(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードと、
該フォトダイオードの信号がゲートに供給されて、該フォトダイオードの信号を増幅する増幅用ＭＯＳＦＥＴと、
該増幅用ＭＯＳＦＥＴにて増幅された前記フォトダイオードの信号を選択して出力する信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴと、
前記フォトダイオードを初期電位にリセットするリセット用ＭＯＳＦＥＴとをそれぞれ有する複数の画素が複数行および複数列に配置されるとともに、前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御し、前記リセット用ＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御する制御回路を備えた固体撮像装置であって、
前記制御回路が、任意の行の画素を走査する読み出し期間の間に、当該任意行の画素の前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴをオンし、該オン期間後、当該任意行の画素の前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴをオフし、該オフ期間後、当該任意行の画素の前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴを再びオンするように、前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴを制御するとともに、前記任意行の画素の前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴのオフ期間において、当該任意行の画素の前記リセット用ＭＯＳＦＥＴをオンするとともに、シャッター動作のために他の任意行の画素の前記リセット用ＭＯＳＦＥＴをオンするように、前記リセット用ＭＯＳＦＥＴを制御する固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に露光時間制御、シャッター動作に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、フォトダイオードとスイッチ用ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）とを組み合わせた増幅型固体撮像装置が知られている。
【０００３】
図１１は、従来の増幅型固体撮像装置５００を示す図であり、図１２は、増幅型固体撮像装置５００のうちの４つの画素を示す図である。
【０００４】
図１２に示されているように、増幅型固体撮像装置５００の画素は、フォトダイオード１０１、増幅用ＭＯＳトランジスタ１０２、信号選択用ＭＯＳトランジスタ１０３、およびリセット用ＭＯＳトランジスタ１０５を備えている。
【０００５】
フォトダイオード１０１のポテンシャル電位は、フォトダイオード１０１に入射する入射光量ｈνに応じて変動する。ソースフォロア回路である増幅用ＭＯＳトランジスタ１０２は、フォトダイオード１０１のポテンシャル電位に応じて信号を増幅する増幅アンプである。信号選択用ＭＯＳトランジスタ１０３は、画素を選択し、信号線１０４に増幅用ＭＯＳトランジスタ１０２によって増幅された信号を出力する。リセット用ＭＯＳトランジスタ１０５は、フォトダイオード１０１のポテンシャル電位をある電位ＶＤＤにリセットする。
【０００６】
図１１に示す増幅型固体撮像装置５００は、画素１−１．１、１−１．２、・・・・１−ｍ．ｎ、第１の垂直走査回路９、第２の垂直走査回路１０、水平走査回路１１を備えている。それぞれの画素が、増幅型固体撮像素子として働く。画素１−１．１、１−１．２、・・・・１−ｍ．ｎを画素アレイと呼ぶ。画素アレイの画素は、ソース・ゲート選択方式により順次選択され、その選択された画素から出力される出力信号が読み出される。
【０００７】
図１１において、Ｘ方向（行方向）に配置された複数の画素の信号選択用ＭＯＳトランジスタのゲート端子は、行ライン２−１、２−２、・・・・２−ｍのうち対応する１つの行ラインに接続されている。また、Ｘ方向（行方向）に配置された複数の画素のリセット用ＭＯＳトランジスタのゲート端子は、行ライン３−１、３−２、・・・・３−ｍのうち対応する１つの行ラインに接続されている。
【０００８】
一方、図１１において、Ｙ方向（列方向）に配置された複数の画素の信号選択用ＭＯＳトランジスタのソース端子は、列ライン４−１、４−２、・・・・４−ｎのうち対応する１つの列ラインに接続されている。
【０００９】
列ライン４−１、４−２、・・・・４−ｎのそれぞれは、ＣＤＳ回路１２を介して列選択用トランジスタ５−１、５−２、・・・・５−ｎを介してビデオライン６に共通に接続される。
【００１０】
また、画素１−１．１、・・・・１−ｍ．ｎでは、増幅用トランジスタのドレインは、リセット用ＭＯＳトランジスタのドレインと共通に接続され、増幅用トランジスタのドレインとリセット用ＭＯＳトランジスタのドレインとには、所定の電位ＶＤＤが印加されている。
【００１１】
列ライン４−１、４−２、・・・・４−ｎは、定電流負荷として働くトランジスタ７−１、７−２、・・・・７−ｎ、を介して接地されている。
【００１２】
行ライン２−１、２−２、・・・・２−ｍは、第１の垂直走査回路９に接続され、行ライン３−１、３−２、・・・・３−ｍは、第２の垂直走査回路１０に接続されている。行ライン２−１、２−２、・・・・２−ｍには、読み出しパルスφＳＥＬ１、φＳＥＬ２、・・・・φＳＥＬｍが印加され、行ライン３−１、３−２、・・・・３−ｍには、リセットパルスφＲＳＴ１、φＲＳＴ２、・・・・φＲＳＴｍが印加される。
