JP2002290835A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、素子温度によって出力に与えられる
影響を抑圧することができる固体撮像装置を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】リセット時に、電圧発生回路１０ｘ内に設
けられた遮光画素で検温された素子温度に応じた直流電
圧ＶPS-LがＭＯＳトランジスタＴ２のソースに与えて、
ＭＯＳトランジスタＴ２を素子温度に応じたポテンシャ
ル状態にすることで、素子温度に左右されるフォトダイ
オードＰＤから流れる暗電流及びＭＯＳトランジスタＴ
２の閾値電圧の影響を低減させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光量に対して
対数変換した信号を出力する光電変換手段を有する固体
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置は、小型、軽量で低消費電
力であるのみならず、画像歪や焼き付きが無く、振動や
磁界などの環境条件に強い。又、ＬＳＩ（Large Scale
Integrated circuit）と共通の工程又は類似の工程で製
造できるので、信頼性が高く、量産にも適している。こ
のため、ライン状に画素が配された固体撮像装置がファ
クシミリやフラットベッドスキャナに、マトリクス状に
画素が配された固体撮像装置がビデオカメラやデジタル
カメラなどに幅広く使用されている。ところで、このよ
うな固体撮像装置は光電変換素子で発生した光電荷を読
み出す（取り出す）手段によってＣＣＤ型とＭＯＳ型に
大きく分けられる。ＣＣＤ型は光電荷をポテンシャルの
井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、ダイナ
ミックレンジが狭いという欠点がある。一方、ＭＯＳ型
はフォトダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭ
ＯＳトランジスタを通して読み出すようになっている。

【０００３】このようなＭＯＳ型固体撮像装置のダイナ
ミックレンジを広くするために、本出願人は、入射した
光量に応じた光電流を発生しうる感光手段と、光電流を
入力するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジス
タをサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアス
するバイアス手段とを備え、光電流を対数変換するよう
にした固体撮像装置を提案した（特開平３−１９２７６
４号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような固体撮像装
置は、広いダイナミックレンジを有しているものの、画
素毎に設けられたＭＯＳトランジスタの閾値特性が異な
ることがあり、画素毎に感度が異なる場合がある。よっ
て、予め輝度が一様な明るい光（一様光）を照射するこ
とによって得られた出力を、被写体の撮像時の各画素の
出力を補正する補正データとして保持するなどの対策が
必要がある。しかしながら、操作者が外部光源を用いて
各画素を照射するのは煩雑であったり、又、うまく一様
に露光できないなどの問題がある。又、一様光の照射機
構を撮像装置に設けると撮像装置の構成が煩雑になると
いう問題があった。

【０００５】そこで、本出願人は、撮像時に光電流が流
れ込みサブスレッショルド領域で動作を行うＭＯＳトラ
ンジスタに対し、そのバイアス電圧を切り換えるなどし
て、このＭＯＳトランジスタの閾値電圧を検出して各画
素の感度のバラツキを検出することで、この検出した感
度のバラツキが原因となるノイズ成分を、撮像して得ら
れた画像データから除去するような回路構成の固体撮像
装置を検討している。しかしながら、このように、感度
のバラツキによるノイズ成分を除去して得られた画像デ
ータは、同一時間に撮像して得られた画像データに関し
ては各画素毎のバラツキが無くなるものの、素子温度が
変化することによって、光電変換特性が異なるため、撮
像装置内の素子温度による成分を画像データ内に有す
る。

【０００６】よって、例えば、各画素が、図１７のよう
に、フォトダイオードＰとフォトダイオードＰのアノー
ドにゲートとドレインが接続された撮像時にサブスレッ
ショルド領域で動作するＭＯＳトランジスタＴとを有す
る場合、常温として設定された素子温度で撮像を行った
際、その画像データが画素への入射光の照度に対して、
ほぼ、自然対数的に変化する。

【０００７】しかしながら、例えば、このような画素に
おいて、素子温度が常温から下降すると、フォトダイオ
ードＰより流れる暗電流の量が少なくなるため、リセッ
ト後のＭＯＳトランジスタＴのゲート下領域のポテンシ
ャルが低くなり、フォトダイオードＰで発生する光電流
の電流値が小さいとき、ＭＯＳトランジスタＴがサブス
レッショルド領域で動作せず、オフセットに近い状態で
動作する。よって、図１８のように、常温で撮像したと
きに比べて、入射光量が低いとき、線形変換成分が現れ
る。

【０００８】逆に、素子温度が常温から上昇すると、フ
ォトダイオードＰより流れる暗電流の量が多くなるた
め、ＭＯＳトランジスタＴに蓄積される電荷量が多くな
るため、リセット後のＭＯＳトランジスタＴのゲート下
領域のポテンシャルが高くなり、照度の高い被写体の撮
像を行ったときでも、常温時で照度の低い被写体を撮像
したときと同様の状態となる。よって、図１８のよう
に、常温で撮像したときに比べて、同一の入射光が与え
られても、画素からの出力が低くなる。

【０００９】このような問題に鑑みて、本発明は、素子
温度によって出力に与えられる影響を抑圧することがで
きる固体撮像装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の固体撮像装置は、入射した光量に
応じた電気信号を発生する感光素子と該感光素子からの
電気信号が入力されるとともにサブスレッショルド領域
で動作するトランジスタとを備えて前記電気信号を自然
対数的に変換する光電変換部を有する複数の画素から成
る固体撮像装置において、前記固体撮像装置の温度に応
じた電圧を出力する電圧発生回路を有し、該電圧発生回
路から出力される電圧によって、前記トランジスタをバ
イアスすることによって、前記トランジスタのポテンシ
ャル状態を設定することを特徴とする。

【００１１】このような固体撮像装置において、サブス
レッショルド領域で動作する前記トランジスタをＭＯＳ
トランジスタとしたとき、そのポテンシャル状態を素子
温度に応じて変化させる。このように、前記トランジス
タのポテンシャル状態を素子温度に応じて変化させるこ
とで、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やト
ランジスタの閾値電圧などによる影響を低減させること
ができる。

【００１２】そして、請求項２に記載するように、前記
電圧発生回路に、前記光電変換部と同一の構成の検温部
を設けて素子温度を検出し、更に、該検温部に光が入射
されないように遮光するようにしても構わない。

【００１３】請求項３に記載の固体撮像装置は、入射し
た光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光
素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続された第
１トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対
数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの制御
電極より出力する複数の画素と、固体撮像装置の温度に
応じた前記複数の画素をリセットするための第１電圧又
は前記第１トランジスタをサブスレッショルド領域で動
作させるための第２電圧のいずれかを前記第１トランジ
スタの第２電極へ出力する電圧発生回路と、を有し、前
記画素がリセットされるとき、前記電圧発生回路から前
記第１トランジスタの第２電極に前記第１電圧が印加さ
れ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記電圧発生
回路から前記第１トランジスタの第２電極に前記第２電
圧が印加されることを特徴とする。

【００１４】このような固体撮像装置によると、リセッ
ト時に前記電圧発生回路より前記第１トランジスタの第
２電極に与えられる第１電圧が素子温度に応じて変化す
る。よって、前記第１トランジスタがＭＯＳトランジス
タであるとき、リセット後の前記第１トランジスタのポ
テンシャル状態が素子温度に応じて変化するため、素子
温度によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタ
の閾値電圧などによる影響を低減させることができる。

