(57)【要約】【課題】  一括シャッター機能を有する固体撮像装置において、画素セルのフローティングディフュージョン部での電荷保持中に受ける暗電流や光漏れの影響を低減できるようにする。【解決手段】  画素セル１を２次元状に配列した画素部２と、画素部の垂直方向を選択する垂直走査部３と、選択行からの画素信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧部31と、ノイズ抑圧部の出力信号を蓄積するメモリセル21を２次元状に配列したメモリ部22と、メモリ部の垂直方向を選択するメモリ用垂直走査部23と、選択されたメモリ行の信号を選択する水平選択部５と、水平選択部を水平方向に順次選択する水平走査部６とを有し、画素部からの画素信号の読み出しとノイズ抑圧部でのノイズ抑圧動作及びメモリ部への書き込みを行った後に、メモリ部からメモリ信号を外部へ読み出すように構成する。【選択図】        図１
2008072188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像に応じた信号電荷を発生する光電変換部と、該光電変換部で発生した信号電荷を転送する電荷転送手段と、該電荷転送手段により前記光電変換部から転送された電荷を入力端子に受け、該入力端子の電荷数に応じて信号を出力する増幅手段と、該増幅手段の入力端子をリセットするリセット手段とを有し、前記増幅手段の出力が出力信号となる複数の画素セルを２次元状に配列してなる画素部と、前記画素セルの出力信号を読み出す垂直信号線と、該垂直信号線に接続され前記画素セルの出力信号に対しアナログ信号処理を行う列信号処理回路と、前記画素部の第１のラインに係る画素セルの前記列信号処理回路による信号処理中に、前記第１のラインに先立って前記列信号処理回路による信号処理が実行された第２のラインに係る画素セルの信号処理結果を格納しておくメモリ部とを有し、前記画素部の各画素セルの前記リセット手段を同時に動作させた後、各画素セルの前記光電変換部で発生した信号電荷を前記増幅手段の入力端子に前記電荷転送手段により同時に転送させ、前記増幅手段の出力信号を、前記画素部のライン毎に順次前記垂直信号線へ出力させ、前記列信号処理部で信号処理を行い、前記メモリ部へ転送するように構成していることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記メモリ部は、前記画素部の全画素セル数にほぼ等しい容量を有していることを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
【請求項３】
前記メモリ部は、前記画素部の全画素セル数より少ない容量を有し、前記メモリ部への前記列信号処理回路からの信号処理結果の記憶動作と、前記メモリ部から外部への読み出し動作とを並行して行うように構成していることを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
【請求項４】
前記メモリ部は、前記画素部の一側に配置された第１のメモリ部と前記画素部を挟んで他側に配置された第２のメモリ部とからなり、前記垂直信号線は、前記画素部の第１の画素行の画素セルが接続された第１の垂直信号線と前記第１の画素行とは異なる前記画素部の第２の画素行の画素セルが接続された第２の垂直信号線とからなり、前記列信号処理回路は、前記第１の垂直信号線と前記第１のメモリ部との間に接続された第１の列信号処理回路と前記第２の垂直信号線と前記第２のメモリ部との間に接続された第２の列信号処理回路とからなり、前記画素部からの出力信号を前記第１及び第２の垂直信号線にライン毎に同時に読み出し、前記第１及び第２の列信号処理回路で処理を行い、前記第１及び第２のメモリ部へライン毎に同時に転送するように構成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置。
【請求項５】
