(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、
前記各垂直信号線に対応してＮ個（Ｎは３以上の整数）ずつ設けられ供給された信号を蓄積する信号蓄積部と、
前記各信号蓄積部に対応して設けられた第１のスイッチであって、対応する信号蓄積部に対応する前記垂直信号線から当該信号蓄積部への信号の供給をオンオフする第１のスイッチと、
前記各信号蓄積部に対応して設けられた第２のスイッチであって、対応する信号蓄積部から所定の水平信号線への信号の供給をオンオフする第２のスイッチと、
前記複数の画素並びに前記第１及び第２のスイッチを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ任意の順番で１からＮまでの番号を付すとともに、当該垂直信号線に対応する列の画素のうちの選択されるＮ−１個の画素にそれぞれ任意の順番で１からＮ−１までの番号を付し、ｍを２からＮ−１までの整数であるとしたときに、１番の信号蓄積部には、１番からＮ−１番までの画素の暗出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積され、ｍ番の信号蓄積部には、ｍ番からＮ−１番までの画素の暗出力信号及び１番からｍ−１番までの画素の光出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積され、かつ、Ｎ番の信号蓄積部には、１番からＮ−１番までの画素の光出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積されるように、前記複数の画素及び前記第１のスイッチを制御し、
前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部からの信号は、当該Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ対応する前記第２のスイッチをそれぞれ介して、互いに異なる水平信号線へそれぞれ供給され、
前記複数の画素の各列に対応して設けられた前記垂直信号線は、複数のグループに分けられ、
前記水平信号線は、前記垂直信号線の各グループ毎に当該グループに対応してＮ本ずつ設けられ、
前記各グループ毎に、当該グループに属する前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部からの信号は、当該Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ対応する前記第２のスイッチを介して、当該グループに対応して設けられた前記Ｎ本の水平信号線のうちのいずれかの水平信号線にそれぞれ供給される、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、
前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、
前記各垂直信号線に対応してＮ個（Ｎは３以上の整数）ずつ設けられ供給された信号を蓄積する信号蓄積部と、
前記各信号蓄積部に対応して設けられた第１のスイッチであって、対応する信号蓄積部に対応する前記垂直信号線から当該信号蓄積部への信号の供給をオンオフする第１のスイッチと、
前記各信号蓄積部に対応して設けられた第２のスイッチであって、対応する信号蓄積部から所定の水平信号線への信号の供給をオンオフする第２のスイッチと、
前記複数の画素並びに前記第１及び第２のスイッチを制御する制御手段と、
を備え、
前記各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有し、
前記複数の画素は、前記光電変換部が列方向に順次並んだＮ−１個の画素毎に画素ブロックをなし、
前記画素ブロック毎に、当該画素ブロックに属する前記Ｎ−１個の画素が１組の前記電荷電圧変換部、前記増幅部、前記リセット部及び前記選択部を共有し、
前記制御手段は、前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ任意の順番で１からＮまでの番号を付すとともに、当該垂直信号線に対応する列の画素のうちの選択される前記画素ブロックのＮ−１個の画素にそれぞれ任意の順番で１からＮ−１までの番号を付し、ｍを２からＮ−１までの整数であるとしたときに、１番の信号蓄積部には、１番からＮ−１番までの画素の信号電荷が当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部に転送されていない状態における当該画素ブロックの出力信号に応じた信号が蓄積され、ｍ番の信号蓄積部には、ｍ番からＮ−１番までの画素の信号電荷が当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部に転送されていないとともに１番からｍ−１番までの画素の信号電荷が当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部に転送された状態における当該画素ブロックの出力信号に応じた信号が蓄積され、かつ、Ｎ番の信号蓄積部には、１番からＮ−１番までの画素の信号電荷が当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部に転送された状態における当該画素ブロックの出力信号に応じた信号が蓄積されるように、前記複数の画素及び前記第１のスイッチを制御し、
前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部からの信号は、当該Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ対応する前記第２のスイッチをそれぞれ介して、互いに異なる水平信号線へそれぞれ供給され、
前記複数の画素の各列に対応して設けられた前記垂直信号線は、複数のグループに分けられ、
前記水平信号線は、前記垂直信号線の各グループ毎に当該グループに対応してＮ本ずつ設けられ、
前記各グループ毎に、当該グループに属する前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部からの信号は、当該Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ対応する前記第２のスイッチを介して、当該グループに対応して設けられた前記Ｎ本の水平信号線のうちのいずれかの水平信号線にそれぞれ供給される、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記Ｎ個の信号蓄積部から前記互いに異なる水平信号線へそれぞれ信号が同時に供給されるように、前記第２のスイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
ｋを１からＮ−１までの整数であるとしたときに、ｋ番の信号蓄積部からの信号とｋ＋１番の信号蓄積部からの信号との間の差分に応じた信号をそれぞれ得る信号処理手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラや電子スチルカメラなどでは、ＣＣＤ型や増幅型の固体撮像装置が使用されている。このような固体撮像装置では、光電変換部を有する画素がマトリクス状に複数配置されており、各画素の光電変換部にて信号電荷を生成する。増幅型固体撮像装置では、画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン等の電荷電圧変換部に導き、電荷電圧変換部で信号電荷を電圧に変換し、その電圧に応じた信号を画素に設けられた増幅部によって画素から出力する。
【０００３】
このような増幅型固体撮像装置等のＸＹアドレス型などの固体撮像装置では、一般的に、複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の画素の出力信号が供給される垂直信号線と、前記各垂直信号線に対応して設けられた光出力信号用蓄積容量及び暗出力信号用蓄積容量と、画素からの光出力信号（画素で光電変換された光情報を含む画素出力信号）を垂直信号線を介して光出力信号用蓄積容量に蓄積させる光出力信号用サンプリングスイッチと、画素からの暗出力信号（前記光情報を含まない画素出力信号）を垂直信号線を介して暗出力信号用蓄積容量に蓄積させる暗出力信号用サンプリングスイッチと、光出力信号用蓄積容量に蓄積された光出力信号を光出力信号用水平信号線に転送させる光出力信号用水平転送スイッチと、暗出力信号用蓄積容量に蓄積された暗出力信号を暗出力信号用水平信号線に転送させる暗出力信号用水平転送スイッチと、を備えている。
【０００４】
このような固体撮像装置では、画素が１行ずつ選択されていき、選択行の画素の暗出力信号及び光出力信号が順次暗出力信号用蓄積容量及び光出力信号用蓄積容量にそれぞれ蓄積され、選択行の水平走査期間において、暗出力信号用蓄積容量及び光出力信号用蓄積容量にそれぞれ蓄積されていた暗出力信号及び光出力信号が、暗出力信号用水平転送スイッチ及び光出力信号用水平転送スイッチによって、暗出力信号用水平信号線及び光出力信号用水平信号線にそれぞれ転送される。
【０００５】
そして、このような固体撮像装置としては、暗出力信号用水平信号線の暗出力信号と光出力信号用水平信号線の光出力信号との間の差分を、当該固体撮像素子内に設けられた差動アンプ等でとって、その差分信号を外部へ出力するものと、暗出力信号用水平信号線の暗出力信号と光出力信号用水平信号線の光出力信号とをそれぞれ並列的に当該固体撮像素子の外部へ出力して、外部回路等にて両信号の差分をとるものとが、知られている。後者の例として、下記特許文献１に開示された固体撮像装置を挙げることができる。
【０００６】
このような固体撮像装置によれば、光出力信号と暗出力信号との差分を得ることができるので、いわゆる固定パターンノイズ等のノイズが除去され、画質が高まる。
【特許文献１】特開平１−１５４６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているような従来の固体撮像装置では、画素を１行ずつ選択し、選択行の画素の暗出力信号及び光出力信号を順次暗出力信号用蓄積容量及び光出力信号用蓄積容量にそれぞれ蓄積しなければならず、画素からの光出力信号及び暗出力信号のサンプリングに比較的長い時間を要するとともに水平走査期間も長くなってしまい、ひいては、信号読み出し動作を高速に行うことができなかった。
【０００８】
本発明は、実質的に光出力信号と暗出力信号との差分を得ることが可能であるにも拘わらず、信号読み出し動作を高速化することができる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】
【０００９】
本発明者は、研究の結果、各画素の光出力信号及び暗出力信号をそれぞれ別々の蓄積部に蓄積させるべきであるという従来の技術常識に反して、各蓄積部に蓄積させる信号（サンプリング信号）を下記の第１又は第３の態様のように設定することで、信号のサンプリング時間及び水平走査期間を短縮して信号読み出し動作を高速化することができることを見出した。
【００１０】
