JP4425950B2

JP4425950B2 - 固体撮像装置および電子情報機器

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Publication number: JP4425950B2
Application number: JP2007147509A
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Inventors: 英徳森本; 伸明松岡
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Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2010-03-03
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Description

本発明は、固体撮像装置および電子情報機器に関し、より詳しくは、画素部が増幅回路を含む増幅型固体撮像装置の性能を向上したもの、およびこのような増幅型固体撮像装置を用いた電子情報機器に関する。

一般に、増幅型固体撮像装置として、増幅機能を持たせた画素部（以下単に画素ともいう。）を２次元状に配列してなる画素アレイ部と、該画素アレイ部の周辺に配置された走査回路とを有し、その走査回路により各画素から画素データを読み出すものが普及している。

そのような増幅型固体撮像装置の一例としては、画素が周辺の駆動回路および信号処理回路と一体化するのに有利なＣＭＯＳ回路を用いて構成されたＡＰＳ（ＡｃｔｉｖｅＰｉｘｅｌＳｅｎｓｏｒ）型イメージセンサが知られている。ＡＰＳ型イメージセンサの中でも、近年は高画質が得られる４トランジスタ型が主流になりつつある。

図４は、従来の４トランジスタ型の増幅型固体撮像装置を説明する図であり、該固体撮像装置を構成する個々の画素（単位画素）の回路構成を示している。

従来の増幅型固体撮像装置を構成する画素１１０は、図４に示すように、光を電子に変換する受光部１０１と、該受光部１０１で発生した信号電荷を信号電荷蓄積部１０３に転送する転送トランジスタ１０２と、該信号電荷蓄積部１０３に転送された信号電荷を増幅してこれに対応する信号電圧を発生する増幅トランジスタ１０５と、該信号電荷蓄積部１０３、つまり増幅トランジスタ１０５のゲートを電源電圧Ｖｄにリセットするリセットトランジスタ１０４と、上記増幅トランジスタ１０５の出力を読出し信号線１０７に転送する選択トランジスタ１０６とから構成されている。上記固体撮像装置では、このような構成の画素が２次元状、つまり行列状に複数配列されている。上記読み出し信号線１０７は、各画素列毎に設けられ、各画素列における画素の選択トランジスタはすべて、対応する該読み出し信号線１０７に接続されている。また、各読み出し信号線１０７は、対応する１つの定電流源負荷１１１に接続されている。この定電流源負荷１１１は、該読み出し信号線１０７の一端側と接地との間に接続されたトランジスタにより構成されており、該トランジスタのゲートは定電圧Ｖｃに設定されている。

ここで、受光部１０１は、通常埋め込みフォトダイオードで構成されている。また、上記転送トランジスタ１０２は、該受光部１０１からの信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部１０３と該フォトダーオードのカソードとの間に接続され、そのゲートは転送ゲート選択線１２３に接続されている。なお、上記信号電荷蓄積部１０３は、以下、フローティングディフュージョン部（ＦＤ部）ともいう。この転送トランジスタ１０２は、転送ゲート選択線１２３の電圧レベルがハイレベルとなったときオンして、フォトダーオードで発生した信号電荷を信号電荷蓄積部１０３に転送する。

また、上記リセットトランジスタ１０４は、上記信号電荷蓄積部１０３と電圧源（電源電圧Ｖｄ）との間に接続され、そのゲートは、リセット信号線１２２に接続されている。このリセットトランジスタ１０４は、リセット信号線１２２の電圧レベルがハイレベルとなったときオンし、上記信号電荷蓄積部１０３の電位を電源電圧Ｖｄにリセットする。さらに、上記増幅トランジスタ１０５と選択トランジスタ１０６とは、上記電圧源（電源電圧Ｖｄ）と読み出し信号線１０７との間に直列に接続されている。この電圧源側の増幅トランジスタ１０５のゲートは上記信号電荷蓄積部１０３に接続され、また、読み出し信号線側の選択トランジスタ１０６のゲートは選択信号線１２１に接続され、該選択信号線の電圧レベルがハイレベルとなったときオンし、対応する画素の信号電圧が読み出し信号線１０７に読み出されるよう該画素を選択する。

次に動作について説明する。

受光部１０１では入射した光の光電変換により信号電荷が発生し、該受光部１０１で発生した信号電荷は、転送トランジスタ１０２により信号電荷蓄積部（ＦＤ部）１０３へ転送される。該信号電荷蓄積部１０３は、受光部１０１から信号電荷が転送される前に、リセットトランジスタ１０４により電源電圧Ｖｄにリセットされている。従って、リセット後および信号電荷転送後のそれぞれの信号電荷蓄積部１０３の電位が、増幅トランジスタ１０５により増幅され、選択トランジスタ１０６を介して読み出し信号線１０７に読み出される。このとき、読み出し信号線１０７には、画素１１０から、信号電荷蓄積部１０３の電位に応じた電流が供給され、該供給された電流は定電流源負荷１１１を介して接地側に排出される。これにより、読み出し信号線１０７には、画素１１０から供給される電流に応じた読み出し電圧が発生し、該読み出し電圧が後段の回路に出力され、各画素の画素データが得られる。

このようなＣＭＯＳイメージセンサにおいて、画素ピッチが２．２μｍから１．７５μｍとなる微細化が進むと、光電変換素子の縮小による信号電荷量の低下、増幅型ＭＯＳトランジスタの微細化によるノイズの増大等が問題となってくる。そのため、トランジスタのサイズの微細化よりもトランジスタそのものの数を減らし、トランジスタの占める面積を少なくして光電変換素子のサイズを大きくすることが効果的である。その方法として、光電変換素子と３個のトランジスタで単位画素を構成する３トランジスタ型画素構成（３ＴＲ構成）が提案されている。

図５は、３ＴＲ構成の単位画素（以下単に画素ともいう。）を説明する図であり、１つの読み出し信号線につながる２つの単位画素の回路構成を示している。

例えば、３ＴＲ構成の画素２１０は、フォトダーオードからなる受光部２０１と、該受光部２０１からの信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部２０３との間に接続された転送ゲートトランジスタ２０２と、該信号電荷蓄積部２０３とリセットドレイン配線２２５との間に接続されたリセットトランジスタ２０４と、電圧源（電源電圧Ｖｄ）と読み出し信号線２０７との間に接続された増幅トランジスタ２０５とから構成されている。

ここで、上記転送トランジスタ２０２のゲートには、転送ゲート配線２２３が接続されており、該転送トランジスタ２０２は、該転送ゲート選択線２２３からの転送パルス信号ＴＸ０を受けて、受光部２０１で発生した信号電荷を信号電荷蓄積部２０３に転送する。また、リセットトランジスタ２０４のゲートには、リセット信号線２２３が接続されており、該リセットトランジスタ２０４は、該リセット信号線２２３からのリセット信号ＲＳＴ０により、リセットドレイン配線２２５の電圧Ｖｒ０を信号電荷蓄積部２０３に印加する。

