(57)【要約】【課題】本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、フローティングジャンクションのダイナミックレンジを拡大できるようにする。【解決手段】たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサの単位セルＵＣにおいて、転送トランジスタＴＧのソースはフォトダイオードＰＤのアノードに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。フローティングディフュージョンＦＤには、また、増幅トランジスタＡＭＰのゲートおよびリセットトランジスタＲＳのソースが接続されている。増幅トランジスタＡＭＰのソースは垂直信号線Ｖｓｉｇに接続され、ドレインには第１の電圧供給源ＤＲＮ＿ＡＭＰが接続されている。リセットトランジスタＲＳのドレインには、第１の電圧供給源ＤＲＮ＿ＡＭＰとは異なる第２の電圧供給源ＤＲＮ＿ＲＳＴが接続されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積するフォトダイオード、制御電極と垂直信号線とが容量結合され、前記フォトダイオードからの信号電荷を増幅して前記垂直信号線に出力する増幅トランジスタ、および、前記増幅トランジスタの制御電極の電圧をリセットするリセットトランジスタ、を少なくとも有する単位セルと、
前記増幅トランジスタのドレイン電圧を供給する第１の電源と、
前記リセットトランジスタのドレイン電圧を供給する第２の電源と
を具備したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記単位セルは、さらに、前記フォトダイオードでの信号電荷の蓄積を制御する読み出しトランジスタを備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記単位セルはアレイ状に配置され、それぞれ、前記フォトダイオードを構成する第１，第２のフォトダイオードを有し、
さらに、前記第１，第２のフォトダイオードでの信号電荷の蓄積をそれぞれ制御する第１，第２の読み出しトランジスタ
を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記増幅トランジスタの制御電極の対接地容量の容量値をＣｆｄ、前記増幅トランジスタと前記垂直信号線との間の容量値をＣａｍｐとしたとき、Ｃａｍｐ＞Ｃｆｄであることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
リセットトランジスタのドレイン電圧を供給する第２の電源をハイレベルにし、増幅トランジスタのドレイン電圧を供給する第１の電源および垂直信号線の電圧をロウレベルにした状態で、選択ラインのリセットトランジスタをオンして、対応する増幅トランジスタの制御電極の電圧をリセットした後、該選択ラインのリセットトランジスタをオフした状態で、前記第１の電源および前記垂直信号線の電圧を昇圧させることにより、該選択ラインの増幅トランジスタの制御電極の電圧を変化させること
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、固体撮像装置およびその駆動方法に関するもので、たとえば、ＣＭＯＳイメージセンサなどに適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＣＭＯＳイメージセンサの例として、いわゆる３Ｔｒ型ＣＭＯＳイメージセンサが知られている。このＣＭＯＳイメージセンサにおいては、単位セル（ＰＩＸＥＬ）のセルサイズの縮小化が進んでいる。しかしながら、セルサイズを縮小すると、増幅トランジスタのゲート電極の専有面積も減少するため、１セル当たりのフローティングディフュージョン（ＦＤ）の容量が小さくなる。このフローティングディフュージョンに蓄積可能な電荷量Ｑは、Ｑ＝Ｃ×Ｖｆｄで表される（ただし、Ｃは増幅トランジスタのゲート容量、Ｖｆｄはフローティングディフュージョンの電圧）。したがって、電圧Ｖｆｄが一定であれば、ゲート容量Ｃに比例して、フローティングディフュージョンでの取り扱い可能な電荷量Ｑが減少してしまうという問題がある。
【０００３】
