(57)【要約】【課題】  電源電圧の低電圧化や、電源電圧がそのままの場合には広ダイナミックレンジ化を図ることの可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】  フォトダイオードＰＤと、該フォトダイオードの生成電荷を蓄積する電荷蓄積部ＦＤと、生成電荷を電荷蓄積部へ転送する転送トランジスタＭ１と、電荷蓄積部をリセットするリセットトランジスタＭ２と、電荷蓄積部ＦＤの電荷に応じた信号を増幅する増幅トランジスタＭ３と、増幅された信号を選択する選択トランジスタＭ４とからなる単位画素を行列状に配置した画素部と、画素部を制御する制御部100 とを備え、制御部は、電荷蓄積部をリセットする場合、リセット直前には転送トランジスタのゲートを負電位とし、リセット動作後、転送トランジスタのゲートを前記負電位より高い電位とし、電荷蓄積部のリセット電位を出力するように制御する。【選択図】        図１
2008205891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された電磁波に対応する信号電荷を生成する電荷生成手段と、該電荷生成手段に生成された信号電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、前記電荷生成手段に生成された信号電荷を前記電荷蓄積手段に転送する信号転送手段と、前記電荷蓄積手段をリセットするリセット手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積される信号電荷に応じた信号を増幅する増幅手段と、該増幅手段により増幅された信号の信号出力線への出力を選択的に活性化する選択手段とを有するユニットがマトリクス状に配置されたイメージ部と、
前記電荷蓄積手段をリセットする場合、少なくともリセット直前においては前記転送手段の制御端子の電位を負電位とし、前記リセット手段によるリセット動作後、前記転送手段の制御端子の電位を前記負電位より高い電位とするように制御する制御部とを備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記転送手段の制御端子の電位を負電位より高い電位にした後、前記電荷蓄積手段のリセット電位が前記信号出力線に出力されるように制御することを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
【請求項３】
前記電荷生成手段と前記信号転送手段とをサブユニットとし、複数の前記サブユニットが前記電荷蓄積手段に共通に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に係る固体撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記負電位より高い電位をグランド電位に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イメージ入力装置等として広範に用いられる固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージ入力装置等として用いられる固体撮像装置としては、これまでにＭＯＳ型やＣＣＤ型など様々な方式のものが提案され、実用化に至っている。また、ＭＯＳ型固体撮像装置の中には、電荷生成手段で生成された信号電荷に応じた画素信号を生成する画素信号生成手段に増幅用の駆動トランジスタを有する増幅型固体撮像素子（ＡＰＳ：Active Pixel Sensor ）構成の画素を備えた、いわゆる増幅型固体撮像装置がある。（Ｃ）ＭＯＳ型固体撮像装置の多くはそのような構成をなしている。このような増幅型固体撮像装置において、画素信号を外部に読み出すには、複数の単位画素がマトリクス状に配列されている画素部に対してアドレス制御をし、個々の単位画素からの信号を任意に選択することにより実現している。
【０００３】
また、現在ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等に使用されている（Ｃ）ＭＯＳ型固体撮像装置の画素を構成している電荷生成手段（例えばフォトダイオードＰＤ部）としては、例えば特開２００５−６５１８４号公報に開示されているように、ノイズ低減のためにフォトダイオードＰＤ部で発生した信号電荷を、電荷蓄積部（＝フローティングディフージョンＦＤ部）に完全転送できるように、完全転送型埋込みフォトダイオードを用いていることが一般的である。
【特許文献１】特開２００５−６５１８４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、アプリケーション（ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ）側からの要求である飽和電子数の増加と、半導体プロセス側の要求である電源電圧の低電圧化という、相反する要求を両立するように画素部を開発することは大変困難となっている。