CN103329513A - 固体摄像装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明的固体摄像装置具备：多个像素（101），排列为2维状；多个像素共有电路（106），由相邻的一定数量的像素共有，按每该一定数量的像素配置1个，排列为矩阵状；列共有电路（120），按多个像素共有电路（106）的每列配置1个，由属于同一列的像素共有电路（106）共有；列信号线（113），按像素共有电路（106）的每列配置；以及复位信号线（114），按像素共有电路（106）的每列配置；多个像素各自的电信号由像素共有电路（106）检测，并经由列信号线（113）读出至列共有电路（120），由像素共有电路（106）检测到的电信号通过包括列信号线（113）、列共有电路（120）和复位信号线（114）的反馈路径而被复位。

Description

固体摄像装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及固体摄像装置等，涉及在电子静态照相机、监视摄像机、视频摄像机等中使用的固体摄像装置等。

背景技术

固体摄像装置一般被称为图像传感器等，其种类大体分为CCD传感器或MOS传感器。在这些在硅基板中形成光电二极管而成的固体摄像装置中，特别是在进行像素的微细化的情况下存在3个缺点。

（材料）第1个是，由于硅的材料特性导致光电二极管存在性能极限，因此灵敏度降低。例如，作为绿光的波长550nm的光在硅中入射2μm的情况下，只有约92%被吸收。也就是说，即使形成深度2μm的光电二极管，也不可能得到量子效率92%以上的特性。为了解决该问题，可以增大光电二极管的深度，但是由于像素很微细，深度方向与横方向的纵横比变大，难以制造。因此，难以制作高灵敏度的固体摄像装置。

（开口度）第2个是，由于在同一平面内形成光电二极管和像素内的晶体管，因此无法较大地取得光电二极管的面积（从像素的面积至少减去晶体管的面积而得到的面积）。为了使光集中到具有该有限面积的光电二极管，通常在各像素中配置有微透镜。但是，不可能使入射至固体摄像装置的全部光集中到光电二极管（通常效率为50～70%程度）。进而，如果像素变得微细，则光电二极管相对于搭载在像素上的布线·层间膜的厚度的合计的面积变小，因此效率愈加变差。即，在硅基板中形成有光电二极管的以往型的固体摄像装置中，对形成于基板上的放大晶体管及元件分离区域等光电二极管以外的部分照射的光未被光电变换而损失。即使采用微透镜配置等手段，也无法使光仅集中在光电二极管，无法避免该效率的恶化。

该效率的恶化通过对光电二极管从布线侧的背面照射光（所谓的背面照射型传感器）而得到改善，但是效率不可能达到100%。也就是说，在背面照射型传感器或层叠型传感器中，在整面进行光电变换，所以不存在针对以往型的固体摄像装置如上所述的损失。如果从光源到光电变换膜的反射或吸收引起的损失（该损失在以往型的固体摄像装置中也存在）能够忽略而光电变换膜的内部量子效率成为100%，也许能够实现效率100%。实际上，不存在内部量子效率100%的材料，但是已知大量比作为固体摄像装置的一般基板的Si更好的材料。通过将这样的材料和作为控制电路的材料、例如最容易制作的Si基板组合，能够实现效率比以往更好的固体摄像装置，但是内部量子效率不可能达到100%。因此，这也成为灵敏度降低的原因。

（由于微细化而FD电容下降→光电二极管的蓄积电容存在限制）第3个是，无法较大地取得光电二极管的蓄积电容。通常，从像素内的光电二极管经由传输门向浮动扩散（floating diffusion）转送电荷。该浮动扩散与放大晶体管的栅极连接，输出与电荷相应的电压。这时，需要将由光电二极管生成的电荷（电子）全部转送（完全转送）到浮动扩散。为了防止转送遗漏，无法增大相对于浮动扩散的电容的、光电二极管的蓄积电容。因此，像素的饱和电子数（每1像素能够检测到的最大电子数）变小，固体摄像装置的动态范围降低。这一情况在各电容由于缩放而变小的微细的像素中尤为显著。

作为能够解决这些问题的固体摄像装置，有专利文献1、专利文献2等公开的层叠型传感器。作为其中的一例，在图7、图8中示出了专利文献1所公开的层叠型传感器。图7是与图8中的虚线框对应的截面图。

如图7、图8所示，在层叠型传感器中，光电变换部（在图7中为18）形成于（将光入射的面作为上）晶体管的上方。因此，不再有上述第2个限制，能够在整面进行光电变换。此外，光电变换部的材料能够使用硅以外的光电变换特性更好的材料，所以也不再有上述第1个限制。进而，在层叠型传感器中，为了将光电变换膜和控制电路连接而利用金属（像素电极），金属中的电子不会耗尽，所以虽然无法进行上述第3个所述的完全转送，但是金属能够将成为基准的电位任意设定得高（或低），所以也能够将蓄积电容设计得大。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开昭55-50030号公报（图4）

专利文献2：特许第4444371号公报

发明的概要

发明所要解决的课题

但是，在该层叠型传感器中存在以下所示的问题。在复位期间和复位读出期间之间将复位晶体管24从导通状态变化为截止状态，从而在蓄积的电信号上重叠复位晶体管24的噪声。将其称为kTC噪声。其原因在于，在光电变换部和浮动扩散之间必须有导体的布线或触点，将该导体中的大量电荷以完全转送的方式转送是不可能的。如以上所述，由于产生层叠型传感器特有的噪声，需要减轻该噪声（如果不减轻，则作为随机噪声重叠在图像上）。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种固体摄像装置及其驱动方法，在层叠型传感器中，确保饱和电子数，并且不增大像素间干扰，而减轻kTC噪声。

解决课题所采用的手段

为达成所述目的，本发明的一个方面的固体摄像装置具备：排列为2维状的多个像素；多个像素共有电路，由所述多个像素中的相邻的一定数量的像素共有，按每所述一定数量的像素配置1个，排列为矩阵状；列共有电路，按所述多个像素共有电路的每列配置1个，由属于同一列的所述像素共有电路共有；列信号线，按所述像素共有电路的每列配置；以及复位信号线，按所述像素共有电路的每列配置；所述多个像素各自的电信号被所述像素共有电路检测，并经由所述列信号线读出至所述列共有电路，被所述像素共有电路检测到的电信号通过包括所述列信号线、所述列共有电路和所述复位信号线的反馈路径而被复位。

根据该构成，能够确保饱和电子数，并且不增大像素间干扰就能够降低kTC噪声。

根据该构成，通过由一定数量的像素共有像素共有电路，从而降低各像素的电路规模，并且增大像素的设计自由度。能够容易地增大电信号量（饱和电荷量）或减少寄生电容，不增大像素间干扰而容易地减少kTC噪声。

在此，也可以是，所述多个像素分别包括：光电变换部，将入射光变换为电信号；蓄积电容，蓄积来自所述光电变换部的电信号；以及连接晶体管，将对应的像素共有电路和所述蓄积电容连接；所述多个像素共有电路分别包括：检测电容，从对应的像素经由所述连接晶体管检测所述蓄积电容的电信号；放大晶体管，将所述检测电容的电信号放大，并输出至对应的列信号线；以及复位晶体管，将所述检测电容和所述复位信号线连接；所述列共有电路包括与所述列信号线连接的放大电路，所述放大电路的输出端子与所述复位信号线连接。

根据该构成，检测电容相对于蓄积电容独立，所以不增大kTC噪声就能够增大检测电容。由此，能够增大饱和电子数，还能够减少像素间干扰。

在此，也可以是，所述蓄积电容与所述检测电容的电容值的合计被设计为互为相邻的所述像素内的所述蓄积电容的耦合电容值的10倍以上。

根据该构成，能够使伪信号成为本来的信号的1/10程度，适于实际的使用。

在此，也可以是，所述列共有电路还包括：开关，将所述放大电路的输入端子与输出端子之间短路或断开；以及电容器，插入在所述放大电路的所述输入端子与所述列信号线之间、或者所述输出端子与所述复位信号线之间；所述放大电路不具有所述输入端子以外的输入端子。

在此，也可以是，所述放大电路具有正输入端子和与所述列信号线连接的负输入端子；所述列共有电路具备：正输入开关，插入在所述正输入端子与所述负输入端子之间；以及电压源开关，将所述复位信号线和复位电压源连接；所述正输入开关将所述正输入端子和所述负输入端子连接或切断，所述电压源开关将复位电压源和所述复位信号线连接或切断。