【００１５】又、請求項４に記載するように、前記電圧
発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と性
質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１
電極と制御電極が接続された第１トランジスタと、該第
１トランジスタの第１電極と制御電極との接続ノードに
入力側が接続されて、前記第１電圧を出力する反転型バ
ッファと、前記第１電圧と前記第２電圧とを選択して出
力するドライブ回路と、を有し、前記感光素子に光が入
射されないように遮光されるようにしても構わない。

【００１６】請求項５に記載の固体撮像装置は、入射し
た光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光
素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続されると
ともにサブスレッショルド領域で動作するようにバイア
スされた第１トランジスタと、前記第１トランジスタの
制御電極に第２電極が接続された第２トランジスタとを
有し、前記電気信号に対して自然対数的に変換した電気
信号を前記第１トランジスタの制御電極より出力する複
数の画素と、固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第
２トランジスタの第１電極へ出力する電圧発生回路と、
を有し、前記画素がリセットされるとき、前記第２トラ
ンジスタがＯＮとされて、前記電圧発生回路からの電圧
が前記第１トランジスタの制御電極に印加され、又、前
記画素が撮像動作を行うとき、前記第２トランジスタが
ＯＦＦとされることを特徴とする。

【００１７】このような固体撮像装置によると、リセッ
ト時に前記電圧発生回路より前記第２トランジスタを通
じて前記第１トランジスタの制御電極に与えられる電圧
が素子温度に応じて変化する。よって、前記第１トラン
ジスタがＭＯＳトランジスタであるとき、リセット後の
前記第１トランジスタのポテンシャル状態が素子温度に
応じて変化するため、素子温度によって変化する感光素
子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響を
低減させることができる。

【００１８】又、請求項６に記載するように、前記電圧
発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と性
質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１
電極と制御電極が接続された第１トランジスタと、該第
１トランジスタの第１電極と制御電極との接続ノードに
入力側が接続されて、前記画素内の前記第２トランジス
タの第１電極へ電圧出力する反転型バッファと、を有
し、前記感光素子に光が入射されないように遮光される
ようにしても構わない。

【００１９】請求項７に記載の固体撮像装置は、請求項
３〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記画素が、前記感光素子の一方の電極に第１電極
が接続されるとともに、前記第１トランジスタの第１電
極及び制御電極に第２電極が接続された第３トランジス
タを有し、前記画素がリセットされるとき、前記第３ト
ランジスタがＯＦＦとされ、又、前記画素が撮像動作を
行うとき、前記第３トランジスタがＯＮとされることを
特徴とする。このようにすることで、リセット時に前記
感光素子から光電流が前記第１トランジスタに流れ込む
ことを阻止することができる。

【００２０】請求項８に記載の固体撮像装置は、請求項
３〜請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置におい
て、前記画素が、前記第１トランジスタの第１電極及び
制御電極に制御電極が接続され、前記第１トランジスタ
の制御電極に現れる電圧を増幅して第２電極より出力す
る第４トランジスタを有することを特徴とする。該第４
トランジスタをソースフォロアのＭＯＳトランジスタと
することによって、撮像時又はリセット時に得られた信
号を増幅して出力することができる。

【００２１】請求項９に記載の固体撮像装置は、入射し
た光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感光
素子の一方の電極に第２電極が接続されるとともにサブ
スレッショルド領域で動作するようにバイアスされた第
１トランジスタと、前記第１トランジスタの第２電極に
第１電極が接続された第２トランジスタとを有し、前記
電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記
第１トランジスタの第２電極より出力する複数の画素
と、固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第１トラン
ジスタの制御電極へ出力する電圧発生回路と、を有し、
前記画素がリセットされるとき、前記第２トランジスタ
がＯＮとされて、前記電圧発生回路からの電圧が前記第
１トランジスタの第２電極に印加され、又、前記画素が
撮像動作を行うとき、前記第２トランジスタがＯＦＦと
されることを特徴とする。

【００２２】このような固体撮像装置によると、前記電
圧発生回路より前記第１トランジスタの制御電極に与え
られる電圧が素子温度に応じて変化する。よって、前記
第１トランジスタがＭＯＳトランジスタであるとき、こ
の第２電極に与えられるリセット用の直流電圧によって
決定されるリセット後の前記第１トランジスタのポテン
シャル状態が素子温度に応じて変化するため、素子温度
によって変化する感光素子の暗電流やトランジスタの閾
値電圧などによる影響を低減させることができる。

【００２３】又、請求項１０に記載するように、前記電
圧発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と
性質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第
２電極が接続された第１トランジスタと、該第１トラン
ジスタの第２電極に入力側が接続され、前記画素内の前
記第１トランジスタの制御電極へ電圧出力する反転型バ
ッファと、を有し、前記感光素子に光が入射されないよ
うに遮光されるようにしても構わない。

【００２４】請求項１１に記載の固体撮像装置は、入射
した光量に応じた電気信号を発生する感光素子と、該感
光素子の一方の電極に第２電極が接続されるとともにサ
ブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされた
第１トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然
対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの第
２電極より出力する複数の画素と、固体撮像装置の温度
に応じた電圧を前記第１トランジスタの制御電極へ出力
する電圧発生回路と、を有し、前記第１トランジスタの
第１電極に印加される電圧が変化されることによって前
記画素がリセットされることを特徴とする。

【００２５】このような固体撮像装置によると、リセッ
ト時に前記電圧発生回路より前記第１トランジスタの制
御電極に与えられる電圧が素子温度に応じて変化する。
よって、前記第１トランジスタがＭＯＳトランジスタで
あるとき、この第１電極に与えられるリセット用の直流
電圧によって決定されるリセット後の前記第１トランジ
スタのポテンシャル状態が素子温度に応じて変化するた
め、素子温度によって変化する感光素子の暗電流やトラ
ンジスタの閾値電圧などによる影響を低減させることが
できる。

【００２６】又、請求項１２に記載するように、前記電
圧発生回路が、前記画素内に設けられた前記感光素子と
性質が同一の感光素子と、該感光素子の一方の電極に第
２電極が接続された第１トランジスタと、該第１トラン
ジスタの第２電極に入力側が接続され、前記画素内の前
記第１トランジスタの制御電極へ電圧出力する反転型バ
ッファと、を有し、前記感光素子に光が入射されないよ
うに遮光されるようにしても構わない。

【００２７】請求項１３に記載の固体撮像装置は、請求
項９〜請求項１２のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記画素が、前記第１トランジスタの第２電極に
第１電極が接続されるとともに、前記感光素子の一方の
電極に第２電極が接続された第３トランジスタを有し、
前記画素がリセットされるとき、前記第３トランジスタ
がＯＦＦとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、
前記第３トランジスタがＯＮとされることを特徴とす
る。このようにすることで、リセット時に前記感光素子
から光電流が前記第１トランジスタに流れ込むことを阻
止することができる。

【００２８】請求項１４に記載の固体撮像装置は、請求
項９〜請求項１３のいずれかに記載の固体撮像装置にお
いて、前記画素が、前記第１トランジスタの第２電極に
制御電極が接続され、前記第１トランジスタの第２電極
に現れる電圧を増幅して第２電極より出力する第４トラ
ンジスタを有することを特徴とする。該第４トランジス
タをソースフォロアのＭＯＳトランジスタとすることに
よって、撮像時又はリセット時に得られた信号を増幅し
て出力することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、以下
に説明する。

