(57)【要約】【課題】露光時間中の転送トランジスタのチャンネル部で発生する電子（暗電圧）を低減すると共に、転送用のゲート信号を負電圧駆動する際のチャージポンプ回路からのノイズによる画質劣化をより低減する。【解決手段】光電変換部のノード４への電荷蓄積期間に転送トランジスタ２ａ，２ｂの各ゲート電極に制御電位として負電圧を出力すると共に、読み出し期間に、当該ノード４を共有する複数のフォトダイオード１，１ｂに接続される転送トランジスタ２ａ，２ｂの各ゲート電位のそれぞれを負電圧からグランドレベルの０Ｖに変更するため、負電圧からグランドレベルの０Ｖへの変更時は、転送トランジスタ２ａ，２ｂの各ゲート電極が、負電圧を出力するチャージポンプ回路の出力端から切り離されてグランドレベルの０Ｖの出力端に接続されている。【選択図】図１
2010278746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を電位変換部に転送する転送手段と、該電位変換部の電位を所定電位にリセットするリセット手段と、該電位変換部の電位を増幅して信号線に読み出す増幅手段とを少なくとも有する画素部を２次元状に複数配置した画素アレイと、少なくとも該転送手段および該リセット手段を駆動制御する制御部とを有する固体撮像素子において、
該制御部は、該光電変換部への電荷蓄積期間に該転送手段の制御電極に制御電位として負電圧を出力し、該電位変換部の電位に応じた電圧を該信号線に読み出す読み出し期間に、当該電位変換部を共有する複数の光電変換部に接続される該転送手段の制御電位のそれぞれを該負電圧から第１電圧に変更した後に、信号転送対象の該光電変換部に接続される転送手段の制御電位を該第１電圧よりも高い第２電圧にして該光電変換部から該電位変換部への電荷転送を行うように制御する固体撮像素子。
【請求項２】
前記負電圧から前記第１電圧への変更時は、前記転送手段の制御電極が、該負電圧を出力するチャージポンプ回路の出力端から切り離されて該第１電圧の出力端に接続される請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記負電圧は、チャージポンプ回路の出力端から出力されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１電位はグランド電圧レベルであり、前記第２電位は安定化電源電圧またはそれ以下の所定電圧である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記負電圧は、−０．３Ｖ〜−１．０Ｖである請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記制御部は、前記負電圧、前記第１電圧および前記第２電圧のいずれかに切り替える電圧切り替え回路を有している請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記電圧切り替え回路において、
前記第２電圧と前記負電圧に電圧変換する第１および第２レベルシフタが設けられ、該第１レベルシフタの出力端が第１トランジスタの制御端子に接続され、該第２レベルシフタの出力端が第２トランジスタの制御端子に接続されており、
該第１トランジスタおよび該第２トランジスタの各一方駆動端が第３トランジスタの一方駆動端に共通接続され、該第３トランジスタの他方駆動端に前記第２電圧の出力端が接続され、該第１トランジスタの他方駆動端に前記第１電圧の出力端が接続され、該第２トランジスタの他方駆動端に該負電圧の出力端が接続されて、該第１〜第３トランジスタの接続点である出力ノードから、前記転送手段を駆動する転送信号を出力する請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
少なくとも前記電位変換部、前記リセット手段および前記増幅手段を共有する前記光電変換素子および前記転送手段の組が２組〜４組のうちのいずれかである請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記読み出し期間は、前記リセット手段によるリセット期間を含んでいる請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記第２電圧と前記信号線との間に、前記増幅手段と直列接続されて、マトリクス状に配列された複数の光電変換部から該光電変換部を選択するための選択手段が更に配置されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記制御部は、前記光電変換部から信号電荷を読み出す場合に、前記転送手段の制御電圧を負電圧から前記第１電圧に引き上げ、この状態を、該電位変換部を共有する複数の光電変換部のうちのいずれかから前記転送手段さらに前記増幅手段を通して前記信号線に信号読み出しを完了するまでの期間毎に持続させるように制御する請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤやＣＭＯＳに代表される従来のイメージセンサは、デジタルスチルカメラ、携帯電話用カメラ、ムービーといったモバイル製品から、監視カメラやＩＰカメラのようなセキュリティ機器に至るまで、近年あらゆる用途で用いられている。特に、ＣＭＯＳイメージセンサは、次の第１〜第３の３点の特長により、先記したモバイル製品からセキュリティ機器に至る用途において、ＣＣＤに取って代わる勢いで用途を伸ばしている。
【０００３】
その第１に、ＣＭＯＳは、ロジックプロセスと同一またはそれに近いプロセスを用いているため、画像処理を行うデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）のようなロジック回路や、ＮＴＳＣ出力ドライバに用いられるデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）のようなアナログ回路のどちらも同一シリコン基板上に形成することができ、安価で高性能なデバイスの提供を可能にしている。
【０００４】
第２に、ＣＭＯＳセンサの読み出し方式はＣＣＤのそれとは全く異なり、ダイナミックメモリのように行読み出し線と列読み出し線の交点の画素をピンポイントで読み出すことができるため、ムービーのような高速のストリーミング読み出しを容易にすることができる。
