JP2020156070A - 固体撮像装置、電子機器、および、固体撮像装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する固体撮像装置において、電荷の転送効率を向上させる。【解決手段】固体撮像装置は、転送トランジスタ、および、電位制御部を具備する。この固体撮像装置において、転送トランジスタは、所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する。また、電位制御部は、浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の転送期間内の電位を前記転送期間外よりも高くする。【選択図】図６

Description

本技術は、固体撮像装置、電子機器、および、固体撮像装置の制御方法に関する。詳しくは、差動増幅を行う固体撮像装置、撮像装置、および、固体撮像装置の制御方法に関する。

従来より、差動増幅を行う差動増幅型の固体撮像装置が撮像装置において用いられている。例えば、一対の画素の一方を参照画素とし、他方を読出画素とし、それらの画素にカレントミラー回路および電流源を接続する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この固体撮像装置において読出画素内には、光電変換素子、転送トランジスタおよび浮遊拡散層が設けられ、それらのうち転送トランジスタは、光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送している。

特開２０１８−１８２４９６号公報

上述の従来技術では、参照画素、読出画素、カレントミラー回路および電流源が差動増幅回路を構成し、その差動増幅回路が差動増幅を行うことにより、信号を増幅するゲインの向上を図っている。しかしながら、光電変換素子から浮遊拡散層への電荷の転送効率をさらに向上させることが困難である。転送トランジスタに供給する転送信号の振幅を大きくするほど転送効率を向上させることができるが、消費電力が増大するために好ましくない。

本技術はこのような状況に鑑みて生み出されたものであり、光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する固体撮像装置において、電荷の転送効率を向上させることを目的とする。

本技術は、上述の問題点を解消するためになされたものであり、その第１の側面は、所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する転送トランジスタと、上記浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の上記転送期間内の電位を上記転送期間外よりも高くする電位制御部とを具備する固体撮像装置、および、その制御方法である。これにより、転送期間内の浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記転送トランジスタは、参照画素内に配置される参照側転送トランジスタと読出画素内に配置される読出側転送トランジスタとを含み、上記参照画素は、所定のリセット信号に従って上記参照画素内の上記浮遊拡散層を初期化する参照側リセットトランジスタと、上記参照画素内の上記浮遊拡散層の電圧を増幅する参照側増幅トランジスタと、上記参照側増幅トランジスタにより増幅された電圧に応じた信号を所定の選択信号に従って出力する参照側選択トランジスタとをさらに備え、上記読出画素は、所定のリセット信号に従って上記読出画素内の上記浮遊拡散層を初期化する読出側リセットトランジスタと、上記読出画素内の上記浮遊拡散層の電圧を増幅する読出側増幅トランジスタと、上記読出側増幅トランジスタにより増幅された電圧に応じた信号を所定の選択信号に従って出力する読出側選択トランジスタとをさらに備えてもよい。これにより、差動増幅型の固体撮像装置において浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記参照側増幅トランジスタおよび上記読出側増幅トランジスタが共通に接続された垂直電流供給線に電流を供給するテール電流源をさらに具備し、上記所定の信号線は、上記垂直電流供給線を含むものであってもよい。これにより、垂直電流供給線の寄生容量に応じた分、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記電位制御部は、上記転送期間内の上記垂直電流供給線の電位を上記転送期間外よりも高くするスイッチを備えてもよい。これにより、垂直電流供給線の寄生容量に応じた分、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記読出側選択トランジスタは、垂直信号線を介して上記信号を出力し、上記電位制御部は、上記転送期間内に上記垂直電流供給線と上記垂直信号線とを接続するスイッチを備えてもよい。これにより、垂直電流供給線の寄生容量に応じた分、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記所定の信号線は、上記読出側選択トランジスタからの上記信号を伝送する垂直信号線を含み、上記電位制御部は、上記転送期間内の上記垂直信号線の電位を上記転送期間外よりも高くするスイッチを備えてもよい。これにより、垂直信号線の寄生容量に応じた分、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記所定の信号線は、電位変動専用線を含み、上記電位制御部は、上記転送期間内の上記電位変動専用線の電位を上記転送期間外よりも高くするドライバを備えてもよい。これにより、電位変動専用線の寄生容量に応じた分、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記電位変動専用線は、水平方向に配線されてもよい。これにより、水平方向の電位変動専用線の寄生容量に応じた分、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記電位変動専用線は、垂直方向に配線されてもよい。これにより、垂直方向の電位変動専用線の寄生容量に応じた分、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記読出画素は、上記電荷を上記電圧に変換する変換効率を制御する変換効率制御トランジスタをさらに備え、上記所定の信号線は、上記変換効率制御トランジスタのゲートに接続された制御線を含むものであってもよい。これにより、制御線の寄生容量に応じた分、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記読出側リセットトランジスタへの上記リセット信号の振幅と上記参照側リセットトランジスタへの上記リセット信号の振幅とが互いに異なっていてもよい。これにより、垂直信号線の振幅が拡大するという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、所定のローレベルと上記ローレベルより高いミドルレベルと上記ミドルレベルより高いハイレベルとのいずれかに上記転送信号の電位を制御するドライバをさらに具備し、上記ドライバは、上記転送期間内に上記転送信号の電位を上記ハイレベルから上記ミドルレベルに遷移させてもよい。これにより、電荷の一部が光電変換素子に戻る現象が抑制されるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、上記転送期間が終了したときから所定期間に亘って上記参照側増幅トランジスタおよび上記読出側増幅トランジスタに供給するテール電流の電流量を増大させる電流量制御部をさらに具備してもよい。これにより、セトリング時間が短くなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、所定の半導体基板において、マイクロレンズと上記光電変換素子との間に配線層が配置され、上記転送トランジスタは、上記配線層に配置されてもよい。これにより、表面照射型の固体撮像装置において、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、この第１の側面において、所定の半導体基板において、マイクロレンズと配線層との間に上記光電変換素子が配置され、上記転送トランジスタは、上記配線層に配置されてもよい。これにより、裏面照射型の固体撮像装置において、浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなるという作用をもたらす。

また、本技術の第２の側面は、所定の配線が設けられた参照画素と、上記参照画素の上記配線と異なる形状の配線が設けられた読出画素とを具備する電子機器である。これにより、参照側の配線と読出側の配線とのそれぞれに異なる寄生容量が生じるという作用をもたらす。

また、この第２の側面において、所定の配線層内の垂直信号線に垂直な水平方向において、上記参照画素における参照側リセットトランジスタに接続された配線と、参照側浮遊拡散層に参照側増幅トランジスタを接続する配線とが、最も近接する部分の長さは、上記読出画素における読出側リセットトランジスタに接続された配線と、読出側浮遊拡散層に読出側増幅トランジスタを接続する配線とが、最も近接する部分の長さよりも短くてもよい。これにより、参照側のリセットトランジスタに接続された配線と浮遊拡散層との間に読出し側と異なる寄生容量が生じるという作用をもたらす。

また、本技術の第３の側面は、所定の接地電位より低い所定の負電位に接続された読出側光電変換素子と、上記読出側光電変換素子から読出側浮遊拡散層へ電荷を転送する読出側転送トランジスタと、上記負電位に接続された参照側光電変換素子と、上記参照側光電変換素子から参照側浮遊拡散層へ電荷を転送する参照側転送トランジスタと、上記接地電位に接続されたテール電流源を備え、上記読出側浮遊拡散層の電圧と上記参照側浮遊拡散層の電圧との差分を増幅した信号を画素信号として出力するカラム読出し回路部とを具備する固体撮像装置である。これにより、電荷の転送効率が向上するという作用をもたらす。

また、この第３の側面において、上記カラム読出し回路部は、上記負電位を生成する負電位生成部をさらに備えてもよい。これにより、外部の電源種別とＣＭＯＳイメージセンサ１０の端子とが削減されるという作用をもたらす。

また、この第３の側面において、上記カラム読出し回路部は、上記負電位と上記接地電位とのいずれかを上記読出側光電変換素子および上記参照側光電変換素子に供給するスイッチをさらに備え、上記カラム読出し回路部は、所定の差動モードが設定された場合には上記差分を増幅し、所定のソースフォロワーモードが設定された場合には上記読出側浮遊拡散層の電圧を増幅した信号と上記参照側浮遊拡散層の電圧を増幅した信号とのそれぞれを出力し、上記スイッチは、上記差動モードが設定された場合には上記負電位を供給し、上記ソースフォロワーモードが設定された場合には上記接地電位を供給してもよい。これにより、差動モードにおいて転送効率が向上するという作用をもたらす。

また、この第３の側面において、上記読出側転送トランジスタおよび上記参照側転送トランジスタのそれぞれに転送信号を供給する垂直駆動部をさらに具備し、上記垂直駆動部は、上記差動モードが設定された場合には上記ソースフォロワーモードよりも低いレベルの上記転送信号を供給してもよい。これにより、転送信号に対応するトランジスタのゲート酸化膜の耐圧をＳＦモードと同様にして信頼性に影響のないようにできるという作用をもたらす。

また、この第３の側面において、上記カラム読出し回路部は、上記差分を増幅した信号を垂直信号線を介して出力し、上記垂直信号線を被覆するシールド線は、上記接地電位に接続されてもよい。これにより、ノイズが低減するという作用をもたらす。

また、本技術の第４の側面は、所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する転送トランジスタと、上記浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の上記転送期間内の電位を上記転送期間外よりも高くする電位制御部と、上記浮遊拡散層の電圧に応じた画素信号を処理する信号処理部とを具備する撮像装置である。これにより、転送期間内の浮遊拡散層の電圧上昇量が大きくなり、その浮遊拡散層の電圧に応じた画素信号が処理されるという作用をもたらす。

本技術の第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。 本技術の第１の実施の形態における画素アレイ部の平面図の一例である。 本技術の第１の実施の形態における参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１の実施の形態における読出画素内の寄生容量の一例を示す回路図である。 本技術の第１の実施の形態におけるカラム読出し回路部の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第１の実施の形態における単位読出し回路、参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１の実施の形態におけるＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサの読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第１の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの動作の一例を示すフローチャートである。 本技術の第１の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの断面図の一例である。 本技術の第２の実施の形態における単位読出し回路、参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第２の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第３の実施の形態における単位読出し回路、参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第３の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第４の実施の形態における垂直駆動部の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第４の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第４の実施の形態における参照画素のレイアウトの一例を示す平面図である。 本技術の第４の実施の形態における読出画素のレイアウトの一例を示す平面図である。 本技術の第５の実施の形態における垂直駆動部の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第５の実施の形態における単位読出し回路、参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第５の実施の形態における読出画素内の寄生容量の一例を示す回路図である。 本技術の第５の実施の形態における参照画素内の寄生容量の一例を示す回路図である。 本技術の第５の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第６の実施の形態における単位読出し回路、参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第６の実施の形態における読出画素内の寄生容量の一例を示す回路図である。 本技術の第６の実施の形態における参照画素内の寄生容量の一例を示す回路図である。 本技術の第６の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第７の実施の形態における垂直駆動部の一構成例を示すブロック図である。 本技術の第７の実施の形態における参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第７の実施の形態における読出画素内の寄生容量の一例を示す回路図である。 本技術の第７の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第８の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの断面図の一例である。 本技術の第９の実施の形態における単位読出し回路の一構成例を示す回路図である。 本技術の第９の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。 本技術の第１０の実施の形態における参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１０の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの断面図の一例である。 本技術の第１１の実施の形態におけるカラム読出し回路部、参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１２の実施の形態におけるカラム読出し回路部、参照画素および読出画素の一構成例を示す回路図である。 本技術の第１２の実施の形態における転送信号のレベルの設定例を示す図である。 本技術の第１０の実施の形態における画素アレイ部の一構成例を示す回路図である。 本技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例を示す図である。 本技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器の構成例を示すブロック 図である。 本技術を適用した固体撮像装置の使用例を示す図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

