JP4156424B2 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話用カメラなど、各種の機器に用いられるＭＯＳ型固体撮像装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５および図６を参照して、従来のセンサ、およびその駆動方法を説明する。図５は、従来のセンサの回路図である。図５に示すセンサは、２×２のマトリックス状に配列された感光セル（破線で囲んだ部分）を備えている。各感光セルは、フォトダイオード５１、転送ゲート５２、フローティング拡散層部５３、増幅トランジスタ５４、リセットトランジスタ５５、およびアドレストランジスタ５６を含み、画像を構成する１つの画素に対応する。なお、以下では、説明を簡単にするために、感光セルは２×２のマトリックス状に配列されていると仮定するが、実際には、感光セルは行および列方向にそれぞれ数十から数千個配列される。
【０００３】
図５に示すセンサの駆動方法は、以下のとおりである。１行目の感光セルから信号を取り出すためには、まず、１行目の感光セルに含まれるアドレストランジスタ５６ａ、５６ｂが、垂直シフトレジスタ６１からＯＮ状態に制御される。次に、リセットトランジスタ５５ａ、５５ｂが、同様に、垂直シフトレジスタ６１からＯＮ状態に制御される。これにより、フローティング拡散層部５３ａ、５３ｂはリセットされる。このとき、増幅トランジスタ５４ａと負荷トランジスタ６３ｐとによってソースホロア回路が構成され、垂直信号線６２ｐ上にはこのソースホロア回路の出力が現れる。同様に、増幅トランジスタ５４ｂと負荷トランジスタ６３ｑとによってソースホロア回路が構成され、垂直信号線６２ｑ上にもソースホロア回路の出力が現れる。このとき垂直信号線６２ｐ、６２ｑ上に現れる電圧は、フォトダイオード５１ａ、５１ｂに蓄積された信号電荷とは無関係な雑音電圧である。次に、転送ゲート５２ａ、５２ｂが、垂直シフトレジスタ６１からＯＮ状態に制御される。これにより、フォトダイオード５１ａ、５１ｂに蓄積された信号電荷がフローティング拡散層部５３ａ、５３ｂに転送され、垂直信号線６２ｐ、６２ｑ上には、フォトダイオード５１ａ、５１ｂに蓄積されていた信号電荷に対応する信号電圧が現れる。
【０００４】
クランプ容量６４ｐ、６４ｑ、クランプトランジスタ６５ｐ、６５ｑ、サンプルホールドトランジスタ６６ｐ、６６ｑ、およびサンプルホールド容量６７ｐ、６７ｑは、雑音抑圧回路を構成する。この雑音抑圧回路は、フローティング拡散層部５３に信号電荷があるときの画素出力（すなわち、信号出力）と、信号電荷がないときの画素出力（すなわち、雑音出力）との差を求める。図５に示すセンサでは、主として、増幅トランジスタ５４の閾値電圧のばらつきによる雑音と、リセットトランジスタ５５の熱雑音であるｋＴＣ雑音とが発生する。垂直信号線６２ｐ、６２ｑ上に雑音出力が現れているときに、クランプトランジスタ６５ｐ、６５ｑとサンプルホールドトランジスタ６６ｐ、６６ｑとは、制御端子７４、７５からＯＮ状態に制御され、サンプルホールド容量６７ｐ、６７ｑにはクランプ電圧供給端子７３から雑音のないクランプ電圧が印加される。所定の時間が経過した後、クランプトランジスタ６５ｐ、６５ｑは、制御端子７４からＯＦＦ状態に制御される。
【０００５】
次に、垂直信号線６２ｐ、６２ｑには、雑音のない信号電圧と雑音電圧の和に等しい電圧が現れる。垂直信号線６２ｐ、６２ｑは雑音電圧から信号電圧と雑音電圧との和に変化し、その変化分は雑音のない信号電圧に相当する。したがって、クランプ容量６４ｐ、６４ｑのサンプルホールド側電圧も、雑音のない信号電圧に相当する分だけ変化する。実際に、サンプルホールド容量６７ｐ、６７ｑにかかる電圧は、雑音のないクランプ電圧から、垂直信号線６２ｐ、６２ｑの信号電圧変化分をクランプ容量とサンプルホールド容量で分圧した電圧分だけ変化する。よって、サンプルホールド容量６７ｐ、６７ｑにかかる電圧は、雑音のないクランプ電圧と分圧された信号電圧とであり、雑音分が除去されている。サンプルホールドトランジスタ６６ｐ、６６ｑがＯＦＦ状態に制御された後、水平シフトレジスタ６９によって、水平トランジスタ６８ｐ、６８ｑが順次選択的にＯＮ状態に制御される。これにより、フォトダイオード５１ａ、５１ｂに蓄積されていた信号電荷に対応する信号が、出力端子７０から順次出力される。
