JPH11103420A - 固体撮像素子およびその駆動方法 - Google Patents

固体撮像素子およびその駆動方法

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JPH11103420A
JPH11103420A JP9261207A JP26120797A JPH11103420A JP H11103420 A JPH11103420 A JP H11103420A JP 9261207 A JP9261207 A JP 9261207A JP 26120797 A JP26120797 A JP 26120797A JP H11103420 A JPH11103420 A JP H11103420A
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亮司 鈴木
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和也 米本
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貴久 上野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デバイス外部にフレームメモリを用いたノイ
ズ除去回路を設け、このノイズ除去回路でノイズ除去を
行ったのでは、カメラシステムの規模が大きなものとな
る。 【解決手段】 フォトダイオード１２、選択用ＭＯＳト
ランジスタ１３および読み出し用ＭＯＳトランジスタ１
４からなる単位画素１１が行列状に２次元配置され、か
つ垂直信号線１５の各々にカラムアンプ１９が接続され
てなる固体撮像素子において、先ず垂直信号線１５をリ
セット用ＭＯＳトランジスタ２２でリセットしてそのリ
セットレベルを、次いでフォトダイオード１２から垂直
信号線１５に画素信号を読み出してその信号レベルを同
一経路（カラムアンプ１９や水平選択用ＭＯＳトランジ
スタ２０等）を経由して水平信号線１８に順次出力し、
しかる後ＣＳＤ回路２６でリセットレベルと信号レベル
の差分をとる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子および
その駆動方法に関し、特に垂直信号線の各々に増幅手段
（カラムアンプ）が接続されてなる固体撮像素子および
そのノイズを除去するための駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の固体撮像素子として、図
１３に示すように、単位画素１０１が行列状に２次元配
置され、垂直走査回路１０２によって垂直選択線１０３
を介して行選択がなされる構成のものにおいて、垂直信
号線１０４の各々にカラムアンプ１０５が接続され、単
位画素１０１の各々の画素信号がカラムアンプ１０５に
行単位で蓄えられるとともに、水平走査回路１０６によ
って列選択がなされ、水平信号線１０７およびセンスア
ンプ１０８を介して出力される構成のものが知られてい
る（例えば、米国特許第５，３４５，２６６号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来の固体撮像素子では、単位画素１０１の各々を
構成するＭＯＳトランジスタの画素ごとのＶｔｈ（閾
値）のバラツキがそのまま撮像素子の出力信号に乗って
きてしまう。このＶｔｈバラツキは、画素ごとに固定の
値を持つため、画面上に固定パターンノイズ（ＦＰＮ;F
ixed Patern Noise)として現れることになる。
【０００４】この固定パターンノイズを抑圧するために
は、デバイスの外部にフレームメモリを用いたノイズ除
去回路を設け、暗時の出力信号（ノイズ成分）および明
時の出力信号（映像成分）の一方を各画素ごとにフレー
ムメモリにあらかじめ記憶しておき、もう一方の画素の
信号との間で引き算を行うことにより、Ｖｔｈバラツキ
に起因するノイズ成分を除去する必要があった。したが
って、カメラシステムとしては、フレームメモリを用い
