JP2010263443A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直信号線毎に特別な回路を設けることなく、黒太陽を防止する。
【解決手段】固体撮像素子は、２次元に配置された複数の画素ＰＸと、画素ＰＸの各列に対応して設けられ画素ＰＸの出力信号が供給される垂直信号線ＶＬと、前記複数の画素ＰＸのうちの所定の各画素ＰＸからのノイズレベルの読み出し時に、前記複数の画素ＰＸのうちの当該読み出し画素ＰＸ以外の少なくとも一部の画素ＰＸを、垂直信号線ＶＬの電位が制限されるように、制御する垂直走査回路２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子に関するものである。

ＣＭＯＳ型等の固体撮像素子では、一般的に、画素からデータレベル（本来の信号レベルとノイズレベルとを含んだレベル）とノイズレベルを読み出し、両者の差分を得るＣＤＳ（相関２重サンプリング）が行われている。

このような固体撮像素子では、ノイズレベルを読み出す際に高輝度の光が入射していると、画素から出力されるノイズレベルが、本来のノイズレベルに高輝度光に基づくレベルを加えたレベルになってしまう。その結果、データレベルとノイズレベルとの間に差があまりなくなってしまい、太陽のような高輝度部分が黒く映しだされてしまう。この現象は、黒太陽などと呼ばれている。

このような現象を防止するため、下記特許文献１に開示された固体撮像素子では、画素の出力信号が供給される垂直信号線に、ノイズレベル（リセットノイズ）を所定電位に制限する特別な制御回路（特許文献１の図１中の「制御回路１４Ｂ」）を設けている。したがって、データレベルとノイズレベルとの間に入射光に応じた十分な差が得られるため、前述した現象が防止される。

特開２００４−１１２７４０号公報

しかしながら、前記従来の固体撮像素子では、黒太陽を防止するために、各垂直信号線毎に特別な制御回路を設けなければならなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、垂直信号線毎に特別な回路を設けることなく黒太陽を防止することができる固体撮像素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による固体撮像素子は、２次元に配置された複数の画素と、前記画素の各列に対応して設けられ前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、前記複数の画素のうちの所定の各画素からのノイズレベルの読み出し時に、前記複数の画素のうちの当該読み出し画素以外の少なくとも一部の画素を、前記垂直信号線の電位が制限されるように、制御する制御部と、を備えたものである。

第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記少なくとも一部の画素は、当該読み出し画素よりも先に読み出しが終了した画素であるものである。

第３の態様による固体撮像素子は、前記第１又は第２の態様において、前記少なくとも一部の画素は、当該読み出し画素から列方向に前記複数の画素の全行数の半分の行数の分だけ離れた位置よりも当該読み出し画素に対して列方向に近い画素を含むものである。

第４の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記少なくとも一部の画素は、前記制御部によって前記垂直信号線の電位が制限されるように制御されても当該読み出し画素の読み出しに支障を来さない画素のうち、当該読み出し画素に対して列方向に最も近い画素を含むものである。

第５の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記画素は、電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセットトランジスタと、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を前記垂直信号線に供給する選択トランジスタと、を有し、前記制御部は、前記リセットトランジスタに供給される電位を制御するものである。

第６の態様による固体撮像素子は、前記第５の態様において、前記画素は、光電変換部と、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転送部と、前記電荷電圧変換部の電位に応じた前記信号を出力する増幅部とを有するものである。

第７の態様による固体撮像素子は、前記第６の態様において、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２以上の所定数の画素毎に、前記電荷電圧変換部、前記増幅部及び前記選択トランジスタを共有したものである。

本発明によれば、垂直信号線毎に特別な回路を設けることなく黒太陽を防止することができる固体撮像素子を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子を示す回路図である。 図１中の１列分の画素、垂直信号線、及び定電流源の一部をなすトランジスタを詳細に示す回路図である。 図１に示す固体撮像素子の連続撮像モード時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。 比較例による固体撮像素子を示す回路図である。 図４中の１列分のクリップ回路、画素、垂直信号線、及び定電流源の一部をなすトランジスタを詳細に示す回路図である。 図４に示す固体撮像素子の連続撮像モード時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。 本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子を示す回路図である。 図７中の１列分の画素ブロック、垂直信号線、及び定電流源の一部をなすトランジスタを詳細に示す回路図である。 図７に示す固体撮像素子の連続撮像モード時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。

以下、本発明による固体撮像素子について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子を示す回路図である。図２は、図１中の１列分の画素ＰＸ、垂直信号線ＶＬ、及び定電流源４の一部をなすトランジスタＴＤを詳細に示す回路図である。本実施の形態による固体撮像素子は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子として構成されている。

図１に示すように、本実施の形態による固体撮像装置は、２次元状に配置された複数の画素ＰＸからなる画素部１と、垂直走査回路２と、水平走査回路３と、画素ＰＸの各列に対応して設けられ対応する列の画素ＰＸの出力信号が供給される垂直信号線ＶＬと、各垂直信号線ＶＬに接続された定電流源４と、サンプルホールド部６と、出力アンプをなす差動アンプ７とを有している。以下の説明では、画素ＰＸの数は、図１に示すように、ｎ×４個（ｎ行、４列）であるものとして説明するが、その数が限定されるものではないことは、言うまでもない。

本実施の形態では、各画素ＰＸは、図２に示すように、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子の画素と同様に、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、電荷を受け取って前記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の電位をリセットするリセットトランジスタＲＳＴ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垂直信号線ＶＬに供給する選択トランジスタＳＥＬ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の電位に応じた前記信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタＳＦとを有し、図２に示すように、接続されている。図２において、ＶＤＤは電源電位である。なお、本実施の形態では、画素ＰＸのトランジスタＳＦ，ＴＸ，ＲＳＴ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。

転送トランジスタＴＸのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、転送トランジスタＴＸを制御する制御信号φＴＸが垂直走査回路２から供給される。リセットトランジスタＲＳＴのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、リセットトランジスタＲＳＴを制御する制御信号φＲＳＴが垂直走査回路２から供給される。選択トランジスタＳＥＬのゲートは行毎に共通に接続され、そこには、選択トランジスタＳＥＬを制御する制御信号φＳＥＬが垂直走査回路２から供給される。各制御信号φＴＸを行毎に区別する場合、ｋ行目の制御信号φＴＸは符号φＴＸ（ｋ）で示す。この点は、制御信号φＲＳＴ，φＳＥＬについても同様である。

