(57)【要約】      （修正有）【課題】回路規模を増大させることなく、間引き読み出し動作の際に、間引き行の光電変換素子のリセットを実現する。【解決手段】固体撮像装置は、光電変換部、転送スイッチ、信号検出部、増幅出力部、及び信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、光電変換部からの信号電荷を行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、光電変換部からの信号電荷を行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備える。走査部は、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、第二の信号電荷群をリセットする第一の走査と、第一の信号電荷群をリセットする第二の走査とを行う。【選択図】図２
2008172704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を信号電荷に変換する光電変換部、
前記光電変換部に一方の端子が接続され、前記光電変換部で生成された前記信号電荷を読み出して転送する転送スイッチ、
前記転送スイッチの他方の端子に接続され、前記転送スイッチから転送される前記信号電荷を検出保持する信号検出部、
前記信号検出部に接続され、前記信号検出部で検出保持された前記信号電荷を増幅して出力する増幅出力部、及び、
前記信号検出部に接続され、前記信号検出部で検出保持された前記信号電荷をリセットする信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、
前記複数の単位セルの各々を構成する前記光電変換部からの前記信号電荷を行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、
前記複数の単位セルの各々を構成する前記光電変換部からの前記信号電荷を行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備え、
前記走査部は、前記複数の単位セルの各々を構成する前記光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、前記複数の単位セルの各々を構成する前記光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、前記第二の信号電荷群をリセットする第一の走査と、前記第一の信号電荷群をリセットする第二の走査とを行う、固体撮像装置。
【請求項２】
前記第一の走査及び前記第二の走査は、前記行選択リセット部にスタートパルスが供給されることにより行われる、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第一の走査は、前記第二の走査よりも先に行われる、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第一の走査及び前記第二の走査の開始時間間隔は、基準クロックで決定される最短時間である、請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第二の信号電荷群のうち前記第一の走査によってリセットされない信号電荷群を生じる単位セル群は、遮光される、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部、
前記複数の光電変換部の各々に一方の端子が接続され、前記光電変換部で生成された前記信号電荷を読み出して転送する複数の転送スイッチ、
前記複数の転送スイッチの各々の他方の端子に接続され、前記転送スイッチから転送される前記信号電荷を検出保持する信号検出部、
前記信号検出部に接続され、前記信号検出部で検出保持された前記信号電荷を増幅して出力する増幅出力部、及び、
前記信号検出部に接続され、前記信号検出部で検出保持された前記信号電荷をリセットする信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、
前記複数の単位セルの各々に含まれる前記複数の光電変換部からの前記信号電荷を一つの前記光電変換部を有する行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、
前記複数の単位セルの各々に含まれる前記複数の光電変換部からの前記信号電荷を前記の行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備え、
前記走査部は、前記複数の単位セルの各々に含まれる前記複数の光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、前記複数の単位セルの各々に含まれる前記複数の光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、前記第二の信号電荷群をリセットする第一の走査と、前記第一の信号電荷群をリセットする第二の走査とを行う、固体撮像装置。
【請求項７】
前記第一の走査及び前記第二の走査は、前記行選択リセット部にスタートパルスが供給されることにより行われる、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第一の走査は、前記第二の走査よりも先に行われる、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第一の走査及び前記第二の走査の開始時間間隔は、基準クロックで決定される最短時間である、請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第一の走査は、前記第二の信号電荷群を同時にリセットしないように行われる、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第二の信号電荷群のうち前記第一の走査によってリセットされない信号電荷群を生じる単位セル群は、遮光される、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
入射光を信号電荷に変換する光電変換部、前記光電変換部に一方の端子が接続され、前記光電変換部で生成された前記信号電荷を読み出して転送する転送スイッチ、前記転送スイッチの他方の端子に接続され、前記転送スイッチから転送される前記信号電荷を検出保持する信号検出部、前記信号検出部に接続され、前記信号検出部で検出保持された前記信号電荷を増幅して出力する増幅出力部、及び、前記信号検出部に接続され、前記信号検出部で検出保持された前記信号電荷をリセットする信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、前記複数の単位セルの各々を構成する前記光電変換部からの前記信号電荷を行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、前記複数の単位セルの各々を構成する前記光電変換部からの前記信号電荷を行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記走査部が、前記複数の単位セルの各々を構成する前記光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、前記複数の単位セルの各々を構成する前記光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、
前記第二の信号電荷群をリセットする第一の走査を行う工程と、
前記第一の信号電荷群をリセットする第二の走査を行う工程とを備える、固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部、前記複数の光電変換部の各々に一方の端子が接続され、前記光電変換部で生成された前記信号電荷を読み出して転送する複数の転送スイッチ、前記複数の転送スイッチの各々の他方の端子に接続され、前記転送スイッチから転送される前記信号電荷を検出保持する信号検出部、前記信号検出部に接続され、前記信号検出部で検出保持された前記信号電荷を増幅して出力する増幅出力部、及び、前記信号検出部に接続され、前記信号検出部で検出保持された前記信号電荷をリセットする信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、前記複数の単位セルの各々に含まれる前記複数の光電変換部からの前記信号電荷を一つの前記光電変換部を有する行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、前記複数の単位セルの各々に含まれる前記複数の光電変換部からの前記信号電荷を前記の行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記走査部が、前記複数の単位セルの各々に含まれる前記複数の光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、前記複数の単位セルの各々に含まれる前記複数の光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、
前記第二の信号電荷群をリセットする第一の走査を行う工程と、
前記第一の信号電荷群をリセットする第二の走査を行う工程とを備える、固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を光電変換する単位セルが、半導体基板上に１次元又は２次元に配置してなる撮像装置に関し、特に、光電変換された電荷が隣接画素に漏れ込むことを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ又は携帯電話用カメラは、静止画を取得する前の画像確認に使用される動画モード（プレビューモードとも呼ぶ）があり、この動画モードでは、移動する被写体を撮像した際に発生する画像の歪みをおさえるために高速動作（駆動）が必要となる。
