JP5581235B2

JP5581235B2 - 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法

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Publication number: JP5581235B2
Application number: JP2011006949A
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Inventors: 竜次久嶋; 一樹藤田; 治通森
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Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
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Description

本発明は、固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法に関する。

特許文献１には、垂直転送期間に起因する画像読み出し時間の遅延を抑制するための方法が掲載されている。また、特許文献２には、画像読取信号を増幅する二重相関サンプリング回路を備えることにより、回路動作を高速にする装置が掲載されている。

特開２００７−２０２０４４号公報特開平９−２７８８３号公報

２次元フラットパネルイメージセンサは、アモルファスシリコンを用いて形成されたフォトダイオードを含む複数の画素によって構成される。この構成による２次元フラットパネルイメージセンサにおいてフレームレートを速くすると、フォトダイオードに蓄積された電荷が、所定の転送時間内ですべて転送されず、次のフレームのデータに重畳するという問題を有している（以下、「遅延効果による課題」という）。

パッシブピクセル型の構成において、各行を順次走査するローリングシャッタ方式が採用される場合、フォトダイオードからの信号が１行分同時に信号接続部へ転送される「保持期間」と、それらの保持された信号が数列分走査して読み出される「読出期間」とが交互に繰り返されるが、フレームレートを速くするために「保持期間」を短くすると、遅延効果が顕著となり、イメージラグが顕著となる。

なお、特許文献１では、垂直転送期間に起因する画像読出時間の遅延を抑制するために、各行に第１の保持部（保持回路）と第２の保持部（保持回路）とを互いに並列に設けた回路が開示されている。また、特許文献２では、積分回路の後段に２つのサンプルホールド回路（保持回路）を互いに並列に設けた回路が開示されている。しかし、保持回路を並列に設けた場合は、或る行のデータと他の行のデータとは、異なる保持回路を経由して出力されるが、それぞれの保持回路は出力特性にばらつきを有している。従って、同じ大きさを有するデータであっても、経由する保持回路によりばらつきを生じる。

そこで、本発明は、出力特性のばらつきを抑えつつ、遅延効果による課題を解決することができる固体撮像装置、および固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置は、フォトダイオードを各々含むＭ×Ｎ個（Ｍ及びＮは２以上の整数）の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る受光部と、各列毎に配設され、対応する列の画素に含まれるフォトダイオードと読出用スイッチを介して接続されたＮ本の読出用配線と、Ｎ本の読出用配線にそれぞれ接続され、当該読出用配線を経て入力された電荷の量に応じた電圧値を出力するＮ個の積分回路、積分回路に直列に接続され、積分回路から出力された電圧値を保持する第１の保持回路、第１の保持回路に転送用スイッチを介して直列に接続され、第１の保持回路から出力された電圧値を保持する第２の保持回路、及び第２の保持回路に接続され、第２の保持回路に保持された電圧値を出力させる出力用スイッチを有する信号接続部と、各画素の読出用スイッチ及び転送用スイッチの開閉動作を制御するとともに、出力用スイッチにより第２の保持回路における電圧値の出力動作を制御して、各画素のフォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を第２の保持回路から順次に出力させる制御部と、を備え、制御部は、Ｍ行のうち或る行を構成する各画素の読出用スイッチを接続状態とすることによって、当該行において発生した電荷を積分回路に入力させ、積分回路から出力された電圧値を第１の保持回路に保持させたのち、転送用スイッチを接続状態にして該電圧値を第２の保持回路に転送し、その後、該電圧値を複数の第２の保持回路から順次に出力させる動作と、Ｍ行のうち他の行を構成する各画素の読出用スイッチを接続状態とすることによって、当該行において発生した電荷を積分回路に入力させる動作とを並行して行い、ｍ行Ｎ列における画素で発生した電荷が積分された電圧値を保持している第２の保持回路から該電圧値を出力させる期間を、（ｍ＋１）行における各画素で発生した電荷が入力された積分回路から出力された電圧値を第１の保持回路に保持させる期間の少なくとも一部と重複させ、フォトダイオードは、アモルファスシリコンを含んで構成され、同一列に配列されているＭ個のフォトダイオードの電荷情報は、それぞれの列に対応する読出用配線に接続された共通の積分回路、第１の保持回路及び第２の保持回路を経由して出力されることを特徴とする固体撮像装置。

本発明に係る固体撮像装置においては、第１の保持回路と第２の保持回路とを直列に接続している。これにより、Ｍ行のうちの或る行の電荷と他の行の電荷とは、同じ回路を経由して出力される。従って、出力特性のばらつきを抑えることができる。

さらに、Ｍ行のうちの或る行のフォトダイオードにおいて発生した電荷を積分した電圧値を第２の保持回路から順次に出力させる動作と、Ｍ行のうち他の行を構成するフォトダイオードにおいて発生した電荷を積分回路に入力させる動作とを並行して行う。この２つの動作を並行して行うことにより、フォトダイオードから積分回路への電荷の入力と保持回路からの電圧値の出力とを交互に行う従来の固体撮像装置と比較して、フォトダイオードから積分回路への電荷の入力をより長時間行うことができ、フォトダイオードに残留する電荷を減少させることが可能となる。従って、遅延効果による課題を解決することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、フォトダイオードを各々含むＭ×Ｎ個（Ｍ及びＮは２以上の整数）の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る受光部と、各列毎に配設され、対応する列の画素に含まれるフォトダイオードと読出用スイッチを介して接続されたＮ本の読出用配線と、読出用配線を経て入力された電荷の量に応じた電圧値を出力するＮ個の積分回路とを備え、フォトダイオードが、アモルファスシリコンを含んで構成される、固体撮像装置の駆動方法であって、Ｍ行のうち或る行を構成する各画素の読出用スイッチを接続状態にすることによって、当該行において発生した電荷を積分回路に入力させる第１のステップと、積分回路から出力された電圧値を第１の保持回路に保持させたのち、第１の保持回路に接続された第２の保持回路に該電圧値を転送する第２のステップと、第２の保持回路に保持された電圧値を複数の第２の保持回路から順次に出力させる動作と、Ｍ行のうち他の行を構成する各画素の読出用スイッチを接続状態とすることによって、当該行において発生した電荷を積分回路に入力させる動作とを並行して行う第３のステップと、を有し、同一列に配列されているＭ個のフォトダイオードの電荷情報は、それぞれの列に対応する読出用配線に接続された共通の積分回路、第１の保持回路及び第２の保持回路を経由して出力され、第３のステップにおいて、ｍ行Ｎ列における画素で発生した電荷が積分された電圧値を保持している第２の保持回路から該電圧値を出力させる期間は、第２のステップにおいて、（ｍ＋１）行における各画素で発生した電荷が入力された積分回路から出力された電圧値を第１の保持回路に保持させる期間の少なくとも一部と重複していることを特徴とする。

