JP4388871B2 - 半導体撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体回路を含んで構成された画素が一次元または二次元に配列されて構成された半導体撮像装置に関し、特に、マルチプレクサとソースフォロワアンプとを用いた構成の半導体撮像装置における画素信号の読み出し回路に関する。

カメラ等に利用される撮像装置は、半導体回路を含んで構成され、一次元または二次元に画素（単位セル）が配列されて構成された画素領域を有する。このような半導体撮像装置には、画素領域の画素毎に画素信号の読み出しが行われる構成、すなわちマルチプレクサを形成する構成の装置がある（例えば、特許文献１〜４参照。）。

かかるマルチプレクサを用いた構成、すなわち一画素毎に画素信号の読み出しを行う構成の撮像装置として、具体的に、金属−酸化物半導体型の電界効果型トランジスタ（以下、これをＭＯＳＦＥＴと表す）によって画素信号の読み出し回路（以下、単に信号読み出し回路と呼ぶ）が構成されるものがある。

例えば、図５は、マルチプレクサを用いた従来の撮像装置の信号読み出し回路の構成の一例を示す模式図である。図５に示すように、撮像装置の信号読み出し回路は、画素領域５０１と、垂直アドレス選択部５４０と、水平アドレス選択部５３０とを含んで構成される。

ここでは、便宜上、二行四列のマトリクス状に画素５００ａ〜５００ｈが配列されて画素領域５０１が構成される場合を図示しているが、実際には、数百〜数百万の画素がマトリクス状に配列されて画素領域５０１が構成されている。

この場合には、垂直アドレス選択部５４０からの出力により、垂直方向いずれの行の画素５００ａ〜５００ｈの信号読み出しを行うかが選択され、一方、水平アドレス選択部５３０からの出力により、水平方向いずれの列の画素５００ａ〜５００ｈの信号読み出しを行うかが選択される。そして、かかる垂直アドレス選択部５４０における行選択と水平アドレス選択部５３０における列選択とを組み合わせることにより、所望の画素５００ａ〜５００ｈの信号読み出しを行うことが可能となり、マルチプレクサが形成される。具体的に、ここでは、垂直アドレス選択部５４０からの出力と水平アドレス選択部５３０からの出力との交点に位置する画素５００ａ〜５００ｈの信号が読み出されて外部に取り出される。

画素領域５０１は、複数のドライブトランジスタ（以下、ドライブＴｒと略す）５８１〜５８８と、複数の垂直選択スイッチトランジスタ（以下、垂直選択スイッチＴｒと略す）５４１１〜５４１４，５４２１〜５４２４とを備える。ここでは、各ドライブＴｒ５８１〜５８８と各垂直選択スイッチＴｒ５４２１〜５４２４，５４１１〜５４１４とがそれぞれ対になって並列に接続された単位ユニットを含んで各画素（単位セル）５００ａ〜５００ｈが構成される。そして、画素５００ａ〜５００ｈは、画素領域５０１において、垂直方向に延設され等間隔で水平方向に配設された第一列目から第四列目の垂直バスライン５２１〜５２４に接続されている。

具体的に、ドライブＴｒ５８１と垂直選択スイッチＴｒ５４２１とで画素５００ａが構成され、ドライブＴｒ５８２と垂直選択スイッチＴｒ５４２２とで画素５００ｂが構成され、ドライブＴｒ５８３と垂直選択スイッチＴｒ５４２３とで画素５００ｃが構成され、ドライブＴｒ５８４と垂直選択スイッチＴｒ５４２４とで画素５００ｄが構成され、ドライブＴｒ５８５と垂直選択スイッチＴｒ５４１１とで画素５００ｅが構成され、ドライブＴｒ５８６と垂直選択スイッチＴｒ５４１２とで画素５００ｆが構成され、ドライブＴｒ５８７と垂直選択スイッチＴｒ５４１３とで画素５００ｇが構成され、ドライブＴｒ５８８と垂直選択スイッチＴｒ５４１４とで画素５００ｈが構成される。ドライブＴｒ５８１〜５８８のドレインは、電源端子５８に接続されている。

そして、画素５００ａおよび画素５００ｅが第一列目の垂直バスライン５２１に接続され、画素５００ｂおよび画素５００ｆが第二列目の垂直バスライン５２２に接続され、画素５００ｃおよび画素５００ｇが第三列目の垂直バスライン５２３に接続され、画素５００ｄおよび画素５００ｈが第四列目の垂直バスライン５２４に接続されている。

垂直バスライン５２１〜５２４は、それぞれ水平選択スイッチトランジスタ（以下、水平選択スイッチＴｒと表す）５６１〜５６４を介して、出力ライン５３に接続されている。出力ライン５３は、ゲートがバイアス５５に接続された負荷トランジスタ（以下、負荷Ｔｒと表す）５１を介してアナロググランド（以下、ＧＮＤと表す）５０に接続されるとともに、この負荷Ｔｒ５１の上流側で一部が分岐し、外部または二段目の出力アンプ（図示せず）に出力可能な出力端子５６にさらに接続される。

垂直アドレス選択部５４０は、第一行目選択部５４１と第二行目選択部５４２とを備える。第一行目選択部５４１は、第一行選択信号出力ライン５４１０を介して、垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４のゲートにそれぞれ接続されている。第二行目選択部５４２は、第二行選択信号出力ライン５４２０を介して、垂直選択スイッチＴｒ５４２１〜５４２４のゲートにそれぞれ接続されている。

一方、水平アドレス選択部５３０は、第一列目選択部５３１、第二列目選択部５３２、第三列目選択部５３３、および第四列目選択部５３４を備える。第一列目選択部５３１は、第一列選択信号出力ライン５２１ａを介して水平選択スイッチＴｒ５６１のゲートに接続されている。第二列目選択部５３２は、第二列選択信号出力ライン５２２ａを介して水平選択スイッチＴｒ５６２のゲートに接続されている。第三列目選択部５３３は、第三列選択信号出力ライン５２３ａを介して水平選択スイッチＴｒ５６３のゲートに接続されている。第四列目選択部５３４は、第四列選択信号出力ライン５２４ａを介して水平選択スイッチＴｒ５６４のゲートに接続されている。

以上のように、かかる構成の信号読み出し回路では、ドライブＴｒ５８１〜５８８と負荷Ｔｒ５１とによってソースフォロワアンプが出力アンプとして構成される。

また、図６は、マルチプレクサを用いた従来の撮像装置の信号読み出し回路の構成の他の例を示す模式図である。図６に示す信号読み出し回路は、図５の信号読み出し回路と同様の構成を有するが、画素領域５０１と水平選択スイッチＴｒ５６１〜５６４との間に、垂直バスライン５２１〜５２４の各々に対応して負荷Ｔｒ５１１〜５１４が配設された点が、図５の信号読み出し回路とは異なっている。

この場合には、各垂直バスライン５２１〜５２４の一端がそれぞれ負荷Ｔｒ５１１〜５１４のドレインに接続される。この負荷Ｔｒ５１１〜５１４の各ソースは、それぞれＧＮＤ５０に接続されている。また、この場合には、各垂直バスライン５２１〜５２４の負荷Ｔｒ５１１〜５１４上流側において分岐したバスラインが、水平選択スイッチＴｒ５６１〜５６４を介して出力ライン５３に接続されている。

なお、図５および図６に示す信号読み出し回路は、画素５００ａ〜５００ｈが二次元に配列された構成を有するが、撮像装置の信号読み出し回路には、画素が一次元に配列された構成がある。かかる一次元構成の信号読み出し回路では、例えば、一本の垂直バスラインが配設され、この垂直バスラインに、ドライブＴｒおよび垂直選択スイッチＴｒを含んで構成される画素が一または数個接続される。

次に、図５および図６に示す信号読み出し回路における信号読み出し動作について説明する。図５および図６に示す信号読み出し回路では、各画素５００ａ〜５００ｈの信号読み出しが順次行われる。例えば、ここではまず一行目の画素５００ｅ〜５００ｈにおいて、第一列目から第四列目まで水平方向に画素５００ｅ〜５００ｈの信号読み出しが順次行われる。その後、第二行目の画素５００ａ〜５００ｄの読み出しに移行し、第二行目の第一列目から第四列目まで水平方向に画素５００ａ〜５００ｄの信号読み出しが順次行われる。

すなわち、信号読み出し時には、画素領域５０１において、まず、第一行目の画素５００ｅ〜５００ｈが選択され当該行において水平方向に画素５００ｅ〜５００ｈの走査が順次行われ、その後、第二行目の画素５００ａ〜５００ｄが選択されて当該行において水平方向に画素５００ａ〜５００ｄの走査が順次行われる。それにより、画素領域５０１の全ての画素５００ａ〜５００ｈについて、画素毎に順次信号読み出しが行われる。

