JPH10178589A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子スチルカメラなどに使用され、短時間で
受光素子のリセットを行ない動画および連続撮影モード
でも的確な撮像を可能にする。 【解決手段】 増幅型の画素を使用した固体撮像装置で
ある。各々受光素子ＰＤｉｊと該受光素子に蓄積された
信号電荷を増幅する増幅素子ＱＡｉｊと受光素子に蓄積
された信号電荷を増幅素子の制御電極に転送する転送素
子ＱＴｉｊと増幅素子の制御電極の電荷をリセットする
リセット素子ＱＲＳＴｉｊを有し２次元状に配列された
複数の画素１と、該画素を順次選択して得られた信号を
順次読み出すための走査回路５，９とを備えている。前
記走査回路５によって複数の画素を選択し、選択した複
数の画素においてリセット素子ＱＲＳＴｉｊをオフとし
かつ転送素子ＱＴｉｊをオンとして受光素子ＰＤｉｊの
電荷を増幅素子ＱＡｉｊの制御電極に転送することによ
り受光素子の電荷をリセットする。

Description

【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、例えば電子スチルカメラなどに使用され、短時間で
画素の初期化を行い撮像当初から完全な画像を得ること
ができるようにして、動画および連続撮影モードでも好
適に使用可能な固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、画素として増幅型の受光素子を
使用した従来の固体撮像装置の概略の構成を示す。同図
では説明の簡略化のため画素が３行×３列のマトリクス
状に配列された２次元イメージセンサの例を示してい
る。

【０００３】各画素としては、受光素子であるフォトダ
イオードＰＤｉｊ、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦ
ＥＴ）からなる増幅素子ＱＡｉｊ、フォトダイオードＰ
Ｄｉｊの電荷を増幅素子ＱＡｉｊのゲートに転送するた
めのＭＯＳトランジスタからなる転送用スイッチＱＴｉ
ｊ、および増幅素子ＱＡｉｊのゲート電極を所定の電圧
に設定するためのＭＯＳトランジスタからなるリセット
スイッチＱＲＳＴｉｊを備えて構成されている。なお、
ここでｉ＝１，２，３、かつｊ＝１，２，３である。

【０００４】各画素１の増幅素子ＱＡｉｊの内、垂直方
向すなわち列方向に配置された画素の増幅素子ＱＡｉｊ
のソースは各列の列ラインＬＶｊに共通に接続され、各
列の列ラインＬＶｊはそれぞれ列ごとに設けられた定電
流源ＣＳＶｊに接続されている。各定電流源ＣＳＶｊは
増幅素子ＱＡｉｊをソースフォロアとして動作させたと
きの負荷となる。各定電流源ＣＳＶｊの他端は共通に所
定の電源ＶＥＥに接続されている。

【０００５】各画素１のフォトダイオードＰＤｉｊのカ
ソードは共通に所定の電源ＶＤＤに接続され、アノード
は対応する転送用スイッチＱＴｉｊのソースに接続され
ている。転送用スイッチＱＴｉｊのドレインは増幅素子
ＱＡｉｊのゲートおよびリセットスイッチＱＲＳＴｉｊ
のソースに接続されている。各転送用スイッチＱＴｉｊ
のゲートは行ごとに共通に垂直走査回路（ＶＳＲ）５に
接続され、第１の垂直走査信号φＴＲｉを受けるよう構
成されている。

【０００６】リセットスイッチＱＲＳＴｉｊのゲートは
全画素共通に制御信号φＰＧに接続され、ドレインは各
行ごとに共通に垂直走査回路５に接続され、各行ごとに
第２の垂直走査信号φＲＤｉが供給されるよう構成され
ている。

【０００７】各増幅素子ＱＡｉｊのドレインは共通に前
記フォトダイオードＰＤｉｊのアノードと同じ電源ＶＤ
Ｄに接続されている。なお、垂直走査回路（ＶＳＲ）５
は、後に詳細に説明するようにクロックパルスφＣＫＶ
を加えるごとにスタートパルスφＳＴＶが内部のシフト
レジスタ１段分ずつ順次転送され前記第１の垂直走査信
号φＴＲｉおよび第２の垂直走査信号φＲＤｉを出力す
るものである。

【０００８】図５の固体撮像装置において、各列ライン
ＬＶｊの他端はそれぞれの転送用スイッチＱＴＣｊ（ｊ
＝１，２，３）を介してそれぞれの水平出力用トランジ
スタＱＨｊのドレインに接続されている。各水平出力用
トランジスタＱＨｊのソースは共通の水平出力線ＨＯＵ
Ｔに接続されている。該水平出力線ＨＯＵＴは撮像信号
を外部に供給するためのビデオ出力端子に接続されてい
る。

【０００９】各転送用トランジスタＱＴＣｊのソースは
それぞれの容量ＣＴｊを介して設置されている。各列の
転送用トランジスタＱＴＣｊのゲートは共通に接続さ
れ、転送パルスφＴが供給できるよう構成されている。

