(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と該感光素子からの電気信号が入力されるとともにサブスレッショルド領域で動作するトランジスタとを備えて前記電気信号を自然対数的に変換する光電変換部を有する複数の画素から成る固体撮像装置において、
前記固体撮像装置の温度に応じた電圧を出力する電圧発生回路を有し、
該電圧発生回路から出力される電圧によって、前記トランジスタをバイアスすることによって、前記トランジスタのポテンシャル状態を設定することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記電圧発生回路が、前記光電変換部と同一の構成の検温部を有するとともに、該検温部に光が入射されないように遮光されてい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】
入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続された第１トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの制御電極より出力する複数の画素と、
固体撮像装置の温度に応じた前記複数の画素をリセットするための第１電圧又は前記第１トランジスタをサブスレッショルド領域で動作させるための第２電圧のいずれかを前記第１トランジスタの第２電極へ出力する電圧発生回路と、
を有し、
前記画素がリセットされるとき、前記電圧発生回路から前記第１トランジスタの第２電極に前記第１電圧が印加され、
又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記電圧発生回路から前記第１トランジスタの第２電極に前記第２電圧が印加されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
前記電圧発生回路が、
前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感光素子と、
該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続された第１トランジスタと、
該第１トランジスタの第１電極と制御電極との接続ノードに入力側が接続されて、前記第１電圧を出力する反転型バッファと、
前記第１電圧と前記第２電圧とを選択して出力するドライブ回路と、
を有し、
前記感光素子に光が入射されないように遮光されてい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】
入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続されるとともにサブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされた第１トランジスタと、前記第１トランジスタの制御電極に第２電極が接続された第２トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの制御電極より出力する複数の画素と、
固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第２トランジスタの第１電極へ出力する電圧発生回路と、
を有し、
前記画素がリセットされるとき、前記第２トランジスタがＯＮとされて、前記電圧発生回路からの電圧が前記第１トランジスタの制御電極に印加され、
又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第２トランジスタがＯＦＦとされることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
前記電圧発生回路が、
前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感光素子と、
該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続された第１トランジスタと、
該第１トランジスタの第１電極と制御電極との接続ノードに入力側が接続されて、前記画素内の前記第２トランジスタの第１電極へ電圧出力する反転型バッファと、
を有し、
前記感光素子に光が入射されないように遮光されてい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７】
前記画素が、前記感光素子の一方の電極に第１電極が接続されるとともに、前記第１トランジスタの第１電極及び制御電極に第２電極が接続された第３トランジスタを有し、
前記画素がリセットされるとき、前記第３トランジスタがＯＦＦとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第３トランジスタがＯＮとされることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記画素が、前記第１トランジスタの第１電極及び制御電極に制御電極が接続され、前記第１トランジスタの制御電極に現れる電圧を増幅して第２電極より出力する第４トランジスタを有することを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第２電極が接続されるとともにサブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされた第１トランジスタと、前記第１トランジスタの第２電極に第１電極が接続されるとともにリセット用の直流電圧が第２電極に印加された第２トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの第２電極より出力する複数の画素と、
固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第１トランジスタの制御電極へ出力する電圧発生回路と、
を有し、
前記画素がリセットされるとき、前記第２トランジスタがＯＮとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第２トランジスタがＯＦＦとされることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
前記電圧発生回路が、
前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感光素子と、
該感光素子の一方の電極に第２電極が接続された第１トランジスタと、
該第１トランジスタの第２電極に入力側が接続され、前記画素内の前記第１トランジスタの制御電極へ電圧出力する反転型バッファと、
を有し、
前記感光素子に光が入射されないように遮光されていることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第２電極が接続されるとともにサブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされた第１トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの第２電極より出力する複数の画素と、
固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第１トランジスタの制御電極へ出力する電圧発生回路と、
を有し、
前記第１トランジスタの第１電極に印加される電圧が変化されることによって前記画素がリセットされることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１２】
前記電圧発生回路が、
前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感光素子と、
該感光素子の一方の電極に第２電極が接続された第１トランジスタと、
該第１トランジスタの第２電極に入力側が接続され、前記画素内の前記第１トランジスタの制御電極へ電圧出力する反転型バッファと、
を有し、
前記感光素子に光が入射されないように遮光されていることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記画素が、前記第１トランジスタの第２電極に第１電極が接続されるとともに、前記感光素子の一方の電極に第２電極が接続された第３トランジスタを有し、
