(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基本セル群を含む固体撮像装置であって、  
各基本セル群が複数の基本セルを含み、
各基本セルは、異なる色成分を持つ複数の画素と、該複数の画素から信号を選択して出力する第１の選択手段とを含み、
前記固体撮像装置は、前記基本セルごとに設けられていて前記第１の選択手段から出力された信号を保持する保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線のいずれかを選択し、前記保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第２の選択手段と、を備え、
前記第１の選択手段は、前記基本セル群ごとに異なる色成分の信号を出力する固体撮像装置。
【請求項２】
前記保持手段を第２の保持手段としたときに、前記基本セルは、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第１の保持手段をさらに有し、前記第１の選択手段は前記複数の第１の保持手段に保持された信号を選択し出力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】
前記複数の画素が、それぞれ列状に、かつ前記列方向と異なる方向に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記異なる色成分がそれぞれ、赤色、緑色、青色の各色成分であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の選択手段は出力する信号を増幅する増幅手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は複数の基本セル群を含み、
各基本セル群が複数の基本セルを含み、
各基本セルは、異なる色成分を持つ複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第１の保持手段と、前記複数の第１の保持手段に保持された信号を選択し出力する第１の選択手段とを含み、
前記固体撮像装置は、前記基本セルごとに設けられていて前記第１の選択手段から出力された信号を保持する第２の保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線のいずれかを選択し、前記第２の保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第２の選択手段と、を備え、
前記第１及び第２の選択手段の選択する色信号が基本セル群ごとに異なり、前記駆動方法は、
前記画素に蓄積された信号を前記第１の保持手段に転送する第１の垂直転送工程と、
前記第１の選択手段が前記基本セル群ごとに異なる色成分の信号を保持する前記第１の保持手段を選択し、保持された信号を前記第２の保持手段に転送する第２の垂直転送工程と、
前記第２の選択手段が、自身が接続されている前記第２の保持手段が保持している色成分の信号に対応した前記共通出力線と、自身が接続されている前記第２の保持手段とを接続し、各基本セル群において、各第２の保持手段に保持された信号を、前記第２の選択手段によって接続された前記共通出力線へ基本セルごとに順次出力する第１の水平転送工程とを含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は複数の基本セル群を含み、
各基本セル群が複数の小基本セル群を含み、
各小基本セル群が複数の基本セルを含み、
各基本セルは、異なる色成分を持つ複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第１の保持手段と、前記複数の第１の保持手段に保持された信号を選択し出力する第１の選択手段とを含み、
前記固体撮像装置は、前記基本セルごとに設けられていて前記第１の選択手段から出力された信号を保持する第２の保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線のいずれかを選択し、前記第２の保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第２の選択手段と、を備え、
前記第１及び第２の選択手段の選択する色信号が基本セル群ごとに異なり、
前記駆動方法は、
前記画素に蓄積された信号を前記第１の保持手段に転送する第１の垂直転送工程と、
前記第１の選択手段が前記基本セル群ごとに異なる色成分の前記第１の保持手段を選択し、保持された信号を前記第２の保持手段に転送する第２の垂直転送工程と、
前記第２の選択手段が、自身が接続されている前記第２の保持手段が保持している色成分の信号に対応した前記共通出力線と、自身が接続されている前記第２の保持手段とを接続し、各基本セル群において、各第２の保持手段に保持された信号を、前記第２の選択手段によって接続された前記共通出力線へ基本セルごとに順次出力する第１の水平転送工程とを含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
前記複数の画素がマトリクス状に配置されており、
前記基本セルが、複数列の全行分の画素を持ち、前記基本セル内の列数と同数の前記第１の保持手段を持ち、かつ列ごとの前記画素が一つの前記第１の保持手段に接続されている請求項６又は７に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
前記第１の水平転送のうち、最終の第１の水平転送を行っている際に、擬似的な第２の垂直転送を行うことを特徴とする、請求項７に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置を有することを特徴とするカメラ。
【請求項１１】
請求項１から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置を有することを特徴とする複写機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やスキャナ等の画像読取装置に用いられる固体撮像装置およびその駆動方法、及びその固体撮像装置を用いたカメラと複写機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やスキャナ等の画像読取装置に用いられている固体撮像装置として、特にカラー画像を読み取るため、例えば特許文献１に示される固体撮像装置がある。この固体撮像装置は特許文献１の図１に示すように、異なる複数の色成分を読み出すフォトダイオードを備え、かつそれぞれのフォトダイオードに対応した蓄積容量を持った固体撮像装置である。
【０００３】
特許文献２においては、共通出力線が１本の場合を示しているが、色成分ごとに信号を出力する場合は、例えば特許文献２の図１２に示すような構成の固体撮像装置もある。
【０００４】
特にカラー複写機等においては、特許文献３の図４に示すように、固体撮像装置後段に各色ごとに固有の増幅ゲインを持った増幅回路を接続する場合がある。
【０００５】
従ってこれに対応するためには、複数の共通出力線で出力する構成でかつ各共通出力線からは１色成分のみ出力される構成である必要がある。特許文献２あるいは特許文献３の構成の場合、複数の共通出力線から並列に信号出力を行うため、読み出し時間は特許文献１の構成と比較して並列数分だけ早く読み出すことが可能である。
【０００６】
これらの固体撮像装置において、蓄積容量から信号を読み出す際は、共通出力線の全容量と、蓄積容量との容量分割比に応じたゲインに従って、信号転送スイッチを介して信号が読み出されていく。共通出力線の容量値をＣＨ、蓄積容量値をＣＴとすると、読み出しゲインＧｃは、Ｇｃ=ＣＴ/(ＣＴ+ＣＨ)で表される。読み出しゲインＧｃは必ず１未満の値となるため、損なわれたゲインを補償するため、後段の出力回路で1以上のゲインを掛けて出力することも行なわれる。