この問題を解決する方法が、２００４年のＩＥＥＥにおいて、馬渕らによって発表されている（たとえば、非特許文献１参照）。この非特許文献１では、フローティングディフュージョンの電圧をドレイン電圧よりも高くする（昇圧する）ことにより、取り扱い可能な電荷量Ｑを増やしている。以下、この非特許文献１を例に挙げて、従来の固体撮像装置について説明する。
【０００４】
上記非特許文献１のＦｉｇ．４（ａ）は、リセットトランジスタＲＳＴのゲートをハイレベルにして、リセットトランジスタＲＳＴをオンさせた直後のポテンシャル図である（たとえば、図４（ａ）参照）。リセットトランジスタＲＳＴがオンしているため、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は、リセットトランジスタＲＳＴのチャネルポテンシャルにほぼ等しい値となっている。
【０００５】
一方、垂直信号線ＳＩＧの電圧はフローティングディフュージョンＦＤの電圧を反映して上昇するが、上昇する時間は、垂直信号線ＳＩＧの対接地容量とＬｏａｄトランジスタの電流供給能力とで決定される。そのため、定常状態になるには比較的長い時間が必要である。つまり、Ｆｉｇ．４（ｂ）の時点では定常状態には達しておらず、Ｆｉｇ．４（ａ）の時点よりも電圧が少しだけ高い状態にある（たとえば、図４（ｂ）参照）。
【０００６】
続いて、Ｆｉｇ．４（ｃ）は、リセットトランジスタＲＳＴをオンさせてから暫くして、垂直信号線ＳＩＧの電圧が定常状態に達した際のポテンシャル図である（たとえば、図４（ｃ）参照）。図中のフローティングディフュージョンＦＤは、電圧がリセットトランジスタＲＳＴのチャネルポテンシャルとほぼ等しい値に達した後に、フローティング状態になっている。このため、垂直信号線ＳＩＧの電圧が変化すると、フローティングディフュージョンＦＤは、増幅トランジスタＡＭＰのゲート容量を介して、より高い電圧となり、最終的には、ドレイン電圧ＤＲＮよりも高い電圧に昇圧される。
【０００７】
ここで、上記Ｆｉｇ．４（ｂ）の時点からＦｉｇ．４（ｃ）に示すポテンシャル状態に変化するときの、フローティングディフュージョンＦＤの電圧の変化は、後掲する数１の式（１）で表わされることが知られている。
【数１】
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【０００８】
ただし、ΔＶｓｉｇは、上記Ｆｉｇ．４（ｂ）の時点からＦｉｇ．４（ｃ）に示すポテンシャル状態に変化したときの垂直信号線ＳＩＧの電圧の変化量であり、Ｃａｍｐは増幅トランジスタＡＭＰのゲート容量である。
【０００９】
なお、上記式（１）で、Ｃａｍｐの前に“２／３”の係数がかかっているのは、Ｆｉｇ．４（ｂ）の時点で、増幅トランジスタＡＭＰのドレイン（ＤＲＮ）とソース（ＳＩＧ）との間に電位差が生じて、増幅トランジスタＡＭＰが五極間領域（飽和領域）で動作しているためである。たとえば、上記Ｆｉｇ．４（ｂ）の上には、増幅トランジスタＡＭＰのゲート容量の２／３が昇圧動作に寄与する様子が図示されている。
【００１０】
上記のように、従来の固体撮像装置では、昇圧動作の際に、増幅トランジスタが五極間領域で動作している。このため、増幅トランジスタのゲート容量のうち、“２／３”しか昇圧動作に寄与できなかった。つまり、フローティングディフュージョンに蓄積できる電荷量の増大に対しては不利な構造であった。このような問題は、単位セルの微細化にともなって、増幅トランジスタのゲート電極の専有面積が減少する場合に、より顕著となる。
【非特許文献１】“ＣＭＯＳ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ  ｏｆ  Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｐｉｘｅｌｓ  Ｗｉｔｈ  Ｂｕｒｉｅｄ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ”，ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ  ＣＩＲＣＵＩＴＳ，ＶＯＬ．３９，ＮＯ．