前記画素がリセットされるとき、前記第３トランジスタがＯＦＦとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第３トランジスタがＯＮとされることを特徴とする請求項９〜請求項１２のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記画素が、前記第１トランジスタの第２電極に制御電極が接続され、前記第１トランジスタの第２電極に現れる電圧を増幅して第２電極より出力する第４トランジスタを有することを特徴とする請求項９〜請求項１３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光量に対して対数変換した信号を出力する光電変換手段を有する固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置は、小型、軽量で低消費電力であるのみならず、画像歪や焼き付きが無く、振動や磁界などの環境条件に強い。又、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）と共通の工程又は類似の工程で製造できるので、信頼性が高く、量産にも適している。このため、ライン状に画素が配された固体撮像装置がファクシミリやフラットベッドスキャナに、マトリクス状に画素が配された固体撮像装置がビデオカメラやデジタルカメラなどに幅広く使用されている。ところで、このような固体撮像装置は光電変換素子で発生した光電荷を読み出す（取り出す）手段によってＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、ダイナミックレンジが狭いという欠点がある。一方、ＭＯＳ型はフォトダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通して読み出すようになっている。
【０００３】
このようなＭＯＳ型固体撮像装置のダイナミックレンジを広くするために、本出願人は、入射した光量に応じた光電流を発生しうる感光手段と、光電流を入力するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアスするバイアス手段とを備え、光電流を対数変換するようにした固体撮像装置を提案した（特開平３−１９２７６４号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような固体撮像装置は、広いダイナミックレンジを有しているものの、画素毎に設けられたＭＯＳトランジスタの閾値特性が異なることがあり、画素毎に感度が異なる場合がある。よって、予め輝度が一様な明るい光（一様光）を照射することによって得られた出力を、被写体の撮像時の各画素の出力を補正する補正データとして保持するなどの対策が必要がある。しかしながら、操作者が外部光源を用いて各画素を照射するのは煩雑であったり、又、うまく一様に露光できないなどの問題がある。又、一様光の照射機構を撮像装置に設けると撮像装置の構成が煩雑になるという問題があった。
【０００５】
そこで、本出願人は、撮像時に光電流が流れ込みサブスレッショルド領域で動作を行うＭＯＳトランジスタに対し、そのバイアス電圧を切り換えるなどして、このＭＯＳトランジスタの閾値電圧を検出して各画素の感度のバラツキを検出することで、この検出した感度のバラツキが原因となるノイズ成分を、撮像して得られた画像データから除去するような回路構成の固体撮像装置を検討している。しかしながら、このように、感度のバラツキによるノイズ成分を除去して得られた画像データは、同一時間に撮像して得られた画像データに関しては各画素毎のバラツキが無くなるものの、素子温度が変化することによって、光電変換特性が異なるため、撮像装置内の素子温度による成分を画像データ内に有する。
【０００６】
よって、例えば、各画素が、図１７のように、フォトダイオードＰとフォトダイオードＰのアノードにゲートとドレインが接続された撮像時にサブスレッショルド領域で動作するＭＯＳトランジスタＴとを有する場合、常温として設定された素子温度で撮像を行った際、その画像データが画素への入射光の照度に対して、ほぼ、自然対数的に変化する。
【０００７】
しかしながら、例えば、このような画素において、素子温度が常温から下降すると、フォトダイオードＰより流れる暗電流の量が少なくなるため、リセット後のＭＯＳトランジスタＴのゲート下領域のポテンシャルが低くなり、フォトダイオードＰで発生する光電流の電流値が小さいとき、ＭＯＳトランジスタＴがサブスレッショルド領域で動作せず、オフセットに近い状態で動作する。よって、図１８のように、常温で撮像したときに比べて、入射光量が低いとき、線形変換成分が現れる。
【０００８】
逆に、素子温度が常温から上昇すると、フォトダイオードＰより流れる暗電流の量が多くなるため、ＭＯＳトランジスタＴに蓄積される電荷量が多くなるため、リセット後のＭＯＳトランジスタＴのゲート下領域のポテンシャルが高くなり、照度の高い被写体の撮像を行ったときでも、常温時で照度の低い被写体を撮像したときと同様の状態となる。よって、図１８のように、常温で撮像したときに比べて、同一の入射光が与えられても、画素からの出力が低くなる。
【０００９】
このような問題に鑑みて、本発明は、素子温度によって出力に与えられる影響を抑圧することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の固体撮像装置は、入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と該感光素子からの電気信号が入力されるとともにサブスレッショルド領域で動作するトランジスタとを備えて前記電気信号を自然対数的に変換する光電変換部を有する複数の画素から成る固体撮像装置において、前記固体撮像装置の温度に応じた電圧を出力する電圧発生回路を有し、該電圧発生回路から出力される電圧によって、前記トランジスタをバイアスすることによって、前記トランジスタのポテンシャル状態を設定することを特徴とする。
【００１１】
このような固体撮像装置において、サブスレッショルド領域で動作する前記トランジスタをＭＯＳトランジスタとしたとき、そのポテンシャル状態を素子温度に応じて変化させる。このように、前記トランジスタのポテンシャル状態を素子温度に応じて変化させることで、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響を低減させることができる。
【００１２】
そして、請求項２に記載するように、前記電圧発生回路に、前記光電変換部と同一の構成の検温部を設けて素子温度を検出し、更に、該検温部に光が入射されないように遮光するようにしても構わない。
【００１３】
請求項３に記載の固体撮像装置は、入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続された第１トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの制御電極より出力する複数の画素と、固体撮像装置の温度に応じた前記複数の画素をリセットするための第１電圧又は前記第１トランジスタをサブスレッショルド領域で動作させるための第２電圧のいずれかを前記第１トランジスタの第２電極へ出力する電圧発生回路と、を有し、前記画素がリセットされるとき、前記電圧発生回路から前記第１トランジスタの第２電極に前記第１電圧が印加され、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記電圧発生回路から前記第１トランジスタの第２電極に前記第２電圧が印加されることを特徴とする。
【００１４】
このような固体撮像装置によると、リセット時に前記電圧発生回路より前記第１トランジスタの第２電極に与えられる第１電圧が素子温度に応じて変化する。よって、前記第１トランジスタがＭＯＳトランジスタであるとき、リセット後の前記第１トランジスタのポテンシャル状態が素子温度に応じて変化するため、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響を低減させることができる。
【００１５】
又、請求項４に記載するように、前記電圧発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続された第１トランジスタと、該第１トランジスタの第１電極と制御電極との接続ノードに入力側が接続されて、前記第１電圧を出力する反転型バッファと、前記第１電圧と前記第２電圧とを選択して出力するドライブ回路と、を有し、前記感光素子に光が入射されないように遮光されるようにしても構わない。
【００１６】
請求項５に記載の固体撮像装置は、入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続されるとともにサブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされた第１トランジスタと、前記第１トランジスタの制御電極に第２電極が接続された第２トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの制御電極より出力する複数の画素と、固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第２トランジスタの第１電極へ出力する電圧発生回路と、を有し、前記画素がリセットされるとき、前記第２トランジスタがＯＮとされて、前記電圧発生回路からの電圧が前記第１トランジスタの制御電極に印加され、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第２トランジスタがＯＦＦとされることを特徴とする。
