(57)【要約】【課題】所定数の光電変換部が増幅トランジスタを共有する従来の固体撮像装置では、画素信号が１画素行分ずつ読み出されるので、フレームレートを改善することができない。【解決手段】固体撮像装置１は、複数の光電変換部１１０〜１１３と、列方向に隣接する２つの光電変換部毎に設けられる複数の増幅トランジスタと、画素列毎に設けられ、増幅トランジスタから出力される画素信号を出力する画素信号出力部１１とを備える。画素信号出力部１１は、交互に異なる増幅トランジスタに接続される信号出力線１４０及び１４１と、出力回路１２と、切替部１４とを含んでおり、光電変換部１１０及び１１１に共有される増幅トランジスタの出力信号と、光電変換部１１２及び１１３に共有される増幅トランジスタの出力信号とを同時に外部に出力する。【選択図】図１
2008147771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像装置であって、
複数の光電変換部と、
隣接する所定数の光電変換部によって共有され、前記光電変換部の蓄積電荷に応じた画素信号を出力する複数の増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタから出力される画素信号を出力する画素信号出力部とを備え、
前記画素信号出力部は、
各々が異なる増幅トランジスタに接続される複数の信号出力線と、
複数の出力回路と、
前記信号出力線の各々を互いに異なる前記出力回路に接続し、外部から入力される制御信号に従って、前記信号出力線の各々と前記出力部の各々との接続の組み合わせを切り替える切替部とを含む、固体撮像装置。
【請求項２】
前記画素信号出力部は、
整列する前記増幅トランジスタに交互に接続される一対の前記信号出力線と、
一対の前記出力回路とを含み、
前記切替部は、前記制御信号に従って、前記信号出力線の各々を前記出力回路に交互に接続することを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記切替部は、
前記信号出力線の一方端部の各々に接続されると共に、前記出力回路の一方に共通接続される一対の第１のトランジスタと、
前記信号出力線の他方端部の各々に接続されると共に、前記出力回路の他方に共通接続される一対の第２のトランジスタとを含む、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記信号出力線の各々に接続される複数の電流源を更に備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のトランジスタと前記出力回路との接続点に接続される複数の電流源を更に備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記出力回路の各々は、増幅回路を含むことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記出力回路の各々は、前記増幅回路の入力端子に接続される容量素子を更に含むことを特徴とする、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記光電変換部は、直線状に配列されることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換部は、行方向及び列方向の二次元状に配列され、
前記光電変換部の列毎に、複数の前記画素信号出力部が設けられることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記光電変換部の各々に対応して設けられ、周期的パターンを有する少なくとも３色のカラーフィルタを更に備え、
前記切替部は、同色のカラーフィルタを有する光電変換部の画素信号が同一の出力回路に入力されるように、前記信号出力線の各々と、前記出力部の各々との接続の組み合わせを切り替えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
複数の光電変換部と、隣接する所定数の光電変換部によって共有され、前記光電変換部の蓄積電荷に応じた画素信号を出力する複数の増幅トランジスタと、複数の出力回路とを有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記増幅トランジスタの各々と、前記出力回路の各々との接続の組み合わせを切り替え、
前記増幅トランジスタの各々から出力される画素信号を、それぞれに接続されている前記出力回路の各々へとほぼ同時に出力し、
前記接続の組み合わせの切り替えと、前記画素信号の出力とを繰り返す、固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
隣接する２つの前記光電変換部が１つの前記増幅トランジスタを共有し、
前記接続の組み合わせの切り替えにおいて、隣接する２つの前記光電変換部の画素信号をそれぞれ異なる前記出力回路へとほぼ同時に出力することを特徴とする、請求項１１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
Ｃ個の前記光電変換部が１つの前記増幅トランジスタを共有しており、
前記接続の組み合わせの切り替えにおいて、（Ｃ・ｎ＋ｋ）番目の前記光電変換部の画素信号と、｛Ｃ・（ｎ＋１）＋ｋ｝番目の前記光電変換部の画素信号とを、異なる前記出力回路にほぼ同時に出力することを特徴とする、請求項１１に記載の固体撮像装置の駆動方法（ただし、Ｃ及びｎは自然数であり、ｋは０以上の整数である）。
【請求項１４】
前記固体撮像装置は、前記光電変換部の各々に対応して、周期的パターンを有する少なくとも３色のカラーフィルタを更に含んでおり、
前記接続の組み合わせの切り替えにおいて、同色のカラーフィルタを有する２つの光電変換部の画素信号を同一の出力回路へと出力することを特徴とする、請求項１０に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１５】
前記固体撮像装置は、前記光電変換部の各々に対応して、周期的パターンを有する少なくとも３色のカラーフィルタを更に含んでおり、
