JP2011066728A - 固体撮像装置、その駆動方法および固体撮像素子の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素回路に接続された垂直信号線に供給される電流の電流量不足を軽減する。
【解決手段】基準電流生成部５００は、基準電流量を順次大きくすることによって、複数の基準電流を生成する。標本回路４１０は、基準電流生成部５００から順次基準電流量を大きくするたびに、各列の垂直信号線６０１に標本信号を出力する。読出し回路７００は、標本回路４１０から垂直信号線６０１に出力された標本信号を読み出すことによって、標本信号出力を算出する。基準電流制御部８３０は、読出し回路７００により基準電流量ごとに算出された標本信号出力の大きさに基づいて、標本信号出力が一定となる基準電流量のうち最小の基準電流量を選択する。読出し電流源部６００は、基準電流制御部８３０により選択された基準電流量により基準電流生成部５００から出力される基準電流に応じた負荷電流を垂直信号線６０１に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特にＭＯＳ型固体撮像装置、その駆動方法、および、ＭＯＳ型固体撮像素子の駆動装置に関する。

従来、固体撮像装置として、ＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor：金属酸化膜半導体）型固体撮像装置が知られている。このＭＯＳ型固体撮像装置では、光変換素子から発生された電荷によって生じる電位を増幅トランジスタにより増幅して、その増幅された画素信号を読み出す。このとき、画素回路に接続された垂直信号線には、画素回路から画素信号を出力させるための負荷電流が供給される。例えば、負荷電流量の基準となる基準電流として定電流源から定電流を出力することによって、画素回路における増幅トランジスタにより増幅された信号を読み出す固体撮像装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１６５８２５号公報（図１）

上述の従来技術では、定電流源である基準電流生成部から垂直信号線に定電流を供給することによって、画素回路における増幅トランジスタにより増幅された画素信号を読み出すことができる。しかしながら、基準電流生成部を構成する基準抵抗などの内部素子の生成におけるプロセスばらつきによって、基準電流生成部により基準電流として生成される定電流の電流量が不足する場合がある。このような場合、読み出された画素信号の大きさには列ごとに固有の誤差が生じるため、固体撮像装置により取得される撮像画像に縦筋状の固定パターンノイズが現われてしまい、撮像画像の画質が劣化することがある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、画素回路に接続された垂直信号線に供給される電流の電流量不足を軽減することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、光電変換を行うことによって画素信号を生成する複数の画素回路と、上記画素回路から前記画素信号を出力させるための負荷電流が供給される垂直信号線と、第１の標本電位から第２の標本電位に設定された信号を増幅して標本信号として出力する標本信号出力部と、上記標本信号出力部から出力される標本信号を読み出すための複数の基準電流を生成する基準電流生成部と、上記基準電流生成部により生成された上記基準電流の基準電流量に応じた上記標本信号を読み出す読出し回路と、上記読出し回路により上記基準電流量ごとに読み出された上記標本信号の大きさに基づいて上記複数の基準電流量のうち１つの基準電流量を選択して上記選択された基準電流量の基準電流を上記基準電流生成部に生成させるように制御する基準電流制御部と、上記基準電流制御部の制御により上記基準電流生成部から生成された上記基準電流に応じた上記負荷電流を上記垂直信号線に供給する負荷トランジスタとを具備する固体撮像装置およびその駆動方法である。これにより、読出し回路により、基準電流量ごとに読み出された標本信号の大きさに基づいて、複数の基準電流量のうち１つの基準電流量を選択して、その選択された基準電流量により基準電流生成部から基準電流を出力させるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記基準電流生成部は、上記複数の基準電流を順次生成し、上記基準電流制御部は、上記読出し回路により読み出された上記標本信号の大きさと過去に読み出された上記標本信号の大きさとの信号差分に基づいて上記１つの基準電流量を選択するようにしてもよい。これにより、基準電流制御部により、基準電流量が変化するたびに、読出し回路において読み出された標本信号の大きさと、過去に読み出された標本信号の大きさとの信号差分に基づいて、最適な基準電流量を選択させるという作用をもたらす。この場合において、上記基準電流制御部は、一定の信号差分閾値を超える上記信号差分に対応する上記基準電流量のうち最小の基準電流量を上記１つの基準電流量として選択するようにしてもよい。これにより、基準電流制御部により、信号差分閾値を超える信号差分に対応する基準電流量のうち、最小の基準電流量を、最適な基準電流量として選択させるという作用をもたらす。この場合において、上記基準電流生成部は、上記基準電流量を順次大きくすることによって上記複数の基準電流を順次生成し、上記基準電流制御部は、上記読出し回路により読み出された上記標本信号の大きさと直前に読み出された上記標本信号の大きさとの上記信号差分が上記信号差分閾値を超えた場合には上記信号差分閾値を超えた信号差分に対応する基準電流量を上記１つの基準電流量として選択するようにしてもよい。これにより、基準電流制御部により、基準電流量を順次大きくするたびに算出される信号差分が信号差分閾値を超えた場合には、その信号差分に対応する基準電流量を、最適な基準電流量として選択させるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記標本信号出力部は、上記第１の標本電位から上記第２の標本電位に設定された信号を増幅して標本信号を出力する複数の標本回路を備え、上記基準電流制御部は、上記読出し回路により上記基準電流量ごとに上記複数の標本回路から読み出された上記標本信号の大きさの度数分布における偏り度合いに基づいて上記１つの基準電流量を選択するようにしてもよい。これにより、基準電流制御部により、読出し回路において複数の標本回路から基準電流量ごとに読み出された標本信号の大きさの度数分布における偏り度合いに基づいて、最適な基準電流量を選択させるという作用をもたらす。この場合において、上記基準電流制御部は、上記度数分布における最大および最小の上記標本信号の分布差分に基づいて上記１つの基準電流量を選択するようにしてもよい。これにより、基準電流制御部により、複数の標本回路から読み出された複数の標本信号のうち、各基準電流量における最大および最小の標本信号の分布差分に基づいて、最適な基準電流量を選択させるという作用をもたらす。この場合において、上記基準電流制御部は、上記基準電流量ごとの上記分布差分における所定の分布閾値を超える上記分布差分に対応する上記基準電流量のうち最小の基準電流量を上記１つの基準電流量として選択するようにしてもよい。これにより、基準電流制御部により、分布閾値を超える分布差分に対応する基準電流量のうち、最小の基準電流量を、最適な基準電流量として選択させるという作用をもたらす。この場合において、上記基準電流生成部は、上記基準電流量を順次大きくすることによって上記複数の基準電流を順次生成し、上記基準電流制御部は、上記分布差分が上記分布閾値を超えた場合には上記分布閾値を超えた上記分布差分に対応する基準電流量を上記１つの基準電流量として選択するようにしてもよい。これにより、基準電流制御部により、基準電流量を順次大きくするたびに算出される分布差分が分布閾値を超えた場合には、その分布差分に対応する基準電流量を、最適な基準電流量として選択させるという作用をもたらす。この場合において、上記基準電流制御部は、上記読出し回路により読み出された上記標本信号および直前に読み出された上記標本信号の大きさの信号差分における一定の信号差分閾値を超えた上記信号差分に対応する上記基準電流量と上記分布閾値を超えた上記度数分布に対応する上記基準電流量とのうち大きい方を上記１つの基準電流量として選択するようにしてもよい。これにより、上記基準電流制御部により、一定の信号差分閾値を超えた信号差分に対応する基準電流量と、分布閾値を超えた度数分布に対応する基準電流量とのうち、大きい方を、最適な基準電流量として選択させるという作用をもたらす。

また、上記標本信号出力部は、上記第１の標本電位から上記第２の標本電位に設定された信号を増幅して標本信号を出力する複数の標本回路を備え、上記基準電流制御部は、上記読出し回路により上記基準電流量ごとに上記複数の標本回路から読み出された上記標本信号の大きさの度数分布における偏り度合いに基づいて上記１つの基準電流量を選択する場合において、上記基準電流制御部は、上記基準電流量ごとの上記度数分布における最大値に基づいて上記１つの基準電流量を選択するようにしてもよい。これにより、基準電流制御部により、基準電流量ごとの度数分布における最大値が一定の度数閾値を超える度数分布に対応する基準電流量を、最適な基準電流量として選択させるという作用をもたらす。

