JP2011109486A - 固体撮像装置、負荷電流源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】画素回路における増幅トランジスタに供給する負荷電流を一定に維持する。
【解決手段】負荷電流供給回路６１０は、各列の画素回路４１０における増幅トランジスタ４１４に垂直信号線５０１および５０２を介して負荷電流をそれぞれ供給する。この負荷電流供給回路６１０おいて、設定トランジスタ６１１は、維持制御信号線２０３からの維持制御信号に基づいて、一定の保持電圧を保持容量６１３に設定する。また、負荷トランジスタ６１４は、保持容量６１３に保持された一定の保持電圧によりそのゲート電圧が一定となるため、一定に維持された負荷電流を垂直信号線５０１または５０２に供給する。信号読出し回路７１０は、一定に維持された負荷電流が供給される増幅トランジスタ４１４から出力される基準信号および画素信号を読み出して、これらの差分を信号処理部７２０に出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特にＭＯＳ型固体撮像装置および負荷電流源回路に関する。

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、その増幅された信号を読み出す。例えば、画素回路における増幅トランジスタにより垂直信号線に出力された基準信号のリセットレベルと画素信号の信号レベルを読み出して、これらの差分を出力するＭＯＳ型固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このように基準信号および画素信号を読み出す処理を相関二重サンプリング処理という。ここで、相関二重サンプリング処理を行うＭＯＳ型固体撮像装置の構成例を以下に図面を参照して簡単に説明する。

図８は、従来の固体撮像装置の一構成例を示す回路図である。この従来の固体撮像装置８００は、タイミング制御回路８１０と、行走査回路８２０と、列走査回路８３０と、画素アレイ部８４０と、負荷電流源回路８６０とを備える。さらに、この固体撮像装置８００は、信号読出し回路８８０および信号処理部８９０を備える。

画素アレイ部８４０は、２次元マトリックス状（ｎ×ｍ）に配置された複数の画素回路８５０を備える。また、画素アレイ部８４０には、画素回路８５０の行単位により水平線（ＨＬ：Horizontal Line）８２９が配線され、列単位により垂直信号線ＶＳＬ（ＶＳＬ：Vertical Signal Line）８３９が配線されている。

また、負荷電流源回路８６０は、基準トランジスタ８６１と、列単位の負荷電流供給回路８７０とを備える。また、負荷電流供給回路８７０には、負荷トランジスタ８７４および寄生容量８７９が示されている。また、信号読出し回路８８０は、画素回路８５０の列単位により複数のＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路８８１および８８２を備える。

タイミング制御回路８１０は、行走査回路８２０、列走査回路８３０および信号読出し回路８８０に対して、画像信号生成処理に関するタイミングを制御するものである。このタイミング制御回路８１０は、画素アレイ部８４０における画素回路８５０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、画像信号を生成すためのタイミング制御信号を生成する。すなわち、タイミング制御回路８１０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回路８１０は、基準信号読出制御線８１４および画素信号読出制御線８１５を介して、画素回路８５０から出力される基準信号および画素信号を読み出すための読出しパルスを信号読出し回路８８０にそれぞれ供給する。また、タイミング制御回路８１０は、列走査制御線８１７を介して、列走査回路８３０を制御するための列走査制御信号を供給する。

行走査回路８２０は、タイミング制御回路８１０からの行アドレス信号およびタイミング信号に基づいて、行単位により画素回路８５０から信号を出力させるための行走査信号を順次生成するものである。この行走査回路８２０は、その生成された行走査信号を水平線（ＨＬ）８２９に供給する。

画素回路８５０は、光電変換を行うことによって、入射光である光信号を電気信号に変換するものである。この画素回路８５０は、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。

また、画素回路８５０は、光電変換素子８５１と、転送トランジスタ８５２と、リセットトランジスタ８５３と、増幅トランジスタ８５４とを備える。光電変換素子８５１は、光の強度に応じて電荷を発生させる素子である。

転送トランジスタ８５２は、行走査回路８２０からの転送パルスに従って、光電変換素子８５１により発生された電子をフローティングディフュージョンＦＤに転送するものである。リセットトランジスタ８５３は、行走査回路８２０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）するものである。

増幅トランジスタ８５４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垂直信号線（ＶＳＬ）８３９に出力するものである。この増幅トランジスタ８５４は、負荷トランジスタ８７４とソースフォロア回路を構成する。すなわち、増幅トランジスタ８５４は、負荷トランジスタ８７４から供給される負荷電流に応じて、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８５４は、フローティングディフュージョンＦＤに生じた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（ＶＳＬ）８３９に出力する。この基準信号は、ＣＤＳ回路８８１または８８２において、各画素回路８５０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８５４は、転送トランジスタ８５２から転送された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して、その増幅された電位を画素信号として垂直信号線（ＶＳＬ）８３９に出力する。

列走査回路８３０は、タイミング制御回路８１０からの列走査制御信号に基づいて、信号読出し回路８８０により生成された各列の画素信号を信号処理部８９０に出力させるための出力制御信号を生成するものである。この列走査回路８３０は、その生成された出力制御信号をＣＤＳ回路８８１および８８２に供給する。

基準電流生成回路８６２は、基準電流線８６３に基準電流を供給する定電流回路である。この基準電流生成回路８６２は、基準電流線８６３を介して、その生成された基準電流を負荷電流源回路８６０に供給する。

負荷電流源回路８６０は、基準電流生成回路８６２からの基準電流に基づいて、垂直信号線（ＶＳＬ）８３９の各々に負荷電流を供給するものである。基準トランジスタ８６１は、基準電流生成回路８６２から供給される基準電流（バイアス電流）と略等しい負荷電流を各列の負荷トランジスタ８７４から生成させるためのトランジスタである。この基準トランジスタ８６１は、負荷トランジスタ８７４から一定の負荷電流を各列の垂直信号線に供給するための役割を果たす。すなわち、この基準トランジスタ８６１は、各列の負荷トランジスタ８７４とカレントミラー回路を構成する。

負荷トランジスタ８７４は、基準トランジスタ８６１に供給される基準電流に応じた負荷電流を垂直信号線（ＶＳＬ）８３９に供給する役割を果たす。また、負荷トランジスタ８７４は、増幅トランジスタ８５４を駆動させるための負荷電流を垂直信号線（ＶＳＬ）８３９に供給する。

寄生容量８７９は、負荷トランジスタ８７４のゲートおよびドレイン間に生じる寄生容量、および、垂直信号線（ＶＳＬ）８３９と負荷トランジスタゲート線８７２との間に形成される配線間容量からなる。この寄生容量８７９により、列ごとに、垂直信号線（ＶＳＬ）８３９と、負荷トランジスタゲート線８７２との間でカップリングが生じる。すなわち、垂直信号線（ＶＳＬ）８３９における信号レベルの変動によって、負荷トランジスタゲート線８７２における電位が変動する。

信号読出し回路８８０は、画素アレイ部８４０から出力される画素信号に対し、相関二重サンプリング処理を施すことによって、固定パターンノイズを除去するものである。ＣＤＳ回路８８１および８８２は、基準信号読出制御線８１４および画素信号読出制御線８１５からの読出しパルスに従って、画素回路８５０から出力される基準信号および画素信号を読み出す。そして、ＣＤＳ回路８８１および８８２は、これらの基準信号レベルおよび画素信号レベルの差分を取ることによって、固定パターンノイズを除去する回路である。このＣＤＳ回路８８１および８８２は、そのノイズが除去された画素信号を信号処理部８９０に供給する。

信号処理部８９０は、ＣＤＳ回路８８１および８８２の各々から供給されたアナログ信号である画素信号をデジタル信号にＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換するものである。この信号処理部８９０は、そのデジタル信号を画像信号として信号出力線８９１に出力する。

このように、固体撮像装置８００は、相関二重サンプリング処理によって、画素回路８５０により生じるノイズ成分を画像信号から取り除く。

特開２００２−２１７３９７号公報（図１）

上述の従来技術では、画素回路から出力されるリセットレベルおよび信号レベルの差分を出力することによって、信号レベルに含まれるノイズ成分を除去することができる。しかしながら、この場合、増幅トランジスタとソースフォロア回路を構成する負荷トランジスタによって増幅トランジスタに供給される負荷電流は、各列の負荷トランジスタとカレントミラー回路を構成する基準トランジスタの熱雑音等の影響により、変動してしまう。これに伴い、増幅トランジスタにおける増幅利得が変動することから、リセットレベルおよび信号レベルに負荷電流の変動によるノイズ成分が重畳されてしまい、正確な信号レベルを取得することができない場合がある。