前記接続の組み合わせの切り替えにおいて、同色のカラーフィルタを有する２つの光電変換部の画素信号をほぼ同時に前記出力回路の各々へと出力することを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１６】
固体撮像装置を有する撮像システムであって、
前記固体撮像装置は、
複数の光電変換部と、
隣接する所定数の光電変換部によって共有され、前記光電変換部の蓄積電荷に応じた画素信号を出力する複数の増幅トランジスタと、
前記増幅トランジスタから出力される画素信号を出力する画素信号出力部とを備え、
前記画素信号出力部は、
各々が異なる増幅トランジスタに接続される複数の信号出力線と、
複数の出力回路と、
外部から入力される制御信号に従って、前記信号出力線の各々と、前記出力部の各々との接続の組み合わせを切り替える切替部とを含む、撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法及び撮像システムに関し、より特定的には、ＭＯＳ型固体撮像装置と、その駆動方法、更に、当該ＭＯＳ型固体撮像装置を備える撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ型固体撮像装置やＭＯＳ型固体撮像装置に代表される固体撮像装置は、業務用及び家庭用ビデオカメラや、電子スチルカメラ等の撮像機器に広く用いられている。このような撮像機器に組み込まれる固体撮像装置では、高解像度の画像を得るために、イメージエリアにより多くの光電変換部を配置する必要がある。イメージエリアの面積が限定されている場合、一画素あたりの面積が減少するため、感度低下などの問題が生じる。そこで、イメージエリア内で光電変換部が占める領域の割合を増やすために、複数の光電変換部で一部の部品を共有化する技術が固体撮像装置に適用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載されている従来の固体撮像装置の部分的な構成を示す図である。図７に示される構成は、２つの光電変換部とこれらが共有する部品とを含む部分の等価回路に相当する。
【０００４】
従来の固体撮像装置において、２つの光電変換部１１０及び１１１は、それぞれ電荷転送ゲート５１０及び５１１に接続されている。電荷転送ゲート５１０及び５１１の一端は、フローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」という）５０によって短絡されている。ＦＤ部５０に接続される画素リセットトランジスタ２０及び増幅トランジスタ３０と、増幅トランジスタ３０に直列に接続される選択トランジスタ４０とは、２つの光電変換部１１０及び１１１によって共有されている。
【０００５】
ここで、各トランジスタの接続関係及び制御について説明する。電荷転送ゲート５１０及び５１１のＯＮ／ＯＦＦは、各々のゲートへの供給パルスφＴＲＡＮ（２ｎ）及びφＴＲＡＮ（２ｎ＋１）で制御される（ただし、ｎは自然数である）。また、画素リセットトランジスタ２０のソース及びドレインが、それぞれＦＤ部５０及び電源に接続されており、画素リセットトランジスタ２０のＯＮ／ＯＦＦは、ゲートへの供給パルスφＲＥＳ（ｎ）で制御される。更に、増幅トランジスタ３０のソース及びドレインは、それぞれ電源及び選択トランジスタ４０に接続され、ゲートはＦＤ部５０に接続されている。そして、選択トランジスタ４０のソース及びドレインは、増幅トランジスタ３０及び信号出力線９４０に接続されており、選択トランジスタ４０のＯＮ／ＯＦＦは、ゲートへの供給パルスφＳＥＬ（ｎ）で制御される。信号出力線９４０は、同一列に整列する画素に共通して接続されている。
【０００６】
図８は、図７に示される従来の固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【０００７】
＜２ｎ行目の光電変換部１１０からの信号読み出し＞
まず、２ｎ行目の光電変換部１１０の画素信号を読み出すために、φＲＥＳ（ｎ）をＨレベルに制御して、ＦＤ部５０の電位をリセットした後、φＲＥＳ（ｎ）をＬに制御する。この状態で、φＳＥＬ（ｎ）をＨレベルに制御して、画素リセット状態における信号出力線９４０の電位を画素外の回路（図示せず）に保持した後、φＳＥＬ（ｎ）をＬレベルに制御する。
【０００８】
次に、φＴＲＡＮ（２ｎ）をＨレベルに制御することによって、２ｎ行目の光電変換部１１０に蓄積された電荷をＦＤ部５０に転送した後、φＴＲＡＮ（２ｎ）をＬレベルに遷移させる。この状態で、φＳＥＬ（ｎ）をＨレベルに遷移させて、光電変換部１１０の蓄積電荷に応じた画素信号のレベルを、信号出力線９４０を通じて画素外の回路に保持した後、φＳＥＬ（ｎ）をＬレベルに遷移させる。
【０００９】
尚、図示しない回路によって保持された画素リセット状態の電位と、画素信号出力時に保持された電位との差分は、画素振幅として取り扱われる。
【００１０】
＜（２ｎ＋１）行目の光電変換部１１１からの信号読み出し＞
次に、（２ｎ＋１）行目の光電変換部１１１の画素信号を読み出すために、光電変換部１１０の画素リセット状態読み出しと同様に、画素リセット状態の電位が信号出力線９４０を通じて画素外の回路（図示せず）によって保持される。
【００１１】
次に、φＴＲＡＮ（２ｎ＋１）をＨレベルに遷移させて、光電変換部１１１の画素信号をＦＤ部５０に転送した後、φＴＲＡＮ（２ｎ＋１）をＬレベルに遷移させる。この状態で、φＳＥＬ（ｎ）をＨレベルに設定することによって、光電変換部１１１の蓄積電荷に応じた画素信号のレベルを、信号出力線９４０を通じて画素外の回路に保持させた後、φＳＥＬ（ｎ）をＬレベルに遷移させる。
【００１２】
このように、従来の固体撮像装置においては、転送ゲート５１０及び５１１を交互にＯＮ及びＯＦＦさせることによって、２つの光電変換部１１０及び１１１の画素信号がそれぞれ順に出力される。したがって、共有部品であるＦＤ部５０、画素リセットトランジスタ２０及び選択トランジスタ４０を２つの光電変換部１１０及び１１１毎に設けることによって、イメージエリア内において光電変換部の面積の拡大を実現できる。