【０００３】
そこで、ＭＯＳ型固体撮像装置では、全行を読み出す動作（以下、「全画素読み出し」という）を行わずに、電荷の読み出しラインを任意に選択して特定の行のみを読み出す動作（以下、「間引き読み出し」という）が行われる。
【０００４】
しかし、間引き読み出しの場合は、画像として読み出される行（読み出し行）と読み出さない行（間引き行）が存在するため、間引き行を単にスキップする動作の場合に、間引き行の光電変換素子に蓄えられた電荷がある許容量を超えると、隣接している画素に漏れ込み、偽信号を発生するという問題がある。
【０００５】
これに対し、間引き読み出しの場合であっても、間引き行の光電変換素子から電荷が隣接画素に漏れ混むことを防止し、偽信号を発生させない従来の固体撮像装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
まず、図１７は、従来のＭＯＳ固体撮像装置の回路構成図を示す。
【０００７】
図１７に示すように、光電変換素子（フォトダイオードなど）１は入射光量に応じた電荷を蓄積するものであり、２次元状に４個×４個の例にて配置されている。光電変換素子１の一端は増幅トランジスタＭＯＳ２のゲートに接続されており、増幅トランジスタＭＯＳ２のドレインは垂直選択スイッチＭＯＳ３のソースに接続されており、増幅トランジスタＭＯＳ２のソースは垂直出力線６を介して負荷電流源７に接続されており、垂直選択スイッチＭＯＳ３のドレインは電源線４を介して電源端子５に接続されており、これらは全体でソースフォロワ回路を構成している。また、リセットスイッチ１４は、そのソースがソースフォロワ入力ＭＯＳ２のゲートに接続されており、ドレインが電源線４を介して電源端子５に接続されている。
【０００８】
図１７に示す回路は、各画素の光電変換素子１に蓄積された電荷に応じて増幅トランジスタＭＯＳ２のゲートに信号電圧を発生し、該信号電圧をソースフォロワ回路で電流増幅して読み出すものである。
【０００９】
また、垂直選択スイッチＭＯＳ３のゲートは垂直ゲート線８を介して垂直走査回路９に接続されている。リセットスイッチ１４のゲートはリセットゲート線１５を介して垂直走査回路９に接続されている。ソースフォロワ回路の出力信号は、垂直出力線６、水平転送ＭＯＳスイッチ１０、水平出力線１１、及び出力アンプ１２を通して外部に出力される。水平転送ＭＯＳスイッチ１０のゲートは水平走査回路１３にそれぞれ接続されている。
【００１０】
以上の回路構成を有する従来のＭＯＳ型固体撮像装置では、全画素読み出し及び間引き読み出しを行って撮像することが可能である。
【００１１】
次に、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の動作について説明する。
【００１２】
まず、図１８は、従来のＭＯＳ型固体撮像装置における全画素読み出し動作のタイミング図を示す。
【００１３】
ここで、各画素行の垂直ゲート線８に印加されるパルスを選択スイッチパルスＳＥＬ１〜ＳＥＬ４、リセットゲート線１５に印加されるパルスをリセットスイッチパルスＲＥＳ１〜ＲＥＳ４とする。選択スイッチパルスＳＥＬ１〜ＳＥＬ４、リセットスイッチパルスＲＥＳ１〜ＲＥＳ４は垂直走査回路９で発生されるものである。また、Ｈ１〜Ｈ４は水平走査回路１３で発生された水平走査パルスであり、水平転送ＭＯＳスイッチ１０のゲートに印加される。ＰＤ１、ＰＤ２はそれぞれ第一行第一列目、第二行第一列目の光電変換素子の電位の変化を示したものである。
【００１４】
全画素読み出し動作では、図１８に示すように、選択スイッチパルスＳＥＬ１〜ＳＥＬ４、リセットスイッチパルスＲＥＳ１〜ＲＥＳ４に対応する信号を順次発生させることで、全行の信号を読み出している。
【００１５】
これに対して、間引き読出し動作では、例えば上記図１８における垂直走査回路９からの選択スイッチパルスＳＥＬ２、ＳＥＬ４、リセットスイッチパルスＲＥＳ２、ＲＥＳ４に対応する信号を発生させずに、選択スイッチパルスＳＥＬ１、リセットスイッチパルスＲＥＳ１に続いて選択スイッチパルスＳＥＬ３、リセットスイッチパルスＲＥＳ３を発生させることで、第２行目、第４行目の信号を読み飛ばす一方で、第１行目、第３行目の信号を読み出すものである。
【００１６】
図１９は、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の動作のタイミング図であって、間引き動作において、間引き行の光電変換素子から隣接画素に電荷が漏れ混んで偽信号が発生することを防止する動作を示す。
【００１７】
図１９に示すように、動画の撮像の際の間引き動作のために、選択スイッチパルスＳＥＬ２、ＳＥＬ４は常にローレベルである。選択スイッチパルスＳＥＬ１をハイレベルとした後、時刻ｔ０でリセットスイッチパルスＲＥＳ１をハイレベルとしてＰＤ１をリセットする。次に、選択スイッチパルスＳＥＬ１をハイレベルとした後、時刻ｔ９で水平走査パルスＨ１をハイレベルとして蓄積されたＰＤ１の光電荷を出力線６を介して読み出す。ここで、リセットスイッチパルスＲＥＳ２、ＲＥＳ４を常にハイレベルにしているので、光電変換素子ＰＤ２の電荷はリセットスイッチ１４を介して、電源線４を経て電源端子５に排出される。このため、隣接画素への電荷の流入が抑制されて偽信号の発生を防止する。また、時刻ｔ９の後、水平走査パルスＨ１をハイレベルとしても、ＰＤ２に光電荷は蓄積されていないので、光電荷は出力されない。
【００１８】
以上のように、例えば特許文献１に開示された動作方法によると、間引き読出し時に読み出されない画素で光電変換素子に蓄積する電荷が飽和電荷量に到達して、隣接する光電変換素子に電荷が溢れ出して偽信号が発生してしまうことを防止し、スミア、ブルーミング、混色のない高品質の画像が得られる。
【特許文献１】特開２０００−３５０１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置の動作方法では、行選択回路（垂直走査回路）に間引き読み出し行の光電変換素子に蓄えられた電荷をリセットする回路を読み出し回路とは別に設ける必要がある。また、間引き読み出し方式の相違に応じて、個々の読み出し方式に応じたリセット用の回路が必要になるため、回路規模が大きくなるという第１の課題がある。
【００２０】
ところで、微細化セルにおいて十分な感度を確保すべく、複数の光電変換素子に対して共通の増幅回路が設けられた構成を有する固体撮像装置（以下、増幅回路と該増幅回路を共用する画素を１つのセルとして、この構成を「多画素１セル方式」という）が存在するが、該多画素１セル方式の固体撮像装置に対して上記の動作方法を適用すると、以下の第２の課題が発生する。
【００２１】
すなわち、多画素１セル方式の固体撮像装置では、信号の読み出しを行う場合には、単一セルに対して、セル内の該当する１つの光電変換素子の電荷を読み出す動作を行うが、間引き行のリセットを行う場合には、単一セルに対して、セル内の複数の光電変換素子の電荷を同時にリセットする動作を行う状態が発生する。同時にリセットされた光電変換素子と通常にリセットされた光電変換素子との間で状態差が生じるため、撮像時にノイズが発生するという第２の課題がある。
【００２２】
前記に鑑み、本発明の目的は、回路規模を増大させることなく、間引き読み出し動作の際に、間引き行の光電変換素子のリセットを実現できる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することである。また、多画素１セル方式を用いた固体撮像装置において、間引き読み出し動作の際に、同一の電荷検出部に対して同時にリセット動作を行うことなく、間引き行のリセットを実現できる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部、光電変換部に一方の端子が接続され、光電変換部で生成された信号電荷を読み出して転送する転送スイッチ、転送スイッチの他方の端子に接続され、転送スイッチから転送される信号電荷を検出保持する信号検出部、信号検出部に接続され、信号検出部で検出保持された信号電荷を増幅して出力する増幅出力部、及び、信号検出部に接続され、信号検出部で検出保持された信号電荷をリセットする信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部からの信号電荷を行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部からの信号電荷を行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備え、走査部は、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、第二の信号電荷群をリセットする第一の走査と、第一の信号電荷群をリセットする第二の走査とを行う。
【００２４】
本発明の第１の側面に係る固体撮像装置において、第一の走査及び第二の走査は、行選択リセット部にスタートパルスが供給されることにより行われる。
【００２５】
本発明の第１の側面に係る固体撮像装置において、第一の走査は、第二の走査よりも先に行われる。
【００２６】
本発明の第１の側面に係る固体撮像装置において、第一の走査及び第二の走査の開始時間間隔は、基準クロックで決定される最短時間である。
【００２７】
本発明の第１の側面に係る固体撮像装置において、第二の信号電荷群のうち第一の走査によってリセットされない信号電荷群を生じる単位セル群は、遮光される。
【００２８】
