(57)【要約】  固体撮像素子の電圧制限部は、信号線の電圧が所定値以下とならないように制限する。信号処理部には、信号線を介して画素信号が入力される。制御部は、信号線において電圧制限部と信号処理部との間に配置される。また、制御部は、画素の転送部が画素の光電変換部により変換された電荷を画素のフローティングディフュージョン領域へ転送する期間に電圧制限部と信号処理部との間を非導通にさせる。
2013099265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部により変換された電荷をフローティングディフュージョン領域へ転送する転送部と、前記フローティングディフュージョン領域に転送された電荷に応じた画素信号を信号線へ出力する出力部と、を有する画素と、
前記信号線に接続され、前記信号線の電圧が所定値以下とならないように制限する電圧制限部と、
前記信号線を介して前記画素信号が入力される信号処理部と、
前記信号線において前記電圧制限部と前記信号処理部との間に配置され、前記転送部が前記光電変換部により変換された電荷を前記フローティングディフュージョン領域へ転送する期間に前記電圧制限部と前記信号処理部との間を非導通にさせる制御部と、
を備える固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子において、
前記信号処理部は、演算増幅器を含むことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子において、
前記電圧制限部は、前記転送部が前記光電変換部で変換された電荷を前記フローティングディフュージョン領域へ転送する期間における前記信号線の電圧が所定値以下とならないように制限することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記制御部は、前記転送部が前記光電変換部で変換された電荷を前記フローティングディフュージョン領域へ転送する期間の後に前記電圧制限部と前記信号処理部との間を導通させることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
入射光を電荷に変換する第１光電変換部と、前記第１光電変換部で変換された電荷を第１フローティングディフュージョン領域へ転送する第１転送部と、前記第１フローティングディフュージョン領域に転送された電荷に応じた第１画素信号を第１信号線へ出力する第１出力部と、を有する第１画素と、
入射光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第２光電変換部で変換された電荷を第２フローティングディフュージョン領域へ転送する第２転送部と、前記第２フローティングディフュージョン領域に転送された電荷に応じた第２画素信号を第２信号線へ出力する第２出力部と、を有する第２画素と、
前記第１信号線に接続され、前記第１信号線の電圧が所定値以下とならないように制限する第１電圧制限部と、
前記第２信号線に接続され、前記第２信号線の電圧が所定値以下とならないように制限する第２電圧制限部と、
前記第１信号線を介して前記第１画素信号が入力されるとともに、前記第２信号線を介して前記第２画素信号が入力される信号処理部と、
前記第１電圧制限部と前記信号処理部との間に配置され、前記第１転送部が前記第１光電変換部により変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョン領域へ転送する第１転送期間に前記第１電圧制限部と前記信号処理部との間を非導通にさせ、かつ前記第２電圧制限部と前記信号処理部との間に配置され、前記第２転送部が前記第２光電変換部により変換された電荷を前記第２フローティングディフュージョン領域へ転送する第２転送期間に前記第２電圧制限部と前記信号処理部との間を非導通にさせる制御部と、
を備える固体撮像素子。
【請求項６】
請求項５に記載の固体撮像素子において、
前記信号処理部は、演算増幅器を含むことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の固体撮像素子において、
前記第１電圧制限部は、前記第１転送期間における前記第１信号線の電圧が所定値以下とならないように制限し、
前記第２電圧制限部は、前記第２転送期間における前記第２信号線の電圧が所定値以下とならないように制限することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記制御部は、前記第１転送期間の後に前記第１電圧制限部と前記信号処理部との間を導通させ、かつ前記第２転送期間の後に前記第２電圧制限部と前記信号処理部との間を導通させることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項９】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記第１画素及び前記第２画素は、それぞれ同一の分光感度を有するフィルタを更に含むことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
前記第１フローティングディフュージョン領域と前記第２フローティングディフュージョン領域とは電気的に接続されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）型の固体撮像素子において、マトリクス状に配置された各画素の画素信号を増幅する増幅部（以下、カラムアンプとも称する）を列ごとに設けたものが従来から知られている。また、カラムアンプの出力の急激な変動を抑制するために、画素の転送トランジスタがオンの期間中に垂直信号線およびカラムアンプの間を非導通にする接続スイッチを固体撮像素子に設けることも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７８７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子に高輝度光が入射すると、高輝度光が入射した領域の水平方向（行方向）に電位の変動が生じ、画像に筋状のノイズ（スミア）が生じうる。特に、画素の転送トランジスタがオンの期間中に上記の接続スイッチをオフにすると、カラムアンプの出力レベルが所定の電圧に静定するまでの時間が長くなる場合がある。また、高輝度入射領域の画素読み出し時において垂直信号線の電位がＧＮＤレベルに近づくと、その列の定電流源の動作点が定電流動作範囲外になるため電流値が減少し、回路のＩＲドロップ量が変化するため回路の電圧値も変化が生じる。そのため、例えば画像の高速読み出し時に上記のスミアが発生しやすくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様である固体撮像素子は、画素と、電圧制限部と、信号処理部と、制御部とを備える。画素は、入射光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部により変換された電荷をフローティングディフュージョン領域へ転送する転送部と、フローティングディフュージョン領域に転送された電荷に応じた画素信号を信号線へ出力する出力部と、を有する。電圧制限部は、信号線に接続され、信号線の電圧が所定値以下とならないように制限する。信号処理部には、信号線を介して画素信号が入力される。制御部は、信号線において電圧制限部と信号処理部との間に配置される。また、制御部は、転送部が光電変換部により変換された電荷をフローティングディフュージョン領域へ転送する期間に電圧制限部と信号処理部との間を非導通にさせる。【０００６】
