(57)【要約】【課題】画素部内のウエル電位供給部数を低減しつつ、ウエルの電位変動を低減することにより、シェーディングの発生を防止することができる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することを課題とする。【解決手段】光を電荷に変換する光電変換素子と、電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、前記電源電圧ノード（ＶＤＤ）の電位と前記画素出力線（１０６）の電位とが互いに逆相で変動するように前記電源電圧ノードの電位を制御する第１の制御手段とを有することを特徴とする固体撮像装置が提供される。【選択図】図１
2010045591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を電荷に変換する光電変換素子と、
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、
前記電源電圧ノードの電位と前記画素出力線の電位とが互いに逆相で変動するように前記電源電圧ノードの電位を制御する第１の制御手段と
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記画素は、
リセット信号に応じて前記増幅用トランジスタのゲートをリセットするリセット用トランジスタと、
転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタとを有し、
前記第１の制御手段は、前記リセット信号又は前記転送信号の変動時に、前記電源電圧ノードの電位を変動させることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素は、リセット信号に応じて前記増幅用トランジスタのゲートをリセットするリセット用トランジスタと、
選択信号に応じて前記増幅用トランジスタと前記電源電圧ノード、あるいは前記増幅用トランジスタと画素出力線とを接続する選択用トランジスタと、
転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタとを有し、
前記第１の制御手段は、前記リセット信号、前記選択信号及び前記転送信号のうちの少なくともいずれかの信号の変動時に、前記電源電圧ノードの電位を変動させることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素は、リセット信号に応じて前記増幅用トランジスタのゲートをリセットするリセット用トランジスタと、
選択信号に応じて前記増幅用トランジスタと前記電源電圧ノードとを接続する選択用トランジスタとを有し、
さらに、前記リセット用トランジスタのリセット後において前記選択用トランジスタの接続前の前記画素出力線の電位を、前記選択用トランジスタの接続後の前記画素出力線の電位以上の電位に制御する第２の制御手段を有し、
前記第１の制御手段は、前記選択用トランジスタの前記接続前の前記電源電圧ノードの電位を電源電位以下に制御し、前記選択用トランジスタの前記接続後の前記電源電圧ノードの電位を前記電源電位に制御することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の制御手段は、前記選択用トランジスタの接続時に前記電源電圧ノードの電位が上がるように前記電源電圧ノードの電位を制御し、
前記第２の制御手段は、前記選択用トランジスタの前記接続時に前記画素出力線の電位が下がるように前記選択用トランジスタの前記接続前の前記画素出力線の電位を制御することを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記画素は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを有し、
さらに、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で変動するように制御する第３の制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、リセット信号に応じて前記増幅用トランジスタのゲートをリセットするリセット用トランジスタ、選択信号に応じて前記増幅用トランジスタと前記電源電圧ノードとを接続する選択用トランジスタ、又は転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタであることを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
