(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部の信号電荷を受け取る電荷蓄積部であって、複数の光電変換部で共有する電荷蓄積部と、前記光電変換部で生成された信号電荷の読み出しをする複数の画素トランジスタであって、複数の光電変換部で共有する画素トランジスタを含む画素が行列状に二次元配置された画素アレイ部と、
露光期間において、露光期間の開始時が全画素同時となるように前記画素を駆動可能で、かつ露光期間の終了時も全画素同時となるように前記画素を駆動可能で、読み出し期間において前記画素を順に選択走査する走査部とを備える固体撮像装置と、
静止画の撮影において、露光期間の終了時を決定するメカニカルシャッタと、
を備え、
前記画素トランジスタを共有する複数の光電変換部は、互いに同色の光を光電変換する構成とされ、
前記画素は、緑色の光を光電変換する画素で構成された列と、赤色の光を光電変換する画素と青色の光を光電変換する画素が２つずつ列方向に配列された列とが交互に配置され、
前記列方向に隣接する２つの同色の画素間で、前記電荷蓄積部が共有されている
電子機器。
【請求項２】
前記画素は、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に、前記光電変換部毎に一時電荷保持部を有しており、
露光期間終了時、前記一時電荷保持部には前記光電変換部で生成された信号電荷が転送され、前記電荷蓄積部には、前記一時電荷保持部の飽和電荷量を超えた信号電荷が転送される
請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で蓄積された信号電荷の転送、読み出しをする複数の画素トランジスタと、複数の前記光電変換部で共有する電荷蓄積部を含む画素が行列状に二次元配置された画素アレイ部と、
露光期間において、露光期間の開始時が全画素同時となるように前記画素を駆動可能で、かつ露光期間の終了時も全画素同時となるように前記画素を駆動可能で、読み出し期間において前記画素を順に選択走査する走査部とを備える固体撮像装置と、
静止画の撮影において、露光期間の終了時を決定するメカニカルシャッタと、
を備える電子機器の駆動方法において、
前記電荷蓄積部を共有する複数の光電変換部は、互いに同色の光を光電変換する構成とされ、
前記画素は、緑色の光を光電変換する画素で構成された列と、赤色の光を光電変換する画素と青色の光を光電変換する画素が２つずつ列方向に配列された列とが交互に配置され、
前記列方向に隣接する２つの同色の画素間で、前記電荷蓄積部が共有されており、
動画の撮影においては、前記光電変換部に蓄積されていた信号電荷を排出することで全画素同時に露光期間を開始し、前記露光期間に前記光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を前記電荷蓄積部に転送することで全画素同時に露光期間を終了し、前記電荷蓄積部を共有する同色画素の信号電荷を同時に読み出し、
静止画の撮影においては、前記光電変換部に蓄積されていた信号電荷を排出することで全画素同時に露光期間を開始し、メカニカルシャッタを閉じることで全画素同時に露光期間を終了する
電子機器の駆動方法。
【請求項４】
前記画素は、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に、画素毎に一時電荷保持部を有しており、
露光期間終了後、前記一時電荷保持部には前記光電変換部で生成された信号電荷が転送され、前記電荷蓄積部には、前記一時電荷保持部の飽和電荷量を超えた信号電荷が転送され、
画素毎の信号電荷の読み出し時には、前記電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を高照度信号として読み出し、前記一時電荷保持部に蓄積された信号電荷を低照度信号として読み出す
請求項３に記載の電子機器の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像装置を備える電子機器に関し、特に、グローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置を備える電子機器に関する。また、その電子機器の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像装置では、二次元マトリクス状に配列された各画素の受光部で生成・蓄積された信号電荷を、行毎に順次読み出す方式が採られている。この場合、各画素の受光部における露光のタイミングは、信号電荷の読み出しの開始と終了によって決まるため、画素毎に露光のタイミングが異なる。このため、このようなＣＭＯＳ型固体撮像装置を用いて速い動きの被写体を撮像する場合には、被写体が歪んで撮像されるという問題がある。
【０００３】
以上のような問題を解決するために、近年、信号電荷の蓄積の同時刻性を実現する同時撮像機能（グローバルシャッタ機能）が提案されており、また、グローバルシャッタ機能を有するＣＭＯＳ型固体撮像装置の用途も多くなってきている。
【０００４】
グローバルシャッタ機能を有するＣＭＯＳ型固体撮像装置では、通常、受光部で生成された信号電荷を読み出し時まで蓄えておくために、遮光性を持った電荷蓄積部を有することが必要となる。この電荷蓄積部として、通常のＣＭＯＳ型固体撮像装置において、画素に初めから備わっているフローティングディフュージョン部を用いるものが多くある。また、特許文献１では、電荷蓄積部として、ＣＣＤ型の電荷保持容量部と、フローティングディフュージョン部の２つを用いることで、飽和電子数を多くする構成が記載されている。
【０００５】
ところで、従来のＣＭＯＳ型の固体撮像装置では、画素の微細化のために、画素の回路を複数画素で共有する画素共有という方式がある。ここで、グローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置において、フローティングディフュージョン部を電荷保持容量部として用いる場合、画素共有方式を採用すると複数画素の信号がフローティングディフュージョン部で混ざってしまう。このため、画素共有方式をとることができず、画素の小型化に問題があった。
【０００６】
また、特許文献１に記載の固体撮像装置においても、信号電荷は、ＣＣＤ型の電荷保持容量部とフローティングディフュージョン部に蓄積されるため、画素共有方式をとることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２６８０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の点に鑑み、本開示は、グローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置を備える電子機器において、画素の回路を複数画素で共有し、画素の小型化が図られた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の電子機器は、光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、複数の光電変換部で共有する画素トランジスタと電荷蓄積部を含む画素が行列状に二次元配置された画素アレイ部と、走査部とを備える固体撮像装置と、メカニカルシャッタを備える。画素トランジスタは、光電変換部で蓄積された信号電荷の転送、読み出しをするトランジスタである。走査部は、信号電荷の露光期間において、露光期間の開始時が全画素同時となるように前記画素を駆動可能で、かつ露光期間の終了時も全画素同時となるように前記画素を駆動可能で、読み出し期間において前記画素を順に選択走査する。メカニカルシャッタは、静止画の撮影において、露光期間の終了時を決定するものである。そして、画素トランジスタを共有する複数の光電変換部は、互いに同色の光を光電変換する構成とされ、画素は、緑色の光を光電変換する画素で構成された列と、赤色の光を光電変換する画素と青色の光を光電変換する画素が２つずつ列方向に配列された列とが交互に配置され、列方向に隣接する２つの同色の画素間で、電荷蓄積部が共有されているものである。
【００１０】