また、本発明の第２の側面は、第１の標本電位から第２の標本電位に設定される設定信号を生成する標本電位設定部と、前記標本電位設定部により生成される設定信号を増幅して標本信号として出力する標本信号出力部と、前記標本信号出力部から出力される標本信号を読み出すための複数の基準電流を生成する基準電流生成部と、前記基準電流生成部により生成された前記基準電流の基準電流量に応じた前記標本信号を読み出す読出し回路と、前記読出し回路により前記基準電流量ごとに読み出された前記標本信号の大きさに基づいて前記複数の基準電流量のうち１つの基準電流量を選択して前記選択された基準電流量の基準電流を前記基準電流生成部に生成させるように制御する基準電流制御部と、前記基準電流制御部の制御により前記基準電流生成部から前記基準電流を生成させることによって固体撮像素子から画素信号を出力させるための負荷電流を垂直信号線に供給する負荷トランジスタとを具備する固体撮像素子の駆動装置である。これにより、読出し回路において標本信号出力部から基準電流量ごとに読み出された標本信号の大きさに基づいて最適な基準電流量を選択して、その選択された基準電流量に応じた負荷電流を垂直信号線に供給させるという作用をもたらす。

本発明によれば、画素回路に接続された垂直信号線に供給される電流の電流量不足を軽減することができるという優れた効果を奏し得る。

、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の一構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における基準電流生成部５００の一構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における標本回路４１０および画素回路４２０の一構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置１００により最適な基準電流量に調整される例を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施の形態における標本回路４１０から垂直信号線（ＶＳＬ）に出力される標本信号の応答特性を例示する図である。 基準電流量と標本信号出力との関係を例示する概念図である。 本発明の第１の実施の形態における基準電流制御部８３０による最適な基準流量の判定手法例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置１００の駆動方法を例示するフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における基準電流制御部８３０による標本信号出力の度数分布に基づく最適な基準流量の判定手法例を示す概念図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）について説明する。説明は以下の順序により行う。
１．第１の実施の形態（基準電流最適化制御：標本信号出力の差分により基準電流量を設定する例）
２．第２の実施の形態（基準電流最適化制御：複数の標本信号出力の度数分布の偏り度合いにより基準電流量を設定する例）

＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１は、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の一構成例を示すブロック図である。

固体撮像装置１００は、タイミング制御部２００と、垂直駆動回路３００と、画素アレイ部４００と、基準電流生成部５００と、読出し電流源部６００と、読出し回路７００と、参照電圧生成部７２０と、水平駆動回路７３０とを備える。また、読出し回路７００は、画素回路４２０の列単位により複数のカラムＡＤ変換回路７１０を備える。このカラムＡＤ変換回路７１０は、電圧比較器７１１と、アップダウンカウンタ（Ｕ／Ｄ ＣＮＴ）７１２と、スイッチ７１３と、メモリ７１４とを備える。これらに加えて、固体撮像装置１００は、出力アンプ８１０と、信号処理部８２０と、基準電流制御部８３０とを備える。

この固体撮像装置１００における画素アレイ部４００は、ｎ×ｋ個の２次元マトリックス状に配列された標本回路４１０と、ｎ×（ｍ−ｋ）個の２次元マトリックス状に配列された画素回路４２０とを備える。なお、ｋ、ｎおよびｍは２以上の整数である。ここでは、便宜上、第０行目における標本回路４１０と、第ｋ行目および第ｍ−１行目における画素回路４２０とが示されている。

また、この画素アレイ部４００には、標本回路４１０および画素回路４２０の列単位により第０乃至第ｎ−１列の垂直信号線（ＶＳＬ：Vertical Signal Line）６０１が配線されている。この垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１は、読出し電流源部６００および読出し回路７００に接続されている。ここでは、便宜上、第０列目、第１列目および第ｎ−１列目の垂直信号線（ＶＳＬ０、１およびｎ−１）６０１が示されている。

さらに、画素アレイ部４００には、行単位により第０乃至第ｋ−１行の標本選択線（Ｓｓ：Sample Select line）３０８および標本電位線（Ｓｖ：Sample Voltage line）３０９が配線されている。この標本選択線（Ｓｓ０乃至ｋ−１）３０８および標本電位線（Ｓｖ０乃至ｋ−１）は、それぞれ垂直駆動回路３００に接続されている。ここでは、便宜上、第０行目の標本選択線（Ｓｓ０）３０８と、第０行目および第ｋ−１行目の標本電位線（Ｓｖ０およびＳｖｋ−１）３０９とが示されている。

また、画素アレイ部４００には、行単位により第ｋ乃至第ｍ−１行の水平線（Ｈ：Horizontal line）３０１が配線されており、垂直駆動回路３００に接続されている。ここでは、第ｋ行目および第ｍ−１行目の水平線（ＨｋおよびＨｍ−１）３０１が示されている。

タイミング制御部２００は、垂直駆動回路３００、基準電流生成部５００、読出し回路７００および参照電圧生成部７２０に対して、画像信号を生成するためのタイミングを制御するものである。このタイミング制御部２００は、画素アレイ部４００における画素回路４２０から行単位により出力される信号を列方向に順次読み出すことによって、画像信号を生成するためのタイミングを制御する。すなわち、このタイミング制御部２００は、列並列読み出し方式により、画像信号を生成するためのタイミングを制御する。

このタイミング制御部２００は、クロック端子１０１からのマスタークロック信号に同期して、各部に必要なタイミング信号およびクロック信号を生成する。このタイミング制御部２００は、垂直駆動回路３００のタイミングを制御するための垂直駆動制御信号を生成する。このタイミング制御部２００は、垂直制御線２０１を介して、その生成された垂直駆動制御信号を垂直駆動回路３００に供給する。

また、タイミング制御部２００は、基準電流生成部５００により生成される基準電流の基準電流量を最適な電流量に調整するために、基準電流量を順次切り替えるための電流量切替信号を生成する。このタイミング制御部２００は、例えば、固体撮像装置１００の初期設定時、電源起動時またはスタンバイ解除時の直後において、電流量切替信号を生成する。このタイミング制御部２００は、例えば、基準電流生成部５００から出力される基準電流の基準電流量を順次大きくするように電流量切替信号を生成する。また、タイミング制御部２００は、電流制御線２０２を介して、その生成された電流量切替信号を基準電流生成部５００に供給する。

さらに、このタイミング制御部２００は、基準電流制御部８３０からの最適な基準電流量を示す電流量設定情報に基づいて、基準電流生成部５００から最適な基準電流量の基準電流が出力されるように電流量設定信号を生成する。また、タイミング制御部２００は、電流制御線２０２を介して、その生成された電流量設定信号を基準電流生成部５００に供給する。

また、タイミング制御部２００は、標本回路４１０または画素回路４２０から出力されたアナログ信号の大きさが電圧比較器７１１により時間の長さに変換されるため、その時間の長さをカウント値に換算するためのカウントクロック信号を生成する。このタイミング制御部２００は、カウント線２０４を介して、その生成されたカウントクロック信号を、アップダウンカウンタ７１２および参照電圧生成部７２０に供給する。

また、タイミング制御部２００は、参照電圧生成部７２０から出力される参照電圧波形を生成するための信号を、信号線２０３を介して参照電圧生成部７２０に供給する。また、タイミング制御部２００は、アップダウンカウンタ７１２から供給されるカウント値をメモリ７１４に出力するための切替制御信号を生成する。このタイミング制御部２００は、切替制御線２０５を介して、その生成された切替制御信号をスイッチ７１３に供給する。

また、タイミング制御部２００は、水平駆動回路７３０のタイミングを制御するための水平駆動制御信号を生成する。このタイミング制御部２００は、水平制御線２０６を介して、その生成された水平駆動制御信号を水平駆動回路７３０に供給する。

垂直駆動回路３００は、タイミング制御部２００からの垂直駆動制御信号に従って、標本回路４１０または画素回路４２０により生成される信号を垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力させるための行走査信号を行単位により順次生成するものである。この垂直駆動回路３００は、基準電流量を調整する調整期間において、各行の標本選択線（Ｓｓ０乃至ｋ−１）３０８を介して、行単位により標本回路４１０を選択する選択パルスを供給する。また、垂直駆動回路３００は、各行の標本電位線（Ｓｖ０乃至ｋ−１）３０９を介して、その選択パルスが供給された標本回路４１０に標本信号を生成させるための標本パルスを供給する。

この垂直駆動回路３００は、例えば、基準電流量の調整期間において、標本回路４１０に選択パルスおよび標本パルスを行単位により順次供給する。この例では、垂直駆動回路３００は、調整期間において、第０行目における標本回路４１０から標本信号を出力させた後、基準電流量の切替えとともに、第１行目における標本回路４１０から標本信号を出力させるように選択パルスおよび標本パルスを生成する。

また、垂直駆動回路３００は、調整期間後の画像信号生成期間において、垂直駆動制御信号に基づいて、各行の水平線（Ｈｋ乃至Ｈｍ−１）３０１を介して画素回路４２０に行走査信号を順次供給する。この垂直駆動回路３００は、例えば、シフトレジスタにより構成される。なお、垂直駆動回路３００は、特許請求の範囲に記載の標本電位設定部の一例である。

