(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光した光により発生した電荷を蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した電荷を転送する第１の転送手段と、転送された前記電荷を記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に発生した電位に対応した信号を出力する第１の出力手段と、前記第１の記憶手段の電圧を所定値に初期化する初期化手段とを備える複数の画素セルと、
前記複数の画素セルの前記第１の転送手段を同時に動作させる手段と、
前記複数の画素セルの前記初期化手段を同時に動作させる手段と、
列毎に前記画素セルの信号出力を受ける複数の第１の出力線と、
前記複数の画素セルの出力信号を記憶する複数の第２の記憶手段と、
前記複数の第１の出力線を介して、前記各信号を前記複数の第２の記憶手段の各々に選択的に転送する複数の第２の転送手段と、
前記第１の転送手段と前記出力手段と前記複数の第２の転送手段とを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子において、前記第１の転送手段と前記初期化手段は、連動して前記光電変換手段の電荷を初期化することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像素子において、
前記複数の第２の記憶手段の電位を時分割で出力する複数の第２の出力手段と、
列毎に前記複数の第２の出力手段の出力を受ける複数の第２の出力線と、
を更に備え、
前記制御手段は前記複数の第２の出力手段を更に制御することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記複数の第２の出力線の信号を記憶する複数の第３の記憶手段と、
該複数の第３の記憶手段の電位を時分割で出力する複数の第３の出力手段と、
該複数の第３の出力手段の出力を受ける第３の出力線と、
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４に記載の固体撮像素子において、前記第３の記憶手段と、前記第３の出力手段とが同一列に複数あり、前記第３の出力線が複数あり、前記複数の第２の出力線の信号の各々を前記複数の第３の記憶手段の各々に選択的に転送する複数の第３の転送手段を更に備え、前記制御手段は前記複数の第３の転送手段を更に制御することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項６】
請求項５に記載の固体撮像素子において、前記複数の第３の出力線の信号の差分をとる差分手段を更に備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像素子と、ストロボ発光手段とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射した映像光の信号を出力する固体撮像素子、及びそれを用いた固体撮像装置に関する。固体撮像装置は、ビデオカメラなどに使用される。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来例１による固体撮像素子について説明する。
【０００３】
図６は、従来例１による固体撮像素子の回路ブロック図である。図を参照すると、１０１は入射した光により電荷を発生する光検出素子としてのフォトダイオード、１０２は浮遊拡散領域、１０３はフォトダイオード１０１で発生した電荷を浮遊拡散領域１０２に転送するための転送用トランジスタ、１０４は浮遊拡散領域１０２で蓄積した電荷を放電するためのリセット用トランジスタ、１０５、１０６、１０７はアンプ用トランジスタ、１０８はリセット時に浮遊拡散領域に発生した電圧を記憶するためのコンデンサ、１０９は動作時に浮遊拡散領域に発生した電圧を記憶するためのコンデンサ、１１０はアンプとコンデンサ１０８とを接続するスイッチ用トランジスタ、１１１はアンプとコンデンサ１０９とを接続するスイッチ用トランジスタ、１１２はコンデンサ１０８、１０９を放電させるためのコンデンサ放電用トランジスタ、１１３、１１４はバッファ、１１５、１１６は各々コンデンサ１０８、１０９の電圧を他の列のコンデンサと切り換えてバッファ１１３、１１４へ供給するためのスイッチ用トランジスタ、１１７、１１８は各々バッファ１１３、１１４の入力電圧をリセットするためのリセット用トランジスタ、１１９、１２０は水平出力線、１２１は垂直走査回路、１２２は水平走査回路である。