【０００７】
上記した構成に加え、さらにＳ／Ｎ比向上といった性能向上が必要な場合は、特許文献４に示された構成などを取る場合がある。特許文献４の図８に示されている構成は、蓄積容量を画素毎に２系統持つことにより、フォトダイオードと電荷−電圧変換部で生じたノイズ成分を除去することが可能となる。或いは特許文献４の図４に示されている構成は、画素毎に垂直転送部に増幅回路を持っている。この構成を取ることで、低速動作を行う垂直転送部で増幅することで、高速動作を行う出力回路で増幅することと比較して、低ノイズ化を実現できる。さらに特許文献４の図１の構成を取ることで、フォトダイオードと電荷−電圧変換部で生じたノイズ成分を除去しつつ、低速動作回路で増幅することにより、さらなる低ノイズ化を実現することが可能となる。
【０００８】
上述したこれらの固体撮像装置の場合、蓄積容量から共通出力線へ容量分割読み出しを行うため、必ず１以下のゲインで読み出される。さらに複写機等で用いられる例えばＡ４版ヨコの原稿を６００ＤＰＩで読み取る固体撮像装置の場合、１０μｍピッチで約７５００個の画素が並んだラインセンサーとなる。この場合、共通出力線は約７．５ｃｍの長さのとなり、ここに最大約７５００画素分の信号転送スイッチが接続されることとなり、共通出力線の容量値ＣＨは大きな値となる。そのため読み出しゲインＧｃを稼ぐためには、蓄積容量値ＣＴを大きくするか、後段の出力回路を高ゲインに設定する必要がある。しかし後者の方法に頼ると、高速動作回路で高ゲインを掛けることとなり、Ｓ／Ｎ比を劣化させてしまうため、通常蓄積容量値ＣＴを大きく取る場合が多い。
【０００９】
半導体プロセスと回路サイズにも依存するが、例えば共通出力線容量ＣＨに１５ｐＦの容量がついたと仮定すると、Ｇｃ＝１／５の場合は、蓄積容量値としてＣＴ=０．３ｐF、Ｇｃ=１／３の場合は、同ＣＴ=０．５ｐFが必要となる。例えば容量をMOS型容量で形成する場合、１０μｍピッチで配置される蓄積容量の長さは、酸化膜厚150Åの場合で、それぞれ２４１．３μｍ、１４４．８μｍとなる。ただし容量素子間の分離スペースとして１μｍを仮定している。
【特許文献１】特開２００６−２１１３６３号公報
【特許文献２】特開平０６−２０４４４５号公報
【特許文献３】特開２００３−０８７５０３号公報
【特許文献４】特開２００３−０５１９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
１枚のシリコンウエハから取れるチップ数を増やして製造コストを削減するために、チップサイズを縮小する試みが従来から行われている。チップサイズの縮小手法として、半導体プロセスの微細化によって実現する方法の他に、占有面積の大きな回路素子を複数の構成要素で共有し素子数を削減するといった回路的工夫で実現する方法もある。特に上述した固体撮像装置においては、各構成要素の中で蓄積容量のサイズが一般的に大きいため、例えばこの蓄積容量を複数の画素で共有することで、蓄積容量の総数を減らし、その占有面積を削減することで、チップサイズを縮小することが有効である。
【００１１】
上述の方法で例えば特許文献２の構成の蓄積容量を共有化する場合、例えば同列内の異なる色成分の画素同士で蓄積容量を共有化することが考えられる。しかしながらこの場合一回の走査で読み出すことのできる画素数は、
（全画素数）／（１個の蓄積容量を共有化している画素数）
である。従って全画素分の信号を読み出すためには複数回の走査を行う必要があり、従来の構成と比較してトータルの読み出し時間が、おおよそ（１個の蓄積容量を共有化している画素数）倍だけ長くなってしまうという課題があった。
【００１２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされ、従来の固体撮像装置と比較して、読み出し時間を極力延ばすことなく、より小面積の固体撮像装置を実現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に本発明は、異なる色成分を持つ複数の画素と、該複数の画素から信号を選択して出力する第１の選択手段とを有する基本セルを複数備え、
複数の基本セルは複数に分割されて複数の基本セル群を構成してなる固体撮像装置であって、
前記基本セルごとに設けられ、前記第１の選択手段から出力された信号を保持する保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線を選択し、前記保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第２の選択手段と、を備え、
前記第１の選択手段は、前記基本セル群ごとに異なる色成分の信号を出力する固体撮像装置である。
【００１４】
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、異なる色成分を持つ複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第１の保持手段と、前記複数の第１の保持手段に保持された信号を選択し出力する第１の選択手段と、を有する基本セルを複数備え、
前記複数の基本セルは複数に分割されて複数の基本セル群を構成してなる固体撮像装置であって、
前記基本セルごとに設けられ、前記第１の選択手段から出力された信号を保持する第２の保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線を選択し、前記第２の保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第２の選択手段と、を備え、
前記第１及び第２の選択手段の選択する色信号が基本セル群ごとに異なる固体撮像装置の駆動方法において、以下の工程（１）、（２）を有し、該工程（２）は各色ごとに行われる固体撮像装置の駆動方法である。
【００１５】
（１）  前記画素に蓄積された信号を前記第１の保持手段に転送する第１の垂直転送工程、
（２）  各基本セル群について行われる以下の工程（イ）、（ロ）
（イ）  前記第１の選択手段が前記基本セル群ごとに異なる色成分の信号を保持する前記第１の保持手段を選択し、保持された信号を前記第２の保持手段に転送する第２の垂直転送工程
（ロ）  前記第２の選択手段が、自身が接続されている前記第２の保持手段が保持している色成分の信号に対応した前記共通出力線と、自身が接続されている前記第２の保持手段とを接続し、各基本セル群において、各第２の保持手段に保持された信号を、前記第２の選択手段によって接続された前記共通出力線へ基本セルごとに順次出力する第１の水平転送工程
また本発明の固体撮像装置の駆動方法は、異なる色成分を持つ複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を保持する複数の第１の保持手段と、前記複数の第１の保持手段に保持された信号を選択し出力する第１の選択手段と、を有する基本セルを複数備え、
前記複数の基本セルは複数に分割されて複数の基本セル群を構成し、且つ各基本セル群内の複数の基本セルは複数に分割されて複数の小基本セル群を構成してなる固体撮像装置であって、
前記基本セルごとに設けられ、前記第１の選択手段から出力された信号を保持する第２の保持手段と、
互いに異なる色成分の信号が出力される複数の共通出力線と、
前記複数の共通出力線を選択し、前記第２の保持手段に保持された信号を選択された共通出力線に出力する第２の選択手段と、を備え、
前記第１及び第２の選択手段の選択する色信号が基本セル群ごとに異なる固体撮像装置の駆動方法において、以下の工程（１）、（２）を有し、該工程（２）は各基本セル群において各色ごとに順次行われる固体撮像装置の駆動方法である。