標本回路４１０は、基準電流生成部５００により生成される基準電流の基準電流量に応じた標本信号を出力する回路である。すなわち、この標本回路４１０は、垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に供給される基準電流の電流量が充分であるか否かを判定するための参照信号として、標本信号を垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力する。

画素回路４２０は、光電変換を行うことによって、画素信号を生成する固体撮像素子である。すなわち、この画素回路４２０は、入射光である光信号を電気信号に変換して、その変換された電気信号を増幅する。この画素回路４２０は、例えば、浮遊拡散層（ＦＤ：Floating-Diffusion）を有するＦＤアンプにより電気信号を増幅する。

この画素回路４２０は、水平線（Ｈ）３０１から供給される行走査信号に基づいて、画素回路４２０におけるノイズ成分を除去するための基準信号を垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力する。また、画素回路４２０は、光電変換された電気信号を増幅して画素信号として垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力する。なお、画素回路４２０は、特許請求の範囲に記載の画素回路および固体撮像素子の一例である。

基準電流生成部５００は、標本回路４１０から出力される標本信号を読み出すための複数の基準電流を生成するものである。この基準電流生成部５００は、電流制御線２０２を介して、タイミング制御部２００から供給される電流量切替信号に従って、基準電流量を順次変化させる。この基準電流生成部５００は、例えば、基準電流量の調整期間において、標本回路４１０から出力される標本信号を行単位により読み出すたびに、基準電流量を順次大きくする。すなわち、この基準電流生成部５００は、基準電流量の調整期間において、水平走査期間（１Ｈ）間隔により、基準電流量を順次大きくするように基準電流を順次生成する。

また、基準電流生成部５００は、基準電流制御部８３０からの電流量設定情報により生成された電流量設定信号に基づいて、最適な基準電流量により基準電流を生成する。また、基準電流生成部５００は、その生成された基準電流を基準電流線６１１に供給する。なお、基準電流生成部５００は、特許請求の範囲に記載の基準電流生成部の一例である。

読出し電流源部６００は、基準電流生成部５００により生成された基準電流に応じた負荷電流を各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に供給するものである。すなわち、この読出し電流源部６００は、標本回路４１０または画素回路４２０から出力される信号を読み出すために、各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に一定の負荷電流を供給する。この読出し電流源部６００は、１個の基準トランジスタ６１０と、ｎ個の負荷トランジスタ６２０とを備える。

基準トランジスタ６１０は、基準電流生成部５００により生成された基準電流（バイアス電流）に基づいて、負荷トランジスタ６２０のゲート電圧を設定するトランジスタである。この基準トランジスタ６１０は、各列の負荷トランジスタ６２０とカレントミラー回路を構成する。すなわち、この基準トランジスタ６１０は、負荷トランジスタ６２０から一定の負荷電流を各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に供給させるための役割を果たす。

負荷トランジスタ６２０は、標本回路４１０または画素回路４２０から信号を出力させるための負荷電流を、各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に供給するトランジスタである。この負荷トランジスタ６２０は、例えば、画素回路４２０から画素信号を出力させるために負荷電流を垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に供給する。この負荷トランジスタ６２０は、基準トランジスタ６１０とカレントミラー回路を構成するため、基準電流生成部５００により生成される基準電流と略等しい負荷電流を各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に供給する。すなわち、この負荷トランジスタ６２０は、基準電流生成部５００から生成された基準電流に応じた負荷電流を垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に供給する。なお、負荷トランジスタ６２０は、特許請求の範囲に記載の負荷トランジスタの一例である。

読出し回路７００は、列単位のカラムＡＤ変換回路７１０により各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に出力された信号を読み出すための回路である。この読出し回路７００は、基準電流生成部５００により生成された基準電流の基準電流量に応じた標本信号を読み出す。なお、読出し回路７００は、特許請求の範囲に記載の読出し回路の一例である。

カラムＡＤ変換回路７１０は、標本回路４１０または画素回路４２０から垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力されたアナログ信号をデジタル信号にＡＤ（Analog to Digital)変換する回路である。このカラムＡＤ変換回路７１０は、その変換されたデジタル信号を用いて、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）処理により信号出力を算出する。

このカラムＡＤ変換回路７１０は、例えば、画素回路４２０から出力される基準信号および画素信号の信号レベルをそれぞれＡＤ変換して、これらの変換されたデジタル信号に基づいて、ノイズ成分が除去された画素信号を画素信号出力として算出する。また、カラムＡＤ変換回路７１０は、例えば、標本回路４１０から出力された標本信号の信号レベルをＡＤ変換して、標本信号出力として算出する。すなわち、カラムＡＤ変換回路７１０は、標本回路４１０から出力された標本信号を読み出して、その読み出された標本信号の大きさを標本信号出力として出力する。

電圧比較器７１１は、垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力された信号の大きさを時間の長さに変換するものである。この電圧比較器７１１は、参照電圧線７２１を介して参照電圧生成部７２０から供給される参照電位と、垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力された信号の電位とを比較するものである。この電圧比較器７１１は、その比較結果をアップダウンカウンタ７１２に供給する。

アップダウンカウンタ７１２は、電圧比較器７１１による比較結果に基づいて、カウント線２０４から供給されるカウントクロック信号に同期して、カウント値を増減させるカウンタである。このアップダウンカウンタ７１２は、例えば、画素回路４２０から出力される基準信号を読み出す期間において、参照電圧線７２１からの参照電位が垂直信号線（ＶＳＬ）６０１の電位以上の場合には、カウントクロック信号に同期してカウント値を減算する。

また、アップダウンカウンタ７１２は、画素回路４２０から出力される画素信号を読み出す期間において、参照電圧線７２１からの参照電位が垂直信号線（ＶＳＬ）６０１の電位以上の場合には、カウントクロック信号に同期してカウント値を加算する。また、アップダウンカウンタ７１２は、その算出されたカウント値を、スイッチ７１３を介してメモリ７１４に出力する。

スイッチ７１３は、切替制御線２０５から供給される切替制御信号に従って、アップダウンカウンタ７１２から出力されたカウント値をメモリ７１４に供給する切替器である。このスイッチ７１３は、切替制御線２０５からの切替制御信号に従って、アップダウンカウンタ７１２とメモリ７１４との間を接続する。

メモリ７１４は、アップダウンカウンタ７１２からのカウント値を保持するものである。このメモリ７１４は、水平駆動回路７３０からの出力制御信号に従って、その保持されたカウント値であるデジタル信号を、水平信号線（ＨＳＬ：Horizontal Signal Line）７０９を介して出力アンプ８１０に出力する。

参照電圧生成部７２０は、垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するための参照電圧を生成するものである。この参照電圧生成部７２０は、例えば、時間が経過するとともに参照電位が階段状に変化する、いわゆるランプ波形を参照電圧として生成する。また、参照電圧生成部７２０は、参照電圧線７２１を介して、その生成された参照電圧を各列の電圧比較器７１１に供給する。

水平駆動回路７３０は、タイミング制御部２００からの水平駆動制御信号に従って、各列のメモリ７１４に保持されたデジタル信号を、出力アンプ８１０を介して信号処理部８２０に出力するように制御する回路である。すなわち、この水平駆動回路７３０は、読出し回路７００において行単位により読み出された信号出力を出力アンプ８１０に出力させる。この水平駆動回路７３０は、例えば、シフトレジスタにより構成される。

信号処理部８２０は、出力アンプ８１０から出力された画素信号出力に基づいて、画像信号を生成するものである。この信号処理部８２０は、その生成された画像信号を出力端子１０９に出力する。また、信号処理部８２０は、読出し回路７００からの各基準電流量の標本信号出力を基準電流制御部８３０に供給する。

基準電流制御部８３０は、基準電流量の調整期間において、信号処理部８２０から供給される基準電流量ごとの標本信号出力に基づいて、基準電流を最適な電流量に設定するために、基準電流生成部５００を制御するものである。すなわち、この基準電流制御部８３０は、基準電流量ごとに読み出された標本信号の大きさに基づいて、複数の基準電流量のうち１つの基準電流量を選択して、その選択された基準電流量が基準電流生成部５００から生成されるように制御する。この基準電流生成部８３０は、互いに異なる基準電流量における標本信号の大きさの信号差分に基づいて最適な基準電流量を判定する。

この基準電流制御部８３０は、例えば、複数の基準電流量が順次生成される場合において、読出し回路７００により読み出された標本信号の大きさと、過去に読み出された標本信号の大きさとの信号差分に基づいて、１つの基準電流量を選択する。この例において、基準電流制御部８３０は、基準電流量が順次大きくなるたびに信号差分を算出して、その算出された信号差分が一定の信号差分閾値Ｄｔｈを超えるか否かを判断する。そして、この基準電流制御部８３０は、その算出された信号差分が信号差分閾値Ｄｔｈを超えた場合には、その信号差分に対応する基準電流量のうち、最小の基準電流量を、最適な基準電流量として選択する。

