードと反転増幅器の出力端子との間に接続された第１キャパシタンス素子とを有するスイッチトキャパシタアンプ部を用いることによって、簡単な構成で光電変換素子の信号電荷を電圧に変換することができる。
【００２５】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、上記スイッチトキャパシタアンプ部の上記反転増幅器は、定電流負荷ソース接地型反転増幅器である。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記スイッチトキャパシタアンプ部の反転増幅器に定電流負荷ソース接地型反転増幅器を用いることによって、少ない回路構成で反転増幅器のゲインを大きくでき、電荷電圧変換効率を高めることができる。
【００２７】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、上記定電流負荷ソース接地型反転増幅器の定電流負荷は、ディプリージョンタイプのトランジスタである。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記定電流負荷ソース接地型反転増幅器の定電流負荷に、ディプリージョンタイプのトランジスタを用いることによって、そのトランジスタのゲートソース間を短絡するだけで簡単に定電流負荷をスイッチトキャパシタアンプ部内に構成できる。
【００２９】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、
上記電流増幅部は、上記スイッチトキャパシタアンプ部の出力端子がゲートに接続された電流増幅用ＭＯＳトランジスタを有し、
上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタに上記共通の信号線を介して共通の負荷部が接続されて、
上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタと上記共通の信号線とで増幅器を構成している。
【００３０】
上記実施形態によれば、上記電流増幅部の電流増幅用ＭＯＳトランジスタに共通の信号線を介して共通の負荷部が接続され、電流増幅用ＭＯＳトランジスタと共通の負荷部とで増幅器を構成することによって、電流増幅部の負荷部を共通化でき、回路を簡略化できる。
【００３１】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、上記電流増幅部は、上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタと上記共通の信号線との間に接続された選択トランジスタを有している。
【００３２】
上記実施形態によれば、複数の光電変換部群毎にスイッチトキャパシタアンプ部と電流増幅部を備えた構成において、電流増幅用ＭＯＳトランジスタと共通の信号線との間に接続された選択トランジスタによって光電変換部群を選択して、選択された光電変換部群から選ばれた光電変換部の信号を共通の信号線に出力することが可能になる。
【００３３】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタと上記共通の負荷部の組み合わせによりドレイン接地型ソースフォロワ回路を構成する。
【００３４】
上記実施形態によれば、上記電流増幅用ＭＯＳトランジスタと共通の負荷部とを組み合わせたドレイン接地型ソースフォロワ回路は、入力インピーダンスを高くかつ出力インピーダンスを低くできるので、少ない回路構成で、十分な駆動能力を得ることができる。また、上記ドレイン接地型ソースフォロワ回路の入力容量が小さいため、前段の上記スイッチトキャパシタアンプ部の駆動電流を抑えることができ、ひいてはスイッチトキャパシタアンプ部に大きなゲインが得られ、電荷電圧変換効率を高めることにつながる。
【００３５】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、上記光電変換素子が埋め込み型のフォトダイオードである。
【００３６】
上記実施形態によれば、埋め込み型のフォトダイオードからの信号電荷転送を完全とすることによって、極めて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。
【００３７】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、
上記電荷検出ノードに一端が接続された第２キャパシタンス素子と、
上記第２キャパシタンス素子の他端に接続され、上記第２キャパシタンス素子を介した容量結合によって上記電荷検出ノードのポテンシャルを深くするための昇圧部と
