(57)【要約】【課題】  １フレーム中で蓄積時間を長く取り感度を高めることが可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】  この固体撮像装置は、フォトダイオード１のカソードをチャージアンプＣＡＰの反転入力端子に接続する信号伝達経路Ｔと、信号伝達経路Ｔと一端を接続し前記フォトダイオードに対して並列に接続されたキャパシタ１１と、フォトダイオード１とキャパシタ１１との間の信号伝達経路Ｔ内に設けられた信号伝達スイッチＳ１１とを備えている。フォトダイオード１のカソードを接続時にバイアス電位ＶＢＩＡＳとする第１リセットスイッチＳ５１がフォトダイオード１に接続されている。【選択図】  図１
2005073153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードの一端をチャージアンプの一方の入力端子に接続する信号伝達経路と、前記信号伝達経路と一端を接続し前記フォトダイオードに対して並列に接続されたキャパシタと、前記フォトダイオードと前記キャパシタとの間の前記信号伝達経路内に設けられた信号伝達スイッチとを備えた固体撮像装置において、
前記フォトダイオードの前記一端を接続時にバイアス電位とする第１リセットスイッチを前記フォトダイオードに接続したことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記信号伝達スイッチが切断された信号伝達禁止期間内に、前記第１リセットスイッチを接続状態とするリセット期間が設定され、
前記キャパシタに蓄積された電荷量に比例した電圧を前記チャージアンプから出力する信号読出期間が設定され、
前記リセット期間と前記信号読出期間とは重複してい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】
前記信号伝達経路内に設けられ、前記キャパシタと前記チャージアンプとを前記信号読出期間内において接続する接続スイッチを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記チャージアンプの他方の入力端子に接続された入力端子を有するバッファアンプを更に備え、
前記バッファアンプの出力端子は前記第１リセットスイッチを介して前記フォトダイオードの前記一端に接続され、
前記チャージアンプの前記他方の入力端子及び前記バッファアンプの前記入力端子にはバイアス電位が与えられ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】
前記キャパシタに接続された第２リセットスイッチを備え、前記第２リセットスイッチは前記チャージアンプの出力端子に接続されていることを特徴とする請求項１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。
【背景技術】
【０００２】
従来のイメージセンサは下記特許文献１に記載されている。このイメージセンサは、フォトダイオードの一端をチャージアンプの一方の入力端子に接続する信号伝達経路と、信号伝達経路と一端を接続し前記フォトダイオードに対して並列に接続されたキャパシタと、フォトダイオードとキャパシタとの間の前記信号伝達経路内に設けられた信号伝達スイッチとを備えている。
【０００３】
光の入射に対応してフォトダイオード内に蓄積された電荷は、信号伝達スイッチがＯＮになるとキャパシタに流れる。チャージアンプは、キャパシタに蓄積された電荷量に比例した電圧を出力する。したがって、入射光強度に比例した電圧がチャージアンプから出力される。換言すれば、チャージアンプから信号の読み出しが行われる。
【０００４】
なお、キャパシタへの電荷転送後に、フォトダイオードの両端間電圧、すなわちフォトダイオードの一端の電位を信号伝達経路の初期電位にリセットする必要があったため、信号読出後に信号伝達経路上の電位が揃うように信号伝達スイッチやチャージアンプのリセットスイッチを同時にＯＮ状態とするリセット動作を行っていた。
【０００５】