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フォトダイオードＰＤ部の信号電荷を電荷蓄積部に完全転送可能な電荷蓄積部のポテンシャルを容易に形成可能とし、これにより、電源電圧の低電圧化や、電源電圧はそのままの場合には広ダイナミックレンジ化を図ることの可能な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】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成する電荷生成手段と、該電荷生成手段に生成された信号電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、前記電荷生成手段に生成された信号電荷を前記電荷蓄積手段に転送する信号転送手段と、前記電荷蓄積手段をリセットするリセット手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積される信号電荷に応じた信号を増幅する増幅手段と、該増幅手段により増幅された信号の信号出力線への出力を選択的に活性化する選択手段とを有するユニットがマトリクス状に配置されたイメージ部と、前記電荷蓄積手段をリセットする場合、少なくともリセット直前においては前記転送手段の制御端子の電位を負電位とし、前記リセット手段によるリセット動作後、前記転送手段の制御端子の電位を前記負電位より高い電位とするように制御する制御部とを備えて固体撮像装置を構成するものである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記制御部は、前記転送手段の制御端子の電位を負電位より高い電位にした後、前記電荷蓄積手段のリセット電位が前記信号出力線に出力されるように制御することを特徴とするものである。
【０００８】
このように構成された請求項１及び２に係る発明によれば、信号転送手段のフィードスルー効果を利用することが可能となり、低電圧駆動あるいは電源電圧はそのままの場合には、広ダイナミックレンジ駆動が可能になる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る固体固体撮像装置において、前記電荷生成手段と前記信号転送手段とをサブユニットとし、複数の前記サブユニットが前記電荷蓄積手段に共通に接続されていることを特徴とするものである。
【００１０】
このように構成された請求項３に係る発明によれば、各サブユニット内の信号転送手段のフィードスルー効果を利用することが可能となり、より低電圧駆動あるいは電源電圧はそのままの場合には、より広ダイナミックレンジ駆動が可能になる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置において、前記制御部は、前記負電位より高い電位をグランド電位に設定することを特徴とするものである。
【００１２】
このように構成された請求項４に係る発明によれば、別途、負電位と電源電圧との間の中間的な電位を設ける必要がなくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、商品に要求される飽和電子数及び電源電圧を確保した固体撮像装置、更には、Ｓ／Ｎの高い映像信号を生成できる固体撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）
まず、本発明に係る固体撮像装置の実施例１について説明する。この実施例は、請求項１，２及び４に係る発明に対応するものである。図１は実施例１に係る固体撮像装置の概略構成を示す図で、画素部を構成する単位画素の構成を示す等価回路と各単位画素に対する各信号線とブロックで示した制御部とを示している。なお、図１では単一の単位画素のみを示しているが、画素部は複数の画素を行列状に配列して構成されている。まず、単位画素の構成について説明する。単位画素は、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成するフォトダイオードＰＤと、該フォトダイオードＰＤで生成された電荷を蓄積するための電荷蓄積部ＦＤと、前記フォトダイオードＰＤで生成された電荷を前記電荷蓄積部ＦＤに転送するための転送スイッチである転送トランジスタＭ１と、前記電荷蓄積部ＦＤをリセットするためのリセットスイッチであるリセットトランジスタＭ２と、前記電荷蓄積部ＦＤの電荷に応じた信号を増幅するための増幅トランジスタＭ３と、前記信号を選択するための選択スイッチである選択トランジスタＭ４とで構成されている。そして、選択トランジスタＭ４のゲートに接続された選択スイッチ線10と、リセットトランジスタＭ２のゲートに接続されたＦＤリセットスイッチ線20と、転送トランジスタＭ１のゲートに接続された転送スイッチ線30と、選択トランジスタＭ４のドレインに接続された垂直信号線50と、それらを駆動制御する制御部100 とを備えて固体撮像装置を構成している。なお、この図示の実施例において、リセットトランジスタＭ２はディプリッション型トランジスタ、あるいはそれと同等なトランジスタを想定している。
【００１６】
次に、上記構成の実施例１の動作を図２に示すタイミングチャートに基づいて説明する。まず、転送スイッチ線30を Minusレベル（時刻ｔ２〜ｔ５）にし、ＦＤリセットスイッチ線20をHighレベル（時刻ｔ３〜ｔ４）にすることにより、電荷蓄積部ＦＤを電源電圧ＶＤＤにリセットする。次に、転送スイッチ線30をグランド電圧ＧＮＤ（時刻ｔ５〜ｔ７）に、選択スイッチ線10をHighレベル（時刻ｔ５〜ｔ６）にすることにより、画素のリセットレベルを垂直信号線50から出力する。
【００１７】