本開示の電子機器では、グローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置において、画素共有方式が実現される。そして、画素共有方式を採用した固体撮像装置に、メカニカルシャッタを組み合わせることで、共有による小型化の恩恵を受けながら、静止画の撮影においてグローバルシャッタ機能を可能とする。
【００１１】
本開示の電子機器の駆動方法は、上述の構成とされた電子機器において、動画の撮影においては、光電変換部に蓄積されていた信号電荷を排出することで全画素同時に露光期間を開始する。そして、露光期間に光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を前記電荷蓄積部に転送することで全画素同時に露光期間を終了し、電荷蓄積部を共有する同色画素の信号電荷を同時に読み出す。また、静止画の撮影においては、光電変換部に蓄積されていた信号電荷を排出することで全画素同時に露光期間を開始し、メカニカルシャッタを閉じることで全画素同時に露光期間を終了する。
【００１２】
本開示の電子機器の駆動方法では、画素共有方式とされたグローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置にメカニカルシャッタを採用することにより、動画の撮影と、静止画の撮影が実際にグローバルシャッタで可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、グローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置において、画素の回路を複数の画素で共有できるので、画素の小型化がなされ、電子機器の小型化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の第１の実施形態に係る電子機器を示す概略構成図である。
【図２】本開示の第１の実施形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。
【図３】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素の回路構成を示す図である。
【図４】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素の断面構成（一部回路図で示す）である。
【図５】本開示の第１の実施形態に係る電子機器において、動画を撮影する場合のタイミングチャートを示す図である。
【図６】図５のタイミングチャートに対応するポテンシャル図であり、単位画素の露光から読み出しまでの電子の移動、及び電位の遷移を示す断面ポテンシャル図（その１）である。
【図７】図５のタイミングチャートに対応するポテンシャル図であり、単位画素の露光から読み出しまでの電子の移動、及び電位の遷移を示す断面ポテンシャル図（その２）である。
【図８】本開示の一実施形態に係る電子機器において、静止画を撮影する場合のタイミングチャートを示す図である。
【図９】Ａ、Ｂ  本開示の固体撮像装置に適用可能な画素配列の一例と、実際の画素配列に対して、共有画素同士で信号電荷を加算した場合の実効的な画素配列を示す図である。
【図１０】３つの画素で第２電荷蓄積部、及び複数の画素トランジスタを共有する場合に適用可能な画素配列の例を示す図である。
【図１１】本開示の第２の実施形態に係る電子機器を構成する固体撮像装置の回路構成を示す図である。
【図１２】本開示の第２の実施形態に係る電子機器において、動画を撮影する場合のタイミングチャートを示す図である。
【図１３】本開示の第２の実施形態に係る電子機器において、静止画を撮影する場合のタイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本開示の実施形態に係る電子機器、及びその電子機器に用いられる固体撮像装置の一例を、図１〜図１３を参照しながら説明する。本開示の実施形態は以下の順で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：電子機器・固体撮像装置
１−１  電子機器の構成
１−２  固体撮像装置の全体構成
１−３  固体撮像装置の要部の構成
１−４  電子機器の駆動方法：動画
１−５  電子機器の駆動方法：静止画
１−６  画素のレイアウト
２．第２の実施形態：電子機器・固体撮像装置
【００１６】
〈１．第１の実施形態：電子機器・固体撮像装置〉
［１−１  電子機器の構成］
まず、本開示の第１の実施形態に係る電子機器について説明する。
図１は、本開示の第１の実施形態に係る電子機器を示す概略構成図である。本実施形態例では、電子機器の一例としてカメラを構成している。本実施の形態に係る電子機器５０は、光学レンズ群（光学系）５１、メカニカルシャッタ６１、固体撮像装置１、ＤＳＰ（Digital signal processor）５３、フレームメモリ５７、中央処理装置（ＣＰＵ）５４を備える。さらに、表示装置５５、記録装置５８、操作系５６及び電源系５９等を備えて構成される。このうち、メカニカルシャッタ６１、ＤＳＰ５３、フレームメモリ５７、ＣＰＵ５４、表示装置５５、記録装置５８、操作系５６及び電源系５９は、共通のバスライン６０に接続されている。
【００１７】
光学レンズ群５１は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面（画素アレイ部：画素部）に導くものである。メカニカルシャッタ６１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御する。固体撮像装置１は、後述するが、光学レンズ群５１によって撮像面に結像された像光を画素単位で電気信号に変換する。ＤＳＰ５３は、固体撮像装置１を制御するとともに、そこからの信号を受け、画像信号を生成するものである。フレームメモリ５７は、ＤＳＰ５３で処理される画像信号を一時的に記憶するために使用されるメモリである。
【００１８】
表示装置５５は、ＤＳＰ５３の処理結果として出力された画像信号を表示するものである。記録装置５８は、その画像信号を例えば磁気テープ、磁気ディスク、光ディスク、メモリカード等に記録するものである。操作系５６は、カメラを操作するためのものである。電源系５９は、固体撮像装置１やメカニカルシャッタ６１を駆動するための電力を印加するものである。ＣＰＵ５４は、これらの動作を制御する。
【００１９】
［１−２  固体撮像装置の全体構成］
次に、本実施形態例の電子機器５０に組み込まれる固体撮像装置１について説明する。
図２は、本開示の一実施形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置１の全体を示す概略構成図である。
【００２０】
本実施形態例の固体撮像装置１は、シリコンからなる基板９上に形成された画素アレイ部２と、画素アレイ部２と同じ基板９上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部は、例えば行走査部３、定電流源部４、列信号処理部５、列走査部６、出力処理部７、及びコントロール部８などから構成される。
【００２１】
画素アレイ部２は、入射光の光量に応じた電荷量の光電荷（光信号）を発生して内部に蓄積する光電変換素子を有する単位画素（以下、単に「画素」と記述する場合もある）が行方向および列方向に、即ち、行列状に２次元配置された構成となっている。ここで、行方向とは画素行の画素の配列方向（即ち、水平方向）を言い、列方向とは画素列の画素の配列方向（即ち、垂直方向）を言う。単位画素の具体的な回路構成の詳細については後述する。
【００２２】
画素アレイ部２において、行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線１２が行方向に沿って配線され、画素列ごとに垂直信号線１７が列方向に沿って配線されている。画素駆動線１２は、画素から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図２では、画素駆動線１２について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線１２の一端は、行走査部３の各行に対応した出力端に接続されている。