以下、本技術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（垂直電流供給線の電位を高くする例）
２．第２の実施の形態（垂直電流供給線を垂直信号線に接続して、その電位を高くする例）
３．第３の実施の形態（垂直信号線の電位を高くする例）
４．第４の実施の形態（垂直電流供給線の電位を高くし、転送信号を３値制御する例）
５．第５の実施の形態（水平方向の電位変動線の電位を高くする例）
６．第６の実施の形態（垂直方向の電位変動線の電位を高くする例）
７．第７の実施の形態（垂直電流供給線の電位を高くし、電荷電圧変換効率を制御する例）
８．第８の実施の形態（裏面照射型において垂直電流供給線の電位を高くする例）
９．第９の実施の形態（垂直電流供給線の電位を高くし、テール電流を増大する例）
１０．変形例
１１．電子機器の構成
１２．固体撮像装置の使用例
１３．移動体への応用例

＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成例を示す図である。

図１のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、ＣＭＯＳを用いた固体撮像装置の一例である。ＣＭＯＳイメージセンサ１０は、光学レンズ系（不図示）を介して被写体からの入射光（像光）を取り込んで、撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。なお、ＣＭＯＳイメージセンサ１０は、特許請求の範囲に記載の固体撮像装置の一例である。

図１において、ＣＭＯＳイメージセンサ１０は、画素アレイ部１１、垂直駆動部１２、カラム読出し回路部１３、カラム信号処理部１４、水平駆動部１５、システム制御部１６、信号処理部１７、及びデータ格納部１８を含んで構成される。

これら画素アレイ部１１、垂直駆動部１２、カラム読出し回路部１３、カラム信号処理部１４、水平駆動部１５、システム制御部１６、信号処理部１７、及びデータ格納部１８は、同一又は電気的に接続された複数の積層半導体基板（チップ）上に形成されている。

画素アレイ部１１には、入射光量に応じた電荷量を光電変換して内部に蓄積し、信号として出力を行うことが可能な光電変換部（例えば、フォトダイオード）を有する単位画素（画素）が、行列状に２次元配置されている。

なお、画素アレイ部１１には、有効な画素（有効画素）の他に、光電変換を行うフォトダイオードを持たない構造のダミー画素や、受光面を遮光して外部からの光入射を遮断していること以外は有効画素と等価な遮光画素が、行列状に２次元配置されている領域を含む場合がある。

また、以下の説明では、入射光量に応じた電荷量の光電荷を、単に「電荷」と記述し、単位画素を、単に「画素」と記述する場合がある。

画素アレイ部１１にはさらに、行列状の画素配列に対して行ごとに画素駆動線３１が図の左右方向（画素行の画素の配列方向）に沿って形成され、列ごとに垂直画素配線３２が図の上下方向（画素列の画素の配列方向）に沿って形成されている。画素駆動線３１の一端は、垂直駆動部１２の各行に対応した出力端に接続されている。

カラム読出し回路部１３は少なくとも、画素アレイ部１１内の選択行画素に列ごとに定電流を供給する回路、高ゲインアンプを構成するカレントミラー回路、読出しモード切替スイッチから成り、画素アレイ部１１内の選択画素内のトランジスタと共に増幅器を構成し、光電荷信号を電圧信号に変換して垂直画素配線３２に出力する。

垂直駆動部１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１１の各画素を、全画素同時あるいは行単位等で駆動する画素駆動部である。この垂直駆動部１２は、その具体的な構成については図示を省略するが、読み出し走査系と、掃き出し走査系あるいは、一括掃き出し、一括転送を有する構成となっている。

読み出し走査系は、画素から信号を読み出すために、画素アレイ部１１の画素を行単位で順に選択走査する。行駆動（ローリングシャッタ動作）の場合、掃き出しについては、読み出し走査系によって読み出し走査が行われる読み出し行に対して、その読み出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃き出し走査が行なわれる。

また、グローバル露光（グローバルシャッタ動作）の場合は、一括転送よりもシャッタスピードの時間分先行して一括掃き出しが行なわれる。この掃き出しにより、読み出し行の画素の光電変換素子から不要な電荷が掃き出される（リセットされる）。そして、不要電荷の掃き出し（リセット）により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。

ここで、電子シャッタ動作とは、直前まで光電変換素子に溜まっていた不要な光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。読み出し走査系による読み出し動作によって読み出される信号は、その直前の読み出し動作又は電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。

行駆動の場合は、直前の読み出し動作による読み出しタイミング又は電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読み出し動作による読み出しタイミングまでの期間が、画素における光電荷の蓄積時間（露光時間）となる。グローバル露光の場合は、一括掃き出しから一括転送までの時間が蓄積時間（露光時間）となる。

垂直駆動部１２によって選択走査された画素行の各画素から出力される画素信号は、垂直画素配線３２の各々を通してカラム信号処理部１４に供給される。カラム信号処理部１４は、画素アレイ部１１の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直画素配線３２を通して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。

具体的には、カラム信号処理部１４は、信号処理として少なくとも、ノイズ除去処理、例えば、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）処理を行う。このカラム信号処理部１４による相関二重サンプリングにより、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。なお、カラム信号処理部１４にノイズ除去処理以外に、例えば、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換機能を持たせ、信号レベルをデジタル信号で出力することも可能である。

水平駆動部１５は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム信号処理部１４の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部１５による選択走査により、カラム信号処理部１４で信号処理された画素信号が順番に信号処理部１７に出力される。

システム制御部１６は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動部１２、カラム信号処理部１４、及び水平駆動部１５などの駆動制御を行う。

ＣＭＯＳイメージセンサ１０はさらに、信号処理部１７及びデータ格納部１８を備えている。信号処理部１７は、少なくとも加算処理機能を有し、カラム信号処理部１４から出力される画素信号に対して加算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部１８は、信号処理部１７での信号処理に当たって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。

これら信号処理部１７及びデータ格納部１８については、ＣＭＯＳイメージセンサ１０とは別の基板に設けられる外部信号処理部、例えばＤＳＰ(Digital Signal Processor)やソフトウェアによる処理でも構わないし、ＣＭＯＳイメージセンサ１０と同じ基板上に搭載しても構わない。

［画素アレイ部の構成例］
図２は、本技術の第１の実施の形態における画素アレイ部１１の平面図の一例である。画素アレイ部１１には、参照画素領域１１１と読出画素領域１１２とが設けられる。参照画素領域１１１には、複数の参照画素１２０が水平方向に配列される。一方、読出画素領域１１２には、複数の読出画素１３０が二次元格子状に配列される。ここで、読出画素１３０は、画素信号を読み出す対象の画素である。一方、参照画素１２０は、差動増幅する際に、読出画素１３０からの信号と比較するための参照信号を出力する画素である。

以下、水平方向に配列した画素（参照画素１２０や読出画素１３０）の集合を「行」と称し、行に垂直な方向に配列した画素の集合を「列」と称する。

行内の画素のそれぞれは、画素駆動線３１を介して垂直駆動部１２と接続される。また、列内の画素のそれぞれは、垂直画素配線３２を介してカラム読出し回路部１３と接続される。

［画素の構成例］
図３は、本技術の第１の実施の形態における参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。参照画素１２０は、光電変換素子１２１、転送トランジスタ１２２、リセットトランジスタ１２３、浮遊拡散層１２４、選択トランジスタ１２５および増幅トランジスタ１２６を備える。また、読出画素１３０は、光電変換素子１３１、転送トランジスタ１３２、リセットトランジスタ１３３、浮遊拡散層１３４、選択トランジスタ１３５および増幅トランジスタ１３６を備える。

また、参照画素１２０の行には、選択線３１_ＳＲ、リセット線３１_ＲＲ、転送線３１_ＴＲが配線される。読出画素領域１１２の行数をＩ（Ｉは、整数）とすると、ｉ（ｉは、０乃至Ｉ−１の整数）番目の行には、選択線３１_Ｓｉ、リセット線３１_Ｒｉおよび転送線３１_Ｔｉが配線される。列数をＫ（Ｋは、整数）とすると、ｋ（ｋは、０乃至Ｋ−１の整数）番目の列には、垂直リセット入力線ＶＲＤＲ_ｋおよびＶＲＤ_ｋと、垂直信号線ＶＳＬＲ_ｋおよびＶＳＬ_ｋと、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋとが配線される。

光電変換素子１２１は、光電変換により電荷を生成するものである。転送トランジスタ１２２は、転送線３１_ＴＲを介して伝送された転送信号ＴＲＧ_Ｒに従って、光電変換素子１２１から浮遊拡散層１２４へ電荷を転送するものである。

リセットトランジスタ１２３は、リセット線３１_ＲＲを介して伝送されたリセット信号ＲＳＴ_Ｒに従って、浮遊拡散層１２４を垂直リセット入力線ＶＲＤＲ_ｋに接続し、浮遊拡散層１２４の電荷を引き抜いて、その電圧を初期化するものである。

浮遊拡散層１２４は、転送された電荷を蓄積し、電荷量に応じた電圧を生成するものである。

増幅トランジスタ１２６は、浮遊拡散層１２４の電圧を増幅するものである。この増幅トランジスタ１２６のソースは、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋに接続される。

選択トランジスタ１２５は、選択線３１_ＳＲを介して伝送された選択信号ＳＥＬ_Ｒに従って、増幅された電圧に応じた信号を垂直信号線ＶＳＬＲ_ｋに出力するものである。

読出画素１３０の回路構成は、参照画素１２０と同様である。ただし、転送信号ＴＲＧ_ｉは、転送線３１_Ｔｉを介して伝送され、リセット信号ＲＳＴ_ｉは、リセット線３１_Ｒｉを介して伝送される。選択信号ＳＥＬ_ｉは、選択線３１_Ｓｉを介して伝送される。また、リセットトランジスタ１３３は、浮遊拡散層１３４を垂直リセット入力線ＶＲＤ_ｋに接続し、選択トランジスタ１３５は、信号を垂直信号線ＶＳＬ_ｋに出力する。増幅トランジスタ１３６のソースは、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋに接続される。

なお、転送トランジスタ１２２は、特許請求の範囲に記載の参照側転送トランジスタの一例であり、転送トランジスタ１３２は、特許請求の範囲に記載の読出側転送トランジスタの一例である。リセットトランジスタ１２３は、特許請求の範囲に記載の参照側リセットトランジスタの一例であり、リセットトランジスタ１３３は、特許請求の範囲に記載の読出側リセットトランジスタの一例である。増幅トランジスタ１２６は、特許請求の範囲に記載の参照側増幅トランジスタの一例であり、増幅トランジスタ１３６は、特許請求の範囲に記載の読出側増幅トランジスタの一例である。選択トランジスタ１２５は、特許請求の範囲に記載の参照側選択トランジスタの一例であり、選択トランジスタ１３５は、特許請求の範囲に記載の読出側選択トランジスタの一例である。

図４は、本技術の第１の実施の形態における読出画素１３０内の寄生容量の一例を示す回路図である。例えば、選択線３１_Ｓｉと浮遊拡散層１３４との間には、Ｃ_{FD_SEL}の寄生容量が生じ、リセット線３１_Ｒｉと浮遊拡散層１３４との間には、Ｃ_{FD_RST}の寄生容量が生じる。転送線３１_Ｔｉと浮遊拡散層１３４との間には、Ｃ_{FD_TRG}の寄生容量が生じる。

また、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋと浮遊拡散層１３４との間には、Ｃ_{FD_VCOM}の寄生容量が生じ、垂直信号線ＶＳＬ_ｋと浮遊拡散層１３４との間には、Ｃ_{FD_VSL}の寄生容量が生じる。浮遊拡散層の総容量から、Ｃ_{FD_SEL}などの各種の寄生容量を除いた残りの容量をＣ_{FD_rem}とする。

同図に例示したように、画素アレイ部１１内の水平方向の配線や垂直方向の配線と浮遊拡散層１３４との間には寄生容量が存在し、これらの寄生容量を介して、複数の配線が浮遊拡散層１３４と容量結合されている。例えば、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋや転送線３１_Ｔｉが浮遊拡散層１３４容量結合されている。

同図における寄生容量の容量値は、例えば、１ａＦ（アトファラッド）以上とする。１ａＦ（アトファラッド）未満の寄生容量も厳密には存在するが、浮遊拡散層１３４の電位上昇量にほとんど寄与せず、無視することができる。