また、３ＴＲ構成の画素２５０は、上記３ＴＲ構成の画素２１０と同様、フォトダーオードからなり、光電変換により信号電荷を発生する受光部２５１と、転送ゲート選択線２７３からの転送パルス信号ＴＸ１に基づいて該信号電荷を信号電荷蓄積部２５３に転送する転送ゲートトランジスタ２５２と、リセット信号線２７２からのリセット信号ＲＳＴ１に基づいてリセットドレイン配線２７５の電圧Ｖｒ１を信号電荷蓄積部２５３に印加するリセットトランジスタ２５４と、信号電荷蓄積部２５３で発生した信号電圧あるいはリセット電圧を増幅して読み出し信号線２０７に出力する増幅トランジスタ２５５とから構成されている。

これらの画素２１０および２５０は、その他の同じ列の画素とともに、読み出し信号線２０７に接続されており、該読み出し信号線２０７は、定電流源負荷２１１に接続されている。この定電流源負荷２１１は、該読み出し信号線２０７の一端側と接地との間に接続されたトランジスタにより構成されており、該トランジスタのゲートは定電圧Ｖｃに設定されている。

このような３ＴＲ構成の単位画素２１０、２５０には、４ＴＲ構成の単位画素とは異なり、図５に示すように、図４における増幅用トランジスタ１０５と直列に接続される選択トランジスタに相当するトランジスタは設けられていない。従って、読み出し信号線２０７に接続されている多数の画素から所定の画素を選択する画素選択動作は、４ＴＲ構成における選択トランジスタにより行うのではなく、信号電荷蓄積部であるＦＤ部２０３，２５３の電位を制御することにより行う。

次に動作について説明する。

図６は、３ＴＲ構成の単位画素を駆動する駆動パルスのタイミングチャートの一例を示す。

転送ゲート選択線２２３および２７３、リセット信号線２２２および２７２、並びにリセットドレイン配線２２５および２７５を制御することにより、各画素におけるＦＤ部２０３および２５３の電圧が変化し、それに応じて読み出し信号線２０７の電圧も変化する。

例えば、画素２１０を選択する場合、リセットドレイン線２２５および２７５の信号レベルＶｒ０およびＶｒ１をローレベルの電位（ＶＬ）した後、リセットゲート配線２２２および２７２の信号レベルＲＳＴ０およびＲＳＴ１を立ち上げ、ＦＤ部２０３および２５３の電位をローレベルにする（ローリセット）。

次に、画素２１０を含む画素列に対応する読み出し信号線２０７の定電流源負荷２１１を、これを構成するトランジスタ２１１のゲート制御電圧Ｖｃを立ち上げることにより動作させ（時間ｔ０）、その後、選択画素２１０につながるリセットドレイン配線２２２の電位Ｖｒ０をハイレベルにすることで（時刻ｔ１）、選択画素２１０のＦＤ部２０３の電位ＦＤ０だけがハイレベルになる（ハイリセット）。このとき、ＦＤ部２０３の電圧（ＶＦＤ）は、
ＶＦＤ＝Ｖｄ−Ｖｔｈ（式１）
になる。

ここで、Ｖｄは電源電圧、Ｖｔｈはリセットトランジスタ２０４のしきい値電圧である。このようにＦＤ部２０３の電圧ＶＦＤは、電源電圧Ｖｄよりも低くなり、電荷転送を完全化するのに不利である。これに対しては、リセットトランジスタ２０４に、閾値電圧の低いトランジスタまたはデプレッション型のトランジスタを用いることで、ハイリセット時のＦＤ部２０３の電圧を電源電圧付近まで高めることができる。

その後、選択画素２１０のリセットゲート配線２２２の信号レベルＲＳＴ０を立ち下げると（時刻ｔ２）、リセットトランジスタ２０４のゲートとＦＤ部２０３との間の結合容量Ｃ１によりＦＤ部２０３の電位ＦＤ０が下がる。また、この電位ＦＤ０の変化が増幅トランジスタ２０５を介して、読み出し信号線２０７に現れるので、読み出し信号線２０７の電圧Ｖｏｕｔも下がり、該読み出し信号線２０７と増幅用トランジスタ２０５のゲートとの間の結合容量Ｃ２によって、さらにＦＤ部２０３の電圧ＶＤ０が下がる。

これらの容量結合の効果で、ＦＤ部２０３の電位ＦＤ０は電源電圧Ｖｄよりも低くなる。このＦＤ部２０３の電圧ＦＤ０に対応している信号線電圧（リセットレベル）Ｖｏｕｔが、該読み出し信号線２０７に接続されている次段回路（図示せず）に取り込まれる。

この後、転送ゲートパルスＴＸ０を転送ゲートトランジスタ２０２に印加すると（時刻ｔ３〜ｔ４）、受光部２０１からＦＤ部２０３に信号電荷が転送され、ＦＤ部２０３の電位ＦＤ０が下がり、読み出し信号線２０７の電圧レベルＶｏｕｔも連動して低下する。この読み出し信号線２０７の電圧Ｖｏｕｔを信号レベルＶｓｉｇとして再度次段回路に取り込まれる。次段回路は、リセットレベルＶｒｓｔと信号レベルＶｓｉｇの差をとって、選択画素２１０の画素信号として出力する。

そして、リセットゲート線２２２の信号レベルＲＳＴ０がハイレベルになって（時刻ｔ５）、ＦＤ部２０３の電位ＶＤ０がハイレベルになった後、リセットドレイン配線２２５の信号レベルがローレベルになって（時刻ｔ６）、ＦＤ部２０３の電位がローレベルになる。その後、定電流源負荷を構成するトランジスタ２１１をオフする（時刻ｔ７）。

このような選択画素からの画素信号の読み出しの間、非選択画素２５０のリセットドレイン配線２７５の電圧レベルＶｒ１は、ローレベル、リセット信号線２７２の信号レベルＲＳＴ１は、ハイレベルであるので、非選択画素２５０のＦＤ部２５３の電位はローレベルに固定されており、読み出し信号線２０７の電位が変化しても、ＦＤ部２５３の電位は変化しないようになっている。

しかしながら、このような駆動を行うと、リセットトランジスタ２０４のゲートとＦＤ部２０３との間の結合容量Ｃ１、および読み出し信号線２０７と増幅用トランジスタ２０５のゲートとの間の結合容量Ｃ２によって、リセット後のＦＤ部２０３の電圧が下がるので、転送ゲートトランジスタ２０２がオンしたときに、光電変換素子２０１とＦＤ部２０３との間の電位差が十分確保できなくなり、完全転送（無残像）ができなくなるという問題がある。