【０００６】
次に、２行目の感光セルから信号を取り出すために、２行目の感光セルについて、１行目の場合と同様の操作が行われる。これにより、フォトダイオード５１ｃ、５１ｄに蓄積されていた信号電荷に対応する信号が、出力端子７０から順次出力される。
【０００７】
以上の動作をタイミングチャートで示すと、図６のようになる。図６において、フォトダイオード５１の１行分に蓄積されていた信号が最終的に出力端子７０から出力される期間を水平有効期間と呼び、フォトダイオード５１から信号を垂直信号線６２に出力し、出力した信号の雑音を抑圧する期間を水平ブランキング期間と呼ぶ。また、水平ブランキング期間と水平有効期間とを合わせて、１水平期間と呼ぶ。１水平期間は、実際に１行分の信号を読み出すために要する時間である。センサ全体から信号を読み出すために要する時間を１フレーム期間と呼ぶ。図６に示すように、フォトダイオード５１に蓄積される信号電荷の量は、転送ゲート５２に印加される転送パルスの時間間隔で定まる。また、転送パルスの時間間隔は、１フレーム期間で一定である。このため、フォトダイオード５１の感度は、一定になる。
【０００８】
図５に示すセンサでは、４個のトランジスタ（転送ゲート５２、増幅トランジスタ５４、リセットトランジスタ５５、およびアドレストランジスタ５６）によって、各感光セルが構成されている。これに対して、最近、センサの小型化のために、３個のトランジスタで各感光セルを構成したセンサが考案されている。この新しく考案されたセンサは、図５に示すセンサからアドレストランジスタ５６を除去した上で、感光セルの電源を共通化した構成を有している。このセンサから信号を読み出すためには、各感光セルにパルス状の電源電圧を供給する必要がある。
【０００９】
なお、図５に示すセンサの駆動方法は、例えば、特許文献１に記載されている。また、特許文献２には、フォトダイオードの１行分の信号を１水平期間内で平均的に出力するための駆動方法が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２４７５３７号公報
【特許文献２】
特開平２００１−４５３７５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各感光セルを３個のトランジスタで構成したセンサには、電源をパルス駆動することに伴い、以下のような問題が発生する。第１に、電源がすべての感光セルに接続され、選択された感光セルだけでなくセンサ全体が駆動されるので、センサ全体の動作に影響が生じる。第２に、ハイレベル時の電源電圧はセンサの動作に影響を与えないが、ローレベル時の電源電圧が選択されていない感光セルの動作に影響を与える。第３に、電源をパルス駆動すること自体が、センサ全体に様々な影響を与える。
【００１２】
ここでは、上記第３の問題点に着目する。センサに含まれる画素は、半導体基板内の奥深くで発生する電荷がフォトダイオードに流れ込むことを防止するために、図７に断面を示すように、ｎ型基板上のｐ型ウェル内に形成される場合がある。図７に示すセンサでは、ｎ型基板８１上のｐ型ウェル８２の表面部分に、各種トランジスタの電極端子８３が形成されている。
【００１３】
このようなセンサでは、図７に模式的に示すように、ｐ型ウェル８２の抵抗８４の値が大きくなり、これに伴い、ｐ型ウェル８２の時定数も大きくなる。このため、電源をパルス駆動した場合には、電源電圧が変化した直後では、ｐ型ウェル８２の電位が、電源の供給場所からの距離などに応じて画素ごとに異なることがある。このような現象が発生すると、センサから出力される信号電圧は画素ごとにばらつき、その結果、再生画像に雑音が発生する。
【００１４】