上記の信号読み出しにおいて、信号読み出し対象となる行の選択は、垂直アドレス選択部５４０からの信号出力により実現される。具体的に、垂直アドレス選択部５４０の第一行目選択部５４１からの出力により、第一行選択信号出力ライン５４１０を介してゲートに信号が入力される第一行目の垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４がＯＮ状態となる。この時、ゲートに信号が入力されない第二行目の垂直選択スイッチＴｒ５４２１〜５４２４はＯＦＦ状態となる。したがって、第一行目が選択された状態が実現される。

また、垂直アドレス選択部５４０の第二行目選択部５４２からの出力により、第二行選択信号出力ライン５４２０を介してゲートに信号が入力される第二行目の垂直選択スイッチＴｒ５４２１〜５４２４がＯＮ状態となる。この時、ゲートに信号が入力されない第一行目の垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４はＯＦＦ状態となる。したがって、第二行目が選択された状態が実現される。

一方、信号読み出し対象となる列の選択は、水平アドレス選択部５３０からの信号出力により実現される。具体的に、水平アドレス選択部５３０の第一列目選択部５３１からの出力により、第一列選択信号出力ライン５２１ａを介してゲートに信号が入力される第一列目の水平選択スイッチＴｒ５６１がＯＮ状態となる。この時、ゲートに信号が入力されない第二列目から第四列目の水平選択スイッチＴｒ５６２〜５６４はＯＦＦ状態となり、よって、第一列目の垂直バスライン５２１が選択された状態が実現される。以下同様にして、第二列目選択部５３２からの信号出力によって第二列目が選択された状態が実現され、第三列目選択部５３３からの信号出力によって第三列目が選択された状態が実現され、第四列目選択部５３４からの信号出力によって第四列目が選択された状態が実現さる。

上記のような行および列の選択を組み合わせることにより、画素領域５０１の中で一つの画素５００ａ〜５００ｈの信号を選択的に読み出すことが可能となる。例えば、垂直アドレス選択部５４０の第一行目選択部５４１から信号が出力されて第一行目の垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４がＯＮ状態となった状態で、水平アドレス選択部５３０の第一列目選択部５３１から信号が出力されて第一列目の水平選択スイッチＴｒ５６１がＯＮ状態となると、垂直および水平の両方のスイッチＴｒがＯＮ状態となった画素５００ｅのみが出力ライン５３へ画素信号を出力することが可能となる。それにより、画素５００ｅの画素信号が出力ライン５３を通じて外部に出力され、画素５００ｅの信号読み出しが行われる。

そして、引き続き第一行目の垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４をＯＮ状態としたままで、水平アドレス選択部５３０における出力を第一列目選択部５３１から第二列目選択部５３２に切り替える。それにより、ＯＮ状態となる水平選択スイッチＴｒが第一列目の水平選択スイッチＴｒ５６１から第二列目の水平選択スイッチＴｒ５６２に切り替わる。したがって、垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４と水平選択スイッチＴｒ５６２とがＯＮ状態となった状態が実現され、その結果、垂直および水平の両方のスイッチＴｒがＯＮ状態となった画素５００ｆのみが出力ライン５３へ画素信号を出力することが可能となる。それにより、画素５００ｆの画素信号が出力ライン５３を通じて外部に出力され、画素５００ｆの信号読み出しが行われる。

以下同様にして、第一行目の垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４をＯＮ状態としたままで水平アドレス選択部５３０における出力を、第二列目選択部５３２から第三列目選択部５３３、および第三列目選択部５３３から第四列目選択部５３４に順次切り替える。それにより、画素５００ｇおよび画素５００ｈの信号読み出しが行われる。

さらにその後、垂直アドレス選択部５４０における出力を第一行目選択部５４１から第二行目選択部５４２に切り替えることにより、第一行目の垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４をＯＦＦ状態とするとともに第二行目の垂直選択スイッチＴｒ５４２１〜５４２４をＯＮ状態とする。そして、かかる状態において、上記と同様にして、水平アドレス選択部５３０において第一列目選択部５３１から第四列目選択部５３４まで順次出力が行われる。それにより、画素５００ａ〜５００ｄの信号読み出しが行われる。

以上のように、垂直アドレス選択部５４０による行選択と水平アドレス選択部５３０による列選択とを組み合わせることでマトリクス状に配列された複数の画素５００ａ〜５００ｈのうちから一つを選択することができ、その画素の信号を外部に取り出すことが可能となる。そして、この選択される画素５００ａ〜５００ｈの位置を順次ずらしていくことにより、全画素５００ａ〜５００ｈの画素信号を外部に出力することが可能となる。

特開平９−２４７５３７号公報 特開２０００−５９６９１号公報 特開２００４−２３０９７号公報 国際公開第９９／３３２５９号パンフレット

図５および図６に示す信号読み出し回路では、各画素５００ａ〜５００ｈの信号出力を行う出力ライン５３が一本であるので、画素数とフレームレートとが増加していくと、出力ライン５３の配設数を増やさない限り、画素毎の信号読み出し周期が短くなる。

図５に示す信号読み出し回路では、読み出し対象となる画素５００ａ〜５００ｈを選択する際に水平アドレス選択部５３０における列の選択が行われ、垂直バスライン５２１〜５２４のうち選択された列のバスラインが動作状態となるとともに、非選択の列のバスラインが非動作状態となる。そして、読み出し対象となる画素５００ａ〜５００ｈの切り替えの際に、水平アドレス選択部５３０により選択される列が切り替えられ、それにより、切り替え前に選択されていた列の垂直バスライン５２１〜５２４が非動作状態に切り替わるとともに、切り替え前は非選択であった垂直バスライン５２１〜５２４のうち続いて選択された列の垂直バスライン５２１〜５２４が、非動作状態から動作状態に切り替わる。

なお、ここでは、画素５００ａ〜５００ｈからの出力信号が出力端子５６へ全く出力されない垂直バスライン５２１〜５２４を非動作状態と呼び、一方、画素５００ａ〜５００ｈからの出力信号が出力端子５６に出力される垂直バスライン５２１〜５２４を動作状態と呼ぶ。

上記のような選択列の切り替えにより非動作状態であった垂直バスライン５２１〜５２４が動作状態になる際には、垂直バスライン５２１〜５２４において、非動作状態から動作状態への高速なチャージが実現されないと、図２の（ｄ）に示すように、出力ライン５３から出力される電圧にレベル変動が発生する。

具体的に、図２（ｄ）〜（ｉ）は、水平アドレス選択部５３０での選択列の切り替え時における各部の電圧を示す図である。ここでは、縦軸が電圧を示しており、横軸が時間を示している。具体的に、図２（ｄ）は、図５の信号読み出し回路の出力ライン５３の出力電圧を示しており、図２（ｅ）は、垂直バスライン５２３の電圧を示しており、図２（ｆ）〜（ｉ）は、水平アドレス選択部５３０の第四列目選択部５３４、第三列目選択部５３３、第二列目選択部５３２、および第一列目選択部５３１の電圧を示している。

図２（ｆ）〜（ｉ）に示すように水平アドレス選択部５３０における出力が第一列目選択部５３１から第四列目選択部５３４に順次切り替わると、垂直バスライン５２１〜５２４が順次非動作状態から動作状態に移行する。例えば、図２（ｅ）では、水平アドレス選択部５３０における出力が第一列目選択部５３１から第四列目選択部５３４に順次切り替わった際の垂直バスライン５２３の電圧変化を示している。

ここで、このように垂直バスライン５２１〜５２４が順次非動作状態から動作状態に移行する際には、図２（ｄ）に示すように、出力ライン５３からの出力に電圧レベルの変動（図中の電圧ピークＰ１〜Ｐ４に相当）が生じる。このように垂直バスライン５２１〜５２４の各々が非動作状態から動作状態に急激に移行すると、出力ライン５３から出力される読み出し信号の電圧波形にオーバーシュートが生じ、その結果、ノイズの発生等が生じる。

したがって、水平アドレス選択部５３０の第一列目から第四列目選択部５３１〜５３４における出力切り替えの際には、切り替え周期が、このような電圧ピークＰ１〜Ｐ４が解消されて電圧レベルが安定するまでの時間を要する。そして、このような水平アドレス選択部５３０における列選択の周期の制限のために、各画素５００ａ〜５００ｈの信号読み出し周期に限界が存在することとなる。

ところで、図５の信号読み出し回路において、出力ライン５３からの出力における電圧レベルの変動を抑制すべく、垂直バスライン５２１〜５２４の非動作状態から動作状態への切り替えを高速なチャージで実現するためには、負荷Ｔｒ５１に流す電流を増やすべくバイアス５５を調整する必要がある。しかしながら、負荷Ｔｒ５１の電流が増加すると、出力のリニアリティの低下や出力振幅の減少を招くこととなり、感度の低下を招く。