【特許文献１】特開平９−４６５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記の従来の固体撮像装置にあっては、２つの光電変換部が１つの増幅トランジスタを共有しているために、各光電変換部の画素信号を得るためには２行分の読み出し時間が必要となる。この結果、固体撮像装置の高解像度化（すなわち、画素数の増加）に伴って、１フレームの画像を読み出すために必要な時間が増大し、フレームレートが低下するという課題を有している。
【００１４】
本発明は、上記の従来の課題に鑑み、複数の光電変換部が一部の部品を共有し、かつ、フレームレートの向上を図ることができる固体撮像装置、その駆動方法及び当該固体撮像装置を有する撮像システム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】
【００１５】
第１の発明は、固体撮像装置に関するものである。当該固体撮像装置は、複数の光電変換部と、隣接する所定数の光電変換部によって共有され、光電変換部の蓄積電荷に応じた画素信号を出力する複数の増幅トランジスタと、増幅トランジスタから出力される画素信号を出力する画素信号出力部とを備える。そして、画素信号出力部は、各々が異なる増幅トランジスタに接続される複数の信号出力線と、複数の出力回路と、信号出力線の各々を互いに異なる出力回路に接続し、外部から入力される制御信号に従って、信号出力線の各々と出力部の各々との接続の組み合わせを切り替える切替部とを含む。
【００１６】
第２の発明は、複数の光電変換部と、隣接する所定数の光電変換部によって共有され、光電変換部の蓄積電荷に応じた画素信号を出力する複数の増幅トランジスタと、複数の出力回路とを有する固体撮像装置の駆動方法に関するものである。当該駆動方法は、増幅トランジスタの各々と、出力回路の各々との接続の組み合わせを切り替え、増幅トランジスタの各々から出力される画素信号を、それぞれに接続されている出力回路の各々へとほぼ同時に出力し、接続の組み合わせの切り替えと、画素信号の出力とを繰り返すものである。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明に係る固体撮像装置を有する撮像システムに関するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の光電変換部と、所定数の光電変換部に共有される部品を含む固体撮像装置において、フレームレートの向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。
【００２０】
本実施形態に係る固体撮像装置１は、行方向及び列方向の２次元状に配列された複数の光電変換部を含む画素配列１００と、垂直走査回路１５０及び１５１と、複数の制御線１３０と、画素列毎に設けられる複数の画素信号出力部１１とを含んでいる。
【００２１】
図１においては、図示の都合上、ある列に整列する２ｎ〜（２ｎ＋３）行目の光電変換部１１０〜１１３のみが示されている（ただし、ｎは自然数）。また、列方向に隣接する２つの光電変換部１１０及び１１１は、それぞれ転送ゲートに接続され、一部の部品（フローティングディフュージョン部、画素リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ）を共有する。これらの画素の構成は、従来の固体撮像装置に係るものと同様であるので、図示及び詳細な説明を省略する。
【００２２】
制御線１３０の各々は、列方向に隣接する２行ごとに設けられ、垂直走査回路１５０及び１５１に接続されている。また、制御線１３０の各々は、転送ゲートに接続される２本の電荷転送信号線（φＴＲＡＮ）と、画素リセットトランジスタに接続されるリセット信号線（φＲＥＳ）と、選択トランジスタに接続される選択信号線（φＳＥＬ）とを含んでいる。各信号線には、垂直走査回路１５０及び１５１から制御パルスが供給される。尚、垂直走査回路は、図１に示されるように、画素配列１００の両側に設けられても良いし、片側のみに設けられても良い。
【００２３】
画素信号出力部１１は、一対の信号出力線１４０及び１４１と、一対の出力回路１２及び１３と、切替部１４とを含む。
【００２４】
信号出力線１４０及び１４１の各々は、列方向に整列する増幅トランジスタに交互に接続されている。本実施形態では、列方向に隣接する２つの光電変換部が１つの増幅トランジスタを共有するので、信号出力線１４０には、例えば光電変換部１１０及び１１１のように、（２ｎ＋４ｋ）行目及び（２ｎ＋４ｋ＋１）行目の光電変換部が接続される（ただし、ｋは０以上の整数）。また、信号出力線１４１には、例えば光電変換部１１２及び１１３のように、（２ｎ＋４ｋ＋２）行目及び（２ｎ＋４ｋ＋３）行目の光電変換部１１０が接続される。
【００２５】
出力回路１２は、入力容量１８０と、入力容量１８０の電位に応じた信号を出力する増幅回路１９０とを含んでいる。同様に、出力回路１３は、入力容量１８１及び増幅回路１９１を含む。出力回路１２及び１３は、２つの増幅トランジスタから信号出力線１４０及び１４１を介して出力される信号をそれぞれ並行して出力する。
【００２６】
切替部１４は、信号出力線１４０及び１４１と、出力回路１９０及び１９１との間に設けられており、外部から入力される制御信号に従って、信号出力線１４０及び１４１をそれぞれ異なる出力回路１９０及び１９１に接続する。また、切替部１４は、制御信号に従って、信号出力線１４０及び１４１と、出力回路１２及び１３との接続の組み合わせを切り替える。
【００２７】
具体的に、本実施形態に係る切替部１４の各々は、４つの出力制御トランジスタ１７０〜１７３を含んでいる。図１の下部に示されるように、一対の出力制御トランジスタ１７０及び１７２は、信号出力線１４０及び１４１の一方端部の各々に接続されると共に、出力回路１２の入力容量１８０に共通接続されている。同様に、図１の上部に示されるように、残りの出力制御トランジスタ１７１及び１７３は、信号出力線１４０及び１４１の他方端部の各々に接続されると共に、出力回路１３の入力容量１８１に共通接続されている。出力制御トランジスタ１７０〜１７４のＯＮ／ＯＦＦは、図示しない駆動回路等からゲートに供給する制御信号（パルス）によって制御される。
【００２８】