【００１６】
（１）  前記画素に蓄積された信号を前記第１の保持手段に転送する第１の垂直転送工程、
（２）  各基本セル群の小基本セル群ごとに順次行われる以下の工程（イ）、（ロ）
（イ）  前記第１の選択手段が前記基本セル群ごとに異なる色成分の前記第１の保持手段を選択し、保持された信号を前記第２の保持手段に転送する第２の垂直転送工程
（ロ）  前記第２の選択手段が、自身が接続されている前記第２の保持手段が保持している色成分の信号に対応した前記共通出力線と、自身が接続されている前記第２の保持手段とを接続し、各基本セル群において、各第２の保持手段に保持された信号を、前記第２の選択手段によって接続された前記共通出力線へ基本セルごとに順次出力する第１の水平転送工程
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、チップ面積の縮小化と信号読み出しの高速化とを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態にかかる固体撮像装置を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の構成例であり、６ビット×３色のカラーラインセンサーを表している。図１において、１１−１〜１１−３はそれぞれ２つの基本セルを備えた基本セル群である。基本セル群１１−１は基本セル４−１−１、４−１−２からなり、基本セル群１１−２は基本セル４−２−１、４−２−２からなり、基本セル群１１−３は基本セル４−３−１、４−３−２からなる。各基本セルは、赤色，緑色，青色の光を検出する画素１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂと、画素１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂからの信号をそれぞれ保持する中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂとを有する。中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂは第１の保持手段となる。また基本セル４−１−１〜４−３−２は、第１の選択手段となる選択スイッチ３−１−１〜３−３−２をそれぞれ１つ有し、各選択スイッチは、各基本セルに設けられた中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂから保持された信号を選択して出力する。なお基本セルは本例ではＲ、Ｇ、Ｂの画素の各成分を読み出しているが、シアン，マゼンタ，イエローの画素の各成分を読み出してもよく、また四色以上の画素の各成分を読み出してもよい。四色以上の画素の各成分を読み出す場合には、中間保持手段は画素の数分設ける。ここでは、各基本セル内では各色１画素ずつの構成とする。基本セルは、本実施形態では画素とは別に選択手段、中間保持手段を備えているが、画素が中間保持手段を有する場合もある。
【００１９】
５−１〜５−６は基本セル４−１−１〜４−３−２の選択スイッチ３−１−１〜３−３−２からの信号をそれぞれ保持する保持手段である。保持手段５−１〜５−６は第２の保持手段となる。６−１〜６−３は走査回路で、走査回路６−１は保持手段５−１、５−２からの信号を順次走査し、走査回路６−２は保持手段５−３、５−４からの信号を順次走査し、走査回路６−３は保持手段５−５、５−６からの信号を順次走査する。７−１−１、７−２−１は走査回路６−１の走査信号、７−１−２、７−２−２は走査回路６−２の走査信号、７−１−３、７−２−３は走査回路６−３の走査信号である。
【００２０】
８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂは保持手段５−１〜５−６からの信号を走査信号７−１−１〜７−２−３に応じて出力する共通出力線である。共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂには画素１−Ｒからの信号、画素１−Ｇからの信号、画素１−Ｂからの信号がそれぞれ出力される。９−Ｒ，９−Ｇ，９−Ｂはゲート信号φCHRに応じて共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂを電圧ＶCHRにリセットするリセット手段となるトランジスタである。１０−Ｒ，１０−Ｇ，１０−Ｂは共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂからの信号を増幅、出力する出力回路である。１２−１−１〜１２−３−２は保持手段５−１〜５−６と接続され、保持手段５−１〜５−６からそれぞれ出力される色信号を、制御信号φCH-1、φCH-2、φCH-3に応じて、共通出力線８−Ｒ、８−Ｇ、８−Ｂに振り分けて出力する切替スイッチである。切替スイッチは第２の選択手段となる。
【００２１】
走査回路６−１〜６−３は各基本セル群１１−１〜１１−３に対応して設けられ、まず走査回路６−１〜６−３が同時に、走査信号７−１−１と７−１−２と７−１−３とによって保持手段５−１，５−３，５−５を走査する。次に、走査回路６−１〜６−３が同時に、走査信号７−２−１と７−２−２と７−２−３とによって保持手段５−２，５−４，５−６を走査する。
【００２２】
なお、図１の画素に振られた番号Ｒ１〜Ｒ６、Ｇ１〜Ｇ６、Ｂ１〜Ｂ６は、その画素のビット数を表すものとする。
【００２３】
画素１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂの構成として、例えば図２に示す構成がある。１は画素１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂの各構成を示す。図２において、２１は光電変換素子、２２はゲート信号φRESに応じて光電変換素子２１を電圧ＶRESにリセットするリセットトランジスタ、２３は光電変換素子２１の信号を受けるソースフォロワの入力トランジスタ、２４はソースフォロワの定電流回路である。定電流回路２４は例えばゲート電極が一定電圧に固定され、ドレイン電極がソースフォロワ入力トランジスタのソース電極に接続され、ソース電極が電源に接続されたＭＯＳトランジスタで実現できる。光電変換素子としては、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ上に各色のカラーフィルタを配置して構成することができる。
【００２４】
中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂとして、例えば図３に示す構成がある。２は中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂの各構成を示す。図３において、３１は中間保持容量、３２はゲート信号φCMに応じて書き込みを行う第１の書き込みスイッチである。
【００２５】
選択スイッチ３−１−１〜３−３−２の構成としては、例えば図４に示す構成がある。図４において、３−１は1番目の基本セル群１１−１に含まれる基本セル４−１−１，４−１−２内の選択スイッチ３−１―１，３−１−２の各構成を示す。また３−２は２番目の基本セル群に含まれる基本セル４−２−１，４−２−２内の選択スイッチ３−２−１，３−２−２の各構成を示す。また３−３は、３番目の基本セル群１１−３に含まれる基本セル４−３−１，４−３−２内の選択スイッチ３−３−１，３−３−２の各構成を示す。
【００２６】