このように、従来のイメージセンサでは、フォトダイオード内電荷蓄積動作、キャパシタ内電荷蓄積動作、信号読出動作、リセット動作という４つの動作をシーケンシャルに行っている。
【特許文献１】特開平５−５６２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のイメージセンサにおいては、信号読出が完了してリセット動作が行われるまでは、フォトダイオード内電荷蓄積動作を行うことができず、今回の撮像時から次回の撮像時までの期間が長い、すなわち、１フレーム中で蓄積時間を長く取ることが出来ず高感度化ができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、１フレーム中で蓄積時間を長く取り高感度化することが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】
【０００８】
上述の課題を解決するため、フォトダイオードの一端をチャージアンプの一方の入力端子に接続する信号伝達経路と、信号伝達経路と一端を接続し前記フォトダイオードに対して並列に接続されたキャパシタと、フォトダイオードとキャパシタとの間の信号伝達経路内に設けられた信号伝達スイッチとを備えた固体撮像装置において、フォトダイオードの一端を接続時にバイアス電位とする第１リセットスイッチを前記フォトダイオードに接続したことを特徴とする。
【０００９】
この固体撮像装置においては、光の入射に応じてフォトダイオードに蓄積された電荷は、信号伝達スイッチをＯＮ状態とすることでキャパシタ内に蓄積される。キャパシタはチャージアンプの入力端子に接続されているので、チャージアンプからはキャパシタに蓄積された電荷量に比例した電圧が出力される。信号伝達スイッチをＯＦＦ状態としてフォトダイオードとキャパシタを切り離した後、第１リセットスイッチを接続するとフォトダイオードの一端をバイアス電位とすることができるため、チャージアンプからの電圧出力時（信号読出時）においても、フォトダイオードのリセットや電荷蓄積を行うことができ、したがって、１フレーム中で蓄積時間を長く取り感度を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の固体撮像装置においては、信号伝達スイッチが切断された信号伝達禁止期間内に、第１リセットスイッチを接続状態とするリセット期間が設定され、キャパシタに蓄積された電荷量に比例した電圧をチャージアンプから出力する信号読出期間が設定され、リセット期間と信号読出期間とは重複していることを特徴とする。
【００１１】
信号伝達禁止期間内においては、フォトダイオードとキャパシタとは切断されているので、第１リセットスイッチを接続状態としてフォトダイオードをリセットした状態においても、チャージアンプからの信号読出は可能となる。すなわち、リセット期間と信号読出期間とは重複させることができ、したがって、１フレーム中で蓄積時間を長く取り感度を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の固体撮像装置は、信号伝達経路内に設けられ、キャパシタとチャージアンプとを信号読出期間内において接続する接続スイッチを更に備えることを特徴とする。接続スイッチを接続すると、キャパシタの電荷は全てチャージアンプのキャパシタに流れ込み、チャージアンプは電荷量に比例した電圧を発生し、信号が読み出されることとなる。
【００１３】
また、本発明の固体撮像装置は、チャージアンプの他方の入力端子に接続された入力端子を有するバッファアンプを更に備え、バッファアンプの出力端子は第１リセットスイッチを介してフォトダイオードの一端に接続され、チャージアンプの他方の入力端子及びバッファアンプの入力端子にはバイアス電位が与えられることを特徴とする。
【００１４】
