JP2008092014A

JP2008092014A - 固体撮像装置

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Publication number: JP2008092014A
Application number: JP2006267472A
Authority: JP
Inventors: Seisuke Matsuda; 成介松田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17
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Abstract

【課題】混合機能を利用した場合でも最適なＯＢクランプ動作を実現できる増幅型ＭＯＳ型センサを用いた固体撮像装置を提供する。
【解決手段】増幅部を含む画素を２次元状に配置した画素部１と、画素部の行を選択する垂直走査回路２と、画素部の列を単位として一端が画素の出力端に接続された複数のクランプ容量Ｃ31，・・・と、隣接するクランプ容量の他端間を連結して行方向の複数の画素信号を混合する混合用トランジスタＭ42，Ｍ43とを有し、画素部の出力信号に含まれるノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧部４と、ノイズ抑圧後の画素信号を列を単位として順次選択して出力させる水平走査回路６と、混合用トランジスタをオフとしてノイズ抑圧をノイズ抑圧部に実行させる第１のモードと、混合用トランジスタをクランプ信号がオフした後にオンとしてノイズ抑圧を実行させる第２のモードとを選択可能に有するモード制御部８とで固体撮像装置を構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、固体撮像装置に係わり、特に増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置に関する。

近年、固体撮像装置として増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置が、モバイル機器向けの低消費電力固体撮像装置として、また高解像度の電子スチルカメラに搭載されて用いられている。現在の増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置は、画素信号を順序よく読み出すプログレッシブ走査が一般的であるが、上記電子スチルカメラでは、ビューファインダーやモニター用の小画面などに比較的低い解像度の画像信号を高速に読み出す要求もある。そのために、固体撮像装置内で水平方向あるいは垂直方向の画素信号を混合して画像データ数を減らす処理が提案されている。

図９は、例えば特開２００６−１４１０７号公報に開示されている、こうした水平方向の画素信号を混合する手段を持った固体撮像装置の一例を示す回路構成図である。図９に示す固体撮像装置は、単位画素Ｐ11〜Ｐ44を行方向及び列方向に２次元的に配置した画素部１と、画素部１の読み出し行を選択する垂直走査回路２と、画素部１にバイアス電流を供給する電流供給部３と、画素部１の出力信号に含まれるノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧部４と、ノイズ抑圧された信号を出力するための水平選択スイッチ部５と、水平選択スイッチ部５の読み出し列を選択する水平走査回路６と、出力ライン７と、ノイズ抑圧部４と水平走査回路６の動作タイミングを決めるモード制御部８とから構成されている。なお、画素部１は、図示例では４×４画素配列部分を示している。

単位画素Ｐ11〜Ｐ44は、光電変換部であるフォトダイオードＰＤ１と、該フォトダイオードＰＤ１の検出信号をリセットするリセットトランジスタＭ１と、前記フォトダイオードＰＤ１の信号を増幅する増幅トランジスタＭ２と、各行の単位画素を選択するための行選択トランジスタＭ３とからなる。

そして、垂直走査回路２の出力である電源ラインＶＲ１〜ＶＲ４と行リセットラインφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４及び行選択ラインφＲＯＷ１〜φＲＯＷ４によって、画素部１の読み出し行が選択され単位画素Ｐ11〜Ｐ44の画素信号が行単位で読み出されるようになっている。

ノイズ抑圧部４としては、サンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ24とクランプ用トランジスタＭ31〜Ｍ34とクランプ用容量Ｃ31〜Ｃ34とホールド用容量Ｃ41〜Ｃ44からなるノイズ抑圧回路ＣＤＳ１〜ＣＤＳ４が各列毎に設けられており、更にクランプ出力ラインＣＬ11，ＣＬ12及びＣＬ13を接続する水平混合用トランジスタＭ42とＭ43とを設けて構成されている。

次に、このように構成されている固体撮像装置において水平混合動作時の駆動動作について、図10に示すタイミングチャートに基づいて説明する。ここでは、垂直走査回路２により画素部１の上から１行目が選択された場合で、左から１列目〜３列目の画素の動作に注目して説明する。まず始めに、モード制御部８の制御信号により、ノイズ抑圧部４と水平走査回路６に水平混合動作時の駆動タイミングが設定される。

続いて、行選択ラインφＲＯＷ１＝Ｈとし、単位画素Ｐ11〜Ｐ13を構成する行選択トランジスタＭ３をＯＮ状態とすることで、単位画素Ｐ11〜Ｐ13に含まれるフォトダイオードＰＤ１の信号電圧を増幅トランジスタＭ２を介して垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13へ出力する。このとき、垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13の信号電圧を、Ｖ_V11-SIG〜Ｖ_V13-SIGとする。

ここで、ノイズ抑圧部４においてサンプル制御ラインφＳＨ＝Ｈ，及びクランプ制御ラインφＣＬ＝Ｈとすることで、サンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ23及びクランプ用トランジスタＭ31〜Ｍ33がＯＮ状態となり、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13は基準電圧ラインＲＥＦの電圧値Ｖ_REFに設定され、クランプ用容量Ｃ31〜Ｃ33には、次式（１）〜（３）に示す差電圧が蓄積される。なお、このとき水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈとすることで、水平混合用トランジスタＭ42とＭ43をＯＮ状態としているので、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13は接続されている。
Ｃ31に蓄積される差電圧・・・Ｖ_V11-SIG−Ｖ_REF ・・・・・（１）
Ｃ32に蓄積される差電圧・・・Ｖ_V12-SIG−Ｖ_REF ・・・・・（２）
Ｃ33に蓄積される差電圧・・・Ｖ_V13-SIG−Ｖ_REF ・・・・・（３）

次に、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌと変化させて、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13を高インピーダンス状態とし、この状態で行リセットラインφＲＳＴ１＝Ｈとした後再びφＲＳＴ１＝Ｌとすることで、単位画素Ｐ11〜Ｐ13に含まれるフォトダイオードＰＤ１のリセット電圧を、増幅トランジスタＭ２を介して垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13へ出力する。このとき、垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13のリセット電圧をＶ_V11-RST〜Ｖ_V13-RSTとし、垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13の信号電圧とリセット電圧の差電圧をΔＶ_V11 〜ΔＶ_V13 とすると、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13が高インピーダンス状態なので、電荷保存則により次式（４）〜（８）の関係が成り立つ。
ΔＶ_V11 −ΔＶ_CL11＝ΔＱ_C31 ／Ｃ31 ・・・・・・・・・・・（４）
ΔＶ_V12 −ΔＶ_CL12＝ΔＱ_C32 ／Ｃ32 ・・・・・・・・・・・（５）
ΔＶ_V13 −ΔＶ_CL13＝ΔＱ_C33 ／Ｃ33 ・・・・・・・・・・・（６）
ΔＶ_CL11＝ΔＱ／（Ｃ41＋Ｃ42＋Ｃ43）・・・・・・・・・・・（７）
ΔＱ＝ΔＱ_C31 ＋ΔＱ_C32 ＋ΔＱ_C33 ・・・・・・・・・・・（８）

