JP2010278786A - 撮像装置、固体撮像素子および固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像のノイズを低減する。
【解決手段】 撮像装置は、固体撮像素子と、固体撮像素子の動作を制御するスイッチ制御部とを有している。固体撮像素子は、複数の画素が行および列方向にマトリクス状に配置された画素アレイと、増幅器と、行選択スイッチとを有している。なお、画素アレイは、同じ列に配置された複数の画素からの信号を共通の垂直信号線を介して出力する。そして、増幅器は、画素から垂直信号線を介して出力される信号を増幅する。また、行選択スイッチは、増幅器の入力側に設けられ、垂直信号線と増幅器との間の導通／非導通を切り換える。そして、スイッチ制御部は、転送スイッチがオンの期間中、行選択スイッチをオフする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、撮像装置、固体撮像素子および固体撮像素子の駆動方法に関する。

一般に、デジタルカメラ等の撮像装置には、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子が使用されている。この種の固体撮像素子は、光電変換素子を有する複数の画素がマトリクス状に配置されている。また、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子は、マトリクス状に配置された各画素から読み出された信号を増幅する信号増幅部（以下、カラムアンプとも称する）を有している（例えば、特許文献１）。例えば、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子では、画素は、入射光の光量に応じて信号電荷を生成するフォトダイオード等の光電変換素子、転送トランジスタ、フローティングディフュージョン領域、増幅トランジスタおよびリセットトランジスタを有している。

この種のＣＭＯＳ型の固体撮像素子では、例えば、フォトダイオードで発生した信号電荷は、転送トランジスタがオン状態のときに、フローティングディフュージョン領域に転送される。そして、例えば、増幅トランジスタは、フローティングディフュージョン領域に蓄積された電荷に基づく信号電圧を、マトリクス状に配置された画素の列毎に設けられた垂直信号線に出力する。なお、リセットトランジスタは、フローティングディフュージョン領域に信号電荷が転送される前に、フローティングディフュージョン領域の電荷を初期状態にリセットする。また、例えば、上述したカラムアンプは、各画素から垂直信号線を介して受ける信号を増幅する。

特開２００５−２６９４７１号公報

この種のＣＭＯＳ型の固体撮像素子では、例えば、転送トランジスタのゲートに高レベルの電圧が印加されている期間中（転送トランジスタがオン状態のとき）、転送トランジスタのゲートとフローティングディフュージョン領域とのカップリングにより、フローティングディフュージョン領域の電圧は、上昇する。すなわち、転送トランジスタがオン状態の期間、フローティングディフュージョン領域の電圧は、フォトダイオードで発生した信号電荷に基づく所望の電圧に比べて高い電圧に維持される。そして、転送トランジスタのゲートに印加される電圧が低レベルに変化したとき（転送トランジスタがオフ状態のとき）、フローティングディフュージョン領域の電圧は、フォトダイオードで発生した信号電荷に基づく所望の電圧に戻る。

すなわち、転送トランジスタがオン状態の期間では、カラムアンプに入力される垂直信号線の電圧は、所望の電圧に比べて高い電圧である。例えば、カラムアンプが演算増幅器により構成された反転増幅器の場合、カラムアンプは、転送トランジスタがオン状態のとき、所望の入力電圧に比べて高い電圧を反転増幅するため、所望の出力電圧に比べて低い電圧を出力する。

したがって、カラムアンプの増幅率が高い状態で暗い画像が撮影された場合、転送トランジスタがオン状態の期間中、カラムアンプの出力電圧をＧＮＤレベル（接地電圧）以下にするような電圧が、カラムアンプに入力されるおそれがある。この場合、カラムアンプは、出力電圧をＧＮＤレベル（接地電圧）以下にできないため、イマジナリーショートが成立しなくなり、正常動作の範囲から外れる。なお、転送トランジスタがオフ状態に戻り、垂直信号線の電圧が所望の電圧に戻った場合でも、カラムアンプが一時的に正常動作の範囲から外れた影響により、カラムアンプの出力電圧は、所望の出力電圧に戻らない。

また、出力電圧の誤差（転送トランジスタがオフ状態に戻った後のカラムアンプの出力電圧と、所望の出力電圧との差）は、カラムアンプ毎に異なるため、画像に縦筋の固定パターンノイズが発生する。特に、カラムアンプの増幅率が高い場合、画像の縦筋ノイズは、顕著に発生する。なお、固体撮像素子の高感度化のためには、カラムアンプの増幅率を高くする必要がある。

本発明の目的は、カラムアンプを有する固体撮像素子において、画像の縦筋ノイズを低減することである。

撮像装置は、固体撮像素子と、固体撮像素子の動作を制御するスイッチ制御部とを有している。固体撮像素子は、複数の画素が行および列方向にマトリクス状に配置された画素アレイと、増幅器と、行選択スイッチとを有している。なお、画素アレイは、同じ列に配置された複数の画素からの信号を共通の垂直信号線を介して出力する。そして、増幅器は、画素から垂直信号線を介して出力される信号を増幅する。また、行選択スイッチは、増幅器の入力側に設けられ、垂直信号線と増幅器との間の導通／非導通を切り換える。そして、スイッチ制御部は、転送スイッチがオンの期間中、行選択スイッチをオフする。

本発明によれば、カラムアンプを有する固体撮像素子において、画像の縦筋ノイズを低減できる。

一実施形態における撮像装置の概要を示す図である。 図１に示した固体撮像素子の一例を示す図である。 図２に示した固体撮像素子の画素の一例を示す図である。 図２に示した固体撮像素子の動作の一例を示す図である。 図２に示したカラムアンプの入出力電圧の一例を示す図である。 図２に示したカラムアンプの入出力電圧の別の例を示す図である。 縦筋ノイズとカラムアンプの増幅率との関係の一例を示す図である。 別の実施形態における固体撮像素子の概要を示す図である。 図８に示した固体撮像素子の動作の一例を示す図である。 図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図である。 図３に示した画素の変形例を示す図である。 図３に示した画素の別の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示している。この実施形態の撮像装置は、例えば、デジタルカメラであり、固体撮像素子１０、光学系２０、制御部３０、タイミングジェネレータ４０、メモリ５０、記憶媒体６０、モニタ７０、および操作部８０を有している。固体撮像素子１０は、例えば、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子であり、撮影レンズ２２を介して入射される被写体の像を電気信号（以下、画像信号とも称する）に変換する。

光学系２０は、被写体の像を固体撮像素子１０の受光面に結像する撮影レンズ２２を有している。なお、光学系２０は、撮影レンズ２２の他に、ズームレンズやフォーカスレンズ等を有してもよい。制御部３０は、例えば、マイクロプロセッサであり、図示しないプログラムに基づいて、撮像装置の動作を制御する。例えば、制御部３０は、オートフォーカス制御、絞り制御、固体撮像素子１０への露光制御および画像データの記録等を実施する。

タイミングジェネレータ４０は、制御部３０により制御され、固体撮像素子１０に駆動クロックを供給する。例えば、タイミングジェネレータ４０は、後述する図２に示す垂直走査回路１３０および水平走査回路１９０の駆動クロック、制御信号ＴＮ、ＴＳ、ＬＳＷを、固体撮像素子１０に供給する。なお、タイミングジェネレータ４０は、制御部３０内に設けられてもよい。また、制御部３０やタイミングジェネレータ４０は、例えば、後述する図３に示す光電変換素子ＰＤ（フォトダイオードＰＤ）が形成される基板上に一体に形成されてもよい。

メモリ５０は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）やＳＲＡＭ（Static RAM）等で形成された内蔵メモリであり、撮影された画像の画像データ等を記憶する。記憶媒体６０は、撮影された画像の画像データ等を記憶する。モニタ７０は、例えば、液晶ディスプレイであり、撮影された画像、メモリ５０に記憶された画像、記憶媒体６０に記憶された画像およびメニュー画面等を表示する。操作部８０は、レリーズボタンおよびその他の各種スイッチを有し、撮像装置を動作させるために、ユーザにより操作される。

図２は、図１に示した固体撮像素子１０の一例を示している。固体撮像素子１０は、例えば、画素アレイ１２０、垂直走査回路１３０、行選択スイッチ部１４０、増幅器（以下、カラムアンプとも称する）１５０、蓄積信号選択部１６０、信号蓄積部１７０、水平選択スイッチ部１８０、水平走査回路１９０、垂直信号線２００および定電流源ＩＳ有している。