このように、本実施形態に係る固体撮像装置１は、同一列の増幅トランジスタが接続される一対の信号出力線１４０及び１４１と、一対の出力回路１２及び１３と、切替部１４を有し、切替部１４が、信号出力線１４０及び１４１を互いに異なる出力回路１２及び１３に接続し、これらの接続の組み合わせを切り替え可能である点に特徴を有している。以下、この点について、本実施形態に係る固体撮像装置１の駆動方法と併せて説明する。
【００２９】
図２は、図１に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図２に示されるφＴＲＡＮ（２ｎ）〜φＴＲＡＮ（２ｎ＋３）は、２ｎ〜（２ｎ＋３）行目の転送ゲートに供給されるパルスであり、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）は、２つの光電変換部が共有する画素リセットトランジスタに供給されるパルスであり、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）は、２つの光電変換部が共有する選択トランジスタに供給されるパルスである。また、φ１〜φ４は、出力制御トランジスタ１７０〜１７３のゲートに供給されるパルスである。
【００３０】
以下、図１及び図２を併せて参照しながら、２ｎ〜（２ｎ＋３）行目の光電変換部からの読み出しを順に説明する。
【００３１】
＜２ｎ行目の光電変換部１１０からの信号読み出し＞
まず、画素信号の読み出しに先立ち、制御パルスφ１及びφ４をＨレベルに制御する。これに対し、制御パルスφ２及びφ３は、ｎ行目の光電変換部１１１からの画素信号の読み出しが完了するまで、Ｌレベルに維持されている。この結果、出力制御トランジスタ１７０及び１７３がＯＮし、残りの出力制御トランジスタ１７１及び１７２がＯＦＦ状態に維持される。
【００３２】
次に、φＲＥＳ（ｎ）をＨレベルに制御して、ＦＤ部をリセットした後、φＲＥＳ（ｎ）をＬレベルに制御する。
【００３３】
次に、φＳＥＬ（ｎ）をＨレベルに制御すると、光電変換部１１０及び１１１が共有する増幅トランジスタと、電流源１６０及び１６１とでソースフォロア回路が構成される。このとき、ＦＤ部がリセット状態にある時の信号出力線１４０の電位が入力容量１８０に保持される。
【００３４】
次に、φＴＲＡＮ（２ｎ）をＨレベルに制御して、光電変換部１１０に蓄積された電荷を転送ゲートを通じてＦＤ部に転送した後、φＴＲＡＮ（２ｎ）をＬレベルに制御する。
【００３５】
そして、φＳＥＬ（ｎ）を再度Ｈレベルに制御すると、光電変換部１１０及び１１１に共有される増幅トランジスタは、ＦＤ部の電位に応じた画素信号を出力する。出力制御トランジスタ１７０はＯＮ状態に、出力制御トランジスタ１７１はＯＦＦ状態状態に維持されるので、出力された画素信号は、信号出力線１４０及び出力制御トランジスタ１７０を介して入力容量１８０に入力される。増幅回路１９０は、入力容量１８０の電位に応じた信号を後続の回路等に出力する。
【００３６】
その後、φＳＥＬ（ｎ）、φ１及びφ４は、Ｌレベルに制御される。
【００３７】
ここでは、便宜上、信号出力線１４１経由で他方の出力回路１３へと出力される画素信号についての説明を省略した。実際には、２ｎ行目の光電変換部１１０からの信号の読み出しと並行して、図示しない（２ｎ−１）行目の光電変換部の蓄積電荷に応じた画素信号が、信号出力線１４１、出力制御トランジスタ１７３、入力容量１８１及び増幅回路１９１を介して、後段の回路等に出力される。
【００３８】
＜（２ｎ＋１）及び（２ｎ＋２）行目の光電変換部１１１及び１１２からの信号読み出し＞
まず、制御パルスφ２及びφ３をＨレベルに制御する。これに対して、制御パルスφ１及びφ４は、（２ｎ＋１）及び（２ｎ＋２）行目の光電変換部１１１及び１１２からの画素信号の読み出しが完了するまで、Ｌレベルに維持される。この結果、出力制御トランジスタ１７０及び１７３は、ＯＦＦ状態に維持され、残りの出力制御トランジスタ１７１及び１７２がＯＮする。
【００３９】
次に、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＨレベルに制御して、ＦＤ部をリセットした後、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＬレベルに制御する。
【００４０】
次に、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）をＨレベルに制御する。この結果、光電変換部１１０及び１１１が共有する増幅トランジスタと、電流源１６０及び１６１とでソースフォロア回路が構成される。同様に、この結果、光電変換部１１２及び１１３が共有する増幅トランジスタと、電流源１６２及び１６３とでソースフォロア回路が構成される。この結果、ＦＤ部がリセット状態にある時の信号出力線１４０及び１４１の電位がそれぞれ入力容量１８０及び１８１に保持される。
【００４１】
次に、φＴＲＡＮ（２ｎ＋１）及びφＴＲＡＮ（２ｎ＋２）をＨレベルに制御して、光電変換部１１１及び１１２の各々に蓄積された電荷を転送ゲートを通じてＦＤ部に転送した後、φＴＲＡＮ（２ｎ＋１）及びφＴＲＡＮ（２ｎ＋２）をＬレベルに制御する。
【００４２】
そして、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）を再度Ｈレベルに制御すると、光電変換部１１０及び１１１に共有される増幅トランジスタと、光電変換部１１２及び１１３に共有される増幅トランジスタは、ＦＤ部の電位に応じた画素信号を出力する。このとき、出力制御トランジスタ１７０及び１７３はＯＦＦ状態に維持され、出力制御トランジスタ１７１及び１７２はＯＮ状態に維持されている。したがって、光電変換部１１１の蓄積電荷に応じた画素信号は、信号出力線１４１、出力制御トランジスタ１７１、入力容量１８１及び増幅回路１９１を経由して、後続の回路等に出力される。一方、光電変換部１１２の蓄積電荷に応じた画素信号は、信号出力線１４０、出力制御トランジスタ１７０、入力容量１８０及び増幅回路１９０を経由して、後続の回路等に出力される。
【００４３】
その後、φＳＥＬ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φ２及びφ３は、Ｌレベルに制御される。