前記メモリ部は、全領域に亘り金属配線層で覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に係る固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、暗電流や漏れ光による画質劣化を防止できるようにした固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノイズの少ない撮像信号が得られるようにした固体撮像装置として、例えば特開２００５−５１２８２号公報に開示のものがある。図11は、該公報開示の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図で、この固体撮像装置は、光信号を電気信号に変換する画素セル１と、画素セル１を２次元状に配列した画素部２と、画素部２の垂直方向（行）を選択する垂直走査部３と、選択行からの画素信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧部４と、ノイズ抑圧部４の出力信号を選択する水平選択部５と、水平選択部５を水平方向に順次選択する水平走査部６と、ノイズ抑圧部４からの信号を差分する差分アンプ７から構成されている。
【０００３】
次に、図12と図13を用いて、上記構成の固体撮像装置において、画素部２を４行４列の画素配列とした場合の具体的な構成と、その動作について説明する。図12において、画素セル１は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの電荷を増幅する増幅トランジスタＭ３と、フォトダイオードＰＤの電荷を増幅トランジスタＭ３のゲートに転送する転送トランジスタＭ１と、増幅トランジスタＭ３のゲートをリセットするリセットトランジスタＭ２と、選択トランジスタＭ４とから構成されている。なお、ＦＤは、増幅トランジスタＭ３の入力端（ゲート部）に形成されているフローティングディフュージョン部である。そして、リセットトランジスタＭ２と増幅トランジスタＭ３とのドレインは画素電源ＶＤＤに接続され、選択トランジスタＭ４のソースは画素出力端子となり、垂直信号線８に接続されている。
【０００４】
ノイズ抑圧回路４は、信号レベル用サンプルトランジスタＭ11とリセットレベル用サンプルトランジスタＭ12と信号レベル用容量Ｃ11とリセットレベル用容量Ｃ12とから構成されている。水平選択部５は、列選択トランジスタＭ21とＭ22から構成されている。なお、Ｉ１は垂直信号線８の負荷である電流源である。
【０００５】
次に図13に示すタイミングチャートに基づいて、上記構成の固体撮像装置の動作について説明する。まず、転送信号ＴＸ１〜ＴＸ４＝Ｈ，リセット信号ＲＳ１〜ＲＳ４＝Ｈとすることで、画素セル１内の転送トランジスタＭ１とリセットトランジスタＭ２を介して、フォトダイオードＰＤのリセット動作が行われ、続いて転送信号ＴＸ１〜ＴＸ４＝Ｌに戻したとき（時点ｔ１）からフォトダイオードＰＤでの露光がスタートする。このとき、画素部２に含まれる全ての画素セル１のフォトダイオードＰＤの露光が同時にスタートする。
【０００６】
引き続き、リセット信号ＲＳ１〜ＲＳ４＝Ｌに戻すことで、フローティングディフュージョン部ＦＤのリセットを終了する。露光の終了は、再び転送信号ＴＸ１〜ＴＸ４＝Ｈとし、フォトダイオードＰＤに蓄積した電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤに転送し、その後時点ｔ２で転送信号ＴＸ１〜ＴＸ４＝Ｌとすることで行われる。このとき、画素部２に含まれる全ての画素セル１のフォトダイオードＰＤの露光が同時に終了する。
【０００７】
次に、垂直走査部１により、選択信号ＳＥＬ１＝Ｈとすることで、画素部の１行目が選択され、１行目の画素行の信号成分Ｖsig が出力される。このとき、信号レベル用サンプルホールド信号ＳＨＳ＝Ｈと設定し、その後信号レベル用サンプルホールド信号ＳＨＳ＝Ｌとすることで、信号レベル用サンプルトランジスタＭ11を介して信号成分Ｖsig を信号レベル用サンプル容量Ｃ11に保持する。
【０００８】
続いて、リセット信号ＲＳ１＝Ｈとし、その後リセット信号ＲＳ１＝Ｌと戻すことでフローティングディフュージョン部ＦＤをリセットする。これにより、１行目の画素行のリセット信号成分Ｖrst が出力される。このとき、リセットレベル用サンプルホールド信号ＳＨＮ＝Ｈと設定し、その後リセットレベル用サンプルホールド信号ＳＨＮ＝Ｌとすることで、リセットレベル用サンプルトランジスタＭ12を介してリセット信号Ｖrst をリセットレベル用サンプル容量Ｃ12に保持する。その後、選択信号ＳＥＬ１＝Ｌとすることで、１行目の画素信号読み出しとノイズ抑圧動作が終了する。