を備えた。
【００３８】
上記実施形態によれば、光電変換素子から転送トランジスタを介して電荷検出ノードに電荷を転送するとき、昇圧部によって、第２キャパシタンス素子の他端の電位を制御して電荷検出ノードのポテンシャルを深くすることによって、信号電荷の転送を容易にする。これにより、光電変換素子に蓄積された信号電荷が失われることなく完全に転送され、極めて低ノイズ化でき、高画質の画像を得ることが可能となる。
【００３９】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、
上記スイッチトキャパシタアンプ部は、電圧に変換された上記信号を選択トランジスタを介して出力する選択型スイッチトキャパシタアンプ部であって、
上記選択型スイッチトキャパシタアンプ部を複数備え、
上記複数の選択型スイッチトキャパシタアンプ部の出力端子が共通に接続されたノードが上記電流増幅部の入力側に接続されている。
【００４０】
上記実施形態によれば、上記複数の選択型スイッチトキャパシタアンプ部の出力端子が共通に接続されたノードが電流増幅部の入力側に接続されていることによって、複数の選択型スイッチトキャパシタアンプ部で電流増幅部が共有されるため、単位画素あたりに必要な上記電流増幅部の数が減少し、ひいては単位画素あたりに占めるトランジスタ数をさらに削減できる。特に、共有する光電変換部の数が多いほど効果があり、その分だけ光電変換素子の占める面積を大きくすることができ、ひいては高感度化を実現できる。
【００４１】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、上記スイッチトキャパシタアンプ部の上記反転増幅器の電源線の電位を制御する制御部を備えた。
【００４２】
上記実施形態によれば、上記反転増幅器の電源線の電位を制御部により制御することによって、光電変換部が非選択行の場合に動作を停止させることが可能となり、従来必要であった選択トランジスタが不要となり、単位画素あたりのトランジスタ数を削減できる。
【００４３】
また、一実施形態の増幅型固体撮像装置では、上記制御部によって、上記スイッチトキャパシタアンプ部の上記反転増幅器の電源線の電位をハイレベルとローレベルのうちの上記ローレベルにすることにより、上記反転増幅器の出力をローレベルとして上記電流増幅部の動作を停止させる。
【００４４】
上記実施形態によれば、上記制御部によって、スイッチトキャパシタアンプ部の反転増幅器の電源線の電位をハイレベルからローレベルにすることにより、容易に電流増幅部の動作を停止させることができる。
【発明の効果】
【００４５】
以上より明らかなように、この発明の増幅型固体撮像装置によれば、１画素当たりのトランジスタ数を削減して画素サイズの小型化を図りつつ、ノイズの少ない高画質の画像を得ることができる増幅型固体撮像装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、この発明の増幅型固体撮像装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４７】
(第１実施形態)
図１は、この発明の第１実施形態の２次元増幅型固体撮像装置の一部を示す回路図である。それらの画素は、マトリックス(行列)状に２次元配列され、簡単のため、ｉ列内のｎ行目を示しており、各行内でｍ個の画素群が含まれている(ただし、ｍ≧２、ｎ≧２、ｉ≧２である)。
【００４８】
図１では、複数行,複数列の光電変換部１０のうちのｉ列目のｍ個の光電変換部１０からなる光電変換部群と、その光電変換部群に接続された１つのスイッチトキャパシタアンプ部２０と、その１つのスイッチトキャパシタアンプ部２０に接続された１つの電流増幅部２１を示している。
【００４９】
この２次元増幅型固体撮像装置は、図１に示すように、光電変換部１０と、スイッチトキャパシタアンプ部２０と、電流増幅部２１と、共通の負荷部の一例としての垂直信号線負荷部２２と、昇圧部と制御部を含む垂直走査回路２５とからなる。上記光電変換部１０は、光電変換素子の一例としての埋め込み型のフォトダイオード１と、このフォトダイオード１の信号電荷を転送する転送トランジスタ２とを備えている。
【００５０】
