JP2009141838A

JP2009141838A - 撮像素子

Info

Publication number: JP2009141838A
Application number: JP2007318121A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tominaga; 秀樹冨永
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】回路機構を小さくしてノイズを低減させることができる撮像素子を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のフォトダイオード１が共有し、かつ、信号電荷を互いに加算して読み出す第１読み出し回路と、これらフォトダイオード１ごとにそれぞれ有し、かつ、信号電荷を互いに独立して読み出す第２読み出し回路と、第１読み出し回路または第２読み出し回路のいずれか一方を選択して切り換えるように構成するとともに、第１読み出し回路および第２読み出し回路を、フローティングディフュージョン４，５とソースフォロワ増幅器２，３と読み出し用ゲート６，７とでそれぞれ構成し、各フォトダイオード１に隣接して、第１読み出し回路用の読み出し用ゲート６と第２読み出し回路用の読み出し用ゲート７とをそれぞれ配設することで、回路機構を小さくしてノイズを低減させることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させて撮像を行う撮像素子に関する。

従来のＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)構造からなるＣＭＯＳイメージセンサで高速読み出しを行う場合、読み出し周波数が上がるのに従って読み出し領域を制限して、読み出すピクセル（画素）の数を減らしていく。このように読み出し周波数が上げれば読み出し領域が制限されるので、光学系の倍率が上がり、感度が相対的に低くなる。

そこで、読み出し周波数が上がった場合に読み出し領域を制限するのではなく、複数個の近傍ピクセルにそれぞれ対応したフォトダイオードをグルーピングして信号電荷を加算して、１個のメタピクセルとして扱う。加算方法として、スイッチＳＷ１０，ＳＷ１１，ＳＷ１２を介して複数の画素の容量ＣＨ間を共通に接続する撮像装置がある（例えば、特許文献１参照）。通常に読み出す場合には、スイッチＳＷ１０，ＳＷ１１，ＳＷ１２をＯＦＦ状態にして、容量ＣＨに蓄積された信号電荷をそれぞれ独立して読み出す。加算して読み出す場合には、スイッチＳＷ１０，ＳＷ１１，ＳＷ１２をＯＮ状態にして、容量ＣＨに蓄積された信号電荷を互いに加算して読み出す。

このように高速読み出し時には解像度が減る点では従来技術と変わりがないが、読み出し領域を制限せずに全有効ピクセルを使用するので光学系の倍率が低速読み出し時と変わらない。また、メタピクセル内で信号電荷を加算するので、感度はメタピクセル内のピクセルの数倍に増感され、ピクセルの数分の一のメタピクセルを読み出すので、ピクセルの数倍に高速に読み出すことができる。特許文献１のように４つのピクセルで１つのメタピクセルを構築する場合には、感度は４倍に増感され、４倍に高速に読み出すことができる。したがって、高感度あるいは高速読み出しが必要なときにはグルーピングされた複数個の近傍ピクセルにそれぞれ対応したフォトダイオードの信号電荷を互いに加算して読み出し、解像度が必要なときには複数個の近傍ピクセルにそれぞれ対応したフォトダイオードの信号電荷をそれぞれ独立して読み出せばよい。また、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)型固体撮像素子においても、信号電荷を加算する手法がある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−９００３号公報（第１−６頁、図１，４−６）特開２００４−８０７４５号公報（第１，２，４−１８頁、図２−１３）