画素部１に配置される画素ＰＸは、例えば、その全てを、入射光を光電変換して入射光に応じた信号を生成する有効画素としてもよいし、ｎ×４個のうちの一部の画素（例えば、１行目の各画素と１列目の各画素）を、黒基準レベルの信号を生成するオプチカルブラック画素（以下、「ＯＢ画素」と称する。）とするとともに、残りの画素を有効画素としてもよい。この場合、ＯＢ画素は、フォトダイオードＰＤが遮光される点を除いて有効画素と同じ構造を有していてもよいし、有効画素からフォトダイオードＰＤを取り除いた構造を有していてもよい。また、例えば、ｎ×４個のうちの一部の画素（例えば、１行目の各画素）を、ダミー画素とするとともに、残りの画素を有効画素としてもよい。前記ダミー画素は、フォトダイオードＰＤが遮光されずに入射光を光電変換する点も含めて有効画素と同一の構造を有しており、ダミー画素のみを繰り返し読み出せる構成としてもよい。

各画素ＰＸのうちの有効画素のフォトダイオード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。各画素ＰＸの転送トランジスタＴＸは、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の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ＲＳＴは、制御信号φＲＳＴのハイレベル期間（電源電位ＶＤＤの期間）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。

各画素ＰＸの増幅トランジスタＳＦは、そのドレインが電源電位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４を構成し各垂直信号線ＶＬに対応して設けられたトランジスタＴＤを負荷とするソースフォロア回路を構成している。選択トランジスタＳＥＬのソースは、垂直信号線ＶＬに接続されている。各トランジスタＴＤのドレインは各垂直信号線ＶＬに接続され、各トランジスタＴＤのソースは接地されている。各トランジスタＴＤのゲートは共通に接続され、そこには、バイアス回路ＢＳから一定電圧が与えられている。これにより、定電流源４は、垂直信号線ＶＬに対応する画素ＰＸの選択トランジスタＳＥＬがオンされたときに、当該垂直信号線ＶＬに電流を流す。この電流は、当該画素ＰＸの増幅トランジスタＳＦのソースフォロアバイアス電流である。 なお、電源電位ＶＤＤと垂直信号線ＶＬとの間において、増幅トランジスタＳＦと選択トランジスタＳＥＬとを逆に配置してもよい。すなわち、選択トランジスタＳＥＬのドレインを電源電位ＶＤＤに接続し、選択トランジスタＳＥＬのソースを増幅トランジスタＳＦのドレインに接続し、増幅トランジスタＳＦのソースを垂直信号線ＶＬに接続してもよい。

各画素ＰＸの増幅トランジスタＳＦ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ＶＬに電圧を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、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ＳＦのソースを垂直信号線ＶＬに接続する。

垂直走査回路２は、素子外からの駆動パルス（図示せず）を受けて、画素ＰＸの行毎に、制御信号φＳＥＬ，φＲＳＴ，φＴＸをそれぞれ出力する。垂直走査回路２は、後述する図３に示すような制御信号φＳＥＬ，φＲＳＴ，φＴＸを出力するように構成されることで、ｎ×４個の画素ＰＸのうちの所定の各画素ＰＸ（本実施の形態では、１行目以外の画素ＰＸ）のノイズレベルの読み出し時に、ｎ×４個の画素ＰＸのうちの当該読み出し画素以外の少なくとも一部の画素を、垂直信号線ＶＬの電位が制限されるように、制御する制御部として機能するようになっている。当業者は、図３に示すような制御信号φＳＥＬ，φＲＳＴ，φＴＸを知りさえすれば、それらを出力するための具体的な回路構成自体は容易に構築することができるため、その具体的な回路構成の説明は省略する。

また、水平走査回路３は、素子外からの駆動パルス（図示せず）を受けて、列毎に水平走査信号φＨを出力する。

サンプルホールド部６は、各垂直信号線ＶＬの信号に応じた信号（本実施の形態では各垂直信号線ＶＬの信号であるが、例えば、垂直信号線ＶＬの信号を列アンプで増幅した信号でもよい。）をサンプリング制御信号φＭＮ，φＭＳに従ってサンプリングして保持するとともに、当該保持された信号を水平走査信号φＨに従って水平信号線ＨＬＮ，ＨＬＳへ供給する。

サンプルホールド部６は、各垂直信号線ＶＬに対応して設けられたデータレベル用蓄積容量ＣＳ及びノイズレベル用蓄積容量ＣＮと、画素ＰＸからのデータレベル（本来の信号レベルとノイズレベルとを含んだレベル）をデータレベル用サンプリング制御信号φＭＳに従ってデータレベル用蓄積容量ＣＳに蓄積させるデータレベル用サンプリングスイッチＭＳと、ノイズレベルをノイズレベル用サンプリング制御信号φＭＮに従ってノイズレベル用蓄積容量ＣＮに蓄積させるノイズレベル用サンプリングスイッチＭＮと、データレベル用蓄積容量ＣＳに蓄積されたデータレベルを水平走査信号φＨに従ってデータレベル用水平信号線ＨＬＳに供給するデータレベル用水平転送スイッチＨＳと、ノイズレベル用蓄積容量ＣＮに蓄積されたノイズレベルを水平走査信号φＨに従ってノイズレベル用水平信号線ＨＬＮに供給するノイズレベル用水平転送スイッチＨＮとを有している。本実施の形態では、水平信号線ＨＬＮ，ＨＬＳをそれぞれ所定タイミングで所定電位にリセットするための各トランジスタ（図示せず）が設けられている。本実施の形態では、スイッチＭＳ，ＭＮ，ＨＳ，ＨＮは、全てｎＭＯＳトランジスタである。

各データレベル用サンプリングスイッチＭＳのゲートは共通に接続され、そこにはデータレベル用サンプリング制御信号φＭＳが供給される。データレベル用サンプリング制御信号φＭＳに応じてデータレベル用サンプリングスイッチＭＳがオンすると、垂直信号線ＶＬのデータレベルが、対応するデータレベル用蓄積容量ＣＳに蓄積される。各ノイズレベル用サンプリングスイッチＭＮのゲートは共通に接続され、そこにはノイズレベル用サンプリング制御信号φＭＮが供給される。ノイズレベル用サンプリング制御信号φＭＮに応じてノイズレベル用サンプリングスイッチＭＮがオンすると、垂直信号線ＶＬのノイズレベルが、対応するノイズレベル用蓄積容量ＣＮに蓄積される。