［カラム読出し回路部の構成例］
図５は、本技術の第１の実施の形態におけるカラム読出し回路部１３の一構成例を示すブロック図である。このカラム読出し回路部１３には、列ごとに、単位読出し回路３００が配置される。単位読出し回路３００は、対応する列の画素信号Ｖｏｕｔ_ｋを読み出し、カラム信号処理部１４へ出力するものである。それぞれの単位読出し回路３００には、システム制御部１６からの制御信号ＳＷ０、ＳＷ１およびＳＷ２が入力される。

図６は、本技術の第１の実施の形態における単位読出し回路３００、参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。

単位読出し回路３００は、スイッチ３１１、３１２および３１６と、ｐＭＯＳ（p-channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ３１３および３１４と、テール電流源３１５とを備える。

垂直リセット入力線ＶＲＤＲ_ｋは、所定のリセット電圧Ｖｒｓｔのノードに接続される。ｐＭＯＳトランジスタ３１３および３１４は、電源電圧ＶＤＤのノードに並列に接続される。また、ｐＭＯＳトランジスタ３１３のゲートおよびドレインは短絡され、そのドレインは垂直信号線ＶＳＬＲ_ｋに接続される。一方、ｐＭＯＳトランジスタ３１４のゲートは、ｐＭＯＳトランジスタ３１３のゲートに接続され、そのドレインは垂直信号線ＶＳＬ_ｋに接続される。また、ｐＭＯＳトランジスタ３１４のドレインからは、画素信号Ｖｏｕｔ_ｋが出力される。テール電流源３１５は、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋと、基準電位（接地電位など）のノードとの間に挿入される。

スイッチ３１１は、システム制御部１６からの制御信号ＳＷ１に従って、垂直リセット入力線ＶＲＤＲ_ｋと垂直リセット入力線ＶＲＤ_ｋとの間の経路を開閉するものである。

スイッチ３１２は、システム制御部１６からの制御信号ＳＷ０に従って、垂直リセット入力線ＶＲＤ_ｋと垂直信号線ＶＳＬ_ｋとの間の経路を開閉するものである。

スイッチ３１６は、システム制御部１６からの制御信号ＳＷ２に従って、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋと、所定の電位ＶＶＣＯＭＨのノードとの間の経路を開閉するものである。

同図に例示した回路構成により、スイッチ３１１が開状態であり、スイッチ３１２が閉状態の際に、単位読出し回路３００、参照画素１２０および読出画素１３０からなる回路は、差動増幅回路を構成する。この差動増幅回路により、参照画素１２０内の浮遊拡散層１２４の電圧を参照電圧とし、読出画素１３０内の浮遊拡散層１３４の電圧を読出し電圧として、それらを差動増幅した信号が画素信号Ｖｏｕｔ_ｋとして出力される。

なお、参照画素１２０の位置を固定としているが、この構成に限定されない。隣接する一対の画素の一方を参照画素とし、他方を読出画素とし、それらを入替え可能な構成とすることもできる。この場合には、例えば、特開２０１８−１８２４９６号公報の図１６に記載のスイッチが追加される。それらのスイッチの制御タイミングは、特開２０１８−１８２４９６号公報の図１８に記載されている。

［ＣＭＯＳイメージセンサの動作例］
図７は、本技術の第１の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。同図の読出し動作は、読出画素領域１１２内のＩ行のうちｉ行目の読出し動作を示す。ｉ＋１行以降の行を読み出す際には、読出し対象の行が変更され、同図に例示した制御が繰り返し実行される。

垂直駆動部１２は、選択信号ＳＥＬ_ｉおよびＳＥＬ_Ｒをハイレベルにする。選択信号ＳＥＬ_ｉ＋１などの読出し対象外の行の選択信号は、ローレベルに制御される。

露光終了の直前のタイミングＴ０から、所定のパルス期間が経過するタイミングＴ１までの初期化期間において、垂直駆動部１２は、リセット信号ＲＳＴ_ｉおよびＲＳＴ_Ｒをハイレベルにする。これにより、読出画素１３０の浮遊拡散層ＦＤ_ｉｋが初期化される。

また、システム制御部１６は、タイミングＴ１の直後に制御信号ＳＷ０をハイレベルからローレベルにし、対応するスイッチ３１２を閉状態から開状態に遷移させる。また、システム制御部１６は、タイミングＴ１の直後に制御信号ＳＷ１をローレベルからハイレベルにし、対応するスイッチ３１１を開状態から閉状態に遷移させる。これにより、差動増幅回路が構成され、初期化時のリセットレベルが読み出される。

そして、露光が終了するタイミングＴ２から、パルス期間が経過するタイミングＴ４までの転送期間において、垂直駆動部１２は、転送信号ＴＲＧ_ｉおよびＴＲＧ_Ｒをハイレベルにする。このときの転送信号ＴＲＧ_ｉの上昇量をΔＶ_ＴＲＧとする。これにより、浮遊拡散層１３４の電圧が上昇し、光電変換素子１３１から浮遊拡散層１３４への電荷の転送が開始される。このときの浮遊拡散層１３４の電圧上昇量をΔＶ_ＦＤとする。また、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電圧も上昇し、セトリング時間の経過後に露光量に応じた信号レベルとなる。

また、タイミングＴ２から、タイミングＴ４の直前のタイミングＴ３までの間において、システム制御部１６は、制御信号ＳＷ２をハイレベルにし、対応するスイッチ３１６を閉状態にする。これにより、転送期間内の垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位は、転送期間外より高い電位ＶＶＣＯＭＨまで上昇する。このときの垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの上昇量をΔＶ_ＶＣＯＭとする。

ここで、スイッチ３１６を設けず、転送期間内に垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位が上昇しない比較例を想定する。この比較例では、電荷転送時の浮遊拡散層１３４の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは、転送信号ＴＲＧ_ｉの上昇量ΔＶ_ＴＲＧに応じた値となり、例えば、次の式により表される。
ΔＶ_ＦＤ＝ΔＶ_ＴＲＧ（Ｃ_{FD_TRG}／Ｃ_{FD_total}） ・・・・式１
上式において、Ｃ_{FD_total}は、浮遊拡散層１３４の総容量を表す。

この比較例に対して、スイッチ３１６を設けた構成では、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋが浮遊拡散層１３４と容量結合されているため、電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは、上昇量ΔＶ_ＴＲＧおよびΔＶ_ＶＣＯＭに応じた値となり、例えば、次の式により表される。
ΔＶ_ＦＤ＝ΔＶ_ＶＣＯＭ（Ｃ_{FD_VCOM}／Ｃ_{FD_total}）
＋ΔＶ_ＴＲＧ（Ｃ_{FD_TRG}／Ｃ_{FD_total}） ・・・式２

式１および式２に例示したように、スイッチ３１６を設けて転送期間内に垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位を上昇させることにより、スイッチ３１６を設けない比較例よりも、電圧上昇量ΔＶ_ＦＤを大きくすることができる。転送される電荷は電子であるため、電圧上昇量ΔＶ_ＦＤが増大するほど、ポテンシャル勾配が大きくなり、電荷の転送効率を向上させることができる。なお、スイッチ３１６は、特許請求の範囲に記載の電位制御部の一例である。

なお、スイッチ３１６は、転送期間内に垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位を上昇させているが、浮遊拡散層１３４との間で一定値（１ａＦなど）以上の寄生容量の生じる信号線であれば、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋ以外の信号線の電位を上昇させることもできる。例えば、スイッチは、後述するように、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電位を上昇させることもできる。

図８は、本技術の第１の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の動作の一例を示すフローチャートである。この動作は、例えば、画像データを撮像するための所定のアプリケーションが実行されたときに開始される。

垂直駆動部１２は、参照画素１２０を配列した参照行と、読み出す対象の読出し行との浮遊拡散層をリセット信号によりリセットする（ステップＳ９０１）。そして、垂直駆動部１２は、転送信号をハイレベルにしつつ、垂直電流供給線ＶＣＯＭｋの電位を上昇し、浮遊拡散層へ電荷を転送させる（ステップＳ９０２）。

カラム信号処理部１４は、列ごとの画素信号に対してＣＤＳ処理等の信号処理を行う（ステップＳ９０３）。そして、ＣＭＯＳイメージセンサ１０は、全行を読み出したか否かを判断する（ステップＳ９０４）。全行を読み出していない場合（ステップＳ９０４：Ｎｏ）、ＣＭＯＳイメージセンサ１０は、読出し対象行を変更してステップＳ９０１以降を繰り返し実行する。

全行を読み出した場合（ステップＳ９０４：Ｙｅｓ）、ＣＭＯＳイメージセンサ１０は、読出しのための動作を終了する。複数の画像データを撮像する場合には、垂直同期信号などに同期して、ステップＳ９０１乃至Ｓ９０４の処理が繰り返し実行される。

図９は、本技術の第１の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の断面図の一例である。マイクロレンズの下方に配線層５０２が配置され、その下方に光電変換層５０１が設けられる。配線層５０２には、転送トランジスタ１３２などのトランジスタや、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋなどの信号線が設けられる。光電変換層５０１には、光電変換素子１２１や１３１が配置される。

同図に例示したように、マイクロレンズと光電変換層５０１との間との間に配線層５０２を配置するＣＭＯＳイメージセンサ１０では、回路を配置する面である表面に光が照射される。このような固体撮像装置は、表面照射型の固体撮像装置と呼ばれる。

このように、本技術の第１の実施の形態によれば、浮遊拡散層１３４と容量結合されている垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの転送期間内の電位をスイッチ３１６が上昇させるため、その上昇量に応じて浮遊拡散層１３４の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤを大きくすることができる。これにより、光電変換素子１３１から浮遊拡散層１３４への電荷の転送効率を向上させることができる。また、このような電荷の転送効率の向上により、画素の感度が高くなるため、画像データの画質を向上させることができる。

＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋに、電位ＶＶＣＯＭＨを供給していたが、この構成では、電位ＶＶＣＯＭＨを供給する回路（定電圧源など）が必要になる。この第２の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋを垂直信号線ＶＳＬ_ｋに接続するスイッチを設け、定電圧源などを不要とした点において第１の実施の形態と異なる。

図１０は、本技術の第２の実施の形態における単位読出し回路３００、参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。この第２の実施の形態の単位読出し回路３００は、スイッチ３１６の代わりにスイッチ３１７を備える点において第１の実施の形態と異なる。

スイッチ３１７は、システム制御部１６からの制御信号ＳＷ３に従って、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋを垂直信号線ＶＳＬ_ｋとの間の経路を開閉するものである。

図１１は、本技術の第２の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。

転送期間内のタイミングＴ２からタイミングＴ３までの間において、システム制御部１６は、制御信号ＳＷ３をハイレベルにし、対応するスイッチ３１７を閉状態にする。これにより、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋは垂直信号線ＶＳＬ_ｋと接続され、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位は、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電位ＶＶＳＬと同等の値まで上昇する。電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは、第１の実施の形態と同様に式２により表される。なお、スイッチ３１７は、特許請求の範囲に記載の電位制御部の一例である。

このように、本技術の第２の実施の形態によれば、スイッチ３１７が、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋを垂直信号線ＶＳＬ_ｋと接続するため、定電圧源などを設けなくても垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位を上昇させることができる。

＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位を上昇させていたが、この構成の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは式２に例示したように寄生容量Ｃ_{FD_VCOM}に依存するため、寄生容量Ｃ_{FD_VCOM}が小さいと電圧上昇量が不足するおそれがある。この第３の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電位を上昇させる点において第１の実施の形態と異なる。

図１２は、本技術の第３の実施の形態における単位読出し回路３００、参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。この第３の実施の形態の単位読出し回路３００は、スイッチ３１６の代わりにスイッチ３１８を備える点において第１の実施の形態と異なる。

スイッチ３１８は、システム制御部１６からの制御信号ＳＷ４に従って、垂直信号線ＶＳＬ_ｋと、所定の電位ＶＶＳＬＨのノードとの間の経路を開閉するものである。電位ＶＶＳＬＨとして、例えば、電源電圧ＶＤＤと同じ電位が設定される。

