CN112740656B - 固体摄像装置 - Google Patents

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Abstract

固体摄像装置(1)具备像素阵列部(10)及电流源阵列部(20)。像素阵列部包含沿第1方向排列的N个像素部(P(1)～P(N))。各像素部包含光电二极管(PD)及放大用MOS晶体管(M11)。电流源阵列部包含N个电流源(I(1)～I(N))。各电流源包含第一MOS晶体管(M21)、第二MOS晶体管(M22)、第三MOS晶体管(M23)、第四MOS晶体管(24)及设定电路(SET)。设定电路(SET)基于信号线(L(n))的电压而设定第三MOS晶体管(M23)的接通/断开，由此抑制自Vr供给线经由共同节点(Nc)及第一MOS晶体管(M21)流向接地电位供给端的电流量的变动。由此，实现了可更可靠地抑制黑电平变动的固体摄像装置。

Description

固体摄像装置
技术领域
本发明涉及一种固体摄像装置。
背景技术
APS(Active Pixel Sensor(主动像素传感器))方式的固体摄像装置具备：像素阵列部，其1维或2维地排列有分别包含光电二极管及放大用MOS晶体管等的像素部；信号读取部，其将自各像素部向信号线输出的信号依次向外部读取；及电流源，其连接于信号线。经由信号线相互连接的各像素部的放大用MOS晶体管及电流源构成源极跟随器电路。
这样的APS方式的固体摄像装置中，若预先对多个像素部中的某像素部进行遮光以不使光入射至该像素部的光电二极管，则在理想上，不依赖于入射至其他像素部的光电二极管的光的强度，自遮光的像素部输出的信号的大小应为一定。然而，实际上，若入射至其他的像素部的光电二极管的光的强度大，则有自遮光的像素部输出的信号的大小变化的情况。这样的现象被称为黑电平变动。在专利文献1中公开有一种意欲消除该黑电平变动的问题的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-183462号公报
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1所公开的结构中，无法充分地抑制黑电平变动。
本发明的目的在于提供一种可更可靠地抑制黑电平变动的固体摄像装置。
解决问题的技术手段
本发明的实施方式为固体摄像装置。固体摄像装置具备：(1)像素阵列部，其至少沿第一方向排列有分别包含光电二极管及放大用MOS晶体管的多个像素部，且将多个像素部的各个中对应于光电二极管中产生的电荷量的信号向多条信号线中与该像素部对应设置的信号线输出；(2)电流源阵列部，其包含多个电流源，这些多个电流源分别经由信号线连接于多个像素部中对应的像素部；及(3)信号读取部，其输入经由多条信号线的各个输入的信号，且依次读取多个像素部的各个中对应于光电二极管中产生的电荷量的信号。
上述固体摄像装置中，像素部在沿第一方向延伸的第一基准电位供给线与信号线之间设置有放大用MOS晶体管，对放大用MOS晶体管的栅极赋予对应于光电二极管中产生的电荷量的电压，将对应于该栅极电压的信号自放大用MOS晶体管向信号线输出。
上述固体摄像装置中，多个电流源中的任意1个以上的特定电流源包含：(a)第一MOS晶体管，其设置于第二基准电位供给端与共同节点之间且对栅极赋予第一偏压；(b)第二MOS晶体管，其设置于共同节点与信号线之间且对栅极被赋予第二偏压；(c)第三MOS晶体管，其设置于第一基准电位供给线与共同栅极之间；(d)设定电路，其对第三MOS晶体管的栅极赋予对应于信号线的电压的栅极电压而设定第三MOS晶体管的接通/断开，并抑制自第一基准电位供给线经由第一MOS晶体管及共同节点流向第二基准电位供给端的电流量的变动。
发明的效果
根据本发明的实施方式，可在固体摄像装置中更可靠地抑制黑电平变动。
附图说明
图1是显示固体摄像装置1的结构的图。
图2是显示像素部P(n)及电流源I(n)的电路结构的图。
图3是简化显示像素部P(n)及电流源I(n)的电路结构的图。