【００１７】
このような固体撮像装置によると、リセット時に前記電圧発生回路より前記第２トランジスタを通じて前記第１トランジスタの制御電極に与えられる電圧が素子温度に応じて変化する。よって、前記第１トランジスタがＭＯＳトランジスタであるとき、リセット後の前記第１トランジスタのポテンシャル状態が素子温度に応じて変化するため、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響を低減させることができる。
【００１８】
又、請求項６に記載するように、前記電圧発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続された第１トランジスタと、該第１トランジスタの第１電極と制御電極との接続ノードに入力側が接続されて、前記画素内の前記第２トランジスタの第１電極へ電圧出力する反転型バッファと、を有し、前記感光素子に光が入射されないように遮光されるようにしても構わない。
【００１９】
請求項７に記載の固体撮像装置は、請求項３〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置において、前記画素が、前記感光素子の一方の電極に第１電極が接続されるとともに、前記第１トランジスタの第１電極及び制御電極に第２電極が接続された第３トランジスタを有し、前記画素がリセットされるとき、前記第３トランジスタがＯＦＦとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第３トランジスタがＯＮとされることを特徴とする。このようにすることで、リセット時に前記感光素子から光電流が前記第１トランジスタに流れ込むことを阻止することができる。
【００２０】
請求項８に記載の固体撮像装置は、請求項３〜請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置において、前記画素が、前記第１トランジスタの第１電極及び制御電極に制御電極が接続され、前記第１トランジスタの制御電極に現れる電圧を増幅して第２電極より出力する第４トランジスタを有することを特徴とする。該第４トランジスタをソースフォロアのＭＯＳトランジスタとすることによって、撮像時又はリセット時に得られた信号を増幅して出力することができる。
【００２１】
請求項９に記載の固体撮像装置は、入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第２電極が接続されるとともにサブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされた第１トランジスタと、前記第１トランジスタの第２電極に第１電極が接続された第２トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの第２電極より出力する複数の画素と、固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第１トランジスタの制御電極へ出力する電圧発生回路と、を有し、前記画素がリセットされるとき、前記第２トランジスタがＯＮとされて、前記電圧発生回路からの電圧が前記第１トランジスタの第２電極に印加され、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第２トランジスタがＯＦＦとされることを特徴とする。
【００２２】
このような固体撮像装置によると、前記電圧発生回路より前記第１トランジスタの制御電極に与えられる電圧が素子温度に応じて変化する。よって、前記第１トランジスタがＭＯＳトランジスタであるとき、この第２電極に与えられるリセット用の直流電圧によって決定されるリセット後の前記第１トランジスタのポテンシャル状態が素子温度に応じて変化するため、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響を低減させることができる。
【００２３】
又、請求項１０に記載するように、前記電圧発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第２電極が接続された第１トランジスタと、該第１トランジスタの第２電極に入力側が接続され、前記画素内の前記第１トランジスタの制御電極へ電圧出力する反転型バッファと、を有し、前記感光素子に光が入射されないように遮光されるようにしても構わない。
【００２４】
請求項１１に記載の固体撮像装置は、入射した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第２電極が接続されるとともにサブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされた第１トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの第２電極より出力する複数の画素と、固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第１トランジスタの制御電極へ出力する電圧発生回路と、を有し、前記第１トランジスタの第１電極に印加される電圧が変化されることによって前記画素がリセットされることを特徴とする。
【００２５】
このような固体撮像装置によると、リセット時に前記電圧発生回路より前記第１トランジスタの制御電極に与えられる電圧が素子温度に応じて変化する。よって、前記第１トランジスタがＭＯＳトランジスタであるとき、この第１電極に与えられるリセット用の直流電圧によって決定されるリセット後の前記第１トランジスタのポテンシャル状態が素子温度に応じて変化するため、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響を低減させることができる。
【００２６】
又、請求項１２に記載するように、前記電圧発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第２電極が接続された第１トランジスタと、該第１トランジスタの第２電極に入力側が接続され、前記画素内の前記第１トランジスタの制御電極へ電圧出力する反転型バッファと、を有し、前記感光素子に光が入射されないように遮光されるようにしても構わない。
【００２７】
請求項１３に記載の固体撮像装置は、請求項９〜請求項１２のいずれかに記載の固体撮像装置において、前記画素が、前記第１トランジスタの第２電極に第１電極が接続されるとともに、前記感光素子の一方の電極に第２電極が接続された第３トランジスタを有し、前記画素がリセットされるとき、前記第３トランジスタがＯＦＦとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第３トランジスタがＯＮとされることを特徴とする。このようにすることで、リセット時に前記感光素子から光電流が前記第１トランジスタに流れ込むことを阻止することができる。
【００２８】
請求項１４に記載の固体撮像装置は、請求項９〜請求項１３のいずれかに記載の固体撮像装置において、前記画素が、前記第１トランジスタの第２電極に制御電極が接続され、前記第１トランジスタの第２電極に現れる電圧を増幅して第２電極より出力する第４トランジスタを有することを特徴とする。該第４トランジスタをソースフォロアのＭＯＳトランジスタとすることによって、撮像時又はリセット時に得られた信号を増幅して出力することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に説明する。
【００３０】
＜固体撮像装置の構成＞
まず、本発明の固体撮像装置の構成の一例について、図面を参照して説明する。図１は本発明の二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の一部の構成を概略的に示している。同図において、Ｇ11〜Ｇｍｎは行列配置（マトリクス配置）された画素を示している。２は垂直走査回路であり、行（ライン）４−１、４−２、…、４−ｎを順次走査していく。３は水平走査回路であり、画素から出力信号線６−１、６−２、…、６−ｍに導出された光電変換信号を画素毎に水平方向に順次読み出す。５は電源ラインである。更に、１０は、電圧発生回路であり、バイアス供給ライン９−１、９−２、…、９−ｍを通じて、画素毎にバイアス電圧が与えられる。各画素に対し、上記ライン４−１、４−２、…、４−ｎや出力信号線６−１、６−２、…、６−ｍ、電源ライン５、バイアス供給ライン９−１、９−２、…、９−ｍだけでなく、他のライン（例えば、クロックライン等）も接続されるが、図１ではこれらについて省略する。
【００３１】
出力信号線６−１、６−２、・・・、６−ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１が図示の如く１組ずつ設けられている。出力信号線６−１を例にとって説明すると、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートは直流電圧線７に接続され、ドレインは出力信号線６−１に接続され、ソースは直流電圧ＶPS’のライン８に接続されている。そして、出力信号線６−１、６−２、・・・、６−ｍを通して出力される各画素の撮像時の画像データ及びリセット時の補正データが順次サンプルホールド回路１１に与えられる。
