JP5495551B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、全画素読み出しと列間引き読み出しの切り替えが可能な固体撮像装置に関する。
デジタルスチルカメラなどの、光を電気信号に変換して画像信号を出力する撮像装置において、その撮像デバイスとして用いられる固体撮像装置として、MOS(Metal-Oxide Semiconductor;金属酸化膜半導体)型固体撮像装置に関して多くの研究開発がなされている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、従来の全画素読み出しと列間引き読み出しとの切り替えが可能なMOS型固体撮像装置の一例としての構成を図８に示す。
このMOS型固体撮像装置は、行列状に配列された画素部11〜44と、画素部11〜44に読み出しパルスを供給する垂直走査部2と、画素部11〜44からの信号を伝送する垂直信号線3_1〜3_4と、垂直信号線3_1〜3_4に定電流を流すための画素バイアス電流源IPIXと、から構成されている。このMOS型固体撮像装置は、垂直信号線3_1〜3_4の信号を処理する列回路4_1〜4_4と、それぞれの列回路に接続され列回路からの信号を保持するサンプルホールドトランジスタM7_1,7_2と、サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2と、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2から選択的に水平信号線6_1,6_2へ信号を出力するための列選択トランジスタM8_1,M8_2と、列選択トランジスタM8_1,M8_2へパルスを供給する水平走査部5_1,5_2と、から構成されている。このMOS型固体撮像装置は、水平信号線6_1,6_2をリセットする水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2と、水平信号線6_1,6_2からの信号を増幅して出力する出力アンプ7_1,7_2と、読み出しモードを切り替えるモード設定部8から構成されている。
例えば、従来の全画素読み出しと列間引き読み出しとの切り替えが可能なMOS型固体撮像装置の一例としての構成を図８に示す。
このMOS型固体撮像装置は、行列状に配列された画素部11〜44と、画素部11〜44に読み出しパルスを供給する垂直走査部2と、画素部11〜44からの信号を伝送する垂直信号線3_1〜3_4と、垂直信号線3_1〜3_4に定電流を流すための画素バイアス電流源IPIXと、から構成されている。このMOS型固体撮像装置は、垂直信号線3_1〜3_4の信号を処理する列回路4_1〜4_4と、それぞれの列回路に接続され列回路からの信号を保持するサンプルホールドトランジスタM7_1,7_2と、サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2と、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2から選択的に水平信号線6_1,6_2へ信号を出力するための列選択トランジスタM8_1,M8_2と、列選択トランジスタM8_1,M8_2へパルスを供給する水平走査部5_1,5_2と、から構成されている。このMOS型固体撮像装置は、水平信号線6_1,6_2をリセットする水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2と、水平信号線6_1,6_2からの信号を増幅して出力する出力アンプ7_1,7_2と、読み出しモードを切り替えるモード設定部8から構成されている。
画素部11〜44は、それぞれ入射光を電気信号に変換するフォトダイオードPD、フォトダイオードPDに蓄積された電気信号を転送する転送トランジスタM1、転送された電気信号を増幅する増幅トランジスタM3、増幅トランジスタM3のゲートの電位をリセットするリセットトランジスタM2、電気信号に基づく増幅信号を選択的に出力する行選択トランジスタM4とからなる。
この転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2及び行選択トランジスタM4のゲートには垂直走査部2より転送パルスφTX1〜TX4、リセットパルスφRST1〜φRST4及び行選択パルスφROW1〜φROW4がそれぞれ入力される。また、リセットトランジスタM2と増幅トランジスタM3のドレインには画素電源VDDが接続されている。
この転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2及び行選択トランジスタM4のゲートには垂直走査部2より転送パルスφTX1〜TX4、リセットパルスφRST1〜φRST4及び行選択パルスφROW1〜φROW4がそれぞれ入力される。また、リセットトランジスタM2と増幅トランジスタM3のドレインには画素電源VDDが接続されている。
列回路4_1〜4_4は、画素部11〜44からの出力をクランプ電位VCでクランプするためのクランプ容量Ccと、クランプトランジスタM6とから構成され、画素信号に含まれるノイズ成分を低減させる。クランプトランジスタM6のゲートには、クランプパルスφCLが入力される。
また、サンプルホールドトランジスタM7_1のゲートには、サンプルホールドパルスφSH1が入力され、サンプルホールドトランジスタM7_2のゲートには、サンプルホールドパルスφSH2が入力される。
また、各列の列選択トランジスタM8_1のゲートには、列選択パルスφH1_1〜φH4_1が入力され、M8_2のゲートには列選択パルスφH1_2〜φH4_2が入力される。水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2のゲートには、水平信号線リセットパルスφRS1,φRS2が入力され、水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2のドレインには水平信号線リセット電圧VRが接続される。
また、サンプルホールドトランジスタM7_1のゲートには、サンプルホールドパルスφSH1が入力され、サンプルホールドトランジスタM7_2のゲートには、サンプルホールドパルスφSH2が入力される。
