JP6230343B2

JP6230343B2 - 固体撮像装置、その駆動方法及び撮像システム

Info

Publication number: JP6230343B2
Application number: JP2013185211A
Authority: JP
Inventors: 伸一郎清水; 章大谷; 大藤村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: US20150070554A1; JP2015053596A; US9554069B2

Description

本発明は、固体撮像装置、その駆動方法及び撮像システムに関する。

固体撮像装置は、転送トランジスタにより光電変換部からフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域に光信号電荷を転送する。その際の残像やランダムノイズを抑制するために、転送トランジスタをオン状態からオフ状態へと移行する間に所定のゲート電圧レベルを保持し、オン状態からオフ状態への移行速度を制御する固体撮像装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第７０６７７９２号明細書

上記の固体撮像装置では、転送トランジスタをオン状態からオフ状態へと移行する際の時間が長くなってしまうため、結果として、電荷転送時間が長くなってしまう。

本発明の目的は、残像を抑制しつつ、電荷転送時間を短縮することができる固体撮像装置、その駆動方法及び撮像システムを提供することである。

本発明の固体撮像装置は、光を電荷に変換する光電変換部と、電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、前記光電変換部の電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送する転送トランジスタと、前記転送トランジスタのゲート電位を制御する転送トランジスタ駆動回路とを有し、前記転送トランジスタ駆動回路は、前記転送トランジスタがオン状態からオフ状態へ変化する時のゲート電位を少なくとも２つの変化速度で連続して変化させるように制御し、前記２つの変化速度のうちの時間的に後の変化速度が、時間的に前の変化速度よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、残像を抑制しつつ、電荷転送時間を短縮することができる。

第１の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。第１の実施形態の転送トランジスタ駆動回路を示す図である。第１の実施形態のタイミングチャートである。電流源切り替えを行わない場合のタイミングチャートである。第２の実施形態の転送トランジスタ駆動回路を示す図である。第２の実施形態のタイミングチャートである。第２の実施形態による固体撮像装置を示す図である。転送トランジスタ駆動回路及び電流量制御回路を示す図である。第３の実施形態のタイミングチャートである。転送トランジスタゲート電位を示す図である。撮像システムの構成例を示す図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。画素部１０１は、２次元行列状に配置され、光電変換部１０２、転送トランジスタ１０３、フローティングディフュージョン部（以下、ＦＤ領域という）１０４、増幅トランジスタ１０５、リセットトランジスタ１０６及び選択トランジスタ１０７を有する。画素部１０１には、駆動線１０８、１０９、１１０が接続されている。光電変換部１０２は、例えばフォトダイオードであり、入射光を電荷に変換して蓄積する。転送トランジスタ１０３のゲートは、駆動線１０８に接続される。垂直走査回路１１８は、転送トランジスタ駆動回路１１３を介して駆動線１０８に駆動信号を出力する。駆動線１０８１は、垂直走査回路１１８及び転送トランジスタ駆動回路１１３の間に接続される。転送トランジスタ駆動回路１１３は、転送トランジスタ１０３のゲート電位を制御する。駆動線１０９は、リセットトランジスタ１０６のゲートに接続される。駆動線１１０は、選択トランジスタ１０７のゲートに接続される。定電流源１１９は、各転送トランジスタ駆動回路１１３を駆動する共通の定電流源である。転送トランジスタ１０３は、駆動線１０８がハイレベルになると、光電変換部１０２に蓄積された電荷をＦＤ領域１０４に転送する。ＦＤ領域１０４は、電荷を電圧に変換する。増幅トランジスタ１０５は、ＦＤ領域１０４の電圧を増幅する。選択トランジスタ１０７は、駆動線１１０がハイレベルになると、増幅トランジスタ１０５により増幅された電圧を垂直出力線１１１に出力する。列毎の垂直出力線１１１は、各列の画素部１０１に共通に接続される。各垂直出力線１１１には、定電流回路１１２が接続される。リセットトランジスタ１０６は、駆動線１０９がハイレベルになると、ＦＤ領域１０４及び／又は光電変換部１０２の電圧を電源電圧Ｖｄにリセットする。列アンプ回路１１４は、垂直出力線１１１の電圧を増幅し、列メモリ１１５に書き込む。水平走査回路１１６は、列メモリ１１５に書き込まれた各列の電圧を順次、出力アンプ１１７に出力する。出力アンプ１１７は、入力電圧を増幅し、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。このほか、ノイズを低減するためにＣＤＳ（ＣｏｒｒｅｌａｔｅｄＤｏｕｂｌｅＳａｍｐｌｉｎｇ）回路などのノイズ低減回路をさらに設けてもよい。ノイズ低減回路は、独立した回路として設けても良いし、例えば列アンプ回路１１４と一部の回路を共有するように構成しても良い。

