JP2008199254A - 固体撮像装置およびその駆動方法、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模の増大を抑えつつ、時間応答性に優れ、且つ垂直信号線の電圧ばらつきの影響を受けにくい、黒潰れ対策が施された固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】フォトダイオードと、フローティングディフュージョンと、転送トランジスタと、リセットトランジスタと、増幅トランジスタとを有する複数の画素と、複数の画素からの信号を受ける垂直信号線３１と、サンプリング容量６２と、垂直信号線３１の電圧を参照電圧と比較し、電圧の大小を判定する回路７８と、回路７８の出力を用いてサンプリング容量６２にクリップ電圧Ｖｃｌｉｐを出力するクリップ回路７９とを備えている。フォトダイオードに蓄積した信号がフローティングディフュージョンに転送された状態での垂直信号線の電圧を各列ごとの比較電圧として用いることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置における高輝度光入射による出力画像の黒潰れを抑制する回路と、その方法に関する。

一般的に、固体撮像装置では、フローティングディフュージョン（ＦＤ）のリセット電位のばらつき、および画素増幅トランジスタの閾値電圧のばらつきにより発生する固定パターンノイズを除去するため、ＦＤをリセットした時の垂直信号線の出力電位と信号読み出し時の垂直信号線の出力電位の差分を出力信号とする固定パターンノイズ除去回路（ＦＰＮ除去回路）が備えられている。

図８は、一般的な固定パターンノイズ除去回路の構成を示す図である。同図に示すように、一般的な固定パターンノイズ除去回路（ＦＰＮ除去回路）において、垂直信号線１１０５の一端に容量値がＣ１のクランプ容量素子１１０１と、容量値がＣ２のサンプリング容量１１０２とが互いに直列に接続されている。クランプ容量素子１１０１とサンプリング容量１１０２との間のノード１１０３はＦＰＮ除去回路の出力ノードであると共に、トランジスタからなるスイッチ１１０４を介して基準電圧Ｖｃｌａｍｐを供給する基準電源が接続されている。

ＦＰＮ除去回路は、２つのフェーズを有している。まず第１フェーズにおいて、スイッチ１１０４をオン状態としてノード１１０３に基準電圧Ｖｃｌａｍｐを印加する。この際に、画素ではＦＤがリセットされ、垂直信号線１１０５の電位はＦＤのリセット電位を増幅した信号であるＶｒｓｔとなっている。従って、クランプ容量素子１１０１に保持される電荷Ｑ１は、Ｃ１×（Ｖｒｓｔ−Ｖｃｌａｍｐ）となり、サンプリング容量１１０２に保持される電荷Ｑ２はＣ２×Ｖｃｌａｍｐとなる。

次に、第２フェーズにおいて、スイッチ１１０４をオフ状態とする。この際に、画素ではフォトダイオード（ＰＤ）からＦＤへ信号電荷を転送する。これにより、垂直信号線１１０５の電位は、ＰＤで生じた信号電荷が転送された状態でのＦＤの電位を増幅した信号であるＶｓｉｇとなる。ノード１１０３の電位をＶｓｈとすると、クランプ容量素子１１０１に保持される電荷Ｑ１’は、Ｃ１×（Ｖｓｉｇ−Ｖｓｈ）となり、サンプリング容量１１０２に保持される電荷Ｑ２’は、Ｃ２×Ｖｓｈとなる。ここで、ノード１１０３における総電荷量は保存されるため、Ｑ１＋Ｑ２＝Ｑ１’＋Ｑ２’となる。つまり、ノード１１０３の電圧Ｖｓｈは、Ｖｃｌａｍｐ−Ｃ１（Ｖｒｓｔ−Ｖｓｉｇ）／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。

このように、ＦＤのリセット電圧Ｖｒｓｔと信号電圧Ｖｓｉｇとの差に、ＦＰＮ除去回路の電圧利得Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）を乗じた値を基準電圧Ｖｃｌａｍｐから差し引いた値がＦＰＮ除去回路の出力電圧となる。Ｖｒｓｔの値がばらついたとしても、（Ｖｒｓｔ−Ｖｓｉｇ）の振幅の大きさは変動しないため、ＦＰＮ除去回路を用いれば、Ｖｒｓｔのばらつきにより発生する、固定パターンノイズを除去することができる。

しかしながら、このＦＰＮ除去回路を用いた場合、太陽光やスポット光など、高輝度光が入射した画素の出力が黒く沈んでしまう不具合（高輝度黒潰れ不具合）が発生するという課題がある。

図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、従来の固体撮像装置における画素回路およびＦＰＮ除去回路の構成を示す図、および従来の固体撮像装置における各種制御信号と、ＦＤおよびＶｓｈの電位変化を示すタイミングチャート図である。

以下、図９（ａ）、（ｂ）を用いて、この高輝度光入射時の不具合について説明する。高輝度光が入射した画素では、ＰＤで生成され蓄積される信号電荷は飽和しており、更にＰＤに光が入射することにより過剰に生成された信号電荷がＰＤからＦＤにオーバフローしてしまう。そのため、前記ＦＰＮ除去動作における画素のＦＤを所定の電位にリセットした時、もしくはリセットした直後からＦＤの電位は低下し、その低下したＦＤの電位を
増幅したものである垂直信号線１１０５の電位をＦＰＮ除去回路の基準電位Ｖｃｌａｍｐに置き換えてしまう。その後、ＰＤからＦＤへ信号電荷の読み出しを行うが、ＦＤの電位はあるレベルまでしか低下しないため、（Ｖｒｓｔ−Ｖｓｉｇ）の振幅が低下してしまい、ＰＤが飽和しているにも関わらずＦＰＮ除去回路の出力ノードの信号レベルは、飽和時の信号レベルよりも低い値となってしまう。その結果、高輝度光入射部の出力が黒く沈んでしまう不具合（高輝度黒潰れ）が発生する。以上が、高輝度光入射時の不具合である。

そこで、この不具合を防ぐために、特許文献１に示された従来技術の固体撮像装置では、図１０に示すように、クランプ容量１１０１と並列に配置され、スレッショルド電圧Ｖｂがゲート電極に印加されたバイパストランジスタ１１１５を設けることにより、垂直信号線１１０５の電圧が電圧（Ｖｂ−Ｖｔｈ）よりも低くなると、バイパストランジスタ１１１５がＯＮして、サンプリング容量１１０２に直接垂直信号線１１０５の電圧を書き込むことで高輝度光入射時の黒潰れの発生を抑制する技術が開示されている。
特開２００６−２２２７０８号公報