次に、転送スイッチ線30をHighレベル（時刻ｔ７〜ｔ８）とすることにより、フォトダイオードＰＤからの信号電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送する。そして、再び選択スイッチ線10をHighレベル（時刻ｔ８〜ｔ９）にすることにより画素の信号レベルを垂直信号線50から出力する。その後、図示していない信号処理回路部で両レベルの差分を取ることにより、信号成分を得ることが可能となる。ここで、Highレベルとは電源電圧ＶＤＤ（ここでは、 2.5Ｖ）、 Minusレベルとはグランド電圧ＧＮＤ（０Ｖ）以下となる負電圧（ここでは、−1.0 Ｖ）を想定している。
【００１８】
次に、図３に示すタイミングチャートに基づいて、より好適な駆動動作について説明する。図３において、時刻ｔ５〜ｔ15以外の期間、転送スイッチ線30を Minusレベルとしている以外は、図２のタイミングチャートに示した駆動動作と同様である。これにより、画素（特にフォトダイオードＰＤ）で発生する暗電流を抑制することが可能になる。
【００１９】
図４は、本実施例における単位画素において、転送トランジスタＭ１，ＦＤリセットトランジスタＭ２及び電荷蓄積部ＦＤのＦＤリセット動作時における各部のポテンシャル状態を従来のものと対比して示す図である。電荷蓄積部ＦＤリセット時に転送スイッチ線30を Minusレベルとして、電荷蓄積部ＦＤリセット後に転送スイッチ線30をグランド電圧ＧＮＤとすることで、電荷蓄積部ＦＤのリセット電位を従来の手法と比較してより高電位にしている。すなわち、転送トランジスタＭ１のフィードスルー効果を利用し、電荷蓄積部ＦＤのリセット電位をより好適にしている。
【００２０】
以上説明したように、電荷蓄積部ＦＤリセット後に転送スイッチ線30を Minusレベルからグランド電圧ＧＮＤとすることで、転送トランジスタＭ１のフィードスルー効果を利用し、電荷蓄積部ＦＤのリセット電位を、前記転送スイッチ線のレベル変化動作がない場合と比較して、より好適にすることが可能となる。これにより、低電圧駆動あるいは電源電圧はそのままの場合には、広ダイナミックレンジ駆動が可能になる。
【００２１】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。この実施例は、請求項１，２及び４に係る発明に対応するものである。図５は、実施例２に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。まず、本実施例の単位画素の構成について説明する。この実施例の単位画素は、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成するフォトダイオードＰＤと、該フォトダイオードＰＤで生成された電荷を蓄積するための電荷蓄積部ＦＤと、前記フォトダイオードＰＤで生成された電荷を前記電荷蓄積部ＦＤに転送するための転送スイッチである転送トランジスタＭ１と、前記電荷蓄積部ＦＤをリセットするためのリセットスイッチであるリセットトランジスタＭ２と、前記電荷蓄積部ＦＤの電荷に応じた信号を増幅するための増幅トランジスタＭ３とで構成されている。そして、リセットトランジスタＭ２のゲートに接続されたＦＤリセットスイッチ線20と、転送トランジスタＭ１のゲートに接続された転送スイッチ線30と、増幅トランジスタＭ３のドレインに接続された垂直信号線50と、それらを制御する制御部100 を備えている。なお、この図示の実施例おいて、リセットトランジスタＭ２はディプリッション型トランジスタ、あるいはそれと同等なトランジスタを想定している。
【００２２】
この実施例２に係る固体撮像装置が図１に示した実施例１と異なる点は、選択スイッチである選択トランジスタＭ４を設ける代わりに、電源線ＶＤＤをφＶＤＤとしてクロック動作とすることにより、このクロック動作による制御を選択手段としている点である。次に、上記構成の実施例２の動作を図６に示すタイミングチャートに基づいて説明する。時刻ｔ２〜ｔ９までは実施例１と同様である。図２の実施例１のタイミングチャートに示した動作と異なる点は、電源線の電位φＶＤＤを時刻ｔ15〜ｔ18の間 Lowレベル（例えば、 1.0Ｖ）とし、ＦＤリセットスイッチ線20をHighレベル（時刻ｔ16〜ｔ17）とする点である。これにより、電荷蓄積部ＦＤが Lowレベルとなり、画素を非選択状態にする。なお、図６におけるφＬＭＢについては本発明には直接関係ないので、図５においては図示していないが、垂直信号線50に接続される定電流源を制御するクロックであり、該定電流源はφＬＭＢが、 Lowレベル（例えば、 1.0Ｖ）で活性化、グランド電圧ＧＮＤで非活性化されることを想定している。それ以外の動作は、図２に示した実施例１と同様である。
【００２３】
次に、図７に示すタイミングチャートに基づいて、より好適な駆動動作について説明する。図７において、。時刻ｔ２〜ｔ９までの動作は図３に示した実施例１の動作と同様である。図３に示した動作と異なる点は、電源線の電位φＶＤＤを時刻ｔ15〜ｔ18の間 Lowレベル（例えば、 1.0Ｖ）とし、ＦＤリセットスイッチ線20をHighレベル（時刻ｔ16〜ｔ17）にする点である。これにより、電荷蓄積部ＦＤが Lowレベルとなり、画素を非選択状態にする。また、図６と同様に図７におけるφＬＭＢについては、本発明には直接関係ないので図５においては図示していないが、垂直信号線50に接続される定電流源を制御するクロックであり、該定電流源はφＬＭＢが、 Lowレベル（例えば、 1.0Ｖ）で活性化、グランド電圧ＧＮＤで非活性化されることを想定している。それ以外の動作は、図３に示した実施例１の動作と同様であり、画素で発生する暗電流を抑制する効果も同様である。
【００２４】