図４において、４１−Ｒ，４１−Ｇ，４１−Ｂは選択トランジスタであり、Ｒ、Ｇ、Ｂの３画素分の中間保持容量３１から任意の信号をそれぞれ出力する。４２は選択トランジスタ４１−Ｒ，４１−Ｇ，４１−Ｂから出力される信号を増幅して出力する増幅手段であり、例えばソースフォロワ回路などが挙げられる。選択トランジスタ４１−Ｒ，４１−Ｇ，４１−Ｂのドレイン電極は、それぞれ各色に対応する中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂに接続されており、ソース電極は共通接続されて、増幅手段４２の入力に接続される。選択トランジスタ４１−Ｒ，４１−Ｇ，４１−Ｂのゲートには、それぞれ別の制御信号φSW1〜φSW3が配線され、この制御信号に従って任意の中間保持容量の信号が選択される。また図４では増幅手段４２を選択トランジスタ４１−Ｒ，４１−Ｇ，４１−Ｂの後段に配置しているが、その前段に配置してもかまわない。また選択スイッチ３−１（３−１−１，３−１−２）、３−２（３−２−１，３−２−２）、３−３（３−３−１，３−３−２）は制御信号φSW1〜φSW3と図に示す接続関係を持つものとする。すなわち、選択スイッチ３−１においては、制御信号φSW1が選択トランジスタ４１−Ｒのゲートに、制御信号φSW2が選択トランジスタ４１−Ｇのゲートに、制御信号φSW3が選択トランジスタ４１−Ｂのゲートに入力される。選択スイッチ３−２においては、制御信号φSW2が選択トランジスタ４１−Ｒのゲートに、制御信号φSW3が選択トランジスタ４１−Ｇのゲートに、制御信号φSW1が選択トランジスタ４１−Ｂのゲートに入力される。選択スイッチ３−３においては、制御信号φSW3が選択トランジスタ４１−Ｒのゲートに、制御信号φSW1が選択トランジスタ４１−Ｇのゲートに、制御信号φSW2が選択トランジスタ４１−Ｂのゲートに入力される。
【００２７】
これにより、基本セル群１１−１、１１−２、１１−３において、選択スイッチ３−１−１と３−２−１と３−３−１、３−１−２と３−２−２と３−３−２が、それぞれが異なる色成分の中間保持手段２−Ｒ、２−Ｇ、２−Ｂを選択することができる。
【００２８】
保持手段５−１〜５−６の構成としては、例えば図５に示す構成がある。５は保持手段５−１〜５−６の各構成を示す。保持手段の構成素子は、保持容量５１と、制御信号φCTに応じて書き込みが行われる第２の書き込みスイッチ５２と、共通出力線８−Ｒ、８−Ｇ、８−Ｂへ保持容量５１の信号を転送する転送スイッチ５３とがある。転送スイッチ５３は走査回路６−１〜６−３からの走査信号７−１−１〜７−２−３のいずれか（図中、φＳＲで示す）に応じて、信号を転送する。
【００２９】
切替スイッチ１２−１−１〜１２−３−２の構成としては、例えば図６に示す構成がある。なお、図６では共通出力線８−Ｒ、８−Ｇ、８−Ｂも示されている。図６において、１２−１は切替スイッチ１２−１―１，１２−１−２の各構成を示す。また１２−２は切替スイッチ１２−２−１，１２−２−２の各構成を示す。また１２−３は、切替スイッチ１２−３−１，１２−３−２の各構成を示す。
【００３０】
図６において、６１−Ｒ，４１−Ｇ，４１−Ｂは切替トランジスタであり、基本セルごとに設けられた保持容量５１からの信号を共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂへ切り替えて出力する。切替トランジスタ６１−Ｒ，６１−Ｇ，６１−Ｂのゲートには、それぞれ別の制御信号φCH1〜φCH3が配線され、この制御信号に従って任意の信号が選択されて共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂに出力される。切替スイッチ１２−１（１２−１−１，１２−１−２）、１２−２（１２−２−１，１２−２−２）、１２−３（１２−３−１，１２−３−２）は制御信号φCH1〜φCH3と図に示す接続関係を持つものとする。すなわち、切替スイッチ１２−１においては、制御信号φCH1が切替トランジスタ６１−Ｒのゲートに、制御信号φCH2が切替トランジスタ６１−Ｇのゲートに、制御信号φCH3が切替トランジスタ６１−Ｂのゲートに入力される。切替スイッチ１２−２においては、制御信号φCH2が切替トランジスタ６１−Ｒのゲートに、制御信号φCH3が切替トランジスタ６１−Ｇのゲートに、制御信号φCH1が切替トランジスタ６１−Ｂのゲートに入力される。切替スイッチ１２−３においては、制御信号φCH3が切替トランジスタ６１−Ｒのゲートに、制御信号φCH1が切替トランジスタ６１−Ｇのゲートに、制御信号φCH2が切替トランジスタ６１−Ｂのゲートに入力される。
【００３１】
これにより、基本セル群１１−１、１１−２、１１−３において、切替スイッチ１２−１−１と１２−２−１と１２−３−１、１２−１−２と１２−２−２と１２−３−２が、それぞれが異なる色成分の共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂを選択することができる。
【００３２】
次に本実施形態の動作について、図７のフローチャート、図８のタイミングチャートに従って説明する。
【００３３】
図７において、ステップＳ１００は画素１の全画素の信号を中間保持手段２に転送する第１の垂直転送動作を示し、この第１の垂直転送動作は図８の期間１００に行われる。
【００３４】
ステップＳ１２１は選択スイッチ３（３−１−１と３−２−１と３−３−１、３−１−２と３−２−２と３−３−２）で選択された任意の中間保持容量２−Ｒ、２−Ｇ、２−Ｂに保持された信号を保持手段５−１〜５−６に転送する第２の垂直転送動作を示す。この第２の垂直転送動作は、図８の期間１２１−１、１２１−２、１２１−３に行われる。
【００３５】
ステップＳ１２２は、保持手段５−１〜５−６に保持された信号を走査回路６−１〜６−３の走査と切替スイッチ１２−１−１〜１２−３−２の切替に応じて任意の各共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂへ並列に転送する第１の水平転送動作を示す。この第１の水平転送動作は、図８の期間１２２−１、１２２−２、１２２−３に行われる。
【００３６】
ステップＳ１２３は変数Ｘを仮定し、その変数Ｘが図７のフローチャートに従って変化した後、変数Ｘの値が色成分数（本例では３色）と同数（ＹＥＳ）か、否（ＮＯ）か、を判定し、次の動作を決定する第１の判定である。第１の判定１２３は例えば、第２の垂直転送動作（ステップＳ１２１）の回数を変数Ｘとしてカウントする第１のカウンターによって実現できる。
【００３７】
ステップＳ１２４は変数Ｚを仮定し、その変数Ｚが図７のフローチャートに従って変化した後、変数Ｚが基本セル４内の１色成分あたりの画素数（本例では１個）と同数（ＹＥＳ）か、否（ＮＯ）か、を判定し、次の動作を決定する第２の判定である。第２の判定は例えば、第１の判定１２３がＹＥＳとなった回数を変数Ｚとしてカウントする第２のカウンターとして実現できる。
【００３８】
図８に示すように、第２の垂直転送期間１２１−１、１２１−２、１２１−３に制御信号φSW1、φSW2、φSW3をそれぞれＨｉｇｈレベルとする。そうすることで、各基本セル群１１−１〜１１−３において、選択スイッチ３−１−１〜３−３−２が選択している中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂの信号を保持手段５−１〜５−６に書き込む。第１の水平転送期間１２２−１〜１２２−３においては、制御信号φCH1、φCH2、φCH3をそれぞれＨｉｇｈレベルとする。そうすることで、各保持手段５−１〜５−６を切替スイッチ１２−１−１〜１２−３−２を介して共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂへ接続し、走査回路６−１〜６−３の走査に応じて順次出力する。
【００３９】
以下、更に詳細に説明する。
【００４０】
最初に入射光を光電変換素子で蓄積する蓄積時間があり（不図示）、蓄積時間中は、光電変換素子で電気信号に変換された信号が、ソースフォロワの入力トランジスタ２３のソース電極より出力されている。