なお、トランジスタ１０５、１０６、１０７より構成されるアンプは、トランジスタ１０６、１０７がＯＮであるときにのみソースフォロワ型のアンプとして働く。また、フォトダイオード１０１、拡散浮遊領域１０２、トランジスタ１０３、１０４、１０５、１０６は１つの画素を形成する。
【０００４】
図７は、図６に示す固体撮像素子の動作タイミングチャートである。図６、７を参照しながら、図６に示す固体撮像素子の動作を説明する。
【０００５】
まず、時刻Ｔ８０１において、端子２に垂直走査スタートパルスが入力され、端子３に垂直走査パルスが入力されることにより第１行が選択され、信号２０ａがＨＩＧＨになる（不図示）。また、端子８にはＨＩＧＨパルスが入力され浮遊拡散領域１０２がリセットされる。更に、端子１１、１２、１３が同時にＨＩＧＨになり、コンデンサ１０８、１０９がリセットされる。時刻Ｔ８０２において、端子８のリセットパルスがＬＯＷに変化することにより、浮遊拡散領域１０２が電気的に浮遊状態になる。時刻Ｔ８０３において、端子１０にＨＩＧＨパルスが加わり、同時に端子１２にもＨＩＧＨパルスが加わり、コンデンサ１０８に浮遊拡散領域１０２のリセット直後の電圧（リセット電圧）が読み出される。時刻Ｔ８０４において、端子９にＨＩＧＨパルスが加わり、フォトダイオード１０１で発生した電荷が浮遊拡散領域１０２に転送される。時刻Ｔ８０５において、端子１０と端子１３にＨＩＧＨパルスが加わり、浮遊拡散領域１０２の電圧（信号電圧＋リセット電圧）がコンデンサ１０９に読み出される。時刻Ｔ８０６において、端子１４の電圧がＨＩＧＨからＬＯＷに変化し、水平出力線１１９、１２０がリセットされる。同時に、端子５に水平走査スタートパルスが入力され、端子６に水平走査パルスが入力され、各列のコンデンサよりなるラインメモリからの信号の読み出しが開始する。端子１４への入力信号レベルを水平走査パルスと逆相で動かすのは、各列のコンデンサの干渉を防止するためである。端子１６からは各列のリセット電圧が順次出力され、端子１７からは各列の信号電圧とリセット電圧との和が順次出力される。両出力の差を後段に備えられる差分手段でとることにより、画素間でばらつくリセット電圧が取り除かれた信号電圧を得ることができる。従って、リセット電圧のばらつきによるノイズ成分が取り除かれたＳ／Ｎの良い出力を得ることができる。
【０００６】
フォトダイオード１０１は、時刻Ｔ８０４においてフォトダイオード１０１から浮遊拡散領域１０２への電荷の転送が行われた時点でリセットされ、端子９の信号レベルがＬＯＷになって転送が終了した時点で、そのリセットが終了し、入射する光による電荷の蓄積を再開する。この蓄積は次のフレーム周期に時刻Ｔ８０４になるまで継続する。
【０００７】
端子３、８、９、１０、１１、１２、１３、５、６、１４に入力される信号は、時刻Ｔ８０１から時刻Ｔ８０１Ｂまでのパターンを時刻Ｔ８０１Ｂ以降も繰り返す。また、図８も参照すると、垂直走査回路１２１の動作により、第１ライン期間のみに信号２０ａがＨＩＧＨであり、順次、第２ライン期間のみに信号２０ｂがＨＩＧＨ、第３ライン期間のみに信号２０ｃがＨＩＧＨとなる。従って、ゲート群１２３の介在により、端子８、９、１０に供給される信号は、第１ライン期間では第１ラインのみに有効となり、第２ライン期間では第２ラインのみに有効となり、第３ライン期間では第３ラインのみに有効となり、以下同様に続く。
【０００８】
従って、出力端子１６、１７から出力される信号は、ライン毎に順次シフトしていくタイミングでフォトダイオードに蓄積されたとものとなる。この方式をローリングシャッタ方式という。
【０００９】
また、浮遊拡散領域１０２はフォトダイオード１０１から電荷の転送を受けてからリセットされるまでの間、転送された電荷を保持するのでメモりとして機能する。
【００１０】
次に、従来例２について説明する。
【００１１】
