(57)【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蓄積する光電荷変換素子と、該光電荷変換素子に蓄積された信号電荷を電圧変換する電荷電圧変換端子と、該電荷電圧変換端子で電圧変換された信号を増幅する電圧信号出力手段と、前記光電荷変換素子に蓄積された信号電荷を前記電荷電圧変換端子へ転送する転送手段と、前記電荷電圧変換端子の第１のリセット電圧を有する電源への導通と切断とをオンオフにより切り替える第１のリセット手段とを備え行列方向に配列された複数の画素と、
各列に属する複数の前記画素が共通に接続され浮遊電位状態に維持可能な複数の第１の信号配線と、
該第１の信号配線の各々において、前記電圧信号出力手段から前記第１の信号配線に信号を出力する前記画素を選択する第１の走査手段と、
前記第１の信号配線の第２のリセット電圧を有する電源への導通と切断とをオンオフにより切り替える第２のリセット手段とを備え、
前記第１の信号配線を、前記第２のリセット手段をオンして前記第２のリセット電圧にリセットした後に前記第２のリセット手段をオフして浮遊電位状態にし、前記第１の走査手段により選択された一の行に属する複数の前記画素の前記電荷電圧変換端子を前記第１のリセット手段をオンして前記第１のリセット電圧にリセットした後に前記第１のリセット手段をオフすることにより浮遊電位状態にし、前記電荷電圧変換端子の電圧を前記浮遊電位状態とされている前記第１の信号配線に前記電圧信号出力手段を介して所定の時間読み出すことにより前記第１の信号配線に保存し、各該第１の信号配線に保存された電圧を読み出すことにより１行分の画素のノイズ信号を出力するノイズ信号読み出し動作と、
前記第１の信号配線を、前記第２のリセット手段をオンして前記第２のリセット電圧にリセットした後に前記第２のリセット手段をオフして浮遊電位状態にし、前記第１の走査手段により選択された一の行に属する複数の前記画素の前記転送手段により前記光電荷変換手段に蓄積された信号電荷を前記電荷電圧変換端子に転送し、該電荷電圧変換端子にて電圧変換された信号を浮遊電位状態とされている前記第１の信号配線に前記電圧信号出力手段を介して前記所定の時間読み出すことにより前記第１の信号配線に保存し、各該第１の信号配線に保存された電圧を読み出すことにより１行分の画素の光信号を出力する光信号読み出し動作とを行う固体撮像装置。
【請求項２】
前記１行分の画素のノイズ信号を出力するノイズ信号読み出し動作と、前記１行分の画素の光信号を出力する光信号読み出し動作とを、前記第１の走査手段により選択する画素を列方向に切り替えながら交互に繰り返す請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の信号配線が複数ずつ接続された複数の第２の信号配線と、
各該第２の信号配線の電圧をリセットする複数の第３のリセット手段と、
各前記第２の信号配線から信号を出力させる複数の信号増幅手段と、
各前記第２の信号配線に接続される複数の前記第１の信号配線のうち一を選択して前記第２の信号配線に信号を出力させる第２の走査手段とを備え、
各前記第２の信号配線に接続する複数の前記第１の信号配線に属する画素について、前記１行分の画素のノイズ信号を出力するノイズ信号読み出し動作と前記１行分の画素の光信号を出力する光信号読み出し動作とを、前記第３のリセット手段により前記第２の信号配線の電圧をリセットしながら交互に繰り返する請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素が、２つ以上の前記光電荷変換素子および該光電荷変換素子と同数の前記転送手段を単一の前記電荷電圧変換端子に並列に接続してなり、
前記光信号読み出し動作において、前記第１の走査手段により選択された一の行に属する前記画素の１つの前記光電荷変換素子の光信号を読み出す請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサに代表されるような、フォトダイオードが蓄積した信号電荷を画素内において信号電圧に変換してから信号線に出力する増幅型固体撮像素子において容量負荷読み出し方式を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１によれば、各画素から出力された信号電圧は、信号線に接続された負荷容量素子に一時的に保持された後に水平信号線に読み出される。