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法では、第１の保持回路に保持された電圧値を第２の保持回路に転送したのち、この電圧値を第２の保持回路から順次に出力させている。これにより、Ｍ行のうちの或る行の電荷に対応する電圧値と他の行の電荷に対応する電圧値とは、同じ回路を経由して出力される。従って、出力特性のばらつきを抑えることができる。

さらに、Ｍ行のうちの或る行のフォトダイオードにおいて発生した電荷を積分した電圧値を第２の保持回路から順次に出力させる動作と、Ｍ行のうち他の行を構成するフォトダイオードにおいて発生した電荷を積分回路に入力させる動作とを並行して行う。この２つの動作を並行して行うことによりフォトダイオードから積分回路への電荷の入力と保持回路からの電圧値の出力とを交互に行う従来の駆動方法と比較して、フォトダイオードから積分回路への電荷の入力をより長時間行うことができ、フォトダイオードに残留する電荷を減少させることが可能となる。従って、遅延効果による課題を解決することができる。

本発明による固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法によれば、出力特性のばらつきを抑えつつ、遅延効果による課題を解決することができる。

本発明に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。固体撮像装置の画素部分の構成を示す平面図である。図２のＩ−Ｉ線に沿った固体撮像装置の断面を示す側断面図である。本実施形態に係る固体撮像装置の内部構成を示す図である。本実施形態に係る固体撮像装置の画素Ｐ、積分回路Ｓおよび保持回路Ｈそれぞれの回路図である。本実施形態に係る固体撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。本実施形態の変形例を示す回路図である。本実施形態の他の変形例を示す回路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る固体撮像装置は、例えば医療用Ｘ線撮像システムに用いられ、特に歯科医療におけるパノラマ撮影、セファロ撮影、ＣＴ撮影といった撮像モードによって、被検者の顎部のＸ線像を撮像するシステムに用いられる。このため、本実施形態の固体撮像装置は大面積のガラス基板上に多結晶シリコンが堆積されて成る薄膜トランジスタを備えており、単結晶シリコンウェハから作製された従来の固体撮像装置と比較して、格段に広い受光面積を有する。図１〜図３は、本実施形態における固体撮像装置１の構成を示す図である。図１は固体撮像装置１を示す平面図であり、図２は固体撮像装置１の一部を拡大した平面図である。さらに、図３は、図２のＩ−Ｉ線における側断面図である。なお、図１〜図３には、理解を容易にするためＸＹＺ直交座標系を併せて示している。

図１に示すように、固体撮像装置１は、ガラス基板７の主面に作り込まれた受光部１０、信号接続部２０、および走査シフトレジスタ４０を備えている。なお、受光部１０、信号接続部２０、および走査シフトレジスタ４０は、それぞれ別個のガラス基板７上に形成されていても良い。

図２に示すように、受光部１０は、Ｍ×Ｎ個の画素ＰがＭ行Ｎ列に２次元配列されることにより構成されている。画素Ｐ_ｍ，ｎは第ｍ行第ｎ列に位置する。ここで、ｍは１以上Ｍ以下の各整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。なお、図２において、列方向はＸ軸方向と一致し、行方向はＹ軸方向と一致する。Ｍ，Ｎそれぞれは２以上の整数である。画素Ｐは、フォトダイオードＰＤ、読出用スイッチＳＷ_１を備えている。読出用スイッチＳＷ_１には、第ｍ行選択用配線Ｌ_Ｖ，ｍが接続されている。フォトダイオードＰＤは読出用スイッチＳＷ_１を介して第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎに接続されている。

また、図３に示すように、フォトダイオードＰＤ、読出用スイッチＳＷ_１、および第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎは、ガラス基板７上に設けられたシリコン膜３の表面に形成されている。さらに、フォトダイオードＰＤ、読出用スイッチＳＷ_１、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎの上には絶縁層５を介してシンチレータ４が設けられている。フォトダイオードＰＤは、例えば、アモルファスシリコンを含んで構成されている。本実施形態のフォトダイオードＰＤは、多結晶シリコンからなるｎ型半導体層２１と、ｎ型半導体層２１上に設けられたアモルファスシリコンからなるｉ型半導体層２２と、ｉ型半導体層２２上に設けられたアモルファスシリコンからなるｐ型半導体層２３とを有する。読出用スイッチＳＷ_１は、多結晶シリコンにより形成された電界効果型トランジスタ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＦＥＴ」という）であり、チャネル領域１１と、チャネル領域１１の一方の側面に配置されたソース領域１２と、チャネル領域１１の他方の側面に配置されたドレイン領域１３と、チャネル領域１１上に形成されたゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５とを有する。第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎは、金属により形成されている。シンチレータ４は、入射したＸ線に応じてシンチレーション光を発生してＸ線像を光像へと変換し、この光像を受光部１０へ出力する。

読出用スイッチＳＷ_１を構成する多結晶シリコンは、低温多結晶シリコンであると尚よい。低温多結晶シリコンは１００〜６００℃のプロセス温度で形成される多結晶シリコンである。１００〜６００℃のプロセス温度の範囲は、無アルカリガラスを基板として使える温度範囲であることから、ガラス基板上に大面積の固体撮像装置１を製造することが可能となる。無アルカリガラスは例えば０．３〜１．２ｍｍの厚さを有する板状ガラスであり、いわゆるサブストレート用ガラスとして用いられるものである。この無アルカリガラスは、アルカリ分を殆ど含まず、低膨張率、高耐熱性を有し、安定した特性を有している。また、低温多結晶シリコン系デバイスの移動度は１０〜６００ｃｍ^２／Ｖｓであり、アモルファスシリコンの移動度（０．３〜１．０ｃｍ^２／Ｖｓ）よりも大きくすることができる。すなわち、ＯＮ抵抗を低くすることが可能である。

