(57)【要約】【課題】像面位相差画素を用いた固体撮像装置の高画質化を図る。【解決手段】光電変換された電荷を蓄積する第１光電変換部および第２光電変換部が一定の方向に隣接配置された画素ＰＣがロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置された画素アレイ部１と、画素ＰＣごとに設けられ、第１光電変換部および第２光電変換部で共有されるマイクロレンズＭＬと、同色画素の第１ライン目と第２ライン目とで第１光電変換部および第２光電変換部からの読み出し順序が異なるように読み出しタイミングを制御するタイミング制御回路８とを備える。【選択図】図１
2015233185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換された電荷を蓄積する第１光電変換部および第２光電変換部が一定の方向に隣接配置された画素がロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置された画素アレイ部と、
前記画素ごとに設けられ、前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で共有されるマイクロレンズと、
同色画素の第１ライン目と第２ライン目とで前記第１光電変換部および前記第２光電変換部からの読み出し順序を入れ替えるように読み出しタイミングを制御するタイミング制御回路とを備える固体撮像装置。
【請求項２】
光電変換された電荷を蓄積する第１光電変換部および第２光電変換部が一定の方向に隣接配置された画素がロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置された画素アレイ部と、
前記画素ごとに設けられ、前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で共有されるマイクロレンズと、
前記第１光電変換部もしくは前記第２光電変換部から読出した信号電荷を電圧に変換する電圧変換部と、
前記電圧変換部の変換容量を切替える変換容量切替部とを備える固体撮像装置。
【請求項３】
前記変換容量切替部は、前記カラム方向に隣接する前記電圧変換部の間に接続した切替トランジスタとを備える請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記変換容量切替部は、前記画素で生成された電荷を電圧に変換する電圧変換部を第１電圧変換部と第２電圧変換部とに分割する分割トランジスタとを備える請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記変換容量切替部は、低照度撮影動作時に小さい容量に設定する第１モードと、
高照度撮影動作時に大きい容量に設定する第２モードを切り替える動作モード制御部と
を有することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置では、撮像と焦点調整を撮像面で行えるようにするために、像面位相差画素を用いたものがある。像面位相差画素では、１個の画素に１個のマイクロレンズが設けられ、その画素の光電変換部が２個に分割されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４４７１２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２８６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの実施形態は、像面位相差画素を用いた固体撮像装置の高画質化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの実施形態によれば、画素アレイ部と、マイクロレンズと、タイミング制御回路とが設けられている。画素アレイ部は、光電変換された電荷を蓄積する第１光電変換部および第２光電変換部が一定の方向に隣接配置された画素がロウ方向およびカラム方向にマトリックス状に配置されている。マイクロレンズは、前記画素ごとに設けられ、前記第１光電変換部および前記第２光電変換部で共有される。タイミング制御回路は、同色画素の第１ライン目と第２ライン目とで前記第１光電変換部および前記第２光電変換部からの読み出し順序が異なるように読み出しタイミングを制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の固体撮像装置の第１光電変換部および第２光電変換部の配置例を示す図、図２（ｂ）は、図１の固体撮像装置の第１読み出し動作時の読み出し順序を示す図、図２（ｃ）は、図１の固体撮像装置の第２読み出し動作時の読み出し順序を示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る固体撮像装置の２画素１セル構成における横１×縦４画素分の画素の構成例を示す回路図である。
【図４】図４は、図３の画素の第１読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、図３の画素の第２読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図６】図６は、図３の画素の第３読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、図３の画素の第４読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、図３の画素の第５読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図９】図９は、図３の画素の第６読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、図３の画素の第７読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図１１】図１１は、第３実施形態に係る固体撮像装置の２画素１セル構成における横１×縦４画素分の画素の構成例を示す回路図である。
【図１２】図１２は、第４実施形態に係る固体撮像装置の２画素１セル構成における横１×縦４画素分の画素の構成例を示す回路図である。
【図１３】図１３は、図１２の画素の第１読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１４は、図１２の画素の第２読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１５は、図１２の画素の第３読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図１６】図１６は、図１２の画素の第４読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図１７】図１７は、図１２の画素の第５読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図１８】図１８は、図１２の画素の第６読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図１９】図１９は、図１２の画素のレイアウト構成例を示す平面図である。
【図２０】図２０は、第５実施形態に係る固体撮像装置の２画素１セル構成における横１×縦４画素分の画素の構成例を示す回路図である。
【図２１】図２１は、図２０の画素のレイアウト構成例を示す平面図である。
【図２２】図２２は、第６実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２３】図２３は、第７実施形態に係る固体撮像装置が適用されたデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図２４】図２４は、第８実施形態に係る固体撮像装置が適用されたカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、固体撮像装置には、画素アレイ部１が設けられている。画素アレイ部１には、光電変換した電荷を蓄積する画素ＰＣがロウ方向ＲＤおよびカラム方向ＣＤにｍ（ｍは正の整数）行×ｎ（ｎは正の整数）列分だけマトリックス状に配置されている。また、この画素アレイ部１において、ロウ方向ＲＤには画素ＰＣの読み出し制御を行う水平制御線Ｈｌｉｎが設けられ、カラム方向ＣＤには画素ＰＣから読み出された信号を伝送する垂直信号線Ｖｌｉｎが設けられている。なお、画素ＰＣは、２個の緑色用画素Ｇｒ、Ｇｂと１個の赤色用画素Ｒと１個の青色用画素Ｂからなるベイヤ配列を構成することができる。
【０００９】
ここで、各画素ＰＣは、ロウ方向ＲＤに隣接配置された第１光電変換部および第２光電変換部が設けられている。なお、光電変換部は、フォトダイオードを用いることができる。例えば、ベイヤ配列において、緑色用画素Ｇｒには光電変換部ＧｒＬ、ＧｒＲが設けられ、赤色用画素Ｒには光電変換部ＲＬ、ＲＲが設けられ、青色用画素Ｂには光電変換部ＢＬ、ＢＲが設けられ、緑色用画素Ｇｂには光電変換部ＧｂＬ、ＧｂＲが設けられている。また、各画素ＰＣには、第１光電変換部および第２光電変換部で共有されるマイクロレンズＭＬが設けられている。
【００１０】
また、固体撮像装置には、読み出し対象となる画素ＰＣを垂直方向に走査する垂直走査回路２、画素ＰＣとの間でソースフォロア動作を行うことにより、画素ＰＣから垂直信号線Ｖｌｉｎにカラムごとに画素信号を読み出す負荷回路３、各画素ＰＣの信号成分のみを抽出するためのＣＤＳ処理を実施するとともにデジタル信号に変換するカラムＡＤＣ回路４、カラムＡＤＣ回路４にて検出された各画素ＰＣの信号成分をカラムごとに記憶するラインメモリ５、読み出し対象となる画素ＰＣを水平方向に走査する水平走査回路６、カラムＡＤＣ回路４に基準電圧ＶＲＥＦを出力する基準電圧発生回路７および各画素ＰＣの読み出しや蓄積のタイミングを制御するタイミング制御回路８が設けられている。なお、タイミング制御回路８にはマスタークロックＭＣＫが入力される。基準電圧ＶＲＥＦはランプ波を用いることができる。ここで、タイミング制御回路８は、同色画素の第１ライン目と第２ライン目とで各画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部からの読み出し順序が異なるように読み出しタイミングを制御することができる。
【００１１】
そして、撮像時では、垂直走査回路２にて画素ＰＣが１ラインずつ垂直方向に走査されることで、ロウ方向ＲＤに画素ＰＣが選択される。この時、各画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部の信号が同時に読み出される。そして、負荷回路３において、その画素ＰＣとの間でソースフォロア動作がカラムごとに行われることにより、画素ＰＣから読み出された画素信号が垂直信号線Ｖｌｉｎを介して伝送され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。また、基準電圧発生回路７において、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が設定され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。そして、カラムＡＤＣ回路４において、画素ＰＣから読み出された信号レベルとリセットレベルがランプ波のレベルに一致するまでクロックのカウント動作が行われることでデジタル信号に変換される。その時の信号レベルとリセットレベルとの差分がとられることで各画素ＰＣの信号成分がＣＤＳにて検出され、ラインメモリ５を介して出力信号Ｓｏｕｔとして出力される。
【００１２】
一方、焦点調整時では、垂直走査回路２にて画素ＰＣが１ラインずつ垂直方向に走査されることで、ロウ方向ＲＤに画素ＰＣが選択される。この時、各画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部の信号が１ラインずつ別々に読み出される。そして、負荷回路３において、その画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部との間でソースフォロア動作がカラムごとに行われることにより、画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部から読み出された画素信号が垂直信号線Ｖｌｉｎを介して伝送され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。また、基準電圧発生回路７において、基準電圧ＶＲＥＦとしてランプ波が設定され、カラムＡＤＣ回路４に送られる。そして、カラムＡＤＣ回路４において、画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部から読み出された信号レベルとリセットレベルがランプ波のレベルに一致するまでクロックのカウント動作が行われることでデジタル信号に変換される。その時の信号レベルとリセットレベルとの差分がとられることで各画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部の信号成分がＣＤＳにて検出され、ラインメモリ５を介して出力信号Ｆｏｕｔとして出力される。