このような読み出し動作においては信号線に接続された定電流源から画素に定電流を流す必要がなく、消費電力を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２８３３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１は、画素が蓄積した信号電荷に応じた電圧をそのまま垂直信号線へ出力する構成となっており、画素に蓄積された信号電荷を完全転送する構成になっていない。このような構成においては、画素が蓄積した信号電荷をリセット電圧に初期化する際にスイッチ動作に伴って画素に残るリセットノイズを除去することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、低消費電力の回路構成としつつ画素のリセットノイズを除去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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、入射光を光電変換して信号電荷を蓄積する光電荷変換素子と、該光電荷変換素子に蓄積された信号電荷を電圧変換する電荷電圧変換端子と、該電荷電圧変換端子で電圧変換された信号を増幅する電圧信号出力手段と、前記光電荷変換素子に蓄積された信号電荷を前記電荷電圧変換端子へ転送する転送手段と、前記電荷電圧変換端子の第１のリセット電圧を有する電源への導通と切断とをオンオフにより切り替える第１のリセット手段とを備え行列方向に配列された複数の画素と、各列に属する複数の前記画素が共通に接続され浮遊電位状態に維持可能な複数の第１の信号配線と、該第１の信号配線の各々において、前記電圧信号出力手段から前記第１の信号配線に信号を出力する前記画素を選択する第１の走査手段と、前記第１の信号配線の第２のリセット電圧を有する電源への導通と切断とをオンオフにより切り替える第２のリセット手段とを備え、前記第１の信号配線を、前記第２のリセット手段をオンして前記第２のリセット電圧にリセットした後に前記第２のリセット手段をオフして浮遊電位状態にし、前記第１の走査手段により選択された一の行に属する複数の前記画素の前記電荷電圧変換端子を前記第１のリセット手段をオンして前記第１のリセット電圧にリセットした後に前記第１のリセット手段をオフすることにより浮遊電位状態にし、前記電荷電圧変換端子の電圧を前記浮遊電位状態とされている前記第１の信号配線に前記電圧信号出力手段を介して所定の時間読み出すことにより前記第１の信号配線に保存し、各該第１の信号配線に保存された電圧を読み出すことにより１行分の画素のノイズ信号を出力するノイズ信号読み出し動作と、前記第１の信号配線を、前記第２のリセット手段をオンして前記第２のリセット電圧にリセットした後に前記第２のリセット手段をオフして浮遊電位状態にし、前記第１の走査手段により選択された一の行に属する複数の前記画素の前記転送手段により前記光電荷変換手段に蓄積された信号電荷を前記電荷電圧変換端子に転送し、該電荷電圧変換端子にて電圧変換された信号を浮遊電位状態とされている前記第１の信号配線に前記電圧信号出力手段を介して前記所定の時間読み出すことにより前記第１の信号配線に保存し、各該第１の信号配線に保存された電圧を読み出すことにより１行分の画素の光信号を出力する光信号読み出し動作とを行う固体撮像装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、光電荷変換素子に入射した光は、信号電荷に変換されて蓄積された後、転送手段によって電荷電圧変換端子に転送されて電圧に変換され、電圧信号増幅手段によって増幅された後に浮遊電位状態の第１の信号配線に読み出されることにより該第１の信号配線に一時的に保存される。その後、第１の信号配線から信号を読み出すことにより、第１の走査手段により選択された一行分の画素の光信号を得ることができる。
【０００８】
この場合に、上述した光信号の読み出しに先立ち、以下の動作が実行される。すなわち、電荷電圧変換端子を第１のリセット手段により第１のリセット電圧にリセットし、一方第１の信号配線を第２のリセット手段により第２のリセット電圧にリセットする。次いで、リセット後の電荷電圧変換端子の電圧の信号を、浮遊電位状態とされた第１の信号配線に読み出すことにより該第１の信号配線に一時的に保持した後、該第１の信号配線から読み出す。これにより、１行分の画素について電荷電圧変換端子のリセット後の信号が読み出されることとなる。これらの動作の後、上述した光信号の読み出しが行われる。