さらに、一の画素に設けられる第１のトランジスタと、
前記一の画素の行に隣接する行の画素に設けられる第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で変動するように制御する第３の制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、共に、リセット信号に応じて前記増幅用トランジスタのゲートをリセットするリセット用トランジスタ、又は転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタであることを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
光を電荷に変換する光電変換素子と、
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、
前記画素部に設けられる第１及び第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で変動するように制御する第３の制御手段と
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２のトランジスタは、同一の前記画素に設けられることを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２のトランジスタは、リセット信号に応じて前記増幅用トランジスタのゲートをリセットするリセット用トランジスタ、選択信号に応じて前記増幅用トランジスタと前記電源電圧ノード、あるいは前記増幅用トランジスタと画素出力線とを接続する選択用トランジスタ、又は転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタであることを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記第１のトランジスタは、一の画素に設けられ、
前記第２のトランジスタは、前記一の画素の行に隣接する行の画素に設けられることを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２のトランジスタは、共に、リセット信号に応じて前記増幅用トランジスタのゲートをリセットするリセット用トランジスタ、又は転送信号に応じて前記光電変換素子により変換された電荷を前記増幅用トランジスタのゲートに転送する転送用トランジスタであることを特徴とする請求項１３記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
光を電荷に変換する光電変換素子と、
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記電源電圧ノードの電位と前記画素出力線の電位とが互いに逆相で変動するように前記電源電圧ノードの電位を制御する第１の制御ステップを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１６】
光を電荷に変換する光電変換素子と、
電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、前記画素部に設けられる第１及び第２のトランジスタと、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で変動するように制御する第３の制御ステップを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、ウエルの電位変動によるシェーディングという課題と複数のウエル電位供給部を設けるという解決手段の開示がある。ＣＭＯＳセンサの固体撮像装置は、一般に画素内に増幅用トランジスタを有し、増幅信号を電圧で出力するため、増幅及び出力の際に画素のウエル電位が所望の値から変動すると画素出力電圧も変動してしまう。このウエル電位変動がＣＭＯＳセンサ出力のシェーディングを引き起こす原因となる。特許文献１では、その課題を解決するために、画素エリア内に複数のウエル電位供給部を設けてウエル電位を固定する手段が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３０４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、画素サイズが小さい場合には適用が難しいという欠点がある。すなわち、画素サイズが小さくなると、複数のウエル電位供給部を設けるためのスペースを確保することが困難になる。