【００１３】
図２（ａ）は、図１の固体撮像装置の第１光電変換部および第２光電変換部の配置例を示す図、図２（ｂ）は、図１の固体撮像装置の第１読み出し動作時の読み出し順序を示す図、図２（ｃ）は、図１の固体撮像装置の第２読み出し動作時の読み出し順序を示す図である。なお、第１読み出し動作は、焦点調整時のビニング動作なしの場合、第２読み出し動作は、焦点調整時のビニング動作ありの場合を示す。
図２（ａ）において、図１の画素アレイ部１の第１ライン目〜第４ライン目の光電変換部をＰＤ１〜ＰＤ４とし、各画素ＰＣの第１光電変換部をＬ、各画素ＰＣの第２光電変換部をＲとした。
図２（ｂ）において、焦点調整時では、各画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部の信号が１ラインずつ別々に読み出される。このため、同一ラインの画素ＰＣであっても、第１光電変換部および第２光電変換部とで蓄積時間の重心Ｂ１〜Ｂ４の位置が異なる。ここで、同一の被写体を撮像した時の同一画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部の信号を比較することで焦点調整が行われるので、被写体が動いている場合は、蓄積時間の重心Ｂ１〜Ｂ４の位置が異なっていると、焦点調整精度が低下する。
【００１４】
このため、第１読み出し動作時では、例えば、第１ライン目と第２ライン目とで第１光電変換部および第２光電変換部の読み出し順序を逆にし、ＰＤ１Ｌ→ＰＤ１Ｒ→ＰＤ２Ｒ→ＰＤ２Ｌという順序で信号を読み出す。言い換えると、第１ライン目と第２ライン目とで第１光電変換部および第２光電変換部の読み出し順序を入れ替え、ＰＤ１Ｌ→ＰＤ１Ｒ→ＰＤ２Ｒ→ＰＤ２Ｌという順序で信号を読み出す。そして、第１ライン目と第２ライン目の第１光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌの信号を加算することで蓄積時間の重心をＢ５とし、第１ライン目と第２ライン目の第２光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒの信号を加算することで蓄積時間の重心をＢ６とする。これにより、第１光電変換部Ｌおよび第２光電変換部Ｒとで蓄積時間の重心Ｂ５、Ｂ６を一致させることができ、被写体が動いている場合においても、焦点調整精度の低下を抑制することができる。
【００１５】
焦点調整時のビニング動作ありの場合では、各画素ＰＣの第１光電変換部および第２光電変換部の信号が別々に読み出されるとともに、同色画素ごとに隣接ラインの信号が加算される。この場合においても、第１光電変換部および第２光電変換部とで蓄積時間の重心Ｂ１〜Ｂ４の位置が異なる。
【００１６】
このため、第２読み出し動作時では、例えば、第１ライン目と第３ライン目の同時読み出しと、第２ライン目と第４ライン目の同時読み出しとで第１光電変換部および第２光電変換部の読み出し順序を逆にし、ＰＤ１Ｌ＋ＰＤ３Ｌ→ＰＤ１Ｒ＋ＰＤ３Ｒ→ＰＤ２Ｒ＋ＰＤ４Ｒ→ＰＤ２Ｌ＋ＰＤ４Ｌという順序で信号を読み出す。そして、第１ライン目〜第４ライン目の第１光電変換部ＰＤ１Ｌ〜ＰＤ４Ｌの信号を加算することで蓄積時間の重心をＢ５とし、第１ライン目〜第４ライン目の第２光電変換部ＰＤ１Ｒ〜ＰＤ４Ｒの信号を加算することで蓄積時間の重心をＢ６とする。これにより、第１光電変換部Ｌおよび第２光電変換部Ｒとで蓄積時間の重心Ｂ５、Ｂ６を一致させることができ、被写体が動いている場合においても、焦点調整精度の低下を抑制することができる。
【００１７】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る固体撮像装置の２画素１セル構成における横１×縦４画素分の画素の構成例を示す回路図である。なお、図３の例では、ベイヤ配列のうち緑色用画素Ｇｒおよび青色用画素Ｂを抜粋して示した。
図３において、この固体撮像装置では、画素ＰＣをビニング動作させる切替トランジスタＴＲｍｉｘが２画素１セル構成間に設けられている。切替トランジスタＴＲｍｉｘはカラム方向ＣＤに隣接する２画素１セル構成間に設けることができる。画素ＰＣに蓄積された電荷を電圧に変換する電圧変換部を複数の画素ＰＣで共有し、電圧変換部で変換された電圧を増幅する増幅トランジスタを有する画素構成をセルと呼ぶと、切替トランジスタＴＲｍｉｘはセル間に設けるようにしてもよい。
【００１８】
そして、例えば、静止画モードでは、切替トランジスタＴＲｍｉｘをオフすることにより画素ＰＣから個別に信号が読み出されるようにすることができる。また、例えば、動画モードまたはモニタモードでは、切替トランジスタＴＲｍｉｘをオンすることにより画素ＰＣをビニング動作させることができる。切替トランジスタＴＲｍｉｘは、全て同時に制御するようにしてもよいし、垂直走査回路２に同期させて水平制御線Ｈｌｉｎ毎に制御するようにしてもよい。
【００１９】
ここで、切替トランジスタＴＲｍｉｘをオフした場合、切替トランジスタＴＲｍｉｘをオンした場合に比べて、画素ＰＣに蓄積された電荷を電圧に変換する電圧変換部の容量を小さくすることができる。このため、画素ＰＣをビニング動作させない場合は、画素ＰＣをビニング動作させる場合に比べて変換ゲインを上げることができ、ＳＮ比を向上させることができる。この切替トランジスタＴＲｍｉｘは、電圧変換部の変換容量を切替える変換容量切替部として動作させることができる。
一方、画素ＰＣをビニング動作させる場合は、２ラインずつ画素ＰＣから信号を読み出すことができ、読み出し速度を２倍にすることができる。また、２ライン分の画素ＰＣとの間で増幅トランジスタＴＲａｍｐ１とＴＲａｍｐ２を並列に動作させるソースフォロア動作を行わせることができ、垂直信号線Ｖｌｉｎを介して伝送される画素信号のノイズを１／√２に低減することができる。
【００２０】
以下、切替トランジスタＴＲｍｉｘの接続関係について具体的に説明する。ここで、ベイヤ配列ＢＨ１、ＢＨ２がカラム方向ＣＤに隣接して配置されているものとする。ベイヤ配列ＢＨ１には、緑色用画素Ｇｒに対して第１光電変換部ＰＤ１Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ１Ｒが設けられ、青色用画素Ｂに対して第１光電変換部ＰＤ２Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ２Ｒが設けられている。また、ベイヤ配列ＢＨ１には、行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１および読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒが設けられている。また、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１とリセットトランジスタＴＲｒｓｔ１と読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒとの接続点には電圧変換部としてフローティングディフュージョンＦＤ１が形成されている。
【００２１】
そして、光電変換部ＰＤ１Ｌは読み出しトランジスタＴＧ１Ｌを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、光電変換部ＰＤ１Ｒは読み出しトランジスタＴＧ１Ｒを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、光電変換部ＰＤ２Ｌは読み出しトランジスタＴＧ２Ｌを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、光電変換部ＰＤ２Ｒは読み出しトランジスタＴＧ２Ｒを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。増幅トランジスタＴＲａｍｐ１のゲートはフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ１を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ１に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ１は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。
【００２２】
ベイヤ配列ＢＨ２には、緑色用画素Ｇｒに対して第１光電変換部ＰＤ３Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ３Ｒが設けられ、青色用画素Ｂに対して第１光電変換部ＰＤ４Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ４Ｒが設けられている。また、ベイヤ配列ＢＨ２には、行選択トランジスタＴＲａｄｒ２、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２および読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが設けられている。また、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２とリセットトランジスタＴＲｒｓｔ２と読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒとの接続点には電圧変換部としてフローティングディフュージョンＦＤ２が形成されている。
【００２３】
そして、光電変換部ＰＤ３Ｌは読み出しトランジスタＴＧ３Ｌを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、光電変換部ＰＤ３Ｒは読み出しトランジスタＴＧ３Ｒを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、光電変換部ＰＤ４Ｌは読み出しトランジスタＴＧ４Ｌを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、光電変換部ＰＤ４Ｒは読み出しトランジスタＴＧ４Ｒを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。増幅トランジスタＴＲａｍｐ２のゲートはフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２のソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒ２を介して垂直信号線Ｖｌｉｎ１に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２のドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤ２は、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２を介して電源電位ＶＤＤに接続されている。
なお、行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２および読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒのゲートには水平制御線Ｈｌｉｎを介して信号を入力することができる。フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２は、切替トランジスタＴＲｍｉｘを介して互いに接続されている。
【００２４】
図４は、図３の画素の第１読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図４において、この第１読み出し動作では切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離される。
そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒでの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒでの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒでの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒでの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
【００２５】
次に、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１と黒レベルの画素信号Ｒ１との差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００２６】
信号レベルの画素信号Ｓ１が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ２が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ２が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ２と黒レベルの画素信号Ｒ２との差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００２７】
信号レベルの画素信号Ｓ２が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ３が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ３が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ３と黒レベルの画素信号Ｒ３との差分が取られることで光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００２８】
信号レベルの画素信号Ｓ３が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ４が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ４が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ４と黒レベルの画素信号Ｒ４との差分が取られることで光電変換部ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００２９】
ここで、第１読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘにてフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量を切り離すことができ、画素ＰＣに蓄積された電荷を電圧に変換する電圧変換部の容量を小さくすることができる。このため、撮像時における電圧変換部の変換ゲインを上げることができ、ＳＮ比を向上させることができる。
【００３０】
図５は、図３の画素の第２読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図５において、この第２読み出し動作では切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合される。
そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒでの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒでの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
【００３１】
次に、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１１が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１１が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１１と黒レベルの画素信号Ｒ１１との差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００３２】
信号レベルの画素信号Ｓ１１が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１２が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１２が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１２と黒レベルの画素信号Ｒ１２との差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００３３】
ここで、第２読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘにてフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量を結合させ、撮像時における画素ＰＣをビニング動作させることができる。このため、２ラインずつ画素ＰＣから信号を読み出すことができ、読み出し速度を２倍にすることができる。また、２ライン分の画素ＰＣとの間で増幅トランジスタＴＲａｍｐ１とＴＲａｍｐ２を並列に動作させるソースフォロア動作を行わせることができ、垂直信号線Ｖｌｉｎ１を介して伝送される画素信号のノイズを１／√２に低減することができる。
【００３４】
図６は、図３の画素の第３読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図６において、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒでの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒでの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
【００３５】
次に、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ２１が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒが同時にオンされることで、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出され、光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合され、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒの信号電荷が平均化される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離され、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒの平均化された信号電荷が分割される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ２１が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ２１と黒レベルの画素信号Ｒ２１との差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００３６】
信号レベルの画素信号Ｓ２１が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ２２が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒが同時にオンされることで、光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出され、光電変換部ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合され、光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒの信号電荷が平均化される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離され、光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒの平均化された信号電荷が分割される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ２２が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ２２と黒レベルの画素信号Ｒ２２との差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００３７】
ここで、第３読み出し動作では、撮像時における２ライン分の増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２を並列にソースフォロア動作させることができ、垂直信号線Ｖｌｉｎ１を介して伝送される黒レベルの画素信号Ｒ２１、Ｒ２２と信号レベルの画素信号Ｓ２１、Ｓ２２のノイズを１／√２に低減することができる。また、信号読み出し後に切替トランジスタＴＲｍｉｘをオンすることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電位を均等化することができ、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電位差を数１０ｍＶ程度にすることができる。このため、撮像時における信号読み出し後のフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に０．３Ｖ〜０．５Ｖの電位差がある場合においても、ソースフォロア動作で平均化した信号を垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力することができる。
【００３８】
図７は、図３の画素の第４読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図７において、この第４読み出し動作では切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離される。
そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌがオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒがオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒがオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌがオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌがオフされることで光電変換部ＰＤ３Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｒがオフされることで光電変換部ＰＤ３Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｒがオフされることで光電変換部ＰＤ４Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌがオフされることで光電変換部ＰＤ４Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
【００３９】
次に、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１Ｌが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１Ｌが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１Ｌと黒レベルの画素信号Ｒ１Ｌとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００４０】