ここで、クランプ出力ライン電圧Ｖ_CL11（＝Ｖ_CL12＝Ｖ_CL13）の変化量をΔＶ_CL11（＝ΔＶ_CL12＝ΔＶ_CL13），クランプ用容量Ｃ31〜Ｃ33の電荷変化量をΔＱ_C31 〜ΔＱ_C33 ，ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の合計電荷変化量をΔＱとする。

更に、クランプ用容量Ｃ31〜Ｃ33は同じ容量値ＣＣＬ，ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43は同じ容量値ＣＳＨとして、（４）式〜（８）式を整理すると次式（９），（10）となる。
ΔＶ_CL11＝〔｛ＣＣＬ／（ＣＣＬ＋ＣＳＨ）｝×（ΔＶ_V11 ＋ΔＶ_C12 ＋ΔＶ_V13 ）
／３〕・・・・・・・・・・・・・・・（９）
Ｖ_CL11＝Ｖ_REF＋ΔＶ_CL11＝Ｖ_REF＋〔｛ＣＣＬ／（ＣＣＬ＋ＣＳＨ）｝
×（ΔＶ_V11 ＋ΔＶ_V12 ＋ΔＶ_V13 ）／３〕・・・・・・・・・（10）

したがって、製造ばらつきにより単位画素Ｐ11〜Ｐ13に含まれる増幅トランジスタＭ２の閾値が異なる場合でも、閾値成分が信号電圧とリセット電圧の両方に含まれることから、これらの差電圧を得ることで増幅トランジスタＭ２の閾値ばらつきをキャンセルした出力を得ることができる。しかも、単位画素Ｐ11〜Ｐ12の画素信号のノイズ抑圧動作が完了すると同時に、画素信号の混合動作も終了する。

その後、サンプル制御ラインφＳＨ＝Ｌとしてサンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ23をＯＦＦ状態とすることで、画素部１とノイズ抑圧部４を切り離し、水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌとすることで水平混合用トランジスタＭ42とＭ43をＯＦＦ状態とし、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13を切り離す。また、行選択ラインφＲＯＷ１＝Ｌと変更することで、単位画素Ｐ11〜Ｐ13と垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13を切り離す。

ノイズ抑圧部４から出力ライン７への信号読み出しは、リセット制御ラインφＲＳ＝Ｈで出力リセット用トランジスタＭ111 をＯＮ状態として、出力ライン７を出力基準電圧ラインＨＲＥＦの電圧値Ｖ_HREFに設定し、再びリセット制御ラインφＲＳ＝Ｌに切り替える出力ラインリセット動作を行った後、水平走査回路６によって選択された水平選択スイッチ部５を介して行われる。ここで、水平走査回路６からの水平選択パルスφＨ１，φＨ４により水平選択スイッチ部５を３列飛ばしで動作させ、ホールド用容量Ｃ41とＣ44のみから出力ライン７へ混合信号を読み出すことで、画像データ数が１／３になる。

図11は、例えば特開平９−１６３２３６号公報に開示されている、間引き読み出しを行うことが可能な固体撮像装置におけるＯＢ画素の読み出し手法の一例を示す図である。図11に示すように、この手法においては、温度などの周辺環境の変化に対して安定した撮像を行うための最適なＯＢクランプ動作を実現するために、間引き読出し時でも水平方向のＯＢ画素領域から全ての画素信号を読み出し、これら水平方向のＯＢ画素信号の平均値を求めることで、最適なＯＢクランプ動作を行うようにしている。
特開２００６−１４１０７号公報特開平９−１６３２３６号公報

しかしながら、図９に示す従来の固体撮像装置において提案されている画素混合方式を、図11に示す従来提案されているＯＢ領域読み出し方式に用いると、水平方向のＯＢ画素出力に水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌに変更する際に、図12に示すような水平混合用トランジスタＭ42とＭ43のゲートソース間容量Ｃov（及びゲートドレイン間容量Ｃov）が原因で生じるフィードスルー成分ＶＦＴ（Ｍ42）とＶＦＴ（Ｍ43）の影響を受け、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43のホールド電圧ＶＣ41〜ＶＣ43にばらつきが生じる。

なお、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌに変化する際に生じるクランプ用トランジスタＭ31〜Ｍ33のフィードスルー成分ＶＦＴ（Ｍ31）〜ＶＦＴ（Ｍ33）もホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43のホールド電圧ＶＣ41〜ＶＣ43に影響するが、クランプ用トランジスタＭ31〜Ｍ33を同じ形状とすれば同じフィードスルー成分ＶＦＴ（φＣＬ）となる。〔ＶＦＴ（Ｍ31）＝ＶＦＴ（Ｍ32）＝ＶＦＴ（Ｍ33）＝ＶＦＴ（φＣＬ）〕

更に、サンプル制御ラインφＳＨ＝Ｌに変化する際に生じるサンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ23のフィードスルー成分ＶＦＴ（Ｍ21）〜ＶＦＴ（Ｍ23）もホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43のホールド電圧ＶＣ41〜ＶＣ43に影響するが、サンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ23を同じ形状とすれば同じフィードスルー成分ＶＦＴ（φＳＨ）となる。〔ＶＦＴ（Ｍ21）＝ＶＦＴ（Ｍ22）＝ＶＦＴ（Ｍ23）＝ＶＦＴ（φＳＨ）〕

これら、各種フィードスルー成分によるホールド電圧ＶＣ41〜ＶＣ43の影響を以下にまとめる。
ΔＶＦＴ（Ｃ41）＝ΔＶＦＴ（Ｃ43）＝ＶＦＴ（φＣＬ）＋ＶＦＴ（φＳＨ）
＋ＶＦＴ（φＡＶ-H）・・・・・・・・・・・・・・・（11）
ΔＶＦＴ（Ｃ42）＝ＶＦＴ（φＣＬ）＋ＶＦＴ（φＳＨ）
＋｛２×ＶＦＴ（φＡＶ-H）｝・・・・・・・・・・・（12）

ここで、各種フィードスルー成分によるホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の電位変動をΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）とし、水平混合用トランジスタＭ42とＭ43を同じ形状とし、ゲートソース間容量及びゲートドレイン間容量で生じる各フィードスルー成分は同じフィードスルー成分ＶＦＴ（φＡＶ-H）とした。

つまり、図13に示すように水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌに変化する際に生じるフィードスルー成分が、ホールド用容量Ｃ42にはホールド用容量Ｃ41とＣ43に対して２倍となるため、ＯＢ画素出力に周期的なオフセット成分が発生しＯＢ画素信号の平均値を求めても理想値に対してオフセット成分を持つ。

