专利名称：固态摄像装置和摄像方法
技术领域：
本发明涉及一种固态摄像装置和摄像方法，特别是涉及一种抑制固态摄像装置的动态范围下降的技术。
背景技术：
一直以来，固态摄像装置通常使用MOS型装置。在固态摄像装置的内部配备基于受光量生成信号电位的多个象素单元，它们利用共用的输出线将信号电位传送到信号处理部。这样的多个象素单元共用输出线的固态摄像装置中，为了分时利用输出线，需要具备象素单元选择功能，以便只有特定象素单元输出信号电位，而其他象素单元不输出信号电位。另外，需要扫描电路，使多个象素单元逐个依次动作。
上述选择功能通过在各象素单元的输出端设置开关晶体管来解决，在此情况下，必须为全部象素单元设置开关晶体管，无法满足固态摄像装置的尺寸缩小的要求。于是，日本国特开2003-46864号公报中公开了一种技术共同供给到各象素单元的电源电位不是固定电位，而是周期性在高电位和低电位之间迁移，由此，无需设置上述开关晶体管也可以有选择地使特定象素单元输出信号电位。
另外，关于扫描电路，日本国特开2003-46879号公报中公开了一种由动态逻辑构成的扫描电路。特别是，借助于使用了NMOS晶体管的动态逻辑，能够使扫描电路更高速地动作。
但是，一同具有利用上述那样的电位周期性迁移的电源电路和由动态逻辑构成的扫描电路的固态摄像装置存在以下问题。
由动态逻辑构成的扫描电路在针对被选择的象素单元输出信号时，其输出端的电位为Hi电位或Lo电位之一，而非选择的象素单元的输出端则呈高阻抗，连接高阻抗的输出端和非选择的象素单元的信号线呈浮置状态。
信号线变为浮置状态的话，由于集成电路的结构中固有的耦合电容，受到在高电位与低电位之间重复迁移的电源电位的影响。特别是，当电源电位从低电位迁移至高电位时，浮置状态的信号线的电位经由耦合电容上升，就好像对非选择的象素单元提供了使其变为选择状态的信号。由此，从非选择的象素单元输出了信号电位，输出信号线的电位被调制，无法正确检测出正常选择的象素单元所输出的信号电位。
另外，用来检测来自象素单元的信号电位的信号处理部在象素单元最初输出基准电位之后，根据该象素单元的受光量而下降的信号电位部分被作为象素信号读取出来，象素信号越大，输出线的电位越低，因此，此时无法忽略非选择的象素单元所产生的对输出信号线的调制的影响。这意味着动态范围的下降。
发明内容
本发明的目的是提供能够满足尺寸缩小化、动作高速化要求的同时抑制动态范围下降的固态摄像装置和摄像方法。
本发明的固态摄像装置，在电荷保持部保持与受光量相对应的电荷的多个象素单元配置为矩阵状，基于被置为有效状态的象素单元中电荷保持部的电荷的波动而输出的象素信号、经由各列中同一列象素单元被共同连接的多个输出线检测出来，其具备各象素单元单独的电源开关，用来开关周期性地重复输出高电位和低电位的输出电路及各象素单元内的电荷保持部；多个行控制信号线，用来共同连接各行中同一行的象素单元，以行为单位控制上述电源开关的开关；行扫描电路，用来依次选择行，针对该选择行的行控制信号线一直提供使上述电源开关开启的开电位和使该电源开关关闭的闭电位的某一个，当上述输出电路的输出为高电位时，在使上述电源开关关闭后打开，由此使该象素单元变为有效，进一步，之后当上述输出电路的输出为低电位时，在使上述电源开关关闭后打开，由此使该象素单元变为无效，针对非选择行的行控制信号线则既不提供上述开电位也不提供上述闭电位，使之呈高阻抗；以及电位赋予单元，用来在上述输出电路的输出从低电位升至高电位之前直到上升后，对上述非选择行的行控制信号线提供上述开电位。
借助于上述结构，在电源电位从低电位升至高电位前后，非选择行的行控制信号线的电位变为开启电源开关的开电位。由此，非选择行的行控制信号线至少在该期间内不会变成浮置状态。即，随着电源电位的上升，不再有耦合电容引起的浮置状态的行控制信号线的电位上升，即使是非选择行的象素单元，也不会输出信号。
因此，能够抑制固态摄像装置的动态范围的下降。
另外，上述电位赋予单元也可以针对全部行控制信号线提供上述开电位，无论在上述行扫描电路针对选择行的行控制信号线提供开电位时是非选择行还是选择行。
固态摄像装置依次执行下述动作利用行扫描电路选择1行，使选择行的象素单元变为有效，检测出该象素单元的象素信号后，使该象素单元无效，然后选择下一行。即，选择行随时间而变化，不是固定的。因此，在将行控制信号线的电位置为开电位的动作只针对非选择行的行控制信号线执行的情况下，需要只选择非选择行的行控制信号线所需的特殊功能。
但是，借助于上述结构，选择行的行控制信号线虽然本来不是浮置状态，但通过将全部行控制信号线共同置为开电位，就无需具备特殊的功能。