信号レベルの画素信号Ｓ１Ｌが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１Ｒが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１Ｒが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ１Ｒとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００４１】
信号レベルの画素信号Ｓ１Ｒが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ２Ｒが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ２Ｒが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ２Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ２Ｒとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００４２】
信号レベルの画素信号Ｓ２Ｒが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ２Ｌが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ２Ｌが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ２Ｌと黒レベルの画素信号Ｒ２Ｌとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００４３】
次に、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ３Ｌが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ３Ｌが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ３Ｌと黒レベルの画素信号Ｒ３Ｌとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ３Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００４４】
信号レベルの画素信号Ｓ３Ｌが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ３Ｒが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ３Ｒが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ３Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ３Ｒとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ３Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００４５】
信号レベルの画素信号Ｓ３Ｒが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ４Ｒが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ４Ｒが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ４Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ４Ｒとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ４Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００４６】
信号レベルの画素信号Ｓ４Ｒが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ４Ｌが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ４Ｌが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ４Ｌと黒レベルの画素信号Ｒ４Ｌとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ４Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００４７】
ここで、第４読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘにてフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量を切り離すことができ、画素ＰＣに蓄積された電荷を電圧に変換する電圧変換部の容量を小さくすることができる。このため、焦点調整時における電圧変換部の変換ゲインを上げることができ、ＳＮ比を向上させることができる。
【００４８】
また、焦点調整時において、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ間の読み出し順序と光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ間の読み出し順序とを逆にすることにより、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌの蓄積時間の重心と、光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒの蓄積時間の重心とを一致させることができる。また、焦点調整時において、光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒ間の読み出し順序と光電変換部ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒ間の読み出し順序とを逆にすることにより、光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌの蓄積時間の重心と、光電変換部ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの蓄積時間の重心とを一致させることができる。
【００４９】
図８は、図３の画素の第５読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図８において、この第５読み出し動作では切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合される。
そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ３Ｌが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ３Ｌが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ４Ｌが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ４Ｌが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
【００５０】
次に、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ３１が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ３Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ３１が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ３１と黒レベルの画素信号Ｒ３１との差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００５１】
信号レベルの画素信号Ｓ３１が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ３２が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ３２が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ３２と黒レベルの画素信号Ｒ３２との差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００５２】
信号レベルの画素信号Ｓ３２が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ３３が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ３３が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ３３と黒レベルの画素信号Ｒ３３との差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００５３】
信号レベルの画素信号Ｓ３３が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ３４が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ４Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ３４が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ３４と黒レベルの画素信号Ｒ３４との差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００５４】
ここで、第５読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘにてフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量を結合させ、焦点調整時における画素ＰＣをビニング動作させることができる。このため、２ラインずつ画素ＰＣから信号を読み出すことができ、読み出し速度を２倍にすることができる。また、２ライン分の画素ＰＣとの間で並列にソースフォロア動作を行わせることができ、垂直信号線Ｖｌｉｎ１を介して伝送される画素信号のノイズを１／√２に低減することができる。
【００５５】
また、焦点調整時のビニング動作において、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの加算信号と光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの加算信号の読み出し順序と、光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの加算信号と光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの加算信号の読み出し順序とを逆にすることにより、光電変換部ＰＤ１Ｌ〜ＰＤ４Ｌの蓄積時間の重心と、光電変換部ＰＤ１Ｒ〜ＰＤ４Ｒの蓄積時間の重心とを一致させることができる。
【００５６】
図９は、図３の画素の第６読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図９において、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ３Ｌが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ３Ｌが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｒが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｒが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされた後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ４Ｌが同時にオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ４Ｌが同時にオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオフされる。
【００５７】