たノイズ除去回路を外付けとする分だけ規模が大きくな
ってしまう。
【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、固定パターンノイズ
をデバイス内部で抑圧可能な固体撮像素子およびそのノ
イズを除去するための駆動方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、入射光を光電変換しかつ光電変換によって得られ
た信号電荷を蓄積する光電変換素子、画素を選択する選
択用スイッチおよび光電変換素子から垂直信号線へ信号
電荷を読み出す読み出し用スイッチを有する単位画素が
行列状に２次元配置されてなる画素部と、垂直信号線の
各々に接続され、これら垂直信号線に読み出された信号
電荷を電気信号に変換する複数の増幅手段と、垂直信号
線の各々をリセットする複数のリセット手段とを具備す
る構成となっている。
【０００７】また、本発明による駆動方法は、上記構成
の固体撮像素子において、先ず垂直信号線をリセットし
てそのリセットレベルを、次いで光電変換素子から垂直
信号線に画素信号を読み出してその信号レベルを同一経
路を経由して順次出力し、しかる後リセットレベルと信
号レベルの差分をとるようにする。
【０００８】上記構成の固体撮像素子の単位画素の各々
において、各単位画素が選択用スイッチと読み出し用ス
イッチを有することで、画素単位での画素信号の読み出
しが可能となる。そこで、先ず垂直信号線をリセット
し、しかる後各画素信号を垂直信号線に読み出すこと
で、リセットレベルおよび信号レベルがその順番で１画
素ごとに得られる。そして、リセットレベルと信号レベ
ルの差分をとることで、画素の特性のバラツキに起因す
るノイズ成分をキャンセルできる。しかも、リセットレ
ベルおよび信号レベルが同一の経路を通して出力される
ことで、垂直に相関を持つ縦筋状のノイズ成分も原理的
に発生しない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１０】図１は、本発明の第１実施形態を示す概略
構成図である。図１において、破線で囲まれた領域が単
位画素１１を表している。この単位画素１１は、光電変
換素子であるフォトダイオード（ＰＤ）１２と、画素を
選択する選択用スイッチである選択用ＭＯＳトランジス
タ１３と、フォトダイオード１２から信号電荷を読み出
す読み出し用スイッチである読み出し用ＭＯＳトランジ
スタ１４とから構成され、行列状に２次元配置されてい
る。
【００１１】この単位画素１１において、フォトダイオ
ード１２は入射光を光電変換しかつ光電変換によって得
られた信号電荷を蓄積する機能を持つ、即ち光電変換と
電荷蓄積を兼ねている。このフォトダイオード１２のカ
ソード電極と垂直信号線１５の間には、選択用ＭＯＳト
ランジスタ１３および読み出し用ＭＯＳトランジスタ１
４が直列に接続されている。そして、選択用ＭＯＳトラ
ンジスタ１３のゲート電極は垂直選択線１６に、読み出
し用ＭＯＳトランジスタ１４のゲート電極は読み出しパ
ルス線１７にそれぞれ接続されている。
【００１２】垂直信号線１５の端部と水平信号線１８と
の間には、垂直信号線１５に読み出された信号電荷を電
圧信号に変換する増幅手段であるカラムアンプ１９と、
このカラムアンプ１９の出力電圧を選択的に水平信号線
１８に出力する水平選択用ＭＯＳトランジスタ２０が直
列に接続されている。なお、カラムアンプ１９として
は、信号電荷を信号電流に変換する回路構成のものであ
っても良い。カラムアンプ１９には、キャパシタ２１
と、垂直信号線１５をリセットするリセット手段である
リセット用ＭＯＳトランジスタ２２が並列に接続されて
いる。
【００１３】また、行選択のための垂直走査回路２３お
よび列選択のための水平走査回路２４が設けられてい
る。これら走査回路２３，２４は、例えばシフトレジス
タによって構成される。そして、垂直走査回路２３から
出力される垂直走査パルスφＶｍが垂直選択線１６に印
加され、また水平走査回路２４から出力される読み出し