それ故に、本発明は、各感光セルを３個のトランジスタで構成したセンサから、雑音の少ない再生画像を読み出すための固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、半導体基板上に、少なくとも光電変換手段、増幅手段を設けたセルを２次元上に配列した感光領域とセルと電気的に接続した雑音抑圧手段と雑音抑圧手段と電気的に接続した水平読み出し手段とを備え、水平読み出し手段を介して信号が読みだされている第１の水平期間とそれ以外の第２の水平期間がある固体撮像装置の駆動方法において、感光領域に与える電源電圧は第２の水平期間にローレベルの電位からハイレベルの電位とし、第２の水平期間から第１の水平期間へ移行時はハイレベルの電位を保持することを特徴とする。
このような第１の発明によれば、電源ラインが変化した後、雑音抑圧処理を始めるまでに、時間Ｔを確保することができる。時間Ｔを、センサの基板の時定数に対して十分長くすることにより、雑音抑圧処理を行うときのセンサの基板の電位を各画素においてほぼ一定とすることができる。したがって、センサから雑音の少ない美しい再生画像を読み出すことができる。
第２の発明は、セルは信号電荷転送手段、信号電荷排出手段を備え、第２の水平期間は順次、第１副と第２副と第３副の期間を備え、第１副の期間に信号電荷排出手段に与えるパルスの立上げと立下げからなる第１動作と、信号電荷転送手段に与えるパルスの立上げと立下げからなる第２動作と、第１副の期間あるいは第２副の期間に信号電荷排出手段に与えるパルスの立上げを行う第３動作と、第２副の期間に信号電荷排出手段に与えられたパルスの立下げを行う第４動作と、を順次行い、感光領域に与える電源電圧は第１副の期間はハイレベルの電位とし第２副の期間はローレベルの電位とし第３副の期間は再びハイレベルの電位とし、さらに第３副の期間に続く第１の水平期間もハイレベルの電位を保持することを特徴とする。
第３の発明は、第１副の期間の第２動作により読み出された信号を雑音抑圧手段に出力し、さらに雑音抑圧手段に与えるパルスの立上げと立下げのあとに第２副の期間となることを特徴とする。
【００１６】
第４の発明は、感光領域が、ｎ型基板上のｐ型ウェル内に形成されていることを特徴とする。
このような第４の発明によれば、水平ブランキング期間内に電源をパルス駆動する方法では再生画像に雑音が発生しやすい、ｎ型基板上のｐ型ウェル内に形成された感光領域を備えた固体撮像装置から、雑音の少ない美しい再生画像を読み出すことができる。
【００１７】
第５の発明は、感光領域の対角長が、８ミリメートル以上であることを特徴とする。
このような第５の発明によれば、水平ブランキング期間内に電源をパルス駆動する方法では再生画像に雑音が発生しやすい、比較的大規模な固体撮像装置から、雑音の少ない美しい再生画像を読み出すことができる。
第６の発明は、信号電荷転送手段および信号電荷排出手段を駆動する垂直選択手段と増幅手段の出力を読み出す同じ列に配列した複数の垂直信号線と水平読み出し手段を駆動する水平選択手段とを備える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係るセンサの回路図である。図１に示すセンサは、ｍ×ｎのマトリックス状に配列された感光セル（破線で囲んだ部分）、電源ライン１０、垂直シフトレジスタ１１、ｎ本の垂直信号線１２−１〜ｎ、ｎ個の負荷トランジスタ１３−１〜ｎ、雑音抑圧回路１４、ｎ個の水平トランジスタ、および水平シフトレジスタ１６を備えている。各感光セルは、フォトダイオード１、転送ゲート２、フローティング拡散層部３、増幅トランジスタ４、およびリセットトランジスタ５を含んでいる。この感光セルは、３個のトランジスタ（転送ゲート２、増幅トランジスタ４、およびリセットトランジスタ５）を含み、アドレストランジスタを含まないことを特徴とする。実際のセンサにおけるｍおよびｎの値は、数十から数千程度である。
【００１９】
ｍ×ｎ個の感光セルは、半導体基板上に形成される。より詳細には、感光セルは、ｐ型基板上、または、ｎ型基板上のｐ型ウェル（P-well）内に形成される。各感光セルにおいて、フォトダイオード１は、入射光を光電変換し、得られた信号電荷を蓄積する。転送ゲート２は、フォトダイオード１とフローティング拡散層部３との間に設けられ、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷をフローティング拡散層部３に転送する。フローティング拡散層部３は、フォトダイオード１から転送された信号電荷を一時的に蓄積する。増幅トランジスタ４は、フローティング拡散層部３に蓄積された信号電荷を増幅する。リセットトランジスタ５は、フローティング拡散層部３に蓄積された信号電荷をリセットする。