【００１３】
また、列選択用トランジスタ５−１、５−２、・・・・５−ｎのゲートは、水平走査回路１１に接続され、パルスφＨ１、φＨ２、・・・・φＨｎが印加される。
【００１４】
以下に、ＣＤＳ回路１２を説明する。
【００１５】
ＣＤＳ回路１２は、クランプ用キャパシター１３−１、１３−２、・・・・１３−ｎと、クランプ用ＭＯＳトランジスタ１４−１、１４−２、・・・・１４−ｎと、サンプルホールド用ＭＯＳトランジスタ１５−１、１５−２、・・・・１５−ｊ、・・・・１５−ｎとを有している。
【００１６】
列ライン４−１、４−２、・・・・４−ｎ、は、クランプ用ＭＯＳトランジスタ１４−１、１４−２、・・・・１４−ｎとクランプ用キャパシター１３−１、１３−２、・・・・１３−ｎによりＡＣ結合される。列ライン４−１、４−２、・・・・４−ｎ、は、クランプ用ＭＯＳトランジスタ１４−１、１４−２、・・・・１４−ｎを介してクランプ電位Ｖｃｐに接続されている。
【００１７】
クランプ用ＭＯＳトランジスタ１４−１、１４−２、・・・・１４−ｎのゲートは、共通に信号入力ライン１６に接続され、クランプパルスφＣＬが印加されるようになっている。
【００１８】
また、列ライン上のサンプルホールド用ＭＯＳトランジスタ１５−１、１５−２、・・・・１５−ｊ、・・・・１５−ｎのゲート端子は、共通に信号入力ライン１７に接続され、サンプルホールドパルスφＳＨが印加されるようになっている。
【００１９】
以下に、図１１に示す増幅型固体撮像装置５００のｉ行の画素が選択される動作を図１３を用いて説明する。
【００２０】
図１３は、図１１に示す増幅型固体撮像装置５００における信号波形を示す図である。具体的には、図１３の（ａ）は、読み出しパルスφＳＥＬの信号波形を示す図であり、図１３の（ｂ）はリセットパルスφＲＳＴの信号波形を示す図であり、図１３の（ｃ）は信号電位ΔＶｓの信号波形を示す図であり、図１３の（ｄ）はクランプパルスφＣＬの信号波形を示す図であり、図１３の（ｅ）はサンプルホールドパルスφＳＨの信号波形を示す図である。
【００２１】
増幅型固体撮像装置５００では、一つの行ラインの走査期間（水平ブランキング期間）τＨの間、増幅型固体撮像素子の信号選択トランジスタがオンし、期間τＨの内の期間τＲＳＴの間にリセットトランジスタがオンする。
【００２２】
第１の垂直走査回路９は、ｉ行に接続されている画素１−ｉ．１、１−ｉ．２、・・・・１−ｉ．ｎの信号選択用ＭＯＳトランジスタに、ハイレベルとなるφＳＥＬ（ｉ）を印加する。φＳＥＬ（ｉ）を除くφＳＥＬは、ロウレベルである。このため、ｉ行に接続されている画素１−ｉ．１、１−ｉ．２、・・・・１−ｉ．ｎの信号選択用ＭＯＳトランジスタだけがオン状態になる。つまり、ｉ行に接続されていない画素の信号選択用ＭＯＳトランジスタはオフ状態である。このため、列ライン信号線には、ｉ行に接続されている画素から出力される信号のみが読み出される。
【００２３】
さらに、第２の垂直走査回路１０は、ｉ行に接続されている画素１−ｉ．１、１−ｉ．２、・・・・１−ｉ．ｎのリセット用ＭＯＳトランジスタに、ハイレベルとなるリセットパルスφＲＳＴ（ｉ）を印加する。リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）を除くリセットパルスφＲＳＴは、ロウレベルである。このため、ｉ行に接続されている画素１−ｉ．１、１−ｉ．２、・・・・１−ｉ．ｎのリセット用ＭＯＳトランジスタだけがオン状態になる。つまり、ｉ行に接続されていない画素のリセット用ＭＯＳトランジスタはオフ状態である。このため、ｉ行に接続されている画素のフォトダイオードのポテンシャル電位がある電位ＶＤＤにリセットされる。フォトダイオードのポテンシャル電位がリセットされる期間をリセット期間τＲＳＴと呼ぶ。
【００２４】
図１３の（ｃ）に示すように、φＳＥＬ（ｉ）がハイレベルである期間τＨの中に、リセット期間τＲＳＴが設けられることにより、水平方向ｊ番の信号線（列ライン）には、画素信号Ｖｓ（ｉ．ｊ）が得られる。つまり、正味の信号電位ΔＶｓがリセット動作の前後の電位差として得られる。
【００２５】
正味の信号電位ΔＶｓを得るために、画素信号Ｖｓ（ｉ．ｊ）はＣＤＳ回路１２に送られる。具体的には、クランプパルスφＣＬでクランプ用ＭＯＳトランジスタ１４−１、１４−２、・・・・１４−ｊ、・・・・１４−ｎが駆動され、クランプ用ＭＯＳトランジスタ１４−１、１４−２、・・・・１４−ｊ、・・・・１４−ｎを介してクランプ電位Ｖｃｐがクランプ用キャパシタ１３−１、１３−２、・・・・１３−ｊ、・・・・１３−ｎに送られ、画素信号Ｖｓ（ｉ．ｊ）がクランプされ、画素信号Ｖｓ（ｉ．ｊ）のレベルの変動による影響が取り除かれる。
【００２６】
その後、サンプルホールドパルスφＳＨによってサンプルホールド用ＭＯＳトランジスタ１５−１、１５−２、・・・・１５−ｊ、・・・・１５−ｎが駆動され、正味の信号電位に対応した電位（動作電位Ｖｃｐ＋リセット電位により電圧上昇した正味の信号電位ΔＶｓ）をサンプルホールドする。
【００２７】
クランプパルスφＣＰでクランプ電位Ｖｃｐをクランプし、サンプルホールドパルスφＳＨでリセット後の出力電位Ｖｓ（Ｖｃｐ＋ΔＶｓ）をサンプルホールドすることにより正味の信号電位ΔＶｓに対応した信号電位ＶＳＩＧ（ｉ）（図示せず）が１水平走査期間ごとに順次得られる。
【００２８】
信号電位ＶＳＩＧ（ｉ）が水平走査回路１１によって、読み出し期間（水平ブランキング以外の期間）に、ビデオライン６から出力される。具体的には、水平走査回路１１が、パルスφＨ１、φＨ２、・・・・φＨｎを列選択用トランジスタ５−１、５−２、・・・・５−ｎに順次出力することにより、ビデオライン６に出力信号が連続的に出力される。
【００２９】