各列毎に、データレベル用水平転送スイッチＨＳ及びノイズレベル用水平転送スイッチＨＮのゲートが共通に接続され、そこには水平走査回路３から対応する列の水平走査信号φＨが供給される。各列の水平走査信号φＨに応じて、各列の水平転送スイッチＨＳ，ＨＮがオンすると、対応する列のデータレベル用蓄積容量ＣＳ及びノイズレベル用蓄積容量ＣＮにそれぞれ蓄積されていたデータレベル及びノイズレベルが、データレベル用水平信号線ＨＬＳ及びノイズレベル用水平信号線ＨＬＮにそれぞれ出力され、差動アンプ７によりデータレベルとノイズレベルとの間の差分が取得され、その差分信号が出力端子８から出力される。これにより相関２重サンプリングが実現され、この差動アンプ７から、画像信号として、固定パターンノイズ等が除去された本来の信号が得られる。なお、差動アンプ７の代わりに、水平信号線ＨＬＳ，ＨＬＮの信号をそれぞれ増幅する２つの出力アンプを設け、素子外に設けた差動アンプ等によって、２つの出力アンプの出力信号の差分を取得するようにしてもよい。

図３は、本実施の形態による固体撮像素子の連続撮像モード時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。ここで、連続撮像動作モードは、いわゆるライブビューモードや動画撮像モードなどの、固体撮像装置に入射光が連続的に入射した状態（例えば、メカニカルシャッタを有する場合には、メカニカルシャッタを開いたままの状態）で電子シャッタ動作により繰り返して撮像するモードであり、１回の撮像毎にメカニカルシャッタを開閉するいわゆる単写モードと対比されるものである。

本実施の形態では、連続撮像モード時では、メカニカルシャッタが開かれた状態において、１行目からｎ行目まで１行ずつ順次読み出し動作が繰り返され、１行目のノイズレベルの読み出し時に垂直信号線ＶＬのクリップ動作が行われない点を除いて、各１行について順次同じ動作が行われていく。これにより、１画像の撮像が順次繰り返されていく。図３は、１行目から４行目までの画素ＰＸが順次読み出される状態を示している。

まず、期間Ｔ１，Ｔ２において、１行目の読み出しが行われる。この期間は、１行目の画素ＰＸの垂直転送期間Ｔ１と、その後の水平転送期間（水平走査期間）Ｔ２とに分けられる。

期間Ｔ１において、垂直走査回路２により１行目の画素ＰＸが選択され、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）がローレベル（接地電位ＧＮＤ）に変化し、１行目のリセットトランジスタＲＳＴがオフする。また、期間Ｔ１において、１行目の制御信号φＳＥＬ（１）がハイレベルに変化し、１行目の選択トランジスタＳＥＬがオンする。１行目の選択トランジスタＳＥＬのオンにより、１行目の増幅トランジスタＳＦのソースは垂直信号線ＶＬに接続される。そして、１行目の増幅トランジスタＳＦは、定電流源４によってソースフォロア回路として動作する。

期間Ｔ１が開始した後、期間Ｔ１１において、ノイズレベル用サンプリング制御信号φＭＮがハイレベルに変化し、ノイズレベル用サンプリングスイッチＭＮがオンし、１行目の画素ＰＸのリセットレベルがノイズレベルとして、ノイズレベル用蓄積容量ＣＮに蓄積される。この動作は、１行目の各列の画素ＰＸに対して同時並列に実行される。このように、本実施の形態では、期間Ｔ１１が、１行目の画素ＰＸのノイズレベルの読み出し時となっている。

この後、期間Ｔ１内の期間Ｔ１２において、１行目の制御信号φＴＸ（１）がハイレベルに変化し、１行目の転送トランジスタＴＸがオンする。１行目の転送トランジスタＴＸのオンにより、１行目のフォトダイオードＰＤの電荷が、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。このとき、当該画素ＰＸが有効画素やダミー画素である場合には、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。一方、当該画素ＰＸがＯＢ画素である場合には、フォトダイオードＰＤに存していた電荷（暗電流成分）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ＳＦのゲート電極に印加される。その結果、１行目の画素ＰＸの光情報（有効画素やダミー画素の場合）又は黒レベル基準情報（ＯＢ画素の場合）を含んだデータレベルが、垂直信号線ＶＬに現れる。

次に、期間Ｔ１内の期間Ｔ１３において、データレベル用サンプリング制御信号φＭＳがハイレベルに変化し、データレベル用サンプリングスイッチＭＳがオンし、垂直信号線ＶＬに現れている１行目の画素ＰＸのデータレベルが、対応するデータレベル用蓄積容量ＣＳに蓄積される。この動作は、１行目の各画素ＰＸに対して同時並列に実行される。

このようにして、１行目の垂直転送期間Ｔ１において、１行目の画素ＰＸの出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、ノイズレベル用蓄積容量ＣＮには１行目の画素ＰＸのノイズレベルが蓄積され、データレベル用蓄積容量ＣＳには１行目の画素ＰＸのデータレベルが蓄積される。

その後、１行目の画素ＰＸの水平転送期間Ｔ２において、１行目の制御信号φＳＥＬ（１）がローレベルに変化し、１行目の選択トランジスタＳＥＬがオフする。また、期間Ｔ２では、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）は、後述する中間電位Ｖｃｌｉｐにされる。もっとも、期間Ｔ２において、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）をハイレベル（電源電位ＶＤＤ）にしてもよい。

期間Ｔ２において、水平走査回路３からの水平走査信号φＨによる水平走査によってノイズレベル用水平転送スイッチＨＮ及びデータレベル用水平転送スイッチＨＳが各垂直信号線ＶＬに対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量ＣＮ，ＣＳにそれぞれ蓄積されていたノイズレベル及びデータレベルが各垂直信号線ＶＬに対応するもの毎に順次ノイズレベル用水平信号線ＨＬＮ及びデータレベル用水平信号線ＨＬＳにそれぞれ読み出され、差動アンプ７によりそれらの間の差分が取得され、その差分信号が出力端子８から出力される。前記差分信号は、固定パターンノイズ等が除去された本来の画像信号（有効画素の場合）又は黒レベル基準情報（ＯＢ画素の場合）となる。これにより、１行目の画素ＰＸの読み出しが終了する。