図１３は、本技術の第３の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。

転送期間内のタイミングＴ２からタイミングＴ３までの間において、システム制御部１６は、制御信号ＳＷ４をハイレベルにし、対応するスイッチ３１８を閉状態にする。これにより、転送期間内の垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電位は、転送期間外より高い電位ＶＶＳＬＨまで上昇する。このときの垂直信号線ＶＳＬ_ｋの上昇量をΔＶ_ＶＳＬとする。このときの電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは、次の式により表される。
ΔＶ_ＦＤ＝ΔＶ_ＶＳＬ（Ｃ_{FD_VSL}／Ｃ_{FD_total}）
＋ΔＶ_ＴＲＧ（Ｃ_{FD_TRG}／Ｃ_{FD_total}） ・・・式３

式３より、スイッチ３１８を設けない場合よりも、電圧上昇量ΔＶ_ＦＤが大きくなる。なお、第３の実施の形態に、第１の実施の形態のスイッチ３１６や第２の実施の形態のスイッチ３１７をさらに追加することもできる。

このように、本技術の第３の実施の形態によれば、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電位を転送期間内にスイッチ３１８が上昇させるため、その上昇量に応じて浮遊拡散層１３４の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤを大きくすることができる。

＜４．第４の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、転送信号の電位をハイレベルおよびローレベルのいずれかに制御していたが、この構成では、浮遊拡散層１３４へ転送した電荷の一部が光電変換素子１３１へ戻るおそれがある。この第４の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、転送信号の電位をハイレベル、ミドルレベルおよびローレベルの３値のいずれかに制御する点において第１の実施の形態と異なる。

図１４は、本技術の第４の実施の形態における垂直駆動部１２の一構成例を示すブロック図である。この第４の実施の形態の垂直駆動部１２は、ドライバ制御部２１０と、ドライバ２２１乃至２２６とを備える。これらのうちドライバ２２４乃至２２６は、読出画素領域１１２内の行ごとに配置される。

ドライバ制御部２１０は、ドライバ２２１乃至２２６のそれぞれの動作を制御するものである。

ドライバ２２１は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＳＥＬＨ_ＲおよびＶＳＥＬＬ_Ｒのいずれかを選択線３１_ＳＲに供給するものである。ハイレベルＶＳＥＬＨ_Ｒは、例えば、ローレベルＶＳＥＬＬ_Ｒよりも高い電位である。これらの電位の信号が選択信号ＳＥＬ_Ｒとして参照行に供給される。

ドライバ２２２は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＲＳＴＨ_ＲおよびＶＲＳＴＬ_Ｒのいずれかをリセット線３１_ＲＲに供給するものである。ハイレベルＶＲＳＴＨ_Ｒは、例えば、ローレベルＶＲＳＴＬ_Ｒよりも高い電位である。これらの電位の信号がリセット信号ＲＳＴ_Ｒとして参照行に供給される。

ドライバ２２３は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＴＲＧＨ_Ｒ、ＶＴＲＧＭ_ＲおよびＶＴＲＧＬ_Ｒのいずれかを転送線３１_ＴＲに供給するものである。ハイレベルＶＴＲＧＨ_Ｒは、例えば、ミドルレベルＶＴＲＧＭ_Ｒよりも高く、ミドルレベルＶＴＲＧＭ_Ｒは、ローレベルＶＴＲＧＬ_Ｒよりも高い電位である。これらの電位の信号が転送信号ＴＲＧ_Ｒとして参照行に供給される。

ドライバ２２４は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＳＥＬＨおよびＶＳＥＬＬのいずれかを選択線３１_Ｓｉに供給するものである。ハイレベルＶＳＥＬＨは、例えば、ローレベルＶＳＥＬＬよりも高い電位である。これらの電位の信号が選択信号ＳＥＬ_ｉとして対応する読出し行に供給される。

ドライバ２２５は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＲＳＴＨおよびＶＲＳＴＬのいずれかをリセット線３１_Ｒｉに供給するものである。ハイレベルＶＲＳＴＨは、例えば、ローレベルＶＲＳＴＬよりも高い電位である。これらの電位の信号がリセット信号ＲＳＴ_ｉとして対応する読出し行に供給される。

ドライバ２２６は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＴＲＧＨ、ＶＴＲＧＭおよびＶＴＲＧＬのいずれかを転送線３１_Ｔｉに供給するものである。ハイレベルＶＴＲＧＨは、例えば、ミドルレベルＶＴＲＧＭよりも高く、ミドルレベルＶＴＲＧＭは、ローレベルＶＴＲＧＬよりも高い電位である。これらの電位の信号が転送信号ＴＲＧ_ｉとして対応する読出し行に供給される。

なお、ドライバ２２４乃至２２６を読出画素領域１１２内の行ごとに配置しているが、この構成に限定されない。ドライバ２２４乃至２２６を１つずつ配置し、出力先の行をデマルチプレクサなどにより切り替える構成とすることもできる。

図１５は、本技術の第４の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。

タイミングＴ０乃至Ｔ１のリセット期間において、垂直駆動部１２は、第１の実施の形態と同様にリセット信号ＲＳＴ_ＲおよびＲＳＴ_ｉの電位をハイレベルにする。ただし、第４の実施の形態において垂直駆動部１２は、リセット信号ＲＳＴ_Ｒの振幅をリセット信号ＲＳＴ_ｉと異なる値にする。例えば、参照側のハイレベルＶＲＳＴＨ_Ｒを２．１ボルト（Ｖ）とし、ローレベルＶＲＳＴＬ_Ｒを０．０ボルト（Ｖ）とする。一方、読出し側のハイレベルＶＲＳＴＨを２．０ボルト（Ｖ）と参照側より低くし、ローレベルＶＲＳＴＬを０．０ボルト（Ｖ）とする。

なお、垂直駆動部１２は、リセット信号のハイレベルを参照側と読出し側とで異なる値に制御しているが、その代わりにローレベルを参照側と読出し側とで異なる値に制御することもできる。また、リセット信号のハイレベルおよびローレベルの両方を参照側と読出し側とで異なる値に制御することもできる。

上述のリセット信号の供給により、参照側の方がリセットフィードスルー量が大きくなる。ここで、参照側の浮遊拡散層の電圧降下量をΔ_{ＶＦＤＲＳＴＲ}とし、読出し側の浮遊拡散層の電圧降下量をΔ_{ＶＦＤＲＳＴ}とすると、それらは次の式により表される。
Δ_{ＶＦＤＲＳＴＲ}＝
（ＶＲＳＴＨ_Ｒ−ＶＲＳＴＬ_Ｒ）（Ｃ_{FD_RSTR}／Ｃ_{FD_total}）・・・式４
Δ_{ＶＦＤＲＳＴ}＝
（ＶＲＳＴＨ−ＶＲＳＴＬ）（Ｃ_{FD_RST}／Ｃ_{FD_total}） ・・・式５

また、差動増幅回路のオープンループゲインをＡｖとすると、リセット時の垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電圧降下量Δ_{ＶＳＬＲＳＴ}は、次の式により表される。
Δ_{ＶＳＬＲＳＴ}＝−Ａｖ・（Δ_{ＶＦＤＲＳＴ}−Δ_{ＶＦＤＲＳＴＲ}） ・・・式６

式４乃至式６に例示したように、参照側の電圧降下量Δ_{ＶＦＤＲＳＴＲ}と読出し側の電圧降下量Δ_{ＶＦＤＲＳＴ}との差分である差動入力がオープンループゲインＡｖにより増幅されて、垂直信号線ＶＳＬ_ｋのレベルがシフトする。オープンループゲインＡｖは、例えば、−２０であり、差動入力を５ミリボルト（ｍＶ）とすると、垂直信号線ＶＳＬ_ｋのレベルは、式６より−１００ミリボルト（ｍＶ）シフトする。このように垂直信号線ＶＳＬｋの振幅可能なレンジが１００ミリボルト（ｍＶ）分、拡大する。

また、転送期間開始時のタイミングＴ２において、垂直駆動部１２は、転送信号ＴＲＧ_ｉおよびＴＲＧ_Ｒの電位をローレベルからハイレベルに制御する。そして、転送期間内のタイミングＴ３乃至Ｔ４の間において垂直駆動部１２は、転送信号ＴＲＧ_ｉおよびＴＲＧ_Ｒの電位をミドルレベルに制御する。転送期間終了時のタイミングＴ４において、垂直駆動部１２は、転送信号ＴＲＧ_ｉおよびＴＲＧ_Ｒの電位をミドルレベルからローレベルに制御する。

同図に例示するように転送信号の電位をハイレベルからミドルレベルへ、ミドルレベルからローレベルへと制御することにより、浮遊拡散層へのフィードスルーの影響が緩和される。これにより、光電変換素子１３１から浮遊拡散層１３４へ転送された電荷の一部が浮遊拡散層１３４から光電変換素子１３１へ戻ってしまう汲み上げの現象が生じにくくなる。

図１６は、本技術の第４の実施の形態における参照画素１２０のレイアウトの一例を示す平面図である。この参照画素１２０内の垂直信号線ＶＳＬに垂直な水平方向において、リセットトランジスタ１２３に接続された配線（リセット線３１_ＲＲ）と、浮遊拡散層１２４に増幅トランジスタ１２６を接続する配線とが最も近接する部分の長さをＬ_Ｒとする。

図１７は、本技術の第４の実施の形態における読出画素１３０のレイアウトの一例を示す平面図である。この読出画素１３０内の水平方向において、リセットトランジスタ１２３に接続された配線（リセット線３１_Ｒｉ）と、浮遊拡散層１２４に増幅トランジスタ１２６を接続する配線とが最も近接する部分の長さをＬ_ｉとする。

図１６のレイアウトと図１７のレイアウトとを比較すると、浮遊拡散層との間で寄生容量が生じる所定の信号線の形状が互いに異なる。例えば、参照画素１２０において寄生容量Ｃ_{FD_RSTR}が存在するリセット線３１_ＲＲの形状は、読出画素１３０内の寄生容量Ｃ_{FD_RST}が存在するリセット線３１_Ｒｉの形状と異なる。例えば、リセット線３１_ＲＲは垂直方向に配線されるのに対し、リセット線３１_Ｒｉは水平方向に配線される。この結果、参照側の長さＬ_Ｒは、読出し側の長さＬ_ｉよりも短くなる。この配線レイアウトの相違により、寄生容量Ｃ_{FD_RSTR}と寄生容量Ｃ_{FD_RST}とが異なる値になる。寄生容量Ｃ_{FD_RSTR}と寄生容量Ｃ_{FD_RST}とが異なる値とすることよって、式４乃至式６より、垂直信号線ＶＳＬ_ｋのレベルをさらにシフトさせることができる。

なお、垂直駆動部１２がリセット信号ＲＳＴ_Ｒの振幅をリセット信号ＲＳＴ_ｉと異なる値にし、さらに参照画素１２０の配線レイアウトと読出画素１３０の配線レイアウトとを異なる形状にしているが、この構成に限定されない。リセット信号ＲＳＴ_Ｒの振幅をリセット信号ＲＳＴ_ｉと異なる値にし、参照画素１２０の配線レイアウトと読出画素１３０の配線レイアウトとを同じ形状としてもよい。また、リセット信号ＲＳＴ_Ｒの振幅をリセット信号ＲＳＴ_ｉと同じ値にし、参照画素１２０の配線レイアウトと読出画素１３０の配線レイアウトとが異なる形状としてもよい。

また、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの振幅の拡大と、電荷の一部が光電変換素子１３１へ戻ってしまう現象の抑制との両方を行っているが、一方のみを行う構成とすることもできる。例えば、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの振幅の拡大を行わない場合には、リセット信号ＲＳＴ_Ｒの振幅をリセット信号ＲＳＴ_ｉと同じ値にし、参照画素１２０の配線レイアウトと読出画素１３０の配線レイアウトとを同じ形状とすればよい。

このように、本技術の第４の実施の形態によれば、垂直駆動部１２が、転送期間内に転送信号の電位をハイレベルからミドルレベルへと制御するため、電荷の一部が光電変換素子１３１へ戻ってしまう現象を抑制することができる。

＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位を上昇させていたが、この構成の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは式２に例示したように寄生容量Ｃ_{FD_VCOM}に依存するため、寄生容量Ｃ_{FD_VCOM}が小さいと電圧上昇量が不足するおそれがある。この第５の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、水平方向に配線した電位変動専用線の電位を上昇させる点において第１の実施の形態と異なる。

図１８は、本技術の第５の実施の形態における垂直駆動部１２の一構成例を示すブロック図である。この第５の実施の形態の垂直駆動部１２は、ドライバ制御部２１０と、ドライバ２２１乃至２２８とを備える。これらのうちドライバ２２４、２２５、２２６および２２８は、読出画素領域１１２内の行ごとに配置される。

第５の実施の形態のドライバ２２１乃至２２６の構成は、第４の実施の形態と同様である。

ドライバ２２７は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＨＢＯＨ_ＲおよびＶＨＢＯＬ_Ｒのいずれかを電位変動専用線３１_ＨＲに供給するものである。ハイレベルＶＨＢＯＨ_Ｒは、例えば、ローレベルＶＨＢＯＬ_Ｒよりも高い電位である。これらの電位の信号が電位信号ＨＢＯ_Ｒとして参照行に供給される。

ドライバ２２８は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＨＢＯＨおよびＶＨＢＯＬのいずれかを電位変動専用線３１_Ｈｉに供給するものである。ハイレベルＶＨＢＯＨは、例えば、ローレベルＶＨＢＯＬよりも高い電位である。これらの電位の信号が電位信号ＨＢＯ_ｉとして対応する読出し行に供給される。

なお、ドライバ２２３および２２６は、転送トランジスタを３値駆動しているが、この構成に限定されず、２値駆動することもできる。また、ドライバ２２７および２２８は、特許請求の範囲に記載の電位制御部の一例である。

図１９は、本技術の第５の実施の形態における単位読出し回路３００、参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。この第５の実施の形態の単位読出し回路３００は、スイッチ３１６が設けられない点において第１の実施の形態と異なる。

また、参照行には、水平方向に沿って電位変動専用線３１_ＨＲがさらに配線される。読出画素領域１１２内の行のそれぞれには、水平方向に沿って電位変動専用線３１_Ｈｉがさらに配線される。これらの電位変動専用線３１_ＨＲおよび３１_Ｈｉは、画素内の回路に接続されていない。

図２０は、本技術の第５の実施の形態における読出画素１３０内の寄生容量の一例を示す回路図である。電位変動専用線３１_Ｈｉと浮遊拡散層１３４との間に寄生容量Ｃ_{FD_HBO}がさらに存在する。

図２１は、本技術の第５の実施の形態における参照画素１２０内の寄生容量の一例を示す回路図である。電位変動専用線３１_ＨＲと浮遊拡散層１２４との間に寄生容量Ｃ_{FD_HBOR}がさらに存在する。

図２２は、本技術の第５の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。第５の実施の形態のタイミングチャートは、電位変動専用線へ電位信号がさらに送信される点において第４の実施の形態と異なる。

垂直駆動部１２は、タイミングＴ０からタイミングＴ１の直後までの所定のパルス期間に亘って、ハイレベルの電位信号ＨＢＯ_Ｒを電位変動専用線３１_ＨＲに供給する。このときの参照側の浮遊拡散層の電圧降下量をΔ_{ＶＦＤＲＳＴＲ}は次の式により表される。
Δ_{ＶＦＤＲＳＴＲ}＝
（ＶＨＢＯＨ_Ｒ−ＶＨＢＯＬ_Ｒ）（Ｃ_{FD_HBOR}／Ｃ_{FD_total}）・・・式７

また、リセット時の垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電圧降下量Δ_{ＶＳＬＲＳＴ}は、次の式により表される。
Δ_{ＶＳＬＲＳＴ}＝−Ａｖ・Δ_{ＶＦＤＲＳＴＲ} ・・・式８

式７および式８に例示するように、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電圧降下量Δ_{ＶＳＬＲＳＴ}を、寄生容量Ｃ_{FD_HBOR}に応じて大きくすることができる。これにより、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電位の振幅を拡大することができる。

また、垂直駆動部１２は、転送開始時のタイミングＴ２から所定のパルス期間に亘って、ハイレベルの電位信号ＨＢＯ_ｉを電位変動専用線３１_Ｈｉに供給する。このときの電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは、次の式により表される。
ΔＶ_ＦＤ＝（ＶＨＢＯＨ−ＶＨＢＯＬＲ）・（Ｃ_{FD_HBO}／Ｃ_{FD_total}）
＋ΔＶ_ＴＲＧ（Ｃ_{FD_TRG}／Ｃ_{FD_total}） ・・・式９

式９により、電位変動専用線の電位を制御しない場合よりも、電圧上昇量ΔＶ_ＦＤを大きくすることができる。

なお、第５の実施の形態に、第１の実施の形態のスイッチ３１６を適用することもできる。また、第５の実施の形態に、第２乃至第４の実施の形態のそれぞれをさらに適用することもできる。

このように、本技術の第５の実施の形態によれば、電位変動専用線３１_Ｈｉの電位を転送期間内に垂直駆動部１２が上昇させるため、その上昇量に応じて浮遊拡散層１３４の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤを大きくすることができる。

＜６．第６の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋの電位を上昇させていたが、この構成の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは式２に例示したように寄生容量Ｃ_{FD_VCOM}に依存するため、寄生容量Ｃ_{FD_VCOM}が小さいと電圧上昇量が不足するおそれがある。この第６の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、垂直方向に配線した電位変動専用線の電位を上昇させる点において第１の実施の形態と異なる。

図２３は、本技術の第６の実施の形態における単位読出し回路３００、参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。第６の実施の形態の単位読出し回路３００は、スイッチ３１６が設けられず、ドライバ３２０および３２１をさらに備える点において第１の実施の形態と異なる。

ドライバ３２０は、システム制御部１６の制御に従って互いに異なる電位ＶＶＢＯＨ_ＲおよびＶＶＢＯＬ_Ｒのいずれかを電位変動専用線ＶＢＯＲ_ｋに供給するものである。ハイレベルＶＶＢＯＨ_Ｒは、例えば、ローレベルＶＶＢＯＬ_Ｒよりも高い電位である。

ドライバ３２１は、システム制御部１６の制御に従って互いに異なる電位ＶＶＢＯＨおよびＶＶＢＯＬのいずれかを電位変動専用線ＶＢＯ_ｋに供給するものである。ハイレベルＶＶＢＯＨは、例えば、ローレベルＶＶＢＯＬよりも高い電位である。

なお、ドライバ３２０および３２１は、特許請求の範囲に記載の電位制御部の一例である。

また、画素アレイ部１１内において、列ごとに電位変動専用線ＶＢＯＲ_ｋおよび電位変動専用線ＶＢＯ_ｋがさらに垂直方向に配線される。これらの電位変動専用線ＶＢＯＲ_ｋおよびＶＢＯ_ｋは、画素内の回路に接続されていない。

なお、列ごとにドライバ３２０および３２１が配置されているが、この構成に限定しない。ドライバ３２０および３２１を１つずつ設け、それらのドライバを全ての列で共有することもできる。また、ドライバ３２０および３２１を単位読出し回路３００内に配置しているが、システム制御部１６や垂直駆動部１２内に配置することもできる。

図２４は、本技術の第６の実施の形態における読出画素１３０内の寄生容量の一例を示す回路図である。電位変動専用線ＶＢＯ_ｋと浮遊拡散層１３４との間に寄生容量Ｃ_{FD_VBO}がさらに存在する。

図２５は、本技術の第６の実施の形態における参照画素１２０内の寄生容量の一例を示す回路図である。電位変動専用線ＶＢＯＲ_ｋと浮遊拡散層１２４との間に寄生容量Ｃ_{FD_VBOR}がさらに存在する。

図２６は、本技術の第６の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。第６の実施の形態のタイミングチャートは、電位変動専用線へ電位信号がさらに送信される点において第４の実施の形態と異なる。

単位読出し回路３００は、タイミングＴ０からタイミングＴ１の直後までの所定のパルス期間に亘って、ハイレベルの電位信号を電位変動専用線ＶＢＯ_Ｒに供給する。このときの参照側の浮遊拡散層の電圧降下量をΔ_{ＶＦＤＲＳＴＲ}は次の式により表される。
Δ_{ＶＦＤＲＳＴＲ}＝
（ＶＶＢＯＨ_Ｒ−ＶＶＢＯＬ_Ｒ）（Ｃ_{FD_VBOR}／Ｃ_{FD_total}）…式１０

式１０に例示するように、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電圧降下量Δ_{ＶＳＬＲＳＴ}を、寄生容量Ｃ_{FD_VBOR}に応じて大きくすることができる。

また、リセット時の垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電圧降下量Δ_{ＶＳＬＲＳＴ}は、式８により表される。

また、単位読出し回路３００は、転送開始時のタイミングＴ２から所定のパルス期間に亘って、ハイレベルの電位信号を電位変動専用線ＶＢＯ_ｋに供給する。このときの電圧上昇量ΔＶ_ＦＤは、次の式により表される。
ΔＶ_ＦＤ＝（ＶＶＢＯＨ−ＶＶＢＯＬ）・（Ｃ_{FD_VBO}／Ｃ_{FD_total}）
＋ΔＶ_ＴＲＧ（Ｃ_{FD_TRG}／Ｃ_{FD_total}） ・・・式１１

式１１により、電位変動専用線の電位を制御しない場合よりも、電圧上昇量ΔＶ_ＦＤを大きくすることができる。

なお、第６の実施の形態に、第１の実施の形態のスイッチ３１６を適用することもできる。また、第６の実施の形態に、第２乃至第４の実施の形態のそれぞれをさらに適用することもできる。

このように、本技術の第６の実施の形態によれば、電位変動専用線ＶＢＯ_ｋの電位を転送期間内に単位読出し回路３００が上昇させるため、その上昇量に応じて浮遊拡散層１３４の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤを大きくすることができる。

＜７．第７の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、一定の電荷電圧変換効率により画素信号を生成していたが、低照度の際のノイズを低減する観点から、電荷電圧変換効率を制御することが望ましい。この第７の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、電荷電圧変換効率を制御するためのトランジスタを設けた点において第１の実施の形態と異なる。

図２７は、本技術の第７の実施の形態における垂直駆動部１２の一構成例を示すブロック図である。この第７の実施の形態の垂直駆動部１２は、ドライバ制御部２１０と、ドライバ２２１乃至２２６と、ドライバ２２９および２３０とを備える。これらのうちドライバ２２４、２２５、２２６および２３０は、読出画素領域１１２内の行ごとに配置される。

第７の実施の形態のドライバ２２１乃至２２６の構成は、第４の実施の形態と同様である。

ドライバ２２９は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＦＤＧＨ_ＲおよびＶＦＤＧＬ_Ｒのいずれかを制御線３１_ＦＲに供給するものである。ハイレベルＶＦＤＧＨ_Ｒは、例えば、ローレベルＶＦＤＧＬ_Ｒよりも高い電位である。これらの電位の信号が制御信号ＦＤＧ_Ｒとして参照行に供給される。

ドライバ２３０は、ドライバ制御部２１０の制御に従って互いに異なる電位ＶＦＤＧＨおよびＶＦＤＧＬのいずれかを制御線３１_Ｆｉに供給するものである。ハイレベルＶＦＤＧＨは、例えば、ローレベルＶＦＤＧＬよりも高い電位である。これらの電位の信号が制御信号ＦＤＧ_ｉとして対応する読出し行に供給される。

図２８は、本技術の第１の実施の形態における参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。第７の実施の形態の参照画素１２０には、変換効率制御トランジスタ１２７がさらに配置される。また、第７の実施の形態の読出画素１３０には、変換効率制御トランジスタ１３７がさらに配置される。

変換効率制御トランジスタ１２７および１３７は、電荷を電圧に変換する変換効率を制御するトランジスタである。参照側の変換効率制御トランジスタ１２７は、リセットトランジスタ１２３と浮遊拡散層１２４との間に挿入され、そのゲートは、制御線３１_ＦＲに接続される。読出し側の変換効率制御トランジスタ１３７の接続構成は、参照側と同様である。