画素アレイ１２０は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２にマトリクス状に配置された複数の画素１２２を有している。以下、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２を、行方向Ｄ１および列方向Ｄ２ともそれぞれ称する。各画素１２２は、例えば、カラーフィルタ（図示せず）を有し、入射光の光量に応じた電気信号を生成する。行方向Ｄ１に着目した場合、例えば、画素アレイ１２０のｎ行目では、緑（Ｇｂ）のフィルタを有する画素１２２と、青（Ｂ）のフィルタを有する画素１２２とが交互に配置されている。また、例えば、画素アレイ１２０のｎ＋１行目では、赤（Ｒ）のフィルタを有する画素１２２と、緑（Ｇｒ）のフィルタを有する画素１２２とが交互に配置されている。

列方向Ｄ２に着目した場合、例えば、画素アレイ１２０のｍ列目では、緑（Ｇｂ）のフィルタを有する画素１２２と、赤（Ｒ）のフィルタを有する画素１２２とが交互に配置されている。また、例えば、画素アレイ１２０のｍ＋１列目では、青（Ｂ）のフィルタを有する画素１２２と、緑（Ｇｒ）のフィルタを有する画素１２２とが交互に配置されている。

なお、列方向Ｄ２に配置された複数の画素１２２は、列毎に設けられた垂直信号線２００により、互いに接続されている。すなわち、画素アレイ１２０は、同じ列に配置された複数の画素１２２からの信号を共通の垂直信号線２００を介して出力する。例えば、各垂直信号線２００には、定電流源ＩＳが接続されている。すなわち、定電流源ＩＳは、各画素１２２からの信号を読み出すために、画素アレイ１２０の画素１２２の列毎に設けられている。

垂直走査回路１３０は、制御信号ＳＥＬ、ＲＳＴ、ＴＸを用いて、画素アレイ１２０の画素１２２を行毎に制御する。例えば、垂直走査回路１３０は、制御信号ＳＥＬ（ｎ）、ＲＳＴ（ｎ）、ＴＸ（ｎ）を制御し、ｎ行目の各画素１２２の信号を各垂直信号線２００に出力する。また、例えば、垂直走査回路１３０は、制御信号ＳＥＬ（ｎ＋１）、ＲＳＴ（ｎ＋１）、ＴＸ（ｎ＋１）を制御し、ｎ＋１行目の各画素１２２の信号を各垂直信号線２００に出力する。以下、制御信号ＳＥＬ、ＲＳＴ、ＴＸを選択信号ＳＥＬ、リセット信号ＲＳＴ、転送信号ＴＸともそれぞれ称する。

行選択スイッチ部１４０は、画素アレイ１２０の画素１２２の列毎に設けられた行選択スイッチＭＬＳを有している。例えば、行選択スイッチＭＬＳは、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースがカラムアンプ１５０の入力に接続され、ドレインが垂直信号線２００に接続され、ゲートで制御信号ＬＳＷを受けている。この場合、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間に設けられた行選択スイッチＭＬＳは、制御信号ＬＳＷが高レベルの期間にオンし、垂直信号線２００に転送された信号をカラムアンプ１５０の入力端子に出力する。また、制御信号ＬＳＷが低レベルの期間では、行選択スイッチＭＬＳがオフするため、垂直信号線２００に転送された信号は、カラムアンプ１５０に出力されない。このように、行選択スイッチＭＬＳは、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間の導通／非導通を切り換える。以下、行選択スイッチＭＬＳを行選択トランジスタＭＬＳとも称する。

カラムアンプ１５０は、例えば、演算増幅器を用いて構成された反転増幅器であり、画素アレイ１２０の画素１２２の列毎に設けられている。各カラムアンプ１５０は、各画素１２２から各垂直信号線２００を介して読み出された信号を反転増幅する。

蓄積信号選択部１６０は、画素アレイ１２０の画素１２２の列毎に設けられた画像信号選択スイッチＭＳ１およびノイズ信号選択スイッチＭＮ１を有している。例えば、画像信号選択スイッチＭＳ１は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースが信号蓄積部１７０の画像信号蓄積部ＣＳに接続され、ドレインがカラムアンプ１５０の出力に接続され、ゲートで制御信号ＴＳを受けている。この場合、画像信号選択スイッチＭＳ１は、制御信号ＴＳが高レベルの期間にオンし、カラムアンプ１５０から入力された信号を信号蓄積部１７０に出力する。

また、例えば、ノイズ信号選択スイッチＭＮ１は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースが信号蓄積部１７０のノイズ信号蓄積部ＣＮに接続され、ドレインがカラムアンプ１５０の出力に接続され、ゲートで制御信号ＴＮを受けている。この場合、ノイズ信号選択スイッチＭＮ１は、制御信号ＴＮが高レベルの期間にオンし、カラムアンプ１５０から入力された信号を信号蓄積部１７０に出力する。以下、画像信号選択スイッチＭＳ１、ノイズ信号選択スイッチＭＮ１をトランジスタＭＳ１、ＭＮ１ともそれぞれ称する。

信号蓄積部１７０は、画素アレイ１２０の画素１２２の列毎に設けられた画像信号蓄積部ＣＳおよびノイズ信号蓄積部ＣＮを有している。例えば、画像信号蓄積部ＣＳは、容量であり、一方の端子がトランジスタＭＳ１のソースに接続され、他方の端子が接地されている。また、例えば、ノイズ信号蓄積部ＣＮは、容量であり、一方の端子がトランジスタＭＮ１のソースに接続され、他方の端子が接地されている。以下、画像信号蓄積部ＣＳ、ノイズ信号蓄積部ＣＮを容量ＣＳ、ＣＮともそれぞれ称する。

水平選択スイッチ部１８０は、画素アレイ１２０の画素１２２の列毎に設けられた画像信号出力スイッチＭＳ２およびノイズ信号出力スイッチＭＮ２を有している。例えば、画像信号出力スイッチＭＳ２およびノイズ信号出力スイッチＭＮ２は、ｎＭＯＳトランジスタである。以下、画像信号出力スイッチＭＳ２、ノイズ信号出力スイッチＭＮ２をトランジスタＭＳ２、ＭＮ２ともそれぞれ称する。

例えば、トランジスタＭＳ２は、ソースから画像信号ＯＵＴＳを出力し、ドレインがトランジスタＭＳ１のソースおよび容量ＣＳの一方の端子に接続され、ゲートで制御信号ＧＨを受けている。また、例えば、トランジスタＭＮ２は、ソースからノイズ信号ＯＵＴＮを出力し、ドレインがトランジスタＭＮ１のソースおよび容量ＣＮの一方の端子に接続され、ゲートで制御信号ＧＨを受けている。なお、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２のゲートは、互いに接続されている。

すなわち、画像信号出力スイッチＭＳ２は、制御信号ＧＨが高レベルの期間にオンし、容量ＣＳに保持された電圧を画像信号ＯＵＴＳとして出力する。また、ノイズ信号出力スイッチＭＮ２は、制御信号ＧＨが高レベルの期間にオンし、容量ＣＮに保持された電圧をノイズ信号ＯＵＴＮとして出力する。ここで、ノイズ信号ＯＵＴＮは、例えば、画素１２２のリセットノイズ成分等を含む固定ノイズ成分を示す信号である。したがって、例えば、画像信号ＯＵＴＳに含まれる画素１２２のリセットノイズ成分等の固定ノイズ成分は、画像信号ＯＵＴＳからノイズ信号ＯＵＴＮを減算することにより、除去される。

水平走査回路１９０は、制御信号ＧＨを用いて、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２を順次オンし、信号蓄積部１７０の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ保持された信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮを順次出力する。例えば、ｍ列目の画素１２２から読み出された信号に対応する画像信号ＯＵＴＳ、ノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ出力するとき、水平走査回路１９０は、制御信号ＧＨ（ｍ）を高レベルに制御し、他の制御信号ＧＨを低レベルに制御する。また、例えば、ｍ＋１列目の画素１２２から読み出された信号に対応する画像信号ＯＵＴＳ、ノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ出力するとき、水平走査回路１９０は、制御信号ＧＨ（ｍ＋１）を高レベルに制御し、他の制御信号ＧＨを低レベルに制御する。