图4是显示本实施方式的固体摄像装置1的像素部P(n)及电流源I(n)的电路结构的图。
图5是显示本实施方式的固体摄像装置1的电流源I(n)的具体的电路结构的一个例子的图。
图6是显示本实施方式的固体摄像装置1的电流源I(n)的具体的电路结构的其他例子的图。
图7是显示实施例及比较例的各个中的放大用MOS晶体管M11的栅极电压与信号线L(n)的电压之间的关系的模拟结果的图。
图8是显示实施例中的放大用MOS晶体管M11的栅极电压与各路径的电流量之间的关系的模拟结果的图。
图9是显示固体摄像装置1A的结构的图。
图10是显示固体摄像装置1A的像素部P(m,n)的电路结构及电流源I(n)的连接的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的方式详细地进行说明。另外，附图的说明中对同一要素标注同一符号，省略重复的说明。本发明并非限定于这些例示。
图1是显示固体摄像装置1的结构的图。固体摄像装置1具备像素阵列部10、电流源阵列部20、信号读取部30及控制部40。
像素阵列部10包含沿第一方向排列的多个(N个)像素部P(1)～P(N)。该图中第一方向为横向。N个像素部P(1)～P(N)按该顺序排列。N个像素部P(1)～P(N)包含光电二极管及放大用MOS晶体管等，且具有共同的结构。N个像素部P(1)～P(N)中的第n像素部P(n)将对应于光电二极管中产生的电荷的量的信号向N条信号线L(1)～L(N)中的第n信号线L(n)输出。第n信号线L(n)对应于第n像素部P(n)而设置。N为2以上的整数，n为1以上N以下的整数。
电流源阵列部20包含多个(N个)电流源I(1)～I(N)。N个电流源I(1)～I(N)优选为与N个像素部P(1)～P(N)同样地沿第一方向按该顺序排列。由第n信号线L(n)连接的第n像素部P(n)的放大用MOS晶体管与第n电流源I(n)构成源极跟随器电路。
信号读取部30输入经由N条信号线L(1)～L(N)的各个输入的信号，并将N个像素部P(1)～P(N)的各个中对应于光电二极管中产生的电荷的量的信号依次向外部读取。控制部40控制N个像素部P(1)～P(N)及信号读取部30各自的动作。
图2是显示各像素部P(n)及各电流源I(n)的电路结构的图。该图中，显示N个像素部P(1)～P(N)中的2个像素部P(n)及像素部P(n+1)，显示N个电流源I(1)～I(N)中的2个电流源I(n)及电流源I(n+1)。该图所示的电流源I(n)、I(n+1)的电路结构为比较例。
各像素部P(n)包含光电二极管PD、放大用MOS晶体管M11、传送用MOS晶体管M12及初始化用MOS晶体管M13。这些MOS晶体管M11～M13为NMOS晶体管。光电二极管PD的阳极被赋予接地电位。传送用MOS晶体管M12的源极与光电二极管PD的阴极连接。传送用MOS晶体管M12的漏极与放大用MOS晶体管M11的栅极连接。传送用MOS晶体管的栅极被赋予trans信号。
初始化用MOS晶体管M13的源极与放大用MOS晶体管M11的栅极连接。初始化用MOS晶体管M13的漏极与供给第一基准电位Vr的第一基准电位供给线(Vr供给线)连接。初始化用MOS晶体管M13的栅极被赋予reset信号。放大用MOS晶体管M11的源极与信号线L(n)连接。放大用MOS晶体管M11的漏极与Vr供给线连接。
Vr供给线沿N个像素部P(1)～P(N)排列的第一方向延伸。Vr供给线为对N个像素部P(1)～P(N)各自的放大用MOS晶体管M11的漏极及初始化用MOS晶体管M13的漏极供给第一基准电位Vr的共同的线。
自控制部40赋予trans信号及reset信号。trans信号为低电平时，传送用MOS晶体管M12为断开(off)状态。trans信号为高电平时，传送用MOS晶体管M12为接通(on)状态。reset信号为低电平时，初始化用MOS晶体管M13为断开状态。reset信号为高电平时，初始化用MOS晶体管M13为接通状态。