以上説明したように、本実施例２では、実施例１と同様の効果に加えて、画素を構成する選択トランジスタＭ４及び選択スイッチ線10を削減できるので、画素ピッチの増加を抑制することが可能になる。
【００２５】
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。この実施例は、請求項１〜４に係る発明に対応するものである。図８は、実施例３に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。まず、本実施例の単位画素の構成について説明する。この実施例３における単位画素は、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成するフォトダイオードＰＤ-1と、該フォトダイオードＰＤ-1で生成された電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送するための転送スイッチである転送トランジスタＭ１-1とで構成されたサブユニット１と、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成するフォトダイオードＰＤ-2と、該フォトダイオードＰＤ-2で生成された電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送するための転送スイッチである転送トランジスタＭ１-2とで構成されたサブユニット２と、各サブユニット１及び２のフォトダイオードＰＤ-1及びＰＤ-2で生成された電荷を蓄積するための共通の電荷蓄積部ＦＤと、該電荷蓄積部ＦＤをリセットするためのリセットスイッチであるリセットトランジスタＭ２と、前記電荷蓄積部ＦＤの電荷に応じた信号を増幅するための増幅トランジスタＭ３と、前記信号を選択するための選択スイッチである選択トランジスタＭ４とで構成されており、そして選択トランジスタＭ４のゲートに接続された選択スイッチ線10と、リセットトランジスタＭ２のゲートに接続されたＦＤリセットスイッチ線20と、サブユニット１の転送トランジスタＭ１-1のゲートに接続された転送スイッチ線30-1と、サブユニット２の転送トランジスタＭ１-2のゲートに接続された転送スイッチ線30-2と、選択トランジスタＭ４のドレインに接続された垂直信号線50と、それらを駆動制御する制御部100 とを備えて固体撮像装置を構成している。なお、この図示の実施例において、リセットトランジスタＭ２はディプリッション型トランジスタ、あるいはそれと同等なトランジスタを想定している。
【００２６】
次に、上記構成の実施例３の動作を図９に示すタイミングチャートに基づいて説明する。まず、サブユニット１及び２の転送スイッチ線30-1，30-2を Minusレベル（時刻ｔ２〜ｔ５）にし、ＦＤリセットスイッチ線20をHighレベル（時刻ｔ３〜ｔ４）にすることにより、電荷蓄積部ＦＤを電源電圧ＶＤＤにリセットする。次に、サブユニット１及び２の転送スイッチ線30-1，30-2をグランド電圧ＧＮＤ（時刻ｔ５〜ｔ７）に、選択スイッチ線10をHighレベル（時刻ｔ５〜ｔ６）にすることにより、サブユニット１のリセットレベルを垂直信号線50から出力する。
【００２７】
次に、サブユニット１の転送スイッチ線30-1をHighレベル（時刻ｔ７〜ｔ８）とすることにより、サブユニット１のフォトダイオードＰＤ-1からの信号電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送をする。再び選択スイッチ線10をHighレベル（時刻ｔ８〜ｔ９）にすることによりサブユニット１の信号レベルを垂直信号線50から出力する。その後、図示していない信号処理回路部で両レベルの差分を取ることにより、サブユニット１の信号成分を得ることが可能となる。ここで、Highレベルとは電源電圧ＶＤＤ（ここでは、 2.5Ｖ）、 Minusレベルとはグランド電圧ＧＮＤ（０Ｖ）以下となる負電圧（ここでは、−1.0 Ｖ）を想定している。
【００２８】
サブユニット２の信号成分についても同様に読み出される。すなわち、まず、サブユニット１及び２の転送スイッチ線30-1，30-2を Minusレベル（時刻ｔ２′〜ｔ５′）にし、ＦＤリセットスイッチ線20をHighレベル（時刻ｔ３′〜ｔ４′）にすることにより、電荷蓄積部ＦＤを電源電圧ＶＤＤにリセットする。次に、サブユニット１及び２の転送スイッチ線30-1，30-2をグランド電圧ＧＮＤ（時刻ｔ５′〜ｔ７′）に、選択スイッチ線10をHighレベル（時刻ｔ５′〜ｔ６′）にすることにより、サブユニット２のリセットレベルを垂直信号線50から出力する。
【００２９】
次に、サブユニット２の転送スイッチ線30-2をHighレベル（時刻ｔ７′〜ｔ８′）とすることにより、サブユニット２のフォトダイオードＰＤ-2からの信号電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送をする。再び選択スイッチ線10をHighレベル（時刻ｔ８′〜ｔ９′）にすることによりサブユニット２の信号レベルを垂直信号線50から出力する。その後、同様に図示していない信号処理回路部で両レベルの差分を取ることにより、サブユニット２の信号成分が得られる。
【００３０】
次に、図10に示すタイミングチャートに基づいて、より好適な駆動動作について説明する。前記図９のタイミングチャートに示した動作と異なる点は、時刻ｔ５まで及び時刻ｔ15以降（あるいは時刻ｔ５′まで及び時刻ｔ15′以降）の期間、転送スイッチ線30-1及び30-2を Minusレベルにしている点である。これにより、画素（特にフォトダイオードＰＤ）で発生する暗電流を抑制することが可能になる。