本発明の第２の側面に係る固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部、複数の光電変換部の各々に一方の端子が接続され、光電変換部で生成された信号電荷を読み出して転送する複数の転送スイッチ、複数の転送スイッチの各々の他方の端子に接続され、転送スイッチから転送される信号電荷を検出保持する信号検出部、信号検出部に接続され、信号検出部で検出保持された信号電荷を増幅して出力する増幅出力部、及び、信号検出部に接続され、信号検出部で検出保持された信号電荷をリセットする信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、複数の単位セルの各々に含まれる複数の光電変換部からの信号電荷を一つの光電変換部を有する行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、複数の単位セルの各々に含まれる複数の光電変換部からの信号電荷を上記の行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備え、走査部は、複数の単位セルの各々に含まれる複数の光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、複数の単位セルの各々に含まれる複数の光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、第二の信号電荷群をリセットする第一の走査と、第一の信号電荷群をリセットする第二の走査とを行う。
【００２９】
本発明の第２の側面に係る固体撮像装置において、第一の走査及び第二の走査は、行選択リセット部にスタートパルスが供給されることにより行われる。
【００３０】
本発明の第２の側面に係る固体撮像装置において、第一の走査は、第二の走査よりも先に行われる。
【００３１】
本発明の第２の側面に係る固体撮像装置において、第一の走査及び第二の走査の開始時間間隔は、基準クロックで決定される最短時間である。
【００３２】
本発明の第２の側面に係る固体撮像装置において、第一の走査は、第二の信号電荷群を同時にリセットしないように行われる。
【００３３】
本発明の第２の側面に係る固体撮像装置において、第二の信号電荷群のうち第一の走査によってリセットされない信号電荷群を生じる単位セル群は、遮光される。
【００３４】
本発明の第１の側面に係る固体撮像装置の駆動方法は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部、光電変換部に一方の端子が接続され、光電変換部で生成された信号電荷を読み出して転送する転送スイッチ、転送スイッチの他方の端子に接続され、転送スイッチから転送される信号電荷を検出保持する信号検出部、信号検出部に接続され、信号検出部で検出保持された信号電荷を増幅して出力する増幅出力部、及び、信号検出部に接続され、信号検出部で検出保持された信号電荷をリセットする信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部からの信号電荷を行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部からの信号電荷を行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、走査部が、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、複数の単位セルの各々を構成する光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、第二の信号電荷群をリセットする第一の走査を行う工程と、第一の信号電荷群をリセットする第二の走査を行う工程とを備える。
【００３５】
本発明の第２の側面に係る固体撮像装置の駆動方法は、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部、複数の光電変換部の各々に一方の端子が接続され、光電変換部で生成された信号電荷を読み出して転送する複数の転送スイッチ、複数の転送スイッチの各々の他方の端子に接続され、転送スイッチから転送される信号電荷を検出保持する信号検出部、信号検出部に接続され、信号検出部で検出保持された信号電荷を増幅して出力する増幅出力部、及び、信号検出部に接続され、信号検出部で検出保持された信号電荷をリセットする信号初期化部からなる単位セルが行列状に複数配置されてなる撮像領域と、複数の単位セルの各々に含まれる複数の光電変換部からの信号電荷を一つの光電変換部を有する行単位で読み出す行選択読み出し部、及び、複数の単位セルの各々に含まれる複数の光電変換部からの信号電荷を上記の行単位でリセットする行選択リセット部からなる走査部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、走査部が、複数の単位セルの各々に含まれる複数の光電変換部のうち行状に配置されてなる第一の光電変換部群からの第一の信号電荷群を読み出す一方で、複数の単位セルの各々に含まれる複数の光電変換部のうち行状に配置された第二の光電変換部群からの第二の信号電荷群を読み出さない間引き動作において、第二の信号電荷群をリセットする第一の走査を行う工程と、第一の信号電荷群をリセットする第二の走査を行う工程とを備える。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によると、回路規模を増大させることなく、間引き読み出し動作の際に、間引かれる画素群の光電変換部から電荷を排出できる固体撮像装置が実現される。また、多画素１セルの構成を用いたとしても、間引かれる画素群の光電変換部から電荷を排出することにより発生するノイズを抑制できる多画素１セル方式の固体撮像装置が実現される。これらの固体撮像装置によると、スミア、ブルーミング、混色のない高品質の画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置及びその駆動方法について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造平面図を示す。
【００３９】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置は、行列状に配置された各画素からなる画素部１０１、負荷回路１０２、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４、マルチプレクサ回路１０５、信号処理回路１０６、水平読み出し回路１０７、及び最終アンプ１０８を有している。
【００４０】
電子シャッタ用シフトレジスタ１０３、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４、マルチプレクサ回路１０５に対して、読出し動作（ＲＳＣＥＬＬ／ＴＲＡＮＳ）又は電子シャッタ動作（ＥＲＳＣＥＬＬ／ＥＴＲＡＮＳ）を制御する信号が供給されると、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４が選択している行に対して、マルチプレクサ回路１０５から画素部１０１を構成する各画素に対して読出しパルス又は電子シャッタパルス等が入力される。読出しパルスによって各画素の光電変換部から読み出された信号電荷は信号処理回路１０６においてノイズ除去又は増幅等の処理がなされた後、水平読み出し回路１０７からの信号によって水平信号線に読み出され、さらに最終アンプ１０８に送られて画素信号として出力される。なお、負荷回路１０２は、後述する画素内の増幅トランジスタ２０４と共にソースフォロワ回路を構成する。
【００４１】
図２は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置における画素部１０１の概略回路構成図を示す。
【００４２】
図２に示すように、各画素内には、光電変換部であるフォトダイオード２０１、フォトダイオード２０１に蓄積された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタ２０２、読み出された信号電荷を保持するフローティングディフュージョン（以下、「ＦＤ」という）２０３、ＦＤ２０３の電位を初期状態にリセットするリセットトランジスタ２０５、及びＦＤ２０３の電位変化を受けて信号電荷を増幅する増幅トランジスタ２０４が配置されている。また、増幅トランジスタ２０４は、列毎に配置された負荷トランジスタ２０６と共にソースフォロワ回路を構成し、画素からの信号を垂直出力信号線２０７に出力する。
【００４３】
また、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３及び画素信号読み出し用シフトレジスタ１０４は、スタートパルスが供給され、該スタートパルスをクロックパルスに応じて順次シフトさせることにより、行アドレス信号を順次生成する。
【００４４】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における電子シャッタ用シフトレジスタ１０３及び画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４の回路構成図及び動作タイミング図を示す。
【００４５】
図３において、スタートパルスは、シフトレジスタの動作開始制御の動作を行うパルスである。クロックパルス１は、奇数列レジスタの信号転送・出力の動作を行うパルスである。クロックパルス２は、偶数列レジスタの信号転送・出力の動作を行うパルスである。リセットパルスは、全レジスタの信号リセットの動作を行うパルスである。ＯＵＴ１は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う１段目のレジスタから出力されるパルスである。ＯＵＴ２は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う２段目のレジスタから出力されるパルスである。ＯＵＴ３は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う３段目のレジスタから出力されるパルスである。ＯＵＴ４は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う４段目のレジスタから出力されるパルスである。ＯＵＴ５は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う５段目のレジスタから出力されるパルスである。