本発明の他の態様である固体撮像素子は、第１画素と、第２画素と、第１電圧制限部と、第２電圧制限部と、信号処理部と、制御部とを備える。第１画素は、入射光を電荷に変換する第１光電変換部と、第１光電変換部で変換された電荷を第１フローティングディフュージョン領域へ転送する第１転送部と、第１フローティングディフュージョン領域に転送された電荷に応じた第１画素信号を第１信号線へ出力する第１出力部と、を有する。第２画素は、入射光を電荷に変換する第２光電変換部と、第２光電変換部で変換された電荷を第２フローティングディフュージョン領域へ転送する第２転送部と、第２フローティングディフュージョン領域に転送された電荷に応じた第２画素信号を第２信号線へ出力する第２出力部と、を有する。第１電圧制限部は、第１信号線に接続され、第１信号線の電圧が所定値以下とならないように制限する。第２電圧制限部は、第２信号線に接続され、第２信号線の電圧が所定値以下とならないように制限する。信号処理部には、第１信号線を介して第１画素信号が入力されるとともに、第２信号線を介して第２画素信号が入力される。制御部は、第１電圧制限部と信号処理部との間、かつ第２電圧制限部と信号処理部との間に配置される。制御部は、第１転送部が第１光電変換部により変換された電荷を第１フローティングディフュージョン領域へ転送する第１転送期間に第１電圧制限部と信号処理部との間を非導通にさせる。また、制御部は、第２転送部が第２光電変換部により変換された電荷を第２フローティングディフュージョン領域へ転送する第２転送期間に第２電圧制限部と信号処理部との間を非導通にさせる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態での固体撮像素子の構成例を示すブロック図
【図２】画素、クリップ部、行選択スイッチ部、カラムアンプの構成例を示す図
【図３】第１実施形態での固体撮像素子の動作例を示す図
【図４】第２実施形態での固体撮像素子の構成例を示すブロック図
【図５】第２実施形態での固体撮像素子の動作例を示す図
【図６】撮像装置の構成例を示す図
【図７】画素の変形例を示す図
【図８】画素の変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜第１実施形態の説明＞
図１は、第１実施形態での固体撮像素子の構成例を示すブロック図である。第１実施形態での固体撮像素子は、シリコン基板上にＣＭＯＳプロセスを使用して形成されたＸＹアドレス型の固体撮像素子である。第１実施形態の固体撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラなどの撮像装置に実装される（なお、撮像装置の構成例は後述する）。
【０００９】
固体撮像素子１１は、例えば、画素アレイ１２、垂直走査回路１３、接続スイッチの一例である行選択スイッチ部１４、クリップ部１５、増幅部１６（以下、カラムアンプとも称する）、蓄積信号選択部１７、信号蓄積部１８、水平選択スイッチ部１９、水平走査回路２０、信号読み出し線の一例である垂直信号線２１、定電流源ＩＳ、撮像素子制御回路２２を有している。
【００１０】
画素アレイ１２は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２にマトリクス状に配置された複数の画素ＰＸを有している。以下、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２を、行方向Ｄ１および列方向Ｄ２ともそれぞれ称する。
【００１１】
各々の画素ＰＸの前面には、それぞれが異なる色成分の光を透過させる複数種類のカラーフィルタが所定の色配列で配置されている。そのため、画素ＰＸは、カラーフィルタでの色分解によって各色に対応する電気信号を出力する。これにより、画素アレイ１２は、撮像時にカラーの画像を取得することができる。
【００１２】
例えば、第１実施形態においては赤色（Ｒ）、緑色（Ｇｒ，Ｇｂ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタが２行２列のベイヤ配列にしたがって各画素ＰＸに配置されている。なお、図１では、各々の画素ＰＸにカラーフィルタの色を併せて表記する。また、赤（Ｒ）、緑（Ｇｒ、Ｇｂ）、青（Ｂ）のフィルタを有する画素ＰＸを、それぞれ赤画素（Ｒ）、青画素（Ｂ）、緑画素（Ｇｒ、Ｇｂ）とも称する。
【００１３】
行方向Ｄ１に着目した場合、例えば、画素アレイ１２のｎ行目では、赤画素（Ｒ）と、緑画素（Ｇｒ）とが交互に配置されている。また、例えば、画素アレイ１２のｎ＋１行目では、緑画素（Ｇｂ）と、青画素（Ｂ）とが交互に配置されている。
【００１４】
また、列方向Ｄ２に着目した場合、例えば、画素アレイ１２のｍ列目では、緑画素（Ｇｂ）と、赤画素（Ｒ）とが交互に配置されている。また、例えば、画素アレイ１２のｍ＋１列目では、青画素（Ｂ）と、緑画素（Ｇｒ）とが交互に配置されている。
【００１５】
なお、列方向Ｄ２に配置された複数の画素ＰＸは、列毎に設けられた垂直信号線２１により、互いに接続されている。すなわち、画素アレイ１２は、同じ列に配置された複数の画素ＰＸからの画素信号を共通の垂直信号線２１を介して出力する。
【００１６】
また、各垂直信号線２１には、各画素ＰＸからの画素信号を読み出すために、画素アレイ１２の画素の列毎に定電流源ＩＳがそれぞれ接続されている。
【００１７】
垂直走査回路１３は、制御信号φＳＥＬ、φＲＳＴ、φＴＸを用いて、画素アレイ１２の画素ＰＸを行毎に制御する。例えば、垂直走査回路１３は、制御信号φＳＥＬ（ｎ）、φＲＳＴ（ｎ）、φＴＸ（ｎ）を制御し、ｎ行目の各画素ＰＸの画素信号を各垂直信号線２１に出力する。また、例えば、垂直走査回路１３は、制御信号φＳＥＬ（ｎ＋１）、φＲＳＴ（ｎ＋１）、φＴＸ（ｎ＋１）を制御し、ｎ＋１行目の各画素ＰＸの画素信号を各垂直信号線２１に出力する。以下、制御信号φＳＥＬ、φＲＳＴ、φＴＸを、選択信号φＳＥＬ、リセット信号φＲＳＴ、転送信号φＴＸともそれぞれ称する。
【００１８】
行選択スイッチ部１４は、カラムアンプ１６の入力側に設けられており、画素アレイ１２の画素の列毎に行選択スイッチＭＬＳを複数有している。行選択スイッチＭＬＳは、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間の導通／非導通を切り換える。
【００１９】
また、クリップ部１５は、各々の垂直信号線２１において行選択スイッチ部１４の入力側（画素ＰＸと行選択スイッチ部１４との間）にそれぞれ設けられている。これらのクリップ部１５は、垂直信号線２１の電圧を所定値にクリップする。
【００２０】
カラムアンプ１６は、例えば、演算増幅器を用いて構成された反転増幅器であり、画素アレイ１２の画素ＰＸの列毎に設けられている。各カラムアンプ１６は、各垂直信号線２１を介して各画素ＰＸから出力される画素信号を列ごとに反転増幅する。
【００２１】
ここで、図２を参照しつつ、画素ＰＸ、クリップ部１５、行選択スイッチ部１４、カラムアンプ１６の構成例を説明する。
【００２２】
