JPWO2012137445A1 - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、輝度変化の激しい動画撮像時においても、残像現象の発生しない高画質撮像を可能とする固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とするものであって、水平走査方向にｍ列、垂直走査方向にｎ行の２次元状に配列された画素を含む固体撮像装置であり（ｎは２以上の整数、ｍは自然数とする）、ｉ行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の前記画素のリセット動作を終了するとき、（ｉ＋１）行目の前記画素がリセット動作中であるか、または、（ｉ＋１）行目の前記画素がリセット動作を終了してからの経過時間が１フレーム撮像時間未満である。

Description

本発明は、画像を電気信号として出力する固体撮像装置の駆動方法に関する。

ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｃｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）及びＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｃｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）エリアイメージセンサ（以下両者を併せてＣＭＯＳ固体撮像装置と称する）、並びに電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）エリアイメージセンサ（以下ＣＣＤ固体撮像装置と称する）は、入力光情報を光電変換することにより画像信号を生成する。これらの固体撮像装置は、機能素子として、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ネットワークカメラ、及び携帯電話用カメラ等、多岐にわたる撮像機器に用いられている。

従来の固体撮像装置は、半導体基板の最表面に、光電変換部（フォトダイオード）と読み出し回路部とを有する画素を二次元のアレイ状に配置した構成を有する。したがって、光電変換部の面積は光入射面において読み出し回路部の面積分削減される。これにより、従来の固体撮像装置では、開口率が低下するという課題があった。

この課題を解決するために、光吸収能を有する材料を基板上に積層した構成の光電変換部と、基板に形成した読出し回路とを有する積層型固体撮像装置が特許文献１及び特許文献２に報告されている。

これらの文献に記載の積層型固体撮像装置では、各画素の光電変換部は、画素電極と、その上方（光入射側）に積層された光電変換膜と、その上面に形成された対向電極とを含む。さらに、当該積層型固体撮像装置は、入射光によって発生した電荷群を電流信号として画素電極を介して光電変換部外に取り出す。当該積層型固体撮像装置は、通常、信号電荷の符号を選択するために信号電荷を伝導し、その反対符号の電荷をブロックする電荷ブロッキング層を備える。当該電荷ブロッキング層は、画素電極に対向する、又は画素電極に直接接している。

図１４は、特許文献１に記載されている有機膜を光電変換膜とする従来の積層型イメージセンサの画素部（画素）の回路を模式的に示したものである。光電変換部１０１から画素電極１０２を通して出力された信号電荷は、基板上に形成された空乏層容量よりなる電荷蓄積部１０３に蓄積される。当該電荷蓄積部１０３は配線を介して画素読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）１０４の入力ゲートに接続され、蓄積電荷量の変動に伴う電圧変化が検出され、当該画素の読み出しタイミングを選択する選択トランジスタ１０５を介して読み出し信号として垂直信号線１０７に出力される。さらに信号電荷が読み出された後に、当該電荷蓄積部１０３の電荷をリセットするためにリセットトランジスタ１０６のドレイン部が電荷蓄積部１０３に接続されており、リセット時に初期状態電圧に電荷蓄積部電圧が設定される。

特許第４４４４３７１号公報 特公昭５８−５００３０号公報

図１５は図１４の画素を二次元状に配列した積層型固体撮像装置を模式的に示したものであり、垂直走査方向にｎ行（ｎは２以上の整数とする）の画素が配列されている。各行のリセットトランジスタ１０６のゲートは各行それぞれ一本のリセット制御線で制御される。同様に、選択トランジスタ１０５のゲートは選択制御線で制御される。各行を垂直走査方向に１からｎまで番号付けすることとし、ｉ行目（ｉは１以上（ｎ−１）以下の整数とする）のリセット制御線をｒｅｓ＿（ｉ）、選択制御線をｓｅｌ＿（ｉ）と記し、積層型固体撮像装置の典型的な動画撮影時の駆動方法を図１６によって説明する。

図１６は、各制御線に与える電圧および、ある列の垂直信号線１０７に現れる出力電圧を示すことで、典型的な駆動方法を説明する図である。図１６では第（ｉ−１）行から第（ｉ＋１）行しか記載していないが、第１行から第ｎ行まで同様の駆動を順番に行えば一画面分の画像信号が得られることは当業者ならば容易に理解できるので省略している。また、ｉ行目の駆動期間（水平走査期間）を第（ｉ）走査期間と記している。

第（ｉ−１）走査期間では、まずｓｅｌ＿（ｉ−１）をオンして、第（ｉ−１）行目の画素内の選択トランジスタ１０５をオンする。すると、電荷蓄積部１０３に蓄積された電荷に対応する電圧Ｖ１が画素読み出しトランジスタ１０４により生成され、垂直信号線１０７に出力される（この電圧Ｖ１を画素信号と記す）。これは後段の相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路などによってサンプリングされる。（以下、この動作を「画素信号の読み出し」と呼ぶ）。次に（ｉ−１）行目のリセット動作を開始する。具体的には、ｒｅｓ＿（ｉ−１）をオンし、リセットトランジスタ１０６により電荷蓄積部１０３をリセットする（リセットトランジスタ１０６には電圧源などによりリセット電圧をあらかじめあたえておく）。そのあとｒｅｓ＿（ｉ−１）をオフすることで（ｉ−１）行目のリセット動作を終了し、垂直信号線１０７に出力される電圧Ｖ２（これをリセット信号と記す）をＣＤＳ回路などでサンプリングする（この動作を以下では「リセット信号の読出し」と呼ぶ）。これにより、先ほどのサンプリング電圧Ｖ１とこの電圧Ｖ２との差がＣＤＳ回路の出力電圧として得られる。そのあと、各列で得られるＣＤＳ回路の出力電圧を、水平転送回路により順番に固体撮像装置外に出力し、第（ｉ−１）走査期間の駆動を終える。次の第（ｉ）走査期間以下でも同様の駆動が行われる。第（ｎ）走査期間が終われば、次のフレームの第（１）走査期間から同様の駆動が繰り返される。次のフレームでの出力電圧Ｖ１は、前のフレームの出力電圧Ｖ２に、各画素へ照射される光強度に対応した電圧が加算されたものになるので、ＣＤＳ回路により得られる電圧（Ｖ１−Ｖ２）は、光強度のみに依存した真の画像信号ということになる。

しかしながら、このような駆動方法では、特に輝度が大きく変化する動画撮影時において、前フレームの画像が次フレームに現れる、いわゆる残像が生じるという課題があることが本願発明者らの研究によって明らかとなった。以下にその詳細を説明する。