図１４は、図１１に示す増幅型固体撮像装置５００に印加される、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）〜φＳＥＬ（ｉ＋２）およびリセットパルスφＲＳＴ（ｉ）〜φＲＳＴ（ｉ＋２）を示す図である。具体的には、図１４は、任意の露光期間τＳＨで、増幅型固体撮像装置５００を制御するシャッター動作を示す図である。
【００３０】
明るさに応じて露光期間τＳＨを設定（最大で１フレーム期間）することにより、増幅型固体撮像装置５００は明るさに応じた最適な画像を得ることができる。例えば、非常に明るい場合、シャッター速度を速くすることによって、過度の露光を防止すると共にハレーションなども無くすことができる。
【００３１】
図１４に示すように、通常の場合の信号蓄積期間となる１フレーム期間において、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（リセット用）がハイレベルとなるリセット期間が、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）がハイレベルとなる読み出し期間と重なる期間以外の期間τＲＳＴ２に、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（シャッター用）がハイレベルとなることにより、露光期間は１フレーム期間よりも短い露光期間となる。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
たとえば、期間ｔ１では、行ｉのラインに接続されている画素にリセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（シャッター用）が印加され、行ｉ＋２のラインに接続されている画素からは、画素信号が読み出されるとする。図１１に示すように、リセット用トランジスタおよび増幅用トランジスタが同じ電源ＶＤＤに接続されているため、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）のシャッター期間（τＲＳＴ２）では、接続されているトランジスタのドレインとなるＶＤＤがわずかの電圧降下によりＶＤＤ−ΔＶとなるため、一定電位ＶＤＤでリセットされない。
【００３３】
全行ラインＶ（１）、Ｖ（２）・・・、Ｖ（ｉ）、・・・Ｖ（ｍ）における１フレーム期間中の読み出し動作を図１５を用いて説明する。
【００３４】
図１５は、行ラインＶ（１）、Ｖ（２）・・・、Ｖ（ｉ）、・・・Ｖ（ｍ）における読み出し動作を示す図である。図１５では、横軸に時間をとり、縦軸に垂直方向の行ラインＶ（１）、Ｖ（２）・・・、Ｖ（ｉ）、・・・Ｖ（ｍ）をとる。
【００３５】
通常動作時、時刻Ｔ（ｉ）にＶ（ｉ）番目の行ラインが選択されて、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）が印加され、さらに、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（リセット用）が印加される。また、１フレーム期間後（通常露光期間後）、つまり時刻（Ｔ（ｉ）＋１フレーム）にＶ（ｉ）番目の行ラインが選択される。
【００３６】
次に、前述のシャッター動作であるが、全フレーム内の画素の露光期間が同一となるように、図１５に示すように、シャッター用リセットパルスが順次Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｉ）、・・・、Ｖ（ｍ）の行ラインの画素に印加される。
【００３７】
リセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が印加される場合には、リセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が垂直ブランキング期間内（Ｂ）で印加される場合と、リセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が他の画素の読み出し動作を行っている期間（Ａ、Ｃ）で印加される場合とがある。
【００３８】
期間（Ａ、Ｃ）で、リセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が印加される場合、画素のフォトダイオードをリセットするリセット電位ＶＤＤが低下する。
【００３９】
たとえば、読み出し動作により、図１２に示すように画素のソースフォロア回路部に一定電流Ｉ0が図１１に示す定電流源７−１〜７−ｎより供給され、ある行ラインに接続されている全ての画素（ｎ個）に一定電流Ｉ0が同一に供給されるため、電源から定電流源までの配線抵抗Ｒ0が微小であったとしても、ある行ラインに接続されている全画素で考えると、リセット電位ＶＤＤがＶＤＤ−Ｒ0×Ｉ0×ｎにまで電位が降下する。
【００４０】
一方、期間（Ｂ）で、リセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が印加される場合、画素のフォトダイオードをリセットするリセット電位ＶＤＤは低下しない。他の画素が読み出し動作されていないからである。
【００４１】
このため、期間（Ａ、Ｃ）と期間（Ｂ）では、リセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）を印加するリセットトランジスタのドレイン電位に、僅かな電位差が生じる。その結果、画素のフォトダイオードのポテンシャルの初期値を決めるリセット電位に差が生じるため、撮像された画面上では、垂直ブランキングに対応した横帯状のノイズが発生する問題がある。
【００４２】