図３は、図２に示した固体撮像素子１０の画素１２２の一例を示している。画素１２２は、光信号を信号電荷に変換する光電変換素子ＰＤ、転送トランジスタＭＴＲ、増幅トランジスタＭＡＭ、画素選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤ（フローティングディフュージョン領域）を有している。なお、フローティングディフュージョンＦＤは、光電変換素子ＰＤから転送される電荷を蓄積する寄生容量ＣＦＤが形成される領域（トランジスタＭＴＲのドレイン領域、トランジスタＭＴＲ、ＭＡＭ間の配線領域、トランジスタＭＡＭのゲート領域等）である。

光電変換素子ＰＤは、例えば、フォトダイオードＰＤであり、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタＭＴＲのソースに接続されている。以下、光電変換素子ＰＤをフォトダイオードＰＤとも称する。例えば、フォトダイオードＰＤは、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する。フォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷は、転送トランジスタＭＴＲを介して、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。

転送トランジスタＭＴＲは、例えば、ｎＭＯＳトランジスタであり、ドレインが増幅トランジスタＭＡＭのゲートに接続され、ソースがフォトダイオードＰＤのカソードに接続され、ゲートで転送信号ＴＸを受ける。この場合、転送トランジスタＭＴＲは、転送信号ＴＸが高レベルの期間にオンし、フォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。なお、フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷は、容量ＣＦＤに蓄積される。

増幅トランジスタＭＡＭは、例えば、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースが画素選択トランジスタＭＳＥのドレインに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続され、ゲートが転送トランジスタＭＴＲのドレインに接続されている。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤの電圧（容量ＣＦＤの電圧）は、増幅トランジスタＭＡＭのゲートに入力される。そして、増幅トランジスタＭＡＭは、例えば、ゲートの電圧から増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分降下した電圧を、ソースから出力する。このように、増幅トランジスタＭＡＭは、フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷に基づく画像信号を生成する。

画素選択トランジスタＭＳＥは、例えば、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースが垂直信号線２００に接続され、ドレインが増幅トランジスタＭＡＭのソースに接続され、ゲートで選択信号ＳＥＬを受ける。この場合、画素選択トランジスタＭＳＥは、選択信号ＳＥＬが高レベルの期間にオンし、増幅トランジスタＭＡＭのソースと垂直信号線２００との間を導通させる。したがって、画素選択トランジスタＭＳＥがオンの期間では、増幅トランジスタＭＡＭと、画素選択トランジスタＭＳＥと、垂直信号線２００に接続された定電流源ＩＳとにより、ソースフォロア回路が構成される。これにより、画素選択トランジスタＭＳＥにより選択された画素１２２の信号が、垂直信号線２００に出力される。

リセットトランジスタＭＲＳは、例えば、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースが増幅トランジスタＭＡＭのゲートに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続され、ゲートでリセット信号ＲＳＴを受ける。この場合、リセットトランジスタＭＲＳは、リセット信号ＲＳＴが高レベルの期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤの電荷（容量ＣＦＤに蓄積されている電荷）を初期状態にリセットする。すなわち、リセットトランジスタＭＲＳは、リセット信号ＲＳＴが高レベルの期間に、フローティングディフュージョンＦＤの電圧を初期状態にリセットする。

このように、転送トランジスタＭＴＲ、画素選択トランジスタＭＳＥおよびリセットトランジスタＭＲＳは、制御信号ＴＸ、ＳＥＬ、ＲＳＴにより制御されるスイッチとして機能する。

図４は、図２に示した固体撮像素子１０の動作の一例を示している。なお、図４は、上述した図２に示した画素アレイ１２０のｎ行目の各画素１２２から画像信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ読み出すときの固体撮像素子１０の動作を示している。例えば、図２に示した垂直走査回路１３０は、制御信号ＲＳＴ、ＳＥＬ、ＴＸを図４に示すように制御し、上述した図３に示したリセットトランジスタＭＲＳ、画素選択トランジスタＭＳＥ、転送トランジスタＭＴＲを制御する。また、例えば、上述した図１に示したタイミングジェネレータ４０は、制御信号ＴＮ、ＴＳ、ＬＳＷを図４に示すように制御し、図２に示したトランジスタＭＳ１、ＭＮ１、ＭＬＳを制御する。

なお、アクセス期間ＡＰは、各画素１２２の画像信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮを、図２に示した信号蓄積部１７０の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ蓄積するための期間である。また、水平走査期間ＨＳＮは、信号蓄積部１７０の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ蓄積された画像信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮを順次出力するための期間である。例えば、アクセス期間ＡＰ（ｎ）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）は、ｎ行目の画素１２２の信号を読み出すためのアクセス期間ＡＰおよび水平走査期間ＨＳＮをそれぞれ示している。以下、ｎ行目の各画素１２２の図３に示した要素を、符号の末尾にｎを追加して称する場合もある。例えば、ｎ行目の各画素１２２の増幅トランジスタＭＡＭを、増幅トランジスタＭＡＭｎとも称する。

ｎ行目の画素１２２のアクセス期間ＡＰ（ｎ）に移る前では、リセット信号ＲＳＴ（ｎ）が高レベルに維持され（図４（ａ））、リセットトランジスタＭＲＳｎがオンしている。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧は、アクセス期間ＡＰ（ｎ）に移る前に、初期状態（以下、リセット状態とも称する）にリセットされる。

アクセス期間ＡＰ（ｎ）では、先ず、リセット信号ＲＳＴ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化し（図４（ｂ））、リセットトランジスタＭＲＳｎがオフする。これにより、フローティングディフュージョンＦＤｎは、転送トランジスタＭＴＲｎがオンしたときに、フォトダイオードＰＤｎからの信号電荷を蓄積できる。なお、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧は、フォトダイオードＰＤｎから信号電荷が転送されるまで、リセット状態に維持される。

次に、選択信号ＳＥＬ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化し（図４（ｃ））、画素選択トランジスタＭＳＥｎがオンする。画素選択トランジスタＭＳＥｎがオンすることにより、上述した図３で説明したように、増幅トランジスタＭＡＭｎのソースから信号を出力するソースフォロア回路が構成される。これにより、増幅トランジスタＭＡＭｎは、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧（リセット状態の電圧）に応じた電圧を、画素選択トランジスタＭＳＥｎを介して垂直信号線２００に出力する。なお、垂直信号線２００に出力された電圧は、図２に示したカラムアンプ１５０により反転増幅される。

そして、制御信号ＴＮが低レベルから高レベルに変化し（図４（ｄ））、図２に示したトランジスタＭＮ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素１２２のリセット状態に対応する信号（図２に示したノイズ信号ＯＵＴＮ）は、信号蓄積部１７０の容量ＣＮに蓄積される。その後、制御信号ＴＮが高レベルから低レベルに変化し（図４（ｅ））、トランジスタＭＮ１がオフする。これにより、ｎ行目の画素１２２のノイズ信号ＯＵＴＮは、容量ＣＮに保持される。なお、制御信号ＴＮが高レベルである期間、制御信号ＬＳＷは、高レベルに維持されている。

制御信号ＴＮが高レベルから低レベルに変化した後に、転送信号ＴＸ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化する（図４（ｆ））。そして、一定期間経過後に、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化する（図４（ｇ））。これにより、転送トランジスタＭＴＲｎが一定期間オンし、フォトダイオードＰＤｎにより生成された信号電荷が、転送トランジスタＭＴＲｎを介して、フローティングディフュージョンＦＤｎに転送される。そして、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧（信号電荷が蓄積された容量ＣＦＤの電圧）に応じた電圧が、増幅トランジスタＭＡＭｎから画素選択トランジスタＭＳＥｎを介して垂直信号線２００に出力される。

ここで、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルの期間では、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧は、転送トランジスタＭＴＲｎのゲートとフローティングディフュージョンＦＤｎとのカップリングにより、上昇する。そして、転送信号ＴＸ（ｎ）が低レベルに戻ったとき、フローティングディフュージョンＦＤｎの電圧は、フォトダイオードＰＤｎにより生成された信号電荷に基づく所望の電圧に戻る。すなわち、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルの期間では、所望の電圧に比べて高い電圧が垂直信号線２００に出力される。