パルスφＣｎが読み出しパルス線１７に、水平走査パル
スφＨｎが水平選択用ＭＯＳトランジスタ２０のゲート
電極に、リセットパルスφＲｎがリセット用ＭＯＳトラ
ンジスタ２２のゲート電極にそれぞれ印加される。
【００１４】水平信号線１８の出力端側には、水平出力
アンプ２５を介して例えば相関二重サンプリング回路
（以下、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling)回路と称
する）２６が差分回路として設けられている。このＣＤ
Ｓ回路２６は、単位画素１１の各々から水平信号線１８
を経由して順次供給されるリセットレベルと信号レベル
の差分をとるために設けられたものであり、差分回路と
しては回路構成が簡単であるという利点を持つ。ＣＤＳ
回路２６の具体的な回路構成については、後で詳細に説
明する。
【００１５】次に、上記構成の第１実施形態に係る固体
撮像素子の動作について、図２のタイミングチャートを
用いて図３のポテンシャル図を参照しつつ説明する。な
お、図３から明らかなように、フォトダイオード１２
は、ｎｐダイオードの表面側にｐ+ 層からなる正孔蓄積
構造を付加したＨＡＤ(Holl Accumulation Diode) セン
サ構成となっている。また、選択用ＭＯＳトランジスタ
１３および読み出し用ＭＯＳトランジスタ１４の各ゲー
ト電極１３ａ，１４ａは、１層のゲート電極からなるダ
ブルゲート構造となっている。ダブルゲート構造を採る
ことで、小面積化が図れる利点がある。
【００１６】先ず、ｍ行目の垂直走査パルスφＶｍが
“Ｌ”レベル状態にある期間ａでは、ｍ行目の画素１１
の各々においてフォトダイオード１２に信号電荷が蓄積
される一方、他の行の画素において信号電荷の読み出し
が行われる。
【００１７】次に、垂直走査パルスφＶｍが“Ｈ”レベ
ルに遷移すると、ｍ行目の単位画素１１の選択用ＭＯＳ
トランジスタ１３がオン状態となり、フォトダイオード
１２に蓄積された信号電荷が選択用ＭＯＳトランジスタ
１３に流れ込む。この状態において、リセットパルスφ
Ｒｎが“Ｈ”レベルになると、リセット用ＭＯＳトラン
ジスタ２２がオン状態となり、ｎ列目の垂直信号線１５
がカラムアンプ１９の基準電位Ｖｂにリセットされる。
そして、リセットパルスφＲｎが“Ｌ”レベルに遷移
し、しかる後水平走査パルスφＨｎが“Ｈ”レベルとな
ることで、水平選択用ＭＯＳトランジスタ２０がオン状
態となり、先ずノイズ成分が水平信号線１８に出力され
る（期間ｂ）。
【００１８】次いで、ｎ列目の読み出しパルスφＣｎが
“Ｈ”レベルに遷移すると、ｎ列目の単位画素１１の読
み出し用ＭＯＳトランジスタ１４がオン状態となり、フ
ォトダイオード１２に蓄積されていた信号電荷が、選択
用ＭＯＳトランジスタ１３および読み出し用ＭＯＳトラ
ンジスタ１４を通してｎ列目の垂直信号線１５へ読み出
しされる（期間ｃ）。
【００１９】続いて、垂直信号線１５につながるカラム
アンプ１９からのフィードバックにより、垂直信号線１
５はカラムアンプ１９の基準電位Ｖｂになり、信号に応
じた電荷がキャパシタ２１に読み出される（期間ｄ）。
そして、読み出しパルスφＣｎが“Ｌ”レベルに遷移す
ることで、水平走査パルスφＨｎが“Ｌ”レベルに遷移
するまでの期間ｅにおいて、信号成分が水平信号線１８
に出力される。それと同時に、フォトダイオード１２で
は次の電荷蓄積が開始される。
【００２０】上述した一連の動作により、ノイズ成分
（ノイズレベル）と信号成分（信号レベル）の順次出力
が、同一の経路（カラムアンプ１９や水平選択用ＭＯＳ
トランジスタ２９など）を経由して水平信号線１８上に
伝送される。これらはさらに、水平出力アンプ２５を通
してＣＤＳ回路２６に送られて、相関二重サンプリング
によるノイズキャンセルが行われる。
【００２１】図４に、ＣＤＳ回路２６の具体的な回路構
成の一例を示す。このＣＤＳ回路２６は、入力端子３１
に一端が接続されたクランプキャパシタ３３と、このク
ランプキャパシタ３３の他端に一方の主電極が接続され