初始化用MOS晶体管M13为接通状态且传送用MOS晶体管M12为断开状态时，连接于放大用MOS晶体管M11的栅极的浮动扩散(FD：Floating Diffusion)区域的电位被初始化。此时，自放大用MOS晶体管M11的源极输出至信号线L(n)的信号的值也被初始化。
初始化用MOS晶体管M13转为断开状态后，若传送用MOS晶体管M12转为接通状态，则至此在光电二极管PD中产生并蓄积于光电二极管PD的接合电容部的电荷经由传送用MOS晶体管M12移动至连接于放大用MOS晶体管M11的栅极的FD区域。此时，放大用MOS晶体管M11的栅极的电位为对应于移动至FD区域的电荷量的电位。于是，自放大用MOS晶体管M11的源极输出至信号线L(n)的信号值为对应于移动至FD区域的电荷量的值。
各电流源I(n)包含MOS晶体管M21。MOS晶体管M21的漏极与信号线L(n)连接。MOS晶体管M21的源极被赋予接地电位。MOS晶体管M21的栅极被赋予偏压Vbias1。MOS晶体管M21可在饱和区域动作，且流通一定电流。像素部P(n)的放大用MOS晶体管M11与电流源I(n)的MOS晶体管M21由信号线L(n)连接，并构成源极跟随器电路。
图3是简化显示各像素部P(n)及各电流源I(n)的电路结构的图。该图中，设为N＝8，且关于各像素部P(n)仅显示放大用MOS晶体管M11。另外，在将第一基准电位Vr供给至各像素部P(n)的放大用MOS晶体管M11的漏极的Vr供给线，以电阻器的记号显示其具有的电阻成分。自两端向Vr供给线赋予第一基准电位Vr。
通常，在对像素部P(n)的光电二极管PD的入射光量未过大的情况下，对应于该像素部P(n)的电流源I(n)的MOS晶体管M21可在饱和区域动作，且流通一定电流。以下将该状态称为“通常状态”。
在所有的电流源I(n)的MOS晶体管M21为在饱和区域动作的通常状态的情况下，由于电流流通于Vr供给线所引起的电压降低，赋予像素部P(n)的放大用MOS晶体管M11的漏极的电位根据像素部P(n)的位置而不同。即，像素部越靠近中央，赋予该像素部的放大用MOS晶体管M11的漏极的电位越低。
另一方面，设想对8个像素部P(1)～P(8)中的6个像素部P(1)～P(3)、P(6)～P(8)各自的光电二极管PD的入射光量过大，且对应于这些像素部的电流源I(1)～I(3)、I(6)～I(8)各自的MOS晶体管M21未在饱和区域动作，电流量小的情况。以下将这些像素部的状态称为“饱和状态”。
若像素部P(1)～P(3)、P(6)～P(8)为饱和状态，则Vr供给线中流通的电流量变少，Vr供给线中的电压降低变小，赋予中央的2个像素部P(4)、P(5)各自的放大用MOS晶体管M11的漏极的电位与上述的所有的像素部为通常状态的情况相比变高。这是黑电平变动的主要原因。
以下说明的实施方式的固体摄像装置1可通过抑制Vr供给线中的电压降低的变动而抑制黑电平变动。
图4是显示本实施方式的固体摄像装置1的各像素部P(n)及各电流源I(n)的电路结构的图。
本实施方式中的各像素部P(n)除光电二极管PD、放大用MOS晶体管M11、传送用MOS晶体管M12及初始化用MOS晶体管M13外，还包含选择用MOS晶体管M14。选择用MOS晶体管M14为NMOS晶体管。选择用MOS晶体管M14的漏极与放大用MOS晶体管M11的源极连接。选择用MOS晶体管M14的源极与放大用MOS晶体管M11的信号线L(n)连接。
选择用MOS晶体管M14的栅极自控制部40被赋予select(n)信号。select(n)信号为低电平时，选择用MOS晶体管M14为断开状态，可限制流通于信号线L(n)的电流。select(n)信号为高电平时，选择用MOS晶体管M14为接通状态，可自放大用MOS晶体管M11将信号输出至信号线L(n)。select(1)～select(N)信号可为共同的信号。
本实施方式的各电流源I(n)包含第一MOS晶体管M21、第二MOS晶体管M22、第三MOS晶体管M23、第四MOS晶体管M24及设定电路SET。另外，各电流源I(n)也包含MOS晶体管M27。这些MOS晶体管M21～M24、M27为NMOS晶体管。