図３に示すような画素Ｐは、例えば、次のような工程により製造される。まず、ガラス基板７上にアモルファスシリコンを製膜する。製膜方法としては、例えばプラズマＣＶＤが好適である。次に、エキシマレーザアニールによりレーザビームをアモルファスシリコン膜に順次照射してアモルファスシリコン膜の全面を多結晶シリコン化する。こうして、シリコン膜３が形成される。続いて、この多結晶シリコン層の一部の領域上に、ゲート絶縁膜１４としてのＳｉＯ_２膜を形成したのち、その上にゲート電極を形成する。続いて、ソース領域１２およびドレイン領域１３となるべき領域にイオン注入工程を実施する。その後、多結晶シリコン層のパターニングを実施し、露光およびエッチングを繰り返し実施して、電極およびコンタクトホール等を形成する。また、画素Ｐとなるべき領域におけるシリコン膜３にイオンを注入してｎ型としたのち、その上に、ｉ型およびｐ型のアモルファスシリコン層（すなわちｉ型半導体層２２及びｐ型半導体層２３）を順に積層してＰＩＮ型フォトダイオードＰＤを形成し、その後に、絶縁層５となるパシベーション膜を形成する。

図１に示す信号接続部２０は、受光部１０の各画素Ｐから出力された電荷の量に応じた電圧値を保持し、その保持した電圧値を順次に出力する。走査シフトレジスタ４０は、各画素Ｐに蓄積された電荷が行毎に信号接続部２０へ順次出力されるように各画素Ｐを制御する。

続いて、第１の実施形態に係る固体撮像装置１の詳細な構成について説明する。図４は、固体撮像装置１の内部構成を示す図である。受光部１０は、Ｍ×Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_Ｍ，ＮがＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る。画素Ｐ_ｍ，ｎは第ｍ行第ｎ列に位置する。第ｍ行のＮ個の画素Ｐ_ｍ，１〜Ｐ_ｍ，Ｎそれぞれは、第ｍ行選択用配線Ｌ_Ｖ，ｍにより走査シフトレジスタ４０と接続されている。なお、図４において、走査シフトレジスタ４０は制御部６に含まれている。第ｎ列のＭ個の画素Ｐ_１，ｎ〜Ｐ_Ｍ，ｎそれぞれの出力端は、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎにより、信号接続部２０の積分回路Ｓ_ｎと接続されている。

信号接続部２０は、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎ、Ｎ個の出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎ、およびＮ個のキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎを含む。積分回路Ｓ_ｎは共通の構成を有している。出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎは第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎおよび第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎを備えている。出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎと第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎとは互いに直列に接続される。また、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎは第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎおよび第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎを備えている。キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ，ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｃ１，ｎと第２の保持回路Ｈ_Ｃ２，ｎとは互いに直列に接続される。各保持回路は共通の構成を有している。

積分回路Ｓ_ｎは、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎと接続された入力端を有し、この入力端に入力された電荷を蓄積して、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力端から出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎおよびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎへ出力する。Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれは、リセット用配線Ｌ_Ｒにより制御部６と接続されている。

出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎは、積分回路Ｓ_ｎの出力端と接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端から出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎへ出力する。第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎは、第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎの出力端と接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端から第１電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１へ出力する。

キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎは、積分回路Ｓ_ｎの出力端と接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端からキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎへ出力する。第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎは、第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎの出力端と接続された入力端を有し、この入力端に入力される電圧値を保持し、その保持した電圧値を出力端から第２電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ２へ出力する。

出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎは、保持制御用配線Ｌ_Ｈ１により制御部６と接続されており、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎは、保持制御用配線Ｌ_Ｈ２により制御部６と接続されている。さらに、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎと、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎとは、転送制御用配線Ｌ_Ｔにより制御部６と接続されている。また、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎおよびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎは、第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｓ，ｎにより制御部６の読出シフトレジスタ４１と接続されている。

差動回路Ｄは、第１電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１と接続される第１の入力端、および第２電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ２と接続される第２の入力端を有し、各入力端に入力された電圧値の差を、出力端から出力する。

制御部６の走査シフトレジスタ４０は、第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）を第ｍ行選択用配線Ｌ_Ｖ，ｍへ出力して、この第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）を第ｍ行のＮ個の画素Ｐ_ｍ，１〜Ｐ_ｍ，Ｎそれぞれに与える。Ｍ個の行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）〜Ｖｓｅｌ（Ｍ）は順次に有意値とされる。また、制御部６の読出シフトレジスタ４１は、第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）を第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｓ，ｎへ出力して、この第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）を第２の保持回路Ｈ_Ｏ２，ｎ、Ｈ_Ｃ２，ｎに与える。Ｎ個の列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（１）〜Ｈｓｈｉｆｔ（Ｎ）も順次に有意値とされる。

また、制御部６は、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔをリセット用配線Ｌ_Ｒへ出力して、このリセット制御信号ＲｅｓｅｔをＮ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれに与える。制御部６は、保持制御信号Ｈｏｌｄ１を保持制御用配線Ｌ_Ｈ１へ出力して、この保持制御信号Ｈｏｌｄ１を第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎそれぞれに与える。制御部６は、保持制御信号Ｈｏｌｄ２を保持制御用配線Ｌ_Ｈ２へ出力して、この保持制御信号Ｈｏｌｄ２を第２の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎそれぞれに与える。さらに、制御部６は、転送制御信号Ｔｒａｎｓを転送制御用配線Ｌ_Ｔへ出力して、この転送制御信号Ｔｒａｎｓを、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ，ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎおよびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ，ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎそれぞれに与える。

図５は、固体撮像装置１の画素Ｐ_ｍ，ｎ、積分回路Ｓ_ｎ、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ，ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎと第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎおよびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ，ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎと第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎのそれぞれの回路図である。ここでは、Ｍ×Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_Ｍ，Ｎを代表して画素Ｐ_ｍ，ｎの回路図を示し、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎを代表して積分回路Ｓ_ｎの回路図を示し、Ｎ個の出力電圧保持部Ｈ_Ｏ，１〜Ｈ_Ｏ，Ｎを代表して出力電圧保持部Ｈ_Ｏ，ｎの回路図を示し、Ｎ個のキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ，１〜Ｈ_Ｃ，Ｎを代表してキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ，ｎの回路図を示す。すなわち、第ｍ行第ｎ列の画素Ｐ_ｍ，ｎおよび第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎに関連する回路部分を示す。

画素Ｐ_ｍ，ｎは、フォトダイオードＰＤおよび読出用スイッチＳＷ_１を含む。フォトダイオードＰＤのアノード端子は接地され、フォトダイオードＰＤのカソード端子は読出用スイッチＳＷ_１を介して第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎと接続されている。フォトダイオードＰＤは、入射光強度に応じた量の電荷を発生し、その発生した電荷を接合容量部に蓄積する。読出用スイッチＳＷ_１は、制御部６から第ｍ行選択用配線Ｌ_Ｖ，ｍを通った第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）が与えられる。第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）は、受光部１０における第ｍ行のＮ個の画素Ｐ_ｍ，１〜Ｐ_ｍ，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１の開閉動作を指示するものである。