また、各列の列選択トランジスタM8_1のゲートには、列選択パルスφH1_1〜φH4_1が入力され、M8_2のゲートには列選択パルスφH1_2〜φH4_2が入力される。水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2のゲートには、水平信号線リセットパルスφRS1,φRS2が入力され、水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2のドレインには水平信号線リセット電圧VRが接続される。
図９に示すタイミングチャートを用いて、図８に示した従来のMOS型固体撮像装置の動作概要を説明する。なお、以降においては、電圧レベルにおいてハイレベルを記号「H」で示し、ロウレベルを記号「L」として説明する。
図９（ａ）は全画素からの信号を読み出す全画素読み出しモードのタイミングチャートである。
まず、垂直走査部2により１行目の画素部11〜14の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW1=Hにより行選択トランジスタM4をON状態とし、増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1〜3_4へそれぞれ出力する。また、リセットパルスφRST1=HによりリセットトランジスタM2をON状態とし、増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜14のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1〜3_4にそれぞれ出力する。この時、クランプパルスφCL=HとしてクランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする（時刻t2参照）。
まず、垂直走査部2により１行目の画素部11〜14の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW1=Hにより行選択トランジスタM4をON状態とし、増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1〜3_4へそれぞれ出力する。また、リセットパルスφRST1=HによりリセットトランジスタM2をON状態とし、増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜14のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1〜3_4にそれぞれ出力する。この時、クランプパルスφCL=HとしてクランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする（時刻t2参照）。
次にリセットパルスφRST1=L（時刻t3参照）とした後、クランプパルスφCL=Lとしクランプを終了する（時刻t4参照）。また、転送パルスφTX1=Hとし転送トランジスタM1をON状態とし、フォトダイオードPDで発生した光信号に伴う電気信号を増幅トランジスタM3のゲートへ転送し（時刻t5参照）、転送パルスφTX1=Lとする。これにより、垂直信号線3_1〜3_4には各画素部の光信号に伴う電気信号の増幅信号がそれぞれ出力され、列回路4_1〜4_4の出力はクランプ容量Ccによりそれぞれ画素部１1〜14のリセット電位から光信号に伴う電気信号による変化分ΔSigだけ変化し、リセット電位に含まれるノイズ成分が低減される（時刻t6参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す（時刻t10参照）。
以上の水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返して、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の信号を水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1より出力する。
さらに、この水平信号線6_1への１行目の信号読み出し時に、２行目の画素信号の読み出しを１行目同様に行い、サンプルホールド容量Cs_2に列回路を通してノイズキャンセルされた２行目の画素信号を保持する（時刻t11から時刻t19参照）。
そして、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の画素信号の読み出しを終える（時刻t18参照）と、同様にCs_2に保持された２行目の画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う（時刻t21参照）。水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返し全画素部の信号の読み出しを行う（時刻t21から時刻t28参照）。
以上示したように、N行目の画素信号の水平信号線への読み出しと、N+１行目の画素信号の列回路への読み出し及び列回路でのノイズキャンセル処理を同時に行うことで、高速に読み出すことを可能としている。
特開２００６−９３８１６号公報
以上の水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返して、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の信号を水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1より出力する。
さらに、この水平信号線6_1への１行目の信号読み出し時に、２行目の画素信号の読み出しを１行目同様に行い、サンプルホールド容量Cs_2に列回路を通してノイズキャンセルされた２行目の画素信号を保持する（時刻t11から時刻t19参照）。
そして、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の画素信号の読み出しを終える（時刻t18参照）と、同様にCs_2に保持された２行目の画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う（時刻t21参照）。水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返し全画素部の信号の読み出しを行う（時刻t21から時刻t28参照）。
以上示したように、N行目の画素信号の水平信号線への読み出しと、N+１行目の画素信号の列回路への読み出し及び列回路でのノイズキャンセル処理を同時に行うことで、高速に読み出すことを可能としている。