また、垂直信号線（ＶＳＬ）８３９の信号レベルの変動に伴い、寄生容量８７９を介して負荷トランジスタゲート線８７２がカップリングの影響を受けて横帯ノイズが生じる場合がある。ここで、垂直信号線（ＶＳＬ）８３９の信号レベルの変動によって横帯ノイズが生じる例について以下に図面を参照して説明する。

図９は、従来の固体撮像装置８００において寄生容量８７９を通じて垂直信号線におけるレベル変動によってカップリングの影響を受けた撮像画像を示す観念図である。

図９（ａ）は、従来の固体撮像装置８００の撮像対象を示す観念図である。この撮像対象には、黒色領域８３１および８３３と、白色領域８３２とが示されている。この黒色領域８３１および８３３は同一色である。

図９（ｂ）は、従来の固体撮像装置８００において図９（ａ）に示された撮像対象を撮像した場合における撮像画像を示す観念図である。この撮像画像には、黒色領域８４１と、白色領域８４２と、濃黒色領域８４３とが示されている。また、ここでは、便宜上、垂直線ａ８４４および垂直線ｂ８４５が点線により示されている。

このように、従来の固体撮像装置８００により撮像された撮像画像には、白色領域８３２に対応する垂直信号線８３９における信号レベルの変動によって、撮像対象における黒色領域８３３が、濃黒色領域８４３として現われてしまう。すなわち、撮像画像に横帯ノイズが生じてしまう。ここで、黒色領域８３３が濃黒色領域８４３として現われる原因について以下に図面を参照して説明する。

図１０は、従来の固体撮像装置８００において図９（ｂ）に示される撮像画像が生成される原因に関する図である。ここでは、横軸を時間軸として、垂直線ａおよびｂにそれぞれ対応する垂直信号線８３９と、負荷トランジスタゲート線８７２との電位変動が示されている。また、基準信号読出し期間および画素信号読出し期間は、信号読出し回路８８０により基準信号および画素信号が読み出される期間である。

垂直線ａに対応する垂直信号線８３９には、図９（ｂ）に示した垂直線ａ８４４に対応する垂直信号線８３９における電位変動が示されている。この垂直線ａに対応する垂直信号線８３９には、実線により示された白色領域特性８０１と、破線により示された黒色領域特性８０２とが示されている。

白色領域特性８０１は、白色領域８３２に対応する従来の固体撮像装置８００における画素回路８５０のうち、垂直線ａに対応する垂直信号線８３９に接続された画素回路８５０から出力される信号レベルの特性を示す。この白色領域特性８０１は、画素信号読出し期間における画素信号レベルが表示上の白レベルに相当するホワイト電位（ＶＷ）まで低下する。すなわち、垂直線ａに対応する垂直信号線８３９に対して、白色領域８３２における画素回路８５０から供給される信号レベルは、大きく変動する。

このように画素信号レベルが低下するのは、白色領域８３２における光強度が高いことから、光電変換素子８５１から多くの電子が発生して、これらの電子がフローティングディフュージョンＦＤに転送されるからである。これにより、増幅トランジスタ８５４のゲート電位が低くなるため、画素信号読出し期間において画素信号レベルが大きく低下する。

黒色領域特性８０２は、黒色領域８３１に対応する画素回路８５０のうち、垂直線ａに対応する垂直信号線８３９に接続された画素回路４１０から出力される信号レベルの特性を示す。この黒色領域特性８０２は、画素信号読出し期間における画素信号レベルが基準信号レベルのまま変動しない。

このように画素信号レベルが変動しないのは、黒色領域８３１における光強度が低く、光電変換素子８５１から殆ど電子が発生しないことから、増幅トランジスタ８５４のゲート電位の変動は無視できるほど小さいためである。これにより、増幅トランジスタ８５４から出力される画素信号レベルは、表示上の黒レベルに相当する基準信号レベルと同レベルのブラック電位（ＶＢ）を維持する。

負荷トランジスタゲート線８７２には、負荷トランジスタ８７４のゲート端子の電位変動が示されている。この負荷トランジスタゲート線８７２は、寄生容量８７９を介して、垂直線ａに対応する垂直信号線８３９における信号レベルの変動により、カップリングの影響を受ける。このため、負荷トランジスタゲート線８７２の電位は、垂直線ａに対応する垂直信号線８３９の白色領域特性８０１による信号レベルの急峻なレベル低下に伴い、寄生容量８７９によるカップリングの影響によって、カップリング変動量（ΔＶ）だけ低下する。

この負荷トランジスタゲート線８７２に生じるカップリング変動量（ΔＶ）に伴い、負荷トランジスタ８７４のゲート電圧が低下するため、画素信号読出し期間において負荷電流が小さくなる。

垂直線ｂに対応する垂直信号線８３９には、図９（ｂ）に示した垂直線ａ８４４に対応する垂直信号線８３９における電位変動が示されている。この垂直線ｂに対応する垂直信号線８３９には、実線により示された濃黒色領域特性８０３と、破線により示された黒色領域特性８０４とが示されている。ここでは、黒色領域特性８０４は、垂直線ａに対応する垂直信号線８３９の黒色領域特性８０２と同様であるため、ここでの説明を省略する。

濃黒色領域特性８０３は、黒色領域８３３に対応する画素回路８５０のうち、垂直線ｂに対応する垂直信号線８３９に接続された画素回路８５０から出力される信号レベルの特性を示す。この濃黒色領域特性８０３は、画素信号読出し期間における画素信号レベルがブラック電位より高い電位（ＶＢ'）まで上昇する。

このように画素信号レベルが上昇するのは、負荷トランジスタゲート線８７２に生じるカップリング変動量（ΔＶ）に起因する。すなわち、負荷トランジスタ８７４のゲート電圧の低下に伴い、画素回路８５０に供給される負荷電流が小さくなるため、画素回路８５０における増幅トランジスタ８５４の増幅利得が高くなって、画素信号レベルがブラック電位（ＶＢ）よりも高くなる。

このように、白色領域８３２に対応する画素回路８５０から垂直信号線８３９を介して出力される信号レベルの変動は大きいため、寄生容量８７９を通じて負荷トランジスタゲート線８７２の電位がカップリング変動量（ΔＶ）だけ低下する。このため、負荷トランジスタ８７４により増幅トランジスタ８５４に供給される負荷電流が小さくなって、黒色領域８３３に対応する垂直信号線６３９における画素信号レベルが上昇する。これにより、図９（ａ）に示した撮像対象における黒色領域８３３は、図９（ｂ）に示した撮像画像における濃黒色領域８４３として表示されてしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、画素回路における増幅トランジスタに供給する負荷電流を一定に維持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、光信号を画素信号に変換する複数の画素回路と、上記複数の画素回路から上記画素信号を読み出すための負荷電流を列単位により上記画素回路に供給する負荷電流源回路と、上記複数の画素回路から読み出される基準信号および上記画素信号を行単位により読み出して上記読み出された上記基準信号および上記画素信号の差分を出力する信号読出し回路と、上記信号読出し回路により上記基準信号が読み出されてから上記画素信号が読み出されるまでの読出し期間における上記負荷電流を一定に維持するための維持制御信号を生成する制御信号生成回路とを具備し、上記負荷電流源回路は、上記負荷電流を列単位により上記画素回路に供給する複数の負荷トランジスタと、上記負荷電流を一定に維持するために上記負荷トランジスタのゲート電圧を一定にするための電圧保持回路と、上記維持制御信号に基づいて上記電圧保持回路に一定の保持電圧を設定する電圧設定回路とを備える固体撮像装置である。これにより、信号読出し回路によって画素回路から基準信号が読み出されてから画素信号が読み出されるまでの読出し期間において、電圧設定回路により、制御信号生成回路において生成された維持制御信号に従って電圧保持回路に一定の保持電圧を設定することによって、負荷トランジスタのゲート電圧を一定に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、上記制御信号生成回路は、１行単位により上記基準信号が読み出されてから上記画素信号が読み出されるまでの上記読出し期間における上記負荷電流を一定に維持するための維持制御信号を生成するようにしてもよい。これにより、１行ごとの読出し期間において負荷トランジスタのゲート電圧を一定に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、上記電圧保持回路は、上記複数の画素回路の列単位により上記負荷トランジスタのゲート電圧を一定にするための複数の保持容量を備え、上記電圧設定回路は、上記維持制御信号に基づいて上記複数の保持容量の各々に上記保持電圧を設定する複数の設定トランジスタを備えるようにしてもよい。これにより、列ごとの負荷トランジスタに対応する保持容量を設けることによって、負荷トランジスタのゲート電圧をそれぞれ一定にさせるという作用をもたらす。この場合において、上記負荷電流源回路は、上記負荷電流を列単位により上記画素回路に供給する複数の第２の負荷トランジスタと、上記第２の負荷トランジスタのゲート電圧を一定にするための第２の電圧保持回路と、上記第２の電圧保持回路に上記保持電圧を設定する第２の電圧設定回路とをさらに備えるようにしてもよい。これにより、画素回路に負荷電流を供給するための自己の垂直信号線における電位変動による負荷トランジスタのゲート電圧の変動を抑制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、上記制御信号生成回路は、上記読出し期間の開始前の準備期間において上記電圧保持回路の容量を充電するための充電制御信号を生成し、電圧設定回路は、上記充電制御信号に基づいて上記負荷トランジスタに対応する基準トランジスタのゲート端子と上記電圧保持回路の一端との間を接続するようにしてもよい。これにより、制御信号生成回路により生成された充電制御信号に基づいて準備期間において電圧保持回路の容量を充電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、画素回路に負荷電流を供給するための垂直信号線がドレイン端子に接続される負荷トランジスタと、一端に上記負荷トランジスタのソース端子が接続される電圧保持回路と、上記負荷電流を一定に維持するための維持制御信号を供給するための維持制御信号線がゲート端子に接続され、ソース端子に上記負荷トランジスタのゲート端子および上記電圧保持回路の他端が接続される電圧設定回路とを具備する負荷電流源回路である。これにより、電圧設定回路により、電圧保持回路に一定の保持電圧を保持させることによって、負荷トランジスタのゲート電圧を一定にさせるという作用をもたらす。

