JP5230552B2

JP5230552B2 - 固体撮像装置及びその駆動方法

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Publication number: JP5230552B2
Application number: JP2009165056A
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Inventors: 大藤村; 克仁櫻井
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Description

本発明は、固体撮像装置及びその駆動方法に関する。

近年、固体撮像装置は、多画素化と高速化が進行している。多画素で高出力レートを要求される動作モードの際には、列や行に沿った方向の画素加算を同時に行う場合がある。列に沿った方向の加算を固体撮像装置内で行う例として、下記の特許文献１がある。また、垂直方向の加算を行う際の加算画素の組み合わせの例として、下記の特許文献２がある。特許文献２では、加算された後の色重心が等ピッチになるような組み合わせにすることにより偽信号の発生を抑える。

特開２００４−３０４７７１号公報特開２００７−２６７２９０号公報

しかしながら、特許文献２のような加算画素の組み合わせでは、１２画素ピッチの画素のうち、５画素の信号しか利用しておらず、画素信号のロスが発生する。自明であるが、全ての画素信号を利用可能とすることが、最もロスが少ない画素組み合わせである。また、特許文献１のような加算動作を用いて２行おきの画素加算を行うと、各色の色重心が等間隔にならず、偽信号による画質の劣化が生じる。

本発明の目的は、色重心のずれが発生することなく、垂直加算動作を行うことができる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することである。

本発明の固体撮像装置は、光電変換素子の光電変換により画素信号を生成する２次元に配列された画素と、前記光電変換素子の上に配列された複数色からなるカラーフィルタと、前記画素の行の選択を行う行選択部と、前記行選択部により選択された行の画素の画素信号が出力される信号線と、前記信号線に出力された画素信号を蓄積するための複数の容量と、前記信号線と前記複数の容量との間に接続される複数の選択スイッチとを有し、第１の加算動作では、前記行選択部が複数の行の画素を順次選択し、さらに、前記選択スイッチがオンすることにより、前記選択された複数の行の画素のうち、同色の前記カラーフィルタが配された前記画素の画素信号の各々が前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、前記第１の加算動作の後の第２の加算動作では、前記行選択部が他の複数の行の画素を順次選択し、さらに、前記選択スイッチがオンすることにより、前記選択された複数の行の画素のうち、同色の前記カラーフィルタが配された前記画素の画素信号の各々が前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、前記第１の加算動作では、前記選択スイッチがオンすることにより、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、前記第２の加算動作では、前記選択スイッチがオンすることにより、前記複数の容量のうちの他の一部の容量に蓄積された画素信号を用いて、前記第１の加算動作とは異なる行の画素の画素信号との加算が行われることを特徴とする。

全行の画素信号を用いた垂直加算動作が可能となり、色重心のずれが発生することなく、垂直加算動作を行うことができる。

本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の回路図である。本発明の第１の実施形態の信号処理部の回路図である。第１の実施形態の画素加算をしない動作モードの駆動タイミング図である。実現される色重心位置を示す図である。２行加算動作モードの駆動タイミング図である。本発明の第２の実施形態の信号処理部の回路図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の構成例を示す回路図である。本実施形態の固体撮像装置は、画素加算をしない動作モードと、２行加算を行う動作モードを有する。固体撮像装置は、画素５００が２次元に配列された画素領域部５１０、画素５００の行を選択するための行選択回路（行選択部）５３０、画素５００の列を選択するための列選択回路（列選択部）５６０を有する。行選択回路５３０は、例えばデコーダである。画素５００の出力端子が列方向に共通で接続された垂直信号線５２０には、画素５００のトランジスタを駆動するための負荷トランジスタ群５４０、及び信号処理部１００が接続されている。垂直信号線５２０には、行選択回路５３０により選択された行の画素５００の画素信号が出力される。信号処理部１００の出力端子は、水平共通線５７０に接続されている。水平共通線５７０は、出力アンプ５８０の入力端子に接続され、出力アンプ５８０の出力端子が固体撮像装置の出力端子ＯＵＴに接続される。