【０００９】
最後に、水平走査部６により列方向に順番に水平選択部５を選択することで、ノイズ抑圧部４に保持された信号成分Ｖsig とリセット成分Ｖrst を列選択トランジスタＭ21とＭ22を介して、信号用水平信号線９とリセット用水平信号線10に読み出し、差分アンプ７を介して差分信号（Ｖsig −Ｖrst ）を固体撮像装置の外部に出力する。
【００１０】
この際、仮に、各画素セルの画素出力に増幅トランジスタＭ３の特性差である閾値ばらつきΔＶthが発生しても、この閾値ばらつきΔＶthが信号成分Ｖsig 及びリセット成分Ｖrst 両方に含まれるため、差分アンプ７の出力では閾値ばらつきΔＶthがキャンセルされる。同様にして、２行目から４行目の画素信号読出しとノイズ抑圧動作及び外部への出力が行われる。
【特許文献１】特開２００５−５１２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記構成の固体撮像装置においては、露光終了から画素信号の読み出しまでの待機時間は行位置に応じて異なっており、最後に読み出す行は待機時間が長くなる。待機期間中、フローティングディフュージョン部ＦＤには漏れ光やフローティングディフュージョン部ＦＤ自体で発生する暗電流のためにノイズ成分が多く溜まるため、最後に読み出す行では、画質が悪化するという課題があった。
【００１２】
本発明は、従来の固体撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、ノイズ成分による画質劣化を低減できるようにした固体撮像装置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】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、被写体像に応じた信号電荷を発生する光電変換部と、該光電変換部で発生した信号電荷を転送する電荷転送手段と、該電荷転送手段により前記光電変換部から転送された電荷を入力端子に受け、該入力端子の電荷数に応じて信号を出力する増幅手段と、該増幅手段の入力端子をリセットするリセット手段とを有し、前記増幅手段の出力が出力信号となる複数の画素セルを２次元状に配列してなる画素部と、前記画素セルの出力信号を読み出す垂直信号線と、該垂直信号線に接続され前記画素セルの出力信号に対しアナログ信号処理を行う列信号処理回路と、前記画素部の第１のラインに係る画素セルの前記列信号処理回路による信号処理中に、前記第１のラインに先立って前記列信号処理回路による信号処理が実行された第２のラインに係る画素セルの信号処理結果を格納しておくメモリ部とを有し、前記画素部の各画素セルの前記リセット手段を同時に動作させた後、各画素セルの前記光電変換部で発生した信号電荷を前記増幅手段の入力端子に前記電荷転送手段により同時に転送させ、前記増幅手段の出力信号を、前記画素部のライン毎に順次前記垂直信号線へ出力させ、前記列信号処理部で信号処理を行い、前記メモリ部へ転送するようにして固体撮像装置を構成するものである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記メモリ部は、前記画素部の全画素セル数にほぼ等しい容量を有していることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記メモリ部は、前記画素部の全画素セル数より少ない容量を有し、前記メモリ部への前記列信号処理回路からの信号処理結果の記憶動作と、前記メモリ部から外部への読み出し動作とを並行して行うように構成していることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置において、前記メモリ部は、前記画素部の一側に配置された第１のメモリ部と前記画素部を挟んで他側に配置された第２のメモリ部とからなり、前記垂直信号線