しかしながら、特許文献１に記載のＭＯＳ型固体撮像装置では、間引き読み出しを行った際には、各列からの水平信号線に読み出される画素部の数が減ることから読み出しに必要な時間が少なくなる。各画素部からの読み出しに必要な時間が減っても、列回路からの読み出し処理及び列回路でのノイズキャンセル処理に必要とされる期間が変わらない。そのため、画素部を間引いて解像度を落とすことで情報量を減らしたにもかかわらず、読み出し処理時間の高速化ができない問題がある。
前述の図８に示す構成による固体撮像装置において、各列回路4_1〜4_4からの信号を間引いて読み出す1/2列間引きモードを使用した際の動作を、図９（ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。
まず、垂直走査部2によって１行目の画素部11〜14の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW1=Hにより行選択トランジスタM4をON状態とし、増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1〜3_4へそれぞれ出力する。また、リセットパルスφRST1=Hにより、リセットトランジスタM2をON状態とし、増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜14のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1〜3_4にそれぞれ出力する。この時クランプパルスφCL=HとしクランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする（時刻t2参照）。
まず、垂直走査部2によって１行目の画素部11〜14の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW1=Hにより行選択トランジスタM4をON状態とし、増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1〜3_4へそれぞれ出力する。また、リセットパルスφRST1=Hにより、リセットトランジスタM2をON状態とし、増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜14のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1〜3_4にそれぞれ出力する。この時クランプパルスφCL=HとしクランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする（時刻t2参照）。
次にリセットパルスφRST1=Lにより１行目のリセットトランジスタM2をON状態とする（時刻t3参照）。クランプパルスφCL=Lとしクランプを終了し（時刻t4参照）、転送パルスφTX1=Hとして転送トランジスタM1をON状態とし、フォトダイオードPDで発生した光信号に伴う電気信号を増幅トランジスタM3のゲートへ転送し（時刻t5参照）、転送パルスφTX1=Lとする。垂直信号線3_1〜3_4には各画素部の光信号に伴う電気信号の増幅信号がそれぞれ出力され、列回路4_1〜4_4の出力はクランプ容量Ccによりそれぞれ画素部１1〜14のリセット電位から光信号に伴う電気信号による変化分ΔSigだけ変化し、リセット電位に含まれるノイズ成分が低減される（時刻t6参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す。
次に列選択パルスφH3_1によりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_3の出力を水平信号線6_1へ読み出す（時刻t10参照）。
以上の水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返し、１行目の信号を１列おきに、水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1より出力する。
さらに、この水平信号線6_1への１行目の信号読み出し時に、２行目の画素信号の読み出しを１行目と同様に行い、サンプルホールド容量Cs_2に列回路を通してノイズキャンセルされた２行目の画素信号を保持する（時刻t11から時刻t19参照）。
次に列選択パルスφH3_1によりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_3の出力を水平信号線6_1へ読み出す（時刻t10参照）。
以上の水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返し、１行目の信号を１列おきに、水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1より出力する。
さらに、この水平信号線6_1への１行目の信号読み出し時に、２行目の画素信号の読み出しを１行目と同様に行い、サンプルホールド容量Cs_2に列回路を通してノイズキャンセルされた２行目の画素信号を保持する（時刻t11から時刻t19参照）。
ここで、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の画素信号の読み出し時間は、全画素読み出し時の1/2となるが、２行目の画素信号の列回路への読み出しが終わってから、Cs_2に保持された２行目の画素信号の水平信号線6_2への読み出しが行われる。水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返し、全画素を1/2列分間引いた信号の読み出しを行う（時刻t21から時刻t24参照）。
以上に示した全画素読み出しと、1/2列間引き読み出しにおける画素信号の読み出し期間と列回路からの信号読み出し期間の関係を、図１０に示す概念図にまとめる。
以上に示した全画素読み出しと、1/2列間引き読み出しにおける画素信号の読み出し期間と列回路からの信号読み出し期間の関係を、図１０に示す概念図にまとめる。
