(57)【要約】【課題】高速動作が可能であり、かつ、カップリングによる画質劣化の影響を抑えることが可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】行列状に配列され、入射光の強度に応じた信号を出力する複数の画素セル１０と、複数の画素セル１０の光入射面に配置された２色以上の複数のカラーフィルタと、画素セル１０の列毎に設けられ、画素セル１０からの信号を列方向に伝達する列信号線１１０及び１１１とを備え、列信号線１１０が接続された画素セル１０には、列信号線１１１が接続された画素セル１０に配置されたカラーフィルタと同色のカラーフィルタが配置される。【選択図】図１
2010010896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配列され、入射光の強度に応じた信号を出力する複数の画素と、
前記複数の画素の光入射面に配置された２色以上の複数のカラーフィルタと、
前記画素の列毎に設けられ、前記画素からの信号を列方向に伝達する２つの列信号線とを備え、
前記２つの列信号線の一方が接続された画素には、前記２つの列信号線の他方が接続された画素に配置されたカラーフィルタと同色のカラーフィルタが配置される
固体撮像装置。
【請求項２】
前記２つの列信号線のそれぞれは、同色のカラーフィルタが配置された異なる列の２つの前記画素に接続される
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素は、入射光を光電変換する光電変換部と、前記光電変換部からの信号電荷の読み出しを行う読み出しトランジスタとを有し、
前記固体撮像装置は、さらに、
前記光電変換部から読み出された信号電荷を保持するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部の電位を初期化するリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョン部の電位に応じた電圧信号を出力する増幅トランジスタとから構成される信号出力部を備え、
前記信号出力部は、前記列信号線と、前記同色のカラーフィルタが配置された異なる列の隣り合う２つの画素との間に挿入される
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記２つの列信号線のそれぞれは、異なる色のカラーフィルタが配置された同一列の２つの前記画素に接続される
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素は、入射光を光電変換する光電変換部と、前記光電変換部からの信号電荷の読み出しを行う読み出しトランジスタとを有し、
前記固体撮像装置は、さらに、
前記光電変換部から読み出された信号電荷を保持するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部の電位を初期化するリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョン部の電位に応じた電圧信号を出力する増幅トランジスタとから構成される信号出力部を備え、
前記信号出力部は、前記列信号線と、前記異なる色のカラーフィルタが配置された同一列の隣り合う２つの画素との間に挿入される
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像装置は、さらに、前記読み出しトランジスタのオン及びオフを制御する垂直走査回路を備え、
前記垂直走査回路は、同色のカラーフィルタが配置された異なる行の前記画素の前記読み出しトランジスタが同時にオン又はオフされるように前記制御を行う
請求項３又は５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記固体撮像装置は、さらに、
同一の前記列信号線に接続され、前記画素からの信号を増幅し、かつ、前記画素からの信号のノイズを除去する第１の列回路及び第２の列回路と、
前記２つの列信号線のいずれか一方と前記第１の列回路との間に挿入された第１のスイッチと、
前記２つの列信号線のいずれか一方と前記第２の列回路との間に挿入された第２のスイッチと、
前記２つの列信号線のいずれか他方と前記第１の列回路との間に挿入された第３のスイッチと、
前記２つの列信号線のいずれか他方と前記第２の列回路との間に挿入された第４のスイッチとを備える
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数のカラーフィルタは、ベイヤー配列で配置され、