【００２３】
行走査部３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素アレイ部２の各画素を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。すなわち、行走査部３は、当該行走査部３を制御するコントロール部８と共に、画素アレイ部２の各画素を駆動する駆動部を構成している。この行走査部３はその具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する構成となっている。
【００２４】
読出し走査系は、単位画素から信号を読み出すために、画素アレイ部２の単位画素を行単位で順に選択走査する。単位画素から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
【００２５】
この掃出し走査系による掃出し走査により、該当行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷が掃き出されることによって当該光電変換素子がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷の掃き出し（リセット）により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する（光電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。
読出し走査系、及び掃出し走査系による各画素の走査については後述する。
【００２６】
行走査部３によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、画素列ごとに垂直信号線１７の各々を通して定電流源部４および列信号処理部５に入力される。定電流源部４は、画素列ごとに定電流源３５（図３参照）が配置された構成となっており、定電流源３５から各単位画素に対して垂直信号線１７の各々を通してバイアス電流を供給する。
【００２７】
列信号処理部５は、画素アレイ部２の画素列ごとに、選択行の各画素から垂直信号線１７を通して出力される信号に対して所定の信号処理を行う。この列信号処理部５で行われる信号処理としては、例えば、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング）によるノイズ除去処理や、信号増幅処理や、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換処理等の信号処理を挙げることができる。
【００２８】
但し、ここで例示した信号処理は一例に過ぎず、列信号処理部５で行われる信号処理としてはこれらに限られるものではない。列信号処理部５は、これら各種の信号処理の１つ、または複数を実行する。この列信号処理部５における信号処理は本実施形態の特徴の一つであり、その詳細ついては後述する。
【００２９】
列走査部６は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、列信号処理部５の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この列走査部６による選択走査により、列信号処理部５において単位回路ごとに信号処理された信号が順番に水平信号線１０を通して出力処理部７に供給される。
【００３０】
出力処理部７は、列走査部６によって選択され、水平信号線１０を通して入力される信号に対して所定の処理を行って基板９の外部へ出力する。この出力処理部７での処理としては、バッファリングだけの処理の場合もあるし、バッファリングの前に黒レベルを調整したり、画素列ごとのばらつきを補正したりするなど各種の信号処理を挙げることができる。
【００３１】
コントロール部８は、基板９の外部から与えられるクロック信号や、動作モードを指令するデータ信号などを受け取るとともに、これらの信号を基に各種のタイミング信号を生成するタイミング生成部を有する。コントロール部８で生成された各種のタイミング信号は、行走査部３、列信号処理部５および列走査部６等の周辺回路部に対して与えられ、これら回路部の駆動制御を行う。
【００３２】
［１−３  固体撮像装置の要部の構成］
図３は、本実施形態例の固体撮像装置１の画素の回路構成を示す図であり、図４は、本実施形態例の固体撮像装置１の画素の断面構成（一部回路図で示す）である。図３では、列方向に隣接する２つの画素（以下、第１画素４０ａ、第２画素４０ｂという）を代表して示している。また、第１画素４０ａと第２画素４０ｂの断面構成は同じであるから、図４では、第１画素４０ａの断面構成のみを示す。
【００３３】
図３及び図４に示すように、本実施形態例の固体撮像装置１では、基板２０に形成された光電変換部（以下、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２）と、第１電荷蓄積部２４と、第２電荷蓄積部２５とを備える。また、電荷の転送、読み出しを行うための転送トランジスタ１３、第１リセットトランジスタ１１、第２リセットトランジスタ１４、アンプトランジスタ１５、及び選択トランジスタ１６を備える。そして、隣接する第１画素４０ａ及び第２画素４０ｂで、第２電荷蓄積部２５、第２リセットトランジスタ１４、アンプトランジスタ１５、及び選択トランジスタ１６を共有する、共有画素方式とされている。
【００３４】
図３及び図４に示すように、基板２０は、第１導電型、例えばｎ型半導体基板で構成されており、基板２０の画素が形成される表面側は、第２導電型、例えばｐ型の不純物領域からなるウェル領域２１とされている。このｐ型のウェル領域２１内に、画素を構成するフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）や、第１及び第２電荷蓄積部２４、２５、及び各画素トランジスタを構成するソース・ドレイン領域が形成される。
【００３５】
フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）は、光電変換素子を構成するものであり、基板２０の表面に形成されたｐ型半導体領域２２と、そのｐ型半導体領域２２の下層に形成されたｎ型半導体領域２３とで構成される。本実施形態例では、ｐ型半導体領域２２とｎ型半導体領域２３との間のｐｎ接合により、主なフォトダイオードが構成される。
【００３６】
フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）では、入射した光の光量に応じた信号電荷が生成され、ｎ型半導体領域２３に蓄積される。また、本実施形態例では、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）において、表面側に正孔蓄積層となるｐ型半導体領域２２が形成されている。このため、信号電荷を蓄積するｎ型半導体領域２３が欠陥の多い界面にふれないですむので、暗電流の抑制が図られる。
【００３７】
第１電荷蓄積部２４は、ウェル領域で構成される転送ゲート部２４ａを挟んでフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に隣接する領域に形成されており、基板２０の表面から深さ方向に形成されたｎ型半導体領域で構成されている。第１電荷蓄積部２４及び転送ゲート部２４ａが形成された領域の基板２０直上には、絶縁膜３１を介して電位変動電極２６が形成されている。
【００３８】
そして、第１画素４０ａでは、電位変動電極２６に所望の電位変動パルスＣＣＤ１を供給することにより転送ゲート部２４ａ及び第１電荷蓄積部２４の電位が変動し、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷が第１電荷蓄積部２４に転送される。同じく、第２画素４０ｂでは、電位変動電極２６に所望の電位変動パルスＣＣＤ２を供給することにより、転送ゲート部２４ａ及び第１電荷蓄積部２４の電位が変動し、フォトダイオードＰＤ２に蓄積された信号電荷が第１電荷蓄積部２４に転送される。