【００２０】
感光セルが配列された感光領域には、電源ライン１０および垂直信号線１２−１〜ｎに加えて、２組のｍ本の信号線１７−１〜ｍ、１８−１〜ｍが配線される。電源ライン１０は、増幅トランジスタ４のドレインに共通して接続される。本実施形態では、電源ライン１０は、すべての感光セルに含まれる増幅トランジスタ４およびリセットトランジスタ５のドレインに共通して接続され、電源ライン１０の他端にある電源供給端子２０から、すべての感光セルに対して、パルス状の電源電圧ＶｄｄＣが印加されるものとする。なお、図１では、すべての感光セルが１本の電源ライン１０に接続されているが、感光セルに共通した電源を供給するために、電源ラインを２本以上使用してもよい。
【００２１】
垂直信号線１２−１〜ｎは、感光セルの各列に対して設けられる。垂直信号線１２〜１〜ｎは、それぞれ、同じ列に配列された感光セルに含まれる増幅トランジスタ４および負荷トランジスタ１３−１〜ｎと、雑音抑圧回路１４とを接続する。信号線１７−１〜ｍ、１８−１〜ｍは、垂直シフトレジスタ１１の出力信号線であり、感光セルの各行に対して設けられる。信号線１７−１〜ｍは、それぞれ、同じ行に配列された感光セルに含まれる転送ゲート２のゲートを接続する。信号線１８−１〜ｍは、それぞれ、同じ行に配列された感光セルに含まれるリセットトランジスタ５のゲートを接続する。
【００２２】
垂直シフトレジスタ１１は、以下に示すように、垂直ドライバ回路として動作する。垂直シフトレジスタ１１は、電源ラインＶｄｄＣがハイレベルであるときに、同じ行に配列された感光セルに含まれる転送ゲート２を同時に駆動する。また、垂直シフトレジスタ１１は、電源ラインＶｄｄＣがハイレベルであるときに、転送ゲート２の駆動タイミングとは異なるタイミングで、同じ行に配列された感光セルに含まれるリセットトランジスタ５を同時に駆動する。負荷トランジスタ１３−１〜ｎは、それぞれ、垂直信号線１２−１〜ｎに接続され、行方向に並べて配列される。雑音抑圧回路１４は、垂直信号線１２−１〜ｎに接続され、増幅トランジスタ４から出力された信号を取り込み、取り込んだ信号の雑音成分を除去する。水平トランジスタ１５−１〜ｎは、行方向に並べて配列される。各水平トランジスタ１５−１〜ｎには、雑音抑圧回路１４から出力されたｎ本の信号がそれぞれ入力される。水平シフトレジスタ１６は、水平ドライバ回路として動作する。すなわち、水平シフトレジスタ１６は、水平トランジスタ１５−１〜ｎを順次選択的に動作させる。これにより、雑音抑圧回路１４から出力されたｎ本の信号は、出力端子２１から順次出力される。
【００２３】
図２は、雑音抑圧回路１４の詳細を説明するための図である。雑音抑圧回路１４は、図２（ａ）に示すように、ｎ個のサンプルホールドトランジスタ３１−１〜ｎ、ｎ個のクランプ容量３２−１〜ｎ、ｎ個のクランプトランジスタ３３−１〜ｎ、およびｎ個のサンプルホールド容量３４−１〜ｎを含んでいる。雑音抑圧回路１４は、図５に示した雑音抑圧回路とサンプルホールドトランジスタ３１−１〜ｎの位置が異なるが、図５に示した雑音抑圧回路とほぼ同様に動作する。サンプルホールドトランジスタ３１−１〜ｎのゲートには、制御端子２２から入力されるサンプルホールド制御信号が印加される。同様に、クランプトランジスタ３３−１〜ｎのゲートには、制御端子２３から入力されるクランプ制御信号が印加される。これら２本の制御信号は、図２（ｂ）に示すように変化する。２本の制御信号がともにハイレベルである期間が雑音出力期間となり、サンプルホールド制御信号がハイレベルで、クランプ制御信号がローレベルである期間が信号出力期間となる。
【００２４】
以下、図３および図４を参照して、図１に示すセンサの駆動方法を説明する。図３は、参考例に係る駆動方法を示すタイミングチャートである。図３に示す駆動方法は、従来の駆動方法（図６）を、図１に示すセンサの構成に応じて変形したものである。図４は、本発明の実施形態に係る駆動方法を示すタイミングチャートである。図４に示す駆動方法は、センサから雑音の少ない美しい再生画像を読み出すために、新規に考案されたものである。