チャージアンプ及びバッファアンプの入力端子にバイアス電位を与えると、アンプの入力端子間の仮想短絡によって、チャージアンプに接続された信号伝達経路及びバッファアンプに接続されたフォトダイオードの一方の端子の電位をバイアス電位とすることができ、フォトダイオードの一端は信号伝達経路に接続されているため、これらの間のオフセット電位が生じなくなる。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置は、キャパシタに接続された第２リセットスイッチを備え、第２リセットスイッチはチャージアンプの出力端子に接続されていることを特徴とする。第２リセットスイッチを接続すると、信号伝達経路に接続されるキャパシタの一端の電位は、チャージアンプの出力電圧となり、信号伝達経路の電位が初期値にリセットされる。
上に述べたように、本発明の固体撮像装置は、フォトダイオード、キャパシタ、チャージアンプの３つをそれぞれ切り離し、独立にリセットすることが可能であることを特徴とする。そのため、従来では、チャージアンプからの信号読み出しが終了してからでなければ不可能であったフォトダイオードのリセットや、全てのキャパシタからの蓄積電荷をチャージアンプで読み出してからでなければ不可能であったキャパシタのリセットを、各々独立に行うことが可能となり、従来はシーケンシャルに行うしかなかった動作を別々に重複して行うことが可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
この固体撮像装置によれば、１フレーム中で蓄積時間を長く取り感度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、実施の形態に係る固体撮像装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る固体撮像装置の回路図である。
【００１８】
この固体撮像装置は、(i)撮像領域ＩＰＡ、(ii)蓄積部ＡＲ、(iii)信号伝達スイッチ群ＳＴＳＧ、(iv)チャージアンプＣＡＰ、(v)時系列接続スイッチ群ＴＳＳＧ、(vi)クリアスイッチ群ＣＳＧ、(vii)１つのオールクリアスイッチＳ２００、(viii)バッファアンプＢＡＰ、(iv)１つのオールリセットスイッチＳ５００を備えている。なお、各スイッチは、制御回路１００によって制御される。
【００１９】
以下、詳説する。
【００２０】
(i)撮像領域ＩＰＡ
撮像領域ＩＰＡは、複数のフォトダイオード１，２，３，４・・・を二次元状に配列し、それぞれのフォトダイオード１，２，３，４・・・に、リセットスイッチＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４・・・を接続してなる。
【００２１】
(ii)蓄積部ＡＲ
蓄積部ＡＲは、複数のキャパシタ１１，１２，１３，１４・・・からなる。
【００２２】
(iii)信号伝達スイッチ群ＳＴＳＧ
信号伝達スイッチ群ＳＴＳＧは、それぞれのフォトダイオード１，２，３，４・・・とそれぞれのキャパシタ１１，１２，１３，１４・・・とを接続する信号伝達スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４・・・からなる。
【００２３】
(iv)チャージアンプＣＡＰ。
チャージアンプＣＡＰは、オペアンプ４００、オペアンプ４００の反転入力端子と出力端子間を接続するキャパシタ４１０、オペアンプ４００の反転入力端子と出力端子間を接続するリセットスイッチＳ４１０を備えている。
【００２４】
チャージアンプＣＡＰは、２つの入力端子間が仮想短絡されているため、一方の入力端子に電荷を与えると、その電荷を全てキャパシタ４１０に充電することにより、仮想短絡状態を維持する。結果的に、入力電荷Ｑ／キャパシタ４１０の容量Ｃ＝出力電圧Ｖが得られる。すなわち、キャパシタ４１０の容量Ｃが一定の場合には出力電圧Ｖは入力電荷Ｑに比例する。
【００２５】
(v)時系列接続スイッチ群ＴＳＳＧ
時系列接続スイッチ群ＴＳＳＧは、それぞれのキャパシタ１１，１２，１３，１４・・・とチャージアンプＣＡＰとを時系列に接続する時系列接続スイッチＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４・・・からなる。
【００２６】
(vi)クリアスイッチ群ＣＳＧ
クリアスイッチ群ＣＳＧは、それぞれのキャパシタ１１，１２，１３，１４・・・の一端とチャージアンプＣＡＰの出力端子との間に接続されたクリアスイッチＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４・・・からなる。