は、前記画素部の第１の画素行の画素セルが接続された第１の垂直信号線と前記第１の画素行とは異なる前記画素部の第２の画素行の画素セルが接続された第２の垂直信号線とからなり、前記列信号処理回路は、前記第１の垂直信号線と前記第１のメモリ部との間に接続された第１の列信号処理回路と前記第２の垂直信号線と前記第２のメモリ部との間に接続された第２の列信号処理回路とからなり、前記画素部からの出力信号を前記第１及び第２の垂直信号線にライン毎に同時に読み出し、前記第１及び第２の列信号処理回路で処理を行い、前記第１及び第２のメモリ部へライン毎に同時に転送するように構成していることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係る固体撮像装置において、前記メモリ部は、全領域に亘り金属配線層で覆われていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１及び２に係る発明によれば、メモリ部を設け、画素部の各画素セルにおける信号電荷の増幅手段の入力端子への一括転送後に、ライン毎に画素部からの信号読み出しと列信号処理回路での信号処理を行ってメモリ部への高速転送を行い、その後、メモリ部から外部への読み出しが行えるように構成されているので、画素部において最後に読み出す画素ラインの待機時間（電荷保持期間）が短縮され、画素セルの増幅手段の入力端子（ＦＤ部）において発生する暗電流、漏れ光によるノイズ成分を低減し、画質を向上させることができる。
【００１９】
また請求項３に係る発明によれば、少ない容量のメモリ部で、同様に発生する暗電流、漏れ光によるノイズ成分を低減し、画質を向上させることができ、またメモリ部の配置によるチップ面積の拡大を抑制することができる。
【００２０】
また請求項４に係る発明によれば、メモリ部を第１及び第２のメモリ部から構成し、画素部からライン毎に読み出し信号処理した信号を第１及び第２のメモリ部に同時に転送するように構成しているので、画素部の読み出し待機時間（電荷保持期間）が更に短縮され、暗電流、漏れ光の影響を更に抑圧してノイズ成分を一層低減し、画質を一層向上させることができる。
【００２１】
また請求項５に係る発明によれば、メモリ部を完全に遮光することができ、信号保持中のメモリ部への光入射による影響を抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
まず、本発明に係る固体撮像装置の実施例１について説明する。図１は、実施例１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。この実施例に係る固体撮像装置は、図１に示すように、光信号を電気信号に変換する画素セル１と、画素セル１を２次元状に配列した画素部２と、画素部２の垂直方向（行）を選択する垂直走査部３と、選択行からの画素信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧部31と、ノイズ抑圧部31の出力信号を蓄積するメモリセル21を２次元的に配列したメモリ部22と、メモリ部22の垂直方向（メモリ行）を選択するメモリ用垂直走査部23と、選択されたメモリ行の信号を選択する水平選択部５と、水平選択部５を水平方向に順次選択する水平走査部６と、出力アンプ12とから構成されている。
【００２４】
次に、図２と図３を用いて、上記構成の実施例１に係る固体撮像装置において、画素部２を４行４列の画素配列とした場合の具体的な構成と、その動作について説明する。図２において、画素セル１は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの電荷を増幅する増幅トランジスタＭ３と、フォトダイオードＰＤの電荷を増幅トランジスタＭ３のゲートに転送する転送トランジスタＭ１と、増幅トランジスタＭ３のゲートをリセットするリセットトランジスタＭ２と、選択トランジスタＭ４とから構成されている。なお、ＦＤは、増幅トランジスタＭ３の入力端（ゲート部）に形成されているフローティングディフュージョン部である。そして、リセットトランジスタＭ２と増幅トランジスタＭ３のドレインは画素電源ＶＤＤに接続され、選択トランジスタＭ４のソースは画素出力端子となり、垂直信号線８に接続されている。