第一MOS晶体管M21的漏极与共同节点Nc连接。第一MOS晶体管M21的源极与第二基准电位供给端(接地电位供给端)连接。第一MOS晶体管M21的栅极被赋予第一偏压Vbias1。第二MOS晶体管M22的漏极与信号线L(n)连接。第二MOS晶体管M22的源极与共同节点Nc连接。第二MOS晶体管M22的栅极被赋予第二偏压Vbias2。
第三MOS晶体管M23的漏极经由MOS晶体管M27而与Vr供给线连接。第三MOS晶体管M23的源极与第四MOS晶体管M24的漏极连接。设定电路SET将对应于信号线L(n)的电压的栅极电压赋予第三MOS晶体管M23的栅极，设定第三MOS晶体管M23的接通/断开。第三MOS晶体管M23主要用作通过设定电路SET设定接通/断开的开关。
第四MOS晶体管M24的源极与共同节点Nc连接。第四MOS晶体管M24的栅极被赋予第三偏压Vbias3。第三偏压Vbias3可与第二偏压Vbias2不同，也可与第二偏压Vbias2相同。第四MOS晶体管M24在图中设置于第三MOS晶体管M23与共同节点Nc之间，但也可设置于Vr供给线与第三MOS晶体管M23之间。也可无第四MOS晶体管M24。
MOS晶体管M27可如图所示设置于Vr供给线与MOS晶体管M23之间，但也可设置于MOS晶体管M23与MOS晶体管M24之间，另外可设置于MOS晶体管M24与共同节点Nc之间。MOS晶体管M27的栅极自控制部40被赋予select(n)信号。select(n)信号为低电平时，MOS晶体管M27为断开状态，可限制MOS晶体管M23、M24中流通的电流。select(n)信号为高电平时，MOS晶体管M27为接通状态，可允许流通于MOS晶体管M23、M24的电流。
设定电路SET基于信号线L(n)的电压设定第三MOS晶体管M23的接通/断开，由此，抑制自Vr供给线经由共同节点Nc及第一MOS晶体管M21流向接地电位供给端的电流量的变动。信号线L(n)的电压为对应于放大用MOS晶体管M11的栅极电压的电压。
第一路径Route1中流通的电流量多于某阈值时，设定电路SET将第三MOS晶体管M23设定为断开，而不在自Vr供给线经由第三MOS晶体管M23到达接地电位供给端的第二路径Route2中流通电流。另一方面，第一路径Route1中流通的电流量少于某阈值时，设定电路SET将第三MOS晶体管M23设定为接通，而在第二路径Route2中流通电流。
MOS晶体管M14及MOS晶体管M27作为在像素部P(n)不进行信号输出的期间(即，select(n)信号为低电平的期间)限制流通于对应于该像素部P(n)的特定电流源I(n)的电流的电流限制单元而发挥作用。可通过设置这样的电流限制单元而抑制消耗电力。
另外，作为电流限制单元，除此以外可为在select(n)信号为低电平的期间将赋予MOS晶体管M24的栅极的第三偏压Vbias3设为低电平、及将赋予MOS晶体管M23的栅极的信号设为设定电路SET的输出信号与select(n)信号的逻辑积等的方式。
图5及图6是显示本实施方式的固体摄像装置1的各电流源I(n)的具体电路结构例的图。
图5所示的各电流源I(n)的设定电路SET具有包含相互串联连接的第五MOS晶体管M25及第六MOS晶体管M26的结构。第五MOS晶体管M25为NMOS晶体管，第六MOS晶体管M26为PMOS晶体管。
第五MOS晶体管M25的漏极与第六MOS晶体管M26的漏极连接，另外，与第三MOS晶体管M23的栅极连接。第五MOS晶体管M25的源极与接地电位供给端连接。第五MOS晶体管M25的栅极与信号线L(n)连接。
第六MOS晶体管M26的源极与电源电位供给端连接。第六MOS晶体管M26的栅极被赋予第四偏压Vbias4。第六MOS晶体管M26通过将第四偏压Vbias4赋予栅极而始终为接通状态，且主要用作负载。
该设定电路SET将信号线L(n)的电压赋予第五MOS晶体管M25的栅极，将第五MOS晶体管M25与第六MOS晶体管M26的连接点的电压赋予第三MOS晶体管M23的栅极。