また、上記スイッチトキャパシタアンプ部２０は、各光電変換部１０の転送トランジスタ２の出力端子が共通に接続された電荷検出ノード８(その容量をＣFDで表す)と、その電荷検出ノード８がゲートに接続された増幅トランジスタ３Ａとディプリージョンタイプの定電流負荷トランジスタ３Ｂからなる定電流負荷型ソース接地反転増幅器と、電荷検出ノード８と反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の出力との間に接続されたリセットトランジスタ６と、電荷検出ノード８と反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の出力との間に接続された第１キャパシタンス素子の一例としてのキャパシタ７(その容量をＣinで表す)と、この電荷検出ノード８と後述する昇圧信号線との間に、第２キャパシタンス素子の一例としてのキャパシタ１１(その容量をＣupで表す)とを有する。
【００５１】
また、上記電流増幅部２１は、スイッチトキャパシタアンプ部２０の出力と共通の信号線の一例としての垂直信号線９との間に挿入され、スイッチトキャパシタアンプ部２０の出力端子がゲートに接続された電流増幅用ＭＯＳトランジスタである電流増幅トランジスタ５Ａと、電流増幅トランジスタ５Ａの出力と垂直信号線９との間に接続された選択トランジスタ４とを有する。
【００５２】
また、垂直信号線負荷部２２は、垂直信号線９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５Ｂからなる。上記電流増幅部２１内の電流増幅トランジスタ５Ａと定電流負荷トランジスタ５Ｂとの組み合わせにより、ドレイン接地ソースフォロワ回路を構成する。
【００５３】
図１において、Ｔ(ｎ,１)、Ｔ(ｎ,２)、…、Ｔ(ｎ,ｍ)は、各転送トランジスタ２を制御するためのゲート駆動信号線であり、Ｒ(ｎ)は、リセットトランジスタ６を制御するためのゲート駆動信号線であり、Ｓ(ｎ)は、選択トランジスタ４を制御するためのゲート駆動信号線である。
【００５４】
また、Ｃ(ｎ)は昇圧信号線であり、この昇圧信号線Ｃ(ｎ)は、第２キャパシタンス素子としてのキャパシタ１１が接続されている。動作時には、垂直走査回路２５の制御部によって、所定のタイミングで昇圧信号φＣ(ｎ)が高電位に持ち上げられ、キャパシタ１１を介した容量結合によって電荷検出ノード８のポテンシャルを深くすることができる。
【００５５】
上記ゲート駆動信号線Ｔ(ｎ,１)、Ｔ(ｎ,２)、…、Ｔ(ｎ,ｍ)を介して、垂直走査回路２５からのゲート駆動信号φＴ(ｎ,１)、φＴ(ｎ,２)、…、φＴ(ｎ,ｍ)が各転送トランジスタ２のゲートに印加される。また、上記ゲート駆動信号線Ｒ(ｎ)を介して、垂直走査回路２５からのゲート駆動信号φＲ(ｎ)がスイッチトキャパシタアンプ部２０のリセットトランジスタ６のゲートに印加される。また、上記ゲート駆動信号線Ｓ(ｎ)を介して、垂直走査回路２５からのゲート駆動信号φＳ(ｎ)が電流増幅部２１の選択トランジスタ４のゲートに印加される。さらに、上記昇圧信号線Ｃ(ｎ)を介して、垂直走査回路２５からの昇圧信号φＣ(ｎ)がスイッチトキャパシタアンプ部２０のキャパシタ１１の他端に印加される。
【００５６】
図２は、上記２次元増幅型固体撮像装置の動作タイミングを示している。
【００５７】
図２に示す期間Ｔ１では、まず選択トランジスタ４に印加されるゲート駆動信号φＳ(ｎ)がハイレベルとなり、リセットトランジスタ６に印加されるゲート駆動信号φＲ(ｎ)がハイレベルとなる。これによりリセットトランジスタ６がオン状態になり、増幅トランジスタ３Ａと定電流負荷トランジスタ３Ｂとで構成される定電流負荷型ソース接地反転増幅器の働きによって、電荷検出ノード８と定電流負荷型ソース接地反転増幅器の出力電位が或る一定の電位Ｖo(リセットレベル)にリセットされる。
【００５８】
上記リセットレベルＶoは、次のようにして定められる。増幅トランジスタ３Ａと定電流負荷トランジスタ３Ｂとで構成される定電流負荷型ソース接地反転増幅器の回路は、図３のように表される。そして、図４に示すように、この反転増幅器の入力をＶinとし、出力をＶoutとし、上述のようにリセットトランジスタ６がオンして入出力が短絡すると、Ｖout＝Ｖinとなるから、リセットレベルＶoは、Ｖout＝Ｖinなる直線との交点として定められる。
【００５９】
リセットレベルＶoを入力とする、電流増幅用トランジスタ５Ａと定電流負荷トランジスタ５Ｂとで構成されたドレイン接地ソースフォロワ回路(５Ａ,５Ｂ)の出力Ｖsig(i)が、垂直信号線９に出力される。
【００６０】
次の期間Ｔ２では、ゲート駆動信号φＲ(ｎ)がローレベルとなって、リセットトランジスタ６はオフ状態になる。一方、ゲート駆動信号φＳ(ｎ)はハイレベルのままであり、選択トランジスタ４はオン状態になっている。したがって、電荷検出ノード８の電位を反転増幅した出力、つまり上記リセットレベルＶoを入力としたソースフォロワ回路(５Ａ,５Ｂ)の出力Ｖsig(i)が、オン状態の選択トランジスタ４を介して垂直信号線９に読み出される。