【００２５】
ノイズ抑圧部31は、サンプルトランジスタＭ15とクランプトランジスタＭ16とクランプ容量Ｃ15と列アンプＡ15とから構成されている。なお、ＶＣＬはクランプトランジスタＭ16の一端に接続されているクランプ電圧である。メモリセル21は、ノイズ抑圧部31の出力信号を蓄積するメモリ容量Ｃ31と、メモリ容量Ｃ31へ書き込むためのメモリ書き込みトランジスタＭ31と、メモリ容量Ｃ31に蓄積された信号を増幅するメモリ用アンプＡ31と、メモリ用アンプＡ31の出力を読み出すメモリ読み出しトランジスタＭ32とから構成されている。水平選択部５は、列選択トランジスタＭ25から構成されている。なお、Ｉ１は垂直信号線８の負荷である電流源である。
【００２６】
次に、図３に示すタイミングチャートに基づいて、実施例１に係る固体撮像装置の動作について説明する。画素セルの露光開始から終了までの動作（一括シャッター機能）は、図12，図13に示した従来例と同様である。すなわち、まず、転送信号ＴＸ１〜ＴＸ４＝Ｈ，リセット信号ＲＳ１〜ＲＳ４＝Ｈとすることで、画素セル１内の転送トランジスタＭ１とリセットトランジスタＭ２を介して、フォトダイオードＰＤのリセット動作が行われ、続いて転送信号ＴＸ１〜ＴＸ４＝Ｌに戻したとき（時点ｔ１）からフォトダイオードＰＤでの露光がスタートする。このとき、画素部２に含まれる全ての画素セル１のフォトダイオードＰＤの露光が同時にスタートする。
【００２７】
引き続き、リセット信号ＲＳ１〜ＲＳ４＝Ｌに戻すことで、フローティングディフュージョン部ＦＤのリセットを終了する。露光の終了は、再び転送信号ＴＸ１〜ＴＸ４＝Ｈとし、フォトダイオードＰＤに蓄積した電荷をフローティングディフュージョン部ＦＤに転送し、その後時点ｔ２で転送信号ＴＸ１〜ＴＸ４＝Ｌとすることで行われる。このとき、画素部２に含まれる全ての画素セル１のフォトダイオードＰＤの露光が同時に終了する。
【００２８】
次に、垂直走査部３により、選択信号ＳＥＬ１＝Ｈとすることで、画素部の１行目が選択され、１行目の画素行の信号成分Ｖsig が出力される。ここで、サンプル信号ＳＨ＝Ｈ及びクランプ信号ＣＬ＝Ｈと設定することで、信号成分Ｖsig をクランプ容量Ｃ15に保持する。このとき、列アンプＡ15の入力部はクランプ電圧ＶＣＬに設定される。その後、クランプ信号ＣＬ＝Ｌとし、列アンプＡ15の入力部をフローティング状態とする。
【００２９】
引き続き、垂直走査部３によりリセット信号ＲＳ１＝Ｈとし、リセット信号ＲＳ１＝Ｌと戻すことでフローティングディフュージョン部ＦＤをリセットすることで、１行目の画素行のリセット信号成分Ｖrst が出力される。ここで、列アンプＡ15の入力部がフローティング状態となっているため、クランプ電圧ＶＣＬを基準として画素信号の変化分（Ｖrst −Ｖsig ）が重畳され、列アンプＡ15の入力部は、〔ＶＣＬ＋（Ｖrst −Ｖsig ）〕となる。ここで、仮に、画素出力に増幅トランジスタＭ３の特性差である閾値ばらつきΔＶthが発生しても、閾値ばらつきΔＶthは信号成分Ｖsig 及びリセット成分Ｖrst の両方に含まれるためキャンセルされる。
【００３０】
このとき、１行目のメモリ書き込み信号ＭＷ１＝Ｈとすることで、ノイズ抑圧部31の出力をメモリ書き込みトランジスタＭ31を介してメモリ容量Ｃ31に蓄積する。その後、メモリ書き込み信号ＭＷ１＝Ｌ及び選択信号ＳＥＬ＝Ｌとすることで、１行目の画素信号の読み出しとノイズ抑圧動作及びメモリ部22への書き込み動作が終了する。同様にして、２行目から４行目の画素信号読み出しとノイズ抑圧動作及びメモリ部22への書き込みが行われる。
【００３１】
次に、メモリ用垂直走査部23により、メモリ読み出し信号ＭＲ１＝Ｈとすることで、メリ部の１行目が選択され、１行目のメモリ信号を出力する。このとき、水平走査部６により列方向に順番に水平選択部５を選択することで、メモリ部22に保持されたメモリ信号を列選択トランジスタＭ25を介して、水平信号線11に読み出し、出力アンプ12を介して固体撮像装置の外部に出力する。同様にして、メモリ部22の２行目から４行目のメモリ信号の読み出し動作が行われる。