画素ＰＸは、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴＸと、リセットトランジスタＲＳＴと、増幅トランジスタＡＭＰと、選択トランジスタＳＥＬと、フローティングディフュージョン領域ＦＤとをそれぞれ有している。
【００２３】
フォトダイオードＰＤは、光電変換素子の一例であって、入射光の光量に応じて光電変換により電荷を生成する。転送トランジスタＴＸは、転送スイッチの一例であって、転送信号φＴＸの高レベル期間にオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷をフローティングディフュージョン領域ＦＤに転送する。
【００２４】
転送トランジスタＴＸのソースはフォトダイオードＰＤであり、転送トランジスタＴＸのドレインはフローティングディフュージョン領域ＦＤである。フローティングディフュージョン領域ＦＤは、例えば、半導体基板に不純物を導入して形成された拡散領域である。なお、フローティングディフュージョン領域ＦＤは、増幅トランジスタＡＭＰのゲートと、リセットトランジスタＲＳＴのソースとにそれぞれ接続されている。
【００２５】
リセットトランジスタＲＳＴは、リセット信号φＲＳＴの高レベル期間にオンし、フローティングディフュージョン領域ＦＤを電源電圧ＶＤＤにリセットする。また、増幅トランジスタＡＭＰは、ドレインが電源電圧ＶＤＤに接続され、ゲートがフローティングディフュージョン領域ＦＤにそれぞれ接続され、ソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続されており、垂直信号線２１に接続された定電流源ＩＳを負荷とするソースフォロア回路を構成する。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョン領域ＦＤの電圧値に応じて、選択トランジスタＳＥＬを介して読み出し電圧を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、選択信号φＳＥＬの高レベル期間にオンし、増幅トランジスタＡＭＰのソースを垂直信号線２１に接続する。
【００２６】
クリップ部１５は、カスコード接続されたクリップ電圧生成トランジスタＭＣ１およびクリップ電圧制御トランジスタＭＣ２を有している。クリップ電圧生成トランジスタＭＣ１は、ドレインが電源電圧ＶＤＤに接続され、ソースがクリップ電圧制御トランジスタＭＣ２のドレインに接続され、ゲートでクリップ電圧ＶＣＲｅｆを受けている。また、クリップ電圧制御トランジスタＭＣ２のソースは垂直信号線２１に接続され、クリップ電圧制御トランジスタＭＣ２のゲートは制御信号φＣｌｉｐを受けている。クリップ電圧生成トランジスタＭＣ１、クリップ電圧制御トランジスタＭＣ２を、トランジスタＭＣ１、ＭＣ２ともそれぞれ称する。
【００２７】
クリップ部１５は、制御信号φＣｌｉｐが高レベルであるときに、接続されている垂直信号線２１の電圧をクリップ電圧ＶＣｒｅｆで決まる所定値にクリップする。すなわち、画素の出力電圧が高い場合はそのままの電圧を出力するが、画素の出力電圧が所定値よりも低い場合はクリップ部１５で決まる所定電圧を出力し、垂直信号線２１の電圧が所定値よりも下がらないようにする。なお、上記の所定値は、例えば、ＶＣＲｅｆの印加電圧からトランジスタＭＣ１のゲート−ソース間電圧（閾電圧）を減算し、更にトランジスタＭＣ２オン時のドレイン−ソース間電圧を減じた値である。また、制御信号φＣｌｉｐが低レベルであるときには、クリップ部１５による垂直信号線２１の電圧のクリップは行われない。
【００２８】
また、行選択スイッチ部１４の行選択スイッチＭＬＳは、例えば、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースがカラムアンプ１６の入力に接続され、ドレインが垂直信号線２１に接続され、ゲートで制御信号φＬＳＷを受けている。この場合、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間に設けられた行選択スイッチＭＬＳは、制御信号φＬＳＷが高レベルの期間にオンし、垂直信号線２１に転送された画素信号をカラムアンプ１６の入力端子に出力する。また、制御信号φＬＳＷが低レベルの期間では、行選択スイッチＭＬＳがオフするため、垂直信号線２１に転送された画素信号は、カラムアンプ１６に出力されない。以下、行選択スイッチＭＬＳをトランジスタＭＬＳとも称する。
【００２９】
図１に戻って、蓄積信号選択部１７は、画素アレイ１２の画素ＰＸの列毎に、画像信号選択スイッチＭＳ１およびノイズ信号選択スイッチＭＮ１をそれぞれ１組ずつ有している。例えば、画像信号選択スイッチＭＳ１は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースが信号蓄積部１８の画像信号蓄積部ＣＳに接続され、ドレインがカラムアンプ１６の出力に接続され、ゲートで制御信号φＴＳを受けている。この場合、画像信号選択スイッチＭＳ１は、制御信号φＴＳが高レベルの期間にオンし、カラムアンプ１６から入力された信号を信号蓄積部１８に出力する。
【００３０】
また、例えば、ノイズ信号選択スイッチＭＮ１は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ソースが信号蓄積部１８のノイズ信号蓄積部ＣＮに接続され、ドレインがカラムアンプ１６の出力に接続され、ゲートで制御信号φＴＮを受けている。この場合、ノイズ信号選択スイッチＭＮ１は、制御信号φＴＮが高レベルの期間にオンし、カラムアンプ１６から入力された信号を信号蓄積部１８に出力する。以下、画像信号選択スイッチＭＳ１、ノイズ信号選択スイッチＭＮ１をトランジスタＭＳ１、ＭＮ１ともそれぞれ称する。
【００３１】
信号蓄積部１８は、画素アレイ１２の画素ＰＸの列毎に、画像信号蓄積部ＣＳおよびノイズ信号蓄積部ＣＮをそれぞれ１組ずつ有している。例えば、画像信号蓄積部ＣＳは容量であり、一方の端子がトランジスタＭＳ１のソースに接続され、他方の端子が接地されている。また、例えば、ノイズ信号蓄積部ＣＮは容量であり、一方の端子がトランジスタＭＮ１のソースに接続され、他方の端子が接地されている。以下、画像信号蓄積部ＣＳ、ノイズ信号蓄積部ＣＮを容量ＣＳ、ＣＮともそれぞれ称する。
【００３２】
水平選択スイッチ部１９は、画素アレイ１２の画素ＰＸの列毎に、画像信号出力スイッチＭＳ２およびノイズ信号出力スイッチＭＮ２をそれぞれ１組ずつ有している。例えば、画像信号出力スイッチＭＳ２およびノイズ信号出力スイッチＭＮ２は、ｎＭＯＳトランジスタである。以下、画像信号出力スイッチＭＳ２、ノイズ信号出力スイッチＭＮ２をトランジスタＭＳ２、ＭＮ２ともそれぞれ称する。
【００３３】
例えば、トランジスタＭＳ２は、ソースから画像信号ＯＵＴＳを出力し、ドレインがトランジスタＭＳ１のソースおよび容量ＣＳの一方の端子に接続され、ゲートで制御信号ＧＨを受けている。また、例えば、トランジスタＭＮ２は、ソースからノイズ信号ＯＵＴＮを出力し、ドレインがトランジスタＭＮ１のソースおよび容量ＣＮの一方の端子に接続され、ゲートで制御信号φＧＨを受けている。なお、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２のゲートは、互いに接続されている。
【００３４】
