(57)【要約】【課題】画像の品質を向上できる固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。【解決手段】固体撮像装置の駆動方法は、予備動作として撮像領域１２の読み出し行を選択するとともに、前記検出部ＤＮの電圧を、映像信号の基準レベルにリセットする第１ステップと、単位画素１の映像信号の基準レベルである検出部ＤＮの電圧を昇圧させる第２ステップとを具備し、前記第１ステップの始期（ｔ１）は、前記第２ステップの始期（ｔ２）よりも早いか、又は前記第２ステップの始期（ｔ２）と同時である。【選択図】図３
2011044879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像領域の読み出し行を選択するとともに、検出部の電圧を、映像信号の基準レベルにリセットする第１ステップと、
単位画素の映像信号の基準レベルにセットされた検出部の電圧を昇圧するための予備動作として該単位画素のソースフォロワ回路を有効にする第２ステップとを具備し、
前記第１ステップの始期は、前記第２ステップの始期よりも早いか、又は前記第２ステップの始期と同時であること
を特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記第２ステップの後、前記映像信号の基準レベルを昇圧するために垂直信号線の電圧を上昇させるステップと、
画素信号を読み出すために、単位画素のソースフォロワ回路を有効とし、前記垂直信号線に出力される映像信号の基準レベルをＡＤ変換回路にサンプルホールドするステップと、
光電変換により得た電荷を前記検出部に読み出し、前記垂直信号線に出力される映像信号をＡＤ変換回路にサンプルホールドするステップと、
単位画素のソースフォロワ回路を無効にするステップと、
選択された読み出し行を非選択化するステップとを更に具備し、
前記ソースフォロワ回路を有効および無効にするステップを、該ソースフォロワ回路の負荷トランジスタの動作で行うこと
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記読み出し行の選択／非選択を行うステップを、前記単位画素の増幅トランジスタのドレイン端に接続される選択トランジスタを用いて行うこと
を特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
検出部をそれぞれ有し、行線と垂直信号線との交差位置に配置される複数の単位画素を備える撮像領域と、
前記撮像領域の読み出し行を選択するとともに前記検出部の電圧を、映像信号の基準レベルにリセットする第１ステップと、前記単位画素の映像信号の基準レベルにセットされた前記検出部の電圧を昇圧するための予備動作として該単位画素のソースフォロワ回路を有効にする第２ステップとを少なくとも行い、前記第１ステップの始期は、前記第２ステップの始期よりも早いか、又は前記第２ステップの始期と同時となるように、前記撮像領域を制御する垂直シフトレジスタとを具備すること
を特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記垂直信号線を介して入力されるアナログ信号を、デジタル信号に変換するＡＤ変換回路を更に具備し、
前記撮像領域は、電流経路の一端が前記垂直信号線および前記ＡＤ変換回路に接続される複数の負荷トランジスタを更に備え、
前記単位画素のソースフォロワ回路を有効／無効にする動作を、該ソースフォロワ回路の負荷トランジスタで行うこと
を特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記読み出し行の選択／非選択を、前記単位画素の増幅トランジスタのドレイン端に接続される選択トランジスタを用いて行うこと
を特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体撮像装置およびその駆動方法に関し、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ等に適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置の撮像領域においては、検出部（ＤＮ）のリセットトランジスタ（Ｔｂ）、及び画素信号増幅用トランジスタ（Ｔａ）のドレインをパルス駆動することで、画素信号の読み出し行の選択を行っているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