另外，上述固态摄像装置也可以进一步具备用来开关表示上述开电位的GND部和各行的行控制信号线的多个GND开关及用来统一控制上述GND开关的开关的统一控制信号线，上述电位赋予单元也可以对上述统一控制信号线提供使上述GND开关关闭的电位。
借助于上述结构，各个行控制信号线经由GND开关连接到GND部。依照此种方式，可以只在必须使用开关时将行控制信号线与GND部连接起来，抑制了电力的消耗量。
另外，上述固态摄像装置也可以进一步具备用来将表示上述开电位的GND部和各行的行控制信号线连接起来的阻抗元件，上述电位赋予单元也可以通过上述行扫描电路使非选择的行控制信号线呈高阻抗来对该行控制信号线提供上述开电位。
借助于上述结构，各个行控制信号线经由阻抗元件与GND电位连接。依照此种方式，通过预先使用阻抗元件进行固定连接，即使不设置特殊的控制电路等，非选择行的行控制信号线的电位也能够保持在GND电位。
另外，上述固态摄像装置也可以进一步具备各象素单元单独的读开关，用来开关在各象素单元中根据受光量生成电荷的光电变换部及上述电荷保持部；多个读信号线，用来共同连接各行中同一行的象素单元，以行为单位控制上述读开关的开关；上述行扫描电路，进一步针对上述选择行的读信号线一直提供使上述读开关开启的开电位和使该读开关关闭的闭电位的某一个，当上述象素单元被置为有效时，在使上述读开关关闭后打开，由此使上述电荷保持部的电荷波动，针对非选择行的读信号线则既不提供上述开电位也不提供上述闭电位，使之呈高阻抗；上述电位赋予单元进一步在上述输出电路的输出从低电位升至高电位之前直到上升后，对上述非选择行的读信号线提供上述开电位。
借助于上述结构，在电源电位从低电位升至高电位前后，非选择行的读信号线的电位变为开启读开关的开电位。由此，非选择行的读信号线至少在该期间内不会变成浮置状态。即，随着电源电位的上升，不再有耦合电容引起的浮置状态的读信号线的电位上升，即使是非选择行的象素单元，也不会开启读开关。
因此，能够抑制由于光电变换部中积蓄下来的电荷泄漏到电荷保持部而引起的固态摄像装置的动态范围的下降。
另外，上述电位赋予单元也可以针对全部读信号线提供上述开电位，无论在上述行扫描电路针对选择行的读信号线提供开电位时是非选择行还是选择行。
固态摄像装置依次执行下述动作利用行扫描电路选择1行，使选择行的象素单元变为有效，检测出该象素单元的象素信号后，使该象素单元无效，然后选择下一行。即，选择行随时间而变化，不是固定的。因此，在将读信号线的电位置为开电位的动作只针对非选择行的读信号线执行的情况下，需要只选择非选择行的读信号线所需的特殊功能。
但是，借助于上述结构，选择行的读信号线虽然本来不是浮置状态，但通过将全部读信号线共同置为开电位，就无需具备特殊的功能。
另外，上述固态摄像装置也可以进一步具备用来开关表示上述开电位的GND部和各行的读信号线的多个GND开关及用来统一控制上述GND开关的开关的统一控制信号线，上述电位赋予单元也可以对上述统一控制信号线提供使上述GND开关关闭的电位。
借助于上述结构，各个读信号线经由GND开关连接到GND部。依照此种方式，可以只在必须使用开关时将读信号线与GND部连接起来，抑制了电力的消耗量。
另外，上述固态摄像装置也可以进一步具备用来将表示上述开电位的GND部和各行的读信号线连接起来的阻抗元件，上述电位赋予单元也可以通过上述行扫描电路使非选择的读信号线呈高阻抗来对该读信号线提供上述开电位。
借助于上述结构，各个读信号线经由阻抗元件与GND电位连接。依照此种方式，通过预先使用阻抗元件进行固定连接，即使不设置特殊的控制电路，非选择行的读信号线的电位也能够保持在GND电位。
另外，上述行扫描电路也可以通过使用了NMOS晶体管的动态逻辑构成。
借助于上述结构，行扫描电路的动作变得更高速。
本发明的固态摄像装置的摄像方法，该装置中，在电荷保持部保持与受光量相对应的电荷的多个象素单元配置为矩阵状，基于被置为有效状态的象素单元的电荷保持部的电荷的波动而输出的象素信号、经由各列中同一列象素单元被共同连接的多个输出线检测出来，该方法的特征在于，包含行扫描步骤，用来依次选择行，针对用来对周期性地重复输出高电位和低电位的输出电路和各象素单元内的电荷保持部进行开关的各象素单元中的各个电源开关，针对以行为单位对该电源开关的开关进行控制的、将各行中同一行的象素单元共同连接起来的多个行控制信号线之中该选择行的行控制信号线，一直提供使上述电源开关开启的开电位和使该电源开关关闭的闭电位的某一个，当上述输出电路的输出为高电位时，在使上述电源开关关闭后打开，由此使该象素单元变为有效，进一步，之后当上述输出电路的输出为低电位时，在使上述电源开关关闭后打开，由此使该象素单元变为无效，针对非选择行的行控制信号线则既不提供上述开电位也不提供上述闭电位，使之呈高阻抗；以及电位赋予步骤，用来在上述输出电路的输出从低电位升至高电位之前直到上升后，对上述非选择行的行控制信号线提供上述开电位。