前記２つの列信号線は、緑色のカラーフィルタが配置された画素とそれぞれ接続される
請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部で得られた信号電荷を増幅して取り出す増幅型（ＭＯＳ型）の固体撮像装置に関し、特にカラーフィルタを搭載した固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子スティルカメラ等へ使用されているＣＣＤ型やＭＯＳ型の固体撮像装置の発展は著しく、その単位画素のサイズは２μｍ2以下にまで微細化され、その画素数は１千万画素を超えるようになってきている。さらに、画素数とトレードオフの関係にある高速化についての要求も著しく、画素数は増えていくがそれに伴ってフレームレートを落とすわけにはいかない。従って、画素数を増やしても増やす前のものと比較して高画質で同フレームレート以上のスピードを確保する必要がある。このように、高画質で高フレームレートを実現する技術が非常に重要になってきている。
【０００３】
こういった高速化の要求に対して、特許文献１に係る固体撮像装置では、図５で示されるように、垂直走査回路３０４により駆動される画素エリア（画素アレイ）３００の１つの画素セルの列に対して２本の列信号線３１０及び３１１が設けられる。そして、その列信号線３１０及び３１１に対して上下に列回路３０１及び３０５、ＡＤ変換器（列ＡＤＣ）３０２及び３０６、並びに水平走査回路３０３及び３０７をそれぞれ設け、２行分の画素セルを同時に選択することで高速化を提案している。
【特許文献１】特開２００５−３４７９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図５に示される特許文献１に係る固体撮像装置のように、単純に列信号線を複数備え、それぞれに列回路を備えた構成では、カラーフィルタのベイヤー配列を考えた場合、列信号線３１０にはＲ画素（Ｒのカラーフィルタが配置された画素セル）の信号が出力され、また列信号線３１０に並んで設けられた列信号線３１１にはＧｂ画素（Ｇｂのカラーフィルタが配置された画素セル）の信号が出力される。従って、Ｒ画素の信号レベルとＧｂ画素の信号レベルとに差があると列信号線３１０と列信号線３１１との列信号線間のカップリングによりクロストークが生じる。また、Ｇｒ画素とＢ画素においても、同様の現象が発生する。結果として、Ｒ画素の信号レベルとＢ画素の信号レベルとに差があるとクロストークの大きさに差が生じＧｒ画素の信号レベルとＧｂ画素の信号レベルとの間に差が生じ、一様な被写体像がざらついた画像になるという課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高速動作が可能であり、かつ、カップリングによる画質劣化の影響を抑えることが可能な固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、行列状に配列され、入射光の強度に応じた信号を出力する複数の画素と、前記複数の画素の光入射面に配置された２色以上の複数のカラーフィルタと、前記画素の列毎に設けられ、前記画素からの信号を列方向に伝達する列信号線とを備え、前記２つの列信号線の一方が接続された画素には、前記２つの列信号線の他方が接続された画素に配置されたカラーフィルタと同色のカラーフィルタが配置される。ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記読み出しトランジスタのオン及びオフを制御する垂直走査回路を備え、前記垂直走査回路は、同色のカラーフィルタが配置された異なる行の前記画素の前記読み出しトランジスタが同時にオン又はオフされるように前記制御を行ってもよい。
【０００７】
これにより、１つの列について、２つの列信号線から構成されるため、同一列で異なる行の画素の信号を別々の列信号線に同時に出力させることができ、固体撮像装置の高速動作が可能となる。また、列信号線を構成する、並んで設けられた２つの列信号線に同色の信号を出力させることができる。従って、列信号線間でのクロストークに起因する、同色のカラーフィルタが配置された画素間の信号レベルの差をなくすことが可能となり、カップリングによる画質劣化の影響を抑えることが可能となる。
【０００８】