通常状态下，在第一路径Route1中流通电流，但信号线L(n)的电压(即，第五MOS晶体管M25的栅极电压)足够高，因而第五MOS晶体管M25为接通状态。因此，由于第三MOS晶体管M23的栅极电压为接地电位电平，因而第三MOS晶体管M23为断开状态，未在第二路径Route2中流通电流。
在饱和状态下，第一路径Route1中不流通电流，信号线L(n)的电压(即，第五MOS晶体管M25的栅极电压)较低，第五MOS晶体管M25为断开状态。因此，由于第三MOS晶体管M23的栅极电压为电源电位电平，因而第三MOS晶体管M23为接通状态，在第二路径Route2中流通电流。
图6所示的各电流源I(n)的设定电路SET包含对信号线L(n)的电压与阈值Vref进行大小比较的比较器CMP。设定电路SET将基于其比较结果自比较器CMP输出的电压赋予第三MOS晶体管M23的栅极。阈值Vref设定于第二MOS晶体管M22可在饱和区域动作的信号线L(n)的电压范围的下限值附近。
通常状态下，由于信号线L(n)的电压大于阈值Vref，因而自比较器CMP输出的电压为低电平，第三MOS晶体管M23为断开状态，在第二路径Route2中不流通电流。另一方面，在饱和状态下，由于信号线L(n)的电压小于阈值Vref，因而自比较器CMP输出的电压为高电平，第三MOS晶体管M23为接通状态，在第二路径Route2中流通电流。
图7及图8是显示采用图5所示的各电流源I(n)的电路结构例的实施例的模拟结果的图。这些图的横轴表示放大用MOS晶体管M11的栅极电压。对光电二极管PD的入射光量越多，放大用MOS晶体管M11的栅极电压越低。
图7是显示实施例及比较例的各个中的放大用MOS晶体管M11的栅极电压与信号线L(n)的电压间的关系的模拟结果的图。
通常状态下，放大用MOS晶体管M11的栅极电压与信号线L(n)的电压的关系在实施例与比较例中相同。通常状态下，随着对光电二极管PD的入射光量变多，放大用MOS晶体管M11的栅极电压降低，且信号线L(n)的电压降低。比较例中，随着成为饱和状态且对光电二极管PD的入射光量变多，信号线L(n)的电压降低，但电压降低的程度减小。相对于此，实施例中，即使成为饱和状态且对光电二极管PD的入射光量增多，信号线L(n)的电压也大致一定。
图8是显示实施例中的放大用MOS晶体管M11的栅极电压与各路径的电流量间的关系的模拟结果的图。
通常状态下，在第一路径Route1中流通一定的电流，但未在第二路径Route2中流通电流。随着成为饱和状态且对光电二极管PD的入射光量增多，第一路径Route1的电流量急剧减少，另一方面，第二路径Route2的电流量急剧增加，最终第一路径Route1中不流通电流，而在第二路径Route2中流通一定的电流。横跨通常状态及饱和状态的两者，且不依赖于对光电二极管PD的入射光量，第一路径Route1及第二路径Route2各自的电流量的合计维持为一定。
即，横跨通常状态及饱和状态的两者，自Vr供给线经由共同节点Nc及第一MOS晶体管M21流向接地电位供给端的电流量维持为一定。因此，即使任一像素部为饱和状态，Vr供给线中流通的电流量也无变化，且Vr供给线中的电压降低也无变化，因此，充分地抑制黑电平变动。
本发明不仅适用于将多个像素部1维排列的固体摄像装置，也可适用于如图9及图10所示将多个像素部2维排列的固体摄像装置。
图9是显示固体摄像装置1A的结构的图。若与图1所示的固体摄像装置1的结构相比，则该图9所示的固体摄像装置1A的不同点在于，像素阵列部10A中M×N个的像素部P(1,1)～P(M,N)沿第一方向及第二方向2维排列。第二方向为正交于第一方向的方向。像素部P(m,n)位于第m行第n列。M×N个像素部P(1,1)～P(M,N)中的在第一方向上位于相同位置的M个像素部P(1,n)～P(M,n)分别将信号输入至共同的信号线L(n)。N为2以上的整数，n为1以上且N以下的整数。M为2以上的整数，m为1以上且M以下的整数。然而，为了获得期望的效果，M的上限为4左右。
图10为显示固体摄像装置1A的各像素部P(m,n)的电路结构及各电流源I(n)的连接的图。各电流源I(n)具有与图4以后的图中说明的结构同样的结构。各像素部P(m,n)除至此说明的结构外还包含选择用MOS晶体管M14。
