(57)【要約】  【課題】  消費電力とカラムアンプの特性のばらつきに起因するノイズとを抑えながら、垂直方向の明暗境界における偽信号を解消することができる固体撮像装置を提供する。  【解決手段】  固体撮像装置１はカラムアンプ１０１、クランプキャパシタ１０２、サンプルホールドトランジスタ１０３、サンプルホールドキャパシタ１０４、トランジスタ１０５、トランジスタ１０６、制御端子１０７、基準電源１０８及び垂直信号線１０９を備えている。  カラムアンプ１０１には画素毎に画素の出力信号を増幅してクランプキャパシタ１０２に蓄積する。クランプキャパシタ１０２に信号電荷を蓄積する前に、トランジスタ１０６は基準電位ＶＤＤをクランプキャパシタ１０２に印加する。  【選択図】図１
2007166419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＯＳ型の固体撮像装置であって、
二次元配列され、最明部から最暗部に亘る受光量に応じて信号電荷を出力する複数の画素と、
画素が出力する信号電荷をカラム毎に増幅するカラムアンプと、
カラムアンプが出力する信号電荷を蓄積して、対応する電位をとるクランプキャパシタと、を備え、
カラムアンプが出力する信号電荷を蓄積するに先立って、クランプキャパシタを最明部に対応する電位である最明部電位と最暗部に対応する電位である最暗部電位との中間の電位である第１電位とする
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
クランプキャパシタの電位を蓄積するサンプルホールドキャパシタと、を備え、
クランプキャパシタの電位をサンプルホールドキャパシタに蓄積するに先立って、クランプキャパシタからサンプルホールドキャパシタに至る垂直信号線の電位を最明部電位と最暗部電位との中間の電位である第２電位とする
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】
第１電位と第２電位とは同電位である
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】
クランプキャパシタは第１のスイッチを介して第１電位の定圧電源に接続され、
サンプルホールドキャパシタは第２のスイッチを介して第２電位の定圧電源に接続される
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
クランプキャパシタとサンプルホールドキャパシタとは第１のスイッチと第２のスイッチとを同一の定圧電源に接続する
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】
第１のスイッチと第２のスイッチとは何れもＭＯＳトランジスタであって、同一のゲート入力パルスによって制御される
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７】
第１のスイッチと第２のスイッチとは同一のスイッチである
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
ＭＯＳ型の固体撮像装置であって、
二次元配列され、最明部から最暗部に亘る受光量に応じて信号電荷を出力する複数の画素と、
画素が出力する信号電荷をカラム毎に増幅するカラムアンプと、
カラムアンプが出力する信号電荷を蓄積して、対応する電位をとるクランプキャパシタと、
クランプキャパシタの電位を蓄積するサンプルホールドキャパシタと、を備え、
クランプキャパシタの電位をサンプルホールドキャパシタに蓄積するに先立って、クランプキャパシタからサンプルホールドキャパシタに至る垂直信号線の電位を最明部電位と最暗部電位との中間の電位である第２電位とする
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
前記垂直信号線を前記第２電位とするに先立って、最明部電位から最暗部電位までの範囲外の電位を水平信号線に出力する
ことを特徴とする請求項２又は請求項８に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）方式の固体撮像装置に関し、特に、光量が急激に変化する被写体を撮像した際、その明暗境界部分に偽信号が発生するのを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置を用いたデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等が家庭用と業務用との別に関わらず広く普及している。固体撮像装置にはＣＣＤ（charge coupled device）方式とＭＯＳ（metal-oxide semiconductor）方式とがあり、このうちＣＣＤ方式は感度が高く、高画素化が容易である。これに対して、ＭＯＳ方式は、ＣＣＤ方式に比べて約１／１０の電力で動作するので、最近、特に注目されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図１５は従来技術に係るＭＯＳ方式の固体撮像装置の構成を例示する回路図である。図１５に示されるように、固体撮像装置１５はカラムアンプ１５０１、クランプキャパシタ１５０２、サンプルホールドトランジスタ１５０３、サンプルホールドキャパシタ１５０４、トランジスタ１５０５、垂直走査回路１５２６、フォトダイオード１５２７、リードトランジスタ１５２８、垂直信号線１５０９及び垂直選択線１５２９を備えている。
【０００４】
固体撮像装置１５は画素毎にフォトダイオード１５２７にて受光量に応じた信号電荷を発生させる。垂直選択線１５２９にて選択された画素の信号電荷は、カラムアンプ１５０１にて増幅され、クランプキャパシタ１５０２、サンプルホールドキャパシタ１５０４に順次蓄積された後、水平信号線に出力される。
図１６は、固体撮像装置１５の動作を示すタイミングチャートである。図１６において、波形１６０１〜１６０６はそれぞれカラムアンプ１５０１のリセット入力電位ＲＰ、クランプキャパシタ１５０２の電位、サンプルホールドトランジスタ１５０３のリセット入力電位ＳＰ、サンプルホールドトランジスタ１５０３の出力電位、トランジスタ１５０５のリセット入力電位ＣＰ及び水平信号線への出力電位を表わす。
【０００５】
図１６に示されるように、カラムアンプ１５０１のリセット入力ＲＰがＨレベルとなると（波形１６０１）、カラムアンプ１５０１が導通する。そして、垂直選択線１５２９にて選択された画素の信号電荷がカラムアンプ１５０１にて増幅され、クランプキャパシタ１５０２に蓄積される（波形１６０２）。