すなわち、画像信号出力スイッチＭＳ２は、制御信号φＧＨが高レベルの期間にオンし、容量ＣＳに保持された電圧を画像信号ＯＵＴＳとして出力する。また、ノイズ信号出力スイッチＭＮ２は、制御信号φＧＨが高レベルの期間にオンし、容量ＣＮに保持された電圧をノイズ信号ＯＵＴＮとして出力する。ここで、ノイズ信号ＯＵＴＮは、例えば、画素ＰＸがリセットトランジスタＲＳＴによりリセットされ転送トランジスタＴＸが開く直前の画像信号（暗信号）である。したがって、例えば、画像信号ＯＵＴＳに含まれる固定ノイズ成分及び画素のリセットノイズ成分は、画像信号ＯＵＴＳからノイズ信号ＯＵＴＮを減算することで除去できる。
【００３５】
水平走査回路２０は、制御信号φＧＨを用いて、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２を順次オンし、信号蓄積部１８の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ保持された信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮを順次出力する。例えば、ｍ列目の画素ＰＸから読み出された信号に対応する画像信号ＯＵＴＳ、ノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ出力するとき、水平走査回路２０は、制御信号φＧＨ（ｍ）を高レベルに制御し、他の制御信号φＧＨを低レベルに制御する。また、例えば、ｍ＋１列目の画素ＰＸから読み出された信号に対応する画像信号ＯＵＴＳ、ノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ出力するとき、水平走査回路２０は、制御信号φＧＨ（ｍ＋１）を高レベルに制御し、他の制御信号φＧＨを低レベルに制御する。
【００３６】
撮像素子制御回路２２は、垂直走査回路１３、行選択スイッチ部１４、クリップ部１５、蓄積信号選択部１７、水平走査回路２０に対して、それぞれ制御信号を供給する。
【００３７】
なお、上記の制御信号は、第１実施形態の固体撮像素子１１が実装される撮像装置の制御部から供給されてもよい。上記の場合には、固体撮像素子１１から撮像素子制御回路２２を省略することができる。
【００３８】
次に、図３を参照しつつ、第１実施形態の固体撮像素子１１における画素ＰＸ、行選択スイッチ部１４、クリップ部１５の動作例を説明する。なお、図３は、図１に示した画素アレイ１２のｎ行目の各画素ＰＸから画像信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ読み出すときの動作例である。
【００３９】
例えば、垂直走査回路１３は、撮像素子制御回路２２の指示に応じて、制御信号φＲＳＴ、φＳＥＬ、φＴＸを図３に示すように制御し、上述のリセットトランジスタＲＳＴ、選択トランジスタＳＥＬ、転送トランジスタＴＸをそれぞれ動作させる。また、例えば、撮像素子制御回路２２は、制御信号φＴＮ、φＴＳ、φＬＳＷ、φＣｌｉｐを図３に示すように制御し、上述のトランジスタＭＳ１、ＭＮ１、ＭＬＳ、ＭＣ１、ＭＣ２をそれぞれ動作させる。
【００４０】
なお、アクセス期間ＡＰは、各画素ＰＸの画像信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮを、信号蓄積部１８の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ蓄積するための期間である。また、水平走査期間ＨＳＮは、信号蓄積部１８の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ蓄積された画像信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮを順次出力するための期間である。例えば、アクセス期間ＡＰ（ｎ）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）は、ｎ行目の画素ＰＸの画素信号を読み出すためのアクセス期間ＡＰおよび水平走査期間ＨＳＮをそれぞれ示している。
【００４１】
また、以下の説明では、ｎ行目の各画素ＰＸの要素を、符号の末尾にｎを追加して称する場合もある。例えば、ｎ行目の各画素ＰＸの増幅トランジスタＡＭＰを、増幅トランジスタＡＭＰｎとも称する。
【００４２】
ｎ行目の画素ＰＸのアクセス期間ＡＰ（ｎ）に移る前では、リセット信号φＲＳＴ（ｎ）が高レベルに維持され（図３（ａ））、リセットトランジスタＲＳＴｎがオンしている。すなわち、フローティングディフュージョン領域ＦＤｎの電圧は、アクセス期間ＡＰ（ｎ）に移る前に、初期状態（以下、リセット状態とも称する）にリセットされる。
【００４３】
アクセス期間ＡＰ（ｎ）では、先ず、リセット信号φＲＳＴ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化し（図３（ｂ））、リセットトランジスタＲＳＴｎがオフする。これにより、フローティングディフュージョン領域ＦＤｎは、転送トランジスタＴＸｎがオンしたときに、フォトダイオードＰＤｎからの信号電荷を蓄積できる。なお、フローティングディフュージョン領域ＦＤｎの電圧は、フォトダイオードＰＤｎから信号電荷が転送されるまでリセット状態に維持される。
【００４４】
次に、選択信号φＳＥＬ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化し（図３（ｃ））、選択トランジスタＳＥＬｎがオンする。選択トランジスタＳＥＬｎがオンすることにより、増幅トランジスタＡＭＰｎのソースから信号を出力するソースフォロア回路が構成される。これにより、増幅トランジスタＡＭＰｎは、フローティングディフュージョン領域ＦＤｎの電圧（リセット状態の電圧）に応じた電圧を、選択トランジスタＳＥＬｎを介して垂直信号線２１に出力する。なお、垂直信号線２１に出力された電圧は、カラムアンプ１６により反転増幅される。
【００４５】
そして、制御信号φＴＮが低レベルから高レベルに変化し（図３（ｄ））、トランジスタＭＮ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素ＰＸのリセット状態に対応する信号（図１に示したノイズ信号ＯＵＴＮ）は、信号蓄積部１８の容量ＣＮに蓄積される。その後、制御信号φＴＮが高レベルから低レベルに変化し（図３（ｅ））、トランジスタＭＮ１がオフする。これにより、ｎ行目の画素ＰＸのノイズ信号ＯＵＴＮは、容量ＣＮに保持される。なお、制御信号φＴＮが高レベルである期間、制御信号φＬＳＷは高レベルに維持されている。
【００４６】
制御信号φＴＮが高レベルから低レベルに変化した後に、転送信号φＴＸ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化する（図３（ｆ））。そして、一定期間経過後に、転送信号φＴＸ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化する（図３（ｇ））。これにより、転送トランジスタＴＸｎが一定期間オンし、フォトダイオードＰＤｎにより生成された信号電荷が、転送トランジスタＴＸｎを介して、フローティングディフュージョン領域ＦＤｎに転送される。そして、フローティングディフュージョン領域ＦＤｎの電圧（信号電荷が蓄積された容量ＣＦＤの電圧）に応じた電圧が、増幅トランジスタＡＭＰｎから選択トランジスタＳＥＬｎを介して垂直信号線２１に出力される。
