JP5119000B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
(1):光量大の光が画素P(i,j) に入射した場合、画素P(i,j) の画像信号を出力する際、垂直信号線SL-V(j) の電位が極端に下がり、電流源CCS(j) の動作範囲を外れた電圧(電流源CCS(j) のトランジスタのドレインソース間電圧Vccsds の非飽和領域の電圧)が、電流源CCS(j) に印加される。
(2):(1)の状態となる結果、電流源CCS(j) は非飽和領域で動作することになり、電流が通常時よりも減少する。
(3):(2)の状態となる結果、各電流源につながれたグランドラインGL-Hに流れる電流の総和も減少する。これにより、電流源CCS(j) に繋がれたグランドラインの配線抵抗Rgl-h(j+k)による電圧降下が減少し、電流源CCS(j+k)内のトランジスタのゲートソース間電圧Vccsgs が大きくなる。
(4):(3)の状態となる結果、つまり電流源CCS(j+k)内のトランジスタのゲートソース間電圧Vccsgs が大きくなることにより、高輝度光が入射していない垂直信号線SL-V(j+k)では、通常時よりも大きな電流が流れる。
(5):(4)の状態となる結果、電流が増大すると、画素P(i,j+k)内の増幅トランジスタのゲートソース間電圧Vgsも通常光のときよりも大きくなり、それに伴って信号の値は通常時よりも大きくなってしまう(画像としては明るくなる)。
第1に、クリップ回路の動作閾値が一定なのに対し、画素内の増幅トランジスタのゲートソース間電圧には各画素毎にばらつきがあるため、同じ光量の光が入射しても出力が画素毎に異なった値を持つ。したがって、クリップ回路内のトランジスタのゲートソース間電圧と、光の信号を読み出している画素の増幅トランジスタのゲートソース間電圧が違うことにより、まったく同じ光量の光が入射しても、クリップされる列と、クリップされない列とが生じ、列毎にばらつきが生じてしまう。
第2に、クリップ回路が動作した場合、クリップ回路内のトランジスタのゲートソース間電圧と画素の増幅トランジスタのゲートソース間電圧とが異なるために、CDS回路を通しても画素の増幅トランジスタのゲートソース間電圧のばらつきが除去できず、ノイズが増加してしまう。
第3に、高輝度入射時の横すじ現象を防止するために、新たに別個の回路を設けねばならず、チップ面積の増大に繋がる。
次に、具体的な実施例1について説明する。この実施例1は、クリップ電圧生成用画素を信号読み出し画素の近傍の画素とし、読み出し画素(行)の移動に応じて、同一の垂直信号線SL-V(j) に接続されたクリップ電圧生成用画素(行)も対応して移動させるようにし、これにより全画素の光信号の読み出しに亘って、クリップ電圧生成用画素と光信号読み出し画素における増幅トランジスタのゲートソース間電圧Vgsの値を近づけるようにするものである。
Verr =Vclip−Vsig
={Vdd−Va −Vgs(2) }−{Vdd−Vgs(1) −Vrs-sig}
=−Va −Vgs(2) +Vgs(1) +Vrs-sig
=−Vgs(2) +Vgs(1) +const (但し、Va ,Vrs-sig=const )
=const 〔但し、Vgs(2) =Vgs(1) 〕 ・・・・・・・・・・・・・(1)
Vrs-sig' =Vrs(1) −Vclip
={Vdd−Vgs(1) }−{Vdd−Va −Vgs(2) }
=Va +Vgs(2) −Vgs(1)
=Va 〔但し、Vgs(2) =Vgs(1) 〕 ・・・・・・・・・・・・(2)
