JP5173171B2 - 光電変換装置、撮像装置及び信号読出方法 - Google Patents

Description

本発明は、光電変換装置及びそれを含む撮像装置並びに信号読出方法に関する。

図７は、光電変換装置の概略構成を示す図である。図７に示す光電変換装置２００は、垂直信号線１０７に信号を出力する画素１０と、垂直信号線１０７を介して提供される信号を増幅する増幅器１１とを有する。

画素１０は、フォトダイオード１０１、転送スイッチ１０２、リセットスイッチ１０３、増幅トランジスタ１０４、行選択トランジスタ１０５を含む。ここで、転送スイッチ１０２は、転送パルスφＴＸの活性化に応じて、フォトダイオード１０１が発生した電荷をフローティングディフュージョン（ＦＤ）１０６に転送する。増幅トランジスタ１０４は、垂直信号線１０７に接続された定電流負荷１１１とともにソースフォロア回路を構成し、ＦＤ１０６の電位に応じた信号を垂直信号線１０７に出力する。リセットトランジスタ１０３は、リセットパルスφＲＥＳの活性化に応じて、ＦＤ１０６及びフォトダイオード１０１をリセットする。行選択トランジスタ１０５は、行選択信号φＳＥＬの活性化に応じて、増幅トランジスタ１０４のソースと垂直信号線１０７を接続する。即ち、増幅トランジスタ１０４は、それに接続された行選択トランジスタ１０５が活性化されたとき、即ち、画素１０が属する行が選択されたときに垂直信号線１０７に信号を出力する。
特開２００５−３３３４６２号公報 特開２００５−３１１４８７号公報

図５は、ＭＯＳトランジスタの構造を示す模式図である。ゲートと拡散領域（ソース又はドレイン）との間には、ゲート酸化膜を介して寄生容量（重なり容量）が形成される。この寄生容量によって、ゲートと拡散領域（ソース、ドレイン）とが容量結合し、ゲートの電位変動がある割合で拡散領域に伝達される。伝達される割合は寄生容量の大きさに依存する。寄生容量は、デバイス構造により制御することができる。寄生容量は、例えば、単位ゲート幅あたり、数十ａＦ〜数ｆＦである。

転送スイッチ１０２は、ＭＯＳトランジスタで構成され、寄生容量１０８を有する。よって、転送パルスφＴＸがハイに活性化されるときに、寄生容量１０８によってＦＤ１０６の電位が変動する。これにより、垂直信号線１０７の電位は、ＦＤ１０６の電位変動に対して、増幅トランジスタ１０４及び定電流負荷１１１により構成されるソースフォロア回路のゲインを乗じた大きさだけ変動する。その結果、増幅器１１の出力が正常な動作範囲外となってしまう。これはレンジオーバーと呼ばれる。その後、増幅器１１の出力が正常な動作範囲内に復帰するまで長時間を要し、これにより読出時間が長くなる。このために、例えば、デジタルスチルカメラでは秒間撮影駒数が低下し、ビデオカメラではフレームレートが低下し、イメージスキャナ用のイメージ入力装置では、画像取込時間が長くなる。また、増幅器１１のゲインが低くレンジオーバーにならなくても、擬信号により増幅器１１の出力が変動すると、それによって読出時間が長くなりうる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、転送スイッチの寄生容量に起因する偽信号が増幅器に入力されることを防止することを目的とする。

本発明の光電変換装置は、複数の行および複数の列を構成するように複数の画素が配列された画素アレイと、複数の増幅器とを有し、前記画素アレイにおける選択された行の画素が複数の信号線に信号を出力し、前記複数の増幅器が前記複数の信号線を介してそれぞれ提供される信号を増幅する光電変換装置に関する。前記光電変換装置は、前記複数の信号線と前記複数の増幅器の入力ノードとの間に配置された複数の遮断スイッチと、前記複数の増幅器によって増幅された信号を順次に読み出すための水平読出回路と、を備え、前記画素は、フォトダイオードと、フローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードの電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送スイッチと、前記フローティングディフュージョンの電位に応じた信号を前記信号線に出力する増幅トランジスタとを含み、前記増幅器は、差動増幅器と、前記入力ノードと前記差動増幅器の入力端子との間に配置されたクランプ容量と、前記入力端子と前記差動増幅器の出力端子との間に配置されたリセットスイッチと、を含み、前記遮断スイッチは、少なくとも、前記転送スイッチを制御する転送パルスが遷移している間はオフ状態にされ、前記リセットスイッチは、前記転送スイッチがオン状態にされる前にオフ状態にされる。