【００４７】
第１実施形態において、転送信号φＴＸ（ｎ）が高レベルである期間では、制御信号φＬＳＷは低レベルに維持される（図３（ｈ、ｉ））。
【００４８】
例えば、転送信号φＴＸ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化したとき、制御信号φＬＳＷが高レベルから低レベルに変化し（図３（ｈ））、行選択トランジスタＭＬＳがオフする。
【００４９】
一方、例えば、転送信号φＴＸ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化したとき、制御信号φＬＳＷが低レベルから高レベルに変化し（図３（ｉ））、行選択トランジスタＭＬＳがオンする。
【００５０】
また、クリップ部１５により、垂直信号線２１の電圧が所定値より下がらないようにクリップされる。
【００５１】
なお、図ではφＣｌｉｐが常時高レベルの場合を例に示しているが、目的に応じてパルスを制御することもできる。例えば、クリップ回路を２組用意し、一方は上記のように常時垂直信号線の電圧が所定値以下に下がらないようにし、他方はφＴＮが高レベルの期間にクリップを有効とし、ノイズ信号読み出し時の垂直信号線レベルが一定電圧以下に下がらないようにすることもできる。
【００５２】
このように、転送信号φＴＸが高レベルの期間中、行選択トランジスタＭＬＳはオフとなり、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間が非導通となる。また、転送信号φＴＸ（ｎ）が低レベルに戻った後では、行選択トランジスタＭＬＳがオンするため、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間が導通する。これにより、所望の電圧がカラムアンプ１６に入力される。このように、垂直信号線２１に転送された所望の電圧は、行選択トランジスタＭＬＳを介してカラムアンプ１６に入力され、カラムアンプ１６により反転増幅される。
【００５３】
制御信号φＬＳＷが低レベルから高レベルに変化した後に、制御信号φＴＳが低レベルから高レベルに変化し（図３（ｊ））、トランジスタＭＳ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素ＰＸのフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷に対応する信号（図１に示した画像信号ＯＵＴＳ）は、信号蓄積部１８の容量ＣＳに蓄積される。その後、制御信号φＴＳが高レベルから低レベルに変化し（図３（ｋ））、トランジスタＭＳ１がオフする。これにより、ｎ行目の画素ＰＸの画像信号ＯＵＴＳは、容量ＣＳに保持される。
【００５４】
水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、制御信号φＧＨが高レベルに順次変化する。例えば、水平走査回路２０は、出力対象の列に対応する制御信号φＧＨを高レベルに変化させたとき、他の列に対応する制御信号φＧＨを低レベルに変化させる。これにより、トランジスタＭＳ２、ＭＮ２が順次オンし、信号蓄積部１８の容量ＣＳ、ＣＮにそれぞれ保持された信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮが順次出力される。
【００５５】
なお、アクセス期間ＡＰ（ｎ）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、制御信号φＲＳＴ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ）、φＴＸ（ｎ）以外の制御信号φＲＳＴ、φＳＥＬ、φＴＸは、高レベル、低レベルおよび低レベルにそれぞれ維持されている。
【００５６】
一方、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）における制御信号φＲＳＴ（ｎ＋１）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φＴＸ（ｎ＋１）は、アクセス期間ＡＰ（ｎ）における制御信号φＲＳＴ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ）、φＴＸ（ｎ）と同様に制御される。アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ＋１）では、制御信号φＲＳＴ（ｎ＋１）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φＴＸ（ｎ＋１）以外の制御信号φＲＳＴ、φＳＥＬ、φＴＸは、高レベル、低レベルおよび低レベルにそれぞれ維持されている。なお、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）において、制御信号φＴＮ、φＴＳ、φＬＳＷ、φＣｌｉｐの動作はＡＰ（ｎ）の場合と共通する。
【００５７】
以下、第１実施形態における固体撮像素子１１の作用効果を述べる。
【００５８】
まず、説明の前提として、一般的なＣＭＯＳ型の固体撮像素子で高輝度光が入射したときにスミアが生じる原理を述べる。
【００５９】
或る画素に高輝度光が入射すると、その画素の列に対応する垂直信号線の電位が低下する。これにより、電位が低下した垂直信号線の定電流源は非飽和領域で動作する。また、定電流源のＧＮＤラインでは電流値が低下し、定電流源のＧＮＤラインの配線抵抗ＩＲでの電圧降下量が小さくなる（ＩＲドロップの変動）。そして、他の列の垂直信号線には通常よりも大きな電流が流れる。つまり、高輝度光が入射した画素に対して水平方向に位置する画素では、画素内の増幅トランジスタのゲート−ソース間電圧が大きくなり、通常よりも低い電圧が出力されるので、画像としては明るくなってしまう。その結果、高輝度光が入射した画素の水平方向に筋状のノイズ（スミア）が生じる。
【００６０】
ここで、本発明の比較例として、行選択トランジスタの出力側にクリップ回路を設けた場合も併せて説明する。上記の比較例の構成では、転送トランジスタがオンの期間中に行選択トランジスタがオフになると、垂直信号線とクリップ回路とが遮断される。そのため、上記の期間において、行選択トランジスタの入力側では垂直信号線の電圧がクリップされないので、画素に高輝度光が入射すると垂直信号線の電位がＧＮＤ付近まで低下してしまう。
【００６１】
比較例の構成において、その後、行選択トランジスタがオフからオンになると、垂直信号線とクリップ回路とが接続されるので、垂直信号線の電圧はクリップ回路によるクリップ電圧まで戻る。しかし、比較例の場合には、行選択トランジスタがオンになるときにクリップ回路から瞬間的に突入電流が垂直信号線に流れる。また、垂直信号線に接続された定電流源も通常の電流値に戻る。
【００６２】
そのため、上記の比較例の場合には、画素に高輝度光が入射したときには水平方向へのスミアが比較的生じやすいことが分かる。また、比較例の場合には、行選択トランジスタのオン／オフで垂直信号線の電圧が大きく変動し、カラムアンプの出力レベルが静定するまでの時間が長くかかる。例えば、比較例の構成で信号の高速読み出しを行う場合、上記のスミアがより発生しやすくなる。