次に、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ４１が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ３Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合され、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの信号電荷が平均化される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離され、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの平均化された信号電荷が分割される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ４１が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ４１と黒レベルの画素信号Ｒ４１との差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００５８】
信号レベルの画素信号Ｓ４１が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ４２が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒ、ＴＧ３Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合され、光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの信号電荷が平均化される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離され、光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの平均化された信号電荷が分割される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ４２が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ４２と黒レベルの画素信号Ｒ４２との差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００５９】
信号レベルの画素信号Ｓ４２が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ４３が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒ、ＴＧ４Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合され、光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号電荷が平均化される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離され、光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの平均化された信号電荷が分割される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ４３が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ４３と黒レベルの画素信号Ｒ４３との差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００６０】
信号レベルの画素信号Ｓ４３が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１、ＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ４４が検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌ、ＴＧ４Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に読み出される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合され、光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの信号電荷が平均化される。その後、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離され、光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの平均化された信号電荷が分割される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１、ＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ４４が検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ４４と黒レベルの画素信号Ｒ４４との差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００６１】
ここで、第６読み出し動作では、撮像時における２ライン分の増幅トランジスタＴＲａｍｐＡ１、ＴＲａｍｐ２を並列にソースフォロア動作させることができ、垂直信号線Ｖｌｉｎ１を介して伝送される黒レベルの画素信号Ｒ４１〜Ｒ４４と信号レベルの画素信号Ｓ４１〜Ｓ４４のノイズを１／√２に低減することができる。また、信号読み出し後に切替トランジスタＴＲｍｉｘをオンすることでフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電位を均等化することができ、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の電位差を数１０ｍＶ程度にすることができる。このため、撮像時における信号読み出し後のフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に０．３Ｖ〜０．５Ｖの電位差がある場合においても、ソースフォロア動作で平均化した信号を垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力することができる。
【００６２】
また、焦点調整時のビニング動作において、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ３Ｌの加算信号と光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ３Ｒの加算信号の読み出し順序と、光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ４Ｌの加算信号と光電変換部ＰＤ２Ｒ、ＰＤ４Ｒの加算信号の読み出し順序とを逆にすることにより、光電変換部ＰＤ１Ｌ〜ＰＤ４Ｌの蓄積時間の重心と、光電変換部ＰＤ１Ｒ〜ＰＤ４Ｒの蓄積時間の重心とを一致させることができる。
【００６３】
図１０は、図３の画素の第７読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図１０において、この第７読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離される。
そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌがオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。
また、光電変換部ＰＤ１Ｌの信号電荷の蓄積が開始された後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒがオフされることで光電変換部ＰＤ１Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。
また、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌがオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。
また、光電変換部ＰＤ２Ｌの信号電荷の蓄積が開始された後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒがオフされることで光電変換部ＰＤ２Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。
また、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌがオフされることで光電変換部ＰＤ３Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。
また、光電変換部ＰＤ３Ｌの信号電荷の蓄積が開始された後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｒがオフされることで光電変換部ＰＤ３Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。
また、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｌの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌがオフされることで光電変換部ＰＤ４Ｌの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。
また、光電変換部ＰＤ４Ｌの信号電荷の蓄積が開始された後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｒの残留電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に排出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｒがオフされることで光電変換部ＰＤ４Ｒの信号電荷の蓄積が開始される。そして、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２がオンされることでフローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。
【００６４】
ここで、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌの蓄積時間は、光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの蓄積時間と異ならせることができる。
【００６５】
次に、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１１Ｌが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１１Ｌが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１１Ｌと黒レベルの画素信号Ｒ１１Ｌとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００６６】
信号レベルの画素信号Ｓ１１Ｌが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１１Ｒが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ１Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ１Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１１Ｒが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１１Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ１１Ｒとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ１Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００６７】