本発明は、このような本発明者により見出された新たな知見に基づいてなされたもので、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像装置は、２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、前記各垂直信号線に対応してＮ個（Ｎは３以上の整数）ずつ設けられ供給された信号を蓄積する信号蓄積部と、前記各信号蓄積部に対応して設けられた第１のスイッチであって、対応する信号蓄積部に対応する前記垂直信号線から当該信号蓄積部への信号の供給をオンオフする第１のスイッチと、前記各信号蓄積部に対応して設けられた第２のスイッチであって、対応する信号蓄積部から所定の水平信号線への信号の供給をオンオフする第２のスイッチと、前記複数の画素並びに前記第１及び第２のスイッチを制御する制御手段と、を備えたものである。前記制御手段は、前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ任意の順番で１からＮまでの番号を付すとともに、当該垂直信号線に対応する列の画素のうちの選択されるＮ−１個の画素にそれぞれ任意の順番で１からＮ−１までの番号を付し、ｍを２からＮ−１までの整数であるとしたときに、１番の信号蓄積部には、１番からＮ−１番までの画素の暗出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積され、ｍ番の信号蓄積部には、ｍ番からＮ−１番までの画素の暗出力信号及び１番からｍ−１番までの画素の光出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積され、かつ、Ｎ番の信号蓄積部には、１番からＮ−１番までの画素の光出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積されるように、前記複数の画素及び前記第１のスイッチを制御する。前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部からの信号は、当該Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ対応する前記第２のスイッチをそれぞれ介して、互いに異なる水平信号線へそれぞれ供給される。前記複数の画素の各列に対応して設けられた前記垂直信号線は、複数のグループに分けられる。前記水平信号線は、前記垂直信号線の各グループ毎に当該グループに対応してＮ本ずつ設けられる。前記各グループ毎に、当該グループに属する前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部からの信号は、当該Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ対応する前記第２のスイッチを介して、当該グループに対応して設けられた前記Ｎ本の水平信号線のうちのいずれかの水平信号線にそれぞれ供給される。
【００１１】
前記第１の態様において、前記光出力信号は、画素で光電変換された光情報を含む画素出力信号である。前記暗出力信号は、前記光情報を含まない画素出力信号である。
【００１２】
本発明の第２の態様による固体撮像装置は、前記第１の態様において、前記各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有するものである。
【００１３】
本発明の第３の態様による固体撮像装置は、２次元に配置され入射光を光電変換する複数の画素と、前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、前記各垂直信号線に対応してＮ個（Ｎは３以上の整数）ずつ設けられ供給された信号を蓄積する信号蓄積部と、前記各信号蓄積部に対応して設けられた第１のスイッチであって、対応する信号蓄積部に対応する前記垂直信号線から当該信号蓄積部への信号の供給をオンオフする第１のスイッチと、前記各信号蓄積部に対応して設けられた第２のスイッチであって、対応する信号蓄積部から所定の水平信号線への信号の供給をオンオフする第２のスイッチと、前記複数の画素並びに前記第１及び第２のスイッチを制御する制御手段と、を備えたものである。前記各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有する。前記複数の画素は、前記光電変換部が列方向に順次並んだＮ−１個の画素毎に画素ブロックをなす。前記画素ブロック毎に、当該画素ブロックに属する前記Ｎ−１個の画素が１組の前記電荷電圧変換部、前記増幅部、前記リセット部及び前記選択部を共有する。前記制御手段は、前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ任意の順番で１からＮまでの番号を付すとともに、当該垂直信号線に対応する列の画素のうちの選択される前記画素ブロックのＮ−１個の画素にそれぞれ任意の順番で１からＮ−１までの番号を付し、ｍを２からＮ−１までの整数であるとしたときに、１番の信号蓄積部には、１番からＮ−１番までの画素の信号電荷が当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部に転送されていない状態における当該画素ブロックの出力信号に応じた信号が蓄積され、ｍ番の信号蓄積部には、ｍ番からＮ−１番までの画素の信号電荷が当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部に転送されていないとともに１番からｍ−１番までの画素の信号電荷が当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部に転送された状態における当該画素ブロックの出力信号に応じた信号が蓄積され、かつ、Ｎ番の信号蓄積部には、１番からＮ−１番までの画素の信号電荷が当該画素ブロックの前記電荷電圧変換部に転送された状態における当該画素ブロックの出力信号に応じた信号が蓄積されるように、前記複数の画素及び前記第１のスイッチを制御する。前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部からの信号は、当該Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ対応する前記第２のスイッチをそれぞれ介して、互いに異なる水平信号線へそれぞれ供給される。前記複数の画素の各列に対応して設けられた前記垂直信号線は、複数のグループに分けられる。前記水平信号線は、前記垂直信号線の各グループ毎に当該グループに対応してＮ本ずつ設けられる。前記各グループ毎に、当該グループに属する前記各垂直信号線に関して、当該垂直信号線に対応して設けられた前記Ｎ個の信号蓄積部からの信号は、当該Ｎ個の信号蓄積部にそれぞれ対応する前記第２のスイッチを介して、当該グループに対応して設けられた前記Ｎ本の水平信号線のうちのいずれかの水平信号線にそれぞれ供給される。
【００１５】
本発明の第４の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記制御手段は、前記Ｎ個の信号蓄積部から前記互いに異なる水平信号線へそれぞれ信号が同時に供給されるように、前記第２のスイッチを制御するものである。
【００１８】
本発明の第５の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、ｋを１からＮ−１までの整数であるとしたときに、ｋ番の信号蓄積部からの信号とｋ＋１番の信号蓄積部からの信号との間の差分に応じた信号をそれぞれ得る信号処理手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、本発明は、実質的に光出力信号と暗出力信号との差分を得ることが可能であるにも拘わらず、信号読み出し動作を高速化することができる固体撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による固体撮像装置について、図面を参照して説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置を示す概略ブロック図である。本実施の形態による固体撮像装置は、図１に示すように、イメージセンサ（固体撮像素子）１と、いわゆるタイミングジェネレータ（図示せず）を含みイメージセンサ１の垂直走査回路１２（図２参照）及び水平走査回路１３（図２参照）に駆動パルス等を供給してイメージセンサ１を制御する外部制御部２と、イメージセンサ１から得られる信号を処理して画像信号を得る外部信号処理部３と、を備えている。
【００２３】
図２は、図１中のイメージセンサ１を示す回路図である。このイメージセンサ１は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子として構成されている。
【００２４】
図２に示すように、このイメージセンサ１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、２次元状に配置された複数の単位画素１１（図２では、２×２個の画素１１のみを示す。）と、垂直走査回路１２と、水平走査回路１３と、画素１１の各列に対応して設けられ対応する列の画素１１の出力信号が供給される垂直信号線１４と、各垂直信号線１４に接続された定電流源１５とを有している。なお、画素１１の数が限定されるものではないことは、言うまでもない。
【００２５】
このイメージセンサ１は、一般的なＣＭＯＳ固体撮像素子とは異なり、Ｎ本（本実施の形態では、３本）の水平信号線１６−１〜１６−３と、各垂直信号線１４に対応してＮ個（本実施の形態では、３個）ずつ設けられ供給された信号を蓄積する信号蓄積部としての蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３と、各蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３に対応して設けられた第１のスイッチＴＶ１〜ＴＶ３と、各蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３に対応して設けられた第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３と、水平信号線１６−１〜１６−３にそれぞれ接続された出力アンプＡＰ１〜ＡＰ３とを有している。本実施の形態では、第１のスイッチＴＶ１〜ＴＶ３及び第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３は、全てｎＭＯＳトランジスタである。なお、実際には、水平信号線１６−１〜１６−３をそれぞれ所定タイミングで所定の電位にリセットするための各トランジスタが設けられるが、それらのトランジスタの図示は省略している。
【００２６】