次に、実施例2について説明する。図6は実施例2に係る固体撮像装置の一部省略した構成を示すブロック図である。ここでは、2次元状に画素を配列してなる画素部として、説明を簡単にするため、3行3列部分のみを示しており、i行の画素行は信号読み出し画素行、(i−1)行の画素行はクリップ電圧生成用画素行、(i−2)行の画素行は非読み出し画素行としている場合を示している。図7は、図6に示した画素部を構成する単位画素の画素構成を示す回路構成図であり、各単位画素は、実施例1の画素における選択トランジスタを備えておらず、フォトダイオードPD(i,j) 、フローティングディフュージョン部FD(i,j) 、転送トランジスタMtr(i,j) 、増幅トランジスタMsf(i,j) 、リセットトランジスタMrs(i,j) とから構成されており、列方向に配列されている画素の増幅トランジスタの一端がそれぞれ垂直信号線SL-V(j) に共通に接続されている。そして、各画素共通に接続された電源ラインへの画素電源φVddは、電源電圧Vddとクリップ電圧(Vdd−Va )とクリップ電圧より低い電圧(Vdd−Va −Vb )の3電位にパルス的に駆動されるようになっている。その他の構成については実施例1と同様である。
102 水平走査回路
103 制御信号発生回路
Claims (5)
- 入射光を信号電荷に変換する光電変換手段、前記信号電荷を蓄積する蓄積部、該蓄積部に前記信号電荷を転送する転送手段、前記蓄積部に蓄積された前記信号電荷を増幅して画素信号として出力する増幅手段、及び電源ラインに保持された電位を前記蓄積部に供給して該蓄積部をリセットするリセット手段を有する画素が複数、行列状に2次元に配列されると共に、他端が接地された定電流源の一端に一端が接続され、前記画素信号が出力される、列毎に設けられた出力信号線を有する画素部と、
同一の前記出力信号線に接続された第1の前記画素と第2の前記画素との内、前記入射光に応じた画素信号が読み出される対象の前記画素を前記第1の画素とし、前記第1の画素の位置に応じて設定される非対象の前記画素を前記第2の画素として、前記第1の画素から前記出力信号線への前記画素信号の出力時、前記第2の画素から前記出力信号線への出力を用い、前記定電流源の一端と他端との間の電位差が、前記定電流源が動作可能な範囲に保持されるように制御する制御手段とを有する固体撮像装置であって、
前記制御手段は、前記第2の画素を前記第1の画素の近傍に設定すると共に、前記第2の画素内の前記リセット手段を駆動させたときの出力を、前記第2の画素から前記出力信号線に出力させることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記画素部は、前記画素の前記電源ラインの電位が行毎に前記制御手段により変更可能であり、前記制御手段は、前記第1の画素に係る前記電源ラインに対しては前記入射光に応じた画素信号の読み出しに対応した第1の電位を、前記第2の画素に係る前記電源ラインに対しては前記定電流源に対する動作保持制御に対応した第2の電位を、各々設定することを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。
- 前記制御手段は、前記第1の画素から前記出力信号線への前記画素信号の出力終了タイミングよりも、前記第2の画素から前記出力信号線への出力終了タイミングを遅らせることを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。
- 前記画素部は、全画素の前記電源ラインが、前記制御手段により電位が変更可能な単一の電源に共通に接続されており、前記制御手段は、前記第2の画素内の前記リセット手段を駆動させるタイミングを第1のタイミングとしたとき、前記第1の画素のリセット手段を前記第1のタイミングとは異なる第2のタイミングにて駆動させると共に、前記電源の電位を前記第1のタイミングにおいては前記定電流源に対する動作保持制御に対応した第2の電位に、前記第2のタイミングにおいては前記入射光に応じた画素信号の読み出しに対応した第1の電位に、各々変更することを特徴とする請求項1に係る固体撮像装置。
- 前記制御手段は、前記第1の画素から前記出力信号線への前記画素信号の出力後も、前記第2の画素の前記電源ラインの電位を前記定電流源に対する動作保持制御に対応した電位に維持すると共に、前記リセット手段を駆動させたままにすることを特徴とする請求項2に係る固体撮像装置。
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