たクランプＭＯＳトランジスタ３４と、クランプキャパ
シタ３３の他端に一方の主電極が接続されたサンプルホ
ールドＭＯＳトランジスタ３５と、このサンプルホール
ドＭＯＳトランジスタ３５の他方の主電極とグランドと
の間に接続されたサンプルホールドキャパシタ３６と、
サンプルホールドＭＯＳトランジスタ３５の他方の主電
極と出力端子３８との間に接続されたバッファアンプ３
７とから構成されている。
【００２２】このＣＤＳ回路２６において、クランプＭ
ＯＳトランジスタ３４の他方の主電極にはクランプ電圧
Ｖｃｌが、そのゲート電極にはクランプパルスφＣＬが
それぞれ印加される。また、サンプルホールドＭＯＳト
ランジスタ３５のゲート電極には、サンプルホールドパ
ルスφＳＨが印加される。
【００２３】上記構成のＣＤＳ回路２６を差分回路とし
て用い、順次供給されるノイズ成分と信号成分を使って
相関二重サンプリングを行うことにより、信号成分に含
まれるノイズ成分をキャンセルすることができる。特
に、水平信号線１８には同一の経路を通してリセット−
信号の順で出力され、ノイズ成分と信号成分の順次出力
が得られるので、単位画素１１のＭＯＳトランジスタの
Ｖｔｈバラツキのみならず、縦筋状の固定パターンノイ
ズの原因となるリセットノイズ（いわゆるｋＴＣノイ
ズ）をも抑圧できることになる。
【００２４】なお、本実施形態の変形例として、図２の
タイミングチャートから明らかなように、ｎ列目の読み
出しパルスφＣｎとｎ＋１列目のリセットパルスφＲｎ
＋１を共用することができる。さらに、ｎ列目の水平走
査パルスφＨｎとｎ＋１列目のリセットパルスφＲｎ＋
１を共用するタイミングでも、上述した場合と同じ動作
を得ることができる。
【００２５】また、回路的には、選択用ＭＯＳトランジ
スタ１３と読み出し用ＭＯＳトランジスタ１４の配置を
図１の逆にしても同様の動作を行うことが可能である。
ただし、電荷蓄積を行っているフォトダイオード１２側
に、１Ｈ（１水平期間）に１回ずつオン／オフを繰り返
す読み出し用ＭＯＳトランジスタ１４を配置すると、暗
電流の発生原因となる。したがって、図１に示すよう
に、フォトダイオード１２側に選択用ＭＯＳトランジス
タ１３を配置する方が、暗電流の発生を抑えることがで
きるので好ましい。
【００２６】また、図５のタイミングチャートに示すよ
うに、隣り合う垂直選択線を２本ずつ同時に駆動するこ
とにより、信号電荷の読み出し時に垂直方向における２
画素分の信号電荷が垂直信号線１５上で足し合わされる
ため、インターレースに対応したフィールド読み出しを
実現できる。具体的には、垂直走査パルスφＶを例え
ば、奇数フィールドでは…，φＶｍ−２とφＶｍ−１，
φＶｍとφＶｍ＋１，φＶｍ＋２とφＶｍ＋３，…の組
み合わせで、偶数フィールドでは組み合わせを変えて
…，φＶｍ−１とφＶｍ，φＶｍ＋１とφＶｍ＋２，…
の組み合わせで同時に発生させる。
【００２７】ところで、上記実施形態においては、選択
用ＭＯＳトランジスタ１３および読み出し用ＭＯＳトラ
ンジスタ１４の各ゲート電極１３ａ，１４ａが１層のゲ
ート構造であることから、プロセス的には簡単であり、
又工程数が少ないので安価であるという利点がある。
【００２８】その反面、図３から明らかなように、これ
らゲート電極１３ａ，１４ａの間にｎ+ 拡散領域が入っ
てしまうため、期間ｄから期間ｅに移行するタイミング
のときに、読み出し用ＭＯＳトランジスタ１４のゲート
電極１４ａで発生するフィードスルーのバラツキに起因
するノイズ成分が残ってしまう懸念がある。また、選択
されていない行の画素で発生したオーバーフロー電荷
が、この選択用ＭＯＳトランジスタ１３と読み出し用Ｍ
ＯＳトランジスタ１４の間に入り、スミア発生の原因と
なる懸念もある。
【００２９】そこで、図６のポテンシャル図に示す第１
実施形態の変形例に係る固体撮像素子では、選択用ＭＯ
Ｓトランジスタ１３および読み出し用ＭＯＳトランジス
タ１４の各ゲート電極１３ａ，１４ａを２層のゲート電
極からなるダブルゲート構造とし、隣接する部分をオー