【００２５】
本実施形態に係る駆動方法と参考例に係る駆動方法とは、各水平期間ごとに電源ライン１０を駆動するステップと、垂直シフトレジスタ１１によって、ｍ×ｎ個のフォトダイオード１から１行分の信号を読み出すステップと、水平シフトレジスタ１６によって、読み出した１行分の信号を順次出力するステップとを備える点で共通する。これら２つの駆動方法の相違点は、図３および図４に示すように、電源電圧ＶｄｄＣの供給タイミングにある。
【００２６】
まず、参考例に係る駆動方法（図３）を説明する。参考例に係る駆動方法では、各水平期間の開始時点において、電源電圧ＶｄｄＣはローレベルである。すなわち、各水平期間の開始時点では、電源ライン１０は駆動されていない。１行目の感光セルから信号を取り出すためには、まず、電源電圧ＶｄｄＣがハイレベルに制御される。これにより、すべての感光セルにおいて、転送ゲート２およびリセットトランジスタ５のドレインがハイレベルになる。次に、電源ライン１０が駆動されている間に、垂直シフトレジスタ１１が、信号線１８−１を所定の時間だけハイレベルにする。これにより、リセットトランジスタ５ａ、５ｂを始め、１行目の感光セルに含まれるリセットトランジスタ５のゲート電位はハイレベルとなり、これらリセットトランジスタ５はＯＮ状態となる。このとき、増幅トランジスタ４ａ、４ｂを始め、１行目の感光セルに含まれる増幅トランジスタ４も動作状態となる。同時に、フローティング拡散層部３ａ、３ｂを始め、１行目の感光セルに含まれるフローティング拡散層部３に蓄積された信号電荷をリセットしたときの雑音出力が、垂直信号線１２−１〜ｎに現れる。
【００２７】
次に、電源ライン１０が駆動されている間に、垂直シフトレジスタ１１が、信号線１７−１を所定の時間だけハイレベルにする。これにより、転送ゲート２ａ、２ｂを始め、１行目の感光セルに含まれる転送ゲート２のゲート電位はハイレベルとなり、これら転送ゲート２はＯＮ状態となる。このとき、フォトダイオード１ａ、１ｂを始め、１行目の感光セルに含まれるフォトダイオード１に蓄積された信号電荷は、各感光セルに含まれるフローティング拡散層部３に読み出され、読み出された信号電荷に対応した信号出力が、垂直信号線１２−１〜ｎに現れる。
【００２８】
このようにして、垂直信号線１２−１〜ｎには、雑音電圧が現れた後、信号電圧と雑音電圧との和が現れる。雑音抑圧回路１４は、従来の雑音抑圧回路と同様に動作し、垂直信号線１２−１〜ｎに出力された信号の雑音を抑圧する。雑音抑圧回路１４から出力されたｎ本の信号は、それぞれ、水平トランジスタ１５−１〜ｎに入力される。
【００２９】
雑音抑圧回路１４が動作した後、電源電圧ＶｄｄＣは、ローレベルに変化する。次に、電源ライン１０が駆動されていない間に、垂直シフトレジスタ１１が、信号線１８−１を所定の時間だけハイレベルにする。これにより、フローティング拡散層部３ａ、３ｂを始め、１行目の感光セルに含まれるフローティング拡散層部３に蓄積された信号電荷は、リセットされる。また、増幅トランジスタ４ａ、４ｂを始め、１行目の感光セルに含まれる増幅トランジスタ４は、次に選択されるまで非動作状態となる。
【００３０】
水平シフトレジスタ１６は、水平トランジスタ１５−１〜ｎのゲートに接続されるｎ本の出力信号を出力する。水平シフトレジスタ１６は、ｎ本の出力信号を選択的にハイレベルにすることにより、水平トランジスタ１５−１〜ｎを順次選択的にＯＮ状態に制御する。これにより、フォトダイオード１ａ、１ｂを始め、１行目のフォトダイオード１に蓄積されていた信号電荷に対応する信号が、出力端子２１から順次出力される。
【００３１】
次に、２行目の感光セルから信号を取り出すために、２行目の感光セルについて、１行目の場合と同様の操作が行われる。これにより、フォトダイオード１ｃ、１ｄを始め、２行目の感光セルに蓄積されていた信号電荷に対応する信号が、出力端子２１から順次出力される。以下、３行目からｍ行目の感光セルについても、同様の操作が行われる。なお、図３に示す水平ブランキング期間、水平有効期間、１水平期間、および１フレーム期間の定義、並びにフォトダイオード１の感度が一定になる点は、従来のセンサと同じである。
【００３２】