【０００５】
本発明の目的は、画素部内のウエル電位供給部数を低減しつつ、ウエルの電位変動を低減することにより、シェーディングの発生を防止することができる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の固体撮像装置は、光を電荷に変換する光電変換素子と、電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、前記電源電圧ノードの電位と前記画素出力線の電位とが互いに逆相で変動するように前記電源電圧ノードの電位を制御する第１の制御手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の固体撮像装置は、光を電荷に変換する光電変換素子と、電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、前記画素部に設けられる第１及び第２のトランジスタと、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で変動するように制御する第３の制御手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、光を電荷に変換する光電変換素子と、電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記電源電圧ノードの電位と前記画素出力線の電位とが互いに逆相で変動するように前記電源電圧ノードの電位を制御する第１の制御ステップを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、光を電荷に変換する光電変換素子と、電源電圧ノードから電源電位の供給を受け、前記光電変換素子により変換された電荷を増幅して画素出力線に出力する増幅用トランジスタと、を含む画素が２次元配列される画素部と、前記画素部に設けられる第１及び第２のトランジスタと、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で変動するように制御する第３の制御ステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
互いに逆相に変動する電位を画素に与えることにより、画素部内のウエル電位供給部数を低減しつつ、ウエルの電位変動を低減し、シェーディングの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図３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り、図４は画素１２１の構成例を示す回路図である。通信部１５２は、通信端子に対して信号の送受信を行い、信号をタイミング生成部１５１に出力する。タイミング生成部１５１は、同期信号を入力し、タイミング信号を走査部（第１の制御手段）１４２、ラインメモリ部１３１及び水平走査部１３２に出力する。
【００１２】
画素部１２は、２次元配列された画素１２１を有する。走査部１４２は、制御線１４３を介してリセット信号φｒｓｔ、選択信号φｓｅｌ、転送信号φＴｘを各画素１２１に出力し、電源線１４４を介してリセット電圧Ｖｒｓｔ及び電源電圧ノードＶＤＤの電圧を各画素１２１に出力する。
【００１３】
図４において、画素１２１は、フォトダイオード（光電変換素子）１０１、転送用トランジスタ１０２、リセット用トランジスタ１０３、選択用トランジスタ１０４、増幅用トランジスタ１０５、フローティングディフュージョン（以下ＦＤと称する）１３を有する。各画素１２１は、画素出力線１０６に接続されている。以下、電界効果トランジスタを単にトランジスタという。本実施形態ではトランジスタ１０２〜１０５は、ｎチャネルトランジスタである。
【００１４】