【００３１】
以上説明したように、電荷蓄積部ＦＤリセット後にサブユニット１及び２の転送スイッチ線30-1及び30-2を Minusレベルからグランド電圧ＧＮＤとすることで、転送トランジスタＭ１-1及びＭ１-2のフィードスルー効果を利用し、電荷蓄積部ＦＤのリセット電位を、前記転送スイッチ線のレベル変化動作がない場合と比較して、より好適にすることが可能となる。これにより、低電圧駆動あるいは、電源電圧はそのままの場合には広ダイナミックレンジ駆動が可能になる。なお、本実施例では、２つのサブユニットを用いて単位画素（ユニット）を構成した場合について説明したが、サブユニットの数については、これに限られるものではなく、サブユニットの数だけ（２個ならば２倍）のフィードスルー効果を利用できる利点が得られる。
【００３２】
（実施例４）
次に、実施例４について説明する。この実施例は請求項１〜４に係る発明に対応するものである。図11は、実施例４に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。まず、本実施例の単位画素の構成について説明する。この実施例の単位画素は、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成するフォトダイオードＰＤ-1と、該フォトダイオードＰＤ-1で生成された電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送するための転送スイッチである転送トランジスタＭ１-1とで構成されたサブユニット１と、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成するフォトダイオードＰＤ-2と、該フォトダイオードＰＤ-2で生成された電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送するための転送スイッチである転送トランジスタＭ１-2とで構成されたサブユニット２と、各サブユニット１及び２のフォトダイオードＰＤ-1及びＰＤ-2で生成された電荷を蓄積するための共通の電荷蓄積部ＦＤと、該電荷蓄積部ＦＤをリセットするためのリセットスイッチであるリセットトランジスタＭ２と、前記電荷蓄積部ＦＤの電荷に応じた信号を増幅するための増幅トランジスタＭ３とで構成されており、そしてリセットトランジスタＭ２のゲートに接続されたＦＤリセットスイッチ線20と、サブユニット１の転送トランジスタＭ１-1のゲートに接続された転送スイッチ線30-1と、サブユニット２の転送トランジスタＭ１-2のゲートに接続された転送スイッチ線30-2と、増幅トランジスタＭ３のドレインに接続された垂直信号線50と、それらを駆動制御する制御部100 とを備えて固体撮像装置を構成している。なお、この図示の実施例において、リセットトランジスタＭ２はディプリッション型トランジスタ、あるいはそれと同等なトランジスタを想定している。
【００３３】
この実施例４が図８に示した実施例３と異なる点は、選択スイッチである選択トランジスタＭ４を設ける代わりに、電源線ＶＤＤをφＶＤＤとしてクロック動作とすることにより、このクロック動作による制御を選択手段としている点である。次に、上記構成の実施例４の動作を図12に示すタイミングチャートに基づいて説明する。時刻ｔ２〜ｔ９までは実施例３と同様である。図９の実施例３のタイミングチャートに示した動作と異なる点は、電源線の電位φＶＤＤを時刻ｔ15〜ｔ18の間 Lowレベル（例えば、 1.0Ｖ）とし、ＦＤリセットスイッチ線20をHighレベル（時刻ｔ16〜ｔ17）とする点である。これにより、電荷蓄積部ＦＤが Lowレベルとなり、画素を非選択状態にしている。なお、図12におけるφＬＭＢについては本発明には直接関係ないので、図11においては図示していないが、垂直信号線50に接続される定電流源を制御するクロックであり、該定電流源はφＬＭＢが、 Lowレベル（例えば、 1.0Ｖ）で活性化、グランド電圧ＧＮＤで非活性化されることを想定している。それ以外の動作は、図９に示した実施例３の動作と同様である。
【００３４】
次に、図13に示すタイミングチャートに基づいて、より好適な駆動動作について説明する。図13において、時刻ｔ２〜ｔ９までの動作は図10に示した実施例３の動作と同様である。図10に示した動作と異なる点は、電源線の電位φＶＤＤを時刻ｔ15〜ｔ18の間 Lowレベル（例えば、 1.0Ｖ）とし、ＦＤリセットスイッチ線20をHighレベル（時刻ｔ16〜ｔ17）にする点である。これにより、電荷蓄積部ＦＤが Lowレベルとなり、画素を非選択状態にしている。また、図12と同様に図13におけるφＬＭＢについては本発明には直接関係ないので、図11においては図示していないが、垂直信号線50に接続される定電流源を制御するクロックであり、該定電流源はφＬＭＢが、 Lowレベル（例えば、 1.0Ｖ）で活性化、グランド電圧ＧＮＤで非活性化されることを想定している。それ以外は図10に示した実施例３の動作と同様であり、画素で発生する暗電流を抑制する効果も同様である。
【００３５】
以上説明したように、本実施例４では、実施例３と同様の効果に加えて、画素を構成する選択トランジスタＭ４及び選択スイッチ線10を削減できるので、画素ピッチの増加を抑制することが可能になる。
【００３６】
（実施例５）