【００２７】
(vii)１つのオールクリアスイッチＳ２００
１つのオールクリアスイッチＳ２００は、それぞれのキャパシタ１１，１２，１３，１４・・・の一端に接続するクリアスイッチ群ＣＳＧの一端とチャージアンプＣＡＰの出力端子との間に介在する。
【００２８】
(viii)バッファアンプＢＡＰ。
バッファアンプＢＡＰは、オペアンプ６００と、オペアンプ６００の反転入力端子と出力端子との間に介在するスイッチ６１０とからなる。なお、スイッチ６１０は常に接続状態としてある。バッファアンプＢＡＰは、チャージアンプＣＡＰの非反転入力端子（他方の入力端子）に接続された非反転入力端子を有する。
【００２９】
また、バッファアンプＢＡＰ（オペアンプ６００）の特性はチャージアンプＣＡＰ（オペアンプ４００）の特性と同一であり、フォトダイオードのリセット電位は、チャージアンプＣＡＰの出力電位と同一となる。各フォトダイオードのカソードのリセット電位、キャパシタのリセット電位及びチャージアンプＣＡＰのリセット電位は、同一となり、オフセットの無い理想的な出力を得ることができる。
【００３０】
(ix)１つのオールリセットスイッチＳ５００
１つのオールリセットスイッチＳ５００は、リセットスイッチＳ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４・・・の一端とバッファアンプＢＡＰの出力端子とを接続する。
【００３１】
また、説明においては図２（Ａ）〜図２（Ｇ）に示すタイミングチャートを適宜参照することとする。各タイミングチャートでは、ハイレベルの場合にスイッチがＯＮ状態となるものとする。
【００３２】
なお、図２（Ａ）はスイッチＳ４１０のタイミングチャート、図２（Ｂ）はスイッチＳ２００のタイミングチャート、図２（Ｃ）はスイッチＳ２１（Ｓ２２、Ｓ２３，Ｓ２４）のタイミングチャート、図２（Ｄ）はスイッチＳ５００のタイミングチャート、図２（Ｅ）はスイッチＳ５１（Ｓ５２，Ｓ５３、Ｓ５４）のタイミングチャート、図２（Ｆ）はスイッチＳ１１（Ｓ１２，Ｓ１３、Ｓ１４）のタイミングチャート、図２（Ｇ）はスイッチＳ３１（Ｓ３２，Ｓ３３、Ｓ３４）のタイミングチャートである。
【００３３】
この固体撮像装置はフォトダイオード１を備えており、フォトダイオード１は各素子に接続されている。以下、撮像領域ＩＰＡ内におけるフォトダイオードの代表として、１つのフォトダイオード１に着目して固体撮像装置について説明を行う。
【００３４】
なお、残りのフォトダイオード２，３，４・・・は、フォトダイオード１と同じように各素子に接続されており、説明における符号に含まれる二桁の数字の一桁目を、それぞれのフォトダイオード２，３，４・・・の数字に置き換えて読み替えることとする。例えば、フォトダイオード１がリセットスイッチＳ５１に接続されているという場合には、フォトダイオード２がリセットスイッチＳ５２に接続されているという記載を代表して記載していることとする。
【００３５】
この固体撮像装置は、フォトダイオード１のカソード（一端）をチャージアンプＣＡＰの反転入力端子（一方の入力端子）に接続する信号伝達経路Ｔと、信号伝達経路Ｔと一端を接続し前記フォトダイオードに対して並列に接続されたキャパシタ１１と、フォトダイオード１とキャパシタ１１との間の信号伝達経路Ｔ内に設けられた信号伝達スイッチＳ１１とを備えている。
【００３６】
フォトダイオード１のアノード（他端）はグランドに接続されている。フォトダイオード１の蓄積開始時から終了時までの蓄積期間ＴＡＣＭにおいて（図２（Ｅ）参照）、光の入射に応じてフォトダイオード１内に蓄積された電荷は、信号伝達スイッチＳ１１をＯＮ状態とすることでキャパシタ１１内に蓄積される。信号伝達スイッチＳ１１は、信号伝達期間ＴＴＲＡＮＳの間（図２（Ｆ）参照）、ＯＮ状態とされる。なお、素子内の既存の電荷とは逆極性の電荷を蓄積することで、既存電荷が消滅する場合も、電荷の蓄積であることとする。
【００３７】