この画素Ｐ_ｍ，ｎでは、第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）がローレベルであるときに、読出用スイッチＳＷ_１が開いて、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎへ出力されることなく、接合容量部に蓄積される。一方、第ｍ行選択制御信号Ｖｓｅｌ（ｍ）がハイレベルであるときに、読出用スイッチＳＷ_１が閉じて、それまでフォトダイオードＰＤで発生して接合容量部に蓄積されていた電荷は、読出用スイッチＳＷ_１を経て、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎへ出力される。

第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎは、受光部１０における第ｎ列のＭ個の画素Ｐ_１，ｎ〜Ｐ_Ｍ，ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１と接続されている。第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎは、Ｍ個の画素Ｐ_１，ｎ〜Ｐ_Ｍ，ｎのうちの何れかの画素のフォトダイオードＰＤで発生した電荷を、該画素の読出用スイッチＳＷ_１を介して読み出して、積分回路Ｓ_ｎへ転送する。

積分回路Ｓ_ｎは、アンプＡ_２，帰還容量部である積分用容量素子Ｃ_２１、およびスイッチＳＷ_２１（放電用スイッチ）を含む。積分用容量素子Ｃ_２１および放電用スイッチＳＷ_２１は、互いに並列的に接続されて、アンプＡ_２の入力端子と出力端子との間に設けられている。アンプＡ_２の入力端子は、第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，ｎと接続されている。

放電用スイッチＳＷ_２１には、制御部６からリセット用配線Ｌ_Ｒを経たリセット制御信号Ｒｅｓｅｔが与えられる。リセット制御信号Ｒｅｓｅｔは、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれの放電用スイッチＳＷ_２１の開閉動作を指示するものである。

この積分回路Ｓ_ｎでは、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔがハイレベルであるときに、放電用スイッチＳＷ_２１が閉じて、帰還容量部（積分用容量素子Ｃ_２１）が放電され、積分回路Ｓ_ｎから出力される電圧値が初期化される。一方、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔがローレベルであるときに、放電用スイッチＳＷ_２１が開いて、入力端に入力された電荷が帰還容量部（積分用容量素子Ｃ_２１）に蓄積され、その蓄積電荷量に応じた電圧値が積分回路Ｓ_ｎから出力される。

出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎは、入力用スイッチＳＷ_３１、転送用スイッチＳＷ_３２、電圧フォロワＡ_３および保持用容量素子Ｃ_３ａを含む。保持用容量素子Ｃ_３ａの一端は接地されている。保持用容量素子Ｃ_３ａの他端は、入力用スイッチＳＷ_３１を介して積分回路Ｓ_ｎの出力端と接続され、電圧フォロワＡ_３および転送用スイッチＳＷ_３２を介して出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎと接続されている。入力用スイッチＳＷ_３１には、制御部６から保持制御用配線Ｌ_Ｈ１を通った保持制御信号Ｈｏｌｄ１が与えられる。保持制御信号Ｈｏｌｄ１は、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎの入力用スイッチＳＷ_３１の開閉動作を指示するものである。転送用スイッチＳＷ_３２には、制御部６から転送制御用配線Ｌ_Ｔを通った転送制御信号Ｔｒａｎｓが与えられる。転送制御信号Ｔｒａｎｓは、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎの転送用スイッチＳＷ_３２の開閉動作を指示するものである。

この第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎでは、保持制御信号Ｈｏｌｄ１がハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチＳＷ_３１が閉状態から開状態に転じて、そのときに入力端に入力されている電圧値が保持用容量素子Ｃ_３ａに保持される。また、転送制御信号Ｔｒａｎｓがハイレベルであるときに、転送用スイッチＳＷ_３２が閉じて、保持用容量素子Ｃ_３ａに保持されている電圧値が出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎへ出力される。

出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎは、出力用スイッチＳＷ_３３および保持用容量素子Ｃ_３ｂを含む。保持用容量素子Ｃ_３ｂの一端は接地されている。保持用容量素子Ｃ_３ｂの他端は、第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎの出力端に接続され、出力用スイッチＳＷ_３３を介して第１電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１に接続されている。

出力用スイッチＳＷ_３３には、制御部６から第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｓ，ｎを通った第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）が与えられる。第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）は、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ，ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎの出力用スイッチＳＷ_３３の開閉動作を指示するものである。

この第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎでは、第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）がハイレベルであるときに、出力用スイッチＳＷ_３３が閉じて、保持用容量素子Ｃ_３ｂに保持されている電圧値が第１電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１へ出力される。

キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎは、入力用スイッチＳＷ_４１、転送用スイッチＳＷ_４２、電圧フォロワＡ_４および保持用容量素子Ｃ_４ａを含む。保持用容量素子Ｃ_４ａの一端は接地されている。保持用容量素子Ｃ_４ａの他端は、入力用スイッチＳＷ_４１を介して積分回路Ｓ_ｎの出力端と接続され、電圧フォロワＡ_４および転送用スイッチＳＷ_４２を介してキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎと接続されている。入力用スイッチＳＷ_４１には、制御部６から保持制御用配線Ｌ_Ｈ２を通った保持制御信号Ｈｏｌｄ２が与えられる。保持制御信号Ｈｏｌｄ２は、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎの入力用スイッチＳＷ_４１の開閉動作を指示するものである。転送用スイッチＳＷ_４２には、制御部６から転送制御用配線Ｌ_Ｔを通った転送制御信号Ｔｒａｎｓが与えられる。転送制御信号Ｔｒａｎｓは、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎの転送用スイッチＳＷ_４２の開閉動作を指示するものである。

この第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎでは、保持制御信号Ｈｏｌｄ２がハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチＳＷ_４１が閉状態から開状態に転じて、そのときに入力端に入力されている電圧値が保持用容量素子Ｃ_４ａに保持される。また、転送制御信号Ｔｒａｎｓがハイレベルであるときに、転送用スイッチＳＷ_４２が閉じて、保持用容量素子Ｃ_４ａに保持されている電圧値がキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎへ出力される。

キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎは、出力用スイッチＳＷ_４３および保持用容量素子Ｃ_４ｂを含む。保持用容量素子Ｃ_４ｂの一端は接地されている。キャンセル電圧保持用容量素子Ｃ_４ｂの他端は、第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎに接続され、出力用スイッチＳＷ_４３を介して第２の電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ２に接続されている。

出力用スイッチＳＷ_４３には、制御部６から第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｓ，ｎを通った第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）が与えられる。第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）は、第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎの出力用スイッチＳＷ_４３の開閉動作を指示するものである。

この第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎでは、第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）がハイレベルであるときに、出力用スイッチＳＷ_４３が閉じて、保持用容量素子Ｃ_４ｂに保持されている電圧値が第２電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ２へ出力される。

差動回路Ｄは、アンプＡ_５を含む。アンプＡ_５の第１の入力端子は、第１電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１と接続され、第２の入力端子は、第２電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ２と接続されている。このアンプＡ_５は、入力端子に入力された２つの電圧値の差を示す電圧Ｖ_ｏｕｔを配線Ｌ_ｏｕｔへ出力する。

本実施形態に係る固体撮像装置１の動作は以下のとおりである。図６は、本実施形態に係る固体撮像装置１の動作を説明するタイミングチャートである。なお、以下では、固体撮像装置１の動作と共に、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法について説明する。

図６には、上から順に、（ａ）Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれの放電用スイッチＳＷ_２１の開閉動作を指示するリセット制御信号Ｒｅｓｅｔ、（ｂ）Ｎ個のキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎの入力用スイッチＳＷ_４１の開閉動作を指示する保持制御信号Ｈｏｌｄ２、（ｃ）受光部１０における第１行および第２行の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，Ｎ，Ｐ_２，１〜Ｐ_２，ＮそれぞれのスイッチＳＷ_１の開閉動作を指示する第１行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）および第２行選択制御信号Ｖｓｅｌ（２）、（ｄ）Ｎ個の出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎそれぞれの入力用スイッチＳＷ_３１の開閉動作を指示する保持制御信号Ｈｏｌｄ１、（ｅ）Ｎ個の出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎそれぞれの転送用スイッチＳＷ_３２、およびＮ個のキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎそれぞれの転送用スイッチＳＷ_４２の開閉動作を指示する転送制御信号Ｔｒａｎｓが示されている。

また、図６には、更に続いて順に、（ｆ）出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１における第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、１の出力用スイッチＳＷ_３３およびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１における第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、１の出力用スイッチＳＷ_４３の開閉動作を指示する第１列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（１）、（ｇ）出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、２における第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、２の出力用スイッチＳＷ_３３およびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、２における第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、２の出力用スイッチＳＷ_４３の開閉動作を指示する第２列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（２）、（ｈ）出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎの出力用スイッチＳＷ_３３およびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎの出力用スイッチＳＷ_４３の開閉動作を指示する第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）、（ｉ）出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、Ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、Ｎの出力用スイッチＳＷ_３３およびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、Ｎにおける第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、Ｎの出力用スイッチＳＷ_４３の開閉動作を指示する第Ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（Ｎ）、が示されている。

第１行の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，ＮのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷の読出しは、以下のようにして行われる。時刻ｔ_１０前には、Ｍ個の行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）〜Ｖｓｅｌ（Ｍ）、Ｎ個の列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（１）〜Ｈｓｈｉｆｔ（Ｎ）、リセット制御信号Ｒｅｓｅｔ、保持制御信号Ｈｏｌｄ１、保持制御信号Ｈｏｌｄ２、および転送制御信号Ｔｒａｎｓのそれぞれは、ローレベルとされている。

＜第１の動作（第１のステップ）＞
時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１１までの期間、制御部６からリセット用配線Ｌ_Ｒに出力されるリセット制御信号Ｒｅｓｅｔがハイレベルとなり、これにより、Ｎ個の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎそれぞれにおいて、放電用スイッチＳＷ_２１が接続状態となって、積分用容量素子Ｃ_２１が放電される。放電後の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎの出力電圧は、それぞれの積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎにおいてばらつきを有している。これをリセットノイズと呼ぶ。

時刻ｔ_１１より後の時刻ｔ_１２から時刻ｔ_１３までの期間、制御部６から保持制御用配線Ｌ_Ｈ２に入力される保持制御信号Ｈｏｌｄ２がハイレベルとなり、これにより、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎの入力用スイッチＳＷ_４１が接続状態となる。積分用容量素子Ｃ_２１が放電された後の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎの出力電圧の大きさは、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎによって保持される。なお、時刻ｔ_１３ののち、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎそれぞれの入力用スイッチＳＷ_４１は非接続状態とされる。

そして時刻ｔ_１３より後の時刻ｔ_１４から時刻ｔ_１５までの期間、制御部６から第１行選択用配線Ｌ_Ｖ，１に出力される第１行選択制御信号Ｖｓｅｌ（１）がハイレベルとなり、受光部１０における第１行のＮ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，ＮそれぞれのスイッチＳＷ_１が接続状態となる。Ｎ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷は、読出用スイッチＳＷ_１及び第ｎ列読出用配線Ｌ_Ｏ，１〜Ｌ_Ｏ，Ｎを通って積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎに出力され、積分用容量素子Ｃ_２１に蓄積される。積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎからは、積分用容量素子Ｃ_２１に蓄積された電荷量に応じた大きさの電圧が出力される。なお、時刻ｔ_１５ののち、第１行のＮ個の画素Ｐ_１，１〜Ｐ_１，Ｎそれぞれの読出用スイッチＳＷ_１は非接続状態とされる。

そして、時刻ｔ_１５より後の時刻ｔ_１６から時刻ｔ_１７までの期間、制御部６から保持制御用配線Ｌ_Ｈ１へ出力される保持制御信号Ｈｏｌｄ１がハイレベルとなり、これにより、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎそれぞれにおいて入力用スイッチＳＷ_３１が接続状態となる。積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎから出力された電圧の大きさは、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎによって保持される。

ここまでの動作により、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎには、放電後の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎから出力される電圧値が保持される。また、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎには、フォトダイオードＰＤで発生した電荷量に応じた大きさの電圧値が保持される。なお、第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎに保持されている電圧値には、リセットノイズが含まれている。
＜第２の動作（第２のステップ）＞