【００４４】
＜（２ｎ＋３）行目の光電変換部１１３からの信号読み出し＞
まず、制御パルスφ１及びφ４をＨレベルに制御する。これに対し、制御パルスφ２及びφ３は、（２ｎ＋３）行目の光電変換部１１３からの画素信号の読み出しが完了するまで、Ｌレベルに維持されている。この結果、出力制御トランジスタ１７０及び１７３がＯＮし、残りの出力制御トランジスタ１７１及び１７２がＯＦＦ状態に維持される。
【００４５】
次に、φＲＥＳ（ｎ＋１）をＨレベルに制御して、ＦＤ部をリセットした後、φＲＥＳ（ｎ＋１）をＬレベルに制御する。
【００４６】
次に、φＳＥＬ（ｎ＋１）をＨレベルに制御すると、光電変換部１１２及び１１３が共有する増幅トランジスタと、電流源１６２及び１６３とでソースフォロア回路が構成される。このとき、ＦＤ部がリセット状態にある時の信号出力線１４１の電位が入力容量１８１に保持される。
【００４７】
次に、φＴＲＡＮ（２ｎ＋３）をＨレベルに制御して、光電変換部１１０に蓄積された電荷を転送ゲートを通じてＦＤ部に転送した後、φＴＲＡＮ（２ｎ＋３）をＬレベルに制御する。
【００４８】
そして、φＳＥＬ（ｎ＋１）を再度Ｈレベルに制御すると、増幅トランジスタは、ＦＤ部の電位に応じた画素信号を出力する。出力制御トランジスタ１７２及び１７３は、依然としてＯＦＦ及びＯＮ状態であるので、出力された画素信号は、信号出力線１４１及び出力制御トランジスタ１７１を介して入力容量１８１に入力される。増幅回路１９１は、入力容量１８１の電位に応じた信号を後続の回路等に出力する。
【００４９】
その後、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φ１及びφ４は、Ｌレベルに制御される。
【００５０】
ここでは、便宜上、信号出力線１４０経由で出力回路１２へと出力される画素信号についての説明を省略した。実際には、（２ｎ＋３）行目の光電変換部１１０からの信号の読み出しと並行して、図示しない（２ｎ＋４）行目の光電変換部の信号も、信号出力線１４１、出力制御トランジスタ１７３、入力容量１８１及び増幅回路１９１を介して、後段の回路等に出力される。
【００５１】
図７に示した従来の固体撮像装置においては、同一列の増幅トランジスタは、単一の信号線に共通接続されている。したがって、２行分の画素信号を同時に垂直方向に転送することは困難であった。
【００５２】
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置１においては、同一列の増幅トランジスタに交互に接続される２本の信号出力線１４０及び１４１を設けることによって、同時に単一行の画素信号しか読み出せなかったという問題を解決することができ、その結果、フレームレートを改善することができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、隣接する２つの光電変換部が増幅トランジスタを共有する構成を有し、かつ、２行の光電変換部から同時に画素信号を読み出して、垂直方向に転送する固体撮像装置を実現することができる。この結果、従来と比べて、フレームレートを向上させることが可能となる。
【００５４】
更に、本実施形態に係る固体撮像装置１及びその駆動方法は、切替部１４に供給するパルスφ１〜φ４のレベルを制御することによって、信号出力線１４０及び１４１と、出力回路１２及び１３との接続の組み合わせを切り替え可能である点にも特徴を有する。上記の例において、２ｎ行目の光電変換部１１０の画素信号を読み出す際には、切替部１４は、信号出力線１４０及び１４１をそれぞれ出力回路１２及び１３に電気的に接続する。一方、（２ｎ＋１）行目の光電変換部１１１の画素信号を読み出す際には、切替部１４は、信号出力線１４０及び１４１をそれぞれ出力回路１３及び１２に電気的に接続する。
【００５５】
この特徴は、カラー画像を撮像する固体撮像装置、すなわち、一定の周期的パターンで形成された複数色のカラーフィルタを有する固体撮像装置において特に有効であり、同色の信号を同一の出力回路から出力することが可能となる。例えば、カラーフィルタがＲＧＢの３色よりなる原色ベイヤー配列を有する場合を想定すると、グリーンの画素は、レッドまたはブルーの画素と１画素ずつ交互に配列される。この場合、信号出力線１４０及び１４１の各々を２つの出力回路１２及び１３に交互に接続するように切替部１４を制御すれば、グリーンの信号を常にいずれか一方の出力回路から出力することが可能となる。同一色の信号が同一の出力回路から出力される場合、後段の回路において、出力回路１２及び１３の特性差を補正する必要がなくなる。
【００５６】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００５７】
本実施形態に係る固体撮像装置の構成は、第１の実施形態に係るものと同じである。ただし、第１の実施形態では、列方向に隣接する２つの光電変換部（例えば、図１の１１１及び１１２）毎に画素信号が読み出されていたのに対し、本実施形態では、（２ｎ＋２ｋ）行目及び｛２ｎ＋２（ｋ＋１）｝行目の２つの光電変換部（例えば、図１の１１１及び１１３）毎に画素信号が読み出される（ただし、ｋは０以上の整数）。以下では、図３と図１とを併せて参照しながら、両実施形態の相違点である駆動方法を中心に説明する。
【００５８】
＜２ｎ及び（２ｎ＋２）行目の光電変換部１１０及び１１２からの信号読み出し＞
まず、制御パルスφ１及びφ４をＨレベルに制御する。制御パルスφ２及びφ３は、２ｎ及び（２ｎ＋２）行目の光電変換部１１０及び１１２からの画素信号の読み出しが完了するまで、Ｌレベルに維持される。この結果、出力制御トランジスタ１７０及び１７３がＯＮし、残りの出力制御トランジスタ１７１及び１７２がＯＦＦ状態に維持される。
【００５９】
次に、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＨレベルに制御して、ＦＤ部をリセットした後、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＬレベルに制御する。
【００６０】