この固体撮像装置は、信号伝達経路Ｔ内に設けられ、キャパシタ１１とチャージアンプＣＡＰとを、撮像領域ＩＰＡの１フレームの信号読出期間ＴＲＥＡＤ内において（図２（Ｇ）参照）、微小期間ＴＲ１１だけ接続する接続スイッチＳ３１を更に備えている。なお、フォトダイオード１に関する信号読み出しの期間ＴＲ１１と同様に、フォトダイオード２，３，４に関する微小期間ＴＲ１２，ＴＲ１３，ＴＲ１４が時系列に設定されている。
【００３８】
接続スイッチＳ３１をＯＮ状態にしてキャパシタ１１とチャージアンプＣＡＰを接続すると、キャパシタ１１の電荷は全てチャージアンプＣＡＰのキャパシタ４１０に流れ込み、チャージアンプＣＡＰは、キャパシタ４１０内に蓄積された電荷量Ｑに比例した電圧Ｑ／Ｃを発生し、信号が読み出されることとなる。
【００３９】
チャージアンプＣＡＰのキャパシタ４１０に蓄積された電荷は、リセットスイッチＳ４１０をＯＮ状態としてキャパシタ４１０の両端間を接続することにより消滅し、チャージアンプＣＡＰの反転入力端子と出力端子とは同電位ＶＢＩＡＳとなる。
【００４０】
キャパシタ１１に蓄積された電荷の読み出し前にチャージアンプＣＡＰのリセットスイッチＳ４１０がＯＮ状態となって、チャージアンプＣＡＰが期間ＴＲＥＳＥＴ１だけリセットされ（図２（Ａ）参照）、しかる後、信号読み出し時においては、リセットスイッチＳ４１０がＯＦＦ状態とされた状態で（図２（Ａ）参照）、キャパシタ４１０にキャパシタ１１からの電荷が流れ込み、チャージアンプＣＡＰの出力端子に出力電圧Ｑ／Ｃが現れる。
【００４１】
なお、残りのキャパシタ１２，１３，１４に蓄積された電荷の読み出し前にも、チャージアンプＣＡＰは、期間ＴＲＥＳＥＴ２，ＴＲＥＳＥＴ３，ＴＲＥＳＥＴ４だけリセットされ（図２（Ａ）参照）、しかる後、個々のキャパシタ１２，１３，１４に蓄積された電荷がキャパシタ４１０に順次蓄積される。
【００４２】
また、リセットスイッチ（第１リセットスイッチ）Ｓ５１は、フォトダイオード１とバッファアンプＢＡＰの出力端子との間に接続されている。リセットスイッチＳ５１をＯＮ状態として、フォトダイオード１とバッファアンプＢＡＰの出力端子とを接続すると、フォトダイオード１のカソード（一端）の電位がバイアス電位ＶＢＩＡＳとなる。フォトダイオード１はチャージアンプＣＡＰの動作とは独立してリセット及び電荷蓄積を行うことができるので、チャージアンプＣＡＰからの電圧出力時（信号読出時）においても、フォトダイオード１のリセットや電荷蓄積を行うことができ、したがって、１フレーム中で蓄積時間を長く取り感度を向上させることができる。
【００４３】
また、リセットスイッチＳ５１を接続状態とする期間をリセット期間ＴＰＤＲＥＳＥＴとする（図２（Ｅ）参照）。信号伝達スイッチＳ１１がＯＦＦ状態として切断される期間を信号伝達禁止期間ＴＮＯＴＲＡＮＳとする（図２（Ｆ）参照）。リセット期間ＴＰＤＲＥＳＥＴは、信号伝達禁止期間ＴＮＯＴＲＡＮＳ内に設定される。
【００４４】
本例では、キャパシタ１１に蓄積された電荷量Ｑに比例した電圧Ｑ／ＣをチャージアンプＣＡＰから出力する信号読出期間ＴＲＥＡＤが設定されているが（図２（Ｇ）参照）、フォトダイオード１のリセット期間ＴＰＤＲＥＳＥＴと信号読出期間ＴＲＥＡＤとは重複している。
【００４５】
信号伝達禁止期間ＴＮＯＴＲＡＮＳ内においては、フォトダイオード１とキャパシタ１１とは切断されているので、リセットスイッチＳ５１を接続状態としてフォトダイオード１をリセットした状態においても、チャージアンプＣＡＰからの信号読出は可能となる。すなわち、リセット期間ＴＰＤＲＥＳＥＴと信号読出期間ＴＲＥＡＤとが重複するので、１フレーム中で蓄積時間を現状よりも長く取り感度を向上させることができる。
【００４６】
なお、１つのオールリセットスイッチＳ５００をリセット期間ＴＡＬＬＲＥＳＥＴの間ＯＮ状態とすると、フォトダイオード１のカソードとバッファアンプＢＡＰの接続を、リセットスイッチＳ５１によって行うための必要条件が成立する。上述の各スイッチは、電界効果トランジスタによって構成されている。フォトダイオード１をリセット期間ＴＰＤＲＥＳＥＴの間においてリセットする場合においては、リセットスイッチＳ５１とオールリセットスイッチＳ５００とを同時にＯＮ状態とする（図２（Ｄ）、図２（Ｅ）参照）。