次に、期間Ｔ３，Ｔ４（２行目の画素ＰＸの垂直転送期間Ｔ３とその後の水平転送期間Ｔ４）において、２行目の読み出しが行われる。２行目の画素ＰＸの読み出しは、後述するクリップ動作以外の基本的な読み出し動作については、１行目の画素ＰＸの読み出しと同様に行われる。

まず、２行目の画素ＰＸの基本的な読み出し動作について説明する。

期間Ｔ３において、垂直走査回路２により２行目の画素ＰＸが選択され、２行目の制御信号φＲＳＴ（２）がローレベル（接地電位ＧＮＤ）に変化し、２行目のリセットトランジスタＲＳＴがオフする。また、期間Ｔ３において、２行目の制御信号φＳＥＬ（２）がハイレベルに変化し、２行目の選択トランジスタＳＥＬがオンする。２行目の選択トランジスタＳＥＬのオンにより、２行目の増幅トランジスタＳＦのソースは垂直信号線ＶＬに接続される。そして、２行目の増幅トランジスタＳＦは、定電流源４によってソースフォロア回路として動作する。

期間Ｔ３が開始した後、期間Ｔ１４において、ノイズレベル用サンプリング制御信号φＭＮがハイレベルに変化し、ノイズレベル用サンプリングスイッチＭＮがオンし、２行目の画素ＰＸのリセットレベルがノイズレベルとして、ノイズレベル用蓄積容量ＣＮに蓄積される。この動作は、２行目の各列の画素ＰＸに対して同時並列に実行される。このように、本実施の形態では、期間Ｔ１４が、２行目の画素ＰＸのノイズレベルの読み出し時となっている。

この後、期間Ｔ３内の期間Ｔ１５において、２行目の制御信号φＴＸ（２）がハイレベルに変化し、２行目の転送トランジスタＴＸがオンする。２行目の転送トランジスタＴＸのオンにより、２行目のフォトダイオードＰＤの電荷が、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。このとき、当該画素ＰＸが有効画素である場合には、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ＳＦのゲート電極に印加される。その結果、２行目の画素ＰＸの光情報（有効画素の場合）を含んだデータレベルが、垂直信号線ＶＬに現れる。

次に、期間Ｔ３内の期間Ｔ１６において、データレベル用サンプリング制御信号φＭＳがハイレベルに変化し、データレベル用サンプリングスイッチＭＳがオンし、垂直信号線ＶＬに現れている２行目の画素ＰＸのデータレベルが、対応するデータレベル用蓄積容量ＣＳに蓄積される。この動作は、２行目の各画素ＰＸに対して同時並列に実行される。

このようにして、２行目の垂直転送期間Ｔ３において、２行目の画素ＰＸの出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、ノイズレベル用蓄積容量ＣＮには２行目の画素ＰＸのノイズレベルが蓄積され、データレベル用蓄積容量ＣＳには２行目の画素ＰＸのデータレベルが蓄積される。

その後、２行目の画素ＰＸの水平転送期間Ｔ４において、２行目の制御信号φＳＥＬ（２）がローレベルに変化し、２行目の選択トランジスタＳＥＬがオフする。また、期間Ｔ４では、２行目の制御信号φＲＳＴ（２）は、後述する所定の中間電位Ｖｃｌｉｐにされる。もっとも、期間Ｔ４において、２行目の制御信号φＲＳＴ（１）をハイレベル（電源電位ＶＤＤ）にしてもよい。

期間Ｔ４において、水平走査回路３からの水平走査信号φＨによる水平走査によってノイズレベル用水平転送スイッチＨＮ及びデータレベル用水平転送スイッチＨＳが各垂直信号線ＶＬに対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量ＣＮ，ＣＳにそれぞれ蓄積されていたノイズレベル及びデータレベルが各垂直信号線ＶＬに対応するもの毎に順次ノイズレベル用水平信号線ＨＬＮ及びデータレベル用水平信号線ＨＬＳにそれぞれ読み出され、差動アンプ７によりそれらの間の差分が取得され、その差分信号が出力端子８から出力される。前記差分信号は、固定パターンノイズ等が除去された本来の画像信号（有効画素の場合）又は黒レベル基準情報（ＯＢ画素の場合）となる。これにより、２行目の画素ＰＸの読み出しが終了する。

ここで、２行目の画素ＰＸの読み出しにおいて行われる垂直信号線ＶＬのクリップ動作について、説明する。本実施の形態では、２行目の画素ＰＸの読み出しにおいて行われる垂直信号線ＶＬのクリップ動作は、２行目の画素ＰＸよりも先に読み出しが終了した画素ＰＸのうち、２行目の画素ＰＸに対して列方向に直近の１行目の画素ＰＸによって行われる。

具体的には、このクリップ動作は、次のように行われる。すなわち、期間Ｔ１４（２行目の画素ＰＸのノイズレベルの読み出し時）において、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）が、ローレベル（接地電位ＧＮＤ）とハイレベル（電源電位ＶＤＤ）との間の所定の中間電位Ｖｃｌｉｐにされるとともに、１行目の制御信号φＳＥＬ（１）がハイレベルに変化する。これにより、期間Ｔ１４において、１行目のリセットトランジスタＲＳＴが所定の中間電位Ｖｃｌｉｐに応じてアナログ動作し、それに応じて動作した１行目の増幅トランジスタＳＦのソースが、オン状態となった１行目の選択トランジスタＳＥＬを介して、垂直信号線ＶＬに接続される。その結果、期間Ｔ１４において、垂直信号線ＶＬの電位が所定の中間電位Ｖｃｌｉｐに応じて定まる電位（クリップ電位）に制限される。すなわち、期間Ｔ１４において、垂直信号線ＶＬの電位が前記クリップ電位を下回ろうとした場合には、垂直信号線ＶＬの電位は前記クリップ電位に固定される。所定の中間電位Ｖｃｌｉｐは、クリップ電位が黒太陽を防止するのに適した電位（説明の便宜上、「黒太陽防止用電位」と呼ぶ。）となるように、設定されている。そして、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）は、期間Ｔ４以降はハイレベル（電源電位ＶＤＤ）にされる。

なお、本実施の形態では、期間Ｔ１４のみならず期間Ｔ３の全体及び期間Ｔ２において、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）を中間電位Ｖｃｌｉｐとしている。もっとも、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）は、期間Ｔ１４のみにおいて中間電位Ｖｃｌｉｐとし、期間Ｔ３における期間Ｔ１４以外の期間や期間Ｔ２においては、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）をハイレベル（電源電位ＶＤＤ）にしてもよい。また、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）は、期間Ｔ２においてハイレベルとし、期間Ｔ３の全体において中間電位Ｖｃｌｉｐとしてもよい。