【００３２】
このサンプルホールド回路１１に対して、行毎に、画像データ及び補正データが出力されてサンプルホールドされる。そして、サンプルホールドされた画像データ及び補正データは、列毎に、出力回路１２に出力され、出力回路１２で感度バラツキによるノイズ成分が除去されるように、補正データに基づいて画像データが補正される。よって、出力回路１２より、各画素の感度バラツキが補正された画像データが、各画素毎にシリアルに出力される。
【００３３】
画素Ｇ11〜Ｇｍｎには、後述するように、それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力するＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴ３が設けられている。ＭＯＳトランジスタＴ３と上記ＭＯＳトランジスタＱ１との接続関係は図２のようになる。ここで、ＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続される直流電圧ＶPS’と、ＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続される直流電圧ＶPD’との関係はＶPD’＞ＶPS’であり、直流電圧ＶPS’は例えばグランド電圧（接地）である。
【００３４】
この回路構成は上段のＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに信号が入力され、下段のＭＯＳトランジスタＱ１のゲートには直流電圧ＤＣが常時印加される。このため下段のＭＯＳトランジスタＱ１は抵抗又は定電流源と等価であり、図２の回路はソースフォロワ型の増幅回路となっている。この場合、ＭＯＳトランジスタＴ３から増幅出力されるのは電流であると考えてよい。尚、図１及び図２に示す構成は以下に説明する第１の実施形態〜第５の実施形態に共通の構成である。
【００３５】
図２のように構成することにより信号を大きく出力することができる。従って、画素がダイナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのままでは出力信号が小さいが、本増幅回路により充分大きな信号に増幅されるため、後続の信号処理回路（図示せず）での処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗部分を構成するＭＯＳトランジスタＱ１を画素内に設けずに、列方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線６−１、６−２、…、６−ｍごとに設けることにより、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
【００３６】
＜第１の実施形態＞
図１に示した固体撮像装置の各画素に適用される第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。
【００３７】
図３において、ｐｎフォトダイオードＰＤが感光部（光電変換部）を形成している。そのフォトダイオードＰＤのアノードはＭＯＳトランジスタＴ１のドレインに接続され、このＭＯＳトランジスタＴ１のソースは、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインとゲート及びＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは行選択用のＭＯＳトランジスタＴ４のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ４のソースは出力信号線６（この出力信号線６は図１の６−１、６−２、…、６−ｍに対応する）へ接続されている。尚、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４は、それぞれ、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されている。
【００３８】
又、フォトダイオードＰＤのカソード及びＭＯＳトランジスタＴ３のドレインには直流電圧ＶPDが印加されるようになっている。一方、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースには、バイアス供給ライン９（このバイアス供給ライン９は図１の９−１、９−２、…、９−ｍに対応する）を通じて電圧発生回路１０ｘ（図１の電圧発生回路１０に対応する）で発生した出力電圧が印加される。又、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに信号φＳが入力され、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートには信号φＶが入力される。
【００３９】
このような構成の画素を有する固体撮像装置に設けられる電圧発生回路１０ｘについて、以下に説明する。図４は、本実施形態の固体撮像装置に設けられた電圧発生回路１０ｘの内部構成を示すブロック図である。
【００４０】
図４に示す電圧発生回路１０ｘは、フォトダイオードＰｄとＭＯＳトランジスタＴ１０と反転型バッファＢ１とで構成される遮光画素１０ａと、遮光画素１０ａで発生した電圧ＶPS-Lと電圧ＶPS-Lより高い電圧で画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ２をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧ＶPS-Hとを入力される信号φＶPSによって選択して出力するドライブ回路１０ｂとを有する。
【００４１】
そして、遮光画素１０ａにおいて、カソードに直流電圧ＶDAが印加されたフォトダイオードＰｄのアノードに、ＭＯＳトランジスタＴ１０のドレインとゲート及び反転型バッファＢ１の入力側が接続される。又、ＭＯＳトランジスタＴ１０のソースには直流電圧ＶSAが印加される。又、反転型バッファＢ１からの出力電圧ＶPS-Lがドライブ回路１０ｂに与えられる。このような構成の遮光画素１０ａは、フォトダイオードＰｄの感光部に光が入射されないように、アルミニウム膜などで遮光されている。
【００４２】
更に、このように遮光画素１０ａが構成されるとき、反転型バッファＢ１の構成は、例えば、図５のようにしても構わない。即ち、反転型バッファＢ１は、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート及びドレインの接続ノードにゲートが接続されるとともにドレインに直流電圧ＶDBが印加されたＰチャネルのＭＯＳトランジスタ１１と、ＭＯＳトランジスタＴ１１のソースに一端が接続されるとともに他端に直流電圧ＶSBが印加された抵抗Ｒとで構成される。
【００４３】
図４のように電圧発生回路１０が構成されるとき、遮光画素１０ａ内のフォトダイオードＰｄ及びＭＯＳトランジスタＴ１０が、固体撮像装置の素子温度を検出する検温部として働く。即ち、素子温度が低くなると、フォトダイオードＰｄの暗電流が小さくなるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ１０の閾値電圧が低くなるため、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が低くなる。逆に、素子温度が高くなると、フォトダイオードＰｄの暗電流が大きくなるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ１０の閾値電圧が高くなるため、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が高くなる。よって、反転型バッファＢ１に入力されるＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が、素子温度に応じて変遷する。
【００４４】
このように、フォトダイオードＰｄ及びＭＯＳトランジスタＴ１０が動作するとき、図５のような構成の反転型バッファＢ１は、素子温度が低く、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が低くなると、ＭＯＳトランジスタＴ１１を流れる電流が大きくなるため、抵抗Ｒに発生する電圧が高くなり、出力電圧ＶPS-Lが高くなる。逆に、素子温度が高く、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が高くなると、ＭＯＳトランジスタＴ１１を流れる電流が小さくなるため、抵抗Ｒに発生する電圧が低くなり、出力電圧ＶPS-Lが低くなる。
【００４５】