【００４７】
フォトダイオード１の蓄積開始時においては、リセットスイッチＳ５１をＯＦＦ状態とした後に（図２（Ｅ）参照）、オールリセットスイッチＳ５００をＯＦＦ状態とする（図２（Ｆ）参照）。これにより、オールリセットスイッチＳ５００のゲート容量によるフォトダイオード１の蓄積容量への電荷注入を防止することができる。これによりフォトダイオード１の蓄積開始時におけるフォトダイオード１のカソード電位をバッファアンプＢＡＰの出力電位に一致させることができる。
【００４８】
バッファアンプＢＡＰの出力端子はリセットスイッチＳ５１を介してフォトダイオード１のカソードに接続され、チャージアンプＣＡＰの非反転入力端子及びバッファアンプＢＡＰの非反転入力端子にはバイアス電位ＶＢＩＡＳが与えられている。
【００４９】
チャージアンプＣＡＰ及びバッファアンプＢＡＰの入力端子にバイアス電位ＶＢＩＡＳを与えると、オペアンプの入力端子間の仮想短絡によって、チャージアンプＣＡＰに接続された信号伝達経路Ｔ及びバッファアンプＢＡＰに接続されたフォトダイオード１のカソードの電位をバイアス電位ＶＢＩＡＳとすることができる。この際、フォトダイオード１のカソードは信号伝達経路Ｔに接続されているため、チャージアンプＣＡＰ側の信号伝達経路Ｔとフォトダイオード１のカソードとの間のオフセット電位が生じなくなる。
【００５０】
また、本発明の固体撮像装置は、キャパシタ１１に接続されたクリアスイッチ（第２リセットスイッチ）Ｓ２１を備え、クリアスイッチＳ２１はチャージアンプＣＡＰの出力端子に接続されている。クリアスイッチＳ２１を期間ＴＣＬＥＡＲの間接続すると（図２（Ｃ）参照）、信号伝達経路Ｔに接続されるキャパシタ１１の一端の電位は、チャージアンプＣＡＰの出力電位となり、信号伝達経路Ｔの電位が初期値ＶＢＩＡＳにリセットされる。なお、キャパシタ１１の他端の電位はグランドに設定される。
【００５１】
１つのオールクリアスイッチＳ２００は、クリアスイッチＳ２１とチャージアンプＣＡＰの出力端子との間に介在しており、キャパシタ１１のリセット時においては、オールクリアスイッチＳ２００はクリアスイッチＳ２１と同じタイミングで期間ＴＡＬＬＣＬＥＡＲの間ＯＮ状態とされる（図２（Ｂ）参照）。
【００５２】
しかる後、まず、クリアスイッチＳ２１をＯＦＦ状態とした後に（図２（Ｃ）参照）、オールクリアスイッチＳ２００をＯＦＦ状態とする。すなわち、キャパシタ１１のリセット期間ＴＣＬＥＡＲは、オールクリアスイッチのＯＮ期間ＴＡＬＬＣＬＥＡＲの内側に設定される。
【００５３】
ＯＦＦ状態とするタイミングをクリアスイッチＳ２１が先、オールクリアスイッチＳ２００が後となるようにずらすことにより、オールクリアスイッチＳ２００のゲート容量によるキャパシタ１１の蓄積容量への電荷注入を防ぎ、リセット直後の信号伝達経路Ｔの電位をチャージアンプＣＡＰの出力電位ＶＢＩＡＳと同じにすることができる。
【００５４】
なお、オールクリアスイッチのＯＮ期間ＴＡＬＬＣＬＥＡＲは、チャージアンプＣＡＰのリセット期間ＴＡＰＲＥＳＥＴ内に設定されており、チャージアンプＣＡＰの出力電位が初期値であるＶＢＩＡＳとなった後に、オールクリアスイッチＳ２００がＯＮ状態とされている。
【００５５】
なお、図２（Ｈ）は制御信号のタイミングチャート、図２（Ｉ）は基準クロックのタイミングチャートである。固体撮像装置の制御回路１００は、基準クロック（図２（Ｉ）参照）から可変パルス幅ＳＰの制御信号を生成し（図２（Ｈ）参照）、制御信号のパルス幅ＳＰに基づいてフォトダイオード１の蓄積時間ＴＡＣＭが一意的に決まるように各信号のタイミングを発生させる。図示の各信号のパルス幅は基準クロックを分周する可変分周器（カウンタ）を用いて設定することができる。また、ここで示した可変パルス幅ＳＰは一例であり、この例よりも高感度を必要とする場合には、フォトダイオードのリセット期間ＴＰＤＲＥＳＥＴをもっと短くして、フォトダイオードのリセット期間ＴＰＤＲＥＳＥＴと信号伝達期間ＴＴＲＡＮＳ以外の期間まで１フレーム内での割合を大きくすることが可能である。
【００５６】
なお、固体撮像装置の動作を下記に簡略化して纏めておく。