本発明は、上記問題を鑑み、シャッター動作において横帯状のノイズが無く均一な画像を得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。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、フォトダイオードと、該フォトダイオードの信号がゲートに供給されて、該フォトダイオードの信号を増幅する増幅用ＭＯＳＦＥＴと、該増幅用ＭＯＳＦＥＴにて増幅された前記フォトダイオードの信号を選択して出力する信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴと、前記フォトダイオードを初期電位にリセットするリセット用ＭＯＳＦＥＴとをそれぞれ有する複数の画素が複数行および複数列に配置されるとともに、前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御し、前記リセット用ＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御する制御回路を備えた固体撮像装置であって、前記制御回路が、任意の行の画素を走査する読み出し期間の間に、当該任意行の画素の前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴをオンし、該オン期間後、当該任意行の画素の前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴをオフし、該オフ期間後、当該任意行の画素の前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴを再びオンするように、前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴを制御するとともに、前記任意行の画素の前記信号選択用スイッチＭＯＳＦＥＴのオフ期間において、当該任意行の画素の前記リセット用ＭＯＳＦＥＴをオンするとともに、シャッター動作のために他の任意行の画素の前記リセット用ＭＯＳＦＥＴをオンするように、前記リセット用ＭＯＳＦＥＴを制御する。
【００５３】
以下、作用を説明する。
【００５４】
本発明においては、シャッター用のリセット動作を、水平ブランキング期間での読み出し時に印加されるリセットパルスとは関係なく、読み出し動作期間とは異なる期間に、別の画素ラインのシャッター用のリセット動作を行う。その結果、読み出し動作に伴う電源の電位降下は、シャッター用のリセット動作時においては生じなく、垂直ブランキング及びそれ以外の期間においてもリセット電位は電位降下のないＶＤＤのままで差を生じることがないため、撮像された画面上の垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズは発生しない。
【００５５】
また、読み出し動作時において、読み出しパルスφＳＥＬをリセットパルスφＲＳＴがハイレベルの際にはローレベルとすることにより、フォトダイオードを基準電位ＶＤＤにリセットする。そのリセット電位ＶＤＤが読み出しパルスφＳＥＬパルスがローレベルであるため、前記電位降下は発生せず、また、前述したように垂直ブランキング期間でも電位降下は起こらないことから撮像された画面上の垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズは発生しない。
【００５６】
また、シャッター用のリセット動作によりリセットされるフォトダイオードのリセット電位ＶＤＤを供給する電源と各画素のソースフォロア部の電源とを別電源ラインにより供給することにより読み出し動作による電源回路部の電位降下と各画素のフォトダイオードをリセットするリセット電位とは無関係となることにより撮像された画面上の垂直ブランキングに対応した横帯状のノイズは発生しない。
【００５７】
また、本発明においては垂直ブランキング期間内でシャッター用リセットされる場合においてもダミーの画素を垂直ブランキング期間に対応した画素数分具備させることにより、全ての期間において他の期間と同様に読み出し動作が擬似的に連続的に動作しているため、垂直ブランキング期間と他の期間での各画素のフォトダイオードのリセットされるリセット電位に電位差が生じることはなく撮像された画面上の垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズは発生しない。
【００５８】
また、垂直ブランキング期間内でシャッター用リセットされる場合においても、全ての期間において垂直ブランキング期間以外の他の期間と同様に読み出し動作が擬似的に連続的に動作するように、あるダミーの画素ラインを垂直ブランキング期間中複数回読み出し動作させることにより垂直ブランキング期間と他の期間での各画素のフォトダイオードのリセットされるリセット電位に電位差が生じることはなく撮像された画面上に垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズは生成されない。
【００５９】
【発明の実施の形態】
図面を参照し、本発明を説明する。
【００６０】
（実施形態１）
以下に、本発明の実施形態１における増幅型固体撮像装置１００を図１を用いて説明する。
【００６１】
図１は、実施形態１における増幅型固体撮像装置１００を示す図である。
【００６２】
図１に示す増幅型固体撮像装置１００は、画素１−１．１、１−１．２、・・・・１−ｍ．ｎ、トランジスタ７−１〜７−ｎ、第１の垂直走査回路１０９、第２の垂直走査回路１１０、水平走査回路１１、およびＣＤＳ回路１２を備えている。画素１−１．１、１−１．２、・・・・１−ｍ．ｎを画素アレイと呼ぶ。画素の構成は、図１２に示す構成と同じである。図１に示す増幅型固体撮像装置１００の構成は、画素を選択するための第１の垂直走査回路１０９と、画素のポテンシャルをリセットし、増幅型固体撮像装置１００のシャッターとして働く第２の垂直走査回路１１０とを除き、図１１に示す増幅型固体撮像装置５００の構成と同じである。