また、前記２つの列信号線のそれぞれは、同色のカラーフィルタが配置された異なる列の２つの前記画素に接続されてもよい。また、前記画素は、入射光を光電変換する光電変換部と、前記光電変換部からの信号電荷の読み出しを行う読み出しトランジスタとを有し、前記固体撮像装置は、さらに、前記光電変換部から読み出された信号電荷を保持するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部の電位を初期化するリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョン部の電位に応じた電圧信号を出力する増幅トランジスタとから構成される信号出力部を備え、前記信号出力部は、前記列信号線と、前記同色のカラーフィルタが配置された異なる列の隣り合う２つの画素との間に挿入されてもよい。
【０００９】
また、前記２つの列信号線のそれぞれは、異なる色のカラーフィルタが配置された同一列の２つの前記画素に接続されてもよい。また、前記画素は、入射光を光電変換する光電変換部と、前記光電変換部からの信号電荷の読み出しを行う読み出しトランジスタとを有し、前記固体撮像装置は、さらに、前記光電変換部から読み出された信号電荷を保持するフローティングディフュージョン部と、前記フローティングディフュージョン部の電位を初期化するリセットトランジスタと、前記フローティングディフュージョン部の電位に応じた電圧信号を出力する増幅トランジスタとから構成される信号出力部を備え、前記信号出力部は、前記列信号線と、前記異なる色のカラーフィルタが配置された同一列の隣り合う２つの画素との間に挿入されてもよい。
【００１０】
これにより、２つの画素が信号出力部を共有するため、列信号線を複数備える構成においても、光電変換部の面積が極端に小さくなることは無く、感度低下等を抑えることが可能となる。また、信号出力部を共有するのは隣り合う２つの画素であるため、レイアウトの違いによって発生する信号レベルの差を抑えることが可能となる。
【００１１】
また、前記固体撮像装置は、さらに、同一の前記列信号線に接続され、前記画素からの信号を増幅し、かつ、前記画素からの信号のノイズを除去する第１の列回路及び第２の列回路と、前記２つの列信号線のいずれか一方と前記第１の列回路との間に挿入された第１のスイッチと、前記２つの列信号線のいずれか一方と前記第２の列回路との間に挿入された第２のスイッチと、前記２つの列信号線のいずれか他方と前記第１の列回路との間に挿入された第３のスイッチと、前記２つの列信号線のいずれか他方と前記第２の列回路との間に挿入された第４のスイッチとを備えてもよい。
【００１２】
これにより、画素の信号を出力する列信号線と列回路との間にスイッチを有し、スイッチにより列信号線に出力される複数の画素セルからの信号が振り分けられて各列回路に入力される。従って、選択した行の画素の信号をどの列回路に入力するかを選択することが可能となり、画素混合動作時に、画素混合を行いたい信号を同じ列回路に入力することが可能となる。
【００１３】
また、スイッチと列回路との間において、複数のスイッチの出力端子が接続され１つの信号線となって列回路に接続される構成とすることができる。従って、列回路としては列信号線の数だけを備えるだけでよく、チップサイズの縮小を図ることが可能となる。
【００１４】
また、前記複数のカラーフィルタは、ベイヤー配列で配置され、前記２つの列信号線は、緑色のカラーフィルタが配置された画素とそれぞれ接続されてもよい。
【００１５】
これにより、ベイヤー配列において半分を占める緑色のカラーフィルタが配置されたＧｒ画素及びＧｂ画素の信号レベルとＲ画素及びＢ画素の信号レベルとの差によるクロストークに起因する、Ｇｒ画素の信号レベルとＧｂ画素の信号レベルとの間の差をなくすことが可能となり、高画質化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体撮像装置によれば、高速動作が可能であり、かつ、カップリングによる画質劣化の影響を抑えることが可能な固体撮像装置を実現できる。その結果、高速でかつ画質の良好な画像を得ることが可能な固体撮像装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の構成を示す図であり、図２は同固体撮像装置の画素エリア１００を構成している画素セル１０の構成を示す図である。
【００１９】
この固体撮像装置は、図１に示されるように、複数の画素セル１０がマトリクス状（行列状）に配列された画素エリア１００と、画素セル１０の列ごとに画素エリア１００上下に設けられた列回路１０１及び１０５並びにＡＤ変換器１０２及び１０６と、水平走査回路１０３及び１０７と、垂直走査回路１０４と、列信号線１１０及び１１１（第１の列信号線１１０、第２の列信号線１１１）と、スイッチ１１２、１１３、１１４及び１１５とで構成されている。