各像素部P(m,n)中，选择用MOS晶体管M14设置于放大用MOS晶体管M11与信号线L(n)之间。即，选择用MOS晶体管M14的漏极与放大用MOS晶体管M11的源极连接。选择用MOS晶体管M14的源极与信号线L(n)连接。各像素部P(m,n)的选择用MOS晶体管M14的栅极自控制部40被赋予address(m)信号。对第n列的M个像素部P(1,n)～P(M,n)共同地设置有信号线L(n)。
自控制部40输出的address(1)～address(M)信号中的2个以上的信号不会同时变为高电平。若address(1)～address(M)信号中的第m个address(m)信号为高电平，则该第m行的N个像素部P(m,1)～P(m,N)的各个中，选择用MOS晶体管M14为接通状态，而自放大用MOS晶体管M11的源极经由选择用MOS晶体管M14向信号线L(n)输出信号。通过使address(1)～address(M)信号依次成为高电平，而对于各行依次自N个像素部各自的放大用MOS晶体管M11的源极向信号线输出信号。
供给第一基准电位Vr的第一基准电位供给线(Vr供给线)设置于每行。第m的Vr供给线沿第m行的N个像素部P(m,1)～P(m,N)排列的第一方向延伸。第m的Vr供给线为将第一基准电位Vr供给至第m行的N个像素部P(m,1)～P(m,N)各自的放大用MOS晶体管M11的漏极及初始化用MOS晶体管M13的漏极的共同的线。第n电流源I(n)与设置于每行的Vr供给线连接。
这样构成的固体摄像装置1A也获得与上述固体摄像装置1同样的效果。
另外，上述固体摄像装置1、1A中，优选为N个电流源I(1)～I(N)全部具有图4所示的结构，但不限定于此。以下，将具有图4所示的结构的电流源称为特定电流源，将具有图2所示的结构的电流源称为通常电流源(比较例的电流源)。
根据允许Vr供给线中的电流量的变动即电压降低的变动的程度，可使N个电流源I(1)～I(N)中任意1个以上的电流源为特定电流源，且其他的电流源为通常电流源，例如，特定电流源与通常电流源可交替配置。
若自两端向Vr供给线赋予第一基准电位Vr，则可使N个电流源I(1)～I(N)中位于靠近Vr供给线的两端的位置的电流源为特定电流源，位于Vr供给线的中央附近的电流源为通常电流源。
若仅自任一端向Vr供给线赋予第一基准电位Vr，则可使N个电流源I(1)～I(N)中位于靠近Vr供给线的该一端的一侧的电流源为特定电流源，位于离开Vr供给线的该一端的一侧的电流源为通常电流源。
本发明的固体摄像装置并非限定于上述的实施方式及构成例，也可有其他各种变形。
上述实施方式的固体摄像装置构成为具备：(1)像素阵列部，其至少沿第一方向排列有分别包含光电二极管及放大用MOS晶体管的多个像素部，且将多个像素部的各个中对应于光电二极管中产生的电荷量的信号向多条信号线中对应于该像素部而设置的信号线输出；(2)电流源阵列部，其包含多个电流源，这些多个电流源分别经由信号线连接于多个像素部中对应的像素部；及(3)信号读取部，其输入经由多条信号线的各个输入的信号，且依次读取多个像素部的各个中对应于光电二极管中产生的电荷量的信号。
上述固体摄像装置中，构成为像素部在沿第一方向延伸的第一基准电位供给线与信号线之间设置有放大用MOS晶体管，将光电二极管中产生的电荷量所对应的电压赋予放大用MOS晶体管的栅极，并将对应于该栅极电压的信号自放大用MOS晶体管向信号线输出。
上述固体摄像装置中，构成为多个电流源中的任意1个以上的电流源为特定电流源，特定电流源包含：(a)第一MOS晶体管，其设置于第二基准电位供给端与共同节点之间且将第一偏压赋予栅极；(b)第二MOS晶体管，其设置于共同节点与信号线之间且将第二偏压赋予栅极；(c)第三MOS晶体管，其设置于第一基准电位供给线与共同节点之间；及(d)设定电路，其将对应于信号线的电压的栅极电压赋予第三MOS晶体管的栅极而设定第三MOS晶体管的接通/断开，抑制自第一基准电位供给线经由第一MOS晶体管及共同节点流向第二基准电位供给端的电流量的变动。