しかしながら、図１０に示すバイパストランジスタ１１１５は、電圧信号線の電圧がＶｂ−Ｖｔｈ付近ではゲート−ソース間電圧が小さくなり弱反転領域で動作するため時間応答性が悪くなるという、第１の課題がある。

また、スレッショルド電圧としては全画素共通の電圧を使用するため、各画素内のトランジスタ特性ばらつきやリセットノイズが原因で発生する垂直信号線１１０５の電圧ばらつきに対してマージンが必要である。従って、画素内のトランジスタ特性のばらつきやリセットノイズに起因する垂直信号線１１０５の電圧ばらつきの影響を受けにくい黒潰れ対策が望まれている（第２の課題）。

前記課題に鑑み、本発明は、時間応答性に優れ、且つ垂直信号線の電圧ばらつきの影響を受けにくい、黒潰れ対策が施された固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置は、行列状に配列されて画素を構成し、入射光の強度に応じた信号電荷の生成と蓄積を行うフォトダイオードと、前記フォトダイオードから転送された信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョンの間に設けられた転送トランジスタと、ドレインが電源信号線、ソースが前記フローティングディフュージョンに接続され、前記フローティングディフュージョンを所定の電圧にリセットするためのリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョンの電圧を読み出すための増幅トランジスタと、前記画素の列ごとに設けられ、前記画素からの信号を受ける垂直信号線と、前記垂直信号線に接続され前記増幅トランジスタとともにソースフォロア回路を構成する負荷トランジスタと、前記垂直信号線に第１の端子が接続されたクランプ容量と、前記クランプ容量の第２の端子に接続されたサンプリング容量と、ドレインが基準電圧に接続され、ソースが前記サンプリング容量に接続されたクランプトランジスタと、前記垂直信号線に直列に接続された電圧比較回路と、前記電圧比較回路の出力を用いて前記サンプリング容量にクリップ電圧を出力するクリップ回路とを備えている。

高輝度の光がフォトダイオードに入射した場合の垂直信号線の電位変化は、通常の輝度の光が入射した場合とは異なる。従って、上述の構成をとることにより、例えばフォトダイオードに蓄積した信号が前記フローティングディフュージョンに転送された状態での垂直信号線の電圧を、前記リセットトランジスタを介してフローティングディフュージョンが参照電圧にリセットされた状態での垂直信号線の電圧と比較することで、高輝度光が入射したか否かを判定することができる。このように、所定の時点での垂直信号線の電圧を比較電圧として用いることができるので、バイパストランジスタを用い、これらのゲート電極に各列で共通のスレッショルド電圧を供給する場合に比べて、時間応答性が向上する上、画素内のトランジスタ特性のばらつきが差し引かれた状態で高輝度光が入射したか否かの判定を行うことができるので、垂直信号線の電圧ばらつきの影響を抑えることができる。

なお、比較動作を行う回路は、前記複数の画素の列ごとにコンパレータ回路を設ける他、画素信号を増幅するカラムアンプ回路を設けている場合はこれをコンパレータ回路として使用してもよい。

また、上述の固体撮像装置をカメラシステムなどの撮像装置に搭載することで、黒潰れなどの不具合が生じにくくすることができる。

また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、行列状に配列されて画素を構成し、入射光の強度に応じた信号電荷の生成と蓄積を行うフォトダイオードと、前記フォトダイオードから転送された信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョンの間に設けられた転送トランジスタと、ドレインが電源信号線、ソースが前記フローティングディフュージョンに接続されたリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョンの電圧を読み出すための増幅トランジスタと、前記画素の列ごとに設けられ、前記画素からの信号を受ける垂直信号線と、前記垂直信号線に接続され前記増幅トランジスタとともにソースフォロア回路を構成する負荷トランジスタと、前記垂直信号線に第１の端子が接続されたクランプ容量と、前記クランプ容量の第２の端子に接続されたサンプリング容量と、ドレインが基準電圧に接続され、ソースが前記サンプリング容量に接続されたクランプトランジスタと、前記垂直信号線に直列に接続された電圧比較回路と、前記電圧比較回路の出力を用いて前記サンプリング容量にクリップ電圧とを出力するクリップ回路とを備えている固体撮像装置の駆動方法であって、前記転送トランジスタをオン状態にして、フォトダイオードに蓄積した信号を前記フローティングディフュージョンに転送するステップ（ａ）と、前記ステップ（ａ）の後に、前記リセットトランジスタを介して前記フローティングディフュージョンを参照電圧にリセットするステップ（ｂ）と、前記ステップ（ｂ）の後、前記ステップ（ａ）が完了した状態での前記垂直信号線の電圧を比較電圧として、前記電圧比較回路が、前記ステップ（ｂ）で前記フローティングディフュージョンが前記参照電圧にリセットされた状態での前記垂直信号線の電圧の大小を判定するステップ（ｃ）とを備えている。

この方法により、バイパストランジスタを用いる従来の駆動方法に比べて、時間応答性も従来より向上する上、画素内のトランジスタ特性のばらつきが差し引かれた状態で高輝度光が入射したか否かの判定を行うことができるので、垂直信号線の電圧ばらつきの影響を抑えることができる。

また、高輝度光が入射したと判定された場合には例えばフォトダイオードが飽和する場合の信号電圧と等しい電圧（クリップ電圧）を出力することなどにより、高輝度光による黒潰れの発生を効果的に抑えることができる。

本発明の固体撮像装置およびその駆動方法によれば、高輝度光の入射を判定するための比較電圧を各画素自身で生成できるため、垂直信号線の電圧ばらつき（すなわちＦＤの電圧ばらつき）に対してもマージンを設定する必要がない。さらに、電圧比較回路を用いて判定することにより、時間応答性を向上させることができる。

また、本発明の撮像装置によれば、カメラシステム（撮像装置）全体としてサイズの縮小を図ることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。