【００２０】
画素セル１０は、入射光の強度に応じた信号を出力する。複数の画素セル１０の光入射面には、２色以上の複数のカラーフィルタが配置されている。具体的には、Ｒ、Ｇｂ、Ｇｒ及びＢのカラーフィルタがベイヤー配列で配置されている。
【００２１】
一つの列を構成する画素セル１０においては、列信号線１１０が接続された画素セル１０には、列信号線１１１が接続された画素セル１０に配置されたカラーフィルタと同色のカラーフィルタが配置される。従って、列信号線１１０及び１１１は、緑色のカラーフィルタが配置された画素セル１０とそれぞれ接続される。
【００２２】
列信号線１１０及び１１１は、画素セル１０の列毎に設けられ、画素セル１０からの信号を列方向に伝達する。列信号線１１０及び１１１は、画素セル１０とそれぞれ接続され、画素セル１０の隣り合う列間に並んで設けられている。列信号線１１０及び１１１は、同色（緑色）のカラーフィルタが配置された異なる列の２つの画素セル１０、つまりＧｂ画素及びＧｒ画素にそれぞれ接続される。または、列信号線１１０及び１１１は、異なる色のカラーフィルタが配置された異なる列の２つの画素セル１０、つまりＢ画素及びＲ画素にそれぞれ接続される。
【００２３】
画素エリア１００は、図２に示されるように、複数の画素セル１０と、列信号線１１０及び１１１に画素セル１０の信号を出力する複数の信号出力部３０とから構成される。
【００２４】
画素セル１０は、入射光を光電変換するフォトダイオード等の光電変換部１１と、光電変換部１１とフローティングディフュージョン部１２との間に挿入され、光電変換部１１からフローティングディフュージョン部１２への信号電荷の読み出しを行う読み出しトランジスタ１３とを有する。
【００２５】
信号出力部３０は、光電変換部１１から読み出された信号電荷を保持するフローティングディフュージョン部（電荷検出部）１２と、フローティングディフュージョン部１２の電位を初期化するリセットトランジスタ１４と、フローティングディフュージョン部１２の電位に応じた信号電圧を出力する増幅トランジスタ１５と、選択トランジスタ１６と、画素電源１７とを備えている。
【００２６】
信号出力部３０は、列信号線１１０又は１１１と同色（緑色）又は異なる色のカラーフィルタが配置された異なる列の隣り合う２つの画素セル１０との間に挿入される。信号出力部３０は、同色（緑色）のカラーフィルタが配置された斜め方向に隣り合う画素セル１０（フローティングディフュージョン部１２を中心に対角に位置する２つの画素セル１０）、又は異なる色のカラーフィルタが配置された斜め方向に隣り合う画素セル１０で共用される。具体的には、信号出力部３０は、斜め方向に隣り合うＧｂ画素及びＧｒ画素又は斜め方向に隣り合うＢ画素及びＲ画素で共用される。また、列信号線１１０と接続された信号出力部３０と、列信号線１１１と接続された信号出力部３０とは列方向に交互に配置される。
【００２７】
垂直走査回路１０４は、読み出しトランジスタ１３、リセットトランジスタ１４及び選択トランジスタ１６のゲートに入力する駆動信号を生成するデコーダ回路や、シフトレジスタ等で構成されている。垂直走査回路１０４は、駆動信号を各トランジスタに入力し、読み出しトランジスタ１３、リセットトランジスタ１４及び選択トランジスタ１６のオン及びオフを制御する。垂直走査回路１０４は、同色（緑色）のカラーフィルタが配置された異なる行の画素セル１０の読み出しトランジスタ１３が同時にオン又はオフされるように読み出しトランジスタ１３の制御を行う。
【００２８】
選択トランジスタ１６は、増幅トランジスタ１５と列信号線１１０又は１１１との間に設けられ、列信号線１１０又は１１１への電圧信号の読み出しを行う。増幅トランジスタ１５と列信号線１１０との間に選択トランジスタ１６が備わる構成と、増幅トランジスタ１５と列信号線１１１との間に選択トランジスタ１６が備わる構成とがカラム方向（列方向）において交互に形成される。
【００２９】
列回路１０１及び１０５は、同一の列信号線１１０及び１１１と接続され、例えば各画素セル１０からのアナログ信号のノイズを除去するようなＣＤＳ（相関２重サンプリング）等の回路と、各画素セル１０からの信号を増幅する増幅回路とでそれぞれ構成されている。
【００３０】
ＡＤ変換器１０２及び１０６は、例えばランプ波形と画素セル１０からの信号電圧とを比較し、ランプ波形と画素セル１０からの信号電圧とが一致するまでの時間をカウンタ回路等でカウントして、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路等でそれぞれ構成されている。