フォトダイオード１０１のアノードは、バックゲート電位Ｖｗのノードに接続される。転送用トランジスタ１０２は、ドレインがフォトダイオード１０１のカソードに接続され、ゲートが転送信号φＴｘのノードに接続され、ソースがＦＤ１３に接続され、バックゲートが電位Ｖｗのノードに接続される。リセット用トランジスタ１０３は、ドレインがリセット電圧Ｖｒｓｔのノードに接続され、ゲートがリセット信号φｒｓｔのノードに接続され、ソースがＦＤ１３に接続され、バックゲートが電位Ｖｗのノードに接続される。選択用トランジスタ１０４は、ドレインが電源電圧ノードＶＤＤに接続され、ゲートが選択信号φｓｅｌのノードに接続され、バックゲートが電位Ｖｗのノードに接続される。増幅用トランジスタ１０５は、ドレインが選択用トランジスタ１０４のソースに接続され、ゲートがＦＤ１３に接続され、ソースが画素出力線１０６に接続され、バックゲートが電位Ｖｗのノードに接続される。
【００１５】
フォトダイオード１０１は、光を電荷に変換して蓄積する。ＦＤ１３は、電荷を蓄積可能な領域を有する。リセット信号φｒｓｔをハイレベルにすると、リセット用トランジスタがオンし、ＦＤ１３をリセットすることができる。また、転送信号φＴｘをハイレベルにすると、転送用トランジスタ１０２がオンし、フォトダイオード１０１で生成された電荷をＦＤ１３に転送することができる。また、選択信号φｓｅｌをハイレベルにすると、行単位で画素１２１が選択され、その画素１２１内の選択トランジスタ１０４がオンする。すると、増幅用トランジスタ１０５は、アクティブ状態となり、ＦＤ１３の電圧を増幅し、画素信号を画素出力線１０６に出力する。
【００１６】
図３において、走査部１４２は、行単位で選択信号φｓｅｌを順次、画素部１２に出力する。画素部１２は、行単位で画素信号を画素出力線１０６に出力する。垂直信号線１２２は、列毎の画素出力線１０６に接続される。ラインメモリ部１３１は、垂直信号線１２２を介して行単位の画素信号を入力して記憶する。水平走査部１３２は、ラインメモリ部１３１内の画素信号を画素単位で順次、増幅器１３３に出力する。増幅器１３３は、画素信号を増幅して出力する。
【００１７】
図５は、電源電圧ノードＶＤＤを電源電位Ｖｄｄに固定した場合の固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。リセット信号φｒｓｔをハイレベルにすることにより、リセット用トランジスタ１０３がオンし、ＦＤ１３の電位はリセットされる。時刻Ｔ１において、選択信号φｓｅｌがハイレベルに遷移すると、選択用トランジスタ１０４がオンし、画素出力線１０６の電位が上がる。これは、増幅用トランジスタ１０５がソースフォロワ動作し、ＦＤ１３のリセット電位に追随した電位が画素出力線１０６に現れるからである。次に、ノイズ信号転送信号φＴｎがハイレベルになると、ＦＤ１３のリセット電位に基づくノイズ信号が画素出力線１０６を介してラインメモリ部１３１に記憶される。次に、時刻Ｔ２において、転送信号φＴｘがハイレベルになると、転送用トランジスタ１０２がオンし、フォトダイオード１０１の電荷がＦＤ１３に転送され、ＦＤ１３の電位に基づく画素信号（ノイズを含む）が画素出力線１０６に出力される。時刻Ｔ３において、転送信号φＴｘがローレベルになる。フォトダイオード１０１に光が入射されなければ、画素出力線１０６の電位は時刻Ｔ２の前のノイズ信号と同じ電位になり、フォトダイオード１０１に光が入射されれば、電位差Ｓが生じ、画素出力線１０６の電位は下がる。次に、画素信号転送信号φＴｓがハイレベルになると、ＦＤ１３の電位に基づく画素信号が画素出力線１０６を介してラインメモリ部１３１に記憶される。その後、増幅器１３３は、ラインメモリ部１３１に記憶されている画素信号からノイズ信号を減算した信号を出力する。ここで、時刻Ｔ２及びＴ３の時点では、転送用トランジスタ１０２のゲートとＦＤ１３との結合容量によってＦＤ１３の電位が変動し、それが画素出力線１０６の電位変動として現れる。
【００１８】
増幅用トランジスタ１０５は、増幅信号を電圧で出力するため、増幅及び出力の際に画素１２１のウエル電位が所望の値から変動すると、画素出力線１０６の出力電圧も変動してしまう。このウエル電位変動が固体撮像装置出力のシェーディングを引き起こす原因となる。
【００１９】