【０００５】
第３に、画素の動作電源電圧が３Ｖ前後であり、ＣＣＤの１０Ｖ、−１０Ｖ程度の高い電圧を必要としないため、非常に低消費電力である。
【０００６】
しかしながら、これらの利点に対して、ＣＭＯＳイメージセンサには、ＣＭＯＳイメージセンサが故の、以下に述べるような短所も存在する。
【０００７】
図５は、従来のＣＭＯＳイメージセンサの１画素部分の回路図である。なお、ここでは、１画素部分の回路構成を示しているが、実際は複数の画素部がアレイ状に行列方向に配置されてイメージセンサ（固体撮像素子）が構成されている。
【０００８】
図５において、フォトダイオード１０１は、Ｐ型半導体中に形成されたＮ型半導体領域で構成された受光部であり、光の入射により光電変換して電子（信号電荷）を生成する。このフォトダイオード１０１に隣接した転送トランジスタ１０２は、フォトダイオード１０１で生成された信号電荷をソースフォロワートランジスタである増幅トランジスタ１０３のゲートに接続されたノード１０４（一般的にフローティングデフュージョンＦＤと呼ばれる）に読み出すためのＭＯＳトランジスタ（一般的にＴＸトランジスタと呼ばれる）であり、ＴＸ信号によって転送トランジスタ１０２のオンオフ動作が制御される。ノード１０４（ＦＤ）に接続されたリセットトランジスタ１０５は、フォトダイオード１０１から信号電荷を読み出す前に、ノード１０４を所定電圧（一般的には電源電圧）にリセットするためのＭＯＳトランジスタであり、リセット信号ＲＥＳＥＴによってリセットトランジスタ１０５のオンオフ動作が制御される。増幅トランジスタ１０３と直列接続される選択トランジスタ１０６は、複数存在する画素から所望の画素を選択するためのＭＯＳトランジスタであり、セレクト信号ＳＥＬＥＣＴによって選択トランジスタ１０６のオンオフ動作が制御される。
【０００９】
上記構成により、まず、ＴＸ信号によってフォトダイオード１０１から転送トランジスタ１０２を通してノード１０４に読み出された信号電荷は、フローティングデフュージョンＦＤのノード１０４にて電圧に変換され、増幅トランジスタ１０３のゲート電圧を決定する。
【００１０】
このとき、選択トランジスタ１０６が画素選択されてオンすると、ノード１０４の電位変化に応じた画素部毎の撮像信号が増幅トランジスタ１０３を通して読み出し信号線ＯＵＴに読み出される。
【００１１】
次に、読み出し信号線ＯＵＴに読み出された画素部毎の電圧信号（撮像信号）は、後段のＡＤ変換回路（図示せず）によって、画素部毎に、アナログ信号からデジタル信号に変換されて画像デジタル信号として各種信号処理された後に、表示画面上に表示されたり、メモリに記録されたりする。
【００１２】
図６は、従来の２画素共有のＣＭＯＳイメージセンサの１共有単位の回路図である。なお、図５の場合と同様の作用効果を奏する部材については同一の部材番号を付して説明する。
【００１３】
図６において、第１画素のフォトダイオード１０１ａおよび、このフォトダイオード１０１ａからの信号電荷を転送する転送トランジスタ１０２ａと、フォトダイオード１０１ａに隣接して位置する第２画素のフォトダイオード１０１ｂおよび、このフォトダイオード１０１ｂからの信号電荷を転送する転送トランジスタ１０２ｂとの２画素部が、フローティングデフュージョンＦＤのノード１０４を共有している。増幅トランジスタ１０３、リセットトランジスタ１０５および選択トランジスタ１０６は、２個の画素部を構成するフォトダイオード１０１ａおよび１０１ｂによってノード１０４と共に共有されており、選択トランジスタ１０６により画素選択され、リセットトランジスタ１０５によりノード１０４を所定電位にリセットした後に、ノード１０４に読み出された信号電荷は、ノード１０４により電圧に変換され、増幅トランジスタ１０３を通して増幅されて画素部毎の電圧信号（撮像信号）として読み出し信号線ＯＵＴに出力されて、図示しないＡＤ変換器まで読み出されるようになっている。これらのフォトダイオード１０１ａおよび１０１ｂの各信号電荷は交互に読み出される。
【００１４】
このような画素構成は２画素共有型セルと呼ばれており、１画素部当たりのトランジスタ数を削減できるため、フォトダイオード１０１ａおよび１０１ｂの画素部の開口率（光を通して受ける面積）を拡げることができて、フォトダイオード１０１ａおよび１０１ｂへの光供給量を増やすことができ、ＳＮ改善を図ることができる。また、ＣＭＯＳセンサは、図６からも分かるように、選択信号制御線と読み出し信号線ＯＵＴとにより、ランダムにその交点位置に対応する画素部の電圧信号（撮像信号）を読み出すことができるため、順次、直列に信号読み出ししかできないＣＣＤ画素部の間引き読み出しなどを、より自由に且つ高速に行うことができる。
【００１５】
しかしながら、このような画素構成であるが故に、ＣＣＤの場合に比べて、以下のような短所が存在する。
【００１６】
即ち、図６からも分かるように、ＣＭＯＳセンサでは、フォトダイオード１０１ａおよび１０１ｂからの信号読み出しを転送トランジスタ１０２ａおよび１０２ｂで行うため、フォトダイオード１０１ａおよび１０１ｂの各カソードである転送トランジスタ１０２ａおよび１０２ｂの各ドレインがそれぞれ接続されている。通常、ＭＯＳトランジスタのドレインおよびソースは、フォトダイオード１０１ａおよび１０１ｂの拡散領域に比べて、桁違いに高い不純物濃度が打ち込まれていることから、この部分で発生した信号電荷がフォトダイオード１０１ａまたは１０１ｂ側に流れ込み、暗電圧となってフォトダイオード１０１ａまたは１０１ｂに電荷蓄積されて、画質劣化（Ｓ／Ｎ低下）を引き起こすことが知られている。
【００１７】
この画質劣化を低減する方法として、転送トランジスタ１０２ａおよび１０２ｂのドレイン／ソースのプロファイルを最適化する努力が続けられてきたが、近年では、フォトダイオード１０１ａおよび１０１ｂの露光時間中に、転送トランジスタ１０２ａおよび１０２ｂのそれぞれのゲート信号であるＴＸ信号ＴＸ０、ＴＸ１に対して、負の電圧を印加する方法が用いられている。
【００１８】