サンプルホールドトランジスタ１５０３のリセット入力電位ＳＰがＨレベルになると（波形１６０３）、サンプルホールドトランジスタ１５０３が導通する。これにより、サンプルホールドトランジスタ１５０３は、クランプキャパシタ１５０２に蓄積された電荷に応じた電位を出力する（波形１６０４）。
【０００６】
トランジスタ１５０５のリセット入力電位ＣＰがＨレベルになると、トランジスタ１５０５が導通して、水平信号線への出力電位が黒基準電位ＶＣＣとなる。トランジスタ１５０５のリセット入力電位ＣＰがＬレベルになると、トランジスタ１５０５が非導通となり、水平信号線への出力電位はサンプルホールドトランジスタ１５０３の出力電位に応じた電位となる。
【特許文献１】特開平７−２５５０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような固体撮像装置において、消費電力を低減するためにはカラムアンプ１５０１に流れる電流量を小さくしなければならない。一方、クランプキャパシタ１５０２が出力する信号のＳ／Ｎ比を向上させるためにはクランプキャパシタ１５０２の静電容量を大きくしなければならない。
しかしながら、単にカラムアンプ１５０１に流れる電流量を小さくし、クランプキャパシタ１５０２の静電容量を大きくすると画像が劣化する。すなわち、撮像領域で垂直方向に輝度が大きく変化すると偽信号が発生する。図１７はＭＯＳ方式の固体撮像装置で発生する偽信号を例示する図であって、（ａ）は垂直方向に輝度が大きく変化する被写体（Ｊチャート）を示し、（ｂ）はカラムアンプ１５０１に流れる電流量を小さくし、クランプキャパシタ１５０２の静電容量を大きくしたＭＯＳ方式の固体撮像装置で撮像した画像を示す。図１７（ａ）に示されるような被写体をＭＯＳ方式で撮像すると、図１７（ｂ）に示されるように、垂直方向に輝度が大きく変化する箇所に偽信号１７０１、１７０２が発生する。
【０００８】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、消費電力とカラムアンプの特性のばらつきに起因するノイズとを抑えながら、垂直方向の明暗境界における偽信号を解消する固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、ＭＯＳ型の固体撮像装置であって、二次元配列され、最明部から最暗部に亘る受光量に応じて信号電荷を出力する複数の画素と、画素が出力する信号電荷をカラム毎に増幅するカラムアンプと、カラムアンプが出力する信号電荷を蓄積して、対応する電位をとるクランプキャパシタと、を備え、カラムアンプが出力する信号電荷を蓄積するに先立って、クランプキャパシタを最明部に対応する電位である最明部電位と最暗部に対応する電位である最暗部電位との中間の電位である第１電位とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このようにすれば、カラムアンプに流れる電流量を低減することによって消費電力を削減し、クランプキャパシタの静電容量を大きくすることによってＳ／Ｎ比を向上させた場合であっても、直前の画素の信号電荷の如何に関わらず、クランプキャパシタを画素毎の受光量に応じた適切な電位とすることができる。従って、垂直方向に明暗境界において発生する偽信号を解消して、高画質の画像を撮影することができる。
【００１１】
また、本発明に係る固体撮像装置は、クランプキャパシタの電位を蓄積するサンプルホールドキャパシタと、を備え、クランプキャパシタの電位をサンプルホールドキャパシタに蓄積するに先立って、クランプキャパシタからサンプルホールドキャパシタに至る垂直信号線の電位を最明部電位と最暗部電位との中間の電位である第２電位とすることを特徴とする。このようにすれば、垂直信号線の付加容量が大きい場合であっても、予め垂直信号線を第２電位に充電するので、垂直信号線を黒基準電位とするのに要する時間を短縮して、確実に垂直信号線を黒基準電位とすることができる。従って、垂直信号線の電位が黒基準電位に達しないために生じる偽信号を解消することができる。
【００１２】
更に、第１電位と第２電位とは同電位であるとすれば、クランプキャパシタと垂直信号線とに共通の電源から電圧を印加することができるので、固体撮像装置の回路規模を削減することができる。
また、クランプキャパシタは第１のスイッチを介して第１電位の定圧電源に接続され、サンプルホールドキャパシタは第２のスイッチを介して第２電位の定圧電源に接続されることを特徴とする。このようにすれば、第１並びに第２のスイッチを導通、遮断することによって適切な時期に第１電位並びに第２電位を印加することができる。この場合において、クランプキャパシタとサンプルホールドキャパシタとは第１のスイッチと第２のスイッチとを同一の定圧電源に接続したり、第１のスイッチと第２のスイッチとは何れもＭＯＳトランジスタであって、同一のゲート入力パルスによって制御されたりすれば、固体撮像装置の回路規模を削減することができる。更に、第１のスイッチと第２のスイッチとは同一のスイッチとすれば、固体撮像装置を構成するスイッチの数を低減して、回路規模を縮小することができる。
【００１３】
また、本発明に係る固体撮像装置は、ＭＯＳ型の固体撮像装置であって、二次元配列され、最明部から最暗部に亘る受光量に応じて信号電荷を出力する複数の画素と、画素が出力する信号電荷をカラム毎に増幅するカラムアンプと、カラムアンプが出力する信号電荷を蓄積して、対応する電位をとるクランプキャパシタと、クランプキャパシタの電位を蓄積するサンプルホールドキャパシタと、を備え、クランプキャパシタの電位をサンプルホールドキャパシタに蓄積するに先立って、クランプキャパシタからサンプルホールドキャパシタに至る垂直信号線の電位を最明部電位と最暗部電位との中間の電位である第２電位とすることを特徴とする。
【００１４】
このようにすれば、垂直信号線の付加容量が大きい場合であっても、予め垂直信号線を第２電位とするので、水平信号線に正しい信号電荷を出力することができる。更に、前記垂直信号線を前記第２電位とするに先立って、最明部電位から最暗部電位までの範囲外の電位を水平信号線に出力するとすれば、水平信号線に出力する電位のバラツキ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】
【００１５】