借助于上述结构，在电源电位从低电位升至高电位前后，非选择行的行控制信号线的电位变为开启电源开关的开电位。由此，非选择行的行控制信号线至少在该期间内不会变成浮置状态。即，随着电源电位的上升，不再有耦合电容引起的浮置状态的行控制信号线的电位上升，即使是非选择行的象素单元，也不会输出信号。
因此，能够抑制固态摄像装置的动态范围的下降。
另外，上述固态摄像装置也可以进一步具备各象素单元单独的读开关，用来开关在各象素单元中根据受光量生成电荷的光电变换部及上述电荷保持部；多个读信号线，用来共同连接各行中同一行的象素单元，以行为单位控制上述读开关的开关；上述行扫描步骤进一步针对上述选择行的读信号线一直提供使上述读开关开启的开电位和使该读开关关闭的闭电位的某一个，当上述象素单元被置为有效时，在使上述读开关关闭后打开，由此使上述电荷保持部的电荷波动，针对非选择行的读信号线则既不提供上述开电位也不提供上述闭电位，使之呈高阻抗；上述电位赋予步骤进一步在上述输出电路的输出从低电位升至高电位之前直到上升后，对上述非选择行的读信号线提供上述开电位。
借助于上述结构，在电源电位从低电位升至高电位前后，非选择行的读信号线的电位变为开启读开关的开电位。由此，非选择行的读信号线至少在该期间内不会变成浮置状态。即，随着电源电位的上升，不再有耦合电容引起的浮置状态的读信号线的电位上升，即使是非选择行的象素单元，也不会开启读开关。
因此，能够抑制由于光电变换部中积蓄下来的电荷泄漏到电荷保持部而引起的固态摄像装置的动态范围的下降。
图1是表示第1实施方式的固态摄像装置的结构的图。
图2是表示固态摄像装置的驱动脉冲的图。
图3是表示行扫描电路的结构的图。
图4是表示从行扫描电路的各结构元素输出的脉冲的图。
图5是表示生成VDDCELL、ALLRS脉冲、复位脉冲的逻辑电路的一个实例的图。
图6是表示选择电路内部的AND电路的结构的图。
图7是表示AND电路的脉冲的图。
图8是表示第2实施方式的固态摄像装置的结构的图。
图9是表示固态摄像装置的驱动脉冲的图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)<概要>
本实施方式在VDDCELL电位上升前后将复位信号线与GND连接，由此抑制伴随着VDDCELL电位上升而产生的复位晶体管的栅电位的上升。因此，非选择行的电荷保持部的电位保持为Lo电位，非选择行的象素单元不再向输出信号线输出信号电位。由此，能够抑制动态范围的下降。
<结构>
图1是表示第1实施方式的固态摄像装置的结构的图。
固态摄像装置由摄像部、行扫描电路、信号处理部、负载电路、列扫描电路及ALLRS电路构成，读出各象素单元根据受光量输出的象素信号。
各象素单元在摄像部配置为矩阵状。各列的象素单元连接到共用的输出信号线，各行的象素单元连接到共用的读线和复位信号线。各列的输出信号线连接到信号处理部和列扫描电路，各行的读信号线和复位信号线连接到行扫描电路。
象素单元10由光电变换元件11、读晶体管12、复位晶体管13、放大晶体管14、电荷保持部15、输出端16构成。
光电变换元件11根据受光量生成电荷。
读晶体管12通常为OFF状态，仅在读脉冲为Hi电位时变为ON状态，将光电变换元件11生成的电荷传送到电荷保持部15。
电荷保持部15相当于集成电路内的PN接合部，通过保持所提供的电荷来保持电位，根据该电位来控制从放大晶体管14的VDDCELL流向输出信号线的电流。
复位晶体管13通常为OFF状态，仅在复位脉冲为Hi电位时变为ON状态。
另外，VDDCELL是周期性地重复Hi电位和Lo电位的电源电路。
由于象素单元10具有如上所述的结构，当VDDCELL为Hi电位时复位晶体管13变为ON状态后，电荷保持部15的电位变为Hi电位。随之，放大晶体管14变为ON状态，电流从VDDCELL流向输出端16，输出信号线的电位上升至基准电位。其后，将读晶体管12置为ON状态、使光电变换元件11和电荷保持部15导通后，电荷保持部15的电位相应于光电变换元件11所生成的电荷量而下降。相应于该下降量，输出信号线的电位经由放大晶体管14而下降为信号电位。信号处理部检测出上述基准电位与信号电位之间的电位差，作为象素信号。其后，当VDDCELL为Lo电位时复位晶体管13变为ON状态后，电荷保持部15的电位变为Lo电位。随之，放大晶体管14变为OFF状态。
这样，当VDDCELL为Hi电位时将复位晶体管13置为ON状态后再置为OFF状态，由此能够使象素单元10变为有效；当VDDCELL为Lo电位时将复位晶体管置为ON状态后再置为OFF状态，由此能够使象素单元10变为无效。此外，象素单元变为有效后直至变为无效期间，读出象素信号。其他象素单元也与象素单元10结构相同，因此省略其说明。