次に、画素５００の構成を説明する。画素５００は、光電変換のためのフォトダイオード５０１、フローティングディフュージョン部（ＦＤ部）５０６及びトランジスタ５０２〜５０５を有する。フォトダイオード５０１は、光電変換により画素信号を生成する光電変換素子である。転送ＭＯＳトランジスタ５０２は、フォトダイオード５０１の電荷をＦＤ部５０６へ転送するためのトランジスタである。リセットＭＯＳトランジスタ５０４は、ＦＤ部５０６の電荷をリセットするためのトランジスタである。増幅ＭＯＳトランジスタ５０３は、ＦＤ部５０６の電荷信号を電圧に変換するためのトランジスタである。選択ＭＯＳトランジスタ５０５は、増幅ＭＯＳトランジスタ５０３の出力信号を垂直信号線５２０に接続することにより行の選択を行うトランジスタである。

転送ＭＯＳトランジスタ５０２のソース及びドレインは、フォトダイオード５０１とＦＤ部５０６に接続されている。リセットＭＯＳトランジスタ５０６は、ドレインがＦＤ部５０６に、ソースが電源電圧ＶＤＤのノードに接続されている。増幅ＭＯＳトランジスタ５０３は、ドレインが電源電圧ＶＤＤのノードに、ゲートがＦＤ部５０６に、ソースが選択ＭＯＳトランジスタ５０５のソースに接続されている。選択ＭＯＳトランジスタ５０５は、ドレインが垂直信号線５２０に接続されている。行選択回路５３０は、転送ＭＯＳトランジスタ５０２をオンするための制御線ＲＥＡＤ（ｎ）、リセットＭＯＳトランジスタ５０４をオンするための制御線ＲＥＳＥＴ（ｎ）、選択ＭＯＳトランジスタ５０５をオンするための制御線ＬＳＥＴ（ｎ）を有する。それらの制御線は、画素５００の各ＭＯＳトランジスタ５０２，５０４，５０５のゲートに接続されている。

図２は、図１の信号処理部１００の構成例を示す回路図である。信号処理部１００は、複数の列からなり、全列で同様の構造であるため、１列分の説明をする。サンプルホールドのためのサンプリングスイッチ６００のソース及びドレインのうちの一端は、図１の垂直信号線５２０に接続され、他端は、クランプ容量６１０の一端が接続されている。クランプ容量６１０の他端は、垂直信号線６２０に接続される。複数の容量選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、垂直信号線６２０と複数の蓄積容量２００ａ〜２００ｅとの間に接続されている。容量選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅが行選択部５３０から供給される信号によってオンすると、垂直信号線６２０に出力された画素信号が蓄積容量２００ａ〜２００ｅに蓄積される。蓄積容量２００ａ〜２００ｅは、互いに並列に接続された、画素信号をサンプリング及び保持する容量である。さらに、垂直信号線６２０には、クランプ電圧ＣＰＤＣのノードがクランプスイッチ６４０を介して接続されている。垂直信号線６２０は、水平線転送スイッチ６５０を介して、水平共通線５７０に接続されている。２１０は水平共通線５７０の寄生容量である。制御線ＳＰは、サンプリングスイッチ６００のＭＯＳトランジスタのゲートに接続されている。制御線ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５は、それぞれ容量選択スイッチ６３０ａ〜６４０ｅのＭＯＳトランジスタのゲートに接続されている。制御線ＣＰは、クランプスイッチ６４０のＭＯＳトランジスタのゲートに接続されている。蓄積サンプル容量２００ａ〜２００ｅの５つの総容量をＣｓｐとすると、各容量２００ａ〜２００ｅは、相互に同じＣｓｐ／５の容量値を持つ。各列の構造は同様であり、信号経路は、水平共通線５７０で共通に接続される。水平線転送スイッチ６５０のゲートに接続される制御線ＣＳＥＬ（ｍ）、ＣＳＥＬ（ｍ―１）は、図１の列選択回路５６０により電圧が制御される。

次に、図１及び図２の固体撮像装置の駆動方法について説明する。はじめに、画素加算をしない動作モードについて、図３の駆動タイミング図により説明する。パルス名は、図２に示した各制御線の名称に対応している。また、各パルスがハイレベルのときは、対応する各スイッチＭＯＳトランジスタはオンとなり、各パルスがローレベルのときは、対応する各スイッチＭＯＳトランジスタはオフとなる。画素加算をしない動作モードの特徴は、動作期間中、制御線ＳＷ１〜ＳＷ５がすべてハイレベルとなり、容量選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅがすべてオンとなっていることである。

次に、ｎ行目の動作を説明する。はじめに、時刻Ｔ０において、制御線ＬＳＥＴ（ｎ）がハイレベルとなり、選択ＭＯＳトランジスタ５０５がオンとなり、増幅ＭＯＳトランジスタ５０３がソースフォロア動作をする。同時に、サンプリングスイッチ６００、クランプスイッチ６４０もオンされる。次に、時刻Ｔ１において、制御線ＲＥＳＥＴ（ｎ）が一定期間ハイレベルとなり、ＦＤ部５０６が略電源電圧ＶＤＤとなり、リセットされる。その後、時刻Ｔ２において、クランプパルスＣＬＰがローレベルとなることで、このときの垂直信号線５２０の出力電圧と、クランプ電圧ＣＰＤＣの電位差が、クランプ容量６１０の両端に保持される。次に、時刻Ｔ３に、制御線ＲＥＡＤ（ｎ）がハイレベルとなることで、フォトダイオード５０１に蓄積された電荷がＦＤ部５０６に転送され、電荷に応じた電圧変化が垂直信号線５２０に発生する。クランプ容量６１０の垂直信号線６２０側の端子は、高いインピーダンス状態であるため、クランプ容量６１０の垂直信号線５２０側の端子に発生する電圧変化は、クランプ容量６１０での電荷保存則に従い、垂直信号線６２０側の端子に所定の電圧比で現れる。以下のように計算される。垂直信号線６２０に生じる電圧変化をΔＶ、垂直信号線５２０の電圧変化をΔＶｉｎ、クランプ容量６１０の容量値をＣｃｐ、サンプルホールドの容量２００ａ〜２００ｅの容量値をＣｓｐとすると、式（１）の関係が成り立つ。
ΔＶ＝Ｃｃｐ／Ｃｓｐ × ΔＶｉｎ（１）

次に、時刻Ｔ４に制御線ＳＰがローレベルとなり、ΔＶの電圧変化を含む、垂直信号線６２０の電圧が、蓄積容量２００ａ〜２００ｅに保持される。次に、時刻Ｔ５，Ｔ６において、水平線転送スイッチ６５０のゲートに接続される制御線ＣＳＥＬ（ｍ）、ＣＳＥＬ（ｍ―１）が順次ハイレベルになり、水平共通線５７０に電圧変化が出力され、アンプ５８０で増幅又はバッファされ、出力端子ＯＵＴに出力される。この出力電圧ΔＶｏｕｔは、水平共通線５７０の寄生容量２１０の容量値をＣｃｏｍ、出力アンプ５８０のゲインをＧａｍｐとすると、式（２）で表わされる。ｎ＋１行目以降も同様に動作する。
ΔＶｏｕｔ＝ΔＶ × Ｃｓｐ／（Ｃｓｐ＋Ｃｃｏｍ） × Ｇａｍｐ（２）

続いて、２行加算を行う動作モードについて、本実施形態による加算後の色重心は図４（ａ），（ｂ）、駆動方法は図５を用いて説明する。図４（ａ）は、複数色からなるベイヤ配列のカラーフィルタがフォトダイオード５０１の上に配列されたカラー固体撮像装置の画素配列の一部を示している。Ｇ（緑）画素ＧｎとＲ（赤）画素Ｒｎが垂直方向に交互に配列されている。なお、ｎは添え数字で、ｎ行目であることを表す。例えば、Ｇｎであれば、緑の画素の中のｎ行目の画素であることを意味する。

図４（ｂ）は、本実施形態による加算を行った後の信号配列を示しており、Ｇ画素とＲ画素が等ピッチになる。加算後の信号配列を等ピッチとするために、本実施形態による垂直２画素加算では、Ｇ画素は、３行連続した行の信号比が１行目：２行目：３行目＝１：２：１となる重み付け比率で加算される。例えば、画素信号Ｇａ及びＧｂは、式（３）及び（４）により生成される。
Ｇａ＝（１／２）×Ｇ１＋Ｇ２＋（１／２）×Ｇ３（３）
Ｇｂ＝（１／２）×Ｇ３＋Ｇ４＋（１／２）×Ｇ５（４）
このとき、画素Ｇ３の行の信号は、Ｇａを生成する加算動作とＧｂを生成する加算動作と両者で必要となる。