図２９は、本技術の第７の実施の形態における読出画素１３０内の寄生容量の一例を示す回路図である。制御線３１_Ｆｉと浮遊拡散層１３４との間に寄生容量Ｃ_{FD_FDG}がさらに存在する。

図３０は、本技術の第７の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。第７の実施の形態のタイミングチャートは、制御信号ＦＤＧ_ＲおよびＦＤＧ_ｉがさらに送信される点において第４の実施の形態と異なる。

電荷電圧変換効率を高くする場合に垂直駆動部１２は、タイミングＴ０からタイミングＴ１までのパルス期間に亘って制御信号ＦＤＧ_ＲおよびＦＤＧ_ｉをハイレベルにする。

一方、電荷電圧変換効率を低くする場合に垂直駆動部１２は、常に制御信号ＦＤＧ_ＲおよびＦＤＧ_ｉをハイレベルにする。

なお、電荷電圧変換効率を高くする場合に垂直駆動部１２は、リセット時に加えて、転送時においても制御信号ＦＤＧ_ＲおよびＦＤＧ_ｉをハイレベルにしてもよい。これにより、寄生容量Ｃ_{FD_FDG}に応じて、電圧上昇量ΔＶ_ＦＤをさらに大きくすることができる。また、転送時においても制御信号ＦＤＧ_ＲおよびＦＤＧ_ｉをハイレベルにする場合、スイッチ３１６を設けない構成とすることもできる。

なお、第７の実施の形態に、第２乃至第６の実施の形態のそれぞれをさらに適用することもできる。

このように、本技術の第７の実施の形態によれば、変換効率制御トランジスタ１２７および１３７が電荷電圧変換効率を制御するため、低照度の際のノイズを低減することができる。

＜８．第８の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、表面照射型の構造を用いていたが、表面照射型では、配線層の一部により光が遮られるために感度が不足するおそれがある。この第８の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、裏面照射型の構造を用いる点において第１の実施の形態と異なる。

図３１は、本技術の第８の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサの断面図の一例である。マイクロレンズの下方に光電変換層５０１が配置され、その下方に配線層５０２が設けられる。

同図に例示したように、マイクロレンズと配線層５０２との間に光電変換層５０１を配置するＣＭＯＳイメージセンサ１０では、表面に対向する裏面に光が照射される。このような固体撮像装置は、裏面照射型の固体撮像装置と呼ばれる。裏面照射型では、配線層の一部により光が遮られることが無いため、表面照射型よりも感度を高くすることができる。

なお、第８の実施の形態に、第２乃至第７の実施の形態のそれぞれを適用することができる。

このように、本技術の第８の実施の形態によれば、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサ１０を用いるため、表面照射型よりも感度を高くすることができる。

＜９．第９の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、一定のテール電流を供給していたが、この構成では、浮遊拡散層の電圧上昇量ΔＶ_ＦＤが大きいほど、セトリング時間が長くなり、フレームレートが低下するおそれがある。この第９の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、テール電流を増大してセトリング時間を短縮した点において第１の実施の形態と異なる。

図３２は、本技術の第９の実施の形態における単位読出し回路３００の一構成例を示す回路図である。この第９の実施の形態の単位読出し回路３００は、スイッチ３２４およびテール電流源３２３をさらに備える点において第１の実施の形態と異なる。

スイッチ３２４は、システム制御部１６からの制御信号ＳＷ５に従って、テール電流源３２３と、垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋとの間の経路を開閉するものである。

図３３は、本技術の第９の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の読出し動作の一例を示すタイミングチャートである。第９の実施の形態のタイミングチャートは、制御信号ＳＷ５がさらに送信される点において第１の実施の形態と異なる。

システム制御部１６は、転送期間終了時のタイミングＴ４から一定のパルス期間に亘って、制御信号ＳＷ５をハイレベルにする。これにより、スイッチ３２４は閉状態に移行し、テール電流源３２３の電流がさらに垂直電流供給線ＶＣＯＭ_ｋに供給される。すなわち、テール電流が増大する。テール電流の増大により、垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電位が安定するまでのセトリング時間を短くすることができる。同図における実線は、制御信号ＳＷ５を送信する際の垂直信号線ＶＳＬ_ｋの電位の軌跡を示し、一点鎖線は、制御信号ＳＷ５を送信しない際の電位の軌跡を示す。セトリング時間の短縮により、読出し時間を短くして、フレームレートを向上させることができる。

なお、第９の実施の形態に、第２乃至第８の実施の形態のそれぞれを適用することができる。

このように本技術の第９の実施の形態によれば、スイッチ３２４が転送直後にテール電流を増大させるため、セトリング時間を短縮することができる。これにより、フレームレートを向上させることができる。

＜１０．第１０の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、参照側の光電変換素子１２１と、読出し側の光電変換素子１３１のそれぞれのアノードは、いずれも接地電位に接続されていた。この構成では、電源電圧ＶＤＤに応じた浮遊拡散層１３４の電圧と光電変換素子１３１のアノードとの電位差が不足し、光電変換素子１３１から浮遊拡散層１３４への電荷の転送効率が低下することがある。この第１０の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、アノードの電位を負電位にして転送効率を向上させた点において第１の実施の形態と異なる。

図３４は、本技術の第１０の実施の形態における参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。この第１０の実施の形態の参照画素１２０および読出画素１３０は、光電変換素子１２１および１３１のそれぞれのアノードが、接地電位ＧＮＤより低い負電位ＶＰＬに接続される点において第１の実施の形態と異なる。例えば、接地電位は０．０ボルト（Ｖ）であり、負電位ＶＰＬは−０．４ボルト（Ｖ）である。

負電位ＶＰＬは、例えばＣＭＯＳイメージセンサ１０の端子（不図示）を通じて、外部から供給される電圧である。

光電変換素子１２１および１３１のアノードを負電位ＶＰＬにすることにより、アノードを接地電位とした場合と比較して浮遊拡散層１３４とアノードとの電位差が大きくなる。これにより、光電変換素子１３１から浮遊拡散層１３４への転送効率を向上させることができる。

図３５は、本技術の第１０の実施の形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０の断面図の一例である。同図に例示するように、光電変換層５０１は、Ｐウェル層と、そのＰウェル層内に設けられた複数のＮ層とを含む。Ｎ層のそれぞれは、画素ごとに配置される。一方、Ｐウェル層は、全画素で共通である。画素毎にＰウェル層およびＮ層は、光電変換素子として機能する。回路図における光電変換素子１２１等のアノードの電位は、画素のＰウェルの電位に該当する。このＰウェル層には、負電位ＶＰＬが供給される。

このように、本技術の第１０の実施の形態では、光電変換素子１２１および１３１のＰウェル（アノード）を負電位に接続したため、アノードを接地電位にした場合と比較して浮遊拡散層１３４とアノードとの電位差が大きくなる。これにより、光電変換素子１３１から浮遊拡散層１３４への転送効率を向上させることができる。なお、第１０の実施の形態に、第２乃至第９の実施の形態のそれぞれを適用することができる。

＜１１．第１１の実施の形態＞
上述の第１０の実施の形態では、負電位ＶＰＬをＣＭＯＳイメージセンサ１０の端子を通じて外部から供給していたが、ＣＭＯＳイメージセンサ１０に供給する電源種別が増えて、外部の回路規模が増大するおそれがある。この第１１の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、カラム読出し回路部１３が負電位を各画素に供給することにより、外部の電源種別とＣＭＯＳイメージセンサ１０の端子とを削減した点において第１０の実施の形態と異なる。

図３６は、本技術の第１１の実施の形態におけるカラム読出し回路部１３、参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。第１１の実施の形態のカラム読出し回路部１３は、単位読出し回路３００に加えて、負電位生成部３３０をさらに備える点において第１０の実施の形態と異なる。

負電位生成部３３０は、負電位ＶＰＬを生成するものである。この負電位生成部３３０は、参照画素１２０および読出画素１３０のそれぞれのアノードに共通に接続された信号線を介して負電位ＶＰＬを供給する。負電位生成部３３０として、例えば、チャージポンプ回路が用いられる。

同図に例示したように、カラム読出し回路部１３内の負電位生成部３３０が負電位ＶＰＬを各画素に供給することにより、負電位ＶＰＬをＣＭＯＳイメージセンサ１０の端子を通じて外部から供給する必要が無くなり、外部の電源種別とＣＭＯＳイメージセンサ１０の端子とを削減することができる。

このように、本技術の第１１の実施の形態では、負電位生成部３３０が負電位ＶＰＬを各画素に供給するため、負電位ＶＰＬをＣＭＯＳイメージセンサ１０の端子を通じて外部から供給する必要が無くなる。これにより、外部の電源種別とＣＭＯＳイメージセンサ１０の端子とを削減することができる。なお、第１１の実施の形態に、第２乃至第９の実施の形態のそれぞれを適用することができる。

＜１２．第１２の実施の形態＞
上述の第１１の実施の形態では、一対の画素（参照画素１２０および読出画素１３０）のそれぞれの信号の差分を差増幅回路により増幅していた。このような差動増幅回路では、ソースフォロワ回路と比較して画像信号に対するゲインを大きくして変換効率を大幅に大きくすることができるが、動作点が狭く、ダイナミックレンジの拡大が困難である。この第１２の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、差動増幅回路を構成するモードとソースフォロワ回路を構成するモードとを切り替える点において第１１の実施の形態と異なる。

図３７は、本技術の第１２の実施の形態におけるカラム読出し回路部１３、参照画素１２０および読出画素１３０の一構成例を示す回路図である。この第１２の実施の形態のカラム読出し回路部１３は、スイッチ３３１をさらに備える点において第１１の実施の形態と異なる。

ここで、第１２の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０には、差動モードおよびＳＦ（Source Follower）モードのいずれかが設定される。差動モードは、参照画素１２０および読出画素１３０と単位読出し回路３００とが差動増幅回路を構成するモードである。一方、ＳＦモードは、参照画素１２０および単位読出し回路３００と読出画素１３０および単位読出し回路３００とのそれぞれがソースフォロワ回路を構成するモードである。差動モードは、ＳＦモードと比較して画像信号に対するゲインを大きくして変換効率を大幅に大きくすることができるが、動作点が狭く、ダイナミックレンジの拡大が困難である。このため、差動モードは、暗所での撮像に適しており、ＳＦモードは明所での撮像に適している。例えば、環境光の測光量が所定の閾値より小さい場合に差動モードが設定され、その測光量が閾値以上の場合にＳＦモードが設定される。

例えば、差動モードとＳＦモードとを切り替え可能とするために、単位読出し回路３００には、例えば、特開２０１８−１８２４９６号公報の図１９に記載のスイッチが追加される。それらのスイッチの制御タイミングは、特開２０１８−１８２４９６号公報の図２２乃至図２４に記載されている。

スイッチ３３１は、システム制御部１６からの制御信号ＳＷ６に従って負電位生成部３３０からの負電位ＶＰＬと、接地電位ＧＮＤとのいずれかを光電変換素子１２１および１３１のアノードに供給するものである。差動モードが設定された場合にシステム制御部１６は、制御信号ＳＷ６により、負電位ＶＰＬを供給させる。そして、単位読出し回路３００は、浮遊拡散層１２４および１３４のそれぞれの電圧の差分を増幅した信号を出力する。一方、ＳＦモードが設定された場合にシステム制御部１６は、制御信号ＳＷ６により、接地電位ＧＮＤを供給させる。そして、単位読出し回路３００は、浮遊拡散層１２４の電圧を増幅した信号と、浮遊拡散層１３４の電圧を増幅した信号とのそれぞれを順に出力する。

スイッチ３３１が、暗所で用いられる差動モードにおいて負電位ＶＰＬを供給することにより、ＳＦモードと比較して電荷の転送効率を向上させることができる。このため、暗所で電荷量が少ない場合であっても、転送効率の向上により、画質の低下を抑制することができる。