本発明によれば、画素回路における増幅トランジスタに供給する負荷電流を一定に維持させ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固体撮像装置１００の動作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固体撮像装置１００の動作の変形例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の一構成例を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態における負荷トランジスタゲート線６１２に対するカップリングの影響の一例を示す概念図である。 本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置１２０の一構成例を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置１２０の動作例を示すタイミングチャートである。 従来の固体撮像装置の一構成例を示す回路図である。 従来の固体撮像装置８００において寄生容量８７９を通じて垂直信号線におけるレベル変動によってカップリングの影響を受けた撮像画像を示す観念図である。 従来の固体撮像装置８００において図９（ｂ）に示される撮像画像が生成される原因に関する図である。

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（負荷電流安定化制御：列単位により設定トランジスタおよび保持容量を設ける負荷電流供給回路の例）
２．第２の実施の形態（負荷電流安定化制御：負荷電流供給回路のカスコード接続によって負荷電流源回路を構成する例）
３．第３の実施の形態（負荷電流安定化制御：設定トランジスタおよび保持容量をそれぞれ１個のみ設ける例）

＜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回路図である。

固体撮像装置１００は、タイミング制御回路２００と、行走査回路３００と、画素アレイ部４００と、列走査回路５００と、負荷電流源回路６００とを備える。さらに、固体撮像装置１００は、信号読出し回路７１０および信号処理部７２０を備える。

画素アレイ部４００は、２次元マトリックス状（ｎ×ｍ）に配置された複数の画素回路４１０を備える。ここでは、便宜上、２×２個の画素回路（１，１）、（１，２）、（２，１）および（２，２）４１０が示されている。また、画素アレイ部４００には、画素回路４１０の行単位により水平線（ＨＬ：Horizontal Line）が配線され、列単位により垂直信号線ＶＳＬ（ＶＳＬ：Vertical Signal Line）が配線されている。ここでは、１行目および２行目の水平線（ＨＬ１および２）３０１および３０２と、１列目および２列目の垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２とが示されている。

また、負荷電流源回路６００は、画素回路４１０の列単位に設けられた複数の負荷電流供給回路６１０と、基準トランジスタ６９０とを備える。負荷電流供給回路６１０は、設定トランジスタ６１１と、保持容量６１３と、負荷トランジスタ６１４と、寄生容量６１９とを備える。また、信号読出し回路７１０は、画素回路４１０の列単位により複数のＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路７１１および７１２を備える。

水平線（ＨＬ１および２）３０１および３０２は、行走査回路３００に接続される。また、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２は、ＣＤＳ回路７１１および７１２と、各列の負荷電流供給回路６１０とに接続される。

タイミング制御回路２００は、行走査回路３００、列走査回路５００、負荷電流源回路６００および信号読出し回路７１０に対して、画像信号生成処理に関するタイミングを制御するものである。このタイミング制御回路２００は、画素アレイ部４００における画素回路４１０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、画像信号を生成すためのタイミング制御信号を生成する。すなわち、タイミング制御回路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回路２００は、クロック端子１０３からのクロック信号と、水平同期端子１０２からの水平同期信号とに基づいてタイミング制御信号を生成する。また、タイミング制御回路２００は、アドレス線２０１を介して画素回路４１０を行単位により順次指定する行アドレス信号を供給するとともに、タイミング線２０２を介してその指定された画素回路４１０に供給するパルスの基準となるタイミング信号を供給する。

また、タイミング制御回路２００は、画素回路４１０から出力される画素信号を読み出すための負荷電流を一定に維持するための維持制御信号を生成する。そして、タイミング制御回路２００は、維持制御信号線２０３を介して、その生成された維持制御信号を負荷電流源回路６００に供給する。また、タイミング制御回路２００は、例えば、電源起動時またはスタンバイ解除時の直後において、保持容量６１３を充電するための充電制御信号を生成する。なお、タイミング制御回路２００は、特許請求の範囲に記載の制御信号生成回路の一例である。

また、タイミング制御回路２００は、基準信号読出制御線２０４および画素信号読出制御線２０５を介して、画素回路４１０から出力される基準信号および画素信号を読み出すための読出しパルスを信号読出し回路７１０にそれぞれ供給する。また、タイミング制御回路２００は、列走査制御線２０７を介して、列走査回路５００を制御するための列走査制御信号を供給する。また、タイミング制御回路２００は、スタンバイ端子１０１からのスタンバイ信号に基づいて、固体撮像装置１００をスタンバイ状態にする。

行走査回路３００は、タイミング制御回路２００からの行アドレス信号およびタイミング信号に基づいて、行単位により画素回路４１０から信号を出力させるための行走査信号を順次生成するものである。この行走査回路３００は、その生成された行走査信号を水平線（ＨＬ）に供給する。

この行走査回路３００は、例えば、その行走査信号を水平線（ＨＬ１）３０１に供給した後に、水平線（ＨＬ２）３０２に行走査信号を供給する。この水平線（ＨＬ１および２）３０１および３０２には、リセット電位線３１１および３１２と、画素リセット線３２１および３２２と、電荷転送線３３１および３３２とが含まれる。

画素回路４１０は、光電変換を行うことによって、入射光である光信号を電気信号に変換するものである。この画素回路４１０は、その変換された電気信号を増幅して、画素信号として出力する。この画素回路４１０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。

また、画素回路４１０は、光電変換素子４１１と、転送トランジスタ４１２と、リセットトランジスタ４１３と、増幅トランジスタ４１４とを備える。なお、画素回路４１０は、特許請求の範囲に記載の画素回路の一例である。

この画素回路４１０において、光電変換素子４１１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４１２のソース端子に接続される。また、転送トランジスタ４１２は、そのゲート端子が電荷転送線３３１および３３２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４１３のソース端子と増幅トランジスタ４１４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４１３は、そのゲート端子が画素リセット線３２１および３２２に接続され、そのドレイン端子がリセット電位線３１１および３１２に接続される。また、増幅トランジスタ４１４は、そのドレイン端子が電源電位線４１５に接続され、そのソース端子が垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２に接続される。さらに、この増幅トランジスタ４１４は、負荷トランジスタ６１４とソースフォロア回路を構成する。