在此，也可以是，所述光电变换部含有有机材料，所述放大晶体管、所述复位晶体管和所述连接晶体管配置在与供光入射的所述光电变换部的面相反的面侧。

根据该构成，检测电容及蓄积电容的设计自由度变大，能够容易地增大电信号量（饱和电荷量）。

在此，也可以是，所述一定数量的像素是由与1个列共有电路连接的4个像素构成的像素组，所述固体摄像装置具有连接控制信号线，该连接控制信号线按所述像素共有电路的每行设置2条，且用于控制所述连接晶体管的连接及断开，各连接控制信号线与所述像素组中的1个像素内的所述连接晶体管的栅极、以及在列方向上相邻的其他像素组中的1个像素内的所述连接晶体管的栅极输入相连接。

根据该构成，不需要在共有4个像素的同时对4个像素配备单独的（4条）连接控制信号，能够将连接控制信号的条数减半。

在此，也可以是，所述固体摄像装置具备：行选择电路，选择所述像素共有电路的行，使电信号经由属于所选择的行的像素共有电路从对应的各个像素输出；列选择电路，选择与所述像素共有电路的列对应的列共有电路，使电信号从所选择的列共有电路输出。

根据该构成，不进行像素行、像素列单位的选择扫描，而是进行像素共有电路的行单位及列共有电路的列单位的选择扫描。

在此，也可以是，所述行选择电路使全部像素共有电路内的所述复位晶体管暂时导通，并且在所述复位晶体管导通的期间内使全部像素内的所述连接晶体管暂时导通，从而将全部像素同时复位。

根据该构成，能够实现所谓的全局快门（global shutter）。

在此，也可以是，所述行选择电路在所述全部像素同时复位中的所述复位晶体管导通的期间内，使全部像素内的所述连接晶体管导通后逐渐截止。

根据该构成，能够在全部像素同时复位时减少起因于连接晶体管的kTC噪声。

在此，也可以是，所述行选择电路在全部像素同时复位后，对属于所选择的行的像素共有电路，以与所述一定数量相同的次数，对不同的像素反复进行将所述检测电容的复位电平读出动作、以及在该复位电平读出动作之后从与该像素共有电路对应的1个所述像素向所述检测电容转送的电信号的读出动作。

根据该构成，在全局快门动作中，能够高效地进行与像素共有电路的行单位对应的各像素的电信号的读出。

在此，也可以是，所述行选择电路在所述复位电平读出动作中，使所述复位晶体管导通后逐渐截止。

根据该构成，能够减少在读出动作时起因于复位晶体管的kTC噪声。

在此，也可以是，所述行选择电路对属于所选择的行的像素共有电路，以与所述一定数量相同的次数，对不同的像素反复进行将从与该像素共有电路对应的1个所述像素向所述检测电容转送的电信号的读出动作、以及该电信号的读出动作之后的所述检测电容的复位电平读出动作。

根据该构成，例如能够实现所谓的卷帘快门（rolling shutter）动作。

在此，也可以是，所述行选择电路在所述复位电平读出动作中，使所述复位晶体管导通后逐渐截止。

根据该构成，能够减少在复位电平读出动作时起因于复位晶体管的kTC噪声。

在此，也可以是，所述行选择电路在所述电信号的读出动作中使1个所述像素内的连接晶体管导通，在所述复位电平读出动作之后，使该连接晶体管逐渐截止。

根据该构成，能够减少起因于连接晶体管的kTC噪声。

本发明的一个方面的固体摄像装置的驱动方法是上述固体摄像装置的驱动方法，具有以下工序：读出属于同一行的像素共有电路内的所述检测电容的复位电平的工序；以及读出从与像素共有电路对应的1个所述像素向所述检测电容转送的电信号的工序；以与所述一定数量相同的次数，对不同的像素反复进行读出所述复位电平的工序和读出所述电信号的工序，在读出所述复位电平的工序中，形成包括所述列信号线、所述放大电路及所述复位信号线的负反馈路径，并且使所述复位晶体管导通后逐渐截止。

在此，也可以是，所述固体摄像装置的驱动方法还具有如下工序：在读出所述复位电平的工序及读出所述电信号的工序之前，使像素共有电路内的所述复位晶体管暂时导通、并且在所述复位晶体管导通的期间内使全部像素内的所述连接晶体管暂时导通，从而将全部像素同时复位；在所述复位电平的读出工序之后进行所述电信号的读出工序。

在此，也可以是，所述固体摄像装置的驱动方法在所述电信号的读出工序之后进行所述复位电平的读出工序。

在此，也可以是，所述一定数量的像素是由与1个列共有电路连接的4个像素构成的像素组，所述固体摄像装置具有连接控制信号线，该连接控制信号线按所述像素共有电路的每行设置2条，且用于控制所述连接晶体管的连接及断开，各连接控制信号线与1个像素组中的1个像素内的所述连接晶体管的栅极、以及在列方向上相邻的其他像素组中的1个像素内的所述连接晶体管的栅极输入相连接，在读出所述电信号的工序中，从所述1个图像组中的1个像素经由所述检测电容读出电信号，进而从所述其他图像组中的1个像素经由所述检测电容读出电信号，在读出所述复位电平的工序中，读出与所述1个图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容的复位电平，进而读出与所述其他图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容的复位电平。

在此，也可以是，所述固体摄像装置的驱动方法还具有：复位工序，将与所述1个图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容复位，进而将与所述其他图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容复位；以与所述一定数量相同的次数，对不同的像素反复依次进行所述复位工序、读出所述电信号的工序、读出所述复位电平的工序。

发明效果

根据本发明，在固体摄像装置中，能够容易地增大电信号量（饱和电荷量）或减少寄生电容，不增大像素间干扰就能够容易地减少kTC噪声。

附图说明

图1A是表示实施方式1、2、3及7中的固体摄像装置的构成的框图。

图1B是表示实施方式1、2、3及7中的固体摄像装置的更详细构成的电路图。

图1C是实施方式1、2、3及7中的像素的截面图。

图2是说明本发明的实施方式1的固体摄像装置的驱动方法的图。

图3是说明本发明的实施方式2的固体摄像装置的驱动方法的图。

图4是说明本发明的实施方式1、2、3及7的固体摄像装置的图。

图5A是表示实施方式4、5、6及7的固体摄像装置的构成的框图。

图5B是表示实施方式4、5、6及7的固体摄像装置的更详细构成的电路图。

图6是说明实施方式1、2、3及7的固体摄像装置的图。

图7是表示以往的固体摄像装置的像素的截面图。

图8是包括以往的固体摄像装置的像素的电路图。

图9A是表示比较参照例的固体摄像装置的像素的截面图。

图9B是表示比较参照例的固体摄像装置的像素的电路图。

图10是说明比较参照例的固体摄像装置的驱动方法的图。

图11是说明本发明的实施方式4的固体摄像装置的驱动方法的图。

图12是说明本发明的实施方式5的固体摄像装置的驱动方法的图。

图13是说明本发明的实施方式6的固体摄像装置的驱动方法的图。

图14是说明本发明的实施方式3的固体摄像装置的驱动方法的图。

图15是表示本发明的实施方式7的固体摄像装置的更详细构成的电路图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在图中，同一标记表示同一构成要素。

首先，为了容易理解本申请发明的实施方式，对于发明人们设想的成为比较参照例的技术，使用图9A、图9B及图10来说明噪声产生的原理。

图9A及图9B表示层叠型传感器的一般的1像素的构成。在固体摄像装置上，具有图9A及图9B的构成的像素配置为成为矩阵的2维状。图9A是表示比较参照例的固体摄像装置的像素的截面图，图9B是表示比较参照例的固体摄像装置的像素的电路图。901是上电极。光从附图的上侧入射，入射至光电变换部902，光被变换为电荷（电子和空穴的对）。为了使光入射至光电变换部902，901使用透明的材料。903是像素电极，在与上电极901之间施加电压，将由光电变换部902生成的电子或空穴的某一方取出到像素电极903中。904是复位晶体管。905是放大晶体管，输出与取出到像素电极903中的电子或空穴的数量相应的电压。906是地址晶体管，仅被选择的像素的地址晶体管906导通，其他截止。907是蓄积电容。908是电源线。909是复位信号线。910是垂直信号线，输出信号从这里被取出。911是复位控制线。912是地址控制线。