【００６３】
以下に、第１の垂直走査回路１０９が生成する読み出しパルスφＳＥＬと第２の垂直走査回路１１０が生成するリセットパルスφＲＳＴを図２を用いて説明する。
【００６４】
図２は、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）〜φＳＥＬ（ｉ＋２）およびリセットパルスφＲＳＴ（ｉ）〜φＲＳＴ（ｉ＋２）の信号波形を示す図である。
【００６５】
ｉ行の画素の信号を読み出す際に、信号読み出し期間τＨの間、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）がハイレベルとなる。ＣＤＳ回路１２により、正味の信号成分ΔＶｓを得るために、信号読み出し期間τＨ（φＳＥＬ（ｉ）がハイレベルである期間）の中の期間τＲＳＴで、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（リセット用）がハイレベルとなり、フォトダイオードは初期電位ＶＤＤにリセットされる。
【００６６】
第２の垂直走査回路１１０が上記読み出し期間τＨ内の期間τＲＳＴでフォトダイオードのポテンシャル電位を初期電位ＶＤＤにリセットする。シャッター用のリセット動作については、第２の垂直走査回路１１０は、通常露光期間（１フレーム期間）内で、上記読み出し期間τＨと異なる期間τＲＳＴ２に、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（シャッター用）がハイレベルとなることにより行われる。つまり、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（シャッター用）を制御することにより、通常露光期間の中で、露光期間を自由に選択することができる。
【００６７】
実施形態１では、シャッターパルス用のリセットパルスφＲＳＴ（ｉ）がハイレベルとなる期間τＲＳＴ２に、全ての画素の読み出し動作は行われない。
【００６８】
このため、読み出し動作によって、リセット電圧ＶＤＤを供給する電源の電位の降下が生じている際に、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（シャッター用）がハイレベルとならない。つまり、τＲＳＴ２期間に、画素アレイ内で読み出し動作されている画素ラインはない。その結果、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（シャッター用）により、リセットされるフォトダイオードの初期電位には電位の降下が生じない。シャッター用のリセットをすることにより垂直ブランキングに対応して発生していた横帯状のノイズが発生しない。
【００６９】
（実施形態２）
以下に、本発明の実施形態２における増幅型固体撮像装置を説明する。
【００７０】
実施形態２における増幅型固体撮像装置の構成は、第１の垂直走査回路１０９および第２の垂直走査回路１１０を除き、図１に示す増幅型固体撮像装置１００の構成と同じである。つまり、実施形態２の画素の構成は、図１２に示す構成と同じである。
【００７１】
以下に、実施形態２の第１の垂直走査回路が生成する読み出しパルスφＳＥＬと実施形態２の第２の垂直走査回路が生成するリセットパルスφＲＳＴを図３を用いて説明する。
【００７２】
図３は、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）、φＳＥＬ（ｉ＋ｘ）、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）、φＲＳＴ（ｉ＋ｘ）、画素信号Ｖｓ（ｉ、ｊ）、クランプパルスφＣＬ、およびサンプルホールドパルスφＳＨの信号波形を示す図である。
【００７３】
実施形態２では、ｉ行の画素を操作する読み出し期間τＨの間に、ｉ行における画素の信号選択用ＭＯＳトランジスタがオンし、次にその信号選択用ＭＯＳトランジスタがオフし、その信号選択用ＭＯＳトランジスタがオフしてから期間τＲＳＴの間、リセットトランジスタがオンする。期間τＲＳＴが終了した後、再び、信号選択用ＭＯＳトランジスタがオンし、読み出し期間τＨの終了と同時に信号選択用ＭＯＳトランジスタがオフする。
【００７４】
図３に示すように、期間τＲＳＴにおいて読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）がオフすることにより、読み出し期間τＨにおいて選択されている行ｉに接続されている画素のソースフォロア回路に一定電流が供給されない。
【００７５】
期間τＲＳＴでリセットパルスφＲＳＴ（ｉ）をハイレベルとすることで画素のフォトダイオードのポテンシャル電位をリセット電位ＶＤＤにリセットする際、電流Ｉ0が流れることにより電位が降下することはない。
【００７６】
以下に、ｉ行に対応する画素のシャッター動作を説明する。ｉ行に対応する画素が、シャッター動作のためリセットされる場合、ｉ＋ｘ行に対応する画素１−ｉ＋ｘ．１、１−ｉ＋ｘ．２、・・・・１−ｉ＋ｘ．ｎに対して読み出し操作が行われていたとしても、上述したように、リセット電位ＶＤＤが電位降下することがない。
【００７７】
このため、垂直ブランキング以外の期間でシャッター動作のために画素のフォトダイオードをリセットする場合であっても、実施形態２の第１の垂直走査回路により、初期電圧に電位降下のないリセット電位ＶＤＤでフォトダイオードのポテンシャル電位をリセットすることができる。
【００７８】