ところで、特許文献１には、このような課題を解決する方法として、３ＴＲ構成の画素において、ＦＤ部の電位を昇圧する方法が開示されている。

上記方法では、ＦＤ部の電位をリセットするリセットパルスの幅を、読み出し信号線２０７がＦＤ部２０３のリセット電圧に追随する時間よりも短くする必要がある。

即ち、リセット信号線の２２２の信号レベルＲＳＴ０を立ち上げてＦＤ部２０３がハイリセットレベルに達してから、読み出し信号線２０７が追随する前にリセット信号線の信号レベルを立ち下げると、ＦＤ部２０３の電位がリセットトランジスタのゲートとの結合容量Ｃ１により低下するが、この時点では、読み出し信号線２０７がまだ立ち上がっている途中であるので、ＦＤ部２０３と読み出し信号線２０７との間の結合容量Ｃ２によりＦＤ部２０３が昇圧される。これによりＦＤ部の電位を、結合容量により低下させることなく、ＦＤ部のリセットレベルを高くすることができる。

この文献１記載の方法を、図５に示す画素２１０の動作に適用した場合を、図７を用いて、簡単に説明する。

図５に示す選択画素２１０にて、リセット信号線２２２の信号レベルＲＳＴ０がハイレベルで、リセットトランジスタ２０４がオンしている状態で、リセットドレイン配線２２２の電位レベルＶｒ０をハイレベルとすると（時刻ｔ１）、増幅トランジスタ２０５がオンして読み出し信号線２０７の電源電圧Ｖｄによる充電が行われる。その後、この充電により読み出し信号線２０７が電源電圧Ｖｄに追随する前に、リセット信号線２２２の信号レベルＲＳＴ０を立ち下げると（時間ｔ２ａ）、ＦＤ部２０３の電位ＦＤ０がリセットトランジスタ２０４のゲートとＦＤ部２０３との間の結合容量Ｃ１により低下しようとするのが、ＦＤ部２０３と容量結合している読み出し信号線２０７が立ち上がることにより打ち消される。その結果、ＦＤ部２０３の電位レベルＦＤ０は電源電圧Ｖｄあるいはそれ以上の電圧に保持される。
特開２００５−８６５９５号公報

しかしながら、上記方法では、リセットパルス幅に対する、読み出し信号線が電源電圧に追従するのに要する応答時間のばらつきや、該読み出し信号線の応答時間が画素の位置によって異なるなどのため、ＦＤ部のリセット電位がばらつき、受光部で発生した信号電荷の完全転送ができなくなるという問題点がある。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、３ＴＲ構成の画素にて、リセット動作時に信号電荷蓄積部（ＦＤ部）のリセット電位を高くして、信号電荷の転送時に信号電圧とリセット電圧との間で電位差を十分確保でき、光電変換素子からＦＤ部への信号電荷の完全転送を容易に行うことができ、かつ安定性のよい固体撮像装置、および該固体撮像装置を用いた電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明にかかる固体撮像装置は、２次元状に配置された複数の画素と、画素列毎に配置され、各画素列の各画素からの信号電荷を読み出すための読み出し信号線とを備えた固体撮像装置であって、該画素を、入射光を光電変換する光電変換素子と、該光電変換により得られた信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部と、該光電変換素子から該信号電荷を該信号電荷蓄積部に転送する転送トランジスタと、該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットするリセットトランジスタと、ソース側が該読み出し信号線に接続され、ゲートが該信号電荷蓄積部に接続され、該信号電荷蓄積部の電位を増幅して該読出し信号線に読み出す増幅トランジスタとを有する回路構成とし、該画素列毎に設けられ、対応する画素列の読み出し信号線の電位を設定する電位設定部と、該電位設定部を制御して該読出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、読み出し画素のリセットトランジスタをオンして該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットし、その後、該リセットトランジスタをオフするとともに、該電位設定部を制御して、該リセットトランジスタのオフによる該信号電荷蓄積部の電位変化とは逆方向に該信号電荷蓄積部の電位が変化するよう、該読出し信号線の電位を第２の電位にする制御部とを備え、該第１の電位は電源電圧と接地電圧との間の電位であり、該第２の電位は該第１の電位よりも高い電位であり、該電位設定部は、該各画素列の画素における該増幅トランジスタのドレインを共通接続する配線と電圧源との間に接続され、該第２の電位を、該増幅トランジスタを介して該読出し信号線に供給するカラム選択部と、該画素列毎に設けられ、対応する画素列の読み出し信号線の電位を該第１の電位に保持する信号線電位保持部とを有し、該制御部は、該光電変換素子から該信号電荷を該信号電荷蓄積部に転送する前に、該信号線電位保持部をオンして該読み出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、該画素列における読み出し画素のリセットトランジスタを所定の時間オンして、該信号電荷蓄積部を、その電位が該画素列における非読み出し画素それぞれの信号電荷蓄積部の電位より高くなるようリセットし、その後、該読み出し信号線の電位が該第１の電位より高い第２の電位になるように、該カラム選択部および該信号線電位保持部を制御して、該信号電荷蓄積部の電位をそのリセット直後の電位よりも高くするものであり、該カラム選択部は、該増幅トランジスタとは導電性の異なるカラム選択トランジスタで構成され、該制御部から供給されるカラム選択信号を反転するインバータを備え、該インバータの出力を、該カラム選択トランジスタのゲートに印加するものであり、そのことにより上記目的が達成される。また、本発明にかかる固体撮像装置は、２次元状に配置された複数の画素と、画素列毎に配置され、各画素列の各画素からの信号電荷を読み出すための読み出し信号線とを備えた固体撮像装置であって、該画素を、入射光を光電変換する光電変換素子と、該光電変換により得られた信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部と、該光電変換素子から該信号電荷を該信号電荷蓄積部に転送する転送トランジスタと、該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットするリセットトランジスタと、ソース側が該読み出し信号線に接続され、ゲートが該信号電荷蓄積部に接続され、該信号電荷蓄積部の電位を増幅して該読出し信号線に読み出す増幅トランジスタとを有する回路構成とし、該画素列毎に設けられ、対応する画素列の読み出し信号線の電位を設定する電位設定部と、該電位設定部を制御して該読出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、読み出し画素のリセットトランジスタをオンして該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットし、その後、該リセットトランジスタをオフするとともに、該電位設定部を制御して、該リセットトランジスタのオフによる該信号電荷蓄積部の電位変化とは逆方向に該信号電荷蓄積部の電位が変化するよう、該読出し信号線の電位を第２の電位にする制御部とを備え、該第１の電位は電源電圧と接地電圧との間の電位であり、該第２の電位は該第１の電位よりも高い電位であり、該電位設定部は、該各画素列の画素における該増幅トランジスタのドレインを共通接続する配線と電圧源との間に接続され、該第２の電位を、該増幅トランジスタを介して該読出し信号線に供給するカラム選択部と、該画素列毎に設けられ、対応する画素列の読み出し信号線の電位を該第１の電位に保持する信号線電位保持部とを有し、該制御部は、該光電変換素子から該信号電荷を該信号電荷蓄積部に転送する前に、該信号線電位保持部をオンして該読み出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、該画素列における読み出し画素のリセットトランジスタを所定の時間オンして、該信号電荷蓄積部を、その電位が該画素列における非読み出し画素それぞれの信号電荷蓄積部の電位より高くなるようリセットし、該制御部は、該読み出し画素における信号電荷蓄積部の電位をリセットした後、該読み出し信号線の電位が該第１の電位より高い第２の電位になるように、該カラム選択部および該信号線電位保持部を制御して、該信号電荷蓄積部の電位をそのリセット直後の電位よりも高くするものであり、該カラム選択部を構成するトランジスタをＮ型導電型のカラム選択トランジスタとし、該Ｎ型導電型のカラム選択トランジスタのゲートには、電源電圧よりも高いトランジスタオン電圧を印加するものであり、そのことにより上記目的が達成される。さらに、好ましくは、本発明にかかる固体撮像装置において、前記信号線電位保持部がオンしている状態で前記カラム選択部がオンすることにより、前記読み出し信号線の電位が上昇して前記信号電荷蓄積部の電位が上昇する。