【００１０】また、水平出力用トランジスタＱＨｊの各
ゲートは水平走査回路（ＨＳＲ）９の各回路段の出力に
接続されている。水平走査回路９も前記垂直走査回路５
と同様に内部にシフトレジスタを備えている。このシフ
トレジスタも、前記垂直走査回路５の場合と同様に、ク
ロックパルスφＣＫＨを加えるごとに水平スタートパル
スφＳＴＨのデータを順次１段分ずつシフトし、各水平
出力用トランジスタＱＨｊを順次制御するための水平走
査信号を出力する。

【００１１】図６は、図５の固体撮像装置における垂直
走査回路５および水平走査回路９に使用されるシフトレ
ジスタの構成例を示す。図６のシフトレジスタはＣＭＯ
Ｓプロセスを使用して作成され、クロックパルスによっ
て順次活性化される、いわゆるクロックドインバータを
使用した例を示している。図６のシフトレジスタは、正
の電源電圧ＶＤＤと負の電源電圧ＶＳＳとの間に直列接
続された２個のＰＭＯＳトランジスタＰ１１およびＰ１
２と２個のＮＭＯＳトランジスタＮ１２およびＮ１１に
よって１段目のクロックドインバータを構成している。
ＰＭＯＳトランジスタＰ１３，Ｐ１４およびＮＭＯＳト
ランジスタＮ１４，Ｎ１３が２段目のクロックドインバ
ータを構成し、ＰＭＯＳトランジスタＰ１５，Ｐ１６お
よびＮＭＯＳトランジスタＮ１６，Ｎ１５で３段目のク
ロックドインバータを構成し、ＰＭＯＳトランジスタＰ
１７，Ｐ１８およびＮＭＯＳトランジスタＮ１８，Ｎ１
７で４段目のクロックドインバータを構成し、以下同様
に後続の回路段が構成される。

【００１２】各回路段のクロックドインバータにおい
て、中央に位置するＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳト
ランジスタ、例えば１段目ではＰ１２とＮ１２、はそれ
ぞれＣＭＯＳインバータを構成している。各ＣＭＯＳイ
ンバータと電源ＶＤＤおよびＶＳＳとの間に接続された
トランジスタ、例えば１段目ではＰ１１とＮ１１、は前
記ＣＭＯＳインバータを活性化させるための制御用トラ
ンジスタである。

【００１３】これらの制御用トランジスタの内、ＰＭＯ
ＳトランジスタＰ１１，Ｐ１５，…およびＮＭＯＳトラ
ンジスタＮ１３，Ｎ１７，…のゲートにはクロックパル
スφＣＫが供給されている。また、ＰＭＯＳトランジス
タＰ１３，Ｐ１７，…およびＮＭＯＳトランジスタＮ１
１，Ｎ１５，…にはクロックパルスφＣＫをインバータ
ＩＮＶ１１で反転した信号が供給されている。

【００１４】スタートパルスφＳＴは１段目のＣＭＯＳ
インバータを構成する各トランジスタＰ１２およびＮ１
２のゲートに供給されている。１段目のＣＭＯＳインバ
ータの出力は２段目のＣＭＯＳインバータの入力、すな
わちトランジスタＰ１４およびＮ１４のゲートに接続さ
れ、２段目のＣＭＯＳインバータの出力は３段目のＣＭ
ＯＳインバータの入力に接続され、３段目のＣＭＯＳイ
ンバータの出力は４段目のＣＭＯＳインバータの入力に
接続され、以下順次同様に接続されている。

【００１５】図６のシフトレジスタにおいては、例えば
ＰＭＯＳトランジスタＰ１１とＮＭＯＳトランジスタＮ
１１が共にオンであるとすると、ＰＭＯＳトランジスタ
Ｐ１２とＮＭＯＳトランジスタＮ１２で構成されるＣＭ
ＯＳインバータ回路は動作可能であり、これを活性状態
という。逆にＰＭＯＳトランジスタＰ１１とＮＭＯＳト
ランジスタＮ１１が共にオフであるとすると、ＰＭＯＳ
トランジスタＰ１２とＮＭＯＳトランジスタＮ１２で構
成されるＣＭＯＳインバータ回路は動作せず、不活性状
態となる。

【００１６】図６のシフトレジスタの各回路段はクロッ
クドインバータ２段１組で構成されており、２段のクロ
ックドインバータの内一方が活性状態にあるときは他方
は不活性状態になるように制御する。そして、不活性状
態にあるクロックドインバータは寄生容量でデータを保
持するように動作させて、クロックパルスφＣＫを加え
るごとに入力データがシフトレジスタ１段分ずつ順次転
送される。各回路段のクロックドインバータの出力は出
力Ｓ１１，Ｓ１２，…から取り出される。従って、この
ようなシフトレジスタは、入力に適切なスタートパルス
φＳＴを加えることにより固体撮像素子の垂直走査回路
および水平走査回路として使用することができる。

【００１７】次に、以上のような構成を有する固体撮像
装置の動作を図７を参照して説明する。図７は、このよ
うな固体撮像装置が１例として動画モードで使用された
場合の動作を示し、画素の初期化またはリセットを行わ
ずに被写体画像の撮像が行われる。