また、垂直ブランキング期間におけるシャッター動作においては、読み出しのために選択されている画素は存在しない。このため、リセット電位ＶＤＤが電圧降下することなく、シャッター動作によりリセットされる画素のフォトダイオードのポテンシャル電位はリセット電位ＶＤＤとなる。上述したように、本実施形態２の固体撮像装置では、垂直ブランキング期間であるか否かにかかわることなく、リセットするための電位が一定になるため、従来の固体撮像装置５００で問題となった垂直ブランキングに対応する横帯状のノイズは発生しない。
【００７９】
（実施形態３）
以下に、本発明の実施形態３における増幅型固体撮像装置２００を図４を用いて説明する。
【００８０】
図４は、実施形態３における増幅型固体撮像装置２００の一部を示す図である。
【００８１】
図４に示す増幅型固体撮像装置２００は、フォトダイオード４０１、増幅用ＭＯＳトランジスタ４０２、信号選択用ＭＯＳトランジスタ４０３、およびリセット用ＭＯＳトランジスタ４０５を備えている。
【００８２】
フォトダイオード４０１のポテンシャル電位は、フォトダイオード４０１に入射する入射光量ｈνに応じて変動する。ソースフォロア回路である増幅用ＭＯＳトランジスタ４０２は、フォトダイオード４０１のポテンシャル電位に応じて出力信号を増幅する増幅アンプである。信号選択用ＭＯＳトランジスタ４０３は、画素を選択し、信号線４０４に増幅用ＭＯＳトランジスタ４０２によって増幅された信号を出力する。リセット用ＭＯＳトランジスタ４０５は、フォトダイオード１０１のポテンシャル電位を電位ＶＲｅｓｅｔにリセットする。
【００８３】
ソースフォロア回路である増幅用ＭＯＳトランジスタ４０２はドレイン接続され、そのドレインには所定の電位ＶＤＤが印加されている。
【００８４】
従来の増幅型固体撮像装置５００では、読み出し用のソースフォロア回路の増幅用ＭＯＳトランジスタのための電源とリセット用ＭＯＳトランジスタのための電源が同一であるのに対して、本実施形態３における増幅型固体撮像装置２００では、読み出し用のソースフォロア回路の増幅用ＭＯＳトランジスタ４０２のための電源とリセット用ＭＯＳトランジスタ４０５のための電源が独立している。
【００８５】
ソースフォロア回路の増幅用ＭＯＳトランジスタ４０２のドレインが、電圧ＶＤＤを印加する電源に接続され、リセットトランジスタ４０５のドレインが電圧ＶＲｅｓｅｔを印加する電源に接続されている。
【００８６】
このため、垂直ブランキング時のシャッター動作におけるフォトダイオードのリセット電位と垂直ブランキング期間以外の期間でのシャッター動作におけるフォトダイオードのリセット電位との電位差による、垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズが発生しない。つまり、垂直ブランキングであるか否かにかかわらず、リセット電位に変動が生じることなく、常に初期電位が電位ＶＲesetである電位でフォトダイオードのポテンシャルをリセットすることができる。
【００８７】
（実施形態４）
以下に、本発明の実施形態４における増幅型固体撮像装置３００を図５〜図７を用いて説明する。
【００８８】
図５は、増幅型固体撮像装置３００を示す図である。図６は、増幅型固体撮像装置３００が、１フレーム期間中にダミー画素を含めた全画素をアクセスする時間を示す図である。図６では、横軸に時間をとり、縦軸に垂直方向の、Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｍ）、・・・、Ｖ（ｍ＋Ｄ）行とっている。図７は、リセットパルスφＲＳＴと読み出しパルスφＳＥＬの一例を示す図である。
【００８９】
実施形態４における増幅型固体撮像装置３００の構成は、図１１に示す増幅型固体撮像装置５００にダミー画素が追加された構成である。ダミー画素とは、有効画素以外の画素を意味し、垂直ブランキング期間にアクセスされる画素である。
【００９０】
第４の実施形態における固体撮像装置３００は、増幅型固体撮像装置５００と同様に、画素をソースゲート選択方式により順次選択し、その選択された画素から出力信号を読み出す。
【００９１】
第４の実施形態をＣＩＦフォーマット用固体撮像装置に適応した場合、例えば、全画素数が、Ｈ３９３×Ｖ３３０であり、そのうち、ＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ）部を含む有効画素数は、Ｈ３９３×Ｖ２９９であり、垂直ブランキング期間にアクセスされるダミー画素数は３１となる。
【００９２】
以下に、実施形態４における増幅型固体撮像装置３００の動作を図６を用いて説明する。
【００９３】
通常動作時、時刻Ｔｄ１で、Ｖ（ｉ）に対応する画素が選択されて、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）がその画素に印加される。次に、時刻Ｔｄ２で、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（リセット用）がその画素に印加される。その後、時刻Ｔｄ３で、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（シャッター用）がその画素に印加される。また、時刻Ｔｄ１から１フレーム期間が経過した後、再びＶ（ｉ）に対応する画素が選択される。
【００９４】
実施形態４では、図１１の増幅型固体撮像装置５００と同様のシャッター動作で、全フレーム内の画素の露光の期間が同一となるようにリセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が順次Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｍ）、・・・、Ｖ（ｍ＋Ｄ）の画素に印加される。
【００９５】