【０００９】
ここで、ノイズ信号読み出し動作において読み出される各画素の信号と、光信号読み出し動作において読み出される各画素の信号には、電荷電圧変換端子のリセットに伴うリセットノイズが共通して含まれる。これら２つの信号の差分を求めることにより、各画素についてリセットノイズが除去された正味の光信号を得ることができる。また、第１の信号配線を第２のリセット手段により第２のリセット電圧にリセットする動作をノイズ信号読み出し動作と光信号読み出し動作とにおいて同じように行うことにより、ノイズ信号と光信号の対称性を高め、ノイズを高精度に除去することができる。さらに、画素の信号を浮遊電位状態とされた第１の信号配線に保存してから読み出すことにより、従来第１の信号配線に流していた定電流が不要となる。これにより、消費電力を低減することができる。
【００１０】
上記発明においては、前記１行分の画素のノイズ信号を出力するノイズ信号読み出し動作と、前記１行分の画素の光信号を出力する光信号読み出し動作とを、前記第１の走査手段により選択する画素を列方向に切り替えながら交互に繰り返すこととしてもよい。
【００１１】
このように各画素についてノイズ信号読み出し動作と光信号読み出し動作とを連続して実行することにより、電荷電圧変換端子のリセット後の電圧が読み出されてから信号電荷の転送後の信号が読み出されるまでの時間が最短となる。これにより、この間に電荷電圧変換端子に他の要因によるノイズが加わることが防止され、より正確な光信号を得ることができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記第１の信号配線が複数ずつ接続された複数の第２の信号配線と、各該第２の信号配線の電圧をリセットする複数の第３のリセット手段と、各前記第２の信号配線から信号を出力させる複数の信号増幅手段と、各前記第２の信号配線に接続される複数の前記第１の信号配線のうち一を選択して前記第２の信号配線に信号を出力させる第２の走査手段とを備え、各前記第２の信号配線に接続する複数の前記第１の信号配線に属する画素について、前記１行分の画素のノイズ信号を出力するノイズ信号読み出し動作と前記１行分の画素の光信号を出力する光信号読み出し動作とを、前記第３のリセット手段により前記第２の信号配線の電圧をリセットしながら交互に繰り返することとしてもよい。
【００１３】
このように全画素を列単位で複数の群に分割し、各群において画素からの信号の読み出し動作を並行して行うことにより、全ての画素の信号の読み出しに要する時間を短縮することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記画素が、２つ以上の前記光電荷変換素子および該光電荷変換素子と同数の前記転送手段を単一の前記電荷電圧変換端子に並列に接続してなり、前記光信号読み出し動作において、前記第１の走査手段により選択された一の行に属する前記画素の１つの前記光電荷変換素子の光信号を読み出すこととしてもよい。
このように複数の光電荷変換端子によって一部の構成を共有することにより、画素が占める面積を縮小することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低消費電力の回路構成としつつ画素のリセットノイズを除去することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１の固体撮像装置が備える画素の構成を示す平面図である。
【図３】図１の固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】図１の固体撮像装置が備える画素アレイの変形例を示す平面図である。
【図５】図２の画素の変形例であり、２画素共有型の画素の構成を示す平面図である。
【図６】図２の画素の変形例であり、４画素共有型の画素の構成を示す平面図である。
【図７】図２の画素の変形例であり、８画素共有型の画素の構成を示す平面図である。