上述固体摄像装置中，也可构成为特定电流源还包含：第四MOS晶体管，其设置于第一基准电位供给线与第三MOS晶体管之间或第三MOS晶体管与共同节点之间；第三偏压被赋予第四MOS晶体管的栅极。
上述固体摄像装置也可构成为还具备：电流限制单元，其在像素部不进行信号输出的期间限制该像素部所对应的特定电流源中流通的电流。
上述固体摄像装置中，也可构成为设定电路包含相互串联连接的第五MOS晶体管及负载，且将信号线的电压赋予第五MOS晶体管的栅极，并将第五MOS晶体管与负载的连接点的电压赋予第三MOS晶体管的栅极。
上述固体摄像装置中，也可构成为设定电路包含对信号线的电压与阈值进行大小比较的比较器，将基于其比较结果自比较器输出的电压赋予第三MOS晶体管的栅极。
上述固体摄像装置中，也可构成为像素阵列部在正交于第一方向的第二方向上也排列有多个像素部，多个像素部中关于第一方向位于相同位置的各像素部将信号向共同的信号线输出。
产业上的可利用性
本发明可用作能够更可靠地抑制黑电平变动的固体摄像装置。
符号的说明
1、1A…固体摄像装置、10、10A…像素阵列部、20…电流源阵列部、30…信号读取部、40…控制部、L(1)～L(N)…信号线、P(1)～P(N)、P(1,1)～P(M,N)…像素部、PD…光电二极管、M11…放大用MOS晶体管、M12…传送用MOS晶体管、M13…初始化用MOS晶体管、M14…选择用MOS晶体管、I(1)～I(N)…电流源、M21…第一MOS晶体管、M22…第二MOS晶体管、M23…第三MOS晶体管、M24…第四MOS晶体管、M25…第五MOS晶体管、M26…第六MOS晶体管、M27…MOS晶体管、SET…设定电路、CMP…比较器。

Claims (6)

1.一种固体摄像装置，其中，
具备：
像素阵列部，其至少沿第一方向排列有分别包含光电二极管及放大用MOS晶体管的多个像素部，且将所述多个像素部的各个中对应于所述光电二极管中产生的电荷量的信号向多条信号线中与该像素部对应设置的信号线输出；
电流源阵列部，其包含多个电流源，这些多个电流源分别经由所述信号线而连接于所述多个像素部中的对应的像素部；及
信号读取部，其输入经由所述多条信号线的各个输入的信号，且依次读取所述多个像素部的各个中对应于所述光电二极管中产生的电荷量的信号，
所述像素部在沿所述第一方向延伸的第一基准电位供给线与所述信号线之间设置有所述放大用MOS晶体管，对所述放大用MOS晶体管的栅极赋予对应于所述光电二极管中产生的电荷量的电压，将对应于该栅极电压的信号自所述放大用MOS晶体管向所述信号线输出，
所述多个电流源中的任意1个以上的特定电流源包含：
第一MOS晶体管，其设置于第二基准电位供给端与共同节点之间且对栅极赋予第一偏压；
第二MOS晶体管，其设置于所述共同节点与所述信号线之间且对栅极赋予第二偏压；
第三MOS晶体管，其设置于所述第一基准电位供给线与所述共同节点之间；及
设定电路，其对所述第三MOS晶体管的栅极赋予对应于所述信号线的电压的栅极电压而设定所述第三MOS晶体管的接通/断开，抑制自所述第一基准电位供给线经由所述第一MOS晶体管及所述共同节点流向所述第二基准电位供给端的电流量的变动。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
所述特定电流源还包含设置于所述第一基准电位供给线与所述第三MOS晶体管之间或所述第三MOS晶体管与所述共同节点之间的第四MOS晶体管，对所述第四MOS晶体管的栅极赋予第三偏压。
3.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，
还具备：电流限制单元，其在所述像素部未进行信号输出的期间，限制与该像素部对应的特定电流源中流通的电流。
4.如权利要求1～3中任一项所述的固体摄像装置，其中，
所述设定电路包含相互串联连接的第五MOS晶体管及负载，对所述第五MOS晶体管的栅极赋予所述信号线的电压，对所述第三MOS晶体管的栅极赋予所述第五MOS晶体管与所述负载的连接点的电压。