また、基準電流制御部８３０は、その選択された基準電流量の大きさを示す電流量設定情報をタイミング制御部２００に供給する。なお、基準電流制御部８３０は、特許請求の範囲に記載の基準電流制御部の一例である。

このように、標本回路４１０を設けることによって、読出し回路７００において基準電流量に応じた標本信号出力を算出することができる。また、基準電流制御部８３０を設けることによって、基準電流生成部５００から順次出力される基準電流の電流量ごとの標本信号出力に基づいて、基準電流生成部５００により生成される基準電流を最適な電流量に設定することができる。次に、基準電流生成部５００の構成例について以下に図面を参照して簡単に説明する。

［基準電流生成部５００の構成例］
図２は、本発明の第１の実施の形態における基準電流生成部５００の一構成例を示すブロック図である。

基準電流生成部５００は、基準電圧生成部５１０およびＶＩ変換部５２０を備える。ＶＩ変換部５２０は、増幅器５２１と、ｎ型トランジスタ５２２と、基準抵抗５２３と、ｐ型トランジスタ５２４および５２５とを備える。

基準電圧生成部５１０は、基準電流を発生させるための基準電圧を生成する回路である。この基準電圧生成部５１０は、例えば、バンドギャップリファレンス回路または電源電圧を抵抗分圧する分圧回路により実現される。また、基準電圧生成部５１０は、その生成された電位を増幅器５２１に供給する。

増幅器５２１は、基準電圧生成部５１０により生成された基準電圧を増幅する増幅器である。この増幅器５２１は、その増幅された基準電圧をｎ型トランジスタ５２２のゲート端子に印加する。

ｎ型トランジスタ５２２は、増幅器５２１からそのゲート端子に印加された電圧に応じて、電流を生成するものである。このｎ型トランジスタ５２２は、そのドレイン端子が、ｐ型トランジスタ５２４および５２５のゲート端子と、ｐ型トランジスタドレイン端子とに接続され、そのソース端子が基準抵抗５２３の一端および増幅器５２１の反転端子に接続される。

基準抵抗５２３は、電流制御線２０２を介してタイミング制御部２００から供給される電流量切替信号に基づいて、抵抗値を切り替える可変抵抗器である。この基準抵抗５２３は、基準電流線６１１に供給する基準電流の電流量の大きさを変化させる役割を果たす。この基準抵抗５２３は、例えば、電流量切替信号が供給されるたびに抵抗値を順次小さくする。

また、基準抵抗５２３は、電流制御線２０２を介してタイミング制御部２００から供給される電流量設定信号に基づいて、最適な抵抗値に設定する。この基準抵抗５２３は、例えば、電流量切替信号により抵抗値を順次小さくする場合において、電流制御線２０２からの電流量設定信号が供給されたときは、直前に設定された抵抗値を、最適な抵抗値として設定する。

ｐ型トランジスタ５２４および５２５は、ｐ型トランジスタ５２４から出力される基準電流（Ｉｂａｓｅ１）と略等しい基準電流（Ｉｂａｓｅ２）をｐ型トランジスタ５２５から基準電流線６１１に供給するカレントミラー回路である。

このように、基準抵抗５２３を可変抵抗器にすることによって、ｐ型トランジスタ５２４を流れる基準電流（Ｉｂａｓｅ１）の電流量を変化させることができるため、ｐ型トランジスタ５２５から出力される基準電流（Ｉｂａｓｅ２）を変化させることができる。

なお、ここでは、基準抵抗５２３を可変抵抗器にすることによって基準電流生成部５００により生成される基準電流の電流量を変化させる例について説明したが、ｐ型トランジスタ５２４および５２５のカレントミラー回路のミラー比を変化させるようにしてもよい。次に、標本回路４１０および画素回路４２０の構成例について以下に図面を参照して説明する。

［標本回路４１０および画素回路４２０の構成例］
図３は、本発明の第１の実施の形態における標本回路４１０および画素回路４２０の一構成例を示す回路図である。ここでは一例として、第ｎ−１列目における第ｋ−１行目の標本回路４１０および第ｋ行目の画素回路４２０を示す。

標本回路４１０は、増幅トランジスタ４１４および選択トランジスタ４１５を備える。また、標本回路４１０には、増幅トランジスタ４１４を駆動させるための電源電位が供給される電源電位線４１６が示されている。なお、標本回路４１０は、特許請求の範囲に記載の標本信号出力部および標本回路の一例である。

この標本回路４１０の構成において、増幅トランジスタ４１４は、そのゲート端子が標本電位線（Ｓｖｋ−１）３０９に接続され、そのドレイン端子が電源電位線４１６に接続され、そのソース端子が選択トランジスタ４１５のドレイン端子に接続される。また、選択トランジスタ４１５は、そのゲート端子が標本選択線（Ｓｓｋ−１）３０８に接続され、そのソース端子が垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に接続される。

増幅トランジスタ４１４は、標本電位線（Ｓｖｋ−１）３０９から供給される標本電位を増幅して、その増幅された標本電位を、標本信号として垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に出力する電界効果トランジスタである。

選択トランジスタ４１５は、標本選択線（Ｓｓｋ−１）３０８から供給される選択パルスに従って、増幅トランジスタ４１４により増幅された標本信号を垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に出力する電界効果トランジスタである。具体的には、この選択トランジスタ４１５は、標本選択線（Ｓｓｋ−１）３０８からの選択パルスにより、増幅トランジスタ４１４のソース端子と、垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１との間を接続する。

画素回路４２０は、光電変換素子４２１と、転送トランジスタ４２２と、リセットトランジスタ４２３と、増幅トランジスタ４２４と、選択トランジスタ４２５とを備える。また、ここでは、リセットトランジスタ４２３および増幅トランジスタ４２４を駆動させるための電源電位が供給される電源電位線４２６が示されている。

ここでは、水平線（Ｈｋ）３０１に含まれる画素リセット線３２１、電荷転送線３３１および画素選択線３４１が示されている。これらの画素リセット線３２１、電荷転送線３３１および画素選択線３４１には、垂直駆動回路３００からリセットパルス、転送パルスおよび画素選択パルスがそれぞれ供給される。

この画素回路４２０に構成において、光電変換素子４２１は、そのアノード端子が接地され、カソード端子が転送トランジスタ４２２のソース端子に接続される。また、転送トランジスタ４２２は、そのゲート端子が電荷転送線３３１に接続され、そのドレイン端子がフローティングディフュージョンＦＤを介してリセットトランジスタ４２３のソース端子と、増幅トランジスタ４２４のゲート端子とに接続される。

また、リセットトランジスタ４２３は、そのゲート端子が画素リセット線３２１に接続され、そのドレイン端子が電源電位線４２６に接続される。また、増幅トランジスタ４２４は、そのドレイン端子が電源電位線４２６に接続され、そのソース端子が選択トランジスタ４２５のドレイン端子に接続される。また、選択トランジスタ４２５は、そのゲート端子が画素選択線３４１に接続され、そのソース端子が垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に接続される。

光電変換素子４２１は、光の強度に応じて電荷を発生させる素子である。この光電変換素子４２１は、例えば、フォトダイオードにより実現され、光の強度に応じて電子を発生させる。

転送トランジスタ４２２は、電荷転送線３３１からの転送パルスに従って、光電変換素子４２１から生じた電子をフローティングディフュージョンＦＤに転送する電界効果トランジスタである。この転送トランジスタ４２２は、例えば、そのゲート端子に転送パルスが供給された場合には、光電変換素子４２１のカソード端子と増幅トランジスタ４２４のゲート端子との間を接続する。

リセットトランジスタ４２３は、画素リセット線３２１からのリセットパルスに従って、フローティングディフュージョンＦＤを一定の基準電位に設定（充電）することによって、画素回路４２０をリセットする電界効果トランジスタである。このリセットトランジスタ４２３は、例えば、画素リセット線３２１からのリセットパルスに従って、電源電位線４２６に供給される電源電位を増幅トランジスタ４２４のゲート端子に与えることによって、フローティングディフュージョンＦＤをリセットする。

増幅トランジスタ４２４は、フローティングディフュージョンＦＤに生じる電位を増幅して、その増幅された電位に応じた信号を、選択トランジスタ４２５を介して垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に出力する増幅素子である。この増幅トランジスタ４２４は、図１に示した負荷トランジスタ６２０とソースフォロワ回路を構成する。すなわち、増幅トランジスタ４２４は、負荷トランジスタ６２０からの負荷電流の大きさに応じて、フローティングディフュージョンＦＤに生じる電位を増幅する。