この方法は負電圧バイアス法またはＮｅｇａｔｉｖｅ  Ｏｆｆｓｅｔ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎなどと呼ばれており、論文などでも紹介されている。例えば、論文「ＩＥＥＥ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ＶＯＬ．２９，  ＮＯ．４，ＡＰＲＩＬ  ２００８」に掲載されている名称が”Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｏｆｆｓｅｔ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｏｕｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ＣＭＯＳ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｉｘｅｌｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  Ｗｅｌｌ  Ｃａｐａｃｉｔｙ  ａｎｄ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ  Ｄａｒｋ  Ｃｕｒｒｅｎｔ”（Ｂｏｎｇｋｉ  Ｍｈｅｅｎ著）においては、転送トランジスタ１０２ａおよび１０２ｂのゲート電極に、−０．６Ｖ程度の負電圧を転送電圧として印加することにより、ゲート電圧が通常の０Ｖの場合に比べて、暗電圧を１／３程度に減少させることができると説明している。
【００１９】
図７は、図６の２画素共有のＣＭＯＳイメージセンサを駆動するための各信号制御線の信号波形図である。
【００２０】
図７に示すように、まず、ＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１はどちらも−０．６Ｖに設定されている。ＴＸ信号制御線に入力されるＴＸ信号ＴＸ０がハイレベル（Ｈ）となり、転送トランジスタ１０２ａを通してフォトダイオード１０１ａから信号電荷がノード１０４に読み出される。この動作はシャッター動作と呼ばれ、このときフォトダイオード１０１ａの蓄積信号電荷（電子）は空状態となる。
【００２１】
次に、ＴＸ信号ＴＸ０は再び低レベルの−０．６Ｖとなり、フォトダイオード１０１に入射光を受光して信号電荷を蓄積させる露光期間に入る。
【００２２】
続いて、ＴＸ信号ＴＸ１も同様にハイレベル（Ｈ）となり、同様にフォトダイオード１０１ｂの信号電荷（電子）も空状態となり、その後、再び、ＴＸ信号ＴＸ１に低レベルの−０．６Ｖが印加される。ここで用いられている負電圧の−０．６Ｖはチップ外部から供給することもできるが、通常は、チップを使用するユーザの利便性を考えて、チップ内部に備え付けられたチャージポンプ回路（図示せず）で生成されることが殆どである。
【００２３】
このチャージポンプ回路（図示せず）は、通常は、発振器と電子（信号電荷）をくみ出すポンプの役割をするトランジスタで構成されている。このため、その出力には、常に、発振器の周波数に同期した微小なノイズが重畳されている。チャージポンプ回路自体の出力には平滑用のキャパシタなどが付けられたりもするが、チップ内にそのような大きなキャパシタを設けることは面積的にも不利であり、ある程度のノイズは許容されたものとなっている。
【００２４】
前述したＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１の場合も同様に、通常、チャージポンプ回路の負電圧の−０．６Ｖが供給され、フォトダイオード１０１ａの露光時間が完了すると、フォトダイオード１０１ａに蓄積された信号電荷を読み出す動作に移行するが、まず、その読み出す動作の前にリセット信号ＲＥＳＥＴがＬaＨaＬになり、ノード１０４（ＦＤ）の電位を所定電位のリセット電圧（通常は電源電圧）に固定する。リセット信号ＲＥＳＥＴがハイレベル（Ｈ）になるのに前後して、選択信号ＳＥＬＣＴがハイレベル（Ｈ）になり、リセット電圧に対応した出力電圧が、選択トランジスタ１０６および増幅とイランジスタ１０３を通して読み出し信号線ＯＵＴに読み出されて、リセット電圧に応じた出力電圧が読み出し信号線ＯＵＴに一旦保存される。この読み出されたリセット電圧に応じた出力電圧の保存には、通常、キャパシタが使用される。
【００２５】
続いて、ＴＸ信号ＴＸ０がハイレベル（Ｈ）になり、フォトダイオード１０１ａに露光時間だけ蓄積された信号電荷が転送トランジスタ１０２ａを通してノード１０４（ＦＤ）に読み出される。
【００２６】
さらに、信号電荷が読み出されて電圧変換されたノード１０４（ＦＤ）の撮像電圧に応じた信号電圧が、増幅トランジスタ１０３を通して、読み出し信号線ＯＵＴに撮像信号として読み出され、別のキャパシタにデータ保存される。
【００２７】
このリセット電圧に応じた出力電圧と、読み出された撮像電圧に応じた信号電圧との差分電圧を、図示しないＡＤ変換器でＡＤ変換する。このＡＤ変換したデジタル信号を各種信号処理して画像信号を得る。
【００２８】
続いて、再び、リセット信号ＲＥＳＥＴがＬaＨaＬになり、ノード１０４の電位を所定電位のリセット電圧（通常は電源電圧）に固定する。リセット信号ＲＥＳＥＴがハイレベル（Ｈ）になるのに前後して、一旦ローレベル（Ｌ）になっていた選択信号ＳＥＬＥＣＴがハイレベル（Ｈ）になり、このリセット電圧に応じた出力電圧が、選択トランジスタ１０６および増幅とイランジスタ１０３を通して読み出し信号線ＯＵＴに読み出されてリセット電圧に応じた出力電圧として一旦保存される。この出力電圧の保存には、前述したように、通常、キャパシタが使用される。
【００２９】
さらに、ＴＸ信号ＴＸ１がローレベル（Ｌ）からハイレベル（Ｈ）になり、フォトダイオード１０１ｂに所定の露光時間だけ蓄積された信号電荷が転送トランジスタ１０２ｂを通してノード１０４（ＦＤ）に読み出されて電圧変換される。
【００３０】
その後、信号電荷が読み出されて電圧変換されたノード１０４（ＦＤ）の撮像電圧に応じた信号電圧が、増幅トランジスタ１０３を通して、読み出し信号線ＯＵＴに読み出され、別のキャパシタにデータ保存される。
【００３１】