行扫描电路80用来选择1行、向为了使属于选择行的象素单元有效所需的复位信号线提供复位脉冲，其后，通过向读信号线提供读脉冲，使象素单元输出信号电位，向为了使该象素单元无效所需的复位信号线提供复位脉冲。行扫描电路80以上述动作为1个周期，对各行进行扫描。此外，行扫描电路80由使用了NMOS晶体管的动态逻辑构成。
负载电路91是在信号处理部92检测输出信号线的电位时向输出信号线注入固定电流所需的电路。
列扫描电路93是为信号处理部92选择特定列的电路。由此，信号处理部92能够将所读出的选择行的象素信号逐列依次输出。
ALLRS电路94由将各复位信号线和GND连接起来的GND晶体管61、62构成，通过ALLRS脉冲控制ON状态和OFF状态。由此，在ALLRS脉冲处于Hi电位期间，GND晶体管61、62为ON状态，复位信号线的电位为GND电位。
如果行扫描电路80由使用了NMOS晶体管的动态逻辑构成，则例如当象素单元10所属的行为选择行、象素单元20所属的行为非选择行时，选择行的复位信号线97的电位只在行扫描电路80提供复位脉冲时为Hi电位，除此之外都是Lo电位。另外，非选择行的复位信号线98的电位为浮置状态。
在这种状态下，当VDDCELL从Lo电位上升为Hi电位时，复位晶体管23的栅电位经由象素单元20中存在的耦合电容28而上升。这样一来，复位晶体管23变为ON状态，电荷保持部25变为Hi电位，放大晶体管24随之就会产生电流。由此，输出信号线的电位被调制，固态摄像装置的动态范围下降。
因此，在借助于ALLRS电路94使VDDCELL由Lo电位上升为Hi电位时，将复位信号线的电位固定为GND电位、为非浮置状态，由此，能够将复位晶体管23保持为OFF状态。由此，如上所述，即使是非选择行的象素单元，也能够防止电流流入输出信号线，抑制了动态范围的下降。
图2是表示固态摄像装置的驱动脉冲的图。
本实施方式的驱动脉冲的特征为，在图2的g点，当VDDCELL的电位Lo电位上升为Hi电位前后，提供ALLRS脉冲。由此，GND晶体管61、62变为ON状态，各行的复位信号线与GND连接。
另外，依照此种方式，由于在VDDCELL的电位从Lo电位上升为Hi电位前后复位信号线与GND连接，因此，非选择行的复位晶体管中即使存在耦合电容，栅电位也不会波动。因此，非选择行的电荷保持部的电位保持为Lo电位，即使是非选择行的像素单元，也能够防止电流的流出。由此，即使使用由使用了NMOS晶体管的动态逻辑构成的行扫描电路，也能够抑制固态摄像装置的动态范围的下降。
此外，本实施方式中，将ALLRS脉冲置为Hi电位的时机定为源时钟的第17个周期的上升沿、置为Lo电位的时机定为第19个周期的上升沿，但并不限于此，只要是避开横跨VDDCELL从Lo电位上升为Hi电位的期间(第18个周期)并且复位脉冲n为Hi电位的时间即可。
以下详细说明用来生成上述各种脉冲的行扫描电路80的结构。
图3是表示行扫描电路的结构的图。
另外，图4是表示从图3的行扫描电路的各结构元素输出的脉冲的图。
如图3所示，行扫描电路由脉冲生成部81、移位寄存器82及选择电路83构成。
脉冲生成部81由计数器等构成，在基于图2所示的源时钟Clk预先设定的时序中，生成并输出所设定的幅度的脉冲。
脉冲生成部81基于源时钟Clk生成表示Hi电位的时序不同的输出信号Out、读脉冲Read、复位脉冲Reset，将输出信号Out输出到移位寄存器82、将读脉冲Read和复位脉冲Reset输出到选择电路83、将ALLRS脉冲输出到ALLRS电路84。
移位寄存器82基于输出信号Out生成表示Hi电位的时序不同的Out1、Out2，分别从不同端子输出。
选择电路83接收脉冲生成部81生成的Read和Reset。选择电路的单元85具有将Out和Read的逻辑与作为Read1输出的AND电路、将Out和Reset的逻辑与作为Reset1输出的AND电路。另外，选择电路的单元86也同样具有2个AND电路。
从选择电路83输出的Read1、Read2、及Reset1、Reset2经由ALLRS电路84输入到摄像部。
依照此种方式输出的Read1、Reset1是图2中的读脉冲n、复位脉冲n，Read2、Reset2是图2中的读脉冲n+1、复位脉冲n+1，ALLRS相当于图2的ALLRS脉冲。
图5是表示生成VDDCELL、ALLRS脉冲、复位脉冲的逻辑电路的一个实例的图。
(a)中所示的计数器101计数图2所示的源时钟Clk，将其数目输出为计数器输出。此外，本实施方式中，以用户操作(例如，如果该固态摄像装置用于数字照相机，就是用户的快门操作)等为触发，从第1周期开始计数，在第19周期复位。