蓄积电容907由MIM（金属-绝缘体-金属：Metal Insulator Metal）电容器等形成即可，但成为其电容值与以下的电容相加而得到的值：由上电极901和像素电极903形成的电容、复位晶体管904的源极（或漏极）与基板的电容、复位晶体管904的源极（或漏极）与栅极的电容、其他寄生电容等。另外，放大晶体管905的栅极电容在设放大晶体管905的放大率为α时加上（1－α）倍的值。将上述各电容组合，蓄积电容907能够相当自由地设计。将蓄积电容907的值设为Cp，将取出的电子或空穴的电荷设为Q，将向垂直信号线910的输出电压为V，则V以式1表示。

【数1】

$V=\frac{\mathrm{Q\α}}{\mathrm{Cp}}$ (式1)

V与入射的光的强度成比例，是该像素的输出信号。

该层叠型传感器的驱动方法如图10所示。图10是以时间序列表示各控制线的电压的图。Vp是放大晶体管905的栅极的电压。实际上，可能会发生由地址晶体管906的导通截止引起的变动，但是将其忽视。Q是蓄积在放大晶体管905的栅极中的电压，设为在无噪声地复位后为Q＝0。

首先，在曝光期间，通过降低地址控制线的电压，使地址晶体管906截止。这时，通过对光电变换部902照射的光而产生电荷，并蓄积在蓄积电容907中。电荷为空穴的情况下，如图10那样电位上升。

在下一信号读出期间，提高地址控制线的电压，使地址晶体管906导通，使放大晶体管905动作，将蓄积的电荷作为信号电压V1读出。

在复位期间中，通过提高复位控制线的电压而使复位晶体管904导通，将Vp复位为复位电压Vres。

在复位读出期间，通过降低复位控制线的电压而使复位晶体管904截止，将这时的电压作为与复位电压对应的值，得到放大晶体管905的输出电压V2。

然后，虽然在此没有记载，通过CDS（相关双采样：correlated doublesampling）等列共通电路，对读出的信号电压V1减去复位电压V2，从而得到以式1表示的输出电压V。

但是，在该驱动方式中存在以下示出的问题。在复位期间和复位读出期间之间将复位晶体管904从导通状态变化为截止状态，从而在蓄积电容Cp上重叠复位晶体管904的噪声。该噪声被称为kTC噪声，重叠在Q上的噪声的均方值的平方根以式2表示。

【数2】

$\sqrt{\mathrm{kTCp}}$ (式2)

在此，k为波茨曼常数，T是绝对温度。将其修改为重叠在放大晶体管905的栅极电极上的电压后，以式3表示。

【数3】

$\sqrt{\frac{\mathrm{kT}}{\mathrm{Cp}}}$ (式3)

通过从上述V1减去V2的操作也无法将其除去。这是因为，成为重叠在V1上的kTC噪声的原因的置位晶体管904的导通截止动作是在曝光期间前，而作为重叠在V2上的kTC噪声的原因的复位晶体管906的导通截止动作是在曝光期间后，两者不同。这是在以往的CCD或MOS传感器中不曾有过的问题。在这些固体摄像装置的情况下，由于以下的理由而不产生该问题。复位动作及复位电压V2的读出之后，从光电二极管向浮动扩散完全转送电荷而得到V1，所以成为kTC噪声的原因的复位晶体管的导通截止动作对V2及V1产生同样的影响。由此，通过从V1减去V2，能够将kTC噪声除去。在层叠型传感器中，也与以往的固体摄像装置同样，能够将光电二极管看作光电变换部，采用使用浮动扩散的构造，但是无法将kTC噪声除去。这是因为，在光电变换部与浮动扩散之间，必须有导体的布线和触点，将该导体中的大量电荷完全转送是不可能的。

如以上那样，在层叠型传感器中，产生层叠型传感器特有的噪声，所以需要减少该噪声（如果不减少，则作为随机噪声重叠在图像信号上）。为了减少上述噪声，从式1可知，减小Cp即可。但是，通过该操作会产生饱和电子数（能够由固体摄像装置的像素检测的最大电子数）的降低和像素间干扰增大的问题，因此难以解决这一问题。

（饱和电子数的降低）根据式1，若Cp变小，则每1个电子和空穴的电压增大，但是放大晶体管905在某一定电压以上则无法进行处理，所以较少的电子数便达到极限、即饱和，因此发生饱和电子数的降低。即，只能将Cp以一定程度增大。

（像素间干扰的增大）像素间干扰指的是，在实际相邻的像素的蓄积电容907间存在寄生电容Ci，所以相互造成影响，输出电压变化。为了将该影响抑制到可以忽视的程度，只能相对于Ci增大Cp。

在此，在本发明中，通过以下的实施方式记载的方法将kTC噪声除去。

（实施方式1）

以下，参照附图说明本发明中的实施方式1。赋予同一编号的部件表示同一部位。以下，将晶体管设想为n型MOS，但是在p型MOS的情况下当然也能够同样地动作。此外，以下在记述为晶体管的源极·漏极的情况下，表示源极或漏极的某一方（这是因为，在实际的元素中，源极和漏极完全相同而无法区分）。但是，在对其中的某一方施加的电压比另一方高的情况下，标记为漏极。

图1A是表示本发明的实施方式1中的固体摄像装置的构成的框图。同图的固体摄像装置具备：摄像区域121、垂直扫描电路（行选择电路）125、列处理电路122、水平扫描电路（列选择电路）123。摄像区域121具备多个像素101和多个像素共有电路106。

多个像素101排列为2维状，将入射光变换为电信号。在同图中，仅图示了多个像素101中的一部分（12个）像素，但是像素101的数量实际上达到数万～数千万个。

多个像素共有电路106排列为矩阵状。各像素共有电路106由多个像素101中的相邻的一定数量的像素101所共有，按每一定数量的像素配置1个。在同图中，一定数量为2，但也可以是3以上。

列处理电路122具有多个列共有电路120。列共有电路120按多个像素共有电路106的每列配置1个，由属于同一列的所述像素共有电路共有。各列共有电路120与对应的像素共有电路106通过列信号线113及复位信号线114连接。列信号线113按像素共有电路的每列配置，也被称为垂直信号线。复位信号线114按像素共有电路的每列配置。

水平扫描电路（列选择电路）123选择与像素共有电路106的列对应的列共有电路120，从选择的列共有电路120输出电信号。

在该构成中，多个像素101各自的电信号由像素共有电路106检测，进而经由列信号线由列共有电路120读出。在与该读出不同的复位动作中，由像素共有电路106检测到的电信号通过包括列信号线113、列共有电路120和复位信号线114的反馈路径而被复位。具体地说，列信号线113与列共有电路120中的放大电路的输入端子连接，复位信号线114与该放大电路的输出端子连接。在复位动作中，通过上述反馈路径，像素共有电路106被复位为，列共有电路120中的放大电路的输入端子和输出端子成为相同电平。

这样，通过由一定数量的像素共有像素共有电路，从而减小各像素的电路规模，并且增大像素的设计自由度。能够容易地增大电信号量（饱和电荷量）或减少寄生电容，不增大像素间干扰就能够容易地减少kTC噪声。

图1B是表示本发明的实施方式1中的固体摄像装置的更详细构成的电路图。在同图中，示出了2个像素101、1个像素共有电路106、1个列共有电路。

各像素101具备：光电变换部102，将入射光变换为电信号；蓄积电容103，蓄积来自光电变换部102的电信号；以及连接晶体管104，将对应的像素共有电路106和蓄积电容103连接。

各像素共有电路106具备：复位晶体管107、检测电容108、放大晶体管109、选择晶体管110。

复位晶体管107将检测电容108和复位信号线114连接。复位晶体管107的栅极与复位控制线111连接，按照复位控制信号φres进行导通及截止。更准确地说，为了使复位晶体管107从导通向截止逐渐变化，复位控制信号φres从高电平向低电平以平缓的倾斜变化。