記構成において、検出部（ＤＮ）のダイナミックレンジを広げるためには、例えば、撮像領域のソースフォロワのカットオフ用トランジスタ（ＴＩ）のオン／オフ動作により、垂直信号線（ＤＬ）の電圧変動が検出部（ＤＮ）に誘導することを利用して、低下した検出部（ＤＮ）の基準電圧を再度高くすることが有効であると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２３６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構成およびその駆動動作によれば、垂直信号線（ＤＬ）の変動がフォトダイオード（ＰＤ）にまで伝わってしまい、結果、画像の品質が低下するという傾向がある。
【０００６】
そこで、この発明では、画像の品質を向上できる固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の一態様に係る固体撮像装置は、検出部をそれぞれ有し、行線と垂直信号線との交差位置に配置される複数の単位画素を備える撮像領域と、撮像領域の読み出し行を選択するとともに前記検出部の電圧を、映像信号の基準レベルにリセットする第１ステップと、前記単位画素の映像信号の基準レベルにセットされた前記検出部の電圧を昇圧するための予備動作として該単位画素のソースフォロワ回路を有効にする第２ステップとを少なくとも行い、前記第１ステップの始期は、前記第２ステップの始期よりも早いか、又は前記第２ステップの始期と同時となるように、前記撮像領域を制御する垂直シフトレジスタとを具備する。
【０００８】
この発明の一態様に係る固体撮像装置の駆動方法は、撮像領域の読み出し行を選択するとともに、前記検出部の電圧を、映像信号の基準レベルにリセットする第１ステップと、単位画素の映像信号の基準レベルにセットされた検出部の電圧を昇圧するための予備動作として該単位画素のソースフォロワ回路を有効にする第２ステップとを具備し、前記第１ステップの始期は、前記第２ステップの始期よりも早いか、又は前記第２ステップの始期と同時である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、画像の品質を向上できる固体撮像装置およびその駆動方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成例を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の撮像領域の構成例を説明するための等価回路図。
【図３】第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動動作を示すタイミングチャート図。
【図４】第１の実施形態および比較例に係る固体撮像装置の出力ばらつきを説明するための図。
【図５】第２の実施形態に係る固体撮像装置の撮像領域の構成例を説明するための等価回路図。
【図６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の駆動動作を示すタイミングチャート図。
【図７】第３の実施形態に係る固体撮像装置の撮像領域の構成例を説明するための等価回路図。
【図８】第３の実施形態に係る固体撮像装置の駆動動作を示すタイミングチャート図。
【図９】比較例に係る固体撮像装置の駆動動作を示すタイミングチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、固体撮像装置として、ＣＭＯＳセンサを一例に挙げて説明する。尚、この説明においては、全図にわたり共通の部分には共通の参照符号を付す。
【００１２】
［第１の実施形態］  
まず、図１乃至図４を用いて、この発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法を説明する。  
＜１．構成例＞  
１−１．全体構成例  
図１を用いて、第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成例について説明する。本例では、撮像領域のカラム位置にＡＤ変換回路が配置された一例について示している。
【００１３】
図示するように、本例に係る固体撮像装置１０は、撮像領域（Pixel region）１２と駆動回路領域１４により構成される。  
撮像領域１２は、半導体基板に、光電変換部及び信号走査回路部を含みマトリクス状に配置される単位画素（Pixel）１行列を備える。  