(b)表示图2所示的生成VDDCELL的逻辑电路。VDDCELL由SR锁存102和AND元件103生成。
SR锁存102在计数器输出为15时设置，计数器输出为18时复位。另外，AND元件103用来输出SR锁存102的反转输出与保持为固定的Hi电位的VDD的逻辑与。
由此，VDDCELL从源时钟Clk的第15个周期的上升沿至第18个周期的上升沿为止呈Lo电位，除此之外都呈Hi电位。
(c)表示生成图2所示的ALLRS脉冲的逻辑电路。ALLRS脉冲由SR锁存104和AND元件105生成。
SR锁存104在计数器输出为17时设置，计数器输出为19时复位。另外，AND元件105用来输出SR锁存104的输出与VDD的逻辑与。
由此，ALLRS脉冲从源时钟Clk的第17个周期的上升沿至第19个周期的上升沿为止呈Hi电位，除此之外都呈Lo电位。
(d)表示生成图3所示的复位脉冲Read的逻辑电路。复位脉冲Read由SR锁存106、SR锁存107、OR元件108及AND元件109生成。
SR锁存106在计数器输出为6时设置，计数器输出为7时复位。另外，SR锁存107在计数器输出为16时设置，计数器输出为17时复位。OR元件108用来输出SR锁存106的输出与SR锁存107的输出的逻辑与。AND元件109用来输出OR元件108的输出与VDD的逻辑与。
由此，复位脉冲Read在源时钟Clk的第6个周期的上升沿至第7个周期的上升沿为止、以及第16个周期的上升沿至第17个周期的上升沿为止呈Hi电位，除此之外都呈Lo电位。
依照此种方式，固态摄像装置中使用的各种脉冲都以源时钟Clk为基础以预定的时序生成为预定幅度的脉冲。
图6是表示图3的选择电路内部的AND电路的结构的图。
另外，图7是表示图6的AND电路的脉冲的图。
AND电路由AND晶体管110和电容器111构成。图6中表示的是输出Out1和Reset的逻辑与的AND电路，输出Out1和Read的逻辑与的AND电路等其他的AND电路也是同样的结构。
AND晶体管110的漏极输入Reset，利用输入栅极的Out1的电位控制输出电位。如果输入Hi电位作为Out1(图7、S1)，则AND晶体管的栅电位上升，成为ON状态。这时，漏极和源极被连接起来，AND晶体管110输出Reset的电位。即，Reset如果是Lo电位，则输出Lo电位作为Reset1。另外，如果Reset为Hi电位(图7、S2)，则与此相应，Reset1变为Hi电位(图7、S4)。
另外，该AND电路在输出Hi电位作为Reset1期间，栅电位经由电容器111进一步上升(图7、S3)，由此，具备了提高电位利用率的自举电路(bootstrap circuit)。
依照此种方式，AND电路的输出端只在Out1为Hi电位时根据Reset的电位置为Hi电位或Lo电位，当Out1为Lo电位时，由于AND晶体管110为OFF状态，因此呈高阻抗。由此，与AND电路的输出端相连接的复位信号线只在Out1为Hi电位时呈固定电位，当Out1为Lo电位时，则成为浮置状态。
<动作>
下面参照图2具体说明固态摄像装置的各个动作阶段。
(1)为了将电荷保持部15的电位置为VDDCELL的Hi电位、使该象素单元有效，复位脉冲n变为Hi电位，复位晶体管13变为ON状态。由此，电荷保持部15的电位变为Hi电位，与此相应的电位从放大晶体管14的输出端16输出，输出信号线的电位上升。(图2，a点)。
(2)复位脉冲n变为Lo电位，复位晶体管13变为OFF状态。此时，电荷保持部15保持Hi电位(图2，b点)。
(3)读脉冲n变为Hi电位，读晶体管12变为ON状态。由此，光电变换元件11中相应于光信息积蓄起来的电荷由电荷保持部15读出，其结果是，电荷保持部15的电位下降。随着电荷保持部15的电位的下降，放大晶体管14的输出端16的电位下降、输出信号线的电位下降(图2，c点)。
(4)读脉冲n变为Lo电位，读晶体管12变为OFF状态(图2，d点)。信号处理部检测b点处的输出信号线的电位和d点处的输出信号线的电位，读出其电位差作为象素信号。其后，VDDCELL变为Lo电位(图2，d’点)。
(5)在VDDCELL的Hi电位下降为Lo电位之后，为了将电荷保持部15的电位作为VDDCELL的Lo电位并使该象素单元无效，复位脉冲n变为Hi电位，复位晶体管13变为ON状态。由此，电荷保持部15的电位变为Lo电位，放大晶体管14变为OFF状态。如上，象素单元10的象素信号输出动作结束(图2，e点)。
(6)当复位脉冲n变为Lo电位、复位晶体管13变为OFF状态之后，ALLRS脉冲在VDDCELL的Lo电位上升为Hi电位前后变为Hi电位。由此，复位信号线被与GND连接，在此期间，复位晶体管的栅电位被固定于GND电位(图2，g点)。