また、Ｒ画素については、画素信号Ｒａ及びＲｂは、式（５）及び（６）により生成される。
Ｒａ＝Ｒ２＋Ｒ３（５）
Ｒｂ＝Ｒ４＋Ｒ５（６）

図５の駆動タイミング図において、対応するパルス名の端子の駆動は、図３の画素加算をしない動作モードと同様であるので、本動作モードの特徴のみ説明する。また、画素の駆動パルスＲＥＳＥＴ（ｎ）、ＲＥＡＤ（ｎ）及びＬＳＥＴ（ｎ）の動作タイミング関係は、図３での動作と同様であるため、ＬＳＥＴ（ｎ）、ＲＥＳＥＴ（ｎ）は説明を省略する。ｎ行目は、図４（ａ）の画素配列のＧ２行に該当し、ｎ−１行目はＲ２行、ｎ−２行目はＧ３行、以下同様に対応する。

［Ｇ２行読込み］
はじめに時刻Ｔ７において、容量選択スイッチ６３０ｂ，６３０ｃの制御線ＳＷ２，ＳＷ３がハイレベルの期間に、制御線ＲＥＡＤ（ｎ）をハイレベルにすることで、蓄積容量２００ｂ、２００ｃに、Ｇ２行の画素信号がホールドされる。

［Ｇ３行読込み］
時刻Ｔ８において、容量選択スイッチ６３０ａ，６３０ｅの制御線ＳＷ１，ＳＷ５がハイレベルの期間に制御線ＲＥＡＤ（ｎ−２）をハイレベルにすることで、蓄積容量２００ａ，２００ｅに、Ｇ３行の画素信号がホールドされる。［Ｇ５読み込み］の項で後述するが、蓄積容量２００ｄにはＧ１行の信号がすでにホールドされている。画素加算しない動作モードでは、毎行、行っていた水平共通線５７０への読み出しは、この動作モードでは行毎には行わない。

［加算］
ｎ行目、ｎ−２行目のサンプルホールド終了後、時刻Ｔａ〜Ｔ１０の期間、制御線ＳＷ１〜ＳＷ４をすべてハイレベルとすることで、蓄積容量２００ａ〜２００ｄが垂直信号線６２０に接続される。このとき、蓄積容量２００ｂ，２００ｃに保持されたＧ２行の信号をΔＶ_G2、蓄積容量２００ａに保持されたＧ３行の信号をΔＶ_G3、すでに蓄積容量２００ｄに保持されていたＧ１行の信号をΔＶ_G1とする。すると、垂直信号線６２０の電圧ΔＶ２は、式（７）で表わされ、３行の信号の重み付け加算平均となる。
ΔＶ２＝｛（Ｃｓｐ／５）×ΔＶ_G1＋（Ｃｓｐ／５＋Ｃｓｐ／５）×ΔＶ_G2＋（Ｃｓｐ／５）×ΔＶ_G3｝／｛４×（Ｃｓｐ／５）｝
＝（ΔＶ_G1＋２ΔＶ_G2＋ΔＶ_G3）／４（７）
ここで、制御線ＳＷ５はローレベルであり、蓄積容量２００ｅに保持されたＧ３行の信号の一部は、加算せずに保持する。そして、列選択回路５６０からの信号ＣＳＥＬ（ｍ）、ＣＳＥＬ（ｍ−１）を受けて、ｍ列目及びｍ−１列目の信号が水平共通線５７０へ出力される。出力端子ＯＵＴへの出力電圧ΔＶｏｕｔは、式（８）で表わされる。ここで、Ｃｓｐ’＝４／５Ｃｓｐである。
ΔＶｏｕｔ＝ΔＶ２ × Ｃｓｐ’／（Ｃｓｐ’＋Ｃｃｏｍ） × Ｇａｍｐ（８）

［Ｒ２行読込み］
さらに、その後、時刻Ｔ１１に、容量選択スイッチ６３０ｂ，６３０ｃの制御線ＳＷ２，ＳＷ３がハイレベルの期間に、制御線ＲＥＡＤ（ｎ−１）をハイレベルにすることで、蓄積容量２００ｂ，２００ｃに、Ｒ２行の画素信号がホールドされる。

［Ｒ３行読込み］
次に、時刻Ｔ１２に、容量選択スイッチ６３０ａ，６３０ｄの制御線ＳＷ１，ＳＷ４がハイレベルの期間に制御線ＲＥＡＤ（ｎ−４）をハイレベルにすることで、蓄積容量２００ａ，２００ｄに、Ｒ３行の画素信号がホールドされる。