第１のスイッチＴＶ１〜ＴＶ３は、各垂直信号線１４と蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３の一端との間にそれぞれ設けられ、対応する蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３に対応する垂直信号線１４から当該蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３への信号の供給をオンオフする。蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３の他端はそれぞれ接地されている。各第１のスイッチＴＶ１のゲートは、共通に接続されて、外部制御部２から制御信号φＴＶ１を受ける。各第１のスイッチＴＶ２のゲートは、共通に接続されて、外部制御部２から制御信号φＴＶ２を受ける。各第１のスイッチＴＶ３のゲートは、共通に接続されて、外部制御部２から制御信号φＴＶ３を受ける。
【００２７】
第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３は、蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３の前記一端と水平信号線１６−１〜１６−３との間にそれぞれ設けられ、対応する蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３から水平信号線１６−１〜１６−３への信号の供給をオンオフする。各第１のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３のゲートは、水平走査回路１３から制御信号φＨ１〜φＨ３をそれぞれ受ける。
【００２８】
各画素１１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤと、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタＡＭＰと、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタＴＸと、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタＲＥＳと、当該画素１１を選択するための選択部としての選択トランジスタＳＥＬとを有し、図２に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素１１のトランジスタＡＭＰ，ＴＸ，ＲＥＳ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図２において、Ｖｄｄは電源電圧である。
【００２９】
転送トランジスタＴＸのゲートは、行毎に、垂直走査回路１２からの転送トランジスタＴＸを制御する制御信号φＴＸを転送トランジスタＴＸに供給する制御線に、接続されている。リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、行毎に、垂直走査回路１２からのリセットトランジスタＲＥＳを制御する制御信号φＲＥＳをリセットトランジスタＲＥＳに供給する制御線に、接続されている。選択トランジスタＳＥＬのゲートは、行毎に、垂直走査回路１２からの選択トランジスタＳＥＬを制御する制御信号φＳＥＬを選択トランジスタＳＥＬに供給する制御線に、接続されている。
【００３０】
フォトダイオードＰＤは、入射光の光量（被写体光）に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタＴＸは、転送パルス（制御信号）φＴＸのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＥＳは、リセットパルス（制御信号）φＲＥＳのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤをリセットする。
【００３１】
増幅トランジスタＡＭＰは、そのドレインが電源電圧Ｖｄｄに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、そのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続され、定電流源１５を負荷とするフォースフォロア回路を構成している。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧値に応じて、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線１４に読み出し電流を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、選択パルス（制御信号）φＳＥＬのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタＡＭＰのソースを垂直信号線１４に接続する。
【００３２】
垂直走査回路１２は、外部制御部２からの駆動パルス（図示せず）を受けて、画素１１の行毎に、選択パルスφＳＥＬ、リセットパルスφＲＥＳ及び転送パルスφＴＸをそれぞれ出力する。また、水平走査回路１３は、外部制御部２からの駆動パルス（図示せず）を受けて、制御信号φＨ１〜φＨ３を出力する。さらに、前述したように、外部制御部２は、制御信号φＴＶ１〜φＴＶ３を出力する。したがって、本実施の形態では、外部制御部２、垂直走査回路１２及び水平走査回路１３が、画素１１、第１のスイッチＴＶ１〜ＴＶ３及び第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３を制御する制御手段を構成している。
【００３３】
そして、本実施の形態では、外部制御部２、垂直走査回路１２及び水平走査回路１３は、各垂直信号線１４に関して、当該垂直信号線１４に対応して設けられたＮ個（本実施の形態では、３個）の蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３にそれぞれ任意の順番で１からＮ（本実施の形態では、３）までの番号を付すとともに、当該垂直信号線１４に対応する列の画素１１のうちの選択されるＮ−１個（本実施の形態では、２個）の画素１１にそれぞれ任意の順番で１からＮ−１（本実施の形態では、２）までの番号を付し、ｍを２からＮ−１（本実施の形態では、２）までの整数であるとしたときに、１番の蓄積容量には、１番からＮ−１番（本実施の形態では、２番）までの画素１１の暗出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積され、ｍ番の蓄積容量には、ｍ番からＮ−１番までの画素１１の暗出力信号及び１番からｍ−１番（本実施の形態では、１番）までの画素１１の光出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積され、かつ、Ｎ番（本実施の形態では、３番）の蓄積容量には、１番からＮ−１番（本実施の形態では、２番）までの画素１１の光出力信号が重畳された信号に応じた信号が蓄積されるように、各画素１１及び第１のスイッチＴＶ１〜ＴＶ３を制御する。また、本実施の形態では、外部制御部２、垂直走査回路１２及び水平走査回路１３は、各垂直信号線１４に対応するもの毎に、第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３を同時にオンオフし、Ｎ個（本実施の形態では、３個）の蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３から水平信号線１６−１〜１６−３へ信号が同時に供給されるように、第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３を制御する。このように、本実施の形態ではＮ＝３とした例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｎは４以上としてもよい。
【００３４】
図３は、本実施の形態による固体撮像装置の読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。
【００３５】
本実施の形態では、メカニカルシャッタ（図示せず）が所定の露光期間だけ開かれて各画素１１のフォトダイオードＰＤの電荷蓄積層に電荷が蓄積された後、Ｎ−１行ずつ（本実施の形態では、２行ずつ）順次選択され、各Ｎ−１行（本実施の形態では、各２行）について順次同じ動作が行われていく。図４は、主として、ｎ行目及びｎ＋１行目の画素１１が選択され、引き続いてｎ＋２行目及びｎ＋３行目の画素１１が選択された場合の動作を示している。
【００３６】
期間Ｔ１は、ｎ−２行目及びｎ−１行目の画素１１の出力の水平走査期間であり、後述する期間Ｔ３に対応している。
【００３７】
期間Ｔ１後の期間Ｔ２において、垂直走査回路１２によりｎ行目及びｎ＋１行目の画素が選択され、ｎ行目及びｎ＋１行目のリセットパルスφＲＥＳ（ｎ），φＲＥＳ（ｎ＋１）がローレベルに変化し、ｎ行目及びｎ＋１行目のリセットトランジスタＲＥＳがオフする。また、期間Ｔ２において、ｎ行目及びｎ＋１行目の選択パルスφＳＥＬ（ｎ），φＳＥＬ（ｎ＋１）がハイレベルに変化し、ｎ行目及びｎ＋１行目の選択トランジスタＳＥＬがオンする。ｎ行目及びｎ＋１行目の選択トランジスタＳＥＬのオンにより、ｎ行目及びｎ＋１行目の増幅トランジスタＡＭＰのソースは垂直信号線１４に接続される。そして、ｎ行目及びｎ＋１行目の増幅トランジスタＡＭＰは、定電流源１５によってソースフォロア回路として動作する。
【００３８】
期間Ｔ２が開始した後、期間Ｔ１２が開始するまでの期間においては、ｎ行目及びｎ＋１行目の選択トランジスタＳＥＬがオンし、同時にｎ行目及びｎ＋１行目のリセットトランジスタＲＥＳがオフすることで、ｎ行目及びｎ＋１行目の画素１１の増幅トランジスタＡＭＰのゲート電圧が、フローティング状態となり、ｎ行目及びｎ＋１行目の画素１１のリセットレベルが垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ２が開始した後の期間Ｔ１１において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ１がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素１１の暗出力信号（光情報を含まない信号であり、ここではリセット状態に対応する画素出力信号）ＶＤｎとｎ＋１行目の画素１１の暗出力信号ＶＤｎ＋１とが重畳した信号ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋１が、蓄積容量Ｃ１に蓄積される。この動作は、ｎ行目及びｎ＋１行目の各列の画素１１に対して同時並列に実行される。
【００３９】