【図８】図５の画素を備える固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】図６の画素を備える固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】図７の画素を備える固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】図６の画素の変形例を示す平面図である。
【図１２】図７の画素の変形例を示す平面図である。
【図１３】図６の画素のもう１つの変形例を示す平面図である。
【図１４】図７の画素のもう１つの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置１は、図１に示されるように、複数の画素２を備える画素アレイ３と、垂直シフトレジスタ４と、水平シフトレジスタ５と、最終出力増幅回路６と、制御回路７とを基本構成として備えている。また、これらの周辺には、図示しないアナログ−デジタル（ＡＤ）変換回路や信号処理回路等が備えられている。
【００１８】
画素アレイ３は、複数の画素２が行方向と列方向に配列されてなる。同一の列に属する画素２は共通の垂直信号線８に接続され、各垂直信号線８は列選択トランジスタ１０を介して共通の水平信号線９に接続されている。
【００１９】
符号１１は、垂直信号線８に接続され、該垂直信号線８を第２のリセット電圧Ｖｒｓｔ２にリセットする垂直信号線リセットトランジスタ（第２のリセット手段）である。符号１２は、水平信号線９に接続され、該水平信号線９を第３のリセット電圧Ｖｒｓｔ３にリセットする水平信号線リセットトランジスタ（第３のリセット手段）である。これらのリセットトランジスタ１１，１２は、図示しないリセットパルス回路からゲートにリセットパルスφＶｃｌｒ，φＨｃｌｒがそれぞれ入力されることにより駆動する。
【００２０】
垂直シフトレジスタ４は、画素アレイ３の中から一の行を選択し、選択した行に属する画素２に後述するパルスφＲｊ，φＴｊ，φＸｊを入力することにより、各画素２から垂直信号線８へ信号を出力させる。
水平シフトレジスタ５は、水平信号線９に沿って並ぶ列選択トランジスタ１０のゲートに１列目から順番に列選択パルスφＨ〔φＨ１，φＨ２，…，φＨｎ〕を入力することにより、１列目の垂直信号線８から順番に水平信号線９へ信号を出力させる。
【００２１】
最終出力増幅回路６は、水平信号線９の信号を増幅して出力する。最終出力増幅回路６から出力された信号は、図示しないＡＤ変換回路に入力されてデジタル信号に変換された後、信号処理回路により画像化のために処理される。
制御回路７は、予め設定されたパルスシーケンスに従い、上述した各パルスを出力させる制御信号を各シフトレジスタ４，５およびリセットパルス回路に出力することにより、画素アレイ３からの信号の読み出し動作を制御する。
【００２２】
次に、各画素２の回路構成について図２を参照して説明する。画素２は、図２に示されるように、受光した光信号を光電変換して信号電荷を蓄積するフォトダイオード(ＰＤ、光電荷変換素子)２１と、該ＰＤ２１に蓄積された信号電荷を転送する転送トランジスタ（転送手段）２２と、該転送トランジスタ２２によって転送された信号電荷を蓄積するフローティングディフュージョン（ＦＤ、電荷電圧変換端子）２３と、ＦＤ２３に蓄積された信号電荷を電圧として読み出す増幅トランジスタ（電圧信号出力手段）２４と、該増幅トランジスタ２４と垂直信号線８との間に接続された画素選択トランジスタ２５と、ＦＤ２３の電圧を第１のリセット電圧Ｖｒｓｔ１にリセットするＦＤリセットトランジスタ（第１のリセット手段）２６とを備えている。
【００２３】
転送トランジスタ２２、画素選択トランジスタ２５およびＦＤリセットトランジスタ２６のゲートは、垂直シフトレジスタ４に接続され、該垂直シフトレジスタ４から各ゲートにパルスが入力されることにより各画素２は駆動する。
具体的には、転送トランジスタ２２は、ゲートに転送パルスφＴｊが入力されることにより、ソース側のＰＤ２１からドレイン側のＦＤ２３へ、ＰＤ２１が蓄積した信号電荷を転送する。この転送動作によりＰＤ２１が蓄積していた信号電荷量はゼロにリセットされる。ＦＤ２３は、転送トランジスタ２２を介してＰＤ２１から転送されてきた信号電荷を蓄積し、蓄積した信号電荷量に応じた信号電圧を生成する。
【００２４】