光電変換部は、光電変換し蓄積するフォトダイオード等を含み、撮像部として機能する。信号走査回路部は、後述する増幅トランジスタ等を備え、光電変換部からの信号を読み出し増幅しＡＤ変換回路１５に送信する。
【００１４】
駆動回路領域１４は、上記信号走査回路部を駆動するための垂直シフトレジスタ１３およびＡＤ変換回路等の駆動回路を備える。  
垂直シフトレジスタ（Vertical Shift register）１３は、信号ＬＳ１〜ＬＳｋを撮像領域１２に出力し、単位画素（Pixel）１を行毎に選択し、読出し行に所定の電圧信号（ＲＥＳＥＴｎ等）を与える選択部および制御部として機能する。選択された行の単位画素１からはそれぞれ、入射された光の量に応じたアナログ信号Ｖsigが垂直信号線ＤＬを介して出力される。
【００１５】
ＡＤ変換回路（ＡＤＣ）１５は、垂直信号線ＤＬを介して入力されたアナログ信号Ｖsigを、デジタル信号に変換する。
【００１６】
尚、全体構成例としては、本例の場合に限られるものではない。例えば、カラム列にＡＤＣ回路が配置されずチップレベルにＡＤＣ回路が配置される構成、或いはセンサーチップ上にＡＤＣが配置されない構成等であっても良い。
【００１７】
１−２．撮像領域の構成例
次に、図２を用いて、第１の実施形態に係る固体撮像装置の撮像領域の構成例について説明する。図示する構成は、撮像領域１２および撮像領域の説明のための駆動回路領域１４が示されている。
【００１８】
撮像領域１２は、行線（信号線ＲＥＳＥＴｎ等）と垂直信号線ＤＬとの交差位置にマトリクス状に配置される複数の単位画素（Pixel）１，トランジスタＴＬ，ＴＩ，およびバイアス発生回路２０を備える。
【００１９】
単位画素１のそれぞれは、検出部となる検出ノードＤＮを有し、３つのトランジスタ（増幅トランジスタＴａ，リセットトランジスタＴｂ，読出しトランジスタＴｃ）とフォトダイオード（ＰＤ）から構成される。
【００２０】
増幅トランジスタＴａのソースは垂直信号線ＤＬに接続され、ドレインは信号線ＤＲＡＩＮに接続され、ゲートは単位画素の検出部であるノードＤＮに接続される。  
リセットトランジスタＴｂのソースは検出部であるノードＤＮに接続され、ドレインは信号線ＤＲＡＩＮに接続され、ゲートは信号線ＲＥＳＥＴｎに接続される。  
読出しトランジスタＴｃのソースはフォトダイオードＰＤのカソードに接続され、ドレインは検出部となるノードＤＮに接続され、ゲートは信号線ＲＥＡＤｎに接続される。  
フォトダイオードＰＤのアノードは接地電源電圧（ＧＮＤ）に接続される。
【００２１】
トランジスタＴＬ，ＴＩ，およびバイアス発生回路２０は、撮像領域１２の図中の下部に示される周辺領域に配置される。  
トランジスタＴＬは、ソースフォロワ回路の負荷用トランジスタである。トランジスタＴＬのソースはトランジスタＴＩのドレインに接続され、ドレインは垂直信号線ＤＬおよびＡＤ変換回路１５の入力に接続され、ゲートはバイアス発生回路２０の出力電圧ＶＶＬに共通に接続される。  
トランジスタＴＩは、ソースフォロワ回路のカットオフ用のトランジスタである。トランジスタＴＩのソースは接地電源電圧（ＧＮＤ）に接続され、ゲートは信号線ＤＲＣＵＴに接続される。  
増幅用トランジスタＴａと負荷用トランジスタＴＬによって形成されるソースフォロワ回路の出力である垂直信号線ＤＬが続くＡＤ変換回路１５へと接続されている。
【００２２】
また、ＡＤ変換回路１５は、撮像領域１２のソースフォロワ回路の出力のサンプルホールド用トランジスタであるトランジスタＴＳ１を備える。トランジスタＴＳ１のドレインには垂直信号線（ＤＬｉ，ＤＬｉ＋１，…，）の出力信号であるアナログ信号（Vsigｉ，Vsigｉ＋１，…，）が入力され、ゲートは信号線Ｓ１が接続される。
【００２３】
＜２．駆動動作＞  
次に、図３を用いて、第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動動作について説明する。この説明においては、図３に示すタイミングチャートに則して説明する。なお、後述する比較例との違いは、垂直シフトレジスタ１３の制御により、信号線ＤＲＣＵＴを”Ｈ”レベルとする前に、信号線ＲＥＳＥＴｎを”Ｈ”レベルとしリセットトランジスタＴｂをオンして検出ノードＤＮを”Ｈ”レベルに固定しておく点であり、そのため、時刻ｔ１の際には、信号線ＤＲＣＵＴの電圧レベルは”Ｌ”レベル（Ｌｔ１）である。
【００２４】
上記のような電圧関係となるように垂直シフトレジスタ１３が制御することで、後述する比較例のように、検出ノードＤＮの昇圧予備動作のために、カットオフトランジスタＴＩをオンする際に、垂直信号線ＤＬの電圧低下が検出ノードＤＮに誘導して電圧低下することを抑えることができる。  