本発明において、前記カラム選択部は、前記電圧源と前記増幅トランジスタのドレインを共通接続する配線との間に接続されたカラム選択トランジスタからなり、該カラム選択トランジスタのゲートは、前記制御部により電位が制御されるカラム選択線に接続されていることが好ましい。

本発明において、前記信号線電位保持部は、電圧源と接地との間に第１導電型トランジスタと第２導電型トランジスタとを直列に接続して構成したものであり、該電圧源側の第１導電型トランジスタのゲートは、該トランジスタのオンオフ動作を制御する選択信号線に接続され、該接地側の第２導電型トランジスタのゲートには、一定のバイアス電圧が印加されていることが好ましい。

本発明において、前記画素列における画素の選択は、該画素列における選択すべき画素の信号電荷蓄積部の電位を制御することにより行うことが好ましい。

本発明において、前記制御部は、前記画素列における選択すべき画素のリセットトランジスタをオンし、かつ該選択すべき画素のリセットトランジスタにつながるリセットドレイン配線を電源電位にすることにより、該画素列における画素の選択を行うことが好ましい。

本発明において、前記制御部は、前記画素列における画素の選択を行った後、前記転送トランジスタをオンして、前記光電変換素子で発生された信号電荷を、選択した画素の信号電荷蓄積部に転送することが好ましい。

本発明において、前記光電変換素子は、埋め込みフォトダイオードであることが好ましい。

本発明において、前記制御部から供給されるカラム選択信号のハイレベル電位を、電源電圧より高い電圧にレベルシフトするレベルシフタを備え、該レベルシフタの出力を、前記カラム選択トランジスタのゲートに印加することが好ましい。

本発明において、前記読み出し信号線の電位は、前記信号電荷蓄積部のリセット時には、該信号電荷蓄積部の電位と第２の電位との電位差が所定値に保たれるよう、前記第２の電位の大きさと同じだけ、前記第１の電位から変化することが好ましい。

本発明において、前記制御部は、前記信号電荷蓄積部のリセット時には、前記信号線電位保持部および前記カラムセレクト部を、これらが一定期間の間ともにオンするよう制御することが好ましい。

本発明において、前記リセットトランジスタがデプリション型のＭＯＳトランジスタであることが好ましい。

本発明において、前記非選択画素の信号電荷蓄積部の電位は、前記選択画素からの信号電荷の読み出し期間中、一定に保持されることが好ましい。

本発明において、前記非選択画素の信号電荷蓄積部の電位は、前記第１の電圧と前記増幅トランジスタのしきい値電圧との和よりも低いことが好ましい。

本発明にかかる電子情報機器は、本発明にかかる上述した固体撮像装置を撮像部または／および回路部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

本発明においては、画素を、光電変換素子から信号電荷を信号電荷蓄積部に転送する転送トランジスタと、該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットするリセットトランジスタと、該信号電荷蓄積部の電位を増幅して該読出し信号線に読み出す増幅トランジスタとを有する３ＴＲ回路構成とし、該読み出し信号線の電位を設定する電位設定部とを備え、該読出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットし、その後、該リセットトランジスタをオフするとともに、該リセットトランジスタのオフによる該信号電荷蓄積部の電位変化とは逆方向に該信号電荷蓄積部の電位が変化するよう読み出し信号線の電位を変化させるので、リセットトランジスタのオフによる信号電荷蓄積部でのリセット電圧の変動を、読み出し信号の電圧変更、および該読み出し信号線と信号電荷蓄積部との容量結合により抑制し、あるいは該リセット電圧をより適切な電位にすることができる。これにより、信号電荷の転送時に信号電圧とリセット電圧との間で電位差を十分確保でき、光電変換素子から信号電荷蓄積部への信号電荷の完全転送を容易に行うことができ、かつ安定性のよい固体撮像装置を得ることができる。

また、本発明においては、前記電位設定部を、読み出し信号線に第２の電位を供給するカラム選択部と、該読み出し信号線の電位を第１の電位に保持する信号線電位保持部とを有する構成としているので、カラム選択部の動作と信号線電位保持部の動作とを切り替えるという簡単な動作で、読み出し信号線の電位を第１の電位から第２の電位に変化させることができる。

また、本発明においては、前記信号線電位保持部は、電圧源と接地との間に第１導電型トランジスタと第２導電型トランジスタとを直列に接続して構成し、該電圧源側の第１導電型トランジスタを、選択信号線によりオンオフ制御し、該接地側の第２導電型トランジスタのゲートには、一定のバイアス電圧を印加するようにしたので、該バイアス電圧により、読み出し信号線を保持する電位を調整することができる。

また、本発明においては、カラムセレクト部を構成するトランジスタをＮ型導電型トランジスタとすることにより、トランジスタサイズを縮小でき、そのゲートには、電源電圧より高いトランジスタオン電圧を印加するので、該カラムセレクト部を介して増幅トランジスタに供給される電源電圧が、該トランジスタの閾値電圧により低下するのを抑えることできる。

また、本発明においては、読み出し信号線の電位を第１の電位から第２の電位に変化させるとき、読み出し信号線を第１の電位に設定する信号電位保持部の動作と、読み出し信号線を第２の電位にするカラムセレクト部の動作とが一定期間の間重なるので、読み出し信号の電位は、必ず、第１の電位から変化することとなる。