次に、期間Ｔ２中の期間Ｔ１２において、ｎ行目の転送パルスφＴＸ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の転送トランジスタＴＸがオンする。ｎ行目の転送トランジスタＴＸのオンにより、ｎ行目の画素１１のフォトダイオードＰＤで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に印加される。その結果、ｎ行目の画素１１の光情報を含んだレベルとｎ＋１行目の画素１１のリセットレベルが、垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ１２の後の期間Ｔ１３において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ２がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ２がオンする。これにより、ｎ行目の画素１１の光出力信号（フォトダイオードＦＤで光電変換された光情報を含んだ画素出力信号であって、本来の光情報信号ＶＬｎと暗出力信号ＶＤｎとが重畳した信号ＶＬｎ＋ＶＤｎ）とｎ＋１行目の画素１１の暗出力信号ＶＤｎ＋１とが重畳した信号ＶＬｎ＋ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋１が、蓄積容量Ｃ２に蓄積される。この動作は、ｎ行目及びｎ＋１行目の各列の画素１１に対して同時並列に実行される。
【００４０】
その後、期間Ｔ２中の期間Ｔ１４において、ｎ＋１行目の転送パルスφＴＸ（ｎ＋１）がハイレベルに変化し、ｎ＋１行目の転送トランジスタＴＸがオンする。ｎ＋１行目の転送トランジスタＴＸのオンにより、ｎ＋１行目の画素１１のフォトダイオードＰＤで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に印加される。その結果、ｎ＋１行目の画素１１の光情報を含んだレベルとｎ＋１行目の画素１１の光情報を含んだレベルが、垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ１４の後の期間Ｔ１５において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ３がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ３がオンする。これにより、ｎ行目の画素１１の光出力信号ＶＬｎ＋ＶＤｎとｎ＋１行目の画素１１の光出力信号（フォトダイオードＦＤで光電変換された光情報を含んだ画素出力信号であって、本来の光情報信号ＶＬｎ＋１と暗出力信号ＶＤｎ＋１とが重畳した信号ＶＬｎ＋１＋ＶＤｎ＋１）とが重畳した信号ＶＬｎ＋ＶＤｎ＋ＶＬｎ＋１＋ＶＤｎ＋１が、蓄積容量Ｃ３に蓄積される。この動作は、ｎ行目及びｎ＋１行目の各列の画素１１に対して同時並列に実行される。
【００４１】
このようにして、期間Ｔ２において、ｎ行目及びｎ＋１行目の画素１１の出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、（i）蓄積容量Ｃ１には、ｎ行目の画素１１の暗出力信号ＶＤｎとｎ＋１行目の画素１１の暗出力信号ＶＤｎ＋１とが重畳した信号ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋１が、蓄積され、（ii）蓄積容量Ｃ２には、ｎ行目の画素１１の光出力信号ＶＬｎ＋ＶＤｎとｎ＋１行目の画素１１の暗出力信号ＶＤｎ＋１とが重畳した信号ＶＬｎ＋ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋１が、蓄積され、（iii）蓄積容量Ｃ３には、ｎ行目の画素１１の光出力信号ＶＬｎ＋ＶＤｎとｎ＋１行目の画素１１の光出力信号ＶＬｎ＋１＋ＶＤｎ＋１とが重畳した信号ＶＬｎ＋ＶＤｎ＋ＶＬｎ＋１＋ＶＤｎ＋１が、蓄積される。
【００４２】
期間Ｔ２後の期間Ｔ３は、ｎ行目及びｎ＋１行目の画素１１の出力の水平走査期間である。期間Ｔ３において、水平走査回路１３からの制御信号φＨ１〜φＨ３による水平走査によって第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３にそれぞれ蓄積されていた信号が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次水平信号線１６−１〜１６−３に読み出され、出力アンプＡＰ１〜ＡＰ３をそれぞれ介して図１中の外部信号処理部３へ出力される。このとき、同じ垂直信号線１４に対応する第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３は同時にオンオフされる。
【００４３】
図面には示していないが、外部信号処理部３は、出力アンプＡＰ１，ＡＰ２の出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。期間Ｔ３では、この差分信号は、蓄積容量Ｃ１に蓄積されていた信号ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋１と蓄積容量Ｃ２に蓄積されていた信号ＶＬｎ＋ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋１との差分（すなわち、ｎ行目の画素１１の本来の光情報信号ＶＬｎ）に応じた信号となる。また、外部信号処理部３は、出力アンプＡＰ２，ＡＰ３の出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。期間Ｔ３では、この差分信号は、蓄積容量Ｃ２に蓄積されていた信号ＶＬｎ＋ＶＤｎ＋ＶＤｎ＋１と蓄積容量Ｃ３に蓄積されていた信号ＶＬｎ＋ＶＤｎ＋ＶＬｎ＋１＋ＶＤｎ＋１との差分（すなわち、ｎ＋１行目の画素１１の本来の光情報信号ＶＬｎ＋１）に応じた信号となる。このようにして、従来の相関２重サンプリングの場合と同等の、ノイズ分（ＶＤｎ，ＶＤｎ＋１）の除去された光情報信号ＶＬｎ，ＶＬｎ＋１が得られる。
【００４４】
次に、期間Ｔ４，Ｔ５において、ｎ行目及びｎ＋１行目に関して期間Ｔ２，Ｔ３に行われたのと同様の動作が、ｎ＋２行目及びｎ＋３行目について行われ、それ以降においても同様の動作を繰り返す。
【００４５】
ここで、本実施の形態による固体撮像装置と比較される比較例による固体撮像装置について、説明する。この比較例は、前述した従来技術に対応している。図４はこの比較例による固体撮像装置で用いられるイメージセンサ１０１を示す回路図である。図４において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００４６】
この比較例による固体撮像装置が本実施の形態による固体撮像装置と異なる所は、以下に説明する点のみである。この比較例では、イメージセンサ１０１において、蓄積容量Ｃ３、第１のスイッチＴＶ３、第２のスイッチＴＨ３、水平信号線１６−３、及び、出力アンプＡＰ３が、取り除かれている。また、この比較例では、外部制御部２、垂直走査回路１２及び水平走査回路１３は、各垂直信号線１４に関して、当該垂直信号線１４に対応して設けられた一方の蓄積容量Ｃ１には当該列の画素１１の暗出力信号が蓄積され、当該垂直信号線１４に対応して設けられた他方の蓄積容量Ｃ２には当該列の画素１１の光出力信号が蓄積されるように、各画素１１及び第１のスイッチＴＶ１，ＴＶ２を制御する。
【００４７】
これに伴い、この比較例では、図５に示すタイミングチャートに従って読み出し動作が行われる。図５は、この比較例による固体撮像装置の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【００４８】
この比較例では、メカニカルシャッタ（図示せず）が所定の露光期間だけ開かれて各画素１１のフォトダイオードＰＤの電荷蓄積層に電荷が蓄積された後、１行ずつ順次選択され、各１行について順次同じ動作が行われていく。図５は、主として、ｎ行目の画素１１が選択され、引き続いてｎ＋１行目の画素１１が選択された場合の動作を示している。
【００４９】
期間Ｔ２１は、ｎ−１行目の画素１１の出力の水平走査期間であり、後述する期間Ｔ２３に対応している。
【００５０】
期間Ｔ２１後の期間Ｔ２２において、垂直走査回路１２によりｎ行目の画素１１が選択され、ｎ行目のリセットパルスφＲＥＳ（ｎ）がローレベルに変化し、ｎ行目のリセットトランジスタＲＥＳがオフする。また、期間Ｔ２２において、ｎ行目の選択パルスφＳＥＬ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の選択トランジスタＳＥＬがオンする。ｎ行目の選択トランジスタＳＥＬのオンにより、ｎ行目の増幅トランジスタＡＭＰのソースは垂直信号線１４に接続される。そして、ｎ行目の増幅トランジスタＡＭＰは、定電流源１５によってソースフォロア回路として動作する。
【００５１】
期間Ｔ２２が開始した後、期間Ｔ３２が開始するまでの期間においては、ｎ行目の選択トランジスタＳＥＬがオンし、同時にｎ行目のリセットトランジスタＲＥＳがオフすることで、ｎ行目の画素１１の増幅トランジスタＡＭＰのゲート電圧が、フローティング状態となり、ｎ行目の画素１１のリセットレベルが垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ２２が開始した後の期間Ｔ３１において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ１がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素１１の暗出力信号ＶＤｎが、蓄積容量Ｃ１に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素１１に対して同時並列に実行される。
【００５２】
次に、期間Ｔ２２中の期間Ｔ３２において、ｎ行目の転送パルスφＴＸ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の転送トランジスタＴＸがオンする。ｎ行目の転送トランジスタＴＸのオンにより、ｎ行目の画素１１のフォトダイオードＰＤで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に印加される。その結果、ｎ行目の画素１１の光情報を含んだレベルが、垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ３２の後の期間Ｔ３３において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ２がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ２がオンする。これにより、ｎ行目の画素１１の光出力信号ＶＬｎ＋ＶＤｎが、蓄積容量Ｃ２に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素１１に対して同時並列に実行される。
【００５３】
このようにして、期間Ｔ２２において、ｎ行目の画素１１の出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、（i）蓄積容量Ｃ１には、ｎ行目の画素１１の暗出力信号ＶＤｎが蓄積され、（ii）蓄積容量Ｃ２には、ｎ行目の画素１１の光出力信号ＶＬｎ＋ＶＤｎが蓄積される。
【００５４】
期間Ｔ２２後の期間Ｔ２３は、ｎ行目の画素１１の出力の水平走査期間である。期間Ｔ２３において、水平走査回路１３からの制御信号φＨ１，φＨ２による水平走査によって第２のスイッチＴＨ１，ＴＨ２が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ蓄積されていた信号が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次水平信号線１６−１，１６−２に読み出され、出力アンプＡＰ１，ＡＰ２をそれぞれ介して外部信号処理部３へ出力される。