次に、本実施形態に係る駆動方法（図４）を説明する。上述したように、本実施形態に係る駆動方法と参考例に係る駆動方法とは、電源電圧ＶｄｄＣの供給タイミングが相違する。本実施形態に係る駆動方法では、参考例に係る駆動方法とは異なり、各水平期間の開始時点では、電源電圧ＶｄｄＣはハイレベルである。電源電圧ＶｄｄＣは、信号線１７−１〜ｍのいずれかが一旦ハイレベルとなり、その後ローレベルとなった後の所定の時点まで、ハイレベルに保たれる。
【００３３】
１行目の感光セルから信号を取り出すためには、水平ブランキング期間内で電源ライン１０が駆動されている間に、垂直シフトレジスタ１１が、信号線１８−１を所定の時間だけハイレベルにする。これにより、参考例に係る駆動方法の場合と同様に、フローティング拡散層部３ａ、３ｂを始め、１行目の感光セルに含まれるフローティング拡散層部３に蓄積された信号電荷をリセットしたときの雑音出力が、垂直信号線１２−１〜ｎに現れる。
【００３４】
次に、水平ブランキング期間内で電源ライン１０が駆動されている間に、垂直シフトレジスタ１１が、信号線１７−１を所定の時間だけハイレベルにする。これにより、参考例に係る駆動方法の場合と同様に、フォトダイオード１ａ、１ｂを始め、１行目の感光セルに含まれるフォトダイオード１に蓄積された信号電荷は、各感光セルに含まれるフローティング拡散層部３に読み出され、読み出された信号電荷に対応した信号出力が、垂直信号線１２−１〜ｎに現れる。
【００３５】
雑音抑圧回路１４は、従来の雑音抑圧回路と同様に動作し、垂直信号線１２−１〜ｎに出力された信号の雑音を抑圧する。雑音抑圧回路１４から出力されたｎ本の信号は、それぞれ、水平トランジスタ１５−１〜ｎに入力される。
【００３６】
雑音抑圧回路１４が動作した後、電源電圧ＶｄｄＣは、ローレベルに変化する。次に、電源ライン１０が駆動されていない間に、垂直シフトレジスタ１１が、信号線１８−１を所定の時間だけハイレベルにする。これにより、フローティング拡散層部３ａ、３ｂを始め、１行目の感光セルに含まれるフローティング拡散層部３に蓄積された信号電荷は、リセットされる。また、増幅トランジスタ４ａ、４ｂを始め、１行目の感光セルに含まれる増幅トランジスタ４は、次に選択されるまで非動作状態となる。
【００３７】
水平シフトレジスタ１６は、参考例に係る駆動方法の場合と同様に、フォトダイオード１ａ、１ｂを始め、１行目のフォトダイオード１に蓄積されていた信号電荷に対応する信号を、出力端子２１から順次出力する。
【００３８】
参考例に係る駆動方法（図３）では、一旦ローレベルとなった電源電圧ＶｄｄＣが次にハイレベルとなるのは、次の水平期間の水平ブランキング期間においてである。これに対して、本実施形態に係る駆動方法（図４）では、一旦ローレベルとなった電源電圧ＶｄｄＣは、同じ水平期間の水平ブランキング期間内に再びハイレベルとなる。その後、電源電圧ＶｄｄＣは、当該水平期間の残りの期間ではハイレベルに保たれ、引き続き、次の水平期間において、信号線１７−１が一旦ハイレベルとなり、その後ローレベルとなった後の所定の時点まで、ハイレベルに保たれる。このため、水平有効期間における電源電圧は、参考例に係る駆動方法ではローレベルに保たれるが、本実施形態に係る駆動方法ではハイレベルに保たれる。
【００３９】
次に、２行目からｍ行目の感光セルから信号を取り出すために、２行目からｍ行目の感光セルについて、１行目の場合と同様の操作が行われる。なお、図４に示す水平ブランキング期間、水平有効期間、１水平期間、および１フレーム期間の定義、並びにフォトダイオード１の感度が一定になる点は、従来のセンサと同じである。
【００４０】
このように、本実施形態に係る駆動方法は、（１）各水平期間を水平ブランキング期間と水平有効期間とに分割し、水平ブランキング期間を時間の経過に従って第１ないし第３の期間に分割したときに、電源ライン１０を、第１および第３の期間並びに水平有効期間ではハイレベルに、第２の期間ではローレベルになるように駆動するステップと、（２）垂直シフトレジスタ１１によって、各水平期間ごとに、順次異なる行を選択し、選択した行に配列された感光セルについて、第１の期間内にリセットトランジスタ５と転送ゲート２を相次いで動作させた後、第２の期間内にリセットトランジスタ５を動作させるステップと、（３）水平シフトレジスタ１６によって、各水平期間ごとに、雑音抑圧回路１４の出力を順次出力させるステップとを備える。あるいは、上記（１）のステップは、ある行に含まれる感光セルから信号電圧を読み出すために、電源ライン１０を、当該行より１つ前の行の水平期間の水平ブランキング期間内の所定の時点からハイレベルとなるようにパルス駆動するステップと言い替えることもできる。