１２，ＤＥＣＥＭＢＥＲ  ２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもので、その目的は、フローティングジャンクションの電圧を高く設定でき、フローティングジャンクションのダイナミックレンジを拡大することが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明の一態様によれば、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積するフォトダイオード、制御電極と垂直信号線とが容量結合され、前記フォトダイオードからの信号電荷を増幅して前記垂直信号線に出力する増幅トランジスタ、および、前記増幅トランジスタの制御電極の電圧をリセットするリセットトランジスタ、を少なくとも有する単位セルと、前記増幅トランジスタのドレイン電圧を供給する第１の電源と、前記リセットトランジスタのドレイン電圧を供給する第２の電源とを具備したことを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【００１３】
また、本願発明の一態様によれば、リセットトランジスタのドレイン電圧を供給する第２の電源をハイレベルにし、増幅トランジスタのドレイン電圧を供給する第１の電源および垂直信号線の電圧をロウレベルにした状態で、選択ラインのリセットトランジスタをオンして、対応する増幅トランジスタの制御電極の電圧をリセットした後、該選択ラインのリセットトランジスタをオフした状態で、前記第１の電源および前記垂直信号線の電圧を昇圧させることにより、該選択ラインの増幅トランジスタの制御電極の電圧を変化させることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成により、フローティングジャンクションの電圧を高く設定でき、フローティングジャンクションのダイナミックレンジを拡大することが可能な固体撮像装置およびその駆動方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものであり、各図面の寸法および比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係および／または比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。特に、以下に示すいくつかの実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。この発明の技術思想は、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にしたがった固体撮像装置の構成例を示すものである。なお、ここでは、固体撮像装置として、２画素１セル構造の３Ｔｒ型ＣＭＯＳイメージセンサを例に説明する。
【００１７】
図１に示すように、このＣＭＯＳイメージセンサ１は、複数の単位セルＵＣ、複数の負荷（Ｌｏａｄ）トランジスタＬＴ、複数の水平選択トランジスタＳＴ、１つの水平レジスタ１１、１つの垂直レジスタ１２、１つのタイミング発生回路１３、および、１つの増幅器（Ａｍｐ．）１４などを備えている。上記複数の単位セルＵＣは、たとえば、「２ｎ〜２（ｎ＋１）＋２」ライン，「２ｍ〜２ｍ＋２」カラムに、アレイ状に配置されている。単位セルＵＣは、それぞれ、フォトダイオード（画素）ＰＤａ，ＰＤｂ、転送（読み出し）トランジスタ（対）ＴＧａ，ＴＧｂ、リセットトランジスタＲＳ、および、増幅トランジスタＡＭＰを含んで構成されている（２画素１セル構造）。
【００１８】
すなわち、各単位セルＵＣにおいて、上記フォトダイオードＰＤａのアノードは接地され、カソードは転送トランジスタＴＧａの電流通路の一端に接続されている。また、上記フォトダイオードＰＤｂのアノードは接地され、カソードは転送トランジスタＴＧｂの電流通路の一端に接続されている。上記転送トランジスタＴＧａ，ＴＧｂの各ゲートには、それぞれ、読み出し信号線ＲＥＡＤが接続され、垂直レジスタ１２から読み出し信号が供給される。上記転送トランジスタＴＧａ，ＴＧｂの電流通路の各他端は、増幅トランジスタＡＭＰのゲート（制御電極）に共通に接続されている。上記転送トランジスタＴＧａ，ＴＧｂの電流通路の各他端と上記増幅トランジスタＡＭＰのゲートとの接続点が、フローティングディフュージョン（ＦＤ）となる。