【００３２】
このように、本実施例では、画素部２からの画素信号の読み出しとノイズ抑圧部31でのノイズ抑圧動作及びメモリ部22への書き込みを行った後に、メモリ部22のメモリ信号を外部に読み出すようにしているため、画素部２において最後に読み出す画素行の待機時間が短くなりフローティングディフュージョン部ＦＤに発生するノイズ成分小さく、画質が改善される。
【００３３】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図４は、実施例２に係る固体撮像装置の構成を示すブロック構成図である。図２に示した実施例１では、画素部２を４行４列の画素配列として、メモリ部22を同じく４行４列の配列のメモリセル21で構成したものを示したが、実施例２では、図４に示すように、画素部２を実施例１と同様に４行４列の画素配列とした場合、メモリ部22は画素数の半分の２行４列の配列のメモリセル21で構成しているものである。なお、他の構成は実施例１と同様である。
【００３４】
次に、このような画素配列及びメモリセル配列構成とした場合における動作を、図５に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。この実施例２においても、図５のタイミングチャートに示すように、時点ｔ１から時点ｔ２までの全画素の露光、及び１行目の画素行に関わる、画素信号の読み出しとノイズ抑圧動作及びメモリ部22への書み込み動作までは、図３に示した実施例１の動作と同じである。
【００３５】
次に、垂直走査部３により、時点ｔ３で選択信号ＳＥＬ２＝Ｈとすることで、画素部２の２行目が選択され、２行目の画素行の信号成分Ｖsig が出力される。このとき、サンプル信号ＳＨ＝Ｈ及びクランプ信号ＣＬ＝Ｈと設定することで、信号成分Ｖsig をノイズ抑圧部31のクランプ容量Ｃ15に保持する。このとき、列アンプＡ15の入力部はクランプ電圧ＶＣＬに設定される。その後、クランプ信号ＣＬ＝Ｌとし、列アンプＡ15の入力部をフローティング状態とする。
【００３６】
引き続き、垂直走査部３によりリセット信号ＲＳ２＝Ｈとし、リセット信号ＲＳ２＝Ｌと戻すことによりフローティングディフュージョン部ＦＤをリセットすることで、２行目の画素行のリセット信号成分Ｖrst が出力される。ここで、列アンプＡ15の入力部がフローティング状態のため、クランプ電圧ＶＣＬを基準として画素信号の変化分（Ｖrst −Ｖsig ）が重畳され、列アンプＡ15の入力部は、〔ＶＣＬ＋（Ｖrst −Ｖsig ）〕となる。
【００３７】
このとき、メモリ用垂直走査部23によりメモリ部22の２行目のメモリ書き込み信号ＭＷ２＝Ｈとすることで、ノイズ抑圧部31の出力を２行目のメモリセルのメモリ書き込みトランジスタＭ31を介してメモリ容量Ｃ31に蓄積する。その後、メモリ書き込み信号ＭＷ２＝Ｌ及び選択信号ＳＥＬ２＝Ｌとすることで、画素部２の２行目の画素信号の読み出しとノイズ抑圧動作及びメモリ部22への書き込み動作が終了する。時点ｔ３におけるこの２行目の画素信号の読み出し開始と同時に、メモリ部22の１行目に蓄積されているメモリ信号を外部に読み出す。
【００３８】
すなわち、メモリ用垂直走査部23により、時点ｔ３においてメモリ読み出し信号ＭＲ１＝Ｈとすることで、メモリ部22の１行目が選択され、１行目のメモリ信号を出力する。このとき、水平走査部６により列方向に順番に水平選択部５を選択することで、メモリ部22の１行目に保持されたメモリ信号を列選択トランジスタＭ25を介して、水平信号線11に読み出し、出力アンプ12を介して外部に出力する。
【００３９】
同様にして、３行目の画素部２からの画素信号の読み出しとノイズ抑圧部31でのノイズ抑圧動作及びメモリ部22の先に読み出され空いている１行目への書き込みと、メモリ部22の２行目に蓄積されている２行目の画素行のメモリ信号の外部への読み出しが同時に行われ、引き続き、４行目の画素部２からの画素信号の読み出しとノイズ抑圧部３１のノイズ抑圧動作及びメモリ部22の先に読み出され空いている２行目への書き込みと、メモリ部22の１行目に蓄積されている３行目の画素行のメモリ信号の外部への読み出しが同時に行われ、最後にメモリ部22の２行目に蓄積されている４行目の画素行のメモリ信号の外部への読み出しが行われる。