バーラップさせた構成を採っている。なお、同図におい
て、期間ａ〜期間ｅは、図２のタイミングチャートにお
ける期間ａ〜期間ｅのポテンシャル状態を表しており、
基本的な動作は図３の場合と同じである。
【００３０】このように、選択用ＭＯＳトランジスタ１
３および読み出し用ＭＯＳトランジスタ１４の各ゲート
電極１３ａ，１４ａの隣接部分をオーバーラップさせる
ことにより、これらゲート電極１３ａ，１４ａ間に図３
に示すようなｎ+ 拡散領域が生じないため、期間ｄから
期間ｅに移行するタイミングのときに読み出し用ＭＯＳ
トランジスタ１４のゲート電極１４ａで発生するフィー
ドスルーのバラツキに起因するノイズ成分をも完全に転
送できることになる。
【００３１】したがって、この読み出し用ＭＯＳトラン
ジスタ１４のゲート電極１４ａに起因するノイズが発生
することはなくなる。また、フォトダイオード１２から
オーバーフローした電荷は垂直信号線１５に接続された
ｎ+ 拡散領域に直接入るために、信号電荷（画素信号）
の読み出し直前に垂直信号線１５のリセットを行うこと
により、スミアは１画素読み出し時間内に発生する電荷
分のみに抑えられることになる。
【００３２】図７は、本発明の第２実施形態を示す概略
構成図である。図７において、破線で囲まれた領域が単
位画素５１を表している。この単位画素５１は、第１実
施形態の場合と同様に、光電変換素子であるフォトダイ
オード（ＰＤ）５２と、画素を選択する選択用スイッチ
である選択用ＭＯＳトランジスタ５３と、フォトダイオ
ード５２から信号電荷を読み出す読み出し用スイッチで
ある読み出し用ＭＯＳトランジスタ５４とから構成さ
れ、行列状に２次元配置されている。
【００３３】この単位画素５１において、フォトダイオ
ード５２のカソード電極と垂直信号線５５の間には、読
み出し用ＭＯＳトランジスタ５４が接続されている。ま
た、読み出し用ＭＯＳトランジスタ５４のゲート電極と
読み出しパルス線５７の間には、選択用ＭＯＳトランジ
スタ５３が接続されている。この選択用ＭＯＳトランジ
スタ５３としては、例えばデプレッション型のものが用
いられる。そして、選択用ＭＯＳトランジスタ５３のゲ
ート電極は垂直選択線５６に接続されている。
【００３４】垂直信号線５５の端部と水平信号線５８と
の間には、垂直信号線５５に読み出された信号電荷を電
圧信号に変換するカラムアンプ５９と、このカラムアン
プ５９の出力電圧を選択的に水平信号線５８に出力する
水平選択用ＭＯＳトランジスタ６０が直列に接続されて
いる。カラムアンプ５９には、キャパシタ６１と、垂直
信号線５５をリセットするリセット用ＭＯＳトランジス
タ６２が並列に接続されている。
【００３５】また、行選択のための垂直走査回路６３お
よび列選択のための水平走査回路６４が設けられてい
る。これら走査回路６３，６４は、例えばシフトレジス
タによって構成される。そして、垂直走査回路６３から
出力される垂直走査パルスφｍが垂直選択線５６に印加
され、また水平走査回路６４から出力される読み出しパ
ルスφＣｎが読み出しパルス線５７に、水平走査パルス
φＨｎが水平選択用ＭＯＳトランジスタ６０のゲート電
極に、リセットパルスφＲｎがリセット用ＭＯＳトラン
ジスタ６２のゲート電極にそれぞれ印加される。水平信
号線５８の出力端側には、水平出力アンプ６５を介して
例えば図４に示す回路構成のＣＤＳ回路６６が差分回路
として設けられている。
【００３６】次に、上記構成の第２実施形態に係る固体
撮像素子の動作について、図８のタイミングチャートを
用いて図９および図１０のポテンシャル図を参照しつつ
説明する。なお、図９および図１０から明らかなよう
に、フォトダイオード５２は、ｎｐダイオードの表面側
にｐ+ 層からなる正孔蓄積構造を付加したＨＡＤセンサ
構成となっている。
【００３７】先ず、ｍ行目の垂直走査パルスφＶｍが
“Ｌ”レベル状態にある期間ａでは、ｍ行目の画素５１
の各々においてフォトダイオード５２に信号電荷が蓄積
される一方、他の行の画素において信号電荷の読み出し