図２は、図１の転送トランジスタ駆動回路１１３の構成例を示す回路図である。２０１はインバータ回路、２０２はＰＭＯＳトランジスタ、２０３はＮＭＯＳトランジスタ、２０４及び２０５は定電流回路、２０６及び２０７はスイッチである。インバータ回路２０１の入力端子は、駆動線１０８１に接続される。定電流回路２０４及び２０５は、転送トランジスタ１０３のオフ状態を決める電位Ｖｔｘｌに接続される。この電位Ｖｔｘｌは、グランド電位であっても負の電位であってもよい。図２では、電位Ｖｔｘｌは、グランド電位である。

インバータ２０１の入力電位がハイレベルの場合、ＰＭＯＳトランジスタ２０２がオンとなり、転送トランジスタ駆動線１０８には転送トランジスタ１０３のオン状態を決める電源電位Ｖｔｘｈが印加される。インバータ２０１の入力電位がローレベルの場合、ＮＭＯＳトランジスタ２０３がオンとなり、転送トランジスタ駆動線１０８にはグランド電位が印加される。このとき、スイッチ２０６、２０７を介してＮＭＯＳトランジスタ２０３に接続される定電流回路２０４、２０５の電流によって、転送トランジスタ１０３のゲート電位が電位Ｖｔｘｈから電位Ｖｔｘｌへ立ち下がるが、電流値によって立ち下がり時間が決まる。

図３は、図１の固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。固体撮像装置は、ＦＤ領域１０４のリセット、リセットノイズの読み出し、光信号電荷転送、光信号及びリセットノイズの読み出しの順に動作する。図３において、時刻Ｔ１０２からＴ１０４１までが実質的な画素部１０１の残留電荷リセット期間である。第１の動作モードでは、この期間Ｔ１０２〜Ｔ１０４１に全画素部１０１が一括リセットされ、蓄積期間に移行する。第１の動作モードは、例えば静止画撮影を行う動作モードである。また、第２の動作モードでは、この一括リセット期間Ｔ１０２〜Ｔ１０４１を省略してもよい。第２の動作モードは、例えば動画撮影を行う動作モードであって、時刻Ｔ１０４２以降の駆動が繰り返される。この場合に、蓄積電荷の転送、即ち、時刻Ｔ１０７からＴ１０９２の期間が画素部１０１（光電変換部１０２）のリセットを意味している。以下、駆動方法を詳細に説明する。電圧φ１０８１は駆動線１０８１の電圧、電圧φ１０９は駆動線１０９の電圧、電圧φ１１０は駆動線１１０の電圧、電圧φ２０６はスイッチ２０６の制御電圧、電圧φ２０７はスイッチ２０７の制御電圧、φ１０８は駆動線１０８の電圧を示す。以下のタイミング図においては、制御信号がハイレベルであるときに各スイッチがオンするものとする。