【００４６】
図３に示すように、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３及び画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４は、スタートパルスを受けると、最初のレジスタは”Ｈ”信号を出力し、その後、クロックパルス１、クロックパルス２に同期して、順次次段のレジスタに”Ｈ”信号をシフトする駆動を行う。
【００４７】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置におけるマルチプレクサ回路１０５の１段目の回路構成図を示す。具体的には、マルチプレクサ回路１０５を構成する論理回路であって、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３の出力又は画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４の出力を、単位セルに対して行単位で選択的に供給する論理回路の構成を示している。
【００４８】
図４において、電子シャッタ用画素リセットパルスＥＲＳＣＥＬＬは、電子シャッタ動作時にＦＤ２０３のリセットの動作を行うパルスである。画像信号読み出し用シフトレジスタ出力は、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４から出力される信号ＯＵＴ１である。画素信号読み出し用画素リセットパルスＲＳＣＥＬＬは、画像信号動作時にＦＤ２０３のリセットの動作を行うパルスである。電子シャッタ用シフトレジスタ出力は、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３から出力される信号ＯＵＴ１である。電子シャッタ用画素読み出しパルスＥＴＲＡＮＳは、電子シャッタ動作時にフォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を行うパルスである。画素信号読み出し用画素読み出しパルスＴＲＡＮＳは、画素信号読み出し動作時にフォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を行うパルスである。
【００４９】
また、ＲＳＩＮａは、電子シャッタ用画素リセットパルスＥＲＳＣＥＬＬが入力される信号線である。ＩＮ２−１は、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４から出力される信号ＯＵＴ１が入力される信号線である。ＲＳＩＮｂは、画素信号読み出し用画素リセットパルスＲＳＣＥＬＬが入力される信号線である。ＩＮ３−１は、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３から出力される信号ＯＵＴ１が入力される信号線である。ＴＲＩＮａは、電子シャッタ用画素読み出しパルスＥＴＲＡＮＳが入力される信号線である。ＩＮ２−１は、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４から出力される信号ＯＵＴ１が入力される信号線である。ＴＲＩＮｂは、画像信号読み出し用画素読み出しパルスＴＲＡＮＳが入力される信号線である。ＩＮ３−１は、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３から出力される信号ＯＵＴ１が入力される信号線である。
【００５０】
また、ＲＳＯＵＴ１は、リセットトランジスタ２０５のゲート部に接続されているマルチプレクサ回路１０５の出力である。ＴＲＯＵＴ１は、読み出しトランジスタ２０２のゲート部に接続されているマルチプレクサ回路１０５の出力である。なお、ＡＮＤ回路は、２入力が“Ｈ”の状態の時に、“Ｈ”信号を出力する論理回路であり、ＯＲ回路は、２入力のいずれか一方又は両方“Ｈ”の状態の時に、“Ｈ”信号を出力する論理回路である。
【００５１】
図４に示すように、マルチプレクサ回路１０５は、画像信号読み出し用シフトレジスタ出力と画像信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）とが同時に出力された時、電子シャッタ用シフトレジスタ出力と電子シャッタ用画素リセットパルス（ＥＲＳＣＥＬＬ）とが同時に出力された時に、ＲＳＯＵＴ１を出力する。また、マルチプレクサ回路１０５は、読み出し用シフトレジスタ出力と画像信号読み出し用画素読み出しパルス（ＴＲＡＮＳ）とが同時に出力された時、電子シャッタ用シフトレジスタ出力と電子シャッタ用画素読み出しパルス（ＥＴＲＡＮＳ）とが同時に出力された時に、ＴＲＯＵＴ１を出力する。
【００５２】
なお、マルチプレクサ回路１０５の２段目以降の回路は、１段目の回路と同じである。
【００５３】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法における画素セルの画像信号読み出し動作を説明するためのタイミング図を示す。
【００５４】
図５において、ＯＵＴ１は、１行目の画素選択の動作を行うパルスである。ＯＵＴ２は、２行目の画素選択の動作を行うパルスである。ＶＤＤＣＥＬＬは、ＦＤ２０３に“Ｈ”と“Ｌ”を供給するパルスである。ＬＯＡＤＣＥＬＬは、負荷トランジスタ２０６の動作を制御するパルスである。ＲＳＣＥＬＬは、画像信号動作時にＦＤ２０３のリセットを行うパルスである。ＴＲＡＮＳは、画素信号読み出し動作時にフォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を行うパルスである。ＲＳＯＵＴ１は、リセットトランジスタ２０５のゲート部に供給され、ＶＤＤＣＥＬＬの信号レベルの供給を制御する動作を行うリセットパルスである。ＴＲＯＵＴ１は、読み出しトランジスタ２０２のゲート部に供給され、フォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を制御する動作を行うリードパルスである。ＲＳＯＵＴ２は、２行目の画素部に対してＲＳＯＵＴ１と同じ動作を行うパルスである。ＴＲＯＵＴ２は、２行目の画素部に対してＴＲＯＵＴ１と同じ動作を行うパルスである。
【００５５】
さらに、１行ＦＤ部電位：ＦＤ１は、読み出し動作時のＦＤ１の電位状態を示しており、２行ＦＤ部電位：ＦＤ２は、読み出し動作時のＦＤ２の電位状態を示しており、出力信号線は、読み出し動作時の電位状態を示している。
【００５６】
図５に示すように、まず、１行目の画素を選択する際には、ＦＤ１の電位をリセットトランジスタ２０５及び増幅トランジスタ２０４の電源であるＶＤＤＣＥＬＬのＨｉ電位にするべく、リセットパルスＲＳＯＵＴ１がＨｉ電位となり、リセットトランジスタ２０５がオン状態となる。これにより、ＦＤ１の電位がＨｉ電位になり、それに応じた電位が増幅トランジスタ２０４の出力部から出力されて垂直出力信号線２０７の電位が上昇する（ａ点）。
【００５７】
次に、リセットパルスＲＳＯＵＴ１がＬｏｗ電位となり、リセットトランジスタ２０５がオフ状態となる。このとき、ＦＤ１の電位は、Ｈｉ電位を保つ（ｂ点）。
【００５８】
次に、リードパルスＴＲＯＵＴ１がＨｉ電位となり、読出しトランジスタ２０２がオン状態となる。これにより、フォトダイオード２０１に光情報に応じて蓄積されていた電荷がＦＤ１に読み出され、その結果、ＦＤ１の電位が降下する。この電位降下に応じて、増幅トランジスタ２０４の出力部の電位が降下し、出力信号線の電位が降下する（ｃ点）。      
【００５９】
次に、リードパルスＴＲＯＵＴ１がＬｏｗ電位となり読出しトランジスタ２０２がオフ状態となる（ｄ点）。
【００６０】
信号処理回路１０６は、ｂ点での出力信号線の電位とｄ点での出力信号線の電位とを検出し、その電位差を画素信号として測定する。ＦＤ１の電位をＶＤＤＣＥＬＬのＬｏｗ電位にするべく、リセットパルスＲＳＯＵＴ１がＨｉ電位となり、リセットトランジスタがオン状態となる。これにより、ＦＤ１の電位がＬｏｗ電位になり、増幅トランジスタ２０６がオフ状態となる。以上のようにして、画素セルの画素信号の読み出し動作が終了する（ｅ点）。
【００６１】
最後に、画素部の１行目の画素が非選択行の画素となり、次に、同様にして、画素部の２行目の画素を選択し、画素セルの画像信号の読み出し動作が開始される（ｆ点）。
【００６２】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法における露光時間を調整するための電子シャッタ動作（電荷排出動作）を説明するためのタイミング図を示す。なお、図面上、ＥＲＳＣＥＬは、電子シャッタ用画素リセットパルスであり、ＥＴＲＡＮＳは、電子シャッタ用画素読み出しパルスであり、その他は図５と同様である。
【００６３】
図６に示すように、電子シャッタ動作はフォトダイオード２０１の電荷を排出し、初期化することが目的であるため、上記図５を用いて説明した選択動作と読み出し動作とを同時に行う（ｇ点）。これにより、ＶＤＤＣＥＬＬへ電荷が排出される。
【００６４】
次に、上記読み出し動作の場合と同様に非選択状態にするため、ＦＤ１の電位をＶＤＤＣＥＬＬのＬｏｗ電位にするべく、リセットパルスＲＳＯＵＴ１がＨｉ電位となり、ＦＤ１の電位がＬｏｗ電位になり、増幅トランジスタ２０６がオフ状態となる（ｈ点）。但し、電子シャッタ動作中は信号検出の必要がないため、信号処理回路１０６は動作させない状態にしておく。