図１７は垂直走査方向に隣接するｉ行目と（ｉ＋１）行目の２つの画素を示す図であり、各画素の構成は図１４と同様である。ただし、図１７では、これらの画素間の寄生容量１０８を追加している。寄生容量１０８は画素電極１０２間、画素読み出しトランジスタ１０４のゲート配線間などで生じる。電荷蓄積部（蓄積容量）１０３の値をＣａ（これは通常全画素で同じ値である）、寄生容量１０８の値をＣｐとする。

この寄生容量１０８により、以下のようなメカニズムで残像が発生する。

図１６の第（ｉ）走査期間において、（ｉ）行目のリセット動作終了後すなわち、ｒｅｓ＿（ｉ）をオフした直後の蓄積容量１０３（ｉ）の電圧をＶｒｅｓ（ｉ）とする。またこのときの蓄積容量１０３（ｉ＋１）の電圧をＶｆｄ１（ｉ＋１）とする。Ｖｒｅｓ１（ｉ）はリセットトランジスタ１０６（ｉ）に与えられるリセット電圧、リセットトランジスタ１０６（ｉ）の閾値や（蓄積容量１０３側をドレインとすると）ゲート・ドレイン間容量によって決定され、画素に照射される光強度には依らない。それに対し、Ｖｆｄ１（ｉ＋１）は、（ｉ＋１）行目の画素に照射された光強度に依存する。

この後、第（ｉ＋１）走査期間において、（ｉ＋１）行目のリセット動作終了後すなわち、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオフした直後では、蓄積容量１０３（ｉ＋１）の電圧がＶｒｅｓ１（ｉ＋１）に変化する。このとき蓄積容量１０３（ｉ）は何ら電圧源に接続されておらず、いわゆるフローティングであるから、蓄積容量１０３（ｉ＋１）の電圧変化が蓄積容量１０３（ｉ）の電圧に影響を及ぼす。すなわち、蓄積容量１０３（ｉ）のこの瞬間での電圧をＶｒｅｓ２（ｉ）とすると、

と表される。ただし、ここでは（ｉ）行目のリセット動作終了後からここまでに光照射により蓄積される電荷を無視している。また、αは、選択トランジスタ１０５やその他の寄生容量に依存する値であり、光照射量にはよらない。

この後、次のフレームの第（ｉ）走査期間まで（ｉ）行目の画素に光が照射され、電荷が蓄積される。この電荷をＱａとする。

次のフレームの第（ｉ）走査期間において、選択トランジスタ１０５（ｉ）をオンしたときの蓄積容量１０３（ｉ）の電圧は、上記ＱａとＶｒｅｓ２（ｉ）を加算した値に略等しいので、この電圧値をＶｏｕｔ（ｉ）とすると、

となる。すなわちＶｏｕｔ（ｉ）はＶｆｄ１（ｉ＋１）に依存することになり、これが残像として見えることになる。たとえば、前フレームで（ｉ＋１）行目に照射された光強度が大きいと、Ｖｏｕｔ（ｉ）の値はそれに依存して小さくなる。画像としては、前フレームの画像の白黒反転したものが現フレームに重畳してしまう。なお、βはαと同様な寄生成分による値である。

本発明は、上記従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、輝度変化の激しい動画撮像時においても、残像現象の発生しない高画質撮像を可能とする固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とする。

上記従来技術の課題を解決するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、水平走査方向にｍ列、垂直走査方向にｎ行の２次元状に配列された画素を含む固体撮像装置の駆動方法であって（ｎは２以上の整数、ｍは自然数とする）、ｉ行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の前記画素のリセット動作を終了するとき、（ｉ＋１）行目の前記画素がリセット動作中であるか、もしくは（ｉ＋１）行目の前記画素がリセット動作を終了してからの経過時間が１フレーム撮像時間未満であることを特徴とする。このような駆動方法とすることによって、所定の行のリセット動作終了後には、所定の行に隣接する行のリセット動作のカップリングによる出力信号の電位変動が発生しない。従って、フレーム間で残像は全く発生しない。

さらに上記従来技術の課題を解決するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、ｊ水平走査期間（ｊは１以上（ｎ−１）以下の整数とする）の蓄積時間を与える電子シャッタの駆動を行い、ｉ行目の前記画素からの画素信号を読み出す走査期間中に、（ｉ＋ｊ）行目の前記画素のリセット動作を終了する前に、（ｉ＋ｊ＋１）行目の前記画素のリセット動作を開始することを特徴とする。読み出し行のリセット動作終了後には、隣接する行のリセット動作のカップリングによる出力信号の電位変動が発生しない。従って、フレーム間で残像は発生しない。

さらに上記従来技術の課題を解決するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、（ｉ＋１）行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の画素信号読出し動作と、（ｉ＋１）行目のリセット動作の開始と、ｉ行目のリセット動作の終了とを順次行うことを特徴とする。このような駆動方法とすることによって、隣接する行のリセット動作のカップリングによる出力信号の電位変動は、２度目のリセット動作で除去できるので、フレーム間で残像は発生しない。

さらに上記従来技術の課題を解決するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、（ｉ＋１）行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の画素信号読出し動作と、（ｉ＋１）行目のリセット動作の開始と、（ｉ＋１）行目のリセット動作の終了と、（ｉ＋１）行目のリセット信号読出し動作と、ｉ行目のリセット動作の終了とを順次行うことを特徴とする。このような駆動方法とすることによって、隣接する行のリセット動作のカップリングによる出力信号の電位変動は、２度目のリセット動作で除去できるので、フレーム間で残像は発生しない。

さらに上記従来技術の課題を解決するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、（ｉ＋１）行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の画素信号読出し動作と、（ｉ＋１）行目のリセット動作の開始と、ｉ行目のリセット動作の終了と、ｉ行目のリセット信号読出し動作とを順次行うことを特徴とする。このような駆動方法とすることによって、隣接する行のリセット動作のカップリングによる出力信号の電位変動は、２度目のリセット動作で除去できるので、フレーム間で残像は発生しない。

さらに上記従来技術の課題を解決するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、水平走査方向にｍ列、垂直走査方向に２ｋ行又は（２ｋ＋１）行の２次元状に配列された画素を含む固体撮像装置において（２ｋとｎとが等しい、又は（２ｋ＋１）とｎとが等しい）、（２ａ＋１）行目（ａは０以上ｋ以下の整数とする）の画素信号読出し動作と、（２ａ＋１）行目のリセット動作と、（２ａ＋１）行目のリセット信号読出し動作と、２ａ行目のリセット動作とを順次行う奇数フレームの駆動と、（２ａ＋２）行目の画素信号読出し動作と、（２ａ＋２）行目のリセット動作と、（２ａ＋２）行目のリセット信号読出し動作と、（２ａ＋１）行目のリセット動作とを順次行う偶数フレームの駆動とを含むことを特徴とする。このような駆動方法とすることによって、読み出し行のリセット動作終了後には、隣接する行のリセット動作のカップリングによる出力信号の電位変動が発生しない。従って、フレーム間で残像は発生しない。