そして、時刻ｔ_１７より後の時刻ｔ_１８から時刻ｔ_１９までの期間、制御部６から転送制御用配線Ｌ_Ｔに出力される転送制御信号Ｔｒａｎｓがハイレベルとなる。これにより、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎそれぞれにおいて転送用スイッチＳＷ_３２が接続状態となる。出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎから出力された電圧の大きさは、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、１〜Ｈ_Ｏ２、Ｎによって保持される。また、上記した保持動作と並行して、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎそれぞれにおいて転送用スイッチＳＷ_４２が接続状態となる。キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎから出力された電圧の大きさは、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、１〜Ｈ_Ｃ２、Ｎによって保持される。
＜第３の動作（第３のステップ）＞

時刻ｔ_１９より後の時刻ｔ_２０から時刻ｔ_２１までの期間、制御部６から列選択用配線Ｌ_Ｓ，１〜Ｌ_Ｓ，Ｎに出力される列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（１）〜Ｈｓｈｉｆｔ（Ｎ）が順次に一定期間だけハイレベルとなり、これにより、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、ＮにおけるＮ個の第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、１〜Ｈ_Ｏ２、Ｎそれぞれの出力用スイッチＳＷ_３３が順次に一定期間だけ接続状態となって、各第２の保持回路Ｈ_Ｏ２，１〜Ｈ_Ｏ２，Ｎの保持用容量素子Ｃ_３ｂに保持されている電圧値は出力用スイッチＳＷ_３３を経て第１電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１へ順次に出力される。また、上記した出力動作と並行して、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、ＮにおけるＮ個の第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、１〜Ｈ_Ｃ２、Ｎそれぞれの出力用スイッチＳＷ_４３が順次に一定期間だけ接続状態となって、各第２の保持回路Ｈ_Ｃ２，１〜Ｈ_Ｃ２，Ｎの保持用容量素子Ｃ_４ｂに保持されている電圧値は出力用スイッチＳＷ_４３を経て第２電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ２へ順次に出力される。

すなわち、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｏ２，ｎに保持された電圧値と、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ，ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｃ２，ｎに保持された電圧値とは、同時に各電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１，Ｌ_ｏｕｔ２を介して差動回路Ｄへ出力される。これにより、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎから出力される、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷量に対応する電圧値とリセットノイズに対応する電圧値とが合成された電圧値から、リセットノイズに対応する電圧値をキャンセルすることができる。

さらに、時刻ｔ_１９より後の時刻ｔ_２０から、第２行のＮ個の画素Ｐ_２，１〜Ｐ_２，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生した電荷について、上述した第１の動作（第１のステップ）が実行される。すなわち、時刻ｔ_２０から時刻ｔ_２２までの期間、制御部６からリセット用配線Ｌ_Ｒに出力されるリセット制御信号Ｒｅｓｅｔがハイレベルとなり、積分用容量素子Ｃ_２１が放電される。続いて、時刻ｔ_２２より後の時刻ｔ_２３から時刻ｔ_２４までの期間、制御部６から保持制御用配線Ｌ_Ｈ２に入力される保持制御信号Ｈｏｌｄ２がハイレベルとなり、放電後の積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎの出力電圧の大きさが、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、１〜Ｈ_Ｃ、Ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、１〜Ｈ_Ｃ１、Ｎによって保持される。

時刻ｔ_２４より後の時刻ｔ_２５から時刻ｔ_２６までの期間、制御部６から第２行選択用配線Ｌ_Ｖ，２に出力される第２行選択制御信号Ｖｓｅｌ（２）がハイレベルとなり、受光部１０における第２行のＮ個の画素Ｐ_２，１〜Ｐ_２，ＮそれぞれのスイッチＳＷ_１が接続状態となる。Ｎ個の画素Ｐ_２，１〜Ｐ_２，ＮそれぞれのフォトダイオードＰＤで発生し接合容量部に蓄積された電荷は、読出用スイッチＳＷ_１及び読出用配線Ｌ_Ｏ，１〜Ｌ_Ｏ，Ｎを通って積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎに出力される。

そして、時刻ｔ_２６より後の時刻ｔ_２７から時刻ｔ_２８までの期間、制御部６から保持制御用配線Ｌ_Ｈ１へ出力される保持制御信号Ｈｏｌｄ１がハイレベルとなり、積分回路Ｓ_１〜Ｓ_Ｎから出力された電圧値は、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、１〜Ｈ_Ｏ、Ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、１〜Ｈ_Ｏ１、Ｎによって保持される。以降、上述した第２の動作（第２のステップ）および第３の動作（第３のステップ）が第２行についても行われる。

なお、本実施形態では、第１行における第Ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（Ｎ）が立ち下がる時刻ｔ_２１と、第２行における保持制御信号Ｈｏｌｄ１が立ち下がる時刻ｔ_２８とがほぼ一致するように、第１行での第３の動作（第３のステップ）に要する時間と第２行での第１の動作（第１のステップ）に要する時間とが調整されている。

本実施形態では、以上のような動作が第１行ないし第Ｎ行について順次行われることによって、１回の撮像で得られる画像を表すフレームデータが得られる。また、第Ｍ行について動作が終了すると、再び第１行から第Ｍ行までの範囲で同様の動作が行われて、次の画像を表すフレームデータが得られる。このように、一定周期で同様の動作を繰り返すことで、受光部１０が受光した光像の２次元強度分布を表す電圧値からリセットノイズがキャンセルされた電圧値Ｖ_ｏｕｔが電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔへ出力されて、繰り返してフレームデータが得られる。

本実施形態に係る固体撮像装置１及び固体撮像装置の駆動方法においては、第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎと第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎとが直列に接続されており、第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎに保持された電圧値が第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎに転送されたのち、この電圧値が第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎから順次に出力されている。これにより、Ｍ行のうちの或る行の電荷に対応する電圧値と他の行の電荷に対応する電圧値とは、同じ回路を経由して出力される。従って、出力特性のばらつきを抑えることができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１及び固体撮像装置の駆動方法においては、Ｍ行のうちの或る行のフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷を積分した電圧値を第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎから順次に出力させる動作と、Ｍ行のうち他の行を構成するフォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷を積分回路Ｓ_ｎに入力させる動作とを並行して行う。この２つの動作を並行して行うことにより、図６において時刻ｔ_１４から時刻ｔ_１５までの期間で示される、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を積分回路Ｓ_ｎへ出力するための時間を長く確保できるようになる。このため、遅延効果による課題、すなわちフォトダイオードＰＤに蓄積された電荷が所定の転送時間内ですべて転送されず、次のフレームのデータに重畳するという課題を解決することができる。