このように、第１電荷蓄積部２４は、電位変動電極２６によって電位が変動されるＣＣＤ（Charge Coupled Device）構造とされ、信号電荷を一時的に保持する容量部（ＭＥＭ）として機能する。また、第１電荷蓄積部２４のフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）側には、電位障壁（転送ゲート部２４ａに相当）が設けられた構成とされている。
【００３９】
第２電荷蓄積部２５は、転送トランジスタ１３の転送ゲート電極２８を挟んで第１電荷蓄積部２４に隣接する領域に形成され、基板２０の表面側に形成されたｎ型半導体領域で構成されている。第２電荷蓄積部２５は、例えばフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）を構成するｎ型半導体領域２３よりも高い不純物濃度で構成されており、いわゆるフローティングディフュージョン部（ＦＤ）を構成する。
【００４０】
転送トランジスタ１３は、第１電荷蓄積部２４からなるソースと、第２電荷蓄積部２５からなるドレインと、そのソース・ドレイン間の基板上に絶縁膜３１を介して形成された転送ゲート電極２８とで構成される。
【００４１】
第１画素４０ａでは、転送トランジスタ１３に転送パルスＴｒｆ１を供給することにより、第１画素４０ａの第１電荷蓄積部２４に蓄積された信号電荷が第２電荷蓄積部２５に転送される。また、第２画素４０ｂでは、転送トランジスタ１３に転送パルスＴｒｆ２を供給することにより、第２画素４０ｂの第１電荷蓄積部２４に蓄積された信号電荷が第２電荷蓄積部２５に転送される。
【００４２】
第１リセットトランジスタ１１は、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）からなるソースと、電源電圧Ｖｄｄに接続されたドレイン（図４では、排出部３０で示す）と、そのソース・ドレイン間に形成された第１リセットゲート電極２９とで構成される。
第１画素４０ａでは、第１リセットトランジスタ１１の第１リセットゲート電極２９に第１リセットパルスＤｒｎ１を供給することにより、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された電荷が排出されリセットされる。
また、第２画素４０ｂでは、第１リセットトランジスタ１１の第１リセットゲート電極２９に第１リセットパルスＤｒｎ２を供給することにより、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された電荷が排出されリセットされる。
【００４３】
第２リセットトランジスタ１４は、第２電荷蓄積部２５からなるソースと、電源電圧Ｖｄｄに接続されたドレインと、そのソース・ドレイン間に形成された第２リセットゲート電極３２とで構成される。第２リセットトランジスタ１４では、第２リセットゲート電極３２に第２リセットパルスＲｓｔを供給することにより、第２電荷蓄積部２５の電位が電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。
【００４４】
アンプトランジスタ１５は、電源電圧Ｖｄｄが供給されるドレインと、選択トランジスタ１６のドレインを兼ねるソースと、そのソース・ドレイン間に形成されたアンプゲート電極３３とから構成されている。アンプトランジスタ１５では、アンプゲート電極３３に第２電荷蓄積部２５の電位が供給される。これにより、その電位に対応した画素信号をドレインに出力する。
【００４５】
選択トランジスタ１６は、アンプトランジスタ１５のソースを兼ねるドレインと、垂直信号線１７に接続されたソースと、そのソース・ドレイン間に形成された選択ゲート電極３４とから構成されている。選択トランジスタ１６では、選択ゲート電極３４に選択パルスＳｅｌを供給することにより、画素信号が垂直信号線１７に出力される。そして、アンプトランジスタ１５が垂直信号線１７に接続されることにより、垂直信号線１７の一端に接続される定電流源３５とソースフォロア回路を構成する。
【００４６】
図３、図４では、第２リセットトランジスタ１４、アンプトランジスタ１５、選択トランジスタ１６は回路図のみで示し、断面構成を省略したが、他の画素トランジスタと同様、ｎチャネルＭＯＳトランジスタで構成されるものである。すなわち、第２リセットトランジスタ１４、アンプトランジスタ１５、選択トランジスタ１６を構成するソース・ドレインは、基板２０表面に形成されたｎ型半導体領域で構成され、各ゲート電極は、絶縁膜を介して基板２０表面に形成されるものである。
【００４７】
［１−４  電子機器の駆動方法：動画］
図５に、本実施形態例の電子機器５０において、動画を撮影する場合のタイミングチャートを示す。また、図６及び図７は、タイミングチャートに対応するポテンシャル図であり、単位画素の露光から読み出しまでの電子の移動、及び電位の遷移を示す断面ポテンシャル図である。図５の（１）〜（１２）は、図６及び図７の（１）〜（１２）に対応する。なお、図６及び図７では、第１画素４０ａの断面ポテンシャル図のみを図示し、第２画素４０ｂの断面ポテンシャル図を省略するが、第２画素４０ｂの画素トランジスタが走査される場合には、第２画素４０ｂにおいても図６及び図７と同様となる。また、以下に説明する動画の撮影では、電子機器５０を構成するメカニカルシャッタ６１を併用しなくてもよい。
【００４８】
まず、露光開始前の待機状態では、第１リセットパルスＤｒｎ１，Ｄｒｎ２、電位変動パルスＣＣＤ１，ＣＣＤ２、転送パルスＴｒｆ１，Ｔｒｆ２、選択パルスＳｅｌ、第２リセットパルスＲｓｔが供給されていない（図５の（１））。この待機状態では図６（１）に示すように、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）及び第２電荷蓄積部２５に信号電荷が蓄積されている状態である。このときにフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積されている信号電荷は、前のフレーム読み出し後に入射した入射光によるものである。また、第２電荷蓄積部２５に蓄積された信号電荷は、前のフレームからの残りである。
【００４９】
次に、露光を開始するため、第１リセットパルスＤｒｎ１，Ｄｒｎ２を供給することにより、第１リセットトランジスタ１１をオンする（図５の（２））。第１リセットトランジスタ１１がオンすることにより、図６（２）に示すように、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積された信号電荷が電源電圧Ｖｄｄに接続された排出部３０側に排出され、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）はリセットされる。
【００５０】
その後、第１リセットパルスＤｒｎ１，Ｄｒｎ２の供給を停止することにより、第１リセットトランジスタ１１をオフする(図５の（３）)。そして、このようにフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積された信号電荷をリセットする動作が電子シャッタ動作とされ、第１リセットトランジスタ１１をオフした後、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）における露光が開始される。
【００５１】
露光開始後、所望の露光期間が過ぎた状態（図５の（４））では、図６（４）に示すように、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に露光期間に光電変換した信号電荷が蓄積される。ここで、第１リセットゲート電極２９下のリセットゲート部の電位障壁を、電位変動電極２６下の転送ゲート部２４ａよりも低く構成している。このため、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）の飽和電荷量を超えて信号電荷が生成された場合には、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）から溢れた信号電荷は、第１電荷蓄積部２４側ではなく排出部３０側に排出されるように構成されている。
【００５２】