期間Ｔ１４（２行目の画素ＰＸのノイズレベルを読み出し時）において、高輝度の光が２行目の画素ＰＸに入射していると、２行目の画素ＰＸから垂直信号線ＶＬに出力されるノイズレベルは、本来のノイズレベルに高輝度光に基づくレベルを加えたレベルになって、黒太陽防止用電位を下回ろうとする。しかし、２行目の画素ＰＸから垂直信号線ＶＬに出力されるノイズレベルは、期間Ｔ１４において行われる１行目の画素ＰＸによる前述したクリップ動作によって、黒太陽防止用電位に制限される。このため、２行目の画素ＰＸに関する黒太陽が防止される。ここでは、２行目の画素ＰＸは有効画素であるものとして説明した。

期間Ｔ１４（２行目の画素ＰＸのノイズレベルを読み出し時）において、高輝度の光が２行目の画素ＰＸに入射していない通常の場合には、２行目の画素ＰＸから垂直信号線ＶＬに出力されるノイズレベルは、黒太陽防止用電位よりも高くなるため、２行目の画素電源ＶＤＤから定電流源４のトランジスタＴＤへの経路Ｉａ（図２参照）で電流が流れ込む。一方、期間Ｔ１４において、高輝度の光が２行目の画素ＰＸに入射している場合には、２行目の画素ＰＸから垂直信号線ＶＬに出力されるノイズレベルは黒太陽防止用電位を下回ろうとするため、クリップ動作を行っている１行目の画素ＰＸの電源ＶＤＤから定電流源４のトランジスタＴＤへの経路Ｉｂ（図２参照）で電流が流れ始め、トランジスタＴＤへ電流が流れる経路が、読み出し行である２行目の画素ＰＸから、クリップ動作を行う１行目の画素ＰＸへ切り替わる。この切り替えによって、垂直信号線ＶＬの電位が黒太陽防止用電位に制限され、２行目の画素ＰＸに関する黒太陽が防止されるのである。

２行目の読み出し期間Ｔ３，Ｔ４が終了すると、図３に示すように、３行目以降についても２行目と同様に読み出しが行われる。例えば、３行目の画素ＰＸの読み出しに関するノイズレベル読み出し時（期間Ｔ１７）においては、３行目の画素ＰＸよりも先に読み出しが終了した画素ＰＸのうち、３行目の画素ＰＸに対して列方向に直近の２行目の画素ＰＸによって、垂直信号線ＶＬのクリップ動作が行われる。同様に、４行目の画素ＰＸの読み出しに関するノイズレベル読み出し時（期間Ｔ２０）においては、３行目の画素ＰＸによって、垂直信号線ＶＬのクリップ動作が行われる。

図４は、本実施の形態による固体撮像素子と比較される比較例による固体撮像素子を示す回路図であり、図１に対応している。図５は、図４中の１列分のクリップ回路５、画素ＰＸ、垂直信号線ＶＬ、及び定電流源４の一部をなすトランジスタＴＤを詳細に示す回路図であり、図２に対応している。図６は、この比較例による固体撮像素子の連続撮像モード時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。図４乃至図６において、図１乃至図３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。

この比較例による固体撮像素子が本実施の形態による固体撮像素子と異なる所は、各垂直信号線ＶＬに対してクリップ回路５が設けられている点と、垂直走査回路２が、図３に示すような制御信号φＳＥＬ，φＲＳＴ，φＴＸに代えて、図６に示すような制御信号φＳＥＬ，φＲＳＴ，φＴＸを出力するように構成されている点のみである。

各クリップ回路５は、図４に示すように、画素部１の外側の領域において、ｎ行目の画素ＰＸの側に配置されている。各クリップ回路５は、図５に示すように、クリップトランジスタＣＬＴと、スイッチ用トランジスタＣＳＷとから構成されている。これらのトランジスタＣＬＴ，ＣＳＷは、ｎＭＯＳトランジスタである。クリップトランジスタＣＬＴのドレインは、電源電位ＶＤＤに接続されている。クリップトランジスタのソースは、スイッチ用トランジスタＣＳＷのドレインに接続されている。スイッチ用トランジスタＣＳＷのソースは、垂直信号線ＶＬに接続されている。各クリップ回路５のクリップトランジスタＣＬＴのゲートは共通に接続され、そこには、所定電位Ｖｃｌｉｐ’が供給されている。各クリップ回路５のスイッチ用トランジスタＣＳＷのゲートは共通に接続され、そこには、スイッチ用トランジスタＣＳＷを制御する制御信号φＣＳＷが供給される。所定電位Ｖｃｌｉｐ’は、制御信号φＣＳＷがハイレベルとなってスイッチ用トランジスタＣＳＷがオンしているときに、垂直信号線ＶＬの電位が前記黒太陽防止用電位に制限されるように、設定されている。

この比較例では、１行目の制御信号φＳＥＬ（１）は１行目の画素ＰＸの垂直転送期間Ｔ１のみにおいてハイレベルとされ他の期間（期間Ｔ１４を含む。）はローレベルとされ、２行目の制御信号φＳＥＬ（２）は２行目の画素ＰＸの垂直転送期間Ｔ３のみにおいてハイレベルとされ他の期間（期間Ｔ１７を含む。）はローレベルとされ、３行目以降の制御信号φＳＥＬについても同様である。また、この比較例では、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）は１行目の画素ＰＸの垂直転送期間Ｔ１のみにおいてローレベル（接地電位ＧＮＤ）とされ他の期間（期間Ｔ２，Ｔ３を含む。）はハイレベル（電源電位ＶＤＤ）とされ、２行目の制御信号φＲＳＴ（２）は２行目の画素ＰＸの垂直転送期間Ｔ３のみにおいてローレベル（接地電位ＧＮＤ）とされ他の期間（期間Ｔ４，Ｔ５を含む。）はハイレベル（電源電位ＶＤＤ）とされ、３行目以降の制御信号φＲＳＴについても同様である。これにより、比較例では、いずれの行の画素ＰＸも、クリップ動作を行うことなく、基本的な読み出し動作のみを行うようになっている。