【００１８】図５の固体撮像装置において信号の読出し
を行う場合には、垂直走査回路５に供給される垂直スタ
ートパルスφＳＴＶをハイにすると共に、垂直クロック
信号φＣＫＶを加えて垂直走査回路５のシフト動作を行
わせる。そして、リセット制御信号φＰＧにより全画素
のリセットスイッチＱＲＳＴｉｊをオンにする。また、
選択された行に対しては第２の垂直走査信号φＲＤｉの
電圧を各画素の増幅素子ＱＡｉｊがオンになって活性化
する電圧ＶＧＨとし、非選択画素に対しては増幅素子Ｑ
Ａｉｊがカットオフする電圧ＶＧＬとする。

【００１９】この状態で前記制御信号φＰＧをオフにす
る。前記制御信号φＰＧをオフにしても増幅素子ＡＱｉ
ｊのゲート浮遊容量によって該増幅素子ＱＡｉｊのゲー
ト電圧は同じ値に保持される。従って、リセット制御信
号φＰＧにより全画素のリセットスイッチＱＲＳＴをオ
フにした後に、垂直走査回路５からの第１の垂直走査信
号φＴＲｉにより選択された行の画素の転送素子ＱＴｉ
ｊをオンにする。これによって、フォトダイオードＰＤ
ｉｊに蓄積されていた信号電荷が増幅素子ＱＡｉｊのゲ
ートに転送され、該増幅素子ＱＡｉｊのゲート電圧が信
号に対応して変化する。このようなゲート電圧を増幅素
子ＱＡｉｊをソースフォロアとして動作させて垂直読出
し線ＬＶｊに行単位で順次出力する。

【００２０】そして、各列ラインＬＶｊに接続された読
出しゲートトランジスタＱＴＣｊを転送パルスφＴによ
ってオンとし、前記垂直読出し線ＬＶｊに出力された読
出し電荷をそれぞれの列の蓄積容量ＣＴｊに充電する。
また、水平走査回路９においても、水平スタートパルス
φＳＴＨをハイレベルとし、かつ水平クロック信号φＣ
ＫＨを加えることによりシフト動作を行わせる。これに
よって、各列の水平読出し用スイッチ素子ＱＨｊが順次
オンとされて各列の読出し信号が蓄積容量ＣＴｊから水
平出力ラインＨＯＵＴに供給されビデオ出力端子から外
部に供給される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の固体撮像装置においては、画素の初期化を
行わずに被写体画像の撮像および読出しが行われるた
め、読出し開始当初の読出し映像信号は撮像開始時点に
おける画素に残留している電荷を含むものとなり、所望
の被写体の画像を高い信号対雑音比で得ることができな
かった。このため、固体撮像装置を電子スチルカメラに
使用し、動画および連続撮影モードで撮像する場合に
は、各撮像開始時点で撮像信号の始めの部分を捨て必要
な部分のみを抜き取ることなどにより間欠的な撮像を行
う必要があった。このため、高速度の動画モードおよび
連続撮影モードの撮像は不可能となり、あるいは高速度
で動画モードおよび連続撮影モードの撮像を行った場合
には、高品質の撮像を行うことはできなかった。

【００２２】本発明の目的は、前述の従来例における問
題点に鑑み、固体撮像装置において、短時間で全画素の
初期化を行うことが可能であり、スチルカメラとして利
用した場合でも撮像当初から的確な撮像を行うことがで
きるようにすることにある。

【００２３】本発明の他の目的は、電子スチルカメラな
どに使用される固体撮像装置において、短時間で全画素
の初期化を行うことができ、動画モードおよび連続撮影
モードで使用した場合にも高速度の撮像ができるように
することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の態様によれば、各々光信号を電荷に
変換し蓄積する受光素子と該受光素子に蓄積された信号
電荷を増幅する増幅素子とを備え２次元状に配列された
複数の画素と、前記画素を順次選択することにより前記
信号電荷を増幅して得られた信号を順次読出すための走
査回路とを具備する固体撮像装置において、前記走査回
路によって複数の画素を選択し、選択した複数の画素に
おいて前記増幅素子の制御電極をフローティング状態と
して前記受光素子の電荷を前記増幅素子の制御電極に転
送することにより受光素子のリセットを行なうことを特
徴とする。

【００２５】このような構成では、走査回路によって選
択された複数の画素において、受光素子の電荷を、フロ
ーティング状態とした増幅素子の制御電極に転送しかつ
該増幅素子を介して排出することにより受光素子のリセ
ットを行う。従って、被写体画像の撮像を行う前にこの
ような受光素子のリセットを行えば、撮像を開始した当
初から有効な撮像信号を的確に得ることができ、例えば
電子スチルカメラにおいて動画モードあるいは連続撮影
モードで固体撮像素子を使用した場合にも、各コマの撮
像信号として高品質の信号を的確に得ることができる。
また、撮像開始時から有効な画像信号を得ることができ
るから、撮像動作を高速度で行うことができ、動画モー
ドあるいは連続撮影モードの撮像速度を高速化すること
ができる。さらに、受光素子のリセットは複数の画素を
選択して行うから、受光素子のリセット動作も高速度で
行われ、撮像開始のタイミングが遅れることもなくな
る。