【００５５】
図面には示していないが、この比較例では、外部信号処理部３は、出力アンプＡＰ１，ＡＰ２の出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。期間Ｔ２３では、この差分信号は、蓄積容量Ｃ１に蓄積されていたｎ行目の画素１１の暗出力信号ＶＤｎと蓄積容量Ｃ２に蓄積されていたｎ行目の画素１１の光出力信号ＶＬｎ＋ＶＤｎとの差分（すなわち、ｎ行目の画素１１の本来の光情報信号ＶＬｎ）に応じた信号となる。このようにして、相関２重サンプリングに従って、ノイズ分（ＶＤｎ）の除去された光情報信号ＶＬｎが得られる。
【００５６】
次に、期間Ｔ２４，Ｔ２５において、ｎ行目に関して期間Ｔ２２，Ｔ２３に行われたのと同様の動作が、ｎ＋１行目について行われ、それ以降においても同様の動作を繰り返す。
【００５７】
本実施の形態に係る図３と比較例に係る図５との比較から明らかなように、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、信号のサンプリング時間及び水平走査期間を短縮して信号読み出し動作を高速化することができる。
【００５８】
すなわち、前記比較例では、ｎ行目及びｎ＋１行目の画素１１の信号読み出しに関して期間Ｔ３１，Ｔ３３，Ｔ３４，Ｔ３６の合計４つのサンプリング期間を要するのに対し、本実施の形態では、ｎ行目の画素１１及びｎ＋１行目の画素１１の信号読み出しに関して期間Ｔ１１，Ｔ１３，Ｔ１５の合計３つのサンプリング期間ですむ。よって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、サンプリング時間を短縮することができ、ひいては、信号読み出しを高速化することができる。
【００５９】
また、前記比較例では、ｎ行目及びｎ＋１行目の画素１１の信号読み出しに関して２回の水平走査期間Ｔ２３，Ｔ２５を要するのに対し、本実施の形態では、ｎ行目及びｎ＋１行目の画素１１の信号読み出しに関して１回の水平走査期間Ｔ３ですむ。よって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、水平走査期間を短縮することができ、この点からも、信号読み出しを高速化することができる。
【００６０】
［第２の実施の形態］
【００６１】
図６は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置で用いられるイメージセンサ２１を示す回路図であり、図２に対応している。図６において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６２】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。本実施の形態では、イメージセンサ２１において、出力アンプＡＰ１〜ＡＰ３に代えて、水平信号線１６−１の信号と水平信号線１６−２の信号との差分を得る差動アンプＤＡＰ１、及び、水平信号線１６−２の信号と水平信号線１６−３の信号との差分を得る差動アンプＤＡＰ２が、設けられている。
【００６３】
本実施の形態では、差動アンプＤＡＰ１からｎ行目の画素１１の本来の光情報信号ＶＬｎに応じた信号が得られ、差動アンプＤＡＰ２からｎ＋１行目の画素１１の本来の光情報信号ＶＬｎ＋１に応じた信号が得られる。よって、本実施の形態では、図１中の外部信号処理部３は、不要となる。
【００６４】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００６５】
［第３の実施の形態］
【００６６】
図７は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置で用いられるイメージセンサ３１を示す回路図であり、図２に対応している。図７において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６７】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。本実施の形態では、イメージセンサ３１において、水平信号線１６−１〜１６−３及び出力アンプＡＰ１〜ＡＰ３にそれぞれ対応する水平信号線１６−１１〜１６−１３及び出力アンプＡＰ１１〜ＡＰ１３が、追加されている。そして、本実施の形態では、画素１１の各列に対応して設けられた垂直信号線１４が２つのグループに分けられている。そして、一方のグループの垂直信号線１４に対応する蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３からの信号は、当該蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３にそれぞれ対応する第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３を介して、当該グループに対応して設けられた水平信号線１６−１〜１６−３にそれぞれ供給されるように、配線されている。また、他方のグループの垂直信号線１４に対応する蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３からの信号は、当該蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３にそれぞれ対応する第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３を介して、当該グループに対応して設けられた水平信号線１６−１１〜１６−１３にそれぞれ供給されるように、配線されている。そして、出力アンプＡＰ１１〜ＡＰ１３が追加されたことに伴い、外部信号処理部３は、出力アンプＡＰ１，ＡＰ２の出力間の差分及び出力アンプＡＰ２，ＡＰ３の出力間の差分のみならず、出力アンプＡＰ１１，ＡＰ１２の出力間の差分及び出力アンプＡＰ１２，ＡＰ１３の出力間の差分も得るように、構成される。
【００６８】
本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様に、信号読み出しを高速化することができる。のみならず、本実施の形態によれば、一方グループの蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３から水平信号線１６−１〜１６−３への信号の転送と、他方グループの蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３から水平信号線１６−１１〜１６−１３への信号の転送とを、同時に行うことができるので、前記第１の実施の形態に比べて水平走査期間を半分に短縮することができ、信号読み出しをより高速化することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態は、垂直信号線１４を２つのグループに分けて水平信号線を２組設ける例であったが、本発明では、垂直信号線１４を３つ以上のグループに分けて水平信号線を３組以上設けてもよい。
【００７０】
［第４の実施の形態］
【００７１】
図８は、本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置で用いられるイメージセンサ４１を示す回路図であり、図２に対応している。図２では２×２個の画素１１を示しているのに対し、図８では４×２個の画素１１（２×２個の画素ブロック１１１）を示している。図８において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７２】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。本実施の形態では、イメージセンサ４１において、列方向に隣り合う２つの画素１１毎に、当該２つの画素１１が１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有している。図８では、１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有する２つの画素１１を、画素ブロック１１１として示している。また、図８では、画素ブロック１１１内の上側の画素１１のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴＸをそれぞれ符号ＰＤＡ，ＴＸＡで示し、画素ブロック１１１内の下側の画素１１のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴＸをそれぞれ符号ＰＤＢ，ＴＸＢで示し、両者を区別している。また、転送トランジスタＴＸＡのゲート電極に供給される制御信号をφＴＸＡとし、転送トランジスタＴＸＢのゲート電極に供給される制御信号をφＴＸＢとし、両者を区別している。なお、図１ではｎは画素行を示しているが、図８ではｎは画素ブロック１１１の行を示している。なお、図８では、図面表記の便宜上、同一画素ブロック１１１内のフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢが互いに行方向（図中の横方向）にずれているかのように記載しているが、実際には、それらのフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢは列方向に並んでいる。
【００７３】
したがって、本実施の形態による固体撮像装置で用いられるイメージセンサ４１は、一般的なＣＭＯＳ固体撮像素子とは異なり、Ｎ本（本実施の形態では、３本）の水平信号線１６−１〜１６−３と、各垂直信号線１４に対応してＮ個（本実施の形態では、３個）ずつ設けられ供給された信号を蓄積する信号蓄積部としての蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３と、各蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３に対応して設けられた第１のスイッチＴＶ１〜ＴＶ３と、各蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３に対応して設けられた第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３と、水平信号線１６−１〜１６−３にそれぞれ接続された出力アンプＡＰ１〜ＡＰ３とを有している。そして、本実施の形態では、フォトダイオードＰＤ（ＰＤＡ，ＰＤＢ）が列方向に順次並んだＮ−１個（本実施の形態では、２個）の画素１１毎に画素ブロック１１１をなし、画素ブロック１１１毎に、当該画素ブロック１１１に属するＮ−１個（本実施の形態では、２個）の画素１１が１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有している。
【００７４】