この増幅トランジスタ４２４は、例えば、画素リセット線３２１からのリセットパルスによりフローティングディフュージョンＦＤに生じる基準電位を増幅して、その増幅された基準電位を、基準信号として垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に出力する。この基準信号は、カラムＡＤ変換回路７１０において、リセットトランジスタ４２３におけるリセットノイズや、増幅トランジスタ４２４の閾値電圧のばらつき等の画素回路４２０における固有のノイズ成分を除去するために用いられる。

また、この増幅トランジスタ４２４は、例えば、転送パルスにより光電変換素子４２１からの電子がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されることによって生じる電位を増幅する。そして、この増幅トランジスタ４２４は、選択トランジスタ４２５を介して、その増幅された電位を、画素信号として垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に出力する。

選択トランジスタ４２５は、画素選択線３４１から供給される選択パルスに従って、増幅トランジスタ４２４により増幅された信号を垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に出力する電界効果トランジスタである。具体的には、この選択トランジスタ４２５は、画素選択線３４１から選択パルスが供給された場合には、増幅トランジスタ４２４のソース端子と、垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１との間を接続する。

このように、標本回路４１０においては、標本電位線（Ｓｖｋ−１）３０９から供給される標本電位が増幅トランジスタ４１４により増幅されて、その増幅された標本電位が標本信号として垂直信号線（ＶＳＬｎ−１）６０１に出力される。なお、本発明の第１の実施の形態では、垂直駆動回路３００から標本電位線（Ｓｖｋ−１）３０９を介して標本電位が供給されることを想定しているが、外部端子から標本電位線（Ｓｖｋ−１）３０９に標本電位を供給するようにしてもよい。次に、固体撮像装置１００による基準電流の調整例について以下に図面を参照して説明する。

［固体撮像装置１００による基準電流量の調整例］
図４は、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置１００により最適な基準電流量に調整される例を示すタイミングチャートである。ここでは、電流制御線２０２における電位変化と、基準電流線６１１における基準電流量の変化が示されている。また、第０行乃至第３行の標本選択線（Ｓｓ０乃至３）３０８および第ｋ行乃至第ｋ＋２行の画素選択線（Ｈｋ乃至Ｈｋ＋２）３４１における電位変化が示されている。ここでは、基準電流制御部８３０により、複数の基準電流量Ｉａ乃至Ｉｄのうち、基準電流量Ｉｃが最適な基準電流量として選択される場合を想定する。

また、このタイミングチャートには、基準電流を最適な基準電流量に調整する基準電流量調整期間と、画像信号を生成するために行ごとに画素信号を読み出す画像信号生成期間とが示されている。さらに、画素アレイ部４００が１行単位により走査される第１乃至第７水平走査期間（１乃至７Ｈ）が示されている。

まず、固体撮像装置１００の初期設定時または電源起動時の直後における第１水平走査期間（１Ｈ）では、タイミング制御部２００から電流量切替信号が供給されることにより、電流制御線２０２における電位が高電位（Ｖｈ）に遷移する。これにより、基準抵抗５２３の抵抗値が最大値に設定される。このため、基準電流線６１１を介して、基準電流生成部５００から最小の基準電流量Ｉａが出力される。

このとき、第０行目の標本選択線（Ｓｓ０）３０８に選択パルスが供給されるため、読出し回路７００により、第０行目の標本回路４１０から出力される標本信号が読み出される。これにより、基準電流量Ｉａにおいて、読出し回路７００によって読み出された標本信号の大きさを示す標本信号出力が基準電流制御部８３０に供給される。

続いて、第２水平走査期間（２Ｈ）では、タイミング制御部２００から電流量切替信号が供給されることにより、電流制御線２０２における電位が高電位（Ｖｈ）に遷移する。これにより、基準抵抗５２３の抵抗値が２番目に大きい値に設定される。このため、基準電流線６１１を介して、基準電流生成部５００から２番目に小さい基準電流量Ｉｂが出力される。

このとき、第１行目の標本選択線（Ｓｓ１）３０８に選択パルスが供給されるため、読出し回路７００により、第１行目の標本回路４１０から出力される標本信号が読み出される。これにより、基準電流量Ｉｂにおいて、読出し回路７００によって読み出された標本信号の大きさを示す標本信号出力が基準電流制御部８３０に供給される。ここでは、基準電流制御部８３０において、基準電流量Ｉｂにおける標本信号出力と直前の基準電流量Ｉａにおける標本信号出力との信号差分が信号差分閾値Ｄｔｈを超えないため、電流量設定情報は生成されない。

この後、第３水平走査期間（３Ｈ）では、電流制御線２０２における電位が高電位（Ｖｈ）に遷移することによって、基準抵抗５２３の抵抗値が３番目に大きい値に設定される。このため、基準電流線６１１を介して、基準電流生成部５００から３番目に小さい基準電流量Ｉｃが出力される。

このとき、第２行目の標本選択線（Ｓｓ２）３０８に選択パルスが供給されるため、読出し回路７００により、第２行目の標本回路４１０から出力される標本信号が読み出される。これにより、基準電流量Ｉｃにおいて、読出し回路７００によって読み出された標本信号の大きさを示す標本信号出力が基準電流制御部８３０に供給される。ここでは、基準電流制御部８３０において、基準電流量Ｉｃにおける標本信号出力と直前の基準電流量Ｉｂにおける標本信号出力との信号差分が信号差分閾値Ｄｔｈを超えないため、電流量設定情報は生成されない。

そして、第４水平走査期間（４Ｈ）では、電流制御線２０２における電位が高電位（Ｖｈ）に遷移することによって、基準抵抗５２３の抵抗値が４番目に大きい値に設定される。このため、基準電流線６１１を介して、基準電流生成部５００から４番目に小さい基準電流量Ｉｄが出力される。

このとき、第３行目の標本選択線（Ｓｓ３）３０８に選択パルスが供給されるため、読出し回路７００により、第３行目の標本回路４１０から出力される標本信号が読み出される。これにより、基準電流量Ｉｄにおいて、読出し回路７００によって読み出された標本信号の大きさを示す標本信号出力が基準電流制御部８３０に供給される。この場合において、基準電流量Ｉｄにおける標本信号出力と、直前の基準電流量Ｉｃにおける標本信号出力との信号差分が信号差分閾値Ｄｔｈを超えるため、基準電流制御部８３０により、電流量設定情報が生成される。

次に、第５水平走査期間（５Ｈ）では、基準電流制御部８３０により電流量設定情報が生成されたことに伴い、タイミング制御部２００から電流量設定信号が供給されることにより、電流制御線２０２における電位が低電位（Ｖｌ）に設定される。これにより、基準電流生成部５００における基準抵抗５２３は、直前に設定された抵抗値である３番目に大きい値に設定される。このため、基準電流線６１１を介して、基準電流生成部５００から３番目に小さい基準電流量Ｉｃが出力される。

このとき、第ｋ行目の画素選択線（Ｈｋ）３４１に選択パルスが供給されるため、読出し回路７００により、第ｋ行目の画素回路４２０から出力される信号が読み出されることによって、画素信号出力が信号処理部８２０に供給される。

そして、第６水平走査期間（６Ｈ）では、第ｋ＋１行目の画素選択線（Ｈｋ＋１）３４１に選択パルスが供給される。これにより、読出し回路７００において、第ｋ＋１行目の画素回路４２０から出力される信号が読み出されることによって、画素信号出力が信号処理部８２０に供給される。

このように、固体撮像装置１００は、標本回路４１０の行ごとに基準電流量を順次高くしていき、読出し回路７００により基準電流量ごとに読み出された標本信号出力に基づいて、最適な基準電流量を設定する。次に、水平走査期間における標本回路４１０の動作例の詳細について以下に図面を参照して説明する。

［基準電流量の大きさによる標本信号の応答特性の例］
図５は、本発明の第１の実施の形態における標本回路４１０から垂直信号線（ＶＳＬ）に出力される標本信号の応答特性を例示する図である。ここでは、図４に示した第３水平走査期間（３Ｈ）における標本回路４１０の動作例を示すタイミングチャートが示されている。

このタイミングチャートでは、横軸を共通の時間軸として、第２行目の標本選択線（Ｓｓ２）３０８、第２行目の標本電位線（Ｓｖ２）３０９、垂直信号線（ＶＳＬ）６０１およびカウント線２０４における電位変化が示されている。また、アップダウンカウンタ７１２におけるカウント値の増減が示されている。また、ここでは、画素回路４２０から出力される基準信号および画素信号に基づいて画素信号出力を算出する手法と同様の手法により、標本回路４１０から出力される標本信号に基づいて標本信号出力を算出することを想定している。

この例において、垂直信号線６０１には、標本信号特性６３１が一点鎖線により示され、標本信号特性６３２が実線により示されている。また、参照電圧線７２１における参照電位が、便宜上、垂直信号線６０１における標本信号特性６３１および６３２に重ねて、破線により示されている。