このリセット電圧に応じた出力電圧と、読み出された撮像電圧に応じた信号電圧との差分電圧を、図示しないＡＤ変換器でＡＤ変換する。このＡＤ変換したデジタル信号を各種信号処理して画像信号を得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】論文「ＩＥＥＥ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥ  ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．２９，ＮＯ．４，ＡＰＲＩＬ  ２００８」（Ｂｏｎｇｋｉ  Ｍｈｅｅｎ著）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
前述したフォトダイオード１０１ａからの信号読み出しを行っている場合を更に詳細に説明すると、１回目のリセット電圧の読み出しと、信号電圧の読み出しを行っているときに、別のＴＸ信号ＴＸ１は低レベルの−０．６Ｖになっており、チャージポンプ回路の出力端から電圧供給されている。ＴＸ信号ＴＸ１は転送トランジスタ１０２ｂのゲートを介してノード１０４（ＦＤ）と容量結合されている。よって、チャージポンプ回路で発生している微小な電圧変化（ノイズ）がこの容量結合を通してノード１０４（ＦＤ）に重畳される。チャージポンプ回路で発生しているノイズが１ｍＶ以下であっても、ＣＭＯＳセンサでは、重大な画質劣化を引き起こすことになる。
【００３４】
また、フォトダイオード１０１ｂからの信号電荷を読み出している場合も上記と同様である。このフォトダイオード１０１ｂからの信号電荷を読み出しているときは、別のＴＸ信号ＴＸ０がチャージポンプ回路から電圧供給されているため、やはり、チャージポンプ回路で発生しているノイズが、転送トランジスタ１０２ａの容量結合を通じて、ノード１０４（ＦＤ）に重畳される。
【００３５】
以上のように、２画素共有の画素構造を持つＣＭＯＳセンサに、負電圧バイアス法を用いると、チャージポンプ回路の出力端からのノイズが、転送トランジスタ１０２ａ、１０２ｂのゲートからノード１０４を通して信号読み出しに重大な影響を及ぼして、画質劣化を引き起こすことになる。
【００３６】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、転送用のゲート信号を負電圧駆動する際のチャージポンプ回路からのノイズによる画質劣化を低減することができる固体撮像素子、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、該光電変換部からの信号電荷を電位変換部に転送する転送手段と、該電位変換部の電位を所定電位にリセットするリセット手段と、該電位変換部の電位を増幅して信号線に読み出す増幅手段とを少なくとも有する画素部を２次元状に複数配置した画素アレイと、少なくとも該転送手段および該リセット手段を駆動制御する制御部とを有する固体撮像素子において、該制御部は、該光電変換部への電荷蓄積期間に該転送手段の制御電極に制御電位として負電圧を出力し、該電位変換部の電位に応じた電圧を該信号線に読み出す読み出し期間に、当該電位変換部を共有する複数の光電変換部に接続される該転送手段の制御電位のそれぞれを該負電圧から第１電圧に変更した後に、信号転送対象の該光電変換部に接続される転送手段の制御電位を該第１電圧よりも高い第２電圧にして該光電変換部から該電位変換部への電荷転送を行うように制御するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における負電圧から前記第１電圧への変更時は、前記転送手段の制御電極が、該負電圧を出力するチャージポンプ回路の出力端から切り離されて該第１電圧の出力端に接続されている。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における負電圧は、チャージポンプ回路の出力端から出力されている。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第１電位はグランド電圧レベルであり、前記第２電位は安定化電源電圧またはそれ以下の所定電位である。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における負電圧は、−０．３Ｖ〜−１．０Ｖである。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における制御部は、前記負電圧、前記第１電圧および前記第２電圧のいずれかに切り替える電圧切り替え回路を有している。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における電圧切り替え回路において、前記第２電圧と前記負電圧に電圧変換する第１および第２レベルシフタが設けられ、該第１レベルシフタの出力端が第１トランジスタの制御端子に接続され、該第２レベルシフタの出力端が第２トランジスタの制御端子に接続されており、該第１トランジスタおよび該第２トランジスタの各一方駆動端が第３トランジスタの一方駆動端に共通接続され、該第３トランジスタの他方駆動端に前記第２電圧の出力端が接続され、該第１トランジスタの他方駆動端に前記第１電圧の出力端が接続され、該第２トランジスタの他方駆動端に該負電圧の出力端が接続されて、該第１〜第３トランジスタの接続点である出力ノードから、前記転送手段を駆動する転送信号を出力する。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における少なくとも前記電位変換部、前記リセット手段および前記増幅手段を共有する前記光電変換素子および前記転送手段の組が２組〜４組のうちのいずれかである。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における読み出し期間は、前記リセット手段によるリセット期間を含んでいる。
【００４６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第２電圧と前記信号線との間に、前記増幅手段と直列接続されて、マトリクス状に配列された複数の光電変換部から該光電変換部を選択するための選択手段が更に配置されている。