【００５７】
（１）信号伝達スイッチＳ１１〜Ｓ１４を同時にＯＮ状態とし、前回の撮像時に各フォトダイオード１〜４内に蓄積された電荷を各キャパシタ１１〜１４に転送し、転送終了後に信号伝達スイッチＳ１１〜Ｓ１４を同時にＯＦＦ状態とする。
【００５８】
（２）信号伝達スイッチＳ１１〜Ｓ１４を同時にＯＦＦ状態とした後、時系列接続スイッチＳ３１〜Ｓ３４を時系列にＯＮ状態として順次信号を読み出す（シフトレジスタを用いる）。
【００５９】
但し、１つの時系列接続スイッチがＯＮ状態となる場合にはリセットスイッチＳ４１０はＯＦＦ状態とされており、キャパシタ蓄積電荷量に比例した出力電圧がチャージアンプＣＡＰから出力された場合には、リセットスイッチＳ４１０がＯＮ状態となってチャージアンプＣＡＰはリセットされる。
【００６０】
（３）動作（２）の進行中において、信号伝達経路Ｔに接続された全てのフォトダイオード１，２，３，４を同時にリセットする。また、リセットスイッチＳ５１〜Ｓ５４を同時にＯＦＦ状態とし、フォトダイオード１〜４に今回の受光に応じて電荷を蓄積する。
【００６１】
信号伝達スイッチＳ１１〜Ｓ１４はＯＦＦ状態とされているので、フォトダイオード１〜４のリセット中及び／又は電荷蓄積中に、この動作とは独立して前回の受光時にキャパシタ１１〜１４に蓄積された電荷が読み出されている。
（４）フォトダイオード１〜４に今回の受光により電荷を蓄積している最中であって、且つ、チャージアンプＣＡＰからの信号読み出しが１フレーム分終了した場合には、キャパシタ１１〜１４のリセットを同時に行う。
【００６２】
すなわち、撮像領域ＩＰＡ内に蓄積された前回の全ての電荷が読み出された場合には、クリアスイッチＳ２１〜Ｓ２４及びオールクリアスイッチＳ２００を同時にＯＮ状態とし、キャパシタ１１〜１４を同時にリセットし、動作（１）に戻る。
【００６３】
本願発明者らは、ＣＣＤリニアイメージセンサの置き換えとしてＣＭＯＳリニアイメージセンサを試作してきた。その結果、フォトダイオード１と蓄積容量をリセットするための電位がばらばらであると出力にオフセットが生じることが判明した。本固体撮像装置では、フォトダイオード１、キャパシタ１１及びチャージアンプＣＡＰを独立してリセットすることができるので、信号の読み出し中にも蓄積が可能となる。
【００６４】
なお、通常のビデオライン（信号伝達経路）の幅は、ノイズ低減のため、狭く設定されているが、幅の狭い信号伝達経路では抵抗値が大きくなるため、この信号伝達経路のリセット電位に差がでてしまう。また、従来の固体撮像装置では、リセットする時間を短縮することもできない。
【００６５】
一方、本実施形態に係る固体撮像装置では、フォトダイオードリセット用の専用経路をチャージアンプとは別に設けることにより、信号伝達経路Ｔを太いアルミニウムで作製して、配線抵抗値を低減することができる。したがって、個々の蓄積容量のリセット電位を同一とすることができ、また、リセット時間を短縮することができる。
【００６６】
また、本固体撮像装置では、キャパシタ蓄積容量のリセットは、全画素データの読み出しが終了した後、一括して行うことができる。
【００６７】
なお、上述の撮像領域ＩＰＡは複数（実際には１０２４個）のフォトダイオード（画素）を１次元状に配置してなる１次元イメージセンサであるが、フォトダイオードは二次元状に配列することもできる。
（第２実施形態）
図３は第２実施形態に係る固体撮像装置の回路図である。第２実施形態に係る固体撮像装置と第１実施形態に示した固体撮像装置との相違点は、オールリセットスイッチＳ５００に電源ラインから、直接、バイアス電位ＶＢＩＡＳが与えられている点と、オールクリアスイッチＳ２００に電源ラインから、直接、バイアス電位ＶＢＩＡＳが与えられている点である。
【００６８】
第２実施形態に係る固体撮像装置の他の構成及び動作は第１実施形態のものと同一である。すなわち、本例では、リセット時にバイアス電位ＶＢＩＡＳをフォトダイオード１、チャージアンプＣＡＰ及びキャパシタ１１に与える電源ライン（バイアス回路）を独立して３つ設けている。これらのバイアス回路の特性は同一である。
【００６９】