【００３０】＜固体撮像装置の構成＞まず、本発明の固
体撮像装置の構成の一例について、図面を参照して説明
する。図１は本発明の二次元のＭＯＳ型固体撮像装置の
一部の構成を概略的に示している。同図において、Ｇ11
〜Ｇｍｎは行列配置（マトリクス配置）された画素を示
している。２は垂直走査回路であり、行（ライン）４−
１、４−２、…、４−ｎを順次走査していく。３は水平
走査回路であり、画素から出力信号線６−１、６−２、
…、６−ｍに導出された光電変換信号を画素毎に水平方
向に順次読み出す。５は電源ラインである。更に、１０
は、電圧発生回路であり、バイアス供給ライン９−１、
９−２、…、９−ｍを通じて、画素毎にバイアス電圧が
与えられる。各画素に対し、上記ライン４−１、４−
２、…、４−ｎや出力信号線６−１、６−２、…、６−
ｍ、電源ライン５、バイアス供給ライン９−１、９−
２、…、９−ｍだけでなく、他のライン（例えば、クロ
ックライン等）も接続されるが、図１ではこれらについ
て省略する。

【００３１】出力信号線６−１、６−２、・・・、６−
ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１が図示の
如く１組ずつ設けられている。出力信号線６−１を例に
とって説明すると、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートは
直流電圧線７に接続され、ドレインは出力信号線６−１
に接続され、ソースは直流電圧ＶPS’のライン８に接続
されている。そして、出力信号線６−１、６−２、・・
・、６−ｍを通して出力される各画素の撮像時の画像デ
ータ及びリセット時の補正データが順次サンプルホール
ド回路１１に与えられる。

【００３２】このサンプルホールド回路１１に対して、
行毎に、画像データ及び補正データが出力されてサンプ
ルホールドされる。そして、サンプルホールドされた画
像データ及び補正データは、列毎に、出力回路１２に出
力され、出力回路１２で感度バラツキによるノイズ成分
が除去されるように、補正データに基づいて画像データ
が補正される。よって、出力回路１２より、各画素の感
度バラツキが補正された画像データが、各画素毎にシリ
アルに出力される。

【００３３】画素Ｇ11〜Ｇｍｎには、後述するように、
それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力する
ＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴ３が設けられてい
る。ＭＯＳトランジスタＴ３と上記ＭＯＳトランジスタ
Ｑ１との接続関係は図２のようになる。ここで、ＭＯＳ
トランジスタＱ１のソースに接続される直流電圧ＶPS’
と、ＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続される直
流電圧ＶPD’との関係はＶPD’＞ＶPS’であり、直流電
圧ＶPS’は例えばグランド電圧（接地）である。

【００３４】この回路構成は上段のＭＯＳトランジスタ
Ｔ３のゲートに信号が入力され、下段のＭＯＳトランジ
スタＱ１のゲートには直流電圧ＤＣが常時印加される。
このため下段のＭＯＳトランジスタＱ１は抵抗又は定電
流源と等価であり、図２の回路はソースフォロワ型の増
幅回路となっている。この場合、ＭＯＳトランジスタＴ
３から増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
尚、図１及び図２に示す構成は以下に説明する第１の実
施形態〜第５の実施形態に共通の構成である。

【００３５】図２のように構成することにより信号を大
きく出力することができる。従って、画素がダイナミッ
クレンジ拡大のために感光素子から発生する光電流を自
然対数的に変換しているような場合は、そのままでは出
力信号が小さいが、本増幅回路により充分大きな信号に
増幅されるため、後続の信号処理回路（図示せず）での
処理が容易になる。また、増幅回路の負荷抵抗部分を構
成するＭＯＳトランジスタＱ１を画素内に設けずに、列
方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線６
−１、６−２、…、６−ｍごとに設けることにより、負
荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チップ上で
増幅回路が占める面積を少なくできる。

【００３６】＜第１の実施形態＞図１に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第１の実施形態について、図
面を参照して説明する。図３は、本実施形態に使用する
固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図であ
る。

【００３７】図３において、ｐｎフォトダイオードＰＤ
が感光部（光電変換部）を形成している。そのフォトダ
イオードＰＤのアノードはＭＯＳトランジスタＴ１のド
レインに接続され、このＭＯＳトランジスタＴ１のソー
スは、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインとゲート及び
ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに接続されている。Ｍ
ＯＳトランジスタＴ３のソースは行選択用のＭＯＳトラ
ンジスタＴ４のドレインに接続されている。ＭＯＳトラ
ンジスタＴ４のソースは出力信号線６（この出力信号線
６は図１の６−１、６−２、…、６−ｍに対応する）へ
接続されている。尚、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４
は、それぞれ、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタでバッ
クゲートが接地されている。

【００３８】又、フォトダイオードＰＤのカソード及び
ＭＯＳトランジスタＴ３のドレインには直流電圧ＶPDが
印加されるようになっている。一方、ＭＯＳトランジス
タＴ２のソースには、バイアス供給ライン９（このバイ
アス供給ライン９は図１の９−１、９−２、…、９−ｍ
に対応する）を通じて電圧発生回路１０ｘ（図１の電圧
発生回路１０に対応する）で発生した出力電圧が印加さ
れる。又、ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに信号φＳ
が入力され、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートには信号
φＶが入力される。

【００３９】このような構成の画素を有する固体撮像装
置に設けられる電圧発生回路１０ｘについて、以下に説
明する。図４は、本実施形態の固体撮像装置に設けられ
た電圧発生回路１０ｘの内部構成を示すブロック図であ
る。

【００４０】図４に示す電圧発生回路１０ｘは、フォト
ダイオードＰｄとＭＯＳトランジスタＴ１０と反転型バ
ッファＢ１とで構成される遮光画素１０ａと、遮光画素
１０ａで発生した電圧ＶPS-Lと電圧ＶPS-Lより高い電圧
で画素Ｇ11〜Ｇmn内のＭＯＳトランジスタＴ２をサブス
レッショルド領域で動作させるための電圧ＶPS-Hとを入
力される信号φＶPSによって選択して出力するドライブ
回路１０ｂとを有する。

【００４１】そして、遮光画素１０ａにおいて、カソー
ドに直流電圧ＶDAが印加されたフォトダイオードＰｄの
アノードに、ＭＯＳトランジスタＴ１０のドレインとゲ
ート及び反転型バッファＢ１の入力側が接続される。
又、ＭＯＳトランジスタＴ１０のソースには直流電圧Ｖ
SAが印加される。又、反転型バッファＢ１からの出力電
圧ＶPS-Lがドライブ回路１０ｂに与えられる。このよう
な構成の遮光画素１０ａは、フォトダイオードＰｄの感
光部に光が入射されないように、アルミニウム膜などで
遮光されている。

【００４２】更に、このように遮光画素１０ａが構成さ
れるとき、反転型バッファＢ１の構成は、例えば、図５
のようにしても構わない。即ち、反転型バッファＢ１
は、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート及びドレインの
接続ノードにゲートが接続されるとともにドレインに直
流電圧ＶDBが印加されたＰチャネルのＭＯＳトランジス
タ１１と、ＭＯＳトランジスタＴ１１のソースに一端が
接続されるとともに他端に直流電圧ＶSBが印加された抵
抗Ｒとで構成される。