そして、この比較例では、制御信号φＣＳＷは、各行の画素ＰＸの読み出しに関するノイズレベル読み出し時（期間Ｔ１１，Ｔ１４，Ｔ２０等）に、ハイレベルとされる。これにより、いずれの行のノイズレベル読み出し時においても、各クリップ回路５のクリップトランジスタＣＬＴのソースが、オン状態となったスイッチ用トランジスタＣＳＷを介して、垂直信号線ＶＬに接続される。その結果、各行の画素ＰＸの読み出しに関するノイズレベル読み出し時（期間Ｔ１１，Ｔ１４，Ｔ２０等）において、垂直信号線ＶＬの電位が黒太陽防止用電位に制限される。このようなクリップ動作の機能に着目すると、この比較例のクリップ回路５のクリップトランジスタＣＬＴが、本実施の形態におけるクリップ動作時の画素ＰＸ（例えば、本実施の形態における期間Ｔ１４での１行目の画素ＰＸ）のリセットトランジスタＲＳＴ及び増幅トランジスタＳＦに対応し、この比較例のクリップ回路５のスイッチ用トランジスタＣＳＷが、本実施の形態におけるクリップ動作時の画素ＰＸ（例えば、本実施の形態における期間Ｔ１４での１行目の画素ＰＸ）の選択トランジスタＳＥＬに対応していることが、わかる。

この比較例においても、本実施の形態と同様に、期間Ｔ１４（２行目の画素ＰＸのノイズレベルを読み出し時）において、高輝度の光が２行目の画素ＰＸに入射していない通常の場合には、２行目の画素ＰＸから垂直信号線ＶＬに出力されるノイズレベルは、黒太陽防止用電位よりも高くなるため、２行目の画素電源ＶＤＤから定電流源４のトランジスタＴＤへの経路Ｉａ（図５参照）で電流が流れ込む。一方、この比較例では、期間Ｔ１４において、高輝度の光が２行目の画素ＰＸに入射している場合には、２行目の画素ＰＸから垂直信号線ＶＬに出力されるノイズレベルは黒太陽防止用電位を下回ろうとするため、クリップ回路５の電源ＶＤＤから定電流源４のトランジスタＴＤへの経路Ｉｂ’（図５参照）で電流が流れ始め、トランジスタＴＤへ電流が流れる経路が、読み出し行である２行目の画素ＰＸから、クリップ回路５へ切り替わる。この切り替えによって、垂直信号線ＶＬの電位が黒太陽防止用電位に制限され、２行目の画素ＰＸに関する黒太陽が防止されるのである。ここでは、２行目を例に挙げて説明したが、他の行についても同様である。

このように、この比較例では、黒太陽を防止するために、クリップ回路５が設けられている。これに対し、本実施の形態では、画素ＰＸ自体にクリップ動作を行わせるので、クリップ回路５を設けることなく黒太陽を防止することができるという利点が得られる。

なお、前記比較例では、１行目の画素ＰＸのノイズレベルを読み出し時（期間Ｔ１１）においてもクリップ回路５によるクリップ動作が行われるため、１行目の画素ＰＸに関する黒太陽も防止することができる。これに対し、本実施の形態では、１行目の画素ＰＸのノイズレベルを読み出し時（期間Ｔ１１）においては、他の行の画素ＰＸをクリップ動作させていないため、１行目の画素ＰＸに関する黒太陽は防止することができない。しかし、１行目の画素ＰＸをＯＢ画素としておけば、ＯＢ画素は遮光されているため黒太陽が生じないので、全く問題にならない。勿論、１行目の画素ＰＸを有効画素やダミー画素としておき、１行目の画素ＰＸに関しては黒太陽が生ずることを許容することにしてもよい。１行目の画素ＰＸを有効画素とした場合であっても、１行目の画素ＰＸのノイズレベルを読み出し時（期間Ｔ１１）において、２行目の画素ＰＸにクリップ動作を行わせれば、１行目の画素ＰＸに関する黒太陽も防止することができる。この場合、例えば、期間Ｔ１において２行目の制御信号φＲＳＴ（２）を中間電位Ｖｃｌｉｐとし、期間Ｔ１１において２行目の制御信号φＳＥＬ（２）をハイレベルにすればよい。

また、前記比較例では、クリップ回路５から遠い画素ＰＸについては、クリップ動作時の電流切り替えに比較的時間を要するため、黒太陽を完全には防止することはできない。これに対し、本実施の形態によれば、クリップ動作時の電流切り替えが瞬時に行われるため、黒太陽をより完全に近い状態で防止することができるという利点が得られる。この点について、以下に詳述する。

前記比較例では、前述したように、クリップ回路５が画素部１の外側に配置されている。このため、クリップ回路５に近い画素ＰＸと遠い画素ＰＸとを比較した場合、画素ＰＸとクリップ回路５との間の垂直信号線ＶＬの配線負荷抵抗の差により、クリップ動作に切り替わる時間に差が生じる。クリップ回路５に近い画素ＰＸ（ｎ行目の画素ＰＸなど）では、その画素ＰＸとクリップ回路５との間の垂直信号線ＶＬの配線負荷抵抗が小さいため、その画素ＰＸからクリップ回路５への電流経路切り替えが瞬時に行われる。

一方、クリップ回路５から遠い画素ＰＸ（例えば、２行目の画素ＰＸなど）では、その画素ＰＸとクリップ回路５との間の垂直信号線ＶＬの配線負荷抵抗が大きいため、その画素ＰＸからクリップ回路５への電流経路切り替えに比較的長い時間を要する。例えば、２行目の画素ＰＸとクリップ回路５との間の垂直信号線ＶＬの配線負荷抵抗が大きいため、２行目の画素ＰＸからクリップ回路５への電流経路切り替え（図５中の経路Ｉａから経路Ｉｂ’への切り替え）に比較的長い時間を要する。電流経路切り替えに時間を要するということは、垂直信号線ＶＬの電位がクリップ回路５の設定電位（黒太陽防止用電位）に固定されるのに時間を要するということを意味する。したがって、前記比較例では、クリップ回路５から遠い画素ＰＸについては、黒太陽を完全には防止することはできず、太陽などの高輝度物体撮影では灰色画像になってしまうことがある。