本発明によれば、例えば、転送スイッチの寄生容量に起因する偽信号が増幅器に入力されることを防止することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１Ａは、本発明の第１実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の概略構成を示す図である。図１Ａに示す光電変換装置５０は、画素アレイ１００を有し、画素アレイ１００は、図６に例示する画素１０を行列状に配列して構成される。画素アレイ１００を構成する複数の行が垂直走査回路１３０によって順次に選択（即ち走査）される。選択された行に属する画素１０は、その画素１０が属する列の垂直信号線１０７に信号を出力する。図１Ａでは、簡略化のために、１つの垂直信号線１０７のみが示されている。

図６に例示される画素１０は、フォトダイオード１０１、転送スイッチ（ＭＯＳトランジスタ）１０２、リセットスイッチ１０３、増幅トランジスタ１０４、行選択トランジスタ１０５を含む。ここで、転送スイッチ１０２は、転送パルスφＴＸの活性化に応じて、フォトダイオード１０１が発生した電荷をフローティングディフュージョン（ＦＤ）１０６に転送する。増幅トランジスタ１０４は、垂直信号線１０７に接続された定電流負荷１１１とともにソースフォロア回路を構成し、ＦＤ１０６の電位に応じた信号を垂直信号線１０７に出力する。リセットトランジスタ１０３は、リセットパルスφＲＥＳの活性化に応じて、ＦＤ１０６及びフォトダイオード１０１をリセットする。行選択トランジスタ１０５は、垂直走査回路１３０によって行選択信号φＳＥＬが活性化されることに応じて、増幅トランジスタ１０４のソースと垂直信号線１０７を接続する。即ち、増幅トランジスタ１０４は、それに接続された行選択トランジスタ１０５が活性化される場合、即ち、画素１０が属する行が選択されたときに垂直信号線１０７に信号を出力する。

垂直信号線１０７は、遮断スイッチ１２１を介して増幅器１５０の入力ノード１５０ａに接続されている。遮断スイッチ１２１は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタによって構成されうる。

増幅器１５０は、差動増幅器１１４と、クランプ容量１１２と、帰還容量１１３と、リセットスイッチ１１６とを含む。クランプ容量１１２は、差動増幅器１１４の第１入力端子（反転入力端子）と入力ノード１５０ａとの間に直列に接続されている。帰還容量１１３は、差動増幅器１１４の出力端子と第１入力端子との間に接続されている。リセットスイッチ１１６は、帰還容量１１３と並列に、即ち、差動増幅器１１４の出力端子と第１入力端子との間に接続されている。差動増幅器１１４の第２入力端子（非反転入力端子）には、基準電圧ＶＲＥＦが提供される。このような構成の増幅器１５０は、クランプ方式の増幅器である。

各列増幅器１５０から出力される信号は、ラインメモリ１４２に格納される。ラインメモリ１４２に格納された信号は、水平走査回路１４６によって制御される水平読出回路１４４によって列順次に読み出される。

図１Ｂは、図１Ａに示す光電変換装置５０の信号読出動作を例示する図である。リセットパルスφＰＣ０Ｒがハイに活性化されると、帰還容量Ｃｆの両端が短絡され、基準電圧ＶＲＥＦに対する垂直信号線１０７の電位（リセットレベル）がクランプ容量Ｃ０に保持される。このとき、差動増幅器１１４の出力は、差動増幅器１１４のオフセットレベルであり、これをＮレベル信号とする。このＮレベルは、ラインメモリ１４２のＮレベル保持用のメモリ（これをＮメモリと呼ぶ）に保持される。

リセットパルスφＰＣ０Ｒがローに非活性化された後、転送パルスφＴＸがハイに活性化されると、光蓄積期間にフォトダイオード１０１に蓄積された電荷がＦＤ１０６に転送される。すると、ＦＤ１０６の電位が変動し、その変動分が増幅ＭＯＳ１０４及び定電流負荷１１１により構成されるソースフォロア回路によって増幅されて垂直信号線１０７に出力される。このときの垂直信号線１０７には、光信号レベルとリセットレベルとの差分が現れる。また、増幅器１５０の出力ノード１２３には、前記差分を増幅器１５０のゲインＧ（＝Ｃ０／Ｃｆ）倍した信号を前記Ｎレベルに重畳したレベル（これを、（Ｓ＋Ｎ）レベルと呼ぶ）が出力される。（Ｓ＋Ｎ）レベルは、ラインメモリ１４２の（Ｓ＋Ｎ）レベルの保持用のメモリ（これを（Ｓ＋Ｎ）メモリと呼ぶ）に保持される。水平読出回路１４４は、（Ｓ＋Ｎ）メモリに保持された（Ｓ＋Ｎ）レベルとＮメモリに保持されたＮレベルとの差分、すなわち、Ｓレベル（画素信号）を列順次に出力する。