光電変換素子４１１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４１１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４１２は、行走査回路３００からの転送パルスに従って、光電変換素子４１１により発生された電子をフローティングディフュージョンＦＤに転送するものである。この転送トランジスタ４１２は、例えば、そのゲート端子に供給される電荷転送線３３１からの転送パルスに従って、光電変換素子４１１により発生され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。

リセットトランジスタ４１３は、行走査回路３００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の電位をリセットするために、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）するものである。このリセットトランジスタ４１３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、リセット電位線３１１からのリセット電位を増幅トランジスタ４１４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４１４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垂直信号線（ＶＳＬ）５０１または５０２に出力するものである。この増幅トランジスタ４１４は、負荷トランジスタ６１４とソースフォロア回路を構成する。すなわち、増幅トランジスタ４１４は、負荷トランジスタ６１４からの負荷電流に応じて、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４１４は、例えば、リセット電位によってフローティングディフュージョンＦＤに生じた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（ＶＳＬ１）５０１に出力する。この基準信号は、ＣＤＳ回路７１１または７１２において、リセットトランジスタ４１３におけるリセットノイズや、増幅トランジスタ４１４の閾値電圧のばらつき等の画素回路４１０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４１４は、例えば、転送トランジスタ４１２から転送された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して、その増幅された電位を画素信号として垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１に出力する。

列走査回路５００は、タイミング制御回路２００からの列走査制御信号に基づいて、信号読出し回路７１０により生成された各列の画素信号を信号処理部７２０に出力させるための出力制御信号を生成するものである。この列走査回路５００は、その生成された出力制御信号をＣＤＳ回路７１１および７１２に供給する。

基準電流生成回路６８０は、電源線６７０から供給される電源電位によって、一定の基準電流を生成する定電流回路である。この基準電流生成回路６８０は、基準電流線６０１を介して、その生成された基準電流を負荷電流源回路６００に供給する。

負荷電流源回路６００は、基準電流生成回路６８０からの基準電流に基づいて、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２の各々に負荷電流を供給するものである。この負荷電流源回路６００における負荷電流供給回路６１０の各々は、垂直信号線（ＶＳＬ１または２）５０１または５０２に一定の負荷電流を供給する。

この負荷電流供給回路６１０において、設定トランジスタ６１１は、そのゲート端子が維持制御信号線２０３に接続され、そのドレイン端子が基準電流線６０１に接続される。また、保持容量６１３は、一方の電極が負荷トランジスタゲート線６１２を介して設定トランジスタ６１１のソース端子と負荷トランジスタ６１４のゲート端子とに接続され、他方の電極が接地される。また、負荷トランジスタ６１４は、そのドレイン端子が垂直信号線（ＶＳＬ１または２）５０１または５０２に接続され、そのソース端子が接地される。なお、設定トランジスタ６１１および保持容量６１３は、いわゆるサンプルホールド回路を構成する。

設定トランジスタ６１１は、タイミング制御回路２００から供給される維持制御信号に基づいて、負荷トランジスタ６１４のゲート端子に接続された負荷トランジスタゲート線６１２と、基準電流線６０１と間の接触の有無を切り替えるスイッチである。この設定トランジスタ６１１は、負荷トランジスタ６１４のゲート電圧を一定にするための役割を果たす。

この設定トランジスタ６１１は、例えば、タイミング制御回路２００から接続パルスが供給された場合には、導通（オン）状態となって、基準電流線６０１と負荷トランジスタゲート線との電位を互いに等しくする。

また、設定トランジスタ６１１は、例えば、そのゲート端子に維持制御信号が供給された場合には、非導通（オフ）状態となって、基準電流線６０１と、負荷トランジスタゲート線６１２との間を絶縁する。これにより、設定トランジスタ６１１は、タイミング制御回路２００からの維持制御信号に基づいて、負荷トランジスタゲート線６１２の電位を一定にする。すなわち、この設定トランジスタ６１１は、維持制御信号に基づいて、保持容量６１３に一定の保持電圧を設定する。

また、設定トランジスタ６１１は、例えば、電源起動時またはスタンバイ解除時の直後において、保持容量６１３を充電するための充電制御信号をタイミング制御回路２００から受け付けた場合には、基準電流線６０１と保持容量６１３の一端との間を接続する。なお、設定トランジスタ６１１は、特許請求の範囲に記載の電圧設定回路および設定トランジスタの一例である。

保持容量６１３は、負荷電流を一定に維持するために、負荷トランジスタ６１４のゲート電圧を一定に保持するためのキャパシタである。この保持容量６１３は、設定トランジスタ６１１により設定される保持電圧を保持する。なお、保持容量６１３は、特許請求の範囲に記載の電圧保持回路および保持容量の一例である。

負荷トランジスタ６１４は、基準トランジスタ６９０とカレントミラー回路を構成するトランジスタである。この負荷トランジスタ６１４は、基準トランジスタ６９０に供給される基準電流に応じた負荷電流を垂直信号線（ＶＳＬ１または２）５０１または５０２に供給する役割を果たす。これにより、画素回路４１０における増幅トランジスタ４１４から基準信号および画素信号の信号レベルが、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２に出力される。

また、負荷トランジスタ６１４は、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２を介して接続された増幅トランジスタ４１４とソースフォロア回路を構成する。この負荷トランジスタ６１４は、増幅トランジスタ４１４を駆動させるための負荷電流を垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２に供給する。すなわち、負荷トランジスタ６１４は、保持容量６１３に保持された電圧に応じた負荷電流を増幅トランジスタ４１４に供給する。なお、負荷トランジスタ６１４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。

寄生容量６１９は、負荷トランジスタ６１４のゲートおよびドレイン間に生じる寄生容量、および、垂直信号線（ＶＳＬ１または２）５０１または５０２と基準電流線６０１との間に形成される配線間容量からなる。この寄生容量６１９により、列ごとに、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）と、負荷トランジスタゲート線６１２との間でカップリングが生じる。すなわち、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２における信号レベルの変動によって、負荷トランジスタゲート線６１２における電位が変動する。

基準トランジスタ６９０は、基準電流生成回路６８０から供給される基準電流（バイアス電流）と略等しい負荷電流を各列の負荷トランジスタ６１４から生成させるためのトランジスタである。この基準トランジスタ６９０は、負荷トランジスタ６１４から一定の負荷電流を各列の垂直信号線に供給するための役割を果たす。すなわち、この基準トランジスタ６９０は、各列の負荷トランジスタ６１４とカレントミラー回路を構成する。

また、基準トランジスタ６９０は、そのソース端子が接地され、かつ、そのゲート端子およびドレイン端子が基準電流線６０１に接続される。すなわち、この基準トランジスタ６９０は、ダイオード接続により基準電流を設定する。なお、基準トランジスタ６９０は、特許請求の範囲に記載の基準トランジスタの一例である。

信号読出し回路７１０は、画素アレイ部４００から出力される画素信号に対し、相関二重サンプリング処理を施すことによって、画素回路４１０ごとの固有のノイズによる固定パターンノイズを除去するものである。この信号読出し回路７１０は、複数の画素回路４１０から出力される基準信号および画素信号を行単位により読み出して、その読み出された基準信号および画素信号の差分を出力する。

ＣＤＳ回路７１１および７１２は、各画素回路４１０から順次供給される基準信号レベルと画素信号レベルとの差分を順にとることによって、リセットノイズや増幅トランジスタ４１４の閾値電圧のばらつき等の固定パターンノイズを除去する回路である。ＣＤＳ回路７１１および７１２は、基準信号読出制御線２０４からの読出しパルスに従って、その接続された垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２からの基準信号を読み出す。また、ＣＤＳ回路７１１および７１２は、画素信号読出制御線２０５からの読出しパルスに従って、その接続された垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２からの画素信号を読み出す。

このＣＤＳ回路７１１および７１２は、そのノイズが除去された画素信号を信号処理部７２０に供給する。なお、基準信号読出制御線２０４および画素信号読出制御線２０５からの読出しパルスは、ＣＤＳ回路７１１および７１２を介して全てのＣＤＳ回路に供給される。

信号処理部７２０は、ＣＤＳ回路７１１および７１２の各々から供給されたアナログ信号である画素信号をデジタル信号にＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換するものである。この信号処理部７２０は、そのデジタル信号を画像信号として信号出力線７２１に出力する。