信号レベルの画素信号Ｓ１１Ｒが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１２Ｌが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１２Ｌが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１２Ｌと黒レベルの画素信号Ｒ１２Ｌとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００６８】
信号レベルの画素信号Ｓ１２Ｌが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ１がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ１がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ１の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１２Ｒが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ２Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ２Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ１に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ１がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ１の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１２Ｒが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１２Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ１２Ｒとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ２Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００６９】
次に、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされることで増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１３Ｌが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１３Ｌが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１３Ｌと黒レベルの画素信号Ｒ１３Ｌとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ３Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００７０】
信号レベルの画素信号Ｓ１３Ｌが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１３Ｒが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ３Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ３Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１３Ｒが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１３Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ１３Ｒとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ３Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００７１】
信号レベルの画素信号Ｓ１３Ｒが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１４Ｌが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｌがオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｌの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１４Ｌが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１４Ｌと黒レベルの画素信号Ｒ１４Ｌとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ４Ｌに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００７２】
信号レベルの画素信号Ｓ１４Ｌが垂直信号線Ｖｌｉｎ１に出力された後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２の電荷が排出される。そして、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒがオフの時に行選択トランジスタＴＲａｄｒ２がオンされていると、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作し、フローティングディフュージョンＦＤ２の黒レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて黒レベルの画素信号Ｒ１４Ｒが検出される。その後、読み出しトランジスタＴＧ４Ｒがオンされることで光電変換部ＰＤ４Ｒの信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤ２に読み出される。そして、増幅トランジスタＴＲａｍｐ２がソースフォロア動作することで、フローティングディフュージョンＦＤ２の信号レベルの電荷に応じた電圧が垂直信号線Ｖｌｉｎ１に読み出される。そして、この時の垂直信号線Ｖｌｉｎ１の電圧に基づいて信号レベルの画素信号Ｓ１４Ｒが検出される。そして、信号レベルの画素信号Ｓ１４Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ１４Ｒとの差分が取られることで光電変換部ＰＤ４Ｒに蓄積された電荷に応じた信号成分が検出される。
【００７３】
ここで、第７読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘにてフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量を切り離すことができ、画素ＰＣに蓄積された電荷を電圧に変換する電圧変換部の容量を小さくすることができる。このため、焦点調整時における電圧変換部の変換ゲインを上げることができ、ＳＮ比を向上させることができる。また、光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌの蓄積時間と、光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの蓄積時間とを互いに異ならせることにより、蓄積時間の長い方の信号が飽和した場合においても、蓄積時間の短い方の信号が飽和しないようにすることができる。このため、これらの信号を後段の合成処理で線形化することにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。
この切替トランジスタＴＲｍｉｘは、電圧変換部の変換容量を切替える変換容量切替部として動作させることができる。例えば、低照度の撮影時には、変換容量を小さくすることで高変換ゲインにすることで後段の回路ノイズの影響を小さくした高S/Nの画質がえられる。また、高照度の撮影時には、変換容量を大きくすることで低変換ゲインにすることで電圧変換部の飽和電子数を大きくすることで光ショットノイズの影響を小さくした高S/Nの画質が得られる。
【００７４】
（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態に係る固体撮像装置の２画素１セル構成における横１×縦４画素分の画素の構成例を示す回路図である。
図１１において、この固体撮像装置では、図３の切替トランジスタＴＲｍｉｘの代わりに切替トランジスタＴＲｍｉｘ１、ＴＲｍｉｘ２が設けられている。また、図３のリセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ１の代わりにリセットトランジスタＴＲｒｓｔが設けられている。
切替トランジスタＴＲｍｉｘ１、ＴＲｍｉｘ２は互いに直列に接続され、その直列回路は、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２間に接続されている。切替トランジスタＴＲｍｉｘ１、ＴＲｍｉｘ２のゲートは共通に接続されている。リセットトランジスタＴＲｒｓｔは、切替トランジスタＴＲｍｉｘ１、ＴＲｍｉｘ２の接続点と電源電位ＶＤＤとの間に接続されている。切替トランジスタＴＲｍｉｘ１、ＴＲｍｉｘ２の接続点にはフローティングディフュージョンＦＤｍが形成されている。なお、切替トランジスタＴＲｍｉｘ１は、フローティングディフュージョンＦＤ１に近接して配置することができる。切替トランジスタＴＲｍｉｘ２は、フローティングディフュージョンＦＤ２に近接して配置することができる。
切替トランジスタＴＲｍｉｘ１、ＴＲｍｉｘ２は切替トランジスタＴＲｍｉｘと同様に動作し、リセットトランジスタＴＲｒｓｔはリセットトランジスタＴＲｒｓｔ１、ＴＲｒｓｔ２と同様に動作することができる。
ここで、切替トランジスタＴＲｍｉｘ１、ＴＲｍｉｘ２をフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２にそれぞれ近接して配置することにより、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２に付加される配線容量を低減することができ、変換ゲインを上げることができる。さらに、図３のリセットトランジスタＴＲｒｓｔ１とＴＲｒｓｔ２の２個を１個に削減することができる。
切替トランジスタＴＲｍｉｘ１、ＴＲｍｉｘ２は、電圧変換部の変換容量を切替える変換容量切替部として動作させることができる。
【００７５】
（第４実施形態）
図１２は、第４実施形態に係る固体撮像装置の２画素１セル構成における横１×縦４画素分の画素の構成例を示す回路図である。
図１２において、画素アレイ部１には、画素ＰＣで生成された電荷を電圧に変換する電圧変換部を第１電圧変換部と第２電圧変換部とに分割する分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２が設けられている。すなわち、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２は、電圧変換部の変換容量を切替える変換容量切替部として動作させることができる。  
【００７６】
分割トランジスタＴＲｄｉｖ１または分割トランジスタＴＲｄｉｖ２は画素ＰＣごとに設けることができる。ここで、低照度撮像時では、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２を介して電圧変換部を分割させることにより変換ゲインを上げることができる。また、高照度撮像時では、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２を介して電圧変換部が分割されないようにすることにより飽和電子数を増大させることができる。分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２は、外部の照度の計測結果に基づいて自動で切り替えられるようにしてもよいし、ユーザが任意に切り替えられるようにしてもよい。
【００７７】
ここで、電圧変換部の容量が分割された場合、電圧変換部の容量が分割されない場合に比べて、画素ＰＣに蓄積された電荷を電圧に変換する電圧変換部の容量を小さくすることができ、ＳＮ比を向上させることができる。一方、電圧変換部の容量が分割されない場合、電圧変換部の容量が分割された場合に比べて電圧変換部の飽和電子数を増大させることができ、ダイナミックレンジを増大させることができる。
【００７８】