一方、図６に示すように、垂直バスライン５２１〜５２４の各々に負荷Ｔｒ５１１〜５１４がそれぞれ配設されてこの負荷Ｔｒ５１１〜５１４のゲートがバイアス５５に共通に接続された構成では、水平方向の第一列目から第四列目の全ての垂直バスライン５２１〜５２４において、水平アドレス選択部５３０における列の選択にかかわらず、画素５００ａ〜５００ｈのうち選択された行の第一列目から第四列目に位置する画素の画素信号が負荷Ｔｒ５１１〜５１４にそれぞれ出力される。したがって、全ての垂直バスライン５２１〜５２４は常に動作状態となり、よって、上記の図５の信号読み出し回路の場合のような出力ライン５３からの出力における電圧のレベル変動が生じない。

例えば、垂直アドレス選択部５４０の第一行目選択部５４１からの出力により第一行目の画素５００ｅ〜５００ｈの垂直選択スイッチＴｒ５４１１〜５４１４がＯＮ状態となると、画素５００ｅ〜５００ｈから画素信号が垂直バスライン５２１〜５２４の各々を介して負荷Ｔｒ５１１〜５１４にそれぞれ出力される。したがって、水平アドレス選択部５３０で選択された列の垂直バスライン５２１〜５２４であるかにかかわらず、全ての垂直バスライン５２１〜５２４が常に動作状態となる。

このように常に動作状態が保持された垂直バスライン５２１〜５２４では、非動作状態から動作状態への切り替えが実行されないので、当該切り替え時に発生する電圧のレベル変動が防止される。したがって、上記の図５の信号読み出し回路の場合のような水平アドレス選択部５３０の列選択の切り替え周期における制限がなく、よって、各画素５００ａ〜５００ｈの信号読み出し周期の限界が解消される。

しかしながら、かかる構成の図６の信号読み出し回路では、図５の信号読み出し回路と比べて、負荷Ｔｒ５１１〜５１４が多くなる。このため、水平方向の画素数が増大すると、それに合わせて撮像装置の消費電力が増大する。そして、このような消費電力の増大は、撮像装置内部における温度上昇を招く。

撮像装置の内部で温度上昇が生じると、例えば、撮像装置の特性を劣化させるおそれがある。特に、装置内部を低温に保持した状態で使用する撮像装置では、適切な使用状態を実現するために温度制御を行う必要があり、よって、かかる温度上昇を解消するために容量の大きな温度調節器等が必要となる。それゆえ、図６の信号読み出し回路を適用可能な撮像装置は制限される。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、消費電力の増加を招くことなく、信号読み出し対象である画素の切り替え時において読み出し信号の出力電圧のレベル変動を抑制することが可能な信号読み出し回路を備えた半導体撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる半導体撮像装置は、複数の画素から出力される画素信号を出力ラインから順次読み出す読み出し回路を備えた半導体撮像装置において、前記複数の画素信号が出力され、かつ、前記出力ラインと出力ライン接続スイッチ手段を介して接続される複数のバスラインと、前記複数のバスラインに対応する複数のダミーライン接続スイッチ手段を介して前記複数のバスラインと接続される単数または複数のダミーラインとを備え、前記出力ラインには出力アンプを構成するための出力アンプ用負荷トランジスタが接続されており、前記ダミーラインにはダミーアンプを構成するためのダミーアンプ用負荷トランジスタが接続されており、前記ダミーアンプ用負荷トランジスタは、前記出力アンプ用負荷トランジスタと同一のゲート長および同一のゲート幅を有し、１の前記バスラインに接続されている前記出力ライン接続スイッチ手段を動作状態として、該１のバスラインに出力されている前記画素信号を前記出力ラインから読み出す動作の前に、予め該１のバスラインに接続されている前記ダミーライン接続スイッチ手段を動作状態にすることを特徴とする。

かかる構成の本発明によれば、ダミーラインからの画素信号の出力により、読み出し対象となる画素信号が出力されるバスラインを、信号読み出し動作の前に、予め非動作状態（すなわち当該バスラインおよび出力ラインから出力が行われていない状態）から動作状態（すなわち当該バスラインおよび出力ラインから出力が行われる状態）とすることができる。それゆえ、出力ラインから出力される画素信号（すなわち読み出し信号）では、バスラインが非動作状態から動作状態に移行した際に生じる電圧レベルの変動が抑制され、滑らかな電圧波形を実現することが可能となる。

本発明によれば、消費電力の増加を招くことなく信号読み出し対象である画素を切り替えた際の読み出し信号の出力電圧のレベル変動を抑制することが可能な信号読み出し回路が実現される。したがって、本発明にかかる半導体撮像装置では、ノイズ等の発生が抑制されるとともに応答速度の向上が図られた低消費電力の装置を実現することが可能となる。

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる半導体撮像装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態の信号読み出し回路は、画素領域１と、垂直アドレス選択部１４０と、水平アドレス選択部１３０とを含んで構成される。

ここでは、二行四列のマトリクス状に画素１００ａ〜１００ｈが配列されて画素領域１が構成された場合を図示しているが、画素領域１を構成する画素数はこれに限定されるものではない。実際には、数百〜数百万の画素がマトリクス状に配列されて画素領域１が構成されている。ここで、画素１００ａ〜１００ｈとは、信号が入力される単位セル（すなわち信号入力部）のことである。

この場合には、垂直アドレス選択部１４０からの出力により、垂直方向いずれの行の画素１００ａ〜１００ｈの信号読み出しを行うかが選択され、一方、水平アドレス選択部１３０からの出力により、水平方向いずれの列の画素１００ａ〜１００ｈの信号読み出しを行うかが選択される。そして、かかる垂直アドレス選択部１４０における行選択と水平アドレス選択部１３０における列選択とを組み合わせることにより、所望の画素１００ａ〜１００ｈの信号読み出しを行うことが可能となり、マルチプレクサが形成される。具体的に、ここでは、垂直アドレス選択部１４０からの出力と水平アドレス選択部１３０からの出力との交点に位置する画素１００ａ〜１００ｈの信号が読み出されて外部に取り出される。

画素領域１は、複数のドライブトランジスタ（以下、ドライブＴｒと表す）１８１〜１８８と、複数の垂直選択スイッチトランジスタ（以下、垂直選択スイッチＴｒと表す）１４１１〜１４１４，１４２１〜１４２４とを備える。ここでは、各ドライブＴｒ１８１〜１８８と各垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４，１４２１〜１４２４とがそれぞれ対になって並列に接続された単位ユニットを含んで各画素１００ａ〜１００ｈが構成される。そして、画素１００ａ〜１００ｈは、画素領域１において、垂直方向に延設され等間隔で水平方向に配設された第一列目から第四列目の垂直バスライン１２１〜１２４に接続されている。

具体的に、ドライブＴｒ１８１と垂直選択スイッチＴｒ１４２１とで画素１００ａが構成され、ドライブＴｒ１８２と垂直選択スイッチＴｒ１４２２とで画素１００ｂが構成され、ドライブＴｒ１８３と垂直選択スイッチＴｒ１４２３とで画素１００ｃが構成され、ドライブＴｒ１８４と垂直選択スイッチＴｒ１４２４とで画素１００ｄが構成され、ドライブＴｒ１８５と垂直選択スイッチＴｒ１４１１とで画素１００ｅが構成され、ドライブＴｒ１８６と垂直選択スイッチＴｒ１４１２とで画素１００ｆが構成され、ドライブＴｒ１８７と垂直選択スイッチＴｒ１４１３とで画素１００ｇが構成され、ドライブＴｒ１８８と垂直選択スイッチＴｒ１４１４とで画素１００ｈが構成される。

そして、画素１００ａおよび画素１００ｅが第一列目の垂直バスライン１２１に接続され、画素１００ｂおよび画素１００ｆが第二列目の垂直バスライン１２２に接続され、画素１００ｃおよび画素１００ｇが第三列目の垂直バスライン１２３に接続され、画素１００ｄおよび画素１００ｈが第四列目の垂直バスライン１２４に接続されている。

各画素１００ａ〜１００ｈのドライブＴｒ１８１〜１８８は、ドレインがそれぞれ電源端子Ｖｃｃ１８に接続され、ゲートがそれぞれ画素信号入力ライン１５１〜１５８に接続され、ソースが垂直選択スイッチＴｒ１４２１〜１４２４，１４１１〜１４１４のドレインにそれぞれ接続されている。

垂直バスライン１２１〜１２４は、それぞれ水平選択第二スイッチトランジスタ（以下、水平選択第二スイッチＴｒと表す）１７１〜１７４のドレインに接続され、この水平選択第二スイッチＴｒ１７１〜１７４を介してダミーライン１４に共通に接続されている。ダミーライン１４は、ゲートがバイアス１６に接続された負荷トランジスタ（以下、負荷Ｔｒと表す）１２のドレインに接続され、この負荷Ｔｒ１２のソースはアナロググランド（以下、ＧＮＤと表す）１０に接続される。