図９は、従来例２による固体撮像素子の回路ブロック図である。図６に示す従来例１と同一の部分には同一の番号を付して重複する説明は省略する。なお、ゲート群１２３は異なった記号で表しているが同一のものである。従来例２においては、端子９からの信号を受けるゲート群１２３の要素の出力端子と転送用トランジスタ１０３のゲートとの間に論理和ゲート１２４が挿入される。
【００１２】
図１０は、図９に示す固体撮像素子の動作タイミングチャートである。図９、１０を参照しながら、図９に示す固体撮像素子の動作を説明する。
【００１３】
時刻Ｔ８０１において、端子８と端子１９にＨＩＧＨパルスが印加され、全画素の浮遊拡散領域１０２がリセットされるとともに、全画素のフォトダイオード１０１がリセットされる。リセットの終了後に、全画素のフォトダイオード１０１の入射光による電荷の蓄積動作が開始する。時刻Ｔ８０２において、再び端子１９にＨＩＧＨパルスが印可され、全画素のフォトダイオード１０１で蓄積された電荷が浮遊拡散領域１０２に転送される。このＨＩＧＨパルスがＬＯＷになった後には、浮遊拡散領域１０２に転送された電荷は保持される。時刻Ｔ８０３において、端子２に垂直走査スタートパルスが入力され、端子３に垂直走査パルスが入力されることにより第１行が選択され、信号２０ａがＨＩＧＨになる（不図示）。また、時刻Ｔ９０３において、端子１１、１２、１３にＨＩＧＨパルスが印加され、コンデンサ１０８、１０９がリセットされる。時刻Ｔ９０４において、端子１０と端子１２にＨＩＧＨパルスが印加され、浮遊拡散領域１０２のフォトダイオードから（信号電圧＋リセット電圧）がコンデンサ１１０に読み出される。時刻Ｔ９０５において、端子８にＨＩＧＨパルスが印加され、浮遊拡散領域１０２がリセットされる。時刻Ｔ９０６において、端子１０と端子１３にＨＩＧＨパルスが印加され、浮遊拡散領域１０２のリセット電圧がコンデンサ１０９に読み出される。時刻Ｔ９０６において、端子１４の電圧がＨＩＧＨからＬＯＷに変化し、水平出力線１１９、１２０がリセットされる。同時に、端子５に水平走査スタートパルスが入力され、端子６に水平走査パルスが入力され、各列のコンデンサよりなるラインメモリからの信号の読み出しが開始する。端子１４への入力信号レベルを水平走査パルスと逆相で動かすのは、各列のコンデンサの干渉を防止するためである。端子１６からは各列のリセット電圧が順次出力され、端子１７からは各列の信号電圧とリセット電圧との和が順次出力される。両出力の差を後段に備えられる差分手段でとることにより、画素間でばらつくリセット電圧が取り除かれた信号電圧を得ることができる。従って、リセット電圧のばらつきによるノイズ成分が取り除かれたＳ／Ｎの良い出力を得ることができる。
【００１４】
時刻Ｔ９０３から時刻Ｔ９０３Ｂの間の期間における第１ラインについての動作は、従来例１と同様に、時刻Ｔ９０３Ｂ以降も順次第２ライン以降について行われ、出力端子１６、１７からは、各ラインの信号が順次出力される。
【００１５】
なお、従来例２の方式を、高速シャッタ方式という。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１では、被写体が高速に移動する場合に、画像の上部の内容と画面の下部の内容がずれてしまい、画像が歪んでしまうという問題がある。また、被写体にストロボ光を照射して、ストロボ撮影をしようとする際には、画面の上部と画面の下部とで被写体の明度が異なってしまうという問題がある。
【００１７】
従来例２は、全画素の信号を時刻３０１から時刻３０２の間にフォトダイオード１０１で蓄積された電荷によるものとすることにより、従来例１の上記の２つの問題を解決するものであるが、以下に述べるような問題点を持つ。
【００１８】
図１１は各画素の断面図である。図において、１０１は図９に示すフォトダイオード、１０２は図９に示す浮遊拡散領域、１０３は図９に示す転送用トランジスタ、１３０はウェル、１３１は遮蔽板である。ｈνは光である。画素に入射する光のなかには、図示するように、斜め方向から入射してフォトダイオード１０１の浮遊拡散領域１０２の近傍や浮遊拡散領域１０２に達するものがある。フォトダイオード１０１の浮遊拡散領域１０２の近傍で入射する光により発生した電荷の一部は転送用トランジスタ１０３を迂回して浮遊拡散領域１０２に移動する。また、浮遊拡散領域１０２に入射する光により電荷が発生する。従って、時刻３０３においてフォトダイオード１０１から浮遊拡散領域１０２に電荷を転送した後でも、時間の経過とともに浮遊拡散領域１０２の電荷は増加していく。従って、浮遊拡散領域１０２の蓄積電荷を上方のラインの画素から下方のラインの画素の順序で１フレーム時間にわたり読み出す従来例２では、上記の原因によるノイズ信号は、下方のラインに進むに従って大きくなり、このことにより出力する画像信号にスミアが発生していた。