が行われる。
【００３８】次に、垂直走査パルスφＶｍが“Ｈ”レベ
ルに遷移すると、ｍ行目の単位画素５１の選択用ＭＯＳ
トランジスタ５３がオン状態となる。この状態におい
て、リセットパルスφＲｎが“Ｈ”レベルになると、リ
セット用ＭＯＳトランジスタ６２がオン状態となり、ｎ
列目の垂直信号線５５がカラムアンプ６９の基準電位Ｖ
ｂにリセットされる。そして、リセットパルスφＲｎが
“Ｌ”レベルに遷移し、同時に水平走査パルスφＨｎが
“Ｈ”レベルとなることで、水平選択用ＭＯＳトランジ
スタ６０がオン状態となり、先ずノイズ成分が水平信号
線５８に出力される（期間ｂ）。
【００３９】次いで、ｎ列目の読み出しパルスφＣｎが
“Ｈ”レベルに遷移すると、既にオン状態にある選択用
ＭＯＳトランジスタ５３を通じて読み出し用ＭＯＳトラ
ンジスタ５４のゲート電極に読み出しパルスφＣｎが印
加される。これにより、フォトダイオード５２に蓄積さ
れていた信号電荷が、読み出し用ＭＯＳトランジスタ５
４を通してｎ列目の垂直信号線５５へ読み出される（期
間ｃ）。
【００４０】続いて、垂直信号線５５につながるカラム
アンプ５９からのフィードバックにより、垂直信号線５
５はカラムアンプ５９の基準電位Ｖｂになり、信号に応
じた電荷がキャパシタ６１に読み出される（期間ｄ）。
そして、読み出しパルスφＣｎが“Ｌ”レベルに遷移す
ることで、水平走査パルスφＨｎが“Ｌ”レベルに遷移
するまでの期間ｅにおいて、信号成分が水平信号線５８
に出力される。それと同時に、フォトダイオード６２で
は次の電荷蓄積が開始される。
【００４１】上述した一連の動作により、第１実施形態
の場合と同様に、ノイズ成分（ノイズレベル）と信号成
分（信号レベル）の順次出力が水平信号線５８上に得ら
れ、これらはさらに、水平出力アンプ６５を通してＣＤ
Ｓ回路６６に送られて、相関二重サンプリングによるノ
イズキャンセルが行われる。
【００４２】特に、本実施形態においては、選択用ＭＯ
Ｓトランジスタ５３のソース、ドレインを通して読み出
し用ＭＯＳトランジスタ５４のゲート電極に読み出しパ
ルスφＣｎを与えるようにしているので、選択用ＭＯＳ
トランジスタ５３および読み出し用ＭＯＳトランジスタ
５４のｋＴＣノイズの発生を抑えることができる。この
場合には、選択用ＭＯＳトランジスタ５３および読み出
し用ＭＯＳトランジスタ５４の各ゲート電極を１層のゲ
ート電極で構成できることから、プロセス的には簡単
で、又工程数が少なく安価であるという利点もある。
【００４３】また、選択用ＭＯＳトランジスタ５３とし
てデプレッション型ＭＯＳトランジスタを用いたこと
で、以下のような利点がある。
【００４４】１Ｈに１回、図９の期間ａのタイミング
で読み出し用ＭＯＳトランジスタ５４のゲート電極に０
Ｖが印加される。これに対し、通常のエンハンスメント
型ＭＯＳトランジスタを用いた場合は、信号電荷の蓄積
期間では、図１１の期間ａに示すように、選択用ＭＯＳ
トランジスタ５３がオフ状態にあるので、読み出し用Ｍ
ＯＳトランジスタ５４のゲート電極に０Ｖが印加されな
い。したがって、１フィールド期間、読み出し用ＭＯＳ
トランジスタ５４は電位をホールドしておかなければな
らない。しかし、逆バイアスリーク電流や光の漏れ込み
などが大きいとゲートの電位がホールドできず、１フィ
ールドの期間中で変化してしまう。
【００４５】読み出し用ＭＯＳトランジスタ５４のポ
テンシャルの合わせ込みにより、読み出し用ＭＯＳトラ
ンジスタ５４がエンハンスメント型となっても、選択用
ＭＯＳトランジスタ５３にデプレッション型を用いれ
ば、図１０の期間ｆのタイミングで読み出し用ＭＯＳト
ランジスタ５４のゲート電極にプラスの電位がかかり、
オーバーフロー動作が可能となる。その結果、ブルーミ
ングを抑えられる。
【００４６】なお、本実施形態では、選択用ＭＯＳトラ
ンジスタ５３としてデプレッション型ＭＯＳトランジス
タを用いるとしたが、これに限定されるものではなく、
上述した如きデプレッション型特有の効果は得られない