以上のように、輝度変化の激しい動画撮像時においても、行読み出し後の隣接行のリセット動作のカップリングによって発生する出力変動を除去し、フレーム間残像の発生しない高画質撮像を可能とする固体撮像装置の駆動方法を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態１の積層型固体撮像装置の各部を説明する図である。 図２は、本発明の実施の形態１の固体撮像装置の断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態１の固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図３Ｂは、本発明の実施の形態１の固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態２の固体撮像装置を説明する図である。 図５は、本発明の実施の形態２の固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態３の固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態３の固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態４の固体撮像装置を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態４の固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図９は、本発明の実施の形態５の固体撮像装置を説明する図である。 図１０は、本発明の実施の形態５の固体撮像装置を説明する図である。 図１１は、本発明の実施の形態５の固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図１２は、本発明の実施の形態６の固体撮像装置を説明する図である。 図１３は、本発明の実施の形態６の固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図１４は、従来の積層型固体撮像装置の画素を説明する図である。 図１５は、固体撮像装置の画素アレイを説明する図である。 図１６は、固体撮像装置の駆動方法を説明する図である。 図１７は、固体撮像装置の画素部を説明する図である。

以下、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態及び添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の駆動方法について図１から図３Ｂを用いて説明する。

まず、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の全体構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置５０１の構成を示すブロック図である。

この固体撮像装置５０１は、画素アレイ５０２と、行信号駆動回路５０３ａ及び５０３ｂと、列毎に配置された列アンプ回路５０４と、各列に配置されたノイズキャンセラ回路５０５と、水平駆動回路５０６と、出力段アンプ５０７とを備える。

図２は、固体撮像装置５０１の３画素分の領域の断面図である。なお、実際の画素は、画素アレイ５０２に、例えば１０００万画素分配列されている。各画素の回路図は図１５と同様である。

図２に示すように、固体撮像装置５０１は、マイクロレンズ６０１と、赤色カラーフィルタ６０２と、緑色カラーフィルタ６０３と、青色カラーフィルタ６０４と、保護膜６０５と、平坦化膜６０６と、上部電極６０７（第２電極）と、光電変換膜６０８と、電子ブロッキング層６０９と、電極間絶縁膜６１０と、下部電極６１１（第１電極）と、配線間絶縁膜６１２と、給電層６１３と、配線層６１４と、基板６１８と、ウェル６１９と、ＳＴＩ領域（シャロウトレンチ分離領域）６２０と、層間絶縁層６２１とを備える。

基板６１８は、半導体基板であり、例えばシリコン基板である。基板６１８内には、光電変換膜６０８の光電変換により生成された信号電荷を信号電圧（読み出し信号）として画素外部に読み出すための信号読み出し回路、つまり複数のトランジスタ（増幅トランジスタ６１６、選択トランジスタ及びリセットトランジスタ６１７）が形成されている。

マイクロレンズ６０１は、入射光を効率よく集光するために、固体撮像装置５０１の最表面に、画素５１０ごとに形成されている。

赤色カラーフィルタ６０２、緑色カラーフィルタ６０３及び青色カラーフィルタ６０４は、カラー画像を撮像するために形成されている。また、赤色カラーフィルタ６０２、緑色カラーフィルタ６０３及び青色カラーフィルタ６０４は、各マイクロレンズ６０１の直下、かつ保護膜６０５内に形成されている。１０００万画素分にわたって集光ムラ及び色ムラのないマイクロレンズ６０１及びカラーフィルタ群を形成するために、これらの光学素子は平坦化膜６０６上に形成されている。平坦化膜６０６は、例えば、ＳｉＮで構成される。

上部電極６０７は、平坦化膜６０６下に画素アレイ５０２の全面にわたって形成されている。この上部電極６０７は可視光を透過する。例えば、上部電極６０７はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で構成される。

光電変換膜６０８は光を信号電荷に変換する。具体的には、光電変換膜６０８は、上部電極６０７の下に形成されており、高い光吸収能を有する有機分子で構成されている。また、光電変換膜６０８の厚さは、例えば５００ｎｍである。また、光電変換膜６０８は、真空蒸着法を用いて形成される。上記有機分子は波長４００ｎｍから７００ｎｍの可視光全域にわたって高い光吸収能を有する。

電子ブロッキング層６０９は、光電変換膜６０８の下に形成されており、入射光の光電変換によって発生した正孔を伝導するとともに、下部電極６１１からの電子注入を阻止する。この電子ブロッキング層６０９は、高い平坦度を有する電極間絶縁膜６１０と下部電極６１１上に形成されている。

複数の下部電極６１１は、基板６１８の上方に、行列状に配置されている。また、複数の下部電極６１１は、各々が電気的に分離されている。具体的には、下部電極６１１は、電極間絶縁膜６１０間に形成されており、光電変換膜６０８で発生した正孔を収集する。この下部電極６１１は、例えばＴｉＮで構成される。また、下部電極６１１は、平坦化された厚さ１００ｎｍの配線間絶縁膜６１２上に形成されている。

また、各下部電極６１１は０．２μｍの間隔で分離されている。そして、この分離領域にも電極間絶縁膜６１０が埋め込まれている。

さらに、この分離領域の下方、かつ配線間絶縁膜６１２下に給電層６１３が配されている。この給電層６１３は、例えばＣｕで構成される。具体的には、給電層６１３は、隣接する下部電極６１１の間の領域であり、かつ下部電極６１１と基板６１８との間に形成されている。また、給電層６１３には、下部電極６１１とは独立した電位を供給可能である。具体的には、光電変換膜６０８が光電変換を行う露光動作時、及び信号読み出し回路が読み出し信号を生成する読み出し動作時に、給電層６１３に、信号電荷を排斥するための電位が供給される。例えば、信号電荷が正孔の場合には正電圧が印加される。これにより、各画素に、隣接画素から正孔が混入することを防止できる。なお、このような電圧印加の制御は、例えば、固体撮像装置５０１が備える制御部（図示せず）により行なわれる。

給電層６１３には配線層６１４が接続されている。また、配線層６１４は、信号読み出し回路のＦＤ部（電荷蓄積部）６１５及び増幅トランジスタ６１６のゲート端子に接続されている。さらにＦＤ部６１５は、リセットトランジスタ６１７のソース端子に電気的に接続されている。また、リセットトランジスタ６１７のソース端子とＦＤ部６１５とは拡散領域を共有している。これらのトランジスタと、図示されてはいないが同一画素内に形成されている選択トランジスタと、ＦＤ部６１５とは全て同一のＰ型のウェル６１９内に形成されている。また、このウェル６１９は、基板６１８に形成されている。つまり、信号読み出し回路は、基板６１８に形成されており、複数の下部電極６１１の各々に発生する電流又は電圧の変化を検知することにより、信号電荷に応じた読み出し信号を生成する。また、増幅トランジスタ６１６は、下部電極６１１に発生する電流又は電圧の変化を増幅することにより、読み出し信号を生成する。