時刻Ｔ１０１では、電圧φ１０９がハイレベルであり、リセットトランジスタ１０６がオンし、ＦＤ領域１０４が電源電位Ｖｄにリセットされている。時刻Ｔ１０２では、転送トランジスタ駆動回路１１３の入力電圧φ１０８１がローレベルからハイレベルに変化することで、出力電圧φ１０８がハイレベルとなり、転送トランジスタ１０３がオンする。その結果、光電変換部１０２が電源電位Ｖｄにリセットされ、残留電荷が除去される。

時刻Ｔ１０３では、入力電圧φ１０８１がハイレベルからローレベルに変化し、ＮＭＯＳトランジスタ２０３がオンし、スイッチ２０６を介して接続される定電流回路２０４が動作する。転送トランジスタ１０３のゲート電圧φ１０８は、定電流回路２０４によって与えられる定電流Ｉａに応じた速度で、電位Ｖｔｘｈからグランド電位へ変化を始める。時刻Ｔ１０４では、制御電圧φ２０６がハイレベルからローレベルに変化し、スイッチ２０６がオフとなり、定電流回路２０４が切り離される。それと同時に、制御電圧φ２０７がローレベルからハイレベルに変化し、スイッチ２０７がオンとなり、定電流回路２０５が動作する。転送トランジスタ１０３のゲート電圧φ１０８は、定電流回路２０５によって与えられる定電流Ｉｂに応じた速度で、電位Ｖｔｘｌ（ここではグランド電位）まで立ち下がり、光電変換部１０２の電荷のリセットを終える。このときの定電流Ｉａ及びＩｂは、Ｉａ＜Ｉｂの関係であり、例えば、ＩｂがＩａの３倍であれば、時刻Ｔ１０４からの立ち下がりスロープは、時刻Ｔ１０３からの立ち下がりスロープの３倍の速度になる。時刻Ｔ１０４において、制御電圧φ２０６はハイレベルのままでも良い。この場合、時刻Ｔ１０４からの立ち下がりスロープは、時刻Ｔ１０３からの立ち下がりスロープに対して４倍の速度となる。画素部１０１のリセットが終了した時刻Ｔ１０４１が画素部１０１における電荷蓄積の開始時刻となる。時刻Ｔ１０３から時刻Ｔ１０４１までの動作において、転送トランジスタ１０３のゲートに与えられる電位Ｖｔｘｈが第１の電位、電位Ｖｔｈｌが第２の電位である。転送トランジスタ１０３は、そのゲートの電位が、第１の電位である場合にオン状態となり、第２の電位である場合にオフ状態となる。時刻Ｔ１０４における転送トランジスタ１０３のゲート電位は、第１と第２の電位の間の第３の電位である。したがって、上述の動作を言い換えると、転送トランジスタ１０３のゲートの電位を、第１の電位から第３の電位に、第１の変化速度で変化させた後、第３の電位から第２の電位に、第１の変化速度よりも大きい第２の変化速度で変化させる、とも言える。

時刻Ｔ１０５では、選択制御電圧φ１１０がローレベルからハイレベルとなり、選択トランジスタ１０７がオンし、増幅トランジスタ１０５が垂直出力線１１１に接続される。時刻Ｔ１０６では、リセット制御電圧φ１０９がハイレベルからローレベルとなり、リセットトランジスタ１０６がオフし、ＦＤ領域１０４は、リセットが終了し、フローティング状態となる。そのＦＤ領域１０４の電圧は、ノイズレベルとして、時刻Ｔ１０６からＴ１０７の期間内で、列アンプ１１４によりサンプリングされ、列メモリ１１５に書き込まれる。