【００４１】
以下、参考例に係る駆動方法と対比して、本実施形態に係る駆動方法の効果を説明する。参考例に係る駆動方法では、電源電圧ＶｄｄＣがハイレベルとなった後、信号線１８がハイレベルとなるまでに、わずかな時間ｔ（図３を参照）しか確保できない。このため、雑音抑圧処理を行うとき（各水平期間において最初に信号線１８をハイレベルし、その後、信号線１７をハイレベルにするとき）のセンサの基板電位が、電源の供給場所からの距離などに応じて画素ごとに異なることがある。このため、雑音抑圧後の信号電圧としてセンサから出力される信号電圧も画素ごとにばらつき、再生画像に雑音が発生する。この雑音は、例えば、ｎ型基板上のｐ型ウェル内に形成された、比較的大規模なセンサ（例えば、感光領域の対角長が８ミリメートル以上のセンサ）において観測される。
【００４２】
これに対して、本実施形態に係る駆動方法では、電源電圧ＶｄｄＣは、ローレベルとなった水平期間の水平ブランキング期間内で再びハイレベルとなる。このため、電源電圧ＶｄｄＣがハイレベルとなった後、信号線１８にハイレベルとなるまでに、少なくとも水平有効期間より長い時間Ｔ（図４を参照）を確保することができる。したがって、時間Ｔがセンサの基板の時定数に対して十分長ければ、雑音抑圧処理を行うときのセンサの基板電位は、各画素においてほぼ一定となる。よって、雑音抑圧後の信号電圧としてセンサから出力される信号電圧も各画素においてほぼ一定となり、再生画像に雑音が発生することを防止することができる。その結果、本実施形態に係る駆動方法によれば、各感光セルを３個のトランジスタで構成したセンサから、雑音の少ない美しい画像を読み出すことができる。この効果は、ｎ型基板上のｐ型ウェル内に形成された、比較的大規模なセンサ（例えば、感光領域の対角長が８ミリメートル以上のセンサ）において、特に顕著である。
【００４３】
具体例を挙げると、ｎ型基板上のｐ型ウェル内に形成された、感光領域の対角長が１６ミリメートル程度のセンサにおけるｐ型ウェルの時定数は、約２０マイクロ秒である。一方、一般的なテレビ周波数規格では、水平ブランキング期間は約１０マイクロ秒であり、水平有効期間は約５３マイクロ秒である。本実施形態に係る駆動方法によれば、上記時間Ｔを少なくとも水平有効期間より長く確保できるので、時間Ｔはｐ型ウェルの時定数に対して十分大きいと言える。したがって、本実施形態に係る駆動方法によれば、ｎ型基板上のｐ型ウェル内に形成された、感光領域の対角長が１６ミリメートル程度のセンサについても、雑音抑圧処理を行うときのセンサの基板電位を各画素においてほぼ一定とし、センサから雑音の少ない美しい画像を読み出すことができる。
【００４４】
なお、本実施形態に係る駆動方法では、電源電圧ＶｄｄＣがローレベルとなった後、信号線１８がハイレベルとなるまでの時間Ｓ（図４を参照）が、参考例に係る駆動方法よりも短くなる。このため、フローティング拡散層部３に蓄積された信号をリセットするとき（各水平期間において２回目に信号線１８をハイレベルとするとき）に、センサの基板電位が、電源の供給箇所からの距離などに応じて画素ごとに異なることがある。ところが、信号電荷のリセット時にセンサの基板電位が画素ごとに異なっていても、この時点でリセットトランジスタ２をＯＦＦ状態に制御できればよいため、基板電位のばらつきが再生画像の画質に与える影響は小さい。したがって、時間Ｓが参考例に係る駆動方法より短いことが、再生画像の画質に影響を及ぼすことはない。
【００４５】
また、本実施形態に係る駆動方法では、電源電圧ＶｄｄＣは、ローレベルとなった水平期間の水平有効期間ではなく、それより前の水平ブランキング期間内で再びハイレベルとなる。この理由は、信号電圧を出力する水平有効期間内で電源電圧ＶｄｄＣを変化させると、電源電圧の変動に伴い、再生画像に雑音が発生するからである。