以下、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２の接続関係について具体的に説明する。ここで、ベイヤ配列ＢＨ１´、ＢＨ２´がカラム方向ＣＤに隣接して配置されているものとする。
ベイヤ配列ＢＨ１´には、緑色用画素Ｇｒに対して第１光電変換部ＰＤ１Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ１Ｒが設けられ、青色用画素Ｂに対して第１光電変換部ＰＤ２Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ２Ｒが設けられている。ベイヤ配列ＢＨ２´には、緑色用画素Ｇｒに対して第１光電変換部ＰＤ３Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ３Ｒが設けられ、青色用画素Ｂに対して第１光電変換部ＰＤ４Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ４Ｒが設けられている。また、ベイヤ配列ＢＨ１´には、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒおよび分割トランジスタＴＲｄｉｖ１が設けられ、ベイヤ配列ＢＨ２´には、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒおよび分割トランジスタＴＲｄｉｖ２が設けられている。また、行選択トランジスタＴＲａｄｒ、増幅トランジスタＴＲａｍｐ、リセットトランジスタＴＲｒｓｔが、ベイヤ配列ＢＨ１´、ＢＨ２´に共通に設けられている。また、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒの接続点には第１電圧変換部としてフローティングディフュージョンＦＤ１が形成され、増幅トランジスタＴＲａｍｐとリセットトランジスタＴＲｒｓｔとの接続点には第２電圧変換部としてフローティングディフュージョンＦＤｍが形成され、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒの接続点には第３電圧変換部としてフローティングディフュージョンＦＤ２が形成されている。
【００７９】
そして、第１光電変換部ＰＤ１Ｌは読み出しトランジスタＴＧ１Ｌを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、第２光電変換部ＰＤ１Ｒは読み出しトランジスタＴＧ１Ｒを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、第１光電変換部ＰＤ２Ｌは読み出しトランジスタＴＧ２Ｌを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、第２光電変換部ＰＤ２Ｒは読み出しトランジスタＴＧ２Ｒを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。第１光電変換部ＰＤ３Ｌは読み出しトランジスタＴＧ３Ｌを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、第２光電変換部ＰＤ３Ｒは読み出しトランジスタＴＧ３Ｒを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、第１光電変換部ＰＤ４Ｌは読み出しトランジスタＴＧ４Ｌを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、第２光電変換部ＰＤ４Ｒは読み出しトランジスタＴＧ４Ｒを介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。
【００８０】
増幅トランジスタＴＲａｍｐのゲートはフローティングディフュージョンＦＤｍに接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐのソースは行選択トランジスタＴＲａｄｒを介して垂直信号線Ｖｌｉｎ１に接続され、増幅トランジスタＴＲａｍｐのドレインは電源電位ＶＤＤに接続されている。また、フローティングディフュージョンＦＤｍは、リセットトランジスタＴＲｒｓｔを介して電源電位ＶＲＤに接続されている。
【００８１】
フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤｍ間には分割トランジスタＴＲｄｉｖ１が接続され、フローティングディフュージョンＦＤ２、ＦＤｍ間には分割トランジスタＴＲｄｉｖ２が接続されている。  
【００８２】
図１３は、図１２の画素の第１読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図４の第１読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離される。これに対して、図１３の第１読み出し動作では、第１光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒの信号の検出時は、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１がオン、分割トランジスタＴＲｄｉｖ２がオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ２の容量が切り離される。第１光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号の検出時は、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１がオフ、分割トランジスタＴＲｄｉｖ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ１の容量が切り離される。
これ以外は、図４の第１読み出し動作と同様に動作することで、信号レベルの画素信号Ｓ１〜Ｓ４と黒レベルの画素信号Ｒ１〜Ｒ４を得ることができる。
【００８３】
図１４は、図１２の画素の第２読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図１３の第１読み出し動作では、第１光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒの信号の検出時は、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ２の容量が切り離され、第１光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号の検出時は、フローティングディフュージョンＦＤ２、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ１の容量が切り離される。これに対して、図１４の第２読み出し動作では、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤｍの容量が互いに結合される。これ以外は、図１３の第１読み出し動作と同様に動作することで図１３の方法よりも変換ゲインを低くすることができ、信号レベルの画素信号Ｓ１Ｂ〜Ｓ４Ｂと黒レベルの画素信号Ｒ１Ｂ〜Ｒ４Ｂを得ることができる。
【００８４】
図１５は、図１２の画素の第３読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図５の第２読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合される。これに対して、図１５の第３読み出し動作では、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２オンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤｍの容量が互いに結合される。
これ以外は、図５の第３読み出し動作と同様に動作することで、信号レベルの画素信号Ｓ１１〜Ｓ１４と黒レベルの画素信号Ｒ１１〜Ｒ１４を得ることができる。
【００８５】
図１６は、図１２の画素の第４読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図７の第４読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに分離される。これに対して、図１６の第４読み出し動作では、第１光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒの信号の検出時は、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１がオン、分割トランジスタＴＲｄｉｖ２がオフされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ２の容量が切り離される。第１光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号の検出時は、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１がオフ、分割トランジスタＴＲｄｉｖ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ２、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ１の容量が切り離される。
これ以外は、図７の第４読み出し動作と同様に動作することで、信号レベルの画素信号Ｓ１Ｌ〜Ｓ４Ｌ、Ｓ１Ｒ〜Ｓ４Ｒと黒レベルの画素信号Ｒ１Ｌ〜Ｒ４Ｌ、Ｒ１Ｒ〜Ｒ４Ｒを得ることができる。
【００８６】
図１７は、図１２の画素の第５読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図１６の第４読み出し動作では、第１光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒの信号の検出時は、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ２の容量が切り離され、第１光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号の検出時は、フローティングディフュージョンＦＤ２、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ１の容量が切り離される。これに対して、図１７の第５読み出し動作では、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２がオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤｍの容量が互いに結合される。これ以外は、図１６の第４読み出し動作と同様に動作することで図１６の方法よりも変換ゲインを低くすることができ、信号レベルの画素信号Ｓ１ＬＢ〜Ｓ４ＬＢ、Ｓ１ＲＢ〜Ｓ４ＲＢと黒レベルの画素信号Ｒ１ＬＢ〜Ｒ４ＬＢ、Ｒ１ＲＢ〜Ｒ４ＲＢを得ることができる。
【００８７】
図１８は、図１２の画素の第６読み出し動作時の各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図８の第５読み出し動作では、切替トランジスタＴＲｍｉｘがオンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量が互いに結合される。これに対して、図１８の第６読み出し動作では、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２オンされることで、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤｍの容量が互いに結合される。
これ以外は、図８の第５読み出し動作と同様に動作することで、信号レベルの画素信号Ｓ３１〜Ｓ３４と黒レベルの画素信号Ｒ３１〜Ｒ３４を得ることができる。
【００８８】
なお、図１３および図１６の方法では、変換ゲインを上げるために、第１光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒの信号の検出時は、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ２の容量を切り離し、第１光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号の検出時は、フローティングディフュージョンＦＤ２、ＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ１の容量を切り離す方法について説明した。