【００６３】
一方、第１実施形態の固体撮像素子１１では、転送トランジスタＴＸがオンの期間中に行選択トランジスタＭＬＳはオフとなり、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間が非導通となる。しかし、第１実施形態では、上記の期間において、画素ＰＸから行選択トランジスタＭＬＳの入力側までの垂直信号線２１の電圧は、クリップ部１５によって所定値にクリップされる。そのため、第１実施形態の固体撮像素子１１では、画素ＰＸに高輝度光が入射したときには、その画素ＰＸに接続されている垂直信号線２１の電圧はクリップされた電圧よりも低下しないので、水平方向へのスミアの発生を効果的に抑制できる。また、第１実施形態では、転送トランジスタＴＸがオンの期間中もクリップ部１５が有効に機能することから、行選択トランジスタＭＬＳがオフからオンになったときにカラムアンプ１６の出力レベルが静定するまでの時間も短くなる。よって、第１実施形態では、スミアの発生を抑制しつつ、信号の高速読み出しが比較的容易となる。
【００６４】
＜第２実施形態の説明＞
図４は、第２実施形態での固体撮像素子の概要を示している。第２実施形態の固体撮像素子は、第１実施形態の変形例であって、画素アレイ１２の両側（上下）に信号読み出しの回路をそれぞれ設けている。
【００６５】
ここで、第２実施形態の固体撮像素子１１には、図１に示した行選択スイッチ部１４の代わりに、ラインセレクタ２３が設けられている。また、図４では、増幅部の後段にある要素（蓄積信号選択部１７、信号蓄積部１８、水平選択スイッチ部１９、水平走査回路２０）と、撮像素子制御回路２２との図示はいずれも省略している。なお、第２実施形態において、第１実施形態と共通の要素は同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００６６】
ラインセレクタ２３は、画素アレイ１２上で隣接する１対の奇数列と偶数列との画素信号を切り替えるスイッチである。このラインセレクタ２３は、画素アレイ１２における列方向Ｄ２の一端側（図中下側）および他端側（図中上側）にそれぞれ配置される。例えば、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間に設けられた各ラインセレクタ２３は、行選択スイッチＭＬＳ１と、行選択スイッチＭＬＳ２とを有している。例えば、行選択スイッチＭＬＳ１、ＭＳＬ２は、ｎＭＯＳトランジスタであり、ゲートで制御信号ＬＳＷ１、ＬＳＷ２をそれぞれ受けている。以下、行選択スイッチＭＬＳ１、ＭＬＳ２を行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２とも称する。
【００６７】
例えば、画素アレイ１２の下側に位置するラインセレクタ２３では、１対の行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２のソースは、共通のカラムアンプ１６の入力に接続されている。そして、例えば、画素アレイ１２の下側に位置する行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＳＬ２のドレインは、奇数列の垂直信号線２１、偶数列の垂直信号線２１にそれぞれ接続されている。
【００６８】
一方、例えば、画素アレイ１２の上側に位置するラインセレクタ２３では、１対の行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２のソースは、共通のカラムアンプ１６の入力に接続されている。そして、例えば、画素アレイ１２の上側に位置する行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＳＬ２のドレインは、偶数列の垂直信号線２１、奇数列の垂直信号線２１にそれぞれ接続されている。
【００６９】
なお、ラインセレクタ２３の行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２は、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間の導通／非導通を切り換える接続スイッチとして機能する。
【００７０】
本実施形態でのカラムアンプ１６は、画素アレイ１２の列方向Ｄ２の両側（図４の上側および下側）に配置されている。画素アレイ１２の下側に配置されたカラムアンプ１６は、画素アレイ１２の下側に位置するラインセレクタ２３から信号を受け、画素アレイ１２の上側に配置されたカラムアンプ１６は、画素アレイ１２の上側に位置するラインセレクタ２３から信号を受ける。また、画素アレイ１２の行方向Ｄ１において、カラムアンプ１６は、画素アレイ１２の２列毎に１つずつ設けられる。つまり、画素の２列分の幅に１つのカラムアンプ１６が配置されるため、多画素化により画素ピッチが縮小した場合でも、カラムアンプ１６のレイアウトスペースを確保できる。
【００７１】
また、本実施形態では、クリップ部１５、蓄積信号選択部１７、信号蓄積部１８、水平選択スイッチ部１９、水平走査回路２０、定電流源ＩＳは、画素アレイ１２の上側および下側に分けてそれぞれ配置されている。クリップ部１５および定電流源ＩＳは、各々の垂直信号線２１に対して画素アレイ１２の上下に１つずつ設けられている。本実施形態では、クリップ部１５および定電流源ＩＳが画素アレイ１２の上下にそれぞれ配置されているため、画像の上下対称性を維持できる。なお、蓄積信号選択部１７、信号蓄積部１８、水平選択スイッチ部１９および水平走査回路２０の構成は、上述の第１実施形態と同様である。
【００７２】
図５は、第２実施形態での固体撮像素子１１の動作例を示している。図５は、上述した図４に示した画素アレイ１２のｎ行目の各画素から画像信号ＯＵＴＳおよびノイズ信号ＯＵＴＮをそれぞれ読み出すときの固体撮像素子１１の動作を示している。なお、図５に示す動作は、制御信号ＬＳＷ（ＬＳＷ１、ＬＳＷ２）の動作を除いて、上述した図３に示す動作と同じである。
【００７３】
ｎ行目の画素のアクセス期間ＡＰ（ｎ）に移る前では、リセット信号φＲＳＴ（ｎ）が高レベルに維持され（図５（ａ））、制御信号φＬＳＷ１が低レベルに維持される。また、アクセス期間ＡＰ（ｎ）に移る前に、制御信号φＬＳＷ２が高レベルから低レベルに変化し（図５（ａ１））、行選択トランジスタＭＬＳ２がオフする。
【００７４】
アクセス期間ＡＰ（ｎ）では、制御信号φＬＳＷ１が低レベルから高レベルに変化し（図５（ｂ１））、制御信号φＴＮが低レベルから高レベルに変化する（図５（ｄ））。すなわち、行選択トランジスタＭＬＳ１およびトランジスタＭＮ１がオンする。これにより、ｎ行目の赤画素（Ｒ）のノイズ信号ＯＵＴＮは、画素アレイ１２の下側に配置された信号蓄積部１８の容量ＣＮに蓄積される。また、ｎ行目の緑画素（Ｇｒ）のノイズ信号ＯＵＴＮは、画素アレイ１２の上側に配置された信号蓄積部１８の容量ＣＮに蓄積される。
【００７５】