【００４１】
図８の第１の垂直転送期間１００（図７のステップＳ１００）において、制御信号φCMのＨｉｇｈレベル期間に基本セル群１１−１〜１１−３内の全画素１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂの信号を、それぞれ接続されている中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂに書き込む。そして、制御信号φCMの立下り時に信号値をホールドする。
【００４２】
次に第１、２のカウンター初期値を１と設定する（Ｘ＝Ｚ＝１）（図７のステップＳ１１０）。
【００４３】
次に、図８の第１番目の第２の垂直転送期間１２１−１に制御信号φSW1、φCTをＨｉｇｈレベルとする。そうすることで、各基本セル群１１−１〜１１−３において以下の関係で選択スイッチ３−１−１〜３−３−２が中間保持手段２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂを選択し、それぞれの保持手段５−１〜５−６に各色成分の信号を書き込む。選択スイッチ３−１−１〜３−３−２の選択は、次の通りである。
【００４４】
１１）  基本セル４−１−１、４−１−２  ⇒  Ｒ成分の中間保持手段２−Ｒ
１２）  基本セル４−２−１、４−２−２  ⇒  Ｂ成分の中間保持手段２−Ｂ
１３）  基本セル４−３−１、４−３−２  ⇒  Ｇ成分の中間保持手段２−Ｇ
また制御信号φCH1をＨｉｇｈレベルとすることで、各基本セル群に接続された保持手段５−１〜５−６と各共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂが、切替スイッチ１２−１−１〜１２−３−２を介して以下の関係で接続される。この切替動作は少なくとも次の第１の水平転送より前に完了させる。
【００４５】
２１）  保持手段５−１、５−２  ⇒  Ｒ成分の共通出力線８−Ｒ
２２）  保持手段５−３、５−４  ⇒  Ｂ成分の共通出力線８−Ｂ
２３）  保持手段５−５、５−６  ⇒  Ｇ成分の共通出力線８−Ｇ
第１番目の第２の垂直転送期間１２１−１の終了後、第１番目の第１の水平転送１２２−１として、各走査回路６−１、６−２、６−３の走査に応じ、保持手段５−１と５−３と５−５に保持された信号が、順次共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂへ出力される。その後、保持手段５−２と５−４と５−６に保持された信号が、順次共通出力線８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂへ出力される。
【００４６】
次に１番目の第１の判定１２３−１（図７のステップＳ１２３）として、Ｘ＝１で「ＮＯ」なので、第１のカウンターをカウントアップ（Ｘ＝Ｘ＋１＝２）し（図７のステップＳ１２５）、２番目の第２の垂直転送を期間１２１−２で行う。この時の選択スイッチの選択は、制御信号φSW2がＨｉｇｈレベルであるため、
３１）  基本セル４−１−１、４−１−２  ⇒  Ｇ成分の中間保持手段２−Ｇ
３２）  基本セル４−２−１、４−２−２  ⇒  Ｒ成分の中間保持手段２−Ｒ
３３）  基本セル４−３−１、４−３−２  ⇒  Ｂ成分の中間保持手段２−Ｂ
となる。
【００４７】
次に、切替スイッチの切替は、制御信号φCH2がＨｉｇｈレベルであるため、
４１）  保持手段５−１、５−２  ⇒  Ｇ成分の共通出力線８−Ｇ
４２）  保持手段５−３、５−４  ⇒  Ｒ成分の共通出力線８−Ｒ
４３）  保持手段５−５、５−６  ⇒  Ｂ成分の共通出力線８−Ｂ
という接続関係で、第２番目の第１の水平転送期間１２２−２に共通出力線から信号が読み出される。以下、第２番目の第１の判定１２３−２（ＮＯ）、カウントアップ（Ｘ＝Ｘ＋１＝３）、第３番目の第２の垂直転送が期間１２１−３に、第３番目の第１の水平転送が期間１２２−３に行われる。
【００４８】
次に第３番目の第１の判定１２３−２として、Ｘ＝３で「ＹＥＳ」となり、第２の判定１２４−１として、Ｚ＝１で「ＹＥＳ」となり、蓄積から読み出しまでの１周期が終了する。この時点で全画素の信号が読み出されたことになり、図８のＶＯＵＴ−Ｒ、Ｇ、Ｂに示されているような読み出し順となり、従来構成と同様に各共通出力線からは１色成分の信号を出力することができる。また結果として総読み出し時間は、従来構成と比較して、２、３番目の第２の垂直転送時間分のみの増加で全画素の読み出しを行うことができる。なお切替スイッチ１２−１−１〜１２−３−２がない構成の場合、これまでの説明で明らかなように、各共通出力線から1色成分の信号のみを出力することは困難である。従って本実施形態の固体撮像装置がカラー複写機等に用いられるときでも、読み出し期間中に、後段の増幅回路ゲインを可変としたり、信号経路切替スイッチを追加したりする必要がなくなる。
【００４９】
ここで光電変換素子２１をリセットする制御信号φＲＥＳは、制御信号φＣＭ以降であれば任意のタイミングでＨｉｇｈレベルとすることができる。しかし、蓄積時間を極力長く取るためにも、第１の垂直転送の直後から１番目の第１の水平転送１０２−１の直前までの間に行うことが望ましい。
【００５０】
また本実施形態の説明ではＲ、Ｇ、Ｂの３色で説明したが、任意の色成分で任意の色数で構成しても構わない。また１色あたり複数の共通出力線を持つ構成であっても構わない。その場合は、各色出力が並列に出力されることとなる。
【００５１】
また基本セル４内の１色あたりの画素数は複数であっても構わない。この場合、基本セル４が含む画素数はＸ（色）×Ｚ（個）となり、かつ１番目の第２の判定１２４−１（図７のステップＳ１２４）で「ＮＯ」となる。そして、第２のカウンターをカウントアップ（Ｚ＝Ｚ＋１＝２）し（図７のステップＳ１２６）、図７のフローチャートに従って動作を続けることとなる。
【００５２】
ここで中間保持容量３１と保持容量５１のサイズについて説明する。従来技術で説明したように、例えば共通出力線の容量値を１５ｐＦ、読み出しゲインＧｃ＝１／５とした場合、従来の構成で３ｐＦを実現するためには、保持容量サイズは９．０μｍ×１４４．８μｍ必要である。３行ラインセンサーを従来構成で実現した場合、１列あたり３色（＝３個）の画素が並んでいるため、画素幅（＝１０μｍ）に３色分の保持容量を配置する必要がある。この時の保持容量の合計サイズは、９．０μｍ×１４４．８μｍ×３個である。
【００５３】
これに対して本実施形態の場合、中間保持容量３１の容量値は読み出しゲインに影響しないため、保持容量５１ほど大きくする必要がない。例えば、ｋＴＣノイズが０．１ｍＶ以下となるよう、０．５ｐＦの中間保持容量値と仮定すると、１個の保持容量と３個の中間保持容量で、９．０μｍ×１４４．８μｍ＋９．０μｍ×２４．１μｍ×３個である。両者の長さ方向の差分を取ると、
１４４．８μｍ×３個−（１４４．８μｍ＋２４．１μｍ×３個）＝２１７．２μｍ
である。従来構成に対してこれだけチップサイズを縮小でき、複数行カラーセンサーの場合は特に効果が大きい。さらに、基本セル内の同色の画素数は１個として計算したが、これを２以上の数とした場合、より大幅なチップサイズの縮小を実現できる。
【００５４】
これまではラインセンサーとして説明してきたが、エリアセンサーの構成であってもよい。図９に構成例を示す。エリアセンサーでは、複数の画素が、それぞれ列状に、かつ前記列方向と異なる方向に、すなわち、マトリクス状に配列されている。
【００５５】
図９において、１６は行を選択する垂直走査回路であり、１行ずつ画素行を選択していく。基本セルは、複数列でかつ全行分の画素を含み、１列あたり１本の垂直出力線を持ち、列単位で垂直出力線を共有している。１行に着目した場合は、その動作はラインセンサーと同様であり、その説明は省略する。本構成例では、２列単位で保持手段を１つずつ共有する構成となっている。