なお、この実施形態では、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルである期間では、制御信号ＬＳＷは、低レベルに維持される（図４（ｈ、ｉ））。例えば、転送信号ＴＸ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化したとき、制御信号ＬＳＷが高レベルから低レベルに変化し（図４（ｈ））、行選択トランジスタＭＬＳがオフする。そして、例えば、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化したとき、制御信号ＬＳＷが低レベルから高レベルに変化し（図４（ｉ））、行選択トランジスタＭＬＳがオンする。このように、転送信号ＴＸが高レベルの期間中、行選択トランジスタＭＬＳはオフする。

すなわち、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルの期間では、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間は非導通である。したがって、この実施形態では、高レベルの転送信号ＴＸ（ｎ）によるフローティングディフュージョンＦＤｎの電圧上昇がカラムアンプ１５０に伝達されることを防止できる。また、転送信号ＴＸ（ｎ）が低レベルに戻った後では、行選択トランジスタＭＬＳがオンするため、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間は導通する。これにより、所望の電圧がカラムアンプ１５０に入力される。このように、垂直信号線２００に転送された所望の電圧は、行選択トランジスタＭＬＳを介してカラムアンプ１５０に入力され、カラムアンプ１５０により反転増幅される。

制御信号ＬＳＷが低レベルから高レベルに変化した後に、制御信号ＴＳが低レベルから高レベルに変化し（図４（ｊ））、図２に示したトランジスタＭＳ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素１２２のフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷に対応する信号（図２に示した画像信号ＯＵＴＳ）は、信号蓄積部１７０の容量ＣＳに蓄積される。その後、制御信号ＴＳが高レベルから低レベルに変化し（図４（ｋ））、トランジスタＭＳ１がオフする。これにより、ｎ行目の画素１２２の画像信号ＯＵＴＳは、容量ＣＳに保持される。

水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、図２に示した制御信号ＧＨが高レベルに順次変化する。例えば、水平走査回路１９０は、出力対象の列に対応する制御信号ＧＨを高レベルに変化させたとき、他の制御信号ＧＨを低レベルに変化させる。これにより、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２が順次オンし、信号蓄積部１７０の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ保持された信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮが順次出力される。

なお、アクセス期間ＡＰ（ｎ）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、制御信号ＲＳＴ（ｎ）、ＳＥＬ（ｎ）、ＴＸ（ｎ）以外の制御信号ＲＳＴ、ＳＥＬ、ＴＸは、高レベル、低レベルおよび低レベルにそれぞれ維持されている。また、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）では、制御信号ＲＳＴ（ｎ＋１）、ＳＥＬ（ｎ＋１）、ＴＸ（ｎ＋１）、ＴＮ、ＴＳ、ＬＳＷは、アクセス期間ＡＰ（ｎ）の制御信号ＲＳＴ（ｎ）、ＳＥＬ（ｎ）、ＴＸ（ｎ）、ＴＮ、ＴＳ、ＬＳＷと同様に制御される。

図５は、図２に示したカラムアンプ１５０の入出力電圧の一例を示している。なお、図５は、上述した図３に示したフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷が多いとき（例えば、明るい所で撮影されたとき）のカラムアンプ１５０の入出力電圧の一例を示している。図中の符号ＦＤ、ＡＩＮ、ＡＯＵＴは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧、カラムアンプ１５０の入力電圧、カラムアンプ１５０の出力電圧をそれぞれ示している。以下、フローティングディフュージョンＦＤの電圧を、電圧ＦＤとも称する。

転送信号ＴＸが低レベルから高レベルに変化する前では、上述した図４で説明したように、フローティングディフュージョンＦＤの電圧（電圧ＦＤ）は、リセット状態の電圧Ｖ１に維持されている（図５（ａ））。そして、転送信号ＴＸが低レベルから高レベルに変化したときに、電圧ＦＤは、転送トランジスタＭＴＲのゲートとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングにより、電圧Ｖ１から電圧ＶＤＦだけ上昇する（図５（ｂ））。その後、電圧ＦＤは、フォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷に応じた電圧ＶＳＩＧ０だけ低下する（図５（ｃ））。そして、転送信号ＴＸが低レベルに戻ったときに、電圧ＦＤは、電圧ＶＤＦだけ低下し、フォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷に基づく電圧（電圧Ｖ１から電圧ＶＳＩＧ０低下した電圧）に戻る（図５（ｄ））。

また、カラムアンプ１５０の入力電圧ＡＩＮは、行選択トランジスタＭＬＳが転送信号ＴＸの高レベル期間中オフしているため、行選択トランジスタＭＬＳが再度オンするまで、リセット状態時の電圧Ｖ２に維持される（図５（ｅ））。このため、カラムアンプ１５０の出力電圧ＡＯＵＴは、行選択トランジスタＭＬＳが再度オンするまで、リセット状態時の電圧ＶＲＥＦに維持される（図５（ｆ））。制御信号ＬＳＷが低レベルから高レベルに変化したとき、行選択トランジスタＭＬＳがオンするため、カラムアンプ１５０の入力電圧ＡＩＮは、例えば、電圧Ｖ２から電圧ＶＳＩＧ（ＶＳＩＧ＝ＶＳＩＧ０×［増幅トランジスタＭＡＭのゲイン］）だけ低下する（図５（ｇ））。そして、カラムアンプ１５０の出力電圧ＡＯＵＴは、カラムアンプ１５０の増幅率Ｇと電圧ＶＳＩＧとの積だけ電圧ＶＲＥＦから上昇する（図５（ｈ））。

図６は、図２に示したカラムアンプ１５０の入出力電圧の別の例を示している。なお、図６は、説明を分かり易くするために、上述した図３に示したフォトダイオードＰＤにより信号電荷が生成されないとき（例えば、暗い状態で撮影されたとき）のカラムアンプ１５０の入出力電圧の一例を示している。また、図６の“ＬＳＷ制御有り”の波形は、上述した図４に示した動作が実施されたときのカラムアンプ１５０の入出力電圧等を示し、図６の比較例の波形は、“ＬＳＷ制御有り”の比較例を示している。例えば、比較例の動作では、選択信号ＳＥＬは、転送信号ＴＸが高レベルの期間に、低レベルにされない。あるいは、比較例の個体撮像素子では、図２に示した個体撮像素子１０から行選択トランジスタＭＬＳが省かれて構成される。なお、図中の符号の意味は、上述した図５と同じである。

図６の“ＳＥＬ制御有り”（図４に示した動作が実施されたとき）では、転送信号ＴＸが低レベルから高レベルに変化する前の期間中、フローティングディフュージョンＦＤの電圧（電圧ＦＤ）は、リセット状態の電圧Ｖ１に維持されている（図６（ａ））。そして、転送信号ＴＸが低レベルから高レベルに変化したときに、電圧ＦＤは、転送トランジスタＭＴＲのゲートとフローティングディフュージョンＦＤとのカップリングにより、電圧Ｖ１から電圧ＶＤＦだけ上昇する（図６（ｂ））。その後、転送信号ＴＸが低レベルに戻ったときに、電圧ＦＤは、電圧ＶＤＦだけ低下し、リセット状態の電圧Ｖ１に戻る（図６（ｃ））。

また、カラムアンプ１５０の入力電圧ＡＩＮは、行選択トランジスタＭＬＳが転送信号ＴＸの高レベル期間中オフしているため、行選択トランジスタＭＬＳが再度オンするまで、リセット状態時の電圧Ｖ２に維持される（図６（ｄ））。このため、カラムアンプ１５０の出力電圧ＡＯＵＴは、行選択トランジスタＭＬＳが再度オンするまで、リセット状態時の電圧ＶＲＥＦに維持される（図６（ｅ））。なお、フォトダイオードＰＤにより信号電荷が生成されないため、制御信号ＬＳＷが低レベルから高レベルに変化したとき、カラムアンプ１５０の入力電圧ＡＩＮは、電圧Ｖ２に維持される（図６（ｆ））。このため、カラムアンプ１５０の出力電圧ＡＯＵＴは、転送信号ＴＸが高レベルから低レベルに変化した後でも、電圧ＶＲＥＦに維持される（図６（ｇ））。