増幅トランジスタ２４は、ゲートに接続されたＦＤ２３の信号電圧を増幅し、その信号をソース側の画素選択トランジスタ２５に出力する。画素選択トランジスタ２５は、ゲートに垂直シフトレジスタ４から画素選択パルスφＸｊが入力されることにより、増幅トランジスタ２４から入力された信号を垂直信号線８に出力する。ＦＤ２３が蓄積した信号電荷は、垂直シフトレジスタ４からＦＤリセットトランジスタ２６のゲートにＦＤリセットパルスφＲｊが入力されることによりＦＤリセットトランジスタ２６のドレイン側に排出される。これによりＦＤ２３の電圧は第１のリセット電圧Ｖｒｓｔ１にリセットされる。
【００２５】
次に、このように構成された固体撮像装置１の駆動方法について図３のタイミングチャートを参照して説明する。
本実施形態に係る固体撮像装置１の駆動方法は、画素２が受光した光信号を読み出す光信号読み出し動作と、該光信号読み出し動作に先立って実行されるノイズ信号読み出し動作とからなる。
【００２６】
具体的には、ノイズ信号読み出し動作は、ＦＤ２３をリセットする第１の工程Ｓ１と、リセット後のＦＤ２３の電圧を浮遊電位状態とされている垂直信号線８に読み出す第２の工程Ｓ２と、各垂直信号線８に保存された信号を順番に水平信号線９に読み出して最終出力増幅回路６から出力する第３の工程Ｓ３とを含む。
【００２７】
初期状態においてトランジスタ１０，１１，１２，２２，２５，２６はゲートへのパルスの入力がないオフ状態とされ、ＦＤ２３、垂直信号線８および水平信号線９は浮遊電位状態とされている。
【００２８】
第１の工程Ｓ１において、垂直シフトレジスタ４から１行目の各画素２にＦＤリセットパルスφＲ１が印加されることにより、各画素２のＦＤ２３の電圧は第１のリセット電圧Ｖｒｓｔ１にリセットされる。このＦＤ２３のリセット動作において、ＦＤリセットトランジスタ２６がオンオフ動作することに伴うリセットノイズも第１のリセット電圧Ｖｒｓｔ１と共にＦＤ２３に保存される。
【００２９】
ＦＤ２３のリセット動作と並行して垂直信号線８のリセット動作も実行される。すなわち、制御回路７から垂直信号線リセットトランジスタ１１に垂直信号線リセットパルスφＶｃｌｒが印加されることにより、各垂直信号線８の電圧Ｖ＿ＶＬｉは第２のリセット電圧Ｖｒｓｔ２にリセットされる。図３には、ｎ本の垂直信号線８のうち代表して１列目の電圧Ｖ＿ＶＬ１のみが示されている。このリセット動作の後、垂直信号線リセットトランジスタ１１がオフ状態となることにより、垂直信号線８は再び浮遊電位状態とされる。
【００３０】
次に、第２の工程Ｓ２において、垂直シフトレジスタ４から１行目の各画素２に画素選択パルスφＸ１が印加されることにより、各画素２のＦＤ２３の電圧の信号が増幅トランジスタ２４および画素選択トランジスタ２５を介して浮遊電位状態とされている垂直信号線８に読み出される。垂直信号線８に読み出された信号は、この後に画素選択トランジスタ２５がオフ状態とされて垂直信号線８が再び浮遊電位状態とされることにより、該垂直信号線８に保存される。
【００３１】
次に、第３の工程Ｓ３において、水平シフトレジスタ５から列選択トランジスタ１０へ、１列目から順番に列選択パルスφＨ１，φＨ２，…，φＨｎが印加される。これにより、各垂直信号線８に保存されていた信号Ｎ１，Ｎ２，…，Ｎｎが、１列目の垂直信号線８からＮ列目の垂直信号線８まで順番に水平信号線９に読み出される。水平信号線９に読み出された信号Ｎ１，Ｎ２，…，Ｎｎは最終出力増幅回路６から外部に出力される。このときに、列選択パルスφＨｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）と水平信号線リセットパルスφＨｃｌｒとが交互に出力されることにより、水平信号線９の電圧Ｖ＿ＨＬは、最終出力増幅回路６から１つの信号Ｎｉが出力される度に第３のリセット電圧Ｖｒｓｔ３にリセットされる。
【００３２】
このようにして最終出量増幅回路６から出力された信号Ｎ１，Ｎ２，…，Ｎｎは、第１のリセット電圧Ｖｒｓｔ１と、ＦＤ２３のリセット動作に伴うリセットノイズとを含んでいる。
【００３３】
以上のノイズ信号読み出し動作に続いて、光信号読み出し動作が行われる。
光信号読み出し動作は、ＰＤ２１に蓄積された信号電荷をＦＤ２３に転送する第４の工程Ｓ４と、信号電荷転送後のＦＤ２３の電圧を浮遊電位状態とされている垂直信号線８に読み出す第５の工程Ｓ５と、各垂直信号線８に保存された信号を順番に水平信号線９に読み出して最終出力増幅回路６から出力する第６の工程Ｓ６とを含む。
【００３４】