本発明は、上記課題を解決するために、列間引きモード時の高速読み出しを可能とするMOS型固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記問題を解決するために、本発明は、光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号を出力する増幅部とを含み、行列方向に二次元的に配置された画素部と、列ごとに複数設けられ、前記増幅部からの画素信号が複数行ごとに出力される列信号線と、列ごとに設けられ、前記列信号線からの信号を処理する列回路と、入力される信号に基づいて前記複数の列信号線と前記列回路との接続を切り替える切り替え手段と、前記切り替え手段に信号を入力し、前記複数の列信号線を同一の列の列回路に接続する第１のモードと、前記複数の列信号線を異なる列の列回路に接続する第２のモードとの切り替えを制御するモード制御部と、前記第２のモード時に、前記画素部から複数行分の前記画素信号を、互いに異なる前記列信号線に並行して出力させる垂直走査部と、を備えることを特徴とする固体撮像装置である。
また、本発明は、上記の発明において、前記第1のモードは全画素からの信号を前記列回路に入力するモードであり、前記第２のモードは前記画素部からの信号を複数列単位で間引いて前記列回路に入力するモードであることを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記第２のモード時は、非読み出し画素列に配置された前記列回路に、読み出し画素列に配置された複数の列信号線のいずれかを接続することを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記列回路からの信号を順次読み出す水平走査部をさらに有し、前記水平走査部は前記第１のモードと、第２のモードで同じ動作をすることを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記列回路からの信号を順次読み出す水平走査部をさらに有し、前記水平走査部は前記第１のモードと、第２のモードで異なる動作をすることを特徴とする。
また、本発明は、上記の発明において、前記画素部は、前記複数の垂直信号線との接続を切り替える選択スイッチを有し、前記選択スイッチを制御する制御線を複数行の画素部に接続することを特徴とする。
この本発明によれば、固体撮像装置は、画素部が、光電変換部の出力を増幅して画素信号を出力する増幅部を含み、行列方向に二次元的に配置される。列信号線は、列ごとに複数設けられ、増幅部からの画素信号が複数行ごとに出力される。列回路は、列ごとに設けられ、列信号線からの信号を処理する。切り替え手段は、入力される信号に基づいて複数の列信号線と列回路との接続を切り替える。モード制御部は、切り替え手段に信号を入力し、複数の列信号線を同一の列の列回路に接続する第１のモードと、複数の列信号線を異なる列の列回路に接続する第２のモードとの切り替えを制御する。
これにより、列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。
これにより、列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以降の図において同一の構成には同一の符号を付け、その説明を省略する。また、動作図において、同一の動作には、同一の時刻の符号を付し、その説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における固体撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
この図に示される固体撮像装置１００は、画素部11〜44、垂直走査部2、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,B、画素バイアス電流源IPIX、列回路4_1〜4_4、接続切り替え部9、サンプルホールドトランジスタM7_1,7_2、サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2、列選択トランジスタM8_1,M8_2、水平走査部5_1,5_2、水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2、出力アンプ7_1,7_2及びモード設定部8を備える。
図１は、本発明の第１実施形態における固体撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
この図に示される固体撮像装置１００は、画素部11〜44、垂直走査部2、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,B、画素バイアス電流源IPIX、列回路4_1〜4_4、接続切り替え部9、サンプルホールドトランジスタM7_1,7_2、サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2、列選択トランジスタM8_1,M8_2、水平走査部5_1,5_2、水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2、出力アンプ7_1,7_2及びモード設定部8を備える。
固体撮像装置１００における垂直走査部2は、画素部11〜44に読み出しパルスを供給する。
垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bは、画素部11〜44が出力する信号を伝送する。
画素バイアス電流源IPIXは、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bに定電流を流す。
列回路4_1〜4_4は、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bによってそれぞれ伝送される信号を処理する。
接続切り替え部9は、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bと列回路4_1〜4_4との接続を切り替える。
サンプルホールドトランジスタM7_1,7_2は、それぞれの列回路に接続され、各列回路とサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2を接続して、列回路からの信号によって示される電位をサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2に充電する。サンプルホールドトランジスタM7_1,7_2は、それぞれの列回路とサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2を遮断し、サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2に充電された電位を保持させる。