時刻Ｔ１０７では、入力電圧φ１０８１がローレベルからハイレベルとなり、転送トランジスタ１０３がオンし、光電変換部１０２に蓄積された光信号電荷は、ＦＤ領域１０４へ転送される。転送トランジスタ１０３のオン／オフ動作は、先に述べたリセット動作と同様に行う。時刻Ｔ１０８では、入力電圧φ１０８１がハイレベルからローレベルに変化し、ＮＭＯＳトランジスタ２０３がオンし、スイッチ２０６を介して接続される定電流回路２０４が動作する。転送トランジスタ１０３のゲート電圧φ１０８は、定電流回路２０４によって与えられる定電流Ｉａに応じた速度で、電位Ｖｔｘｈからグランド電位へ変化を始める。時刻Ｔ１０９では、制御電圧φ２０６がハイレベルからローレベルに変化し、スイッチ２０６がオフとなり、定電流回路２０４が切り離される。それと同時に、制御電圧φ２０７がローレベルからハイレベルに変化し、スイッチ２０７がオンとなり、定電流回路２０５が動作する。転送トランジスタ１０３のゲート電圧φ１０８は、定電流回路２０５によって与えられる定電流Ｉｂに応じた速度で、グランド電位まで立ち下がり、光電変換部１０２の電荷のリセットを終える。転送トランジスタ１０３のゲート電圧φ１０８がグランド電位まで立ち下がった後に、ＦＤ領域１０４の電圧は、光信号（ノイズレベルを含む）として、列アンプ１１４によりサンプリングされ、列メモリ１１５に書き込まれる。水平走査回路１１６は、列メモリ１１５に記憶されているノイズレベルと光信号（ノイズレベルを含む）とを読み出して、出力アンプ１１７に出力する。出力アンプ１１７は、ノイズレベルと光信号（ノイズレベルを含む）との差分を画素信号として出力する。この結果、画素信号からはノイズレベルが低減される。

時刻Ｔ１１０では、リセット制御電圧φ１０９がローレベルからハイレベルに変化し、リセットトランジスタ１０６がオンする。時刻Ｔ１１１では、選択制御電圧φ１１０がハイレベルからローレベルに変化し、選択トランジスタ１０７がオフする。

図１０（ａ）は、転送トランジスタ１０３のゲート電位φ１０８と転送トランジスタ１０３ゲート下のポテンシャルポケットに存在する電子濃度の関係を示すシミュレーション結果である。図１０（ａ）によると、転送トランジスタ１０３のゲート電位φ１０８を電位Ｖｔｘｈから電圧Ｖ１下げる期間Ｔ１の間で、ポテンシャルポケットに存在する電子濃度が大きく低下していることが分かる。即ち、期間Ｔ１以降、ゲート電位φ１０８が電位Ｖｔｘｌまでの電圧Ｖ２下がるまでの期間Ｔ２は、戻り電子に対する寄与が極めて小さい。

本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、戻り電子への寄与の大きい電位付近の立ち下がり速度を緩やかにすることで、戻り電子を抑制し、戻り電子への寄与の小さい電位付近の立ち下がり速度を急峻にすることで、転送時間短縮を実現する。すなわち、｜Ｖ１／Ｔ１｜≦｜Ｖ２／Ｔ２｜の関係が成り立つ。本実施形態では、転送トランジスタ１０３ゲート下のポテンシャルポケットがＦＤ領域１０４から切り離される付近の期間を、転送トランジスタ１０３のゲート電位φ１０８のハイレベル（５[Ｖ]）に対して、以下のように変位させる。例えば、０．３μｓｅｃ程度の間にゲート電位φ１０８を５［Ｖ］から３．５[Ｖ]に緩やかな傾きで変位させ、その後、０．３μｓｅｃ程度の間に３．５［Ｖ］から−１．４[Ｖ]に急峻な傾きで変位させる。

特許文献１では、リセット時及び光信号電荷転送時、転送トランジスタ１０３がオフする際に、転送トランジスタ１０３のゲート下のポテンシャルポケットに存在する電子が光電変換部１０２側に戻る現象（戻り電子と呼ぶ）が発生する。リセット時は、この戻り電子が光信号に重畳されることで残像ノイズを発生させる。また、光信号電荷読み出し時には、戻り電子により黒ノイズが発生する。