【００５６】
図９において、１１−１、１１−２はそれぞれ２つの基本セルを備えた基本セル群である。基本セル群１１−１は基本セル４−１、４−２からなり、基本セル群１１−２は基本セル４−３、４−４からなる。各基本セルは、赤色，緑色，青色の光を検出する画素Ｒ，２つの画素Ｇ，画素Ｂと、画素Ｒ，Ｇ，Ｂからの信号をそれぞれ保持する中間保持手段ＣＭａ，ＣＭｂとを有する。中間保持手段ＣＭａ，ＣＭｂは第１の保持手段となる。また基本セル４−１〜４−４は、第１の選択手段となる選択スイッチ３−１〜３−４をそれぞれ１つ有し、各選択スイッチは、各基本セルに設けられた中間保持手段ＣＭａ，ＣＭｂから保持された信号を選択して出力する。
【００５７】
５−１〜５−４は基本セル４−１〜４−４の選択スイッチ３−１〜３−４からの信号をそれぞれ保持する保持手段である。保持手段５−１〜５−４は第２の保持手段となる。６は走査回路で、走査回路６は保持手段５−１〜５−４からの信号を順次走査する。
【００５８】
９−１，９−２はゲート信号φCHRに応じて共通出力線８−１，８−２を電圧ＶCHRにリセットするリセット手段となるトランジスタである。１０−１，１０−２は共通出力線８−１，８−２からの信号を増幅、出力する出力回路である。１２−１〜１２−４は保持手段５−１〜５−４と接続され、保持手段５−１〜５−４からそれぞれ出力される色信号を、制御信号φCH-1、φCH-に応じて、共通出力線８−１、８−２に振り分けて出力する切替スイッチである。切替スイッチは第２の選択手段となる。
【００５９】
図９は、１つの画素行を読み出している際に１つの水平出力線に同色の色信号が読み出される構成を示すものである。赤色，緑色，青色の光を検出する画素がベイヤ配列の場合には偶数行と奇数行とで色配置が異なるため、１つの水平出力線に対して常に同じ色が出力される構成ではない。しかし、１つの画素行の信号を読み出す際には１つの水平出力線に対して同色の信号が読み出される。
図９に示す例においては、共通の共通出力線が２本（8−1,8−2）なので、基本ユニット全体が二つの基本セル群に分割される。基本セル群の数は共通出力線の数によって適宜変更され得る。共通出力線が３本以上になった場合には、所定の画素行の信号を共通出力線に読み出す際にＲが出力される共通出力線が複数存在したり、Ｇが出力される共通出力線が複数存在することになる。この場合には走査回路ＳＲの数は更に増えることになる。また画素数が増えたとしても、基本セル群内の基本セルの数を適宜増し、第２の保持手段、切替スイッチを増やせば、シフトレジスタ６-１でＲ画素を読み出している際に、シフトレジスタ６-２でＧｂ画素を読み出すことができる。
【００６０】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態においては、複数の色成分ごとに出力する固体撮像装置において、中間保持手段と第１の選択手段を用い、かつ基本セル単位で一つの保持手段を共有し、保持手段と共通出力線の間に第２の選択手段を設け、さらに全基本セルを色数と同数の基本セル群に分割し、各基本セル群から並列に異なる色成分の信号を読み出すことで、画素ごとに保持手段を持つ従来構成と比較して、より小面積となる。また、従来構成と比較して、２、３番目の第２の垂直転送時間分のみの増加で全画素の読み出しを行うことができる。
（第２の実施形態）
図１０は本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置の構成例である。先に説明した図１と共通の構成については、同一の番号を付してその説明を省略する。
【００６１】
画素の色成分は第１の実施形態と同様にＲ、Ｇ、Ｂの３色とするが、ビット数に関しては、各色１２ビットの１２ビット×３色のカラーラインセンサーとする。
【００６２】
基本セル群は第１の実施形態と同様に、色数と同数となるように３つに分割されている。図１０では固体撮像装置を３つのユニット１００１、１００２、１００３に分けて図示しているが、説明の簡易化のために内部構成をユニット１００１のみを示している。図１３及び図１４にユニット１００２、１００３の内部構成を示す。
【００６３】
ユニット１００１、１００２、１００３の内部構成の違いは、選択スイッチと切替スイッチの構成にある。すなわち、ユニット１００１、１００２、１００３の選択スイッチ３−１−１〜３−１−４、３−２−１〜３−２―４、３−３−１〜３−３−４は図４の選択スイッチ３−１、３−２、３−３がそれぞれ対応している。またユニット１００１、１００２、１００３の切替スイッチ１２−１−１〜１２−１−４、１２−２−１〜１２−２―４、１２−３−１〜１２−３−４は図６の切替スイッチ１２−１、１２−２、１２−３がそれぞれ対応している。
【００６４】
図１０に示すように、ユニット１００１は基本セル群１１−１と、保持手段ＣＴ１〜ＣＴ４と、切替スイッチ１２−１−１〜１２−１−４と、走査回路６−１とから構成されている。
【００６５】
１３−１−１、１３−２−１は基本セル群１１−１内の全基本セル４−１−１〜４−１−４が複数（本例では２個）に分割された小基本セル群である。選択スイッチ３−１−１〜３−１−４の構成は図４の選択スイッチ３−１と同様である。しかし、小基本セル群１３−１−１内の選択スイッチには、制御信号としてφSW1-1、φSW 2-1、φSW3-1が、また小基本セル群１３−２−１内の選択スイッチには、制御信号φSW1-2、φSW 2-2、φSW3-2が入力される。同様に切替スイッチ１２−１−１〜１２−１−４の構成は図６の切替スイッチ１２−１と同様である。しかし、小基本セル群１３−１−１と対応した切替スイッチにはφCH1-1、φCH2-1、φCH3-1が、小基本セル群１３−２−１と対応した切替スイッチにはφCH1-2、φCH2-2、φCH3-2が入力される。
【００６６】
図１３に示すように、ユニット１００２は基本セル群１１−２と、保持手段ＣＴ５〜ＣＴ８と、切替スイッチ１２−２−１〜１２−２−４と、走査回路６−２とから構成されている。また、図１４に示すように、ユニット１００３は基本セル群１１−３と、保持手段ＣＴ９〜ＣＴ１２と、切替スイッチ１２−３−１〜１２−３−４と、走査回路６−３とから構成されている。
【００６７】
小基本セル群１３−１−２、１３−１−３内の選択スイッチには、それぞれ制御信号としてφSW1-1、φSW 2-1、φSW3-1が入力される。また小基本セル群１３−２−２、１３−２−３内の選択スイッチには、それぞれ制御信号φSW1-2、φSW 2-2、φSW3-2が入力される。小基本セル群１３−１−２、１３−１−３と対応した切替スイッチにはそれぞれφCH1-1、φCH2-1、φCH3-1が、小基本セル群１３−２−２、１３−２−３と対応した切替スイッチにはそれぞれφCH1-2、φCH2-2、φCH3-2が入力される。
【００６８】
次に本実施形態の動作について、図１１のフローチャート、図１２のタイミングチャートに従って説明する。
【００６９】
先に説明した図７、図８と共通の構成については、同一の番号を付してその説明を省略する。
【００７０】
図１１のステップＳ１３３は第３の判定である。この第３の判定では、変数Ｗを仮定し、その変数Ｗが図１１のフローチャートに従って変化した後、変数Ｗの値が各基本セル群内の小基本セル群の数（本例では２個）と同数（ＹＥＳ）か、否（ＮＯ）か、を判定し、次の動作を決定する。ステップＳ１３４は第４の判定である。この第４の判定では、変数Ｘを仮定し、その変数Ｘが図１１のフローチャートに従って変化した後、変数Ｘの値が色成分数（本例では３色）と同数（ＹＥＳ）か、否（ＮＯ）か、を判定し、次の動作を決定する。ステップＳ１３５は第５の判定である。この第５の判定では、変数Ｚを仮定し、その変数Ｚが図６のフローチャートに従って変化した後、変数Ｚが基本セル内の１色成分あたりの画素数（本例では１個）と同数（ＹＥＳ）か、否（ＮＯ）か、を判定し、次の動作を決定する。