このように、負荷電流供給回路６１０に設定トランジスタ６１１および保持容量６１３を設けることによって、負荷トランジスタゲート線６１２におけるレベル変動を抑制するころができる。すなわち、固体撮像装置１００は、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）における信号レベルの変動に伴う、寄生容量６１９に起因する負荷トランジスタゲート線６１２に対するカップリングの影響を抑制することができる。

また、固体撮像装置１００は、負荷トランジスタ６１４とカレントミラー回路を構成する基準トランジスタ６９０の熱雑音等に起因する基準電流の変動によって生じる負荷トランジスタゲート線６１２の変動も除去することができる。ここで、基準トランジスタ６９０の熱雑音等に起因する基準電流の変動によって生じる負荷トランジスタゲート線６１２の電位変動が除去される例について以下にタイミングチャートを参照して詳細に説明する。

［固体撮像装置１００の動作例］
図２は、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置１００の動作例を示すタイミングチャートである。このタイミングチャートには、１行目の読出し期間における固体撮像装置１００の動作が示されている。ここでは、各列の垂直信号線（ＶＳＬ）における信号レベルの変動が小さく、寄生容量６１９に起因する負荷トランジスタゲート線６１２に対するカップリングの影響は軽微であることを想定している。

ここでは、横軸を共通の時間軸として、クロック端子１０３、水平同期端子１０２、アドレス線２０１、画素リセット線３２１および電荷転送線３３１における電位変動が実線により示されている。これらに加えて、基準信号読出制御線２０４、画素信号読出制御線２０５、維持制御信号線２０３および負荷トランジスタゲート線６１２における電位変動が実線により示されている。

また、従来負荷トランジスタゲート線８７２には、設定トランジスタ６１１および保持容量６１３を設けていない従来の負荷電流源回路における負荷トランジスタのゲート端子に接続された信号線における電位変動が点線により示されている。また、ここでは、左から右に時間が経過するものとする。

まず、時刻ｔ０において、水平同期端子１０２における水平同期信号がＨ（Ｈｉｇｈ）レベルからＬ（Ｌｏｗ）レベルに遷移することによって、水平同期パルス１１２がタイミング制御回路２００に供給される。また、アドレス線２０１には、タイミング制御回路２００から画素回路４１０を指定する行アドレスが行走査回路３００に供給される。

これとともに、画素リセット線３２１には、行走査回路３００からリセットパルス３２０が供給される。これにより、リセットトランジスタ４１３が導通（オン）状態となり、リセット電位線３１１から供給されるリセット電位によって、フローティングディフュージョンＦＤに基準電位が印加される。

さらに、この時刻ｔ０において、維持制御信号線２０３には、タイミング制御回路２００から接続パルス２１３が供給される。これにより、設定トランジスタ６１１がオン状態となり、基準電流線６０１と負荷トランジスタゲート線６１２とが接続される。これにより、負荷トランジスタゲート線６１２の電位が、基準トランジスタ６９０の熱雑音等によって変動する基準電流線６０１の電位と互いに等しくなる。すなわち、負荷トランジスタゲート線６１２に示される波形は、接続期間において従来負荷トランジスタゲート線８７２と同様の波形を示す。

この後、時刻ｔ１では、維持制御信号線２０３における接続パルスの接続期間が終了するため、画素リセット線３２１における電位がＨレベルからＬレベルに設定される。すなわち、タイミング制御回路２００から維持制御信号が維持制御信号線２０３に供給される。

これにより、設定トランジスタ６１１が非導通（オフ）状態となり、保持容量６１３に保持された電圧が一定となるため、負荷トランジスタゲート線６１２の電位も一定に維持される。すなわち、維持制御信号に基づいて保持容量６１３に一定の保持電圧が設定される。このように、負荷トランジスタ６１４のゲート電圧を一定にすることによって、負荷トランジスタ６１４から画素回路４１０に供給される負荷電流が一定に維持される。この後に、行走査回路３００からのリセットパルス３２０が解除される。

次に、時刻ｔ２では、基準信号読出制御線２０４を介して、タイミング制御回路２００から信号読出し回路７１０に読出パルス２１４が供給されることによって、基準信号読出し期間が開始される。これにより、信号読出し回路７１０により、画素回路４１０における増幅トランジスタ４１４から出力される基準信号が読み出される。

このとき、負荷トランジスタゲート線６１２の電位は一定であるため、増幅トランジスタ４１４に供給される負荷電流は一定に維持される。このため、信号読出し回路７１０により、増幅トランジスタ４１４から一定の増幅利得により出力された基準信号が読み出される。これに対し、従来負荷トランジスタゲート線８７２の電位は変動するため、増幅トランジスタ４１４における増幅利得も変動する。

基準信号読出し期間終了後、時刻ｔ３では、電荷転送線３３１を介して、行走査回路３００から転送トランジスタ４１２に転送パルス３３０が供給される。これにより、転送トランジスタ４１２はオン状態となり、光電変換素子４１１から生成された電子がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。

この後、時刻ｔ４では、画素信号読出制御線２０５を介して、タイミング制御回路２００から信号読出し回路７１０に読出パルス２１５が供給される。これにより、フローティングディフュージョンＦＤに転送された光電変換素子４１１からの電子によって生じる電位に基づいて、増幅トランジスタ４１４から垂直信号線に出力された画素信号が、信号読出し回路７１０により読み出される。この後、信号読出し回路７１０において、相関二重サンプリング処理により垂直信号線を介して読み出された基準信号および画素信号の差分が算出されて、ノイズ成分が除去された画素信号として信号処理部７２０に供給される。

このとき、負荷トランジスタゲート線６１２の電位は、基準信号読出し期間における電位と互いに等しいことから、増幅トランジスタ４１４に供給される負荷電流は一定に維持される。このため、保持期間において、増幅トランジスタ４１４における増幅利得が一定に維持された基準信号および画素信号の２つの信号が、信号読出し回路７１０によって読み出される。

これに対し、従来負荷トランジスタゲート線８７２の電位は変動するため、増幅トランジスタ４１４における増幅利得も変動してしまう。なお、ここでは、時刻ｔ１から時刻ｔ５までを保持期間として示したが、基準信号読出し期間から画素信号読出し期間までの読出し期間において負荷電流を一定に維持すればよいため、時刻ｔ２から時刻ｔ５までを保持期間とするようにしてもよい。

そして、時刻ｔ５において、水平同期端子１０２に水平同期パルス１１２が供給されることによって１行目の１行読出し期間が終了するとともに、２行目の１行読出し期間が開始される。

このように、固体撮像装置１００は、信号読出し回路７１０における相関二重サンプリング処理における１行読み出し期間において、画素回路４１０から出力される基準信号および画素信号の２つの信号を読み出す。この場合において、従来負荷トランジスタゲート線８７２では、基準トランジスタ６９０における熱雑音等により電位が変動するため、増幅トランジスタ４１４による増幅利得も変動してしまい、その熱雑音等の影響が画素信号にノイズ成分として重畳されてしまう。

これに対し、この固体撮像装置１００では、１行読出し期間における保持期間において、維持制御信号線２０３からの維持制御信号に基づいて設定トランジスタ６１１をオフ状態にする。すなわち、タイミング制御回路２００において、信号読出し回路７１０によって行単位により基準信号が読み出されてから画素信号が読み出されるまでの読出し期間における負荷電流を一定に維持するための維持制御信号が生成される。

これにより、保持期間において保持容量６１３には一定の保持電圧が保持されるため、負荷トランジスタゲート線６１２の電位が一定となり、基準トランジスタ６９０における熱雑音等の影響を排除することができる。

このように、本発明の第１の実施の形態では、設定トランジスタ６１１により保持容量６１３に保持電圧を設定することによって、負荷トランジスタゲート線６１２の電位を一定にすることができる。これにより、基準信号読出し期間および画像信号読出し期間における負荷トランジスタ６１４からの負荷電流の大きさを一定に維持することができる。このため、寄生容量６１９に起因する垂直信号線５０１および５０２からのカップリングの影響を抑制するとともに、基準トランジスタ６９０における熱雑音等の影響を排除することができる。

なお、ここでは一例として、１行読出し期間内に接続期間を設ける例について説明したが、この場合、固体撮像装置１００の電源投入時やスタンバイ復帰時などの直後においては、接続期間だけでは保持容量６１３の充電が十分に行えないことがある。このため、電源投入時やスタンバイ復帰時などの直後において、保持容量６１３を充電するための充電期間を設ける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の動作の変形例］
図３は、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置１００の動作の変形例を示すタイミングチャートである。この例では、スタンバイ状態から復帰する場合における固体撮像装置１００を想定している。