【００３１】
水平走査回路１０３及び１０７は、例えばシフトレジスタ等の回路でそれぞれ構成されている。
【００３２】
画素セル１０の列ごとにある列信号線１１０及び１１１は、画素エリア１００の異なる行の画素セル１０、例えば奇数行の画素セル１０と偶数行の画素セル１０とにそれぞれ接続され、スイッチ１１２、１１３、１１４及び１１５を介して、列回路１０１及び１０５に接続される。スイッチ１１２、１１３、１１４及び１１５は、列信号線１１０及び１１１に出力される画素セル１０からの出力のいずれかを選択して列回路１０１及び１０２のいずれかに入力させる。
【００３３】
スイッチ１１２は列信号線１１０と列回路１０１との間に挿入され、スイッチ１１３は列信号線１１０と列回路１０５との間に挿入される。同様に、スイッチ１１４は列信号線１１１と列回路１０１との間に挿入され、スイッチ１１５は列信号線１１１と列回路１０５との間に挿入される。スイッチ１１２は、スイッチ１１４を構成するトランジスタと異なる極性のトランジスタで構成される。同様に、スイッチ１１３は、スイッチ１１５を構成するトランジスタと異なる極性のトランジスタで構成される。例えば、スイッチ１１２及び１１３はｎ型のトランジスタでそれぞれ構成され、スイッチ１１４及び１１５はｐ型のトランジスタでそれぞれ構成される。
【００３４】
次に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法（動作）について説明する。
【００３５】
まず、複数行の画素セル１０に対応して設けられたフローティングディフュージョン部１２をリセットするリセット信号が垂直走査回路１０４からリセットトランジスタ１４に入力される。それに従い、例えば、ｎ＋１行及びｎ＋２行の画素セル１０を共有しているフローティングディフュージョン部１２と、ｎ＋３行及びｎ＋４行の画素セル１０を共有しているフローティングディフュージョン部１２とがリセットされる。
【００３６】
次に、垂直走査回路１０４から読み出し信号が読み出しトランジスタ１３に入力され、画素セル１０の信号がリセットされたフローティングディフュージョン部１２に読み出される。そして、垂直走査回路１０４から行選択信号が選択トランジスタ１６に入力され、フローティングディフュージョン部１２に読み出された信号が列信号線１１０及び１１１に出力され、列回路１０１及び１０５に入力される。例えば、ｎ＋１行目の画素セル１０（図１においては、Ｇｂ画素）の信号が列信号線１１１を通り、スイッチ１１５を介して、列回路１０５に入力され、ｎ＋４行目の画素セル１０（図１においては、Ｇｒ画素の信号）の信号が列信号線１１０を通り、スイッチ１１２を介して、列回路１０１に入力される。入力された信号のそれぞれは列回路１０１及び１０５内のＣＤＳ回路等により画素セル１０のノイズが除去される。
【００３７】
次に、ノイズの除去された信号は画素セル１０の列単位で別々にＡＤ変換器１０２又は１０６に入力され、アナログ信号がデジタル信号に変換される。
【００３８】
次に、デジタル変換された信号は画素セル１０の列単位で別々に水平走査回路１０３又は１０７に入力される。そして、水平走査回路１０３及び１０７からは２行分の画素セル１０の信号が出力される。この動作を垂直走査回路１０４によって全ての画素セル１０に対して行い、異なる行の画素セル１０を順次駆動させることで全ての画素セル１０の信号が出力される。
【００３９】
このように、本実施の形態の固体撮像装置は、１つの画素セル１０の列に対応して列信号線を複数有した構成を持つ。従って、異なる行の画素の信号を別々の列信号線に同時に出力させることができ、高フレームレートが可能となる。さらに、垂直走査回路１０４は並んで設けられた列信号線に同時に信号を読み出す画素セル１０の行をＧｒ画素の行及びＧｂ画素の行として同色の行にする。従って、１つの画素セル１０の列に列信号線を複数有した画素構成であっても、列信号線間のカップリングによるクロストークに起因する、Ｇｒ画素とＧｂ画素との間の信号レベル差をなくすことが可能となり、高画質化を図ることが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法（動作）のなかの画素混合動作について説明する。なお、ここでは、簡単のため、２つの画素セル１０の信号を混合する動作についてのみ説明を行うが、混合する画素セル１０の数については特に限定されることはない。
【００４１】