次に、図３のように構成された画素Ｇ11〜Ｇmnの動作について、説明する。電圧発生回路１０ｘ内のドライブ回路１０ｂに与える信号φＶPSがローレベルとされて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされ、信号φＶPSをハイレベルとしてＭＯＳトランジスタＴ２のソースに直流電圧ＶPS-Hが印加された後、信号φＳがハイレベルとされてＭＯＳトランジスタＴ１がＯＮとされると、撮像動作が開始する。このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、前記光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３のゲートに発生する。
【００４６】
そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすると、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４を介して出力信号線６に導出される。この出力信号線６に導出されるＭＯＳトランジスタＴ３のドレイン電流は、光電流に対して自然対数的に比例した値となる。又、このとき、ＭＯＳトランジスタＴ３及びＭＯＳトランジスタＱ１（図１）の導通時抵抗とそれらを流れる電流によって決まるＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が、信号として出力信号線６に現れる。このようにして信号が読み出された後、ＭＯＳトランジスタＴ４がＯＦＦとされる。このとき出力信号線６に現れるドレイン電圧が画像データとしてサンプルホールド回路１１（図１）に与えられてサンプルホールドされる。
【００４７】
このように撮像動作が成されると、次に、リセット動作が行われる。このリセット動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。上述したように、パルス信号φＶが与えられ、画像データが出力されてサンプルホールド回路１１にサンプルホールドされると、まず、信号φＳをローレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦとして、フォトトランジスタＰＤとＭＯＳトランジスタＴ２との電気的な接続を切断する。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のソース側より負の電荷が流れ込み、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート及びドレイン、そしてＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに蓄積された正の電荷が再結合される。
【００４８】
このようにリセットされると、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレイン及びゲート下領域のポテンシャルがある値になると、そのリセットされる速度が遅くなる。よって、次に、電圧発生回路１０ｘ内のドライブ回路１０ｂに与える電圧φＶPSをローレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに遮光画素１０ａからの出力電圧ＶPS-Lを印加するようにする。このように、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに与える電圧を直流電圧ＶPS-Hから直流電圧ＶPS-Lに変換して、低くすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースから流入する負の電荷の量を増加させる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート及びドレイン、そしてＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに蓄積された正の電荷が速やかに再結合される。
【００４９】
そして、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレイン及びゲート下領域がリセットされると、電圧発生回路１０ｘ内のドライブ回路１０ｂに与える電圧φＶPSをハイレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに直流電圧ＶPS-Hを印加する。そして、パルス信号φＶを与えることによって、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすることで、リセット時のＭＯＳトランジスタＴ３のゲート電圧に応じたドレイン電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４を介して、出力信号線６に導出される。よって、このときＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が、補正データとしてサンプルホールド回路１１に出力されてサンプルホールドされる。そして、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦとした後、信号φＳをハイレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮとして、次の撮像動作に備える。
【００５０】
このように動作させたとき、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャルが、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに印加される電圧発生回路１０ｘからの出力電圧ＶPS-Lによって決定される。このとき、素子温度が低いときは、出力電圧ＶPS-Lが高くなるため、従来のように、常温時と同一の直流電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のソースに与えて、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャルが低くなるのを、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに常温時よりも高い電圧である出力電圧ＶPS-Lを与えることで防ぐことができる。
【００５１】
又、素子温度が高いときは、出力電圧ＶPS-Lが低くなるため、従来のように、常温時と同一の直流電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のソースに与えて、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャルが高くなるのを、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに常温時よりも低い電圧である出力電圧ＶPS-Lを与えることで防ぐことができる。そのため、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャルが素子温度に係わらずほぼ一定の状態となる。
【００５２】
このように、電圧発生回路１０ｘにおいて、画素Ｇ11〜Ｇmnと同様の温度特性を有する遮光画素１０ａで検温し、その検温した温度に応じた電圧をリセット時に画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ２のソースに与えることで、各画素の出力バラツキの要因となる素子温度の影響を低減することができる。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
図１に示した固体撮像装置の各画素に適用される第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図３に示す画素と同一の目的で使用される素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
図７に示す画素は、第１の実施形態（図３）の構成の画素に、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート及びドレインの接続ノードにソースが接続されたＭＯＳトランジスタＴ５を追加された構成となる。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースには、直流電圧ＶPSが印加され、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレインには、バイアス供給ライン９を通じて電圧発生回路１０ｙ（図１の電圧発生回路１０に対応する）で発生した出力電圧が印加される。そして、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに信号φＳＷが与えられる。その他の構成は、図３の画素と同様である。又、尚、ＭＯＳトランジスタＴ５は、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４と同様、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されている。