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］  第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置は、カラムアンプの出力を蓄積するキャパシタを強制的に充電することによって偽信号を防止する。
【００１６】
（１）  固体撮像装置の構成
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成について、カラムアンプから水平信号線に至る部分を示す回路図である。図１に示されるように、固体撮像装置１はカラムアンプ１０１、クランプキャパシタ１０２、サンプルホールドトランジスタ１０３、サンプルホールドキャパシタ１０４、トランジスタ１０５、１０６、制御端子１０７、基準電源１０８、垂直信号線１０９、垂直走査回路１２６、フォトダイオード１２７、リードトランジスタ１２８及び垂直選択線１２９を備えている。
【００１７】
カラムアンプ１０１は、垂直信号線１０９を介して画素毎に信号電位を受け付けて、増幅し、クランプキャパシタ１０２に入力する。サンプルホールドトランジスタ１０３はクランプキャパシタ１０２に蓄積された信号電荷をサンプリングする。トランジスタ１０５は水平信号線へ黒基準電位ＶＣＣを出力する。トランジスタ１０６は基準電位ＶＤＤをクランプキャパシタ１０２に印加する。
【００１８】
なお、サンプルホールドトランジスタ１０３及びトランジスタ１０５、１０６は何れもＭＯＳ型トランジスタ（以下、単に「トランジスタ」という。）である。
（２）  固体撮像装置１の動作
次に、固体撮像装置１の動作について説明する。
（ａ）  最暗部から最明部へ移行する場合
先ず、被写体の最暗部から最明部へと移行する場合における固体撮像装置１の動作について説明する。図２は、被写体の最暗部から最明部へと移行する場合における固体撮像装置１の動作を示すタイミングチャートである。
【００１９】
図２において、グラフ２０１〜２０７はそれぞれ、カラムアンプ１０１のゲート入力電位、トランジスタ１０６のゲート入力電位、クランプキャパシタ１０２の電位、サンプルホールドトランジスタ１０３のゲート入力電位、サンプルホールドキャパシタ１０４の電位、トランジスタ１０５のゲート入力電位及び水平信号線への出力電位を表わす。
図２に示されるように、カラムアンプ１０１、サンプルホールドトランジスタ１０３及びトランジスタ１０５、１０６のゲート入力電位は何れもＬレベルとなっており、クランプキャパシタ１０２並びにサンプルホールドキャパシタ１０４の電位及び水平信号線への出力電位が最暗部電位となっている状態から説明を始める。
【００２０】
カラムアンプ１０１のゲート入力電位がＬレベルであるときに、フォトダイオードからカラムアンプ１０１に入力された電位は、カラムアンプ１０１内に保持される。
そして、トランジスタ１０６のゲート入力電位がＨレベルになると（グラフ２０２）、基準電源１０８から基準電位ＶＤＤがクランプキャパシタ１０２に印加される。これによって、クランプキャパシタ１０２の電位が最暗部電位（黒出力レベル）から基準電位ＶＤＤに変化する（グラフ２０３）。その後、トランジスタ１０６のゲート入力電位をＬレベルとして（グラフ２０２）、クランプキャパシタ１０２への基準電位ＶＤＤの印加を停止する。
【００２１】
次に、カラムアンプ１０１のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ２０１）、カラムアンプ１０１が増幅した信号電荷によって、クランプキャパシタ１０２が充電される。これによって、クランプキャパシタ１０２の電位は基準電位ＶＤＤから最明部電位（飽和出力レベル）に変化する（グラフ２０３）。クランプキャパシタ１０２を充電し終わるに足る時間が経過した後、カラムアンプ１０１のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ２０１）。
【００２２】
また、サンプルホールドトランジスタ１０３のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ２０４）、クランプキャパシタ１０２に蓄積された信号電荷によってサンプルホールドキャパシタ１０４が充電される。これによってサンプルホールドキャパシタ１０４の電位が最明部電位になる（グラフ２０５）。
更に、トランジスタ１０５のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ２０６）、垂直信号線１０９から水平信号線に黒基準電位が出力される（グラフ２０７）。
【００２３】
その後、トランジスタ１０５のゲート入力電位をＬレベルとすると（グラフ２０６）、水平信号線への黒基準電位の出力が停止し、水平信号線への出力電位が最明部電位となる（グラフ２０７）。
以上、述べたように、本実施の形態においてはカラムアンプ１０１が増幅した信号電荷によってクランプキャパシタ１０２を充電するのに先立って、クランプキャパシタ１０２の電位を最暗部電位と最明部電位の中間電位である基準電位ＶＤＤとする。これによって、被写体の最暗部から最明部へと移行する際に、クランプキャパシタ１０２の電位を確実に最明部電位とすることができるので、偽信号の発生を防止することができる。
【００２４】
これに対して、従来技術に係る固体撮像装置１５においては、クランプキャパシタ１０２の電位を一切調整せずに最暗部から最明部へと移行する。図３は、クランプキャパシタ１５０２の静電容量を大きくした固体撮像装置１５の動作を示すタイミングチャートである。
図３において、グラフ３０１〜３０６はそれぞれ、カラムアンプ１５０１のゲート入力電位、クランプキャパシタ１５０２の電位、サンプルホールドトランジスタ１５０３のゲート入力電位、サンプルホールドキャパシタ１５０４の電位、トランジスタ１５０５のゲート入力電位及び水平信号線への出力電位を表わす。
【００２５】
図３に示されるように、カラムアンプ１５０１、サンプルホールドトランジスタ１５０３及びトランジスタ１５０５のゲート入力電位は何れもＬレベルとなっており、クランプキャパシタ１５０２並びにサンプルホールドキャパシタ１５０４の電位及び水平信号線への出力電位が最暗部電位となっている状態から説明を始める。
次に、カラムアンプ１５０１のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ３０１）、カラムアンプ１５０１が増幅した信号電荷によって、クランプキャパシタ１５０２が充電される。これによって、クランプキャパシタ１５０２の電位は最暗部電位から変化するが、クランプキャパシタ１５０２の静電容量が大きいので、最明部電位には達しない（グラフ３０２）。クランプキャパシタ１５０２を充電し終わると、カラムアンプ１５０１のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ３０１）。