检测电容108从对应的像素101经由连接晶体管104检测蓄积电容103的电信号并保持。

放大晶体管109将检测电容108的电信号放大，并输出至对应的列信号线。

选择晶体管110连接在对应的列信号线和放大晶体管109的源极之间。选择晶体管110通过从行选择线112对栅极施加的行选择信号（地址信号）φadd而导通及截止。

列共有电路120包括与列信号线连接的放大电路115。对放大电路115的正输入端子施加基准电压，负输入端子与列信号线113连接。放大电路115的输出端子与复位信号线114连接。

通过这样的构成，检测电容108相对于蓄积电容103独立，所以不增大kTC噪声就能够增大检测电容108。由此，能够增大饱和电子数，也能够减少像素间干扰。

图1C表示像素101的截面图的一例。在同图中，光电变换部102含有有机材料，放大晶体管109、复位晶体管107和连接晶体管104配置在与供光入射的光电变换部102的面相反的面侧。光电变换部102典型地如图9A所示的光电变换部902那样，具有在电路的上部（将光源的方向作为上部）整面配置为层状并通过像素电极903与像素101连接的构造。但是不限于此，例如也可以是形成于以往的硅基板上的光电二极管。采用光电变换部902这样的构造的情况下，光电变换部的材料并不一定要与基板（通常为硅）相同。例如，可以是非晶硅，也可以包含有机材料。

蓄积电容103的一端与光电变换部102及连接晶体管104连接，另一端与恒压源（例如接地电平）连接。蓄积电容103作为位于连接晶体管104的光电变换部102侧（将其作为连接晶体管104的源极）的全部电容成分的合计而记载在图1B中。在该电容中，包括由图1C的上电极901和像素电极903形成的电容器的电容、即光电变换部102的电容。此外，还包括连接晶体管104截止时的源极·栅极间电容。此外，还包括与蓄积电容103连接的布线和与电压源连接的布线之间的寄生电容。此外，如果需要，只需有意地制作MIM（Metal Insulator Metal）电容器并连接，就能够使蓄积电容103增加。也可以连接MOS电容。想要减少蓄积电容103的情况下，减小连接晶体管104的栅极宽度、或减小栅极长度、减小像素电极903、或者对布线的配置采取措施等即可。即，即使由于像素尺寸等而受到限制，也能够在一定程度上自由地设计蓄积电容103。

在连接晶体管104的漏极上连接有像素共有电路106。此外，在栅极上连接有连接晶体管控制线105，由此进行导通截止控制。连接晶体管控制线105典型地为，按与相同像素共有电路106连接的每个像素101作为不同的线而设置。例如，与1个像素共有电路106连接的像素101为4个的情况下，使用4条不同的连接晶体管控制线105。由此，仅选择性地使与1个像素共有电路106连接的像素101中的、1个像素101内的连接晶体管104导通，而使其他截止。只要能够实现该动作，也可以不使用不同的连接晶体管控制线105。

像素共有电路106由复位晶体管107、检测电容108、放大晶体管109和选择晶体管110构成。像素共有电路106与多个像素101连接。连接的像素101的个数是任意的，但是2个或4个的情况较多。

在复位晶体管107的源极·漏极的一方连接有复位信号线114，另一方连接有像素101、检测电容108及放大晶体管109。此外，在栅极上连接有复位控制线111。

检测电容108是连接有复位晶体管107的节点和成为一定电压的部分的合计电容。实际上，包括复位晶体管107的源极·漏极与基板的接合电容、以及电源线116与上述节点的寄生电容。检测电容108随着放大晶体管109的动作状态而变化（留待后述）。此外，也随着各控制线或信号线的动作状态而变化。此外，通过MIM电容器等而能够在一定程度上自由地设计电容值，这与蓄积电容103是同样的。

在放大晶体管109的漏极上连接有电源线116。在源极上连接有选择晶体管110。放大晶体管109检测对栅极赋予的来自蓄积电容103和检测电容108的电荷，变换为电压并以能够在后级中处理的程度以低阻抗输出至列信号线113。但是，在选择晶体管110截止的情况下，仅作为由栅极氧化膜形成的电容器进行动作，没有放大作用。

在选择晶体管110的漏极上连接有放大晶体管109，在源极上连接有列信号线113。行选择线112与栅极连接，在行方向上大量配置的选择晶体管110中的、仅1行中的选择晶体管110由行选择线112选择性地导通。

在列信号线113和复位信号线114的末端连接有放大电路115。放大电路115在各列最少配置有1个。虽然也可以配置多个，但是由于固体摄像装置的面积的制约，通常个数受到限制。在放大电路115中有负输入和正输入，对负输入输入列信号线113、对正输入输入参照电压。该输入可以是电压源，也可以通过开关电容器电路等输入电压。

实际的固体摄像装置将图1B所示的数个像素101和与其对应的像素共有电路106作为1组，该组排列为2维状。

此外，作为图1B的派生电路，例如可以想到图4及图6。以下，仅说明它们与图1B不同的部分。

在图4中，列共有电路120具备：放大电路115a；开关418，将放大电路115a的输入端子和输出端子之间短路或断开；以及电容器419，插入在放大电路115a的输出端子和复位信号线之间。电容器419也可以插入在放大电路115a的输入端子和列信号线113之间。放大电路115a不具有上述输入端子以外的输入端子。即，放大电路115a的输入是单一的。其输出与直流断路用的电容器419连接。此外，复位信号线114与开关417连接。

在图6中，放大电路115具备正输入端子和与列信号线113连接的负输入端子。列共有电路120具备：放大电路115；开关618，插入在正输入端子及所述负输入端子之间；电压存储电容619，与正输入端子连接。此外，在复位信号线114和复位电压源之间插入电压源开关617。开关618将正输入端子和负输入端子连接或切断。电压源开关617将复位电压源和复位信号线114连接或切断。

使用图2说明本发明的实施方式1的驱动方法。图2是以时间序列示出图1B、图4及图6的各部的电压的图。另外，在图2中，设想了在图1B、图4及图6中与1个像素共有电路106连接的像素101的个数为2的情况。其他个数的情况当然也可以同样地考虑。此外，图2主要关注图1B、图4及图6所示的数个像素101及与其对应的像素共有电路106的组中的1个组的驱动。在以下的记述中，对于包括其他组的固体摄像装置整体的驱动方法仅做了少许说明，但是作为本领域技术人员能够容易地推测。

在图2中，记载为φadd的是对行选择线112施加的电压。记载为φres的是对复位控制线111施加的电压。φtran1、φtran2分别是对第1个像素101的连接晶体管控制线105和第2个像素101的连接晶体管控制线105施加的电压。V1是第1个像素101内的蓄积电容103的电压，V2是第2个像素101内的蓄积电容103的电压。Vfd是检测电容108的电压。

在图2中，在全局复位期间中，行选择电路125将全部像素共有电路内的复位晶体管107暂时导通，并且在复位晶体管107导通的期间内将全部像素内的连接晶体管104暂时导通，从而将全部像素同时复位。更具体地说，首先将全部φadd设为截止。另一方面，将全部φres设为导通。

经过一段时间后，将全部φtran（即全部连接晶体管控制线105）设为导通。由此，全部像素101内的蓄积电容103和复位信号线114连接，通过对复位信号线114赋予的复位电压，将全部蓄积电容103复位。在图2中对V1及V2记载了该状况。另外，用于对复位信号线114施加复位电压的动作根据图1B、图4、图5B及图6所示的电路构成而不同。

在图1B所示的电路构成的情况下，对放大电路115的正输入端子施加与期望的复位电压对应的电压。

在图4及图6所示的电路构成的情况下，分别将开关417及617设为导通，对复位信号线114施加复位电压。当然，需要将施加复位电压的电压源分别与开关417及617连接。

经过一段时间后，将全部φtran设为截止。这时，连接晶体管104产生的热噪声残留在蓄积电容103中。将其称为kTC噪声，噪声电压以式4表示。

【数4】

$\sqrt{\frac{\mathrm{kT}}{{\mathrm{Cp}}_1}}$ (式4)

其中，k为波茨曼常数，T为固体摄像装置的绝对温度，Cp1为蓄积电容103的电容值。为了将上述噪声电压变换为电荷量，与电容值相乘即可。由此变换的电荷量以式5表示。

【数5】

$\sqrt{\mathrm{kTC}{p}_1}$ (式5)