【００６１】
次の期間Ｔ３では、ゲート駆動信号φＴ(ｎ,１)がハイレベルとなって、転送トランジスタ２がオン状態になる。フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が、オン状態の転送トランジスタ２を通して電荷検出ノード８に転送される。さらに、ゲート駆動信号φＴ(ｎ,１)に同期して、昇圧信号φＣ(ｎ)がハイレベルとなる。これにより、キャパシタ１１(容量Ｃｕｐ)を介した容量結合により、電荷検出ノード８のポテンシャルが深くなる。したがって、フォトダイオード１から電荷検出ノード８への電荷転送が促進される。なお、電荷検出ノード８のポテンシャル変化は、昇圧信号線Ｃ(ｎ)の電位上昇分をキャパシタ１１の容量Ｃｕｐと電荷検出ノード８の容量ＣFDとで分配したものに相当する。
【００６２】
次の期間Ｔ４では、ゲート駆動信号φＴ(ｎ,１)がローレベルになって、転送トランジスタ２がオフ状態になる。また、ゲート駆動信号φＣ(ｎ)がローレベルとなるので、キャパシタ１１を介した容量結合による電荷検出ノード８のポテンシャル変化は解消される。これにより、電荷検出ノード８には、期間Ｔ２でのリセットレベル(電位Ｖo)から期間Ｔ３での信号電荷転送による変化分ずれた電位(信号レベル)が保持される。この信号レベルは、増幅トランジスタ３Ａと定電流負荷トランジスタ３Ｂとで構成される定電流負荷型ソース接地反転増幅器によって増幅され、その増幅された信号を入力としたドレイン接地ソースフォロワ回路(５Ａ,５Ｂ)の出力Ｖsig(i)が、オン状態の選択トランジスタ４を介して垂直信号線９に読み出される。
【００６３】
そして、垂直信号線９に読み出された期間Ｔ２のリセットレベルと期間Ｔ４の信号レベルとの間の差信号を既知のＣＤＳ(相関２重サンプリング)回路や差動回路などで取れば、１番目の光電変換部１０のフォトダイオード１に入射した光により発生した電荷による実効的な信号が得られる。
【００６４】
１水平走査期間(１Ｈ期間)後、２番目の光電変換部１０に対して、上記期間Ｔ１からＴ４における同様の動作が、ゲート駆動信号φＴ(ｎ,１)に代わってφＴ(ｎ,２)を駆動することで行われる。
【００６５】
このようにして、光電変換部１０毎に期間Ｔ１からＴ４までの動作を繰り返せば、列毎に各フォトダイオード１からの信号をそれぞれ増幅して垂直信号線９に出力することができる。垂直信号線９に読み出された信号Ｖsig(i)は、各垂直信号線に対して共通に設けられた図示しない水平信号線を通して順次出力される。
【００６６】
さて、フォトダイオード１から転送された電荷量をＱsigとし、上記定電流負荷型ソース接地型反転増幅器のゲインをＡとし、上記ソースフォロワ回路のゲインをＢとすれば、読み出される実効的な信号は、
Ｖsig＝Ｂ・Ａ・Ｑsig／［ＣFD＋Ｃup＋(１＋Ａ)Ｃin］    ………  (８)
となる。ここで、ソースフォロワ回路のゲインＢは０.９程度、定電流負荷ソース接地型反転増幅器のゲインＡは、
2008193201.tif 000004
である。式(９)中のｇｍは増幅トランジスタ３Ａのトランスコンダクタンス、ｒonは増幅トランジスタ３Ａの出力抵抗、ｒopは定電流負荷トランジスタ３Ｂの出力抵抗である。特に、ゲインＡが非常に大きい場合は、式(８)から
Ｖsig≒Ｂ・Ｑsig／Ｃin    ………  (１０)
となる。したがって、電荷電圧変換効率ηは
η＝Ｖsig／Ｑsig＝Ｂ／Ｃin    ………  (１１)
となる。この式(１１)から分かるように、ゲインＡが非常に大きい場合は、出力される信号に対する電荷検出ノード８の容量ＣFDの影響は、実質的に殆ど無くなる。
【００６７】
ところが、従来の増幅型固体撮像装置の場合、スイッチトキャパシタアンプ部２０が垂直信号線９を直接駆動するため、出力抵抗Ｚoutを下げる必要があり、反転増幅器のゲインＡがあがらず、結果として電荷電圧変換効率ηが低下するという問題があった。これに対して、この発明では、スイッチトキャパシタアンプ部２０と垂直信号線９との間に電流増幅部２１を設けているため、スイッチトキャパシタアンプ部２０の出力抵抗Ｚoutを下げる必要がなく、反転増幅器のゲインＡを高く保つことができる。
【００６８】
例えば、電流増幅部２１の入力負荷は垂直信号線９の１００分の１以下であり、出力抵抗Ｚoutを従来例より１００倍にした場合、
Ｚout＝１４ＭΩ
であり、ゲインＡ＝３５０となる。
【００６９】
今、１つのスイッチトキャパシタアンプ部２０が８画素を共有する構成とした場合、同様に、
ＣFD＝２ｆＦ×８＝１６ｆＦ
Ｃup＝ＣFD
Ｃin＝１ｆＦ
とすれば、