【００２６】本発明の第２の態様では、各々光信号を電
荷に変換しかつ蓄積する受光素子と該受光素子に蓄積さ
れた信号電荷を増幅する増幅素子と前記受光素子に蓄積
された信号電荷を前記増幅素子の制御電極に転送する転
送素子と前記増幅素子の制御電極の電荷をリセットする
リセット素子とを有し行および列方向に２次元状に配列
された複数の画素と、前記画素を順次選択して前記信号
電荷を増幅して得られた信号を順次読出すための走査回
路とを具備する固体撮像装置において、前記走査回路に
よって複数の画素を選択し、選択した複数の画素におい
て前記リセット素子をオフとしかつ前記転送素子をオン
として前記受光素子の電荷を前記増幅素子の制御電極に
転送することにより受光素子の電荷をリセットすること
を特徴とする。

【００２７】このような構成では、画素として前記受光
素子と、前記増幅素子と、前記転送素子と前記リセット
素子とを有する固体撮像装置において、受光素子の電荷
を的確に前記増幅素子に逃がすことができ、効果的に受
光素子の電荷をリセットできる。このような第２の態様
に係わる固体撮像装置においても、前記第１の態様に係
わる固体撮像装置と同様の作用効果が得られる。

【００２８】また、この場合、前記受光素子のリセット
は暗状態で受光素子の蓄積電荷を前記増幅素子の制御電
極に転送することによって行うと好都合であり、これに
よって受光素子に残留している電荷が少ない状態で受光
素子の蓄積電荷を増幅素子を介して排出することがで
き、極めて確実かつ完全なリセット動作を行うことがで
きる。なお、暗状態で受光素子のリセットを行うために
は、一例として電子スチルカメラに設けられた光学的シ
ャッタを閉じた状態で受光素子のリセットを行えばよ
い。光学的シャッタとしては機械的なものあるいは液晶
などを使用したものが使用できる。

【００２９】また、前記走査回路によって前記受光素子
の蓄積電荷を行単位で前記増幅素子の制御電極に転送す
ることによって順次全画素につきリセット動作を行うと
好都合である。走査回路は、通常の撮像信号の読出しの
際にも、受光素子を行単位で選択して読出し動作を行わ
せるから、このようなリセット動作も行単位で行うこと
により、走査回路の構成を簡略化し、かつ効率よく画素
のリセットを行うことができる。

【００３０】さらに、前記受光素子を行ごとに暗状態で
全画素につき順次リセットを行った後、被写体の画像光
を撮像し、各列の画素の信号を行単位で並列に読出すと
共に、並列に読出した行単位の画素の信号を順次直列的
に出力すると好都合である。

【００３１】この場合も、共通の走査回路を使用して画
素のリセットのための行ごとの選択および画素の読出し
のための行ごとの選択を行うことができ、走査回路など
の構成が複雑化することはなくなる。また、画素のリセ
ットを行ごとに全画素につき行った後、行単位の画素の
信号を直列的に読出すことなく、撮像動作に入るから、
極めて迅速に画素のリセットおよび被写体の画像光の撮
像動作を行うことが可能になる。

【００３２】本発明の第３の態様では、各々光信号を電
荷に変換しかつ蓄積する受光素子と、該受光素子に蓄積
された信号電荷を増幅する増幅素子と、前記受光素子に
蓄積された信号電荷を前記増幅素子の制御電極に転送す
る転送素子と、前記増幅素子の制御電極の電荷をリセッ
トするリセット素子とを具備し、行および列方向に２次
元状に配置された複数の画素と、前記各列に配置された
画素がそれぞれ共通に接続された複数の垂直読出し線
と、前記画素を行ごとに選択する垂直走査回路と、前記
複数の垂直読出し線からの読出し信号を順次行方向に走
査して各行ごとの時系列的な信号を順次読出すための水
平走査回路とを具備し、暗状態で前記垂直走査回路によ
り前記画素を行ごとに選択し、選択した行の画素におい
て、前記リセット素子をオフとしかつ前記転送素子をオ
ンとして前記受光素子の電荷を前記増幅素子の制御電極
に転送することにより受光素子の電荷をリセットし、該
リセットの後に被写体の画像光の撮像を行ない、前記垂
直走査回路により前記画素を行ごとに選択し、選択行の
画素の信号を前記垂直読出し線に出力し、かつ前記水平
走査回路により各垂直読出し線からの信号を順次時系列
的に出力することを特徴とする固体撮像装置が提供され
る。