［加算］
ｎ−１行目、ｎ−４行目のサンプルホールド終了後、時刻Ｔ１３〜Ｔ１４の期間に、制御線ＳＷ１〜ＳＷ４をすべてハイレベルとすることで、蓄積容量２００ａ〜２００ｄが垂直信号線６２０に接続される。このとき、蓄積容量２００ｂ，２００ｃに保持された、Ｒ２行の信号をΔＶ_R2、蓄積容量２００ａ，２００ｄに保持されたＲ３行の信号をΔＶ_R3とすると、垂直信号線６２０の電圧ΔＶ３は、式（９）で表わされ、２行の信号の加算平均となる。
ΔＶ３＝｛（Ｃｓｐ／５＋Ｃｓｐ／５）×ΔＶ_R2＋（Ｃｓｐ／５＋Ｃｓｐ／５）×ΔＶ_R3｝／｛４×（Ｃｓｐ／５）｝
＝（ΔＶ_R2＋ΔＶ_R3）／２（９）

その後の図５中の［Ｇ４行読込み］及び［Ｇ５行読込み］動作は、Ｇ４行の信号を蓄積容量２００ｂ，２００ｃに読み込み、つまりサンプリング及びホールドし、Ｇ５行の信号を蓄積容量２００ａ，２００ｄに読込む。読込み動作後の加算動作は、蓄積容量２００ｅに保持し続けていたＧ３行の信号と、蓄積容量２００ｂ，２００ｃに保持されたＧ４行の信号と、蓄積容量２００ａのＧ５行の信号を加算することにより重み付け加算を行う。また、蓄積容量２００ｄの信号は、次回の加算動作まで保持する。

以上、説明したように、本実施形態の固体撮像装置を使えば、カラー固体撮像装置における２行ピッチの垂直加算においても、色重心のずれが発生することなく、垂直加算動作を行うことが可能になる。また、本実施形態では、蓄積容量２００ａ〜２００ｅを５つの容量値の等しい構成として説明したが、これに限定されない。例えば、蓄積容量２００ｂと２００ｃを２個ではなく、容量値２／５Ｃｓｐをもつ１個の容量とし、サンプリングスイッチ６３０ａ〜６３０ｅの数を削減する等を行い、容量比の組み合わせを変えた場合にも、本実施形態の効果を発揮しうる。その場合、蓄積容量２００ａ，２００ｄ，２００ｅは、それぞれ１個の蓄積容量２００ｂ，２００ｃの１／２の容量値を有する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の固体撮像装置について説明する。本実施形態の固体撮像装置は、図１の信号処理部１００が別の構成を有する。信号処理部１００の具体的な回路構成を図６にて説明する。図６の符号において、第１の実施形態の信号処理部１００と同じ構成には、同じの符号を付している。第２の実施形態の特徴となる構成を説明する。クランプ容量６１０と垂直信号線６２０の間に、列ゲインアンプ６６０を設けている。列ゲインアンプ６６０の反転入力端子には、クランプ容量６１０の一端が接続され、非反転入力端子には、クランプ電圧ＣＰＤＣのノードが接続されている。列ゲインアンプ６６０の出力端子と反転入力端子の間には、クランプのためのクランプＭＯＳトランジスタ６８０及び帰還容量６７０が並列に接続されている。クランプＭＯＳトランジスタ６８０は、帰還容量６７０の放電の役割も兼ねている。列ゲインアンプ６６０の出力端子と垂直信号線６２０の間には、サンプルホールドＭＯＳトランジスタ６００が接続されている。

本実施形態の駆動パルスは、第１の実施形態と同じであるため、図３を用いて説明する。説明を容易にするために、画素加算をしない動作モードについて説明する。ｎ行目の動作を説明する。時刻Ｔ０において、制御線ＬＳＥＴ（ｎ）がハイレベルとなり、選択ＭＯＳトランジスタ５０５がオンとなり、増幅ＭＯＳトランジスタ５０３がソースフォロア動作をする。同時に、サンプルホールドＭＯＳトランジスタ６００、クランプＭＯＳトランジスタ６８０もオンされる。このとき、列ゲインアンプ６６０はバッファ構成となり、非反転入力端子は、クランプ電圧ＣＰＤＣとなっている。また、帰還容量６７０は両端が同電位となるため、帰還容量６７０の電荷は放電される。次に、制御線ＲＥＳＥＴ（ｎ）が時刻Ｔ１からハイレベルとなり、ＦＤ部５０６が略電源電圧ＶＤＤとなり、リセットされる。