以上のように、従来提案されている混合機能を持った固体撮像装置では、ＯＢ画素出力の周期的なオフセット成分対して十分な考慮がなされていない。本発明は、従来の混合機能を持った固体撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、混合機能を利用した場合にも最適なＯＢクランプ動作を実現できる増幅型ＭＯＳ型センサを用いた固体撮像装置を提供することを目的とするものである。

上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号として出力する増幅部とを含んだ画素が複数、行方向及び列方向に２次元に配置された画素部と、前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、前記画素部の前記列を単位として一端が前記画素の出力端に接続された複数のクランプ容量と、隣接する前記クランプ容量の他端間を連結して前記行方向の複数の画素の信号を混合する混合スイッチとを有し、前記クランプ容量の他端にクランプ電位を設定するクランプ設定信号が印加されている第１のタイミングにおいて前記クランプ容量に保持された前記画素の信号レベルを基準とし、第２のタイミングにおける前記画素に係る信号レベルとの差分に応じた出力を得ることで前記画素に係る信号のノイズ抑圧を行うノイズ抑圧部と、前記ノイズ抑圧後の前記画素に係る信号を前記列を単位として順次選択して水平信号線から出力させる水平走査部と、前記混合スイッチをオフとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第１のモードと、前記混合スイッチを前記クランプ信号がオフした後にオンとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第２のモードとを選択可能に有するモード制御部とを備えて、固体撮像装置を構成する。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記ノイズ抑圧部は、前記差分に応じた出力の反転増幅信号あるいは非反転増幅信号を出力する増幅部を更に含むことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る固体撮像装置において、前記混合スイッチは、連結する前記各クランプ容量の数及び位置に応じ、一の前記クランプ容量に接続されるゲート幅が各クランプ容量間で略同一となるようにドレイン形状とソース形状が設定されたＭＯＳトランジスタからなることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１又は２に係る固体撮像装置において、前記混合スイッチは、並列に連結された偶数個の同一形状の第１のＭＯＳトランジスタを１ユニットとして、隣接する前記クランプ容量の他端間に配置されてなり、且つ、混合する対象の前記クランプ容量の並びの両端に位置する前記クランプ容量の各他端にそのソースとドレインとが接続され、前記第１のトランジスタと同一形状であって、スイッチとして機能する第２のＭＯＳトランジスタを前記第１のトランジスタの個数の半数有することを特徴とするものである。

請求項５の発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号として出力する増幅部とを含んだ画素が複数、行方向及び列方向に２次元に配置された画素部と、前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、前記画素部の前記列を単位として一端が前記画素の出力端に接続された複数のクランプ容量と、隣接する前記クランプ容量の他端間を連結して前記行方向の複数の画素の信号を混合する混合スイッチとを有し、前記クランプ容量の他端にクランプ電位を設定するクランプ設定信号が印加されている第１のタイミングにおいて前記クランプ容量に保持された前記画素の信号レベルを基準とし、第２のタイミングにおける前記画素に係る信号レベルとの差分に応じた出力を得ることで前記画素に係る信号のノイズ抑圧を行うノイズ抑圧部と、前記ノイズ抑圧後の前記画素に係る信号を前記列を単位として順次選択して水平信号線から出力させる水平走査部と、前記混合スイッチをオフとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第１のモードと、前記混合スイッチをオンとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第２のモードとを選択可能に有するモード制御部とを備え、前記混合スイッチは、連結する前記各クランプ容量の数及び位置に応じ、一の前記クランプ容量に接続されるゲート幅が各クランプ容量間で略同一となるようにドレイン形状とソース形状が設定されたＭＯＳトランジスタからなることを特徴とするものである。

請求項６の発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号として出力する増幅部とを含んだ画素が複数、行方向及び列方向に２次元に配置された画素部と、前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、前記画素部の前記列を単位として一端が前記画素の出力端に接続された複数のクランプ容量と、隣接する前記クランプ容量の他端間を連結して前記行方向の複数の画素の信号を混合する混合スイッチとを有し、前記クランプ容量の他端にクランプ電位を設定するクランプ設定信号が印加されている第１のタイミングにおいて前記クランプ容量に保持された前記画素の信号レベルを基準とし、第２のタイミングにおける前記画素に係る信号レベルとの差分に応じた出力を得ることで前記画素に係る信号のノイズ抑圧を行うノイズ抑圧部と、前記ノイズ抑圧後の前記画素に係る信号を前記列を単位として順次選択して水平信号線から出力させる水平走査部と、前記混合スイッチをオフとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第１のモードと、前記混合スイッチをオンとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第２のモードとを選択可能に有するモード制御部とを備え、前記混合スイッチは、並列に連結された偶数個の同一形状の第１のＭＯＳトランジスタを１ユニットとして、隣接する前記クランプ容量の他端間に配置されてなり、且つ、混合する対象の前記クランプ容量の並びの両端に位置する前記クランプ容量の各他端にそのソースとドレインとが接続され、前記第１のトランジスタと同一形状であって、スイッチとして機能する第２のＭＯＳトランジスタを前記第１のトランジスタの個数の半数有することを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、第１のモードが設定されたときには、モード制御部により、混合スイッチをオフとしてノイズ抑圧部に画素のノイズ抑圧を実行させ、一方、第２のモードが設定されたときには、混合スイッチを、クランプ信号がオフした後にオンとして、画素の信号の混合を行わせつつノイズ抑圧部に画素のノイズ抑圧を実行させ、これにより、第２モード設定時における混合スイッチのフィードスルー成分の残留が抑えられ、ＯＢ画素に係る良好な信号を得ることが可能となる。
請求項２に係る発明によれば、前記第２のモードを用いてノイズ抑圧動作と複数の前記画素信号の水平混合動作を同時に行う際に、前記混合スイッチによるオフセット成分が前記混合スイッチのＯＮとＯＦＦのタイミングで相殺されるため、ＯＢ画素出力の周期的なオフセット成分を抑えることが可能となり、これにより水平混合動作を行っても最適なＯＢクランプ動作を実現できる。
請求項３に係る発明によれば、前記第２のモードを用いてノイズ抑圧動作と複数の前記画素信号の水平混合動作を同時に行う際に、前記混合スイッチによるオフセット成分が同じ値となるためＯＢ画素出力の周期的なオフセット成分を抑えることが可能となり、これにより水平混合動作を行っても最適なＯＢクランプ動作を実現できる。
請求項４に係る発明によれば、前記第２のモードを用いてノイズ抑圧動作と複数の前記画素信号の水平混合動作を同時に行う際に、前記混合スイッチによるオフセット成分が同じになるためＯＢ画素出力の周期的なオフセット成分を抑えることが可能となり、水平混合動作を行っても最適なＯＢクランプ動作を実現でき、加えて、前記スイッチ用ＭＯＳトランジスと、前記ダミースイッチ用ＭＯＳトランジスタが同一形状及び同一レイアウトのトランジスタで構成し配線変更のみで対応可能なため、列毎のレイアウトパターンの違いが少なく、周期的な固定パターンが発生しづらくなる。
請求項５に係る発明によれば、前記第２のモードを用いてノイズ抑圧動作と複数の前記画素信号の水平混合動作を同時に行う際に、前記混合スイッチによるオフセット成分が同じ値となるためＯＢ画素出力の周期的なオフセット成分を抑えることが可能となり、水平混合動作を行っても最適なＯＢクランプ動作を実現できる。
請求項６に係る発明によれば、前記第２のモードを用いてノイズ抑圧動作と複数の前記画素信号の水平混合動作を同時に行う際に、前記混合スイッチによるオフセット成分が同じになるためＯＢ画素出力の周期的なオフセット成分を抑えることが可能となり、水平混合動作を行っても最適なＯＢクランプ動作を実現でき、加えて、前記スイッチ用ＭＯＳトランジスと、前記ダミースイッチ用ＭＯＳトランジスタが同一形状及び同一レイアウトのトランジスタで構成し配線変更のみで対応可能なため、列毎のレイアウトパターンの違いが少なく、周期的な固定パターンが発生しづらくなる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（実施例１）
まず、本発明に係る増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置の実施例１について説明する。固体撮像装置は個々の画素に係る画素信号を出力端子Ｖ_OUTから出力する第１のモードと、水平方向に複数の画素に係る画素信号を混合して出力端子Ｖ_OUTから出力する第２のモードとを選択可能であり、第１及び第２のモードに係る制御はモード制御部８により行われる。他の実施例においても同様である。図１は、実施例１に係る固体撮像装置の構成を示す回路構成図であり、図11に示した従来のものと構成自体は同じであるので、その説明は省略する。図２は本実施例に関する第２のモードである水平混合動作時の各部の駆動動作を概略的に示すタイミングチャートである。なお、第１のモードは水平混合制御ラインφＡＶ-Hを常時Ｌに設定すること以外、第２のモードと同様である。ここでは、垂直走査回路２により画素部１の上から１行目が選択された場合で、左から１列目〜３列目の画素の動作に注目して説明する。まず始めに、モード制御部８の制御信号により、ノイズ抑圧部４と水平走査回路６に第２のモードにおける駆動タイミングが設定される。