次に、第２リセットパルスＲｓｔと転送パルスＴｒｆ１、Ｔｒｆ２を供給することで、第２リセットトランジスタ１４と転送トランジスタ１３をオンする（図５の（５））。これにより、図６（５）に示すように、第２電荷蓄積部２５に蓄積された信号電荷を、第２リセットトランジスタ１４を介して電源電圧Ｖｄｄ側に排出する。ここで、第１電荷蓄積部２４にも信号電荷が蓄積されている場合には、第１電荷蓄積部２４の信号電荷も同様に、第２リセットトランジスタ１４を介して電源電圧Ｖｄｄ側に排出される。そして、この動作を、後のローリング読み出しの状態に近づけるため、選択パルスＳｅｌを同時に供給することで、選択トランジスタ１６をオンしておくことが好ましい。
【００５３】
そして、第２リセットパルスＲｓｔと転送パルスＴｒｆ１、Ｔｒｆ２の供給を停止することで、第２リセットトランジスタ１４と転送トランジスタ１３をオフする（図５の（６）。ここでは、図６（６）に示すように、第１電荷蓄積部２４と第２電荷蓄積部２５の信号電荷がリセットされた状態とされる。
【００５４】
次に、電位変動パルスＣＣＤ１、ＣＣＤ２と転送パルスＴｒｆ１、Ｔｒｆ２を供給することで、転送ゲート部２４ａ及び第１電荷蓄積部２４の電位を深くするとともに、転送トランジスタ１３をオンする（図５の（７））。これにより、図７（７）に示すように、露光期間中、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積された信号電荷が第１電荷蓄積部２４及び第２電荷蓄積部２５に転送される。ここで、第１電荷蓄積部２４はフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積された信号電荷を全て受け入れるように大きくは形成していない。このため、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）の信号電荷は、まず、第１電荷蓄積部２４に転送され、第１電荷蓄積部２４から溢れた信号電荷が第２電荷蓄積部２５に転送され、保持される。
【００５５】
そして、信号電荷の転送後、電位変動パルスＣＣＤ１、ＣＣＤ２と転送パルスＴｒｆ１、Ｔｒｆ２の供給を停止し、電位変動電極２６下部の電位を元の電位に戻すとともに、転送トランジスタ１３をオフする（図５の（８））。このとき、選択パルスＳｅｌが供給されていた場合には、同時に供給を停止する。そして、これにより、図７（８）に示すように、信号電荷の第１電荷蓄積部２４及び第２電荷蓄積部２５への転送が終了する。
【００５６】
ここまでの一連の動作は、第１画素４０ａ及び第２画素４０ｂを含む全画素で同時に行われるものである。すなわち、図５の（２）、（３）の工程で、グローバル露光が開始され、図５の（４）〜（８）工程で、グローバル転送がなされることで露光期間が全画素同時に終了する。
【００５７】
次に、ローリング読み出しを行う。ローリング読み出しでは、１行ずつ順に動作するが、第１画素４０ａと第２画素４０ｂが複数の画素トランジスタを共有する構成とされているため、ここでは、第１画素４０ａと第２画素４０ｂを同時に読み出す。すなわち、動画撮影では、第１画素４０ａと第２画素４０ｂが形成された行をｎ行目として走査する。また、各画素は、該当行の動作が回ってくるまで、図７の（８）の状態である。
【００５８】
ｎ行目の順番が回ってきたら、まず、選択パルスＳｅｌを供給する。これにより、選択トランジスタ１６がオンした状態となる（図５の（８）’）。このときの転送トランジスタ１３のポテンシャルは、図７の（８）と同じ状態である。そして、選択トランジスタＳｅｌがオンされることにより図７の（８）の状態で第２電荷蓄積部２５に蓄積された信号電荷による電位に対応する出力が高照度信号としてアンプトランジスタ１５で増幅され、選択トランジスタ１６を介して垂直信号線１７に出力される。垂直信号線１７に出力された高照度信号は、図示しないカラム回路に取り込まれる。
【００５９】
次に、選択パルスＳｅｌを供給し続けた状態で、第２リセットパルスＲｓｔを供給する（図５の（９））。これにより、第２リセットトランジスタ１４がオンした状態となり、図７（９）に示すように、第２電荷蓄積部２５に蓄積されていた信号電荷が電源電圧Ｖｄｄ側に排出され、リセットされる。その後、第２リセットパルスＲｓｔの供給を停止し、図５の（１０）、図７（１０）に示すように第２リセットトランジスタ１４をオフする。
【００６０】
そして、第２リセットトランジスタ１４をオフした状態で、第２電荷蓄積部２５の電位に対応する出力をリセット信号としてカラム回路に取り込む。カラム回路では、先に取得した高照度信号とリセット信号との差分をとる。これにより、カラム回路では、固定ノイズパターンが除去された新たな高照度信号を保持する。
【００６１】
次に、選択パルスＳｅｌを供給し続けた状態で、転送パルスＴｒｆ１，Ｔｒｆ２を供給する（図５の（１１））。これにより、転送トランジスタ１３がオンした状態となり、図７（１１）に示すように、第１電荷蓄積部２４に蓄積されていた信号電荷が第２電荷蓄積部２５に転送される。転送終了後、転送パルスＴｒｆ１，Ｔｒｆ２の供給を停止し（図５の（１２））、図７（１２）に示すように転送トランジスタ１３をオフする。
【００６２】
そしてこの状態で第２電荷蓄積部２５に蓄積された信号電荷による電位に対応する画素の出力が低照度信号としてアンプトランジスタ１５で増幅され、選択トランジスタ１６を介して垂直信号線１７に出力される。垂直信号線１７に出力された低照度信号は、カラム回路に取り込まれる。カラム回路では、図７の（１０）の状態で得たリセット信号と低照度信号との差分をとることにより、相関二重サンプリングを行う。これにより、カラム回路では、固定ノイズパターンが除去された新たな低照度信号を保持する。
【００６３】
そして、カラム回路に保持された固定ノイズパターンが除去された高照度信号及び低照度信号を、水平信号線１０を介して出力処理部７に出力する。出力処理部７では、高照度信号と低照度信号から、露光期間中にフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）で生成、蓄積された信号電荷に対応する信号を再構成し、出力する。これにより、ｎ行目の画素の読み出しが終了する。
【００６４】
ｎ行目の画素の読み出しが終了した後は、ｎ＋１行目の画素の読み出しを行う。ｎ＋１行目の読み出しを行う場合も、図５の（８）〜（１２）と同様の動作で各画素トランジスタを駆動することで、低照度信号と高照度信号を得ることができる。
【００６５】
本実施形態例では、動画撮影において、複数の画素トランジスタを共有する第１及び第２画素４０ａ，４０ｂを同時に駆動することで、２つの画素で蓄積された信号電荷が加算され、実質的には１画素分の画素信号として読み出される。ところで、現在のデジタルスチルカメラでは、静止画は１０００万画素以上に対して、動画のＨＤＴＶ（High-DefinitionTeleVision）でも２００万画素しかない。このように、動画については、画素加算して画素数を減らしてよい用途が多いため、グローバルシャッタ機能を有する固体撮像装置において、画素共有の構成を採ることができる。また、本実施形態例では、動画の撮影時に、共有画素間で、画素加算を行う例としたが、感度や折り返しノイズが劣ってもよければ、画素加算ではなく、共有画素のうちの１つの画素だけを読む間引き読み出しを採用してもよい。
【００６６】
また、本実施形態例の固体撮像装置１では、露光期間中において、光電変換された信号電荷の蓄積はフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）でのみ行い、露光期間終了後に、第１電荷蓄積部２４及び第２電荷蓄積部２５に転送する。このため、露光期間中に、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）と第１電荷蓄積部２４で蓄積を行うような従来の固体撮像装置に比較して、第１電荷蓄積部２４の面積を小さくすることができる。これにより、単位画素の面積を同じとした場合には、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）の占有面積をより大きく確保することができ、感度や飽和電荷量の増加を図ることができる。
また、本実施形態例の固体撮像装置では、低照度信号と高照度信号とを読み出すことができるので、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