また、本実施形態に係る固体撮像装置１においては、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷を積分した電圧値を保持するための出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎ、および積分回路Ｓ_ｎの積分用容量素子Ｃ_２１を放電した後に積分回路Ｓ_ｎから出力される電圧値（リセットノイズ）を保持するためのキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎが積分回路Ｓ_ｎの後段に接続されている。そして、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにより保持された電圧値からキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎにより保持された電圧値を減ずる差動回路Ｄが、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎおよびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎの後段に接続されている。このような回路構成により、リセットノイズをキャンセルして出力電圧Ｖ_ｏｕｔの精度を高めることができる。

また、例えば読出用スイッチがアモルファスシリコンによって構成されている場合、フレームレートを速くすると、読出用スイッチを非接続状態とした際に過渡的に電荷がトラップされる、いわゆるメモリ効果が顕著に現れる。非晶質であるアモルファスシリコンは、ＦＥＴのチャネルに電荷をトラップする準位の密度が高いためである。従って、トラップされた電荷を放出するための安定時間を必要とするという問題点がある。したがって、本実施形態のように、読出用スイッチＳＷ_１は、多結晶シリコンを含む半導体スイッチであることが好ましい。多結晶シリコンは、アモルファスシリコンと比較して、トラップ準位の密度が低く、スイッチを非接続とした際のメモリ効果が発生しにくい。これにより、メモリ効果に起因する上記課題を解決することができる。

（第１変形例）
図７は、上記実施形態の第１変形例に係る固体撮像装置の回路構成を示す図である。図７に示す回路と上記実施形態の回路（図５を参照）とが相違する点は、キャンセル電圧保持部の有無である。すなわち、本変形例では、図５に示されたキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎが設けられておらず、積分回路Ｓ_ｎから出力された電圧値は出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎにのみ入力され、アンプＡ_５には第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎからの電圧値のみが入力される。なお、他の構成は上記実施形態と同様なので、詳細な説明を省略する。本変形例の固体撮像装置によれば、上記実施形態の固体撮像装置１による効果のうちリセットノイズのキャンセルを除く効果を好適に得ることができる。

（第２変形例）
図８は、上記実施形態の第２変形例に係る固体撮像装置の回路構成を示す図である。図８に示す回路と上記実施形態の回路（図５を参照）とが相違する点は、出力電圧保持部およびキャンセル電圧保持部の構成である。すなわち、上記実施形態の出力電圧保持部Ｈ_Ｏ，ｎおよびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ，ｎは電圧保持型の構成を有するが、本変形例の出力電圧保持部Ｈ_Ｏ，ｎおよびキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ，ｎは電荷保持型の構成を有する。

具体的には、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎにおける第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎは、入力用スイッチＳＷ_３１、転送用スイッチＳＷ_３２、保持用容量素子Ｃ_５ａ、並びに積分器を構成するアンプＡ_６及び容量素子Ｃ_５ｂを含む。保持用容量素子Ｃ_５ａの一端は入力用スイッチＳＷ_３１を介して積分回路Ｓ_ｎに接続されており、他端はアンプＡ_６の入力端に接続されている。アンプＡ_６の出力端は、転送用スイッチＳＷ_３２を介して第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎに接続されている。なお、保持用容量素子Ｃ_５ａの両端には、保持された電荷をリセットするためのスイッチＳＷ_３４及びＳＷ_３５がそれぞれ接続されている。また、入力用スイッチＳＷ_３１には、上記実施形態と同様に、制御部６から保持制御用配線Ｌ_Ｈ１を通った保持制御信号Ｈｏｌｄ１が与えられる。転送用スイッチＳＷ_３２には、制御部６から転送制御用配線Ｌ_Ｔを通った転送制御信号Ｔｒａｎｓが与えられる。

この第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎでは、保持制御信号Ｈｏｌｄ１がハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチＳＷ_３１が閉状態から開状態に転じて、そのときに入力端に入力されている電圧値に応じた量の電荷が保持用容量素子Ｃ_５ａに保持される。また、転送制御信号Ｔｒａｎｓがハイレベルであるときに、転送用スイッチＳＷ_３２が閉じて、保持用容量素子Ｃ_５ａに保持されている電荷量に応じた電圧値がアンプＡ_６から第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎへ出力される。

また、本変形例における出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎは、出力用スイッチＳＷ_３３および保持用容量素子Ｃ_５ｃを含む。保持用容量素子Ｃ_５ｃの一端は第１の保持回路Ｈ_Ｏ１、ｎの転送用スイッチＳＷ_３２に接続されており、他端は出力用スイッチＳＷ_３３を介して第１電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１に接続されている。なお、第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎにおいても、保持用容量素子Ｃ_５ｃの両端には、保持された電荷をリセットするためのスイッチＳＷ_３６及びＳＷ_３７がそれぞれ接続されている。また、出力用スイッチＳＷ_３３には、上記実施形態と同様に、制御部６から第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｓ，ｎを通った第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）が与えられる。

この第２の保持回路Ｈ_Ｏ２、ｎでは、第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）がハイレベルであるときに、出力用スイッチＳＷ_３３が閉じて、保持用容量素子Ｃ_５ｃに保持されている電荷が第１電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ１へ出力される。

また、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎは、出力電圧保持部Ｈ_Ｏ、ｎと同様の構成を有する。具体的には、キャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎの第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎは、入力用スイッチＳＷ_４１、転送用スイッチＳＷ_４２、保持用容量素子Ｃ_６ａ、並びに積分器を構成するアンプＡ_７及び容量素子Ｃ_６ｂを含む。保持用容量素子Ｃ_６ａの一端は入力用スイッチＳＷ_４１を介して積分回路Ｓ_ｎに接続されており、他端はアンプＡ_７の入力端に接続されている。アンプＡ_７の出力端は、転送用スイッチＳＷ_４２を介して第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎに接続されている。保持用容量素子Ｃ_６ａの両端には、保持された電荷をリセットするためのスイッチＳＷ_４４及びＳＷ_４５がそれぞれ接続されている。また、入力用スイッチＳＷ_４１には、上記実施形態と同様に、制御部６から保持制御用配線Ｌ_Ｈ２を通った保持制御信号Ｈｏｌｄ２が与えられる。転送用スイッチＳＷ_４２には、制御部６から転送制御用配線Ｌ_Ｔを通った転送制御信号Ｔｒａｎｓが与えられる。