これに対し、本実施の形態では、１行目以外のいずれの行の読み出しにおいても、その読み出し行に対して直近の行の画素ＰＸが、クリップ動作を行い、クリップ回路５として機能する。したがって、読み出し画素ＰＸとクリップ回路５に相当するクリップ動作画素ＰＸとの間の垂直信号線ＶＬの配線負荷抵抗は、極めて小さくなる。このため、いずれの行の画素ＰＸについても、その読み出し画素ＰＸからクリップ動作画素ＰＸへの電流経路切り替えが瞬時に行われる。例えば、読み出しが行われる２行目の画素ＰＸから、クリップ動作を行う１行目の画素ＰＸへの電流切り替え（図２中の経路Ｉａから経路Ｉｂへの切り替え）が瞬時に行われる。したがって、本実施の形態によれば、いずれの行の画素ＰＸについても、太陽などの高輝度物体撮影でも灰色画像や黒色画像になってしまうことがなく、前記比較例に比べて、黒太陽をより完全に近い状態で防止することができる。

本実施の形態では、２行目以降の各行の画素ＰＸを読み出すときに、その読み出し行よりも１行前の行の画素ＰＸをクリップ動作させている。しかし、１行目からのｎ−１行目までの各行の画素ＰＸを読み出すときに、その読み出し行よりも１行後の行（その読み出し行よりも後に読み出される行のうち、その読み出し行に最も近い行）の画素ＰＸをクリップ動作させてもよい。この場合も、本実施の形態と同じ利点が得られる。

また、読み出し画素ＰＸからクリップ動作画素ＰＸへの電流経路切り替えを可能な限り短時間で行い、黒太陽を可能な限り完全に近い状態で防止するためには、本実施の形態のように、クリップ動作させる行の画素ＰＸは、読み出し行に対して直近の行の画素であることが、最も好ましい。しかしながら、本発明では、クリップ動作させる行の画素ＰＸは、これに限定されず、読み出し行以外の行であれば読み出し行に対していかなる位置関係を有する行の画素ＰＸとしてもよい。例えば、１行目の画素ＰＸを読み出すときに、ｎ行目の画素をクリップ動作をさせたとしても、前記比較例において１行目の画素ＰＸを読み出す場合に比べると、電流経路切り替えに関する配線負荷抵抗はわずかながら小さくなるので、黒太陽をより完全に近い状態で防止することができる。もっとも、いずれの読み出し行の画素に関しても、クリップ動作させる行の画素ＰＸは、当該読み出し行の画素ＰＸから列方向に全行数ｎの半分ｎ／２の行数の分だけ離れた位置よりも当該読み出し行の画素ＰＸに対して列方向に近い行の画素ＰＸであることが好ましい。この場合、電流経路切り替えに関する最大の配線負荷抵抗を、前記比較例の場合の半分以下にすることができる。

さらに、本実施の形態では、１行目から１行ずつ順番に全行を読み出しているが、読み出し順はこれに限定されるものではない。また、いわゆる間引き読み出しや部分読み出しの場合にも、本発明を適用することができる。さらにまた、本実施の形態では、クリップ動作させる行を１行ずつにしているが、同時に２行以上の行をクリップ動作させてもよい。例えば、３行目を読み出すときに、１行目及び２行目の両方をクリップ動作させてもよい。

また、本実施の形態では、画素ＰＸをクリップ動作させるときに、その画素ＰＸのリセットトランジスタＲＳＴに供給される電位として、リセットトランジスタＲＳＴのゲート電位である制御信号φＲＳＴを、中間電位Ｖｃｌｉｐに制御している。しかし、各行の制御信号φＲＳＴを中間Ｖｃｌｉｐにせずに電源電位ＶＤＤにし、画素ＰＸをクリップ動作させるときに、その画素ＰＸのリセットトランジスタＲＳＴに供給される電位として、リセットトランジスタＲＳＴのドレイン電位を、所定電位に制御してもよい。この所定電位は、対応する選択トランジスタＳＥＬがオン状態となっているときに、垂直信号線ＶＬの電位が黒太陽防止用電位に制限されるように、設定される。

［第２の実施の形態］
図７は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子を示す回路図であり、図１に対応している。図１ではｎ×４個の画素ＰＸを示しているのに対し、図７では、（ｎ×２）×４個の画素（ｎ×４個の画素ブロックＢＬ）を示している。図８は、図７中の１列分の画素ブロックＢＬ、垂直信号線ＶＬ、及び定電流源４の一部をなすトランジスタＴＤを詳細に示す回路図であり、図２に対応している。図９は、本実施の形態による固体撮像素子の連続撮像モード時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。図７乃至図９において、図１乃至図３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。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、列方向に隣り合う２つの画素ＰＸ毎に、当該２つの画素ＰＸ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ＳＦ、リセットトランジスタＲＳＴ及び選択トランジスタＳＥＬを共有している点と、垂直走査回路２が、図３に示すような制御信号φＳＥＬ，φＲＳＴ，φＴＸに代えて、図９に示すような制御信号φＳＥＬ，φＲＳＴ，φＴＸＡ，φＴＸＢを出力するように構成されている点のみである。

図７及び図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ＳＦ、リセットトランジスタＲＳＴ及び選択トランジスタＳＥＬを共有する２つの画素ＰＸを、画素ブロックＢＬとして示している。また、図７及び図８では、画素ブロックＢＬ内の下側の画素ＰＸ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ＢＬ内の上側の画素ＰＸ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及び図２ではｎ等は画素行を示しているが、図７及び図８ではｎ等は画素ブロックＢＬの行を示している。画素ブロックＢＬの１行は、画素ＰＸの２行に相当している。

本実施の形態では、連続撮像モード時では、メカニカルシャッタが開かれた状態において、１行目の画素ブロックＢＬからｎ行目の画素ブロックＢＬまで１行ずつ順次画素ブロックＢＬの読み出し動作が繰り返され、１行目の画素ブロックＢＬの各画素ＰＸのノイズレベルの読み出し時に垂直信号線ＶＬのクリップ動作が行われない点を除いて、各１行の画素ブロックＢＬについて順次同じ動作が行われていく。これにより、１画像の撮像が順次繰り返されていく。図９は、１行目の画素ブロックＢＬから２行目の画素ブロックＢＬまでの画素ＰＸが順次読み出される状態を示している。