ここでは、負荷Ｔｒ１２の電流量を決めるために、バイアス１６を用いている。このバイアス１６により、後述の負荷Ｔｒ１１と同じ電圧が負荷Ｔｒ１２のゲートに印加される。

また、各垂直バスライン１２１〜１２４は、それぞれ水平選択第二スイッチＴｒ１７１〜１７４の上流側で一部が分岐し、各分岐バスライン１２１ａ〜１２４ａは、水平選択第一スイッチトランジスタ（以下、水平選択第一スイッチＴｒと表す）１６１〜１６４のドレインに接続されている。そして、分岐バスライン１２１ａ〜１２４ａは、この水平選択第一スイッチＴｒ１６１〜１６４をそれぞれ介して、出力ライン１３に共通に接続されている。

出力ライン１３は、ゲートがダミーライン１４と共通のバイアス１６に接続された負荷トランジスタ（以下、負荷Ｔｒと表す）１１のドレインに接続される。この負荷Ｔｒ１１のソースはＧＮＤ１０に接続されている。また、出力ライン１３は、負荷Ｔｒ１１の上流側で分岐して外部または二段目の出力アンプ（図示せず）に出力可能な出力端子６にさらに接続される。この出力アンプは、接地されている。

ここでは、ダミーアンプの負荷Ｔｒ１２と出力アンプの負荷Ｔｒ１１とが、同一のゲート長Ｌおよびゲート幅Ｗを有している。それにより、後述するダミーライン１４を介した出力において、出力ライン１３を介した出力と同じ状態を実現することが可能となり、その結果、信号読み出し動作の１周期前において垂直バスライン１２１〜１２４を予め動作状態とさせる際に、信号読み出し動作時と同じ動作状態とすることが可能となる。

なお、負荷Ｔｒ１２および負荷Ｔｒ１１において、ゲート幅Ｗとゲート長Ｌ（Ｗ／Ｌ）が異なる場合には、予め動作状態となった垂直バスライン１２１〜１２４の状態と信号読み出し動作時の垂直バスライン１２１〜１２４の状態とが異なる状態となるため、後述する出力ライン１３からの出力における電圧レベル変動の抑制効果が小さくなる可能性がある。したがって、負荷Ｔｒ１２および負荷Ｔｒ１１とは、同一のゲート長Ｌおよびゲート幅Ｗとすることが好ましい。

垂直アドレス選択部１４０は、第一行目選択部１４１と第二行目選択部１４２とを備える。第一行目選択部１４１は、第一行選択信号出力ライン１４１０を介して、垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４のゲートにそれぞれ接続されている。第二行目選択部１４２は、第二行選択信号出力ライン１４２０を介して、垂直選択スイッチＴｒ１４２１〜１４２４のゲートにそれぞれ接続されている。

一方、水平アドレス選択部１３０は、第一列目選択部１３１、第二列目選択部１３２、第三列目選択部１３３、および第四列目選択部１３４を備える。第一列目選択部１３１は、第一列選択信号出力ライン１２１ｂを介して水平選択第一スイッチＴｒ１６１のゲートに接続される。また、水平選択第一スイッチＴｒ１６１の上流側で第一列選択信号出力ライン１２１ｂから分岐した分岐ライン１２１ｃが、水平選択第二スイッチＴｒ１７２のゲートに接続される。

また、第二列目選択部１３２は、第二列選択信号出力ライン１２２ｂを介して水平選択第一スイッチＴｒ１６２のゲートに接続される。また、水平選択第一スイッチＴｒ１６２の上流側で第二列選択信号出力ライン１２２ｂから分岐した分岐ライン１２２ｃが、水平選択第二スイッチＴｒ１７３のゲートに接続される。

また、第三列目選択部１３３は、第三列選択信号出力ライン１２３ｂを介して水平選択第一スイッチＴｒ１６３のゲートに接続される。また、水平選択第一スイッチＴｒ１６３の上流側で第三列選択信号出力ライン１２３ｂから分岐した分岐ライン１２３ｃが、水平選択第二スイッチＴｒ１７４のゲートに接続される。

さらに、第四列目選択部１３４は、第四列選択信号出力ライン１２４ｂを介して水平選択第一スイッチＴｒ１６４のゲートに接続される。また、水平選択第一スイッチＴｒ１６４の上流側で第四列選択信号出力ライン１２４ｂから分岐した分岐ライン１２４ｃが、図示を省略した隣接の水平選択第二スイッチＴｒのゲートに接続される。

以上のように、かかる構成の信号読み出し回路では、ドライブＴｒ１８１〜１８８と負荷Ｔｒ１１または負荷Ｔｒ１２とによってソースフォロワアンプが構成されている。そして、ここでは、各ドライブＴｒ１８１〜１８８と各水平第一選択スイッチ１６１〜１６４と負荷Ｔｒ１１と負荷Ｔｒ１１に接続されたＧＮＤ１０とによって出力アンプが構成されるとともに、各ドライブＴｒ１８１〜１８８と各水平第二選択スイッチ１７１〜１７４と負荷Ｔｒ１２と負荷Ｔｒ１２に接続されたＧＮＤ１０とによってダミーアンプが構成される。すなわち、共通のドライブＴｒ１８１〜１８８を用いて出力アンプとダミーアンプとが構成されている。

かかる構成の信号読み出し回路では、回路を構成するドライブＴｒ１８１〜１８８、垂直選択スイッチＴｒ１４２１〜１４２４，１４１１〜１４１４、水平選択第二スイッチＴｒ１７１〜１７４、水平選択第一スイッチＴｒ１６１〜１６４、出力アンプの負荷Ｔｒ１１およびダミーアンプの負荷Ｔｒ１２が、ｎ型のＭＯＳＦＥＴで構成されている。そして、ここでは、水平選択第一スイッチＴｒ１６１〜１６４が出力ライン接続スイッチ手段に相当し、水平選択第二スイッチＴｒ１７１〜１７４がダミーライン接続スイッチ手段に相当する。また、水平アドレス選択部１３０の各部１３１〜１３４から出力される信号が、第一方向選択信号に相当する。

次に、本実施の形態の信号読み出し回路の信号読み出し動作について説明する。当該動作の概要を説明すると、信号読み出し回路では、各画素１００ａ〜１００ｈの信号読み出しが順次行われ、ここではまず、一行目の画素１００ｅ〜１００ｆにおいて、第一列目から第四列目まで水平方向に画素１００ｅ〜１００ｆの信号読み出しが順次行われる。その後、第二行目の画素１００ａから１００ｄの読み出しに移行し、第二行目の画素１００ａ〜１００ｄにおいて、第一列目から第四列目まで水平方向に画素１００ａ〜１００ｄの信号読み出しが順次行われる。

具体的に、信号読み出し回路では、画素領域１において、まず、第一行目の画素１００ｅ〜１００ｈが選択されて当該行において水平方向に画素１００ｅ〜１００ｈの走査が行われ、その後、第二行目の画素１００ａ〜１００ｄが選択されて当該行において水平方向に画素１００ａ〜１００ｄの走査が順次行われる。それにより、画素領域１の全ての画素１００ａ〜１００ｈについて、画素毎に順次信号読み出しが行われる。

上記の信号読み出しにおいて、信号読み出し対象となる行の選択は、垂直アドレス選択部１４０からの信号出力により実現される。具体的に、垂直アドレス選択部１４０の第一行目選択部１４１からの出力により、第一行選択信号出力ライン１４１０を介して第一行目の垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４のゲートに信号が入力され、その結果、垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４がＯＮ状態となる。この時、ゲートに信号が入力されない第二行目の垂直選択スイッチＴｒ１４２１〜１４２４はＯＦＦ状態となる。したがって、第一行目が選択された状態が実現される。

また、垂直アドレス選択部１４０の第二行目選択部１４２からの出力により、第二行選択信号出力ライン１４２０を介して第二行目の垂直選択スイッチＴｒ１４２１〜１４２４のゲートに信号が入力され、その結果、垂直選択スイッチＴｒ１４２１〜１４２４がＯＮ状態となる。この時、ゲートに信号が入力されない第一行目の垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４はＯＦＦ状態となる。したがって、第二行目が選択された状態が実現される。

一方、信号読み出し対象となる列の選択は、水平アドレス選択部１３０からの信号出力により実現される。具体的に、水平アドレス選択部１３０の第一列目選択部１３１からの出力により、第一列選択信号出力ライン１２１ｂを介して第一列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６１のゲートに信号が入力され、その結果、水平選択第一スイッチＴｒ１６１がＯＮ状態となる。この時、ゲートに信号が入力されない第二列目から第三列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６２〜１６４はＯＦＦ状態となる。それにより、後述するように、第一列目の画素１００ａ，１００ｅから選択的に信号読み出しを行うことが可能となる。

ここで、水平アドレス選択部１３０において第一列目選択部１３１が選択されてここから出力が行われると、上記のように第一列選択信号出力ライン１２１ｂを介して第一列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６１のゲートに信号が入力されると同時に、第一列選択信号出力ライン１２１ｃを介して第二列目の水平選択第二スイッチＴｒ１７２のゲートに信号が入力される。