同図に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、行列状に配置された複数の画素２１と、行ごとに画素２１を選択する垂直走査部２２と、列ごとに設けられ、一列の画素２１に共通に接続された垂直信号線３１と、垂直信号線３１のそれぞれと接続された複数の信号処理部２３とを備えている。

また、各信号処理部２３は、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）除去回路と、高輝度判定回路と、クリップ回路７９（図３参照）とで構成されており、各信号処理部２３から水平信号線３２へ順次信号が出力される。信号処理部２３から水平信号線３２への信号の出力は、水平走査部２４によって制御される。水平信号線３２に出力された信号は信号増幅部２５により増幅され画像信号として出力される。

高輝度判定回路は、ＦＤ４２（図２参照）の電位をリセットトランジスタ４４を介して参照電圧にした時との垂直信号線３１の電圧とを比較し、高輝度黒潰れが発生しているか否かを判定する。また、クリップ回路７９は、高輝度判定回路の出力を用いてサンプリング容量６２にクリップ電圧を出力する。

次に、図２は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素回路の詳細を示した回路図である。

同図に示すように、画素（画素回路）２１は、行列状に配置されたフォトダイオード（ＰＤ）４１と、ＰＤ４１から転送された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン（ＦＤ）４２とを有している。ＰＤ４１とＦＤ４２との間には転送トランジスタ４３が設けられ、ＦＤ４２と電源信号線３３との間にはリセットトランジスタ４４が設けられている。また、転送トランジスタ４３のゲート電極は転送信号線３４に接続され、リセットトランジスタ４４のゲート電極はリセット信号線３５に接続されている。ＦＤ４２は、垂直信号線３１と電源信号線３３との間に接続された増幅トランジスタ４５のゲートと接続されている。また、増幅トランジスタ４５は、垂直信号線３１に接続された負荷トランジスタ５１と共にソースフォロア回路を形成し、ＰＤ４１からＦＤ４２に転送された信号電荷に応じた信号電圧を垂直信号線３１に出力する。

なお、図１、図２では、複数のフォトダイオードがトランジスタ（リセットトランジスタ、増幅トランジスタなど）を共有しない場合を説明したが、本実施形態に係る固体撮像装置は、複数のフォトダイオードがトランジスタ（リセットトランジスタ、増幅トランジスタなど）を共有する、いわゆる「多画素１セル」構造の場合も含まれる。

次に、図３は、本実施形態に係る固体撮像装置における信号処理部２３を示した回路図である。同図では、インバータ７２を含むコンパレータ７８が高輝度判定回路に相当する例を示している。

図３に示すように、本実施形態の信号処理部２３は、垂直信号線３１に接続された容量値がＣ１のクランプ容量６１と、サンプリングスイッチ６３と、一端（第１の端子）が接地され、他端（第２の端子）がサンプリングスイッチ６３を介してクランプ容量６１に接続され、容量値がＣ２のサンプリング容量６２とを基本構成として有している。クランプ容量６１とサンプリングスイッチ６３とは垂直信号線３１から接地に至る経路上で直列に配置されていることになる。

また、サンプリングスイッチ６３とサンプリング容量の第２の端子との間にあるノード７０には、クランプトランジスタ６７を介して一定の電圧Ｖｃｌａｍｐを供給する基準電源が接続されている。また、垂直信号線３１には、容量素子７１と、インバータ回路７２と、トランジスタ７３とで構成されたコンパレータ７８が接続されており、コンパレータ７８の出力部はトランジスタ７４、７５、クリップトランジスタ７６で構成されたクリップ回路７９に接続されている。クリップトランジスタ７６の一端には一定電圧であるＶｃｌｉｐが印加され、他端にはノード７０が接続されている。コンパレータ７８およびクリップ回路７９は、垂直信号線３１ごとに設けられている。なお、図３に示す例において、上述のＦＰＮ除去回路は、クランプ容量６１と、サンプリングスイッチ６３と、クランプトランジスタ６７と、サンプリング容量６２とで構成されている。

図３では、サンプリングスイッチ６３、クランプトランジスタ６７、トランジスタ７３、７５がｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、トランジスタ７４、クリップトランジスタ７６がｐチャネル型ＭＯＳトランジスタである例を示しているが、同じ機能を有する構成であればトランジスタの導電型を変更してもよい。

次に、本実施形態の固体撮像装置の駆動方法について説明する。図４は、本実施形態の固体撮像装置を駆動するための各種信号の電位変化、および垂直信号線３１とノード７０の電位変化を示すタイミングチャートである。

図４中の、ＶＤＤＣＥＬＬは、画素のＦＤ４２の電圧を制御するためのパルスを示す。さらに、ＲＳＣＥＬＬは、画素のＦＤ４２をＶＤＤＣＥＬＬ電圧にリセットするためのパルスを示す。ＴＲＡＮＳは、画素のＰＤ４１からＦＤ４２に信号電荷を転送するためのパルスを示す。ＮＣＳＨは、画素からの出力信号をＦＰＮ除去回路のサンプリング容量６２に保持するためのパルスを示す。ＮＣＣＬは、ＦＰＮ除去回路のサンプリング容量６２を基準電圧にリセットするためのパルスを示す。ＣＯＭＰＣＬは、コンパレータ回路をリセットするためのパルスを示す。さらに、ＪＵＤＧＥは、高輝度光による黒潰れ不具合が発生しているか否か判定を行うパルスを示す。なお、これらの信号を供給するための配線は各列の垂直信号線、コンパレータ７８あるいはクリップ回路７９で共通である。

図４に示すように、まず、ｔ０〜ｔ１の期間において、画素内のリセットトランジスタ４４（図２参照）をＯｎ状態にすることで、ＦＤ４２の電位を画素電源電圧ＶＤＤＣＥＬＬのＨｉｇｈレベル（ＶＤＤＣＥＬＬ＿Ｈ）にリセットする。また、ｔ０〜ｔ２の期間にＦＰＮ除去回路内のクランプトランジスタ６７をＯｎ状態にすることで、ｔ２時点で垂直信号線３１を介して読み出されたＦＤ４２の電圧をＦＰＮ除去回路の基準電圧Ｖｃｌａｍｐに置き換える。