まず、垂直走査回路１０４により、列信号線１１０及び１１１に信号を読み出す画素セル１０の行として複数行を選択する。これにより、例えば、ｎ＋１行の画素セル１０からの信号が列信号線１１１に出力され、列信号線１１１を通り、スイッチ１１５を介して列回路１０５に入力される。同様に、ｎ＋４行の画素セル１０の信号が列信号線１１０に出力され、列信号線１１０を通り、スイッチ１１２を介して、列回路１０１に入力される。そこで、ＣＤＳ回路等により画素セル１０のノイズが除去される。
【００４２】
次に、ＣＤＳ回路等を通り、ノイズの除去された信号は画素セル１０の列単位で別々にＡＤ変換器１０２又は１０６に入力され、アナログ信号がデジタル信号に変換され、デジタル変換された信号は一時保持される。
【００４３】
次に、垂直走査回路１０４により、列信号線１１０及び１１１に信号を読み出す画素セル１０の行として複数行を選択する。これにより、例えば、ｎ＋２行の画素セル１０からの信号が列信号線１１１に出力され、列信号線１１１を通り、スイッチ１１４を介して列回路１０１に入力され、ＣＤＳ回路等を通り、画素セル１０の列単位でＡＤ変換器１０２に入力される。同様に、ｎ＋３行の画素セル１０の信号が列信号線１１０を通り、スイッチ１１３を介して列回路１０５に入力され、ＣＤＳ回路等を通り、画素セル１０の列単位でＡＤ変換器１０６に入力される。
【００４４】
次に、ＡＤ変換器１０２では、ｎ＋２行の画素セル１０のアナログ信号がデジタル信号に変換され、保持していたｎ＋４行の画素セル１０のデジタル信号と加算される。同様に、ＡＤ変換器１０６では、ｎ＋３行の画素セル１０のアナログ信号がデジタル信号に変換され、保持していたｎ＋１行の画素セル１０のデジタル信号と加算される。
【００４５】
次に、デジタル変換されたデジタル信号は列単位で別々に水平走査回路１０３又は１０７に入力される。そして、水平走査回路１０３及び１０７からは異なる列の画素セル１０の信号が順次出力される。
【００４６】
このように、本実施形態の固体撮像装置では、列回路１０１及び１０５と列信号線１１０及び１１１との間に設けられた複数のスイッチ１１２、１１３、１１４及び１１５の切り替えにより、画素混合を行いたい画素セル１０の出力を任意の列回路１０１及び１０５に入力することができる。その結果、様々な組み合わせの画素混合動作駆動が可能となり、さらには、複数行の画素セル１０を同時に選択して列信号線１１０及び１１１に出力させるため、非常に高速な画素加算動作を行うことが可能となる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の構成を示す図である。また、図４は同固体撮像装置の画素セル２０の構成を示す図である。なお、後述する図３及び図４の構成以外については、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置と同じである。
【００４８】
この固体撮像装置は、図３に示されるように、複数の画素セル２０がマトリクス状に配列された画素エリア２００と、画素セル２０の列ごとに画素エリア２００上下に設けられた列回路２０１及び２０５並びにＡＤ変換器２０２及び２０６と、水平走査回路２０３及び２０７と、垂直走査回路２０４と、列信号線２１０及び２１１（第１の列信号線２１０、第２の列信号線２１１）と、スイッチ２１２、２１３、２１４及び２１５とで構成されている。
【００４９】
画素セル２０は、入射光の強度に応じた信号を出力する。複数の画素セル２０の光入射面には、２色以上の複数のカラーフィルタが配置されている。具体的には、Ｒ、Ｇｂ、Ｇｒ及びＢのカラーフィルタがベイヤー配列で配置されている。
【００５０】
一つの列を構成する画素セル２０においては、列信号線２１０が接続された画素セル２０には、列信号線２１１が接続された画素セル２０に配置されたカラーフィルタと同色のカラーフィルタが配置される。従って、列信号線２１０及び２１１は、緑色のカラーフィルタが配置された画素セル２０とそれぞれ接続される。
【００５１】
列信号線２１０及び２１１は、画素セル２０の列毎に設けられ、画素セル２０からの信号を列方向に伝達する。列信号線２１０及び２１１は、画素セル２０とそれぞれ接続され、画素セル２０の隣り合う列間に並んで設けられている。列信号線１１０及び１１１は、異なる色のカラーフィルタが配置された同一列の２つの画素セル２０、つまりＲ画素及びＧｂ画素又はＧｒ画素及びＢ画素にそれぞれ接続される。
【００５２】
画素エリア２００は、図４に示されるように、複数の画素セル２０と、列信号線２１０及び２１１に画素セル２０の信号を出力する信号出力部４０とから構成される。