次に、実施例５について説明する。この実施例は請求項１，２及び４に係る発明に対応するものである。図14は、実施例５に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。まず、本実施例の単位画素の構成について説明する。この実施例５における単位画素は、入射された電磁波に対応する信号電荷を生成するフォトダイオードＰＤと、該フォトダイオードＰＤで生成された電荷を蓄積するための電荷蓄積部ＦＤと、該フォトダイオードＰＤで生成された電荷を前記電荷蓄積部ＦＤに転送するための転送スイッチである転送トランジスタＭ１と、前記電荷蓄積部ＦＤをリセットするためのリセットスイッチであるＦＤリセットトランジスタＭ２と、前記電荷蓄積部ＦＤの電荷に応じた信号を増幅するための増幅トランジスタＭ３と、前記信号を選択するための選択スイッチである選択トランジスタＭ４と、前記フォトダイオードＰＤをリセットするためのリセットスイッチであるＰＤリセットトランジスタＭ５とで構成されており、そして選択トランジスタＭ４のゲートに接続された選択スイッチ線10と、ＦＤリセットトランジスタＭ２のゲートに接続されたＦＤリセットスイッチ線20と、転送トランジスタＭ１のゲートに接続された転送スイッチ線30と、ＰＤリセットトランジスタＭ５のゲートに接続されたＰＤリセットスイッチ線40と、選択トランジスタＭ４のドレインに接続された垂直信号線50と、それらを駆動制御する制御部100 とを備えて固体撮像装置を構成している。なお、この図示の実施例において、ＦＤリセットトランジスタＭ２はディプリッション型ＭＯＳトランジスタ、あるいはそれと同等なトランジスタを想定している。
【００３７】
次に、上記構成の実施例５の動作を図15に示すタイミングチャートに基づいて説明する。まず、ＰＤリセットスイッチ線40をHighレベル（時刻ｔ１〜ｔ２）とすることにより、フォトダイオードＰＤの電荷を電源線ＶＤＤに排出する。次に、転送スイッチ線30を Minusレベル（時刻ｔ２〜ｔ５）とし、ＦＤリセットスイッチ線20をHighレベル（時刻ｔ３〜ｔ４）とする。これにより、電荷蓄積部ＦＤを電源電圧ＶＤＤにリセットする。
【００３８】
次に、選択スイッチ線10をHighレベル（時刻ｔ５〜ｔ６）にすることにより、画素のリセットレベルを垂直信号線50から出力する。所望の蓄積時間（時刻ｔ６〜ｔ７）経過後に、転送スイッチ線30をHighレベル（時刻ｔ７〜ｔ８）とすることにより、フォトダイオードＰＤの電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送する。再び選択スイッチ線10をHighレベル（時刻ｔ８〜ｔ９）とすることにより、画素の信号レベルを垂直信号線50から出力する。その後、図示していない信号処理回路部で両レベルの差分を取ることにより、信号成分を得ることが可能となる。ここで、Highレベルとは電源電圧ＶＤＤ（ここでは、 2.5Ｖ）、 Minusレベルとはグランド電圧ＧＮＤ（０Ｖ）以下となる負電圧（ここでは、−1.0 Ｖ）を想定している。
【００３９】
更に、図16に示すタイミングチャートに基づいて、より好適な駆動動作について説明する。この駆動動作は、転送スイッチ線30を時刻ｔ２〜ｔ８の期間 Minusレベル、ＰＤリセットスイッチ線40を時刻ｔ６〜ｔ７の期間 Minusレベルとしている以外は、前記図15のタイミングチャートに示した駆動動作と同様である。これにより、画素（特にフォトダイオードＰＤ）で発生する暗電流を抑制することが可能になる。
【００４０】
以上説明したように、電荷蓄積部ＦＤリセット後に転送スイッチ線30を Minusレベルからグランド電圧ＧＮＤとすることで、転送トランジスタＭ１のフィードスルー効果を利用し、電荷蓄積部ＦＤのリセット電位を、前記転送スイッチ線のレベル変化動作がない場合と比較して、より好適にすることが可能となる。
【００４１】
（実施例６）
次に、実施例６について説明する。この実施例は請求項１，２及び４に係る発明に対応するものである。図17は、実施例６に係る更に具体化した固体撮像装置の構成を示す、一部ブロックで示した回路構成図である。図17において、101 は画素部で、図１に示した単位画素110 を説明を簡単にするため、３行３列に配列したもので示している。10-1，10-2，10-3は各行の画素に共通に接続された選択スイッチ線、20-1，20-2，20-3は各行のＦＤリセットスイッチ線、30-1，30-2，30-3は各行の転送スイッチ線、50-1，50-2，50-3は各列の単位画素に共通に接続された垂直信号線、60-1，60-2，60-3は各垂直信号線50-1，50-2，50-3に接続された定電流源、92は各垂直信号線50-1，50-2，50-3に出力された画素信号を処理する信号処理部、70-1，70-2，70-3は信号処理部92で信号処理された出力信号を共通信号線84に順次出力させる共通信号出力転送スイッチである共通信号出力転送トランジスタ、71-1，71-2，71-3は水平走査回路部91からの水平走査信号を共通信号出力転送トランジスタ70-1，70-2，70-3へ印加するための共通信号出力転送スイッチ線、80は共通信号出力線84に接続された出力アンプ、82はＡ／Ｄコンバータ、90は選択スイッチ線10-1，10-2，10-3、ＦＤリセットスイッチ線20-1，20-2，20-3、転送スイッチ線30-1，30-2，30-3へ制御信号を出力する垂直走査回路、100 は各部を制御する制御部である。
【００４２】