【００４７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における制御部は、前記光電変換部から信号電荷を読み出す場合に、前記転送手段の制御電圧を負電圧から前記第１電圧に引き上げ、この状態を、該電位変換部を共有する複数の光電変換部のうちのいずれかから前記転送手段さらに前記増幅手段を通して前記信号線に信号読み出しを完了するまでの期間毎に持続させるように制御する。また、制御部は、前記光電変換部から信号電荷を読み出す場合に、前記転送手段の制御電圧を負電圧から前記第１電圧に引き上げ、この状態を、該電位変換部を共有する複数の光電変換部から前記転送手段さらに前記増幅手段を通して前記信号線に信号読み出しを完了するまでの期間の一部または全部持続させるように制御する。
【００４８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における制御部は、前記光電変換部から信号電荷を読み出す場合に、前記転送手段への転送信号を前記負電圧から前記第１電圧に変換し、選択信号をハイレベルにして、前記選択手段を活性化し、リセット信号をハイレベルにして、前記リセット手段を通して前記電位変換部の電位を所定電位のリセット電圧に固定し、前記増幅手段を通して該リセット電圧に対応した電圧を前記信号線に読み出し、転送信号を前記第２電圧にして、前記転送手段を通して、該光電変換部に露光期間蓄積された信号電荷を該電位変換部に読み出して信号電圧に変換し、さらに、該増幅手段を通して該信号電圧に対応した電圧を前記信号線に読み出して、該リセット電圧に対応した電圧と該信号電圧に対応した電圧との差分を撮像信号とする各処理を、該電位変換部を共有する該光電変換部の数だけ繰り返す。
【００４９】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５０】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００５１】
本発明においては、制御部は、光電変換部への電荷蓄積期間に転送手段の制御電極に制御電位として負電圧を出力し、電位変換部の電位に応じた電圧を信号線に読み出す読み出し期間に、当該電位変換部を共有する複数の光電変換部に接続される転送手段の制御電位のそれぞれを負電圧から第１電圧に変更した後に、信号転送対象の光電変換部に接続される転送手段の制御電位を第１電圧よりも高い第２電圧にして光電変換部から電位変換部への電荷転送を行うように制御する。
【００５２】
これによって、光電変換部への電荷蓄積期間に転送手段の制御電極に制御電位として負電圧を出力するため、露光時間中の転送手段で発生するノイズである電子（暗電圧）を低減することが可能である。また、読み出し期間に、当該電位変換部を共有する複数の光電変換部に接続される転送手段の制御電位のそれぞれを負電圧から第１電圧に変更するため、負電圧から第１電圧への変更時は、転送手段の制御電極が、負電圧を出力するチャージポンプ回路の出力端から切り離されて第１電圧の出力端に接続されることから、転送用のゲート信号を負電圧駆動する際のチャージポンプ回路からのノイズによる画質劣化をより低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００５３】
以上により、本発明によれば、光電変換部への電荷蓄積期間に転送手段の制御電極に制御電位として負電圧を出力するため、露光時間中の転送手段で発生するノイズである電子（暗電圧）を低減することができる。また、読み出し期間に、当該電位変換部を共有する複数の光電変換部に接続される転送手段の制御電位のそれぞれを負電圧から第１電圧に変更するため、負電圧から第１電圧への変更時は、転送手段の制御電極が、負電圧を出力するチャージポンプ回路の出力端から切り離されて第１電圧の出力端に接続されることから、転送用のゲート信号を負電圧駆動する際のチャージポンプ回路からのノイズによる画質劣化をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態１における２画素共有のＣＭＯＳ固体撮像素子の１共有単位を示す回路図である。
【図２】図１の駆動制御回路におけるＴＸ信号の電圧切り替え回路の一例を示す回路図である。
【図３】図１のＣＭＯＳ固体撮像素子を駆動するための各信号制御線に入力される信号波形図である。
【図４】本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図５】従来のＣＭＯＳイメージセンサの１画素部分の回路図である。
【図６】従来の２画素共有のＣＭＯＳイメージセンサの１共有単位を示す回路図である。
【図７】図６の２画素共有のＣＭＯＳイメージセンサを駆動するための各信号制御線に入力される信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態１および、この固体撮像素子の実施形態１を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態２について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における２画素共有のＣＭＯＳ固体撮像素子の１共有単位を示す回路図である。
【００５７】
図１において、本実施形態１の２画素共有のＣＭＯＳ固体撮像素子１０において、第１画素の光電変換部としてのフォトダイオード１ａが転送手段としての転送トランジスタ２ａを介して、電位変換部（電荷蓄積部）としてのフローティングデフュージョンＦＤであるノード４に接続され、第２画素の光電変換部としてのフォトダイオード１ｂが別の転送手段としての転送トランジスタ２ｂを介して、同じ電位変換部（電荷蓄積部）としてのフローティングデフュージョンＦＤであるノード４に接続されて、１画素部当たりのトランジスタ数削減や、光開口率を向上させるために２画素共有型セルを構成している。この共有化された電位変換部としてのノード４は、２画素で共有化された増幅手段としての増幅トランジスタ３のゲート（制御電極）に接続されると共に、２画素で共有化されたリセット手段としてのリセットトランジスタ５を介して電源電圧の出力端に接続されている。また、電源電圧の出力端は、２画素で共有化された画素選択手段としての選択トランジスタ６および増幅手段としての増幅トランジスタ３の直列回路を介して読み出し信号線ＯＵＴ（信号線）に接続されている。制御部としての駆動制御回路７は、転送トランジスタ２ａおよび２ｂ、増幅トランジスタ３、リセットトランジスタ５および選択トランジスタ６を駆動制御して、光電変換部としてのフォトダイオード１ａおよび１ｂの信号電荷を順次増幅して読み出し信号線ＯＵＴに撮像信号として順次出力するようになっている。