その後、ｔ３の時点で画素内の転送トランジスタ４３をＯｎ状態にしてＰＤ４１に蓄積した電荷をＦＤ４２に転送した後、ｔ４の時点でＦＰＮ除去回路内のサンプリングスイッチ６３をＯｆｆ状態にすることで、基準電圧ＶｃｌａｍｐからＰＤ４１の信号電荷分の電圧振幅Ｖｐｄを引いた電圧である、
Ｖｃｌａｍｐ−Ｖｐｄ×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）
をＦＰＮ除去回路内のノード７０に保持する。

前述のように、画素から出力された電圧信号をＦＰＮ除去回路内のサンプリング容量６２にサンプリングした後、ｔ５〜ｔ６の期間に垂直信号線３１に接続しているコンパレータ７８のスイッチであるトランジスタ７３をＯｎ状態にすることで、ｔ６の時点でのＦＤ４２の電圧をコンパレータ７８の比較電圧にする。

次に、ｔ７の時点で画素電源電圧ＶＤＤＣＥＬＬを参照電圧にし、リセットトランジスタ４４をＯｎ状態にすることでＦＤ４２の電位を参照電圧にする。その後、ｔ８の時点においてｔ６時点でのＦＤ４２の比較電圧（すなわち、ｔ６時点での垂直信号線３１の電圧）とｔ８時点でのＦＤ４２の電圧（すなわち、ｔ８時点での垂直信号線３１の電圧）との比較動作を行う。

これにより、図４に記載しているとおり、正常画素（高輝度黒潰れが発生していない画素）では、ｔ６の時点よりもｔ７の時点の方がＦＤ４２の電圧が低いため、コンパレータは反転信号Ｈｉｇｈを出力し、ｔ８時点でのノード７０の電圧Ｖｓｈは、（Ｖｃｌａｍｐ−Ｖｐｄ×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。

さらに、高輝度黒潰れが発生している画素では、ｔ６の時点とｔ７の時点とでＦＤ４２の電圧が等しい、もしくはｔ６の時点の方がＦＤ４２の電圧が低いためコンパレータ７８（図３参照）はＬｏｗ信号を出力し、クリップトランジスタ７６がＯｎ状態となり、ｔ８の時点でのノード７０の電圧Ｖｓｈはクリップ電圧Ｖｃｌｉｐとなる。

以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、各画素の信号読み出し後のＦＤの電圧と、リセットトランジスタ４４を介してＦＤ４２の電位を参照電圧にリセットした時のＦＤ４２の電圧とを比較することで、各画素のトランジスタの特性ばらつきに対してマージンを設定する必要がなくなる。さらに、高輝度光が入射した画素からの出力を画素飽和信号相当のクリップ電圧に置き換えることで、黒潰れ不具合の発生を抑えることができる。

以上で説明したように、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置は、行列状に配列され入射光の強度に応じた信号電荷を生成、蓄積するＰＤ４１と、ＰＤ４１に蓄積した信号電荷を読み出し後に保持するＦＤ４２と、ＰＤ４１の信号をＦＤ４２に転送する転送トランジスタ４３と、ＦＤ４２を電源電圧にリセットするためのリセットトランジスタ４４と、ＦＤ４２の電圧を読み出すための増幅トランジスタ４５とを有する複数の画素と、列毎に設けられ各列の画素の信号を受ける複数の垂直信号線３１と、それぞれが各垂直信号線３１に接続され、各画素で発生する固定パターンノイズを除去した信号をサンプリング容量６２に保持するためのＦＰＮ除去回路と、ＰＤ４１で生成、蓄積された信号電荷をＦＤ４２に転送した後の垂直信号線３１の電圧と、ＦＤ４２の電位をリセットトランジスタ４４を介してＬｏｗレベルにした時との垂直信号線３１の電圧とを比較し、高輝度黒潰れが発生しているか否かを判定する高輝度判定回路と、高輝度判定回路の出力を用いてサンプリング容量にクリップ電圧を出力するクリップ回路７９とを有する。また、サンプリング容量６２には保持した信号を列選択信号によって水平共通信号線に順次読み出す水平選択トランジスタが接続されている。

また、画素のリセットトランジスタ４４および増幅トランジスタ４５のドレインには、電源信号線３３が接続されており、この電源信号線３３はパルス駆動ができる構成になっている。この電源信号線３３は、固体撮像装置の外部回路によって制御されていてもよい。

この構成により、本実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法では、画素からの信号を読み出した後の垂直信号線３１の電圧とＦＤ４２を参照電圧にした時の垂直信号線３１の電圧の比較を行い、高輝度黒潰れの発生有無を判定することができる。

さらに、高輝度黒潰れが発生していない場合は、垂直信号線３１の電圧（ＦＤ４２の電圧）が信号読み出し後とＦＤ４２のリセット後とで異なるため、高輝度判定回路は黒潰れと判定せず、サンプリング容量６２にクリップ電圧を出力しない。反対に高輝度黒潰れが発生している場合は、垂直信号線３１の電圧（ＦＤ４２の電圧）は信号読み出し後とＦＤ４２のリセット後とで変化しないため、高輝度判定回路は黒潰れが発生していると判定し、クリップ回路７９からサンプリング容量６２に画素飽和信号相当の電圧（クリップ電圧）を出力することができる。

すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置は、各画素のＦＤ４２の電位を比較するコンパレータ７８を備えているため、黒潰れが発生しているか否かを判定する際にスレッショルド電圧を生成するバイアス電圧生成回路が不要となる。本実施形態の固体撮像装置では、増幅トランジスタ４５の閾値のばらつきやＦＤ４２のリセットノイズの影響を受けにくくなっており、従来技術の第２の課題も解決されている。

さらに、本実施形態に係る固体撮像装置では、列毎にコンパレータ７８を設けて判定を行っているため、周波数特性の改善を図ることができ、且つ従来技術の第１の課題であった時間応答性が向上しており、迅速に黒潰れを抑制することができる。

なお、本実施形態に係る固体撮像装置は、画素内のリセットトランジスタ４４を介してＦＤ４２の電位を参照電圧にする構成を採っているが、画素内にソースがＦＤ４２、ドレインが参照電圧に接続され、リセットトランジスタ４４と並列に接続されたＰチャネル型またはＮチャネル型のトランジスタを別途設け、画素のＦＤ電圧を比較することで、高輝度黒潰れ不具合が発生しているか検出することができる。