【００１９】
本発明は上記の問題を解決するもので、被写体が高速に移動する場合でも、画像の上部の内容と画面の下部の内容がずれない固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明は、ストロボ撮影する場合でも、画面の上部の明度が下画面の部の明度と異なってしまうことがない固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００２１】
更に、本発明は、フォトダイオードの電荷の転送を受けた後の浮遊拡散領域の電荷の変動によるスミアの無い信号を出力する固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００２２】
更に、本発明は、ストロボ光の受光のみによる被写体の画像信号が得られる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明による固体撮像素子は、受光した光により発生した電荷を蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段で発生した電荷を転送する第１の転送手段と、転送された前記電荷を記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に発生した電位に対応した信号を出力する第１の出力手段と、前記第１の記憶手段の電圧を所定値に初期化する初期化手段とを備える複数の画素セルと、前記複数の画素セルの前記第１の転送手段を同時に動作させる手段と、前記複数の画素セルの前記初期化手段を同時に動作させる手段と、列毎に前記画素セルの信号出力を受ける複数の第１の出力線と、前記複数の画素セルの出力信号を記憶する複数の第２の記憶手段と、前記複数の第１の出力線を介して、前記各信号を前記複数の第２の記憶手段の各々に選択的に転送する複数の第２の転送手段と、前記第１の転送手段と前記出力手段と前記複数の第２の転送手段とを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明による固体撮像素子は、上記の固体撮像素子において、前記第１の転送手段と前記初期化手段は、連動して前記光電変換手段の電荷を初期化することを特徴とする。
【００２５】
更に、本発明による固体撮像素子は、上記の固体撮像素子において、前記複数の第２の記憶手段の電位を時分割で出力する複数の第２の出力手段と、列毎に前記複数の第２の出力手段の出力を受ける複数の第２の出力線と、を更に備え、前記制御手段は前記複数の第２の出力手段を更に制御することを特徴とする。
【００２６】
更に、本発明による固体撮像素子は、上記の固体撮像素子において、前記複数の第２の出力線の信号を記憶する複数の第３の記憶手段と、該複数の第３の記憶手段の電位を時分割で出力する複数の第３の出力手段と、該複数の第３の出力手段の出力を受ける第３の出力線と、を備えることを特徴とする。
【００２７】
更に、本発明による固体撮像素子は、上記の固体撮像素子において、前記第３の記憶手段と、前記第３の出力手段とが同一列に複数あり、前記第３の出力線が複数あり、前記複数の第２の出力線の信号の各々を前記複数の第３の記憶手段の各々に選択的に転送する複数の第３の転送手段を更に備え、前記制御手段は前記複数の第３の転送手段を更に制御することを特徴とする。
【００２８】
更に、本発明による固体撮像素子は、上記の固体撮像素子において、前記複数の第３の出力線の信号の差分をとる差分手段を更に備えることを特徴とする。
【００２９】
本発明による固体撮像装置は、上記の固体撮像素子と、ストロボ発光手段とを備えることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は、実施形態１による固体撮像素子の回路ブロック図である。