時刻Ｔ１において、選択用スイッチ１０４をオンし、ノイズ信号を画素出力線１０６に出力する際には、増幅用トランジスタ１０５のソースのｎ＋領域の電位が変動する。すると、それに伴い、ソースのｎ＋領域とｐウエルとの接合容量によって、ソースのｎ＋拡散領域近傍でのｐウエルの電位も変動してしまう。また、各画素１２１のｐウエル電位は、各画素１２１のトランジスタ１０２〜１０５のバックゲート電位Ｖｗになっているので、ウエル電位の変動は、トランジスタ１０２〜１０５の出力に影響を及ぼしてしまう。ウエル電位変動は、バックゲート電位Ｖｗの変動だけでなく、ウエルとＦＤ１３との結合容量を通して直接ＦＤ１３の電位を変動させる。
【００２０】
更に、画素出力線１０６の電位変動がウエル電位変動に大きな影響を与える。それは、画素出力線１０６は全画素１２１に渡って配されており、画素部１２の全域にわたってこれらの配線とウエルとの結合容量が存在するからである。信号φｒｓｔ、φｓｅｌ、φＴｘは基本的には出力を行おうとする行の画素にのみ印加されるのであり、これらの信号のパルスが印加されるトランジスタ１０３、１０４、１０２のゲートとウエルとの結合容量を通したウエルの電位変動量は比較的小さい。
【００２１】
図５より、画素１２１の主要なウエルの電位変動は時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３で引き起こされることがわかる。以下、ウエルの電位変動を防止するための実施形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。本実施形態では、電源電圧ノードＶＤＤは、時刻Ｔ１からＴ２までの期間及び時刻Ｔ３の後の期間で、電源電位Ｖｄｄにする。また、電源電圧ノードＶＤＤは、時刻Ｔ１の前の期間及び時刻Ｔ２からＴ３までの期間で、電源電位Ｖｄｄより低い電位Ｖｅにする。
【００２３】
電源電圧ノードＶＤＤを低電位Ｖｅにし、リセット信号φｒｓｔをハイレベルにすることによりリセット用トランジスタ１０３がオンし、ＦＤ１３の電位はリセットされる。その後、リセット信号φｒｓｔがローレベルになる。次に、時刻Ｔ１において、選択信号φｓｅｌをハイレベルにすると、選択用トランジスタ１０４がオンし、画素出力線１０６の電位が下がる。その際、電源電圧ノードＶＤＤを低電位Ｖｅから電源電位Ｖｄｄに上げる。増幅用トランジスタ１０５は、ソースフォロワ動作し、ＦＤ１３のリセット電位に追随した電位が画素出力線１０６に現れる。次に、ノイズ信号転送信号φＴｎがハイレベルになると、ＦＤ１３のリセット電位に基づくノイズ信号が画素出力線１０６を介してラインメモリ部１３１に記憶される。その後、ノイズ信号転送信号φＴｎがローレベルになる。次に、時刻Ｔ２において、電源電圧ノードＶＤＤを低電位Ｖｅにし、転送信号φＴｘをハイレベルにする。すると、転送用トランジスタ１０２がオンし、フォトダイオード１０１の電荷がＦＤ１３に転送され、ＦＤ１３の電位に基づく画素信号（ノイズを含む）が画素出力線１０６に出力される。時刻Ｔ３において、電源電圧ノードＶＤＤを電源電位Ｖｄｄにし、転送信号φＴｘをローレベルにする。フォトダイオード１０１に光が入射されなければ、画素出力線１０６の電位は時刻Ｔ２の前のノイズ信号と同じ電位になり、フォトダイオード１０１に光が入射されれば、電位差Ｓが生じ、画素出力線１０６の電位は下がる。次に、画素信号転送信号φＴｓがハイレベルになると、ＦＤ１３の電位に基づく画素信号が画素出力線１０６を介してラインメモリ部１３１に記憶される。その後、増幅器１３３は、ラインメモリ部１３１に記憶されている画素信号からノイズ信号を減算した信号を出力する。
【００２４】
電源電圧ノードＶＤＤは、画素出力線１０６の電位差Ｓが無い場合すなわち暗時の電位変動に対して、逆相になり、ウエルの電位変動を打ち消すような電位変動となっている。画素出力線１０６と電源電圧ノードＶＤＤとを相殺パルスの対とする理由は、増幅用トランジスタ１０５のソースに画素出力線１０６が接続され、あるいは増幅用トランジスタ１０５のドレインに電源電圧ノードＶＤＤが接続されているからである。このとき、画素出力線１０６とウエルとの結合容量と電源電圧ノードＶＤＤとウエルとの位置はお互いにごく接近している。つまり、画素出力線１０６と電源電圧ノードＶＤＤの電位変動振幅が等しく、変動方向が逆であればそれぞれの配線によるウエル電位変動が相殺するように生じるため、結果としてウエル電位変動を低減することができる。
【００２５】