【００２６】
また、サンプルホールドトランジスタ１５０３のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ３０３）、クランプキャパシタ１５０２の電位によってサンプルホールドキャパシタ１５０４が充電される。ここで、クランプキャパシタ１５０２の電位が最明部電位に達しないので、サンプルホールドキャパシタ１５０４の電位も最明部電位には達しない（グラフ３０４）。
【００２７】
更に、トランジスタ１５０５のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ３０５）、水平信号線に黒基準電位ＶＣＣが出力される（グラフ３０６）。
その後、トランジスタ１５０５のゲート入力電位をＬレベルとすると（グラフ３０５）、水平信号線への黒基準電位ＶＣＣの供給が停止し、水平信号線への出力が変化する。上述のように、サンプルホールドキャパシタ１５０４の電位は最明部電位には達しないので、水平信号線への出力電位も最明部電位に達しない（グラフ３０６）。
【００２８】
以上、説明したように、固体撮像装置１５は、被写体の最暗部から最明部に移行する際に偽信号が発生するが、本実施の形態によれば、最明部電位に移行する前にクランプキャパシタ１０２の電位を調整するので、偽信号の発生を防止することができる。
（ｂ）  最明部から最暗部へ移行する場合
次に、被写体の最明部から最暗部に移行する場合の固体撮像装置１の動作について説明する。図４は、被写体の最暗部から最明部へと移行する場合における固体撮像装置１の動作を示すタイミングチャートである。
【００２９】
図４において、グラフ４０１〜４０７はそれぞれ、カラムアンプ１０１のゲート入力電位、トランジスタ１０６のゲート入力電位、クランプキャパシタ１０２の電位、サンプルホールドトランジスタ１０３のゲート入力電位、サンプルホールドキャパシタ１０４の電位、トランジスタ１０５のゲート入力電位及び水平信号線への出力電位を表わす。
図４に示されるように、カラムアンプ１０１、サンプルホールドトランジスタ１０３及びトランジスタ１０５、１０６のゲート入力電位が何れもＬレベルとなっており、クランプキャパシタ１０２並びにサンプルホールドキャパシタ１０４の電位及び水平信号線への出力電位が最明部電位となっている状態から説明を始める。
【００３０】
トランジスタ１０６のゲート入力電位がＨレベルになると（グラフ４０２）、基準電源１０８から基準電位ＶＤＤがクランプキャパシタ１０２に印加される。これによって、クランプキャパシタ１０２の電位が最明部電位から基準電位ＶＤＤに変化する（グラフ４０３）。その後、トランジスタ１０６のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ４０２）。
【００３１】
次に、カラムアンプ１０１のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ４０１）、カラムアンプ１０１に保持されていた電位によって、クランプキャパシタ１０２が充電される。これによって、クランプキャパシタ１０２の電位は基準電位ＶＤＤから最暗部電位に変化する（グラフ４０３）。クランプキャパシタ１０２を充電し終わると、カラムアンプ１０１のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ４０１）。
【００３２】
また、サンプルホールドトランジスタ１０３のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ４０４）、クランプキャパシタ１０２の電位によってサンプルホールドキャパシタ１０４が充電される。これによってサンプルホールドキャパシタ１０４の電位が最暗部電位になる（グラフ４０５）。
更に、トランジスタ１０５のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ４０６）、水平信号線に黒基準電位が出力される（グラフ４０７）。
【００３３】
その後、トランジスタ１０５のゲート入力電位をＬレベルとすると（グラフ４０６）、黒基準電位の供給が停止し、サンプルホールドキャパシタ１０４から最暗部電位が水平信号線に出力される（グラフ４０７）。
以上、述べたように、本実施の形態においてはカラムアンプ１０１に保持されている電位によってクランプキャパシタ１０２を充電するのに先立って、クランプキャパシタ１０２の電位を基準電位ＶＤＤとする。これによって、被写体の最明部から最暗部へと移行する際に、クランプキャパシタ１０２の電位を確実に最暗部電位とすることができるので、偽信号の発生を防止することができる。
【００３４】
これに対して、従来技術に係る固体撮像装置１５は、最暗部から最明部へと移行する際もクランプキャパシタ１０２の電位を一切調整しない。図５は、クランプキャパシタ１５０２の静電容量を大きくした固体撮像装置１５の動作を示すタイミングチャートである。
図５において、グラフ５０１〜５０６はそれぞれ、カラムアンプ１５０１のゲート入力電位、クランプキャパシタ１５０２の電位、サンプルホールドトランジスタ１５０３のゲート入力電位、サンプルホールドキャパシタ１５０４の電位、トランジスタ１５０５のゲート入力電位及び水平信号線への出力電位を表わす。
【００３５】
図５に示されるように、カラムアンプ１５０１、サンプルホールドトランジスタ１５０３及びトランジスタ１５０５のゲート入力電位は何れもＬレベルとなっており、クランプキャパシタ１５０２並びにサンプルホールドキャパシタ１５０４の電位及び水平信号線への出力電位が最明部電位となっている状態から説明を始める。
カラムアンプ１５０１のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ５０１）、カラムアンプ１５０１が増幅した信号電荷によって、クランプキャパシタ１５０２が充電される。これによって、クランプキャパシタ１５０２の電位は最明部電位から変化するが、クランプキャパシタ１５０２の静電容量が大きいので、最暗部電位には達しない（グラフ５０２）。クランプキャパシタ１５０２を充電し終わると、カラムアンプ１５０１のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ５０１）。