また、各トランジスタは、ＳｉＯ_２で構成されるＳＴＩ領域６２０によって電気的に分離されている。

また、リセットトランジスタ６１７のゲート端子はリセット制御線と接続され、リセット制御線の電位によりリセットトランジスタ６１７のオン・オフが制御されている。例えば、リセット制御線の電位がハイレベルとされてリセット制御線がオンされていると、リセットトランジスタ６１７がオンされ、リセット制御線の電位がローレベルとされてリセット制御線がオフされていると、リセットトランジスタ６１７がオフされる。

また、選択トランジスタのゲート端子は選択制御線と接続され、選択制御線の電位により選択トランジスタのオン・オフが制御されている。例えば、選択制御線の電位がハイレベルとされて選択制御線がオンされていると、選択トランジスタがオンされ、選択制御線の電位がローレベルとされて選択制御線がオフされていると、選択トランジスタがオフされる。本実施形態の画素アレイ５０２の構成は図１６と同様であり、垂直走査方向にｎ行（ｎは２以上の整数とする）、水平方向にｍ行（ｍは自然数とする）の画素が配列されている。

図３Ａ及び図３Ｂは本実施形態における固体撮像装置の駆動方法を示した図である。これは各制御線に与える信号を時系列的に示したものである。また、ｉ行目と（ｉ＋１）行目しか示していないが、これを通常の垂直走査動作にあてはめることは当業者ならば容易である。また、ｉ行目のリセット制御線をｒｅｓ＿（ｉ）、選択制御線をｓｅｌ＿（ｉ）と記す。まず、図３Ａについて説明する。

時刻ａにおいて、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオンすることにより、（ｉ＋１）行目の画素のリセット動作を開始する。

時刻ａと時刻ｂの間に、ｒｅｓ＿（ｉ）をオンしてｉ行目のリセット動作を開始する。

そのあとの時刻ｂにおいて、ｒｅｓ＿（ｉ）をオフすることにより、ｉ行目のリセット動作を終了する。このとき、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオンのままとしておく。

そのあとの時刻ｃにおいて、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオフし、（ｉ＋１）行目のリセット動作を終了する。このときの（ｉ）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ））の電圧が（式１）に対応する。すなわち、（ｉ＋１）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ＋１））の変動により、（ｉ）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ））が影響を受ける。ただし、以上説明した駆動方法においては、時刻ｂでの（ｉ＋１）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ＋１））の電圧をＶｆｄ２（ｉ＋１）、時刻ｃでの（ｉ＋１）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ＋１））の電圧をＶｆｄ３（ｉ＋１）とすると、（ｉ）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ））の電圧は次式のようになる。

時刻ｄにおいて、ｓｅｌ＿（ｉ）をオンし、垂直信号線に（ｉ）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ））の電圧を出力する。このときの垂直信号線への出力電圧値は（式２）に対応し、

となる。

Ｖｆｄ２（ｉ＋１）は（ｉ＋１）行目のリセット動作中、Ｖｆｄ３（ｉ＋１）はリセット直後の値であり、光照射量に依らない。図３Ａの時刻ｂが、読み出し時である時刻ｄの前フレームであるとすると、前フレームでどのような光照射状態であったとしても、時刻ｄではそれに依らない出力が得られることになり、本発明の課題である残像の除去が達成できる。実際には、以上説明した図３Ａに示した駆動方法を満たすように固体撮像装置を駆動すれば（この例は以下の実施形態で示される）、残像の除去が可能である。

図３Ｂはもう一つの駆動方法である。

まず、時刻ａでｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオンし、（ｉ＋１）行目のリセットを開始する。

そのあと、時刻ａ’でｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオフし、（ｉ＋１）行目のリセットを終了する。

そのあと、時刻ｂでｒｅｓ＿（ｉ）をオフし、（ｉ）行目のリセットを終了する（時刻ｂの前にｒｅｓ＿（ｉ）はオンしておく）。

そのあと、時刻ｃでｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオフし、（ｉ＋１）行目のリセットを終了する（時刻ｃの前にｒｅｓ＿（ｉ＋１）はオンしておく）。

時刻ｄでの動作は図３Ａの駆動方法と同様である。時刻ｂでの（ｉ）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ＋１））の電圧をＶｆｄ２（ｉ＋１）’、時刻ｃでの（ｉ＋１）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３（ｉ＋１））の電圧をＶｆｄ３（ｉ＋１）’とすると、図３Ａと同様に考えて、時刻ｄでの出力電圧は、

と表される。Ｖｆｄ２（ｉ＋１）’は、厳密には光照射量に依存するが、時刻ｂに対する時刻ａ’の時間差を短くすれば、ほとんど依存しないようにすることができる。時間差は短いほどよく、例えば１走査期間である。少なくとも、１フレーム蓄積時間未満にする必要がある（１フレーム蓄積時間は通常の駆動方法と同じである）。Ｖｆｄ３（ｉ＋１）’はリセット直後であり、光照射量に依存しないので、この方法でも同様に、残像の除去が可能となる。

図３Ａ及び図３Ｂにおいて、上述した部分以外では、他の駆動方法も考えられる。例えば、ｓｅｌ＿（ｉ）を必ずオンにしなければならないのは時刻ｄにおいてだけであり、時刻ｂではオンでもオフでもよい。本質的なのは（ｉ）行目のリセット終了時に、（ｉ＋１）行目のＦＤ部６１５（蓄積容量１０３＿（ｉ＋１））の電圧を光照射量によらない値にすることである。

（実施の形態２）
本発明に係る実施の形態２を図４と図５を用いて説明する。固体撮像装置全体の構成は実施の形態１と同様である。

図４は本実施形態の画素アレイ５０２を模式的に示したものであり、垂直走査方向にｎ行（ｎは２以上の整数とする）、水平方向にｍ行（ｍは自然数とする）の画素が配列されている。各画素の回路図は図１４と同様であり、各行のリセットトランジスタ１０６のゲートは各行それぞれ一本のリセット制御線で制御される。同様に、選択トランジスタ１０５のゲートは選択制御線で制御される。各行を垂直走査方向に１からｎまで番号付けすることとし、ｉ行目（ｉは１以上（ｎ−１）以下の整数とする）のリセット制御線をｒｅｓ＿（ｉ）、選択制御線をｓｅｌ＿（ｉ）と記すことは図１６と同様である。本実施形態の駆動方法においては、信号は１行ずつ図示の方向（下から上）に読み出されるが、各行の全画素のリセット動作は読み出し動作よりもｊ行分の読み出し期間分だけ先行して行われる、いわゆる電子シャッター動作を行う。このことにより、ｊ行分の蓄積時間を画素に与えることが出来る。また、以下で電子シャッター動作を行う行を（ｉ＋ｊ）などと記すが、この値がｎを超えた場合は「折り返して」、ｎを引いた値を意味する（たとえば（ｉ＋ｊ）がｎを超えた場合は（ｉ＋ｊ−ｎ）行とみなす）。