また、本発明においては、リセットトランジスタをデプレッション型のＭＯＳトランジスタとしているので、該リセットトランジスタを介して信号電荷蓄積部に供給される電源電圧が、該リセットトランジスタの閾値電圧により低下するのを抑えることできる。

また、本発明においては、前記非選択画素の信号電荷蓄積部の電位は、前記選択画素からの信号電荷の読み出し期間中、一定に保持されるので、選択画素の読み出し時に非選択画素が選択されるのを防止することができる。

また、本発明においては、前記非選択画素の信号電荷蓄積部の電位は、前記第１の電圧と前記増幅トランジスタのしきい値電圧との和よりも低いので、非選択画素の増幅トランジスタを完全にオフすることができる。

以上により、本発明によれば、３ＴＲ構成の画素にて、リセット動作時に信号電荷蓄積部（ＦＤ部）のリセット電位を高くして、信号電荷の転送時に信号電圧とリセット電圧との間で電位差を十分確保でき、光電変換素子からＦＤ部への信号電荷の完全転送が容易にでき、かつ安定性のよい固体撮像装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による増幅型固体撮像装置を説明する図であり、図１（ａ）は、該固体撮像装置の全体構成を模式的に示し、図１（ｂ）は、該固体撮像装置における３ＴＲ構成画素の回路構成を示している。

この実施形態１の増幅型固体撮像装置１０は、３ＴＲ構成画素を２次元アレイ状に配列してなる画素アレイ１０ａと、該画素アレイ１０ａの周辺に配置され、該画素アレイ１０ａを制御する制御部１０ｂとを有している。

上記増幅型固体撮像装置１０における３ＴＲ構成の画素４１０は、従来の画素と同様、光を電子に変換する受光部４０１と、該受光部４０１で発生した信号電荷を信号電荷蓄積部４０３に転送する、ゲートに転送ゲート配線４２３が接続された転送トランジスタ４０２と、該信号電荷蓄積部４０３に転送された信号電荷のレベルを増幅して、これに対応する信号電圧を発生する増幅トランジスタ４０５と、該信号電荷蓄積部４０３を電源電圧Ｖｄにリセットする、ゲートにリセット信号線４２２が接続されたリセットトランジスタ４０４とから構成されている。

ここで、受光部４０１は、通常埋め込みフォトダイオードで構成され、上記転送トランジスタ４０２は、該フォトダイオードのカソードと上記信号電荷蓄積部４０３との間に接続されている。上記リセットトランジスタ４０４のドレインにはリセットドレイン配線４２５が接続され、該リセットトランジスタ４０４のソースは上記信号電荷蓄積部４０３に接続されている。上記増幅トランジスタ４０５のゲートは上記信号電荷蓄積部４０３に接続されている。なお、上記信号電荷蓄積部４０３は、以下フローティングディフュージョン部（ＦＤ部）ともいう。

また、３ＴＲ構成の画素４５０は、上記３ＴＲ構成の画素４１０と同様、光電変換により信号電荷を発生するフォトダイオード４５１と、信号電荷を信号電荷蓄積部４５３に転送する転送トランジスタ４５２と、リセット電圧を信号電荷蓄積部４５３に印加するリセットトランジスタ４５４と、信号電荷蓄積部に発生した信号電圧あるいはリセット電圧を増幅して読み出し信号線４０７に出力する増幅トランジスタ４２５とから構成されている。ここで、転送トランジスタ４５２のゲートには転送ゲート配線４７３が接続され、リセットトランジスタ４５４のゲートにはリセット信号線４７２が、そのドレインには、リセットドレイン配線４７５が接続されている。

これらの画素４１０および４５０は、その他の同じ列の画素とともに、読み出し信号線４０７に接続されており、該読み出し信号線４０７は、定電流源負荷４１１に接続されている。この定電流源負荷４１１は、該読み出し信号線４０７の一端側と接地との間に接続されたトランジスタにより構成されており、該トランジスタのゲートは定電圧Ｖｃに設定されている。なお、上記リセットトランジスタ４０４、４５４は、デプレッション型トランジスタであることが望ましい。

そして、本実施形態１では、読み出し信号線４０７の端部には、該読み出し信号線４０７の電位を所定値（第１の電位）に保持する信号線電位保持部４４０と、該読み出し信号線４０７から電流を引き抜く定電流源負荷４１１とが接続されている。

該信号線電位保持部４４０は、選択信号線ＸＢＥＮによってオンオフ可能で、読み出し信号線４０７を任意の電位に固定することができるものである。

具体的には、信号線電位保持部４４０は、電源電圧Ｖｄと読み出し信号線４０７との間に接続された直列接続のＰ型トランジスタ４１５およびＮ型トランジスタ４１６から構成されており、電源側Ｐ型トランジスタ４１５のゲートは上記選択信号線ＸＢＥＮに接続され、Ｎ型トランジスタ４１６のゲート電極にはバイアス電圧Ｖｂが印加されるようになっている。該信号線電位保持部４４０の動作時には、読み出し信号線４０７の電位が（Ｖｂ−Ｖｔｈ）に保持される。ここで、ＶｔｈはＮ型トランジスタ４１６のしきい値電圧である。

さらに、増幅トランジスタ４０５および４５５のドレインは、配線層４３０を介して、カラムセレクト部４２０に接続されている。カラムセレクト部４２０は、カラム選択信号ＣＳＥＬからの信号をインバータ４２１を介して受け、画素列の各画素の増幅トランジスタのドレインに電源電圧を供給するものである。

カラムセレクト部４２０は、図１では、Ｐ型トランジスタを用いており、電源電圧Ｖｄと配線層４３０の間に電圧降下がないようにしている。本発明の３ＴＲ構成の増幅型固体撮像装置では、４ＴＲ構成の画素とは異なり、カラム方向の画素がセレクトトランジスタを共有している構成となっている。

また、制御部１０ｂは、リセットドレイン配線４２５および４７５、リセットゲート配線４２２および４７２、転送ゲート配線４２３および４７３、カラム選択信号ＣＳＥＬ、並びに選択信号線ＸＢＥＮの信号レベルを、選択画素からの画素信号を読み出し信号線４０７に読み出す動作、およびリセット時の読み出し信号線の電位を高める動作が行われるよう制御する。

次に動作について説明する。

図２は、本実施形態１の増幅型固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。

まず、時刻ｔ０において、定電流源負荷４１１が動作したとき、全ての画素において、リセット信号線がハイレベルで、リセットドレイン配線がローレベル（ＶＬ）で、ＦＤ部の電位がローレベルにあり、読み出し画素の選択は行われていない（ローリセット状態）にある。