次に、上記構成の実施例６の動作を図18に示すタイミングチャートに基づいて説明する。まず、転送スイッチ線30-1を MinusレベルとしＦＤリセットスイッチ線20-1をHighレベルとする。これにより、1 行目の全画素の電荷蓄積部ＦＤを電源電圧ＶＤＤにリセットする。次に、転送スイッチ線30-1をグランド電圧ＧＮＤとした後、選択スイッチ線10-1をHighレベルとし、1 行目の画素のリセットレベルを垂直信号線50から信号処理回路部92に出力する。
【００４３】
次に、転送スイッチ線30-1をHighレベルとすることにより、フォトダイオードＰＤからの信号電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送する。再び選択スイッチ線10-1をHighレベルにすることにより画素の信号レベルを垂直信号線50から信号処理回路部92に出力する。信号処理回路部92において、信号レベルからリセットレベルを取り除くことにより信号成分のみを抽出する。
【００４４】
次に、リセットスイッチ線20-1をHighレベルにすることにより、1 行目の全画素の電荷蓄積部ＦＤを電源電圧ＶＤＤにリセットする。その後、共通信号出力転送トランジスタ70に接続された共通信号出力転送スイッチ線71-1〜71-3を順次Highレベルにすることにより、信号成分は共通信号出力線84及びアンプ80を通して、出力端子81に順次出力する。そして、該出力はＡＤコンバータ82により、アナログ／デジタル変換される。信号処理回路部92は、制御部100 によって制御／駆動され、また、共通信号出力転送スイッチ線71-1，71-2，71-3は制御部100 の駆動制御に従って制御される水平走査回路91からの水平走査信号によって駆動される。２行目以降についても図18に示すように同様に読み出される。ここで、Highレベルとは電源電圧ＶＤＤ（ここでは、 2.5Ｖ）、 Minusレベルとはグランド電圧ＧＮＤ（０Ｖ）以下となる負電圧（ここでは、−1.0 Ｖ）を想定している。
【００４５】
以上説明したように、電荷蓄積部ＦＤリセット後に転送スイッチ線30-1，30-2，30-3を Minusレベルからグランド電圧ＧＮＤとすることで、転送トランジスタＭ１のフィードスルー効果を利用し、電荷蓄積部ＦＤのリセット電位を、前記転送スイッチ線のレベル変化動作がない場合と比較して、より好適にすることが可能となる。これにより、低電圧駆動あるいは、電源電圧はそのままの場合には広ダイナミックレンジ駆動が可能になる。なお、本実施例では、図１の実施例１で示した単位画素を用いて、簡易的に単位画素が３行３列に配列した画素部を用いて説明したが、画素部の配列構成はこれに限るものではない。
【００４６】
（第７の実施例）
次に、実施例７について説明する。この実施例は請求項１，２及び４に係る発明に対応するものである。図19は、実施例７に係る更に具体化した固体撮像装置の構成を示す、一部ブロックで示した回路構成図である。この実施例７に係る固体撮像装置は、図19に示すように、図14に示した実施例５の単位画素210 を３行３列で配列した画素部201 と、選択スイッチ線10-1，10-2，10-3と、ＦＤリセットスイッチ線20-1，20-2，20-3と、転送スイッチ線30-1，30-2，30-3と、ＰＤリセットスイッチ線40-1，40-2，40-3と、垂直信号線50-1，50-2，50-3と、定電流源60-1，60-2，60-3と、共通信号出力転送スイッチである共通信号出力転送トランジスタ70-1，70-2，70-3と、共通信号出力転送スイッチ線71-1，71-2，71-3と、出力アンプ80と、ＡＤコンバータ82と、フレームメモリ83と、共通信号出力線84と、垂直走査回路90と、水平走査回路91と、信号蓄積部95と、それらを制御する制御部100 とから構成されている。
【００４７】
次に、上記構成の実施例７の動作を図20に示すタイミングチャートに基づいて説明する。まず、ＰＤリセットスイッチ線40-1〜40-3をHighレベルとする。これにより、全画素のフォトダイオードＰＤの電荷を電源線ＶＤＤに排出する。次に、転送スイッチ線30-1〜30-3を Minusレベルとし、ＦＤリセットスイッチ線20-1〜20-3をHighレベルとする。これにより、全画素の電荷蓄積部ＦＤを電源電圧ＶＤＤにリセットする。
【００４８】
次に、転送スイッチ線30-1〜30-3をグランド電圧ＧＮＤとした後、選択スイッチ線10-1をHighレベルとし、１行目の画素のリセットレベルを信号蓄積部95に保持する。その後、共通信号出力転送トランジスタ70-1，70-2，70-3に接続された共通信号出力転送スイッチ線71-1〜71-3を順次Highレベルにすることにより、共通信号出力線84及びアンプ80を通して、出力端子81に順次出力する。そして、該出力はＡＤコンバータ82により、アナログ／デジタル変換してフレームメモリ83に保持される。信号蓄積部95への蓄積動作は、制御部100 によって制御／駆動され、また、共通信号出力転送スイッチ線71-1〜71-3は制御部100 の駆動制御に従って水平走査回路91からの水平走査信号によって駆動される。２行目以降についても図20に示すように同様に読み出され、全画素分のリセットレベルがフレームメモリ83に保持される。
【００４９】