そして、本実施の形態では、外部制御部２、垂直走査回路１２及び水平走査回路１３は、各垂直信号線１４に関して、当該垂直信号線１４に対応して設けられたＮ個（本実施の形態では、３個）の蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３にそれぞれ任意の順番で１からＮ（本実施の形態では、３）までの番号を付すとともに、当該垂直信号線１４に対応する列の画素１１のうちの選択される画素ブロック１１１のＮ−１個（本実施の形態では、２個）の画素１１にそれぞれ任意の順番で１からＮ−１（本実施の形態では、２）までの番号を付し、ｍを２からＮ−１（本実施の形態では、２）までの整数であるとしたときに、１番の蓄積容量には、１番からＮ−１番（本実施の形態では、２番）までの画素１１の信号電荷が当該画素ブロック１１１のフローティングディフュージョンＦＤに転送されていない状態における当該画素ブロック１１１の出力信号に応じた信号が蓄積され、ｍ番の蓄積容量には、ｍ番からＮ−１番までの画素１１の信号電荷が当該画素ブロック１１１のフローティングディフュージョンＦＤに転送されていないとともに１番からｍ−１番（本実施の形態では、１番）までの画素１１の信号電荷が当該画素ブロック１１１のフローティングディフュージョンＦＤに転送された状態における当該画素ブロック１１１の出力信号に応じた信号が蓄積され、かつ、Ｎ番（本実施の形態では、３番）の蓄積容量には、１番からＮ−１番（本実施の形態では、２番）までの画素１１の信号電荷が当該画素ブロック１１１のフローティングディフュージョンＦＤに転送された状態における当該画素ブロック１１１の出力信号に応じた信号が蓄積されるように、各画素１１及び第１のスイッチＴＶ１〜ＴＶ３を制御する。また、本実施の形態では、外部制御部２、垂直走査回路１２及び水平走査回路１３は、各垂直信号線１４に対応するもの毎に、第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３を同時にオンオフし、Ｎ個（本実施の形態では、３個）の蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３から水平信号線１６−１〜１６−３へ信号が同時に供給されるように、第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３を制御する。このように、本実施の形態ではＮ＝３とした例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｎは４以上としてもよい。
【００７５】
図９は、本実施の形態による固体撮像装置の読み出し動作の一例を示すタイミングチャートであり、図３に対応している。
【００７６】
本実施の形態では、メカニカルシャッタ（図示せず）が所定の露光期間だけ開かれて各画素ブロック１１１の各画素１１のフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢの電荷蓄積層に電荷が蓄積された後、画素ブロック１１１の各行（すなわち、２画素行ずつ）が順次選択され、各行について順次同じ動作が行われていく。図９は、主として、ｎ行目の画素ブロック１１１が選択され、引き続いてｎ＋１行目の画素ブロック１１１が選択された場合の動作を示している。
【００７７】
期間Ｔ４１は、ｎ−１行目の画素ブロック１１１の出力（すなわち、ｎ−１行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１及び下側の画素１１の出力）の水平走査期間であり、後述する期間Ｔ４３に対応している。
【００７８】
期間Ｔ４１後の期間Ｔ４２において、垂直走査回路１２によりｎ行目の画素ブロック１１１（すなわち、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１及び下側の画素１１）が選択され、ｎ行目のリセットパルスφＲＥＳ（ｎ）がローレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１のリセットトランジスタＲＥＳがオフする。また、期間Ｔ４２において、ｎ行目の選択パルスφＳＥＬ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬがオンする。ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬのオンにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の増幅トランジスタＡＭＰのソースは垂直信号線１４に接続される。そして、ｎ行目の画素ブロック１１１の増幅トランジスタＡＭＰは、定電流源１５によってソースフォロア回路として動作する。
【００７９】
期間Ｔ４２が開始した後、期間Ｔ５２が開始するまでの期間においては、ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬがオンし、同時にｎ行目の画素ブロック１１１のリセットトランジスタＲＥＳがオフすることで、ｎ行目の画素ブロック１１１の増幅トランジスタＡＭＰのゲート電圧が、フローティング状態となり、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１及び下側の画素１１のリセットレベルが垂直信号線１４に現れる。この状態は、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の信号電荷及び下側の画素１１の信号電荷が、ｎ行目の画素ブロック１１１のフローティングディフュージョンＦＤに転送されていない状態（以下、「暗状態」という。）である。このとき、期間Ｔ４２が開始した後の期間Ｔ５１において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ１がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の暗出力信号（暗状態における画素ブロック１１１の出力信号）ＶＤが、蓄積容量Ｃ１に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素ブロック１１１に対して同時並列に実行される。
【００８０】
次に、期間Ｔ４２中の期間Ｔ５２において、ｎ行目の転送パルスφＴＸＢ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の転送トランジスタＴＸＢがオンする。この転送トランジスタＴＸＢのオンにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１のフォトダイオードＰＤＢで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に印加される。その結果、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の光情報を含んだレベルが、垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ５２の後の期間Ｔ５３において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ２がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ２がオンする。これにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送されていないとともにｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送された状態における画素ブロック１１１の出力信号ＶＬＢ＋ＶＤが、蓄積容量Ｃ２に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素ブロック１１１に対して同時並列に実行される。前記出力信号ＶＬＢ＋ＶＤは、暗出力信号ＶＤと下側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＢとが重畳した信号に相当する。
【００８１】
その後、期間Ｔ４２中の期間Ｔ５４において、ｎ行目の転送パルスφＴＸＡ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の転送トランジスタＴＸＡがオンする。この転送トランジスタＴＸＡのオンにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１のフォトダイオードＰＤＡで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これにより、対応するフローティングディフュージョンＦＤには、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の信号電荷及び下側画素１１の信号電荷の両方がフローティングディフュージョンＦＤに転送された状態となる。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた両信号電荷を加算した電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に印加される。その結果、ｎ行目の上側の画素１１の光情報及び下側画素１１の光情報を含んだレベルが、垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ５４の後の期間Ｔ５５において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ３がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ３がオンする。これにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の信号電荷及び下側の画素１１の信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送された状態における画素ブロック１１１の出力信号ＶＬＡ＋ＶＬＢ＋ＶＤが、蓄積容量Ｃ３に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素ブロック１１１に対して同時並列に実行される。前記出力信号ＶＬＡ＋ＶＬＢ＋ＶＤは、暗出力信号ＶＤと上側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＡと下側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＢとが重畳した信号に相当する。
【００８２】
このようにして、期間Ｔ４２において、ｎ行目の画素ブロック１１１の出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、（i）蓄積容量Ｃ１には、ｎ行目の画素ブロック１１１の暗出力信号ＶＤが蓄積され、（ii）蓄積容量Ｃ２には、暗出力信号ＶＤと下側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＢとが重畳した信号ＶＬＢ＋ＶＤが、蓄積され、（iii）蓄積容量Ｃ３には、暗出力信号ＶＤと上側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＡと下側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＢとが重畳した信号ＶＬＡ＋ＶＬＢ＋ＶＤが、蓄積される。