【００４０】
このように、本実施例では、画素部２におけるＮ行目の画素信号の読み出しとノイズ抑圧部31でのノイズ抑圧動作及びメモリ部22への書き込みの動作中に、メモリ部22に蓄積されたＮ−１行目のメモリ信号を外部に読み出すように構成されている。このため、メモリセル21と画素セル１とを１対１対応させる必要がなく、メモリ部22の容量を削減する（図示例では１／２に削減）ことによりチップサイズを縮小できる。更に、画素信号を固体撮像装置の外部に出力するトータル時間が短縮される。
【００４１】
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。図６は、実施例３に係る固体撮像装置を示すブロック構成図である。図６に示すように実施例３では、第１及び第２のノイズ抑圧部31-1，31-2と、第１及び第２のメモリ部22-1，22-2と、第１及び第２の水平選択部５-1，５-2と、第１及び第２の水平走査部６-1，６-2と、第１及び第２の出力アンプ12-1，12-2，並びに第１及び第２のメモリ用垂直走査部23-1，23-2を、画素部２を挟んで上下に配置し、画素部２の奇数行の画素列は奇数行垂直信号線13に接続し、偶数行の画素列は偶数行垂直信号線14に接続することで、１列当たり２本の垂直信号線を設けて構成されている。
【００４２】
次に、図７と図８を用いて、上記構成の実施例３に係る固体撮像装置において、画素部２を４行４列の画素配列とした場合の具体的な構成と、その動作について説明する。図８に示すように、画素セルの露光開始から終了までの露光動作は実施例１及び２と同じであるが、本実施例では２行同時に画素信号読み出しとノイズ抑圧動作及びメモリ部22への書き込みを行い、更に、２行同時にメモリ部22のメモリ信号を外部に読み出すようにしている。すなわち、垂直走査部３により、選択信号ＳＥＬ１＝ＳＥＬ２＝Ｈとすることで、画素部２の１行目と２行目を同時に選択し、１行目の画素信号は下側に配置された第１のノイズ抑圧部31-1を介して、第１のメモリ用垂直走査部23-1からのメモリ書き込み信号ＭＷ1 により、第１のメモリ部22-1の１行目へ書き込まれ、２行目の画素信号は上側に配置された第２のノイズ抑圧部31-2を介して、第２のメモリ用垂直走査部23-2からのメモリ書き込み信号ＭＷ1 により、第２のメモリ部22-2の１行目へ書き込まれる。
【００４３】
続いて、垂直走査部３により、選択信号ＳＥＬ３＝ＳＥＬ４＝Ｈとすることで、画素部２の３行目と４行目を同時に選択し、３行目の画素信号は下側に配置された第１のノイズ抑圧部31-1を介して第１のメモリ部22-1の２行目へ書き込まれ、４行目の画素信号は上側に配置された第２のノイズ抑圧部31-2を介して第２のメモリ部22-2の２行目へ書き込まれる。
【００４４】
このとき同時に、上下に配置された第１及び第２のメモリ用垂直走査部23-1，23-2により、メモリ読み出し信号ＭＲ１＝Ｈとすることで、上下に配置された第１及び第２のメモリ部22-1，22-2の１行目が選択され、１行目のメモリ信号を出力する。ここで、第１及び第２の水平走査部６-1，６-2により列方向に順番に第１及び第２の水平選択部５-1，５-2を選択することで、第１及び第２のメモリ部22-1，22-2にそれぞれ保持された１行目のメモリ信号を列選択トランジスタＭ25を介して、第１及び第２の水平信号線11-1，11-2に読み出し、第１及び第２の出力アンプ12-1，12-2を介して外部に出力する。最後に、上下に配置された第１及び第２のメモリ用垂直走査部23-1，23-2により、メモリ読み出し信号ＭＲ２＝Ｈとすることで、上下に配置された第１及び第２のメモリ部22-1，22-2の２行目が選択され、メモリ部22-1，22-2の２行目のメモリ信号の外部への読み出しが行われる。
【００４５】