一点鎖線により示された標本信号特性６３１は、図４に示した第２水平走査期間（２Ｈ）における基準電流量Ｉｂによる標本信号の応答特性を示す。実線により示された標本信号特性６３２は、第３水平走査期間（３Ｈ）における基準電流量Ｉｃによる標本信号の応答特性を示す。

まず、時刻ｔ０において、第２行目の標本選択線（Ｓｓ２）３０８に選択パルスが供給されることによって、標本選択線３０８における電位が、Ｌ（Ｌｏｗ）レベルからＨ（Ｈｉｇｈ）レベルに遷移する。すなわち、垂直駆動回路３００により第２行目の標本回路４１０が選択される。このとき、第２行目の標本電位線（Ｓｖ２）３０９における電位は、第２の標本電位（Ｖｓ２）から第１の標本電位（Ｖｓ１）に設定される。

続いて、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの基準信号読出し期間において、カウント線２０４を介してカウントクロック信号が供給される。この基準信号読出し期間において、電圧比較器７１１により、標本信号特性６３１または６３２によって示される垂直信号線６０１における標本信号の電位と、参照電圧線７２１における参照電位とが比較される。ここでは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、電圧比較器７１１において標本信号の電位が参照電位以上であると判定されるため、アップダウンカウンタ７１２により、カウントクロック信号に同期して、カウント値が減算される。

次に、時刻ｔ４では、第２行目の標本電位線（Ｓｖ２）３０９に標本パルスが供給されることによって、第２行目の標本電位線（Ｓｖ２）３０９の電位が、第１の標本電位（Ｖｓ１）から第２の標本電位（Ｖｓ２）に設定される。すなわち、垂直駆動回路３００により、第１の標本電位（Ｖｓ１）から第２の標本電位（Ｖｓ２）に設定された設定信号が生成されて、その生成された設定信号が、第２行目の標本電位線（Ｓｖ２）３０９に供給される。これにより、標本回路４１０の増幅トランジスタ４１４のゲート電位が、第１の標本電位（Ｖｓ１）から第２の標本電位（Ｖｓ２）に設定される。なお、第１および第２の標本電位（Ｖｓ１および２）は、互いに異なる電位であり、例えば、第１の標本電位（Ｖｓ１）を画素回路４２０における基準信号の電位とし、第２の標本電位（Ｖｓ２）を白レベルの画素信号の電位に設定するようにしてもよい。

このとき、第２行目の標本電位線（Ｓｖ２）３０９の電位が、第１の標本電位（Ｖｓ１）から第２の標本電位（Ｖｓ２）に低下するため、垂直信号線（ＶＳＬ）６０１における電位は低下する。これは、標本回路４１０における増幅トランジスタ４１４によって増幅された標本電位が標本信号として垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力されるからである。

この場合において、基準電流量Ｉｃの標本信号特性６３２の電位低下は、基準電流量Ｉｂの標本信号特性６３１に比べて急峻になる。これは、垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に供給される負荷電流が大きいほど、標本信号の応答特性が改善されるからである。したがって、基準電流量に応じて負荷電流は大きくなるため、基準電流量Ｉｃの標本信号特性６３２の電位低下は急峻になる。

この後、時刻ｔ５から時刻ｔ８までの画素信号読出し期間において、カウント線２０４を介してカウントクロック信号が供給される。この画素信号読出し期間において、電圧比較器７１１によって、標本信号特性６３２により示される垂直信号線（ＶＳＬ）６０１における標本信号の電位と、参照電圧線７２１における参照電位とが比較される。この場合、時刻ｔ５から時刻ｔ７までの期間において、電圧比較器７１１において標本信号の電位が参照電位以上であると判定されるため、アップダウンカウンタ７１２により、カウントクロック信号に同期してカウント値が加算される。これにより、読出し回路７００により読み出された標本信号として標本信号出力（Ｓ２ｏｕｔ）が基準電流制御部８３０に供給される。

これに対し、標本信号特性６３１では、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間において、電圧比較器７１１によって標本信号の電位が参照電位以上であると判定されるため、アップダウンカウンタ７１２により、カウントクロック信号に同期して、カウント値が加算される。これにより、読出し回路７００により読み出された標本信号として標本信号出力（Ｓ１ｏｕｔ）が基準電流制御部８３０に供給される。

このように、標本電位線（Ｓｖ２）３０９に標本パルスを供給することによって、基準電流量の大きさ（ＩｂおよびＩｃ）に応じて、標本回路４１０から垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に出力される標本信号の応答特性が変化する。この例では、基準電流量Ｉｂが不十分であるため、アップダウンカウンタ７１２から出力される標本信号出力（Ｓ１ｏｕｔ）は、基準電流量Ｉｃのときに比べて、「ΔＳ」だけ小さいカウント値が算出される。ここで、基準電流量と標本信号出力の大きさとの関係を以下に図面を参照して説明する。

［基準電流量に応じた標本信号出力例］
図６は、基準電流量と標本信号出力との関係を例示する概念図である。ここでは、ＶＳＬ０乃至３特性８４１乃至８４４と、基準電流生成部５００により生成される複数の基準電流の基準電流量Ｉａ乃至Ｉｄとが示されている。ここでは、基準電流量Ｉｃが最適な基準電流量であることを想定する。また、縦軸を標本信号出力の大きさとし、横軸を基準電流量としている。

ＶＳＬ０乃至３特性８４１乃至８４４は、第０列乃至第３列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至３）６０１における標本信号が、読出し回路７００において読み出されることによって算出される標本信号出力の特性を示す。例えば、ＶＳＬ０特性８４１には、第０列目の垂直信号線（ＶＳＬ０）６０１における標本信号が、読出し回路７００により基準電流量ごとに読み出されることによって算出された標本信号出力の特性が示されている。ここでは、ＶＳＬ０乃至３特性８４１乃至８４４が互いに異なるのは、標本回路４１０における増幅トランジスタ４１４や負荷トランジスタ６２０の個体差などに起因する。

このように、基準電流量を大きくするほど、標本信号出力は大きくなり、基準電流量Ｉｃ近傍から一定となる。このため、基準電流量が「Ｉｃ」以上であれば、第０列乃至第３列の全ての垂直信号線（ＶＳＬ０乃至３）６０１における標本信号出力が一定となるため、基準電流の電流量としては充分であることが分かる。ただし、基準電流量が大き過ぎると、基準電流生成部５００の消費電力が大きくなってしまうため、基準電流量Ｉｃに設定するのが最適であることが分かる。次に、このような最適な基準電流量を判定する判定例について、以下に図面を参照して説明する。

［基準電流制御部８３０による最適な基準電流量の判定例］
図７は、本発明の第１の実施の形態における基準電流制御部８３０による最適な基準流量の判定手法例を示す図である。ここでは、ケース１乃至３におけるＶＳＬ０差分８５１、ＶＳＬ１差分８５２、ＶＳＬ２差分８５３およびＶＳＬ３差分８５４が示されている。この例では、基準電流量の調整期間において、基準電流生成部５００から出力される基準電流量をＩａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉｄの順に大きくすることを想定している。また、縦軸を、互いに異なる基準電流量における標本信号出力の信号差分とする。

ＶＳＬ０差分８５１は、第０列目の垂直信号線（ＶＳＬ０）６０１に接続された標本回路４１０から読み出された標本信号出力と、直前の基準電流量により読み出された標本信号出力との信号差分である。ＶＳＬ１差分８５２は、第１列目の垂直信号線（ＶＳＬ１）６０１に接続された標本回路４１０から読み出された標本信号出力と、直前の基準電流量により読み出された標本信号出力との信号差分である。

ＶＳＬ２差分８５３は、第２列目の垂直信号線（ＶＳＬ２）６０１に接続された標本回路４１０から読み出された標本信号出力と、直前の基準電流量により読み出された標本信号出力との信号差分である。ＶＳＬ３差分８５４は、第３列目の垂直信号線（ＶＳＬ３）６０１に接続された標本回路４１０から読み出された標本信号出力と、直前の基準電流量により読み出された標本信号出力との信号差分である。

ケース１（ΔＩｂ−ａ）には、基準電流量Ｉｂにおける標本信号出力から、基準電流量Ｉａにおける標本信号出力を減算することによって算出された信号差分が示されている。このケース１では、基準電流量が不足しているため、ＶＳＬ０乃至３差分８５１乃至８５４は大きな値を取る。

ケース２（ΔＩｃ−ｂ）には、基準電流量Ｉｃにおける標本信号出力から、基準電流量Ｉｂにおける標本信号出力を減算することによって算出された信号差分が示されている。このケース２では、ケース１に比べて基準電流量が大きいため、ＶＳＬ０乃至３差分８５１乃至８５４は小さくなる。