一方、比較例では、垂直信号線２００およびカラムアンプ１５０間が転送信号ＴＸの高レベル期間に導通しているため、カラムアンプ１５０の入力電圧ＡＩＮは、電圧Ｖ２から電圧ＶＤＦだけ上昇する（図６（ｈ））。このため、カラムアンプ１５０は、出力電圧ＡＯＵＴを、増幅率Ｇと電圧ＶＤＦとの積だけ電圧ＶＲＥＦから低下させるように動作する（図の破線の矢印）。出力電圧ＡＯＵＴは、接地電圧ＧＮＤ以下に下がらないため、接地電圧ＧＮＤ付近の電圧になる（図６（ｉ）））。この場合、カラムアンプ１５０は、正常動作の範囲から外れる。例えば、カラムアンプ１５０が演算増幅器により構成されている場合、イマジナリーショートが成立しなくなり、正常動作の範囲から外れる。

その後、転送信号ＴＸが低レベルに戻ったときに、電圧ＦＤは、電圧ＶＤＦだけ低下し、リセット状態の電圧Ｖ１に戻る（図６（ｊ））。これにより、カラムアンプ１５０の入力電圧ＡＩＮは、電圧ＶＤＦだけ低下し、リセット状態の電圧Ｖ２に戻る（図６（ｋ））。なお、カラムアンプ１５０の入力電圧ＡＩＮが電圧Ｖ２に戻った場合でも、カラムアンプ１５０が一時的に正常動作の範囲から外れた影響により、カラムアンプ１５０の出力電圧ＡＯＵＴは、所望の出力電圧ＶＲＥＦに戻らない（図６（ｌ））。カラムアンプ１５０の出力電圧ＡＯＵＴは、所望の出力電圧ＶＲＥＦより高くなる場合も、所望の出力電圧ＶＲＥＦより低くなる場合もある。カラムアンプ１５０の出力電圧ＡＯＵＴの誤差ＶＥＲは、カラムアンプ１５０毎に異なるため、画像に縦筋の固定パターンノイズが発生する。

これに対し、この実施形態では、転送信号ＴＸが高レベルの期間中、行選択トランジスタＭＬＳがオフしているため、カラムアンプ１５０が正常動作の範囲から外れることを防止できる。これにより、この実施形態では、転送信号ＴＸが高レベルから低レベルに変化した後に、カラムアンプ１５０の出力電圧ＡＯＵＴが所望の出力電圧ＶＲＥＦと異なる電圧になることを防止できる。この結果、画像の縦筋ノイズを低減できる。なお、この実施形態では、上述した図４で説明したように、制御信号ＴＮが低レベルに変化した後に、制御信号ＬＳＷが低レベルに変化するため、行選択トランジスタＭＬＳの動作は、容量ＣＮに保持されるノイズ信号ＯＵＴＮに影響を与えない。これにより、画像の精度を維持した状態で、画像の縦筋ノイズを低減できる。

図７は、縦筋ノイズとカラムアンプ１５０の増幅率との関係の一例を示している。なお、図７の“ＬＳＷ制御有り”（実線および円形）は、上述した図４に示した動作が実施されたときの測定結果を示し、図７の比較例（破線および三角形）は、“ＳＥＬ制御有り”の比較例を示している。図７の比較例は、上述した図６に示した比較例に対応する。例えば、比較例の測定時の動作では、制御信号ＬＳＷは、転送信号ＴＸが高レベルの期間に、低レベルにされない。図の横軸は、カラムアンプ１５０の増幅率を示し、縦軸は、暗時の縦筋ノイズを基準値に対する相対値で示している。なお、縦筋ノイズの基準値は、上述した図４に示した動作において、カラムアンプ１５０の増幅率を２．５倍にしたときの縦筋ノイズの測定値（電圧値）である。

図７の“ＳＥＬ制御有り”（図４に示した動作が実施されたとき）では、カラムアンプ１５０の増幅率が１０倍より小さい場合、暗時の縦筋ノイズは、増幅率が増加しても、ほとんど変化しない。増幅率が１０倍より大きい場合、暗時の縦筋ノイズは、増幅率の増加に伴い、増加する。一方、比較例では、カラムアンプ１５０の増幅率が１０倍より小さい場合、暗時の縦筋ノイズは、増幅率の増加に伴い、緩やかに増加する。そして、増幅率が１０倍より大きい場合、暗時の縦筋ノイズは、増幅率の増加に伴い急激に増加する。例えば、増幅率が５倍以上では、暗時の縦筋ノイズは、図４に示した動作が実施されたとき（“ＳＥＬ制御有り”）に比べて大きくなる。

したがって、この実施形態では、カラムアンプ１５０の増幅率を８倍以上にすることにより、画像の縦筋ノイズの増加を抑えつつ、固体撮像素子１０を高感度化できる。なお、好ましくは、カラムアンプ１５０の増幅率を１０倍以上、より好ましくは、カラムアンプ１５０の増幅率を２０倍以上にしてもよい。また、カラムアンプ１５０の増幅率を大きくした場合に発生する縦筋ノイズを低減するために、以下に示す補正処理が実施されてもよい。

例えば、補正処理では、画素１２２が露光される前に、転送トランジスタＭＴＲをオフにした状態での全画素１２２の出力を補正用信号として読み出す。そして、同じ列に配置された複数の画素１２２（列方向Ｄ２に配置された複数の画素１２２）から読み出された補正用信号を積算して平均することにより、各列の縦筋固定パターンノイズ成分を算出する。さらに、撮影画像のデータから縦筋固定パターンノイズ成分を減算する。これにより、画像の暗部に発生する縦筋ノイズを低減できる。なお、補正用信号は、固体撮像素子１０の全画素１２２（全画面）から読み出されなくてもよい。例えば、補正処理を高速化するために、補正用信号は、固体撮像素子１０の一部の画素１２２（例えば、５００行程度）から読み出されてもよい。

ここで、転送トランジスタＭＴＲをオフにして補正用信号を読み出すのは、フォトダイオードＰＤの暗電流や白点傷欠陥画素の影響を除去するためである。上述した図４に示した動作に、上述の補正処理を組み合わせることにより、縦筋固定パターンノイズを更に低減できる。例えば、補正処理は、上述した図１に示す撮像装置の制御部３０により実施される。あるいは、補正処理を実施する補正部を固体撮像素子１０内に設けてもよい。

以上、この実施形態では、タイミングジェネレータ４０は、少なくとも転送信号ＴＸが高レベルの期間中、制御信号ＬＳＷを低レベルに維持する。このように、この実施形態では、タイミングジェネレータ４０は、転送トランジスタＭＴＲがオンの期間中、行選択トランジスタＭＬＳをオフするスイッチ制御部として機能する。すなわち、この実施形態では、少なくとも転送トランジスタＭＴＲがオンしている期間中、行選択トランジスタＭＬＳをオフさせ、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間を非導通にする。これにより、この実施形態では、所望の入力電圧（例えば、図６に示した電圧Ｖ２）に比べて高い電圧がカラムアンプ１５０に入力されることを防止できる。この結果、この実施形態では、カラムアンプ１５０が正常動作の範囲から外れることを防止でき、画像の縦筋ノイズを低減できる。

図８は、別の実施形態における固体撮像素子１２の概要を示している。なお、図８は、信号蓄積部１７０、水平選択スイッチ部１８０および水平走査回路１９０の詳細な記載を省略している。この実施形態の固体撮像素子１２は、図２に示した行選択スイッチ部１４０の代わりに、行選択スイッチ部１４２が設けられている。また、この固体撮像素子１２のカラムアンプ１５０、蓄積信号選択部１６０、信号蓄積部１７０、水平選択スイッチ部１８０、水平走査回路１９０および定電流源ＩＳの配置は、図２に示した固体撮像素子１０と相違する。固体撮像素子１２のその他の構成は、図１−図７で説明した実施形態と同じである。図１−図７で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。