図９を図３と比較すると理解できるように、期間Ｔ３１，Ｔ３２において、１行目の画素ブロックＢＬの下側の画素ＰＸに関して、図３中の期間Ｔ１，Ｔ２とそれぞれ同様の動作が行われる。ただし、期間Ｔ３２において、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）はハイレベル（電源電位ＶＤＤ）にされる。次に、期間Ｔ３３，Ｔ３４において、１行目の画素ブロックＢＬの上側の画素ＰＸに関して、図３中の期間Ｔ１，Ｔ２とそれぞれ同様の動作が行われる。引き続いて、期間Ｔ３５，Ｔ３６において、２行目の画素ブロックＢＬの下側の画素ＰＸに関して、図３中の期間Ｔ３，Ｔ４とそれぞれ同様の動作が行われる。ただし、期間Ｔ３６において、１行目の制御信号φＲＳＴ（１）は中間電位Ｖｃｌｉｐにされるとともに、２行目の制御信号φＲＳＴ（２）はハイレベル（電源電位ＶＤＤ）にされる。その後、期間Ｔ３７，Ｔ３８において、２行目の画素ブロックＢＬの上側の画素ＰＸに関して、図３中の期間Ｔ３，Ｔ４とそれぞれ同様の動作が行われる。そして、３行目の画素ブロックＢＬに関して２行目の画素ブロックＢＬに関する期間Ｔ３５〜Ｔ３８と同様の動作が行われ、４行目以降の画素ブロックＢＬについても同様である。

これにより、各画素ブロックＢＬ（したがって、各画素行の画素ＰＸ）の読み出しが順次行われ、１行目の画素ブロックＢＬを除く各画素ブロックＢＬの上側の画素ＰＸ及び下側の画素ＰＸの読み出しに関するノイズレベル読み出し時においては、その読み出し画素ブロックＢＬよりも先に読み出しが終了した画素ブロックＢＬのうち列方向に直近の画素ブロックＢＬによって、垂直信号線ＶＬのクリップ動作が行われる。同じ画素ブロックＢＬ内の２つの画素ＰＸ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ＳＦ、リセットトランジスタＲＳＴ及び選択トランジスタＳＥＬを共有しているので、同じ画素ブロックＢＬ内の一方の画素ＰＸの読み出し時に他方の画素ＰＸをクリップ動作させようとすると、当該一方の画素ＰＸの読み出しに支障を来す。そこで、本実施の形態では、前述したようにクリップ動作が行われることで、クリップ動作が行われる。クリップ動作が行われる画素ＰＸは、クリップ動作を行うように制御されても読み出し画素ＰＸの読み出しに支障を来さずかつ読み出し画素よりも先に読み出しが終了した画素ＰＸのうち、当該読み出し画素ＰＸに対して列方向に最も近い画素ＰＸを含むようになっている。例えば、読み出し画素ＰＸが３行目の画素ブロックＢＬの下側の画素ＰＸである場合には、２行目の画素ブロックＢＬの各画素ＰＸがクリップ動作される。また、読み出し画素ＰＸが３行目の画素ブロックＢＬの上側の画素ＰＸである場合には、２行目の画素ブロックＢＬの各画素ＰＸがクリップ動作される。

なお、２行目の画素ブロックＢＬの下側又は上側の画素ＰＸのノイズレベルの読み出し時において、高輝度の光がその画素ＰＸに入射していない通常の場合には、２行目の画素ブロックＢＬの下側又は上側の画素ＰＸから垂直信号線ＶＬに出力されるノイズレベルは、黒太陽防止用電位よりも高くなるため、２行目の画素ブロックＢＬの画素電源ＶＤＤから定電流源４のトランジスタＴＤへの経路Ｉａ（図８参照）で電流が流れ込む。一方、２行目の画素ブロックＢＬの下側又は上側の画素ＰＸのノイズレベルの読み出し時において、高輝度の光がその画素ＰＸに入射している場合には、その画素ＰＸから垂直信号線ＶＬに出力されるノイズレベルは黒太陽防止用電位を下回ろうとするため、クリップ動作を行っている１行目の画素ブロックＢＬの電源ＶＤＤから定電流源４のトランジスタＴＤへの経路Ｉｂ（図８参照）で電流が流れ始め、トランジスタＴＤへ電流が流れる経路が、読み出し画素ＰＸの画素ブロックＢＬから、クリップ動作を行う画素ブロックＢＬへ切り替わる。

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。なお、前記第１の実施の形態に関して説明した種々の変形と同様の変形を、本実施の形態に適用してもよい。また、本実施の形態では、列方向に隣り合う２つの画素ＰＸ毎に、当該２つの画素ＰＸ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ＳＦ、リセットトランジスタＲＳＴ及び選択トランジスタＳＥＬを共有しているが、本発明では、例えば、列方向に隣り合う３つ以上の所定数の画素ＰＸ毎に、当該所定数の画素ＰＸ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ＳＦ、リセットトランジスタＲＳＴ及び選択トランジスタＳＥＬを共有するようにしてもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明による固体撮像素子が搭載されるカメラは、ライブビューモードや動画撮像モードも可能なデジタルスチルカメラに限定されるものではなく、動画撮像専用のビデオカメラ等であってもよい。

２ 垂直走査回路
ＰＸ 画素
ＶＬ 垂直信号線
ＰＤ フォトダイオード
ＴＸ 転送トランジスタ
ＦＤ フローティングディフュージョン
ＳＦ 増幅トランジスタ
ＲＳＴ リセットトランジスタ
ＳＥＬ 選択トランジスタ

Claims (7)

1. ２次元に配置された複数の画素と、
   前記画素の各列に対応して設けられ前記画素の出力信号が供給される垂直信号線と、
   前記複数の画素のうちの所定の各画素からのノイズレベルの読み出し時に、前記複数の画素のうちの当該読み出し画素以外の少なくとも一部の画素を、前記垂直信号線の電位が制限されるように、制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記少なくとも一部の画素は、当該読み出し画素よりも先に読み出しが終了した画素であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 前記少なくとも一部の画素は、当該読み出し画素から列方向に前記複数の画素の全行数の半分の行数の分だけ離れた位置よりも当該読み出し画素に対して列方向に近い画素を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
4. 前記少なくとも一部の画素は、前記制御部によって前記垂直信号線の電位が制限されるように制御されても当該読み出し画素の読み出しに支障を来さない画素のうち、当該読み出し画素に対して列方向に最も近い画素を含む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素子。
5. 前記画素は、電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセットトランジスタと、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を前記垂直信号線に供給する選択トランジスタと、を有し、
   前記制御部は、前記リセットトランジスタに供給される電位を制御する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素子。
6. 前記画素は、光電変換部と、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転送部と、前記電荷電圧変換部の電位に応じた前記信号を出力する増幅部とを有することを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子。
7. 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２以上の所定数の画素毎に、前記電荷電圧変換部、前記増幅部及び前記選択トランジスタを共有したことを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子。

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