【００５８】
フォトダイオード１ａおよび１ｂは、Ｐ型半導体中に形成されたＮ型半導体領域で構成された隣接する２画素共有の受光部であり、光の入射により光電変換して電子（信号電荷）をそれぞれ生成する。
【００５９】
転送トランジスタ２ａは、このフォトダイオード１ｂに隣接したフォトダイオード１ａで生成された信号電荷をソースフォロワートランジスタである増幅トランジスタ３のゲート（制御電極）に接続された電位変換部のノード４に読み出すためのＭＯＳトランジスタであり、駆動制御回路７からの転送信号のＴＸ信号ＴＸ０によってオンオフ動作が制御される。また、転送トランジスタ２ｂは、このフォトダイオード１ａに隣接したフォトダイオード１ｂで生成された信号電荷をソースフォロワートランジスタである増幅トランジスタ３のゲート（制御電極）に接続された電位変換部のノード４に読み出すためのＭＯＳトランジスタであり、駆動制御回路７からの転送信号のＴＸ信号ＴＸ１によってオンオフ動作が制御される。
【００６０】
リセットトランジスタ５は、フォトダイオード１ａまたは１ｂからの信号電荷を読み出す前に、電位変換部のノード４を所定電圧（ここでは電源電圧であるが、電源電圧よりも低い電圧であってもよい）にリセットするためのＭＯＳトランジスタであり、制御部としての駆動制御回路７からのリセット信号ＲＥＳＥＴによってリセットトランジスタ５のオンオフ動作が制御される。
【００６１】
選択トランジスタ６は、マトリクス状に配列され、複数存在する画素から所望の画素を選択するためのＭＯＳトランジスタであり、制御部としての駆動制御回路７からのセレクト信号ＳＥＬＥＣＴによって選択制御が為される。
【００６２】
駆動制御回路７は、本実施形態１の特徴構成を示すものであり、チャージポンプ回路から制御電位として負電圧の−０．６Ｖが供給され、その後、フォトダイオード１ａの露光時間（光電変換部への電荷蓄積期間）が完了した後の画素部の読み出し期間中（リセット信号の読み出し期間も含むと共に、電位変換部（ノード４）で変換した電圧（リセット電圧および信号電圧）を読み出し信号線ＯＵＴに読み出す期間に、読み出されているフォトダイオード１ａ（ＰＤ０）を制御しているＴＸ信号ＴＸ０と、そのフォトダイオード１ａとノード４（ＦＤ）を共有しているもう一つの別のフォトダイオード１ｂ（ＰＤ１）を制御しているＴＸ信号ＴＸ１の両方を、負電圧の−０．６ＶからＧＮＤレベルの０Ｖに変更するように制御が為される。また、同様の説明であるが、駆動制御回路７は、チャージポンプ回路からの負電圧が供給され、その後、フォトダイオード１ｂの露光時間が完了した後の画素部の読み出し期間中に、読み出されているフォトダイオード１ｂ（ＰＤ１）を制御しているＴＸ信号ＴＸ１と、そのフォトダイオード１ｂとノード４（ＦＤ）を共有しているもう一つの別のフォトダイオード１ａ（ＰＤ０）を制御しているＴＸ信号ＴＸ０との両方を、負電圧からＧＮＤレベルの０Ｖに変更するように制御が為される。
【００６３】
本実施形態１では、負電圧バイアス法を用いていたとしても、チャージポンプ回路からのノイズを読み出し時に重畳させないものである。具体的には、フォトダイオード読み出し時のＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１のＬ信号レベルを−０．６Ｖから必要に応じてＧＮＤへ切り替えることによりノイズ重畳を防ぐものである。
【００６４】
図２は、図１の駆動制御回路７においてＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１の電圧切り替え回路の一例を示す回路図である。
【００６５】
図２において、図１の駆動制御回路７は電圧切り替え回路を有しており、その出力ノード７６からの出力信号として、ＴＸ信号ＴＸ０またはＴＸ信号ＴＸ１が出力される。電圧切り替え回路を構成するレベルシフタ７１および７２はそれぞれ、ロジック信号である入力信号（電源電圧２．８ＶとＧＮＤレベル（０Ｖ）の各電圧レベルを持っている）の各電圧を電源電圧２．８Ｖと負電圧の−０．６Ｖとに電圧変換するものである。また、電圧切り替え回路を構成するトランジスタ７３〜７５において、トランジスタ７５の一方駆動端がトランジスタ７３および７４の各一方駆動端に接続されており、３つのトランジスタ７３〜７５により、トランジスタ７５とトランジスタ７３および７４との接続点である出力ノード７６をドライブするものである。このトランジスタ７５の他方駆動端は電源電圧２．８Ｖの出力端に接続され、トランジスタ７３の他方駆動端はＧＮＤレベル（０Ｖ）に接続され、トランジスタ７４の他方駆動端は負電圧の−０．６Ｖ（チャージポンプ回路からの出力電圧）の出力端に接続されて、レベルシフタ７１および７２、トランジスタ７５の各入力信号を制御することによって、電源電圧２．８Ｖ、ＧＮＤレベル（０Ｖ）および負電圧の−０．６ＶのいずれかをＴＸ信号ＴＸ０またはＴＸ信号ＴＸ１として出力する。
【００６６】
上記構成により、その動作を説明する。
【００６７】
図３は、図１の２画素共有のＣＭＯＳ固体撮像素子１０を駆動するための各信号制御線に入力される信号波形図である。
【００６８】
図３に示すように、まず、駆動制御回路７からのＴＸ信号ＴＸ０が負電圧の−０．６Ｖからハイレベル（Ｈ；通常、２．８Ｖ程度）になることにより、フォトダイオード１ａ（ＰＤ０）の蓄積信号電荷（電子）が空状態になる（シャッター動作）。
【００６９】
その後、ＴＸ信号ＴＸ０は負電圧の−０．６Ｖに戻り、フォトダイオード１ａ（ＰＤ０）への露光が始まる。
【００７０】
次に、駆動制御回路７からのＴＸ信号ＴＸ１が負電圧の−０．６Ｖからハイレベル（Ｈ）になることにより、フォトダイオード１ｂ（ＰＤ１）の信号電荷（電子）が空状態になり（シャッター動作）、ＴＸ信号ＴＸ１が低レベル（Ｌ）の−０．６Ｖに戻ることにより、フォトダイオード１ｂ（ＰＤ１）の露光が始まる。