【００５５】
このような構成の画素を有する固体撮像装置に設けられる電圧発生回路の構成は、図８のようになる。尚、図８の電圧発生回路において、図４の電圧発生回路と同一の目的で使用される素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図８に示す電圧発生回路１０ｙは、第１の実施形態（図４）における電圧発生回路１０ｘから、ドライバ回路１０ｂが削除された構成となる。即ち、遮光画素１０ａの反転型バッファＢ１より出力される出力電圧が、常に、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレインに印加される。その他の構成は、図４の電圧発生回路１０ｘと同様である。このとき、遮光画素１０ａから出力される出力電圧ＶＤが、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレインに印加される。そして、この出力電圧ＶＤは、図４の電圧発生回路１０ｘからの出力電圧ＶPS-Lと同様、温度が高いときは常温時と比べて低くなり、又、温度が低いときは常温時と比べて高くなる。
【００５７】
このように、固体撮像装置内の画素Ｇ11〜Ｇmn及び電圧発生回路１０ｙが構成されるときの動作について、以下に説明する。パルス信号φＳＷがＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセットされた後、信号φＳがハイレベルとされて、ＭＯＳトランジスタＴ１がＯＮとされると、撮像動作が開始する。このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、前記光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３のゲートに発生する。
【００５８】
そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすると、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４を介して出力信号線６に導出される。よって、出力信号線６に現れる光電流に対して自然対数的に比例したＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路１１（図１）に与えられてサンプルホールドされる。
【００５９】
このように撮像動作が成されると、次に、リセット動作が行われる。このリセット動作について、図９のフローチャートを参照して説明する。上述したように、パルス信号φＶが与えられ、画像データが出力されてサンプルホールド回路１１にサンプルホールドされると、まず、信号φＳをローレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦとする。
【００６０】
そして、次に、信号φＳＷをハイレベルとすることによってＭＯＳトランジスタＴ５をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに、電圧発生回路１０ｙからの出力電圧ＶＤを印加する。よって、ＭＯＳトランジスタＴ２が、ゲートに印加される出力電圧ＶＤに応じて、そのゲート下領域がリセットされる。このようにリセットされると、信号φＳＷをローレベルとしてＭＯＳトランジスタＴ５をＯＦＦとした後、パルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えて、リセット時の出力を出力信号線６を通じて、サンプルホールド回路１１に出力して補正データとしてサンプルホールドする。その後、信号φＳをハイレベルとして、次の撮像動作に備える。
【００６１】
このように動作させたとき、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャルが、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにＭＯＳトランジスタＴ５を介して印加される電圧発生回路１０ｙからの出力電圧ＶＤによって決定される。よって、第１の実施形態のように、素子温度が低いときは出力電圧ＶＤが高くなるため、ゲート下領域のポテンシャルが低くなるのを防ぎ、又、素子温度が高いときは出力電圧ＶＤが低くなるため、ゲート下領域のポテンシャルが高くなるのを防ぐ。そのため、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャルが素子温度に係わらずほぼ一定の状態となる。
【００６２】
このように、電圧発生回路１０ｙにおいて、画素Ｇ11〜Ｇmnと同様の温度特性を有する遮光画素１０ａで検温し、その検温した温度に応じた電圧をリセット時に画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに与えることで、各画素の出力バラツキの要因となる素子温度の影響を低減することができる。
【００６３】
＜第３の実施形態＞
図１に示した固体撮像装置の各画素に適用される第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図３に示す画素と同一の目的で使用される素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
図１０に示す画素において、フォトダイオードＰＤのカソードにＭＯＳトランジスタＴ１のソースが接続され、このＭＯＳトランジスタＴ１のドレインにＭＯＳトランジスタＴ３のゲート及びＭＯＳトランジスタＴ６のソース及びＭＯＳトランジスタＴ７のドレインが接続される。尚、ＭＯＳトランジスタＴ６，Ｔ７は、それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ４と同様、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されている。
【００６５】
フォトダイオードＰＤのアノードには直流電圧ＶPSが印加される。そして、ＭＯＳトランジスタＴ６は、そのドレインに直流電圧ＶPDが印加されるとともに、そのゲートにバイアス供給ライン９を通じて電圧発生回路１０ｚ（図１の電圧発生回路１０に対応する）で発生した出力電圧ＶPGが印加される。又、ＭＯＳトランジスタＴ７は、そのソースに直流電圧ＲＬが印加され、そのゲートに信号φＲＳが入力される。その他の構成は、第１の実施形態（図３）の画素と同様である。
【００６６】
このような構成の画素を有する固体撮像装置に設けられる電圧発生回路の構成は、図１１のようになる。尚、図１１の電圧発生回路において、図８の電圧発生回路と同一の目的で使用される素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
図１１に示す電圧発生回路１０ｚは、フォトダイオードＰｄとＭＯＳトランジスタＴ２０と反転型バッファＢ２とで構成される遮光画素１０ｃで構成される。そして、遮光画素１０ｃにおいて、アノードに直流電圧ＶSCが印加されたフォトダイオードＰｄのカソードに、ＭＯＳトランジスタＴ２０のソース及び反転型バッファＢ２の入力側が接続される。又、ＭＯＳトランジスタＴ２０は、そのドレインに直流電圧ＶDCが、又、そのゲートに直流電圧ＶGAが印加されることで、サブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされる。このような構成の遮光画素１０ｃは、フォトダイオードＰｄの感光部に光が入射されないように、アルミニウム膜などで遮光されている。
【００６８】
図１１のように電圧発生回路１０ｚが構成されるとき、遮光画素１０ｃ内のフォトダイオードＰｄ及びＭＯＳトランジスタＴ２０が、固体撮像装置の素子温度を検出する検温部として働く。即ち、素子温度が低くなると、フォトダイオードＰｄの暗電流が小さくなるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ２０の閾値電圧が低くなるため、ＭＯＳトランジスタＴ２０のソース電圧が高くなる。逆に、素子温度が高くなると、フォトダイオードＰｄの暗電流が大きくなるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ２０の閾値電圧が高くなるため、ＭＯＳトランジスタＴ２０のソース電圧が低くなる。よって、反転型バッファＢ２に入力されるＭＯＳトランジスタＴ２０のゲート電圧が、素子温度に応じて変遷する。
【００６９】
このように、フォトダイオードＰｄ及びＭＯＳトランジスタＴ２０が動作するため、反転型バッファＢ２からの出力電圧ＶPGは、素子温度が低く、ＭＯＳトランジスタＴ２０のソース電圧が高くなると、低くなり、又、素子温度が高く、ＭＯＳトランジスタＴ２０のソース電圧が低くなると、高くなる。
【００７０】