そして、転送信号φＴＸ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化したとき（図５（ｆ））、制御信号φＬＳＷ１が高レベルから低レベルに変化し（図５（ｈ））、行選択トランジスタＭＬＳ１がオフする。また、例えば、転送信号φＴＸ（ｎ）が高レベルから低レベルに変化したとき（図５（ｇ））、制御信号φＬＳＷ１が低レベルから高レベルに変化し（図５（ｉ））、行選択トランジスタＭＬＳ１がオンする。なお、アクセス期間ＡＰ（ｎ）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、制御信号φＬＳＷ２は低レベルに維持される。すなわち、転送信号φＴＸ（ｎ）が高レベルの期間中、制御信号φＬＳＷ１、φＬＳＷ２は、低レベルに維持され、行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２の両方がオフする。
【００７６】
このように、本実施形態でも、転送信号φＴＸ（ｎ）が高レベルの期間では、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間は非導通である。したがって、本実施形態では、高レベルの転送信号ＴＸ（ｎ）のフィードスルーによる垂直信号線の電圧上昇がカラムアンプ１６に伝達されることを防止できる。また、転送信号φＴＸ（ｎ）が低レベルに戻った後では、行選択トランジスタＭＬＳ１がオンするため、垂直信号線２１とカラムアンプ１６との間は導通する。これにより、所望の電圧がカラムアンプ１６に入力される。
【００７７】
例えば、ｎ行目の赤画素（Ｒ）のフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷に対応する信号は、画素アレイ１２の下側に配置されたカラムアンプ１６に行選択トランジスタＭＬＳ１を介して入力され、カラムアンプ１６により反転増幅される。また、例えば、ｎ行目の緑画素（Ｇｒ）のフォトダイオードＰＤにより生成された信号電荷に対応する信号は、画素アレイ１２の上側に配置されたカラムアンプ１６に行選択トランジスタＭＬＳ１を介して入力され、カラムアンプ１６により反転増幅される。
【００７８】
転送信号φＴＸ（ｎ）が低レベルから高レベルに変化したとき、制御信号φＬＳＷ１が高レベルから低レベルに変化し（図５（ｈ））、行選択トランジスタＬＳＷ１がオフする。
【００７９】
また、クリップ部１５により、垂直信号線２１の電圧が所定値より下がらないようにクリップされる。
【００８０】
制御信号φＬＳＷ１が低レベルから高レベルに変化した後に、制御信号φＴＳが低レベルから高レベルに変化し（図５（ｊ））、蓄積信号選択部１７のトランジスタＭＳ１がオンする。これにより、ｎ行目の赤画素（Ｒ）の画像信号ＯＵＴＳは、画素アレイ１２の下側に配置された信号蓄積部１８の容量ＣＳに蓄積される。また、ｎ行目の緑画素（Ｇｒ）の画像信号ＯＵＴＳは、画素アレイ１２の上側に配置された信号蓄積部１８の容量ＣＳに蓄積される。
【００８１】
水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、ｎ行目の赤画素（Ｒ）の信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮが、画素アレイ１２の下側に配置された信号蓄積部１８から水平選択スイッチ部１９を介して順次出力される。また、ｎ行目の緑画素（Ｇｒ）の信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮが、画素アレイ１２の上側に配置された信号蓄積部１８から水平選択スイッチ部１９を介して順次出力される。なお、制御信号φＬＳＷ１は、ｎ＋１行目の画素のアクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）に移る前に、高レベルから低レベルに変化する（図５（ａ２））。
【００８２】
なお、アクセス期間ＡＰ（ｎ）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ）では、制御信号φＲＳＴ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ）、φＴＸ（ｎ）以外の制御信号φＲＳＴ、φＳＥＬ、φＴＸは、高レベル、低レベルおよび低レベルにそれぞれ維持されている。
【００８３】
一方、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）における制御信号φＲＳＴ（ｎ＋１）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φＴＸ（ｎ＋１）、φＬＳＷ２は、アクセス期間ＡＰ（ｎ）における制御信号φＲＳＴ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ）、φＴＸ（ｎ）、φＬＳＷ１と同様に制御される。アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ＋１）では、制御信号φＲＳＴ（ｎ＋１）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φＴＸ（ｎ＋１）以外の制御信号φＲＳＴ、φＳＥＬ、φＴＸは、高レベル、低レベルおよび低レベルにそれぞれ維持されている。アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）および水平走査期間ＨＳＮ（ｎ＋１）では、制御信号φＬＳＷ１は低レベルに維持されている。なお、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）において、制御信号φＴＮ、φＴＳ、φＬＳＷ、φＣｌｉｐの動作はＡＰ（ｎ）の場合と共通する。
【００８４】
すなわち、アクセス期間ＡＰ（ｎ＋１）では、制御信号φＬＳＷ２がアクセス期間ＡＰ（ｎ）の制御信号φＬＳＷ１と同様に制御される。そのため、水平走査期間ＨＳＮ（ｎ＋１）では、ｎ＋１行目の青画素（Ｂ）の信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮが、画素アレイ１２の下側に配置された信号蓄積部１８から水平選択スイッチ部１９を介して順次出力される。また、水平走査期間ＨＳＮ（ｎ＋１）では、ｎ＋１行目の緑画素（Ｇｂ）の信号ＯＵＴＳ、ＯＵＴＮが、画素アレイ１２の上側に配置された信号蓄積部１８から水平選択スイッチ部１９を介して順次出力される。
【００８５】
以上、第２実施形態の固体撮像素子１１では、少なくとも転送信号φＴＸが高レベルの期間中、制御信号ＬＳＷ１、ＬＳＷ２の両方が低レベルに維持されるとともに、垂直信号線２１の電圧は、クリップ部１５によって所定値よりも下がらないようにクリップされる。したがって、第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
なお、第２実施形態では、或る垂直信号線２１に着目すると、行選択トランジスタＭＬＳ１、ＭＬＳ２の制御により、奇数列の信号読み出しと偶数列の信号読み出しとを１行毎に切り換えることができる。これにより、例えば、緑画素（Ｇｒ、Ｇｂ）からの信号を、画素アレイ１２の上側に配置されたカラムアンプ１６を介して読み出すことができ、例えば、赤画素（Ｒ）および青画素（Ｂ）からの信号を、画素アレイ１２の下側に配置されたカラムアンプ１６を介して読み出すことができる。このため、本実施形態では、緑画素（Ｇｒ）と緑画素（Ｇｂ）との信号のレベル差を小さくすることができる。
【００８７】
＜撮像装置の構成例＞
図６は、撮像装置の一例である電子カメラの構成例を示す図である。
【００８８】