このような前提を基に、まず電源電圧ノードＶＤＤは増幅用トランジスタ１０５の電源供給源としての役目を担っている。増幅用トランジスタ１０５が増幅動作していなければならない期間は、増幅信号がサンプリングされるノイズ信号転送信号φＴｎ及び画素信号転送信号φＴｓのハイレベルパルス印加期間である。少なくともこの期間では、電源電圧ノードＶＤＤは電源電位Ｖｄｄになっている必要がある。よって、時刻Ｔ１の時点で、電源電圧ノードＶＤＤは立ち上がる方向での遷移しか許されないことになる。時刻Ｔ１の時点での画素出力線１０６の電位変動が、電源電圧ノードＶＤＤの電位変動と相殺するためには、電源電圧ノードＶＤＤは立ち上がる方向の変動、画素出力線１０６の電位は立ち下がる方向の変動とすればよい。このために、画素出力線１０６は、時刻Ｔ１の前にはノイズ信号の電位よりも高い電位に設定し、電源電圧ノードＶＤＤは時刻Ｔ１の前には低電位Ｖｅに設定している。例えば、画素出力線１０６に、画素出力線１０６の電位を切り替えるためのスイッチトランジスタ（第２の制御手段）を設けるような簡単な手段を用いることで、時刻Ｔ１の前に画素出力線１０６の電位を制御することが可能となる。
【００２６】
また、時刻Ｔ２〜Ｔ３の期間においては、暗時すなわち信号がない場合の画素出力線１０６の電位変動を相殺するように、電源電圧ノードＶＤＤを低電位Ｖｅに設定する。画素信号が小さい場合でのウエル電位変動がもっとも画質に影響を与えるからである。転送信号φＴｘのハイレベルパルス印加時の時刻Ｔ２〜Ｔ３の期間は増幅用トランジスタ１０５の出力は不要期間となるので、電源電圧ノードＶＤＤが電源電位Ｖｄｄからずれても画素１２１の動作として不都合は生じない。
【００２７】
時刻Ｔ２においては、電源電圧ノードＶＤＤの立ち下がりと転送信号φＴｘの立ち上がりとが、お互いのウエル電位変動を相殺する。また、時刻Ｔ３においては、電源電圧ノードＶＤＤの立ち上がりと転送信号φＴｘの立ち下がりとが、お互いのウエル電位変動を相殺する。
【００２８】
時刻Ｔ１の前の画素出力線１０６の電位として、時刻Ｔ２〜Ｔ３の暗時の画素信号出力電位を選べば、電源電圧ノードＶＤＤの時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３での電位変動分を同じに設定できるので電源電圧ノードＶＤＤは電源電位Ｖｄｄ及び低電位Ｖｅの２値ですむ。時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３での画素出力線１０６の電位変動量と電源電圧ノードＶＤＤの電位変動量とを等しくすれば、ウエル電位相殺効果はもっとも大きくなる。
【００２９】
また、時刻Ｔ１の前に設定する画素出力線１０６の電位を、時刻Ｔ１〜Ｔ２間で出力されるリセットレベルのノイズ信号出力電位と同じレベルに設定できれば、時刻Ｔ１における電源電圧ノードＶＤＤの電位変動は０でよい。そのため、時刻Ｔ１の前から電源電圧ノードＶＤＤを電源電位Ｖｄｄに設定しておくことができる。
【００３０】
図１の駆動を実現するには、走査部１４２において、電源電圧ノードＶＤＤの電位を切り替えるためのスイッチトランジスタを有する、もしくは制御することで電源電圧ノードＶＤＤの電位を切り替えることが可能となる。また、画素出力線１０６の電位を切り替えるためのスイッチトランジスタを画素出力線１０６に設けるようなごく簡単な手段を用いればよい。詳しい説明は省略する。
【００３１】
なお、図１の時刻Ｔ１は選択信号φｓｅｌのパルスの立ち上がりであるが、選択用トランジスタ１０４のない構成のＣＭＯＳ画素１２１もある。その場合、画素１２１の選択動作はＦＤ１３のリセット信号φｒｓｔのパルスの立ち上がり又は立ち下がりとなることもある。この場合も、画素出力線１０６の電位変動を打ち消すような電源電圧ノードＶＤＤの電位変動を与えることでウエル電位変動が相殺される。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、電源電圧ノードＶＤＤと画素出力線１０６との電位変動が逆相となるように両者の電位を制御することで、上記両者の電位変動の影響を受けるウエル電位の変動分を小さく抑制することができる。また、画素部１２内に取らなければならないウエル電位供給部の数を減らして、画質を向上させることができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。本実施形態においては、第１の実施形態に示した画素部１２全域にわたるウエル電位変動を抑制するための駆動に、信号読み出しの行のみに印加されるパルスによる局所的なウエル変動要因を抑制するための駆動を追加している。トランジスタ１０２〜１０５のゲートに印加されるパルスは、ゲート容量を通してウエル電位を変動させる。この変動に対して、走査部（第３の制御手段）１４２は、変動源のトランジスタ１０２〜１０５のごく近傍にある別のトランジスタ１０２〜１０５のゲートに逆極性パルスを加えてウエル変動を相殺する。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。