本実施形態の増幅型固体撮像装置３００では、垂直方向において、増幅型固体撮像装置５００と異なり、ダミーの画素を備えている。増幅型固体撮像装置３００のダミーの画素の数は、垂直ブランキング期間に関する数（垂直ブランキング期間にアクセスされる数）である。
【００９６】
このため、垂直ブランキング期間内でリセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が印加される場合と、垂直ブランキング期間外でリセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が印加される場合とで、画素のフォトダイオードのポテンシャル電位をリセットする初期のリセット電位ＶＤＤが全画素において同じになる。つまり、全ての期間で同様の電流Ｉ0が発生する。
【００９７】
本実施形態では、垂直ブランキング期間と垂直ブランキング期間以外でリセット電位に差が生じないため、垂直ブランキング期間に対応する横帯状のノイズは発生しない。
【００９８】
（実施形態５）
以下に、本発明の実施形態５における増幅型固体撮像装置４００を図８〜図１０を用いて説明する。
【００９９】
図８は、増幅型固体撮像装置４００を示す図である。図９は、増幅型固体撮像装置３００が、１フレーム期間中にダミー画素を含めた全画素をアクセスする時間を示す図である。図９では、横軸に時間をとり、縦軸に垂直方向の、Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｍ）、Ｖ（ｍ＋１）行とっている。図１０は、リセットパルスφＲＳＴと読み出しパルスφＳＥＬの一例を示す図である。
【０１００】
実施形態５における増幅型固体撮像装置４００の構成は、図１１に示す増幅型固体撮像装置５００にダミー画素が少なくとも１行追加された構成である。ダミー画素とは、有効画素以外の画素を意味し、垂直ブランキング期間にアクセスされる画素である。
【０１０１】
なお、説明を簡単にするために、図８に示す増幅型固体撮像装置４００では、有効画素以外に垂直ブランキング期間中に繰り返し駆動されるダミー画素を１行備えている。
【０１０２】
第５の実施形態における固体撮像装置４００は、増幅型固体撮像装置５００と同様に、画素をソースゲート選択方式により順次選択し、その選択された画素から出力信号を読み出す。
【０１０３】
第５の実施形態をＣＩＦフォーマット用固体撮像装置に適応した場合、例えば、全画素数が、Ｈ３９３×Ｖ３００となる垂直ブランキング期間にアクセスされるダミー画素数は１となる。
【０１０４】
本実施形態は、実施形態４と異なり、垂直ブランキング期間と相当する３１画素全ての画素をダミー画素として備えているのではなく、少なくとも１つの画素ラインをダミー画素として備えていればよく、本実施形態のダミー画素ラインは、垂直ブランキング期間中に複数回駆動される。
【０１０５】
以下に、実施形態５における増幅型固体撮像装置４００の動作を図９を用いて説明する。
【０１０６】
通常動作時、時刻Ｔｄ１で、Ｖ（ｉ）に対応する画素が選択されて、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）がその画素に印加される。次に、時刻Ｔｄ２で、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（リセット用）がその画素に印加される。その後、時刻Ｔｄ３で、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）（シャッター用）がその画素に印加される。また、時刻Ｔ（ｉ）から１フレーム期間が経過した後、再びＶ（ｉ）に対応する画素が選択される。
【０１０７】
実施形態５では、図１１の増幅型固体撮像装置５００と同様のシャッター動作で、全フレーム内の画素の露光の期間が同一となるようにリセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が順次Ｖ（１）、Ｖ（２）、・・・、Ｖ（ｍ）、Ｖ（ｍ＋１）の画素に印加される。
【０１０８】
垂直ブランキング期間においては、φＳＥＬを生成する第１の垂直走査回路およびリセットパルスφＲＳＴを生成する第２の垂直走査回路１１０は、ダミー画素である１行を繰り返し駆動する。つまり、垂直ブランキング期間においても、読み出しパルスφＳＥＬおよびリセットパルスφＲＳＴ（リセット用）が、ダミー画素である１行に繰り返し印加される。
【０１０９】
このため、垂直ブランキング期間内でリセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が印加される場合と、垂直ブランキング期間外でリセットパルスφＲＳＴ（シャッター用）が印加される場合とで、画素のフォトダイオードのポテンシャル電位をリセットする初期のリセット電位ＶＤＤが全画素において同じになる。つまり、全ての期間で同様の電流Ｉ0が発生する。
【０１１０】
本実施形態では、垂直ブランキング期間と垂直ブランキング期間以外でリセット電位に差が生じないため、垂直ブランキング期間に対応する横帯状のノイズは発生しない。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、シャッターリセット動作を水平ブランキング期間での読み出し時に印加されるリセットパルスとは関係なく読み出し動作期間とは異なる期間に別の画素ラインのシャッター用のリセット動作を行うことにより読み出し動作に伴う電源の電位降下はシャッター用のリセット動作時においては生じないため、垂直ブランキング及びそれ以外の期間においても各画素のフォトダイオードをリセットするリセット電位は電位降下のないＶＤＤのままで差を生じさせることがないため、撮像された画面上の垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズが発生することはない。