【００１９】
上記増幅トランジスタＡＭＰのゲートと電圧供給源ＤＲＡＩＮ（たとえば、Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄ）との間には、リセットトランジスタＲＳの電流通路が接続されている。このリセットトランジスタＲＳのゲートにはリセット信号線ＲＥＳＥＴが接続され、上記垂直レジスタ１２からリセット信号が供給される。
【００２０】
上記増幅トランジスタＡＭＰの電流通路の一端は垂直信号線Ｖｓｉｇに接続され、他端は電圧供給源ＤＲＡＩＮ（たとえば、Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎ）に接続されている。上記垂直信号線Ｖｓｉｇは、その一端が、上記水平選択トランジスタＳＴの電流通路の一端に接続されて、上記リセット信号線ＲＥＳＥＴおよび上記読み出し信号線ＲＥＡＤと交差する方向に配置されている。上記垂直信号線Ｖｓｉｇの他端は、スイッチングトランジスタＳＷを介して、上記負荷トランジスタＬＴに接続されている。
【００２１】
上記水平選択トランジスタＳＴの電流通路の他端は、上記増幅器１４に接続されている。水平選択トランジスタＳＴのゲートは上記水平レジスタ１１に接続され、上記水平レジスタ１１から水平選択パルスが供給される。
【００２２】
上記水平レジスタ１１および上記垂直レジスタ１２は、それぞれ、上記タイミング発生回路１３によって制御される。
【００２３】
ここで、「２ｍ〜２ｍ＋２」カラムに配置された単位セルＵＣのうち、たとえば、偶数カラム目に配置された単位セルＵＣと奇数カラム目に配置された単位セルＵＣとは、１つずつ“ライン”がずれて配置されている。たとえば、「２ｍ，２ｍ＋２」カラムに配置された単位セルＵＣは、それぞれ、「２ｎ」ラインと「２（ｎ＋１）」ラインとに配置され、「２ｍ＋１」カラムに配置された単位セルＵＣは、「２ｎ＋１」ラインと「２（ｎ＋１）＋１」ラインとに配置されている。
【００２４】
なお、この例では単位セルＵＣの配置を２ライン×３カラムとしたが、実際のＣＭＯＳイメージセンサには、これよりも多くの単位セルＵＣが配列されている。
【００２５】
図２は、ＣＭＯＳイメージセンサの画素領域中における単位セルＵＣの構成例を示すものである。ここでは、リセット信号が供給される一選択単位セルを、１画素１セル構造とした場合について説明する。
【００２６】
図２に示すように、この単位セルＵＣは、フォトダイオードＰＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、転送トランジスタＴＧ、および、リセットトランジスタＲＳを備えた、いわゆる１画素１セル構造の３Ｔｒ型ＣＭＯＳイメージセンサのＰＩＸＥＬである。
【００２７】
フォトダイオードＰＤは、入射光を光電変換して得た電荷を蓄積するように構成されている。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧を増幅して垂直信号線Ｖｓｉｇに出力するように構成されている。つまり、増幅トランジスタＡＭＰのゲートはフローティングディフュージョンＦＤに接続され、ソースは垂直信号線Ｖｓｉｇに接続され、ドレインは第１の電源である電圧供給源ＤＲＮ＿ＡＭＰに接続されている。
【００２８】
転送トランジスタＴＧは、フォトダイオードＰＤでの電荷の蓄積を制御するように構成されている。転送トランジスタＴＧのゲートは読み出し信号線ＲＥＡＤに接続され、ソースはフォトダイオードＰＤのアノードに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。
【００２９】
リセットトランジスタＲＳは、増幅トランジスタＡＭＰのゲート電圧（フローティングディフュージョンＦＤの電圧）をリセットするように構成されている。リセットトランジスタＲＳのゲートはリセット信号線ＲＥＳＥＴに接続され、ソースはフローティングディフュージョンＦＤに接続され、ドレインは第２の電源である電圧供給源ＤＲＮ＿ＲＳＴに接続されている。
【００３０】
なお、フローティングディフュージョンＦＤの対接地容量Ｃ１の容量値をＣｆｄで示し、フローティングディフュージョンＦＤと垂直信号線Ｖｓｉｇとの間のゲート容量Ｃ２の容量値をＣａｍｐで示している（ただし、Ｃａｍｐ＞Ｃｆｄ）。