【００３６】
また、サンプルホールドトランジスタ１５０３のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ５０３）、クランプキャパシタ１５０２の電位によってサンプルホールドキャパシタ１５０４が充電されるが、クランプキャパシタ１５０２の電位が最暗部電位に達していないので、サンプルホールドキャパシタ１５０４の電位も最暗部電位に達しない（グラフ５０４）。
【００３７】
更に、トランジスタ１５０５のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ５０５）、水平信号線に黒基準電位が出力される（グラフ５０６）。その後、トランジスタ１５０５のゲート入力電位をＬレベルとすると（グラフ５０５）、黒基準電位の供給が停止し、水平信号線への出力が変化する。しかし、サンプルホールドキャパシタ１５０４の電位が最暗部電位に達していないので、水平信号線への出力も最暗部電位に達しない（グラフ５０６）。
【００３８】
固体撮像装置１５は被写体の最暗部から最明部に移行する際にクランプキャパシタ１５０２の電位を調整しないので、上述のような機序により偽信号が発生する。一方、本実施の形態によれば、最暗部電位に移行する前にクランプキャパシタ１０２の電位を調整するので、偽信号の発生を防止することができる。
また、本実施の形態においては、クランプキャパシタ１０２の電位を予め基準電位ＶＤＤとするので、クランプキャパシタ１０２の電位を最暗部電位や最明部電位にするために要する時間を短縮することができる。すなわち、クランプキャパシタ１０２の電位を調節すれば、コントラスト差が大きい場合でも、カラムアンプ１０１のゲート入力電位がＨレベルである期間（リセットパルス）内にクランプキャパシタ１０２の電位を正しい出力電位にすることができる。
【００３９】
［２］  第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置は上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構成を備える一方、クランプキャパシタ１０２ではなくクランプキャパシタに基準電位を印加する点において相違している。以下、専ら相違点に着目して説明する。
【００４０】
（１）  固体撮像装置の構成
先ず、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成について説明する。図６は、本実施の形態に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。図６に示されるように、固体撮像装置６はカラムアンプ６０１、クランプキャパシタ６０２、サンプルホールドトランジスタ６０３、サンプルホールドキャパシタ６０４、トランジスタ６０５、６０６、制御端子６０７、基準電源６０８、垂直信号線６０９、垂直走査回路６２６、フォトダイオード６２７、リードトランジスタ６２８及び垂直選択線６２９を備えている。付加容量６１０は垂直信号線６０９の付加容量の等価回路である。
【００４１】
カラムアンプ６０１は画素からの信号電荷を増幅して、クランプキャパシタ６０２に蓄積する。サンプルホールドトランジスタ６０３はクランプキャパシタ６０２に蓄積された電位をサンプリングする。トランジスタ６０５は水平信号線へ黒基準電位ＶＣＣを出力する。トランジスタ６０６は基準電位ＶＥＥを出力して、垂直信号線６０９の電位を調整する。
【００４２】
（２）  固体撮像装置の動作
次に、固体撮像装置６の動作について説明する。
（ａ）  最暗部から最明部へ移行する場合
先ず、被写体の最暗部から最明部へと移行する場合における固体撮像装置６の動作について説明する。図７は、被写体の最暗部から最明部へと移行する場合における固体撮像装置６の動作を示すタイミングチャートである。
【００４３】
図７において、グラフ７０１〜７０７はそれぞれ、カラムアンプ６０１のゲート入力電位、クランプキャパシタ６０２の電位、サンプルホールドトランジスタ６０３のゲート入力電位、サンプルホールドキャパシタ６０４の電位、トランジスタ６０５のゲート入力電位、トランジスタ６０６のゲート入力電位及びサンプルホールドトランジスタ６０３からサンプルホールドキャパシタ６０４に至る垂直信号線６０９の電位を表わす。
【００４４】
図７に示されるように、カラムアンプ６０１、トランジスタ６０６、サンプルホールドトランジスタ６０３及びトランジスタ６０５のゲート入力電位は何れもＬレベルとなっており、クランプキャパシタ６０２並びにサンプルホールドキャパシタ６０４の電位及び水平信号線への出力電位が最明部電位となっている状態から説明を始める。
そして、トランジスタ６０６のゲート入力電位がＨレベルになると（グラフ７０６）、トランジスタ６０６が導通して、基準電源６０８から基準電位ＶＥＥが垂直信号線６０９に印加される。これによって、垂直信号線６０９の電位が最明部電位から基準電位ＶＥＥに変化する（グラフ７０７）。その後、トランジスタ６０６のゲート入力電位をＬレベルとして、トランジスタ６０６を遮断する（グラフ７０６）。
【００４５】
次に、カラムアンプ６０１のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ７０１）、カラムアンプ６０１が増幅した信号電荷によって、クランプキャパシタ６０２が充電される。これによって、クランプキャパシタ６０２の電位は最明部電位から最暗部電位に変化する（グラフ７０２）。クランプキャパシタ６０２を充電し終わると、カラムアンプ６０１のゲート入力電位をＬレベルとして、カラムアンプ６０１を遮断する（グラフ７０１）。
【００４６】
また、サンプルホールドトランジスタ６０３のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ７０３）、クランプキャパシタ６０２の電位によってサンプルホールドキャパシタ６０４が充電される。これによってサンプルホールドキャパシタ６０４の電位が最暗部電位になる（グラフ７０４）。
更に、トランジスタ６０５のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ７０５）、垂直信号線６０９の電位が黒基準電位になる（グラフ７０７）。そして、トランジスタ６０５のゲート入力電位をＬレベルとすると（グラフ７０５）、トランジスタ６０５が遮断して、黒基準電位の供給が停止し、垂直信号線６０９の電位が最暗部電位となる（グラフ７０７）。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態においては、垂直信号線６０９の電位を最暗部電位とするのに先立って、垂直信号線６０９の電位を最明部電位と最暗部電位との中間レベルである基準電位ＶＥＥとする。