しかしながら、特許文献１のような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。すなわち、特許文献１の場合には、通常に（加算しないで）読み出す場合にも、加算して読み出す場合にも、アンプＡｍｐ１や電流源Ｉ１やスイッチＳＷ１や容量ＣＨを共通して用いている。したがって、メタピクセルが共有している素子は上述したスイッチングＳＷ１０，ＳＷ１１，ＳＷ１２のみで、それ以外の素子は各々のピクセルごとに備えられているものである。このようなことから、全体の素子の数が多く、回路機構が大きくなってしまう。また、信号電荷が通過する素子の数が多いのでノイズが増えてしまう。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、回路機構を小さくしてノイズを低減させることができる撮像素子を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させる光電変換手段と、その光電変換手段から発生した信号電荷を読み出す読み出し手段とを備えることで、前記光電変換手段によって信号電荷を発生させて、その信号電荷を前記読み出し手段によって読み出して撮像を行う撮像素子であって、複数の前記光電変換手段が共有し、かつ、これら光電変換手段からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して読み出す第１読み出し回路と、これら光電変換手段ごとにそれぞれ有し、かつ、各光電変換手段から発生した信号電荷を互いに独立して読み出す第２読み出し回路と、前記第１読み出し回路または第２読み出し回路のいずれか一方を選択して切り換える切り換え手段とで前記読み出し手段を構成するとともに、前記第１読み出し回路および第２読み出し回路を、前記光電変換手段から発生した前記信号電荷を一時的に記憶するフローティングディフュージョンと、そのフローティングディフュージョンに一時的に記憶された信号電荷に基づく増幅を行うソースフォロワ増幅器と、前記光電変換手段から前記フローティングディフュージョンへの読み出しを制御する読み出し用ゲートとでそれぞれ構成し、各光電変換手段に隣接して、前記第１読み出し回路用の前記読み出し用ゲートと前記第２読み出し回路用の前記読み出し用ゲートとをそれぞれ配設することで前記切り換え手段を構成することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、光電変換手段から発生した信号電荷を読み出す読み出し手段を以下のように構成する。すなわち、複数の光電変換手段が共有し、かつ、これら光電変換手段からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して読み出す第１読み出し回路と、これら光電変換手段ごとにそれぞれ有し、かつ、各光電変換手段から発生した信号電荷を互いに独立して読み出す第２読み出し回路と、第１読み出し回路または第２読み出し回路のいずれか一方を選択して切り換える切り換え手段とで読み出し手段を構成する。上述した第１読み出し回路および第２読み出し回路を、光電変換手段から発生した信号電荷を一時的に記憶するフローティングディフュージョンと、そのフローティングディフュージョンに一時的に記憶された信号電荷に基づく増幅を行うソースフォロワ増幅器と、光電変換手段からフローティングディフュージョンへの読み出しを制御する読み出し用ゲートとでそれぞれ構成する。そして、各光電変換手段に隣接して、第１読み出し回路用の読み出し用ゲートと第２読み出し回路用の読み出し用ゲートとをそれぞれ配設することで上述した切り換え手段を構成する。

このように、第１読み出し回路を複数の光電変換手段が共有した分だけ全体の素子の数を減らすことができて、回路機構を小さくすることができる。また、信号電荷を互いに加算して読み出す場合には、光電変換手段から第１読み出し回路内の読み出し用ゲート，フローティングディフュージョン，ソースフォロワ増幅器を経て読み出され、信号電荷を互いに独立して読み出す場合には、光電変換手段から第２読み出し回路内の読み出し用ゲート，フローティングディフュージョン，ソースフォロワ増幅器を経て読み出されるので、信号電荷が通過する素子の数を減らすことができて、ノイズを低減させることができる。その結果、回路機構を小さくしてノイズを低減させることができる。

上述した発明では、例えば、高感度あるいは高速読み出しが必要なときには上述した切り換え手段によって第１読み出し回路を選択して切り換え、複数の光電変換手段からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して第１読み出し回路は読み出す（請求項２に記載の発明）。すなわち、高感度あるいは高速読み出しが必要なときには信号電荷を互いに加算して読み出すので、感度は加算された光電変換手段の数倍に増感され、加算された光電変換手段の数倍に高速に読み出すことができる。

上述した発明では、例えば、解像度が必要なときには上述した切り換え手段によって第２読み出し回路を選択して切り換え、複数の各光電変換手段からそれぞれ発生した信号電荷を互いに独立して各第２読み出し回路は読み出す（請求項３に記載の発明）。すなわち、解像度が必要なときには信号電荷を互いに独立して読み出すので、読み出される光電変換手段の数が減ることなく解像度を保つことができる。

この発明に係る撮像素子によれば、複数の光電変換手段が共有し、かつ、これら光電変換手段からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して読み出す第１読み出し回路と、これら光電変換手段ごとにそれぞれ有し、かつ、各光電変換手段から発生した信号電荷を互いに独立して読み出す第２読み出し回路と、第１読み出し回路または第２読み出し回路のいずれか一方を選択して切り換える切り換え手段とで読み出し手段を構成するとともに、第１読み出し回路および第２読み出し回路を、光電変換手段から発生した信号電荷を一時的に記憶するフローティングディフュージョンと、そのフローティングディフュージョンに一時的に記憶された信号電荷に基づく増幅を行うソースフォロワ増幅器と、光電変換手段からフローティングディフュージョンへの読み出しを制御する読み出し用ゲートとでそれぞれ構成し、各光電変換手段に隣接して、第１読み出し回路用の読み出し用ゲートと第２読み出し回路用の読み出し用ゲートとをそれぞれ配設することで上述した切り換え手段を構成することで、回路機構を小さくしてノイズを低減させることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係る撮像素子の概略平面図であり、図２は、実施例に係る撮像素子のフォトダイオードの断面図およびその周辺の回路図であり、図３（ａ）は、実施例に係る撮像素子の回路図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の比較のための従来の撮像素子の回路図である。