［ＣFD＋Ｃup＋(１＋Ａ)Ｃin］／Ａ  ＝  １.０９ｆＦ
となり、Ｃinとほとんど同じ値になり、電荷電圧変換効率ηが低下を防ぐことができる。
【００７０】
したがって、列方向に共通に接続される光電変換部１０の数ｍが増加して、電荷検出ノード８の容量ＣFDが大きくなっても、電荷電圧変換効率ηの低下が発生しない。これは従来の増幅型固体撮像装置に比べて、この発明により若干のトランジスタの数の増加分(定電流負荷トランジスタ３Ｂと電流増幅トランジスタ５Ａ)を補って余りある。
【００７１】
つまり、従来の増幅型固体撮像装置の場合、１つのスイッチトキャパシタアンプ部２０が８画素を共有する構成として、
１画素あたりの占有トランジスタ数は、
画素あたりの占有トランジスタ数  ＝  １１／８  ＝  １.３７５トランジスタ／画素
となり、
ＣFD＝２ｆＦ×８＝１６ｆＦ
Ｃup＝ＣFD
Ｃin＝１ｆＦ
とし、ゲインＡ＝３５とすれば、電荷電圧変換率は、
電荷電圧変換率  ＝  １／１.９４(ｆＦ)
＝  ５.１５×１０１４(Ｖ／クーロン)
＝  ８.２４×１０−５(Ｖ／電子)
＝  ８２.４(μＶ／電子)
である。この発明の増幅型固体撮像装置の場合、同様に１つのスイッチトキャパシタアンプ部２０が８画素を共有する構成として、ゲインＡ＝３５０とし、ソースフォロワ回路のゲインＢ＝０.９とすれば、
画素あたりの占有トランジスタ数  ＝  １３／８  ＝  １.６２５トランジスタ／画素
電荷電圧変換率  ＝  １／１.０９(ｆＦ)×Ｂ
＝  ９.１７×１０１４(Ｖ／クーロン)×０．９
＝  １３.２×１０−５(Ｖ／電子)
＝  １３２(μＶ／電子)
となり、１画素あたりのトランジスタ数１８％増加に対して、電荷電圧変換率は６０％向上する。このように、本発明が高感度化に有用であることは明らかである。
【００７２】
上記構成の２次元増幅型固体撮像装置によれば、複数の光電変換部１０のフォトダイオード１の夫々から転送トランジスタ２を介して信号電荷を電荷検出ノード８に転送し、各光電変換部１０から電荷検出ノード８に転送された信号電荷をスイッチトキャパシタアンプ部２０により電圧に変換し、その電圧に変換された信号を電流増幅部２１により電流増幅して垂直信号線９に出力する。このように、複数の光電変換部１０に対してスイッチトキャパシタアンプ部２０と電流増幅部２１が共通になっているので、単位画素当りのトランジスタ数を削減することが可能となる。また、上記フォトダイオード１の信号電荷を電圧に変換する回路をスイッチトキャパシタ型としているので、上記電荷検出ノード８の容量を実効的に低減することが可能となり、電荷電圧変換効率を高めることができる。さらに、上記電流増幅部２１によって、スイッチトキャパシタアンプ部２０による電荷検出ノード８の容量の低減効果がさらに増し、電荷電圧変換効率をより高めることができる。したがって、１画素当たりのトランジスタ数を削減して画素サイズの小型化を図りつつ、ノイズの少ない高画質の画像を得ることができる。
【００７３】
また、上記電荷検出ノード８と入力端子が接続された反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)、電荷検出ノード８と反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の出力端子との間に接続されたリセットトランジスタと、電荷検出ノード８と反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の出力端子との間に接続されたキャパシタ７とを有するスイッチトキャパシタアンプ部２０を用いることによって、簡単な構成でフォトダイオード１の信号電荷を電圧に変換することができる。
【００７４】
また、上記スイッチトキャパシタアンプ部２０の反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)に定電流負荷ソース接地型反転増幅器を用いることによって、少ない回路構成で反転増幅器のゲインを大きくでき、電荷電圧変換効率を高めることができる。
【００７５】
また、上記定電流負荷ソース接地型反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の定電流負荷に、ディプリージョンタイプの定電流負荷トランジスタ３Ｂを用いることによって、そのゲートソース間を短絡するだけで簡単に定電流負荷をスイッチトキャパシタアンプ部２０内に構成できる。
【００７６】