次に、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）をＨレベルに制御する。この結果、光電変換部１１０及び１１１が共有する増幅トランジスタと、電流源１６０及び１６１とでソースフォロア回路が構成される。同様に、光電変換部１１２及び１１３が共有する増幅トランジスタと、電流源１６２及び１６３とでソースフォロア回路が構成される。この結果、ＦＤ部がリセット状態にある時の信号出力線１４０及び１４１の電位がそれぞれ入力容量１８０及び１８１に保持される。
【００６１】
次に、φＴＲＡＮ（２ｎ）及びφＴＲＡＮ（２ｎ＋２）をＨレベルに制御して、光電変換部１１０及び１１２の各々に蓄積された電荷をＦＤ部に転送した後、φＴＲＡＮ（２ｎ）及びφＴＲＡＮ（２ｎ＋２）をＬレベルに制御する。
【００６２】
そして、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）を再度Ｈレベルに制御すると、各増幅トランジスタは、ＦＤ部の電位に応じた画素信号を出力する。このとき、出力制御トランジスタ１７０及び１７３はＯＮ状態に維持され、出力制御トランジスタ１７１及び１７２はＯＦＦ状態に維持されている。したがって、光電変換部１１０の蓄積電荷に応じた画素信号が増幅回路１９０を経由して後続の回路等に出力されると同時に、光電変換部１１２の蓄積電荷に応じた画素信号が増幅回路１９１を経由して後続の回路等に出力される。
【００６３】
その後、φＳＥＬ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φ１及びφ４は、Ｌレベルに制御される。
【００６４】
＜（２ｎ＋１）及び（２ｎ＋３）行目の光電変換部１１１及び１１３からの信号読み出し＞
続いて、制御パルスφ２及びφ３をＨレベルに制御する。これに対して、制御パルスφ１及びφ４は、（２ｎ＋１）及び（２ｎ＋３）行目の光電変換部１１１及び１１３からの画素信号の読み出しが完了するまで、Ｌレベルに維持される。この結果、出力制御トランジスタ１７０及び１７３はＯＦＦ状態に維持され、残りの出力制御トランジスタ１７１及び１７２がＯＮする。
【００６５】
次に、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＨレベルに制御して、ＦＤ部をリセットした後、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＬレベルに制御する。
【００６６】
次に、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）をＨレベルに制御する。この結果、光電変換部１１０及び１１１が共有する増幅トランジスタと、電流源１６０及び１６１とでソースフォロア回路が構成される。同様に、この結果、光電変換部１１２及び１１３が共有する増幅トランジスタと、電流源１６２及び１６３とでソースフォロア回路が構成される。この結果、ＦＤ部がリセット状態にある時の信号出力線１４０及び１４１の電位がそれぞれ入力容量１８０及び１８１に保持される。
【００６７】
次に、φＴＲＡＮ（２ｎ＋１）及びφＴＲＡＮ（２ｎ＋３）をＨレベルに制御して、光電変換部１１１及び１１３の各々に蓄積された電荷をＦＤ部に転送した後、φＴＲＡＮ（２ｎ＋１）及びφＴＲＡＮ（２ｎ＋３）をＬレベルに制御する。
【００６８】
そして、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）を再度Ｈレベルに制御すると、各増幅トランジスタは、ＦＤ部の電位に応じた画素信号を出力する。このとき、出力制御トランジスタ１７０及び１７３はＯＦＦ状態に維持され、出力制御トランジスタ１７１及び１７２はＯＮ状態に維持されている。したがって、光電変換部１１１の蓄積電荷に応じた画素信号が増幅回路１９１を経由して後続の回路等に出力されると同時に、光電変換部１１３の蓄積電荷に応じた画素信号が増幅回路１９０を経由して後続の回路等に出力される。
【００６９】
その後、φＳＥＬ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φ２及びφ３は、Ｌレベルに制御される。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置及びその駆動方法によっても、２行分の画素信号を同時に読み出すことができ、フレームレートの向上に繋がる。
【００７１】
これに加え、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法によれば、同一色の画素信号を同時に出力することが可能となる。例えば、カラーフィルタがベイヤー配列を有する場合を想定すると、グリーンの画素は１画素おきに配置される。この場合、本実施形態のように、１行を挟んで配置される２行の画素を同時に読み出すように切替部１４を制御すれば、列方向に並ぶ２画素分のグリーンの信号が同時に出力される。グリーンの信号同士を同時に読み出すことによって、グリーンの信号と他の色の信号とを同時に読み出す場合と比べて、信号出力線１４０及び１４１間の相互干渉の影響を低減することができる。
【００７２】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。
【００７３】
本実施形態に係る固体撮像装置２は、列方向に隣接する４つの光電変換部が、ＦＤ部、増幅トランジスタ、画素リセットトランジスタ及び選択トランジスタ（これら図示せず）を共有する点で、第１の実施形態と相違する。尚、図４においては、図示の都合上、ある行において列方向に隣接する８つの光電変換部２１０〜２１７が示されている。その他の要素については、第１の実施形態と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００７４】
図５は、図４に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。以下、図４及び図５を併せて参照しながら、４ｎ〜（４ｎ＋７）行目の光電変換部からの読み出しを順に説明する。
【００７５】
＜４ｎ及び（４ｎ＋４）行目の光電変換部２１０及び２１４からの信号読み出し＞