実施例に係る撮像素子は、図１に示すように、入射光（被写体の光学像）を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させる４つのフォトダイオード１（図１では「ＰＤ」で表記）と、信号電荷に応じた電位を増幅させる５つのソースフォロワ増幅器２，３（図１では「ＳＦ_１」、「ＳＦ_２」で表記）とを格子状に配設して構成されている。５つのソースフォロワ増幅器２，３のうち、図１の中央部にある１つのソースフォロワ増幅器を第１ソースフォロワ増幅器２（図１ではＳＦ_１）とするとともに、図１の外周部にある４つのソースフォロワ増幅器を第２ソースフォロワ増幅器３（図１ではＳＦ_２）とする。フォトダイオード１は、この発明における光電変換手段に相当し、ソースフォロワ増幅器２，３は、この発明におけるソースフォロワ増幅器に相当する。

各フォトダイオード１と、これらに隣接して、かつ中央部にある第１ソースフォロワ増幅器２（図１ではＳＦ_１）との間には、信号電荷を一時的に記憶する第１フローティングディフュージョン４を合計２つ分配設するとともに、各フォトダイオード１と、それに隣接して、かつ外周部にある第２ソースフォロワ増幅器３（図１ではＳＦ_２）との間には、信号電荷を一時的に記憶する第２フローティングディフュージョン５をそれぞれ配設している。フローティングディフュージョン４，５は、この発明におけるフローティングディフュージョンに相当する。

各フォトダイオード１と第１フローティングディフュージョン４との間には、信号ＭＴＸ（図２を参照）を印加するための第１読み出し用ゲート６を合計２つ分配設するとともに、各フォトダイオード１と第２フローティングディフュージョン５との間には、信号ＴＸ（図２を参照）を印加するための第２読み出し用ゲート７をそれぞれ配設している。信号ＭＴＸ（図２を参照）を２つの第１読み出し用ゲート６にともに印加するために、金属配線８を介して２つの第１読み出し用ゲート６を互いに電気的に接続する。また、信号ＴＸ（図２を参照）をフォトダイオード１ごとの各第２読み出し用ゲート７にそれぞれ印加するために、金属配線９（図２を参照）を介して各第２読み出し用ゲート７を互いに電気的に接続する。読み出し用ゲート６，７は、この発明における読み出し用ゲートに相当する。

上述したフォトダイオード１は、図２に示すように、Ｐ型シリコン基盤１１（図２では「Ｐ−ｓｕｂ」で表記）、それにＮ型イオン（図２では「ｎ」で表記）が拡散されたｎ−ｗｅｌｌ領域１２およびそれに高濃度のＰ型イオンがさらに拡散された埋め込みチャネル１３を備えた埋め込みフォトダイオードで構成されている。フォトダイオード１の第１ソースフォロワ増幅器２側には、Ｐ型シリコン基盤１１に高濃度のN型イオン（図２では「ｎ^＋」で表記）が拡散された電荷注入拡散層、すなわち上述した第１フローティングディフュージョン４が形成されている。他方、フォトダイオード１の第２ソースフォロワ増幅器３側には、Ｐ型シリコン基盤１１に高濃度のN型イオン（図２では「ｎ^＋」で表記）が拡散された電荷注入拡散層、すなわち上述した第２フローティングディフュージョン５が形成されている。

フォトダイオード１と第１フローティングディフュージョン４との間には、Ｐ型シリコン基盤１１に電極を形成することで上述した第１読み出し用ゲート６を配設する。この電極に上述した金属配線８を電気的に接続することで、第１読み出し用ゲート６に信号ＭＴＸを印加する。他方、フォトダイオード１と第２フローティングディフュージョン５との間には、Ｐ型シリコン基盤１１に電極を形成することで上述した第２読み出し用ゲート７を配設する。この電極に上述した金属配線９を電気的に接続することで、第２読み出し用ゲート７に信号ＴＸを印加する。