【００５３】
画素セル１０は、入射光を光電変換するフォトダイオード等の光電変換部２１と、光電変換部２１とフローティングディフュージョン部２２との間に挿入され、光電変換部２１からフローティングディフュージョン部２２への信号電荷の読み出しを行う読み出しトランジスタ２３とを有する。
【００５４】
信号出力部４０は、光電変換部２１から読み出された信号電荷を保持するフローティングディフュージョン部（電荷検出部）２２と、フローティングディフュージョン部２２の電位を初期化するリセットトランジスタ２４と、フローティングディフュージョン部２２の電位に応じた信号電圧を出力する増幅トランジスタ２５と、選択トランジスタ２６と、画素電源２７とを備えている。
【００５５】
信号出力部４０は、列信号線２１０又は２１１と異なる色のカラーフィルタが配置された同一列の隣り合う２つの画素セル２０との間に挿入される。信号出力部４０は、異なる色のカラーフィルタが配置された列方向に隣り合う画素セル２０で共用される。具体的には、信号出力部４０は、列方向に隣り合うＲ画素及びＧｂ画素又はＧｒ画素及びＢ画素で共用される。また、列信号線２１０と接続された信号出力部４０と、列信号線２１１と接続された信号出力部４０とは列方向に交互に配置される。
【００５６】
垂直走査回路２０４は、読み出しトランジスタ２３、リセットトランジスタ２４及び選択トランジスタ２６のゲートに入力する駆動信号を生成するデコーダ回路や、シフトレジスタ等で構成されている。垂直走査回路２０４は、駆動信号を各トランジスタに入力し、読み出しトランジスタ２３、リセットトランジスタ２４及び選択トランジスタ２６のオン及びオフを制御する。垂直走査回路２０４は、同色（緑色）のカラーフィルタが配置された異なる行の画素セル２０の読み出しトランジスタ２３が同時にオン又はオフされるように読み出しトランジスタ２３の制御を行う。
【００５７】
選択トランジスタ２６は、増幅トランジスタ２５と列信号線２１０又は２１１との間に設けられ、列信号線２１０又は２１１への電圧信号の読み出しを行う。増幅トランジスタ２５と列信号線２１０との間に選択トランジスタ２６が備わる構成と、増幅トランジスタ２５と列信号線２１１との間に選択トランジスタ２６が備わる構成とがカラム方向（列方向）において交互に形成される。
【００５８】
列回路２０１及び２０５は、同一の列信号線２１０及び２１１と接続され、例えば各画素セル２０からのアナログ信号のノイズを除去するようなＣＤＳ（相関２重サンプリング）等の回路と、各画素セル２０からの信号を増幅する増幅回路とでそれぞれ構成されている。
【００５９】
ＡＤ変換器２０２及び２０６は、例えばランプ波形と画素セル２０からの信号電圧とを比較し、ランプ波形と画素セル２０からの信号電圧とが一致するまでの時間をカウンタ回路等でカウントして、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路等でそれぞれ構成されている。
【００６０】
水平走査回路２０３及び２０７は、例えばシフトレジスタ等の回路でそれぞれ構成されている。
【００６１】
画素セル２０の列ごとにある列信号線２１０及び２１１は、スイッチ２１２、２１３、２１４及び２１５を介して、列回路２０１及び２０５に接続される。スイッチ２１２、２１３、２１４及び２１５は、列信号線２１０及び２１１に出力される画素セル２０からの出力のいずれかを選択して列回路２０１及び２０２のいずれかに入力させる。
【００６２】
スイッチ２１２は列信号線２１０と列回路２０１との間に挿入され、スイッチ２１３は列信号線２１０と列回路２０５との間に挿入される。同様に、スイッチ２１４は列信号線２１１と列回路２０１との間に挿入され、スイッチ２１５は列信号線２１１と列回路２０５との間に挿入される。スイッチ２１２は、スイッチ２１４を構成するトランジスタと異なる極性のトランジスタで構成される。同様に、スイッチ２１３は、スイッチ２１５を構成するトランジスタと異なる極性のトランジスタで構成される。例えば、スイッチ２１２及び２１３はｎ型のトランジスタでそれぞれ構成され、スイッチ２１４及び２１５はｐ型のトランジスタでそれぞれ構成される。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法（動作）について説明する。
【００６４】