図４は、図３に対応し、定電流回路２０４及び２０５の切り替えを行わない場合の動作タイミングと転送トランジスタのゲート電位φ１０８の波形を示す。制御電圧φ２０６をハイレベルに固定し、制御電圧φ２０７をローレベルに固定し、定電流回路２０４から与えられる定電流Ｉａのみで転送トランジスタ１０３のオフ動作を行う。このとき、オフ動作に要する時間Ｔｏｆｆは、ハイレベルからローレベルまでの電位差ΔＶ、転送トランジスタ１０３のゲート及び寄生の容量Ｃ、定電流Ｉａに対して、以下の関係で決まる。
Ｔｏｆｆ＝ΔＶ×Ｃ／Ｉａ

戻り電子の抑制により、効果的な立ち下がり速度を得るために定電流Ｉａを小さくすると、転送トランジスタ１０３のゲート電位φ１０８が電位Ｖｔｘｌに至るまでの時間が増大する。その結果、特に光信号電荷転送から光信号（ノイズを含む）の読み出しまでの期間を長くする必要が生じる。この期間を短縮するために、定電流Ｉａを大きくすると、戻り電子抑制効果が低減するというトレードオフが生じる。本願発明者らは、戻り電子の抑制に効果が大きいのは、転送トランジスタがオン状態からオフ状態へ移行する期間の前半であることを発見した。そこで、本実施形態では、転送トランジスタのゲート電位を少なくとも２つの変化速度で変化させ、時間的に後の変化速度を、時間的に前の変化速度よりも大きくすることにより、戻り電子による残像の抑制及び電荷転送時間の短縮の両方を実現することができる。

以上のように、転送トランジスタ駆動回路１１３は、転送トランジスタ１０３がオン状態からオフ状態へ変化する時のゲート電位φ１０８を少なくとも２つの変化速度で変化させるように制御する。２つの変化速度のうちの時間的に後の変化速度は、時間的に前の変化速度よりも大きい。具体的には、転送トランジスタ駆動回路１１３は、転送トランジスタ１０３のゲートに対して流れる電流値を変えることにより、ゲート電位を少なくとも２つの変化速度で変化させる。転送トランジスタ駆動回路１１３は、時間的に後の変化速度において転送トランジスタ１０３のゲートに対して流れる電流値が、時間的に前の変化速度において転送トランジスタ１０３のゲートに対して流れる電流値より大きくなるように制御する。図２の場合、転送トランジスタ駆動回路１１３は、時間的に前の変化速度にするために第１の定電流回路２０４を転送トランジスタ１０３のゲートに接続し、時間的に後の変化速度にするために第２の定電流回路２０５を転送トランジスタ１０３のゲートに接続する。本実施形態によれば、残像を抑制し、電荷転送時間を短縮することができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態による転送トランジスタ駆動回路１１３の構成例を示す回路図である。本実施形態（図５）は、第１の実施形態（図３）に対して、スイッチ２０６を削除したものである。５０１はインバータ回路、５０２はＰＭＯＳトランジスタ、５０３及び５０７はＮＭＯＳトランジスタ、５０４及び５０５は定電流回路、５０６はＮＭＯＳトランジスタ５０７を制御する制御線である。定電流回路５０４及び５０５は電位Ｖｔｘｌに接続される。

インバータ５０１の入力線１０８１がハイレベルの場合、ＰＭＯＳトランジスタ５０２がオンとなり、転送トランジスタ駆動線１０８には電位Ｖｔｘｈが供給される。インバータ５０１の入力線５０１がローレベルの場合、ＮＭＯＳトランジスタ５０３がオンとなり、転送トランジスタ駆動線１０８には電位Ｖｔｘｌが供給される。ＮＭＯＳトランジスタ５０３に接続される定電流回路５０４、及びＮＭＯＳトランジスタ５０７を介して接続される定電流回路５０５の電流値によって、転送トランジスタ１０３のゲート線１０８が電位Ｖｔｘｈから電位Ｖｔｘｌへ立ち下がる速度は決定する。