【００６７】
また、本実施形態例の固体撮像装置１では、露光期間中においてフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）で生成された信号電荷がフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）の飽和電荷量を超えた場合には、第１リセットトランジスタ１１のドレイン側にオーバーフローする。このため、第１電荷蓄積部２４や第２電荷蓄積部２５側にフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）の飽和電荷量を超えた信号電荷がオーバーフローする恐れがないため、ローリング読み出しが終わる前に露光を開始することができる。
【００６８】
そして、このように、ローリング読み出しが終わる前に露光を開始し、ローリング読み出しが全て終了した後にグローバル転送を行うことで、前の信号電荷と次の信号電荷が第１電荷蓄積部２４や第２電荷蓄積部２５で混ざることがない。
【００６９】
本実施形態例によれば、ローリング読み出しが終わる前に露光を開始することで、フレーム間の時間飛びが少なく、滑らかな動画を得ることができ、また、感度の向上が図られる。また、本実施形態例の固体撮像装置１では、前述したように、生成された信号電荷はフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）のみで蓄積されるので、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）の面積を大きく取り、第１電荷蓄積部２４は小さく形成する構成とされている。このような構成は、ローリング読み出し中に露光期間を開始する駆動方法に効果的である。
【００７０】
なお、本実施形態例において、電子シャッタ動作とグローバル転送の同時性は、実用上問題のない程度であればよい。全画素を完全に同時に駆動すると、ドライバーに負荷がかかるため、この負荷を軽減するため、画素アレイ部２の上方と下方とで小さな時間差を設ける構成としてもよい。
【００７１】
［１−５  電子機器の駆動方法：静止画］
次に、本実施形態例の電子機器５０において、静止画の撮影を行う場合の駆動方法を説明する。図８に、本実施形態例の固体撮像装置１において、静止画を撮影する場合のタイミングチャートを示す。図８の（１）〜（１２）は、図６及び図７の（１）〜（１２）に対応する。本実施形態例では、静止画を撮影する場合には電子機器５０を構成するメカニカルシャッタ６１を併用する。
【００７２】
まず、メカニカルシャッタ６１を開いた状態で、全画素同時に第１リセットパルスＤｒｎ１、Ｄｒｎ２を供給することで、第１リセットトランジスタ１１のみをオンする（図８の（２））。その後、全画素同時に第１リセットパルスＤｒｎ１、Ｄｒｎ２の供給を停止することで第１リセットトランジスタ１１をオフする（図８の（３））。これにより、電子シャッタ動作が全画素同時に行われ、露光期間が開始される。露光期間が開始されると、図６の（４）に示すように、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）での信号電荷の生成、蓄積が始まる。
【００７３】
次に、メカニカルシャッタ６１を閉じることにより、全画素同時に露光期間を終了する。すなわち、動画撮影では、グローバル転送を行うことにより全画素同時に露光期間を終了する構成とされていたが、静止画撮影では、メカニカルシャッタ６１を閉じることで露光期間を終了させる。
【００７４】
メカニカルシャッタ６１を閉じた後、ローリング読み出しを開始する。ローリング読み出しでは、１行ずつ順番に読み出し動作を行っていく。読み出し行の動作は、まず、第１画素４０ａの信号を読み出す。第１画素４０ａの読み出しでは、動画における駆動方法の図６（５）〜図７（１２）と同様にして、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷を、高照度信号及び低照度信号として読み出す。
そして、第１画素４０ａの信号電荷が読み出されている間、第２画素４０ｂでは、生成、蓄積された信号電荷はフォトダイオードＰＤ２に蓄積されたままとなる。
【００７５】
第１画素４０ａの読み出しが終了したら、次に、第２画素４０ｂの読み出しを行う。第２画素４０ｂの読み出しにおいても、動画撮影における図６（５）〜図７（１２）と同様にして読み出す。静止画の撮影では、このように、複数の画素トランジスタを共有する画素で順番に信号電荷の第１及び第２電荷蓄積部２４，２５への転送、及び読み出しを行う。
【００７６】
静止画の撮影では、図６（４）〜図７（８）の動作も行毎の読み出し動作に取り込まれることから、読み出す画素におけるリセット信号をカラム回路に取り込むことが可能となる。このため、高照度信号については、図８の（１０）で得られるリセット信号ではなく、図８の（６）で得られるリセット信号との差分を取ることも可能である。
【００７７】
本実施形態例では、複数の画素トランジスタを共有する第１画素４０ａ、第２画素４０ｂにおいて、信号電荷の第１及び第２電荷蓄積部２４，２５への転送、及び読み出しを順に行うことにより、各画素の信号電荷が第２電荷蓄積部２５で混在することがない。また、本実施形態例では、露光期間の終了はメカニカルシャッタ６１で機械的に行うため、メカニカルシャッタ６１が閉じた後の入射光は機械的に遮断される。このため、ローリング読み出し時に、その画素の読み出しの時まで信号電荷をフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積しておくことが可能となる。なお、本実施形態例では、メカニカルシャッタ６１は露光期間の終了のタイミングを決定する用途にのみ用いられる。このため、本実施形態例で用いるメカニカルシャッタ６１は、露光期間の開始と終了を決定するような高精度なメカニカルシャッタに比較し、簡素なメカニカルシャッタを用いることができる。
【００７８】
［１−６  画素のレイアウト］
ところで、本実施形態例では、動画の撮影時において、第２電荷蓄積部２５を共有する画素の信号が混在して出力される。このため、第２電荷蓄積部２５を共有する画素は、互いに同じ色の光に対応する画素である必要がある。
【００７９】
図９Ａに、本実施形態例に適用可能な画素配列の一例を示し、図９Ｂに、図９Ａおける実際の画素配列に対して、共有画素同士で信号電荷を加算した場合の実効的な画素配列を示している。図９Ａでは、赤色画素（Ｒ）、青色画素（Ｂ）、緑色画素（Ｇ）を配列する例を示している。図９Ａに示すように、奇数番目の列の画素は全て緑色画素で構成し、偶数番目の列の画素は、赤色画素と青色画素とをそれぞれ二行分ずつ交互に配置して構成する。そして、各列の画素において、隣接する同色画素で、第２電荷蓄積部（図４の第２電荷蓄積部２５）を共有する画素構成とする。
【００８０】
以上のような配列とすることで、画素加算を行って動画を撮影する場合には、隣接する同色の２つ画素の信号電荷が一度に読み出される。そしてこの場合、共有画素が同色であるため混色することがない。このように、同色画素で第２電荷蓄積部２５を含む複数の画素トランジスタを共有することにより、画素数は減少するものの、動画の撮影に十分な画素数を得ることができる。また、動画の撮影時における露光期間は画素毎に設定可能であることから、動画の撮影時に、共有画素の２画素間でそれぞれ信号電荷の露光時間を違えることで、斜め４５度のベイヤー配列でのダイナミックレンジの拡大が可能である。
【００８１】
図９Ａでは、動画の撮影時における画素配列が斜めのベイヤー配列となるような配列を図示したが、図９Ａの配列を４５度回転させることで、図９Ｂの配列をベイヤー配列となるようにすることも可能である。
【００８２】
本実施形態例では、２つの画素で、第２電荷蓄積部２５、及び複数の画素トランジスタを共有する例としたが、２つ以上の画素で共有することも可能である。図１０に、３つの画素で第２電荷蓄積部２５、及び複数の画素トランジスタを共有する場合に適用可能な画素配列の例を示す。
【００８３】
図１０に示すように、画素配列は通常のベイヤー配列とし、縦方向（行方向）に隣接する同色の３つの画素を共有単位とする。すなわち、図１０の配線で結んだ画素同士が共有画素となる。