図５は、本実施形態の駆動方法において、各制御線に与える電圧および、ある列の垂直信号線に現れる出力電圧を示すことで、典型的な駆動方法を説明する図である。図５では読み出し動作が行われる行については、第（ｉ−１）行と第（ｉ）行を、また、電子シャッター動作が行われる行については第（ｉ＋ｊ−１）行から第（ｉ＋ｊ＋１）行までしか記載していないが、第１行から第ｎ行まで同様の駆動を順次に行うことで一画面分の画像信号が得られることは当業者ならば容易に理解できるので省略している。また、ｉ行目の駆動期間を第（ｉ）走査期間（第（ｉ）Ｈ）、（ｉ−１）行目の駆動期間を第（ｉ−１）走査期間（第（ｉ−１）Ｈ）と記している。

第（ｉ−１）走査期間では、第（ｉ＋ｊ）行目の画素のリセット動作を開始するために、ｒｅｓ＿（ｉ＋ｊ）をオンとし、この状態を第（ｉ）走査期間に第（ｉ＋ｊ＋１）行目の画素のリセット動作開始後まで保持する。しかる後、ｓｅｌ＿（ｉ＋ｊ）をオンとした後にｒｅｓ＿（ｉ＋ｊ）をオフとし、さらにｓｅｌ＿（ｉ＋ｊ）をオフとする。このような駆動とすることで、第（ｉ＋ｊ）行目の電荷蓄積部はリセット動作終了後、読み出し開始まで、第（ｉ＋ｊ＋１）行目のリセット動作開始に伴う寄生容量による電位変動を受けない、すなわち、残像は発生しない。

なお、第（ｉ−１）走査期間中に第（ｉ＋ｊ−１）行目の画素のリセットをオンからオフに切り替えている。また、図５中、第（ｉ−１）走査期間に第（ｉ−１）行目、第（ｉ）走査期間に第（ｉ）行目を図１６と同様の方法で読み出している。

このように、本実施形態では、電子シャッター動作時に残像の全くない極めて高画質の撮像を可能とする。なお、図５の説明では、シャッター期間をｊ行としたが、これは、１フレーム分の期間を超えても機能することは原理的に明らかである。

なお、画素信号読出し、リセット信号読出しの動作は図１６と同様であるから説明を省略する。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置について図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。本実施形態の固体撮像装置の構成は図１と、画素部の断面構造は図２と同等である。

本実施形態では、電子シャッターを用いずに動画を撮像する駆動、すなわちローリングリセット動作の場合である。この場合では、実施の形態１における図３Ａ及び図３Ｂの駆動方法を、各走査期間においてあてはめ、リセット信号をサンプリングする動作を追加すればよい。それは以下のようになる。

図６Ａでは、第（ｉ−１）走査期間にまずｓｅｌ＿（ｉ）をオンし、（ｉ）行目の画素信号を読み出す。そのあと、ｒｅｓ＿（ｉ）をオンし、（ｉ）行目のリセット動作を開始する。

第（ｉ）走査期間ではまず、ｓｅｌ＿（ｉ＋１）をオンし、（ｉ＋１）行目の画素信号を読み出す。そのあと、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオンし、リセット動作を開始する。そのあと、ｒｅｓ＿（ｉ）をオフし（この前のいずれかの時刻でｒｅｓ＿（ｉ）はあらかじめオンにしておく）、（ｉ）行目のリセット動作を終了する。このときの（ｉ＋１）行目の電荷蓄積部の電荷量は光照射量に依らないので、実施の形態１で述べた原理により、この駆動方法で残像が防止できる。

ここで、第（ｉ）走査期間でのｒｅｓ＿（ｉ＋１）のオンから、ｒｅｓ＿（ｉ）をオフまでの時間で、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）のオン・オフ動作は任意である。ただし、ｒｅｓ＿（ｉ）をオフする直前（正確には蓄積容量の反応時間分余裕が必要）にはオンしていなければならない。また、あらかじめｒｅｓ＿（ｉ）をオンする時刻は任意である（ただし、電荷蓄積部などの反応時間を考慮する必要がある）。

図６Ｂでは、第（ｉ−１）走査期間にまずｓｅｌ＿（ｉ）をオンし、（ｉ）行目の画素信号を読み出す。そのあと、ｒｅｓ＿（ｉ）をオンし、（ｉ）行目のリセット動作を開始する。画素がリセットできる時間この状態を保持した後、ｒｅｓ＿（ｉ）をオフする。

第（ｉ）走査期間ではまず、ｓｅｌ＿（ｉ＋１）をオンし、（ｉ＋１）行目の画素信号を読み出す。そのあと、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオンし、リセット動作を開始する。画素がリセットできる時間この状態を保持した後、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオフする。そのあと、ｓｅｌ＿（ｉ）およびｒｅｓ＿（ｉ）をオンし、（ｉ）行目のリセットを開始する（ここでのｓｅｌ＿（ｉ）のオンは必須ではない。ただし、選択用トランジスタゲート制御線と電荷蓄積部との寄生成分の出力信号への影響を抑制するためには、オンの方が望ましい）。そのあと、ｒｅｓ＿（ｉ）をオフし、リセット動作を終了する。このときの（ｉ＋１）行目の電荷蓄積部の電荷量は光照射量にほぼ依らないので、実施の形態１で述べた原理により、この駆動方法で残像が防止できる。

本実施形態で述べた駆動方法には、リセット信号の読出しが含まれていない。どの時点でリセット信号を読み出すかにより、大きく２つの任意性が存在する。すなわち、（ｉ）行目のリセット信号の読出しを第（ｉ−１）走査期間で行うか、第（ｉ）走査期間で行うかの２通りである。これらの具体例として、実施の形態４および実施の形態５において説明する。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置について図７及び図８を用いて説明する。本実施形態の固体撮像装置の構成は図１と、さらに画素部の断面構造は図２と同等である。

図７は本実施形態の画素アレイ５０２を模式的に示したものであり、図１５と同等である。垂直走査方向にｎ行（ｎは２以上の整数とする）の画素が配列されている。各画素の回路図は図１４と同様であり、各行のリセットトランジスタ１０６のゲートは各行それぞれ一本のリセット制御線で制御される。同様に、選択トランジスタ１０５のゲートは選択制御線で制御される。各行を垂直走査方向に１からｎまで番号付けすることとし、ｉ行目（ｉは１以上（ｎ−１）以下の整数とする）のリセット制御線をｒｅｓ＿（ｉ）、選択制御線をｓｅｌ＿（ｉ）と記すことは図１６と同様である。本実施形態の駆動方法においては、信号は１行ずつ図示の方向（下から上）に読み出される。また、画素アレイ５０２下段には。列アンプ回路５０４に属する列アンプ９０４とノイズキャンセラ回路９０５に属する１列分のノイズキャンセラ回路９０５を示している。ノイズキャンセラ回路９０５は、スイッチ９０６、容量９０７、スイッチ９０８、容量９０９、及びスイッチ９１０よりなる第一の相関二重サンプリング回路（第一のＣＤＳ回路）と、スイッチ９１１、容量９１２、スイッチ９１３、容量９１４、及びスイッチ９１５よりなる第二の相関二重サンプリング回路（第二のＣＤＳ回路）とが並列接続された構成である。