変換ゲインをさらに上げるために、第１光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ２Ｌ、ＰＤ３Ｌ、ＰＤ４Ｌおよび第２光電変換部ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｒ、ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｒの信号の検出時に、フローティングディフュージョンＦＤｍの容量からフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量を切り離すようにしてもよい。
この時、フローティングディフュージョンＦＤｍの方がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２よりもポテンシャルが深くなるように設定することにより、フローティングディフュージョンＦＤｍの容量をフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量と分離することができる。フローティングディフュージョンＦＤｍの方がフローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２よりもポテンシャルが深くなるように設定するために、電源電位ＶＲＤをハイレベルにした状態でリセットトランジスタＴＲｒｓｔをオンさせることでフローティングディフュージョンＦＤｍのポテンシャルを深くした後、リセットトランジスタＴＲｒｓｔをオフさせた状態で分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２のゲート電位をロウレベルとハイレベルとの間の中間電位に設定すればよい。
【００８９】
図１９は、図１２の画素のレイアウト構成例を示す平面図である。
図１９において、第１列目において、第１行目には光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒがロウ方向ＲＤに隣接して配置され、第２行目には光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒがロウ方向ＲＤに隣接して配置され、第３行目には光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒがロウ方向ＲＤに隣接して配置され、第４行目には光電変換部ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒがロウ方向ＲＤに隣接して配置されている。第２列目も同様である。第１列目および第２列目の光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒはベイヤ配列ＢＨ１に設けられている。第１列目および第２列目の光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒはベイヤ配列ＢＨ２に設けられている。光電変換部ＰＤ１Ｌ、ＰＤ１Ｒ、ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒ間にはフローティングディフュージョンＦＤ１が配置され、光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒ、ＰＤ４Ｌ、ＰＤ４Ｒ間にはフローティングディフュージョンＦＤ２が配置され、光電変換部ＰＤ２Ｌ、ＰＤ２Ｒと光電変換部ＰＤ３Ｌ、ＰＤ３Ｒとの間にはフローティングディフュージョンＦＤｍが配置されている。
【００９０】
光電変換部ＰＤ１ＬとフローティングディフュージョンＦＤ１との間には読み出しトランジスタＴＧ１Ｌが配置され、光電変換部ＰＤ１ＲとフローティングディフュージョンＦＤ１との間には読み出しトランジスタＴＧ１Ｒが配置され、光電変換部ＰＤ２ＬとフローティングディフュージョンＦＤ１との間には読み出しトランジスタＴＧ２Ｌが配置され、光電変換部ＰＤ２ＲとフローティングディフュージョンＦＤ１との間には読み出しトランジスタＴＧ２Ｒが配置されている。光電変換部ＰＤ３ＬとフローティングディフュージョンＦＤ２との間には読み出しトランジスタＴＧ３Ｌが配置され、光電変換部ＰＤ３ＲとフローティングディフュージョンＦＤ２との間には読み出しトランジスタＴＧ３Ｒが配置され、光電変換部ＰＤ４ＬとフローティングディフュージョンＦＤ２との間には読み出しトランジスタＴＧ４Ｌが配置され、光電変換部ＰＤ４ＲとフローティングディフュージョンＦＤ２との間には読み出しトランジスタＴＧ４Ｒが配置されている。
【００９１】
ベイヤ配列ＢＨ１、ＢＨ２間には、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２がカラム方向ＣＤに隣接して配置されている。また、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２にロウ方向ＲＤに隣接してリセットトランジスタＴＲｒｓｔが配置され、リセットトランジスタＴＲｒｓｔにロウ方向ＲＤに隣接して増幅トランジスタＴＲａｍｐが配置され、増幅トランジスタＴＲａｍｐにロウ方向ＲＤに隣接して選択トランジスタＴＲａｄｒが配置されている。
【００９２】
これにより、ベイヤ配列ＢＨ１、ＢＨ２における画素配置の均一性を損なうことなく、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２をカラム方向ＣＤに隣接して配置することができる。このため、フローティングディフュージョンＦＤｍの容量を小さくすることができ、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の容量とフローティングディフュージョンＦＤｍの容量とを分割して信号を検出することで変換ゲインを向上させることができる。
【００９３】
（第５実施形態）
図２０は、第５実施形態に係る固体撮像装置の２画素１セル構成における横１×縦４画素分の画素の構成例を示す回路図である。
図２０において、この固体撮像装置では、図１２の構成に転送トランジスタＴＧＯ１、ＴＧＯ２が追加されている。読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒは、転送トランジスタＴＧＯ１を介してフローティングディフュージョンＦＤ１に接続されている。読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒは、転送トランジスタＴＧＯ２を介してフローティングディフュージョンＦＤ２に接続されている。
なお、図２０の固体撮像装置の動作は、図１３〜図１８と同様である。ここで、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒを介して電荷を読み出す時に、転送トランジスタＴＧＯ１、ＴＧＯ２は、ロウレベルとハイレベルとの間の中間電位にゲート電位を設定することができる。このため、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒを介して電荷を読み出す時に、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ、ＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒをパルス動作させた場合においても、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２の残留電荷の変動を低減させることができ、ランダムノイズを低減させることができる。
【００９４】
図２１は、図２０の画素のレイアウト構成例を示す平面図である。
図２１の構成では、図１９の構成に対し、読み出しトランジスタＴＧ１Ｌ、ＴＧ１Ｒ、ＴＧ２Ｌ、ＴＧ２Ｒ間に転送トランジスタＴＧＯ１が配置され、読み出しトランジスタＴＧ３Ｌ、ＴＧ３Ｒ、ＴＧ４Ｌ、ＴＧ４Ｒ間に転送トランジスタＴＧＯ２が配置されている。また、転送トランジスタＴＧＯ１にロウ方向ＲＤに隣接してフローティングディフュージョンＦＤ１が配置され、転送トランジスタＴＧＯ２にロウ方向ＲＤに隣接してフローティングディフュージョンＦＤ２が配置されている。これにより、ベイヤ配列ＢＨ１、ＢＨ２における画素配置の均一性を損なうことなく、分割トランジスタＴＲｄｉｖ１、ＴＲｄｉｖ２および転送トランジスタＴＧＯ１、ＴＧＯ２を配置することができる。
【００９５】
（第６実施形態）
図２２は、第６実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
この固体撮像装置には、図１の画素アレイ部１の代わりに画素アレイ部１´が設けられている。画素アレイ部１´には、図１の画素ＰＣの代わりに画素ＰＣ´が設けられている。なお、画素ＰＣは、２個の緑色用画素Ｇｒ、Ｇｂと１個の赤色用画素Ｒと１個の青色用画素Ｂからなるベイヤ配列を構成することができる。
【００９６】
ここで、各画素ＰＣ´は、カラム方向ＣＤに隣接配置された第１光電変換部および第２光電変換部が設けられている。なお、光電変換部は、フォトダイオードを用いることができる。例えば、ベイヤ配列において、緑色用画素Ｇｒには光電変換部ＧｒＵ、ＧｒＤが設けられ、赤色用画素Ｒには光電変換部ＲＵ、ＲＤが設けられ、青色用画素Ｂには光電変換部ＢＵ、ＢＤが設けられ、緑色用画素Ｇｂには光電変換部ＧｂＵ、ＧｂＤが設けられている。また、各画素ＰＣ´には、第１光電変換部および第２光電変換部で共有されるマイクロレンズＭＬ´が設けられている。この固体撮像装置は、図１の固体撮像装置と同様に動作することができる。
【００９７】
（第７実施形態）
図２３は、第７実施形態に係る固体撮像装置が適用されたデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
図２３において、デジタルカメラ１１は、カメラモジュール１２および後段処理部１３を有する。カメラモジュール１２は、撮像光学系１４および固体撮像装置１５を有する。後段処理部１３は、イメージシグナルプロセッサ（ＩＳＰ）１６、記憶部１７及び表示部１８を有する。なお、ＩＳＰ１６の少なくとも一部の構成は固体撮像装置１５とともに１チップ化するようにしてもよい。固体撮像装置１５としては、例えば、図１、図１１、図１２または図２２のいずれかの構成を用いることができる。
【００９８】
撮像光学系１４は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置１５は、被写体像を撮像する。ＩＳＰ１６は、固体撮像装置１５での撮像により得られた画像信号を信号処理する。記憶部１７は、ＩＳＰ１６での信号処理を経た画像を格納する。記憶部１７は、ユーザの操作等に応じて、表示部１８へ画像信号を出力する。表示部１８は、ＩＳＰ１６あるいは記憶部１７から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。表示部１８は、例えば、液晶ディスプレイである。なお、カメラモジュール１２は、デジタルカメラ１１以外にも、例えばカメラ付き携帯端末等の電子機器に適用するようにしてもよい。
【００９９】
（第８実施形態）
図２４は、第８実施形態に係る固体撮像装置が適用されたカメラモジュールの概略構成を示す断面図である。
図２４において、被写体からカメラモジュール２１のレンズ２２へ入射した光は、メインミラー２３、サブミラー２４およびメカシャッタ２８を経て固体撮像装置２９に入射する。
サブミラー２４で反射した光は、オートフォーカス（ＡＦ）センサ２５に入射する。カメラモジュール２１では、ＡＦセンサ２５での検出結果に基づいてフォーカス調整が行われる。メインミラー２３で反射した光は、レンズ２６およびプリズム２７を経てファインダ３０に入射する。
【０１００】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  画素アレイ部、２  垂直走査回路、３  負荷回路、４  カラムＡＤＣ回路、５  ラインメモリ、６  水平走査回路、７  基準電圧発生回路、８  タイミング制御回路、ＰＣ  画素、Ｖｌｉｎ  垂直信号線、Ｈｌｉｎ  水平制御線
【図１】
2015233185.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】
2015233185.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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