ここで、転送パルスφＴＸがハイに活性化されるときに、寄生容量１０８によってＦＤ１０６の電位が"Ａ"だけ変動する。増幅ＭＯＳ１０４及び定電流負荷１１１により構成されるソースフォロア回路のゲインをＧｓｆとすると、ＦＤ１０６の電位変動によって、垂直信号線１０７の電位がＡ×Ｇｓｆだけ変動する。

よって、遮断スイッチ１２１が存在しない場合には、増幅器１５０の入力レベルがＡ×Ｇｓｆだけ変動することになる。これにより、増幅器１５０のゲインをＧ（＝Ｃ０／Ｃｆ）とすると、増幅器１５０の出力がＡ×Ｇｓｆ×Ｇだけ変動することなる。仮に、Ａ＝４００ｍＶ、Ｇｓｆ＝０．９、Ｇ（＝Ｃ０／Ｃｆ）＝２０とすると、増幅器１５０の出力ノード１２３における電位変動は、Ａ＊Ｇｓｆ＊Ｇ（Ｃ０／Ｃｆ）＝７．２Ｖとなる。よって、図８に参考例として示すように、増幅器１５０の出力は、出力下限に張り付くことになる。これが前述のレンジオーバーである。レンジオーバーが起こると、増幅器１５０が深いオフ状態となり、正常な出力範囲（安定点）を出力に復帰するまでに長時間を要する。なお、図８において、破線で示した波形は、仮想的なものであり、実際の出力は出力下限以下にはならない。

ここで、読出時間を短くするために、安定点よりも前に読出を終了すると、本来の正常な出力よりも黒く沈んだ画像が出力されることになる。

また、図９には、遮断スイッチ１２１がない場合において、増幅器１５０のゲインＧ（＝Ｃ０／Ｃｆ）を変えたときの増幅器１５０の出力ノード１２３が示されている。図９から明らかなように、増幅器１５０のゲインが大きいほど、その出力信号が出力下限に張り付くことになり、安定点への復帰が遅れることになる。なお、破線で示した波形は、仮想的なものであり、実際の出力は出力下限以下にはならない。一般に、増幅器（アンプ）は、ゲインＧと動作周波数帯域Ｂとの積ＧＢが一定である。よって、ゲインＧを上げると動作周波数すなわち応答速度が悪くなる。したがって、特に、高ゲインでのレンジオーバーから正常な動作範囲までの復帰にはより長時間を要する。また、高いゲイン設定でなく、増幅器１５０の出力がレンジオーバーにならない場合であっても、増幅器１５０に、Ａ×Ｇｓｆのような、本来の画素信号ではない擬信号が入力されることは、読出の高速化を妨げる。

一方、この実施形態では、垂直信号線１０７と増幅器１５０の入力ノード１５０ａとの間に遮断スイッチ１２１を配置することによって、転送パルスφＴＸの遷移に起因する増幅器１５０の入力ノード１５０ａの電位変動を抑制する。具体的には、少なくとも、転送スイッチ１０２を制御する転送パルスφＴＸが遷移する期間においては、遮断スイッチ１２１によって垂直信号線１０７と増幅器１５０の入力ノード１５０ａとが分離される。遮断スイッチ１２１は、そのゲートに提供される遮断信号φＰＶＬによって制御される。遮断信号φＰＶＬＯＦＦは、転送パルスφＴＸの活性化よりも先にローに活性化され、転送パルスφＴＸの非活性化の後、好ましくは垂直信号線１０７の電位が安定した後にハイに非活性化される。遮断スイッチ１２１は、遮断信号φＰＶＬＯＦＦがローに活性化されたときにオフになり、ハイに非活性化されたときにオンになる。遮断信号φＰＶＬＯＦＦは、不図示の制御ブロック、例えば、リセットパルスφＰＣ０Ｒを発生する制御ブロックによって生成されうる。