【００４６】
以上に示すように、本実施形態に係る駆動方法によれば、電源電圧ＶｄｄＣがハイレベルとなった後、雑音抑圧処理を始めるまでに、センサの基板の時定数に対して十分長い時間Ｔを確保することができる。これにより、雑音抑圧処理を行うときのセンサの基板電位を各画素においてほぼ一定とし、センサから雑音の少ない美しい再生画像を読み出すことができる。
【００４７】
なお、本実施形態に係る駆動方法は、ｎ型基板上のｐ型ウェル内に上に形成された、比較的大規模なセンサに対して効果的であるが、ｐ型基板上に形成されたセンサや、中規模以下のセンサにも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサの回路図
【図２】本発明の実施形態に係るセンサの雑音抑圧回路の詳細を示す図
【図３】本発明の参考例に係るセンサの駆動方法を示すタイミングチャート
【図４】本発明の実施形態に係るセンサの駆動方法を示すタイミングチャート
【図５】従来のセンサの回路図
【図６】従来のセンサの駆動方法を示すタイミングチャート
【図７】センサの断面図
【符号の説明】
１…フォトダイオード
２…転送ゲート
３…フローティング拡散層部
４…増幅トランジスタ
５…リセットトランジスタ
１０…電源ライン
１１…垂直シフトレジスタ
１２…垂直信号線
１３…負荷トランジスタ
１４…雑音抑圧回路
１５…水平トランジスタ
１６…水平シフトレジスタ
ＶｄｄＣ…電源電圧

Claims (5)

1. 半導体基板上に、少なくとも光電変換手段、増幅手段を設けたセルを２次元状に配列した感光領域と前記セルと電気的に接続した雑音抑圧手段と前記雑音抑圧手段と電気的に接続した水平読み出し手段とを備え、前記水平読み出し手段を介して信号が読みだされている第１の水平期間とそれ以外の第２の水平期間がある固体撮像装置の駆動方法において、
   前記感光領域に与える電源電圧は前記第２の水平期間にローレベルの電位からハイレベルの電位とし、前記第２の水平期間から前記第１の水平期間への移行時は前記ハイレベルの電位を保持し、
   前記セルは信号電荷転送手段、信号電荷排出手段を備え、前記第２の水平期間は順次、第１副と第２副と第３副の期間を備え、
   前記第１副の期間に前記信号電荷排出手段に与えるパルスの立上げと立下げからなる第１動作と、前記信号電荷転送手段に与えるパルスの立上げと立下げからなる第２動作とを順次行い、前記第２副の期間に前記信号電荷排出手段に与えるパルスの立上げを行う第３動作と、前記信号電荷排出手段に与えられたパルスの立下げを行う第４動作とを順次行い、
   前記感光領域に与える前記電源電圧は、前記第１副の期間は前記ハイレベルの電位とし、前記第２副の期間は前記ローレベルの電位とし、前記第３副の期間は再び前記ハイレベルの電位とし、さらに前記第３副の期間に続く前記第１の水平期間も前記ハイレベルの電位を保持することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
2. 前記第１副の期間の前記第２動作により読み出された信号を前記雑音抑圧手段に出力し、さらに前記雑音抑圧手段に与えるパルスの立上げと立下げのあとに前記第２副の期間となる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。
3. 前記感光領域がｎ型基板上のｐ型ウェル内に形成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の駆動方法。
4. 前記感光領域の対角長が８ミリメートル以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置の駆動方法。
5. 前記信号電荷転送手段および前記信号電荷排出手段を駆動する垂直選択手段と、前記増幅手段の出力を読み出す複数の垂直信号線と、前記水平読み出し手段を駆動する水平選択手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。

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