第４の工程Ｓ４において、垂直シフトレジスタ４から１行目の各画素２に転送パルスφＴ１が印加されることにより、それまでＰＤ２１が蓄積した信号電荷が転送トランジスタ２２を介してＦＤ２３に転送される。これにより、ＦＤ２３の電圧は、第１の工程Ｓ１におけるリセット動作後の電圧から信号電荷量に基づく信号電圧の分だけ変化する。
【００３５】
信号電荷の転送動作と並行して、第１の工程Ｓ１と同様に垂直信号線８のリセット動作も実行される。リセット動作の後、垂直信号線リセットトランジスタ１１がオフ状態となることにより、垂直信号線８は再び浮遊電位状態とされる。
【００３６】
次に、第５の工程Ｓ５において、上述した第２の工程Ｓ２と同様にして垂直シフトレジスタ４から１行目の各画素２に画素選択パルスφＸ１が印加される。これにより、各画素２のＦＤ２３の電圧の信号が増幅トランジスタ２４および画素選択トランジスタ２５を介して浮遊電位状態とされている垂直信号線８に読み出される。垂直信号線８に読み出された信号は、この後に画素選択トランジスタ２５がオフ状態とされて垂直信号線８が再び浮遊電位状態とされることにより、該垂直信号線８に保存される。
【００３７】
次に、第６の工程Ｓ６において、上述した第３の工程Ｓ３と同様にして水平シフトレジスタ５から列選択トランジスタ１０へ列選択パルスφＨ１，φＨ２，…，φＨｎが印加される。これにより、各垂直信号線８に保存されていた信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎが１列目から順番に水平信号線９へ読み出され、最終出力増幅回路６から外部に出力される。
【００３８】
このようにして最終出量増幅回路６から出力された信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎは、ノイズ信号読み出し動作において読み出された信号Ｎ１，Ｎ２，…，Ｎｎに、ＰＤ２１の光信号の受光量に相当する信号が重畳したものとなる。
【００３９】
制御回路７は、以上のように１行目の画素２についてノイズ信号読み出し動作と光信号読み出し動作とを実行した後、垂直シフトレジスタ４によって２行目の画素２を選択し、１行目と同様にノイズ信号読み出し動作と光信号読み出し動作とを実行する。以下、制御回路７は、垂直シフトレジスタ４によって選択する行を順番にずらしながら、全ての行についてノイズ信号読み出し動作と光信号読み出し動作とを実行することにより、全ての画素２の信号を読み出す。
【００４０】
本実施形態に係る固体撮像装置１は、以上のようにして最終出力増幅回路６から出力された２つの信号を信号処理回路において処理する。すなわち、光信号読み出し動作における信号Ｓｉからノイズ読み出し動作における信号Ｎｉを減算し、その差を当該画素２の正味の信号とする。これにより、ＦＤ２３のリセットノイズが除去された、ＰＤ２１の信号電圧に基づく正味の信号を得ることができる。
【００４１】
また、浮遊電位状態とされた垂直信号線８にＦＤ２３の電圧の信号を読み出し、当該信号を垂直信号線８に一時的に保存することにより以下のような効果を奏する。すなわち、垂直信号線に接続された定電流源から垂直信号線に定電流を流すことにより、画素から垂直信号線に信号を読み出す従来の構成と異なり、本実施形態に係る固体撮像装置１においては定電流源が不要である。これにより、消費電力を低減することができる。また、画素２から読み出した信号を記憶するためのキャパシタのようなアナログメモリが不要であるため小型化を図ることができる。特に、従来の固体撮像装置においてアナログメモリの占有面積は比較的大きいため、このアナログメモリを省略することは固体撮像装置１全体の小型化に有効である。
【００４２】
なお、本実施形態においては、ノイズ信号読み出し動作と光信号読み出し動作とを交互に実行し、各行についてノイズ信号読み出し動作と光信号読み出し動作とを連続して実行することとしたが、これに代えて、全ての行についてノイズ信号読み出し動作を行った後に全ての行について光信号読み出し動作を行うこととしてもよい。
【００４３】
また、本実施形態においては、全ての垂直信号線８が単一の水平信号線９に接続され、全ての画素２の信号が共通の水平信号線９および最終出力増幅回路６を介して出力されることしたが、これに代えて、図４に示されるように、画素アレイ３を行方向に複数の領域３ａに分割し、各領域３ａに水平信号線９、水平信号線リセットトランジスタ１２および最終出力増幅回路６が備えられることとしてもよい。