【００４３】図４のように電圧発生回路１０が構成され
るとき、遮光画素１０ａ内のフォトダイオードＰｄ及び
ＭＯＳトランジスタＴ１０が、固体撮像装置の素子温度
を検出する検温部として働く。即ち、素子温度が低くな
ると、フォトダイオードＰｄの暗電流が小さくなるとと
もに、ＭＯＳトランジスタＴ１０の閾値電圧が低くなる
ため、ＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート電圧が低くな
る。逆に、素子温度が高くなると、フォトダイオードＰ
ｄの暗電流が大きくなるとともに、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ１０の閾値電圧が高くなるため、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ１０のゲート電圧が高くなる。よって、反転型バッフ
ァＢ１に入力されるＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート
電圧が、素子温度に応じて変遷する。

【００４４】このように、フォトダイオードＰｄ及びＭ
ＯＳトランジスタＴ１０が動作するとき、図５のような
構成の反転型バッファＢ１は、素子温度が低く、ＭＯＳ
トランジスタＴ１０のゲート電圧が低くなると、ＭＯＳ
トランジスタＴ１１を流れる電流が大きくなるため、抵
抗Ｒに発生する電圧が高くなり、出力電圧ＶPS-Lが高く
なる。逆に、素子温度が高く、ＭＯＳトランジスタＴ１
０のゲート電圧が高くなると、ＭＯＳトランジスタＴ１
１を流れる電流が小さくなるため、抵抗Ｒに発生する電
圧が低くなり、出力電圧ＶPS-Lが低くなる。

【００４５】次に、図３のように構成された画素Ｇ11〜
Ｇmnの動作について、説明する。電圧発生回路１０ｘ内
のドライブ回路１０ｂに与える信号φＶPSがローレベル
とされて、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がリセ
ットされ、信号φＶPSをハイレベルとしてＭＯＳトラン
ジスタＴ２のソースに直流電圧ＶPS-Hが印加された後、
信号φＳがハイレベルとされてＭＯＳトランジスタＴ１
がＯＮとされると、撮像動作が開始する。このとき、フ
ォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、
ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、
前記光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳト
ランジスタＴ２，Ｔ３のゲートに発生する。

【００４６】そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳト
ランジスタＴ４をＯＮとすると、ＭＯＳトランジスタＴ
３のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、ＭＯＳ
トランジスタＴ３，Ｔ４を介して出力信号線６に導出さ
れる。この出力信号線６に導出されるＭＯＳトランジス
タＴ３のドレイン電流は、光電流に対して自然対数的に
比例した値となる。又、このとき、ＭＯＳトランジスタ
Ｔ３及びＭＯＳトランジスタＱ１（図１）の導通時抵抗
とそれらを流れる電流によって決まるＭＯＳトランジス
タＱ１のドレイン電圧が、信号として出力信号線６に現
れる。このようにして信号が読み出された後、ＭＯＳト
ランジスタＴ４がＯＦＦとされる。このとき出力信号線
６に現れるドレイン電圧が画像データとしてサンプルホ
ールド回路１１（図１）に与えられてサンプルホールド
される。

【００４７】このように撮像動作が成されると、次に、
リセット動作が行われる。このリセット動作について、
図６のフローチャートを参照して説明する。上述したよ
うに、パルス信号φＶが与えられ、画像データが出力さ
れてサンプルホールド回路１１にサンプルホールドされ
ると、まず、信号φＳをローレベルとして、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦとして、フォトトランジスタＰＤ
とＭＯＳトランジスタＴ２との電気的な接続を切断す
る。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のソース側より
負の電荷が流れ込み、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
及びドレイン、そしてＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
に蓄積された正の電荷が再結合される。

【００４８】このようにリセットされると、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ２のドレイン及びゲート下領域のポテンシャ
ルがある値になると、そのリセットされる速度が遅くな
る。よって、次に、電圧発生回路１０ｘ内のドライブ回
路１０ｂに与える電圧φＶPSをローレベルとして、ＭＯ
ＳトランジスタＴ２のソースに遮光画素１０ａからの出
力電圧ＶPS-Lを印加するようにする。このように、ＭＯ
ＳトランジスタＴ２のソースに与える電圧を直流電圧Ｖ
PS-Hから直流電圧ＶPS-Lに変換して、低くすることで、
ＭＯＳトランジスタＴ２のソースから流入する負の電荷
の量を増加させる。よって、ＭＯＳトランジスタＴ２の
ゲート及びドレイン、そしてＭＯＳトランジスタＴ３の
ゲートに蓄積された正の電荷が速やかに再結合される。

【００４９】そして、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレイ
ン及びゲート下領域がリセットされると、電圧発生回路
１０ｘ内のドライブ回路１０ｂに与える電圧φＶPSをハ
イレベルとして、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに直
流電圧ＶPS-Hを印加する。そして、パルス信号φＶを与
えることによって、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとす
ることで、リセット時のＭＯＳトランジスタＴ３のゲー
ト電圧に応じたドレイン電流が、ＭＯＳトランジスタＴ
３，Ｔ４を介して、出力信号線６に導出される。よっ
て、このときＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン電圧
が、補正データとしてサンプルホールド回路１１に出力
されてサンプルホールドされる。そして、ＭＯＳトラン
ジスタＴ４をＯＦＦとした後、信号φＳをハイレベルと
して、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮとして、次の撮像
動作に備える。

【００５０】このように動作させたとき、リセット後の
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャル
が、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースに印加される電圧
発生回路１０ｘからの出力電圧ＶPS-Lによって決定され
る。このとき、素子温度が低いときは、出力電圧ＶPS-L
が高くなるため、従来のように、常温時と同一の直流電
圧をＭＯＳトランジスタＴ２のソースに与えて、リセッ
ト後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテン
シャルが低くなるのを、ＭＯＳトランジスタＴ２のソー
スに常温時よりも高い電圧である出力電圧ＶPS-Lを与え
ることで防ぐことができる。

【００５１】又、素子温度が高いときは、出力電圧ＶPS
-Lが低くなるため、従来のように、常温時と同一の直流
電圧をＭＯＳトランジスタＴ２のソースに与えて、リセ
ット後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテ
ンシャルが高くなるのを、ＭＯＳトランジスタＴ２のソ
ースに常温時よりも低い電圧である出力電圧ＶPS-Lを与
えることで防ぐことができる。そのため、リセット後の
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャル
が素子温度に係わらずほぼ一定の状態となる。

【００５２】このように、電圧発生回路１０ｘにおい
て、画素Ｇ11〜Ｇmnと同様の温度特性を有する遮光画素
１０ａで検温し、その検温した温度に応じた電圧をリセ
ット時に画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ２のソ
ースに与えることで、各画素の出力バラツキの要因とな
る素子温度の影響を低減することができる。

【００５３】＜第２の実施形態＞図１に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第２の実施形態について、図
面を参照して説明する。図７は、本実施形態に使用する
固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図であ
る。尚、図３に示す画素と同一の目的で使用される素子
及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な説
明は省略する。