時刻Ｔ２において、クランプパルスＣＬＰがローレベルとなることで、このときの垂直信号線５２０の出力電圧と、クランプ電圧ＣＰＤＣの電位差が、クランプ容量６１０の両端に保持される。時刻Ｔ４において、制御線ＲＥＡＤ（ｎ）がハイレベルとなることで、フォトダイオード５０１に蓄積された電荷がＦＤ部５０６に転送され、電荷に応じた電圧変化が垂直信号線５２０に発生する。クランプ容量６１０の列ゲインアンプ６６０側の端子は、オペアンプ６６０の仮想接地により、クランプ電圧ＣＰＤＣに維持されるため、垂直信号線５２０に発生した変位量は、帰還容量６７０の出力端子側に、所定の電圧比で現れる。このとき垂直信号線６２０に生じる電圧変化ΔＶは、垂直信号線５２０の電圧変化をΔＶｉｎ、クランプ容量の容量値をＣｃｐ、帰還容量の容量をＣｆとすると、式（１０）で表わされる。
ΔＶ＝Ｃｃｐ／Ｃｆ × ΔＶｉｎ（１０）

時刻Ｔ４において、制御線ＳＰがローレベルとなり、ΔＶの電圧変化を含む、垂直信号線６２０の電圧が、蓄積容量２００ａ〜２００ｅに保持される。時刻Ｔ５、時刻Ｔ６において、制御線ＣＳＥＬ（ｍ）、ＣＳＥＬ（ｍ―１）が順次ハイレベルになることで、水平共通線５７０に電圧変化が出力され、出力アンプ５８０で増幅又はバッファされ、出力端子ＯＵＴに出力される。この出力電圧ΔＶｏｕｔは、水平共通線５７０の寄生容量２１０の容量値をＣｃｏｍ、出力アンプ５８０のゲインをＧａｍｐとすると、式（１１）で表わされる。ｎ＋１行目以降も同様に動作する。
ΔＶｏｕｔ＝ΔＶ × Ｃｓｐ／（Ｃｓｐ＋Ｃｃｏｍ） × Ｇａｍｐ（１１）

２行加算を行う動作モードについては、第１の実施形態と同様に実現可能である。本実施形態を用いることにより、列ゲインアンプ６６０で信号ゲインを上昇することが可能である。また、水平共通線５７０への読み出しによる信号振幅低下において、２行加算モードでの式（８）、（９）では、加算をしないモードの式（２）に比べ、さらに４／５倍の信号振幅低下が生じる。このゲイン低下分を補正することも可能である。また、帰還容量６７０を読み出しモードにより切り替える構成にすることも可能である。例えば、加算をしない動作モードでの帰還容量６７０の容量値をＣｆとすると、２行加算を行うモードでは、帰還容量６７０の容量値を４／５Ｃｆとすれば、両読み出しモードでの、一定光量に対する電圧換算係数を近い値にすることが可能である。

以上、説明したように、本実施形態の固体撮像装置を使えば、カラー固体撮像装置における２行ピッチの垂直加算においても、色重心のずれが発生することなく、垂直加算動作を行うことが可能になる。また、本実施形態では、蓄積容量２００ａ〜２００ｅを５つの容量値の等しい構成として説明したが、これに限定されない。例えば、蓄積容量２００ｂと２００ｃを、２個ではなく、容量値２／５Ｃｓｐをもつ、１個の容量とし、サンプルホールドスイッチ６３０ａ〜６３０ｅの数を削減する等、容量比の組み合わせを変えた場合にも、本実施形態の効果を発揮しうる。

第１及び第２の実施形態において、緑（第１の色）の第１の加算動作（ステップ）では、行選択回路５３０は複数の行の画素を順次選択する。選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、行選択回路５３０により選択された複数の行の画素のうち、同色のカラーフィルタが配された画素の画素信号の各々を複数の容量２００ａ〜２００ｅのうちの一部の容量に蓄積する。その後、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、複数の容量２００ａ〜２００ｅのうちの一部の容量に蓄積された画素信号を垂直信号線６２０上で加算する。