ものの、エンハンスメント型を用いた場合であっても、
先述した本実施形態特有の効果を得ることは可能であ
る。図１１および図１２に、選択用ＭＯＳトランジスタ
５３としてエンハンスメント型ＭＯＳトランジスタを用
いた場合のポテンシャル図を示す。
【００４７】この第２実施形態に係る固体撮像素子の場
合にも、第１実施形態に係る固体撮像素子の場合と同様
に、図５のタイミングチャートに示すように、隣り合う
垂直選択線を２本ずつ同時に駆動することにより、イン
ターレースに対応したフィールド読み出しを実現でき
る。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
垂直信号線の各々にカラムアンプが接続されてなる固体
撮像素子において、各画素の信号を画素単位で読み出し
可能な構成とし、先ず垂直信号線をリセットしてそのリ
セットレベルを、次いで光電変換素子から垂直信号線に
画素信号を読み出してその信号レベルを同一経路を経由
して順次出力し、しかる後リセットレベルと信号レベル
の差分をとるようにしたので、単位画素ごとの特性バラ
ツキに起因する固定パターンノイズおよび垂直に相関を
持つ縦筋状の固定パターンノイズをデバイス内部で抑圧
できる。これにより、当該固体撮像素子を撮像デバイス
として用いるカメラシステムの規模の縮小化に寄与でき
ることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略構成図であ
る。
【図２】第１実施形態に係る動作説明のためのタイミン
グチャートである。
【図３】第１実施形態に係る動作説明のためのポテンシ
ャル図である。
【図４】ＣＤＳ回路の構成の一例を示す回路図である。
【図５】フィールド読み出しを行う場合のタイミングチ
ャートである。
【図６】第１実施形態の変形例に係る動作説明のための
ポテンシャル図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示す概略構成図であ
る。
【図８】第２実施形態に係る動作説明のためのタイミン
グチャートである。
【図９】第２実施形態に係る動作説明のためのポテンシ
ャル図（その１）である。
【図１０】第２実施形態に係る動作説明のためのポテン
シャル図（その２）である。
【図１１】第２実施形態の変形例のポテンシャル図（そ
の１）である。
【図１２】第２実施形態の変形例のポテンシャル図（そ
の２）である。
【図１３】従来例を示す回略構成図である。
【符号の説明】
１１，５１…単位画素、１２，５２…フォトダイオード
（光電変換素子）、１３，５３…選択用ＭＯＳトランジ
スタ、１４，５４…読み出し用ＭＯＳトランジスタ、１
５，５５…垂直信号線、１６，５６…垂直選択線、１
７，５７…読み出しパルス線、１８，５８…水平信号
線、１９，５９…カラムアンプ、２０，６０…水平選択
用ＭＯＳトランジスタ、２２，６２…リセット用ＭＯＳ
トランジスタ、２３，６３…垂直走査回路、２４，６４
…水平走査回路、２６，６６…ＣＤＳ（相関二重サンプ
リング）回路

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射光を光電変換しかつ光電変換によっ
    て得られた信号電荷を蓄積する光電変換素子、画素を選
    択する選択用スイッチおよび前記光電変換素子から垂直
    信号線へ信号電荷を読み出す読み出し用スイッチを有す
    る単位画素が行列状に２次元配置されてなる画素部と、 前記垂直信号線の各々に接続され、これら垂直信号線に
    読み出された信号電荷を電気信号に変換する複数の増幅
    手段と、 前記垂直信号線の各々をリセットする複数のリセット手
    段とを具備することを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項２】 前記光電変換素子は、ＨＡＤセンサ構成
    のフォトダイオードであることを特徴とする請求項１記
    載の固体撮像素子。
  3. 【請求項３】 前記リセット手段は、１画素前の読み出