このようにすることで、各領域３ａの画素２からの信号の読み出しを並行して実行し、全画素２の信号の読み出しに要する時間を短縮することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、図５〜図７に示されるように、画素２−１〜２−３が、ＰＤ２１および転送トランジスタ２２を複数備え、複数のＰＤ２１および転送トランジスタ２２が共通のＦＤ２３に並列に接続されてなるととしてもよい。図５、図６、図７はそれぞれ、２つ、４つまたは８つのＰＤ２１および転送トランジスタ２２を備えた画素２−１〜２−３を示している。このように、増幅トランジスタ２４、画素選択トランジスタ２５およびＦＤリセットトランジスタ２６を複数のＰＤ２１によって共有することにより、画素アレイ３の面積を縮小することができる。
【００４５】
図８〜図１０は、図５〜図７に示される構成の画素２−１〜２−３を備える固体撮像装置の動作をそれぞれ示している。２画素共有型の場合、図８に示されるように、垂直シフトレジスタ４は、一方のＰＤ２１についてノイズ読み出し動作と信号読み出し動作とを行い、続いて他方のＰＤ２１についてノイズ読み出し動作と信号読み出し動作とを行う。４画素共有型および８画素共有型の場合も同様に、１つの画素２−２，２，３に含まれるＰＤ２１について順番にノイズ読み出し動作と信号読み出し動作とを行う。
【００４６】
図１１および図１２は、図６に示される４画素共有型の画素２−２または図７に示される８画素共有型の画素２−３の変形例を示している。これら変形例においては、画素選択トランジスタ２５が省略され、ＦＤリセットトランジスタ２６が画素選択トランジスタ２５の機能を兼ねる。すなわち、ＦＤリセットトランジスタ２６のドレインの電圧ＶＲが第１のリセット電圧Ｖｒｓｔ１と十分に小さい電圧との間で切り替えられることにより、ＦＤ２３から垂直信号線８への信号の読み出しのオンオフ動作が行われる。
【００４７】
具体的には、ＦＤリセットトランジスタ２６のドレインの電圧ＶＲが第１のリセット電圧Ｖｒｓｔ１とされた状態で、ＦＤリセットトランジスタ２６のゲートにＦＤリセットパルスφＲが印加されることにより、ＦＤ２３から垂直信号線８へ信号が出力される。一方、ＦＤリセットトランジスタ２６のドレインの電圧ＶＲが十分に小さい電圧とされ、ＦＤリセットトランジスタ２６のゲートにＦＤリセットトパルスφＲが印加されることにより、ＦＤ２３が低電圧となり、ＦＤ２３から垂直信号線８へ信号が出力されない状態となる。
このような変形例によれば、トランジスタの数をさらに減らして画素アレイ３をさらに縮小することができる。
【００４８】
図１３および図１４は、図６に示される４画素共有型の画素２−４または図７に示される８画素共有型の画素２−５のもう１つの変形例を示している。この変形例においては、増幅トランジスタ２４と画素選択トランジスタ２５の配置が逆になっており、増幅トランジスタ２４が垂直信号線８側に配置され、画素選択トランジスタ２５が電源電圧側に配置されている。
このような変形例によれば、画素から信号を読み出す際に増幅トランジスタ２４のゲート・ソース間容量による電圧帰還がより高まり、信号電圧がより上昇することになり、実効的に感度を高めることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  固体撮像装置
２，２−１〜２−７  画素
３  画素アレイ
４  垂直シフトレジスタ（第１の走査手段）
５  水平シフトレジスタ（第２の走査手段）
６  最終出力増幅回路
７  制御回路
８  垂直信号線（第１の信号配線）
９  水平信号線（第２の信号配線）
１０  列選択トランジスタ
１１  垂直信号線リセットトランジスタ（第２のリセット手段）
１２  水平信号線リセットトランジスタ（第３のリセット手段）
２１  フォトダイオード（光電荷変換素子）
２２  転送トランジスタ（転送手段）
２３  フローティングディフュージョン（電荷電圧変換端子）
２４  増幅トランジスタ（電圧信号出力手段）
２５  画素選択トランジスタ
２６  フローティングディフュージョンリセットトランジスタ（第１のリセット手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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