【００３１】
また、上記単位セルＵＣには、さらに、上記垂直信号線Ｖｓｉｇの電圧を制御するように構成されたＶＳＬ制御回路３１が設けられている。このＶＳＬ制御回路３１は、制御信号線ＤＣ、バイアス用トランジスタＴｒａ、選択信号線ＳＦ、負荷トランジスタＴｒｂ、および、電流源３２を備えている。
【００３２】
バイアス用トランジスタＴｒａは、垂直信号線Ｖｓｉｇの電圧を固定するように構成されている。つまり、バイアス用トランジスタＴｒａのゲートは制御信号線ＤＣに接続され、ソースは電源ＢＩＡＳに接続され、ドレインは垂直信号線Ｖｓｉｇに接続されている。
【００３３】
これに対し、負荷トランジスタＴｒｂのゲートは選択信号線ＳＦに接続されている。負荷トランジスタＴｒｂのドレインは電流源３２の一端に接続され、ソースは垂直信号線Ｖｓｉｇに接続されている。電流源３２の他端は接地されている。
【００３４】
上記のように、単位セルＵＣには、電源電圧供給源として二種類の電圧供給源ＤＲＮ＿ＡＭＰ，ＤＲＮ＿ＲＳＴが用意されている。たとえば図１に示したように、偶数カラム目の垂直信号線Ｖｓｉｇに対応する単位セルＵＣにおいては、それぞれのリセットトランジスタＲＳのドレインに対して、電圧供給源ＤＲＮ＿ＲＳＴがＤｒａｉｎ＿ｏｄｄとして接続されて、第２のドレイン電圧ＤＲＡＩＮ（ＤＲＮ＿ＲＳＴ）を供給するようになっている。また、それぞれの増幅トランジスタＡＭＰのドレインには電圧供給源ＤＲＮ＿ＡＭＰがＤｒａｉｎ＿ｅｖｅｎとして接続されて、第１のドレイン電圧ＤＲＡＩＮ（ＤＲＮ＿ＡＭＰ）を供給するようになっている。一方、奇数カラム目の垂直信号線Ｖｓｉｇに対応する単位セルＵＣにおいては、それぞれのリセットトランジスタＲＳのドレインに対して、電圧供給源ＤＲＮ＿ＲＳＴがＤｒａｉｎ＿ｅｖｅｎとして接続されて、第２のドレイン電圧ＤＲＡＩＮ（ＤＲＮ＿ＲＳＴ）を供給するようになっている。また、それぞれの増幅トランジスタＡＭＰのドレインには電圧供給源ＤＲＮ＿ＡＭＰがＤｒａｉｎ＿ｏｄｄとして接続されて、第１のドレイン電圧ＤＲＡＩＮ（ＤＲＮ＿ＡＭＰ）を供給するようになっている。
【００３５】
すなわち、本実施形態にしたがったＣＭＯＳイメージセンサ１の特徴は、単位セルＵＣにおいて、リセットトランジスタＲＳのドレインに接続される電圧供給源ＤＲＮ＿ＲＳＴと、増幅トランジスタＡＭＰのドレインに接続される電圧供給源ＤＲＮ＿ＡＭＰと、が異なることにある。この結果、増幅トランジスタＡＭＰとリセットトランジスタＲＳとに、異なる電圧ＤＲＡＩＮ（ＤＲＮ＿ＡＭＰ），ＤＲＡＩＮ（ＤＲＮ＿ＲＳＴ）を供給することが可能となっている。
【００３６】
以下に、本実施形態にしたがったＣＭＯＳイメージセンサの駆動方法について説明する。
【００３７】
図３は、図１に示した構成のＣＭＯＳイメージセンサ１の動作例を説明するために示すものである。ここでは、ＣＭＯＳイメージセンサ１の、「２ｎ＋１」ラインにおける単位セルＵＣ［２ｍ＋１，２ｎ＋１］、および、「２（ｎ＋１）」ラインにおける単位セルＵＣ［２ｍ，２（ｎ＋１）］，ＵＣ［２ｍ＋２，２（ｎ＋１）］の、各フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂから信号電荷を読み出すときの動作を例にとって説明する。
【００３８】
まず、リセット信号線ＲＥＳＥＴ［２ｎ］をハイレベルにすることにより、偶数カラムにおける「２ｎ＋１」ラインのフォトダイオードＰＤｂに対応する、フローティングジャンクションＦＤの電圧をリセットする。この際、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄはハイレベル（ＤＲＮ＿ＲＳＴがオン）であるが、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎはロウレベル（ＤＲＮ＿ＡＭＰがオフ）になっており、偶数カラムに対応する垂直信号線Ｖｓｉｇ［２ｍ］，Ｖｓｉｇ［２ｍ＋２］もロウレベルになっている。
【００３９】