【００３４】
図２においては、リセット信号φｒｅｓを３値とするが、ＦＤ１３のリセット電位は通常電源電位に近い高い電位であるので、３値パルスの中間電位レベルでもリセット用トランジスタ１０３はオフ状態を十分に保っている。
【００３５】
リセット信号φｒｓｔは、時刻Ｔ１でハイレベルから中間レベルに立ち下がり、時刻Ｔ２で中間レベルからローレベルに立ち下がり、時刻Ｔ３でローレベルから中間レベルに立ち上がる。選択信号φｓｅｌは、時刻Ｔ１でローレベルからハイレベルに立ち上がる。転送信号φＴｘは、時刻Ｔ２でローレベルからハイレベルに立ち上がり、時刻Ｔ３でハイレベルからローレベルに立ち下がる。
【００３６】
時刻Ｔ１においては、リセット信号φｒｓｔの立ち下がりと選択信号φｓｅｌの立ち上がりとが、お互いのウエル電位変動を相殺する。次に、時刻Ｔ２及びＴ３においては、転送信号φＴｘとリセット信号φｒｓｔとが互いに逆極性となってウエルの電位変動を相殺している。
【００３７】
画素出力線１０６の電位変動のように全画素部１２の電位を一度に揺るがすものに比べて、上記のような基本的には１行分にのみ印加される信号のパルスがウエルに及ぼす電位変動振幅は比較的小さい。しかし、画素出力線１０６による電位変動が第１の実施形態のような方法で抑制されると、上記信号のパルスによる局所的なウエル電位変動が目立ってくる。これに対し、本実施形態によれば、図２で示すように、これらの信号のパルスによるウエル電位変動も抑制することができる。よって、本実施形態は、第１の実施形態と比べて、さらにウエル供給部の数を低減し、画質を向上させることができる。
【００３８】
なお、第２の実施形態におけるお互いの電位変動を相殺する信号のパルスが印加されるトランジスタの組み合わせとしては、トランジスタ同士がごく近傍にあることが望ましい。２つの互いに逆極性の信号のパルスが印加される位置が近いほど、ウエル電位を相殺することが可能となる。また、相殺のために加えられる信号のパルスは、本来の信号読み出し動作に支障がないように供給される。
【００３９】
本実施形態において示したトランジスタの組み合わせ以外であっても、電位変動を相殺する信号のパルスが印加されるトランジスタの組み合わせはどんなものでもよい。隣接する行の転送用トランジスタ１０２同士を組み合わせとし、信号読み出し行に加える転送信号φＴｘのパルスと同時にその隣接行の転送用トランジスタ１０２に逆極性パルスが加えられてもよい。この場合、前記隣接行では信号読み出しは既に終了していて、逆極性パルスによる必要信号への影響はない。信号読み出し行に印加されるリセット信号φｒｓｔのパルスに対する打ち消しパルスとして、隣接行のリセット用トランジスタ１０３に逆極性パルスを加えてもよい。
【００４０】
以上のように、第１及び第２の実施形態では、画素信号の増幅及び出力動作の前に行われるウエル電位の変動原因となる動作時に、ウエル電位変動を相殺するようなパルスを画素に与える。これによって、ウエルの変動電位振幅を小さい値に抑制し、画素部１２内のウエル電位供給部をなくす、または少なくとも画素部１２内に設けなければならないウエル電位供給部の数を低減することができる。よって、画素欠陥の増加を引き起こさないか、少なくとも増加を抑制しつつ、シェーディングを低減することができる。これにより、高画質の固体撮像装置を提供することができる。
【００４１】
第１及び第２の実施形態の固体撮像装置において、画素部１２は、２次元配列される画素１２１を含む。画素１２１は、光電変換素子（フォトダイオード１０１）、転送用トランジスタ１０２、リセット用トランジスタ１０３、選択用トランジスタ１０４及び増幅用トランジスタ１０５を有する。ここで、画素１２１の構成は実施形態に記載の構成に限定されない。例えば、増幅用トランジスタ１０５のドレインが電源電圧ノードＶＤＤに接続され、増幅用トランジスタ１０５のソースと選択用トランジスタ１０４のドレインとが接続され、選択用トランジスタ１０４のソースが画素出力線と接続されていてもよい。また、画素１２１が隣接する画素とリセット用トランジスタ１０３、増幅用トランジスタ１０５、選択用トランジスタ１０４とを共有するような構成であってもよい。なお、選択用トランジスタ１０４は、必須ではない。