(7)其后，第n行变为非选择行，第n+1行变为选择行(图2，f点)。
依照此种方式，由于ALLRS脉冲在VDDCELL的Lo电位上升为Hi电位前后变为Hi电位，因此复位晶体管的栅电位被固定于GND电位，抑制了伴随着VDDCELL的上升而产生的栅电位的上升。由此，能够防止不管是不是非选择的行也输出电流。因此，即使使用由使用了NMOS晶体管的动态逻辑构成的行扫描电路，也能够抑制固态摄像装置的动态范围的下降。
此外，只要在VDDCELL的Lo电位上升为Hi电位时使复位晶体管的栅电位不上升，并不限于使用如上所述的ALLRS电路及GND晶体管，也可以使用其他的实现方式。
例如，可以考虑使用设置阻抗元件来取代GND晶体管61、62的下拉电路的方法。这种情况下的阻抗值最好是200kΩ或以上。下面叙述其理由。
从电源电路至下拉电路之间，串联式配置了行扫描电路内部的驱动器电路。通常，驱动器电路具有数kΩ的ON阻抗值(Rdr)，因此，提供给各象素单元的复位脉冲中由于下拉电路的阻抗值(Rpd)而产生了下述算式那样的电压下降(SIGh)。
SIGh＝VDD×Rpd/(Rpd+Rdr)这里，VDD表示电源电压。
当电源电压被低压化时，该电压下降最好控制在2％或以下，因此，Rpd必须是Rdr的50倍或以上的阻抗值。因此，下拉电路的阻抗值最好是200kΩ或以上。
(第2实施方式)<概要>
本实施方式不仅能抑制伴随着VDDCELL电位上升而产生的复位晶体管的栅电位的上升，也能够防止读晶体管的栅电位的上升，从而抑制非选择行的象素单元中光电变换元件与电荷保持部的接触而导致的动态范围的下降。
<结构>
图8是表示第2实施方式的固态摄像装置的结构的图。
本实施方式的固态摄像装置的结构除了ALLREAD电路99和耦合电容29之外与第1实施方式的结构相同，因此省略对相同结构的说明，只说明与第1实施方式不同的结构。
根据集成电路内的各元件的排列布局，读晶体管22的栅极与VDDCELL之间存在耦合电容29。行扫描电路80使用由使用了NMOS晶体管的动态逻辑而构成的情况下，读晶体管22的栅极与复位晶体管23的栅极相同，在非选择时变为浮置状态。因此，伴随着VDDCELL电位的上升，读晶体管22的栅电位有可能经由耦合电容29而上升。在这种情况下，读晶体管22变为ON状态，光电变换元件11中积蓄的电荷泄漏出来，无法获得正确的象素信号，导致动态范围下降。
因此，本实施方式在第1实施方式的结构上增加了GND晶体管71、72作为ALLREAD电路99。
ALLREAD电路99由将各读信号线和GND连接起来的GND晶体管71、72构成，通过ALLREAD脉冲控制ON状态和OFF状态。由此，在ALLREAD脉冲处于Hi电位期间，GND晶体管71、72为ON状态，复位信号线的电位为GND电位。
图9是表示固态摄像装置的驱动脉冲的图。
本实施方式的驱动脉冲的特征为，在图9的h点，当VDDCELL的电位从Lo电位上升为Hi电位前后，将ALLRS脉冲和ALLREAD脉冲置为Hi电位。由此，GND晶体管61、62、71、72变为ON状态，各行的复位信号线和读信号线连接到GND。
另外，依照此种方式，在VDDCELL的电位上升前后，复位信号线和读信号线连接到GND，因此，即使非选择行的象素单元中存在耦合电容28及耦合电容29，复位晶体管23及读晶体管22的栅电位也不会上升。
因此，非选择行的电荷保持部25的电位保持为Lo电位。即，能够防止即使是非选择行也输出电流的情况。另外，非选择行的读晶体管变为ON状态，光电变换元件21中积蓄的电荷不会泄漏。由此，即使使用由使用了NMOS晶体管的动态逻辑构成的行扫描电路，也能够抑制固态摄像装置的动态范围的下降。
此外，如图9所示，只要ALLREAD脉冲与ALLRS脉冲以相同时序变为Hi电位，那么，即使不另外设置用来生成ALLREAD脉冲的电路，也能够共享用来生成ALLRS脉冲的电路。
另外，只要ALLREAD脉冲在电源电位从Lo电位迁移至Hi电位前后的期间为Hi电位，就不一定必须与ALLRS脉冲的时序相同。因此，在另外设置了用来生成ALLREAD脉冲的电路的情况下，能够通过与第1实施方式所说明的相同结构来实现。即，能够通过SR锁存的输出与VDD的逻辑与来生成。
<动作>
下面参照图9具体说明固态摄像装置的各个动作阶段。
(1)为了将电荷保持部15的电位置为VDDCELL的Hi电位、使该象素单元有效，复位脉冲n变为Hi电位，复位晶体管13变为ON状态。由此，电荷保持部15的电位变为Hi电位，与此相应的电位从放大晶体管14的输出端16输出，输出信号线的电位上升。(图9，a点)。