上述した第１ソースフォロワ増幅器２は、３つのＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ２１〜２３で構成されている。ＭＯＳトランジスタ２１は、上述した第１フローティングディフュージョン４および電源電圧ＶＤＤに電気的に接続され、信号ＭＲＸをゲートに印加したリセットゲートで構成されている。ＭＯＳトランジスタ２２は、上述した電源電圧ＶＤＤおよびＭＯＳトランジスタ２３に電気的に接続され、上述したＭＯＳトランジスタ２１がゲートに電気的に接続されている。ＭＯＳトランジスタ２３は、信号ＭＲＳをゲートに印加したロウセレクタで構成されている。

他方、上述した第２ソースフォロワ増幅器３も、３つのＭＯＳトランジスタ３１〜３３で構成されている。ＭＯＳトランジスタ３１は、上述した第２フローティングディフュージョン５および電源電圧ＶＤＤに電気的に接続され、信号ＲＸをゲートに印加したリセットゲートで構成されている。ＭＯＳトランジスタ３２は、上述した電源電圧ＶＤＤおよびＭＯＳトランジスタ３３に電気的に接続され、上述したＭＯＳトランジスタ３１がゲートに電気的に接続されている。ＭＯＳトランジスタ３３は、信号ＲＳをゲートに印加したロウセレクタで構成されている。

次に、本実施例の撮像素子の回路全体について、従来のＣＭＯＳイメージセンサを備えた撮像素子と比較しながら、図３を参照して説明する。

従来の加算しないタイプのＣＭＯＳイメージセンサを備えた場合には、図３（ｂ）に示すように、フォトダイオード１から発生した信号電荷を一時的に記憶するフローティングディフュージョン５と、そのフローティングディフュージョン５に一時的に記憶された信号電荷に基づく増幅を行うソースフォロワ増幅器３と、フォトダイオード１からフローティングディフュージョン５への読み出しを制御する読み出し用ゲート７とで構成された読み出し回路ＲＤがフォトダイオード１ごとにそれぞれ有している。なお、読み出し回路ＲＤの出力はカラムライン（列）ＣＬに接続されて、カラムラインＣＬ上に読み出される。

それに対して、本実施例の加算するタイプのＣＭＯＳイメージセンサを備えた場合には、図３（ａ）に示すように、第１フローティングディフュージョン４と第１ソースフォロワ増幅器２と第１読み出し用ゲート６とで構成された第１読み出し回路ＲＤ_１を４つのフォトダイオード１が共有している。そして、第２フローティングディフュージョン５と第２ソースフォロワ増幅器３と第２読み出し用ゲート７とで構成された第２読み出し回路ＲＤ_２をフォトダイオード１ごとにそれぞれ有している。なお、第１読み出し回路ＲＤ_１や第２読み出し回路ＲＤ_２の出力はカラムラインＣＬに接続されて、加算されない場合も加算される場合もカラムラインＣＬ上に読み出される。第１読み出し回路ＲＤ_１は、この発明における第１読み出し回路に相当し、第２読み出し回路ＲＤ_２は、この発明における第２読み出し回路に相当する。

つまり、フォトダイオード１に隣接して、第１読み出し回路ＲＤ_１用の第１読み出し用ゲート６と第２読み出し回路ＲＤ_２用の第２読み出し用ゲート７とをそれぞれ配設しており、第２読み出し用ゲート７は各々のフォトダイオード１ごとに独立して電気的に接続されているが、第１読み出し用ゲート６はこれら４つのフォトダイオード１に電気的に接続されている。また、信号ＭＴＸまたはＴＸのいずれか一方を印加することで、第１読み出し用ゲート６または第２読み出し用ゲート７のいずれか一方が選択されて切り換えられる。すなわち、信号ＭＴＸを第１読み出し用ゲート６に印加することで第１読み出し用ゲート６が選択されて、信号ＴＸを第２読み出し用ゲート７に印加することで第２読み出し用ゲート７が選択される。したがって、第１読み出し用ゲート６と第２読み出し用ゲート７とをそれぞれ配設することで、第１読み出し回路ＲＤ_１または第２読み出し回路ＲＤ_２のいずれか一方を選択して切り換える切り換え部が構成されることになる。第１読み出し用ゲート６と第２読み出し用ゲート７とは、この発明における切り換え手段にも相当する。