【００５４】図７に示す画素は、第１の実施形態（図
３）の構成の画素に、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート
及びドレインの接続ノードにソースが接続されたＭＯＳ
トランジスタＴ５を追加された構成となる。このとき、
ＭＯＳトランジスタＴ２のソースには、直流電圧ＶPSが
印加され、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレインには、バ
イアス供給ライン９を通じて電圧発生回路１０ｙ（図１
の電圧発生回路１０に対応する）で発生した出力電圧が
印加される。そして、ＭＯＳトランジスタＴ５のゲート
に信号φＳＷが与えられる。その他の構成は、図３の画
素と同様である。又、尚、ＭＯＳトランジスタＴ５は、
ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４と同様、ＮチャネルのＭ
ＯＳトランジスタでバックゲートが接地されている。

【００５５】このような構成の画素を有する固体撮像装
置に設けられる電圧発生回路の構成は、図８のようにな
る。尚、図８の電圧発生回路において、図４の電圧発生
回路と同一の目的で使用される素子及び信号線などは、
同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００５６】図８に示す電圧発生回路１０ｙは、第１の
実施形態（図４）における電圧発生回路１０ｘから、ド
ライバ回路１０ｂが削除された構成となる。即ち、遮光
画素１０ａの反転型バッファＢ１より出力される出力電
圧が、常に、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレインに印加
される。その他の構成は、図４の電圧発生回路１０ｘと
同様である。このとき、遮光画素１０ａから出力される
出力電圧ＶＤが、ＭＯＳトランジスタＴ５のドレインに
印加される。そして、この出力電圧ＶＤは、図４の電圧
発生回路１０ｘからの出力電圧ＶPS-Lと同様、温度が高
いときは常温時と比べて低くなり、又、温度が低いとき
は常温時と比べて高くなる。

【００５７】このように、固体撮像装置内の画素Ｇ11〜
Ｇmn及び電圧発生回路１０ｙが構成されるときの動作に
ついて、以下に説明する。パルス信号φＳＷがＭＯＳト
ランジスタＴ５のゲートに与えられて、ＭＯＳトランジ
スタＴ２のゲート電圧がリセットされた後、信号φＳが
ハイレベルとされて、ＭＯＳトランジスタＴ１がＯＮと
されると、撮像動作が開始する。このとき、フォトダイ
オードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳト
ランジスタのサブスレッショルド特性により、前記光電
流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジス
タＴ２，Ｔ３のゲートに発生する。

【００５８】そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳト
ランジスタＴ４をＯＮとすると、ＭＯＳトランジスタＴ
３のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、ＭＯＳ
トランジスタＴ３，Ｔ４を介して出力信号線６に導出さ
れる。よって、出力信号線６に現れる光電流に対して自
然対数的に比例したＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン
電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路１１
（図１）に与えられてサンプルホールドされる。

【００５９】このように撮像動作が成されると、次に、
リセット動作が行われる。このリセット動作について、
図９のフローチャートを参照して説明する。上述したよ
うに、パルス信号φＶが与えられ、画像データが出力さ
れてサンプルホールド回路１１にサンプルホールドされ
ると、まず、信号φＳをローレベルとして、ＭＯＳトラ
ンジスタＴ１をＯＦＦとする。

【００６０】そして、次に、信号φＳＷをハイレベルと
することによってＭＯＳトランジスタＴ５をＯＮとする
ことで、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに、電圧発生
回路１０ｙからの出力電圧ＶＤを印加する。よって、Ｍ
ＯＳトランジスタＴ２が、ゲートに印加される出力電圧
ＶＤに応じて、そのゲート下領域がリセットされる。こ
のようにリセットされると、信号φＳＷをローレベルと
してＭＯＳトランジスタＴ５をＯＦＦとした後、パルス
信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えて、
リセット時の出力を出力信号線６を通じて、サンプルホ
ールド回路１１に出力して補正データとしてサンプルホ
ールドする。その後、信号φＳをハイレベルとして、次
の撮像動作に備える。

【００６１】このように動作させたとき、リセット後の
ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート下領域のポテンシャル
が、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにＭＯＳトランジ
スタＴ５を介して印加される電圧発生回路１０ｙからの
出力電圧ＶＤによって決定される。よって、第１の実施
形態のように、素子温度が低いときは出力電圧ＶＤが高
くなるため、ゲート下領域のポテンシャルが低くなるの
を防ぎ、又、素子温度が高いときは出力電圧ＶＤが低く
なるため、ゲート下領域のポテンシャルが高くなるのを
防ぐ。そのため、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ２
のゲート下領域のポテンシャルが素子温度に係わらずほ
ぼ一定の状態となる。

【００６２】このように、電圧発生回路１０ｙにおい
て、画素Ｇ11〜Ｇmnと同様の温度特性を有する遮光画素
１０ａで検温し、その検温した温度に応じた電圧をリセ
ット時に画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ２のゲ
ートに与えることで、各画素の出力バラツキの要因とな
る素子温度の影響を低減することができる。

【００６３】＜第３の実施形態＞図１に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第３の実施形態について、図
面を参照して説明する。図１０は、本実施形態に使用す
る固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図で
ある。尚、図３に示す画素と同一の目的で使用される素
子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細な
説明は省略する。

【００６４】図１０に示す画素において、フォトダイオ
ードＰＤのカソードにＭＯＳトランジスタＴ１のソース
が接続され、このＭＯＳトランジスタＴ１のドレインに
ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート及びＭＯＳトランジス
タＴ６のソース及びＭＯＳトランジスタＴ７のドレイン
が接続される。尚、ＭＯＳトランジスタＴ６，Ｔ７は、
それぞれ、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ４と同
様、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが
接地されている。

【００６５】フォトダイオードＰＤのアノードには直流
電圧ＶPSが印加される。そして、ＭＯＳトランジスタＴ
６は、そのドレインに直流電圧ＶPDが印加されるととも
に、そのゲートにバイアス供給ライン９を通じて電圧発
生回路１０ｚ（図１の電圧発生回路１０に対応する）で
発生した出力電圧ＶPGが印加される。又、ＭＯＳトラン
ジスタＴ７は、そのソースに直流電圧ＲＬが印加され、
そのゲートに信号φＲＳが入力される。その他の構成
は、第１の実施形態（図３）の画素と同様である。

【００６６】このような構成の画素を有する固体撮像装
置に設けられる電圧発生回路の構成は、図１１のように
なる。尚、図１１の電圧発生回路において、図８の電圧
発生回路と同一の目的で使用される素子及び信号線など
は、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００６７】図１１に示す電圧発生回路１０ｚは、フォ
トダイオードＰｄとＭＯＳトランジスタＴ２０と反転型
バッファＢ２とで構成される遮光画素１０ｃで構成され
る。そして、遮光画素１０ｃにおいて、アノードに直流
電圧ＶSCが印加されたフォトダイオードＰｄのカソード
に、ＭＯＳトランジスタＴ２０のソース及び反転型バッ
ファＢ２の入力側が接続される。又、ＭＯＳトランジス
タＴ２０は、そのドレインに直流電圧ＶDCが、又、その
ゲートに直流電圧ＶGAが印加されることで、サブスレッ
ショルド領域で動作するようにバイアスされる。このよ
うな構成の遮光画素１０ｃは、フォトダイオードＰｄの
感光部に光が入射されないように、アルミニウム膜など
で遮光されている。