このような構成及び制御によれば、垂直信号線１０７における擬信号Ａ×Ｇｓｆが増幅器１５０に伝達されることがない。

なお、遮断スイッチ１２１のゲートに与えられる遮断信号φＰＶＬＯＦＦ信号が遷移することによって、遮断スイッチ１２１のゲートと拡散領域との間の寄生容量による容量結合により、増幅器１５０の入力ノード１５０ａに若干の偽信号が現れる。このレベルを図１Ｂに"Ｂ"として示した。この偽信号によって、増幅器１５０の出力ノード１２３には、Ｂ×Ｇの大きさの変動が現れる。

この実施形態によれば、増幅器１５０の出力が正常な動作範囲外に振り切れることがなくなり、増幅器１５０が本来の信号（安定点）を出力する状態に復帰するまでの時間が短縮される。よって、読出時間を短縮することができる。また、垂直信号線１０７の電位が擬信号レベルから復帰するまでに要する時間も短くなる。これは、遮断スイッチ１０１がオフすることによって、垂直信号線１０７からクランプ容量１１２が見えなくなるためである。よって、転送パルスφＴＸが非活性化された後に、遮断信号φＰＶＬＯＦＦを速やかにハイに非活性化させることができる。

遮断スイッチ１２１を設けることは、特に増幅器１５０のゲインが高い場合に効果的であるが、増幅器１５０のゲインが低い場合にも効果を奏する。つまり、遮断スイッチ１２１を設けることにより、擬信号による増幅器１５０の出力変動が抑制されるので、読出時間が短縮されうる。

その結果、例えば、デジタルスチルカメラでは秒間撮影駒数が増加し、ビデオカメラではフレームレートを向上させることができ、イメージスキャナ用のイメージ入力装置では、画像取込時間を短縮することができる。或いは、従来と同一のタイミングで読出を行う場合には、画像品質を向上させることができる。

［第２実施形態］
図２Ａは、本発明の第２実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の概略構成を示す図である。ここで、特に言及しない事項については、第１実施形態に従いうる。

この実施形態の光電変換装置６０は、第１実施形態の遮断スイッチ１２１が遮断スイッチ２２１で置き換えられた構成を有する。遮断スイッチ２２１は、同サイズのＮＭＯＳトランジスタ２２１ｎとＰＭＯＳトランジスタ２２１ｐとを並列接続にして構成されている。そして、ＮＭＯＳトランジスタ２２１ｎのゲートには、第１実施形態と同様の遮断信号φＰＶＬＯＦＦが提供され、ＰＭＯＳトランジスタ２２１ｐのゲートには、遮断信号φＰＶＬＯＦＦの反転信号である反転遮断信号／φＰＶＬＯＦＦが提供される。このような構成によれば、スイッチ２２１を構成するＭＯＳトランジスタのゲートと拡散領域との間の寄生容量に起因する入力ノード１５０ａの電位変動を論理レベルが反対の信号であるφＰＶＬＯＦＦと／φＰＶＬＯＦＦとで相殺することができる。

図２Ｂに例示するように、その効果は非常に大きく、遮断信号φＰＶＬＯＦＦ、／φＰＶＬＯＦＦとの容量結合による入力ノード１５０ａの電位変動は殆どない。これにより、第１実施形態よりも読出期間を短縮することができる。

［第３実施形態］
図３Ａは、本発明の第３実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の概略構成を示す図である。ここで、特に言及しない事項については、第１実施形態に従いうる。

この実施形態の光電変換装置７０は、第１実施形態の遮断スイッチ１２１が遮断スイッチ３２１で置き換えられた構成を有する。図３Ｂは、遮断スイッチ３２１の構成例を示す図である。この実施形態では、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとのＯＮ抵抗の違いが考慮されている。通常、ＰＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗は、ＮＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗の２乃至３倍程度である。また、伝達スイッチとして使用する場合、ＰＭＯＳトランジスタは高い電位を伝達するために有利であり、ＮＭＯＳトランジスタは低い電位を伝達するために有利である。よって、第２実施形態のようにＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタのサイズを同一にすると、ある高い電位の領域ではＯＮ抵抗が高く遅延が大きく、ある低い電位の領域ではＯＮ抵抗が低く遅延が少ないといった非線形性が生じる可能性がある。ただし、第２実施形態では、垂直信号線１０７の電位も増幅器１５０の入力ノード１５０ａの電位も低い電位としうるので、ＮＭＯＳトランジスタ２２１ｎのＯＮ抵抗が低い領域（線形性が高い領域）で動作させることができる。しかしながら、例えば、電源電圧（図６のＶＣＣ）を高くすることなどで、画素１０、垂直信号線２０２、増幅器１５０の入力ノード１５０ａが高い電位の領域で動作することも考えられる。