この第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎでは、保持制御信号Ｈｏｌｄ２がハイレベルからローレベルに転じると、入力用スイッチＳＷ_４１が閉状態から開状態に転じて、そのときに入力端に入力されている電圧値に応じた量の電荷が保持用容量素子Ｃ_６ａに保持される。また、転送制御信号Ｔｒａｎｓがハイレベルであるときに、転送用スイッチＳＷ_４２が閉じて、保持用容量素子Ｃ_６ａに保持されている電荷量に応じた電圧値がアンプＡ_７から第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎへ出力される。

また、本変形例におけるキャンセル電圧保持部Ｈ_Ｃ、ｎの第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎは、出力用スイッチＳＷ_４３および保持用容量素子Ｃ_６ｃを含む。保持用容量素子Ｃ_６ｃの一端は第１の保持回路Ｈ_Ｃ１、ｎの転送用スイッチＳＷ_４２に接続されており、他端は出力用スイッチＳＷ_４３を介して第２電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ２に接続されている。保持用容量素子Ｃ_６ｃの両端には、保持された電荷をリセットするためのスイッチＳＷ_４６及びＳＷ_４７がそれぞれ接続されている。また、出力用スイッチＳＷ_４３には、制御部６から第ｎ列選択用配線Ｌ_Ｓ，ｎを通った第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）が与えられる。

この第２の保持回路Ｈ_Ｃ２、ｎでは、第ｎ列選択制御信号Ｈｓｈｉｆｔ（ｎ）がハイレベルであるときに、出力用スイッチＳＷ_４３が閉じて、保持用容量素子Ｃ_６ｃに保持されている電荷が第２電圧出力用配線Ｌ_ｏｕｔ２へ出力される。

本変形例の固体撮像装置によれば、上記実施形態の固体撮像装置１と同様の効果を好適に得ることができる。

１…固体撮像装置、６…制御部、１０…受光部、２０…信号接続部、ＰＤ…フォトダイオード、Ｐ…画素、ＳＷ_１…読出用スイッチ、ＳＷ_３１…入力用スイッチ、ＳＷ_３２…転送用スイッチ、ＳＷ_３３…出力用スイッチ、Ｓ_ｎ…積分回路、Ｈ_Ｏ１、ｎ…第１の保持回路、Ｈ_Ｏ２、ｎ…第２の保持回路、Ｃ_２１…積分用容量素子、Ａ_２…アンプ、Ｌ_Ｏ，ｎ…第ｎ列読出用配線。

Claims

フォトダイオードを各々含むＭ×Ｎ個（Ｍ及びＮは２以上の整数）の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る受光部と、
各列毎に配設され、対応する列の前記画素に含まれる前記フォトダイオードと読出用スイッチを介して接続されたＮ本の読出用配線と、
前記Ｎ本の読出用配線にそれぞれ接続され、当該読出用配線を経て入力された電荷の量に応じた電圧値を出力するＮ個の積分回路、前記積分回路に直列に接続され、前記積分回路から出力された電圧値を保持する第１の保持回路、前記第１の保持回路に転送用スイッチを介して直列に接続され、前記第１の保持回路から出力された電圧値を保持する第２の保持回路、及び前記第２の保持回路に接続され、前記第２の保持回路に保持された電圧値を出力させる出力用スイッチを有する信号接続部と、
各画素の前記読出用スイッチ及び前記転送用スイッチの開閉動作を制御するとともに、前記出力用スイッチにより前記第２の保持回路における電圧値の出力動作を制御して、各画素の前記フォトダイオードで発生した電荷の量に応じた電圧値を前記第２の保持回路から順次に出力させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記Ｍ行のうち或る行を構成する各画素の前記読出用スイッチを接続状態とすることによって、当該行において発生した電荷を前記積分回路に入力させ、前記積分回路から出力された電圧値を前記第１の保持回路に保持させたのち、前記転送用スイッチを接続状態にして該電圧値を前記第２の保持回路に転送し、その後、該電圧値を複数の前記第２の保持回路から順次に出力させる動作と、前記Ｍ行のうち他の行を構成する各画素の前記読出用スイッチを接続状態とすることによって、当該行において発生した電荷を前記積分回路に入力させる動作とを並行して行い、ｍ行Ｎ列における前記画素で発生した電荷が積分された電圧値を保持している前記第２の保持回路から該電圧値を出力させる期間を、（ｍ＋１）行における各画素で発生した電荷が入力された前記積分回路から出力された電圧値を前記第１の保持回路に保持させる期間の少なくとも一部と重複させ、
前記フォトダイオードは、アモルファスシリコンを含んで構成され、
同一列に配列されているＭ個の前記フォトダイオードの電荷情報は、それぞれの列に対応する前記読出用配線に接続された共通の前記積分回路、前記第１の保持回路及び前記第２の保持回路を経由して出力されることを特徴とする固体撮像装置。
フォトダイオードを各々含むＭ×Ｎ個（Ｍ及びＮは２以上の整数）の画素がＭ行Ｎ列に２次元配列されて成る受光部と、各列毎に配設され、対応する列の前記画素に含まれる前記フォトダイオードと読出用スイッチを介して接続されたＮ本の読出用配線と、前記読出用配線を経て入力された電荷の量に応じた電圧値を出力するＮ個の積分回路とを備え、前記フォトダイオードが、アモルファスシリコンを含んで構成される、固体撮像装置の駆動方法であって、
前記Ｍ行のうち或る行を構成する各画素の前記読出用スイッチを接続状態にすることによって、当該行において発生した電荷を前記積分回路に入力させる第１のステップと、
前記積分回路から出力された電圧値を第１の保持回路に保持させたのち、前記第１の保持回路に接続された第２の保持回路に該電圧値を転送する第２のステップと、
前記第２の保持回路に保持された電圧値を複数の前記第２の保持回路から順次に出力させる動作と、前記Ｍ行のうち他の行を構成する各画素の前記読出用スイッチを接続状態とすることによって、当該行において発生した電荷を前記積分回路に入力させる動作とを並行して行う第３のステップと、
を有し、
同一列に配列されているＭ個の前記フォトダイオードの電荷情報は、それぞれの列に対応する前記読出用配線に接続された共通の前記積分回路、前記第１の保持回路及び前記第２の保持回路を経由して出力され、
前記第３のステップにおいて、ｍ行Ｎ列における前記画素で発生した電荷が積分された電圧値を保持している前記第２の保持回路から該電圧値を出力させる期間は、前記第２のステップにおいて、（ｍ＋１）行における各画素で発生した電荷が入力された前記積分回路から出力された電圧値を前記第１の保持回路に保持させる期間の少なくとも一部と重複していることを特徴とする、固体撮像装置の駆動方法。