【００６８】図１１のように電圧発生回路１０ｚが構成
されるとき、遮光画素１０ｃ内のフォトダイオードＰｄ
及びＭＯＳトランジスタＴ２０が、固体撮像装置の素子
温度を検出する検温部として働く。即ち、素子温度が低
くなると、フォトダイオードＰｄの暗電流が小さくなる
とともに、ＭＯＳトランジスタＴ２０の閾値電圧が低く
なるため、ＭＯＳトランジスタＴ２０のソース電圧が高
くなる。逆に、素子温度が高くなると、フォトダイオー
ドＰｄの暗電流が大きくなるとともに、ＭＯＳトランジ
スタＴ２０の閾値電圧が高くなるため、ＭＯＳトランジ
スタＴ２０のソース電圧が低くなる。よって、反転型バ
ッファＢ２に入力されるＭＯＳトランジスタＴ２０のゲ
ート電圧が、素子温度に応じて変遷する。

【００６９】このように、フォトダイオードＰｄ及びＭ
ＯＳトランジスタＴ２０が動作するため、反転型バッフ
ァＢ２からの出力電圧ＶPGは、素子温度が低く、ＭＯＳ
トランジスタＴ２０のソース電圧が高くなると、低くな
り、又、素子温度が高く、ＭＯＳトランジスタＴ２０の
ソース電圧が低くなると、高くなる。

【００７０】次に、図１０のように構成された画素Ｇ11
〜Ｇmnの動作について、説明する。ＭＯＳトランジスタ
Ｔ７のゲートにパルス信号φＲＳが与えられて、ＭＯＳ
トランジスタＴ６のソース電圧がリセットされた後、信
号φＳがハイレベルとされてＭＯＳトランジスタＴ１が
ＯＮとされると、撮像動作が開始する。

【００７１】このとき、フォトダイオードＰＤに光が入
射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブス
レッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換し
た値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ６のソース及びＭＯ
ＳトランジスタＴ３のゲートに発生する。尚、このと
き、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯ
ＳトランジスタＴ６のソースに流れ込むため、強い光が
入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧が
低くなる。

【００７２】そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳト
ランジスタＴ４をＯＮとすると、ＭＯＳトランジスタＴ
３のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、ＭＯＳ
トランジスタＴ３，Ｔ４を介して出力信号線６に導出さ
れる。よって、出力信号線６に現れる光電流に対して自
然対数的に比例したＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン
電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路１１
（図１）に与えられてサンプルホールドされる。

【００７３】このように撮像動作が成されると、次に、
リセット動作が行われる。このリセット動作について、
図１２のフローチャートを参照して説明する。上述した
ように、パルス信号φＶが与えられ、画像データが出力
されてサンプルホールド回路１１にサンプルホールドさ
れると、まず、信号φＳをローレベルとして、ＭＯＳト
ランジスタＴ１をＯＦＦとする。

【００７４】そして、次に、信号φＲＳをハイレベルと
することによってＭＯＳトランジスタＴ７をＯＮとする
ことで、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに、直流電圧
ＲＬを印加する。よって、ＭＯＳトランジスタＴ６が、
直流電圧ＲＬに応じて、そのソース電圧がリセットされ
る。このようにリセットされると、信号φＲＳをローレ
ベルとしてＭＯＳトランジスタＴ７をＯＦＦとした後、
パルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与
えて、リセット時の出力を出力信号線６を通じて、サン
プルホールド回路１１に出力して補正データとしてサン
プルホールドする。その後、信号φＳをハイレベルとし
て、次の撮像動作に備える。

【００７５】このように動作させたとき、リセット後の
ＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧が一定であるた
め、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲート下領域・ソース間
のポテンシャルが、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに
常に印加される電圧発生回路１０ｚからの出力電圧ＶPG
によって決定される。このとき、素子温度が低いとき
は、出力電圧ＶPGが低くなるため、従来のように、常温
時と同一の直流電圧をＭＯＳトランジスタＴ６のゲート
に与えて、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ６のゲー
ト下領域のポテンシャルが高くなるのを、ＭＯＳトラン
ジスタＴ６のゲートに常温時よりも低い電圧である出力
電圧ＶPGを与えることで防ぐことができる。

【００７６】又、素子温度が高いときは、出力電圧ＶPG
が高くなるため、従来のように、常温時と同一の直流電
圧をＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与えて、リセッ
ト後のＭＯＳトランジスタＴ６のゲート下領域のポテン
シャルが低くなるのを、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲー
トに常温時よりも高い電圧である出力電圧ＶPGを与える
ことで防ぐことができる。そのため、リセット後のＭＯ
ＳトランジスタＴ６のゲート下領域・ソース間のポテン
シャルが素子温度に係わらずほぼ一定の状態となる。

【００７７】このように、電圧発生回路１０ｚにおい
て、画素Ｇ11〜Ｇmnと同様の温度特性を有する遮光画素
１０ｃで検温し、その検温した温度に応じた電圧を常に
画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与
えることで、各画素の出力バラツキの要因となる素子温
度の影響を低減することができる。

【００７８】＜第４の実施形態＞図１に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第４の実施形態について、図
面を参照して説明する。図１３は、本実施形態に使用す
る固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図で
ある。尚、図１０に示す画素と同一の目的で使用される
素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細
な説明は省略する。

【００７９】図１３に示す画素は、第３の実施形態（図
１０）から、ＭＯＳトランジスタＴ７を削除した構成と
なる。このとき、ＭＯＳトランジスタＴ６のドレインに
は、信号φＶPDが入力される。その他の構成は図１０の
画素と同様である。又、ＭＯＳトランジスタＴ６のゲー
トに接続される電圧発生回路１０ｚは、第３の実施形態
と同様、図１１に示す構成の電圧発生回路である。尚、
ＭＯＳトランジスタＴ６をサブスレッショルド領域で動
作させるための電圧を第１電圧とし、ＭＯＳトランジス
タＴ６の閾値のバラツキを検出するために、直流電圧Ｖ
PSに略等しい値となる電圧を第２電圧とする。

【００８０】以下に、図１３のように構成された画素Ｇ
11〜Ｇmnの動作について、説明する。ＭＯＳトランジス
タＴ６のドレインに与えられる信号φＶPDが第２電圧と
されて、ＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧がリセッ
トされ、信号φＶPDが第１電圧とされた後、信号φＳが
ハイレベルとされてＭＯＳトランジスタＴ１がＯＮとさ
れると、撮像動作が開始する。このとき、フォトダイオ
ードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトラ
ンジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自
然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ６
のソース及びＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに発生す
る。

【００８１】そして、パルス信号φＶを与えてＭＯＳト
ランジスタＴ４をＯＮとすると、ＭＯＳトランジスタＴ
３のゲート電圧より増幅されたドレイン電流が、ＭＯＳ
トランジスタＴ３，Ｔ４を介して出力信号線６に導出さ
れる。よって、出力信号線６に現れる光電流に対して自
然対数的に比例したＭＯＳトランジスタＱ１のドレイン
電圧が、画像データとしてサンプルホールド回路１１
（図１）に与えられてサンプルホールドされる。

【００８２】このように撮像動作が成されると、次に、
リセット動作が行われる。このリセット動作について、
図１４のフローチャートを参照して説明する。上述した
ように、パルス信号φＶが与えられ、画像データが出力
されてサンプルホールド回路１１にサンプルホールドさ
れると、まず、信号φＳをローレベルとして、ＭＯＳト
ランジスタＴ１をＯＦＦとする。