このように、本実施例では、それぞれ２個のノイズ抑圧部とメモリ部と水平選択部と出力アンプを、画素部２を挟んで上下に配置し、奇数行垂直信号線13と偶数行垂直信号線14を利用して画素部２から２行同時に画素信号の読み出しを行い、画素部２に対して上下に配置されたノイズ抑圧部にて２行同時にノイズ抑圧動作、及び画素部２に対して上下に配置されたメモリ部への書き込みを行い、更に、画素部２に対して上下に配置されたメモリ部のメモリ信号を固体撮像装置の外部に読み出すことで、最後に読み出す画素行の待機時間が１／２となり、フローティングディフュージョン部ＦＤに発生するノイズ成分をより小さく抑えることができ、画質が改善される。更に、画素信号を固体撮像装置の外部に出力するトータル時間も短縮される。
【００４６】
なお、上記各実施例で示した画素セル、ノイズ抑圧部及びメモリセルは、図示説明した以外の構成のものでも適用することが可能である。例えば、図９に示すシャッタートランジスタＭ５を追加した構成の画素セルも適用することができる。この場合、図10のタイミングチャートに示すように、シャッター信号ＴＸＳ１〜ＴＸＳ４＝Ｈとすることで、全ての画素セルのフォトダイオードＰＤをリセットすることができ、シャッター信号ＴＸＳ１〜ＴＸＳ４＝Ｌに設定したとき（時点ｔ１）が，フォトダイオードＰＤへの電荷蓄積スタート（露光開始）となる。
【００４７】
また、上記実施例において、メモリ部をその全領域に亘り金属配線層で覆い、メモリ部を完全に遮光するのが好適である。このようにメモリ部を遮光することにより、信号保持中にメモリ部への光入射による影響を抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施例１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した実施例１において、画素部を４行４列の画素配列とした場合の具体的な構成を示すブロック構成図である。
【図３】図２に示した実施例１に係る固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】実施例２に係る固体撮像装置の構成を示すブロック構成図である。
【図５】図４に示した実施例２に係る固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】実施例３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７】図６に示した実施例３において、画素部を４行４列の画素配列とした場合の具体的な構成を示すブロック構成図である。
【図８】図７に示した実施例３に係る固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】画素部を構成する画素セルの他の構成を示す回路構成図である。
【図１０】図７に示した実施例３において、図９に示した構成の画素セルを用いた場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】従来の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図11に示した固体撮像装置において、画素部を４行４列の画素配列とした場合の具体的な構成を示すブロック構成図である。
【図１３】図12に示した固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１  画素セル
２  画素部
３  垂直走査部
５  水平選択部
５-1  第１の水平選択部
５-2  第２の水平選択部
６  水平走査部
６-1  第１の水平走査部
６-2  第２の水平走査部
８  垂直信号線
11  水平信号線
11-1  第１の水平信号線
11-2  第２の水平信号線
12  出力アンプ
12-1  第１の出力アンプ
12-2  第２の出力アンプ
13  奇数行垂直信号線
14  偶数行垂直信号線
21  メモリセル
22  メモリ部
22-1  第１のメモリ部
22-2  第２のメモリ部
23  メモリ用垂直走査部
23-1  第１のメモリ用垂直走査部
23-2  第２のメモリ用垂直走査部
31  ノイズ抑圧部
31-1  第１のノイズ抑圧部
31-2  第２のノイズ抑圧部
【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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