このとき、信号線電位保持部４４０がオン状態にあり、読み出し信号線４０７は電位（第１の電位）Ｖｓ０に固定される。またこの電位Ｖｓ０は、（ＶＬ−Ｖｔｈ）よりも高いほうが望ましい。

Ｖｓ０が（ＶＬ−Ｖｔｈ）より低い場合、ＦＤ部がローレベルＶＬに固定されているときは、増幅トランジスタに流れる電流は、該増幅トランジスタのサブスレッショルド領域での動作状態で、Ｌｏｇ（ＶＬ−Ｖｓ０）に比例した電流となる。このため、その電流が多い場合、各画素の定電流源負荷４１１からの距離によって、各画素から読み出される信号電位（Ｖｓｉｇ）が異なると、昇圧後のＦＤ部の電位がばらつくので、増幅トランジスタに流れる電流は少ない、即ち、Ｖｓ０は、高いほうが望ましい。しかし、Ｖｓ０が高いとＦＤ部の昇圧量が低くなる。

そして、時刻ｔ１において、選択画素に接続されるリセットドレイン配線Ｖｒ０をローレベルからハイレベル（電源電圧Ｖｄ）にすることにより、ＦＤ部の電位ＦＤ０がＶＬレベル（ローレベル）からＶｄレベル（ハイレベル）に変化する。このとき、非選択の画素に接続されるリセットドレイン配線の電位はＶＬレベルのままである。

時刻ｔ２において、選択画素に接続されるリセット配線ＲＳＴ０をハイレベルからローレベルに下げると、結合容量Ｃ１によってＦＤ部の電位ＦＤ０が、Ｖｄレベルより低下する。このＦＤ部の電位低下により、容量結合Ｃ２によって読み出し信号線４０７の電位Ｖｏｕｔも低下する。

時刻ｔ３にカラム選択信号ＣＳＥＬをローレベルからハイレベルに、時刻ｔ４に、信号線電位保持部４１０をオフすることで、増幅トランジスタ４０５のドレイン部に電圧がかかるので、読み出し信号線の電位Ｖｏｕｔが上昇する。読み出し信号線の電位上昇と結合容量Ｃ２とにより、ＦＤ部４０３の電位ＦＤ０がＶｈレベルに上昇し、このＦＤ部の電位ＦＤ０の上昇により上昇した読み出し信号線４０７のリセットレベルＶｒｓｔが次段の回路で取り込まれる。

ここで、カラム選択信号ＣＳＥＬの立ち上がり（時刻ｔ３）と信号線電位保持部４４０のオフ（時刻ｔ４）は、同時でもよいが、立ち上がり時間のばらつきにより、時刻ｔ４が時刻ｔ３より前に来た場合、読み出し信号線４０７の電位が定電流源負荷４１１によって引かれ、どの電位で昇圧されるかわからない。

しかし、信号線電位保持部４４０がオンしている状態で、カラム選択信号ＣＳＥＬをオンにした場合、読み出し信号線の電位は、定電流源負荷４１１によって引っ張れず、第１の電位Ｖｓ０から読み出し信号線４０７が上昇して、結合容量Ｃ２によりＦＤ部４０３の電位も上昇する。これにより、ＦＤ部４０３の電位ＦＤ０を電源電圧Ｖｄよりも高い電位Ｖｈにすることができる。

時刻ｔ５において、転送トランジスタ４０２をオンして、光電変換部４０１に蓄積された信号電荷をＦＤ部４０３に転送すると、ＦＤ部４０３の電位ＦＤ０が下がり、読み出し信号線４０７の電位Ｖｏｕｔも下がる。このとき、ＦＤ部の電位ＦＤ０が電源電圧Ｖｄよりも高いので、信号電荷の完全転送を容易に行うことができる。

時刻ｔ６において、転送トランジスタ４０２がオフされて、信号レベルＶｓｉｇが再度次段回路に取り込まれる。次段回路は、リセットレベルと信号レベルの差を画素信号として出力する。

時刻ｔ７において、リセットゲート配線ＲＳＴ０をローレベルからハイレベルにすると、ＦＤ部の電位ＦＤ０は電源電圧Ｖｄになり、時刻ｔ８においてリセットドレイン配線Ｖｒ０をローレベルにすることで、ＦＤ部４０３の電位ＦＤ０はＶＬになりローリセットレベルになる。

時刻ｔ９に信号線保持回路４４０がオンして、時刻ｔ１０にカラム選択信号ＣＳＥＬが立ち下がって、読み出し信号線４０７の電位が第１の電位Ｖｓ０になる。

このように本実施形態１では、画素４１０，４５０を、信号電荷蓄積部４０３の電位をリセットするリセットトランジスタ４０４，４５４と、信号電荷蓄積部４０３に受光部で発生した信号電荷を転送する転送トランジスタ４０２，４５２と、該信号電荷蓄積部４０３の電位を増幅して読み出し信号線４０７に出力する増幅トランジスタ４０５，４５５とを有する３ＴＲ回路構成とするとともに、リセット電圧および画素からの信号電圧を読み出すための読み出し信号線４０７の電位を第１の電位に保持する信号電位保持部４４０と、該増幅トランジスタ４０５のドレインと電圧源との間に接続されたカラム選択部４２０とを備え、リセットトランジスタをオンして信号電荷蓄積部の電位をリセットした後、該リセットトランジスタをオフするとともに、カラム選択部４２０を動作させて読み出し信号線を該第１の電位よりも高い第２の電位に昇圧するので、リセットトランジスタのオフにより低下した信号電荷蓄積部のリセット電圧を、読み出し信号線の昇圧と、該読み出し信号線と信号電荷蓄積部との容量結合により高めることができる。これにより、３ＴＲ構成の画素で、ＦＤ部の電位を昇圧することが可能となり、光電変換素子とＦＤ部との間の電位差が十分確保でき、その結果、光電変換素子からＦＤ部への信号電荷の完全転送（無残像）を容易に行うことができ、かつ安定性のよい増幅型固体撮像装置を得ることができる。

また、読み出し信号線４０７に第２の電位を供給するカラム選択部４２０と、該読み出し信号線４０７の電位を第１の電位に保持する信号線電位保持部４４０とを有するので、カラム選択部の動作と信号線電位保持部の動作とを切り替えるという簡単な制御で、読み出し信号線の電位を第１の電位Ｖｓｏからこれよりも高い第２の電位に変化させることができる。

また、この実施形態１では、前記信号線電位保持部は、電圧源と接地との間にＰ型トランジスタとＮ型トランジスタとを直列に接続して構成し、該Ｐ型トランジスタを、選択信号線によりオンオフ制御し、該接地側のＮ型トランジスタのゲートには、一定のバイアス電圧を印加するようにしたので、該バイアス電圧により、読み出し信号線の保持電位を調整することができる。