【００８３】そして、次に、信号φＶPDを第２電圧にす
ることによって、ＭＯＳトランジスタＴ６にドレイン側
より負の電荷を流入させた後、信号φＶPDを第１電圧に
戻して、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに負の電荷を
蓄積させる。このＭＯＳトランジスタＴ６のソースに蓄
積された負の電荷量が、ＭＯＳトランジスタＴ６の閾値
に応じた値となる。

【００８４】よって、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲート
にＭＯＳトランジスタＴ６の閾値電圧に応じた電圧が現
れる。このとき、パルス信号φＶをＭＯＳトランジスタ
Ｔ４のゲートに与えて、ＭＯＳトランジスタＴ６の閾値
電圧に比例したリセット時の出力を出力信号線６を通じ
て、サンプルホールド回路１１に出力して補正データと
してサンプルホールドする。その後、信号φＳをハイレ
ベルとして、次の撮像動作に備える。

【００８５】このように動作させたとき、リセット後の
ＭＯＳトランジスタＴ６のソース電圧が、ＭＯＳトラン
ジスタＴ６のゲートに常に印加される電圧発生回路１０
ｚからの出力電圧ＶPGと直流電圧ＶPDの第１電圧との差
及びＭＯＳトランジスタＴ６の閾値電圧によって決定さ
れる。このとき、素子温度が低いときは、出力電圧ＶPG
が低くなるため、出力電圧ＶPGと直流電圧ＶPDの差を大
きくして、低くなったＭＯＳトランジスタのＴ６の閾値
電圧の影響を低減させる。又、素子温度が高いときは、
出力電圧ＶPGが高くなるため、出力電圧ＶPGと直流電圧
ＶPDの差を小さくして、高くなったＭＯＳトランジスタ
のＴ６の閾値電圧の影響を低減させる。

【００８６】このように、電圧発生回路１０ｚにおい
て、画素Ｇ11〜Ｇmnと同様の温度特性を有する遮光画素
１０ｃで検温し、その検温した温度に応じた電圧を常に
画素Ｇ11〜ＧmnのＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに与
えることで、各画素の出力バラツキの要因となる素子温
度の影響を低減することができる。

【００８７】＜第５の実施形態＞図１に示した固体撮像
装置の各画素に適用される第５の実施形態について、図
面を参照して説明する。図１５は、本実施形態に使用す
る固体撮像装置に設けられた画素の構成を示す回路図で
ある。尚、図１３に示す画素と同一の目的で使用される
素子及び信号線などは、同一の符号を付して、その詳細
な説明は省略する。

【００８８】図１５に示す画素は、第４の実施形態（図
１３）から、ＭＯＳトランジスタＴ１を削除した構成と
なる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに、フォ
トダイオードＰＤのカソードが接続される。その他の構
成は図１３の画素と同様である。又、ＭＯＳトランジス
タＴ６のゲートに接続される電圧発生回路１０ｚは、第
３及び第４の実施形態と同様、図１１に示す構成の電圧
発生回路である。

【００８９】このように構成された画素Ｇ11〜Ｇmnの動
作は、図１３に示す画素とほぼ同様の動作を行う。即
ち、図１６のタイミングチャートのように、パルス信号
φＶがＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えられて、
画像データがサンプルホールド回路１１（図１）に与え
られてサンプルホールドされると、まず、信号φＶPDが
第２電圧とされる。そして、信号φＶPDを第１電圧に戻
すことによって、ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに負
の電荷を蓄積し、このときにパルス信号φＶを与えてＭ
ＯＳトランジスタＴ４をＯＮにして、ＭＯＳトランジス
タＴ６のソース電圧に基づいて得られる補正データがサ
ンプルホールド回路１１に与えられてサンプルホールド
される。

【００９０】尚、本実施形態において、第４の実施形態
における画素からＭＯＳトランジスタＴ１を削除した構
成の画素が設けられる固体撮像装置としたが、第１〜第
３の実施形態それぞれにおける画素からＭＯＳトランジ
スタＴ１を削除した構成の画素が設けられた固体撮像装
置としても構わない。このように、各実施形態の画素か
らＭＯＳトランジスタＴ１を削除した構成の画素とする
ことによって、構成がシンプルになり画素サイズを小さ
くすることができる。

【００９１】又、第１〜第５の実施形態において、ＭＯ
ＳトランジスタＴ３のソースにキャパシタなどの積分回
路を接続し、ＭＯＳトランジスタＴ４がＯＮすることに
よって、積分回路で積分された値となる電気信号を出力
するようにしても構わない。この積分回路を設けること
によって、光源の変動成分や高周波ノイズなどが積分回
路で吸収されて除去される。更に、固体撮像装置を構成
する素子として、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタの代
わりに、逆極性のＰチャネルのＭＯＳトランジスタを利
用しても構わない。

【００９２】更に、上記各実施形態において、電圧発生
回路は上記のものに限定されず、種々の構成のものを採
用することができる。例えば、第１の実施形態や第２の
実施形態においては、素子温度が下がればその出力が上
がるものであれば良く、図１１のように図４や図８とは
フォトダイオードの極性が逆のものであっても良いし、
第３の実施形態や第４の実施形態においては、素子温度
が下がればその出力が下がるものであれば良く、図４の
ように図１１とはフォトダイオードの極性が逆のもので
あっても良い。

【００９３】

【発明の効果】本発明によると、電圧発生回路より固体
撮像装置の素子温度を検温することが可能であり、各画
素のサブスレッショルド領域で動作するトランジスタに
与える電圧を素子温度に応じて変化させることができ
る。即ち、トランジスタのポテンシャル状態を素子温度
に関わらず、ほぼ一定とすることができるので、固体撮
像装置からの出力を、素子温度によって変化する感光素
子の暗電流やトランジスタの閾値電圧などによる影響が
低減された出力とすることができる。よって、被写体の
照度の対数変換値と画素からの電気信号の出力レベルと
の間での線形性が、素子温度変化に依存することなく保
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である二次元固体撮像装置
の全体の構成を説明するためのブロック回路図。

【図２】図１の一部の回路図。

【図３】本発明の第１の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。

【図４】本発明の第１の実施形態の電圧発生回路の構成
を示す回路図。

【図５】図４の電圧発生回路内の反転型バッファの構成
を示す回路図。

【図６】第１の実施形態で使用する画素の各素子に与え
る信号のタイミングチャート。

【図７】本発明の第２の実施形態の１画素の構成を示す
回路図。

【図８】本発明の第２の実施形態の電圧発生回路の構成
を示す回路図。

【図９】第２の実施形態で使用する画素の各素子に与え
る信号のタイミングチャート。

【図１０】本発明の第３の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１１】本発明の第３〜第５の実施形態の電圧発生回
路の構成を示す回路図。

【図１２】第３の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。

【図１３】本発明の第４の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１４】第４の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。