このようにすれば、垂直信号線６０９の付加容量６１０の静電容量が大きい場合であっても、被写体の最明部から最暗部へと移行する際、垂直信号線６０９の電位を最暗部電位とする時間を短縮することができるので、偽信号を防止することができる。
【００４８】
これに対して、従来技術に係る固体撮像装置１５は、最暗部から最明部へと移行する際にクランプキャパシタ１０２の電位を一切調整しない。図８は、キャパシタ１５０５の静電容量を大きくした固体撮像装置１５の動作を示すタイミングチャートである。
図８において、グラフ８０１〜８０６はそれぞれカラムアンプ１５０１のゲート入力電位、クランプキャパシタ１５０２の電位、サンプルホールドトランジスタ１５０３のゲート入力電位、サンプルホールドキャパシタ１５０４の電位、トランジスタ１５０５のゲート入力電位及び垂直信号線１５０９の電位を表わす。
【００４９】
図８に示されるように、カラムアンプ１５０１、サンプルホールドトランジスタ１５０３及びトランジスタ１５０５のゲート入力電位は何れもＬレベルとなっており、クランプキャパシタ１５０２並びにサンプルホールドキャパシタ１５０４及び垂直信号線１５０９の電位が何れも最明部電位となっている状態から説明を始める。
カラムアンプ１５０１のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ８０１）、カラムアンプ１５０１が増幅した信号電荷によって、クランプキャパシタ１５０２が充電される。これによって、クランプキャパシタ１５０２の電位は最暗部電位となる（グラフ８０２）。クランプキャパシタ１５０２を充電し終わると、カラムアンプ１５０１のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ８０１）。
【００５０】
また、サンプルホールドトランジスタ１５０３のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ８０３）、クランプキャパシタ１５０２の電位によってサンプルホールドキャパシタ１５０４が充電され、サンプルホールドキャパシタ１５０４の電位が最暗部電位となる（グラフ８０４）。
更に、トランジスタ１５０５のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ８０５）、トランジスタ１５０５を介して垂直信号線１５０９に黒基準電位が印加される。しかしながら、垂直信号線１５０９の付加容量が大きいため、垂直信号線１５０９の電位が黒基準電位に達しない（グラフ８０６）。
【００５１】
その後、トランジスタ１５０５のゲート入力電位をＬレベルとすると（グラフ８０５）、垂直信号線１５０９の電位が黒基準電位に達しないまま、垂直信号線１５０９への黒基準電位の供給が停止し、垂直信号線１５０９の電位が最暗部電位を下回ってしまう（グラフ８０６）。
従来技術に係る固体撮像装置１５において垂直信号線１５０９の付加容量を大きくなると、被写体の最明部から最暗部へと移行する際に、上述のようにして、偽信号が発生する。一方、本実施の形態によれば、付加容量の大きさに関わらず垂直信号線の電位を黒基準電位とすることができるので、偽信号を防止することができる。
【００５２】
［３］  第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る固体撮像装置は上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と上記第２の実施の形態に係る固体撮像装置との双方の特徴を併せもつことを特徴とする。
（１）  固体撮像装置の構成
先ず、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成について説明する。図９は、本実施の形態に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。図９に示されるように、固体撮像装置９はカラムアンプ９０１、クランプキャパシタ９０２、サンプルホールドトランジスタ９０３、サンプルホールドキャパシタ９０４、トランジスタ９０５、９０６、９１６、制御端子９０７、９１７、基準電源９０８、９１８、垂直信号線９０９、垂直走査回路９２６、フォトダイオード９２７、リードトランジスタ９２８及び垂直選択線９２９を備えている。また、付加容量９１０は垂直信号線９０９の付加容量の等価回路である。
【００５３】
カラムアンプ９０１は画素毎の信号電荷を増幅して、クランプキャパシタ９０２に入力する。サンプルホールドトランジスタ９０３はクランプキャパシタ９０２に蓄積された信号電荷にて充電される。トランジスタ９０５は水平信号線へ黒基準電位ＶＣＣを出力する。
トランジスタ９０６は基準電源９０８からの基準電位ＶＤＤを印加して、クランプキャパシタ９０２の電位を調整する。トランジスタ９１６は基準電源９１８からの基準電位ＶＥＥを出力して、垂直信号線９０９の電位を調整する。
【００５４】
（２）  固体撮像装置９の動作
次に、固体撮像装置９の動作について説明する。図１０は、固体撮像装置９の動作を示すタイミングチャートである。
図１０において、グラフ１００１〜１００８はそれぞれ、カラムアンプ９０１のゲート入力電位、トランジスタ９０７のゲート入力電位、クランプキャパシタ９０２の電位、サンプルホールドトランジスタ９０３のゲート入力電位、サンプルホールドキャパシタ９０４の電位、トランジスタ９１７のゲート入力電位、サンプルホールドトランジスタ９０３からサンプルホールドキャパシタ９０４に至る垂直信号線９０９の電位、トランジスタ９０５のゲート入力電位及び水平信号線への出力電位を表わす。
【００５５】
図１０に示されるように、カラムアンプ９０１、トランジスタ９０５、９０６、９１６及びサンプルホールドトランジスタ９０３のゲート入力電位は何れもＬレベルとなっており、クランプキャパシタ９０２、サンプルホールドキャパシタ９０４並びに垂直信号線９０９の電位及び水平信号線への出力電位が最明部電位となっている状態から説明を始める。
【００５６】