緑の第１の加算動作の後の緑の第２の加算動作（ステップ）では、行選択回路５３０は他の複数の行の画素を順次選択する。選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、行選択回路５３０により選択された複数の行の画素のうち、同色のカラーフィルタが配された画素の画素信号の各々を複数の容量２００ａ〜２００ｅのうちの一部の容量に蓄積する。その後、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、複数の容量２００ａ〜２００ｅのうちの一部の容量に蓄積された画素信号を垂直信号線６２０上で加算する。

緑の第１の加算動作では、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、複数の容量２００ａ〜２００ｅのうちの一部の容量に蓄積された画素信号を垂直信号線６３０上で加算する。緑の第２の加算動作では、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、複数の容量２００ａ〜２００ｅのうちの他の一部の容量に蓄積された画素信号を用いて、緑の第１の加算動作とは異なる行の画素の画素信号との加算を行う。

具体的には、複数の容量は、第１〜第４の容量２００ａ〜２００ｅを有する。緑（第１の色）の第１の加算動作では、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、緑の第１の行の画素Ｇ２の画素信号を第２の容量２００ｂ，２００ｃに蓄積し、緑の第２の行の画素Ｇ３の画素信号を第１の容量２００ａ及び第４の容量２００ｅに蓄積する。その後、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、第１、第２及び第３の容量２００ａ〜２００ｄに蓄積された画素信号を垂直信号線６２０上で加算する。

その後、赤（第２の色）の第１の加算動作では、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、赤の第１の行の画素Ｒ２の画素信号を第２の容量２００ｂ，２００ｃに蓄積し、赤の第２の行の画素Ｒ３の画素信号を第１の容量２００ａ及び第３の容量２００ｄに蓄積する。その後、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、第１、第２及び第３の容量２００ａ〜２００ｄに蓄積された画素信号を垂直信号線６２０上で加算する。

その後、緑の第２の加算動作では、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、緑の第３の行の画素Ｇ４の画素信号を第２の容量２００ｂ，２００ｃに蓄積し、緑の第４の行の画素Ｇ５の画素信号を第１の容量２００ａ及び第３の容量２００ｄに蓄積する。その後、選択スイッチ６３０ａ〜６３０ｅは、第１、第２及び第４の容量２００ａ〜２００ｃ，２００ｅに蓄積された画素信号を垂直信号線６２０上で加算する。

第１及び第２の実施形態は、デジタルスチルカメラに用いる固体撮像装置、あるいは、デジタルカムコーダ、監視カメラ等、画像を取得するあらゆる固体撮像装置に利用可能である。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