【００７１】
さらに、フォトダイオード１ａ（ＰＤ０）の一定露光時間が終了した後、フォトダイオード１ａ（ＰＤ０）に蓄積された信号電荷（電子）を読み出すことになるが、その前に、まず、駆動制御回路７からの選択信号ＳＥＬＥＣＴがハイレベル（Ｈ）になって、選択トランジスタ６を活性化し、かつ、リセット信号ＲＥＳＥＴが一旦、ハイレベル（Ｈ）になることにより、ノード４（ＦＤ）の電位を所定のリセット電圧（ここでは電源電圧）にリセットし、そのリセット電圧が増幅トランジスタ３を通して、そのリセット電圧に応じた出力電圧が読み出し信号線ＯＵＴに読み出される。
【００７２】
このようにして、読み出し信号線ＯＵＴに読み出されたリセット時の出力電圧は、ＣＤＳ回路のキャパシタに保存される。このように、リセット信号ＲＥＳＥＴがＬaＨaＬになる際に、ＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１を負電圧の−０．６Ｖから一旦ＧＮＤレベル（０Ｖ）に変換しておく。
【００７３】
これによって、読み出し信号線ＯＵＴへのリセット時の出力電圧の読み出し時に、ＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１は、ＧＮＤレベル（０Ｖ）であって、チャージポンプ回路の出力端から切り離されているため、転送トランジスタ２ａおよび２ｂをそれぞれ介してノード４（ＦＤ）にチャージポンプ回路のノイズが重畳されることはない。
【００７４】
次に、駆動制御回路７からのＴＸ信号ＴＸ０が一旦、ハイレベル（Ｈ）になった後に、フォトダイオード１ａ（ＰＤ０）の信号電荷をノード４（ＦＤ）に読み出す際も、他方の転送トランジスタ２ｂのＴＸ信号ＴＸ１はＬレベルとしてＧＮＤレベル（０Ｖ）に保たれる。
【００７５】
このように、フォトダイオード１ａ（ＰＤ０）の信号電荷を転送トランジスタ２ａを通してノード４（ＦＤ）に読み出して撮像電圧に電圧変換した後に、さらに、増幅トランジスタ３を通して読み出し信号線ＯＵＴに信号電圧を読み出し、その読み出し信号線ＯＵＴに読み出された信号電圧を、ＣＤＳ回路の別のキャパシタに読み出す。このときも、リセット電圧に応じた出力電圧の読み出し信号線ＯＵＴへの読み出し時と同様に、他方の転送トランジスタ２ｂのＴＸ信号ＴＸ１はＧＮＤレベル（０Ｖ）であって、チャージポンプ回路の出力端から切り離されているため、チャージポンプ回路の出力端からのノイズがノード４（ＦＤ）側に重畳されることはない。
【００７６】
リセット電圧に応じた出力電圧と、読み出された撮像電圧に応じた信号電圧との差分電圧を、図示しないＡＤ変換器でＡＤ変換する。このＡＤ変換したデジタル信号を各種信号処理して画像信号を得る。
【００７７】
さらに、一方のフォトダイオード１ａ（ＰＤ０）から信号電荷を電圧変換して撮像電圧に電圧変換して読み出し信号線ＯＵＴに信号電圧を読み出した後に、駆動制御回路７からの選択信号ＳＥＬＥＣＴがローレベル（Ｌ）になって、選択トランジスタ６は不活性化し、このとき、ＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１をＧＮＤレベル（０Ｖ）から一旦負電圧の−０．６Ｖに戻す。
【００７８】
他方のフォトダイオード１ｂ（ＰＤ１）からの信号電荷をノード４（ＦＤ）にて電圧変換して信号電圧を読み出し信号線ＯＵＴに読み出す際も、一方のフォトダイオード１ａ（ＰＤ０）からの信号電荷をノード４（ＦＤ）にて電圧変換して信号電圧を読み出し信号線ＯＵＴに読み出す場合と同様に、リセット信号ＲＥＳＥＴをハイレベル（Ｈ）にすると同時に（またはそれよりも若干前に）、ＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１の各電位を負電圧の−０．６ＶからＧＮＤレベル（０Ｖ）に移行させる。このとき、駆動制御回路７からの選択信号ＳＥＬＥＣＴはハイレベル（Ｈ）になって、選択トランジスタ６を活性化させる。
【００７９】
これによって、ノード４（ＦＤ）のリセット電圧に応じた出力電圧が読み出し信号線ＯＵＴに読み出されてキャパシタに一旦保存される。
【００８０】
さらに、ＴＸ信号ＴＸ１がハイレベル（Ｈ）になり、フォトダイオード１ｂに所定の露光時間だけ蓄積された信号電荷が転送トランジスタ２ｂを通してノード４（ＦＤ）に読み出されて電圧変換される。その電圧変換されたノード４（ＦＤ）の撮像電圧に応じた信号電圧が、増幅トランジスタ３を通して、読み出し信号線ＯＵＴに読み出されてキャパシタに保存される。
【００８１】
このように、他方のフォトダイオード１ｂ（ＰＤ１）の信号読み出しを行っているときも、一方のフォトダイオード１ａ（ＰＤ０）の信号読み出しを行っている場合と同様に、前述したようにチャージポンプ回路のノイズがノード４（ＦＤ）側に重畳されることはない。
【００８２】
このリセット電圧に応じた出力電圧と、読み出された撮像電圧に応じた信号電圧との差分電圧を、図示しないＡＤ変換器でＡＤ変換する。このＡＤ変換したデジタル信号を各種信号処理して画像信号を得る。
【００８３】
実際のＣＭＯＳ固体撮像素子１０では、画素部はアレイ状に複数配置されており、ＴＸ信号も本実施形態１のように２本だけでなく多数本存在する。例えば、ＶＧＡセンサでは、垂直方向には４８０個の画素部が存在することになり、ＴＸ信号もＴＸ０〜ＴＸ４７９まで必要となる。この場合、画素部が本実施形態１で示したような２画素共有構造の場合、ＴＸ信号がＴＸ０およびＴＸ１に対して、ＴＸ２，３  …  ＴＸ４７８，４７９の２本ずつがペアとなり、例えばＴＸ０，１に関連するフォトダイオードを読み出している時は、ＴＸ０，１以外は、−０．６ＶをＧＮＤレベル（０Ｖ）に移行させる必要な全くない。同じく、ＴＸ２，３に関連するフォトダイオードを読み出している時は、ＴＸ２，３以外は−０．６ＶをＧＮＤレベル（０Ｖ）に移行させる必要は全くない。
【００８４】
したがって、本実施形態１では、暗電圧低減を目指して導入した負電圧バイアス法を用いた場合のチャージポンプ回路からノード４（ＦＤ）へ重畳されるノイズを、簡単な電圧切替（負電圧の−０．６ＶからＧＮＤレベル（０Ｖ）への電圧切替）により低減することができる。