【００７１】
ステップＳ１３３の第３の判定は例えば第３の垂直転送の回数を変数Ｗとして、第３のカウンターでカウントすることによって実現できる。ステップＳ１３４の第４の判定は第３の判定のＹＥＳの回数を第４のカウンターで、ステップＳ１３５の第５の判定１３５は第４の判定のＹＥＳの回数を第５のカウンターで、それぞれカウントすることで実現できる。
【００７２】
第３の垂直転送期間１３１−１に制御信号φＳＷ1-1、φCT-1をＨｉｇｈレベルにする。これによって、選択スイッチ３−１−１と３−１−２、３−２−１と３−２−２、３−３−１と３−３−２で選択された、中間保持手段CM１RとCM2R、CM5BとCM6B、CM9GとCM１0Gの信号を、保持手段CT1とCT2、CT5とCT6、CT9とCT10、に書き込む。選択スイッチ３−１−１と３−１−２、３−２−１と３−２−２、３−３−１と３−３−２は、基本セル群１１−１〜１１−３の小基本セル群１３−１−１、１３−１−２、１３−１−３に含まれる。
【００７３】
次に第３の垂直転送期間１３１−２に制御信号φＳＷ1-2、φCT-2をＨｉｇｈレベルにする。これによって、選択スイッチ３−１−３と３−１−４、３−２−３と３−２−４、３−３−３と３−３−４で選択された、中間保持手段CM3RとCM4R、CM7BとCM8B、CM11GとCM１2Gの信号を、保持手段CT3とCT4、CT7とCT8、CT11とCT12、に書き込む。選択スイッチ３−１−３と３−１−４、３−２−３と３−２−４、３−３−３と３−３−４は、基本セル群１１−１〜１１−３の小基本セル群１３−１−１、１３−１−２、１３−１−３に含まれる。
【００７４】
また第３の垂直転送期間１３１−２と並行する、第２の水平転送期間１３２−１に制御信号φＣＨ１−１をＨｉｇｈレベルとし、走査回路６−１、６−２、６−３の走査信号７−１−１、７−１−２、７−１−３を出力する。すると、小基本セル群１３−１−１、１３−１−２、１３−１−３に接続されている保時手段CT1、CT5、CT9の信号が切替スイッチ１２−１−１、１２−２−１、１２−３−１が接続している共通出力線８−Ｒ、８−Ｂ、８−Ｇへ、順次並列に出力される。続いて、走査回路６−１、６−２、６−３の走査信号７−２−１、７−２−２、７−２−３を出力する。すると、小基本セル群１３−１−１、１３−１−２、１３−１−３に接続されている保時手段CT2、CT6、CT10の信号が、切替スイッチ１２−１−２、１２−２−２、１２−３−２が接続している共通出力線８−Ｒ、８−Ｂ、８−Ｇへ、順次並列に出力する。
【００７５】
次に第２の水平転送期間１３２−２に制御信号φＣＨ１−２をＨｉｇｈレベルとし、走査回路６−１、６−２、６−３の走査信号７−３−１、７−３−２、７−３−３を出力する。すると、小基本セル群１３−２−１、１３−２−２、１３−２−３に接続されている保時手段CT3、CT7、CT11の信号が、切替スイッチ１２−１−３、１２−２−３、１２−３−３が接続している共通出力線８−Ｒ、８−Ｂ、８−Ｇへ、順次並列に出力される。続いて、走査回路６−１、６−２、６−３の走査信号７−４−１、７−４−２、７−４−３を出力する。すると、小基本セル群１３−２−１、１３−２−２、１３−２−３に接続されている保時手段CT4、CT8、CT12の信号が、切替スイッチ１２−１−４、１２−２−４、１２−３−４が接続している共通出力線８−Ｒ、８−Ｂ、８−Ｇへ、順次並列に出力する。
【００７６】
こうして、基本セル群１１−１からはＲ色の信号が、基本セル群１１−２からはＢ色の信号が、基本セル群１１−３からはＧ色の信号が、共通出力線８−Ｒ、８−Ｂ、８−Ｇへ出力されることになる。
【００７７】
その後、同様に期間１３１−３と１３１−４、期間１３２−３と１３２−４を経て、基本セル群１１−１からはＧ色の信号が、基本セル群１１−２からはＲ色の信号が、基本セル群１１−３からはＢ色の信号が、共通出力線８−Ｇ、８−Ｒ、８−Ｂへ出力される。また、同様に期間１３１−５と１３１−６、期間１３２−５と１３２−６を経て、基本セル群１１−１からはＢ色の信号が、基本セル群１１−２からはＧ色の信号が、基本セル群１１−３からはＲ色の信号が、共通出力線８−Ｂ、８−Ｇ、８−Ｒへ出力されることになる。
【００７８】
以下、図１１のフローチャートに基づいて説明を行う。
【００７９】
蓄積時間から第１の垂直転送（ステップＳ１００）までは第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００８０】
次に第３〜５のカウンター初期値を１と設定する（Ｘ＝Ｚ＝Ｗ＝１）（ステップＳ１１０）。
【００８１】
第１番目の第３の垂直転送１３１−１の期間に制御信号φＳＷ１−１（φＳＷ（Ｘ）−（Ｗ）＝φＳＷ１−１）をＨｉｇｈレベルとする。そうすることで、各基本セル群１１−１,１１−２，１１−３の1番目の小基本セル群１３−１−１，１３−１−２，１３−１−３において、以下の関係で選択スイッチ３−１−１と３−１−２、３−２−１と３−２−２、３−３−１と３−３−２が中間保持手段CM１RとCM2R、CM5BとCM6B、CM9GとCM１0Gを選択し、それぞれの保持手段CT1とCT2、CT5とCT6、CT9とCT10に各色成分の信号を書き込む（ステップＳ１３１−１）。
【００８２】
５１）  小基本セル群１３−１−１の基本セル４−１−１、４−１−２  ⇒  Ｒ成分の中間保持手段ＣＭ１Ｒ、ＣＭ２Ｒ
５２）  小基本セル群１３−１−２の基本セル４−２−１、４−２−２  ⇒  Ｂ成分の中間保持手段ＣＭ５Ｂ、ＣＭ６Ｂ
５３）  小基本セル群１３−１−３の基本セル４−３−１、４−３−２  ⇒  Ｇ成分の中間保持手段ＣＭ９Ｇ、ＣＭ１０Ｇ
次に第３の判定１３３−１（ステップＳ１３３）として、Ｗ＝１でＮＯとなり、１番目の第２の水平転送１３２−１（ステップＳ１３２−１）を行う。この時、φＣＨ１−１（φＣＨ（Ｘ）−（Ｗ）＝φＣＨ１−１））をＨｉｇｈレベルとする。こうすることで、基本セル群１１−１〜１１−３の１番目の小基本セル群１３−１−１、１３−１−２、１３−１−３において、保持手段CT1とCT2、CT5とCT6、CT9とCT10と共通出力線８−Ｒ、８−Ｂ、８−Ｇが以下の関係で切替スイッチ１２を介して接続される。
【００８３】
６１）  保持手段ＣＴ１、ＣＴ２  ⇒  Ｒ成分の共通出力線８−Ｒ
６２）  保持手段ＣＴ５、ＣＴ６  ⇒  Ｂ成分の共通出力線８−Ｂ
６３）  保持手段ＣＴ９、ＣＴ１０  ⇒  Ｇ成分の共通出力線８−Ｇ
この接続切替は少なくとも１番目の第２の水平転送期間１３２−１より前に完了させる。１番目の第２の水平転送期間１３２−１に各走査回路６−１、６−２、６−３の走査に応じて順次各保持手段ＣＴ１とＣＴ２、ＣＴ５とＣＴ６、ＣＴ９とＣＴ１０に保持された信号が、各共通出力線８−Ｒ、８−Ｂ、８−Ｇへ出力される。
【００８４】
１番目の第２の水平転送１３２−１が終了するまでの間（すなわち各走査回路の２ビット目の走査信号が出力し終わる前）に、第３のカウンターをカウントアップ（Ｗ＝Ｗ＋１）する（ステップＳ１３２−１）。２番目の垂直転送１３１−２の期間にφＳＷ１−２（φＳＷ（Ｘ）−（Ｗ）＝φＳＷ１−２）をＨｉｇｈレベルとする。そうすることで、基本セル群１１の２番目の小基本セル群１３−２−１、１３−２−２、１３−２−３において、１番目の第３の垂直転送と同様に選択スイッチ３−１−３と３−１−４、３−２−３と３−２−４、３−３−３と３−３−４が選択した中間保持手段CM3RとCM4R、CM7BとCM8B、CM11GとCM１2Gの信号を、保持手段CT3とCT4、CT7とCT8、CT11とCT12に信号を書き込む。
【００８５】