(2)复位脉冲n变为Lo电位，复位晶体管13变为OFF状态。此时，电荷保持部15保持Hi电位(图9，b点)。
(3)读脉冲n变为Hi电位，读晶体管12变为ON状态。由此，光电变换元件11中相应于光信息积蓄起来的电荷读出到电荷保持部15，其结果是，电荷保持部15的电位下降。随着电荷保持部15的电位的下降，放大晶体管14的输出端16的电位下降、输出信号线的电位下降(图9，c点)。
(4)读脉冲n变为Lo电位，读晶体管12变为OFF状态(图9，d点)。信号处理部检测b点处的输出信号线的电位和d点处的输出信号线的电位，读出其电位差作为象素信号。其后，VDDCELL变为Lo电位(图9，d’点)。
(5)在VDDCELL的Hi电位下降为Lo电位之后，为了将电荷保持部15的电位作为VDDCELL的Lo电位并使该象素单元无效，复位脉冲n变为Hi电位，复位晶体管13变为ON状态。由此，电荷保持部15的电位变为Lo电位，放大晶体管14变为OFF状态。如上，象素单元10的象素信号输出动作结束(图9，e点)。
(6)当复位脉冲n变为Lo电位、复位晶体管13变为OFF状态之后，ALLRS脉冲和ALLRESAD脉冲在VDDCELL的Lo电位上升为Hi电位前后变为Hi电位。由此，复位信号线和读信号线连接到GND，在此期间，复位晶体管和读晶体管的栅电位被固定于GND电位。(图9，h点)。
(7)其后，第n行变为非选择行，第n+1行变为选择行(图9，g点)。
依照此种方式，由于ALLREAD脉冲在VDDCELL的Lo电位上升为Hi电位前后变为Hi电位，因此读晶体管的栅电位被固定于GND电位，抑制了伴随着VDDCELL的上升而产生的栅电位的上升。由此，读晶体管变为ON状态，光电变换元件中积蓄的电荷不再泄漏。
另外，对于ALLRS脉冲，与第1实施方式相同，在VDDCELL的Lo电位上升为Hi电位前后变为Hi电位，由此复位晶体管的栅电位被固定于GND电位，抑制了伴随着VDDCELL的上升而产生的栅电位的上升。由此，能够抑制即使是非选择行也输出电流的情况。
因此，即使使用由使用了NMOS晶体管的动态逻辑构成的行扫描电路，也能够抑制固态摄像装置的动态范围的下降。
此外，在第2实施方式中，只要在VDDCELL的Lo电位上升为Hi电位时使复位晶体管及读晶体管的栅电位不上升，并不限于使用上述GND晶体管，也可以使用其他的实现方式。
例如，可以考虑使用设置下拉电路来取代GND晶体管61、62、71、72的方法。根据与第1实施方式相同的理由，这种情况下的下拉电路的阻抗值最好是200kΩ或以上。
此外，在第2实施方式中，组合使用了将复位晶体管的栅电位置为GND电位所需的ALLRS电路、和将读晶体管的栅电位置为GND电位所需的ALLREAD电路；在不需要将复位晶体管的栅电位置为GND电位的情况下，也可以通过只将ALLREAD电路置为GND电位来抑制动态范围的下降。
此外，在第1实施方式中，GND晶体管61、62通过共用的ALLRS脉冲来控制；但并不限于此。例如，GND晶体管61、62也可以通过单独的控制线来控制，在VDDCELL上升时，控制使非选择行的GND晶体管变为ON状态，使选择行的GND晶体管变为OFF状态。
工业适用性本发明能够用于数字照相机、数字摄像机等的摄像元件及其驱动元件。
权利要求
1.一种固态摄像装置，在电荷保持部保持与受光量相对应的电荷的多个象素单元配置为矩阵状，基于被置为有效状态的象素单元中电荷保持部的电荷的波动而输出的象素信号，经由各列中同一列象素单元被共同连接的多个输出线检测出来，其具备各象素单元单独的电源开关，开关周期性地重复输出高电位和低电位的输出电路及各象素单元内的电荷保持部；多个行控制信号线，共同连接各行中同一行的象素单元，以行为单位控制上述电源开关的开关；行扫描电路，依次选择行，针对该选择行的行控制信号线一直提供使上述电源开关开启的开电位和使该电源开关关闭的闭电位的某一个，当上述输出电路的输出为高电位时，在使上述电源开关关闭后打开，由此使该象素单元变为有效，进一步，之后当上述输出电路的输出为低电位时，在使上述电源开关关闭后打开，由此使该象素单元变为无效，针对非选择行的行控制信号线则既不提供上述开电位也不提供闭电位，使之呈高阻抗；以及电位赋予单元，在上述输出电路的输出从低电位升至高电位之前直到上升后，对上述非选择行的行控制信号线提供上述开电位。
2.在权利要求1所述的固态摄像装置中，上述电位赋予单元针对全部行控制信号线提供上述开电位，无论在上述行扫描电路针对选择行的行控制信号线提供开电位时是非选择行还是选择行。
3.如权利要求2所述的固态摄像装置，其进一步具备多个GND开关，用来开关表示上述开电位的GND部和各行的行控制信号线；以及统一控制信号线，用来统一控制上述GND开关的开关，上述电位赋予单元对上述统一控制信号线提供使上述GND开关关闭的电位。