【００８５】
即ち、上記実施形態１によれば、光電変換部であるフォトダイオード１ａ，１ｂへの電荷蓄積期間（露光期間）に転送トランジスタ２ａ，２ｂの各ゲート電極に制御電位として負電圧を出力すると共に、次の信号読み出し期間に、ノード４を共有する複数のフォトダイオード１ａ，１ｂに接続される転送トランジスタ２ａ，２ｂの各ゲート電位のそれぞれを負電圧からグランドレベルの０Ｖに変更するため、負電圧からグランドレベルの０Ｖへの変更時は、転送トランジスタ２ａ，２ｂの各ゲート電極が、負電圧を出力するチャージポンプ回路（図示せず）の出力端から切り離されてグランドレベルの０Ｖの出力端に接続されている。これによって、露光時間中の転送トランジスタ２ａ，２ｂに発生する電子（暗電圧）を低減すると共に、転送用のゲート信号を負電圧駆動する際のチャージポンプ回路（図示せず）からのノイズによる画質劣化をより低減することができる。
【００８６】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像素子１０を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００８７】
図４において、本実施形態２の電子情報機器９０は、上記実施形態１の固体撮像素子１０からの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力手段９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示手段９３と、通信手段９４と、プリンタなどの画像出力手段９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【００８８】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００８９】
したがって、本実施形態２によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００９０】
なお、上記実施形態１では、読み出し時に、駆動制御回路７からのＴＸ信号ＴＸ０およびＴＸ１を共に、チャージポンプ回路の負電圧−０．６ＶからＧＮＤレベル（０Ｖ）に変更したが、これに限らず、負電圧は−０．３Ｖ〜−１．０Ｖの範囲であればよく、さらに好ましくは、負電圧は−０．５Ｖ〜−０.８Ｖの範囲であればよい。この場合に、露光時間中の転送トランジスタ２ａおよび２ｂの各部で発生する電子（暗電圧）を低減することができる。
【００９１】
また、上記実施形態１では、ノード４（電位変換部）、増幅トランジスタ３、リセットトランジスタ５および選択トランジスタ６を共有する光電変換素子としてのフォトダイオード（光電変換部）１ａ，１ｂおよび転送トランジスタ２ａ，２ｂのように２組の２画素共有構造の場合について説明したが、これに限らず、光電変換部および転送トランジスタが３組ある３画素共有構造であってもよく、光電変換部および転送トランジスタが４組ある４画素共有構造であってもよい。
【００９２】
さらに、上記実施形態１では、特に簡単に説明しなかったが、駆動制御回路７は、フォトダイオード１ａから信号電荷を読み出す場合に、転送トランジスタ２ａへのＴＸ信号ＴＸ０を負電圧の−０.６Ｖからグランドレベルの０Ｖに変換し、選択信号ＳＥＬＥＣＴをハイレベルにして、選択トランジスタ６を活性化し、リセット信号ＲＥＳＥＴをハイレベルにして、リセットトランジスタ５を通してノード４の電位を所定電位のリセット電圧に固定し、増幅トランジスタ３を通してリセット電圧に応じた出力電圧を読み出し信号線ＯＵＴに読み出し、ＴＸ信号（転送信号）を電源電圧（ハイレベル）にして、転送トランジスタ２ａを通して、フォトダイオード１ａに露光期間蓄積された信号電荷をノード４に読み出して電圧変換し、さらに、増幅トランジスタ３を通して撮像電圧に応じた信号電圧を信号線ＯＵＴに読み出して、リセット電圧に応じた出力電圧と撮像電圧に応じた信号電圧との差分をＡＤ変換器に出力する各処理を、ノード４を共有するフォトダイオード１ａ、１ｂの数（ここでは２）だけ繰り返す。
【００９３】
なお、複数の画素部はアレイ状に配置されているが、所定のＦＤノードを共有しない画素部、例えば、ＴＸ信号（ＴＸ０、ＴＸ１に対して、ＴＸ２，３．．．．）は、ＴＸ信号ＴＸ０とＴＸ信号ＴＸ１が読み出しされている間も、負電圧のままでよく、ＧＮＤレベルにする必要はない。
【００９４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子および、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、光電変換部への電荷蓄積期間に転送手段の制御電極に制御電位として負電圧を出力するため、露光時間中の転送トランジスタのチャンネル部で発生する電子（暗電圧）を低減し、読み出し期間に、当該電位変換部を共有する複数の光電変換部に接続される転送手段の制御電位のそれぞれを負電圧から第１電圧に変更するため、負電圧から第１電圧への変更時は、転送手段の制御電極が、負電圧を出力するチャージポンプ回路の出力端から切り離されて第１電圧の出力端に接続されることから、転送用のゲート信号を負電圧駆動する際のチャージポンプ回路からのノイズによる画質劣化をより低減することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１ａ、１ｂ  フォトダイオード（光電変換部）
２ａ、２ｂ  転送トランジスタ（転送手段）
３  増幅トランジスタ（増幅部）
４  ノード（電位変換部）
５  リセットトランジスタ（リセット手段）
６  選択トランジスタ（選択手段）
７  駆動制御回路（制御部）
ＯＵＴ  読み出し信号線（信号線）
ＴＸ０、ＴＸ１  ＴＸ信号（転送信号）
ＲＥＳＥＴ  リセット信号
ＳＥＬＥＣＴ  選択信号
１０  ＣＭＯＳ固体撮像素子
９０  電子情報機器
９１  固体撮像装置
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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