図８は、本実施形態の駆動方法において、各制御線に与える電圧および、ある列の垂直信号線に現れる出力電圧を示すことで、典型的な駆動方法を説明する図である。図８では読み出し動作が行われる行については、第（ｉ−１）行から第（ｉ＋１）行までしか記載していないが、第１行から第ｎ行まで同様の駆動を順次に行うことで一画面分の画像信号が得られることは当業者ならば容易に理解できるので省略している。また、ｉ行目の駆動期間を第（ｉ）走査期間（第（ｉ）Ｈ）、（ｉ＋１）行目の駆動期間を第（ｉ＋１）走査期間（第（ｉ＋１）Ｈ）と記している。

第（ｉ）走査期間では、まずｓｅｌ＿（ｉ）をオンして、第（ｉ）行目の画素内の選択トランジスタ１０５をオンする。すると、電荷蓄積部１０３に蓄積された電荷に対応する電圧Ｖ１が画素読み出しトランジスタ１０４により生成され、垂直信号線１０７に出力される。この動作をスイッチ９０６をオンとした状態で行い、第一のＣＤＳ回路によってサンプリングする。次に（ｉ）行目のリセット動作を開始する。具体的には、スイッチ９０６をオフとし、ｒｅｓ＿（ｉ）をオンし、リセットトランジスタ１０６により電荷蓄積部１０３をリセットする（リセットトランジスタ１０６には電圧源などによりリセット電圧をあらかじめあたえておく）。そのあとｒｅｓ＿（ｉ）をオフすることで（ｉ）行目の第１回目のリセット動作を終了する。この時点で、第（ｉ）行目のリセット後出力は第二のＣＤＳ回路ではサンプリングされない。

次に第（ｉ＋１）走査期間においても同様に、ｓｅｌ＿（ｉ＋１）をオンして、第（ｉ＋１）行目の画素内の選択トランジスタ１０５をオンする。すると、電荷蓄積部１０３に蓄積された電荷に対応する電圧Ｖ１が画素読み出しトランジスタ１０４により生成され、垂直信号線１０７に出力される。この動作をスイッチ９１１をオンとした状態で行い、第二のＣＤＳ回路によってサンプリングする。次に（ｉ）行目のリセット動作を開始する。具体的には、スイッチ９０６をオフとし、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオンし、リセットトランジスタ１０６により電荷蓄積部１０３をリセットする（リセットトランジスタ１０６には電圧源などによりリセット電圧をあらかじめあたえておく）。そのあとｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオフすることで（ｉ＋１）行目の第１回目のリセット動作を終了する。この時点で、第（ｉ＋１）行目のリセット後出力は第二のＣＤＳ回路ではサンプリングされない。

次に第（ｉ）行目の第２回目のリセット動作を行う。具体的には、スイッチ９０６を再びオンとし、ｓｅｌ＿（ｉ）、ｒｅｓ＿（ｉ）をオンとしてしかる後、ｒｅｓ＿（ｉ）、ｓｅｌ＿（ｉ）の順にオフとする。このときの垂直出力信号Ｖ２を第一のＣＤＳ回路によってサンプリングする。これにより、先ほどのサンプリング電圧Ｖ１とこの電圧Ｖ２との差が第一のＣＤＳ回路の出力電圧として得られる。そのあと、各列で得られるＣＤＳ回路の出力電圧を、水平駆動回路により順番に固体撮像装置外に出力し、第（ｉ）走査期間の駆動を終える。次の第（ｉ＋１）走査期間後も同様である。第（ｎ）走査期間が終われば、次のフレームの第（１）走査期間から繰り返される。次のフレームでの出力電圧Ｖ１は、前のフレームの出力電圧Ｖ２に、リセット動作のカップリングの影響の全くない各画素へ照射される光強度に対応した電圧のみが加算されたものになるので、ＣＤＳ回路により得られる電圧（Ｖ１−Ｖ２）は、光強度のみに依存した真の画像信号となる。従って、本実施形態においても、残像は全く発生しない高品質な画像の撮像が可能となる。

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置１１０１の構成を示すブロック図である。この固体撮像装置１１０１は、画素アレイ１１０２と、行信号駆動回路１１０３ａ及び１１０３ｂと、増幅及びフィードバック機能を有する回路が列毎に配置された列フィードバック回路１１０４と、各列に配置された列アンプとノイズキャンセラとを含むノイズキャンセラ回路１１０５と、水平駆動回路１１０６と、出力段アンプ１１０７とを備える。ここで列フィードバック回路１１０４は、画素アレイ１１０２からの出力信号を受け取り、かつ、フィードバックする。よって、信号の流れの方向は図９に示すように画素アレイ１１０２に対して双方向となる。

図１０は、固体撮像装置１１０１に含まれる、ある１つの画素１１１０の信号読み出し回路とその周辺回路とを示す回路図である。

また、画素アレイ１１０２は、行列状に配置された複数の画素１１１０と、列毎に設けられた複数の列信号線（垂直信号線）１２０４と、行毎に設けられた複数の行選択線とを含む。複数の列信号線１２０４の各々は、対応する列に配置されている複数の画素１１１０と接続されている。複数の行選択線の各々は、対応する行に配置されている複数の画素１１１０と接続されている。

図１０に示すように、画素１１１０は、光電変換部１２０１と、信号読み出し回路とを備える。また、固体撮像装置１１０１は、列信号線１２０４と、フィードバックアンプ１２０５と、フィードバックアンプ１２０５からの出力に応じて、リセットトランジスタ１２０６への入力レベルを制御する制御回路１２０７と、増幅トランジスタ１２０２と、選択トランジスタ１２０３と、列増幅回路１２１２と、トランジスタ１２１０と、容量１２１３及び１２１４とを備える。ここで、列信号線１２０４と、フィードバックアンプ１２０５と、制御回路１２０７と、選択トランジスタ１２０３と、列増幅回路１２１２と、トランジスタ１２１０及び１２１５と、容量１２１３及び１２１４とは、列毎に設けられており、図９に示す列フィードバック回路１１０４及びノイズキャンセラ回路１１０５等に含まれる。