この結果、本例では、垂直信号線ＤＬの変動が検出ノードＤＮの電圧低下としてフォトダイオードＰＤに伝わり、単位画素１にノイズが混入することを防止することができるため、画像の品質を向上することができる。
【００２５】
（第１ステップ）  
まず、最初の時刻ｔ１の際、信号線ＲＥＳＥＴｎを”Ｈ”レベルとして、リセットトランジスタＴｂをオンし、検出ノードＤＮを基準電圧（リセットレベル）にセットする。これは、一定期間フォトダイオードＰＤで光電変換した信号電荷を読み出す前に、検出ノードＤＮに蓄積した暗電流等の無効信号を除去するために行うものである。
【００２６】
尚、この時刻ｔ１の際の増幅トランジスタＴａとリセットトランジスタＴｂのドレイン端の印加信号ＤＲＡＩＮは、”Ｈ”レベルにセットされており、検出ノードＤＮの基準電圧（リセットレベル）が”Ｈ”レベルにセットされることで、検出ノードＤＮが電荷の検出器として機能するようになり非選択行の選択化が行われる。又、他の行の検出ノードＤＮは“Ｌ”レベルにセットされており、検出ノードＤＮが電荷の検出器として機能しないので、非選択である。
【００２７】
（第２ステップ）  
次に、時刻ｔ２の際に、信号線ＤＲＣＵＴを“Ｈ”レベルとして、カットオフトランジスタＴＩをオンすると同時に、負荷トランジスタＴＬのバイアス電圧ＶＶＬを電圧（Ｈ２レベル）まで高くする。これにより、負荷トランジスタＴＬ、カットオフトランジスタＴＩを介してＧＮＤとのパスができるため垂直信号線ＤＬの電圧が低下し、ｔ４で行われる検出ノードＤＮの昇圧のための予備動作となる。また、負荷トランジスタＴＬのバイアス電圧ＶＶＬを高くすることで垂直信号線ＤＬの電圧低下量が増加する。
【００２８】
尚、この時、リセットトランジスタＴｂがオンであり、検出ノードＤＮが“Ｈ”レベルに固定されているため、垂直信号線ＤＬの電圧低下が検出ノードＤＮを介して、画素ＰＤにまで伝わることが無いので、検出ノードＤＮの昇圧予備動作によって単位画素１の映像信号にノイズが混入する事も無い。
【００２９】
（第３ステップ）  
続いて、時刻ｔ３の際、信号線ＤＲＣＵＴを”Ｈ”レベル状態のまま負荷トランジスタＴＬに接続されるカットオフトランジスタＴＩをオンした状態で、信号線ＲＥＳＥＴｎを”Ｌ”レベルとしリセットトランジスタＴｂをオフとする。
【００３０】
（第４ステップ）  
続いて、時刻ｔ４の際、信号線ＤＲＣＵＴを”Ｌ”レベルとして、カットオフトランジスタＴＩをオフすると同時に負荷トランジスタＴＬのバイアス電圧ＶＶＬを元の電圧（Ｈ１）に戻す。
【００３１】
上記時刻ｔ３、ｔ４のような電圧関係とすることで、単位画素１のソースフォロワ回路（Ｔａ〜ＴＬ）は、接地電源電圧ＧＮＤとのパスがカットされる。さらに、信号線ＤＲＡＩＮが”Ｈ”レベルであるから、増幅トランジスタＴａのゲートが”Ｈ”レベルになっているため、垂直信号線ＤＬの電圧が上昇する。
【００３２】
この際、検出ノードＤＮは、リセットトランジスタＴｂがオフで、読み出しトランジスタＴｃもオフであるため、フローティングであり、かつ増幅トランジスタＴａによって垂直信号線ＤＬとの間にカップリング容量を持つ。そのため、検出ノードＤＮは、垂直信号線ＤＬの電圧上昇に連動して電圧が上昇する（検出部の昇圧）。
【００３３】
尚、検出ノードＤＮを昇圧するためにＤＲＣＵＴを“Ｈ”レベルにする期間（ｔ２〜ｔ４）、負荷トランジスタＴＬのバイアス電圧ＶＶＬを高くすることで昇圧効果を高めている。
【００３４】
（第５ステップ）  
続いて、時刻ｔ５の際、フォトダイオードＰＤで光電変換した信号電荷を読み出す為に、信号線ＤＲＣＵＴ，Ｓ１を”Ｈ”レベルとし、カットオフトランジスタＴＩをオンとして、単位画素１のソースフォロワ回路（Ｔａ〜ＴＬ）を動作させる。この動作により、垂直信号線ＤＬは、負荷トランジスタＴＬとカットオフトランジスタＴＩを通じて接地電源電圧ＧＮＤとのパスができるため、電圧低下する。また、検出ノードＤＮも増幅トランジスタＴａとのカップリング容量により、垂直信号線ＤＬに連動して電圧低下する（検出部リセットレベルの低下）。  
尚、上記時刻ｔ４の際に、検出ノードＤＮの昇圧動作を行うことによって、この時刻ｔ５の際の検出ノードＤＮのリセットレベルの低下を相殺し、更に低下量以上に引き上げている。このような検出ノードＤＮの昇圧動作を行わないと、更に検出ノードＤＮの電圧低下が大きくなるからである。
【００３５】
（第６ステップ）  