ここでは、スタンバイ端子１０１、水平同期端子１０２、画素リセット線３２１、電荷転送線３３１、基準信号読出制御線２０４、画素信号読出制御線２０５、維持制御信号線２０３および負荷トランジスタゲート線６１２における電位変動が示されている。また、ここでは、横軸を共通の時間軸として、左から右に時間が経過することとする。

まず、時刻ｔ０の前では、スタンバイ端子１０１からタイミング制御回路２００にスタンバイ信号が供給されているため、固体撮像装置１００はスタンバイ状態にある。時刻ｔ０において、スタンバイ端子１０１からの信号電位が、ＨレベルからＬレベルに遷移することによって、スタンバイ期間が解除される。

そして、時刻ｔ１において、水平同期端子１０２に水平同期パルス１１２が供給されることによって、準備期間が開始される。これとともに、維持制御信号線２０３を介して、タイミング制御回路２００から供給される信号の電位が、ＬレベルからＨレベルに切り替えられることによって、保持容量６１３の充電期間が開始される。

これにより、維持制御信号線２０３から充電制御信号が設定トランジスタ６１１のゲート端子に供給されることによって、設定トランジスタ６１１がオン状態となり、保持容量６１３の容量に電荷の蓄積が開始される。すなわち、保持容量６１３における容量の充電が開始される。

次に、時刻ｔ２において、水平同期端子１０２に水平同期パルス１１２が供給されることにより、準備期間が終了するとともに、１行読出し期間が開始される。このとき、維持制御信号線２０３を介してタイミング制御回路２００から供給される信号の電位が、ＨレベルからＬレベルに設定されることによって、充電期間が終了する。これにより、維持制御信号線２０３から設定トランジスタ６１１に維持制御信号が供給されるため、設定トランジスタ６１１がオフ状態となって、負荷トランジスタゲート線６１２の電位が一定となる。

時刻ｔ２以降においては、図２に示した接続パルスによる保持容量６１３に対する保持電圧の再設定は行わないため、負荷トランジスタゲート線６１２の電位は一定に維持される。また、維持制御信号線２０３および負荷トランジスタゲート線６１２における電位変動は、図２に示した固体撮像装置１００の動作と同様であるため、ここでの説明を省略する。

このように、タイミング制御回路２００により、１行読出し期間の開始前の準備期間において充電制御信号を生成することによって、負荷トランジスタ６１４に対応する基準トランジスタ６９０のゲート端子と保持容量６１３の一端との間を接続することができる。すなわち、１行読出し期間の２行分に相当する準備期間を設けることによって、充電期間において保持容量６１３を十分に充電することができるため、固体撮像装置１００の動作開始直後における保持容量６１３の充電不足を解消することができる。これにより、保持容量６１３の充電不足による負荷電流の減少に起因する、画素回路４１０から垂直信号線に出力される信号の応答特性の劣化を防止することができる。

なお、この場合、保持容量６１３に対する保持電圧の再設定が行われないため、負荷トランジスタ６１４のゲートリーク電流および保持容量６１３のリーク電流などによって、負荷トランジスタゲート線６１２の電位が長期的には低下することが考えられる。しかしながら、このような長期的な電位低下は、設定トランジスタ６１１から負荷トランジスタゲート線６１２へのチャンネルリーク電流によって抑制されると考えられる。

なお、寄生容量６１９に起因する電位変動については、画素回路４１０から垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２に一定の基準信号が１行読出し期間間隔により出力されるため、長期的な電位変動にはならない。また、ここでは、充電期間を２行分の１行読み出し期間に設定する例について説明したが、保持容量６１３の容量の大きさに応じて充電期間を１行または３行分以上の１行読出し期間に設定するようにしてもよい。

また、本発明の第１の実施の形態では、他の列の垂直信号線における電位変動に起因するカップリングの影響を抑制することができるが、負荷トランジスタ６１４に接続された垂直信号線自身の電位変動によるカップリングの影響を十分に抑制できない場合がある。例えば、垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１における信号レベルの変動によるカップリングの影響は、その垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１に対応する負荷トランジスタゲート線６１２に対して充分に抑制できないことがある。そこで、垂直信号線の電位変動によって、その垂直信号線に対応する負荷トランジスタゲート線６１２に対するカップリングの影響を軽減するように改良したものが、第２の実施の形態である。

＜２．第２の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図４は、本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の一構成例を示す回路図である。固体撮像装置１１０は、図１に示した固体撮像装置１００の構成に加えて、第２負荷電流供給回路６２０と、基準電流生成回路６８１と、基準トランジスタ６９１および６９２とを備えている。すなわち、この固体撮像装置１１０は、負荷電流源回路６００における負荷電流供給回路６１０を二段にカスコード（カスケード）接続することにより構成される。

この例では、これらの第２負荷電流供給回路６２０、基準電流生成回路６８１、基準トランジスタ６９１および基準トランジスタ６９２以外の他の構成は、図１に示した固体撮像装置１００と同様のものであるため、同一符号を付してここでの説明を省略する。また、基準電流生成回路６８１と、基準トランジスタ６９１および６９２とは、第２負荷電流供給回路６２０とカレントミラー回路を構成する。また、基準電流生成回路６８１は、基準電流生成回路６８０と同様のものであり、基準トランジスタ６９１および６９２は、基準トランジスタ６９０と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。

第２負荷電流供給回路６２０には、第２設定トランジスタ６２１と、第２保持容量６２３と、第２負荷トランジスタ６２４と、寄生容量６２９とが示されている。この第２負荷電流供給回路６２０は、負荷電流供給回路６１０と同様の構成であるため、ここでの詳細な説明を省略する。

この第２負荷電流供給回路６２０において、第２設定トランジスタ６２１は、そのゲート端子が維持制御信号線２０３に接続され、そのドレイン端子が第２基準電流線６０２に接続される。また、第２負荷トランジスタ６２４は、そのドレイン端子が垂直信号線（ＶＳＬ１または２）５０１または５０２に接続され、そのソース端子が負荷トランジスタ６１４のドレイン端子に接続される。

また、第２保持容量６２３は、その一方の電極が、第２負荷トランジスタゲート線６２２を介して第２設定トランジスタ６２１のソース端子と第２負荷トランジスタ６２４のゲート端子とに接続され、他方の電極が接地される。なお、寄生容量６２９は、第２負荷トランジスタゲート線６２２と第２負荷トランジスタ６２４のドレイン端子との間に形成される。

第２負荷トランジスタ６２４は、基準トランジスタ６９１とカレントミラー回路を構成するトランジスタである。この第２負荷トランジスタ６２４は、基準トランジスタ６９１に流れる基準電流に応じた負荷電流を垂直信号線（ＶＳＬ１または２）５０１または５０２に供給する。これにより、画素回路４１０における増幅トランジスタ４１４から基準信号および画素信号の信号レベルが垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２に出力される。

また、第２負荷トランジスタ６２４は、垂直信号線（ＶＳＬ１または２）５０１または５０２を介して接続された増幅トランジスタ４１４および負荷トランジスタ６１４によってソースフォロア回路を構成する。これにより、第２負荷トランジスタ６２４は、第２保持容量６２３に保持された電圧に応じた負荷電流を増幅トランジスタ４１４に供給する。なお、第２負荷トランジスタ６２４は、特許請求の範囲に記載の第２の負荷トランジスタの一例である。

第２設定トランジスタ６２１は、タイミング制御回路２００から供給された維持制御信号に基づいて、第２負荷トランジスタ６２４のゲート端子に接続された負荷トランジスタゲート線６２２と、基準電流線６０１と間の接触の有無を切り替えるスイッチである。この第２設定トランジスタ６２１は、第２負荷トランジスタ６２４に対応する。この第２設定トランジスタ６２１は、第２保持容量６２３に一定の保持電圧を設定する。なお、第２設定トランジスタ６２１は、特許請求の範囲に記載の第２の電圧設定回路の一例である。

第２保持容量６２３は、負荷トランジスタ６１４におけるゲート電位を一定に保持するためのキャパシタである。この第２保持容量６２３は、第２負荷トランジスタ６２４に対応する。この第２保持容量６２３は、第２負荷トランジスタ６２１のゲート電圧を一定にするための役割を果たす。なお、第２保持容量６２３は、特許請求の範囲に記載の第２の電圧保持回路の一例である。