ケース３（ΔＩｄ−ｃ）には、基準電流量Ｉｄにおける標本信号出力から、基準電流量Ｉｃにおける標本信号出力を減算することによって算出された信号差分が示されている。このケース３では、基準電流量ＩｃおよびＩｄの両者が充分大きいため、ＶＳＬ０乃至３差分８５１乃至８５４は、全て「０」になる。

このように、ケース３（ΔＩｄ−ｃ）において、全ての垂直信号線（ＶＳＬ０乃至３）６０１に対応する信号差分が「０」近傍の値を取ることから、現在の基準電流量Ｉｄおよび直前の基準電流量Ｉｃは、基準電流の基準電流量として、充分な大きさであることが分かる。さらに、基準電流量Ｉｄに比べて基準電流量Ｉｃの方が小さいため、ケース３における信号差分に対応する直前の基準電流量Ｉｃが、最適な基準電流量となる。

このため、基準電流制御部８３０は、現在の基準電流量における標本信号出力と、直前の基準電流量における標本信号出力との信号差分に基づいて、最大の標本信号出力となる基準電流量のうち最小の基準電流量を、最適な基準電流量として選択する。具体的には、基準電流制御部８３０は、基準電流量を順次大きくするたびに算出された信号差分が一定の信号差分閾値Ｄｔｈを超えたときに、その信号差分に対応する基準電流量を、最適な基準電流量として選択する。すなわち、基準電流制御部８３０は、信号差分閾値Ｄｔｈを超える信号差分に対応する基準電流量のうち最小の基準電流量を、最適な基準電流量として選択する。

［固体撮像装置１００の動作例］
次に本発明の実施の形態における固体撮像装置１００の動作について図面を参照して説明する。

図８は、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置１００の駆動方法を例示するフローチャートである。

まず、固体撮像装置１００の電源起動時または初期設定時直後において、基準電流生成部５００から基準電流が基準電流線６１１に出力される（ステップＳ９１１）。これにより、各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に基準電流量に応じた負荷電流が負荷トランジスタ６２０によって供給される。

続いて、垂直駆動回路３００によって行単位により選択された標本回路４１０における増幅トランジスタ４１４のゲート端子に第２の標本電位が印加される（ステップＳ９１２）。続いて、第２の標本電位が印加された標本回路４１０から出力される標本信号が、読出し回路７００によって読み出される（ステップＳ９１３）。なお、ステップＳ９１３は、特許請求の範囲に記載の読出し手順の一例である。

そして、基準電流制御部８３０により、読出し回路７００において読み出された標本信号の大きさを示す標本信号出力と、直前に設定された基準電流量における標本信号出力との信号差分が算出される（ステップＳ９１４）。続いて、基準電流制御部８３０により、その算出された信号差分が信号差分閾値Ｄｔｈを超えたか否かが判断される（ステップＳ９１５）。例えば、全ての列の標本回路４１０に対応する信号差分が、信号差分閾値Ｄｔｈ未満であるか否かが判断される。

そして、信号差分閾値Ｄｔｈを超過しない場合には、タイミング制御部２００により、基準電流生成部５００から出力される基準電流の基準電流量が大きくなるように制御される（ステップＳ９１８）。この後、ステップＳ９１２に戻り、信号差分が信号差分閾値Ｄｔｈを超過するまで、これらのステップＳ９１２乃至Ｓ９１４の一連の処理が繰り返される。すなわち、信号差分が信号差分閾値Ｄｔｈを超えるまで基準電流量を順次大きくしていく。なお、１回目の処理においては、直前に設定された電流量における標本信号出力が無いため、ステップＳ９１４およびＳ９１５の処理を実行せずにステップＳ９１８に進むようにしてもよい。

一方、信号差分が閾値Ｄｔｈを超過する場合には、基準電流制御部８３０から電流量設定情報がタイミング制御部２００に通知されることによって、タイミング制御部２００から電流量設定信号が基準電流生成部５００に供給される。これにより、基準電流が直前に設定された基準電流量に戻されることによって、基準電流生成部５００から最適な基準電流量の基準電流が出力される（ステップＳ９１６）。

すなわち、基準電流制御部８３０により、基準電流量ごとに読み出された標本信号の大きさに基づいて複数の基準電流量のうち１つの基準電流量が選択されて、その選択された基準電流量の基準電流を基準電流生成部５００に生成させるように制御される。なお、ステップＳ９１４乃至Ｓ９１６は、特許請求の範囲に記載の基準電流制御手順の一例である。

次に、基準電流生成部５００から出力される最適な電流量の基準電流において、読出し回路７００により行単位により順次読み出された画素信号に基づいて、信号処理部８２０によって画像信号が生成される（ステップＳ９１７）。すなわち、基準電流制御部８３０により基準電流生成部５００から生成させた基準電流に応じた負荷電流を垂直信号線に供給することにより読み出された画素信号に基づいて、画像信号が生成される。なお、ステップＳ９１７は、特許請求の範囲に記載の負荷電流供給手順の一例である。このように画像信号が生成されて、固体撮像装置１００の駆動方法の処理が終了する。

このように、本発明の第１の実施の形態では、基準電流量ごとに標本回路４１０から読み出された標本信号出力の信号差分に基づいて、基準電流生成部５００により生成される基準電流を最適な基準電流量に設定することができる。これにより、基準電流量の不足に起因する、読出し回路７００により算出される画素信号出力の誤差の発生を抑制することができるため、撮像画像に縦筋として現われる固定パターンノイズの発生を抑制することができる。また、基準電流生成部５００により生成される基準電流を最適な基準電流量に設定することができるため、過剰な基準電流量の生成による消費電力の増大を抑制することができる。

なお、ここでは一例として、標本信号出力の信号差分に基づいて最適な基準電流量を選択する例について説明したが、標本信号出力の度数分布の偏り度合いによっても最適な基準電流量を判定することができる。そこで、標本信号出力の度数分布の偏り度合いに基づいて最適な基準電流量を判定する基準電流制御部８３０を第２の実施の形態として、以下に図面を参照して説明する。

＜２．第２の実施の形態＞
［基準電流制御部８３０による最適な基準電流量の判定例］
図９は、本発明の第２の実施の形態における基準電流制御部８３０による標本信号出力の度数分布に基づく最適な基準流量の判定手法例を示す概念図である。

ここでは、Ｉａ度数分布８６１と、Ｉｂ度数分布８６２と、ＩｃおよびＩｄ度数分布８６３とが示されている。また、縦軸を標本信号出力の度数とし、横軸を標本信号出力とする。また、ここでの各度数分布８６１乃至８６３における標本信号出力は、各度数分布８６１乃至８６３の最大度数がＳｃとなるように補正されている。

点線により示されるＩａ度数分布８６１は、基準電流量が「Ｉａ」のときにおいて、各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に接続された複数の標本回路４１０から読み出された標本信号出力の度数分布である。このＩａ度数分布８６１は、最大および最小の標本信号出力の分布差分ΔＤａが大きく、最大度数Ｎａが小さい。

一点鎖線により示されるＩｂ度数分布８６２は、基準電流量が「Ｉｂ」のときにおいて、各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に接続された複数の標本回路４１０から読み出された標本信号出力の度数分布である。このＩｂ度数分布８６２は、Ｉａ度数分布８６１に比べて、最大および最小の標本信号出力の分布差分ΔＤｂが小さく、最大度数Ｎｂが大きい。

実線により示されるＩｃおよびＩｄ度数分布８６３は、基準電流量が「Ｉｃ」または「Ｉｄ」のときにおいて、各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１に接続された複数の標本回路４１０から読み出された標本信号出力の度数分布である。このＩｃおよびＩｄ度数分布８６３は、Ｉｂ度数分布８６２に比べて、最大および最小の標本信号出力の分布差分ΔＤｃ、ΔＤｄが小さく、最大度数Ｎｃ、Ｎｄが大きい。

このように、基準電流量を順次大きくすることによって、各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１における複数の標本信号出力に基づく度数分布８６１乃至８６３の偏り度合いは大きくなる。このため、基準電流制御部８３０は、読出し回路７００により基準電流量ごとに複数の標本回路４１０から読み出された標本信号の大きさの度数分布の偏り度合いに基づいて最適な基準電流量を選択する。

この基準電流制御部８３０は、例えば、基準電流量ごとの度数分布における最大および最小の標本信号出力の分布差分、または、度数分布の最大度数である最大値に基づいて、最適な基準電流量を選択する。この基準電流制御部８３０は、具体的には、基準電流量を順次大きくしていき、所定の分布閾値Ｔｈを超えた分布差分に対応する基準電流量を、最適な基準電流量として選択する。すなわち、この基準電流制御部８３０は、分布閾値Ｔｈを超える分布差分（ΔＤｃおよびΔＤｄ）に対応する基準電流量ＩｃおよびＩｄのうち、最小の基準電流量Ｉｃを最適な基準電流量として選択する。