そこで、この実施形態では、図３Ｂに例示するような遮断スイッチ３２１を提供する。遮断スイッチ３２１は、本スイッチ３０５及び３０６、ダミースイッチ３０７及び３０８とを含んで構成される。遮断スイッチ３２１は、垂直信号線１０７と増幅器１５０の入力のノード１５０ａとの間に並列接続された本スイッチ３０５及び３０６と、ソース及びドレインが入力ノード１５０ａに接続されたダミースイッチ３０７及び３０８とを含む。本スイッチ３０５とダミースイッチ３０８はＮＭＯＳトランジスタで構成され、本スイッチ３０６とダミースイッチ３０７とはＰＭＯＳトランジスタで構成される。

遮断スイッチ３２１のＯＮ／ＯＦＦの機能は、本スイッチ３０５、３０６によって与えられる。ここで、ＮＭＯＳトランジスタ３０５のＯＮ抵抗とＰＭＯＳトランジスタ３０６のＯＮ抵抗とが等しくなるように、ＮＭＯＳトランジスタ３０５のサイズとＰＭＯＳトランジスタ３０６のサイズとが決定される。図３Ｂにおいて、Ｗはゲート幅であり、αは設計において決定される比率である。一般的に、αは２〜３として設計されうる。

ここで、本スイッチ３０５、３０６において、寄生容量の大きさが互いに異なるが、これはダミースイッチ３０７、３０８によって相殺される。つまり、本スイッチ３０５の寄生容量（ゲートと１つの拡散領域との間の寄生容量）とダミースイッチ３０７の寄生容量（ゲートと２つの拡散領域との間の寄生容量）との和は、本スイッチ３０６の寄生容量とダミースイッチ３０８の寄生容量との和に等しい。

ここで、増幅器１５０の入力ノードに遮断信号φＰＶＬＯＦＦ、反転遮断信号／φＰＶＬＯＦＦの遷移による擬信号が伝達されないようにするために、遮断スイッチ３２１は、ダミースイッチ３０７、３０８側が入力ノード１５０ａに接続される。

この実施形態は、第２実施形態に係る図２Ｂと同様に、その効果は非常に大きく、遮断信号φＰＶＬＯＦＦ、／φＰＶＬＯＦＦとの容量結合によるノード１５０ａの電位変動は殆どない。これにより、第１実施形態よりも読出期間を短縮することができる。

［第４実施形態］
図４Ａは、本発明の第４実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の概略構成を示す図である。ここで、特に言及しない事項については、第１、第２、第３実施形態に従いうる。

この実施形態の光電変換装置８０は、第１、第２、第３実施形態における増幅器１５０が増幅器１５０'で置き換えられた構成を有する。なお、図４Ａには、便宜上、第３実施形態の増幅器１５０が増幅器１５０'で置き換えられた構成が示されている。

この実施形態の光電変換装置８０では、撮影シーンに応じて増幅器１５０のゲインを変更するために帰還容量の値を変更することができる。帰還容量は、帰還容量Ｃｆ１、Ｃｆ２をそれぞれ差動増幅器１１４の第１入力端子と出力端子との間に並列接続するためのスイッチ１７５、１７６のＯＮ／ＯＦＦによって決定される。スイッチ１７５、１７６のＯＮ／ＯＦＦは、ゲイン制御信号φＰＧＡ１、２の論理レベルによって制御される。例えば、明るい日中の屋外の撮影シーンでは、φＰＧＡ１＝φＰＧＡ２＝ハイとする。このとき、増幅器１５０'のゲインは、Ｃ０／（Ｃｆ１＋Ｃｆ２）、即ち低感度に設定される。逆に暗い室内の撮影シーンでは、高感度が要求される。この場合、φＰＧＡ１＝ハイ、φＰＧＡ２＝ローとする。このとき、増幅器１５０'のゲインは、Ｃ０／Ｃｆ１となる。一般に、増幅器（アンプ）は、ゲインを上げると応答速度が落ちる。これはＧＢ積一定の法則である。特に高感度設定、即ち、増幅器のゲインが大きい場合には、擬信号によって増幅器の出力を大きく変動しうる。よって、特に高感度設定では、正常な状態に復帰させる（安定点）ためにより長時間を要する。しかしながら、高感度設定が可能な光電変換装置においても、垂直信号線１０７と増幅器１５０'との間にスイッチを配置して、転送パルスφＴｘが活性化される際に該スイッチをオフさせることで読出時間を短縮することができる。