寄生容量６２９は、第２負荷トランジスタ６２４のゲートおよびドレイン間に生じる寄生容量、および、垂直信号線（ＶＳＬ１または２）５０１または５０２と第２基準電流線６０２との間に形成される配線間容量からなる。この寄生容量６２９により、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）と負荷トランジスタゲート線６２２との間でカップリングが生じる。すなわち、垂直信号線（ＶＳＬ１および２）における信号レベルの変動によって、負荷トランジスタゲート線６１２における電位が変動する。

このように、本発明の第２の実施の形態では、第２負荷電流供給回路６２０を設けることによって、その接続された垂直信号線における信号レベルの変動に伴う負荷トランジスタゲート線６１２に対するカップリングの影響を軽減することができる。

また、第２設定トランジスタ６２１および第２保持容量６２３を設けることによって、他の垂直信号線における信号レベルの変動に伴う負荷トランジスタゲート線６１２に対するカップリングの影響を軽減することができる。例えば、垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１に対応する第２設定トランジスタ６２１および第２保持容量６２３によって、垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１以外の他の垂直信号線における信号レベルの変動によるカップリングの影響を軽減する。ここで、第２負荷電流供給回路６２０を設けることによる負荷トランジスタゲート線６１２の電位変動の例について以下に図面を参照して説明する。

［負荷トランジスタゲート線６１２の電位変動の例］
図５は、本発明の第２の実施の形態における負荷トランジスタゲート線６１２に対するカップリングの影響の一例を示す概念図である。ここでは、垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１に接続された画素回路４１０により白色光が受光された場合を想定している。

この例では、１行読み出し期間における垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１、第２負荷トランジスタゲート線６２２、第２負荷トランジスタ６２４のソース端子および負荷トランジスタゲート線６１２における電位変動が示されている。また、基準信号読出し期間および画素信号読出し期間は、図４と同様に、信号読出し回路７１０により基準信号および画素信号が読み出される期間である。

垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１には、白色光を受光することによって画素回路４１０から出力された信号レベルが示されている。この垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１の電位は、基準信号読出し期間におけるブラック電位（ＶＢ）から、画像読出し期間においてホワイト電位（ＶＷ）に低下する。すなわち、この垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１の信号レベルは、大きく変動する。

第２負荷トランジスタゲート線６２２には、第２負荷トランジスタ６２４のゲート端子の電位変動が示されている。この第２負荷トランジスタゲート線６２２は、垂直信号線（ＶＳＬ１）５１０のレベル低下に伴い、基準信号読出し期間における電位に対して第２保持容量６２３および寄生容量６２９の分圧比に基づく第２カップリング変動量（ΔＶ_２）だけ低下する。すなわち、第２カップリング変動量（ΔＶ_２）は、垂直信号線（ＶＳＬ１）５１０のレベル低下量（ＶＢ−ＶＷ）と、第２保持容量６２３および寄生容量６２９の合成容量に対する第２保持容量６２３の容量値の割合とに基づいて生成される。

なお、本発明の第１の実施の形態では、この第２カップリング変動量（ΔＶ_２）により、画素信号読出し期間において、垂直信号線（ＶＳＬ１）５１０に接続された増幅トランジスタ４１４における増幅利得が上昇してしまう。

第２負荷トランジスタ６２４ソース端子には、第２負荷トランジスタ６２４のソース単位の電位変動が示されている。この第２負荷トランジスタ６２４ソース端子には、第２負荷トランジスタゲート線６２２から第２カップリング変動量（ΔＶ_２）が伝播するため、第２カップリング変動量（ΔＶ_２）と略等しい電位低下（ΔＶ_２'）が生じる。

負荷トランジスタゲート線６１２には、負荷トランジスタ６１４のゲート端子の電位変動が示されている。この負荷トランジスタゲート線６１２は、第２負荷トランジスタ６２４ソース端子の電位低下（ΔＶ_２'）に伴い、基準信号読出し期間における電位に対し、第１保持容量６１３および寄生容量６１９の分圧比に基づく第１カップリング変動量（ΔＶ_１）だけ低下する。

このように、第２負荷電流供給回路６２０を設けることによって、垂直信号線（ＶＳＬ１）５０１の信号レベルの変動量を、第２保持容量６２３および寄生容量６２９の分圧比に基づく変動量に抑制することができる。これにより、負荷トランジスタ６１４のゲート端子の第１カップリング第２負荷トランジスタ６２４ソース端子の変動量は、保持容量６１３および寄生容量６１９の分圧比に基づく変動量に抑制されるため、カップリングによる影響は無視できるほど小さくなる。例えば、負荷電流供給回路６１０および第２負荷電流供給回路６２０の分圧比を共に１／１０とすると、図１に示した固体撮像装置１００に比べて、負荷トランジスタゲート線６１２のカップリング変動量は１／１０に抑圧される。

このように、本発明の第２の実施の形態では、第２負荷電流供給回路６２０を設けることによって、本発明の第１の実施の形態に比べて、自己の垂直信号線における信号レベルの変動量によるカップリングの影響を抑制することができる。すなわち、垂直信号線における信号レベルの変動量に伴い、その垂直信号線に対応する負荷トランジスタゲート線６１２の電位変動を抑圧することができる。

なお、本発明の第１および第２の実施の形態では、画素回路４１０の列単位により設定トランジスタ６１１および保持容量６１３を設ける例について説明したが、設定トランジスタ６１１および保持容量６１３の個数を削減するようにしてもよい。ここで、設定トランジスタ６１１および保持容量６１３の個数をそれぞれ１個のみ備える固体撮像装置１２０の例について、以下に図面を参照して説明する。

＜３．第３の実施の形態＞
［固体撮像装置１２０の構成例］
図６は、本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置１２０の一構成例を示す回路図である。固体撮像装置１２０は、図１に示した負荷電流源回路６００における負荷電流供給回路６１０に代えて、負荷電流供給回路６３０、電圧設定回路６３１および電圧保持回路６３３を備えている。なお、ここでは、便宜上、図１に示したタイミング制御回路２００、列走査回路５００および信号処理部７２０を省略している。

負荷電流供給回路６３０には、負荷トランジスタ６３４および寄生容量６３９が示されている。この負荷トランジスタ６３４および寄生容量６３９は、図１に示した負荷トランジスタ６１４および寄生容量６１９と同様のものである。このため、ここでの負荷トランジスタ６３４および寄生容量６３９についての説明を省略する。なお、この負荷電流供給回路６３０の構成は、従来の固体撮像装置における負荷電流供給回路と同様の構成である。

電圧設定回路６３１は、維持制御信号線２０３を介してタイミング制御回路２００から供給される維持制御信号に基づいて、負荷トランジスタ６３４のゲート端子に接続される負荷トランジスタゲート線６３２の電位を一定にするためのスイッチである。この電圧設定回路６３１は、タイミング制御回路２００からの維持制御信号に基づいて、そのドレイン側の基準電流線６０１とソース側の負荷トランジスタゲート線６３２との間を接続する。また、電圧設定回路６３１は、図１に示した設定トランジスタ６１１に対応する。

この電圧設定回路６３１は、例えば、電界効果トランジスタにより実現される。また、電圧設定回路６３１は、例えば、そのゲート端子に維持制御信号が供給された場合には、オフ状態となって、基準電流線６０１と、負荷トランジスタゲート線６３２との間を絶縁する。これにより、電圧設定回路６３１は、タイミング制御回路２００からの維持制御信号に基づいて、負荷トランジスタゲート線６３２の電位を一定にする。すなわち、この電圧設定回路６３１は、維持制御信号に基づいて、電圧保持回路６３３に一定の保持電圧を設定する。

また、電圧設定回路６３１は、例えば、電源起動時またはスタンバイ解除時の直後において、保持容量６１３を充電するための充電制御信号をタイミング制御回路２００から受け付けた場合には、基準電流線６０１と電圧保持回路６３３の一端とを接続する。なお、電圧設定回路６３１は、特許請求の範囲に記載の電圧設定回路の一例である。