【００８４】
本実施形態例でも、共有画素が同色画素で構成されるため、動画の撮影時においても異なる色の画素の信号が加算されることがない。また、図１０の配列において、縦方向の３つの画素加算と合わせて、カラム回路などにより、横方向（列方向）の３列分の画素加算を行えば、画素数１／９のベイヤー配列が再構成できる。この場合、画素数がおよそ１８００万画素である場合に、２００万画素の動画を撮影することができ、動画撮影に十分な画素数を確保することができる。
【００８５】
以上のように、本実施形態例では、メカニカルシャッタ６１を併用することで、複数の画素トランジスタを複数の画素で共有する画素共有の構造を有する固体撮像装置において、グローバルシャッタでの動画の撮影及び静止画の撮影が可能となる。また、本実施形態例では、精度の高い高価なメカニカルシャッタは必要無いため、コストを抑えることができる。
【００８６】
本実施形態例では、固体撮像装置としてＣＣＤ構造の第１電荷蓄積部２４と、第２電荷蓄積部２５を有する固体撮像装置１を適用し、高照度信号と低照度信号とを得る構成としたが、これに限られるものではない。ＣＣＤ構造の第１電荷蓄積部２４が構成されておらず、グローバルシャッタのための信号電荷の一時保存を第２電荷蓄積部２５のみで行う構成の固体撮像装置においても、同様の駆動方法を適用することができる。以下に、ＣＣＤ構造の電荷蓄積部が構成されない固体撮像装置を本開示の電子機器に適用した場合について説明する。
【００８７】
〈２．第２の実施形態：電子機器・固体撮像装置〉
図１１は、第２の実施形態に係る電子機器に適用される固体撮像装置の回路構成を示す図である。本実施形態例の固体撮像装置は、第１の実施形態における固体撮像装置において、ＣＣＤ構造の電荷蓄積部が形成されない例であり、図１１において、図３に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。また、本実施形態例における電子機器の構成は図１と同様であり、固体撮像装置の全体の構成は図２と同様であるから、図示を省略し、重複説明を省略する。すなわち、本実施形態例の固体撮像装置も、図１に示す電子機器に適用される。
【００８８】
本実施形態例の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置において、ＣＣＤ構造の電荷蓄積部が形成されない例であり、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）は、転送トランジスタ１３のソースに接続されている。
【００８９】
図１２に、本実施形態例の電子機器において、動画を撮影する場合のタイミングチャートを示す。
動画を撮影する場合には、まず、第１リセットパルスＤｒ１及び第２リセットパルスＤｒ２を同時に供給することで、第１リセットトランジスタ１１をオンする（図１２の(ａ)）。これにより、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積された信号電荷が排出され、リセットされる。そして、第１リセットパルスＤｒ１及び第２リセットパルスＤｒ２の供給を停止することでフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）における露光が開始される。
【００９０】
次に、第２リセットパルスＲｓｔと選択パルスＳｅｌを供給することで、第２リセットトランジスタ１４と選択トランジスタ１６をオンする（図１２の（ｂ））これにより、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされる。その後、第２リセットパルスＲｓｔの供給を停止し、転送パルスＴｒ１，Ｔｒ２を供給する（図１２の（ｃ））。これにより、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積された信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
【００９１】
ここまでの一連の動作は、第１画素７０ａ及び第２画素７０ｂを含む全画素で同時に行われる。次に、ローリング読み出しを行う。
該当行の順番が回ってきたら、まず、選択パルスＳｅｌを供給し、選択トランジスタ１６をオンする（図１２の（ｄ））。これにより、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された信号電荷の電位に対応する出力がアンプトランジスタ１５で増幅され、選択トランジスタ１６を介して垂直信号線１７に出力される。
【００９２】
次に、第２リセットパルスＲｓｔを供給することで、第２リセットトランジスタ１４をオンする（図１２の（ｅ））。これにより、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された信号電荷が排出され、リセットされる。次に、第２リセットパルスＲｓｔの供給を停止した状態（図１３の（ｆ））において、フローティングディフュージョンＦＤの電位に対応する出力をリセット信号としてカラム回路に取り込む。カラム回路では、先に取り込まれた画素信号と、リセット信号との差分をとる。これにより、カラム回路では、固定パターンノイズが除去された新たな画素信号を保持する。
【００９３】
本実施形態例における動画の撮影においても、第１画素７０ａと第２画素７０ｂを同時に駆動することで、２つの画素で蓄積された信号電荷が加算され、実質的には、１画素分の画素信号として読み出される。
【００９４】
次に、図１３に、本実施形態例の電子機器において、静止画を撮影する場合のタイミングチャートを示す。本実施形態例においても、静止画を撮影する場合には、図１に示したメカニカルシャッタ６１を併用する。
【００９５】
まず、メカニカルシャッタ６１を開いた状態で第１リセットパルスＤｒ１及び第２リセットパルスＤｒ２を同時に供給することで、第１リセットトランジスタ１１をオンする（図１３の(ａ)）。これにより、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）に蓄積された信号電荷が排出され、リセットされる。そして、第１リセットパルスＤｒ１及び第２リセットパルスＤｒ２の供給を停止することでフォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）における露光が開始される。
【００９６】
次に、メカニカルシャッタ６１を閉じることで、露光期間を全画素同時に終了する。次に、ローリング読み出しを行う。本実施形態例の固体撮像装置では、ローリング読み出しにおいて、該当行の順番が回ってくるまでは、フォトダイオードＰＤ１（ＰＤ２）で信号電荷の蓄積された状態とされる。
該当行の順番が回ってきたら、まず、第２リセットパルスＲｓｔと選択パルスＳｅｌを供給することで、第２リセットトランジスタ１４と選択トランジスタ１６をオンする（図１３の（ｇ））。これにより、フローティングディフュージョンＦＤの電位がリセットされる。
【００９７】
次に、第２リセットパルスＲｓｔの供給を停止した状態（図１３の（ｈ））で、フローティングディフュージョンＦＤの電位に対応する出力をリセット信号としてカラム回路に取り込む。
次に、転送パルスＴｒｆ１を供給することで、第１画素７０ａの転送トランジスタ１３をオンする（図１３の（ｉ））。これにより、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された信号電荷がフローティングでフュージョンＦＤに転送される。
【００９８】
次に、転送パルスＴｒｆ１の供給を停止した状態（図１３の（ｊ））で、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された信号電荷の電位に対応する出力をアンプトランジスタ１５で増幅し、選択トランジスタ１６を介して垂直信号線１７に出力する。これにより、第１画素７０ａで生成、蓄積された信号電荷が画素信号として取り込まれる。そして、カラム回路により、この画素信号と、図１３の（ｈ）の状態で込まれたリセット信号との差分をとる。これにより、カラム回路では、固定パターンノイズ及びリセットノイズが除去された新たな画素信号を保持する。