［第５実施形態］
第１〜第４実施形態では、クランプ方式の増幅器を採用した例を説明したが、それ以外の方式においても、垂直信号線と増幅器との間にそれらを分離するためのスイッチを備えることは読出時間の短縮に効果的である。例えば、リセットスイッチ１１６のゲートに与える信号（φＰＣ０Ｒ）を常時ローとするか、リセットスイッチ１１６を削除した構成では、容量１１２に入力される信号と基準電圧ＶＲＥＦとの差分がＣ０／Ｃｆ倍されて読み出されることになる。よって、クランプ方式であるか否かにかかわらず、転送パルスの遷移に起因する偽信号が増幅器に入力されるべきでないことが分かる。

［適用例］
図１０は、本発明の好適な実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。撮像装置４００は、第１〜第５実施形態の光電変換装置に代表される固体撮像装置１００４を備える。

被写体の光学像は、レンズ１００２によって固体撮像装置１００４の撮像面に結像する。レンズ１００２の外側には、レンズ００２のプロテクト機能とメインスイッチを兼ねるバリア１００１が設けられうる。レンズ１００２には、それから出射される光の光量を調節するための絞り１００３が設けられうる。固体撮像装置１００４から複数チャンネルで出力される撮像信号は、撮像信号処理回路１００５によって各種の補正、クランプ等の処理が施される。撮像信号処理回路１００５から複数チャンネルで出力される撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器６でアナログ−ディジタル変換される。Ａ／Ｄ変換器１００６から出力される画像データは、信号処理部１００７によって各種の補正、データ圧縮などがなされる。固体撮像装置１００４、撮像信号処理回路１００５、Ａ／Ｄ変換器１００６及び信号処理部１００７は、タイミング発生部１００８が発生するタイミング信号にしたがって動作する。

ブロック１００５〜１００８は、固体撮像装置１００４と同一チップ上に形成されてもよい。撮像装置４００の各ブロックは、全体制御・演算部１００９によって制御される。撮像装置４００は、その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、記録媒体への画像の記録又は読み出しのための記録媒体制御インターフェース部１０１１を備える。記録媒体１０１２は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。撮像装置４００は、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１０１３を備えてもよい。

次に、図１０に示す撮像装置４００の動作について説明する。バリア１００１のオープンに応じて、メイン電源、コントロール系の電源、Ａ／Ｄ変換器１００６等の撮像系回路の電源が順にオンする。その後、露光量を制御するために、全体制御・演算部１００９が絞り１００３を開放にする。固体撮像装置１００４から出力された信号は、撮像信号処理回路１００５をスルーしてＡ／Ｄ変換器１００６へ提供される。Ａ／Ｄ変換器１００６は、その信号をＡ／Ｄ変換して信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、そのデータを処理して全体制御・演算部１００９に提供し、全体制御・演算部１００９において露出量を決定する演算を行う。全体制御・演算部１００９は、決定した露出量に基づいて絞りを制御する。

次に、全体制御・演算部１００９は、固体撮像装置１００４から出力され信号処理部１００７で処理された信号にから高周波成分を取り出して、高周波成分に基づいて被写体までの距離を演算する。その後、レンズ１００２を駆動して、合焦か否かを判断する。合焦していないと判断したときは、再びレンズ１００２を駆動し測距を行う。

そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像装置１００４から出力された撮像信号は、撮像信号処理回路１００５において補正等がされ、Ａ／Ｄ変換器１００６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部１００７で処理される。信号処理部１００７で処理された画像データは、全体制御・演算１００９によりメモリ部１０１０に蓄積される。

その後、メモリ部１０１０に蓄積された画像データは、全体制御・演算部９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部を介して記録媒体１０１２に記録される。また、画像データは、外部Ｉ／Ｆ部１０１３を通してコンピュータ等に提供されて処理されうる。