【００６５】
以上説明してきたように、ここまで、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明すると共に、該固体撮像装置が全画素読み出し動作を行う場合の駆動方法について具体的に説明してきたが、以下に、該固体撮像装置が間引き読み出し動作を行う場合の駆動方法について具体的に説明する。
【００６６】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における間引き読み出し動作の際の電子シャッタ用シフトレジスタ１０３及び読み出し用シフトレジスタ１０４のタイミング図を示す。
【００６７】
図７において、スタートパルスは、シフトレジスタの動作開始制御の動作を行うパルスである。クロックパルス１は、奇数列レジスタの信号転送・出力の動作を行うパルスである。クロックパルス２は、偶数列レジスタの信号転送・出力の動作を行うパルスである。リセットパルスは、全レジスタの信号リセットの動作を行うパルスである。ＯＵＴ１は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う１段目のレジスタから出力されるパルスである。ＯＵＴ２は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う２段目のレジスタから出力されるパルスである。ＯＵＴ３は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う３段目のレジスタから出力されるパルスである。ＯＵＴ４は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う４段目のレジスタから出力されるパルスである。ＯＵＴ５は、マルチプレクサ回路１０５へ信号供給の動作を行う５段目のレジスタから出力されるパルスである。
【００６８】
図７に示すように、間引き動作では、間引き行のクロックパルスを高速クロックにすることで、その間引き行を高速空送りにする（図７では、２行目及び３行目を間引く場合のタイミングを示している）。なお、その他の基本的な動作は、上述した全行読み出しの場合と同様である。
【００６９】
次の行に対しては、信号が転送されているので、通常のクロックパルスに再び戻すと、通常の読み出しができる。このような駆動方法を用いると、様々な方式の間引き読み出しに対応できる。
【００７０】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における間引き読み出し動作の際のタイミング図を示す。なお、図８では、図７と同様に、２行目及び３行目を間引く場合のタイミングを示している。
【００７１】
図８において、ＯＵＴ１は、１行目の画素部の選択の動作を行うパルスである。ＯＵＴ２は、２行目の画素部の選択の動作を行うパルスである。ＯＵＴ３は、３行目の画素部の選択の動作を行うパルスである。ＯＵＴ４は、４行目の画素部の選択の動作を行うパルスである。ＶＤＤＣＥＬＬは、ＦＤ２０３に“Ｈ”と“Ｌ”を供給するパルスである。ＬＯＡＤＣＥＬＬは、負荷トランジスタ２０６の動作を制御するパルスである。ＲＳＣＥＬＬは、画像信号動作時にＦＤ２０３のリセットを行うパルスである。ＴＲＡＮＳは、画素信号読み出し動作時にフォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を行うパルスである。ＲＳＯＵＴ１は、リセットトランジスタ２０５のゲート部に供給され、ＶＤＤＣＥＬＬの信号レベルの供給を制御する動作を行うリセットパルスである。ＴＲＯＵＴ１は、読み出しトランジスタ２０２のゲート部に供給され、フォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を制御する動作を行うリードパルスである。ＲＳＯＵＴ２は、２行目の画素部に対してＲＳＯＵＴ１と同じ動作を行うパルスである。ＴＲＯＵＴ２は、２行目の画素部に対してＴＲＯＵＴ１と同じ動作を行うパルスである。
【００７２】
さらに、１行ＦＤ部電位：ＦＤ１は、読み出し動作時のＦＤ１の電位状態を示しており、２行ＦＤ部電位：ＦＤ２は、読み出し動作時のＦＤ２の電位状態を示しており、出力信号線は、読み出し動作時の電位状態を示している。
【００７３】
図８に示すように、通常クロックが供給されている行（ＯＵＴ１、ＯＵＴ４）に対して画素信号の読み出しを行い、高速クロックが供給されている行（ＯＵＴ２、ＯＵＴ３）に対しては読み出しを行わない。このようにして間引き読み出しが行われる。
【００７４】
次に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出する動作について説明する。
【００７５】
図９は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出する動作を説明するための概略タイミング図を示す。
【００７６】
図９において、フレームとは、１画面（全画素）を走査する時間のことである。画素信号読み出しスタートパルスは、画素信号読み出し用シフトレジスタ１０４の動作を開始させるパルス）である。電子シャッタスタートパルスは、電子シャッタ用シフトレジスタ１０４の動作を開始させるパルスである。画素読み出し動作と電子シャッタ動作とは、１行目から最終行目までの電子シャッタ動作と画素読み出し動作とを示している。露光期間とは、画素部が光を受光する期間を指し、電子シャッタ動作と画素読み出し動作との時間差がそれに相当する。
【００７７】
図９に示すように、通常１フレーム走査ごとにスタートパルスが供給されるが、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３に対して、第一のスタートパルスと第二のスタートパルスを供給し、第一のスタートパルスで間引き行の光電変換部から電荷を排出し、第二のスタートパルスで読み出し行の光電変換部から電荷を排出する通常の電子シャッタ動作を行う。この際、第二のスタートパルスから画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４のスタートパルスが供給されるまでの時間が、読み出し行の光電変換部の露光時間となる。
【００７８】
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出する動作であって、上記図９の動作の一例を説明するタイミング図を示す。なお、図１０では、読み出し−間引き−間引き−読み出しを１ユニットとした１／２の行を間引く動作（１／２間引き動作）を例としている。
【００７９】
図１０において、クロックパルス１は、シフトレジスタの奇数列レジスタの信号転送・出力の動作を行うパルスである。クロックパルス２は、シフトレジスタの偶数列レジスタの信号転送・出力の動作を行うパルスである。画素信号読み出しスタートパルスは、画素信号読み出し用シフトレジスタ１０４の動作開始の動作を行うパルスである。画素信号読み出しスタートパルスの下に示すＯＵＴ１〜ＯＵＴ３は、画素信号読み出し用シフトレジスタ１０４の出力を指し、ＯＵＴ１は１行目の画素部の選択の動作を行うパルス、ＯＵＴ２は２行目の画素部の選択の動作を行うパルス、ＯＵＴ３は３行目の画素部の選択の動作を行うパルスである。電子シャッタスタートパルスは、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３の動作開始の動作を行うパルスである。電子シャッタスタートパルスの下に示すＯＵＴ１〜ＯＵＴ８は、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３の出力を指し、ＯＵＴ１は１行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ２は２行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ３は３行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ４は４行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ５は５行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ６は６行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ７は７行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ８は８行目の画素部の選択の動作を行うパルスである。
【００８０】