図を参照すると、１０１は入射した光により電荷を発生する光検出素子としてのフォトダイオード、１０２は浮遊拡散領域、１０３はフォトダイオード１０１で発生した電荷を浮遊拡散領域１０２に転送するための転送用トランジスタ、１０４は浮遊拡散領域１０２で蓄積した電荷を放電するためのリセット用トランジスタ、１０５、１０６、１０７はアンプ用トランジスタ、１０８Ｂは浮遊拡散領域に発生した電圧を記憶するための第１のコンデンサ、１０９Ｂは浮遊拡散領域に発生した電圧を記憶するための第２のコンデンサ、１１０はアンプとコンデンサ１０８Ｂとを接続するスイッチ用トランジスタ、１１１はアンプとコンデンサ１０９Ｂとを接続するスイッチ用トランジスタ、１１２はコンデンサ１０８Ｂ、１０９Ｂを放電させるためのコンデンサ放電用トランジスタ、１１３、１１４はバッファ、１１５、１１６は各々コンデンサ１０８Ｂ、１０９Ｂの電圧を他の列のコンデンサと切り換えてバッファ１１３、１１４へ供給するためのスイッチ用トランジスタ、１１７、１１８は各々バッファ１１３、１１４の入力電圧をリセットするためのリセット用トランジスタ、１１９、１２０は水平出力線、１２１は垂直走査回路、１２２は第１の水平走査回路である。なお、トランジスタ１０５、１０６、１０７より構成されるアンプは、トランジスタ１０６、１０７がＯＮであるときにのみソースフォロワ型のアンプとして働く。また、フォトダイオード１０１、拡散浮遊領域１０２、トランジスタ１０３、１０４、１０５、１０６は１つの画素を形成する。
【００３２】
また、本実施形態においては、従来例２と同様に、端子９からの信号を受けるゲート群１２３の要素の出力端子と転送用トランジスタ１０３のゲートとの間に論理和ゲート１２４が挿入される。
【００３３】
更に、本実施形態においては、端子８からの信号を受けるゲート群１２３の要素の出力端子とリセット用トランジスタ１０４のゲートとの間に論理和ゲート１２５が挿入される。
【００３４】
更に、本実施形態においては、転送トランジスタ用１４０、出力イネーブルコントロール付きのバッファ１４１、第２の垂直走査回路１４２、第２のゲート群１４３が追加される。そして、転送トランジスタ１４０とバッファ１４１との間には全画素のメモリとしての拡散浮遊領域１４４が形成される。
【００３５】
図２は本実施形態による固体撮像素子の構成を示すブロック図である。図１に示す固体撮像素子の構成を示すブロック図に比べ、バッファ１４１の構成を具体的に示した点が異なる。図２において、バッファ１４１はトランジスタ１４１ａとトランジスタ１４１ｂより構成される。
【００３６】
図３は、図１に示す固体撮像素子の動作タイミングチャートである。図１、３を参照しながら、図１に示す固体撮像素子の動作を説明する。
【００３７】
時刻Ｔ１０１において、端子１９と端子２６にＨＩＧＨパルスが印加され、全画素の浮遊拡散領域１０２がリセットされるとともに、全画素のフォトダイオード１０１がリセットされる。リセットの終了後に、全画素のフォトダイオード１０１の入射光による電荷の蓄積動作が開始する。時刻Ｔ１０２において、再び端子１９にＨＩＧＨパルスが印可され、全画素のフォトダイオード１０１で蓄積された電荷が浮遊拡散領域１０２に転送される。時刻Ｔ１０３において、端子２と端子２５に垂直走査スタートパルスが入力され、端子３と端子２１に垂直走査パルスが入力されることにより第１行が選択され、信号２０ａ、２６ａがＨＩＧＨになる（不図示）。時刻Ｔ１０４において、端子１０と端子２４にＨＩＧＨパルスが印加され、保持されている第１ラインにつての拡散浮遊容量１０２の電圧が拡散浮遊容量１４４に転送される。時刻Ｔ１０５からは、信号２０ｂと信号２６ｂがＨＩＧＨとなり、第２ラインについての拡散浮遊容量１０２から拡散領域１４４への電圧の転送が行われ、時刻Ｔ１０６からは、信号２０ｃと信号２６ｃがＨＩＧＨとなり、第３ラインについての拡散浮遊容量１０２から拡散領域１４４への電圧の転送が行われる。
【００３８】
この転送が終了した時点で、全画素についての拡散浮遊容量１０２から拡散浮遊容量１４４への電圧の転送が終了する。また、この転送は端子１６、１７から出力信号を出すための水平方向の転送を伴わないので短時間で実行される。
【００３９】