その結果、上記のように水平選択第一スイッチＴｒ１６１がＯＮ状態となると同時に、水平選択第二スイッチＴｒ１７２がＯＮ状態となる。なお、水平選択第二スイッチＴｒ１７２以外の水平選択第二スイッチＴｒ１７１，１７３，１７４では、ゲートに信号が入力されないので、これらはＯＦＦ状態となる。それにより、後述するように、第二列目の画素１００ｂ，１００ｆからダミーライン１４を通じて信号の出力が可能な構成が実現される。

一方、水平アドレス選択部１３０の第二列目選択部１３２からの出力により、第二列選択信号出力ライン１２２ｂを介して第二列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６２のゲートに信号が入力され、その結果、水平選択第一スイッチＴｒ１６２がＯＮ状態となる。この時、ゲートに信号が入力されない第一列目、第三列目、および第四列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６１，１６３，１６４はＯＦＦ状態となる。それにより、後述するように、第二列目の画素１００ｂ，１００ｆから選択的に信号読み出しを行うことが可能な構成が実現される。

ここで、水平アドレス選択部１３０において第二列目選択部１３２が選択されてここから出力が行われると、上記のように第二列選択信号出力ライン１２２ｂを介して第二列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６２のゲートに信号が入力されると同時に、第二列選択信号出力ライン１２２ｃを介して第三列目の水平選択第二スイッチＴｒ１７３のゲートに信号が入力される。

その結果、上記のように水平選択第一スイッチＴｒ１６２がＯＮ状態となると同時に、水平選択第二スイッチＴｒ１７３がＯＮ状態となる。なお、水平選択第二スイッチＴｒ１７３以外の水平選択第二スイッチＴｒ１７１，１７２，１７４では、ゲートに信号が入力されないので、これらはＯＦＦ状態となる。それにより、後述するように、第三列目の画素１００ｃ，１００ｇからダミーライン１４を通じて信号の出力が可能な構成が実現される。

以下同様にして、水平アドレス選択部１３０の第三列目選択部１３３が選択されてここから出力が行われると、第三列選択信号出力ライン１２３ｂを介して第三列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６３のゲートに信号が入力されて水平選択第一スイッチＴｒ１６３がＯＮ状態となると同時に、第三列選択信号出力ライン１２３ｃを介して第四列目の水平選択第二スイッチＴｒ１７４のゲートに信号が入力されて水平選択第二スイッチＴｒ１７４がＯＮ状態となる。それにより、後述するように、第三列目の画素１００ｃ，１００ｇから選択的に信号読み出しを行うとともに、第四列目の画素１００ｄ，１００ｈからダミーライン１４を通じて信号の出力が可能な構成が実現される。

また、水平アドレス選択部１３０の第四列目選択部１３４が選択されてここから出力が行われると、第四列選択信号出力ライン１２４ｂを介して第四列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６４のゲートに信号が入力されて水平選択第一スイッチＴｒ１６４がＯＮ状態となると同時に、第四列選択信号出力ライン１２４ｃを介して図示しない隣接の水平選択第二スイッチＴｒのゲートに信号が入力されて当該水平選択第二スイッチＴｒがＯＮ状態となる。それにより、後述するように、第四列目の画素１００ｄ，１００ｈから選択的に信号読み出しを行うとともに、図示しないその他の隣接する画素からダミーライン１４を通じて信号の出力を行うことが可能な構成が実現される。

信号読み出し回路では、上記のような行および列の選択を組み合わせることにより、画素領域１の中で一つの画素１００ａ〜１００ｈの信号を選択的に読み出すことが可能となる。例えば、垂直アドレス選択部１４０の第一行目選択部１４１から信号が出力されて第一行目の垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４がＯＮ状態となった状態で、水平アドレス選択部１３０の第一列目選択部１３１から信号が出力されて第一列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６１がＯＮ状態となると、垂直および水平の両方のスイッチＴｒがＯＮ状態となった画素１００ｅのみが出力ライン１３へ画素信号を出力することが可能となる。それにより、画素１００ｅの画素信号が出力ライン１３を通じて外部に出力され、画素１００ｅの信号読み出しが行われる。

ここで、水平アドレス選択部１３０の第一列目選択部１３１からの出力が行われると、上記のように、水平選択第一スイッチＴｒ１６１がＯＮ状態となると同時に水平選択第二スイッチＴｒ１７２がＯＮ状態となるため、画素１００ｆの画素信号が、水平選択第二スイッチＴｒ１７２を介してダミーライン１４に出力される。

それゆえ、このように垂直アドレス選択部１４０の第一行目選択部１４１と水平アドレス選択部１３０の第一列目選択部１３１とから出力が行われる場合には、画素１００ｅの画素信号が出力ライン１３から出力されて第一列目の垂直バスライン１２１が動作状態となるとともに、画素１００ｆの画素信号がダミーライン１４から出力されて第二列目の垂直バスライン１２２が動作状態となる。

続いて、上記のように垂直アドレス選択部１４０の第一行目選択部１４１からの出力により第一行目の垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４をＯＮ状態としたままで、水平アドレス選択部１３０における出力を第一列目選択部１３１から第二列目選択部１３２に切り替える。それにより、ＯＮ状態となるスイッチＴｒが第一列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６１から第二列目の水平選択第一スイッチＴｒ１６２に切り替わる。また、このように水平選択第一スイッチＴｒ１６２がＯＮ状態となると同時に、水平選択第二スイッチＴｒ１７３がＯＮ状態となる。

したがって、垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４と水平選択第一スイッチＴｒ１６２とがＯＮ状態となった状態が実現され、その結果、垂直および水平の両方のスイッチＴｒがＯＮ状態となった画素１００ｆのみが出力ライン１３へ画素信号を出力することが可能となる。それにより、画素１００ｆの画素信号が出力ライン１３を通じて外部に出力され、画素１００ｆの信号読み出しが行われる。また、水平選択第二スイッチＴｒ１７３がＯＮ状態となることから、画素１００ｇの画素信号が、水平選択第二スイッチＴｒ１７３を介してダミーライン１４に出力される。

このように、垂直アドレス選択部１４０の第一行目選択部１４１と水平アドレス選択部１３０の第二列目選択部１３２とから出力が行われる場合には、画素１００ｆの画素信号が出力ライン１３から出力されて第二列目の垂直バスライン１２２が動作状態となるとともに、画素１００ｇの画素信号がダミーライン１４から出力されて第三列目の垂直バスライン１２３が動作状態となる。

ここで、上記のような水平アドレス選択部１３０における出力の切り替え、すなわち第一列目選択部１３１から第二列目選択部１３２への出力の切り替えの際には、ダミーライン１４を配設した本発明の特徴的構成により、以下のような有効な効果が奏される。

すなわち、本実施の形態では、前述したように、水平アドレス選択部１３０の第一列目選択部１３１から出力を行って画素１００ｅの画素信号の読み出しを行う際に、画素信号の読み出しに直接的に関与する第一列目の垂直バスライン１２１の他に、この垂直バスライン１２１と隣接する第二列目の垂直バスライン１２２が、ダミーライン１４を介した画素１００ｂの画素信号の出力によって動作状態となっている。

したがって、水平アドレス選択部１３０の第二列目選択部１３２からの出力に切り替えて画素１００ｆの画素信号の読み出しを行う際には、予め動作状態となっている垂直バスライン１２２から画素信号の読み出しが行われる。したがって、画素１００ｆの信号読み出しでは、出力ライン１３から出力される読み出し信号の電圧波形において、従来のような垂直バスライン１２２の動作状態の移行に伴う電圧レベルの変動が抑制され、滑らかな波形が実現される。

特に、この場合には、前述のようにダミーアンプを構成する負荷Ｔｒ１２と出力アンプを構成する負荷Ｔｒ１１とが同一のゲート長Ｌおよびゲート幅Ｗを有するので、ダミーライン１４を介した画素１００ｆの画素信号の出力においては、出力ライン１３を介した画素１００ｅの画素信号の出力と同じ状態を実現することが可能となる。

それゆえ、垂直バスライン１２２では、信号読み出し動作の１周期前において予め動作状態となる際に、信号読み出し動作時と同じ動作状態が実現され、よって、第二列目選択部１３２からの出力に切り替わっても、垂直バスライン１２２では状態変化が抑制される。このため、垂直バスライン１２２の動作状態の移行に伴う出力ライン１３からの出力の電圧レベル変動が、より有効に抑制される。

以下同様にして、第一行目の垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４をＯＮ状態としたままで水平アドレス選択部１３０における出力を、第二列目選択部１３２から第三列目選択部１３３、および第三列目選択部１３３から第四列目選択部１３４に順次切り替える。それにより、画素１００ｇおよび画素１００ｈの信号読み出しが行われる。