図３８は、本技術の第１２の実施の形態における転送信号のレベルの設定例を示す図である。第１２の実施の形態の垂直駆動部１２は、差動モードが設定された場合、光電変換素子のアノードの電位低下に応じて、ＳＦモードが設定された場合よりも低いレベルの転送信号を転送トランジスタ１２２および１３２へ供給する。

ＳＦモードにおいて垂直駆動部１２は、ハイレベルがＶＴＲＧＨで、ローレベルがＶＲＬの転送信号を供給する。一方、差動モードにおいて垂直駆動部１２は、ハイレベルがＶＴＲＧＨ−ＶＰＬで、ローレベルがＶＲＬ−ＶＰＬの転送信号を供給する。例えば、ＶＴＲＧＨが２．７ボルト（Ｖ）であり、ＶＲＬが−１．２ボルト（Ｖ）であり、ＶＰＬが０．４ボルト（Ｖ）であるものとする。この場合、差動モードにおいて、ハイレベルが２．３ボルト（Ｖ）で、ローレベルが−１．６ボルト（Ｖ）の転送信号が供給される。このように、差動モードにおいて、転送信号のレベルも低下させるため、転送信号ＴＲＧ_ＲおよびＴＲＧ_ｉに対応するトランジスタのゲート酸化膜の耐圧をＳＦモードと同様にして信頼性に影響のないようにできる。

このように、本技術の第１２の実施の形態によれば、差動モードが設定された場合に負電位生成部３３０が光電変換素子１２１および１３１に負電位ＶＰＬを供給するため、転送信号ＴＲＧ_ＲおよびＴＲＧ_ｉに対応するトランジスタのゲート酸化膜の耐圧をＳＦモードと同様にして信頼性に影響のないようにできる。なお、第１２の実施の形態に、第２乃至第１１の実施の形態のそれぞれを適用することができる。

＜１３．第１３の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、カラム読出し回路部１３は、垂直信号線ＶＳＬ_ｋおよびＶＳＬＲ_ｋから信号を出力していたが、ノイズを低減する観点から、これらの垂直信号線をシールドすることが望ましい。この第１３の実施の形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、垂直信号線がシールド線により被覆される点において第１の実施の形態と異なる。

図３９は、本技術の第１３の実施の形態における画素アレイ部１１の一構成例を示す回路図である。この第１３の実施の形態の画素アレイ部１１において、垂直信号線ＶＳＬ_ｋおよびＶＳＬＲ_ｋは、それぞれシールド線ＳＨＤおよびＳＨＤＲにより被覆される。これらのシールド線は、接地電位に接続される。これらのシールド線により、垂直信号線ＶＳＬ_ｋおよびＶＳＬＲ_ｋを伝送する信号のノイズを低減することができる。

このように、本技術の第１３の実施の形態によれば、垂直信号線ＶＳＬ_ｋおよびＶＳＬＲ_ｋが、シールド線ＳＨＤおよびＳＨＤＲにより被覆されるため、それらの垂直信号線を伝送する信号のノイズを低減することができる。

＜１４．変形例＞
（積層型の構成）
図４０は、本技術を適用し得る積層型の固体撮像装置の構成例を示す図である。

図４０Ａは、非積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。CMOSイメージセンサ１０は、図４０Ａに示すように、１枚のダイ（半導体基板）８１１を有する。このダイ８１１には、画素が２次元配置された画素領域８１２と、画素の駆動その他の各種の制御を行う制御回路８１３と、信号処理するためのロジック回路８１４とが搭載されている。

図４０Ｂ及び図４０Ｃは、積層型の固体撮像装置の概略構成例を示している。CMOSイメージセンサ１０は、図４０Ｂ及び図４０Ｃに示すように、センサダイ８２１とロジックダイ８２４との２枚のダイが積層され、電気的に接続されて、１つの半導体チップとして構成されている。

図４０Ｂでは、センサダイ８２１には、画素領域８１２と制御回路８１３が搭載され、ロジックダイ８２４には、信号処理を行う信号処理回路を含むロジック回路８１４が搭載されている。

図４０Ｃでは、センサダイ８２１には、画素領域８１２が搭載され、ロジックダイ８２４には、制御回路８１３及びロジック回路８１４が搭載されている。

（信号処理装置の構成）
上述した説明では、ＣＭＯＳイメージセンサ１０等の固体撮像装置を一例に説明したが、本技術は、固体撮像装置に限らず、各種の信号処理を行う信号処理装置に適用することができる。なお、読出画素１３０と参照画素１２０において、フローティングディフュージョン（ＦＤ）としての浮遊拡散層１３４と浮遊拡散層１２４は、サンプルホールド回路であるとも言える。すなわち、読出し側の増幅トランジスタ１３６は、複数の入力チャネルからの各々の入力信号に応じて設けられ、サンプルホールド回路を介して入力される入力信号を増幅するものであり、参照側の増幅トランジスタ１２６は、読出し側の増幅トランジスタ１３６の各々と対になるものである。

＜１５．電子機器の構成＞
図４１は、本技術を適用した固体撮像装置を有する電子機器の構成例を示すブロック図である。電子機器１０００は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末装置などの電子機器である。

電子機器１０００は、固体撮像装置１００１、ＤＳＰ回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、操作部１００６、及び、電源部１００７から構成される。また、電子機器１０００において、ＤＳＰ回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、操作部１００６、及び電源部１００７は、バスライン１００８を介して相互に接続されている。

固体撮像装置１００１は、上述したＣＭＯＳイメージセンサ１０に対応しており、画素アレイ部１１に２次元状に配置される複数の画素に対して、差動型の増幅読み出しやソースフォロア型の読み出しが行われる。

ここで、差動型の増幅読み出しの際には、参照画素のリセット電圧を外部印加とし、読出画素のリセット電圧は、垂直信号線から負帰還をかける構成とすることができる。また、差動型の増幅読み出しの際に参照画素の増幅トランジスタのソース側、ドレイン側、又はソース側とドレイン側の両方のノードを、画素アレイ部の各列間で接続（結線）することができる。

ＤＳＰ回路１００２は、固体撮像装置１００１から供給される信号を処理するカメラ信号処理回路である。ＤＳＰ回路１００２は、固体撮像装置１００１からの信号を処理して得られる画像データを出力する。フレームメモリ１００３は、ＤＳＰ回路１００２により処理された画像データを、フレーム単位で一時的に保持する。

表示部１００４は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置１００１で撮像された動画又は静止画を表示する。記録部１００５は、固体撮像装置１００１で撮像された動画又は静止画の画像データを、半導体メモリやハードディスク等の記録媒体に記録する。

操作部１００６は、ユーザによる操作に従い、電子機器１０００が有する各種の機能についての操作指令を出力する。電源部１００７は、ＤＳＰ回路１００２、フレームメモリ１００３、表示部１００４、記録部１００５、及び、操作部１００６の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。

電子機器１０００は、以上のように構成される。本技術は、以上説明したように、固体撮像装置１００１に適用される。具体的には、ＣＭＯＳイメージセンサ１０は、固体撮像装置１００１に適用することができる。

固体撮像装置１００１に本技術を適用することで、差動型の増幅読み出しの際には、参照画素のリセット電圧を外部印加とし、読出画素のリセット電圧は、垂直信号線から負帰還をかける構成とすることができる。そのため、差動型の増幅読み出しによって、高い変換効率（増幅率）を実現しつつ、リセットフィードスルーによるリセットレベルの読み出し可能レンジ外れを抑制するだけでなく、リセット時の読出画素の浮遊拡散領域の電位を所望の値に制御することができる。

また、固体撮像装置１００１に本技術を適用することで、差動型の増幅読み出しの際には、参照画素の増幅トランジスタのソース側、ドレイン側、又はソース側とドレイン側の両方のノードを、画素アレイ部の各列間で接続（結線）することができる。そのため、差動型の増幅読み出しによって、高い変換効率（増幅率）を実現しつつ、ノイズ増加を抑圧することができる。

＜１６．固体撮像装置の使用例＞
図４２は、本技術を適用した固体撮像装置の使用例を示す図である。

ＣＭＯＳイメージセンサ１０は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。すなわち、図４２に示すように、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野だけでなく、例えば、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、又は、農業の分野などにおいて用いられる装置でも、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。

具体的には、鑑賞の分野において、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置（例えば、図４１の電子機器１０００）で、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。

交通の分野において、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置で、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。

家電の分野において、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。また、医療・ヘルスケアの分野において、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置で、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。

セキュリティの分野において、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置で、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。また、美容の分野において、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置で、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。

スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置で、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。また、農業の分野において、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置で、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を使用することができる。

＜１７．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

図４３は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。

車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図４３に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ(interface)１２０５３が図示されている。

駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。

ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。

撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。

車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。

マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。

音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図４３の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。

図４４は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。

図４４では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。

撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

なお、図４４には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。

例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。

撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。

以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、図１のＣＭＯＳイメージセンサ１０は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、電荷の転送効率を向上させて、低照度下でも、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減することが可能になる。

なお、上述の実施の形態は本技術を具現化するための一例を示したものであり、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技術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、本技術は実施の形態に限定されるものではなく、そ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。

なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する転送トランジスタと、
前記浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の前記転送期間内の電位を前記転送期間外よりも高くする電位制御部と
を具備する固体撮像装置。
（２）前記転送トランジスタは、参照画素内に配置される参照側転送トランジスタと読出画素内に配置される読出側転送トランジスタとを含み、
前記参照画素は、
所定のリセット信号に従って前記参照画素内の前記浮遊拡散層を初期化する参照側リセットトランジスタと、
前記参照画素内の前記浮遊拡散層の電圧を増幅する参照側増幅トランジスタと、
前記参照側増幅トランジスタにより増幅された電圧に応じた信号を所定の選択信号に従って出力する参照側選択トランジスタと
をさらに備え、
前記読出画素は、
所定のリセット信号に従って前記読出画素内の前記浮遊拡散層を初期化する読出側リセットトランジスタと、
前記読出画素内の前記浮遊拡散層の電圧を増幅する読出側増幅トランジスタと、
前記読出側増幅トランジスタにより増幅された電圧に応じた信号を所定の選択信号に従って出力する読出側選択トランジスタと
をさらに備える
前記（１）記載の固体撮像装置。
（３）前記参照側増幅トランジスタおよび前記読出側増幅トランジスタに共通に接続された垂直電流供給線に電流を供給するテール電流源をさらに具備し、
前記所定の信号線は、前記垂直電流供給線を含む
前記（２）記載の固体撮像装置。
（４）前記電位制御部は、前記転送期間内の前記垂直電流供給線の電位を前記転送期間外よりも高くするスイッチを備える
前記（３）記載の固体撮像装置。
（５）前記読出側選択トランジスタは、垂直信号線を介して前記信号を出力し、
前記電位制御部は、前記転送期間内に前記垂直電流供給線と前記垂直信号線とを接続するスイッチを備える
前記（３）記載の固体撮像装置。
（６）前記所定の信号線は、前記読出側選択トランジスタからの前記信号を伝送する垂直信号線を含み、
前記電位制御部は、前記転送期間内の前記垂直信号線の電位を前記転送期間外よりも高くするスイッチを備える
前記（２）から（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）前記所定の信号線は、電位変動専用線を含み、
前記電位制御部は、前記転送期間内の前記電位変動専用線の電位を前記転送期間外よりも高くするドライバを備える
前記（２）から（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）前記電位変動専用線は、水平方向に配線される
前記（７）記載の固体撮像装置。
（９）前記電位変動専用線は、垂直方向に配線される
前記（７）記載の固体撮像装置。
（１０）前記読出画素は、前記電荷を前記電圧に変換する変換効率を制御する変換効率制御トランジスタをさらに備え、
前記所定の信号線は、前記変換効率制御トランジスタのゲートに接続された制御線を含む
前記（２）から（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）前記読出側リセットトランジスタへの前記リセット信号の振幅と前記参照側リセットトランジスタへの前記リセット信号の振幅とが互いに異なる
前記（２）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２）所定のローレベルと前記ローレベルより高いミドルレベルと前記ミドルレベルより高いハイレベルとのいずれかに前記転送信号の電位を制御するドライバをさらに具備し、
前記ドライバは、前記転送期間内に前記転送信号の電位を前記ハイレベルから前記ミドルレベルに遷移させる
前記（２）から（１１）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１３）前記転送期間が終了したときから所定期間に亘って前記参照側増幅トランジスタおよび前記読出側増幅トランジスタに供給するテール電流の電流量を増大させる電流量制御部をさらに具備する
前記（２）から（１２）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１４）所定の半導体基板において、マイクロレンズと前記光電変換素子との間に配線層が配置され、
前記転送トランジスタは、前記配線層に配置される
前記（１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１５）所定の半導体基板において、マイクロレンズと配線層との間に前記光電変換素子が配置され、
前記転送トランジスタは、前記配線層に配置される
前記（１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１６）所定の配線が設けられた参照画素と、
前記参照画素の前記配線と異なる形状の配線が設けられた読出画素と
を具備する固体撮像装置。
（１７）所定の配線層内の垂直信号線に垂直な水平方向において、
前記参照画素における参照側リセットトランジスタに接続された配線と、参照側浮遊拡散層に参照側増幅トランジスタを接続する配線とが、最も近接する部分の長さは、前記読出画素における読出側リセットトランジスタに接続された配線と、読出側浮遊拡散層に読出側増幅トランジスタを接続する配線とが、最も近接する部分の長さよりも短い
前記（１６）に記載の固体撮像装置。
（１８）所定の接地電位より低い所定の負電位に接続された読出側光電変換素子と、
前記読出側光電変換素子から読出側浮遊拡散層へ電荷を転送する読出側転送トランジスタと、
前記負電位に接続された参照側光電変換素子と、
前記参照側光電変換素子から参照側浮遊拡散層へ電荷を転送する参照側転送トランジスタと、
前記接地電位に接続されたテール電流源を備え、前記読出側浮遊拡散層の電圧と前記参照側浮遊拡散層の電圧との差分を増幅した信号を画素信号として出力するカラム読出し回路部と
を具備する固体撮像装置。
（１９）前記カラム読出し回路部は、前記負電位を生成する負電位生成部をさらに備える
前記（１８）記載の固体撮像装置。
（２０）前記カラム読出し回路部は、前記負電位と前記接地電位とのいずれかを前記読出側光電変換素子および前記参照側光電変換素子に供給するスイッチをさらに備え、
前記カラム読出し回路部は、所定の差動モードが設定された場合には前記差分を増幅し、所定のソースフォロワーモードが設定された場合には前記読出側浮遊拡散層の電圧を増幅した信号と前記参照側浮遊拡散層の電圧を増幅した信号とのそれぞれを出力し、
前記スイッチは、前記差動モードが設定された場合には前記負電位を供給し、前記ソースフォロワーモードが設定された場合には前記接地電位を供給する
前記（１９）記載の固体撮像装置。
（２１）前記読出側転送トランジスタおよび前記参照側転送トランジスタのそれぞれに転送信号を供給する垂直駆動部をさらに具備し、
前記垂直駆動部は、前記差動モードが設定された場合には前記ソースフォロワーモードよりも低いレベルの前記転送信号を供給する
前記（２０）記載の固体撮像装置。
（２２）前記カラム読出し回路部は、前記差分を増幅した信号を垂直信号線を介して出力し、
前記垂直信号線を被覆するシールド線は、前記接地電位に接続される
前記（１８）から（２１）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（２３）所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する転送トランジスタと、
前記浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の前記転送期間内の電位を前記転送期間外よりも高くする電位制御部と、
前記浮遊拡散層の電圧に応じた画素信号を処理する信号処理部と
を具備する電子機器。
（２４）所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する転送手順と、
前記浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の前記転送期間内の電位を前記転送期間外よりも高くする電位制御手順と
を具備する固体撮像装置の制御方法。

１０ ＣＭＯＳイメージセンサ
１１ 画素アレイ部
１２ 垂直駆動部
１３ カラム読出し回路部
１４ カラム信号処理部
１５ 水平駆動部
１６ システム制御部
１７ 信号処理部
１８ データ格納部
３１ 画素駆動線
３２ 垂直画素配線
１１１ 参照画素領域
１１２ 読出画素領域
１２０ 参照画素
１２１、１３１ 光電変換素子
１２２、１３２ 転送トランジスタ
１２３、１３３ リセットトランジスタ
１２４、１３４ 浮遊拡散層
１２５、１３５ 選択トランジスタ
１２６、１３６ 増幅トランジスタ
１２７、１３７ 変換効率制御トランジスタ
１３０ 読出画素
２１０ ドライバ制御部
２２１〜２３０、３２０、３２１ ドライバ
３００ 単位読出し回路
３１１、３１２、３１６、３１７、３１８、３２４、３３１ スイッチ
３１３、３１４ ｐＭＯＳトランジスタ
３１５、３２３ テール電流源
３３０ 負電位生成部
５０１ 光電変換層
５０２ 配線層
１２０３１ 撮像部

Claims (24)

1. 所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する転送トランジスタと、
   前記浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の前記転送期間内の電位を前記転送期間外よりも高くする電位制御部と
   を具備する固体撮像装置。
2. 前記転送トランジスタは、参照画素内に配置される参照側転送トランジスタと読出画素内に配置される読出側転送トランジスタとを含み、
   前記参照画素は、
   所定のリセット信号に従って前記参照画素内の前記浮遊拡散層を初期化する参照側リセットトランジスタと、
   前記参照画素内の前記浮遊拡散層の電圧を増幅する参照側増幅トランジスタと、
   前記参照側増幅トランジスタにより増幅された電圧に応じた信号を所定の選択信号に従って出力する参照側選択トランジスタと
   をさらに備え、
   前記読出画素は、
   所定のリセット信号に従って前記読出画素内の前記浮遊拡散層を初期化する読出側リセットトランジスタと、
   前記読出画素内の前記浮遊拡散層の電圧を増幅する読出側増幅トランジスタと、
   前記読出側増幅トランジスタにより増幅された電圧に応じた信号を所定の選択信号に従って出力する読出側選択トランジスタと
   をさらに備える
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記参照側増幅トランジスタおよび前記読出側増幅トランジスタに共通に接続された垂直電流供給線に電流を供給するテール電流源をさらに具備し、
   前記所定の信号線は、前記垂直電流供給線を含む
   請求項２記載の固体撮像装置。
4. 前記電位制御部は、前記転送期間内の前記垂直電流供給線の電位を前記転送期間外よりも高くするスイッチを備える
   請求項３記載の固体撮像装置。
5. 前記読出側選択トランジスタは、垂直信号線を介して前記信号を出力し、
   前記電位制御部は、前記転送期間内に前記垂直電流供給線と前記垂直信号線とを接続するスイッチを備える
   請求項３記載の固体撮像装置。
6. 前記所定の信号線は、前記読出側選択トランジスタからの前記信号を伝送する垂直信号線を含み、
   前記電位制御部は、前記転送期間内の前記垂直信号線の電位を前記転送期間外よりも高くするスイッチを備える
   請求項２記載の固体撮像装置。
7. 前記所定の信号線は、電位変動専用線を含み、
   前記電位制御部は、前記転送期間内の前記電位変動専用線の電位を前記転送期間外よりも高くするドライバを備える
   請求項２記載の固体撮像装置。
8. 前記電位変動専用線は、水平方向に配線される
   請求項７記載の固体撮像装置。
9. 前記電位変動専用線は、垂直方向に配線される
   請求項７記載の固体撮像装置。
10. 前記読出画素は、前記電荷を前記電圧に変換する変換効率を制御する変換効率制御トランジスタをさらに備え、
    前記所定の信号線は、前記変換効率制御トランジスタのゲートに接続された制御線を含む
    請求項２記載の固体撮像装置。
11. 前記読出側リセットトランジスタへの前記リセット信号の振幅と前記参照側リセットトランジスタへの前記リセット信号の振幅とが互いに異なる
    請求項２記載の固体撮像装置。
12. 所定のローレベルと前記ローレベルより高いミドルレベルと前記ミドルレベルより高いハイレベルとのいずれかに前記転送信号の電位を制御するドライバをさらに具備し、
    前記ドライバは、前記転送期間内に前記転送信号の電位を前記ハイレベルから前記ミドルレベルに遷移させる
    請求項２記載の固体撮像装置。
13. 前記転送期間が終了したときから所定期間に亘って前記参照側増幅トランジスタおよび前記読出側増幅トランジスタに供給するテール電流の電流量を増大させる電流量制御部をさらに具備する
    請求項２記載の固体撮像装置。
14. 所定の半導体基板において、マイクロレンズと前記光電変換素子との間に配線層が配置され、
    前記転送トランジスタは、前記配線層に配置される
    請求項１記載の固体撮像装置。
15. 所定の半導体基板において、マイクロレンズと配線層との間に前記光電変換素子が配置され、
    前記転送トランジスタは、前記配線層に配置される
    請求項１記載の固体撮像装置。
16. 所定の配線が設けられた参照画素と、
    前記参照画素の前記配線と異なる形状の配線が設けられた読出画素と
    を具備する固体撮像装置。
17. 所定の配線層内の垂直信号線に垂直な水平方向において、
    前記参照画素における参照側リセットトランジスタに接続された配線と、参照側浮遊拡散層に参照側増幅トランジスタを接続する配線とが、最も近接する部分の長さは、前記読出画素における読出側リセットトランジスタに接続された配線と、読出側浮遊拡散層に読出側増幅トランジスタを接続する配線とが、最も近接する部分の長さよりも短い
    請求項１６に記載の固体撮像装置。
18. 所定の接地電位より低い所定の負電位に接続された読出側光電変換素子と、
    前記読出側光電変換素子から読出側浮遊拡散層へ電荷を転送する読出側転送トランジスタと、
    前記負電位に接続された参照側光電変換素子と、
    前記参照側光電変換素子から参照側浮遊拡散層へ電荷を転送する参照側転送トランジスタと、
    前記接地電位に接続されたテール電流源を備え、前記読出側浮遊拡散層の電圧と前記参照側浮遊拡散層の電圧との差分を増幅した信号を画素信号として出力するカラム読出し回路部と
    を具備する固体撮像装置。
19. 前記カラム読出し回路部は、前記負電位を生成する負電位生成部をさらに備える
    請求項１８記載の固体撮像装置。
20. 前記カラム読出し回路部は、前記負電位と前記接地電位とのいずれかを前記読出側光電変換素子および前記参照側光電変換素子に供給するスイッチをさらに備え、
    前記カラム読出し回路部は、所定の差動モードが設定された場合には前記差分を増幅し、所定のソースフォロワーモードが設定された場合には前記読出側浮遊拡散層の電圧を増幅した信号と前記参照側浮遊拡散層の電圧を増幅した信号とのそれぞれを出力し、
    前記スイッチは、前記差動モードが設定された場合には前記負電位を供給し、前記ソースフォロワーモードが設定された場合には前記接地電位を供給する
    請求項１９記載の固体撮像装置。
21. 前記読出側転送トランジスタおよび前記参照側転送トランジスタのそれぞれに転送信号を供給する垂直駆動部をさらに具備し、
    前記垂直駆動部は、前記差動モードが設定された場合には前記ソースフォロワーモードよりも低いレベルの前記転送信号を供給する
    請求項２０記載の固体撮像装置。
22. 前記カラム読出し回路部は、前記差分を増幅した信号を垂直信号線を介して出力し、
    前記垂直信号線を被覆するシールド線は、前記接地電位に接続される
    請求項１８記載の固体撮像素子。
23. 所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する転送トランジスタと、
    前記浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の前記転送期間内の電位を前記転送期間外よりも高くする電位制御部と、
    前記浮遊拡散層の電圧に応じた画素信号を処理する信号処理部と
    を具備する電子機器。
24. 所定の転送線を介して伝送された転送信号に従って所定の転送期間内に光電変換素子から浮遊拡散層へ電荷を転送する転送手順と、
    前記浮遊拡散層と容量結合する所定の信号線の前記転送期間内の電位を前記転送期間外よりも高くする電位制御手順と
    を具備する固体撮像装置の制御方法。

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