まず、制御パルスφ１及びφ４をＨレベルに制御する。これに対し、制御パルスφ２及びφ３は、４ｎ及び（４ｎ＋４）行目の光電変換部１１０及び１１３からの画素信号の読み出しが完了するまで、Ｌレベルに維持される。この結果、出力制御トランジスタ１７０及び１７３がＯＮし、残りの出力制御トランジスタ１７１及び１７２はＯＦＦ状態に維持される。
【００７６】
次に、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＨレベルに制御して、ＦＤ部をリセットした後、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＬレベルに制御する。
【００７７】
次に、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）をＨレベルに制御する。この結果、光電変換部２１０〜２１３が共有する増幅トランジスタと、電流源１６０及び１６１とでソースフォロア回路が構成される。同様に、光電変換部２１４〜２１７が共有する増幅トランジスタと、電流源１６２及び１６３とでソースフォロア回路が構成される。この結果、ＦＤ部がリセット状態にある時の信号出力線１４０及び１４１の電位がそれぞれ入力容量１８０及び１８１に保持される。
【００７８】
次に、φＴＲＡＮ（４ｎ）及びφＴＲＡＮ（４ｎ＋４）をＨレベルに制御して、光電変換部２１０及び２１４の各々に蓄積された電荷をＦＤ部に転送した後、φＴＲＡＮ（４ｎ）及びφＴＲＡＮ（４ｎ＋４）をＬレベルに制御する。
【００７９】
そして、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）を再度Ｈレベルに制御すると、各増幅トランジスタは、ＦＤ部の電位に応じた画素信号を出力する。このとき、出力制御トランジスタ１７０及び１７３はＯＮ状態に維持され、出力制御トランジスタ１７１及び１７２はＯＦＦ状態に維持されている。したがって、光電変換部２１０の蓄積電荷に応じた画素信号が増幅回路１９０を経由して後続の回路等に出力されると同時に、光電変換部２１４の蓄積電荷に応じた画素信号が増幅回路１９１を経由して後続の回路等に出力される。
【００８０】
その後、φＳＥＬ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φ１及びφ４は、Ｌレベルに制御される。
【００８１】
＜（４ｎ＋１）及び（４ｎ＋５）行目の光電変換部２１１及び２１５からの信号読み出し＞
まず、制御パルスφ２及びφ３をＨレベルに制御する。これに対し、制御パルスφ１及びφ４は、（４ｎ＋１）及び（４ｎ＋５）行目の光電変換部２１１及び２１５からの画素信号の読み出しが完了するまで、Ｌレベルに維持される。この結果、出力制御トランジスタ１７０及び１７３がＯＦＦ状態に維持され、残りの出力制御トランジスタ１７１及び１７２がＯＮする。
【００８２】
次に、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＨレベルに制御して、４ｎ行目及び（４ｎ＋４）行目のＦＤ部をリセットした後、φＲＥＳ（ｎ）及びφＲＥＳ（ｎ＋１）をＬレベルに制御する。
【００８３】
次に、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）をＨレベルに制御する。この結果、光電変換部２１０〜２１３が共有する増幅トランジスタと、電流源１６０及び１６１とでソースフォロア回路が構成される。同様に、光電変換部２１４〜２１７が共有する増幅トランジスタと、電流源１６２及び１６３とでソースフォロア回路が構成される。この結果、ＦＤ部がリセット状態にある時の信号出力線１４０及び１４１の電位がそれぞれ入力容量１８０及び１８１に保持される。
【００８４】
次に、φＴＲＡＮ（４ｎ）及びφＴＲＡＮ（４ｎ＋４）をＨレベルに制御して、光電変換部２１１及び２１５の各々に蓄積された電荷をＦＤ部に転送した後、φＴＲＡＮ（４ｎ）及びφＴＲＡＮ（４ｎ＋４）をＬレベルに制御する。
【００８５】
そして、φＳＥＬ（ｎ）及びφＳＥＬ（ｎ＋１）を再度Ｈレベルに制御すると、各増幅トランジスタは、ＦＤ部の電位に応じた画素信号を出力する。このとき、出力制御トランジスタ１７０及び１７３はＯＦＦ状態に維持され、出力制御トランジスタ１７１及び１７２はＯＮ状態に維持されている。したがって、光電変換部２１１の蓄積電荷に応じた画素信号が増幅回路１９０を経由して後続の回路等に出力されると同時に、光電変換部２１５の蓄積電荷に応じた画素信号が増幅回路１９１を経由して後続の回路等に出力される。
【００８６】
その後、φＳＥＬ（ｎ）、φＳＥＬ（ｎ＋１）、φ２及びφ３は、Ｌレベルに制御される。
【００８７】
＜（４ｎ＋２）及び（４ｎ＋６）行目の光電変換部２１２及び２１６からの信号読み出し＞
（４ｎ＋２）及び（４ｎ＋６）行目の光電変換部２１２及び２１６からの画素信号の読み出しは、図５に示されるように、転送パルスφＴＲＡＮ（４ｎ＋２）及びφＴＲＡＮ（４ｎ＋６）を制御することによって行われる。ただし、基本的な駆動方法は、４ｎ及び（４ｎ＋４）行目の光電変換部２１０及び２１４からの画素信号の読み出しと同様であるので、繰り返しの説明を省略する。
【００８８】
＜（４ｎ＋３）及び（４ｎ＋７）行目の光電変換部２１３及び２１７からの信号読み出し＞
（４ｎ＋３）及び（４ｎ＋７）行目の光電変換部２１３及び２１７からの画素信号の読み出しは、図５に示されるように、転送パルスφＴＲＡＮ（４ｎ＋３）及びφＴＲＡＮ（４ｎ＋７）を制御することによって行われる。ただし、基本的な駆動方法は、（４ｎ＋１）及び（４ｎ＋５）行目の光電変換部２１１及び２１５からの画素信号の読み出しと同様であるので、繰り返しの説明を省略する。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置２及びその駆動方法では、隣接する４つの光電変換部が１つの増幅トランジスタを共有する場合に、（４ｎ＋ｋ）行目の光電変換部及び｛４（ｎ＋１）＋ｋ｝行目の光電変換部から画素信号が同時に読み出される（ただし、ｋは０以上の整数）。したがって、本実施形態に係る固体撮像装置２及びその駆動方法によっても、フレームレートを向上させることが可能となる。