なお、本実施形態に係る固体撮像装置は、画素内の行選択トランジスタを省略した構成となっているが、行選択トランジスタを含む構成であってもリセットトランジスタ４４のドレインに接続された画素電源をパルス駆動し、前述と同様に垂直信号線の電圧（画素のＦＤ電圧）を比較することで高輝度黒潰れ不具合が発生しているか否かを検出することができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における信号処理回路を示した回路図である。図１および図２に示す画素回路の構成、固体撮像装置の基本構成など、信号処理回路以外の部分については第１の実施形態と同様であるので、以下では信号処理回路の特徴を主に説明する。

図５に示すように、本実施形態に係る信号処理部は、垂直信号線３１にカラムアンプ回路９５を挟んで接続されたクランプ容量８６と、一端（第１の端子）が接地され、垂直信号線３１から接地に至る経路上で容量素子８１およびクランプ容量８６に対して直列に接続されたサンプリング容量８９とを有している。

カラムアンプ回路９５は、容量素子８１と、入力部が容量素子８１に接続され、出力部がクランプ容量８６に接続された反転増幅回路８２と、反転増幅回路８２の入力部と出力部との間に設けられたトランジスタ８３と、反転増幅回路８２の入力部と出力部との間に設けられ、互いに直列に接続されたトランジスタ８４および容量素子８５とで構成されている。また、カラムアンプ回路９５の出力部にはクランプ容量８６（の一端）が接続されており、クランプ容量８６の他端とサンプリング容量８９との間には、ＭＯＳトランジスタで構成されたサンプリングスイッチ８７が接続されている。また、サンプリングスイッチ８７とサンプリング容量８９との間のノード８８にはサンプリング容量８９が接続されており、ノード８８にはクランプトランジスタ９７を介して基準電源Ｖｃｌａｍｐが接続されている。また、カラムアンプ回路９５の出力部は、トランジスタ９０、９１、クリップトランジスタ９２で構成されたクリップ回路９６に接続されている。クリップ回路９６の構成は、第１の実施形態の固体撮像装置と同じである。

図５に示すように、本実施形態に係る信号処理部の特徴は、画素から出力された信号を増幅し、Ｓ／Ｎ比を向上させるために垂直信号線３１に信号増幅回路（カラムアンプ回路９５）を設けていることにある。

以下に、第２の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法について説明する。図６は、本実施形態の固体撮像装置を駆動するための各種信号の電位変化、および垂直信号線３１とノード８８の電位（Ｖｓｈ）変化を示すタイミングチャートである。

同図中の、ＶＤＤＣＥＬＬは、画素のＦＤの電圧を制御するためのパルスである。さらに、ＲＳＣＥＬＬは、画素のＦＤ４２（図２参照）をＶＤＤＣＥＬＬ電圧にリセットするためのパルスを示す。ＴＲＡＮＳは、画素のＰＤ４１からＦＤ４２に信号電荷を転送するためのパルスを示す。ＮＣＳＨは、画素からの出力信号をＦＰＮ除去回路のサンプリング容量８９に保持するためのパルスを示しており、このＮＣＳＨはサンプリングスイッチ８７のゲート電極だけでなくトランジスタ８４のゲート電極にも印加される。ここで、ＦＰＮ除去回路は、クランプ容量８６と、サンプリングスイッチ８７と、クランプトランジスタ９７と、サンプリング容量８９とを含む。

さらに、ＮＣＣＬは、ＦＰＮ除去回路のサンプリング容量８９を基準電圧にリセットするためのパルスを示す。ＡＭＰＣＬは、カラムアンプ回路９５をリセットするためのパルスを示す。ＪＵＤＧＥは、高輝度光による黒潰れ不具合が発生しているか否か判定を行うパルスを示す。

図６に示すように、まず、ｔ０〜ｔ１の期間においては、第１の実施形態と同様に、画素内のリセットトランジスタ４４（図２参照）をＯｎ状態にすることで、ＦＤ４２の電位を画素電源電圧ＶＤＤＣＥＬＬ＿Ｈにリセットする。

その後、ｔ２の時点でＦＰＮ除去回路内クランプトランジスタ９７をＯｎ状態にして、垂直信号線３１を介して読み出されたＦＤ４２の電圧をＦＰＮ除去回路の基準電圧Ｖｃｌａｍｐに置き換える。

次に、ｔ３の時点で同じく画素内の転送トランジスタ４３をＯｎ状態にしてＰＤ４１に蓄積した電荷をＦＤ４２に転送した後、ｔ４の時点でＦＰＮ除去回路内のサンプリングスイッチ８７をＯｆｆ状態にする。これにより、ノード８８に加わる電圧は、基準電圧であるＶｃｌａｍｐに、ＰＤ４１の信号電荷分の電圧振幅をカラムアンプの増幅率であるＡ倍に増幅した信号Ａ×Ｖｐｄを足した電圧となる。このとき、
Ｖｃｌａｍｐ＋Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）×Ａ×Ｖｐｄ
をＦＰＮ除去回路のノード８８に保持する。

次いで、ｔ４の時点で画素から出力された信号をＦＰＮ除去回路内のサンプリング容量８９にサンプリングした後、スイッチであるトランジスタ８４をＯｆｆ状態にすることで、閉ループで構成されていたカラムアンプ回路９５を開ループ構成にし、高ゲインのコンパレータ回路として使用する。

その後、ｔ５〜ｔ６の期間に、カラムアンプ回路（比較回路）９５をリセットすることで、ｔ６の時点でのＦＤ４２の電圧（垂直信号線３１の電圧）を比較回路の比較電圧にしている。

次に、ｔ７（図６の例ではｔ６〜ｔ７）の期間に画素電源電圧ＶＤＤＣＥＬＬを参照電圧にし、リセットトランジスタ４４のゲートをＯｎ状態にすることでＦＤ４２を参照電圧にして、前記ｔ６の時点のＦＤ４２の電圧（比較電圧）と比較動作を行う。

以上、図６を用いて説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法において、正常画素（高輝度黒潰れが発生していない画素）では、ｔ６の時点よりもｔ７の時点の方がＦＤ４２の電圧が低いため、カラムアンプ回路９５は反転信号Ｈｉｇｈを出力し、ノード８８の電圧は（Ｖｃｌａｍｐ＋Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）×Ａ×Ｖｐｄ）となる。