トランジスタ９０６のゲート入力電位がＨレベルになると（グラフ１００２）、基準電源９０８から基準電位ＶＤＤがクランプキャパシタ９０２に印加される。これによって、クランプキャパシタ９０２の電位が最暗部電位から基準電位ＶＤＤに変化する（グラフ１００３）。その後、トランジスタ９０６のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ１００２）。
【００５７】
また、トランジスタ９１６のゲート入力電位がＨレベルになると（グラフ１００６）、基準電源９１８から基準電位ＶＥＥが垂直信号線９０９に印加される。これによって、垂直信号線９０９の電位が最明部電位から基準電位ＶＥＥに変化する（グラフ１００７）。その後、トランジスタ９１６のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ１００６）。
次に、カラムアンプ９０１のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ１００１）、カラムアンプ９０１が増幅した信号電荷がクランプキャパシタ９０２に充電される。これによって、クランプキャパシタ９０２の電位は最明部電位から最暗部電位に変化する（グラフ１００３）。クランプキャパシタ９０２を充電し終わると、カラムアンプ９０１のゲート入力電位をＬレベルとする（グラフ１００１）。
【００５８】
これと並行して、サンプルホールドトランジスタ９０３のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ１００４）、クランプキャパシタ９０２の電位によってサンプルホールドキャパシタ９０４が充電される。これによってサンプルホールドキャパシタ９０４の電位が最暗部電位になる（グラフ１００５）。
また、トランジスタ９０５のゲート入力電位をＨレベルにすると（グラフ１００８）、垂直信号線９０９の電位と水平信号線への出力電位とが共に黒基準電位になる（グラフ１００７、１００９）。そして、トランジスタ９０５のゲート入力電位をＬレベルとすると（グラフ１００８）、黒基準電位の供給が停止して、垂直信号線９０９の電位と水平信号線への出力電位とが共に最暗部電位となる（グラフ１００７、１００９）。
【００５９】
このように、本実施の形態に係る固体撮像装置は、上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と上記第２の実施の形態に係る固体撮像装置との双方の特徴な構成を併せもつので、双方共の効果を奏することができる。
すなわち、ＭＯＳ型固体撮像装置を他画素化するためには消費電力の低減が必須であるところ、カラムアンプの消費電力を低減すると応答性が悪化して偽信号が発生する。この問題については第１の実施の形態の構成を採用することによって偽信号を解消する。
【００６０】
また、間引き駆動を採用すると垂直信号線の付加容量が増大して、偽信号が発生する。この問題は第２の実施の形態の構成を採用することによって解決される。
［４］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
【００６１】
（１）  上記第３の実施の形態においては、クランプキャパシタ９０２に基準電位ＶＤＤを印加するためのトランジスタ９０６、基準電源９０７と、垂直信号線９０９に基準電位ＶＥＥを印加するためのトランジスタ９１６、基準電源９１７とを別個に設けたが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、トランジスタ９０６、９１６を同一のゲート入力電位にて制御しても良い。図１１は本変形例に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。図１１に示されるように、固体撮像装置１１はカラムアンプ１１０１、クランプキャパシタ１１０２、サンプルホールドトランジスタ１１０３、サンプルホールドキャパシタ１１０４、トランジスタ１１０５、１１０６、１１１６、制御端子１１０７、１１１７、基準電源１１０８、１１１８、垂直信号線１１０９、垂直走査回路１１２６、フォトダイオード１１２７、リードトランジスタ１１２８及び垂直選択線１１２９を備えている。また、付加容量１１１０は垂直信号線１１０９の付加容量の等価回路である。
【００６２】
このようにトランジスタ１１０６、１１１６を制御端子１１０７に入力される同一のゲート入力電位にて制御すれば、上記第３の実施の形態に係る固体撮像装置９よりも回路規模を削減することができる。
また、クランプキャパシタ９０２と垂直信号線９０９とに印加する基準電位として同一電位を用いても良い。図１２は本変形例に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。図１２に示されるように、固体撮像装置１２はカラムアンプ１２０１、クランプキャパシタ１２０２、サンプルホールドトランジスタ１２０３、サンプルホールドキャパシタ１２０４、トランジスタ１２０５、１２０６、１２１６、制御端子１２０７、１２１７、基準電源１２０８、垂直信号線１２０９、垂直走査回路１２２６、フォトダイオード１２２７、リードトランジスタ１２２８及び垂直選択線１２２９を備えている。また、付加容量１２１０は垂直信号線１２０９の付加容量の等価回路である。
【００６３】
このようにクランプキャパシタ１２０２と垂直信号線１２０９とに基準電源１２０８から基準電位として同一の電位を入力すれば、上記第３の実施の形態に係る固体撮像装置９よりも回路規模を削減することができる。
更に、上述のような回路の共通化策を併用しても良い。図１３は本変形例に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。図１３に示されるように、固体撮像装置１３はカラムアンプ１３０１、クランプキャパシタ１３０２、サンプルホールドトランジスタ１３０３、サンプルホールドキャパシタ１３０４、トランジスタ１３０５、１３０６、制御端子１３０７、基準電源１３０８、垂直信号線１３０９、垂直走査回路１３２６、フォトダイオード１３２７、リードトランジスタ１３２８及び垂直選択線１３２９を備えている。また、付加容量１３１０は垂直信号線１３０９の付加容量の等価回路である。
【００６４】
このように、上記回路の共通化策を併用すれば、ひとつのトランジスタ１３０６、制御端子１３０７及び基準電源１３０８にてクランプキャパシタ１３０２と垂直信号線１３０９とに基準電位を充電することができるので、固体撮像装置の回路規模を更に削減することができる。