【００９０】
また、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法によれば、第２の実施形態と同様に、同一色の画素信号（例えば、グリーンの信号）を同時に出力することも可能となるので、信号出力線１４０及び１４１間の相互干渉の影響を低減することができる。
【００９１】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【００９２】
本実施形態に係る撮像システム（カメラシステム）３は、光学系３００と、上記の第１〜第３の実施形態のいずれかに係る固体撮像装置３０１と、タイミングジェネレータを含む駆動回路３０２と、信号処理回路３０３とを少なくとも含んでいる。
【００９３】
撮像システム３の使用時にあっては、光線が被写体側から光学系３００を通じて固体撮像装置３０１に入射する。
【００９４】
固体撮像装置３０１は、駆動回路３０２から供給される駆動信号に従って、入射光に応じた画像信号を信号処理回路３０３に出力する。上述したように、固体撮像装置３０１は、複数の光電変換部と、所定数の光電変換部毎に共有される複数の増幅トランジスタと、各列毎に設けられる画素信号出力部を含んでおり、各列の２つの増幅トランジスタから画素信号を同時に出力することができる。尚、画素信号出力部の切替部を制御するための制御パルス（φ１〜φ４）は、駆動回路３０２から入力されても良いし、駆動回路３０２以外の回路から入力されても良い。
【００９５】
信号処理回路３０３は、固体撮像装置３０１から出力される画像信号に各種信号処理を施した後、処理済みの信号を映像信号として後続の装置等に出力する。
【００９６】
以上のように、本実施形態に係る撮像システムは、上記の各実施形態に係る固体撮像装置を有しているので、２行分の画素信号を同時に出力することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、１画素行あたりの垂直転送時間が短縮され、かつ、フレームレートが改善された撮像システムを実現することができる。
【００９７】
尚、上記の第１〜第３の各実施形態では、２本の信号出力線と２つの出力回路とを有する画素信号出力部について説明したが、画素信号出力部には、３以上の信号出力線と３以上の出力回路とが設けられていても良い。この場合、切替部は、制御信号に従って、各信号出力線を順に異なる出力回路に接続することができるように構成されていれば良い。
【００９８】
また、上記の第１〜第３の各実施形態では、電流源は、信号出力線に接続されているが、出力制御トランジスタと、出力回路との接続点に接続されていても良い。
【００９９】
更に、上記の第１〜第３の各実施形態では、切替部が４つの出力制御トランジスタで構成されているが、信号出力線と出力回路との接続を切り替えることができれば、他の構成を有していても良い。
【０１００】
更に、上記の第１〜第３の各実施形態において、固体撮像装置は、補色フィルタを備えていても良い。この場合であっても、同一画素列上には、２色のカラーフィルタが交互に配列されるため、各実施形態で例示した原色フィルタの場合と同様の効果が得られる。
【０１０１】
更に、上記の第１〜第３の各実施形態では、２つまたは４つの画素が１つの増幅トランジスタを共有しているが、光電変換部の数は、２以上の任意の数でも良い。
【０１０２】
更に、上記の第１〜第３の各実施形態において、出力制御トランジスタに供給するパルスφ１〜φ４の組み合わせを各列毎に適宜変更すれば、前列に渡る同一色の信号（例えば、グリーンの信号を）同時に読み出すことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、例えばビデオカメラや、スチルカメラ等の撮像機器に組み込まれる固体撮像装置、その駆動方法等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す図
【図２】図１に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート
【図３】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート
【図４】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す図
【図５】図４に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート
【図６】本発明の第４の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示すブロック図
【図７】従来の固体撮像装置の部分的な構成を示す図
【図８】図７に示される固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート
【符号の説明】
【０１０５】
１、２、３０１  固体撮像装置
３  撮像システム
１１  画素信号出力部
１２、１３  出力回路
１４  切替部
２０  画素リセットトランジスタ
３０  増幅トランジスタ
４０  選択トランジスタ
５０  フローティングディフュージョン（ＦＤ部）
１００  画素配列
１１０〜１１３、２１０〜２１７  光電変換部
１２０、１２１、２２０、２２１  画素
１３０、１３１  制御線
１４０、１４１  信号出力線
１５０、１５１  垂直走査回路
１６１〜１６３  電流源
１７０〜１７３  出力制御トランジスタ
１８０、１８１  入力容量
１９０、１９１  増幅回路
３００  光学系
３０２  駆動回路
３０３  信号処理回路
５１０、５１１  電荷転送ゲート
【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６】
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【図７】
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【図８】
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