なお、エンハンスメント型でゲートソース間を短絡した場合、電流が流れず、また、エンハンスメント型でドレインソース間を短絡した場合、電流は流れても定電流負荷にはならず、大きなアンプゲインが得られない。したがって簡易構成で大きなアンプゲインが得られる定電流負荷を構成するためには、ディプリージョンタイプのトランジスタであることが必要である。
【００７７】
また、上記電流増幅部２１は、スイッチトキャパシタアンプ部２０の出力端子がゲートに接続された電流増幅用ＭＯＳトランジスタを用いた電流増幅トランジスタ５Ａを有し、その電流増幅トランジスタ５Ａに垂直信号線９を介して垂直信号線負荷部２２が接続されて、電流増幅トランジスタ５Ａと垂直信号線負荷部２２とで増幅器を構成しているので、電流増幅部２１の負荷部を共通化でき、回路を簡略化できる。
【００７８】
また、上記電流増幅部２１は、電流増幅トランジスタ５Ａと垂直信号線９との間に選択トランジスタ４を接続することによって、複数の光電変換部群毎にスイッチトキャパシタアンプ部２０と電流増幅部２１を備えた構成において、電流増幅トランジスタ５Ａと垂直信号線９の間に接続された選択トランジスタ４によって光電変換部群を選択して、選択された光電変換部群から選ばれた光電変換部１０の信号を垂直信号線９に出力することが可能となる。
【００７９】
また、上記電流増幅トランジスタ５Ａと垂直信号線負荷部２２とを組み合わせたドレイン接地型ソースフォロワ回路は、出力インピーダンスを低くできるので、少ない回路構成で、十分な駆動能力を得ることができる。また、上記ドレイン接地型ソースフォロワ回路の入力容量が小さいため、前段の上記スイッチトキャパシタアンプ部２０の駆動電流を抑えることができ、ひいてはスイッチトキャパシタアンプ部２０に大きなゲインが得られ、電荷電圧変換効率を高めることにつながる。
【００８０】
また、フォトダイオード１は埋め込み型のフォトダイオードであるから、このフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が失われることなく転送され、低ノイズ化でき、高画質な画像を得ることが可能となる。
【００８１】
また、フォトダイオード１から転送トランジスタ２を介して電荷検出ノード８に電荷を転送するとき、垂直走査回路２５の昇圧部によって、キャパシタ１１の他端の電位を制御して電荷検出ノード８のポテンシャルを深くし、信号電荷の転送を容易にする。これにより、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が失われることなく完全に転送され、極めて低ノイズ化でき、高画質の画像を得ることが可能となる。
【００８２】
(第２実施形態)
図５Ａ,図５Ｂは、この発明の第２実施形態の２次元増幅型固体撮像装置の一部を示す回路図である。
【００８３】
第１実施形態の場合、スイッチトキャパシタアンプ部２０と電流増幅部２１は同じ数だけ２次元増幅型固体撮像装置に含まれるが、この第２実施形態では、複数の選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａが電流増幅部２１を共有している。その他の構成要素で第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を用いており、個々の説明を省略する。
【００８４】
図５Ａ,図５Ｂでは、複数行,複数列の光電変換部１０のうちのｉ列目の夫々ｍ個の光電変換部１０からなる２つの光電変換部群と、その２つの光電変換部群毎に接続された２つの選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａと、その２つの選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａに接続された１つの電流増幅部２１を示している。
【００８５】
また、Ｔ(ｎ,１,１)、…、Ｔ(ｎ,１,ｍ)、Ｔ(ｎ,２,１)、…、Ｔ(ｎ,２,ｍ)は、各転送トランジスタ２を制御するためのゲート駆動信号線であり、Ｒ(ｎ,１)、Ｒ(ｎ,２)は、リセットトランジスタ６を制御するためのゲート駆動信号線であり、Ｓ(ｎ)は、選択トランジスタ４を制御するためのゲート駆動信号線である。また、Ｓ２(ｎ,１)、Ｓ２(ｎ,２)は、選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａの選択トランジスタ４１を制御するためのゲート駆動信号線であり、Ｃ(ｎ,１)、Ｃ(ｎ,２)は昇圧信号線である。
【００８６】