ここで、画素１００ｇの読み出しの際には、ダミーライン１４を介した出力により、垂直バスライン１２４の動作状態が実現される。また、画素１００ｈの読み出しの際には、ダミーライン１４を介した出力により、図示を省略した隣接の垂直バスラインの動作状態が実現される。したがって、水平アドレス選択部１３０における出力が第二列目選択部１３２から第三列目選択部１３３に切り替わっても、また、第三列目選択部１３３から第四列目選択部１３４に切り替わっても、上記の第一列目選択部１３１から第二列目選択部１３２への切り替えの場合と同様、出力ライン１３から出力される読み出し信号の電圧波形は、電圧レベルの変動が抑制された滑らかな波形となる。

さらにその後、垂直アドレス選択部１４０における出力を第一行目選択部１４１から第二列目選択部１４２に切り替えることにより、第一行目の垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４をＯＦＦ状態とするとともに第二行目の垂直選択スイッチＴｒ１４２１〜１４２４をＯＮ状態とする。そして、かかる状態において、上記と同様にして、水平アドレス選択部１３０において第一列目選択部１３１から第四列目選択部１３４まで順次出力を行う。それにより、画素１００ａ〜１００ｄの信号読み出しが行われる。

このような画素１００ａ〜１００ｄの信号読み出しでは、上記の画素１００ｅ〜１００ｈの場合と同様、画素１００ａの読み出しの際にダミーライン１４を介した画素１００ｂからの出力により垂直バスライン１２２の動作状態が実現され、画素１００ｂの読み出しの際にはダミーライン１４を介した画素１００ｃからの出力により垂直バスライン１２３の動作状態が実現され、画素１００ｃの読み出しの際にはダミーライン１４を介した画素１００ｄからの出力により垂直バスライン１２４の動作状態が実現され、画素１００ｄの読み出しの際にはダミーライン１４を介した図示しない隣接の画素からの出力により図示しない隣接の垂直バスラインの動作状態が実現される。

このように、第二行目の画素１００ａ〜１００ｄの読み出しの際には、第一行目の画素１００ｅ〜１００ｈの場合と同様、本動作である信号読み出し動作の前に、予め、垂直バスライン１２１〜１２４が非動作状態から動作状態に移行する。したがって、出力ライン１３から出力される各画素１００ａ〜１００ｄからの読み出し信号の電圧波形は、電圧レベルの変動が抑制された滑らかな波形となる。

図２（ａ）〜（ｃ），（ｆ）〜（ｉ）は、本実施の形態の効果を説明するための図である。具体的に、図２（ａ）〜（ｃ），図２（ｆ）〜（ｉ）は、図１の水平アドレス選択部１３０での選択列切り替え時における各部の電圧を示しており、図２（ａ）は、図１の出力ライン１３の出力電圧を示しており、図２（ｂ）は、図１のダミーライン１４の出力電圧を示しており、図２（ｃ）は、図１の垂直バスライン１２３の電圧を示しており、図２（ｆ）〜（ｉ）は、図１の水平アドレス選択部１３０の第四列目選択部１３４、第三列目選択部１３３、第二列目選択部１３２、および第一列目選択部１３１の電圧をそれぞれ示している。図２（ａ）〜（ｃ），（ｆ）〜（ｉ）では、縦軸が電圧を示しており、横軸が時間を示している。

図２（ａ）〜（ｃ），（ｆ）〜（ｉ）から明らかなように、水平アドレス選択部１３０の第一列目選択部１３１から第四列目選択部１３４まで順次出力が切り替わって垂直バスライン１２１〜１２４が非動作状態から動作状態に移行する際には、本動作である信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２１〜１２４に隣接する垂直バスライン１２１〜１２４、すなわち、当該信号読み出し動作の次の信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２１〜１２４が、ダミーライン１４を介した出力により、信号読み出し動作の前に予め非動作状態から動作状態となる。

それゆえ、図２（ｂ）に示すように、ダミーライン１４からの出力では、垂直バスライン１２１〜１２４の非動作状態から動作状態への移行に伴って電圧レベルの変動が生じることから、図２（ｄ）に示す従来の出力ラインからの出力のように、水平アドレス選択部１３０における出力の切り替えに伴って電圧レベルの変動ピークＰ１１〜Ｐ１４が生じる電圧波形となる。

しかしながら、ここでは、読み出し信号として出力されるのが出力ライン１３を介した出力であり、ダミーライン１４を介した出力は読み出し信号には影響しない。したがって、このようなダミーライン１４における電圧レベルの変動は、読み出し信号には影響しない。

一方、図２（ａ）に示すように、出力ライン１３から得られる出力、すなわち、出力ライン１３から出力される読み出し信号では、前述のように信号読み出しに寄与するダミーライン１４を当該信号読み出し動作の前に予め非動作状態から動作状態としておくことが可能であることから、図２（ｄ）に示す従来の出力ラインからの出力のような電圧レベルの変動ピークＰ１〜Ｐ４が抑制され、オーバーシュートが抑制された滑らかな電圧波形の実現が図られる。したがって、ノイズの発生等が抑制された良好な特性の半導体撮像装置を実現することが可能となる。

また、本実施の形態にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路では、水平アドレス選択部１３０における出力の切り替え周期（すなわち、列の選択周期）が、図５の従来例の場合のように出力ライン５３における電圧レベルの変動が安定するまでの時間を要することがなく、よって、水平アドレス選択部１３０における出力の切り替えが速やかに行われて水平方向の画素１００ａ〜１００ｈの切り替えが高速で行われる。その結果、各画素１００ａ〜１００ｈの信号読み出し周期の短縮化が図られ、高速応答が可能となる。

また、この場合、出力アンプの負荷Ｔｒ１１に流す電流量を増やすことなく上記のように出力ライン１３からの出力において電圧変動を抑制することが可能であるため、出力のリニアリティの低下や出力振幅の減少を招くことがなく、よって、感度の低下を防止することが可能となる。

また、かかる構成の本実施の形態では、ダミーライン１４と、かかるダミーライン１４への出力制御を行う水平選択第二スイッチＴｒ１７１〜１７４とをさらに配設する簡単な構成によって上記効果が奏されるので、図６に示す従来例のようにトランジスタの配設数が増加して回路構成が複雑になるのを防止できる。したがって、かかる本実施の形態の半導体撮像装置では、消費電力の低減化が図られる。その結果、消費電力の低減化が望まれる携帯機器に利用するのにより有効であり、また、装置内を低温に保持した状態での使用が望まれる装置により有効である。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路の構成を示す模式図である。図３に示すように、本実施の形態の半導体撮像装置における信号読み出し回路は、図１の実施の形態１と同様の構成を有するが、以下の点が実施の形態１とは異なっている。

実施の形態１では、ドライブＴｒ１８１〜１８８のドレインが電源端子Ｖｃｃ１８に接続されるとともに出力アンプを構成する負荷Ｔｒ１１およびダミーアンプを構成する負荷Ｔｒ１２のソースがＧＮＤ１０に接続されて接地された構成であるのに対して、本実施の形態は、実施の形態１における電源配設側と接地側との位置関係を反対にした構成とし、かつ、ドライブＴｒ１８１〜１８８、垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４，１４２１〜１４２４、水平選択第一スイッチＴｒ１６１〜１６４、水平選択第二スイッチＴｒ１７１〜１７４、および負荷Ｔｒ１１，１２を全て実施の形態１のようなｎＭＯＳＦＥＴではなくｐＭＯＳＦＥＴで構成した点が実施の形態１とは異なっている。

具体的に、本実施の形態の信号読み出し回路では、図３に示すように、ドライブＴｒ１８１〜１８８のドレインがＧＮＤ１０に接続されて接地されており、負荷Ｔｒ１２および負荷Ｔｒ１１のソースが電源端子Ｖｃｃ１８に接続されている。かかる構成の本実施の形態においても、実施の形態１において前述した効果が奏される。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路の構成を示す模式図である。図４に示すように、本実施の形態にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路は、図１に示す実施の形態１の信号読み出し回路と同様の構成を有するが、実施の形態１ではダミーライン１４（図１参照）が一本配設された構成であるのに対して、本実施の形態では、複数のダミーライン１４，４１４が配設されている。

具体的に、本実施の形態の信号読み出し回路では、二本のダミーライン、すなわち第一ダミーライン１４と第二ダミーライン４１４とが配設されている。第一ダミーライン１４への出力を制御する構成は実施の形態１と同様であり、具体的には、水平選択第二スイッチＴｒ１７１〜１７４によって第一ダミーライン１４への出力が制御される。

また、第二ダミーライン４１４は、各画素１００ａ〜１００ｈからの出力を水平選択第二スイッチＴｒ１７１〜１７４の上流側において取り出し可能に構成されている。そして、この第二ダミーライン４１４への出力は、水平選択第三スイッチＴｒ４１７１〜４１７４によって制御されている。