画素アレイ１２０は、上述した図２で説明したように、フィルタの色がそれぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇｒ、Ｇｂ）、青（Ｂ）の画素１２２を有している。以下、赤（Ｒ）、緑（Ｇｒ、Ｇｂ）、青（Ｂ）のフィルタをそれぞれ有する画素１２２を、赤画素１２２（Ｒ）、青画素１２２（Ｂ）、緑画素１２２（Ｇｒ、Ｇｂ）とも称する。さらに、緑画素１２２（Ｇｒ、Ｇｂ）のうち、赤画素１２２（Ｒ）を有する行に配置された画素１２２を緑画素（Ｇｒ）とも称し、青画素１２２（Ｂ）を有する行に配置された画素１２２を緑画素（Ｇｒ）とも称する。

行選択スイッチ部１４２は、画素アレイ１２０における列方向Ｄ２の一方側（図では、下側）および他方側（図では、上側）にそれぞれ配置された行選択スイッチ部１４２ａ、１４２ｂを有している。例えば、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間に設けられた各行選択スイッチ部１４２ａ、１４２ｂは、画素アレイ１２０の画素１２２の２列毎に設けられた行選択スイッチＭＬＳ１、ＭＬＳ２を有している。例えば、行選択スイッチＭＬＳ１、ＭＳＬ２は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ゲートで制御信号ＬＳＷ１、ＬＳＷ２をそれぞれ受けている。以下、行選択スイッチＭＬＳ１、ＭＬＳ２を行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２とも称する。

例えば、行選択スイッチ部１４２ａでは、２列毎に設けられた行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２のソースは、共通のカラムアンプ１５０の入力に接続されている。そして、例えば、行選択スイッチ部１４２ａの行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＳＬ２のドレインは、赤画素１２２（Ｒ）、青画素１２２（Ｂ）の信号が転送される垂直信号線２００にそれぞれ接続されている。

また、例えば、行選択スイッチ部１４２ｂでは、２列毎に設けられた行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２のソースは、共通のカラムアンプ１５０の入力に接続されている。そして、例えば、行選択スイッチ部１４２ｂの行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＳＬ２のドレインは、青画素１２２（Ｂ）、赤画素１２２（Ｒ）の信号が転送される垂直信号線２００にそれぞれ接続されている。

すなわち、行選択スイッチ部１４２ａの行選択トランジスタＭＬＳ１および行選択スイッチ部１４２ｂの行選択トランジスタＭＬＳ２は、赤画素１２２（Ｒ）の信号が転送される垂直信号線２００に接続される。また、例えば、行選択スイッチ部１４２ａの行選択トランジスタＭＬＳ２および行選択スイッチ部１４２ｂの行選択トランジスタＭＬＳ１は、青画素１２２（Ｂ）の信号が転送される垂直信号線２００に接続される。この場合、行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２は、後述する図９に示す動作により、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間の導通／非導通を切り換えるスイッチとして機能する。

カラムアンプ１５０は、画素アレイ１２０の列方向Ｄ２の両側（図の上側および下側）に配置されている。なお、画素アレイ１２０の下側に配置されたカラムアンプ１５０は、行選択スイッチ部１４２ａから信号を受け、画素アレイ１２０の上側に配置されたカラムアンプ１５０は、行選択スイッチ部１４２ｂから信号を受ける。すなわち、片側に配置されるカラムアンプ１５０は、画素アレイ１２０の画素１２２の２列毎に設けられる。画素１２２の２列分の幅に１つのカラムアンプ１５０が配置されるため、多画素化により画素ピッチが縮小した場合でも、カラムアンプ１５０のレイアウトスペースを確保できる。

また、この実施形態では、蓄積信号選択部１６０、信号蓄積部１７０、水平選択スイッチ部１８０、水平走査回路１９０および定電流源ＩＳは、画素アレイ１２０の上側および下側に分けてそれぞれ配置されている。例えば、蓄積信号選択部１６０ａ、信号蓄積部１７０ａ、水平選択スイッチ部１８０ａおよび水平走査回路１９０ａは、画素アレイ１２０の下側に配置されている。そして、蓄積信号選択部１６０ｂ、信号蓄積部１７０ｂ、水平選択スイッチ部１８０ｂおよび水平走査回路１９０ｂは、画素アレイ１２０の上側に配置されている。この実施形態では、定電流源ＩＳが画素アレイ１２０の上下にそれぞれ配置されているため、画像の上下対称性を維持できる。なお、定電流源ＩＳおよび水平走査回路１９０は、画素アレイ１２０の上下に分けて配置されなくてもよい。

信号蓄積部１７０（１７０ａ、１７０ｂ）、水平選択スイッチ部１８０（１８０ａ、１８０ｂ）および水平走査回路１９０（１９０ａ、１９０ｂ）の各カラムアンプ１５０に対応する構成は、上述した図２と同じである。なお、画像信号ＯＵＴＳａおよびノイズ信号ＯＵＴＮａは、画素アレイ１２０の下側に配置されたカラムアンプ１５０から水平選択スイッチ部１８０ａを介して出力された信号に対応している。また、画像信号ＯＵＴＳｂおよびノイズ信号ＯＵＴＮｂは、画素アレイ１２０の上側に配置されたカラムアンプ１５０から水平選択スイッチ部１８０ｂを介して出力された信号に対応している。

図９は、図８に示した固体撮像素子１２の動作の一例を示している。なお、図９は、上述した図８に示した画素アレイ１２０のｎ行目の各画素１２２から画像信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ読み出すときの固体撮像素子１２の動作を示している。図９に示した動作は、制御信号ＬＳＷ（ＬＳＷ１、ＬＳＷ２）の動作を除いて、上述した図４に示した動作と同じである。すなわち、固体撮像素子１２を用いて構成された撮像装置は、タイミングジェネレータ４０の動作を除いて、上述した図１−図７で説明した実施形態と同じである。例えば、この実施形態では、図１に示したタイミングジェネレータ４０は、制御信号ＴＮ、ＴＳ、ＬＳＷ１、ＬＳＷ２を図９に示すように制御し、図８に示したトランジスタＭＳ１、ＭＮ１、ＭＬＳ１、ＭＬＳ２を制御する。図４で説明した動作については、詳細な説明を省略する。

ｎ行目の画素１２２のアクセス期間ＡＰ（ｎ）に移る前では、リセット信号ＲＳＴ（ｎ）が高レベルに維持され（図９（ａ））、制御信号ＬＳＷ１が低レベルに維持される。また、アクセス期間ＡＰ（ｎ）に移る前に、制御信号ＬＳＷ２が高レベルから低レベルに変化し（図９（ａ１））、図８に示した行選択トランジスタＭＬＳ２がオフする。

アクセス期間ＡＰ（ｎ）では、制御信号ＬＳＷ１が低レベルから高レベルに変化し（図９（ｂ１））、制御信号ＴＮが低レベルから高レベルに変化する（図９（ｄ））。すなわち、図８に示した行選択トランジスタＭＬＳ１およびトランジスタＭＮ１がオンする。これにより、ｎ行目の緑画素１２２（Ｇｂ）、青画素１２２（Ｂ）のノイズ信号ＯＵＴＮは、図８に示した信号蓄積部１７０ａ、１７０ｂにそれぞれ蓄積される。すなわち、ｎ行目の緑画素１２２（Ｇｂ）のノイズ信号ＯＵＴＮａは、画素アレイ１２０の下側に配置された信号蓄積部１７０の容量ＣＮに蓄積される。また、ｎ行目の青画素１２２（Ｂ）のノイズ信号ＯＵＴＮｂは、画素アレイ１２０の上側に配置された信号蓄積部１７０の容量ＣＮに蓄積される。

そして、転送信号ＴＸ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化したとき（図９（ｆ））、制御信号ＬＳＷ１が高レベルから低レベルに変化し（図９（ｈ））、行選択トランジスタＭＬＳ１がオフする。また、例えば、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化したとき（図９（ｇ））、制御信号ＬＳＷ１が低レベルから高レベルに変化し（図９（ｉ））、行選択トランジスタＭＬＳ１がオンする。なお、アクセス期間ＡＰ（ｎ）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、制御信号ＬＳＷ２は、低レベルに維持される。すなわち、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルの期間中、制御信号ＬＳＷ１、ＬＳＷ２は、低レベルに維持され、行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２の両方がオフする。