電圧保持回路６３３は、負荷トランジスタ６３４におけるゲート電圧を一定に保持するためのキャパシタである。この電圧保持回路６３３は、列ごとに生じる寄生容量６３９に起因する垂直信号線（ＶＳＬ１および２）５０１および５０２からのカップリングの影響を抑制することができる程度に大きな容量値を有する。

このように、寄生容量６３９に起因するカップリングの影響を抑制できる程度に電圧保持回路６３３の容量を大きくすることによって、１個の電圧設定回路６３１および電圧保持回路６３３により、負荷電流源回路６００を実現することができる。次に、この固体撮像装置１２０の動作例について、以下に図面を参照して説明する。

［固体撮像装置１２０の動作例］
図７は、本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置１２０の動作の一例を示すタイミングチャートである。ここでは、スタンバイ端子１０１、水平同期端子１０２、画素リセット線３２１、電荷転送線３３１、基準信号読出制御線２０４、画素信号読出制御線２０５、維持制御信号線２０３および負荷トランジスタゲート線６１２における電位変動が示されている。また、この例では、スタンバイ状態から復帰する場合における固体撮像装置１２０を想定している。ここでは、横軸を共通の時間軸として、左から右に時間が経過することとする。

まず、時刻ｔ０の前では、スタンバイ端子１０１からタイミング制御回路２００にスタンバイ信号が供給されているため、固体撮像装置１２０は、スタンバイ状態にある。時刻ｔ０において、スタンバイ端子１０１からの信号電位がＨレベルからＬレベルに遷移することによって、スタンバイ期間が解除される。

次に、時刻ｔ１において、水平同期端子１０２に水平同期パルス１１２が供給されることによって、スタンバイ復帰期間である準備期間が開始される。このとき、維持制御信号線２０３を介して、タイミング制御回路２００から供給される信号の電位がＬレベルからＨレベルに切り替えられることによって、電圧保持回路６３３の充電期間が開始される。

すなわち、維持制御信号線２０３からの充電制御信号に基づいて、電圧設定回路６３１がオン状態となり、電圧保持回路６３３の容量に電荷が蓄積されることによって、電圧保持回路６３３における容量の充電が開始される。そして、負荷トランジスタゲート線６１２の電位は、列ごとに設けられた保持容量６１３に比べて電圧保持回路６３３の容量が大きいため、徐々に上昇する。

この後、時刻ｔ２において、維持制御信号線２０３を介してタイミング制御回路２００から供給される信号の電位がＨレベルからＬレベルに設定されることによって、充電期間が終了する。すなわち、維持制御信号線２０３から電圧設定回路６３１に維持制御信号が供給されることにより、電圧設定回路６３１がオフ状態となって、負荷トランジスタゲート線６１２の電位が一定となる。

続いて、時刻ｔ３において、水平同期端子１０２に水平同期パルス１１２が供給されることによって、準備期間が終了するとともに１行読出し期間が開始される。これとともに、維持制御信号線２０３から接続パルス２１３が供給されることによって、接続期間が開始される。なお、時刻ｔ３以降の動作は、図２に示した固体撮像装置１００の動作と同様であるため、ここでの説明を省略する。

このように、１行読出し期間の２行分に相当する準備期間を設けることによって、容量が比較的大きい電圧保持回路６３３における充電不足を解消することができる。これにより、スタンバイ解除期間における最初の１行読出し期間において、信号読出し回路７１０により、画素回路４１０において適切なレベルにより増幅された信号を読み出すことができる。

このように、本発明の第３の実施の形態では、本発明の第１および第２の実施の形態とは異なり、電圧設定回路６３１および電圧保持回路６３３をそれぞれ１個のみ設けることによって、負荷電流源回路６００の素子数を削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、基準トランジスタ６９０の熱雑音および寄生容量６１９に起因するカップリングの影響による負荷トランジスタ６１４のゲート電圧の変動を抑制することができる。すなわち、負荷電流源回路６００は、基準信号読出し期間から画素信号読出し期間までの読出し期間において、画素回路４１０の各列に接続された垂直信号線に供給される負荷電流を安定化させることができる。

なお、負荷電流を安定化させる手法として、固体撮像装置の外部に外付け容量を設けることも考えられるが、この場合には、外部接続端子を設ける必要があり、そのスペースを確保する必要もあるため、省スペースを考慮した場合には問題となる。しかしながら、本発明の実施の形態では、外付け容量を接続する外部接続端子を設ける必要も無いため、省スペース化を図ることができる。また、外付け容量によって生じるノイズの影響を防止することができる。

なお、本発明の実施の形態では、信号処理部７２０においてＡ／Ｄ変換する例について説明したが、信号読出し回路７１０において列単位によりＡ／Ｄ変換する列並列Ａ／Ｄ変換型ＣＭＯＳセンサーにも適用することができる。すなわち、相関二重サンプリング処理を行う列並列読出し方式のＭＯＳ型固体撮像装置であれば、本発明の実施の形態を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、１１０、１２０ 固体撮像装置
２００ タイミング制御回路
３００ 行走査回路
４００ 画素アレイ部
４１０ 画素回路
４１１ 光電変換素子
４１２ 転送トランジスタ
４１３ リセットトランジスタ
４１４ 増幅トランジスタ
５００ 列走査回路
６００ 負荷電流源回路
６１０、６２０、６３０ 負荷電流供給回路
６１１、６２１ 設定トランジスタ
６１３、６２３ 保持容量
６１４、６２４、６３４ 負荷トランジスタ
６３１ 電圧設定回路
６３３ 電圧保持回路
６８０、６８１ 基準電流生成回路
６９０、６９１、６９２ 基準トランジスタ
７１０ 信号読出し回路
７１１、７１２ ＣＤＳ回路
７２０ 信号処理部

Claims (6)

1. 光信号を画素信号に変換する複数の画素回路と、
   前記複数の画素回路から前記画素信号を読み出すための負荷電流を列単位により前記画素回路に供給する負荷電流源回路と、
   前記複数の画素回路から出力される基準信号および前記画素信号を行単位により読み出して前記読み出された前記基準信号および前記画素信号の差分を出力する信号読出し回路と、
   前記信号読出し回路により前記基準信号が読み出されてから前記画素信号が読み出されるまでの読出し期間における前記負荷電流を一定に維持するための維持制御信号を生成する制御信号生成回路とを具備し、
   前記負荷電流源回路は、
   前記負荷電流を列単位により前記画素回路に供給する複数の負荷トランジスタと、
   前記負荷電流を一定に維持するために前記負荷トランジスタのゲート電圧を一定にするための電圧保持回路と、
   前記維持制御信号に基づいて前記電圧保持回路に一定の保持電圧を設定する電圧設定回路と
   を備える固体撮像装置。
2. 前記制御信号生成回路は、１行単位により前記基準信号が読み出されてから前記画素信号が読み出されるまでの前記読出し期間における前記負荷電流を一定に維持するための維持制御信号を生成する請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記電圧保持回路は、前記複数の画素回路の列単位により前記負荷トランジスタのゲート電圧を一定にするための複数の保持容量を備え、
   前記電圧設定回路は、前記維持制御信号に基づいて前記複数の保持容量の各々に前記保持電圧を設定する複数の設定トランジスタを備える
   請求項１記載の固体撮像装置。
4. 前記負荷電流源回路は、
   前記負荷電流を列単位により前記画素回路に供給する複数の第２の負荷トランジスタと、
   前記第２の負荷トランジスタのゲート電圧を一定にするための第２の電圧保持回路と、
   前記第２の電圧保持回路に前記保持電圧を設定する第２の電圧設定回路と
   をさらに備える請求項３記載の固体撮像装置。
5. 前記制御信号生成回路は、前記読出し期間の開始前の準備期間において前記電圧保持回路の容量を充電するための充電制御信号を生成し、
   電圧設定回路は、前記充電制御信号に基づいて前記負荷トランジスタに対応する基準トランジスタのゲート端子と前記電圧保持回路の一端との間を接続する
   請求項１記載の固体撮像装置。
6. 画素回路に負荷電流を供給するための垂直信号線がドレイン端子に接続される負荷トランジスタと、
   一端に前記負荷トランジスタのソース端子が接続される電圧保持回路と、
   前記負荷電流を一定に維持するための維持制御信号を供給するための維持制御信号線がゲート端子に接続され、ソース端子に前記負荷トランジスタのゲート端子および前記電圧保持回路の他端が接続される電圧設定回路と
   を具備する負荷電流源回路。