水平選択第三スイッチＴｒ４１７１は、ゲートが第一列選択信号出力ライン１２１ｄよりも２周期前に動作状態になる信号出力ラインに接続され、ドレインが垂直バスライン１２１に接続され、ソースが第二ダミーライン４１４に接続されている。水平選択第三スイッチＴｒ４１７２は、ゲートが第一列選択信号出力ライン１２１ｄよりも１周期前に動作状態になる信号出力ラインに接続され、ドレインが垂直バスライン１２２に接続され、ソースが第二ダミーライン４１４に接続されている。水平選択第三スイッチＴｒ４１７３は、ゲートが第一列選択信号出力ライン１２１ｄに接続され、ドレインが垂直バスライン１２３に接続され、ソースが第二ダミーライン４１４に接続されている。水平選択第三スイッチＴｒ４１７４は、ゲートが、第二列選択信号出力ライン１２２ｄに接続され、ドレインが垂直バスライン１２４に接続され、ソースが第二ダミーライン４１４に接続されている。

第二ダミーライン１４の下流端は、ダミーアンプの負荷Ｔｒ４１２のドレインに接続されている。負荷Ｔｒ４１２は、ソースがＧＮＤ１０に接続されており、ゲートが、第一ダミーライン１４と共通のバイアス１６に接続されている。第一ダミーライン１４の構成は、実施の形態１のダミーライン１４と同様である。

かかる構成の本実施の形態の信号読み出し回路では、本動作である信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２１〜１２４に隣接した複数の垂直バスライン１２１〜１２４が、信号読み出し動作の前に、予め複数本同時に非動作状態から動作状態に移行する。

ここでは、垂直バスライン１２１を介した信号読み出し動作が行われる際に、垂直バスライン１２２と垂直バスライン１２３とが同時に動作状態となる。また、垂直バスライン１２２を介した信号読み出し動作が行われる際に、垂直バスライン１２３と垂直バスライン１２４とが同時に動作状態となる。また、垂直バスライン１２３を介した信号読み出し動作が行われる際に、垂直バスライン１２４と図示しない隣接する垂直バスラインとが同時に動作状態となる。また、垂直バスライン１２４を介した信号読み出し動作が行われる際に、図示しない隣接する垂直バスラインとが同時に動作状態となる。

以下、本実施の形態の信号読み出し回路における信号読み出し動作について詳細に説明する。ここでは、図１の実施の形態１の信号読み出し回路と同様の点については説明を省略し、本実施の形態の特徴点について説明する。

例えば、垂直アドレス選択部１４０の第一行目選択部１４１と水平アドレス選択部１３０の第一列目選択部１３１とから出力された場合には、第一行選択信号出力ライン１４１０を介して出力された信号によって垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４がＯＮ状態となる。また、この際、第一列目選択部１３１から第一列選択信号出力ライン１２１ｂを介して出力された信号によって水平選択第一スイッチＴｒ１６１がＯＮ状態となるとともに、第一列選択信号出力ライン１２１ｃを介して出力された信号によって水平選択第二スイッチＴｒ１７２がＯＮ状態となり、さらに、第一列選択信号出力ライン１２１ｄを介して出力された信号によって水平選択第三スイッチＴｒ４１７３がＯＮ状態となる。

かかる状態では、画素１００ｅから垂直バスライン１２１を介して出力された画素信号が、分岐バスライン１２１ａおよび水平選択第一スイッチＴｒ１６１を介して出力ライン１３に出力され、読み出し信号として外部に取り出される。そして、これと同時に、画素１００ｆの画素信号が、垂直バスライン１２２および水平選択第二スイッチＴｒ１７２を介して第一ダミーライン１４に出力されるとともに、画素１００ｇの画素信号が、垂直バスライン１２３および水平選択第三スイッチＴｒ４１７３を介して第二ダミーライン４１４に出力される。

このように、本実施の形態の信号読み出し回路では、画素１００ｅの信号読み出し動作の際に、垂直バスライン１２２から第一ダミーライン１４に出力が行われるとともに、垂直バスライン１２３から第二ダミーライン４１４に出力が行われる。したがって、信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２１だけが動作状態となると同時に、続いて順次信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２２および垂直バスライン１２３が、予め非動作状態から動作状態に移行する。したがって、実施の形態１と同様の効果が奏される。

上記のように垂直アドレス選択部１４０の第一行目選択部１４１からの出力が保持された状態で、水平アドレス選択部１３０における出力を第一列目選択部１３１から第二列目選択部１３２に切り替えると、垂直選択スイッチＴｒ１４１１〜１４１４がＯＮ状態に保持された状態で、以下の状態が実現される。

すなわち、この場合には、水平アドレス選択部１３０の第二列目選択部１３２から第二列選択信号出力ライン１２２ｂを介して出力された信号によって水平選択第一スイッチＴｒ１６２がＯＮ状態となるとともに、第二列選択信号出力ライン１２２ｃを介して出力された信号によって水平選択第二スイッチＴｒ１７３がＯＮ状態となり、さらに、第二列選択信号出力ライン１２２ｄを介して出力された信号によって水平選択第三スイッチＴｒ４１７４がＯＮ状態となる。

かかる状態では、画素１００ｆから垂直バスライン１２２を介して出力された画素信号が、分岐バスライン１２２ａおよび水平選択第一スイッチＴｒ１６２を介して出力ライン１３に出力され、読み出し信号として外部に取り出される。そして、これと同時に、画素１００ｇの画素信号が、垂直バスライン１２３および水平選択第二スイッチＴｒ１７３を介して第一ダミーライン１４に出力されるとともに、画素１００ｈの画素信号が、垂直バスライン１２４および水平選択第三スイッチＴｒ４１７４を介して第二ダミーライン４１４に出力される。

このように、本実施の形態の信号読み出し回路では、画素１００ｆの信号読み出し動作の際に、垂直バスライン１２３から第一ダミーライン１４に出力が行われるとともに、垂直バスライン１２４から第二ダミーライン４１４に出力が行われる。したがって、信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２２が動作状態となると同時に、続いて順次信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２３および垂直バスライン１２４において、予め動作状態を実現することが可能となる。

以下同様にして、水平アドレス選択部１３０の出力が第二列目選択部１３２から第三列目選択部１３３に切り替わった際には、第三列目選択部１３３から第三列選択信号出力ライン１２３ｂを介して出力された信号によって水平選択第一スイッチＴｒ１６３がＯＮ状態となるとともに、第三列選択信号出力ライン１２３ｃを介して出力された信号によって水平選択第二スイッチＴｒ１７４がＯＮ状態となり、さらに、第三列選択信号出力ライン１２３ｄを介して出力された信号によって図示しない隣接の水平選択第三スイッチＴｒがＯＮ状態となる。

かかる状態では、画素１００ｇから垂直バスライン１２３を介して出力された画素信号が、分岐バスライン１２３ａおよび水平選択第一スイッチＴｒ１６３を介して出力ライン１３に出力され、読み出し信号として外部に取り出される。

そして、これと同時に、画素１００ｈの画素信号が、垂直バスライン１２４および水平選択第二スイッチ１７４を介して第一ダミーライン１４に出力されるとともに、図示しない隣接の画素の画素信号が、図示しない隣接の垂直バスラインおよび水平選択第三スイッチＴｒを介して第二ダミーライン４１４に出力される。

このように、この場合には、信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２３が動作状態となると同時に、続いて順次信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２４および当該垂直バスライン１２４に隣接する図示を省略した垂直バスラインにおいて、予め動作状態を実現することが可能となる。

ここでは図示および詳細な説明を省略するが、水平アドレス選択部１３０の出力が第三列目選択部１３３から第四列目選択部１３４に切り替わった際にも、上記のような本動作の垂直バスラインによる出力ライン１３を介した読み出し信号の出力と同時に、当該本動作の垂直バスラインに隣接する垂直バスラインにより、第一および第二ダミーライン１４，４１４を介した出力が行われるので、本動作の前に予め動作状態を実現することが可能となる。

さらに、垂直アドレス選択部１４０からの出力が第一行目選択部１４１から第二行目選択部１４２に切り替わった際にも、水平アドレス選択部１３０における第一列目選択部１３１から第四列目選択部１３４までの出力切り替えの際には、上記の第一行目選択部１４１が選択された場合と同様の動作が行われる。

以上のように、本実施の形態では、本動作である信号読み出し動作に寄与する垂直バスライン１２１〜１２４と信号読み出し方向において順次隣接する二本の垂直バスライン１２１〜１２４において、予め動作状態を実現することができる。したがって、このような本実施の形態の信号読み出し回路を備えた半導体撮像装置では、実施の形態１において前述した効果が奏される。

特に、この場合には、垂直バスライン１２１〜１２４が、信号読み出し動作に寄与する２周期前において予め非動作状態から動作状態に移行するため、実施の形態１のように垂直バスライン１２１〜１２４が信号読み出し動作に寄与する１周期前において予め移行する場合よりも、より確実に出力ライン１３からの出力の電圧レベル変動を抑制することが可能となる。