このように、本発明の第２の実施の形態では、各列の垂直信号線（ＶＳＬ０乃至ｎ−１）６０１における複数の標本信号出力に基づく度数分布の偏り度合いに基づいて、最適な基準電流量を選択することができる。また、その他の最適な基準電流量の判定手法として、本発明の第１および第２の実施の形態における基準電流制御部８３０によりそれぞれ選択された最適な基準電流量のうち、大きい方の基準電流量を最適な基準電流量として選択するようにしてもよい。これにより、最適な基準電流量の判定誤差による基準電流量不足を軽減することができる。

このように、本発明の実施の形態によれば、基準電流量ごとにおける標本回路４１０から読み出された標本信号の大きさに基づいて、基準電流生成部５００により生成される基準電流を最適な基準電流量に設定することができる。これにより、画素回路４２０に接続された垂直信号線（ＶＳＬ）６０１に供給される負荷電流の電流量不足を軽減することができる。すなわち、読出し回路７００により画素信号が適切に読み出されるため、画像信号の生成に伴う画質劣化を抑制することができる。また、図１では図示していないが、基準電流生成部５００は、読出し電流源部６００以外の別の構成部にも基準電流を供給しているため、最適な電流量に設定することによって、別の構成部に対しても適切な電流量として基準電流を供給することができる。また、基準電流生成部５００内に基準抵抗などの素子を設けることよって、外付け素子を削減することができるため、固体撮像装置１００を小型化することができる。

なお、本発明の実施の形態では、垂直信号線（ＶＳＬ）６０１におけるアナログ信号をデジタル信号に変換する読出し回路７００を例にして説明したが、アナログ信号をそのまま読み出すカラム読出し回路にも適用することができる。

なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、本発明の実施の形態において明示したように、本発明の実施の形態における事項と、特許請求の範囲における発明特定事項とはそれぞれ対応関係を有する。同様に、特許請求の範囲における発明特定事項と、これと同一名称を付した本発明の実施の形態における事項とはそれぞれ対応関係を有する。ただし、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において実施の形態に種々の変形を施すことにより具現化することができる。

また、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc（登録商標））等を用いることができる。

１００ 固体撮像装置
２００ タイミング制御部
３００ 垂直駆動回路
４００ 画素アレイ部
４１０ 標本回路
４１４、４２４ 増幅トランジスタ
４１５、４２５ 選択トランジスタ
４２０ 画素回路
４２１ 光電変換素子
４２２ 転送トランジスタ
４２３ リセットトランジスタ
５１０ 基準電圧生成部
５２０ ＶＩ変換部
５２１ 増幅器
５２２ ｎ型トランジスタ
５２３ 基準抵抗
５２４、５２５ ｐ型トランジスタ
６００ 読出し電流源部
６１０ 基準トランジスタ
６２０ 負荷トランジスタ
７００ 読出し回路
７１０ カラムＡＤ変換回路
７１１ 電圧比較器
７１２ アップダウンカウンタ
７１３ スイッチ
７１４ メモリ
７２０ 参照電圧生成部
７３０ 水平駆動回路
８１０ 出力アンプ
８２０ 信号処理部
８３０ 基準電流制御部

Claims (12)

1. 光電変換を行うことによって画素信号を生成する複数の画素回路と、
   前記画素回路から前記画素信号を出力させるための負荷電流が供給される垂直信号線と、
   第１の標本電位から第２の標本電位に設定された信号を増幅して標本信号として出力する標本信号出力部と、
   前記標本信号出力部から出力される標本信号を読み出すための複数の基準電流を生成する基準電流生成部と、
   前記基準電流生成部により生成された前記基準電流の基準電流量に応じた前記標本信号を読み出す読出し回路と、
   前記読出し回路により前記基準電流量ごとに読み出された前記標本信号の大きさに基づいて前記複数の基準電流量のうち１つの基準電流量を選択して前記選択された基準電流量の基準電流を前記基準電流生成部に生成させるように制御する基準電流制御部と、
   前記基準電流制御部の制御により前記基準電流生成部から生成された前記基準電流に応じた前記負荷電流を前記垂直信号線に供給する負荷トランジスタと
   を具備する固体撮像装置。
2. 前記基準電流生成部は、前記複数の基準電流を順次生成し、
   前記基準電流制御部は、前記読出し回路により読み出された前記標本信号の大きさと過去に読み出された前記標本信号の大きさとの信号差分に基づいて前記１つの基準電流量を選択する
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記基準電流制御部は、一定の信号差分閾値を超える前記信号差分に対応する前記基準電流量のうち最小の基準電流量を前記１つの基準電流量として選択する請求項２記載の固体撮像装置。
4. 前記基準電流生成部は、前記基準電流量を順次大きくすることによって前記複数の基準電流を順次生成し、
   前記基準電流制御部は、前記読出し回路により読み出された前記標本信号の大きさと直前に読み出された前記標本信号の大きさとの前記信号差分が前記信号差分閾値を超えた場合には前記信号差分閾値を超えた信号差分に対応する基準電流量を前記１つの基準電流量として選択する
   請求項３記載の固体撮像装置。
5. 前記標本信号出力部は、前記第１の標本電位から前記第２の標本電位に設定された信号を増幅して標本信号を出力する複数の標本回路を備え、
   前記基準電流制御部は、前記読出し回路により前記基準電流量ごとに前記複数の標本回路から読み出された前記標本信号の大きさの度数分布における偏り度合いに基づいて前記１つの基準電流量を選択する
   請求項１記載の固体撮像装置。
6. 前記基準電流制御部は、前記度数分布における最大および最小の前記標本信号の分布差分に基づいて前記１つの基準電流量を選択する請求項５記載の固体撮像装置。
7. 前記基準電流制御部は、前記基準電流量ごとの前記分布差分における所定の分布閾値を超える前記分布差分に対応する前記基準電流量のうち最小の基準電流量を前記１つの基準電流量として選択する請求項６記載の固体撮像装置。
8. 前記基準電流生成部は、前記基準電流量を順次大きくすることによって前記複数の基準電流を順次生成し、
   前記基準電流制御部は、前記分布差分が前記分布閾値を超えた場合には前記分布閾値を超えた前記分布差分に対応する基準電流量を前記１つの基準電流量として選択する
   請求項７記載の固体撮像装置。
9. 前記基準電流制御部は、前記読出し回路により読み出された前記標本信号および直前に読み出された前記標本信号の大きさの信号差分のうちの一定の信号差分閾値を超えた前記信号差分に対応する前記基準電流量と前記分布閾値を超えた前記度数分布に対応する前記基準電流量とのうち大きい方を前記１つの基準電流量として選択する請求項８記載の固体撮像装置。
10. 前記基準電流制御部は、前記基準電流量ごとの前記度数分布における最大値に基づいて前記１つの基準電流量を選択する請求項５記載の固体撮像装置。
11. 第１の標本電位から第２の標本電位に設定される設定信号を生成する標本電位設定部と、
    前記標本電位設定部により生成される設定信号を増幅して標本信号として出力する標本信号出力部と、
    前記標本信号出力部から出力される標本信号を読み出すための複数の基準電流を生成する基準電流生成部と、
    前記基準電流生成部により生成された前記基準電流の基準電流量に応じた前記標本信号を読み出す読出し回路と、
    前記読出し回路により前記基準電流量ごとに読み出された前記標本信号の大きさに基づいて前記複数の基準電流量のうち１つの基準電流量を選択して前記選択された基準電流量の基準電流を前記基準電流生成部に生成させるように制御する基準電流制御部と、
    前記基準電流制御部の制御により前記基準電流生成部から前記基準電流を生成させることによって固体撮像素子から画素信号を出力させるための負荷電流を垂直信号線に供給する負荷トランジスタと
    を具備する固体撮像素子の駆動装置。
12. 光電変換を行うことによって画素信号を生成する複数の画素回路と、前記画素回路から前記画素信号を出力させるための負荷電流が供給される垂直信号線と、第１の標本電位から第２の標本電位に設定された信号を増幅して標本信号として出力する標本信号出力部と、前記標本信号出力部から出力される標本信号を読み出すための複数の基準電流を生成する基準電流生成部とを備える固体撮像装置における駆動方法であって、
    前記基準電流生成部により生成された前記基準電流の基準電流量に応じた前記標本信号を順次読み出す読出し手順と、
    前記読出し手順により前記基準電流量ごとに読み出された前記標本信号の大きさに基づいて前記複数の基準電流量のうち１つの基準電流量を選択して前記選択された基準電流量の基準電流を前記基準電流生成部に生成させるように制御する基準電流制御手順と、
    前記基準電流制御手順により前記基準電流生成部から生成させた前記基準電流に応じた前記負荷電流を前記垂直信号線に供給する負荷電流供給手順と
    を具備する固体撮像装置の駆動方法。

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