また、カラムセレクト部を構成するトランジスタをＮ型導電型トランジスタとすることにより、トランジスタサイズを縮小でき、そのゲートには、電源電圧より高いトランジスタオン電圧を印加するので、該カラムセレクト部を介して増幅トランジスタに供給される電源電圧が、該トランジスタの閾値電圧により低下するのを抑えることできる。

また、読み出し信号線の電位を第１の電位から第２の電位に変化させるとき、読み出し信号線を第１の電位に設定する信号電位保持部の動作と、読み出し信号線を第２の電位にするカラムセレクト部の動作とが一定期間の間重なるので、読み出し信号の電位は、必ず、第１の電位から変化することとなる。

また、カラムセレクト部をＰ型トランジスタにより構成したので、電源電圧Ｖｄと配線層４３０の間に電圧降下が生じないようにすることができる。

また、前記非選択画素の信号電荷蓄積部の電位は、前記選択画素からの信号電荷の読み出し期間中、一定に保持されるので、選択画素の読み出し時に、読み出し信号に非選択画素が選択されるのを防止することができる。

また、前記非選択画素の信号電荷蓄積部の電位は、前記第１の電圧と前記増幅トランジスタのしきい値電圧との和よりも低いので、非選択画素の増幅トランジスタを完全にオフすることができる。

なお、上記実施形態１では、画素を構成するトランジスタにＮ型トランジスタを用い、カラム選択部を構成するトランジスタにＰ型トランジスタを用い、また信号線電位保持部を構成する電源側トランジスタおよび信号線側トランジスタにそれぞれＰ型およびＮ型のトランジスタを用いているが、これらのトランジスタには、上記実施形態で示したものとは逆の導電型のトランジスタを用いてもよい。この場合、電源には負電源を用いる必要がある。
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２による固体撮像装置を説明する図である。

本実施形態２の固体撮像装置は、実施形態１の固体撮像装置におけるカラム選択部４２０およびインバータ４２１に代えて、Ｎ型トランジスタからなるカラム選択部５２０と、該カラム選択部５２０に与えるカラム選択信号ＣＳＥＬをレベルシフトするレベルシフタ５２１とを備えたものであり、その他の構成は、実施形態１の固体撮像装置と同一である。なお、５３０は、実施形態１の配線層４３０に相当する、１つの画素列の各画素の増幅トランジスタのドレインに接続された配線層である。

次に作用効果について説明する。

この実施形態２では、カラムセレクト部５２０にＮ型トランジスタを用いているので、該Ｎ型トランジスタのゲートに電源電圧を与えると、上記増幅トランジスタのドレインに現れる電圧は、電源電圧ＶｄよりＶｔｈだけ電圧降下した電圧となる。このため、該トランジスタのゲートには、レベルシフタ５２１により電源電圧Ｖｄよりも昇圧した高い電圧Ｖｈを印加し、画素の増幅トランジスタのドレインに印加される電圧の降下をできるだけ少なくしている。

このように本実施形態２の固体撮像装置では、カラムセレクト部５２０を構成するトランジスタをＮ型導電型トランジスタとしているので、トランジスタサイズを縮小でき、また、そのゲートには、電源電圧より高いトランジスタオン電圧を印加するので、該カラムセレクト部を介して増幅トランジスタに供給される電源電圧が、該増幅トランジスタの閾値電圧により低下するのを抑えることできる。

さらに、上記実施形態１および２では、特に説明しなかったが、上記実施形態１および２の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。

本発明にかかる電子情報機器は、本発明の上述した実施形態１および２による固体撮像素子の少なくともいずれかを撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、カメラ付き携帯電話やディジタルスチルカメラ、あるいは監視カメラ等に用いる固体撮像装置であって、特に、画素に増幅機能を持たせた増幅型固体撮像装置の分野において、信号電荷の転送時に信号電圧とリセット電圧との間で電位差を十分確保でき、光電変換素子からＦＤ部への信号電荷の完全転送が容易にでき、かつ安定性のよい増幅型固体撮像装置を提供でき、また、このような固体撮像装置を用いた電子情報機器を提供できるものである。

図１は、本発明の実施形態１による増幅型固体撮像装置を説明する図であり、図１（ａ）は、該固体撮像装置の全体構成を模式的に示し、図１（ｂ）は、該固体撮像装置における３ＴＲ構成画素の回路構成を示している。図２は、上記実施形態１の３トランジスタ型増幅型固体撮像装置の駆動を説明する図であり、タイミングチャートを示している。図３は、本発明の実施形態２による３トランジスタ型増幅型固体撮像装置を説明する図であり、該装置のカラムセレクト部の回路構成を示している。図４は、従来の４トランジスタ型増幅型固体増幅装置を説明する図であり、該装置を構成する画素部の回路構成を示している。図５は、従来の３トランジスタ型増幅型固体増幅装置を説明する図であり、該装置を構成する画素部の回路構成を示している。図６は、従来の３トランジスタ型増幅型固体増幅装置の駆動を説明する図であり、画素データの読出し動作のタイミングチャートを示している。特許文献１に記載の方法を、図５に示す３トランジスタ型画素２１０の動作に適用した場合を説明する図である。

符号の説明

１０固体撮像装置
１０ａ画素アレイ部
１０ｂ制御部
４０１，４５１光電変換素子（受光部）
４０２，４５２転送トランジスタ
４０３，４５３信号電荷蓄積部（ＦＤ）
４０４，４５４リセットトランジスタ
４０５，４５５増幅トランジスタ
４０７読み出し信号線
４１０，４５０画素部
４１１定電流源負荷
４１５Ｐ型トランジスタ
４１６Ｎ型トランジスタ
４２２，４７２リセット信号線
４２３，４７３転送ゲート選択線
４２５，４７５リセットドレイン配線
４２０，５２０カラム選択部
４３０，５３０配線層
４４０信号線電位保持部