次に、上記リセット信号線ＲＥＳＥＴ［２ｎ］をロウレベルにして、単位セルＵＣ［２ｍ，２ｎ］，ＵＣ［２ｍ＋２，２ｎ］のリセットトランジスタＲＳをオフする。こうして、対応するフローディングジャンクションＦＤの電圧をフローティング状態にした後、スイッチングトランジスタＳＷ（Ｓｗｉｔｃｈ＿ｅｖｅｎ）と電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎとをハイレベル（ＤＲＮ＿ＡＭＰをオン）にする。これにより、負荷トランジスタＬＴ［２ｍ］，ＬＴ［２ｍ＋２］と各増幅トランジスタＡＭＰとからなる画素ソースフォロワ回路が活性化され、垂直信号線Ｖｓｉｇ［２ｍ］，Ｖｓｉｇ［２ｍ＋２］の電圧が、それぞれ、フローティングジャンクションＦＤの電圧で決まるレベルまで上昇させられる。このとき、フローティングジャンクションＦＤの電圧は、それぞれ、フローティングジャンクションＦＤと垂直信号線Ｖｓｉｇ［２ｍ］，Ｖｓｉｇ［２ｍ＋２］との容量結合により、後掲する数２の式（２）で表される分だけ高い電圧となる（容量結合を利用したフローティングジャンクションＦＤの昇圧動作）。
【数２】
2010068433.tif 000004
【００４０】
ただし、ＢＩＡＳは電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎのロウレベルであり、Ｖｓｉｇは対応する画素ソースフォロワ回路の出力レベルである。この式（２）の場合、上記した式（１）とは異なり、増幅トランジスタＡＭＰのゲート容量（フローティングディフュージョンＦＤと垂直信号線Ｖｓｉｇとの間のゲート容量Ｃ２の容量値）Ｃａｍｐの前に“２／３”という係数がないことに注意されたい。
【００４１】
なお、上記昇圧動作時、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎはハイレベルであるが、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄはロウレベルである。なぜならば、仮に、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎ，Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄが共にロウレベルであった場合、フローティングジャンクションＦＤの電圧をハイレベルまでリセットすることができない。一方、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎ，Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄが共にハイレベルであった場合、垂直信号線Ｖｓｉｇの電圧がハイレベルになってしまい、容量結合を利用したフローティングジャンクションＦＤの昇圧動作が困難になる。
【００４２】
次に、リセット信号線ＲＥＳＥＴ［２ｎ＋１］をハイレベルにすることにより、奇数カラムにおける「２ｎ＋１」ラインのフォトダイオードＰＤａに対応する、フローティングジャンクションＦＤの電圧をリセットする。この際、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎはハイレベル（ＤＲＮ＿ＲＳＴがオン）であるが、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄはロウレベル（ＤＲＮ＿ＡＭＰがオフ）になっており、奇数カラムに対応する垂直信号線Ｖｓｉｇ［２ｍ＋１］もロウレベルになっている。
【００４３】
次に、上記リセット信号線ＲＥＳＥＴ［２ｎ＋１］をロウレベルにして、単位セルＵＣ［２ｍ＋１，２ｎ＋１］のリセットトランジスタＲＳをオフする。こうして、対応するフローディングジャンクションＦＤの電圧をフローティング状態にした後、スイッチングトランジスタＳＷ（Ｓｗｉｔｃｈ＿ｏｄｄ）と電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄとをハイレベル（ＤＲＮ＿ＡＭＰをオン）にする。これにより、負荷トランジスタＬＴ［２ｍ＋１］と増幅トランジスタＡＭＰとからなる画素ソースフォロワ回路が活性化され、垂直信号線Ｖｓｉｇ［２ｍ＋１］の電圧が、フローティングジャンクションＦＤの電圧で決まるレベルまで上昇させられる。このとき、フローティングジャンクションＦＤの電圧は、フローティングジャンクションＦＤと垂直信号線Ｖｓｉｇ［２ｍ＋１］との容量結合により、電圧の高い方にシフトする。