【００３３】このような構成においても、前記第１およ
び第２の態様に係わる固体撮像装置と同様の効果が得ら
れる。すなわち、前記垂直走査回路により画素を行ごと
に選択して受光素子の電荷をリセットし、その後被写体
の画像光の撮像を行い、垂直走査回路および水平走査回
路を使用して順次撮像信号の読出しを行うことができ、
撮像の前に短時間で全画素の初期化を行うことができ、
動画モードおよび連続撮影モードなどにおいて、各コマ
の撮像信号を高品質かつ的確に得ることができる。ま
た、各コマの撮像信号を高速度で得ることができるた
め、間欠的な撮像を行う場合にも極めて早いピッチで撮
像を行うことが可能になる。また、従来のように画像信
号の一部を捨てるなどの作業が不要となり、省電力かつ
高品質の撮像が行われる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係わる固体撮像装置につき説明する。図１
は、本発明の一実施形態に係わる固体撮像装置の概略の
構成を示し、２次元イメージセンサとして構成した場合
の例を示している。図１の固体撮像装置は、被写体画像
の撮像に先立ち垂直走査回路５などを使用した画素のリ
セット動作が行なわれる点を除き前記図５に示した固体
撮像装置と同じである。したがって、装置構成もリセッ
ト動作に関連する部分を除き図５の装置と同じ構成でよ
い。

【００３５】図１の固体撮像装置は、行および列からな
る２次元マトリクス状に配置された複数の画素１を有す
る画素部３と、垂直走査回路５と、水平読み出し部７
と、水平走査回路９とを備えている。また、各部に供給
する制御パルスおよびクロックパルスなどを供給するた
めの図示しない制御回路が設けられている。各画素１
は、図５に示されるように、受光素子であるフォトダイ
オードＰＤｉｊ、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥ
Ｔ）からなる増幅素子ＱＡｉｊ、フォトダイオードＰＤ
ｉｊの電荷を増幅素子ＱＡｉｊのゲートに転送するため
のＭＯＳトランジスタからなる転送素子ＱＴｉｊ、およ
び増幅素子ＱＡｉｊのゲート電極を所定の電圧に設定す
るためのＭＯＳトランジスタからなるリセットスイッチ
ＱＲＳＴｉｊから構成されている。なお、ここでｉ＝
１，２，３、かつｊ＝１，２，３である。

【００３６】各画素１の増幅素子ＱＡｉｊの内、垂直方
向すなわち列方向に配置された画素の増幅素子ＱＡｉｊ
のソースは各列の列ラインＬＶｊに共通に接続され、各
列の列ラインＬＶｊはそれぞれ列ごとに設けられた定電
流源ＣＳＶｊに接続されている。各定電流源ＣＳＶｊは
増幅素子ＱＡｉｊをソースフォロアとして動作させたと
きの負荷となる。各定電流源ＣＳＶｊの他端は共通に所
定の電源ＶＥＥに接続されている。

【００３７】各画素１のフォトダイオードＰＤｉｊのカ
ソードは共通に所定の電源ＶＤＤに接続され、アノード
は対応する転送用スイッチＱＴｉｊのソースに接続され
ている。転送用スイッチＱＴｉｊのドレインは増幅素子
ＱＡｉｊのゲートおよびリセットスイッチＱＲＳＴｉｊ
のソースに接続されている。各転送用スイッチＱＴｉｊ
のゲートは行ごとに共通に垂直走査回路（ＶＳＲ）５に
接続され、第１の垂直走査信号φＴＲｉを受けるよう構
成されている。

【００３８】リセットスイッチＱＲＳＴｉｊのゲートは
全画素共通に制御信号φＰＧに接続され、ドレインは各
行ごとに共通に垂直走査回路５に接続され、各行ごとに
第２の垂直走査信号φＲＤｉが供給されるよう構成され
ている。

【００３９】各増幅素子ＱＡｉｊのドレインは共通に前
記フォトダイオードＰＤｉｊのアノードと同じ電源ＶＤ
Ｄに接続されている。なお、垂直走査回路（ＶＳＲ）５
は、後に詳細に説明するようにクロックパルスφＣＫＶ
を加えるごとにスタートパルスφＳＴＶが内部のシフト
レジスタ１段分ずつ順次転送され前記第１の垂直走査信
号φＴＲｉおよび第２の垂直走査信号φＲＤｉを出力す
るものである。

【００４０】また、各列ラインＬＶｊの他端はそれぞれ
の転送用スイッチＱＴＣｊ（ｊ＝１，２，３）を介して
それぞれの水平出力用トランジスタＱＨｊのドレインに
接続されている。各水平出力用トランジスタＱＨｊのソ
ースは共通の水平出力線ＨＯＵＴに接続されている。該
水平出力線ＨＯＵＴは撮像信号を外部に供給するための
ビデオ出力端子に接続されている。

【００４１】各転送用トランジスタＱＴＣｊのソースは
それぞれの容量ＣＴｊを介して設置されている。各列の
転送用トランジスタＱＴＣｊのゲートは共通に接続さ
れ、転送パルスφＴが供給できるよう構成されている。

【００４２】また、水平出力用トランジスタＱＨｊの各
ゲートは水平走査回路（ＨＳＲ）９の各回路段の出力に
接続されている。水平走査回路９も前記垂直走査回路５
と同様に内部にシフトレジスタを備えている。このシフ
トレジスタも、前記垂直走査回路５の場合と同様に、ク
ロックパルスφＣＫＨを加えるごとに水平スタートパル
スφＳＴＨのデータを順次１段分ずつシフトし、各水平
出力用トランジスタＱＨｊを順次制御するための水平走
査信号を出力する。