【０１１２】
また、読み出し動作時において、リセットパルスφＲＳＴがハイレベルの際には読み出しパルスφＳＥＬをローレベルとする。リセットパルスφＲＳＴがハイレベルであることにより、フォトダイオードのポテンシャルが、リセット電位ＶＤＤにリセットされる。φＳＥＬパルスがローレベルであるため、リセット電位ＶＤＤの電位は降下しない。また、垂直ブランキング期間でもリセット電位ＶＤＤの電位降下は起こらない。このため、撮像された画面上の垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズは発生しない。
【０１１３】
また、シャッター用のリセット動作によりリセットされるフォトダイオードのリセット電位ＶＤＤを供給する電源と画素のソースフォロア部の電源とを独立させることにより、読み出し動作による電源回路部の電位降下と画素のフォトダイオードをリセットするリセット電位とは無関係となる。このことによって、撮像された画面上の垂直ブランキングに対応した横帯状のノイズは発生しない。
【０１１４】
また、本発明においては垂直ブランキング期間内でシャッターリセットされる場合においても、ダミーの画素を垂直ブランキング期間に対応した画素数分具備させることにより、全ての期間において他の期間と同様に読み出し動作が擬似的に連続的に動作しているため、垂直ブランキング期間と他の期間での各画素のフォトダイオードのリセットされるリセット電位に電位差が生じることなく、撮像された画面上の垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズは発生しない。
【０１１５】
また、垂直ブランキング期間内でシャッター用リセットされる場合においても、全ての期間において垂直ブランキング期間以外の他の期間と同様に読み出し動作が擬似的に連続的に動作するようにあるダミーの画素ラインを垂直ブランキング期間中複数回読み出し動作させることにより垂直ブランキング期間と他の期間での各画素のフォトダイオードのリセットさせるリセット電位に電位差が生じることなく撮像された画面上に垂直ブランキング期間に対応した横帯状のノイズは生成されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における増幅型固体撮像装置１００を示す図である。
【図２】読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）〜φＳＥＬ（ｉ＋２）およびリセットパルスφＲＳＴ（ｉ）〜φＲＳＴ（ｉ＋２）の信号波形を示す図である。
【図３】読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ＋ｘ）、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ）、リセットパルスφＲＳＴ（ｉ＋ｘ）、画素信号Ｖｓ（ｉ、ｊ）、クランプパルスφＣＬ、およびサンプルホールドφＳＨの信号波形を示す図である。
【図４】実施形態３における増幅型固体撮像装置２００の一部を示す図である。
【図５】増幅型固体撮像装置３００を示す図である。
【図６】増幅型固体撮像装置３００が、１フレーム期間中にダミー画素を含めた全画素をアクセスする時間を示す図である。
【図７】リセットパルスφＲＳＴと読み出しパルスφＳＥＬの一例を示す図である。
【図８】増幅型固体撮像装置４００を示す図である。
【図９】増幅型固体撮像装置３００が、１フレーム期間中にダミー画素を含めた全画素をアクセスする時間を示す図である。
【図１０】リセットパルスφＲＳＴと読み出しパルスφＳＥＬの一例を示す図である。
【図１１】従来の増幅型固体撮像装置５００を示す図である。
【図１２】増幅型固体撮像装置５００のうちの４つの画素を示す図である。
【図１３】（ａ）は、読み出しパルスφＳＥＬの信号波形を示す図であり、（ｂ）はリセットパルスφＲＳＴの信号波形を示す図であり、（ｃ）は信号電位ΔＶｓの信号波形を示す図であり、（ｄ）はクランプパルスφＣＬの信号波形を示す図であり、（ｅ）はサンプルホールドパルスφＳＨの信号波形を示す図である。
【図１４】図１１に示す増幅型固体撮像装置５００に印加される、読み出しパルスφＳＥＬ（ｉ）〜φＳＥＬ（ｉ＋２）およびリセットパルスφＲＳＴ（ｉ）〜φＲＳＴ（ｉ＋２）を示す図である。
【図１５】行ラインＶ（１）、Ｖ（２）・・・、Ｖ（ｉ）、・・・Ｖ（ｍ）における読み出し動作を示す図である。
【符号の説明】
１−１．１、１−１．２、・・・・１−ｍ．ｎ  画素
９      第１の垂直走査回路
１０    第２の垂直走査回路
１１    水平走査回路
１０１  フォトダイオード
１０２  増幅用ＭＯＳトランジスタ
１０３  信号選択用ＭＯＳトランジスタ
１０４  信号線
１０５  リセット用ＭＯＳトランジスタ
【図１】
0003788561.tif 000002
【図２】
0003788561.tif 000003
【図３】
0003788561.tif 000004
【図４】
0003788561.tif 000005
【図５】
0003788561.tif 000006
【図６】
0003788561.tif 000007
【図７】
0003788561.tif 000008
【図８】
0003788561.tif 000009
【図９】
0003788561.tif 000010
【図１０】
0003788561.tif 000011
【図１１】
0003788561.tif 000012
【図１２】
0003788561.tif 000013
【図１３】
0003788561.tif 000014
【図１４】
0003788561.tif 000015
【図１５】
0003788561.tif 000016