続いて、時刻ｔ６の際、信号線ＲＥＡＤｎを”Ｈ”レベルとし、読み出しトランジスタＴｃをオンとして、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷を検出ノードＤＮに読み出す。この際、検出ノードＤＮは、読み出された電荷量に応じて、リセットレベルから電圧低下する。この電圧低下が、増幅トランジスタＴａによって垂直信号線ＤＬに伝わり、垂直信号線ＤＬの電圧を低下する。  
さらに、この際には、信号線Ｓ１を”Ｌ”レベルとし、単位画素１のリセットレベルをサンプリングした後のＡＤ変換回路１５中の画素信号サンプルホールド用トランジスタＴＳ１をオフとする。
【００３６】
（第７ステップ）  
続いて、時刻ｔ７の際、信号線ＲＥＡＤｎを”Ｌ”レベルとし、読み出しトランジスタＴｃをオフとする。
【００３７】
続いて、信号線Ｓ１を”Ｈ”レベルとしてトランジスタＴＳ１をオンとして、単位画素１の信号レベルをＡＤ変換回路１５にサンプリングした後、時刻ｔ８の際、信号線Ｓ１を”Ｌ”レベルとしてトランジスタＴＳ１をオフとする。このため、トランジスタＴＳ１によってサンプリングされたリセットレベルと信号レベルの差が後段のＡＤ変換回路１５でＡＤ変換され、デジタル信号として外部に出力され、単位画素１の画素信号の読出しが行われる。  
ここで、上記のように、画素信号としてＡＤ変換されるのは、リセットレベルとそこから更に低下した画素信号の差分である。このため、検出ノードＤＮのリセットレベル自体が低下してしまうと、画素信号として検出可能な最大信号量が少なくなってしまう（ダイナミックレンジの減少）。
【００３８】
しかしながら、本例では、時刻ｔ４の際の上記電圧関係による検出ノードＤＮの昇圧動作によって、検出ノードＤＮの電圧レベルをリセットレベルの低下量以上に昇圧することができる。結果、このような昇圧効果によって、検出ノードＤＮのダイナミックレンジを拡大することができる点で有利である。
【００３９】
（第８ステップ）  
続いて、時刻ｔ８の際、信号線ＤＲＣＵＴおよびＶＶＬを”Ｌ”レベルとしてカットオフトランジスタＴＩをオフとして、単位画素１のソースフォロワ回路（Ｔａ〜ＴＬ）の接地電源電圧ＧＮＤと、ＡＤ変換回路１５とのパスをカットする。
【００４０】
（第９ステップ）  
続いて、時刻ｔ９の際、信号線ＤＲＡＩＮを”Ｌ”レベルとして増幅トランジスタＴａおよびリセットトランジスタＴｂのドレイン端を”Ｌ”レベルにする。
【００４１】
（第１０ステップ）  
続いて、時刻ｔ１０の際、信号線ＲＥＳＥＴｎを”Ｈ”レベルとしてリセットトランジスタＴｂをオンとすることで、検出ノードＤＮを”Ｌ”レベルに再びセットする。これにより、増幅トランジスタＴａが働かなくなり選択行の非選択化を行っている。
【００４２】
（第１１ステップ）  
続いて、時刻ｔ１１の際、信号線ＲＥＳＥＴｎを”Ｌ”レベルとしてリセットトランジスタＴｂをオフとする。
【００４３】
（第１２ステップ）  
続いて、最後に時刻ｔ１２の際、信号線ＤＲＡＩＮを”Ｈ”レベルとして増幅トランジスタＴａおよびリセットトランジスタＴｂのドレイン端を”Ｈ”レベルに戻して、次のラインの読み出しに備える。
【００４４】
＜３．作用効果＞  
この第１の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法によれば、少なくとも下記（１）乃至（２）の効果が得られる。  
（１）画像の品質を向上できる。  
上記のように、本例に係る固体撮像装置は、検出部ＤＮをそれぞれ有し、行線（ＲＥＳＥＴｎ等）と垂直信号線ＤＬとの交差位置に配置される複数の単位画素１を備える撮像領域１２と、撮像領域の読み出し行を選択するとともに検出部ＤＮの電圧を、映像信号の基準レベルにリセットする第１ステップと、単位画素１の映像信号の基準レベルにセットされた検出部ＤＮの電圧を昇圧するための予備動作として該単位画素１のソースフォロワ回路（Ｔａ〜ＴＬ）を有効にする第２ステップとを少なくとも行い、前記第１ステップの始期（時刻ｔ１）は、前記第２ステップの始期（時刻ｔ２）よりも早いか、又は前記第２ステップの始期（時刻ｔ２）と同時となるように、撮像領域１２を制御する垂直シフトレジスタ１３とを具備する。  
本例に係る固体撮像装置の駆動方法は、撮像領域１２の読み出し行を選択するとともに、検出部ＤＮの電圧を、映像信号の基準レベルにリセットする第１ステップと、単位画素１の映像信号の基準レベルにセットされた検出部ＤＮの電圧を昇圧するための予備動作として該単位画素１のソースフォロワ回路（Ｔａ〜ＴＬ）を有効にする第２ステップとを具備し、前記第１ステップの始期（時刻ｔ１）は、前記第２ステップの始期（時刻ｔ２）よりも早いか、又は第２ステップの始期（時刻ｔ２）と同時である。  