次に第３の判定１３３−１（ステップＳ１３３）に戻り、Ｗ＝２でＹＥＳとなり、第４の判定（ステップＳ１３４）は第３のＹＥＳの回数が１回なので、Ｘ＝１でＮＯとなる。そして、第２番目の水平転送期間１３２−２でφＣＨ１−２（φＣＨ（Ｘ）−（Ｗ）＝φＣＨ１−２）となり第２番目の水平転送が行われる（ステップＳ１３２−２）。次に第３のカウンターのカウントリセットがされ（Ｗ＝２）、Ｘ＝Ｘ＋１＝２へ第４のカウンターのカウントアップが行われる。その後、第３番目の垂直転送期間でφＣＳＷ１−２（φＳＷ（Ｘ）−（Ｗ）＝φＳＷ２−１）となり第３番目の垂直転送が行われる(ステップ１３１−３)。第３の判定１３３−１（ステップＳ１３３）に戻り、Ｗ＝１でＮＯとなり、前述したステップＳ１３２−１〜Ｓ１３１−２を繰り返す。そしてＷ＝２となり、ステップＳ１３４に移る。そしてＸ＝２なので、ＮＯとなる。Ｘ＝３となるまで以上の動作が繰り返される。
【００８６】
Ｘ＝３となると、ステップＳ１３５に移る。本実施形態では、基本セル内の１色の画素数を１としているので、ステップＳ１３２−３に移り、第２の水平転送を行い、１周期の画素読み出しが終了する。基本セル内の１色の画素数が２以上の場合はステップＳ１３２−４〜Ｓ１３１−４の処理を行う。
【００８７】
最終的な読み出し順は図１２のＶＯＵＴ−Ｒ、Ｇ、Ｂで示したとおりとなる。このように第１の実施形態と異なり、画素信号の第２の水平転送と同時に第３の垂直転送動作を行うため、読み出しを中断することなく読み出すことができ、結果的に従来構成と同時間で全画素の読み出し動作を行うことができる。また図１２の６番目の第２の水平転送１３２−６の間に、φＣＴ１−１とφＳＷ１−１を点線で示したようにＨｉｇｈレベルとすることで、ダミーパルスを発生させ、擬似的な第３の垂直転送を行うことも可能である。これにより各第２の水平転送１３２−１〜６において、発生させているパルス条件を揃えることで、全水平転送期間の動作を均一化することが可能となる。
【００８８】
ここで光電変換素子２１をリセットするφＲＥＳは、φＣＭ以降であれば任意のタイミングでＨｉｇｈレベルとすることができる。しかし、蓄積時間を極力長く取るためにも、第１の垂直転送の直後から１番目の第２の水平転送１０２−１の直前までの間に行うことが望ましい。
【００８９】
また本実施形態の説明ではＲ、Ｇ、Ｂの３色で説明したが、任意の色成分で任意の色数で構成しても構わない。また１色あたり複数の共通出力線を持つ構成であっても構わない。その場合は、各色出力が並列に出力されることとなる。
【００９０】
また第１の実施形態と同様に本実施形態をエリアセンサーに対しても適用することができる。
【００９１】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態においては、複数の色成分ごとに出力する固体撮像装置において、中間保持手段と選択手段を用い、かつ基本セル単位で一つの保持手段を共有している。さらに全基本セルを色数と同数の基本セル群に分割し、かつ各基本セル群を複数の小基本セル群に分割し、各基本セル群において、小基本セル群単位で水平転送と垂直転送を交互かつ同時に行っている。これらの構成により、従来と同程度の信号読み出し時間を維持しつつ、従来より小面積の固体撮像装置を実現することができる。さらに擬似的な第３の垂直転送動作を行った場合、発生させているパルス条件を揃えることで、全水平転送期間の動作を均一化することが可能となる。
（第３の実施形態）
図１５により第１、第２の実施形態で説明した固体撮像装置を用いた撮像システムについて説明する。図８に基づいて、本発明の固体撮像装置をカメラに適用した場合の例について説明する。
【００９２】
図１５において、８０１はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、８０２は被写体の光学像を固体撮像素子８０４に結像させるレンズ、８０３はレンズ８０２を通った光量を可変制御するための絞りである。８０４はレンズ８０２により結像された被写体光学像を画像信号として取り込むための固体撮像素子である。また、８０５は、固体撮像素子８０４から出力される画像信号を増幅するゲイン可変アンプ部及びゲイン値を補正するためのゲイン補正回路部等を含む撮像信号処理回路である。また、８０６は固体撮像素子８０４より出力される画像信号のアナログーディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、８０７はＡ／Ｄ変換器８０６より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部である。また、８０８は固体撮像素子８０４、撮像信号処理回路８０５、Ａ／Ｄ変換器８０６、信号処理部８０７に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部である。また、８０９は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、８１０は画像データを一時的に記憶する為のメモリ部、８１１は記録媒体に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部である。全体制御・演算部８０９は図７及び図９で示したフローに基づき処理を実行する。さらに、８１２は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、８１３は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明によれば、複写機やスキャナ等の画像読取装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】画素の構成例を示す図である。
【図３】中間保持手段の構成例を示す図である。
【図４】選択スイッチの構成例を示す図である。
【図５】保持手段の構成例を示す図である。
【図６】切替スイッチの構成及び接続例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかるフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態にかかるタイミングチャートである。
【図９】本発明の第１の実施形態にかかる別の固体撮像装置の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかるフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態にかかるタイミングチャートである。
【図１３】図１０のユニット１００２の内部構成を示す図である。
【図１４】図１０のユニット１００３の内部構成を示す図である。
【図１５】本発明による固体撮像素子を用いた撮像システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  画素
２  中間保持手段
３  選択スイッチ
４  基本セル
５  保持手段
６  走査回路
７  走査信号
８  共通出力線
９  リセット手段
１０  出力回路
１１  基本セル群
１２  切替スイッチ
１３  小基本セル群
１６  垂直走査回路
２１  光電変換素子
２２  リセットトランジスタ
２３  ソースフォロワ入力トランジスタ
２４  定電流源
３１  中間保持容量
３２  第１の書き込みスイッチ
４１  選択トランジスタ
４２  増幅手段
５１  保持容量
５２  第２の書き込みスイッチ
５３  転送スイッチ
１００  第１の垂直転送
１２１  第２の垂直転送
１２２  第１の水平転送
１２３  第１の判定
１２４  第２の判定
１３１  第３の垂直転送
１３２  第１の水平転送
１３３  第３の判定
１３４  第４の判定
１３５  第８の判定
【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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