这时，φtran从导通电压向截止电压缓慢地以斜坡（taper）状下降的方式更能够减少上述kTC噪声（在图2中记载了以斜坡状下降的波形）。如此能够减少的理由并不清楚，但是在实验上已知能够减少。使φtran以斜坡状下降所需的时间大约为1μ秒以上。通过以上的驱动，达成了作为本发明的目的之一的全局复位。

然后，将像素曝光。通过曝光，由于从光电变换部102供给的电荷（以下记载为信号电荷），蓄积电容103的电压（即V1、V2）变化。电压的变化量依赖于入射至与像素101对应的光电变换部102的光强度。

然后，将曝光停止（在图2中未记载）。典型地，通过将搭载有固体摄像装置的数字静态照相机的快门关闭而能够实现。但是，在上述曝光的期间，快门必须打开。

以后，只要没有特别记载，对各控制线施加的电压均为截止。

将曝光停止后，依次读出各行的像素101的信号（该读出方法留待后述）。这一操作可以通过使搭载于固体摄像装置的行选择电路动作来实现。

在轮到读出搭载有图2中关注的像素101的行时（在图2中相当于“FD（浮动扩散）复位·读出”期间开始的时刻），行选择电路125对属于所选择的行的像素共有电路106，以与共有像素共有电路的一定数量的像素数相同的次数，对不同的像素反复进行检测电容108的复位电平读出动作（“FD复位·读出”期间）和在该复位电平读出动作之后从与像素共有电路106对应的1个像素101向检测电容108转送的电信号的读出动作（“像素读出”期间）。

在“FD复位·读出”期间中，首先，将对与连接于像素101的像素共有电路106对应的行选择线112施加的电压、即φadd设为导通。同时，将该行的φres设为导通。此外，对复位信号线114施加复位电压。这里的动作根据图1B、图4、图5B及图6所示的电路构成而不同。

在图1B所示的电路构成的情况下，对放大电路115的正输入施加与期望的复位电压对应的电压。

在图4所示的电路构成的情况下，将开关417接通，对复位信号线114施加复位电压。与此同时，将开关418接通。然后，将开关417断开之后，将开关418断开。

在图6所示的电路构成的情况下，将开关617接通，对复位信号线114施加复位电压。与此同时，将开关618接通，将列信号线113的电压存储在电压存储电容619中。然后，按照开关617、开关618的顺序将其断开。

这时，与该像素101对应的像素共有电路106内的检测电容108的电压Vfd被复位。此外，这时，Vfd被放大晶体管109检测到，所以形成由其与选择晶体管110、列信号线113、放大电路115、复位信号线114、复位晶体管107构成的负反馈电路。因此，对检测电容108的电压进行控制，以使对放大电路115的正输入端子施加的电压和负输入端子的电压一致（所谓的虚短路）。

接下来，使φres以斜坡的方式变化至截止电压。即，行选择电路125在复位电平读出动作中使复位晶体管107导通之后，使其逐渐截止。这时，复位晶体管107的沟道电阻逐渐增大，由该沟道电阻和检测电容108形成的所谓RC电路的截断频率逐渐下降。因此，即使发生沟道电阻导致的热噪声，也能够抑制该截断频率以上的成分。该截断频率低于放大电路115的频带时，该负反馈电路对于热噪声能够完全控制，即使φres成为截止，在检测电容108中也能够不残留kTC噪声。这样，通过负反馈电路对热噪声施加控制时，需要用于施加负反馈的充分的时间，所以必须充分减小斜坡的速度。这大约需要1μ秒以上。斜坡速度过大的情况下，放大电路115的频带以上的频率的热噪声无法控制，最终残留kTC噪声。这时，在列信号线113中出现与复位电压Vres对应的电压Vres'，所以进行读出。在此，Vres'如下表达。

【数6】

Vres′＝Vres·A+a

A是放大晶体管109带来的源极跟随电路的电压增益。a是常数，由放大晶体管109的阈值偏差等决定。

然后，将φtran1设为导通，进行第1个像素101的读出（在图2中记载为像素1读出）。将蓄积在像素101内的蓄积电容103中的信号电荷也分配给检测电容108。这时，从放大晶体管109输出的信号电压Vout以式6表示。

【数7】

$\mathrm{Vout}=(\mathrm{Vres}+\frac{\mathrm{Qsig}+\sqrt{\mathrm{kTCp}1}}{\mathrm{Cp}1+\mathrm{Cp}2})A+a$ (式6)

其中，Qsig是信号电荷，在此忽略由连接晶体管104的寄生电容导致的电压变动（实际上，使连接晶体管104的栅极电压变动而进行导通截止，所以由于寄生电容而对Vout造成影响）。读出该Vout，通过减去之前得到的Vres'，能够将Vres和a除去。进行该减法的电路被称为CDS（correlateddouble sampling）电路，有模拟地进行的方法和将各电压值暂时通过模数转换电路变换为数字值之后再执行的方法这2种。经过该CDS电路后得到的信号Vsig以式7表示。

【数8】

$\mathrm{Vsig}=\frac{\mathrm{Qsig}+\sqrt{\mathrm{kTCp}1}}{\mathrm{Cp}1+\mathrm{Cp}2}A$ (式7)

√的项表示噪声，该式准确地说是均方的平方根的值。Qsig的项表示期望的信号。已知为了减小噪声，减小蓄积电容103的电容值Cp1即可。在固体摄像装置内，Cp1可以想到来源于以下原因：由光电变换部102形成的电容值、连接晶体管104的源极与基板之间的电容值、以及布线寄生电容值。相对于此，在图9A及图9B所示的以往的固体摄像装置中，虽然在蓄积电容Cp（准确地说，贡献于kTC噪声的电容）中不存在连接晶体管104导致的电容，但是加上了放大晶体管905的栅极氧化膜的电容。栅极氧化膜非常薄，并且放大晶体管905通常尽量设计为大的尺寸（尺寸小的情况下，1/f噪声等噪声通常增大），因此栅极氧化膜的电容变得极大，结果，kTC噪声变大。即，与以往的固体摄像装置相比，能够减小kTC噪声（上式的√的部分）。此外，虽然存在一定程度的制约，但是通过对布线的配置位置等施加措施而减少布线寄生电容，能够减少kTC噪声。越使像素微细，各电容越减少，所以这里所说的效果越大。

在本实施例的固体摄像装置中，检测电容108相对于蓄积电容103独立，所以不增大kTC噪声就能够增大检测电容108。由此，能够使饱和电子数增大。这是因为，在上式中分母越大，固体摄像装置的饱和电子数越增大。此外，也能够减少像素间干扰。

然后，进行从与像素共有电路106连接的另一方的像素101读出信号的动作。该动作与上述同样，所以省略详细说明。

在此得到的信号通过通常内置于固体摄像装置的水平转送电路而依次输出。在输出之前，有时变换为数字信号而输出。这对于本领域技术人员是显而易见的，因此省略说明。

以下，通过行选择电路对下一行进行扫描，反复进行同样的驱动。最终行结束后，全部驱动结束，得到1张图像。

以上达成了本发明的课题。另外，以上所示的技术主要应用于数字静态照相机等得到一张图像的装置，不适合影片等运动图像摄像。

如以上那样，本实施方式中的固体摄像装置的驱动方法包括以下工序：读出属于同一行的像素共有电路内的检测电容的复位电平的工序；以及读出从与像素共有电路对应的1个所述像素向所述检测电容转送的电信号的工序。以与所述一定数量相同的次数，对不同的像素反复进行读出复位电平的工序和读出所述电信号的工序，在读出复位电平的工序中，形成包括列信号线、放大电路及复位信号线的负反馈路径，并且将所述复位晶体管导通之后逐渐截止。

此外，上述驱动方法在读出复位电平的工序及读出所述电信号的工序之前还具有如下的工序：使像素共有电路内的复位晶体管暂时导通，并且在复位晶体管导通的期间内使全部像素内的连接晶体管暂时导通，由此将全部像素同时复位，在复位电平的读出工序后进行电信号的读出工序。

（实施方式2）

以下，参照附图说明本发明中的实施方式2。赋予同一编号的部件表示同一部位。以下，将晶体管设想为n型MOS，但是在p型MOS的情况下当然也能够同样地动作。此外，以下在记述为晶体管的源极·漏极的情况下，表示源极或漏极的某一方（这是因为，在实际的元素中，源极和漏极完全相同而无法区分）。但是，在对其中的某一方施加的电压比另一方高的情况下，标记为漏极。