図６は、図３に対応し、第２の実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。ここでは、本実施形態と第１の実施形態との差異である転送トランジスタ１０３のオフ動作に限って説明する。その他の駆動方法については、本実施形態は、第１の実施形態と同様である。制御電圧φ５０６は、制御線５０６の電圧である。

時刻Ｔ１０３及びＴ１０８では、入力電圧φ１０８１がローレベルとなり、ＮＭＯＳトランジスタ５０３がオンし、定電流回路５０４が動作する。この時、制御電圧φ５０６がローレベルであり、ＮＭＯＳトランジスタ５０７がオフし、定電流回路５０５が動作しない。転送トランジスタ１０３のゲート電位φ１０８は、定電流回路５０４によって与えられる定電流Ｉａに応じた速度で、電位Ｖｔｘｈから電気Ｖｔｘｌへ変化を始める。時刻Ｔ１０４及びＴ１０９では、制御電圧φ５０６がローレベルからハイレベルに変化し、ＮＭＯＳトランジスタ５０７がオンとなり、定電流回路５０５が動作する。転送トランジスタ１０３のゲート電位φ１０８は、定電流回路５０４によって与えられる定電流Ｉａと定電流回路５０５によって与えられる定電流Ｉｂとの和（Ｉａ＋Ｉｂ）に応じた速度で、電位Ｖｔｘｌまで立ち下がる。時刻Ｔ１０４及びＴ１０９からのゲート電位φ１０８の立ち下がり速度は、時刻Ｔ１０３及びＴ１０８からのゲート電位φ１０８の立ち下がり速度より大きい。本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上のように、転送トランジスタ駆動回路１１３は、転送トランジスタ１０３がオン状態からオフ状態へ変化する時のゲート電位φ１０８を少なくとも２つの変化速度で変化させるように制御する。２つの変化速度のうちの時間的に後の変化速度は、時間的に前の変化速度よりも大きい。転送トランジスタ駆動回路１１３は、時間的に前の変化速度にするために第１の定電流回路５０４を転送トランジスタ１０３のゲートに接続する。また、転送トランジスタ駆動回路１１３は、時間的に後の変化速度にするために第１の定電流回路５０４及び第２の定電流回路５０５を転送トランジスタ１０３のゲートに接続する。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。本実施形態（図７）は、第１の実施形態（図１）に対して、電流量制御回路１０００を追加したものである。電流量制御回路１０００は、定電流源１１９及び転送トランジスタ駆動回路１１３の間に設けられる。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。

図８（ａ）は、図２に対応し、図７の転送トランジスタ駆動回路１１３の構成例を示す回路図である。７０１はインバータ回路、７０２はＰＭＯＳトランジスタ、７０３及び７０４はＮＭＯＳトランジスタ、７０５はＮＭＯＳトランジスタ７０４のゲート電位を供給する駆動線であり、図７の電流量制御回路１０００に接続される。

図８（ｂ）は、図７の電流量制御回路１０００の構成例を示す回路図である。７０６は、図７の定電流源１１９に接続される配線である。７０７、７０８及び７０９はＮＭＯＳトランジスタである。７１０は、駆動モードを切り替えるパルスを供給する配線である。７１１はインバータである。ＮＭＯＳトランジスタ７０７及び７０４は、カレントミラーを形成し、配線７０６から供給される定電流に対して、ゲート幅Ｗ及びゲート長Ｌの比Ｋ＝Ｗ／Ｌで与えられるミラー比Ｋ７０４／Ｋ７０７で決まる電流をＮＭＯＳトランジスタ７０４に供給する。Ｋ７０４はＮＭＯＳトランジスタ７０４の比Ｋであり、Ｋ７０７はＮＭＯＳトランジスタ７０７の比Ｋである。