次に、図１０のように構成された画素Ｇ11〜Ｇmnの動作について、説明する。ＭＯＳトランジスタＴ７のゲートにパルス信号φＲＳが与えられて、ＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧がリセットされた後、信号φＳがハイレベルとされてＭＯＳトランジスタＴ１がＯＮとされると、撮像動作が開始する。
【００７１】
このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ６のソース及びＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに発生する。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ６のソースに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧が低くなる。
【００７２】
そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすると、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４を介して出力信号線６に導出される。よって、出力信号線６に現れる光電流に対して自然対数的に比例したＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路１１（図１）に与えられてサンプルホールドされる。
【００７３】
このように撮像動作が成されると、次に、リセット動作が行われる。このリセット動作について、図１２のフローチャートを参照して説明する。上述したように、パルス信号φＶが与えられ、画像データが出力されてサンプルホールド回路１１にサンプルホールドされると、まず、信号φＳをローレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦとする。
【００７４】
そして、次に、信号φＲＳをハイレベルとすることによってＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに、直流電圧ＲＬを印加する。よって、ＭＯＳトランジスタＴ６が、直流電圧ＲＬに応じて、そのソース電圧がリセットされる。このようにリセットされると、信号φＲＳをローレベルとしてＭＯＳトランジスタＴ７をＯＦＦとした後、パルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えて、リセット時の出力を出力信号線６を通じて、サンプルホールド回路１１に出力して補正データとしてサンプルホールドする。その後、信号φＳをハイレベルとして、次の撮像動作に備える。
【００７５】
このように動作させたとき、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧が一定であるため、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲート下領域・ソース間のポテンシャルが、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに常に印加される電圧発生回路１０ｚからの出力電圧ＶPGによって決定される。このとき、素子温度が低いときは、出力電圧ＶPGが低くなるため、従来のように、常温時と同一の直流電圧をＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えて、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ６のゲート下領域のポテンシャルが高くなるのを、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに常温時よりも低い電圧である出力電圧ＶPGを与えることで防ぐことができる。
【００７６】
又、素子温度が高いときは、出力電圧ＶPGが高くなるため、従来のように、常温時と同一の直流電圧をＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えて、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ６のゲート下領域のポテンシャルが低くなるのを、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに常温時よりも高い電圧である出力電圧ＶPGを与えることで防ぐことができる。そのため、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ６のゲート下領域・ソース間のポテンシャルが素子温度に係わらずほぼ一定の状態となる。
【００７７】
このように、電圧発生回路１０ｚにおいて、画素Ｇ11〜Ｇmnと同様の温度特性を有する遮光画素１０ｃで検温し、その検温した温度に応じた電圧を常に画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えることで、各画素の出力バラツキの要因となる素子温度の影響を低減することができる。
【００７８】
＜第４の実施形態＞
図１に示した固体撮像装置の各画素に適用される第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図１３は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図１０に示す画素と同一の目的で使用される素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
図１３に示す画素は、第３の実施形態（図１０）から、ＭＯＳトランジスタＴ７を削除した構成となる。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ６のドレインには、信号φＶPDが入力される。その他の構成は図１０の画素と同様である。又、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに接続される電圧発生回路１０ｚは、第３の実施形態と同様、図１１に示す構成の電圧発生回路である。尚、ＭＯＳトランジスタＴ６をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧を第１電圧とし、ＭＯＳトランジスタＴ６の閾値のバラツキを検出するために、直流電圧ＶPSに略等しい値となる電圧を第２電圧とする。
【００８０】
以下に、図１３のように構成された画素Ｇ11〜Ｇmnの動作について、説明する。ＭＯＳトランジスタＴ６のドレインに与えられる信号φＶPDが第２電圧とされて、ＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧がリセットされ、信号φＶPDが第１電圧とされた後、信号φＳがハイレベルとされてＭＯＳトランジスタＴ１がＯＮとされると、撮像動作が開始する。このとき、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ６のソース及びＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに発生する。
【００８１】
そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすると、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、ＭＯＳトランジスタＴ３，Ｔ４を介して出力信号線６に導出される。よって、出力信号線６に現れる光電流に対して自然対数的に比例したＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路１１（図１）に与えられてサンプルホールドされる。
【００８２】
このように撮像動作が成されると、次に、リセット動作が行われる。このリセット動作について、図１４のフローチャートを参照して説明する。上述したように、パルス信号φＶが与えられ、画像データが出力されてサンプルホールド回路１１にサンプルホールドされると、まず、信号φＳをローレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＦＦとする。
【００８３】
そして、次に、信号φＶPDを第２電圧にすることによって、ＭＯＳトランジスタＴ６にドレイン側より負の電荷を流入させた後、信号φＶPDを第１電圧に戻して、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに負の電荷を蓄積させる。このＭＯＳトランジスタＴ６のソースに蓄積された負の電荷量が、ＭＯＳトランジスタＴ６の閾値に応じた値となる。
【００８４】