在本发明的实施方式2中，电路图也与图1B相同。不同点在于驱动方法。图3表示本发明的实施方式2中的驱动方法。各记号与实施方式1同样。图3主要关注图1B所示的数个像素101及与其对应的像素共有电路106的组中的1个组的驱动。在以下的记述中，对于包括其他组的固体摄像装置整体的驱动方法只做了少许说明，但是对于本领域技术人员来说能够容易地推测。

图3示出的是被称为旋转复位的驱动方法。旋转复位是按每行在不同的时刻复位像素的驱动方法，主要用于拍摄运动图像的情况。或者，在搭载有焦平面快门这样的能够进行高速动作的快门的数字静态照相机中也能够应用。这种情况下，将快门关闭时进行旋转复位，从而进行全部像素复位。然后，使快门动作而曝光即可。另一方面，在使用难以进行高速动作的快门（例如透镜快门）的情况下，在旋转复位中难以进行高速快门摄影。这是因为，将快门关闭而进行旋转复位之后，需要进行高速打开及高速关闭的动作、即一个往返量的动作。但是，如果使用实施方式1这样的全局复位，则仅在关闭快门时进行高速动作，也就是说，仅单程即可，所以能够进行相对高速快门摄影。

进行旋转复位即可的情况下，通过以下的驱动方法，能够比实施方式1更好地降低噪声。以下参照图3依次说明。

图3设想了进行运动图像摄影的情况。关于数字静态照相机这样的得到单一图像的情况，将在最后说明。

行选择电路125对属于所选择的行的像素共有电路106，以与上述一定数量相同的次数，对不同的像素反复进行从与像素共有电路106对应的1个像素向检测电容108转送的电信号的读出动作（“像素读出”期间）和在该电信号的读出动作后的检测电容108的复位电平读出动作（“FD复位读出”期间）。

首先，通过行选择电路进行行扫描，并且设为到达关注的像素101所存在的行。进行与像素共有电路106连接的2个像素101中的（也可以不是2个，但是在此为便于说明，作为2个来说明）作为第1个的像素1读出。这时，使与像素1对应的连接晶体管控制线105的电压、即φtran1的电压上升到导通电平，使连接晶体管104导通。由此，将蓄积在蓄积电容103中的信号电荷分配给检测电容108。这时，从放大晶体管109输出的信号电压Vout以式8表示。

【数9】

$\mathrm{Vout}=(\mathrm{Vres}+\frac{\mathrm{Qsig}+\sqrt{\frac{\mathrm{kTCp}1\mathrm{Cp}2}{\mathrm{Cp}1+\mathrm{Cp}2}}}{\mathrm{Cp}1+\mathrm{Cp}2})A+a$ (式8)

关于平方根的项留待后述，是表示kTC噪声的项。

然后，将放大晶体管109的栅极电压复位。在图3中将该工序记载为FD复位读出。提高φres的电压，将复位晶体管107设为导通。由此，从复位信号线114供给复位电压（这里与实施方式1同样），放大晶体管109的栅极电压被复位。然后，使φres以斜坡状下降，使复位晶体管107截止。这时，通过放大电路施加负反馈，所以不残留kTC噪声，到此为止与前述相同。此外，对于图4及图6所示的电路构成的情况，是与实施方式1相同的驱动方法。在该时刻，使CDS电路动作，出现与复位电压Vres对应的电压Vres'，所以进行读出。在此，Vres'如下表示。

【数10】

Vres′＝Vres·A+a

但是，该Vres读出也可以是使φres的电压下降之前的时刻。但是，这种情况下，重叠有连接晶体管104的寄生电容导致的电压偏置，所以并不优选。然后，通过CDS电路得到与信号电荷对应的值，这与实施方式1相同。

然后，使φtran1的电压以斜坡状下降，使连接晶体管104截止。即，行选择电路125在电信号的读出动作中将1个像素内的连接晶体管104设为导通，在复位电平读出动作之后使连接晶体管104逐渐截止。使连接晶体管104截止时，残留在蓄积电容103中的噪声电荷以式9表示，受到蓄积电容103的值Cp1和检测电容108的值Cp2的双方影响。

【数11】

$\sqrt{\frac{\mathrm{kTC}{p}_{1}C{p}_2}{{\mathrm{Cp}}_1+{\mathrm{Cp}}_2}}$ (式9)

该值是比实施方式1更小的值，所以在可以采用旋转复位的情况下，通过使用该驱动方法，能够进一步减小噪声。

然后，对于像素2也进行同样的工序，固体摄像装置的1行量的工序结束。通过一边对各行进行扫描一边进行上述工序，能够从固体摄像装置得到图像。

（实施方式3）

参照附图说明本发明的实施方式3中的固体摄像装置的驱动方法。

在实施方式1中，向CDS电路读入复位电压时，将φtran设为截止。与此相对，在读出信号电压时将φtran设为导通。因此，在信号电压的读出时，受到连接晶体管104的寄生电容的影响。即，在将φtran的导通电压与连接晶体管104的阈值电压之差设为ΔV、将上述寄生电容设为Cc时，在信号电压上重叠式10的电压。

【数12】

$\frac{\mathrm{Cc}}{{\mathrm{Cp}}_1+{\mathrm{Cp}}_2+\mathrm{Cc}}\mathrm{\ΔV}$ (式10)

该电压ΔV依赖于连接晶体管104的阈值电压。另外，连接晶体管104的阈值电压在各个像素101中通常有偏差，反映了该偏差的固定模式噪声被重叠在输出图像上。

为了解决该问题，在读入复位电压时，将φtran设为导通，使得在复位电压上也重叠上式即可。图14表示用于该处理的驱动方法。以下使用该图进行说明。

首先，到全局复位、曝光、（关注的像素以外的）其他行读出为止与图2相同。然后，FD复位、像素1读出也与图2相同。

然后，进行复位电压读出。在此，首先将φres设为导通，对复位信号线114施加复位电压，将检测电容108、蓄积电容103一起通过复位电压复位（该方法与实施方式1所记载相同）。然后，一边使负反馈电路动作，一边将φres以斜坡状设为截止。即，行选择电路125在复位电平读出动作中，将复位晶体管107设为导通之后逐渐设为截止。将复位晶体管107设为截止之后，连接晶体管104（及复位晶体管107）成为与像素1读出时相同的栅极电压，重叠有以上式表示的电压。因此，如果在该时刻将复位电压读出到CDS电路中，并将该复位电压从像素1读出时得到的信号电压减去，则能够将寄生电容的影响除去。

然后，对像素2及其他行也进行同样的动作，从而得到输出图像。

如以上所述，本实施方式中的固体摄像装置的驱动方法包括以下工序：读出属于同一行的像素共有电路内的检测电容的复位电平的工序；读出从与像素共有电路对应的1个像素向上述检测电容转送的电信号的工序。以与上述一定数量相同的次数，对不同的像素反复进行读出复位电平的工序和读出上述电信号的工序，在读出复位电平的工序中，形成包括列信号线、放大电路及复位信号线的负反馈路径，并且使复位晶体管导通之后逐渐截止。

此外，上述驱动方法在进行所述电信号的读出工序之后进行所述复位电平的读出工序。

（实施方式4）

参照附图说明本发明中的实施方式4。

图5A是表示实施方式4的固体摄像装置的构成的框图。同图中记载的固体摄像装置与图1A中记载的固体摄像装置相比不同点在于，像素共有电路106不由2个像素共有，而是由4个像素共有。此外，图5B是本发明中的实施方式4的固体摄像装置的电路图。示出了排列为二维状的多个像素101及像素共有电路106中的一部分及列共有电路的一部分。在图5A及图5B中，标记与图1A及图1B重复的部分表示相同要素，对于相同点省略说明。将共有列供给电路的一定数量的像素称为由与1个像素共有电路106a或106b连接的4个像素构成的像素组。