これに対し、高輝度黒潰れが発生している画素では、ｔ６の時点とｔ７の時点とでＦＤ４２の電圧が等しい、もしくはｔ６の時点の方がＦＤ４２の電圧が低いためカラムアンプ回路９５はＬｏｗ信号を出力し、クリップトランジスタ９２がＯｎ状態となってノード８８の電圧はクリップ電圧Ｖｃｌｉｐとなる。

従って、各画素の信号読み出し後のＦＤの電圧と、リセットトランジスタを介して参照電圧にした時のＦＤの電圧とを比較することで、各画素のトランジスタの特性ばらつきによるマージンをとる必要なく、高輝度黒潰れ不具合を抑制することができる、
すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法では、黒潰れが発生しているか否かを判定するスレッショルド電圧を各画素で生成することができ、画素内に設けられた増幅トランジスタのＶｔｈばらつきやＦＤリセットノイズにより発生する固定パターンノイズの影響を低減させることができる。

以上で説明したように、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、行列状に配列され入射光の強度に応じた信号電荷を生成、蓄積するＰＤ４１（図２参照）と、ＰＤ４１に蓄積した信号電荷を読み出し後に保持するＦＤ４２と、ＰＤ４１の信号をＦＤ４２に転送する転送トランジスタ４３と、ＦＤ４２を電源電圧にリセットするためのリセットトランジスタと、ＦＤ４２の電圧を読み出すための増幅トランジスタ４５とを有する複数の画素と、列毎に設けられ各列の画素の信号を受ける複数の垂直信号線３１と、それぞれが各垂直信号線３１に接続され各画素で発生する固定パターンノイズを除去した信号をサンプリング容量８７に保持するためのＦＰＮ除去回路と、ＰＤ４１で生成、蓄積された信号電荷をＦＤ４２に転送した後の垂直信号線３１の電圧と、ＦＤ４２の電位をリセットトランジスタ４４を介して参照電圧にした時の垂直信号線３１の電圧とを比較し、高輝度黒潰れが発生しているか否かを判定する高輝度判定回路と、高輝度判定回路の出力を用いてサンプリング容量８９にクリップ電圧を出力するクリップ回路９６とを備えている。図５では、高輝度判定回路の例としてカラムアンプ回路９５を用いる例を示しているが、同様の機能を有する回路であればカラムアンプ回路以外の回路を用いてもよい。また、前記サンプリング容量には保持した信号を列選択信号によって水平共通信号線に順次読み出す水平選択トランジスタが接続されている。

また、画素のリセットトランジスタ４４および増幅トランジスタ４５のドレインには、電源信号線３３が接続されており、この電源信号線３３はパルス駆動ができる構成になっている。

この構成により、本実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法では、画素からの信号を読み出した後の垂直信号線３１の電圧とＦＤ４２を参照電圧にした時の垂直信号線３１の電圧の比較を行い、高輝度黒潰れの発生有無を判定することができる。

さらに、高輝度黒潰れが発生していない場合は、垂直信号線３１の電圧（ＦＤ４２の電圧）が信号読み出し後とＦＤ４２のリセット後で異なるため高輝度判定回路は黒潰れと判定せず、サンプリング容量８９にクリップ電圧を出力しない。反対に高輝度黒潰れが発生している場合は、垂直信号線３１の電圧（ＦＤ４２の電圧）は信号読み出し後とＦＤ４２のリセット後とで変化しないため、高輝度判定回路は黒潰れが発生していると判定し、クリップ回路からサンプリング容量に画素飽和信号相当の電圧（クリップ電圧）を出力することができる。

すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置は、第１の実施形態と同じく各画素のＦＤ４２の電位を比較する高輝度判定回路を備えることにより、増幅トランジスタ４５の閾値のばらつきやＦＤ４２のリセットノイズの影響を受けにくくなっており、従来技術の第２の課題も解決されている。

さらに、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は列毎に設けられたカラムアンプ回路９５をコンパレータとして使用しているので、周波数特性の改善を図ることができ、且つ従来技術の第１の課題であった時間応答性の向上を図ることができる。

なお、高いＳ／Ｎ比を実現するなどの目的でカラムアンプ回路を搭載する場合があるが、本実施形態の固体撮像装置ではカラムアンプ回路９５を高輝度判定回路（コンパレータ回路）として使用できるため、高いＳ／Ｎ比を実現しつつも回路規模を縮小することが可能になっている。

なお、本実施形態に係る固体撮像装置は、画素内のリセットトランジスタ４４を介してＦＤ４２の電位を参照電圧にする構成を採っているが、画素内にソースがＦＤ４２、ドレインが参照電圧電源に接続されたトランジスタを別途設け、画素のＦＤ電圧を比較することで、高輝度黒潰れ不具合が発生しているか検出することができる。

なお、本実施形態に係る固体撮像装置は、画素内の行選択トランジスタを省略した構成となっているが、行選択トランジスタを含む構成であってもリセットトランジスタ４４のドレインに接続された画素電源をパルス駆動し、前述と同様に垂直信号線の電圧（画素のＦＤ電圧）を比較することで高輝度黒潰れ不具合が発生しているか否かを検出することができる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る撮像装置（カメラシステム）を示す図である。

同図に示すように、本実施形態の撮像装置１２０は、外光を集光する光学部材（レンズ）１２６と、本発明の第１または第２の実施形態に係るＭＯＳ型の固体撮像装置１２４と、固体撮像装置１２４内の回路の動作タイミングを制御するタイミング制御部１２７とを備えている。

図７は、固体撮像装置１２４が、光学部材１２６を通って入射した光を画像信号に変換して出力するＭＯＳ型撮像素子１２１と、ＭＯＳ型撮像素子１２１から出力された画像信号を処理して表示装置などの外部機器に信号を出力する画像信号処理部１２３とを有する例を示している。ＭＯＳ型撮像素子１２１と信号処理部１２３とは同一半導体チップ上に形成されているが、互いに別々の半導体チップ上に形成される場合もある。