低速読み出し時で解像度が必要なときには第２読み出し用ゲート７をＯＮにして第２読み出し回路ＲＤ_２を選択して切り換え、４つのフォトダイオード１からそれぞれ発生した信号電荷を互いに独立して各第２読み出し回路ＲＤ_２は読み出す。具体的には、信号ＲＸをＯＮ・ＯＦＦにすることでリセットゲート用のＭＯＳトランジスタ３１（図２を参照）のリセットゲートをＯＮ・ＯＦＦにして第２フローティングディフュージョン５をリセットして、第２フローティングディフュージョン５の電位をフローティング（すなわち浮いた状態）にする。そして、各信号ＲＳ（ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３，ＲＳ４）を逐次に印加することで、ロウセレクタ用のＭＯＳトランジスタ３３（図２を参照）のゲートを逐次にＯＮにしてリセットノイズを読み出す。次に、信号ＴＸをＯＮ・ＯＦＦにすることで第２読み出し用ゲート７をＯＮ・ＯＦＦにしてフォトダイオード１から発生した信号電荷を第２フローティングディフュージョン５に送り込む。この第２フローティングディフュージョン５によって、フローティングの第２フローティングディフュージョン５の電位が変化する。信号電荷による第２フローティングディフュージョン５の電位の変化は、送り込まれた信号電荷に比例する。この電位変化を第２ソースフォロワ増幅器３が増幅させつつ、各信号ＲＳ（ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３，ＲＳ４）を逐次に印加することで、ロウセレクタ用のＭＯＳトランジスタ３３のゲートを逐次にＯＮにして信号およびリセットノイズを読み出す。最後に信号処理でリセットノイズを除算して、ピクセルにそれぞれ対応したフォトダイオード１の信号を得る。

高感度あるいは高速読み出しが必要なときには第１読み出し用ゲート６をＯＮにして第１読み出し回路ＲＤ_１を選択して切り換え、４つのフォトダイオード１からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して第１読み出し回路ＲＤ_１は読み出す。具体的には、第２読み出し用ゲート７のときと同様に、信号ＭＲＸをＯＮ・ＯＦＦにして第１フローティングディフュージョン４をリセットした後、信号ＭＲＳを印加してリセットノイズを読み出す。次に、信号ＭＴＸをＯＮ・ＯＦＦにして各フォトダイオード１から発生した信号電荷を互いに加算して第１フローティングディフュージョン４に送り込む。その後、信号電荷による電位変化を第１ソースフォロワ増幅器２が増幅させつつ、信号ＭＲＳを印加して信号およびリセットノイズを読み出す。最後に信号処理でリセットノイズを除算して、メタピクセルに対応した４つのフォトダイオード１の信号を得る。

上述した撮像素子によれば、フォトダイオード１から発生した信号電荷を読み出す読み出し部（この発明における読み出し手段に相当）を以下のように構成する。すなわち、複数（本実施例では４つ）のフォトダイオード１が共有し、かつ、これらフォトダイオード１からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して読み出す第１読み出し回路ＲＤ_１と、これらフォトダイオード１ごとにそれぞれ有し、かつ、各フォトダイオード１から発生した信号電荷を互いに独立して読み出す第２読み出し回路ＲＤ_２と、第１読み出し回路ＲＤ_１または第２読み出し回路ＲＤ_２のいずれか一方を選択して切り換える切り換え部とで読み出し部を構成する。上述した第１読み出し回路ＲＤ_１および第２読み出し回路ＲＤ_２を、フォトダイオード１から発生した信号電荷を一時的に記憶するフローティングディフュージョン４，５と、そのフローティングディフュージョン４，５に一時的に記憶された信号電荷に基づく増幅を行うソースフォロワ増幅器２，３と、フォトダイオード１からフローティングディフュージョン４，５への読み出しを制御する読み出し用ゲート６，７とでそれぞれ構成する。そして、各フォトダイオード１に隣接して、第１読み出し回路ＲＤ_１用の第１読み出し用ゲート６と第２読み出し回路ＲＤ_２用の第２読み出し用ゲート７とをそれぞれ配設することで上述した切り換え部を構成する。