上記構成およびその駆動方法によれば、上記のような電圧関係となるように垂直シフトレジスタ１３が制御することで、後述する比較例のように、検出ノードＤＮの昇圧予備動作のために、カットオフトランジスタＴＩをオンする際に、垂直信号線ＤＬの電圧低下が検出ノードに誘導して電圧低下することを抑えることができる。  
この結果、本例では、垂直信号線ＤＬの電圧低下が検出ノードＤＮの電圧低下としてフォトダイオードＰＤに伝わり、単位画素１にノイズが混入することを防止することができるため、画像の品質を向上することができる。
【００４５】
例えば、図４に示すように、後述する比較例（図中の（ａ））と、第１の実施形態（図中の（ｂ））との出力ばらつき［ＬＳＢ］を比較すると、画質の向上は明らかである。
【００４６】
ここで、出力ばらつき［ＬＳＢ］とは、画素出力の不均一さを統計的に数値化（標準偏差σ）したものである。これは、２次元状に配置された各々の画素から出力される信号が均一になるような状態（例えば、暗時（画素に光が当っていない状態））にすると、本来、全ての画素出力が均一となるべきである。しかしながら、画素欠陥や画素を構成するトランジスタの製造ばらつき、回路動作時のノイズ等の要因により、画素出力が不均一となる。
【００４７】
より具体的には、Ｎ［個］×Ｍ［個］の２次元でマトリクス状に配置された各画素信号のデジタル変換値Ａ１〜Ａ（Ｎ×Ｍ）の出力ばらつき［σ］は以下のように示される。
【００４８】
σ＝｛（Ｎ×Ｍ）ΣＡ２−（ΣＡ）２／（Ｎ×Ｍ）（Ｎ×Ｍ−１）｝１／２
尚、１［ＬＳＢ］とは、画素信号をデジタル変換した際の最小値（分解能）を示すものである。
【００４９】
図示するように、図中（ａ）の比較例に係る出力ばらつきは、２２．０６［ＬＳＢ］程度である。一方、図中（ｂ）の第１の実施形態に係る出力ばらつきは、１６．１４［ＬＳＢ］程度に画質を改善することができる。このように、本例に係る構成および駆動動作によれば、出力ばらつきの点で、少なくとも３割程度の画像の品質を向上することができる点で有利であることは明らかである。このように、画素信号検出部ＤＮのダイナミックレンジを広げるための予備動作を行う際に、副作用的に画質が劣化してしまうことを防止することができる。
【００５０】
（２）単位画素１の検出部ＤＮのダイナミックレンジを拡大することができる。  
ここで、上記時刻ｔ７において説明したように、画素信号としてＡＤ変換されるのは、リセットレベルとそこから更に低下した画素信号の差分である。このため、検出ノードＤＮのリセットレベル自体が低下してしまうと、画素信号として検出可能な最大信号量が少なくなってしまう（ダイナミックレンジの減少）。
【００５１】
しかしながら、本例では、時刻ｔ４の際の上記電圧関係による検出ノードＤＮの昇圧動作によって、検出ノードＤＮの電圧レベルをリセットレベルの低下量以上に昇圧することができる。結果、このような昇圧効果によって、検出ノードＤＮのダイナミックレンジを拡大することができる点で有利である。
【００５２】
［第２の実施形態（カットオフトランジスタＴＩを削減する一例）］  
次に、図５および図６を用いて、第２の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。この実施形態は、カットオフトランジスタＴＩを削減する一例に関するものである。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
【００５３】
＜構成例＞  
まず、図５を用い、本例に係る固体撮像装置の構成例について説明する。図示するように、本例に係る固体撮像装置は、カットオフトランジスタＴＩが削除されこれを備えていない点で、上記第１の実施形態に係る固体撮像装置と相違する。  
そのため、後述するように、単位画素１のソースフォロワ回路（Ｔａ〜ＴＬ）を有効／無効にする動作を、単位画素１の増幅トランジスタＴａのソース端に電気的に接続される負荷トランジスタＴＬを用いて行われる。
【００５４】
＜駆動動作＞  
次に、図５を用いて、本例に係る固体撮像装置の駆動動作について説明する。  
図示するように、信号線ＶＶＬの電圧レベルを制御することにより、カットオフトランジスタＴＩで行っていた画素ソースフォロワ回路の接地電源電圧ＧＮＤパスのカットを、負荷トランジスタＴＬで行っている点で、上記第１の実施形態と相違する。  