【００４３】このような構成のうち、水平走査回路９
は、図５の固体撮像装置と同様に図６に示されるシフト
レジスタによって構成することができる。

【００４４】垂直走査回路５は、イニシャライズリセッ
トを可能にするため、例えば図２に示されるシフトレジ
スタ回路を備えて構成される。図２に示されるシフトレ
ジスタ回路は、前記図６に示したシフトレジスタ回路に
さらにＡＮＤゲートＡＮＤ２１，ＡＮＤ２２，…および
ＯＲゲートＯＲ２１，…を追加したものである。シフト
レジスタ本体部の各ＰＭＯＳトランジスタＰ２１，Ｐ２
２，Ｐ２３，…，Ｐ２８，…は図６のＰＭＯＳトランジ
スタＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，…，Ｐ１８，…と同じも
のでよい。また、図２のＮＭＯＳトランジスタＮ２１，
Ｎ２２，Ｎ２３，…，Ｎ２８…は図６のＮＭＯＳトラン
ジスタＮ１１，Ｎ１２，Ｎ１３，…，Ｎ１８，…とそれ
ぞれ同じものでよい。また、図２のインバータＩＮＶ２
１は図６のインバータＩＮＶ１１と同じものでよい。こ
れらのＰＭＯＳトランジスタおよびＮＭＯＳトランジス
タならびにインバータＩＮＶ２１の接続は図６と同じで
ある。

【００４５】図２の回路では、ＡＮＤゲートＡＮＤ２１
の一方の入力は第１の回路段の出力、すなわちＰＭＯＳ
トランジスタＰ２４のドレインとＮＭＯＳトランジスタ
２４のドレインとの接続点に接続されている。また、Ａ
ＮＤゲートＡＮＤ２１の他方の入力はクロックパルスφ
ＣＫが供給される。また、第２のＡＮＤゲートＡＮＤ２
２の一方の端子は第２段目の回路段の出力、すなわちＰ
ＭＯＳトランジスタＰ２８のドレインとＮＭＯＳトラン
ジスタＮ２８のドレインとの接続点に接続され、他方の
入力はクロックパルスφＣＫを受ける。以下図示しない
ＡＮＤゲートについても同様に接続される。

【００４６】また、ＯＲゲートＯＲ２１の一方の入力は
シフトレジスタの第２の回路段を構成する入力側のイン
バータの出力、すなわちＰＭＯＳトランジスタＰ２６の
ドレインとＮＭＯＳトランジスタＮ２６のドレインとの
接続点に接続され、他方の入力はクロックパルスφＣＫ
を受ける。以下、図示しない後段のＯＲゲートについて
も同様に接続される。

【００４７】ＡＮＤゲート２１の出力Ｓ２１は図５の回
路における信号φＲＤ１を供給し、ＡＮＤゲート２２の
出力Ｓ２２は第２行目の信号φＲＤ２を供給し、以下同
様である。また、図２のＯＲゲート２１の出力Ｓ２３は
図５の固体撮像装置における信号φＴＲ１を出力し、以
下同様である。図３は、図２のシフトレジスタ回路の各
部の信号波形を示す。図３に示すようなクロックパルス
φＣＫおよびスタートパルスφＳＴを図２のシフトレジ
スタ回路に入力すると、前記図６のシフトレジスタに関
して説明したように、各回路段の出力Ｓ１１，Ｓ１２と
してスタートパルスφＳＴがシフトレジスタ１段分ずつ
順次転送され各回路段の出力Ｓ１１，Ｓ１２，…から順
次出力される。したがって、このような各回路段の出力
をそれぞれＡＮＤゲート２１およびＡＮＤゲート２２で
クロックパルスφＣＫとＡＮＤ操作を行なうことによ
り、それぞれ信号φＲＤ１（Ｓ２１），φＲＤ２（Ｓ２
２），…が順次出力される。

【００４８】また、シフトレジスタの第２の回路段の入
力側のインバータの出力Ｒ１１とクロックパルスφＣＫ
とをＯＲゲート２１においてＯＲ演算することにより信
号φＴＲ１（Ｓ２３）が図３に示すごとく出力される。
また、信号φＰＧは図示しないインバータまたは図２に
示すインバータＩＮＶ２１によってクロックパルスφＣ
Ｋを反転することによって得られる。

【００４９】なお、垂直走査回路５には読み出し期間に
信号φＲＤｎ，φＴＲｎを間欠的に供給するため、さら
に前記図６に示した回路を基本とするシフトレジスタが
もう１系統設けられている。読み出し期間の動作のため
に２系統のシフトレジスタを設けるのは、それぞれのシ
フトレジスタを駆動するクロックパルスφＣＫから両信
号φＲＤｎ，φＴＲｎを、図６に示した簡単な回路構成
で合成するために必要とされる。

【００５０】しかし、これに限らず、１個のシフトレジ
スタを駆動するためのクロックパルスφＣＫの波形を２
種類用意し、シフトレジスタを減らすことも可能であ
る。このようにすれば、シフトレジスタの占める面積を
小さくすることができ、固体撮像素子の面積を小型化に
する事が出来、さらに歩留り向上によるコストの低減も
できる。固体撮像素子を設計するときに、その目的によ
り好適な方を選択すればよい。