光電変換部１２０１は、入射光を光電変換することにより、入射光量に応じた信号電荷を生成する。

信号読み出し回路は、光電変換部１２０１で生成された信号電荷に応じた読み出し信号を生成する。この信号読み出し回路は、増幅トランジスタ１２０２と、選択トランジスタ１２０３と、リセットトランジスタ１２０６と、ＦＤ部（フローティングディフュージョン部）（図示せず。ノード電圧はＶ_ＦＤと記載。）とを含む。

増幅トランジスタ１２０２は、光電変換部１２０１で発生した信号電荷量を検出する。

選択トランジスタ１２０３は、増幅トランジスタ１２０２で検出された信号を列信号線１２０４へ伝達するか否かを制御する。

リセットトランジスタ１２０６は、光電変換部１２０１及びＦＤ部をリセットするためのリセット信号をＦＤ部に供給する。

制御回路１２０７は、フィードバックアンプ１２０５からの出力に応じて、リセットトランジスタ１２０６のＯＮ／ＯＦＦ状態を信号線を介して制御すると共に、リセットトランジスタ１２０６への入力レベルを、信号線を介して光電変換部１２０１へ接地電位（以下、ＧＮＤ）または、高レベル電位（以下Ｖ_ＨＩＧＨ）として印加する。

選択トランジスタ１２０３は、画素出力信号Ｖ_ＰＩＸＯを列増幅回路１２１２への入力端子に伝達するか否かを制御する。

トランジスタ１２１５、容量１２１３及び１２１４は直列に接続されている。トランジスタ１２１５は、バイアス電圧Ｖ_ＮＣＢを容量１２１３に印加するか否かを制御する。

列増幅回路１２１２で増幅された信号は、トランジスタ１２１５、容量１２１３及び１２１４で構成される差分回路に入力される。そして、当該差分回路は、信号相当分の電圧を差分動作によって検出する。

なお、本実施形態においては、画素アレイ１１０２の構成は実施の形態２（図４）と同様である。

図１１は、本実施の形態の駆動方法において、各制御線に与える電圧および、ある列の垂直信号線に現れる出力電圧を示すことで、典型的な駆動方法を説明する図である。図１１では読み出し動作が行われる行については、第（ｉ−１）行から第（ｉ＋１）行までしか記載していないが、第１行から第ｎ行まで同様の駆動を順次に行うことで一画面分の画像信号が得られることは当業者ならば容易に理解できるので省略している。また、ｉ行目の駆動期間を第（ｉ）走査期間（第（ｉ）Ｈ）、（ｉ−１）行目の駆動期間を第（ｉ−１）走査期間（第（ｉ−１）Ｈ）と記している。また、ノイズキャンセラ回路１１０５がノイズキャンセラ回路９０５と同様の構成を有するとして説明する。

第（ｉ）走査期間では、まずｓｅｌ＿（ｉ）をオンして、第（ｉ）行目の画素内の選択トランジスタ１２０３をオンする。すると、ＦＤ部に蓄積された電荷に対応する電圧Ｖ１が増幅トランジスタ１２０２により生成され、列信号線１２０４に出力される。この動作をスイッチ９０６をオンとした状態で行い、第一のＣＤＳ回路によってサンプリングする。次に（ｉ）行目のリセット動作を開始する。具体的には、スイッチ９０６をオフとし、ｒｅｓ＿（ｉ）をオンし、リセットトランジスタ１２０６によりＦＤ部をリセットする（リセットトランジスタ１２０６には電圧源などによりリセット電圧をあらかじめあたえておく）。そのあとｒｅｓ＿（ｉ）をオフすることで（ｉ）行目の第１回目のリセット動作を終了する。この時点で、第（ｉ）行目のリセット後出力は第二のＣＤＳ回路ではサンプリングされない。

次に第（ｉ＋１）走査期間においても同様に、ｓｅｌ＿（ｉ＋１）をオンして、第（ｉ＋１）行目の画素内の選択トランジスタ１２０３をオンする。すると、ＦＤ部に蓄積された電荷に対応する電圧Ｖ１が増幅トランジスタ１２０２により生成され、列信号線１２０４に出力される。この動作をスイッチ９１１をオンとした状態で行い、第二のＣＤＳ回路によってサンプリングする。次に（ｉ）行目のリセット動作を開始する。具体的には、スイッチ９０６をオフとし、ｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオンし、リセットトランジスタ１２０６によりＦＤ部をリセットする（リセットトランジスタ１２０６には電圧源などによりリセット電圧をあらかじめあたえておく）。そのあとｒｅｓ＿（ｉ＋１）をオフすることで（ｉ＋１）行目の第１回目のリセット動作を終了する。この時点で、第（ｉ＋１）行目のリセット後出力は第二のＣＤＳ回路ではサンプリングされない。

次に第（ｉ）行目の第２回目のリセット動作を行う。具体的には、スイッチ９０６を再びオンとし、ｓｅｌ＿（ｉ）、ｒｅｓ＿（ｉ）をオンとしてしかる後、ｒｅｓ＿（ｉ）、ｓｅｌ＿（ｉ）の順にオフとする。このときの垂直出力信号Ｖ２を第一のＣＤＳ回路によってサンプリングする。これにより、先ほどのサンプリング電圧Ｖ１とこの電圧Ｖ２との差が第一のＣＤＳ回路の出力電圧として得られる。そのあと、各列で得られるＣＤＳ回路の出力電圧を、水平駆動回路により順番に固体撮像装置外に出力し、第（ｉ）走査期間の駆動を終える。次の第（ｉ＋１）走査期間後も同様である。第（ｎ）走査期間が終われば、次のフレームの第（１）走査期間から繰り返される。次のフレームでの出力電圧Ｖ１は、前のフレームの出力電圧Ｖ２に、リセット動作のカップリングの影響の全くない各画素へ照射される光強度に対応した電圧のみが加算されたものになるので、ＣＤＳ回路により得られる電圧（Ｖ１−Ｖ２）は、光強度のみに依存した真の画像信号となる。従って、本実施形態においても、残像は全く発生しない高品質な画像の撮像が可能となる。ここで、リセット動作はフィードバックアンプ１２０５を介して、出力がフィードバックされた状態で行われている。このような構成とすることで、出力に現れるノイズはその反転が入力に帰還され、正符号成分と加算され、キャンセルされる。さらに、この第（ｉ）行目の第２回目のリセット終了時にリセット信号にテーパ形状を施して、急激なリセット動作をしない設定としている。このようなリセット動作とすることにより、フィードバックループの帯域が制限され、より高いノイズ低減効果が得られる。なお、このテーパリセット動作は第１回目のリセット時には本実施形態では必要ではないが、第１回目のリセット終了直後の信号をサンプリングして、ゼロレベルとして参照する場合には、テーパリセット動作とした方が、より高いノイズ低減効果を得ることができる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置の駆動方法について図１２と図１３を用いて説明する。本実施形態の固体撮像装置の構成は図１と、さらに画素部の断面構造は図２と同等である。