例えば、信号の読み出し周期がより短くなった際には、実施の形態１のように信号読み出し動作の１周期前に垂直バスライン１２１〜１２４を予め動作状態に移行させると当該移行に十分な時間をとれないおそれがある。これに対して、本実施の形態では、信号読み出し動作の２周期前に垂直バスライン１２１〜１２４を予め動作状態に移行させるので、短い信号読み出し周期にも対応可能である。

本発明にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路における画素１００ａ〜１００ｈの信号読み出し順序は、上記の実施の形態１〜３の順序に限定されるものではない。例えば、実施の形態１〜３では画素領域１の一端の画素１００ｅから順に信号読み出し動作が行われる場合を例示したが、これ以外に位置する画素から順に信号読み出し動作を行ってもよい。

また、上記の実施の形態１〜３においては、通常は隣接する画素１００ａ〜１００ｈを順次走査して信号読み出しが行われることに対応して、信号読み出し方向において隣接する画素１００ａ〜１００ｈが同時に動作状態となる構成としたが、隣接する画素１００ａ〜１００ｈの順に信号読み出し動作が行われない構成である場合には、信号読み出しの順序に応じてダミーライン１４，４１４への接続が形成される。

また、上記の実施の形態１〜３においては、画素１００ａ〜１００ｈが二次元に配列された構成の信号読み出し回路について説明したが、本発明にかかる信号読み出し回路は、画素が一次元に配列された構成であってもよい。かかる一次元構成の信号読み出し回路は、例えば、各垂直バスラインに接続された複数の画素が一行に配列された構成であってもよい。さらに、上記の実施の形態３においては第一および第二ダミーライン１４，４１４を配設する場合について説明したが、ダミーラインの配設数は、これに限定されるものではなく、画素の配設数等に応じて適宜設定される。

（付記１）複数の画素から出力される画素信号を出力ラインから順次読み出す読み出し回路を備えた半導体撮像装置において、
前記複数の画素信号が出力され、かつ、前記出力ラインと出力ライン接続スイッチ手段を介して接続される複数のバスラインと、
前記複数のバスラインと単数または複数のダミーライン接続スイッチ手段を介して接続される単数または複数のダミーラインとを備え、
１の前記バスラインに接続されている前記出力ライン接続スイッチ手段を動作状態として、該１のバスラインに出力されている前記画素信号を前記出力ラインから読み出す動作の前に、予め該１のバスラインに接続されている前記ダミーライン接続スイッチ手段を動作状態にすることを特徴とする半導体撮像装置。

（付記２）読み出し対象となる前記画素信号が出力されている前記バスラインに接続されている前記出力ライン接続スイッチ手段を動作状態にするために該出力ライン接続スイッチ手段に入力する第一方向選択信号を、前記読み出し対象となる前記画素信号の次以降に読み出し対象となる前記画素信号が出力されている前記バスラインに接続されている前記ダミーライン接続スイッチ手段にも入力する構成を有することを特徴とする付記１に記載の半導体撮像装置。

（付記３）複数の画素から出力される画素信号を出力ラインから順次読み出す読み出し回路を備えた半導体撮像装置において、
前記複数の画素信号が出力され、かつ、前記出力ラインと第一スイッチ手段を介して接続される複数のバスラインと、
前記複数のバスラインと第二スイッチ手段を介して接続されるダミーラインとを備え、
１の前記バスラインに接続されている前記第一スイッチ手段を動作状態として、該１のバスラインに出力されている前記画素信号を前記出力ラインから読み出す動作の前に、予め該１のバスラインに接続されている前記第二スイッチ手段を動作状態にすることを特徴とする半導体撮像装置。

（付記４）前記１のバスラインに接続されている前記第一スイッチ手段を動作状態にするために、該第一スイッチ手段に入力する第一方向選択信号を、前記１のバスラインに出力されている前記画素信号の次に読み出し対象となる前記画素信号が出力されている前記バスラインに接続されている前記第二スイッチ手段にも入力する構成を有することを特徴とする付記３に記載の半導体撮像装置。

（付記５）各前記第一スイッチに入力される前記第一方向選択信号は、１周期毎に順次切り替わることで、前記第一スイッチ手段を動作状態にする１周期前に、前記第二スイッチ手段を動作状態にすることを特徴とする付記４に記載の半導体撮像装置。

（付記６）前記出力ラインには出力アンプを構成するための出力アンプ用負荷トランジスタが接続されており、前記ダミーラインにはダミーアンプを構成するためのダミーアンプ用負荷トランジスタが接続されており、
前記ダミーアンプ用負荷トランジスタは、前記出力アンプ用負荷トランジスタと同一のゲート長および同一のゲート幅を有することを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の半導体撮像装置。

（付記７）前記読み出し回路を構成する前記スイッチ手段は、トランジスタにより構成されたことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の半導体撮像装置。

（付記８）前記負荷トランジスタおよび前記スイッチ手段を構成するトランジスタは、ｎＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする付記７に記載の半導体撮像装置。

（付記９）前記負荷トランジスタおよび前記スイッチ手段を構成するトランジスタは、ｐＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする付記７に記載の半導体撮像装置。

以上のように、本発明にかかる半導体撮像装置は、信号読み出しの対象画素を切り替えた際の出力ラインの電圧レベルの変動を抑制することが可能であり、かつ消費電力の増加が抑制された半導体撮像装置として有用である。特に、消費電力の増加に伴う装置内部の温度上昇を招くことなく電圧レベルの変動を抑制することが可能であるため、装置内部を低温に保持した状態で使用する半導体撮像装置に適している。本発明にかかる半導体撮像装置は、例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＣＭＯＳカメラ等に利用され、特に、消費電力の低減化が望まれる携帯機器において有用である。

本発明の実施の形態１にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路の構成を示す模式図である。 実施の形態１の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体撮像装置の信号読み出し回路の構成を示す模式図である。 従来の撮像装置の信号読み出し回路の一構成例を示す模式図である。 従来の撮像装置の信号読み出し回路の他の構成例を示す模式図である。

符号の説明

１ 画素領域
６ 出力端子
１０ ＧＮＤ
１１ 出力アンプの負荷トランジスタ
１２ ダミーアンプの負荷トランジスタ
１３ 出力ライン
１４ ダミーライン（第一ダミーライン）
１６ バイアス
１８ 電源端子
１００ａ〜１００ｈ 画素（信号入力部）
１２１〜１２４ 垂直バスライン
１２１ａ〜１２４ａ 分岐バスライン
１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ 第一列選択信号出力ライン
１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ 第二列選択信号出力ライン
１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄ 第三列選択信号出力ライン
１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ 第四列選択信号出力ライン
１３０ 水平アドレス選択部
１３１ 第一列目選択部
１３２ 第二列目選択部
１３３ 第三列目選択部
１３４ 第四列目選択部
１４０ 垂直アドレス選択部
１４１ 第一行目選択部
１４２ 第二行目選択部
１５１〜１５８ 画素信号入力ライン
１６１〜１６４ 水平選択第一スイッチトランジスタ
１７１〜１７４ 水平選択第二スイッチトランジスタ
１８１〜１８８ ドライブトランジスタ
４１４ 第二ダミーライン
１４１０ 第一行選択信号出力ライン
１４２０ 第二行選択信号出力ライン
４１７１〜４１７４ 水平選択第三スイッチトランジスタ

Claims (4)

1. 複数の画素から出力される画素信号を出力ラインから順次読み出す読み出し回路を備えた半導体撮像装置において、
   前記複数の画素信号が出力され、かつ、前記出力ラインと出力ライン接続スイッチ手段を介して接続される複数のバスラインと、
   前記複数のバスラインに対応する複数のダミーライン接続スイッチ手段を介して前記複数のバスラインと接続される単数または複数のダミーラインとを備え、
   前記出力ラインには出力アンプを構成するための出力アンプ用負荷トランジスタが接続されており、前記ダミーラインにはダミーアンプを構成するためのダミーアンプ用負荷トランジスタが接続されており、
   前記ダミーアンプ用負荷トランジスタは、前記出力アンプ用負荷トランジスタと同一のゲート長および同一のゲート幅を有し、
   １の前記バスラインに接続されている前記出力ライン接続スイッチ手段を動作状態として、該１のバスラインに出力されている前記画素信号を前記出力ラインから読み出す動作の前に、予め該１のバスラインに接続されている前記ダミーライン接続スイッチ手段を動作状態にすることを特徴とする半導体撮像装置。
2. 読み出し対象となる前記画素信号が出力されている前記バスラインに接続されている前記出力ライン接続スイッチ手段を動作状態にするために該出力ライン接続スイッチ手段に入力する第一方向選択信号を、前記読み出し対象となる前記画素信号の次以降に読み出し対象となる前記画素信号が出力されている前記バスラインに接続されている前記ダミーライン接続スイッチ手段にも入力する構成を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体撮像装置。
3. 前記読み出し回路を構成する前記スイッチ手段は、トランジスタにより構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体撮像装置。
4. 前記負荷トランジスタおよび前記スイッチ手段を構成するトランジスタは、ｎＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項３に記載の半導体撮像装置。

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