上記ゲート駆動信号線Ｔ(ｎ,１,１)、…、Ｔ(ｎ,１,ｍ)、Ｔ(ｎ,２,１)、…、Ｔ(ｎ,２,ｍ)を介して、垂直走査回路２５からのゲート駆動信号φＴ(ｎ,１,１)、…、φＴ(ｎ,１,ｍ)、φＴ(ｎ,２,１)、…、φＴ(ｎ,２,ｍ)が各転送トランジスタ２のゲートに印加される。また、上記ゲート駆動信号線Ｒ(ｎ,１)、Ｒ(ｎ,２)を介して、垂直走査回路２５からのゲート駆動信号φＲ(ｎ,１)、φＲ(ｎ,２)が選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａのリセットトランジスタ６のゲートに印加される。また、上記ゲート駆動信号線Ｓ(ｎ)を介して、垂直走査回路２５からのゲート駆動信号φＳ(ｎ)が電流増幅部２１の選択トランジスタ４のゲートに印加される。また、上記ゲート駆動信号線Ｓ２(ｎ,１)、Ｓ２(ｎ,２)を介して、垂直走査回路２５からのゲート駆動信号φＳ２(ｎ,１)、φＳ２(ｎ,２)が選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａの選択トランジスタ４１のゲートに印加される。さらに、上記昇圧信号線Ｃ(ｎ,１)、Ｃ(ｎ,２)を介して、垂直走査回路２５からの昇圧信号φＣ(ｎ,１)、φＣ(ｎ,２)が選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａのキャパシタ１１の他端に印加される。
【００８７】
この第２実施形態の２次元増幅型固体撮像装置では、選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａには、新たに選択トランジスタ４１が付加されるが、電流増幅部２１が複数の選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａで共有されるため、単位画素あたりの占めるトランジスタ数が第１実施形態の２次元増幅型固体撮像装置に比べて、１画素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。これは共有する光電変換部１０の数ｍが多いほど効果があり、そして、その分だけフォトダイオード１の占める面積を大きくすることができ、ひいては高感度化を実現できる。
【００８８】
なお、図６に駆動タイミングを示すが、第１実施形態の２次元増幅型固体撮像装置と同じ駆動原理である。
【００８９】
また、上記複数の選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａの出力端子が共通に接続されたノードが電流増幅部２１の入力側に接続されていることによって、複数の選択型スイッチトキャパシタアンプ部２０Ａが電流増幅部２１を共有するため、単位画素あたりに必要な電流増幅部の数が減少し、ひいては単位画素あたりに占めるトランジスタ数をさらに削減できる。特に、共有する光電変換部１０の数が多いほど効果があり、その分だけフォトダイオード１の占める面積を大きくすることができ、ひいては高感度化を実現できる。
【００９０】
(第３実施形態)
図７は、この発明の第３実施形態の２次元増幅型固体撮像装置の一部を示す回路図である。
【００９１】
この第３実施形態の２次元増幅型固体撮像装置の第１実施形態との違いは、電流増幅部２１Ａは選択トランジスタを含まず、またスイッチトキャパシタアンプ部２０Ｂは反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の電源線を電源電位に固定せず、Ｖ(ｎ)なる制御線で制御している。その他の構成要素は第１実施形態と同じであり、同じ構成には同じ符号を用い、個々の説明を省略する。
【００９２】
図８にｎ行目が選択行の場合の駆動タイミングを示す。これは第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００９３】
図９にｎ行目が非選択行の場合の駆動タイミングを示す。この場合、各転送トランジスタ２を制御するためのゲート駆動信号線Ｔ(ｎ,１)、Ｔ(ｎ,２)、…、Ｔ(ｎ,ｍ)、リセットトランジスタ６を制御するためのゲート駆動信号線Ｒ(ｎ)、選択トランジスタ４を制御するためのゲート駆動信号線Ｓ(ｎ)、昇圧信号線Ｃ(ｎ)は非選択のためローレベルである。
【００９４】
また、Ｔ１からＴ４の間は、制御線Ｖ(ｎ)を介して反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の電源線に印加された制御信号φＶ(ｎ)がローレベルとなるため、定電流負荷トランジスタ３Ｂを通じて反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の出力(すなわち電流増幅部２１Ａの電流増幅トランジスタ５Ａの入力)が接地レベルになる。
【００９５】