Claims

２次元状に配置された複数の画素と、画素列毎に配置され、各画素列の各画素からの信号電荷を読み出すための読み出し信号線とを備えた固体撮像装置であって、
該画素を、入射光を光電変換する光電変換素子と、該光電変換により得られた信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部と、該光電変換素子から該信号電荷を該信号電荷蓄積部に転送する転送トランジスタと、該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットするリセットトランジスタと、ソース側が該読み出し信号線に接続され、ゲートが該信号電荷蓄積部に接続され、該信号電荷蓄積部の電位を増幅して該読出し信号線に読み出す増幅トランジスタとを有する回路構成とし、
該画素列毎に設けられ、対応する画素列の読み出し信号線の電位を設定する電位設定部と、
該電位設定部を制御して該読出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、読み出し画素のリセットトランジスタをオンして該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットし、その後、該リセットトランジスタをオフするとともに、該電位設定部を制御して、該リセットトランジスタのオフによる該信号電荷蓄積部の電位変化とは逆方向に該信号電荷蓄積部の電位が変化するよう、該読出し信号線の電位を第２の電位にする制御部とを備え、
該第１の電位は電源電圧と接地電圧との間の電位であり、該第２の電位は該第１の電位よりも高い電位であり、
該電位設定部は、
該各画素列の画素における該増幅トランジスタのドレインを共通接続する配線と電圧源との間に接続され、該第２の電位を、該増幅トランジスタを介して該読出し信号線に供給するカラム選択部と、
該画素列毎に設けられ、対応する画素列の読み出し信号線の電位を該第１の電位に保持する信号線電位保持部とを有し、
該制御部は、該光電変換素子から該信号電荷を該信号電荷蓄積部に転送する前に、該信号線電位保持部をオンして該読み出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、該画素列における読み出し画素のリセットトランジスタを所定の時間オンして、該信号電荷蓄積部を、その電位が該画素列における非読み出し画素それぞれの信号電荷蓄積部の電位より高くなるようリセットし、その後、該読み出し信号線の電位が該第１の電位より高い第２の電位になるように、該カラム選択部および該信号線電位保持部を制御して、該信号電荷蓄積部の電位をそのリセット直後の電位よりも高くするものであり、
該カラム選択部は、該増幅トランジスタとは導電性の異なるカラム選択トランジスタで構成され、該制御部から供給されるカラム選択信号を反転するインバータを備え、該インバータの出力を、該カラム選択トランジスタのゲートに印加する固体撮像装置。
２次元状に配置された複数の画素と、画素列毎に配置され、各画素列の各画素からの信号電荷を読み出すための読み出し信号線とを備えた固体撮像装置であって、
該画素を、入射光を光電変換する光電変換素子と、該光電変換により得られた信号電荷を蓄積する信号電荷蓄積部と、該光電変換素子から該信号電荷を該信号電荷蓄積部に転送する転送トランジスタと、該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットするリセットトランジスタと、ソース側が該読み出し信号線に接続され、ゲートが該信号電荷蓄積部に接続され、該信号電荷蓄積部の電位を増幅して該読出し信号線に読み出す増幅トランジスタとを有する回路構成とし、
該画素列毎に設けられ、対応する画素列の読み出し信号線の電位を設定する電位設定部と、
該電位設定部を制御して該読出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、読み出し画素のリセットトランジスタをオンして該信号電荷蓄積部の電位を基準電圧にリセットし、その後、該リセットトランジスタをオフするとともに、該電位設定部を制御して、該リセットトランジスタのオフによる該信号電荷蓄積部の電位変化とは逆方向に該信号電荷蓄積部の電位が変化するよう、該読出し信号線の電位を第２の電位にする制御部とを備え、
該第１の電位は電源電圧と接地電圧との間の電位であり、該第２の電位は該第１の電位よりも高い電位であり、
該電位設定部は、
該各画素列の画素における該増幅トランジスタのドレインを共通接続する配線と電圧源との間に接続され、該第２の電位を、該増幅トランジスタを介して該読出し信号線に供給するカラム選択部と、
該画素列毎に設けられ、対応する画素列の読み出し信号線の電位を該第１の電位に保持する信号線電位保持部とを有し、
該制御部は、該光電変換素子から該信号電荷を該信号電荷蓄積部に転送する前に、該信号線電位保持部をオンして該読み出し信号線の電位を第１の電位に保持した状態で、該画素列における読み出し画素のリセットトランジスタを所定の時間オンして、該信号電荷蓄積部を、その電位が該画素列における非読み出し画素それぞれの信号電荷蓄積部の電位より高くなるようリセットし、
該制御部は、該読み出し画素における信号電荷蓄積部の電位をリセットした後、該読み出し信号線の電位が該第１の電位より高い第２の電位になるように、該カラム選択部および該信号線電位保持部を制御して、該信号電荷蓄積部の電位をそのリセット直後の電位よりも高くするものであり、
該カラム選択部を構成するトランジスタをＮ型導電型のカラム選択トランジスタとし、該Ｎ型導電型のカラム選択トランジスタのゲートには、電源電圧よりも高いトランジスタオン電圧を印加する固体撮像装置。
前記信号線電位保持部がオンしている状態で前記カラム選択部がオンすることにより、前記読み出し信号線の電位が上昇して前記信号電荷蓄積部の電位が上昇する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記カラム選択部は、前記電圧源と前記増幅トランジスタのドレインを共通接続する配線との間に接続されたカラム選択トランジスタからなり、該カラム選択トランジスタのゲートは、前記制御部により電位が制御されるカラム選択線に接続されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記信号線電位保持部は、電圧源と接地との間に第１導電型トランジスタと第２導電型トランジスタとを直列に接続して構成したものであり、該電圧源側の第１導電型トランジスタのゲートは、該トランジスタのオンオフ動作を制御する選択信号線に接続され、該接地側の第２導電型トランジスタのゲートには、一定のバイアス電圧が印加されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記画素列における画素の選択は、該画素列における選択すべき画素の信号電荷蓄積部の電位を制御することにより行う請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記制御部は、前記画素列における選択すべき画素のリセットトランジスタをオンし、かつ該選択すべき画素のリセットトランジスタにつながるリセットドレイン配線を電源電位にすることにより、該画素列における画素の選択を行う請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記制御部は、前記画素列における画素の選択を行った後、前記転送トランジスタをオンして、前記光電変換素子で発生された信号電荷を、選択した画素の信号電荷蓄積部に転送する、請求項７に記載の固体撮像装置。
前記光電変換素子は、埋め込みフォトダイオードである請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記制御部から供給されるカラム選択信号のハイレベル電位を、電源電圧より高い電圧にレベルシフトするレベルシフタを備え、
該レベルシフタの出力を、前記カラム選択トランジスタのゲートに印加する請求項２に記載の固体撮像装置。
前記読み出し信号線の電位は、前記信号電荷蓄積部のリセット時には、該信号電荷蓄積部の電位と第２の電位との電位差が所定値に保たれるよう、前記第２の電位の大きさと同じだけ、前記第１の電位から変化する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記制御部は、前記信号電荷蓄積部のリセット時には、前記信号線電位保持部および前記カラムセレクト部を、これらが一定期間の間ともにオンするよう制御する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記リセットトランジスタがデプリション型のＭＯＳトランジスタである請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記非選択画素の信号電荷蓄積部の電位は、前記選択画素からの信号電荷の読み出し期間中、一定に保持される請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記非選択画素の信号電荷蓄積部の電位は、前記第１の電圧と前記増幅トランジスタのしきい値電圧との和よりも低い請求項１または２に記載の固体撮像装置。
請求項１〜１５のいずれかに記載の固体撮像装置を撮像部または／および回路部に用いた電子情報機器。