図９は、図３に対応し、第３の実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。制御電圧φ７１０は、配線７１０の電圧である。本実施形態では、図８（ｂ）に示す電流量制御回路１０００によって、ＮＭＯＳトランジスタ７０４の動作状態を切り替える。以下、本実施形態（図９）が第１の実施形態（図３）と異なる点を説明する。制御電圧φ７１０がハイレベルの場合、ＮＭＯＳトランジスタ７０８がオンし、配線７０６に供給される電流Ｉｃに対して、ＮＭＯＳトランジスタ７０７と７０４とのミラー比で決まる電流ＩｄがＮＭＯＳトランジスタ７０４に流れる。これに対し、制御電圧φ７１０がローレベルの場合、ＮＭＯＳトランジスタ７０９がオンし、配線７０５の電位が電源電位Ｖｄの電位となることで、ＮＭＯＳトランジスタ７０４がオンする。

時刻Ｔ１０３及びＴ１０８では、入力電圧φ１０８１がローレベルとなり、ＮＭＯＳトランジスタ７０３がオンする。この時点で、制御電圧φ７１０はハイレベルであり、転送トランジスタ１０３のゲート電位φ１０８は、定電流Ｉｄに応じた速度で、電位Ｖｔｘｈから電位Ｖｔｘｌへ変化を始める。時刻Ｔ１０４及びＴ１０９では、制御電圧φ７１０がローレベルであり、ＮＭＯＳトランジスタ７０９がオンとなり、ＮＭＯＳトランジスタ７０４がオンとなる。これにより、転送トランジスタ１０３のゲート電位φ１０８は、定電流Ｉｄによる立ち下がりより大きい速度で、電位Ｖｔｘｌまで立ち下がる。時刻Ｔ１０４及びＴ１０９からのゲート電位φ１０８の立ち下がり速度は、時刻Ｔ１０３及びＴ１０８からのゲート電位φ１０８の立ち下がり速度より大きい。本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上のように、転送トランジスタ駆動回路１１３は、転送トランジスタ１０３がオン状態からオフ状態へ変化する時のゲート電位φ１０８を少なくとも２つの変化速度で変化させるように制御する。２つの変化速度のうちの時間的に後の変化速度は、時間的に前の変化速度よりも大きい。転送トランジスタ駆動回路１１３は、転送トランジスタ１０３がオン状態からオフ状態へ変化する時に接続される定電流トランジスタ７０４を有する。時間的に後の変化速度における定電流トランジスタ７０４のゲート電位は、時間的に前の変化速度における定電流トランジスタ７０４のゲート電位と異なる。

（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態による撮像システムの構成例を示す図である。撮像システム８００は、例えば、光学部８１０、撮像装置８２０、映像信号処理回路部８３０、記録・通信部８４０、タイミング制御回路部８５０、システムコントロール回路部８６０、及び再生・表示部８７０を含む。撮像装置８２０は、第１〜第３の実施形態の固体撮像装置である。

レンズ等の光学系である光学部８１０は、被写体からの光を撮像装置８２０の、複数の画素が２次元状に配列された画素部１０１に結像させ、被写体の像を形成する。撮像装置８２０は、タイミング制御回路部８５０からの信号に基づくタイミングで、画素部１０１に結像された光に応じた信号を出力する。撮像装置８２０から出力された信号は、映像信号処理部である映像信号処理回路部８３０に入力され、映像信号処理回路部８３０が、プログラム等によって定められた方法に従って信号処理を行う。映像信号処理回路部８３０での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部８４０に送られる。記録・通信部８４０は、画像を形成するための信号を再生・表示部８７０に送り、再生・表示部８７０に動画や静止画像を再生・表示させる。記録・通信部８４０は、また、映像信号処理回路部８３０からの信号を受けて、システムコントロール回路部８６０と通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。

システムコントロール回路部８６０は、撮像システムの動作を統括的に制御するものであり、光学部８１０、タイミング制御回路部８５０、記録・通信部８４０、及び再生・表示部８７０の駆動を制御する。また、システムコントロール回路部８６０は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラム等が記録される。また、システムコントロール回路部８６０は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム内に供給する。具体的な例としては、読み出す行やリセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらし等である。タイミング制御回路部８５０は、システムコントロール回路部８６０による制御に基づいて撮像装置８２０及び映像信号処理回路部８３０の駆動タイミングを制御する。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