【００５１】以上のような構成を有する固体撮像装置で
は、例えばスチルビデオカメラなどに使用された場合、
シャッタを押す前には固体撮像装置は擬似走査をさせて
おく。すなわち、走査はするが出力信号は使用しない状
態にしておく。そして、図４に示すように、被写体の画
像光の撮像に入る前に画素の初期化またはリセットを行
なう。この初期化はシャッタが押された直後に行単位で
連続的に受光素子をリセットして行なう。

【００５２】すなわち、図４に示すように、まず第１行
目の受光素子のリセットを行なう。すなわち、全画素共
通のリセット制御信号φＰＧをローにして全画素のリセ
ットスイッチＱＲＳＴｉｊをオンとする。第１行目のみ
信号φＰＧと同期させて増幅素子ＱＡ１ｊをオンとする
ように第２の垂直走査信号φＲＤ１の電圧を前述の電圧
ＶＧＨとする。次にリセット制御信号φＰＧをハイにし
て、全画素のリセットスイッチＱＲＳＴｉｊをオフと
し、各画素の増幅素子ＱＡｉｊの制御電極をフローティ
ング状態とする。

【００５３】そして、この時垂直走査信号φＴＲ１によ
り第１行目の転送素子ＱＴ１ｊをオンとする。これによ
って、第１行目全ての受光素子ＰＤ１ｊの蓄積電荷を増
幅素子ＱＡ１ｊの制御電極に転送し、受光素子のイニシ
ャライズが行なわれる。第２行目以下の受光素子のリセ
ット動作も以下順次図４に示すようにして同様に行なわ
れる。

【００５４】このような行単位の受光素子のリセット動
作は水平読み出しを行なわないので、全画素のイニシャ
ライズを短時間でかつ少ない消費電力で行なうことがで
きる。

【００５５】以上のようにして全画素につき受光素子の
イニシャライズを行なった後、各画素により被写体の画
像光を撮像し、画像光に対応する画像電荷を各受光素子
ＰＤｉｊに蓄積する。そして、撮像信号の読み出しを行
なう場合には、図２のシフトレジスタにおけるスタート
パルスφＳＴＶをハイにすると共にクロック信号φＣＫ
Ｖを加えて垂直走査回路５のシフト動作を行なわせる。

【００５６】そして、リセット制御信号φＰＧにより全
画素のリセットスイッチＱＲＳＴｉｊをオンにする。ま
た、選択された行に対しては、第２の垂直走査信号φＲ
Ｄの電圧を各画素の増幅素子ＱＡｉｊがオンになって活
性化する電圧ＶＧＨとし、非選択画素に対しては増幅素
子ＱＡｉｊがカットオフする電圧ＶＧＬとする。この状
態で、前記制御信号φＰＧをオフとしても、増幅素子Ｑ
Ａｉｊのゲート浮遊容量によって該増幅素子ＱＡｉｊの
ゲート電圧は同じ値に保持される。

【００５７】したがって、リセット制御信号φＰＧによ
り全画素のリセットスイッチＱＲＳＴｉｊをオフとした
後に、第１の垂直走査信号φＴＲにより選択された行の
画素の転送素子をオンにする。これによって、フォトダ
イオードＰＤｉｊに蓄積されていた信号電荷が増幅素子
ＱＡｉｊのゲートに転送され、該増幅素子のゲート電圧
が信号に対応して変化する。

【００５８】このゲート電圧を増幅素子ＱＡｉｊをソー
スフォロアとして動作させて各垂直読み出し線ＬＶｊに
行単位で順次出力する。そして、各垂直読み出し線ＬＶ
ｊに接続された読み出しゲートトランジスタＱＴＣｊを
転送パルスφＴによってオンとし、各列の信号の読み出
し電荷をそれぞれの別の容量ＣＴｊに充電する。また、
水平走査回路９においてもスタートパルスφＳＴＨをハ
イレベルとし、かつクロック信号φＣＫＨを加えること
によりシフト動作を行なわせ、各列の水平読み出し用ス
イッチ素子ＱＨｊが順次オンとされる。これによって、
各列の読み出し信号が順次水平出力ラインＨＯＵＴに供
給されビデオ出力端子から外部に出力される。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電子ス
チルカメラなどに使用される固体撮像装置において、被
写体画像光の撮像の前に短時間で各画素の受光素子のリ
セットすなわちイニシャライズを行なうことができ、最
初の撮像画像から完全な画像信号を読み出すことができ
る。また、各受光素子のリセットは短時間で行なわれか
つ水平読み出しを行なわないので、高速度でリセットが
行なわれかつ消費電力も無視できる程少なくなる。この
ため、例えば電子スチルカメラなどにおいて、動画モー
ドおよび連続撮影モードなどで使用した場合にも、各コ
マの画像信号として高品質かつ完全な画像信号が得られ
ると共に、各コマの撮影間隔を短くして高速度の撮影を
行なうことも可能になる。