２００ａ〜２００ｅ蓄積容量、５００画素、５０１フォトダイオード、５２０垂直信号線、５３０行選択回路、６２０垂直信号線、６３０ａ〜６３０ｅ容量選択スイッチ

Claims

光電変換素子の光電変換により画素信号を生成する２次元に配列された画素と、
前記光電変換素子の上に配列された複数色からなるカラーフィルタと、
前記画素の行の選択を行う行選択部と、
前記行選択部により選択された行の画素の画素信号が出力される信号線と、
前記信号線に出力された画素信号を蓄積するための複数の容量と、
前記信号線と前記複数の容量との間に接続される複数の選択スイッチとを有し、
第１の加算動作では、前記行選択部が複数の行の画素を順次選択し、さらに、前記選択スイッチがオンすることにより、前記選択された複数の行の画素のうち、同色の前記カラーフィルタが配された前記画素の画素信号の各々が前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、
前記第１の加算動作の後の第２の加算動作では、前記行選択部が他の複数の行の画素を順次選択し、さらに、前記選択スイッチがオンすることにより、前記選択された複数の行の画素のうち、同色の前記カラーフィルタが配された前記画素の画素信号の各々が前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、
前記第１の加算動作では、前記選択スイッチがオンすることにより、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、前記第２の加算動作では、前記選択スイッチがオンすることにより、前記複数の容量のうちの他の一部の容量に蓄積された画素信号を用いて、前記第１の加算動作とは異なる行の画素の画素信号との加算が行われることを特徴とする固体撮像装置。
前記複数の容量は、第１〜第４の容量を有し、
前記第１の加算動作では、前記選択スイッチがオンすることにより、第１の行の画素の画素信号が前記第２の容量に蓄積され、第２の行の画素の画素信号が前記第１の容量及び前記第４の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記第１、第２及び第３の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、
前記第２の加算動作では、前記選択スイッチがオンすることにより、第３の行の画素の画素信号が前記第２の容量に蓄積され、第４の行の画素の画素信号が前記第１の容量及び前記第３の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記第１、第２及び第４の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
前記第１の容量、前記第３の容量及び前記第４の容量は相互に容量値が同じであり、前記第２の容量の１／２の容量値を有することを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
前記第２の容量は、各々が前記第１の容量、前記第３の容量及び前記第４の容量と同じ容量値の２個の容量を有することを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
前記第１の加算動作では、前記選択スイッチがオンすることにより、第１の色の第１の行の画素の画素信号が前記第２の容量に蓄積され、前記第１の色の第２の行の画素の画素信号が前記第１の容量及び前記第４の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記第１、第２及び第３の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、
その後、前記選択スイッチがオンすることにより、第２の色の第１の行の画素の画素信号が前記第２の容量に蓄積され、前記第２の色の第２の行の画素の画素信号が前記第１の容量及び前記第３の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記第１、第２及び第３の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算され、
その後、前記第２の加算動作では、前記選択スイッチがオンすることにより、前記第１の色の第３の行の画素の画素信号が前記第２の容量に蓄積され、前記第１の色の第４の行の画素の画素信号が前記第１の容量及び前記第３の容量に蓄積され、その後、前記選択スイッチがオンすることにより、前記第１、第２及び第４の容量に蓄積された画素信号が前記信号線上で加算されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
光電変換素子の光電変換により画素信号を生成する２次元に配列された画素と、
前記光電変換素子の上に配列された複数色からなるカラーフィルタと、
選択された行の画素の画素信号が出力される信号線と、
前記信号線に出力された画素信号を蓄積するための複数の容量とを有する固体撮像装置の駆動方法であって、
複数の行の画素を順次選択し、さらに、前記選択された複数の行の画素の画素信号を前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積し、その後、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号を前記信号線上で加算する第１の加算ステップと、
前記第１の加算ステップの後、他の複数の行の画素を順次選択し、さらに、前記選択された複数の行の画素の画素信号を前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積し、その後、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号を前記信号線上で加算する第２の加算ステップとを有し、
前記第１の加算ステップでは、前記複数の容量のうちの一部の容量に蓄積された画素信号を前記信号線上で加算し、前記第２の加算ステップでは、前記複数の容量のうちの他の一部の容量に蓄積された画素信号を用いて、前記第１の加算ステップとは異なる行の画素の画素信号との加算を行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
前記複数の容量は、第１〜第４の容量を有し、
前記第１の加算ステップでは、第１の行の画素の画素信号を前記第２の容量に蓄積し、第２の行の画素の画素信号を前記第１の容量及び前記第４の容量に蓄積し、その後、前記第１、第２及び第３の容量に蓄積された画素信号を前記信号線上で加算し、
前記第２の加算ステップでは、第３の行の画素の画素信号を前記第２の容量に蓄積し、第４の行の画素の画素信号を前記第１の容量及び前記第３の容量に蓄積し、その後、前記第１、第２及び第４の容量に蓄積された画素信号を前記信号線上で加算することを特徴とする請求項６記載の固体撮像装置の駆動方法。
前記第１の容量、前記第３の容量及び前記第４の容量は相互に容量値が同じであり、前記第２の容量の１／２の容量値を有することを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置の駆動方法。
前記第２の容量は、各々が前記第１の容量、前記第３の容量及び前記第４の容量と同じ容量値の２個の容量を有することを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置の駆動方法。
前記第１の加算ステップでは、第１の色の第１の行の画素の画素信号を前記第２の容量に蓄積し、前記第１の色の第２の行の画素の画素信号を前記第１の容量及び前記第４の容量に蓄積し、その後、前記第１、第２及び第３の容量に蓄積された画素信号を前記信号線上で加算し、
その後、第２の色の第１の行の画素の画素信号を前記第２の容量に蓄積し、前記第２の色の第２の行の画素の画素信号を前記第１の容量及び前記第３の容量に蓄積し、その後、前記第１、第２及び第３の容量に蓄積された画素信号を前記信号線上で加算し、
その後、前記第２の加算ステップでは、前記第１の色の第３の行の画素の画素信号を前記第２の容量に蓄積し、前記第１の色の第４の行の画素の画素信号を前記第１の容量及び前記第３の容量に蓄積し、その後、前記第１、第２及び第４の容量に蓄積された画素信号を前記信号線上で加算することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置の駆動方法。