（２）  上記第３の実施の形態においては、特に言及しなかったが、トランジスタ９０６、９１６のゲートには以下のようなパルス信号を入力すれば良い。図１４は本変形例に係る固体撮像装置９の動作を表わすタイミングチャートである。
【００６５】
図１４において、グラフ１４０１はサンプルホールドトランジスタ９０３のゲート入力電位を表わし、グラフ１４０２は水平信号線への出力電位を表わす。また、サンプルホールドトランジスタ９０３がＨレベルである期間１４１１に水平信号線へ信号が出力される。従って、期間１４１２は水平信号線へ信号が出力される期間以外の期間である。
この期間１４１２中において、クランプキャパシタ９０２の電位をＶＤＤレベルとし、垂直信号線９０９の電位をＶＥＥレベルとするに足りる時間だけＨレベルとなるような信号をトランジスタ９０６、９１６のゲート入力パルスとすれば、上記第３の実施の形態の効果を得ることができる。
【００６６】
また、固体撮像装置９中にかかる信号がある場合には、その信号をトランジスタ９０６、９１６のゲート入力パルスに兼用することによって固体撮像装置９の回路規模を低減し、コストを削減することができる。
（３）  上記実施の形態においては、何れのトランジスタもゲート入力電位がＨレベルのときにソース−ドレイン間が導通する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、ゲート入力電位がＬレベルのときに導通するトランジスタを用いても良い。
【００６７】
また、上記実施の形態においては、最暗部電位並びに最明部電位は何れも黒基準電位よりも低電位とする場合について説明したが、これに代えて黒基準電位よりも高電位としても、本発明の効果は同じである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る固体撮像装置は、被写体において暗から明、或いは明から暗へと輝度が急激に変化した際に発生する偽信号を防止することができる高画素ＭＯＳ型固体撮像装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成について、カラムアンプから水平信号線に至る部分を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置１について、被写体の最暗部から最明部へと移行する場合における動作を示すタイミングチャートである。
【図３】従来技術に係る固体撮像装置１３のクランプキャパシタ１３０２の静電容量を大きくした場合における動作（最暗部から最明部）を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置１について、被写体の最明部から最暗部へと移行する場合における動作を示すタイミングチャートである。
【図５】従来技術に係る固体撮像装置１３のクランプキャパシタ１３０２の静電容量を大きくした場合における動作（最明部から最暗部）を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置６について、被写体の最暗部から最明部へと移行する場合における動作を示すタイミングチャートである。
【図８】従来技術に係る固体撮像装置１３のキャパシタ１３０５の静電容量を大きくした場合における動作（最暗部から最明部）を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置９について、被写体の最明部から最暗部へと移行する場合における動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の変形例（１）に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の変形例（１）に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の変形例（１）に係る固体撮像装置の特徴的な構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の変形例（２）に係る固体撮像装置９の動作を表わすタイミングチャートである。
【図１５】従来技術に係るＭＯＳ方式の固体撮像装置の構成を例示する回路図である。
【図１６】従来技術に係る固体撮像装置１５の動作を示すタイミングチャートである。
【図１７】ＭＯＳ方式で発生する偽信号を例示する図であって、（ａ）は垂直方向に輝度が大きく変化する被写体（Ｊチャート）を示し、（ｂ）はカラムアンプ１５０１に流れる電流量を小さくし、クランプキャパシタ１５０２の静電容量を大きくしたＭＯＳ方式で撮像した画像を示す。
【符号の説明】
【００７０】
１、６、９、１２、１３……………………………固体撮像装置
１０１、６０１、９０１、１２０１、１３０１…カラムアンプ
１０２、６０２、９０２、１２０２、１３０２…クランプキャパシタ
１０３、６０３、９０３、１２０３、１３０３…サンプルホールドトランジスタ
１０４、６０４、９０４、１２０４、１３０４…サンプルホールドキャパシタ
１０５、６０５、９０５、１２０５、１３０５…トランジスタ
１０６、６０６、９０６、９１６、１２０６……トランジスタ
１０７、６０７、９０７、１２０７………………制御端子
１０８、６０８、９０８、９１８、１２０８……基準電源
１０９、６０９、９０９、１２０９、１３０９…垂直信号線
１２６、６２６、９２６、１２２６、１３２６…垂直走査回路
１２７、６２７、９２７、１２２７、１３０７…フォトダイオード
１２８、６２８、９２８、１２２８、１３０８…リードトランジスタ
１２９、６２９、９２９、１２２９、１３０９…垂直選択線
２０１〜２０７、３０１〜３０６…………………グラフ
４０１〜４０７、５０１〜５０６…………………グラフ
６１０、９１０、１２１０…………………………付加容量
７０１〜７０７、８０１〜８０６…………………グラフ
１００１〜１００８、１１０１、１１０２………グラフ
１１１１、１１１２…………………………………期間
【図１】
2007166419.tif 000003
【図２】
2007166419.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007166419.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007166419.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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