次に、時刻Ｔ１０７において、端子２と端子２５に垂直走査スタートパルスが入力され、端子３と端子２１に垂直走査パルスが入力されることにより第１行が選択され、信号２０ａ、２６ａがＨＩＧＨになる（不図示）。同時に、端子８にＨＩＧＨパルスが印可され、第１ラインの浮遊拡散領域１０２がリセットされる。時刻Ｔ１０８において、端子１１、１２、１３にＨＩＧＨパルスが印加され、第１のコンデンサ１０８Ｂと第２のコンデンサ１０９Ｂとがリセットされる。時刻Ｔ１０９において、端子１２、２３にＨＩＧＨパルスが印加され、第１のコンデンサ１０８Ｂに浮遊拡散領域１４４の電圧、即ち、信号電圧にリセット電圧を加えた電圧、が読み出される。時刻１１０において、端子１０、２４にＨＩＧＨパルスが印加され、浮遊拡散領域１０２の電圧が浮遊拡散領域１４４に転送される。このときの浮遊拡散領域１０２の電圧はリセット後間もないためスミアが殆ど混入していないリセット電圧である。時刻１１１において、端子１３、２３にＨＩＧＨパルスが印加され、第２のコンデンサ１０９Ｂに浮遊拡散領域１４４の電圧、即ち、リセット電圧、が読み出される。時刻Ｔ１１２において、端子１４の電圧がＨＩＧＨからＬＯＷに変化し、水平出力線１１９、１２０がリセットされる。同時に、端子５に水平走査スタートパルスが入力され、端子６に水平走査パルスが入力され、各列のコンデンサよりなるラインメモリからの信号の読み出しが開始する。端子１４への入力信号レベルを水平走査パルスと逆相で動かすのは、各列のコンデンサの干渉を防止するためである。端子１６からは各列の信号電圧とリセット電圧との和が順次出力され、端子１７からは各列のリセット電圧が順次出力される。両出力の差を後段に備えられる差分手段１２６でとることにより、画素間でばらつくリセット電圧が取り除かれた信号電圧を得ることができる。従って、リセット電圧のばらつきによるノイズ成分が取り除かれたＳ／Ｎの良い出力を得ることができる。
【００４０】
時刻Ｔ１０７Ｂ以降は、順次、信号２０ｂと２６ｂ、信号２０ｃと２６ｃがＨＩＧＨになり、ゲート群１２３とゲート群１４３の動作により、第１ラインについておこなわれた時刻Ｔ１０７から時刻１０７Ｂまでの動作が、第２ライン、第３ラインについて引き続き行われる。
【００４１】
第１ラインの信号を端子１６、１７から出力するのを開始してから、第３ラインの信号を端子１６、１７から出力するのが終了するまでは、通常のフレーム読み出しと同一の時間がかかるが、浮遊拡散領域１４４には光が漏れ込まず、また、浮遊拡散領域１４４はフォトダイオード１０１とは別のウエルに形成されるので、浮遊拡散領域１４４の電圧は、変動せずに保持される。従って、端子１６からはスミアが含まれない信号が出力される。
【００４２】
また、各ラインの画素のリセット電圧も、ライン毎に浮遊拡散領域１０２をリセットした直後に浮遊拡散領域１４４に転送されてから水平方向に読み出されるので、端子１７からはスミアが含まれない信号が出力される。
【００４３】
端子１６からの出力信号と端子１７からの出力信号とは差動回路（不図示）に入力される。従って、差動回路の出力端子からは画素間でばらつくリセット電圧が無くなり、スミアが含まれない画像出力信号を得ることができる。
【００４４】
なお、浮遊拡散領域１４４の信号の読み出し方法は本実施形態のラインメモリを使用して１ラインづつ読み出す方法以外にも、例えば縦２画素×横２画素の２次元ブロック単位で読み出す方法などの他の方法もある。
【００４５】
［実施形態２］
実施形態２における固体撮像素子の構成は図１に示す実施形態１における固体撮像素子の構成と同一である。実施形態２は、実施形態１と用途及び動作タイミングが異なる。
【００４６】
図４は、本実施形態における固体撮像素子の動作タイミングを表すタイミング図である。本実施形態の時刻Ｔ２０１から時刻２０６までの動作は、実施形態１の時刻Ｔ１０１から時刻１０６までの動作と同一であるので重複する説明は省略する。但し、時刻Ｔ２０１から時刻２０２までの間に撮像される被写体を第１の被写体とする。
【００４７】
時刻Ｔ２０７から時刻Ｔ２０８までの間は、撮像素子は第２の被写体を撮像する。即ち、時刻Ｔ２０７において、端子１９と端子２６にＨＩＧＨパルスが印加され、浮遊拡散領域１０２とフォトダイオード１０１がリセットされ、時刻２０８において、端子１９にＨＩＧＨパルスが印加され、時刻Ｔ２０７から時刻２０８までの間に撮像した画像による信号が浮遊拡散領域１０２に転送される。