なお、本実施形態では、フォトダイオード１のリセット用電位をチャージアンプＣＡＰではなく単純なバイアス回路で作っている点で、第１実施形態のものと相違するが、本実施形態のタイミングチャートは、第１実施形態のものと同一とすることができる。
（第３実施形態）
図４は第３実施形態に係る固体撮像装置の回路図である。第３実施形態に係る固体撮像装置と第１実施形態に示した固体撮像装置との相違点は、オールクリアスイッチＳ２００に別の増幅器ＡＮＯの出力からバイアス電位ＶＢＩＡＳが与えられている点である。
【００７０】
増幅器ＡＮＯはバッファアンプであって、オペアンプ７００と、オペアンプ７００の反転入力端子と出力端子との間に介在するスイッチ７１０とからなる。なお、スイッチ７１０は常に接続状態としてある。増幅器ＡＮＯは、チャージアンプＣＡＰの非反転入力端子に接続された非反転入力端子を有し、仮想短絡によってバイアス電位ＶＢＩＡＳを出力する。なお、オペアンプ７００の特性はオペアンプ４００及び６００の特性と同一である。
【００７１】
第３実施形態に係る固体撮像装置の他の構成及び動作は第１実施形態のものと同一である。この固体撮像装置のタイミングチャートは、第１実施形態のものと同一とすることができる。第１実施形態では、全ての画素データ（キャパシタの蓄積電荷）の読み出しが終了してから、フォトダイオードの蓄積容量をリセットするまでの期間ＴＸは、キャパシタのリセット期間が必要であるため、次の読み出しに移れない。
【００７２】
一方、本実施形態では、例えば、キャパシタ蓄積電荷を順次読み出しながら、キャパシタ用のクリアスイッチＳ２１、Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４を時系列にＯＮ状態（オールクリアスイッチＳ２００はＯＮ状態）とすることで、キャパシタ１１，１２，１３，１４を順次リセットしていくことができるので、リセットが終了したキャパシタにフォトダイオードから電荷転送を行い、かかる期間ＴＸにおいても読み出しを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１実施形態に係る固体撮像装置の回路図である。
【図２】回路動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】第２実施形態に係る固体撮像装置の回路図である。
【図４】第３実施形態に係る固体撮像装置の回路図である。
【符号の説明】
【００７４】
１，２，３，４・・・フォトダイオード、１１，１２，１３，１４・・・キャパシタ、１００・・・制御回路、４００・・・オペアンプ、４１０・・・キャパシタ、６００・・・オペアンプ、６１０・・・スイッチ、７００・・・オペアンプ、７１０・・・スイッチ、ＡＮＯ・・・増幅器、ＡＲ・・・蓄積部、ＢＡＰ・・・バッファアンプ、ＣＡＰ・・・チャージアンプ、ＣＳＧ・・・クリアスイッチ群、ＩＰＡ・・・撮像領域、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４・・・信号伝達スイッチ、Ｓ２００・・・オールクリアスイッチ、Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４・・・クリアスイッチ、Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４・・・時系列接続スイッチ、Ｓ４１０・・・リセットスイッチ、Ｓ５００・・・オールリセットスイッチ、Ｓ５１，Ｓ５２，Ｓ５３，Ｓ５４・・・リセットスイッチ、ＳＴＳＧ・・・信号伝達スイッチ群、Ｔ・・・信号伝達経路、ＴＡＣＭ・・・蓄積期間、ＴＣＬＥＡＲ・・・リセット期間、ＴＮＯＴＲＡＮＳ・・・信号伝達禁止期間、ＴＰＤＲＥＳＥＴ・・・リセット期間、ＴＲＥＡＤ・・・信号読出期間、ＴＳＳＧ・・・時系列接続スイッチ群、ＴＴＲＡＮＳ・・・信号伝達期間、ＶＢＩＡＳ・・・バイアス電位．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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