固体撮像装置１２４としては、本発明の第１または第２の実施形態に係る固体撮像装置が用いられる。従って、ＭＯＳ型撮像素子１２１は、入射した光を電圧信号に変換する画素１３１と、画素１３１から出力された信号を処理する信号処理部１３３と、画素１３１からの信号を受けて、画素１３１に高輝度光が入射したか否かを判定する高輝度判定回路１３５と、信号処理部１３３から出力された信号を画像信号として出力する出力回路１３７とを有している。ＭＯＳ型撮像素子１２１内の各回路は、第１の実施形態または第２の実施形態に係る固体撮像装置内の各回路と同一であるが、図７では、高輝度判定回路１３５が信号処理部１３３の外部に設けられている例を示している。また、図７では、画像信号処理部１２３が固体撮像装置１２４内に設けられている例を示しているが、固体撮像装置と別個に設けられていてもよい。

画像信号処理部１２３は、出力回路１３７からの画像信号を受ける相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ１３９）と、ＡＧＣ（Auto Gain Control)１４１と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）１４３と、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)１４５とを有している。また、画像信号処理部１２３ではタイミング制御部１２７との間で信号の受け渡しが行われる。すなわち、タイミング制御部１２７はＭＯＳ型撮像素子１２１および画像信号処理部１２３との間で信号の受け渡し（移動）を行う。

本実施形態の撮像装置では、高輝度の光が画素１３１に入射した場合、高輝度判定回路が画素１３１からの信号を用いて判定し、画素飽和信号相当の電圧を信号処理部１３３に出力させることができる。このため、黒潰れの発生を効果的に抑えることができる。また、バイアス電圧生成回路を省けるので、固体撮像装置のサイズを小さくし、カメラシステム全体としてサイズの縮小を図ることができる。さらに、ＭＯＳ型撮像素子１２１と画像信号処理部１２３とが（画像信号処理部１２３が固体撮像装置１２４外に設けられる場合には、固体撮像装置１２４と画像信号処理部１２３とが）、共通のタイミング制御部１２７と信号の受け渡しを行うため、カメラシステム（撮像装置）全体としてサイズの縮小を図ることができる。

本発明に係る固体撮像装置及び駆動方法は、高輝度光が入射した時の画像黒沈み不具合を抑制することが可能であり、固体撮像装置及びその駆動方法等として有用である。

本発明の実施形態及び変形例に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態及び変形例に係る固体撮像装置の画素の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の信号処理部の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の信号処理部の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。 従来の固定パターンノイズ除去回路の基本構成を示す回路図である。 従来の固体撮像装置に於ける高輝度時の画像黒沈み不具合を表す説明図である。 従来の固体撮像装置に於ける高輝度時の画像黒沈み不具合に対する対策例の１つである。 本発明の実施形態におけるカメラシステムの一例を表す構成図である。

符号の説明

２１、１３１ 画素
２２ 垂直走査部
２３、１３３ 信号処理部
２４ 水平走査部
２５ 信号増幅部
３１ 垂直信号線
３２ 水平信号線
３３ 電源信号線
３４ 転送信号線
３５ リセット信号線
４１ ＰＤ
４２ ＦＤ
４３ 転送トランジスタ
４４ リセットトランジスタ
４５ 増幅トランジスタ
５１ 負荷トランジスタ
６１、８６ クランプ容量
６２、８９ サンプリング容量
６３、８７ サンプリングスイッチ
６７ クランプトランジスタ
７０、８８ ノード
７１、８１、８５ 容量素子
７２ インバータ回路
７３、７４、７５ トランジスタ
７６、９２ クリップトランジスタ
７８ コンパレータ
７９、９６ クリップ回路
８２ 反転増幅回路
８３、８４、９０、９１ トランジスタ
９５ カラムアンプ回路
９７ クランプトランジスタ
１２０ 撮像装置
１２１ ＭＯＳ型撮像素子
１２３ 画像信号処理部
１２３ 信号処理部
１２４ 固体撮像装置
１２６ 光学部材
１２７ タイミング制御部
１３５ 高輝度判定回路
１３７ 出力回路
１３９ 相関二重サンプリング回路ＣＤＳ

Claims (18)