4.如权利要求1所述的固态摄像装置，其进一步具备阻抗元件，用来连接表示上述开电位的GND部和各行的行控制信号线，上述电位赋予单元通过使上述行扫描电路针对非选择的行控制信号线呈高阻抗来向该行控制信号线提供上述开电位。
5.如权利要求1所述的固态摄像装置，其进一步具备各象素单元单独的读开关，用来开关在各象素单元中根据受光量生成电荷的光电变换部及上述电荷保持部；以及多个读信号线，用来共同连接各行中同一行的象素单元、以行为单位控制上述读开关的开关，上述行扫描电路进一步针对上述选择行的读信号线一直提供使上述读开关开启的开电位和使该读开关关闭的闭电位的某一个，当上述象素单元被置为有效时，在使上述读开关关闭后打开，由此使上述电荷保持部的电荷波动，针对非选择行的读信号线则既不提供上述开电位也不提供上述闭电位，使之呈高阻抗，上述电位赋予单元进一步在上述输出电路的输出从低电位升至高电位之前直到上升后，对上述非选择行的读信号线提供上述开电位。
6.在权利要求5所述的固态摄像装置中，上述电位赋予单元针对全部读信号线提供上述开电位，无论在上述行扫描电路针对选择行的读信号线提供开电位时是非选择行还是选择行。
7.如权利要求6所述的固态摄像装置，其进一步具备多个GND开关，用来开关表示上述开电位的GND部和各行的读信号线；以及统一控制信号线，用来统一控制上述GND开关的开关，上述电位赋予单元对上述统一控制信号线提供使上述GND开关关闭的电位。
8.如权利要求1所述的固态摄像装置，其进一步具备阻抗元件，用来连接表示上述开电位的GND部和各行的读信号线，上述电位赋予单元通过使上述行扫描电路针对非选择的读信号线呈高阻抗来向该读信号线提供上述开电位。
9.在权利要求1所述的固态摄像装置中，上述行扫描电路通过使用了NMOS晶体管的动态逻辑构成。
10.一种固态摄像装置的摄像方法，该固态摄像装置中，在电荷保持部保持与受光量相对应的电荷的多个象素单元配置为矩阵状，基于被置为有效状态的象素单元中电荷保持部的电荷的波动而输出的象素信号，经由各列中同一列象素单元被共同连接的多个输出线检测出来，该摄像方法包含行扫描步骤，用来依次选择行，针对用来对周期性地重复输出高电位和低电位的输出电路和各象素单元内的电荷保持部进行开关的各象素单元中的各个电源开关，针对以行为单位对该电源开关的开关进行控制的、将各行中同一行的象素单元共同连接起来的多个行控制信号线之中该选择行的行控制信号线，一直提供使上述电源开关开启的开电位和使该电源开关关闭的闭电位的某一个，当上述输出电路的输出为高电位时，在使上述电源开关关闭后打开，由此使该象素单元变为有效，进一步，之后当上述输出电路的输出为低电位时，在使上述电源开关关闭后打开，由此使该象素单元变为无效，针对非选择行的行控制信号线则既不提供上述开电位也不提供上述闭电位，使之呈高阻抗；以及电位赋予步骤，在上述输出电路的输出从低电位升至高电位之前直到上升后，对上述非选择行的行控制信号线提供上述开电位。
11.在权利要求10的摄像方法中，上升固态摄像装置进一步具备各象素单元单独的读开关，用来开关在各象素单元中根据受光量生成电荷的光电变换部及上述电荷保持部；以及多个读信号线，用来共同连接各行中同一行的象素单元、以行为单位控制上述读开关的开关，上述行扫描步骤进一步针对上述选择行的读信号线一直提供使上述读开关开启的开电位和使该读开关关闭的闭电位的某一个，当上述象素单元被置为有效时，在使上述读开关关闭后打开，由此使上述电荷保持部的电荷波动，针对非选择行的读信号线则既不提供上述开电位也不提供上述闭电位，使之呈高阻抗，上述电位赋予步骤进一步在上述输出电路的输出从低电位升至高电位之前直到上升后，对上述非选择行的读信号线提供上述开电位。
全文摘要
本发明是一种根据受光量输出象素信号的多个象素单元呈矩阵状配置的固态摄像装置，其具备复位开关(13、23)，用来开关周期性地重复输出高电位和低电位的VDDCELL及各象素单元内的电荷保持部；复位信号线(97、98)，用来将同一行的象素单元共同连接在一起；行扫描电路(80)，用来依次选择行，针对选择行的复位信号线一直提供Hi电位和Lo电位之一，针对非选择行的复位信号线则使之呈高阻抗；以及ALLRS电路(94)，在VDDCELL从低电位升至高电位前后，向非选择行的复位信号线提供Lo电位。由此，固态摄像装置能够在满足体积缩小化、动作高速化要求的同时抑制动态范围的下降。
文档编号H04N5/369GK1771722SQ20048000938
公开日2006年5月10日 申请日期2004年4月5日 优先权日2003年4月8日
发明者村上雅史, 桝山雅之, 松长诚之 申请人:松下电器产业株式会社