続いて、行選択ラインφＲＯＷ１＝Ｈとし単位画素Ｐ11〜Ｐ13を構成する行選択トランジスタＭ３をＯＮ状態とすることで、単位画素Ｐ11〜Ｐ13に含まれるフォトダイオードＰＤ１の信号電圧を、増幅トランジスタＭ２を介して垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13へ出力する。このとき、垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13の信号電圧をＶ_V11-SIG〜Ｖ_V13-SIGとする。

ここで、ノイズ抑圧部４においてサンプル制御ラインφＳＨ＝Ｈ及びクランプ制御ラインφＣＬ＝Ｈとすることで、サンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ23及びクランプ用トランジスタＭ31〜Ｍ33がＯＮ状態となり、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13は基準電圧ラインＲＥＦの電圧値Ｖ_REFに設定され、クランプ用容量Ｃ31〜Ｃ33には、次式（12）〜（14）に示す差電圧が蓄積される。
Ｃ31に蓄積される差電圧・・・Ｖ_V11-SIG−Ｖ_REF ・・・・・・（12）
Ｃ32に蓄積される差電圧・・・Ｖ_V12-SIG−Ｖ_REF ・・・・・・（13）
Ｃ33に蓄積される差電圧・・・Ｖ_V13-SIG−Ｖ_REF ・・・・・・（14）

次に、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌと変化させクランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13を高インピーダンス状態とし、続いて水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈとすることで、水平混合用トランジスタＭ42とＭ43をＯＮ状態とし、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13を接続する。このとき、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌに変化する際に生じるクランプ用トランジスタＭ31〜Ｍ33のフィードスルー成分ＶＦＴ（φＣＬ）と、水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈに変化する際に生じる水平混合用トランジスタＭ42とＭ43によるフィードスルー成分ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｈ）が生じる。各種フィードスルー成分によるホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）を、次式（15），（16）に示す。
ΔＶＦＴ（Ｃ41）＝ΔＶＦＴ（Ｃ43）＝ＶＦＴ（φＣＬ）−ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｈ）
・・・・・・・（15）
ΔＶＦＴ（Ｃ42）＝ΔＶＦＴ（φＣＬ）−｛２×ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｈ）｝
・・・・・・・（16）

この状態で行リセットラインφＲＳＴ１＝Ｈとした後再びφＲＳＴ１＝Ｌとすることで、単位画素Ｐ11〜Ｐ13に含まれるフォトダイオードＰＤ１のリセット電圧を増幅トランジスタＭ２を介して垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13へ出力する。このとき垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13のリセット電圧をＶ_V11-RST〜Ｖ_V13-RSTとし、垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13の信号電圧とリセット電圧の差電圧をΔＶ_V11 〜ΔＶ_V13 とすると、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13が高インピーダンス状態なので、電荷保存則により次式（17），（18）の関係が成り立つ。
ΔＶ_CL11＝〔｛ＣＣＬ／（ＣＣＬ＋ＣＳＨ）｝×（ΔＶ_V11 ＋ΔＶ_V12 ＋ΔＶ_V13 ）／３〕・・・・・・・・・・・・・・・（17）
Ｖ_CL11＝Ｖ_REF＋ΔＶ_CL11＝Ｖ_REF＋〔｛ＣＣＬ／（ＣＣＬ＋ＣＳＨ）｝
×（ΔＶ_V11 ＋ΔＶ_V12 ＋ΔＶ_V13 ）／３〕・・・・・・・・・（18）

ここで、クランプ出力ライン電圧Ｖ_CL11（＝Ｖ_CL12＝Ｖ_CL13）の変化量をΔＶ_CL11（＝ΔＶ_CL12＝ΔＶ_CL13），クランプ用容量Ｃ31〜Ｃ33の電荷変化量をΔＱ_C31 〜ΔＱ_C33 ，ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の合計電荷変化量をΔＱ，クランプ用容量Ｃ31〜Ｃ33は同じ容量値ＣＣＬ，ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43は同じ容量値ＣＳＨとしている。