さらに、読み出し行ＲＳＯＵＴ１は、１行目のリセットトランジスタ２０５のゲート部に供給され、ＶＤＤＣＥＬＬの信号レベルの供給を制御する動作を行うパルスであり、読み出し行ＴＲＯＵＴ１は、１行目の読み出しトランジスタ２０２のゲート部に供給され、フォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を制御する動作を行うパルスである。間引き行ＲＳＯＵＴ２は、２行目のリセットトランジスタ２０５のゲート部に供給され、ＶＤＤＣＥＬＬの信号レベルの供給を制御する動作を行うパルスであり、間引き行ＴＲＯＵＴ２は、２行目の読み出しトランジスタ２０２のゲート部に供給され、フォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を制御する動作を行うパルスである。読み出し行ＲＳＯＵＴ３は、３行目のリセットトランジスタ２０５のゲート部に供給され、ＶＤＤＣＥＬＬの信号レベルの供給を制御する動作を行うパルスであり、読み出し行ＴＲＯＵＴ３は、３行目の読み出しトランジスタ２０２のゲート部に供給されフォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を制御する動作を行うパルスである。間引き行ＲＳＯＵＴ４は、４行目のリセットトランジスタ２０５のゲート部に供給されＶＤＤＣＥＬＬの信号レベルの供給を制御する動作を行うパルスであり、間引き行ＴＲＯＵＴ４は、４行目の読み出しトランジスタ２０２のゲート部に供給され、フォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を制御する動作を行うパルスである。読み出し行ＲＳＯＵＴ５は、５行目のリセットトランジスタ２０５のゲート部に供給され、ＶＤＤＣＥＬＬの信号レベルの供給を制御する動作を行うパルスであり、読み出し行ＴＲＯＵＴ５は、５行目の読み出しトランジスタ２０２のゲート部に供給され、フォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を制御する動作を行うパルスである。間引き行ＲＳＯＵＴ６は、６行目のリセットトランジスタ２０５のゲート部に供給され、ＶＤＤＣＥＬＬの信号レベルの供給を制御する動作を行うパルスであり、間引き行ＴＲＯＵＴ６は、６行目の読み出しトランジスタ２０２のゲート部に供給され、フォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を制御する動作を行うパルスである。露光時間は、画素部が光を受光する期間を指し、電子シャッタ動作と画素読み出し動作の時間差がそれに相当している。
【００８１】
図１０に示すように、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出する動作では、クロックパルス１がＨｉ状態でスタートパルスが供給されると、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３の動作が開始されるので、読み出し行の光電変換部から電荷を排出するための第二のスタートパルスの２クロック前に、間引き行の光電変換部からの電荷を排出するための第一のスタートパルスを入力する。
【００８２】
これにより、間引き行のＲＳＯＵＴ、ＴＲＯＵＴで電子シャッタの電荷排出パルスが供給され、間引き行の電荷を排出することができる。
【００８３】
さらに、本実施形態において一例とした１／２間引き動作では、スタートパルスを２パルス入力とするが、３／４の行を間引く動作（３／４間引き動作）では、スタートパルスを４パルス入力とすることにより、１／２間引き動作と同様に、間引き行の電荷排出を行うことができる。
【００８４】
以上、図１〜１０を用いて説明したように、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置によると、電子シャッタに対して、例えば１／２間引き動作ではスタートパルスを２パルス入力とし、例えば３／４間引き動作ではスタートパルスを４パルス入力とするように、スタートパルスを間引き動作方式に応じた複数本のパルス入力とすることにより、特別な回路を用いることなく、間引き読み出し駆動において、偽信号の発生しない高品質の画像を得ることができる。
【００８５】
言い換えると、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置によると、同一フレーム内で電子シャッタに対してスタートパルスを２本入力することにより、シャッタパルスを２本同時に走査させ、１本目のパルスで間引き行のリセットを行って、漏れ込みの原因となる電荷を排出すると共に、２本目のパルスで露光時間を調整するために読み出し行のリセットを行うので、特別な回路を用いることなく、間引き読み出し駆動において、高品質の画像を得ることができる。
【００８６】
また、言い換えると、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置によると、電子シャッタ用シフトレジスタに対してシャッタスタートパルスを複数本入力するという構成及び動作を有するため、回路規模を大きくすることなく、間引き行の電荷排出を実現できるという作用効果によって第１の課題を解決することができる。
【００８７】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置及びその駆動方法について説明する。
【００８８】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構造平面図を示す。なお、図１１において、上述の第１の実施形態で用いた図１に示す固体撮像装置の構造と共通する部分は同様であるため、以下では、図１に示す固体撮像装置の構造と相違する部分を中心に説明する。
【００８９】
図１１に示すように、画素部１０１ａは、多画素１セル方式（複数の光電変換素子に対し、電荷検出部を共用する形式）で構成されており、ここでは、４個の光電変換素子に対して、１つの電荷検出部を共用する方式（４画素１セル）により構成されている。
【００９０】
図１１に示すように、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置は、画素部１０１ａ、負荷回路１０２、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４、マルチプレクサ回路１０５ａ、信号処理回路１０６、水平読み出し回路１０７ａ、及び最終アンプ１０８を有している。
【００９１】
電子シャッタ用シフトレジスタ１０３、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４、マルチプレクサ回路１０５ａに対して、読出し動作（ＲＳＣＥＬＬ／ＴＲＡＮＳ）又は電子シャッタ動作（ＥＲＳＣＥＬＬ／ＥＴＲＡＮＳ）を制御する信号が供給されると、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４が選択している行に対して、マルチプレクサ回路１０５ａから画素部１０１ａを構成する各画素に対して読出しパルス又はリセットパルス等が入力される。マルチプレクサ回路１０５ａは、ＴＲＯＵＴを供給する部分を１行毎に配置しており、ＲＳＯＵＴを供給する部分を４行毎に配置している。読出しパルスによって各画素の光電変換部から読み出された信号電荷は信号処理回路１０６においてノイズ除去又は増幅等の処理がなされた後、水平読み出し回路１０７ａからの信号によって水平信号線に読み出され、さらに最終アンプ１０８に送られて画素信号として出力される。
【００９２】
以上説明したように、図１１に示した固体撮像装置において、画素部１０１ａ、マルチプレクサ回路１０５ａ、及び水平読み出し回路１０７ａ以外の構成は、図１に示した固体撮像装置の構成と同様である。
【００９３】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における画素部１０１ａの回路構成図を示す。なお、図１２は、図１１に示した画素部１０１ａが４画素１セル方式で構成された場合の概略回路構成を示している。
【００９４】
図１２に示すように、１セル内には、光電変換部である４個のフォトダイオード２０１、４個のフォトダイオード２０１に蓄積された信号電荷をそれぞれ読み出す４個の読出しトランジスタ２０２、読み出された信号電荷を保持するための共用のＦＤ２０３、ＦＤ２０３の電位を初期状態にリセットするリセットトランジスタ２０５、及びＦＤ２０３の電位変化を受けて信号電荷を増幅する増幅トランジスタ２０４が配置されている。また、増幅トランジスタ２０４は、列毎に配置された負荷トランジスタ２０６とソースフォロワ回路を構成し、画素からの信号を垂直出力信号線２０７に出力する。
【００９５】
すなわち、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、図１２に示すように、１セル内のフォトダイオード２０１は４行×２列の中で対角に配置されているたま、行選択方法と列選択方法とが本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置と異なる。
【００９６】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置の行選択方法としては、本実施形態ではリセットトランジスタ２０５が４行当たりに１つ配置された構成であるため、毎行にリセットパルスＲＳＯＵＴを供給する第１の実施形態に係る固体撮像装置の場合と異なり、４行当たりにリセットパルスＲＳＯＵＴを１パルス供給する構成となる。
【００９７】
図１３は、本発明の第２の実施形態におけるマルチプレクサ回路１０５ａの回路構成図を示す。
【００９８】
図１３において、電子シャッタ用シフトレジスタ出力は、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３から出力される信号ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４である。電子シャッタ用画素リセットパルスＥＲＳＣＥＬＬは、電子シャッタ動作時にＦＤ２０３のリセットの動作を行うパルスである。画像信号読み出し用シフトレジスタ出力は、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４から出力される信号ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４である。画素信号読み出し用画素リセットパルス（ＲＳＣＥＬＬ）は、画像信号読み出し時にＦＤ２０３のリセットの動作を行うパルスである。電子シャッタ用画素リセットパルス（ＥＴＲＡＮＳ）は、電子シャッタ動作時にフォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を行うパルスである。画素信号読み出し用画素読み出しパルスＴＲＡＮＳは、画素信号読み出し動作時にフォトダイオード２０１の信号電荷をＦＤ２０３に読み出す動作を行うパルスである。ＲＳＩＮａは、ＥＲＳＣＥＬＬが入力される信号線である。