【図１５】本発明の第５の実施形態の１画素の構成を示
す回路図。

【図１６】第５の実施形態で使用する画素の各素子に与
える信号のタイミングチャート。

【図１７】固体撮像装置に設けられた画素内の一部の構
成を示す回路図。

【図１８】被写体の照度と固体撮像装置の出力との関係
を示すグラフ。

【符号の説明】

Ｇ11〜Ｇｍｎ 画素 ２ 垂直走査回路 ３ 水平走査回路 ４−１〜４−ｎ 行選択線 ６−１〜６−ｍ 出力信号線 ７ 直流電圧線 ８ ライン ９−１〜９−ｍ バイアス供給ライン １０ 電圧発生回路 １１ サンプルホールド回路 １２ 出力回路 ＰＤ，Ｐｄ，Ｐ フォトダイオード Ｔ１〜Ｔ７，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ２０，Ｔ ＭＯＳト
ランジスタ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
   る感光素子と該感光素子からの電気信号が入力されると
   ともにサブスレッショルド領域で動作するトランジスタ
   とを備えて前記電気信号を自然対数的に変換する光電変
   換部を有する複数の画素から成る固体撮像装置におい
   て、 前記固体撮像装置の温度に応じた電圧を出力する電圧発
   生回路を有し、 該電圧発生回路から出力される電圧によって、前記トラ
   ンジスタをバイアスすることによって、前記トランジス
   タのポテンシャル状態を設定することを特徴とする固体
   撮像装置。
2. 【請求項２】 前記電圧発生回路が、前記光電変換部と
   同一の構成の検温部を有するとともに、該検温部に光が
   入射されないように遮光されていることを特徴とする請
   求項１に記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
   る感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１電極と制
   御電極が接続された第１トランジスタとを有し、前記電
   気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記第
   １トランジスタの制御電極より出力する複数の画素と、 固体撮像装置の温度に応じた前記複数の画素をリセット
   するための第１電圧又は前記第１トランジスタをサブス
   レッショルド領域で動作させるための第２電圧のいずれ
   かを前記第１トランジスタの第２電極へ出力する電圧発
   生回路と、 を有し、 前記画素がリセットされるとき、前記電圧発生回路から
   前記第１トランジスタの第２電極に前記第１電圧が印加
   され、 又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記電圧発生回路
   から前記第１トランジスタの第２電極に前記第２電圧が
   印加されることを特徴とする固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記電圧発生回路が、 前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感
   光素子と、 該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続さ
   れた第１トランジスタと、 該第１トランジスタの第１電極と制御電極との接続ノー
   ドに入力側が接続されて、前記第１電圧を出力する反転
   型バッファと、 前記第１電圧と前記第２電圧とを選択して出力するドラ
   イブ回路と、 を有し、 前記感光素子に光が入射されないように遮光されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
   る感光素子と、該感光素子の一方の電極に第１電極と制
   御電極が接続されるとともにサブスレッショルド領域で
   動作するようにバイアスされた第１トランジスタと、前
   記第１トランジスタの制御電極に第２電極が接続された
   第２トランジスタとを有し、前記電気信号に対して自然
   対数的に変換した電気信号を前記第１トランジスタの制
   御電極より出力する複数の画素と、 固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第２トランジス
   タの第１電極へ出力する電圧発生回路と、 を有し、 前記画素がリセットされるとき、前記第２トランジスタ
   がＯＮとされて、前記電圧発生回路からの電圧が前記第
   １トランジスタの制御電極に印加され、 又、前記画素が撮像動作を行うとき、前記第２トランジ
   スタがＯＦＦとされることを特徴とする固体撮像装置。
6. 【請求項６】 前記電圧発生回路が、 前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感
   光素子と、 該感光素子の一方の電極に第１電極と制御電極が接続さ
   れた第１トランジスタと、 該第１トランジスタの第１電極と制御電極との接続ノー
   ドに入力側が接続されて、前記画素内の前記第２トラン
   ジスタの第１電極へ電圧出力する反転型バッファと、 を有し、 前記感光素子に光が入射されないように遮光されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記画素が、前記感光素子の一方の電極
   に第１電極が接続されるとともに、前記第１トランジス
   タの第１電極及び制御電極に第２電極が接続された第３
   トランジスタを有し、 前記画素がリセットされるとき、前記第３トランジスタ
   がＯＦＦとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、
   前記第３トランジスタがＯＮとされることを特徴とする
   請求項３〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置。
8. 【請求項８】 前記画素が、前記第１トランジスタの第
   １電極及び制御電極に制御電極が接続され、前記第１ト
   ランジスタの制御電極に現れる電圧を増幅して第２電極
   より出力する第４トランジスタを有することを特徴とす
   る請求項３〜請求項７のいずれかに記載の固体撮像装
   置。
9. 【請求項９】 入射した光量に応じた電気信号を発生す
   る感光素子と、該感光素子の一方の電極に第２電極が接
   続されるとともにサブスレッショルド領域で動作するよ
   うにバイアスされた第１トランジスタと、前記第１トラ
   ンジスタの第２電極に第１電極が接続されるとともにリ
   セット用の直流電圧が第２電極に印加された第２トラン
   ジスタとを有し、前記電気信号に対して自然対数的に変
   換した電気信号を前記第１トランジスタの第２電極より
   出力する複数の画素と、 固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第１トランジス
   タの制御電極へ出力する電圧発生回路と、 を有し、 前記画素がリセットされるとき、前記第２トランジスタ
   がＯＮとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、前
   記第２トランジスタがＯＦＦとされることを特徴とする
   固体撮像装置。
10. 【請求項１０】 前記電圧発生回路が、 前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感
    光素子と、 該感光素子の一方の電極に第２電極が接続された第１ト
    ランジスタと、 該第１トランジスタの第２電極に入力側が接続され、前
    記画素内の前記第１トランジスタの制御電極へ電圧出力
    する反転型バッファと、 を有し、 前記感光素子に光が入射されないように遮光されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
11. 【請求項１１】 入射した光量に応じた電気信号を発生
    する感光素子と、該感光素子の一方の電極に第２電極が
    接続されるとともにサブスレッショルド領域で動作する
    ようにバイアスされた第１トランジスタとを有し、前記
    電気信号に対して自然対数的に変換した電気信号を前記
    第１トランジスタの第２電極より出力する複数の画素
    と、 固体撮像装置の温度に応じた電圧を前記第１トランジス
    タの制御電極へ出力する電圧発生回路と、 を有し、 前記第１トランジスタの第１電極に印加される電圧が変
    化されることによって前記画素がリセットされることを
    特徴とする固体撮像装置。
12. 【請求項１２】 前記電圧発生回路が、 前記画素内に設けられた前記感光素子と性質が同一の感
    光素子と、 該感光素子の一方の電極に第２電極が接続された第１ト
    ランジスタと、 該第１トランジスタの第２電極に入力側が接続され、前
    記画素内の前記第１トランジスタの制御電極へ電圧出力
    する反転型バッファと、 を有し、 前記感光素子に光が入射されないように遮光されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置。
13. 【請求項１３】 前記画素が、前記第１トランジスタの
    第２電極に第１電極が接続されるとともに、前記感光素
    子の一方の電極に第２電極が接続された第３トランジス
    タを有し、 前記画素がリセットされるとき、前記第３トランジスタ
    がＯＦＦとされ、又、前記画素が撮像動作を行うとき、
    前記第３トランジスタがＯＮとされることを特徴とする
    請求項９〜請求項１２のいずれかに記載の固体撮像装
    置。
14. 【請求項１４】 前記画素が、前記第１トランジスタの
    第２電極に制御電極が接続され、前記第１トランジスタ
    の第２電極に現れる電圧を増幅して第２電極より出力す
    る第４トランジスタを有することを特徴とする請求項９
    〜請求項１３のいずれかに記載の固体撮像装置。