したがって、製造ばらつきにより単位画素Ｐ11〜Ｐ13に含まれる増幅トランジスタＭ２の閾値が異なる場合でも、閾値成分が信号電圧とリセット電圧の両方に含まれることから、これらの差電圧を得ることで増幅トランジスタＭ２の閾値ばらつきをキャンセルした出力を得ることができる。しかも、単位画素Ｐ11〜Ｐ12の画素信号のノイズ抑圧動作が完了すると同時に、画素信号の混合動作も終了する。その後、水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌとして水平混合用トランジスタＭ42とＭ43をＯＦＦ状態とすることで、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13を切り離し、サンプル制御ラインφＳＨ＝Ｌとしサンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ23をＯＦＦ状態とすることで、画素部１とノイズ抑圧部４を切り離す。また、行選択ラインφＲＯＷ１＝Ｌと変更することで単位画素Ｐ11〜Ｐ13と垂直信号線Ｖ11〜Ｖ13を切り離す。

このとき、サンプル制御ラインφＳＨ＝Ｌに変化する際に生じるサンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ23によるフィードスルー成分ＶＦＴ（φＳＨ）と、水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌに変化する際に生じる水平混合用トランジスタＭ42とＭ43によるフィードスルー成分ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｌ）が生じる。上記各種フィードスルー成分を（15）式と（16）式に加えることにより、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）は、次式（19），（20）のようになる。
ΔＶＦＴ（Ｃ41）＝ΔＶＦＴ（Ｃ43）＝ＶＦＴ（φＣＬ）−ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｈ）
＋ＶＦＴ（φＳＨ）＋ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｌ）・・・・・（19）
ΔＶＦＴ（Ｃ42）＝ＶＦＴ（φＣＬ）−｛２×ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｈ）｝
＋ＶＦＴ（φＳＨ）＋｛２×ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｌ）｝
・・・・・・・（20）

ここで、水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈに変化する際に生じる水平混合用トランジスタＭ42とＭ43によるフィードスルー成分ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｈ）と、水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌに変化する際に生じる水平混合用トランジスタＭ42とＭ43によるフィードスルー成分ＶＦＴ（φＡＶ-H＝Ｌ）は同じ値になるため、水平混合制御ラインφＡＶ-Hによるフィードスルー成分は相殺され、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43に生じる各種フィードスルー成分による電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）は、次式（21）に示すように全て同じになる。
ΔＶＦＴ（Ｃ41）＝ΔＶＦＴ（Ｃ43）＝ΔＶＦＴ（Ｃ42）＝ＶＦＴ（φＣＬ）
＋ＶＦＴ（φＳＨ）・・・・・・・・・・・・（21）

ノイズ抑圧部４から出力ライン７への信号読み出しは、リセット制御ラインφＲＳ＝Ｈで出力リセット用トランジスタＭ111 をＯＮ状態として、出力ライン７を出力基準電圧ラインＨＲＥＦの電圧値Ｖ_HREFに設定し、再びリセット制御ラインφＲＳ＝Ｌに切り替える出力ラインリセット動作を行った後、水平走査回路６によって選択された水平選択スイッチ部５を介して行われる。具体的には、水平走査回路６によりＯＢ画素領域は水平選択スイッチ部５を順番に動作させ、出力ライン７へ混合信号を読み出すことで最適なＯＢクランプ動作を行い、有効画素領域では水平選択スイッチ部５を３列飛ばしで動作させ、ホールド用容量Ｃ41とＣ44のみから出力ライン７へ混合信号を読み出すことで、有効画素領域の画像データ数が１／３になる。

以上のように、本実施例によれば、第２のモードにおいてノイズ抑圧動作のときにクランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌと変更した後に、水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈとしてクランプ出力ラインＣＬ11とＣＬ12及びＣＬ12とＣＬ13を接続し、ノイズ抑圧部４から出力ライン７への信号読み出しをする前に水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌとすることで、水平混合制御ラインφＡＶ-Hによるフィードスルー成分は相殺され、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43に生じる各種フィードスルー成分による電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ41）は全て同じになる。したがって、第２のモードにおいて、水平方向の全てのＯＢ画素信号の平均値を用いた場合も、最適なＯＢクランプ動作を実現できる。

（実施例２）
次に、本発明に係る増幅型ＭＯＳセンサを用いた固体撮像装置の実施例２を、図３に示す要部に基づいて説明する。本実施例２では、図１に示した実施例１におけるノイズ抑圧部４において増幅回路を含んだ構成のものであり、他の構成は図１に示した実施例１と同じである。すなわち、図３に示すように、この実施例のノイズ抑圧部４においては、サンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ24とクランプ用トランジスタＭ51〜Ｍ54とクランプ用容量Ｃ31〜Ｃ34とホールド用容量Ｃ41〜Ｃ44とフィードバック容量Ｃ51〜Ｃ54と反転アンプＡ11〜Ａ14からなるノイズ抑圧回路ＣＤＳ１〜ＣＤＳ４が各列毎に設けられており、クランプ出力ラインＣＬ11とＣＬ12及びＣＬ12とＣＬ13とを接続する水平混合用トランジスタＭ42とＭ43を備えて構成されている。なお、ここでも、４列目の垂直信号線までの構成を示している。

次に、上記構成の実施例２の動作について説明する。第２のモードにおいて、図３に示したノイズ抑圧部４に関する駆動タイミングチャートとしては、図２に示したものと同じものが使用できる。なお、第１のモードは水平混合制御ラインφＡＶ-Hを常時Ｌに設定すること以外、第２のモードと同様である。ここでも垂直走査回路２により画素部の上から１行目が選択された場合で、左から１列目〜３列目の画素の動作に注目して説明する。まず始めに、モード制御部８の制御信号によりノイズ抑圧部４と水平走査回路６に第２のモードにおける駆動タイミングが設定される。

単位画素Ｐ11〜Ｐ13のノイズ抑圧時、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌと変更した後に水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈとすることで、水平混合用トランジスタＭ42とＭ43をＯＮ状態としクランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13を接続し、画素信号のノイズ抑圧動作と水平混合動作を同時に行っている。クランプ用容量Ｃ31〜Ｃ33が同じ容量値ＣＣＬ，フィードバック容量Ｃ51〜Ｃ53が同じ容量値ＣＦとすると、クランプ用容量Ｃ31とフィードバック容量Ｃ51と反転アンプＡ11を利用して、ゲイン＝−ＣＣＬ／ＣＦとなる反転増幅回路が構成される。このとき、電荷保存則よりノイズ抑圧動作後のクランプ出力ライン電圧Ｖ_CL11（＝Ｖ_CL12＝Ｖ_CL13）は、次式（22）となる。
Ｖ_CL11＝Ｖ_SHORT＋｛（ΔＶ_V11 ＋ΔＶ_V12 ＋ΔＶ_V13 ）／３｝×（−ＣＣＬ／ＣＦ）・・・・・・・（22）