本発明の第１実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の概略構成を示す図である。 図１Ａに示す光電変換装置５０の信号読出動作を例示する図である。 本発明の第２実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の動作例を示す図である。 本発明の第３実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の構成を示す図である。 本発明の第４実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の概略構成を示す図である。 ＭＯＳトランジスタの構造を示す模式図である。 画素の構成例を示す図である。 光電変換装置の概略構成を例示する図である。 遮断スイッチがない場合の光電変換装置の動作を例示する図である。 遮断スイッチがない場合の光電変換装置の動作を例示する図である。 本発明の好適な実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。

Claims (10)

1. 複数の行および複数の列を構成するように複数の画素が配列された画素アレイと、複数の増幅器とを有し、前記画素アレイにおける選択された行の画素が複数の信号線に信号を出力し、前記複数の増幅器が前記複数の信号線を介してそれぞれ提供される信号を増幅する光電変換装置であって、
   前記複数の信号線と前記複数の増幅器の入力ノードとの間に配置された複数の遮断スイッチと、
   前記複数の増幅器によって増幅された信号を順次に読み出すための水平読出回路と、を備え、
   前記画素は、フォトダイオードと、フローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードの電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送スイッチと、前記フローティングディフュージョンの電位に応じた信号を前記信号線に出力する増幅トランジスタとを含み、
   前記増幅器は、差動増幅器と、前記入力ノードと前記差動増幅器の入力端子との間に配置されたクランプ容量と、前記入力端子と前記差動増幅器の出力端子との間に配置されたリセットスイッチと、を含み、
   前記遮断スイッチは、少なくとも、前記転送スイッチを制御する転送パルスが遷移している間はオフ状態にされ、前記リセットスイッチは、前記転送スイッチがオン状態にされる前にオフ状態にされることを特徴とする光電変換装置。
2. 前記遮断スイッチは、ＮＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記遮断スイッチは、並列接続されたＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタで構成され、前記ＮＭＯＳトランジスタ及び前記ＰＭＯＳトランジスタは、論理レベルが互いに反対の信号によって駆動されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
4. 前記ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタは、サイズが同一であることを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
5. 前記遮断スイッチは、
   前記信号線と前記増幅器の前記入力ノードとの間に接続された第１ＮＭＯＳトランジスタと、
   前記信号線と前記増幅器の前記入力ノードとの間に接続された第１ＰＭＯＳトランジスタと、
   ソース及びドレインが前記増幅器の前記入力ノードに接続された第２ＮＭＯＳトランジスタ及び第２ＰＭＯＳトランジスタと、
   を含み、
   前記第１ＮＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＰＭＯＳトランジスタは、遮断信号によって駆動され、
   前記第１ＰＭＯＳトランジスタ及び前記第２ＮＭＯＳトランジスタは、前記遮断信号の反転信号である反転遮断信号によって駆動される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
6. 前記第１ＮＭＯＳトランジスタとＯＮ抵抗と前記第１ＰＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗とが等しいことを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
7. 前記遮断信号が印加されるノードと前記入力ノードとの間の寄生容量が、前記反転遮断信号が印加されるノードと前記入力ノードとの間の寄生容量と等しいことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
8. 前記増幅器の増幅率が可変であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
9. 前記光電変換装置と、
   前記光電変換装置から提供される信号を処理する処理回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 光電変換装置における信号読出方法であって、
    前記光電変換装置は、複数の行および複数の列を構成するように複数の画素が配列された画素アレイと、前記複数の列にそれぞれ対応して設けられた複数の信号線と、前記複数の信号線にそれぞれ接続された複数の増幅器と、前記複数の信号線と前記複数の増幅器の入力ノードとの間に配置された複数の遮断スイッチと、を備え、
    前記画素は、フォトダイオードと、フローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードの電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送スイッチと、前記フローティングディフュージョンの電位に応じた信号を前記信号線に出力する増幅トランジスタとを含み、
    前記増幅器は、差動増幅器と、前記入力ノードと前記差動増幅器の入力端子との間に配置されたクランプ容量と、前記入力端子と前記差動増幅器の出力端子との間に配置されたリセットスイッチと、を含み、
    前記信号読出方法は、前記画素から信号を読み出す際に、
    前記転送スイッチがオフした状態で前記リセットスイッチをオン状態からオフ状態にし、その後、前記リセットスイッチがオフした状態で前記転送スイッチをオン状態にし、
    少なくとも、前記転送スイッチを制御する転送パルスが遷移している間は、前記遮断スイッチをオフ状態にする、
    ことを特徴とする信号読出方法。

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