1. 行列状に配列されて画素を構成し、入射光の強度に応じた信号電荷の生成と蓄積を行うフォトダイオードと、前記フォトダイオードから転送された信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョンの間に設けられた転送トランジスタと、ドレインが電源信号線、ソースが前記フローティングディフュージョンに接続され、前記フローティングディフュージョンを所定の電圧にリセットするためのリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョンの電圧を読み出すための増幅トランジスタと、
   前記画素の列ごとに設けられ、前記画素からの信号を受ける垂直信号線と、
   前記垂直信号線に接続され前記増幅トランジスタとともにソースフォロア回路を構成する負荷トランジスタと、
   前記垂直信号線に第１の端子が接続されたクランプ容量と、
   前記クランプ容量の第２の端子に接続されたサンプリング容量と、
   ドレインが基準電圧に接続され、ソースが前記サンプリング容量に接続されたクランプトランジスタと、
   前記垂直信号線に直列に接続された電圧比較回路と、
   前記電圧比較回路の出力を用いて前記サンプリング容量にクリップ電圧を出力するクリップ回路とを備えている固体撮像装置。
2. 前記電圧比較回路は、前記フォトダイオードに蓄積した信号が前記フローティングディフュージョンに転送された状態での前記垂直信号線の電圧と、前記フローティングディフュージョンが前記リセットトランジスタを介してリセットされた状態での前記垂直信号線の電圧と比較することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記電圧比較回路が比較動作を行う際には、前記電源信号線にパルスを供給することで、前記リセットトランジスタを介して前記フローティングディフュージョンを参照電圧にすることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記画素の各々は、ドレインが前記フローティングディフュージョンに接続され、ソースに参照電圧が印加された第１のトランジスタを有しており、前記電圧比較回路が比較動作を行う際には、前記第１のトランジスタを介して前記フローティングディフュージョンを前記参照電圧にすることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
5. 前記電源信号線の前記参照電圧は外部回路によって制御が可能であることを特徴とする請求項３または４に記載の固体撮像装置。
6. 前記電圧比較回路は反転増幅回路で構成されたコンパレータ回路であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
7. 前記電圧比較回路は、各列の前記垂直信号線と前記クランプ容量との間に介設され、前記垂直信号線の電圧を増幅するカラムアンプ回路であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
8. 前記カラムアンプ回路は、
   第１の端子が前記垂直信号線に接続された第１の容量素子と、
   前記第１の容量素子の第２の端子と前記クランプ容量との間に設けられた信号増幅回路と、
   前記信号増幅回路の入力部と出力部の間に設けられた第２のトランジスタと、
   前記信号増幅回路の入力部と出力部の間に設けられ、互いに直列に接続されたスイッチトランジスタおよび第２の容量素子とを有していることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
9. 前記カラムアンプ回路の信号増幅時には前記スイッチトランジスタがオン状態となり、比較動作時には前記スイッチトランジスタがオフ状態になることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
10. 前記カラムアンプ回路は、前記フォトダイオードに生成、蓄積した信号電荷が前記フローティングディフュージョンに転送された後に前記第２のトランジスタをオン状態にすることでその時点での前記垂直信号線の電圧を比較電圧とし、その後、前記クランプトランジスタをオフ状態にして前記フローティングディフュージョンを参照電圧にリセットした時点での前記垂直信号線の電圧と比較することを特徴とする請求項７〜９のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
11. 前記クリップ電圧は、前記フォトダイオードの飽和時に前記サンプリング容量に印加される信号レベルと同じことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
12. 行列状に配列され、入射光の強度に応じた信号電荷を生成し、蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードから転送された信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョンの間に設けられた転送トランジスタと、ドレインが電源信号線、ソースが前記フローティングディフュージョンに接続され、前記フローティングディフュージョンを所定の電圧にリセットするためのリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョンの電圧を読み出すための増幅トランジスタと、前記画素の列ごとに設けられ、前記画素からの信号を受ける垂直信号線と、前記垂直信号線に接続され前記増幅トランジスタとともにソースフォロア回路を構成する負荷トランジスタと、前記垂直信号線に第１の端子が接続されたクランプ容量と、前記クランプ容量の第２の端子に接続されたサンプリング容量と、ドレインが基準電圧に接続され、ソースが前記サンプリング容量に接続されたクランプトランジスタと、前記垂直信号線に直列に接続された電圧比較回路と、前記電圧比較回路の出力を用いて前記サンプリング容量にクリップ電圧を出力するクリップ回路と、
    出力された画像信号を処理して表示装置を含む外部機器に信号を出力する画像信号処理部と、
    少なくとも前記画素と前記電圧比較回路と前記画像信号処理部と信号の移動を行うタイミング制御部と
    を備えた撮像装置。
13. 行列状に配列されて画素を構成し、入射光の強度に応じた信号電荷の生成と蓄積を行うフォトダイオードと、前記フォトダイオードから転送された信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョンの間に設けられた転送トランジスタと、ドレインが電源信号線、ソースが前記フローティングディフュージョンに接続されたリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョンの電圧を読み出すための増幅トランジスタと、前記画素の列ごとに設けられ、前記画素からの信号を受ける垂直信号線と、前記垂直信号線に接続され前記増幅トランジスタとともにソースフォロア回路を構成する負荷トランジスタと、前記垂直信号線に第１の端子が接続されたクランプ容量と、前記クランプ容量の第２の端子に接続されたサンプリング容量と、ドレインが基準電圧に接続され、ソースが前記サンプリング容量に接続されたクランプトランジスタと、前記垂直信号線に直列に接続された電圧比較回路と、前記電圧比較回路の出力を用いて前記サンプリング容量にクリップ電圧とを出力するクリップ回路とを備えている固体撮像装置の駆動方法であって、
    前記転送トランジスタをオン状態にして、フォトダイオードに蓄積した信号を前記フローティングディフュージョンに転送するステップ（ａ）と、
    前記ステップ（ａ）の後に、前記リセットトランジスタを介して前記フローティングディフュージョンを参照電圧にリセットするステップ（ｂ）と、
    前記ステップ（ｂ）の後、前記ステップ（ａ）が完了した状態での前記垂直信号線の電圧を比較電圧として、前記電圧比較回路が、前記ステップ（ｂ）で前記フローティングディフュージョンが前記参照電圧にリセットされた状態での前記垂直信号線の電圧の大小を判定するステップ（ｃ）とを備えている固体撮像装置の駆動方法。
14. 前記リセットトランジスタは、前記フローティングディフュージョンに接続されたソースと、電源信号線に接続されたドレインとを有し、
    前記ステップ（ｂ）では、前記電源信号線から前記リセットトランジスタを介して参照電圧を前記フローティングディフュージョンに印加することを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置の駆動方法。
15. 前記電圧比較回路は反転増幅回路で構成されたコンパレータ回路であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の固体撮像装置の駆動方法。
16. 前記電圧比較回路は、各列の前記垂直信号線と前記各垂直信号線に接続された前記クランプ容量との間に介設され、前記垂直信号線の電圧を増幅するカラムアンプ回路であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の固体撮像装置の駆動方法。
17. 前記カラムアンプ回路は、
    第１の端子が前記垂直信号線に接続され、第２の端子が前記サンプリング容量に接続された第１の容量素子と、
    前記第１の容量素子の第２の端子と前記クランプ容量との間に設けられた信号増幅回路と、
    前記信号増幅回路の入力部と出力部の間に設けられた第２のトランジスタと、
    前記信号増幅回路の入力部と出力部の間に設けられ、互いに直列に接続されたスイッチトランジスタおよび第２の容量素子とを有しており、
    前記カラムアンプ回路の信号増幅時には前記スイッチトランジスタがオン状態となり、前記ステップ（ｃ）では、前記スイッチトランジスタがオフ状態になることを特徴とする請求項１６に記載の固体撮像装置の駆動方法。
18. 前記ステップ（ｃ）において、前記フローティングディフュージョンが参照電圧にリセットされた状態での前記垂直信号線の電圧が前記比較電圧と同等以上と判定された場合、前記クリップ回路は前記サンプリング容量に前記クリップ電圧を出力し、前記フローティングディフュージョンがリセットされた状態での前記垂直信号線の電圧が前記比較電圧より低い場合、前記サンプリング容量には増幅された前記垂直信号線の電圧が印加されることを特徴とする請求項１３〜１７のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置の駆動方法。

Images