固体摄像装置具有连接晶体管控制线511a、511b，该连接晶体管控制线511a、511b按像素共有电路的每行设置2条，且用于控制连接晶体管104的连接及断开。

连接晶体管控制线511a及511b与像素组中的1个像素内的连接晶体管104的栅极和列方向上相邻的其他像素组中的1个像素内的连接晶体管104的栅极连接。即，各连接晶体管控制线由2个像素组共有。在图5A及图5B中，虽然像素共有电路由4个像素共有，但不需要在4个像素中具备单独的（4条）连接晶体管控制线，能够将连接晶体管连接线的总数减半。更详细地说，在图5B中，构成为1个像素共有电路106a或106b连接有4个像素101。根据图1B的构成，对于各个像素101需要连接晶体管控制线105，但是在图5B中能够将其条数减半。在图5B中特征在于，不同的像素组的2个像素101共有1条连接晶体管控制线（图5B中的511a及511b）。

图11是表示对该电路进行全局复位的情况的驱动方法。但是，对于图5B中的像素101a，在图11中记载为像素a。同样地，将像素101b记载为像素b，将像素101c记载为像素c，将像素101d记载为像素d。此外，将对行选择线112a施加的电压记载为φadd1，将对行选择线112b施加的电压记载为φadd2，将对连接晶体管控制线511a施加的电压记载为φtran1，将对连接晶体管控制线511b施加的电压记载为φtran2。另外，将像素共有电路106a内的放大晶体管109的栅极部记载为FD1，将像素共有电路106b内的放大晶体管109的栅极部记载为FD2。

首先，全局复位的工序与实施方式1相同。即，对固体摄像装置内的全部复位晶体管控制线施加导通电压，并且对全部连接晶体管控制线施加导通电压之后使其截止。这时，通过将对连接晶体管控制线供给的电压以斜坡状设为截止，能够进一步减少噪声，这也与实施方式1相同。

然后进行曝光，然后对各行的像素信号等进行扫描而依次读出。

轮到关注的像素时，首先进行FD1复位的工序。在此，首先将φadd1设为导通，将φres1设为导通，对复位信号线施加复位电压。（该方法与到目前为止说明的方法相同。另外，容易将与图4及图6同样的电路应用于图5A记载的固体摄像装置的构成），然后一边使负反馈电路进行动作，一边使φres1以斜坡状截止，由此防止向FD1的kTC噪声。另外，此时，对垂直信号线输出（与）复位电压（对应的电压），因此通过CDS电路进行采样。

然后，进行FD2复位的工序。该工序是对FD2进行与FD1同样操作的工序，代替φadd1、φres1而使φadd2、φres2动作。

然后，进行像素a读出的工序。将φadd1和φtran1设为导通，将与蓄积在像素a中的电荷对应的电压读出到垂直信号线（以及再之前连接的CDS电路）中。

然后，进行像素b读出的工序。将φadd1设为截止，将φadd2设为导通，将与蓄积在像素b中的电荷对应的电压读出到垂直信号线（以及再之前连接的CDS电路）。在此使用的CDS电路可以是与像素a相同的电路，但是想要增大向固体摄像装置外输出的速度的情况下，也可以另外准备不同的CDS电路而并行动作。这种情况下，在垂直信号线和CDS电路间另外准备开关，与垂直信号线及CDS电路的某一方连接。

然后，接下来进行FD1复位、FD2复位、像素c读出、像素d读出。这只是替换φtran1和φtran2，与上述同样。

此外，也可以对像素a、像素b、像素c、像素d分别另外地准备CDS电路，由此使输出进一步高速化。

如以上说明，在本实施方式的固体摄像装置中，上述一定数量的像素是由与1个列共有电路连接的4个像素构成的像素组。固体摄像装置具有连接晶体管控制线511a及511b，该连接晶体管控制线511a及511b按像素共有电路的每行设置2条，且用于控制连接晶体管的连接及断开。各连接控制信号线与1个像素组中的1个像素内的连接晶体管的栅极和在列方向上相邻的其他像素组中的1个像素内的连接晶体管的栅极输入相连接。

本实施方式的固体摄像装置的驱动方法，在读出像素信号的工序中，从1个图像组中的1个像素经由检测电容读出电信号，进而从其他图像组中的1个像素经由上述检测电容读出电信号，在读出复位电平的工序中，读出与1个图像组对应的像素共有电路中的检测电容的复位电平，进而读出与其他图像组对应的像素共有电路中的上述检测电容的复位电平。

此外，固体摄像装置的驱动方法也可以还具有：复位工序，将与1个图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容复位，进而将与其他图像组对应的像素共有电路中的上述检测电容复位。这种情况下，以与上述一定数量相同的次数，对不同的像素反复依次进行复位工序、读出电信号的工序、读出复位电平的工序。

（实施方式5）

参照附图说明本发明中的实施方式5。

实施方式5是实施方式4的驱动方法的改良，图5B是固体摄像装置的电路图。

图12表示实施方式5中的驱动方法。在本实施方式的驱动方法中，到全局复位、曝光、其他行读出期间、FD1复位、FD2复位、像素a读出及像素b读出为止，与实施方式4的驱动方法相同。但是，在FD1复位和FD2复位中不读出复位电压，而是在下一工序中读出。由此，能够防止连接晶体管104的阈值电压的偏差导致的固定模式噪声（在实施方式3中已详述）。

在FD1复位读出的工序中，进行与前工序的FD1复位同样的电路动作（但是，φtran1导通这一点不同），将FD1复位。接下来，在使φres1完全截止时，从垂直信号线将（与）复位电压（对应的电压）读出到CDS电路中。由此，得到与实施方式3同样的效果。

之后的工序同样，因此省略说明。

（实施方式6）

参照附图说明本发明中的实施方式6。图13是在图5A所示的固体摄像装置中进行旋转复位的情况的驱动方法。图13仅示出了在图5B中示出的4像素量的驱动方法。位于这些像素上下的像素的驱动工序通过配置于图13记载的工序的前后，由此从固体摄像装置整体的像素读出信号，对于本领域技术人员来说容易理解。

首先，在图13所示的工序中，到FD1复位、FD2复位、像素a读出、像素b读出、FD1复位读出、FD2复位读出的工序为止，与实施方式5所示的工序的要领完全相同。

然后，在像素a、b复位工序中，通过将φtran1设为截止，将像素a和像素b复位。这时，通过使φtran1斜坡式地截止，能够进一步减少噪声，这与到此为止说明的相同。

然后，对于像素c及d也同样，因此省略详细说明。

（实施方式7）

参照附图说明本发明中的实施方式7。在到此为止说明的本发明中的固体摄像装置中，假定为各个像素没有干扰，但是实际上在像素间存在寄生电容，相互受到影响。图15是说明该情况的图，是表示实施方式7中的固体摄像装置的更详细构成的电路图。图15所记载的电路构成与图1B记载的电路构成基本相同，但是在像素101a和像素101b之间存在寄生电容1520a（将该电容值设为Ci1），在像素101b和像素101c之间存在寄生电容1520b（将该电容值设为Ci2）。

关注像素101a和像素101b，在Ci1＝0时，将像素101a的信号电压设为Va，将像素101b的信号电压设为Vb。其中，将这些信号电压设为对与各个像素101对应的连接晶体管控制线105施加导通电压时、在列信号线113中出现的电压。此外，为便于说明，设放大晶体管109的放大率为1。在该状态（不使光电变换导致的电荷变化）下，将Ci1≠0时的像素101a的信号电压设为Va'、像素101b的信号电压设为Vb'时，Va'以式11表示。

【数13】

${\mathrm{Va}}^{\′}=\mathrm{Va}-\frac{\mathrm{Ci}1\mathrm{Cp}1}{(\mathrm{Cp}1-\mathrm{Ci}1)\mathrm{Cp}2+{\mathrm{Cp}1}^2}\mathrm{Va}+\frac{\mathrm{Ci}1(\mathrm{Cp}1+\mathrm{Cp}2)}{(\mathrm{Cp}1-\mathrm{Ci}1)\mathrm{Cp}2+{\mathrm{Cp}1}^2}\mathrm{Vb}$ (式11)

来自像素101a的理想的输出电压为Va，但实际上成为Va'，因此Va与Va'之差作为伪信号而重叠。例如，设固体摄像装置的像素为拜耳排列，且像素101a对应于绿，像素101b对应于红，将红色入射至固体摄像装置时，虽然理想地必须为Va＝0，但是由于Va≠0，所以作为伪色输出。