ここで、Ｖ_SHORTは、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｈとすることでクランプ用トランジスタＭ51をＯＮ状態として、反転アンプＡ11の入力端子と出力端子を短絡したときの反転アンプＡ11の出力電圧である。また、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌとサンプル制御ラインφＳＨ＝Ｌと水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈ及び水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌとすることによりに生じる、各種フィードスルー成分によるホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）も、次式（23）に示すように全て同じになる。
ΔＶＦＴ（Ｃ41）＝ΔＶＦＴ（Ｃ42）＝ΔＶＦＴ（Ｃ43）
＝ＶＦＴ（φＣＬ）×（−ＣＣＬ／ＣＦ）＋ＶＦＴ（φＳＨ）
・・・・・・・（23）

ノイズ抑圧部４に含まれる増幅回路の形式は、反転増幅回路に限定されるものではなく、図４の変形例に示すような非反転増幅回路を用いてもよい。図４に示すノイズ抑圧部４は、サンプル用トランジスタＭ21〜Ｍ24とクランプ用トランジスタＭ51〜Ｍ54とクランプ用容量Ｃ31〜Ｃ34とホールド用容量Ｃ41〜Ｃ44とフィードバック容量Ｃ51〜Ｃ54とゲイン設定容量Ｃ61〜Ｃ64と差動アンプＡ21〜Ａ24からなるノイズ抑圧回路ＣＤＳ１〜ＣＤＳ４が各列毎に設けられており、クランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13とを接続する水平混合用トランジスタＭ42とＭ43を備えて構成されている。

次に、上記構成の変形例の動作について説明する。第２のモードにおいて図４に示す変形例に係るノイズ抑圧部４に関する駆動タイミングチャートとしては、図２に示したものと同じものが使用できる。なお、第１のモードは水平混合制御ラインφＡＶ-Hを常時Ｌに設定すること以外、第２のモードと同様である。ここでも垂直走査回路２により画素部の上から１行目が選択された場合で、左から１列目〜３列目の画素の動作に注目して説明する。まず始めに、モード制御部８の制御信号によりノイズ抑圧部４と水平走査回路６に第２のモードにおける駆動タイミングが設定される。

単位画素Ｐ11〜Ｐ13のノイズ抑圧時、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌと変更した後に水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈとすることで、水平混合用トランジスタＭ42とＭ43をＯＮ状態としてクランプ出力ラインＣＬ11〜ＣＬ13を接続し、画素信号のノイズ抑圧動作と水平混合動作を同時に行っている。クランプ用容量Ｃ31〜Ｃ33が同じ容量値ＣＣＬ，フィードバック容量Ｃ51〜Ｃ53が同じ容量値ＣＦ，ゲイン設定容量Ｃ61〜Ｃ63が同じ容量値ＣＩＮとすると、フィードバック容量ＣＦとゲイン設定容量ＣＩＮと差動アンプＡ21（Ａ22，Ａ23）を利用して、ゲイン＝１＋（ＣＩＮ／ＣＦ）となる非反転増幅回路が構成される。このとき、電荷保存則よりノイズ抑圧動作後のクランプ出力ライン電圧Ｖ_CL11（＝Ｖ_CL12＝Ｖ_CL13）は、次式（26）となる。
Ｖ_CL11＝Ｖ_SHORT＋｛（ΔＶ_V11 ＋ΔＶ_V12 ＋ΔＶ_V13 ）／３｝
×｛１＋（ＣＣＬ／ＣＦ）｝・・・・・・・・・・・・（26）

ここでＶ_SHORTは、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｈとすることでクランプ用トランジスタＭ51をＯＮ状態として、差動アンプＡ21の入力端子と出力端子を短絡したときの差動アンプＡ21の出力電圧である。

また、クランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌとサンプル制御ラインφＳＨ＝Ｌと水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈ及び水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌとすることによりに生じる、各種フィードスルー成分によるホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）も、次式（27）に示すように全て同じになる。
ΔＶＦＴ（Ｃ41）＝ΔＶＦＴ（Ｃ42）＝ΔＶＦＴ（Ｃ43）
＝ＶＦＴ（φＣＬ）×｛１＋（ＣＣＬ／ＣＦ）｝＋ＶＦＴ（φＳＨ）・・・・・・・（27）

以上のように、本実施例並びにその変形例によれば、第２のモードにおいて、ノイズ抑圧動作のときにクランプ制御ラインφＣＬ＝Ｌと変更した後に、水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｈとしクランプ出力ラインＣＬ11とＣＬ12及びＣＬ12とＣＬ13を接続し、ノイズ抑圧部４から出力ライン７への信号読み出しをする前に水平混合制御ラインφＡＶ-H＝Ｌとすることで、水平混合制御ラインφＡＶ-Hによるフィードスルー成分は相殺され、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43に生じる各種フィードスルー成分による電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）は全て同じになる。

したがって、第２のモードにおいて、水平方向の全てのＯＢ画素信号の平均値を用いた場合も、最適なＯＢクランプ動作を実現できる。更に、ノイズ抑圧回路で信号を増幅するため、ノイズ抑圧回路以降で発生するノイズの影響を抑えることができ、Ｓ／Ｎを改善することができる。

（実施例３）
次に、実施例３について説明する。この実施例は、図１に示した実施例１においてノイズ抑圧部４に含まれる水平混合用トランジスタＭ42とＭ43の形状を特定したものである。図５は、実施例３におけるノイズ抑圧部の水平混合用トランジスタＭ42とＭ43の形状を示す概略図である。図５に示すように、水平混合用トランジスタＭ42とＭ43のゲート電極Ｍ42−Ｇ，Ｍ43−Ｇをリング形状とし、ゲート電極Ｍ42−Ｇ，Ｍ43−Ｇの内側をソース領域Ｍ42−Ｓ，Ｍ43−Ｓ、ゲート電極Ｍ42−Ｇ，Ｍ43−Ｇの外側をドレイン領域Ｍ42−Ｄ，Ｍ43−Ｄとする。更に、ドレイン領域Ｍ42−Ｄ，Ｍ43−Ｄに接するゲート電極Ｍ42−Ｇ，Ｍ43−Ｇの周囲長を、ソース領域Ｍ42−Ｓ，Ｍ43−Ｓに接するゲート電極Ｍ42−Ｇ，Ｍ43−Ｇの周囲長の２倍とする。ここで、水平混合用トランジスタＭ42，Ｍ43のゲートソース間容量をＣovとすると、ゲートドレイン間容量は２×Ｃovとなる。

そして、ホールド用容量Ｃ41に水平混合用トランジスタＭ42のドレインを接続し、ホールド容量Ｃ42には水平混合用トランジスタＭ42とＭ43の各ソースを接続し、ホールド用容量Ｃ43に水平混合用トランジスタＭ43のドレインを接続すると、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の接続部分は、図６に示す等価回路構成となる。