【００９９】
第１画素７０ａにおける信号電荷の読み出しが終了した後は、第２画素７０ｂにおける信号電荷の読み出しを行う。第２画素７０ｂの読み出しについても、第１画素７０ａと同様に行うことで画素信号を得ることができる。
【０１００】
本実施形態例においても、上述したように、画素共有方式とされた固体撮像装置にメカニカルシャッタを採用することにより、動画の撮影と、静止画の撮影が実際にグローバルシャッタで可能となる。
その他、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
本開示は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を電荷に変換して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【０１０２】
さらに、本開示は、画素領域の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素領域と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【０１０３】
また、本開示は、電子機器としてカメラを例に説明したが、電子機器としては、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムの他、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器が挙げられる。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールとする場合もある。
【０１０４】
また、上述した例では、主としてｎチャネルＭＯＳトランジスタを構成とした場合であるが、ｐチャネルＭＯＳトランジスタを構成とすることもできる。ｐチャネルＭＯＳトランジスタとする場合は、各図において、その導電型を反転した構成となる。
【０１０５】
なお、本開示は以下のような構成をとることができる。
（１）
光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部の信号電荷を受け取る電荷蓄積部であって、複数の光電変換部で共有する電荷蓄積部と、前記光電変換部で生成された信号電荷の読み出しをする複数の画素トランジスタであって、複数の光電変換部で共有する画素トランジスタを含む画素が行列状に二次元配置された画素アレイ部と、
静止画の撮影において、露光期間の終了時を決定するメカニカルシャッタと、
を備える電子機器。
（２）
前記画素トランジスタを共有する複数の光電変換部は、互いに同色の光を光電変換する構成とされている
（１）に記載の電子機器。
（３）
前記画素は、緑色の光を光電変換する画素で構成された列と、赤色の光を光電変換する画素と青色の光を光電変換する画素が２つずつ列方向に配列された列とが交互に配置され、
前記列方向に隣接する２つの同色の画素間で、前記電荷蓄積部が共有されている
（２）に記載の電子機器。
（４）
前記画素は、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に、前記光電変換部毎に一時電荷保持部を有しており、
露光期間終了時、前記一時電荷保持部には前記光電変換部で生成された信号電荷が転送され、前記電荷蓄積部には、前記一時電荷保持部の飽和電荷量を超えた信号電荷が転送される
（１）に記載の電子機器。
（５）
前記画素はベイヤー配列とされ、
列方向に隣接する複数の同色の画素間で、前記電荷蓄積部が共有されている
（２）に記載の電子機器。
（６）
光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で蓄積された信号電荷の転送、読み出しをする複数の画素トランジスタと、複数の前記光電変換部で共有する電荷蓄積部を含む画素が行列状に二次元配置された画素アレイ部と、
露光期間において、露光期間の開始時が全画素同時となるように前記画素を駆動可能で、かつ露光期間の終了時も全画素同時となるように前記画素を駆動可能で、読み出し期間において前記画素を順に選択走査する走査部とを備える固体撮像装置と、
静止画の撮影において、露光期間の終了時を決定するメカニカルシャッタと、
を備える電子機器の駆動方法において、
動画の撮影においては、前記光電変換部に蓄積されていた信号電荷を排出することで全画素同時に露光期間を開始し、前記露光期間に前記光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を前記電荷蓄積部に転送することで全画素同時に露光期間を終了し、
静止画の撮影においては、前記光電変換部に蓄積されていた信号電荷を排出することで全画素同時に露光期間を開始し、メカニカルシャッタを閉じることで全画素同時に露光期間を終了する
電子機器の駆動方法。
（７）
前記電荷蓄積部を共有する複数の光電変換部は、互いに同色の光を光電変換する構成とされ、前記動画の撮影においては、前記電荷蓄積部を共有する同色画素の信号電荷を同時に読み出す
（６）に記載の電子機器の駆動方法。
（８）
前記画素は、緑色の光を光電変換する画素で構成された列と、赤色の光を光電変換する画素と青色の光を光電変換する画素が２つずつ列方向に配列された列とが交互に配置され、
前記列方向に隣接する２つの同色の画素間で、前記電荷蓄積部が共有されており、
前記動画の撮影においては、前記電荷蓄積部を共有する同色画素の信号電荷を同時に読み出す
（７）に記載の電子機器の駆動方法。
（９）
前記画素は、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に、画素毎に一時電荷保持部を有しており、
露光期間終了後、前記一時電荷保持部には前記光電変換部で生成された信号電荷が転送され、前記電荷蓄積部には、前記一時電荷保持部の飽和電荷量を超えた信号電荷が転送され、
画素毎の信号電荷の読み出し時には、前記電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を高照度信号として読み出し、前記一時電荷保持部に蓄積された信号電荷を低照度信号として読み出す
（７）に記載の電子機器の駆動方法。
（１０）
前記画素はベイヤー配列とされ、
列方向に隣接する複数の同色の画素間で、前記電荷蓄積部が共有されており、
前記動画の撮影においては、前記電荷蓄積部を共有する同色画素の信号電荷を同時に読み出す
（７）に記載の電子機器の駆動方法。
【符号の説明】
【０１０６】
１・・・固体撮像装置、２・・・画素アレイ部、３・・・行走査部、４・・・定電流源部、５・・・列信号処理部、６・・・列走査部、７・・・出力処理部、８・・・コントロール部、９・・・基板、１０・・・水平信号線、１１・・・第１リセットトランジスタ、１２・・・画素駆動線、１３・・・転送トランジスタ、１４・・・第２リセットトランジスタ、１５・・・アンプトランジスタ、１６・・・選択トランジスタ、１７・・・垂直信号線、２０・・・基板、２１・・・ウェル領域、２２・・・ｐ型半導体領域、２３・・・ｎ型半導体領域、２４・・・第１電荷蓄積部、２５・・・第２電荷蓄積部、２６・・・電位変動電極、２８・・・転送ゲート電極、２９・・・第１リセットゲート電極、３０・・・排出部、３１・・・絶縁膜、３２・・・第２リセットゲート電極、３３・・・アンプゲート電極、３４・・・選択ゲート電極、３５・・・定電流源、４０ａ・・・第１画素、４０ｂ・・・第２画素、５０・・・電子機器、５１・・・光学レンズ群、５３・・・ＤＳＰ、５４・・・ＣＰＵ、５５・・・表示装置、５６・・・操作系、５７・・・フレームメモリ、５８・・・記録装置、５９・・・電源系、６０・・・バスライン、６１・・・メカニカルシャッタ
【図１】
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【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６】
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【図７】
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