例えば、上述の各実施形態では、定電流源を用いることで転送トランジスタのゲート電位を時間に対してスロープ状に変化させる例を説明したが、ステップ状にゲート電位を変化させても良い。

１０２光電変換部、１０３転送トランジスタ、１０４フローティングディフュージョン部、１１３転送トランジスタ駆動回路

Claims

光を電荷に変換する光電変換部と、
電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記光電変換部の電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタのゲート電位を制御する転送トランジスタ駆動回路とを有し、
前記転送トランジスタ駆動回路は、前記転送トランジスタがオン状態からオフ状態へ変化する時のゲート電位を少なくとも２つの変化速度で連続して変化させるように制御し、前記２つの変化速度のうちの時間的に後の変化速度が、時間的に前の変化速度よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置。
前記転送トランジスタ駆動回路は、前記転送トランジスタのゲートに対して流れる電流値を変えることにより、前記ゲート電位を少なくとも２つの変化速度で連続して変化させることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記転送トランジスタ駆動回路は、前記時間的に後の変化速度において前記転送トランジスタのゲートに対して流れる電流値が、前記時間的に前の変化速度において前記転送トランジスタのゲートに対して流れる電流値より大きくなるように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
前記転送トランジスタ駆動回路は、前記時間的に前の変化速度にするために第１の定電流回路を前記転送トランジスタのゲートに接続し、前記時間的に後の変化速度にするために第２の定電流回路を前記転送トランジスタのゲートに接続することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記転送トランジスタ駆動回路は、前記時間的に前の変化速度にするために第１の定電流回路を前記転送トランジスタのゲートに接続し、前記時間的に後の変化速度にするために前記第１の定電流回路及び第２の定電流回路を前記転送トランジスタのゲートに接続することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記転送トランジスタ駆動回路は、前記転送トランジスタがオン状態からオフ状態へ変化する時に接続される定電流トランジスタを有し、
前記時間的に後の変化速度における前記定電流トランジスタのゲート電位は、前記時間的に前の変化速度における前記定電流トランジスタのゲート電位と異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
光を電荷に変換する光電変換部と、
電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記光電変換部の電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送する転送トランジスタと、
前記転送トランジスタのゲート電位を制御する転送トランジスタ駆動回路と、を有し、
前記転送トランジスタは、ゲートが第１の電位であるときにオン状態になり、ゲートが第２の電位であるときにオフ状態になり、
前記転送トランジスタ駆動回路は、前記転送トランジスタの電位を前記第１の電位から、前記第１と前記第２の電位との間の第３の電位に、第１の変化速度で変化させた後、連続して、前記第３の電位から前記第２の電位に、前記第１の変化速度よりも大きい第２の変化速度で変化させることを特徴とする固体撮像装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に光を結像させる光学部と
を有することを特徴とする撮像システム。
光を電荷に変換する光電変換部と、
電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記光電変換部の電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送する転送トランジスタと、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記転送トランジスタがオン状態からオフ状態へ変化する時のゲート電位を少なくとも２つの変化速度で連続して変化させるステップを有し、
前記２つの変化速度のうちの時間的に後の変化速度が、時間的に前の変化速度よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
光を電荷に変換する光電変換部と、
電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記光電変換部の電荷を前記フローティングディフュージョン部に転送する転送トランジスタと、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記転送トランジスタは、ゲートが第１の電位であるときにオン状態になり、ゲートが第２の電位であるときにオフ状態になり、
前記転送トランジスタの電位を前記第１の電位から、前記第１と前記第２の電位との間の第３の電位に、第１の変化速度で変化させた後、連続して、前記第３の電位から前記第２の電位に、前記第１の変化速度よりも大きい第２の変化速度で変化させることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。