このように、この実施形態でも、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルの期間では、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間は非導通である。したがって、この実施形態では、高レベルの転送信号ＴＸ（ｎ）によるフローティングディフュージョンＦＤｎの電圧上昇がカラムアンプ１５０に伝達されることを防止できる。また、転送信号ＴＸ（ｎ）が低レベルに戻った後では、行選択トランジスタＭＬＳ１がオンするため、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間は導通する。これにより、所望の電圧がカラムアンプ１５０に入力される。

例えば、ｎ行目の緑画素１２２（Ｇｂ）のフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷に対応する信号は、画素アレイ１２０の下側に配置されたカラムアンプ１５０に行選択トランジスタＭＬＳ１を介して入力され、カラムアンプ１５０により反転増幅される。また、例えば、ｎ行目の青画素１２２（Ｂ）のフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷に対応する信号は、画素アレイ１２０の上側に配置されたカラムアンプ１５０に行選択トランジスタＭＬＳ１を介して入力され、カラムアンプ１５０により反転増幅される。

制御信号ＬＳＷ１が低レベルから高レベルに変化した後に、制御信号ＴＳが低レベルから高レベルに変化し（図９（ｊ））、図８に示したトランジスタＭＳ１がオンする。これにより、ｎ行目の緑画素１２２（Ｇｂ）、青画素１２２（Ｂ）の画像信号ＯＵＴＳは、図８に示した信号蓄積部１７０ａ、１７０ｂにそれぞれ蓄積される。すなわち、ｎ行目の緑画素１２２（Ｇｂ）の画像信号ＯＵＴＳａは、画素アレイ１２０の下側に配置された信号蓄積部１７０の容量ＣＳに蓄積される。また、ｎ行目の青画素１２２（Ｂ）の画像信号ＯＵＴＳｂは、画素アレイ１２０の上側に配置された信号蓄積部１７０の容量ＣＳに蓄積される。

水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、ｎ行目の緑画素１２２（Ｇｂ）の信号ＯＵＴＳａ、ＯＵＴＮａが、画素アレイ１２０の下側に配置された信号蓄積部１７０ａから水平選択スイッチ部１８０ａを介して順次出力される。また、ｎ行目の青画素１２２（Ｂ）の信号ＯＵＴＳｂ、ＯＵＴＮｂが、画素アレイ１２０の上側に配置された信号蓄積部１７０ｂから水平選択スイッチ部１８０ｂを介して順次出力される。なお、制御信号ＬＳＷ１は、ｎ＋１行目の画素１２２のアクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）に移る前に、高レベルから低レベルに変化する（図９（ａ２））。

また、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）では、制御信号ＲＳＴ（ｎ＋１）、ＳＥＬ（ｎ＋１）、ＴＸ（ｎ＋１）、ＴＮ、ＴＳ、ＬＳＷ１、ＬＳＷ２は、アクセス期間ＡＰ（ｎ）の制御信号ＲＳＴ（ｎ）、ＳＥＬ（ｎ）、ＴＸ（ｎ）、ＴＮ、ＴＳ、ＬＳＷ２、ＬＳＷ１と同様に制御される。例えば、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ＋１）では、制御信号ＬＳＷ１は、低レベルに維持される。また、転送信号ＴＸ（ｎ＋１）が高レベルの期間中、制御信号ＬＳＷ２は、低レベルに維持される。したがって、高レベルの転送信号ＴＸ（ｎ＋１）によるフローティングディフュージョンＦＤの電圧上昇は、カラムアンプ１５０に伝達されない。

なお、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）では、制御信号ＬＳＷ２がアクセス期間ＡＰ（ｎ）の制御信号ＬＳＷ１と同様に制御されるため、ｎ＋１行目の緑画素１２２（Ｇｒ）、赤画素１２２（Ｒ）からの信号は、信号蓄積部１７０ａ、１７０ｂにそれぞれ蓄積される。したがって、水平走査期間ＨＳＮ（ｎ＋１）では、ｎ＋１行目の緑画素１２２（Ｇｒ）の信号ＯＵＴＳａ、ＯＵＴＮａが、画素アレイ１２０の下側に配置された信号蓄積部１７０ａから水平選択スイッチ部１８０ａを介して順次出力される。また、ｎ＋１行目の赤画素１２２（Ｒ）の信号ＯＵＴＳｂ、ＯＵＴＮｂが、画素アレイ１２０の上側に配置された信号蓄積部１７０ｂから水平選択スイッチ部１８０ｂを介して順次出力される。

以上、この実施形態では、タイミングジェネレータ４０は、少なくとも転送信号ＴＸが高レベルの期間中、制御信号ＬＳＷ１、ＬＳＷ２の両方を低レベルに維持する。これにより、転送信号ＴＸ（ｎ）が高レベルの期間では、行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２の両方がオフする。すなわち、共通の垂直信号線２００に接続された行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２により構成された行選択スイッチは、垂直信号線２００とカラムアンプ１５０との間の導通／非導通を切り換える。したがって、この実施形態においても、上述した図１−図７で説明した実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、この実施形態では、各カラムアンプ１５０に着目した場合、行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２の制御により、信号が読み出される画素１２２の列を、１行毎に切り換えることができる。これにより、例えば、緑画素１２２（Ｇｒ、Ｇｂ）からの信号は、常に、画素アレイ１２０の下側に配置されたカラムアンプ１５０を介して読み出される。また、例えば、赤画素１２２（Ｒ）および青画素１２２（Ｂ）からの信号は、常に、画素アレイ１２０の上側に配置されたカラムアンプ１５０を介して読み出される。このため、この実施形態では、緑画素１２２（Ｇｒ）からの信号と、緑画素１２２（Ｇｂ）からの信号とのレベル差を小さくできる。

なお、上述した実施形態では、制御信号ＬＳＷを制御するタイミングジェネレータ４０が固体撮像素子１０、１２の外部に設けられる例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、タイミングジェネレータ４０は、固体撮像素子１０、１２内に設けられてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。あるいは、図１０に示すように、制御信号ＬＳＷを生成するスイッチ制御部１３２が、固体撮像素子１４内に設けられてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１０は、図２に示した固体撮像素子１０の変形例を示している。図１０に示した固体撮像素子１４は、上述した図２に示した固体撮像素子１０にスイッチ制御部１３２が追加されて構成されている。その他の構成は、図２に示した固体撮像素子１０と同じである。図１−図７で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。

スイッチ制御部１３２は、例えば、上述した図１に示したタイミングジェネレータ４０から駆動クロックを受け、上述した図４に示した動作をする制御信号ＬＳＷを生成する。なお、スイッチ制御部１３２は、垂直走査回路１３０内に設けられてもよいし、水平走査回路１９０内に設けられてもよい。また、上述した図８に示した固体撮像素子１２内にスイッチ制御部１３２が設けられる場合、垂直走査回路１３０は、上述した図９に示した動作をする制御信号ＬＳＷ（ＬＳＷ１、ＬＳＷ２）を生成する。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

上述した実施形態では、カラムアンプ１５０が反転増幅器である場合の例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、カラムアンプ１５０は、非反転増幅器でもよい。この場合、例えば、リセット状態時のカラムアンプ１５０の出力電圧（上述した図６に示した電圧ＶＲＥＦ）が電源電圧ＶＤＤ側に設定され、カラムアンプ１５０の出力電圧は、フォトダイオードＰＤで生成される信号電荷の増加（入射光の光量の増加）に伴い、低下する。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。また、カラムアンプ１５０は、演算増幅器を用いずに構成されてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

上述した実施形態では、増幅トランジスタＭＡＭが画素１２２毎に設けられる例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、画素１２２は、増幅トランジスタＭＡＭが設けられないパッシブ型でもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。あるいは、例えば、図１１や図１２に示すように、１つの増幅トランジスタＭＡＭは、複数の画素１２２に共用されてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１１は、図３に示した画素１２２の変形例を示している。図１１に示した画素の構成は、１つの画素共用部１２８（増幅トランジスタＭＡＭ、画素選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤ）が２つの画素で共用されている点を除いて、上述した図３と同じである。図１−図７で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。