このように、第１読み出し回路ＲＤ_１を複数のフォトダイオード１が共有した分だけ全体の素子の数を減らすことができて、回路機構を小さくすることができる。また、信号電荷を互いに加算して読み出す場合には、フォトダイオード１から第１読み出し回路ＲＤ_１内の第１読み出し用ゲート６，第１フローティングディフュージョン４，第１ソースフォロワ増幅器２を経て読み出され、信号電荷を互いに独立して読み出す場合には、フォトダイオード１から第２読み出し回路ＲＤ_２内の第２読み出し用ゲート７，第２フローティングディフュージョン５，第２ソースフォロワ増幅器３を経て読み出されるので、信号電荷が通過する素子の数を減らすことができて、ノイズを低減させることができる。その結果、回路機構を小さくしてノイズを低減させることができる。

高感度あるいは高速読み出しが必要なときには上述した切り換え部によって第１読み出し回路ＲＤ_１を選択して切り換え、複数のフォトダイオード１からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して第１読み出し回路ＲＤ_１は読み出す。すなわち、高感度あるいは高速読み出しが必要なときには信号電荷を互いに加算して読み出すので、感度は加算されたフォトダイオード１の数倍（実施例では４倍）に増感され、加算されたフォトダイオード１の数倍（実施例では４倍）に高速に読み出すことができる。

解像度が必要なときには上述した切り換え部によって第２読み出し回路ＲＤ_２を選択して切り換え、複数の各フォトダイオード１からそれぞれ発生した信号電荷を互いに独立して各第２読み出し回路ＲＤ_２は読み出す。すなわち、解像度が必要なときには信号電荷を互いに独立して読み出すので、読み出されるフォトダイオード１の数が減ることなく解像度を保つことができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、光電変換手段としてフォトダイオードを例に採って説明したが、フォトゲートを替わりに用いてもよい。

（２）上述した実施例では、４つの光電変換手段（実施例ではフォトダイオード）を例に採って説明したが、光電変換手段の数が複数であれば特に限定されない。

実施例に係る撮像素子の概略平面図である。実施例に係る撮像素子のフォトダイオードの断面図およびその周辺の回路図である。（ａ）は、実施例に係る撮像素子の回路図であり、（ｂ）は、（ａ）の比較のための従来の撮像素子の回路図である。

符号の説明

１ … フォトダイオード
２ … 第１ソースフォロワ増幅器
３ … 第２ソースフォロワ増幅器
４ … 第１フローティングディフュージョン
５ … 第２フローティングディフュージョン
６ … 第１読み出し用ゲート
７ … 第２読み出し用ゲート
ＲＤ_１ … 第１読み出し回路
ＲＤ_２ … 第２読み出し回路

Claims

入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させる光電変換手段と、その光電変換手段から発生した信号電荷を読み出す読み出し手段とを備えることで、前記光電変換手段によって信号電荷を発生させて、その信号電荷を前記読み出し手段によって読み出して撮像を行う撮像素子であって、複数の前記光電変換手段が共有し、かつ、これら光電変換手段からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して読み出す第１読み出し回路と、これら光電変換手段ごとにそれぞれ有し、かつ、各光電変換手段から発生した信号電荷を互いに独立して読み出す第２読み出し回路と、前記第１読み出し回路または第２読み出し回路のいずれか一方を選択して切り換える切り換え手段とで前記読み出し手段を構成するとともに、前記第１読み出し回路および第２読み出し回路を、前記光電変換手段から発生した前記信号電荷を一時的に記憶するフローティングディフュージョンと、そのフローティングディフュージョンに一時的に記憶された信号電荷に基づく増幅を行うソースフォロワ増幅器と、前記光電変換手段から前記フローティングディフュージョンへの読み出しを制御する読み出し用ゲートとでそれぞれ構成し、各光電変換手段に隣接して、前記第１読み出し回路用の前記読み出し用ゲートと前記第２読み出し回路用の前記読み出し用ゲートとをそれぞれ配設することで前記切り換え手段を構成することを特徴とする撮像素子。
請求項１に記載の撮像素子において、高感度あるいは高速読み出しが必要なときには前記切り換え手段によって前記第１読み出し回路を選択して切り換え、複数の前記光電変換手段からそれぞれ発生した信号電荷を互いに加算して第１読み出し回路は読み出すことを特徴とする撮像素子。
請求項１に記載の撮像素子において、解像度が必要なときには前記切り換え手段によって前記第２読み出し回路を選択して切り換え、複数の各前記光電変換手段からそれぞれ発生した信号電荷を互いに独立して各前記第２読み出し回路は読み出すことを特徴とする撮像素子。