図６に示すように、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43には等しく２×Ｃovの容量成分が付き、水平混合制御ラインφＡＶ-Hで生じる水平混合用トランジスタＭ42のゲートソース間容量Ｃovのフィードスルー成分をＶＦＴ（φＡＶ-H）とすると、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43に生じる水平混合制御ラインφＡＶ-Hのフィードスルー成分ＶＦＴ（φＡＶ-H）による電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）は、次式（28）に示すように全て同じになる。 ΔＶＦＴ（Ｃ41）＝ΔＶＦＴ（Ｃ43）＝ΔＶＦＴ（Ｃ42）＝２×ＶＦＴ（φＡＶ-H）
・・・・・・・（28）

したがって、第２のモードにおいても、水平混合制御ラインφＡＶ-Hで生じるフィードスルー成分の違いによるＯＢ画素信号のオフセットバラツキを小さくすることことができ、水平方向の全てのＯＢ画素信号の平均値を用いた場合も、最適なＯＢクランプ動作を実現できる。更に、実施例１で説明した図２に示した第２のモードにおける駆動タイミングチャートを用いることで、ＯＢ画素信号のオフセットバラツキを更に小さくすることができ、水平方向の全てのＯＢ画素信号の平均値を用いた場合も、より最適なＯＢクランプ動作を実現できる。

以上のように、本実施例によれば、ノイズ抑圧部における水平混合用トランジスタＭ42とＭ43のゲート電極をリング形状とし、ゲート電極の内側をソース領域、ゲート電極の外側をドレイン領域とし、更に、ドレイン領域に接するゲート電極の周囲長を、ソース領域に接するゲート電極の周囲長の２倍とする。そして、ホールド用容量Ｃ41に水平混合用トランジスタＭ42のドレインを接続し、ホールド容量Ｃ42には水平混合用トランジスタＭ42のソースと水平混合用トランジスタＭ43のソースを接続し、ホールド用容量Ｃ43に水平混合用トランジスタＭ43のドレインを接続することで、水平混合制御ラインφＡＶ-Hによるフィードスルー成分が等しくなり、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43に生じる各種フィードスルー成分による電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）は全て同じになる。したがって、第２のモードにおいて、水平方向の全てのＯＢ画素信号の平均値を用いた場合も、最適なＯＢクランプ動作を実現できる。

（実施例４）
次に、実施例４について説明する。この実施例４はノイズ抑圧部の構成を異にするのみで、他の構成は図１に示した実施例１と同様である。図７は、本実施例に係るノイズ抑圧部を示す回路構成図である。この実施例に係るノイズ抑圧部４においては、それに含まれる水平混合用トランジスタＭ42とＭ43を、それぞれ同一形状の２つのトランジスタＭ42ＡとＭ42Ｂ及びＭ43ＡとＭ43Ｂで構成し、水平混合を行わない列（ここでは、第１列の前段と第４列）にも水平混合用トランジスタＭ42ＡとＭ42Ｂと同一形状でゲートが水平混合制御ラインφＡＶ-Hに接続されソースドレイン間を短絡したダミートランジスタＭ41ＢとＭ44Ａのドレイン（又はソース）を接続し、第１列と第３列のホールド用容量Ｃ41とＣ43に水平混合用トランジスタＭ42ＡとＭ42Ｂと同一形状でゲートが水平混合制御ラインφＡＶ-Hに接続されソースドレイン間を短絡したダミートランジスタＭ41ＡとＭ44Ｂのドレイン（又はソース）をそれぞれ接続して構成したものである。

次に、このように構成されたノイズ抑圧部の動作について説明する。水平混合用トランジスタＭ42Ａ〜Ｍ43Ｂ，及びダミートランジスタＭ41Ａ，Ｍ41Ｂ及びＭ44Ａ，Ｍ44Ｂのゲートソース間容量とゲートドレイン間容量が同じ値Ｃovであるとすると、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43の接続部分は、図８に示す等価回路構成となる。

図８に示すように、サンプル用容量Ｃ41〜Ｃ43には等しく４×Ｃovが接続されているため、水平混合制御ラインφＡＶ-Hで生じる各水平混合用トランジスタＭ42Ａ〜Ｍ43Ｂのゲートソース間容量Ｃovのフィードスルー成分をＶＦＴ（φＡＶ-H）とすると、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43に生じる水平混合制御ラインφＡＶ-Hのフィードスルー成分ＶＦＴ（φＡＶ-H）による電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）は、次式（29）で示すように全て同じになる。
ΔＶＦＴ（Ｃ41）＝ΔＶＦＴ（Ｃ43）＝ΔＶＦＴ（Ｃ42）＝４×ＶＦＴ（φＡＶ-H）
・・・・・・・（29）

したがって、混合機能を利用するときも、水平混合制御ラインφＡＶ-Hで生じるフィードスルー成分の違いによるＯＢ画素信号のオフセットバラツキを小さくすることができ、水平方向の全てのＯＢ画素信号の平均値を用いた場合も、最適なＯＢクランプ動作を実現できる。更に、実施例１で説明した図２に示した水平混合動作時の駆動タイミングチャートを用いることで、ＯＢ画素信号のオフセットバラツキを更に小さくすることができ、水平方向の全てのＯＢ画素信号の平均値を用いた場合も、より最適なＯＢクランプ動作を実現できる。

加えて、水平混合用トランジスタＭ42ＡとＭ42Ｂ及びＭ43ＡとＭ43Ｂと、ダミートランジスタＭ41ＡとＭ41Ｂ及びＭ44ＡとＭ44Ｂは、同一形状及び同一レイアウトのトランジスタとすると、ダミートランジスタＭ41ＡとＭ41Ｂ及びＭ44ＡとＭ44Ｂのソース及びドレインの配線変更のみで対応可能なため、列毎のレイアウトパターンの違いが少なく、周期的な固定パターンが発生しづらくなる。

以上のように、本実施例によれば、ノイズ抑圧部４に含まれる水平混合用トランジスタＭ42とＭ43を、それぞれ同一形状の２つのトランジスタＭ42ＡとＭ42Ｂ及びＭ43ＡとＭ43Ｂで構成し、水平混合を行わない列にも水平混合用トランジスタＭ42ＡとＭ42Ｂと同一形状でゲートが水平混合制御ラインφＡＶ-Hに接続されソースドレイン間を短絡したダミートランジスタＭ41ＢとＭ44Ａのドレイン（又はソース）を接続し、ホールド用容量Ｃ41とＣ43に水平混合用トランジスタＭ42ＡとＭ42Ｂと同一形状でゲートが水平混合制御ラインφＡＶ-Hに接続されソースドレイン間を短絡したダミートランジスタＭ41ＡとＭ44Ｂのドレイン（又はソース）をそれぞれ接続することで、水平混合制御ラインφＡＶ-Hによるフィードスルー成分が等しくなり、ホールド用容量Ｃ41〜Ｃ43に生じる各種フィードスルー成分による電位変動ΔＶＦＴ（Ｃ41）〜ΔＶＦＴ（Ｃ43）は全て同じになる。したがって、混合機能を利用し水平方向の全てのＯＢ画素信号の平均値を用いた場合も、最適なＯＢクランプ動作を実現できる。