【００９９】
また、ＩＮ２−１〜ＩＮ２−４は、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４から出力される信号ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４が入力される信号線である。ＲＳＩＮｂは、ＲＳＣＥＬＬが入力される信号線である。ＩＮ３−１〜ＩＮ３−４は、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３から出力される信号ＯＵＴ１〜ＯＵＴ４が入力される信号線である。ＴＲＩＮａは、ＥＴＲＡＮＳが入力される信号線である。ＩＮ２−１は、画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４から出力される信号ＯＵＴ１が入力される信号線である。ＴＲＩＮｂは、ＴＲＡＮＳが入力される信号線である。ＩＮ３−１は、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３から出力される信号ＯＵＴ１が入力される信号線である。ＲＳＯＵＴ１は、リセットトランジスタ２０５のゲート部に接続されているマルチプレクサ回路１０５ａの出力であり、ＴＲＯＵＴ１は、読み出しトランジスタ２０２のゲート部に接続されているマルチプレクサ回路１０５ａの出力である。なお、ＡＮＤ回路は、２入力が“Ｈ”の状態の時に、“Ｈ”信号を出力する論理回路であり、ＯＲ回路は、２入力のいずれか一方又は両方“Ｈ”の状態の時に、“Ｈ”信号を出力する論理回路である。
【０１００】
図１３に示した構成により、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、論理回路で４行当たりにリセットパルスＲＳＯＵＴを１パルス供給することができる。
【０１０１】
なお、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、１セル内のフォトダイオード２０１が対角に配置されているので、奇数行又は偶数行のいずれかの行の画素の信号が１列ずれた垂直出力信号線から出力される。このため、奇数行と偶数行とを読み出す際に、水平読み出し回路を１列ずらす必要がある。
【０１０２】
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における水平読み出し回路１０７ａの構成を説明するための概略回路構成図を示す。
【０１０３】
図１４において、画素部３０１は、フォトダイオード２０１、読み出しトランジスタ２０２を有しており（図１２参照）、画素部３０１を構成する各画素をＧ、Ｂ、Ｒに数字を付して示している。具体的には、Ｇ００-Ｇ１１-Ｇ０２-Ｇ１３、Ｒ１０-Ｂ２１-Ｒ１２-Ｂ２３、Ｇ２０-Ｇ３１-Ｇ２２-Ｇ３３が、ＦＤ２０３（図１２参照）を共用し、１セルを構成している。
【０１０４】
さらに、ＣＤＳ３０２は、信号処理回路１０６内のノイズを除去する回路である。水平選択スイッチ３０３は、選択的に画素部の信号を水平出力線３０４に読み出すスイッチである。水平出力線３０４は、水平選択スイッチ３０３に接続され、画素からの信号を出力する出力線である。セレクタ３０５は、読み出し制御パルス３０７により入力信号を選択して出力する回路である。ダミーレジスタ３０６は、水平読み出し回路１０７の出力を１列後ろにずらすために設置されているレジスタである。読み出し制御パルス３０７は、セレクタ３０５の出力信号を選択するパルスである。
【０１０５】
図１４に示すように、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、対角上にＦＤ２０３を共有している画素を配置しているため、偶数行を読み出す際と奇数行を読み出す際に、水平読み出し回路１０７が出力するタイミングを調整させるために奇数行を読み出す際に出力を１列後ろにずらし、また、先頭列のシフトレジスタの前にダミーレジスタ３０６を挿入し、Ｂ行であればダミーのシフトレジスタを通過、Ｒ行であればスルーするようにする。
【０１０６】
このようにすると、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、Ｂ行の出力開始はＲ行の出力開始よりも１クロック遅れるので、出力を１列後ろにずらすことができる。これにより、画素配列と出力との関係を一致させることができる。
【０１０７】
なお、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、ダミーレジスタを通過させるか否かの判定は、Ｒ行を読み出しているのか又はＢ行を読み出しているのかを区別する信号（読み出し制御パルス３０７）で行う。本実施形態では、Ｒ行は偶数行、Ｂ行は奇数行であるので、行選択のシフトレジスタクロックを使って、信号を作ることができる。これは、行選択のシフトレジスタが偶数回目の立ち上がりが偶数行の読み出しとなり、奇数回目の立ち上がりが奇数行の読出しとなるためである。
【０１０８】
図１５は、図１４に示した読み出し制御信号３０７の生成回路の回路構成図及びその動作タイミング図を示す。
【０１０９】
図１５に示すように、ＶＳＴは、垂直方向の走査を行う電子シャッタ用シフトレジスタ１０３又は画像信号読み出し用シフトレジスタ１０４に対するスタートパルスである。Ｖは、垂直方向を走査する回路のクロックパルスである。ｅｖｅｎｌｉｎｅは、生成回路で生成されるパルスであり、偶数行を走査している際に、“Ｈ”を出力するパルスである。ｏｄｄｌｉｎｅは、生成回路で生成されるパルスであり、奇数行を走査している際に“Ｈ”を出力するパルスである。
【０１１０】
図１４及び図１５の構成により、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、ｅｖｅｎｌｉｎｅを読み出し制御信号３０７に接続することにより、偶数行を走査している際には、水平読み出し回路スタートパルスがセレクタ３０５によってダミーレジスタ３０６をスルーして、初段のレジスタに供給される一方で、奇数行を走査している際には、ダミーレジスタを経由して初段のレジスタに供給されるように、水平読み出し回路１０７ａの出力を奇数行走査時に１列後ろにずらすことができる。なお、セレクタ３０５は、制御パルスが“Ｈ”のときに上段の入力を出力し、制御パルスが“Ｌ”のときに下段の入力を出力する回路である。
【０１１１】
なお、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における画像信号の読み出し動作及び電荷排出動作は、本発明の第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明は省略する。
【０１１２】
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出する動作例を示すタイミング図である。なお、図１６では、読み出し−間引き−間引き−読み出し−間引き−間引き−間引き−間引きを１ユニットとした３／４の行を間引く動作（３／４間引き動作）を例としている。
【０１１３】
図１６において、クロックパルス１は、シフトレジスタの奇数列レジスタの信号転送・出力の動作を行うパルスである。クロックパルス２は、シフトレジスタの偶数列レジスタの信号転送・出力の動作を行うパルスである。画素信号読み出しスタートパルスは、画素信号読み出し用シフトレジスタ１０４の動作開始の動作を行うパルスである。画素信号読み出しスタートパルスの下のＯＵＴ１〜ＯＵＴ８は、画素信号読み出し用シフトレジスタ１０４の出力を指し、ＯＵＴ１は１行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ２は２行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ３は３行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ５は５行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ６は６行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ７は７行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＯＵＴ８は８行目の画素部の選択の動作を行うパルスである。
【０１１４】
電子シャッタスタートパルスは、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３の動作開始の動作を行うパルスである。電子シャッタスタートパルスの下のＯＵＴ１〜ＯＵＴ１６は、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３の出力を指し、ＦＤ１／ＯＵＴ１は１行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ１／ＯＵＴ２は２行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ１／ＯＵＴ３は３行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ１／ＯＵＴ４は４行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ２／ＯＵＴ５は５行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ２／ＯＵＴ６は６行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ２／ＯＵＴ７は７行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ２／ＯＵＴ８は８行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ３／ＯＵＴ９は９行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ３／ＯＵＴ１０は１０行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ３／ＯＵＴ１１は１１行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ３／ＯＵＴ１２は１２行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ４／ＯＵＴ１３は１３行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ４／ＯＵＴ１４は１４行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ４／ＯＵＴ１５は１５行目の画素部の選択の動作を行うパルスであり、ＦＤ４／ＯＵＴ１６は１６行目の画素部の選択の動作を行うパルスである。