【００４４】
この容量結合を利用した昇圧動作の結果、フローティングジャンクションＦＤの電圧は、リセットトランジスタＲＳによるリセット直後の電圧よりも高い電圧に設定することが容易に可能となる。
【００４５】
以上の動作の後、垂直信号線Ｖｓｉｇ［２ｍ］，Ｖｓｉｇ［２ｍ＋１］，Ｖｓｉｇ［２ｍ＋２］には、「２ｎ＋１」ラインのフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂに対応する、フローティングジャンクションＦＤの電圧で決まる電圧レベルが出力されているので、それをダークレベルとして読み出す。
【００４６】
次に、読み出し信号線ＲＥＡＤ［２ｎ＋１］をハイレベルにすることにより、「２ｎ＋１」ラインのフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂに対応する転送トランジスタＴＧａ，ＴＧｂをオンさせて、フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂに蓄積された信号電荷をフローティングジャンクションＦＤに読み出す。この際、フローティングジャンクションＦＤに接続された増幅トランジスタＡＭＰは、信号電荷により変調が掛かるものの、ハイレベルの状態である。よって、対応する画素ソースフォロワ回路が活性化されたままで、「２ｎ＋１」ラインのフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂの信号電荷が読み出される。この信号電荷は、ダークレベルとシグナル（Ｓｉｇｎａｌ）レベルの和となっている。したがって、たとえば画素領域の外において、読み出した信号電荷と先に読み出したダークレベルとの差をとることにより、「２ｎ＋１」ラインのフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂのシグナルレベルのみを取り出すことが可能である。
【００４７】
次に、電圧供給源Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎ，Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄを共にロウレベルにする。この状態で、リセット信号線ＲＥＳＥＴ［２ｎ］とリセット信号線ＲＥＳＥＴ［２ｎ＋１］とをハイレベルにする。これにより、「２ｎ＋１」ラインのフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂに対応するフローティングジャンクションＦＤがロウレベルになり、増幅トランジスタＡＭＰがカットオフする。その結果、「２ｎ」ラインの単位セルＵＣ［２ｍ，２ｎ］，ＵＣ［２ｍ＋２，２ｎ］と「２ｎ＋１」ラインの単位セルＵＣ［２ｍ＋１，２ｎ＋１］とに対応する、画素ソースフォロワ回路が非活性状態に変化する。「２ｎ」ラインの単位セルＵＣ［２ｍ，２ｎ］，ＵＣ［２ｍ＋２，２ｎ］に対応する画素ソースフォロワ回路が活性状態に戻るのは、１フレームに相当した時間の経過後に、「２ｎ」ラインのフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂからの信号電荷の読み出しのために、リセット信号線ＲＥＳＥＴ［２ｎ］がハイレベルになるときであり、それまでの間、画素ソースフォロワ回路は非活性状態に保たれる。
【００４８】
次に、リセット信号線ＲＥＳＥＴ［２ｎ＋１］，ＲＥＳＥＴ［２（ｎ＋１）］を、順次ハイレベルにすることにより、単位セルＵＣ［２ｍ＋１，２ｎ＋１］の画素ソースフォロワ回路が再び活性化するとともに、単位セルＵＣ［２ｍ，２（ｎ＋１）］，ＵＣ［２ｍ＋２，２（ｎ＋１）］の画素ソースフォロワ回路が活性化する。そして、読み出し信号線ＲＥＡＤ［２（ｎ＋１）］をハイレベルにすることにより、「２（ｎ＋１）」ラインのフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂに蓄積された信号電荷を、フローティングジャンクションＦＤに読み出す。
【００４９】