5.如权利要求1～3中任一项所述的固体摄像装置，其中，
所述设定电路包含比较所述信号线的电压与阈值的比较器，对所述第三MOS晶体管的栅极赋予基于其比较结果自所述比较器输出的电压。
6.如权利要求1～5中任一项所述的固体摄像装置，其中，
所述像素阵列部沿正交于所述第一方向的第二方向也排列有所述多个像素部，所述多个像素部中在所述第一方向上位于相同位置的各像素部将所述信号向共同的信号线输出。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104520993A (zh) * 2012-08-09 2015-04-15 松下知识产权经营株式会社 固体摄像装置
CN104662893A (zh) * 2012-09-27 2015-05-27 松下知识产权经营株式会社 固体摄像装置
CN104935836A (zh) * 2014-03-20 2015-09-23 株式会社东芝 固体摄像装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4558509B2 (ja) * 2003-04-25 2010-10-06 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、表示装置、及び電子機器
JP4884671B2 (ja) * 2003-05-14 2012-02-29 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US7605398B2 (en) 2005-08-26 2009-10-20 National Chung Cheng University Apparatus of high dynamic-range CMOS image sensor and method thereof
JP2009038531A (ja) * 2007-07-31 2009-02-19 Panasonic Corp 固体撮像装置及びその駆動方法
JP2009290703A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Panasonic Corp 固体撮像装置およびカメラ
JP2010183462A (ja) 2009-02-06 2010-08-19 Panasonic Corp 固体撮像装置及びカメラ
JP2012010008A (ja) * 2010-06-23 2012-01-12 Sony Corp 撮像素子及び撮像装置
JP5930651B2 (ja) * 2011-10-07 2016-06-08 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP6740067B2 (ja) * 2016-09-16 2020-08-12 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びその駆動方法
US9967489B2 (en) 2016-10-06 2018-05-08 Semiconductor Components Industries, Llc Image pixels with in-column comparators

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104520993A (zh) * 2012-08-09 2015-04-15 松下知识产权经营株式会社 固体摄像装置
CN104662893A (zh) * 2012-09-27 2015-05-27 松下知识产权经营株式会社 固体摄像装置
CN104935836A (zh) * 2014-03-20 2015-09-23 株式会社东芝 固体摄像装置

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