【００４８】
次に、時刻Ｔ２０９において、端子２と端子２５に垂直走査スタートパルスが入力され、端子３と端子２１に垂直走査パルスが入力されることにより第１行が選択され、信号２０ａ、２６ａがＨＩＧＨになる（不図示）。時刻Ｔ２１０において、端子１１、１２、１３にＨＩＧＨパルスが印加され、第１のコンデンサ１０８Ｂと第２のコンデンサ１０９とがリセットされる。時刻Ｔ２１１において、端子１２、２３にＨＩＧＨパルスが印加され、第１のコンデンサ１０８Ｂに浮遊拡散領域１４４の電圧、即ち、第１の被写体による信号電圧にリセット電圧を加えた電圧、が読み出される。時刻２１２において、端子１０、２４にＨＩＧＨパルスが印加され、浮遊拡散領域１０２の電圧が浮遊拡散領域１４４に転送される。このときの浮遊拡散領域１０２の電圧はリセット後間もないためスミアが殆ど混入していない第２の被写体による信号電圧にリセット電圧を加えた電圧である。時刻２１３において、端子１３、２３にＨＩＧＨパルスが印加され、第２のコンデンサ１０９Ｂに浮遊拡散領域１４４の電圧、即ち、スミアが殆ど混入していない第２の被写体による信号電圧にリセット電圧を加えた電圧、が読み出される。時刻Ｔ２１４において、端子１４の電圧がＨＩＧＨからＬＯＷに変化し、水平出力線１１９、１２０がリセットされる。同時に、端子５に水平走査スタートパルスが入力され、端子６に水平走査パルスが入力され、各列のコンデンサよりなるラインメモリからの信号の読み出しが開始する。端子１４への入力信号レベルを水平走査パルスと逆相で動かすのは、各列のコンデンサの干渉を防止するためである。端子１６からは各列の第１の被写体による信号電圧にリセット電圧を加えた電圧が順次出力され、端子１７からは各列の第２の被写体による信号電圧にリセット電圧を加えた電圧が順次出力される。両出力の差を後段に備えられる差分手段１２６でとることにより、第１の被写体による信号電圧から第２の被写体による信号電圧を差し引いた信号電圧を得ることができる。また、差分手段１２６の極性を反転することにより第２の被写体による信号電圧から第１の被写体による信号電圧を差し引いた信号電圧を得ることができる。従って、リセット電圧のばらつきによるノイズ成分が取り除かれたＳ／Ｎの良い出力を得ることができる。
【００４９】
時刻Ｔ２０９Ｂ以降は、順次、信号２０ｂと２６ｂ、信号２０ｃと２６ｃがＨＩＧＨになり、ゲート群１２３とゲート群１４３の動作により、第１ラインについておこなわれた時刻Ｔ２０９から時刻２０９Ｂまでの動作が、第２ライン、第３ラインについて引き続き行われる。
【００５０】
本実施形態による固体撮像素子を備えた撮像装置が、ストロボを備え、第１の被写体を撮影するときにストロボ発光をして、差分手段１２６により第１の被写体の信号から第２の被写体の信号を差し引くことにより、ストロボ撮影した被写体の明度から外光撮影した被写体の明度を差し引いた画像信号を得ることができる。この画像信号はリセット電圧のばらつきが相殺されて、リセット電圧のばらつきによるノイズが混入していないものとなる。
【００５１】
また、本実施形態による固体撮像素子を備えた撮像装置が、ストロボを備え、第２の被写体を撮影するときにストロボ発光をして、差分手段１２６により第２の被写体の信号から第１の被写体の信号を差し引くことにより、ストロボ撮影した被写体の明度から外光撮影した被写体の明度を差し引いた画像信号を得ることができる。この画像信号はリセット電圧のばらつきが相殺されて、リセット電圧のばらつきによるノイズが混入していないものとなる。
【００５２】
［実施形態３］
実施形態３は固体撮像素子の各画素の構成の種々の実施形態を示すものである。図５は、実施形態３による画素の構成を示す等価回路図である。
【００５３】
図５（ａ）に示す画素は、実施形態１、２による画素と同一である。この画素のフォトダイオードと全てのトランジスタがＮ−ＭＯＳタイプである。
【００５４】
図５（ｂ）に示す画素は、トランジスタ１０６がトランジスタ１０５ｂに置き換えられたものである。これは、図５（ａ）の画素と同じ動作をする。
【００５５】
図５（ｃ）に示す画素は、トランジスタ１０４が削除されたものである。この画素の場合には、メモリとしての浮遊拡散領域が形成されない。