よって、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートにＭＯＳトランジスタＴ６の閾値電圧に応じた電圧が現れる。このとき、パルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えて、ＭＯＳトランジスタＴ６の閾値電圧に比例したリセット時の出力を出力信号線６を通じて、サンプルホールド回路１１に出力して補正データとしてサンプルホールドする。その後、信号φＳをハイレベルとして、次の撮像動作に備える。
【００８５】
このように動作させたとき、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧が、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに常に印加される電圧発生回路１０ｚからの出力電圧ＶPGと直流電圧ＶPDの第１電圧との差及びＭＯＳトランジスタＴ６の閾値電圧によって決定される。このとき、素子温度が低いときは、出力電圧ＶPGが低くなるため、出力電圧ＶPGと直流電圧ＶPDの差を大きくして、低くなったＭＯＳトランジスタのＴ６の閾値電圧の影響を低減させる。又、素子温度が高いときは、出力電圧ＶPGが高くなるため、出力電圧ＶPGと直流電圧ＶPDの差を小さくして、高くなったＭＯＳトランジスタのＴ６の閾値電圧の影響を低減させる。
【００８６】
このように、電圧発生回路１０ｚにおいて、画素Ｇ11〜Ｇmnと同様の温度特性を有する遮光画素１０ｃで検温し、その検温した温度に応じた電圧を常に画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えることで、各画素の出力バラツキの要因となる素子温度の影響を低減することができる。
【００８７】
＜第５の実施形態＞
図１に示した固体撮像装置の各画素に適用される第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図１５は、本実施形態に使用する固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図である。尚、図１３に示す画素と同一の目的で使用される素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８８】
図１５に示す画素は、第４の実施形態（図１３）から、ＭＯＳトランジスタＴ１を削除した構成となる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに、フォトダイオードＰＤのカソードが接続される。その他の構成は図１３の画素と同様である。又、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに接続される電圧発生回路１０ｚは、第３及び第４の実施形態と同様、図１１に示す構成の電圧発生回路である。
【００８９】
このように構成された画素Ｇ11〜Ｇmnの動作は、図１３に示す画素とほぼ同様の動作を行う。即ち、図１６のタイミングチャートのように、パルス信号φＶがＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えられて、画像データがサンプルホールド回路１１（図１）に与えられてサンプルホールドされると、まず、信号φＶPDが第２電圧とされる。そして、信号φＶPDを第１電圧に戻すことによって、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに負の電荷を蓄積し、このときにパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮにして、ＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧に基づいて得られる補正データがサンプルホールド回路１１に与えられてサンプルホールドされる。
【００９０】
尚、本実施形態において、第４の実施形態における画素からＭＯＳトランジスタＴ１を削除した構成の画素が設けられる固体撮像装置としたが、第１〜第３の実施形態それぞれにおける画素からＭＯＳトランジスタＴ１を削除した構成の画素が設けられた固体撮像装置としても構わない。このように、各実施形態の画素からＭＯＳトランジスタＴ１を削除した構成の画素とすることによって、構成がシンプルになり画素サイズを小さくすることができる。
【００９１】
又、第１〜第５の実施形態において、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースにキャパシタなどの積分回路を接続し、ＭＯＳトランジスタＴ４がＯＮすることによって、積分回路で積分された値となる電気信号を出力するようにしても構わない。この積分回路を設けることによって、光源の変動成分や高周波ノイズなどが積分回路で吸収されて除去される。更に、固体撮像装置を構成する素子として、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタの代わりに、逆極性のＰチャネルのＭＯＳトランジスタを利用しても構わない。
【００９２】
更に、上記各実施形態において、電圧発生回路は上記のものに限定されず、種々の構成のものを採用することができる。例えば、第１の実施形態や第２の実施形態においては、素子温度が下がればその出力が上がるものであれば良く、図１１のように図４や図８とはフォトダイオードの極性が逆のものであっても良いし、第３の実施形態や第４の実施形態においては、素子温度が下がればその出力が下がるものであれば良く、図４のように図１１とはフォトダイオードの極性が逆のものであっても良い。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によると、電圧発生回路より固体撮像装置の素子温度を検温することが可能であり、各画素のサブスレッショルド領域で動作するトランジスタに与える電圧を素子温度に応じて変化させることができる。即ち、トランジスタのポテンシャル状態を素子温度に関わらず、ほぼ一定とすることができるので、固体撮像装置からの出力を、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響が低減された出力とすることができる。よって、被写体の照度の対数変換値と画素からの電気信号の出力レベルとの間での線形性が、素子温度変化に依存することなく保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である二次元固体撮像装置の全体の構成を説明するためのブロック回路図。
【図２】図１の一部の回路図。
【図３】本発明の第１の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図４】本発明の第１の実施形態の電圧発生回路の構成を示す回路図。
【図５】図４の電圧発生回路内の反転型バッファの構成を示す回路図。
【図６】第１の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図７】本発明の第２の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図８】本発明の第２の実施形態の電圧発生回路の構成を示す回路図。
【図９】第２の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１０】本発明の第３の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図１１】本発明の第３〜第５の実施形態の電圧発生回路の構成を示す回路図。
【図１２】第３の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１３】本発明の第４の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図１４】第４の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１５】本発明の第５の実施形態の１画素の構成を示す回路図。
【図１６】第５の実施形態で使用する画素の各素子に与える信号のタイミングチャート。
【図１７】固体撮像装置に設けられた画素内の一部の構成を示す回路図。
【図１８】被写体の照度と固体撮像装置の出力との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
Ｇ11〜Ｇｍｎ    画素
２    垂直走査回路
３    水平走査回路
４−１〜４−ｎ    行選択線
６−１〜６−ｍ    出力信号線
７    直流電圧線
８    ライン
９−１〜９−ｍ    バイアス供給ライン
１０    電圧発生回路
１１    サンプルホールド回路
１２    出力回路
ＰＤ，Ｐｄ，Ｐ    フォトダイオード
Ｔ１〜Ｔ７，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ２０，Ｔ    ＭＯＳトランジスタ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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