【００６０】また、本発明によれば、新たなシフトレジ
スタを追加することなく、ＡＮＤ回路およびＯＲ回路の
ような簡単な論理回路を、垂直走査回路に従来より使用
されている２つのシフトレジスタの内の一方に追加する
だけで、イニシャライズリセットが可能となる。従っ
て、大幅な設計変更をすることなく、また、コストを増
大させることなく、イニシャライズリセットができる。
なお、イニシャライズにおいては、この論理回路を追加
した一方のシフトレジスタを使用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる固体撮像素子の概
略の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の固体撮像装置に使用されるシフトレジス
タ回路の詳細な構成を示す電気回路図である。

【図３】図２のシフトレジスタ回路の動作を説明するた
めの信号波形図である。

【図４】本発明の一実施形態に係わる固体撮像装置の動
作を説明するためのタイミング図である。

【図５】一般的な固体撮像装置の詳細な構成を示す電気
回路図である。

【図６】従来の固体撮像装置の走査回路に使用されてい
るシフトレジスタの構成を示す電気回路図である。

【図７】従来の固体撮像装置の動画モードにおける動作
を説明するためのタイミング図である。

【符号の説明】

１ 画素 ３ 画素部 ５ 垂直走査回路（ＶＳＲ） ７ 水平読み出し部 ９ 水平走査回路（ＨＳＲ） ＰＤｉｊ フォトダイオード ＱＴｉｊ 転送素子 ＱＡｉｊ 増幅素子 ＱＲＳＴｉｊ リセット素子 ＣＳＶｊ 定電流源 ＱＴＣｊ 読み出しゲートトランジスタ ＣＴｊ 蓄積用容量 ＱＨｊ 水平読み出し用スイッチ素子 ＬＶｊ 垂直読み出し線 ＨＯＵＴ 水平出力線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々光信号を電荷に変換し蓄積する受光
   素子と該受光素子に蓄積された信号電荷を増幅する増幅
   素子とを備え２次元状に配列された複数の画素と、前記
   画素を順次選択することにより前記信号電荷を増幅して
   得られた信号を順次読出すための走査回路とを具備する
   固体撮像装置において、 前記走査回路によって複数の画素を選択し、選択した複
   数の画素において前記増幅素子の制御電極をフローティ
   ング状態として前記受光素子の電荷を前記増幅素子の制
   御電極に転送することにより受光素子のリセットを行な
   うことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 各々光信号を電荷に変換しかつ蓄積する
   受光素子と該受光素子に蓄積された信号電荷を増幅する
   増幅素子と前記受光素子に蓄積された信号電荷を前記増
   幅素子の制御電極に転送する転送素子と前記増幅素子の
   制御電極の電荷をリセットするリセット素子とを有し行
   および列方向に２次元状に配列された複数の画素と、前
   記画素を順次選択して前記信号電荷を増幅して得られた
   信号を順次読出すための走査回路とを具備する固体撮像
   装置において、 前記走査回路によって複数の画素を選択し、選択した複
   数の画素において前記リセット素子をオフとしかつ前記
   転送素子をオンとして前記受光素子の電荷を前記増幅素
   子の制御電極に転送することにより受光素子の電荷をリ
   セットすることを特徴とする固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記受光素子のリセットは暗状態で前記
   受光素子の蓄積電荷を前記増幅素子の制御電極に転送す
   ることによって行なうことを特徴とする請求項２に記載
   の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記走査回路によって前記受光素子の蓄
   積電荷を行単位で前記増幅素子の制御電極に転送するこ
   とによって順次全画素につきリセットを行なうことを特
   徴とする請求項２または３に記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記受光素子を行ごとに暗状態で全画素
   につき順次リセットを行なった後、被写体の画像光を撮
   像し、各列の画素の信号を行単位で並列に読出すととも
   に、並列に読出した行単位の画素の信号を順次直列的に
   出力することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項
   に記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】 各々光信号を電荷に変換しかつ蓄積する
   受光素子と、該受光素子に蓄積された信号電荷を増幅す
   る増幅素子と、前記受光素子に蓄積された信号電荷を前
   記増幅素子の制御電極に転送する転送素子と、前記増幅
   素子の制御電極の電荷をリセットするリセット素子とを
   具備し、行および列方向に２次元状に配置された複数の
   画素と、 前記各列に配置された画素がそれぞれ共通に接続された
   複数の垂直読出し線と、 前記画素を行ごとに選択する垂直走査回路と、 前記複数の垂直読出し線からの読出し信号を順次行方向
   に走査して各行ごとの時系列的な信号を順次読出すため
   の水平走査回路と、 を具備し、暗状態で前記垂直走査回路により前記画素を
   行ごとに選択し、選択した行の画素において、前記リセ
   ット素子をオフとしかつ前記転送素子をオンとして前記
   受光素子の電荷を前記増幅素子の制御電極に転送するこ
   とにより受光素子の電荷をリセットし、 該リセットの後に被写体の画像光の撮像を行ない、前記
   垂直走査回路により前記画素を行ごとに選択し、選択行
   の画素の信号を前記垂直読出し線に出力し、かつ前記水
   平走査回路により各垂直読出し線からの信号を順次時系
   列的に出力することを特徴とする固体撮像装置。