まず、複数行の画素セル２０に対応して設けられたフローティングディフュージョン部２２をリセットするリセット信号が垂直走査回路２０４からリセットトランジスタ２４に入力される。それに従い、例えば、ｎ＋１行及びｎ＋２行の画素セル２０が共有しているフローティングディフュージョン部２２と、ｎ＋３行及びｎ＋４行の画素セル２０が共有しているフローティングディフュージョン部２２とがリセットされる。
【００６５】
次に、垂直走査回路２０４から読み出し信号が読み出しトランジスタ２３に入力され、画素セル２０の信号がリセットされたフローティングディフュージョン部２２に読み出される。そして、垂直走査回路２０４から行選択信号が選択トランジスタ２６に入力され、フローティングディフュージョン部２２に読み出された信号が列信号線２１０及び２１１に出力され、列回路２０１及び２０５に入力される。例えば、ｎ＋２行の画素セル２０の信号（例えば、Ｇｒ画素の信号）が列信号線２１１を通り、スイッチ２１５を介して列回路２０５に入力され、ｎ＋３行の画素セル２０の信号（例えば、Ｇｂ画素の信号）が列信号線２１０を通り、スイッチ２１２を介して列回路２０１に入力される。入力された信号のそれぞれは列回路２０１及び２０５内のＣＤＳ回路等により画素セル２０のノイズが除去される。
【００６６】
次に、ノイズの除去された信号は画素セル２０の列単位で別々にＡＤ変換器２０６又は２０２に入力され、アナログ信号がデジタル信号に変換される。
【００６７】
次に、デジタル変換された信号は画素セル２０の列単位で別々に水平走査回路２０３又は２０７に入力される。そして、水平走査回路２０３及び２０７からは２行分の画素セル２０の信号が出力される。この動作を垂直走査回路２０４によって全ての画素セル２０に対して行い、異なる行の画素セル２０を順次駆動させることで全ての画素セル２０の信号が出力される。
【００６８】
このように、第２の実施形態の固体撮像装置では、垂直走査回路２０４が列信号線に同時に読み出す画素セル２０の行をＧｒ画素の行及びＧｂ画素の行として同色の行とされる。従って、第１の実施形態態の固体撮像装置と同様に、列信号線間のカップリングによるクロストークに起因する、Ｇｒ画素とＧｂ画素との間の信号レベル差を抑えることが可能となり、高フレームレートで高画質化を図ることが可能となる。
【００６９】
以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【００７０】
例えば、本実施形態の画素セルの信号を読み出す回路の構成において、読み出しトランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、及び選択トランジスタで構成された４トランジスタ構成で説明を行った。しかし、選択トランジスタが設けられず、画素電源をパルスとして駆動する３トランジスタ構成であっても、同様の効果を得ることができ、特に上記実施形態に限定されることはない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、固体撮像装置に有用であり、特にベイヤー配列のカラーフィルタを搭載したＭＯＳ型の固体撮像装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の画素セルの構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の画素セルの構成を示す図である。
【図５】特許文献１の固体撮像装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０、２０    画素セル
１１、２１    光電変換部
１２、２２    フローティングディフュージョン部
１３、２３    読み出しトランジスタ
１４、２４    リセットトランジスタ
１５、２５    増幅トランジスタ
１６、２６    選択トランジスタ
１７、２７    画素電源
３０、４０    信号出力部
１００、２００、３００    画素エリア
１０１、１０５、２０１、２０５、３０１、３０５    列回路
１０２、１０６、２０２、２０６、３０２、３０６    ＡＤ変換器
１０３、１０７、２０３、２０７、３０３、３０７    水平走査回路
１０４、２０４、３０４    垂直走査回路
１１０、１１１、２１０、２１１、３１０、３１１    列信号線
１１２、１１３、１１４、１１５、２１２、２１３、２１４、２１５    スイッチ
【図１】
2010010896.tif 000003
【図２】
2010010896.tif 000004
【図３】
2010010896.tif 000005
【図４】
2010010896.tif 000006
【図５】
2010010896.tif 000007