このため、負荷トランジスタＴＬのゲートに印加される信号線ＶＶＬは、バイアス発生回路２０により、接地電源電圧ＧＮＤパスのカット期間である”Ｌ”レベルと、画素信号読み出し期間である中間バイアス電圧レベル１（”Ｈ１”レベル）、それに検出部ＤＮの昇圧動作期間である中間バイアス電圧レベル２（”Ｈ２”レベル（＞”Ｈ１”レベル））の３値制御される。  
例えば、時刻ｔ２の際には、バイアス発生回路２０の制御により、信号線ＶＶＬの電圧レベルは、中間バイアスレベル２（”Ｈ２”レベル）とされる。続いて、同様に、時刻ｔ４の際には、バイアス発生回路２０の制御により、信号線ＶＶＬの電圧レベルは、バイアスレベルＬ（”Ｌ”レベル）とされる。続いて、同様に、時刻ｔ５の際には、バイアス発生回路２０の制御により、信号線ＶＶＬの電圧レベルは、中間バイアスレベル１（”Ｈ１”レベル）とされる。
【００５５】
より高い昇圧効果を得る為には、中間バイアスレベル２（”Ｈ２”レベル）は、Ｈレベルに近づけて負荷トランジスタＴＬのオン抵抗を下げることで垂直信号線ＤＬの電圧を下げておいて、負荷トランジスタＴＬがオフした時の垂直信号線ＤＬの電圧上昇量を増やすことが望ましい。この必要がなければ、中間バイアスレベル２（”Ｈ２”レベル）は、中間バイアスレベル１（”Ｈ１”レベル）と同じ電圧レベルでも良い。
【００５６】
尚、上記信号線ＶＶＬの３値の電圧レベルの制御は、バイアス発生回路２０に限られず、例えば、垂直シフトレジスタ１３が行っても良い。
【００５７】
＜作用効果＞  
上記のように、第２の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法によれば、少なくとも上記（１）乃至（２）と同様の効果が得られる。  
さらに、本例によれば、負荷トランジスタＴＬのゲートに印加される信号線ＶＶＬは、バイアス発生回路２０により、接地電源電圧ＧＮＤパスのカット期間である”Ｌ”レベルと、画素信号読み出し期間である中間バイアス電圧レベル１（”Ｈ１”レベル）、それに検出部ＤＮの昇圧動作期間である中間バイアス電圧レベル２（”Ｈ２”レベル）の３値制御される。
【００５８】
このため、カットオフトランジスタＴＩを削除でき、単位画素１のソースフォロワ回路（Ｔａ〜ＴＬ）を有効／無効にする動作を負荷トランジスタＴＬで行うことができる。この結果、本例に係る構成およびその駆動動作によれば、占有面積の低減に対して有利であると言える。
【００５９】
また、カットオフトランジスタＴＩの閾値電圧分だけソースフォロワ（Ｔａ〜ＴＬ）のダイナミックレンジを対ＧＮＤ側に広げることができる点で有利であると言える。
【００６０】
［第３の実施形態（単位画素に選択トランジスタＴｄを更に備える一例）］  
次に、図７および図８を用いて、第３の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。この実施形態は、単位画素１に選択トランジスタＴｄを更に備える一例に関するものである。この説明において、上記第１の実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
【００６１】
＜構成例＞  
まず、図７を用いて、本例に係る固体撮像装置について説明する。  
第３の実施形態に係る固体撮像装置は、単位画素（Pixel）に選択トランジスタＴｄを更に備える点で、上記第１の実施形態と相違している。  
選択トランジスタＴｄのソースは増幅トランジスタＴａのドレインに接続され、ドレインは内部電源電圧ＶＤＤに接続され、ゲートは信号線ＡＤＲＥＳｎに接続される。換言すると、増幅トランジスタＴａのドレインは選択トランジスタＴｄのソースに接続され、選択トランジスタのゲートにＡＤＲＥＳｎ信号が印加され、選択トランジスタＴｄのドレインは撮像領域１２の内部電源電圧ＶＤＤに接続されている。  
また、リセットトランジスタＴｂのドレインも撮像領域１２の内部電源電圧ＶＤＤに接続されている。
【００６２】
＜駆動動作＞  
次に、図８を用いて、本例に係る固体撮像装置の駆動動作について説明する。  
図示するように、増幅トランジスタＴａおよびリセットトランジスタＴｂのドレイン端を、信号ＤＲＡＩＮでパルス駆動することにより読み出し行の選択／非選択を行っていたところを、選択トランジスタＴｄの印加信号ＡＤＲＥＳｎのオン／オフで行っている点で、上記第１の実施形態と相違する。  
例えば、時刻ｔ５の際、垂直シフトレジスタ１３の制御により、信号線ＡＤＲＥＳｎの電圧レベルを”Ｈ”レベルとし、選択トランジスタＴｄの電流経路をオンとすることで、読み出し行の選択を行う。