なお、本発明の回路構成及び駆動方式の変更は、請求項記載の範囲を逸脱しない範囲で広く行うことができる。例えば、水平混合動作時に、水平混合制御ラインとサンプル制御ラインの駆動を同じタイミングとすることもできる。また、水平混合する画素数を３列分以外にすることやｎ列とｎ＋２列の水平混合やｍ行とｍ＋２行の混合など隣り合わない画素との混合動作も対応可能である。加えて、単位画素の構成要素及び駆動方法が変わった場合も、垂直走査回路やノイズ抑圧部の回路構成や駆動方法を変更することで対応可能である。

本発明に係る固体撮像装置の実施例１の構成を示す回路構成図である。図１に示した実施例１に係る固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。実施例２に係る固体撮像装置の要部であるノイズ抑圧部の構成を示す回路構成図である。図３に示した実施例２に係るノイズ抑圧部の変形例を示す回路構成図である。実施例３に係る固体撮像装置のノイズ抑圧部における水平混合用トランジスタの構成を示す概略平面図である。図５に示した実施例３のノイズ抑圧部のホールド用容量の接続部分の回路構成を示す図である。実施例４に係る固体撮像装置の要部であるノイズ抑圧部の構成を示す回路構成図である。図７に示した実施例４のノイズ抑圧部のホールド用容量の接続部分の回路構成を示す図である。従来の水平方向の画素信号を混合する手段をもった固体撮像装置の構成例を示す回路構成図である。図９に示した従来の固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。間引き読み出しを行うことが可能な固体撮像装置におけるＯＢ画素の読み出し手法を説明するための説明図である。図９に示した固体撮像装置における水平混合用トランジスタの接続部の等価回路構成を示す回路構成図である。図９に示した固体撮像装置における水平混合動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１画素部
２垂直走査回路
３電流供給部
４ノイズ抑圧部
５水平選択スイッチ部
６水平走査回路
７出力ライン
８モード制御部

Claims

光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号として出力する増幅部とを含んだ画素が複数、行方向及び列方向に２次元に配置された画素部と、
前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、
前記画素部の前記列を単位として一端が前記画素の出力端に接続された複数のクランプ容量と、隣接する前記クランプ容量の他端間を連結して前記行方向の複数の画素の信号を混合する混合スイッチとを有し、前記クランプ容量の他端にクランプ電位を設定するクランプ設定信号が印加されている第１のタイミングにおいて前記クランプ容量に保持された前記画素の信号レベルを基準とし、第２のタイミングにおける前記画素に係る信号レベルとの差分に応じた出力を得ることで前記画素に係る信号のノイズ抑圧を行うノイズ抑圧部と、
前記ノイズ抑圧後の前記画素に係る信号を前記列を単位として順次選択して水平信号線から出力させる水平走査部と、
前記混合スイッチをオフとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第１のモードと、前記混合スイッチを前記クランプ信号がオフした後にオンとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第２のモードとを選択可能に有するモード制御部とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
前記ノイズ抑圧部は、前記差分に応じた出力の反転増幅信号あるいは非反転増幅信号を出力する増幅部を更に含むことを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
前記混合スイッチは、連結する前記各クランプ容量の数及び位置に応じ、一の前記クランプ容量に接続されるゲート幅が各クランプ容量間で略同一となるようにドレイン形状とソース形状が設定されたＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする請求項１又は２に係る固体撮像装置。
前記混合スイッチは、並列に連結された偶数個の同一形状の第１のＭＯＳトランジスタを１ユニットとして、隣接する前記クランプ容量の他端間に配置されてなり、且つ、混合する対象の前記クランプ容量の並びの両端に位置する前記クランプ容量の各他端にそのソースとドレインとが接続され、前記第１のトランジスタと同一形状であって、スイッチとして機能する第２のＭＯＳトランジスタを前記第１のトランジスタの個数の半数有することを特徴とする請求項１又は２に係る固体撮像装置。
光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号として出力する増幅部とを含んだ画素が複数、行方向及び列方向に２次元に配置された画素部と、
前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、
前記画素部の前記列を単位として一端が前記画素の出力端に接続された複数のクランプ容量と、隣接する前記クランプ容量の他端間を連結して前記行方向の複数の画素の信号を混合する混合スイッチとを有し、前記クランプ容量の他端にクランプ電位を設定するクランプ設定信号が印加されている第１のタイミングにおいて前記クランプ容量に保持された前記画素の信号レベルを基準とし、第２のタイミングにおける前記画素に係る信号レベルとの差分に応じた出力を得ることで前記画素に係る信号のノイズ抑圧を行うノイズ抑圧部と、
前記ノイズ抑圧後の前記画素に係る信号を前記列を単位として順次選択して水平信号線から出力させる水平走査部と、
前記混合スイッチをオフとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第１のモードと、前記混合スイッチをオンとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第２のモードとを選択可能に有するモード制御部とを備え、
前記混合スイッチは、連結する前記各クランプ容量の数及び位置に応じ、一の前記クランプ容量に接続されるゲート幅が各クランプ容量間で略同一となるようにドレイン形状とソース形状が設定されたＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする固体撮像装置。
光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号として出力する増幅部とを含んだ画素が複数、行方向及び列方向に２次元に配置された画素部と、
前記画素部の読み出し行を選択する垂直走査部と、
前記画素部の前記列を単位として一端が前記画素の出力端に接続された複数のクランプ容量と、隣接する前記クランプ容量の他端間を連結して前記行方向の複数の画素の信号を混合する混合スイッチとを有し、前記クランプ容量の他端にクランプ電位を設定するクランプ設定信号が印加されている第１のタイミングにおいて前記クランプ容量に保持された前記画素の信号レベルを基準とし、第２のタイミングにおける前記画素に係る信号レベルとの差分に応じた出力を得ることで前記画素に係る信号のノイズ抑圧を行うノイズ抑圧部と、
前記ノイズ抑圧後の前記画素に係る信号を前記列を単位として順次選択して水平信号線から出力させる水平走査部と、
前記混合スイッチをオフとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第１のモードと、前記混合スイッチをオンとして前記ノイズ抑圧を前記ノイズ抑圧部に実行させる第２のモードとを選択可能に有するモード制御部とを備え、
前記混合スイッチは、並列に連結された偶数個の同一形状の第１のＭＯＳトランジスタを１ユニットとして、隣接する前記クランプ容量の他端間に配置されてなり、且つ、混合する対象の前記クランプ容量の並びの両端に位置する前記クランプ容量の各他端にそのソースとドレインとが接続され、前記第１のトランジスタと同一形状であって、スイッチとして機能する第２のＭＯＳトランジスタを前記第１のトランジスタの個数の半数有することを特徴とする固体撮像装置。