このため、電流増幅トランジスタ５Ａがオフ状態となるので、第１実施形態のような選択トランジスタを含まずとも、ｎ行の非選択動作を実現することができる。この選択トランジスタの削除により、単位画素あたりの占めるトランジスタ数が第１実施形態に比べて、１画素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。そして、その分だけフォトダイオード１の占める面積を大きくすることができ、ひいては高感度化を実現できる。
【００９６】
また、上記反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の電源線の電位を垂直走査回路２５の制御部により制御することによって、光電変換部１０が非選択行の場合に動作を停止させることができ、従来必要であった選択トランジスタが不要となり、単位画素あたりのトランジスタ数を削減できる。
【００９７】
また、上記垂直走査回路２５の制御部によって、上記スイッチトキャパシタアンプ部２０Ｂの反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の電源線の電位をローレベルにすることにより、反転増幅器(３Ａ,３Ｂ)の出力をローレベルとして電流増幅部２１Ａの動作を停止させることができる。
【００９８】
また、上記第１〜第３実施形態では、増幅型固体撮像装置の一例としての画素が２次元配列された２次元増幅型固体撮像装置について説明したが、画素が１次元配列された増幅型固体撮像装置に本発明を適用してもよい。
【００９９】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の２次元増幅型固体撮像装置の構成を示す図である。
【図２】図２は上記２次元増幅型固体撮像装置の動作タイミングを示すチャート図である。
【図３】図３は上記２次元増幅型固体撮像装置の要素で構成される定電流負荷型ソース接地反転増幅器の回路構成を示す図である。
【図４】図４は図３に示す反転増幅器の特性を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａはこの発明の第２実施形態の２次元増幅型固体撮像装置の構成を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは図５Ａに続く上記２次元増幅型固体撮像装置の構成を示す図である。
【図６】図６は図５Ａ,図５Ｂの２次元増幅型固体撮像装置の動作タイミングを示すチャート図である。
【図７】図７はこの発明の第３実施形態の２次元増幅型固体撮像装置の構成を示す図である。
【図８】図８は上記２次元増幅型固体撮像装置の選択行の動作タイミングを示すチャート図である
【図９】図９は上記２次元増幅型固体撮像装置の非選択行の動作タイミングを示すチャート図である
【図１０】図１０は従来の２次元増幅型固体撮像装置の構成を示す図である。
【図１１】図１１は上記２次元増幅型固体撮像装置の動作タイミングを示すチャート図である。
【図１２】図１２は上記２次元増幅型固体撮像装置の要素で構成される定電流負荷型ソース接地反転増幅器の回路構成を示す図である。
【図１３】図１３は図１２に示す反転増幅器の特性を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１…フォトダイオード
２…転送トランジスタ
３Ａ…増幅トランジスタ
３Ｂ…定電流負荷トランジスタ
４,４１…選択トランジスタ
５Ａ…電流増幅トランジスタ
５Ｂ…定電流負荷トランジスタ
６…リセットトランジスタ
７…第１キャパシタンス素子
８…電荷検出ノード
９…垂直信号線
１０…光電変換部
１１…第２キャパシタンス素子
２０,２０Ｂ…スイッチトキャパシタアンプ部
２０Ａ…選択型スイッチトキャパシタアンプ部
２１,２１Ａ…電流増幅部
２２…垂直信号線負荷部
２５…垂直走査回路
【図１】
2008193201.tif 000005
【図２】
2008193201.tif 000006
【図３】
2008193201.tif 000007
【図４】
2008193201.tif 000008
【図５Ａ】
2008193201.tif 000009
【図５Ｂ】
2008193201.tif 000010
【図６】
2008193201.tif 000011
【図７】
2008193201.tif 000012
【図８】
2008193201.tif 000013
【図９】
2008193201.tif 000014
【図１０】
2008193201.tif 000015
【図１１】
2008193201.tif 000016
【図１２】
2008193201.tif 000017
【図１３】
2008193201.tif 000018