所望の蓄積時間経過後に、転送スイッチ線30-1〜30-3をHighレベルとすることにより、全画素のフォトダイオードＰＤの電荷を電荷蓄積部ＦＤに転送する。次に、1 行目の選択スイッチ線10-1をHighレベルとし、１行目の画素の信号レベルを信号蓄積部95に保持する。次に、ＦＤリセットスイッチ線20-1をHighレベルとすることにより電荷蓄積部ＦＤをリセットする。その後、共通信号出力転送トランジスタ70に接続された共通信号出力転送スイッチ線71-1〜71-3を順次Highレベルにすることにより、共通信号出力線84及びアンプ80を通して、出力端子81に順次出力する。該出力はＡＤコンバータ82により、アナログ／デジタル変換され、予めフレームメモリ83に保持されている１行目のリセットレベルとの差分をとることで、リセットノイズ及び固定パターンノイズを除去した、信号成分のみを取り出す。２行目以降についても図20に示すように同様に読み出され、Ｓ／Ｎの高い信号成分が得られる。ここで、Highレベルとは電源電圧ＶＤＤ（ここでは、 2.5Ｖ）、 Minusレベルとはグランド電圧ＧＮＤ（０Ｖ）以下となる負電圧（ここでは、−1.0 Ｖ）を想定している。
【００５０】
以上説明したように、電荷蓄積部ＦＤリセット後に転送スイッチ線30-1〜30-3を Minusレベルからグランド電圧ＧＮＤとすることで、転送トランジスタＭ１のフィードスルー効果を利用し、電荷蓄積部ＦＤのリセット電位を、前記転送スイッチ線のレベル変化動作がない場合と比較して、より好適にすることが可能となる。これにより、低電圧駆動あるいは、電源電圧はそのままの場合には広ダイナミックレンジ駆動が可能になる。なお、本実施例では、図14に示した実施例５の単位画素を用いて、全行の信号蓄積開始、終了のタイミングが同時である場合について、簡易的に画素が３行３列の構成の画素部を用いて説明したが、画素部の配列構成はこれに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施例１の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した実施例１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図１に示した実施例１の他の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図１に示した実施例１において、ＦＤリセット動作時における画素のポテンシャルを従来例と対比して示す図である。
【図５】実施例２に係る固体撮像装置の構成を示す概略構成図である。
【図６】図５に示した実施例２の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図５に示した実施例２の他の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】実施例３に係る固体撮像装置の構成を示す概略構成図である。
【図９】図８に示した実施例３の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】図８に示した実施例３の他の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】実施例４に係る固体撮像装置の構成を示す概略構成図である。
【図１２】図11に示した実施例４の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】図11に示した実施例４の他の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１４】実施例５に係る固体撮像装置の構成を示す概略構成図である。
【図１５】図14に示した実施例５の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１６】図14に示した実施例５の他の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１７】実施例６に係る固体撮像装置の構成を示す一部ブロックで表す回路構成図である。
【図１８】図17に示した実施例６の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１９】実施例７に係る固体撮像装置の構成を示す一部ブロックで表す回路構成図である。
【図２０】図19に示した実施例７の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
10，10-1，10-2，10-3  選択スイッチ線
20，20-1，20-2，20-3  ＦＤリセットスイッチ線
30，30-1，30-2，30-3  転送スイッチ線
40  ＰＤリセットスイッチ線
50，50-1，50-2，50-3  垂直信号線
70-1，70-2，70-3  共通信号出力転送トランジスタ
71-1，71-2，71-3  共通信号出力転送スイッチ線
80  出力アンプ
81  出力端子
82  ＡＤコンバータ                                                              83  フレームメモリ
84  共通信号出力線
90  垂直走査回路
91  水平走査回路
92  信号処理部
95  信号蓄積部
100   制御部
101 ，201   画素部
110 ，210   単位画素
ＰＤ，ＰＤ-1，ＰＤ-2  フォトダイオード
Ｍ１，Ｍ１-1，Ｍ１-2  転送トランジスタ
Ｍ２  ＦＤリセットトランジスタ
Ｍ３  増幅トランジスタ
Ｍ４  選択トランジスタ
Ｍ５  ＰＤリセットトランジスタ
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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