【０１１５】
図１６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、ＦＤ２０３は４画素で共用されているため、１つのＦＤ２０３に対して、電子シャッタ用シフトレジスタ１０３と画素信号読み出し用シフトレジスタ１０４から供給されるＯＵＴパルスは、４本供給される。具体的には、１つ目のＦＤ２０３（ＦＤ１）にはＯＵＴ１〜ＯＵＴ４、２つ目のＦＤ２０３（ＦＤ２）にはＯＵＴ５〜ＯＵＴ８、３つ目のＦＤ２０３（ＦＤ３）にはＯＵＴ９〜ＯＵＴ１２、４つ目のＦＤ２０３（ＦＤ４）にはＯＵＴ１３〜ＯＵＴ１６が、それぞれ供給される。
【０１１６】
さらに、間引かれる３／４の行の電荷を排出するために、第一のスタートパルスを３パルス供給した後に、第二のスタートパルスを入力することで、読み出し行の走査を行う。
【０１１７】
但し、１セル当たりに、複数の読み出しパルスＴＲＯＵＴが同時供給されるとノイズの原因になるため、それをさけるために第一のスタートパルスは５クロックおきに供給し、第一のスタートパルスと第二のスタートパルスとの間隔も５クロック空ける。
【０１１８】
このようにすると、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置は、１セル当たりに、読み出しパルスＴＲＯＵＴが同時に供給されることなく、間引き行の電荷を排出することができる。
【０１１９】
さらに、本実施形態で一例とした３／４間引き動作では、スタートパルスを２パルス入力とするが、１／２の行を間引く動作（１／２間引き動作）では、第一のスタートパルスを第二のスタートパルスの６クロック前に１パルス入力することにより、３／４間引き動作と同様に、間引き行の電荷を排出することができる。
【０１２０】
以上、図１１〜図１６を用いて説明したように、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置によると、多画素１セル方式の構成を有する場合であっても、ノイズを発生させることなく、間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出することができるため、間引き行から読み出し行への電荷の漏れ込みを抑制することができる。
【０１２１】
言い換えると、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置によると、多画素１セル方式の構成を有する場合であっても、ノイズを発生させることなく、間引き行からの信号の漏れ込みを防止し、偽信号の発生しない高品質の画像を得ることができる。
【０１２２】
また、言い換えると、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置によると、電子シャッタ用シフトレジスタに対して電子シャッタスタートパルスを複数本入力するという構成及び動作を有するため、回路規模を大きくすることなく、間引き行の電荷排出を実現できるといく作用効果によって第１の課題を解決することができる。
【０１２３】
さらに、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置によると、共用しているＦＤ部に対して電荷排出動作を同時に行わないようにするため、多画素１セル方式を有する場合であっても、偽信号のない信号を読み出して、間引き行の電荷排出を実現できるため、第２の課題を解決することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、間引き読み出し動作の際に、間引き行の光電変換素子のリセットを行う固体撮像装置及びその駆動方法にとって有用である。また、多画素１セル方式の固体撮像撮像装置及びその駆動方法にとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置における画素部の概略回路構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における電子シャッタ用シフトレジスタ及び画像信号読み出し用シフトレジスタの回路構成図及び動作タイミング図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置におけるマルチプレクサ回路の１段目の回路構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法における画素セルの画像信号読み出し動作を説明するためのタイミング図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法における露光時間を調整するための電子シャッタ動作（電荷排出動作）を説明するためのタイミング図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における間引き読み出し動作の際の電子シャッタ用シフトレジスタ及び読み出し用シフトレジスタのタイミング図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における間引き読み出し動作の際のタイミング図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出する動作を説明するための概略タイミング図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出する動作を説明するためのタイミング図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構造平面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における画素部の回路構成図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態におけるマルチプレクサ回路の回路構成図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における水平読み出し回路の構成を説明するための概略回路構成図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態における読み出し制御信号の生成回路の回路構成図及びその動作タイミング図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置における間引き行の画素群の光電変換部から電荷を排出する動作例を示すタイミング図である。
【図１７】従来のＭＯＳ固体撮像装置の回路構成図である。
【図１８】従来のＭＯＳ型固体撮像装置における全画素読み出し動作のタイミング図である。
【図１９】従来のＭＯＳ型固体撮像装置の動作のタイミング図であって、間引き動作において、間引き行の光電変換素子から隣接画素に電荷が漏れ混んで偽信号が発生することを防止する動作を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１  光電変換素子
２  増幅トランジスタＭＯＳ
３  垂直選択スイッチＭＯＳ
４  電源線
５  電源端子
６  垂直出力線
７  負荷電流源
８  垂直ゲート線
９  垂直走査回路
１０  水平転送ＭＯＳスイッチ
１１  水平出力線
１２  出力アンプ
１３  水平走査回路
１４  リセットスイッチ
１５  リセットゲート線
１０１  画素部
１０１ａ  画素部
１０２  負荷回路部
１０３  電子シャッタ用シフトレジスタ
１０４  画像信号読み出し用シフトレジスタ
１０５  マルチプレクサ回路
１０５ａ  マルチプレクサ回路
１０６  信号処理回路
１０７  水平読み出し回路
１０７ａ  水平読み出し回路
１０８  最終アンプ
２０１  フォトダイオード（光電変換素子）
２０２  読出しトランジスタ
２０３  電荷検出部（フローティングディフュージョン：ＦＤ）
２０４  増幅トランジスタ
２０５  リセットトランジスタ
２０６  負荷トランジスタ
２０７  出力信号線
３０１  画素部
３０２  ＣＤＳ
３０３  水平選択スイッチ
３０４  水平出力線
３０５  セレクタ
３０６  ダミーレジスタ
３０７  読み出し制御パルス
【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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【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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