根据上式，为了防止该情况，使Ci1相对于Cp1及Cp2充分小即可。优选为，蓄积电容和检测电容的电容值的合计为互为相邻的像素内的蓄积电容的耦合电容值的10倍以上。特别是，若使用电容付加等的方法来增大Cp2，则不增加kTC噪声就能够抑制伪信号。特别是，若设定为10×Ci1＜Cp1＋Cp2这样的关系，则伪信号与本来的信号相比成为约10分之1。这被认为是在通常的固体摄像装置的使用条件中必要的条件。

以上基于实施方式说明了本发明的固体摄像装置及其驱动方法，但是本发明不限于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨，对本实施方式施以本领域技术人员能够想到的各种变形、或者将不同的实施方式中的构成要素组合而构成的方式也包含在本发明的范围内。

工业实用性

本发明中的固体摄像装置及其驱动方法能够在电子静态照相机、监视摄像机、视频摄像机等中利用，是有用的。

标记说明：

101、101a～101d像素

102光电变换部

103蓄积电容

104连接晶体管

105连接晶体管控制线

106、106a、106b像素共有电路

107复位晶体管

108检测电容

109放大晶体管

110选择晶体管

111复位控制线

112行选择线

113列信号线

114复位信号线

115放大电路

116电源线

120列共有电路

121摄像区域

122列处理电路

417、418、617、618开关

419直流断路电容

511连接晶体管控制线

619电压存储电容

Claims (20)

1.一种固体摄像装置，具备：

排列为2维状的多个像素；

多个像素共有电路，由所述多个像素中的相邻的一定数量的像素共有，按每所述一定数量的像素配置1个，且排列为矩阵状；

列共有电路，按所述多个像素共有电路的每列配置1个，由属于同一列的所述像素共有电路共有；

列信号线，按所述像素共有电路的每列配置；以及

复位信号线，按所述像素共有电路的每列配置；

所述多个像素各自的电信号被所述像素共有电路检测，并经由所述列信号线读出至所述列共有电路，

被所述像素共有电路检测到的电信号通过包括所述列信号线、所述列共有电路和所述复位信号线的反馈路径而被复位。

2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，

所述多个像素分别包括：

光电变换部，将入射光变换为电信号；

蓄积电容，蓄积来自所述光电变换部的电信号；以及

连接晶体管，将对应的像素共有电路和所述蓄积电容连接；

所述多个像素共有电路分别包括：

检测电容，从对应的像素经由所述连接晶体管检测所述蓄积电容的电信号；

放大晶体管，将所述检测电容的电信号放大，并输出至对应的列信号线；以及

复位晶体管，将所述检测电容和所述复位信号线连接；

所述列共有电路包括与所述列信号线连接的放大电路，

所述放大电路的输出端子与所述复位信号线连接。

3.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，

所述蓄积电容与所述检测电容的电容值的合计被设计为互为相邻的所述像素内的所述蓄积电容的耦合电容值的10倍以上。

4.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，

所述列共有电路还包括：

开关，将所述放大电路的输入端子与输出端子之间短路或断开；以及

电容器，插入在所述放大电路的所述输入端子与所述列信号线之间、或者所述输出端子与所述复位信号线之间；

所述放大电路不具有所述输入端子以外的输入端子。

5.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，

所述放大电路具有正输入端子和与所述列信号线连接的负输入端子；

所述列共有电路具备：

正输入开关，插入在所述正输入端子与所述负输入端子之间；以及

电压源开关，将所述复位信号线和复位电压源连接；

所述正输入开关将所述正输入端子和所述负输入端子连接或切断，

所述电压源开关将复位电压源和所述复位信号线连接或切断。

6.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，

所述光电变换部含有有机材料，

所述放大晶体管、所述复位晶体管和所述连接晶体管配置在与供光入射的所述光电变换部的面相反的面侧。

7.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，

所述一定数量的像素是由与1个列共有电路连接的4个像素构成的像素组，

所述固体摄像装置具有连接控制信号线，该连接控制信号线按所述像素共有电路的每行设置2条，且用于控制所述连接晶体管的连接及断开，

各连接控制信号线与所述像素组中的1个像素内的所述连接晶体管的栅极、以及在列方向上相邻的其他像素组中的1个像素内的所述连接晶体管的栅极输入相连接。

8.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，

所述固体摄像装置具备：

行选择电路，选择所述像素共有电路的行，使电信号经由属于所选择的行的像素共有电路从对应的各个像素输出；以及

列选择电路，选择与所述像素共有电路的列对应的列共有电路，使电信号从所选择的列共有电路输出。

9.如权利要求8所述的固体摄像装置，其中，

所述行选择电路使全部像素共有电路内的所述复位晶体管暂时导通，并且在所述复位晶体管导通的期间内使全部像素内的所述连接晶体管暂时导通，从而进行全部像素同时复位。

10.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，

所述行选择电路在所述全部像素同时复位中的所述复位晶体管导通的期间内，使全部像素内的所述连接晶体管导通后逐渐截止。

11.如权利要求9所述的固体摄像装置，其中，

所述行选择电路在全部像素同时复位后，对属于所选择的行的像素共有电路，以与所述一定数量相同的次数对不同的像素反复进行：所述检测电容的复位电平读出动作、以及在该复位电平读出动作之后从与该像素共有电路对应的1个所述像素向所述检测电容转送的电信号的读出动作。

12.如权利要求11所述的固体摄像装置，其中，

所述行选择电路在所述复位电平读出动作中，使所述复位晶体管导通后逐渐截止。

13.如权利要求8所述的固体摄像装置，其中，

所述行选择电路对属于所选择的行的像素共有电路，以与所述一定数量相同的次数对不同的像素反复进行：从与该像素共有电路对应的1个所述像素向所述检测电容转送的电信号的读出动作、以及该电信号的读出动作之后的所述检测电容的复位电平读出动作。

14.如权利要求13所述的固体摄像装置，其中，

所述行选择电路在所述复位电平读出动作中，使所述复位晶体管导通后逐渐截止。

15.如权利要求13所述的固体摄像装置，其中，

所述行选择电路在所述电信号的读出动作中使1个所述像素内的连接晶体管导通，

在所述复位电平读出动作之后，使该连接晶体管逐渐截止。

16.一种固体摄像装置的驱动方法，是权利要求2所述的固体摄像装置的驱动方法，具有以下工序：

读出属于同一行的像素共有电路内的所述检测电容的复位电平的工序；以及

读出从与像素共有电路对应的1个所述像素向所述检测电容转送的电信号的工序；

以与所述一定数量相同的次数对不同的像素反复进行读出所述复位电平的工序和读出所述电信号的工序，

在读出所述复位电平的工序中，形成包括所述列信号线、所述放大电路及所述复位信号线的负反馈路径，并且使所述复位晶体管导通后逐渐截止。

17.如权利要求16所述的固体摄像装置的驱动方法，其中，

还具有如下工序：在读出所述复位电平的工序及读出所述电信号的工序之前，使像素共有电路内的所述复位晶体管暂时导通、并且在所述复位晶体管导通的期间内使全部像素内的所述连接晶体管暂时导通，从而将全部像素同时复位，

在所述复位电平的读出工序之后进行所述电信号的读出工序。

18.如权利要求16所述的固体摄像装置的驱动方法，其中，

在所述电信号的读出工序之后进行所述复位电平的读出工序。

19.如权利要求16所述的固体摄像装置的驱动方法，其中，

所述一定数量的像素是由与1个列共有电路连接的4个像素构成的像素组，

所述固体摄像装置具有连接控制信号线，该连接控制信号线按所述像素共有电路的每行设置2条，且用于控制所述连接晶体管的连接及断开，

各连接控制信号线与1个像素组中的1个像素内的所述连接晶体管的栅极、以及在列方向上相邻的其他像素组中的1个像素内的所述连接晶体管的栅极输入相连接，

在读出所述电信号的工序中，从所述1个图像组中的1个像素经由所述检测电容读出电信号，进而从所述其他图像组中的1个像素经由所述检测电容读出电信号，

在读出所述复位电平的工序中，读出与所述1个图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容的复位电平，进而读出与所述其他图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容的复位电平。

20.如权利要求19所述的固体摄像装置的驱动方法，其中，

还具有复位工序，该复位工序将与所述1个图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容复位，进而将与所述其他图像组对应的像素共有电路中的所述检测电容复位，

以与所述一定数量相同的次数对不同的像素反复依次进行所述复位工序、读出所述电信号的工序、读出所述复位电平的工序。

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