電子カメラは、撮像光学系３１と、上記の第１実施形態または第２実施形態の固体撮像素子３２と、アナログフロントエンド回路３３（ＡＦＥ回路）と、画像処理部３４と、モニタ３５と、記録Ｉ／Ｆ３６と、制御部３７と、操作部３８とを有している。ここで、固体撮像素子３２、アナログフロントエンド回路３３、画像処理部３４、操作部３８はそれぞれ制御部３７と接続されている。
【００８９】
撮像光学系３１は、例えばズームレンズやフォーカスレンズを含む複数のレンズで構成されている。なお、簡単のため、図６では撮像光学系３１を１枚のレンズで図示する。
【００９０】
固体撮像素子３２は、撮像光学系３１を通過した光束による被写体の結像を撮像する。この撮像素子の出力はアナログフロントエンド回路３３に接続されている。
【００９１】
電子カメラの撮影モードにおいて、固体撮像素子３２は、操作部３８の入力に応じて、不揮発性の記憶媒体（３９）への記録を伴う記録用静止画像や動画像を撮影する。また、固体撮像素子３２は、記録用静止画像の撮影待機時にも所定間隔ごとに観測用の画像（スルー画像）を連続的に撮影する。時系列に取得されたスルー画像のデータ（あるいは上記の動画像のデータ）は、モニタ３５での動画表示や制御部３７による各種の演算処理に使用される。なお、動画撮影時に、電子カメラはスルー画像を記録するようにしてもよい。
【００９２】
アナログフロントエンド回路３３は、パイプライン式に入力される画像信号に対して、アナログ信号処理、Ａ／Ｄ変換処理を順次施す回路である。アナログフロントエンド回路３３の出力は画像処理部３４に接続される。
【００９３】
画像処理部３４は、アナログフロントエンド回路３３から入力されるデジタルの画像信号に対して画像処理（色補間処理、階調変換処理、輪郭強調処理、ホワイトバランス調整など）を行う。なお、画像処理部３４には、モニタ３５および記録Ｉ／Ｆ３６が接続される。
【００９４】
モニタ３５は、各種の画像を表示する表示デバイスである。例えば、モニタ３５は、制御部３７の制御により、撮影モード下でのスルー画像の動画表示（ビューファインダ表示）を行う。
【００９５】
記録Ｉ／Ｆ３６は、不揮発性の記憶媒体３９を接続するためのコネクタを有している。そして、記録Ｉ／Ｆ３６は、コネクタに接続された記憶媒体３９に対してデータの書き込み／読み込みを実行する。上記の記憶媒体３９は、ハードディスクや、半導体メモリを内蔵したメモリカードなどで構成される。なお、図６では記憶媒体３９の一例としてメモリカードを図示する。
【００９６】
制御部３７は、電子カメラの動作を統括的に制御するプロセッサである。操作部３８は、記録用静止画像の取得指示（例えばレリーズ釦の全押し操作）をユーザから受け付ける。
【００９７】
上記の電子カメラは、上記の第１実施形態または第２実施形態の固体撮像素子３２を用いるので、例えば、静止画の連写撮影時や動画撮影時において、高輝度の被写体を撮影したときにスミアの発生を抑制できる。
【００９８】
＜実施形態の補足事項＞
（補足１）：第１実施形態では、画素アレイ１２の一端側から画像信号を読み出す例を説明した。しかし、第１実施形態において、画素アレイ１２の両端から画像信号を読み出すようにしてもよい。例えば、第１実施形態において、画素アレイ１２の列方向Ｄ２の両端側に、行選択スイッチ部１４、カラムアンプ１６、蓄積信号選択部１７、信号蓄積部１８、水平選択スイッチ部１９および水平走査回路２０をそれぞれ１組ずつ設けてもよい。この場合、例えば、奇数列の画像信号を画素アレイ１２の上側から読み出し、偶数列の画像信号を画素アレイ１２の下側から読み出すようにすればよい（なお、補足１の構成例の図示は省略する）。
【００９９】
（補足２）：上記実施形態では、１画素が４つのトランジスタで構成される例を説明した。しかし、本発明の固体撮像素子は、リセットトランジスタＲＳＴ、増幅トランジスタＡＭＰおよび選択トランジスタＳＥＬを複数の画素間で共有するもの（例えば、２画素で５つのトランジスタを有する２．５Ｔｒ構成、または４画素で７つのトランジスタを有する１．７５Ｔｒ構成）であってもよい。
【０１００】
図７は、画素ＰＸの変形例を示している。図７に示した画素ＰＸの構成は、増幅トランジスタＡＭＰ、選択トランジスタＳＥＬ、リセットトランジスタＲＳＴおよびフローティングディフュージョン領域ＦＤが、画素アレイ１２の列方向Ｄ２に隣接する２画素（ＰＸ１〜ＰＸ２）で共用されている点を除いて、上述した図２の画素ＰＸと同様である。なお、図７に示す画素ＰＸについて、列方向Ｄ２に隣接する複数のフローティングディフュージョン領域ＦＤをスイッチで接続し、さらに列方向Ｄ２での加算読み出しを可能としてもよい（この場合の図示は省略する）。
【０１０１】
図８は、画素ＰＸの変形例を示している。図８に示した画素ＰＸの構成は、増幅トランジスタＡＭＰ、選択トランジスタＳＥＬ、リセットトランジスタＲＳＴおよびフローティングディフュージョン領域ＦＤが、画素アレイ１２の列方向Ｄ２に隣接する４画素（ＰＸ１〜ＰＸ４）で共用されている点を除いて、上述した図２の画素ＰＸと同様である。
【０１０２】
（補足３）：上記実施形態では、撮像装置の一例として電子カメラの構成を説明した。しかし、本発明の撮像装置は、固体撮像素子と各種の信号処理回路とをオンチップで一体化したものであってもよい。
【０１０３】
（補足４）：上記実施形態において、固体撮像素子のカラーフィルタアレイはベイヤ配列に限定されることなく、他のカラーフィルタアレイ（例えば、マゼンタ、グリーン、シアンおよびイエローを用いる補色系カラーフィルタなど）であってもよい。
【０１０４】
（補足５）：上記実施形態において、固体撮像素子は水平走査回路でＯＵＴＳ，ＯＵＴＮをアナログ信号のまま出力する構成を説明した。しかし、本発明の固体撮像素子は、カラムアンプ１６のそれぞれにＡＤ変換器を配置したカラムＡＤＣ方式として、デジタル出力としてもよい。その場合は、撮像装置において、アナログフロントエンドＡＦＥ３３の代わりに、デジタルフロントエンドＤＦＥを配置すればよい。
【０１０５】
（補足６）：第２実施形態では、ラインセレクタ２３を１行毎に切り換えて、必ずＧｒとＧｂが片方（例えば上側）のカラムアンプ１６を介して出力される構成を説明した。しかし、ラインセレクトの接続方向を固定して、例えばＲとＧｂが下側、ＧｒとＢが上側のカラムアンプを介して出力される構成としてもよい。
【０１０６】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物によることも可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１１…固体撮像素子、１２…画素アレイ、１３…垂直走査回路、１４…行選択スイッチ部、１５…クリップ部、１６…カラムアンプ、１７…蓄積信号選択部、１８…信号蓄積部、１９…水平選択スイッチ部、２０…水平走査回路、２１…垂直信号線、２２…撮像素子制御回路、２３…ラインセレクタ、３１…撮像光学系、３２…固体撮像素子、３３…アナログフロントエンド回路、３４…画像処理部、３５…モニタ、３６…記録Ｉ／Ｆ、３７…制御部、３８…操作部、３９…記憶媒体、ＰＸ…画素、ＩＳ…定電流源
【図１】
2013099265.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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