以降は、「２ｎ＋１」ラインのフォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂと同様の読み出しシーケンスを繰り返す。
【００５０】
本実施形態によれば、単位セルＵＣの画素（フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ）に対応するフローティングジャンクションＦＤの電圧を、フローティングジャンクションＦＤと垂直信号線Ｖｓｉｇとの容量結合により昇圧するようにしているので、リセットトランジスタＲＳによるリセット直後の電圧よりも高い電圧に設定することが容易に可能となる。
【００５１】
すなわち、上記の構成としたことにより、たとえば図４に示す、フローティングディフュージョンの電圧をドレイン電圧よりも高くするようにした非特許文献１（Ｆｉｇ．４（ａ）〜（ｃ））のように、増幅トランジスタＡＭＰのドレイン（ＤＲＮ）とソース（ＳＩＧ）との間の電位差によって、増幅トランジスタＡＭＰが五極間領域（飽和領域）で動作するために、増幅トランジスタＡＭＰのゲート容量の２／３しか昇圧動作に寄与しないといった不具合を改善できる。
【００５２】
上記したように、フローティングジャンクションの電圧を、フローティングジャンクションと垂直信号線との容量結合により、リセットトランジスタによるリセット直後の電圧よりも高い電圧に設定できるようにしている。すなわち、単位セルにおいて、リセットトランジスタのドレインに接続される電圧供給源と増幅トランジスタのドレインに接続される電圧供給源とを別に設け、リセットトランジスタと増幅トランジスタとに異なる電圧を供給できるようにしている。これにより、昇圧動作の際に、増幅トランジスタのゲート容量によらず、フローティングジャンクションの電圧を高く設定することが容易に可能となる。したがって、単位セルの微細化にともなって、増幅トランジスタのゲート電極の専有面積が減少するような場合にも、フローティングジャンクションのダイナミックレンジ（蓄積可能な電荷量）を拡大できるようになるものである。
【００５３】
なお、本実施形態の場合においては、フローティングジャンクションＦＤの電圧の変化が、上述した数２の式（２）で決まることから、フローティングディフュージョンＦＤと垂直信号線Ｖｓｉｇとの間のゲート容量Ｃ２の容量値Ｃａｍｐを、フローティングディフュージョンＦＤの対接地容量Ｃ１の容量値Ｃｆｄよりも大きな値になるように設定（Ｃａｍｐ＞Ｃｆｄ）し、さらに、（Ｖｓｉｇ−ＢＩＡＳ）が比較的大きな値になるように設定するのが望ましい。
【００５４】
その他、本願発明は、上記（各）実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記（各）実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、（各）実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも１つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも１つ）が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態にしたがった、固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の構成例を示す回路図。
【図２】ＣＭＯＳイメージセンサにおける単位セルの構成例を示す回路図。
【図３】ＣＭＯＳイメージセンサの動作例を説明するために示すタイミングチャート。
【図４】対比のために示す、従来の固体撮像装置のポテンシャル図。
【符号の説明】
【００５６】
ＵＣ…単位セル、ＰＤ，ＰＤａ，ＰＤｂ…フォトダイオード、ＡＭＰ…増幅トランジスタ、ＴＧ，ＴＧａ，ＴＧｂ…転送トランジスタ、ＲＳ…リセットトランジスタ、Ｖｓｉｇ…垂直信号線、ＤＲＮ＿ＡＭＰ，ＤＲＮ＿ＲＳＴ，ＤＲＡＩＮ（Ｄｒａｉｎ＿ｏｄｄ，Ｄｒａｉｎ＿ｅｖｅｎ）…電圧供給源、ＦＤ…フローティングディフュージョン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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