    しタイミング又は水平走査タイミングに同期して前記垂
    直信号線をリセットすることを特徴とする請求項１記載
    の固体撮像素子。
  4. 【請求項４】 前記リセット手段は、前記光電変換素子
    からの信号電荷の読み出し直前で前記垂直信号線をリセ
    ットすることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素
    子。
  5. 【請求項５】 前記選択用スイッチおよび前記読み出し
    用スイッチは、前記光電変換素子と前記垂直信号線との
    間に直列に接続されていることを特徴とする請求項１記
    載の固体撮像素子。
  6. 【請求項６】 前記選択用スイッチが前記光電変換素子
    側に配されていることを特徴とする請求項５記載の固体
    撮像素子。
  7. 【請求項７】 前記選択用スイッチおよび前記読み出し
    用スイッチは、ダブルゲート構造のＭＯＳトランジスタ
    からなることを特徴とする請求項５記載の固体撮像素
    子。
  8. 【請求項８】 前記選択用スイッチおよび前記読み出し
    用スイッチの各ゲート電極は２層のゲート電極からな
    り、隣接する部分がオーバーラップしていることを特徴
    とする請求項７記載の固体撮像素子。
  9. 【請求項９】 前記読み出し用スイッチは前記光電変換
    素子と前記垂直信号線との間に接続され、前記選択用ス
    イッチは前記読み出し用スイッチの制御電極と読み出し
    パルス線との間に接続されていることを特徴とする請求
    項１記載の固体撮像素子。
  10. 【請求項１０】 前記選択用スイッチは、デプレッショ
    ン型ＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする請求
    項９記載の固体撮像素子。
  11. 【請求項１１】 前記垂直信号線と水平信号線との間
    に、前記リセット手段によるリセット時の前記垂直信号
    線上のリセットレベルとリセット後に前記垂直信号線上
    に読み出された信号レベルとを共通に出力する水平選択
    用スイッチを備えたことを特徴とする請求項１記載の固
    体撮像素子。
  12. 【請求項１２】 前記水平選択用スイッチによって順次
    出力された前記リセットレベルと前記信号レベルの差分
    をとる差分回路を備えたことを特徴とする請求項１１記
    載の固体撮像素子。
  13. 【請求項１３】 前記差分回路は相関二重サンプリング
    回路であることを特徴とする請求項１２記載の固体撮像
    素子。
  14. 【請求項１４】 入射光を光電変換しかつ光電変換によ
    って得られた信号電荷を蓄積する光電変換素子、画素を
    選択する選択用スイッチおよび前記光電変換素子から垂
    直信号線へ信号電荷を読み出す読み出し用スイッチを有
    する単位画素が行列状に２次元配置されてなる画素部
    と、前記垂直信号線の各々に接続され、これら垂直信号
    線に読み出された信号電荷を電圧信号に変換する複数の
    増幅手段とを具備する固体撮像素子において、 先ず前記垂直信号線をリセットしてそのリセットレベル
    を、次いで前記光電変換素子から前記垂直信号線に画素
    信号を読み出してその信号レベルを同一経路を経由して
    順次出力し、 しかる後前記リセットレベルと前記信号レベルの差分を
    とることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
  15. 【請求項１５】 隣り合う垂直選択線２本ずつを同時に
    順次駆動し、かつ垂直信号線上で垂直方向における２画
    素分の信号電荷を混合することを特徴とする請求項１４
    記載の固体撮像素子の駆動方法。
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