【００８３】
期間Ｔ４２後の期間Ｔ４３は、ｎ行目の画素ブロック１１１の出力（すなわち、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１及び下側の画素１１の出力）の水平走査期間である。期間Ｔ４３において、水平走査回路１３からの制御信号φＨ１〜φＨ３による水平走査によって第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３にそれぞれ蓄積されていた信号が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次水平信号線１６−１〜１６−３に読み出され、出力アンプＡＰ１〜ＡＰ３をそれぞれ介して外部信号処理部３へ出力される。このとき、同じ垂直信号線１４に対応する第２のスイッチＴＨ１〜ＴＨ３は同時にオンオフされる。
【００８４】
図面には示していないが、外部信号処理部３は、出力アンプＡＰ１，ＡＰ２の出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。期間Ｔ４３では、この差分信号は、蓄積容量Ｃ１に蓄積されていた信号ＶＤと蓄積容量Ｃ２に蓄積されていた信号ＶＬＢ＋ＶＤとの差分（すなわち、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＢ）に応じた信号となる。また、外部信号処理部３は、出力アンプＡＰ２，ＡＰ３の出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。期間Ｔ４３では、この差分信号は、蓄積容量Ｃ２に蓄積されていた信号ＶＬＢ＋ＶＤと蓄積容量Ｃ３に蓄積されていた信号ＶＬＡ＋ＶＬＢ＋ＶＤとの差分（すなわち、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＡ）に応じた信号となる。このようにして、従来の相関２重サンプリングの場合と同等の、ノイズ分（ＶＤ）の除去された光情報信号ＶＬＡ，ＶＬＢが得られる。
【００８５】
次に、期間Ｔ４４，Ｔ４５において、ｎ行目の画素ブロック１１１に関して期間Ｔ４２，Ｔ４３に行われたのと同様の動作が、ｎ＋１行目の画素ブロック１１１について行われ、それ以降においても同様の動作を繰り返す。
【００８６】
ここで、本実施の形態による固体撮像装置と比較される比較例による固体撮像装置について、説明する。図１０はこの比較例による固体撮像装置で用いられるイメージセンサ１４１を示す回路図である。図１０において、図８中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００８７】
この比較例による固体撮像装置が本実施の形態による固体撮像装置と異なる所は、以下に説明する点のみである。この比較例では、イメージセンサ１４１において、蓄積容量Ｃ３、第１のスイッチＴＶ３、第２のスイッチＴＨ３、水平信号線１６−３、及び、出力アンプＡＰ３が、取り除かれている。また、この比較例では、外部制御部２、垂直走査回路１２及び水平走査回路１３は、各垂直信号線１４に関して、当該垂直信号線１４に対応して設けられた一方の蓄積容量Ｃ１には当該列の画素１１の暗出力信号が蓄積され、当該垂直信号線１４に対応して設けられた他方の蓄積容量Ｃ２には当該列の画素１１の光出力信号が蓄積されるように、各画素１１及び第１のスイッチＴＶ１，ＴＶ２を制御する。
【００８８】
これに伴い、この比較例では、図１１に示すタイミングチャートに従って読み出し動作が行われる。図１１は、この比較例による固体撮像装置の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【００８９】
この比較例では、メカニカルシャッタ（図示せず）が所定の露光期間だけ開かれて各画素ブロック１１１の各画素１１のフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢの電荷蓄積層に電荷が蓄積された後、各行が２回ずつ順次選択され、各行について順次同じ動作が行われていく。図１１は、主として、ｎ行目の画素ブロック１１１が選択された場合の動作を示している。
【００９０】
期間Ｔ６１は、ｎ−１行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の出力の水平走査期間であり、後述する期間Ｔ６５に対応している。
【００９１】
期間Ｔ６１後の期間Ｔ６２において、垂直走査回路１２によりｎ行目の画素ブロック１１１が選択され、ｎ行目のリセットパルスφＲＥＳ（ｎ）がローレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１のリセットトランジスタＲＥＳがオフする。また、期間Ｔ６２において、ｎ行目の選択パルスφＳＥＬ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬがオンする。ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬのオンにより、ｎ行目の増幅トランジスタＡＭＰのソースは垂直信号線１４に接続される。そして、ｎ行目の画素ブロック１１１の増幅トランジスタＡＭＰは、定電流源１５によってソースフォロア回路として動作する。
【００９２】
期間Ｔ６２が開始した後、期間Ｔ７２が開始するまでの期間においては、ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬがオンし、同時にｎ行目の画素ブロック１１１のリセットトランジスタＲＥＳがオフすることで、ｎ行目の画素ブロック１１１の増幅トランジスタＡＭＰのゲート電圧が、フローティング状態となり、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１のリセットレベルが垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ６２が開始した後の期間Ｔ７１において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ１がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の暗出力信号ＶＤが、蓄積容量Ｃ１に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素ブロック１１１に対して同時並列に実行される。
【００９３】
次に、期間Ｔ６２中の期間Ｔ７２において、ｎ行目の転送パルスφＴＸＢ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の転送トランジスタＴＸＢがオンする。この転送トランジスタＴＸＢのオンにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１のフォトダイオードＰＤＢで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に印加される。その結果、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の光情報を含んだレベルが、垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ７２の後の期間Ｔ７３において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ２がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ２がオンする。これにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送されていないとともにｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送された状態における画素ブロック１１１の出力信号（すなわち、下側の画素１１の光出力信号）ＶＬ＋ＢＶＤが、蓄積容量Ｃ２に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素ブロック１１１に対して同時並列に実行される。前記光出力信号ＶＬＢ＋ＶＤは、暗出力信号ＶＤと下側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＢとが重畳した信号に相当する。
【００９４】
このようにして、期間Ｔ６２において、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、（i）蓄積容量Ｃ１には、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の暗出力信号ＶＤが蓄積され、（ii）蓄積容量Ｃ２には、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の光出力信号ＶＬＢ＋ＶＤが蓄積される。
【００９５】
期間Ｔ６２後の期間Ｔ６３は、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の出力の水平走査期間である。期間Ｔ６３において、水平走査回路１３からの制御信号φＨ１，φＨ２による水平走査によって第２のスイッチＴＨ１，ＴＨ２が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ蓄積されていた信号が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次水平信号線１６−１，１６−２に読み出され、出力アンプＡＰ１，ＡＰ２をそれぞれ介して外部信号処理部３へ出力される。
【００９６】
図面には示していないが、この比較例では、外部信号処理部３は、出力アンプＡＰ１，ＡＰ２の出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。期間Ｔ６３では、この差分信号は、蓄積容量Ｃ１に蓄積されていたｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の暗出力信号ＶＤと蓄積容量Ｃ２に蓄積されていたｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の光出力信号ＶＬＢ＋ＶＤとの差分（すなわち、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＢ）に応じた信号となる。このようにして、相関２重サンプリングに従って、ノイズ分（ＶＤ）の除去された光情報信号ＶＬＢが得られる。
【００９７】