【００５６】
図５（ｄ）に示す画素のフォトダイオードと全てのトランジスタはＰ−ＭＯＳタイプである。これは、図５（ａ）に示す画素の極性が反転したものとしてみることができる。
【００５７】
図５（ｅ）に示す画素は、図５（ａ）に示す画素のフォトダイオードをフォトゲートに置き換えたものである。フォトゲートのフォトキャリア（電荷）の蓄積／読み出しはゲート電圧により制御される。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、全画素が同一の時間に受光した光より画像信号を形成しているので、被写体が高速に移動する場合でも、画像の上部の内容と画面の下部の内容がずれない。
【００５９】
また、本発明によれば、全画素が同一の時間に受光した光より画像信号を形成しているので、ストロボ撮影する場合でも、画面の上部の明度が下画面の部の明度と異なってしまうことがない。
【００６０】
更に、本発明によれば、フォトダイオードに隣接する浮遊拡散領域に転送されたフォトダイオードの電荷は、画像信号を出力する前に高速にメモリに転送されるので、フォトダイオードの電荷の転送を受けた後の浮遊拡散領域の電荷の変動によるスミアの無い信号を出力することができる。
【００６１】
更に、本発明によれば、外光に加えてストロボ光を受けている時の被写体の画像信号から外光のみを受けているときの被写体の画像信号を差し引いた画像信号が得られるので、ストロボ光のみの受光よる被写体の画像信号が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による固体撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１による固体撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態１による固体撮像素子の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態２による固体撮像素子の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態３による固体撮像素子の画素の等価回路図である。
【図６】従来例１による固体撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図７】従来例１による固体撮像素子の動作タイミングを示す第１のタイミングチャートである。
【図８】従来例１による固体撮像素子の動作タイミングを示す第２のタイミングチャートである。
【図９】従来例２による固体撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来例２による固体撮像素子の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明及び従来例における画素の一部の断面図である。
【符号の説明】
１０１  フォトダイオード
１０２、１４４  浮遊拡散領域
１０３  転送用トランジスタ
１０４  リセット用トランジスタ
１０５、１０６、１０７アンプ用トランジスタ
１０８Ｂ、１０９Ｂ  コンデンサ
１１０、１１１  スイッチ用トランジスタ
１１２  コンデンサ放電用トランジスタ
１１３、１１４  バッファ
１１５、１１６  スイッチ用トランジスタ
１１７、１１８  リセット用トランジスタ
１１９、１２０  水平出力線
１２１，１４２  垂直走査回路
１２２  水平走査回路
１２３、１４３  ゲート群
１４０  転送用トランジスタ
１４１  バッファ
【図１】
0003792894.tif 000002
【図２】
0003792894.tif 000003
【図３】
0003792894.tif 000004
【図４】
0003792894.tif 000005
【図５】
0003792894.tif 000006
【図６】
0003792894.tif 000007
【図７】
0003792894.tif 000008
【図８】
0003792894.tif 000009
【図９】
0003792894.tif 000010
【図１０】
0003792894.tif 000011
【図１１】
0003792894.tif 000012