画素群１２４は、列方向Ｄ２に隣接する２つの画素により構成され、画素主要部１２６ａ、１２６ｂおよび画素共用部１２８を有している。画素主要部１２６（１２６ａ、１２６ｂ）は、画素群１２４を構成する画素毎に設けられ、画素共用部１２８は、画素群１２４を構成する２つの画素で共用されている。各画素主要部１２６（１２６ａ、１２６ｂ）は、フォトダイオードＰＤ（ＰＤａ、ＰＤｂ）および転送トランジスタＭＴＲ（ＭＴＲａ、ＭＴＲｂ）を有している。また、画素共用部１２８は、増幅トランジスタＭＡＭ、画素選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤを有している。なお、転送トランジスタＭＴＲａ、ＭＴＲｂのドレインは、増幅トランジスタＭＡＭのゲートに共通に接続されている。

すなわち、画素主要部１２６ａおよび画素共用部１２８により構成される画素（画素群１２４のうちの１つの画素）は、図３に示した画素１２２と同じ構成である。また、画素主要部１２６ｂおよび画素共用部１２８により構成される画素（画素群１２４のうちの別の１つの画素）は、図３に示した画素１２２と同じ構成である。したがって、画素群１２４を有する固体撮像素子１０の構成および動作は、１つの画素共用部１２８が２つの画素で共用されている点を除いて、上述した図２および図４とそれぞれ同じである。例えば、画素主要部１２６ａおよび画素共用部１２８により構成される画素から信号を読み出す場合、上述した図１に示したタイミングジェネレータ４０は、少なくとも転送信号ＴＸａが高レベルの期間中、図２に示した制御信号ＬＳＷを低レベルに維持する。また、画素主要部１２６ｂおよび画素共用部１２８により構成される画素から信号を読み出す場合、図１に示したタイミングジェネレータ４０は、少なくとも転送信号ＴＸｂが高レベルの期間中、図２に示した制御信号ＬＳＷを低レベルに維持する。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１２は、図３に示した画素１２２の別の変形例を示している。図１２に示した画素の構成は、１つの画素共用部１２８（増幅トランジスタＭＡＭ、画素選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤ）が４つの画素で共用されている点を除いて、上述した図３と同じである。図１−図７で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。

画素群１２５は、列方向Ｄ２に隣接する４つの画素により構成され、画素主要部１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄおよび画素共用部１２８を有している。画素主要部１２６（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ）は、画素群１２５を構成する画素毎に設けられ、画素共用部１２８は、画素群１２５を構成する４つの画素で共用されている。各画素主要部１２６（１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ）は、フォトダイオードＰＤ（ＰＤａ、ＰＤｂ、ＰＤｃ、ＰＤｄ）および転送トランジスタＭＴＲ（ＭＴＲａ、ＭＴＲｂ、ＭＴＲｃ、ＭＴＲｄ）を有している。また、画素共用部１２８は、増幅トランジスタＭＡＭ、画素選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤを有している。なお、転送トランジスタＭＴＲａ、ＭＴＲｂ、ＭＴＲｃ、ＭＴＲｄのドレインは、増幅トランジスタＭＡＭのゲートに共通に接続されている。

すなわち、１つの画素主要部１２６（例えば、画素主要部１２６ａ）および画素共用部１２８により構成される画素（画素群１２５のうちの１つの画素）は、図３に示した画素１２２と同じ構成である。したがって、画素群１２５を有する固体撮像素子１０の構成および動作は、１つの画素共用部１２８が４つの画素で共用されている点を除いて、上述した図２および図４とそれぞれ同じである。例えば、画素主要部１２６ａおよび画素共用部１２８により構成される画素から信号を読み出す場合、上述した図１に示したタイミングジェネレータ４０は、少なくとも転送信号ＴＸａが高レベルの期間中、図２に示した制御信号ＬＳＷを低レベルに維持する。また、その他の画素主要部１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄから信号をそれぞれ読み出す場合においても、画素主要部１２６ａと同様に、図１に示したタイミングジェネレータ４０は、少なくとも各転送信号ＴＸｂ、ＴＸｃ、ＴＸｄが高レベルの期間中、図２に示した制御信号ＬＳＷを低レベルに維持する。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明について詳細に説明してきたが、上記の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。

撮像装置、固体撮像素子および固体撮像素子の駆動方法に利用できる。

１０‥固体撮像素子；２０‥光学系；３０‥制御部；４０‥タイミングジェネレータ；５０‥メモリ；６０‥記憶媒体；７０‥モニタ；８０‥操作部；１２０‥画素アレイ；１２２‥画素；１２４、１２５‥画素群；１２６‥画素主要部；１２８‥画素共用部；１３０‥垂直走査回路；１４０、１４２‥行選択スイッチ部；１５０‥増幅器；１６０‥蓄積信号選択部；１７０‥信号蓄積部；１８０‥水平選択スイッチ部；１９０‥水平走査回路；２００‥垂直信号線；ＦＤ‥フローティングディフュージョン；ＩＳ‥定電流源；ＭＡＭ‥増幅トランジスタ；ＭＬＳ‥行選択トランジスタ；ＭＲＳ‥リセットトランジスタ；ＭＳＥ‥画素選択トランジスタ；ＭＴＲ‥転送トランジスタ；ＰＤ‥フォトダイオード

Claims (7)

1. 固体撮像素子と、前記固体撮像素子の動作を制御するスイッチ制御部とを備えた撮像装置において、
   前記固体撮像素子は、
   光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの前記信号電荷をフローティングディフュージョン領域に転送する転送スイッチとを有する画素と、
   複数の前記画素が行および列方向にマトリクス状に配置され、同じ列に配置された複数の前記画素からの信号を共通の垂直信号線を介して出力する画素アレイと、
   前記画素から前記垂直信号線を介して出力される信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器の入力側に設けられ、前記垂直信号線と前記増幅器との間の導通／非導通を切り換える行選択スイッチとを備え、
   前記スイッチ制御部は、前記転送スイッチがオンの期間中、前記行選択スイッチをオフすることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置において、
   前記増幅器は、反転増幅器であることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１記載の撮像装置において、
   前記増幅器の増幅率は、８倍以上であることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１記載の撮像装置において、
   前記画素が露光される前に、前記転送スイッチをオフにした状態での複数の前記画素の出力を補正用信号として読み出し、同じ列に配置された複数の前記画素から読み出された前記補正用信号を積算して平均することにより、各列の縦筋固定パターンノイズ成分を算出し、撮影画像のデータから前記縦筋固定パターンノイズ成分を減算する補正部を備えていることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１記載の撮像装置において、
   複数の前記画素により構成される画素群と、
   前記画素群毎に設けられ、前記画素群を構成する前記複数の画素に共用され、前記フローティングディフュージョン領域に転送された前記信号電荷に基づく信号を生成する増幅トランジスタと、
   前記画素群毎に設けられ、前記画素群を構成する前記複数の画素に共用され、前記増幅トランジスタからの信号を選択的に前記垂直信号線に出力する画素選択スイッチとを備え、
   前記フローティングディフュージョン領域は、前記画素群毎に設けられ、前記画素群を構成する前記複数の画素に共用され、
   前記光電変換素子および前記転送スイッチは、前記画素毎に設けられていることを特徴とする撮像装置。
6. 光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの前記信号電荷をフローティングディフュージョン領域に転送する転送スイッチとを有する画素と、
   複数の前記画素が行および列方向にマトリクス状に配置され、同じ列に配置された複数の前記画素からの信号を共通の垂直信号線を介して出力する画素アレイと、
   前記画素から前記垂直信号線を介して出力される信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器の入力側に設けられ、前記垂直信号線と前記増幅器との間の導通／非導通を切り換える行選択スイッチと、
   前記転送スイッチがオンの期間中、前記行選択スイッチをオフするスイッチ制御部とを備えていることを特徴とする固体撮像素子。
7. 光信号を信号電荷に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの前記信号電荷をフローティングディフュージョン領域に転送する転送スイッチとを有する画素と、
   複数の前記画素が行および列方向にマトリクス状に配置され、同じ列に配置された複数の前記画素からの信号を共通の垂直信号線を介して出力する画素アレイと、
   前記画素から前記垂直信号線を介して出力される信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器の入力側に設けられ、前記垂直信号線と前記増幅器との間の導通／非導通を切り換える行選択スイッチとを備えた固体撮像素子の駆動方法において、
   前記転送スイッチがオンの期間中、前記行選択スイッチをオフすることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。

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