【００４２】
光電変換素子１０１は、光を電荷に変換する。増幅用トランジスタ１０５は、電源電圧ノードＶＤＤから電源電位の供給を受け、光電変換素子１０１により変換された電荷を増幅して画素出力線１０６に出力する。リセット用トランジスタ１０３は、リセット信号φｒｓｔに応じて増幅用トランジスタ１０５のゲート（ＦＤ１３）をリセットする。選択用トランジスタ１０４は、選択信号φｓｅｌに応じて増幅用トランジスタ１０５と電源電圧ノードＶＤＤとを接続する。転送用トランジスタ１０２は、転送信号φＴｘに応じて光電変換素子１０１により変換された電荷を増幅用トランジスタ１０５のゲート（ＦＤ１３）に転送する。
【００４３】
第１の実施形態では、走査部（第１の制御手段）１４２は、電源電圧ノードＶＤＤの電位と画素出力線１０６の電位とが互いに逆相で変動するように電源電圧ノードＶＤＤの電位を制御する。
【００４４】
具体的には、走査部１４２は、リセット信号φｒｓｔ、選択信号φｓｅｌ及び転送信号φＴｘのうちの少なくともいずれかの信号の変動時に、電源電圧ノードＶＤＤの電位を変動させる。
【００４５】
スイッチトランジスタなどの第２の制御手段は、リセット用トランジスタ１０３のリセット後において選択用トランジスタ１０４の接続前（時刻Ｔ１の前）の画素出力線１０６の電位を、選択用トランジスタ１０４の接続後（時刻Ｔ１の後）の画素出力線１０６の電位以上に制御する。走査部１４２は、選択用トランジスタ１０４の接続前（時刻Ｔ１の前）の電源電圧ノードＶＤＤの電位を電源電位Ｖｄｄ以下に制御し、選択用トランジスタ１０４の接続後（時刻Ｔ１の後）の電源電圧ノードＶＤＤの電位を電源電位Ｖｄｄに制御する。ここで、電源電圧ノードＶＤＤの電位を変動させる手段は、走査部１４２のほかにタイミング発生器などから供給されるパルスによって制御されるスイッチトランジスタであってもよい。
【００４６】
また、走査部１４２は、選択用トランジスタ１０４の接続時（時刻Ｔ１）に電源電圧ノードＶＤＤの電位が上がるように電源電圧ノードＶＤＤの電位を制御する。ラインメモリ部１３１は、選択用トランジスタ１０４の接続時（時刻Ｔ１）に画素出力線１０６の電位が下がるように選択用トランジスタ１０４の接続前（時刻Ｔ１の前）の画素出力線１０６の電位を制御する。
【００４７】
第２の実施形態では、走査部（第３の制御手段）１４２は、画素部１２に設けられる第１及び第２のトランジスタのゲート電位が互いに逆相で変動するように制御する。
【００４８】
例えば、前記第１及び第２のトランジスタは、同一の前記画素に設けられる。前記第１及び第２のトランジスタは、リセット用トランジスタ１０３、選択用トランジスタ１０４、又は転送用トランジスタ１０２である。
【００４９】
また、前記第１のトランジスタは、一の画素に設けられる。前記第２のトランジスタは、前記一の画素の行に隣接する行の画素に設けられる。前記第１及び第２のトランジスタは、共に、リセット用トランジスタ１０３又は転送用トランジスタ１０２である。
第１及び第２の実施形態によれば、互いに逆相に変動する電位を画素に与えることにより、画素部内のウエル電位供給部数を低減しつつ、ウエルの電位変動を低減し、シェーディングの発生を防止することができる。
【００５０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。
【図３】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。
【図４】画素の構成例を示す回路図である。
【図５】電源電圧ノードを電源電位に固定した場合の固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１０１  フォトダイオード
１０２  転送用トランジスタ
１３  フローティングディフュージョン
１０３  リセット用トランジスタ
１０４  選択用トランジスタ
１０５  増幅用トランジスタ
１０６  画素出力線
【図１】
2010045591.tif 000003
【図２】
2010045591.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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