次に、期間Ｔ６４において、再び、垂直走査回路１２によりｎ行目の画素ブロック１１１が選択され、ｎ行目のリセットパルスφＲＥＳ（ｎ）がローレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１のリセットトランジスタＲＥＳがオフする。また、期間Ｔ６４において、ｎ行目の選択パルスφＳＥＬ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬがオンする。ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬのオンにより、ｎ行目の増幅トランジスタＡＭＰのソースは垂直信号線１４に接続される。そして、ｎ行目の画素ブロック１１１の増幅トランジスタＡＭＰは、定電流源１５によってソースフォロア回路として動作する。
【００９８】
期間Ｔ６４が開始した後、期間Ｔ７５が開始するまでの期間においては、ｎ行目の画素ブロック１１１の選択トランジスタＳＥＬがオンし、同時にｎ行目の画素ブロック１１１のリセットトランジスタＲＥＳがオフすることで、ｎ行目の画素ブロック１１１の増幅トランジスタＡＭＰのゲート電圧が、フローティング状態となり、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１のリセットレベルが垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ６４が開始した後の期間Ｔ７４において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ１がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ１がオンする。これにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の暗出力信号ＶＤが、蓄積容量Ｃ１に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素ブロック１１１に対して同時並列に実行される。
【００９９】
次に、期間Ｔ６４中の期間Ｔ７５において、ｎ行目の転送パルスφＴＸＡ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の転送トランジスタＴＸＡがオンする。この転送トランジスタＴＸＡのオンにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１のフォトダイオードＰＤＡで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に印加される。その結果、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の光情報を含んだレベルが、垂直信号線１４に現れる。このとき、期間Ｔ７５の後の期間Ｔ７６において、サンプリングパルス（制御信号）φＴＶ２がハイレベルに変化し、第１のスイッチＴＶ２がオンする。これにより、ｎ行目の画素ブロック１１１の下側の画素１１の信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送されていないとともにｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送された状態における画素ブロック１１１の出力信号（すなわち、上側の画素１１の光出力信号）ＶＬＡ＋ＶＤが、蓄積容量Ｃ２に蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素ブロック１１１に対して同時並列に実行される。前記光出力信号ＶＬＡ＋ＶＤは、暗出力信号ＶＤと上側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＡとが重畳した信号に相当する。
【０１００】
このようにして、期間Ｔ６４において、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、（i）蓄積容量Ｃ１には、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の暗出力信号ＶＤが蓄積され、（ii）蓄積容量Ｃ２には、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の光出力信号ＶＬＡ＋ＶＤが蓄積される。
【０１０１】
期間Ｔ６４後の期間Ｔ６５は、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の出力の水平走査期間である。期間Ｔ６５において、水平走査回路１３からの制御信号φＨ１，φＨ２による水平走査によって第２のスイッチＴＨ１，ＴＨ２が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ蓄積されていた信号が各垂直信号線１４に対応するもの毎に順次水平信号線１６−１，１６−２に読み出され、出力アンプＡＰ１，ＡＰ２をそれぞれ介して外部信号処理部３へ出力される。
【０１０２】
期間Ｔ６５において外部信号処理部３で得られる出力アンプＡＰ１，ＡＰ２の出力間の差分信号は、蓄積容量Ｃ１に蓄積されていたｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の暗出力信号ＶＤと蓄積容量Ｃ２に蓄積されていたｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の光出力信号ＶＬＡ＋ＶＤとの差分（すなわち、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１の本来の光情報信号ＶＬＡ）に応じた信号となる。このようにして、相関２重サンプリングに従って、ノイズ分（ＶＤ）の除去された光情報信号ＶＬＡが得られる。
【０１０３】
その後、ｎ行目の画素ブロック１１１に関して期間Ｔ６２〜Ｔ６５に行われたのと同様の動作が、ｎ＋１行目の画素ブロック１１１について行われ、それ以降においても同様の動作を繰り返す。
【０１０４】
本実施の形態に係る図９と比較例に係る図１１との比較から明らかなように、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、信号のサンプリング時間及び水平走査期間を短縮して信号読み出し動作を高速化することができる。
【０１０５】
すなわち、前記比較例では、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１及び下側の画素１１の信号読み出しに関して期間Ｔ７１，Ｔ７３，Ｔ７４，Ｔ７６の合計４つのサンプリング期間を要するのに対し、本実施の形態では、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１及び下側の画素１１の信号読み出しに関して期間Ｔ５１，Ｔ５３，Ｔ５５の合計３つのサンプリング期間ですむ。よって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、サンプリング時間を短縮することができ、ひいては、信号読み出しを高速化することができる。
【０１０６】
また、前記比較例では、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１及び下側の画素１１の信号読み出しに関して２回の水平走査期間Ｔ６３，Ｔ６５を要するのに対し、本実施の形態では、ｎ行目の画素ブロック１１１の上側の画素１１及び下側の画素１１の信号読み出しに関して１回の水平走査期間Ｔ４３ですむ。よって、本実施の形態によれば、前記比較例に比べて、水平走査期間を短縮することができ、この点からも、信号読み出しを高速化することができる。
【０１０７】
以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１０８】
例えば、本発明では、前記第１の実施の形態を変形することで前記第２及び第３の実施の形態をそれぞれ得たのと同様変形を、前記第４の実施の形態に適用してもよい。
【０１０９】
また、前述した各実施の形態において、各垂直信号線１４にアンプ（いわゆるカラムアンプ）を設け、垂直信号線１４の信号を当該カラムアンプで増幅した後に蓄積容量Ｃ１〜Ｃ３に蓄積してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置を示す概略ブロック図である。
【図２】図１中のイメージセンサを示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置の読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態と比較される比較例による固体撮像装置で用いられるイメージセンサを示す回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態と比較される比較例による固体撮像装置の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置で用いられるイメージセンサを示す回路図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置で用いられるイメージセンサを示す回路図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置で用いられるイメージセンサ４１を示す回路図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置の読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第４の実施の形態と比較される比較例による固体撮像装置で用いられるイメージセンサを示す回路図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態と比較される比較例による固体撮像装置の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１１１】
１，２１，３１，４１  イメージセンサ（固体撮像素子）
１１  画素
１２  垂直走査回路
１３  水平走査回路
１４  水平信号線
１１１  画素ブロック
ＰＤ  フォトダイオード
ＡＭＰ  増幅トランジスタ
ＲＥＳ  リセットトランジスタ
ＴＸ  転送トランジスタ
ＳＥＬ  選択トランジスタ
ＦＤ  フローティングディフュージョン
Ｃ１〜Ｃ３  蓄積容量（信号蓄積部）
ＴＶ１〜ＴＶ３  第１のスイッチ
ＴＨ１〜ＴＨ３  第２のスイッチ
１６−１〜１６−３  水平信号線
【図１】
0005104098.tif 000002
【図２】
0005104098.tif 000003
【図３】
0005104098.tif 000004
【図４】
0005104098.tif 000005
【図５】
0005104098.tif 000006
【図６】
0005104098.tif 000007
【図７】
0005104098.tif 000008
【図８】
0005104098.tif 000009
【図９】
0005104098.tif 000010
【図１０】
0005104098.tif 000011
【図１１】
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