【００６３】
＜作用効果＞  
上記のように、この実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法によれば、少なくとも上記（１）乃至（２）と同様の効果が得られる。  
更に、本例によれば、読み出し行の選択を選択トランジスタＴｄで行っている。そのため、リセットトランジスタＴｂのドレイン端をパルス駆動する必要が無くＤＣ電圧を印加できるため、ドレインドライバ回路を介さずに撮像領域１２の電源電圧ＶＤＤを直接印加できる。これにより、リセットトランジスタＴｂが“Ｈ”レベルのときに検出ノードＤＮに印加される電圧をドレインドライバ回路のオン抵抗分、高くすることができ、単位画素（Pixel）１の検出ノードＤＮにおけるダイナミックレンジを更に拡大することができる点で有利である。
【００６４】
［比較例］  
次に、図９を用いて、上記第１乃至第３の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法と比較するために、比較例に係る固体撮像装置の駆動方法について説明する。この比較例は、昇圧予備動作の際においてノイズが発生し得る一例に関するものである。この説明において、上記実施形態と重複する部分の詳細な説明を省略する。
【００６５】
＜駆動動作＞  
図９に則して、比較例に係る固体撮像装置の駆動動作について説明する。  
図示するように、まず、時刻ｔ１の際に、検出部（ＤＮ）の昇圧予備動作として、信号線ＤＲＣＵＴを”Ｈ”レベルとし、カットオフトランジスタ（ＴＩ）をオンしておく。
【００６６】
この際の動作によって、垂直信号線（ＤＬ）は負荷トランジスタ（ＴＬ）とカットオフトランジスタ（ＴＩ）を通じて、接地電源電圧（ＧＮＤ）とのパスが形成される。そのため、垂直信号線ＤＬは、電圧Ｖｄだけ電圧低下する。また、この電圧低下（Ｖｄ）は、増幅トランジスタ（Ｔａ）のカップリング効果で誘導して、検出部（ＤＮ）の電圧も低下させる。このとき、読み出しトランジスタ（Ｔｃ）はオフされているものの、ピンニング電位に保たれているだけなので、検出部（ＤＮ）の電圧低下が、読み出しトランジスタ（Ｔｃ）を越えてフォトダイオード（ＰＤ）にまで伝わってしまう。このフォトダイオード（ＰＤ）へ伝わったリークが、ノイズ（Noise）として画質を悪化する要因となる。  
このように、この時刻ｔ１の際には、信号線ＤＲＣＵＴの電圧レベルは”Ｈ”レベル（Ｈｔ１）である。  
続いて、時刻ｔ２の際に、信号線ＲＥＳＥＴｎを”Ｈ”レベルとし、リセットトランジスタ（Ｔｂ）をオンとすることで、検出部（ＤＮ）に蓄積した暗電流など無効信号を除去するために、検出部（ＤＮ）を基準電圧（リセットレベル）にセットする。
【００６７】
上記のように、比較例に係る構成および駆動動作によれば、上記時刻ｔ１の際のように、垂直信号線（ＤＬ）の変動がフォトダイオード（ＰＤ）にまで伝わってしまい、ノイズ（Noise）が発生する。結果、画像の品質が低下する点で、不利である。
【００６８】
以上、第１乃至第３の実施形態および比較例を用いて本発明の説明を行ったが、この発明は上記各実施形態および比較例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。また、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の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば各実施形態および比較例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、こ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。
【符号の説明】
【００６９】
１０…固体撮像装置、１２…撮像領域、１３…垂直シフトレジスタ、１４…駆動回路領域、１５…ＡＤ変換回路、１…単位画素（Pixel）、２０…バイアス発生回路、ＤＮ…検出部、ＤＬ…垂直信号線、Ｔａ…増幅トランジスタ、Ｔｂ…リセットトランジスタ、Ｔｃ…読出しトランジスタ、ＰＤ…フォトダイオード、Ｔｄ…選択トランジスタ、ＴＬ…負荷トランジスタ、ＴＩ…カットオフトランジスタ、ＴＳ１…サンプルホールドトランジスタ。
【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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