図１２は本実施形態の画素アレイ５０２を模式的に示したものであり、図１５と同等である。垂直走査方向に（２ｋ）行（２ｋとｎは等しい）の画素が配列されている。もしくは行数が奇数の場合、（２ｋ＋１）行と表すことができる。奇数の場合は説明が煩雑であるため省略するが、同様に考えることができるのはいうまでもない。ａは０以上ｋ以下の整数である。

図１３が本実施形態における駆動方法を示す図である。図１３はいわゆるインターレース駆動を示している。奇数フレームに奇数行の信号、偶数フレームに偶数行の信号を読み出す（この逆の組み合わせももちろん可能である）。各フレームで読み出されるのはｋ行分である。

奇数フレームにおいては、第（ａ）走査期間に、第（２ａ＋１）行目の画素信号を読み出す。具体的な動作としては、まず、ｓｅｌ＿（２ａ＋１）をオンし、垂直信号線に蓄積電荷量に対応する電圧を読み出し、ＣＤＳ回路などによりサンプリングする。次にｒｅｓ＿（２ａ＋１）をオンし、リセット動作を開始する。次にｒｅｓ＿（２ａ＋１）をオフし、リセット動作を終了したあと、リセット信号を垂直信号線から読み出し、ＣＤＳ回路などによりサンプリングする。そのあと、ｒｅｓ＿（２ａ）をオンし、（２ａ）行のリセット動作を開始する。そのあとｒｅｓ＿（２ａ）をオフしリセット動作を終了する。この時点では、（２ａ＋１）行目のリセット動作を終了して１走査期間未満しか経過していないので、（２ａ）行目のこのリセット動作では（２ａ＋１）行目の光照射量の影響をほとんどうけず、残像を防止することができる。この（２ａ）行目のリセット動作中は、ｓｅｌ＿（２ａ）はオンでもオフでも良いが（図１３中ではオンとしている）、選択用トランジスタゲート制御線と蓄積容量との寄生成分の出力信号への影響を抑制するためには、オンの方がよい。

偶数フレームにおける第（ａ）走査期間では、上述の奇数フレームにおける第（ａ）走査期間における第（２ａ＋１）行が第（２ａ）行、第（２ａ）行が第（２ａ−１）行にそれぞれ置き換わる。この動作により、１フレームの蓄積時間を確保し、かつ残像を防止することが出来る。

以上、本発明の固体撮像装置の駆動方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に有効である。

１０１、１２０１ 光電変換部
１０２ 画素電極
１０３ 電荷蓄積部
１０４ 画素読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）
１０５、１２０３ 選択トランジスタ
１０６、６１７、１２０６ リセットトランジスタ
１０７ 垂直信号線
５０１、１１０１ 固体撮像装置
５０２、１１０２ 画素アレイ
５０３ａ、５０３ｂ、１１０３ａ、１１０３ｂ 行信号駆動回路
５０４ 列アンプ回路
５０５、９０５、１１０５ ノイズキャンセラ回路
５０６、１１０６ 水平駆動回路
５０７、１１０７ 出力段アンプ
５１０、１１１０ 画素
６０１ マイクロレンズ
６０２ 赤色カラーフィルタ
６０３ 緑色カラーフィルタ
６０４ 青色カラーフィルタ
６０５ 保護膜
６０６ 平坦化膜
６０７ 上部電極（第２電極）
６０８ 光電変換膜
６０９ 電子ブロッキング層
６１０ 電極間絶縁膜
６１１ 下部電極（第１電極）
６１２ 配線間絶縁膜
６１３ 給電層
６１４ 配線層
６１５ ＦＤ部
６１６ 増幅トランジスタ
６１８ 基板
６１９ ウェル
６２０ ＳＴＩ領域（シャロウトレンチ分離領域）
６２１ 層間絶縁層
９０４ 列アンプ
９０６、９０８、９１０、９１１、９１３、９１５ スイッチ
９０７、９０９、９１２、９１４、１２１３、１２１４ 容量
１１０４ 列フィードバック回路
１２０２ 増幅トランジスタ
１２０４ 列信号線
１２０５ フィードバックアンプ
１２０７ 制御回路
１２１０、１２１５ トランジスタ
１２１２ 列増幅回路

Claims (6)

1. 水平走査方向にｍ列、垂直走査方向にｎ行の２次元状に配列された画素を含む固体撮像装置の駆動方法であって（ｎは２以上の整数、ｍは自然数とする）、
   ｉ行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の前記画素のリセット動作を終了するとき、（ｉ＋１）行目の前記画素がリセット動作中であるか、もしくは（ｉ＋１）行目の前記画素がリセット動作を終了してからの経過時間が１フレーム撮像時間未満である
   固体撮像装置の駆動方法。
2. ｊ水平走査期間（ｊは１以上（ｎ−１）以下の整数とする）の蓄積時間を与える電子シャッタの駆動を行い、
   ｉ行目の前記画素からの画素信号を読み出す走査期間中に、（ｉ＋ｊ）行目の前記画素のリセット動作を終了する前に、（ｉ＋ｊ＋１）行目の前記画素のリセット動作を開始する
   請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
3. （ｉ＋１）行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の画素信号読出し動作と、（ｉ＋１）行目のリセット動作の開始と、ｉ行目のリセット動作の終了とを順次行う
   請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
4. （ｉ＋１）行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の画素信号読出し動作と、（ｉ＋１）行目のリセット動作の開始と、（ｉ＋１）行目のリセット動作の終了と、（ｉ＋１）行目のリセット信号読出し動作と、ｉ行目のリセット動作の終了とを順次行う
   請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
5. （ｉ＋１）行目（ｉは１以上ｎ−１以下の整数とする）の画素信号読出し動作と、（ｉ＋１）行目のリセット動作の開始と、ｉ行目のリセット動作の終了と、ｉ行目のリセット信号読出し動作とを順次行う
   請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
6. 水平走査方向にｍ列、垂直走査方向に２ｋ行又は（２ｋ＋１）行の２次元状に配列された画素を含む固体撮像装置において（２ｋとｎとが等しい、又は（２ｋ＋１）とｎとが等しい）、
   （２ａ＋１）行目（ａは０以上ｋ以下の整数とする）の画素信号読出し動作と、（２ａ＋１）行目のリセット動作と、（２ａ＋１）行目のリセット信号読出し動作と、２ａ行目のリセット動作とを順次行う奇数フレームの駆動と、
   （２ａ＋２）行目の画素信号読出し動作と、（２ａ＋２）行目のリセット動作と、（２ａ＋２）行目のリセット信号読出し動作と、（２ａ＋１）行目のリセット動作とを順次行う偶数フレームの駆動とを含む
   請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。

Images