列選択トランジスタM8_1,M8_2は、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2と水平信号線6_1,6_2とに接続され、各サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2に充電された電位を選択的に水平信号線6_1,6_2に出力する。
水平走査部5_1,5_2は、列選択トランジスタM8_1,M8_2へパルスを供給する。
水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2は、水平信号線6_1,6_2の電位をリセットする。
出力アンプ7_1,7_2は、水平信号線6_1,6_2からの信号を増幅して出力する。
モード設定部8は、読み出しモードを切り替える。
垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bは、画素部11〜44が出力する信号を伝送する。
画素バイアス電流源IPIXは、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bに定電流を流す。
列回路4_1〜4_4は、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bによってそれぞれ伝送される信号を処理する。
接続切り替え部9は、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bと列回路4_1〜4_4との接続を切り替える。
サンプルホールドトランジスタM7_1,7_2は、それぞれの列回路に接続され、各列回路とサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2を接続して、列回路からの信号によって示される電位をサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2に充電する。サンプルホールドトランジスタM7_1,7_2は、それぞれの列回路とサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2を遮断し、サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2に充電された電位を保持させる。
列選択トランジスタM8_1,M8_2は、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1,Cs_2と水平信号線6_1,6_2とに接続され、各サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2に充電された電位を選択的に水平信号線6_1,6_2に出力する。
水平走査部5_1,5_2は、列選択トランジスタM8_1,M8_2へパルスを供給する。
水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2は、水平信号線6_1,6_2の電位をリセットする。
出力アンプ7_1,7_2は、水平信号線6_1,6_2からの信号を増幅して出力する。
モード設定部8は、読み出しモードを切り替える。
固体撮像装置１００において画素部11〜44は、それぞれが行列状に配列されている。画素部11〜44は、それぞれフォトダイオードPD、転送トランジスタM1、増幅トランジスタM3、リセットトランジスタM2及び行選択トランジスタM4を備える。
画素部11〜44におけるフォトダイオードPDは、入射光を電気信号に変換する。転送トランジスタM1は、入射光によってフォトダイオードPDに蓄積された電荷によって示される電気信号を転送する。増幅トランジスタM3は、転送された電気信号を増幅する。リセットトランジスタM2は、増幅トランジスタM3のゲートの電位をリセットする。行選択トランジスタM4は、電気信号に基づく増幅信号を選択的に出力する。
転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、行選択トランジスタM4のゲートには、垂直走査部2が出力する転送パルスφTX1〜TX4、リセットパルスφRST1〜φRST4及び行選択パルスφROW1〜φROW4がそれぞれ入力される。また、リセットトランジスタM2と増幅トランジスタM3のドレインには画素電源VDDが接続されている。
また、画素部11〜44は、１行おきに、垂直信号線3_1A〜3_4Aと3_1B〜3_4Bとに交互に接続される。
画素部11〜44におけるフォトダイオードPDは、入射光を電気信号に変換する。転送トランジスタM1は、入射光によってフォトダイオードPDに蓄積された電荷によって示される電気信号を転送する。増幅トランジスタM3は、転送された電気信号を増幅する。リセットトランジスタM2は、増幅トランジスタM3のゲートの電位をリセットする。行選択トランジスタM4は、電気信号に基づく増幅信号を選択的に出力する。
転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、行選択トランジスタM4のゲートには、垂直走査部2が出力する転送パルスφTX1〜TX4、リセットパルスφRST1〜φRST4及び行選択パルスφROW1〜φROW4がそれぞれ入力される。また、リセットトランジスタM2と増幅トランジスタM3のドレインには画素電源VDDが接続されている。
また、画素部11〜44は、１行おきに、垂直信号線3_1A〜3_4Aと3_1B〜3_4Bとに交互に接続される。
固体撮像装置１００において列回路4_1〜4_4は、列回路ごとにクランプ容量CcとクランプトランジスタM6を備える。
列回路4_1〜4_4におけるクランプトランジスタM6は、クランプ容量Ccを介して入力された画素部11〜44からの出力信号をクランプ電位VCでクランプする。クランプ容量Ccは、画素部11〜44からの出力信号をカプリングすると共に、画素信号に含まれるノイズ成分を除去する。クランプトランジスタM6のゲートには、クランプパルスφCLが入力される。
列回路4_1〜4_4におけるクランプトランジスタM6は、クランプ容量Ccを介して入力された画素部11〜44からの出力信号をクランプ電位VCでクランプする。クランプ容量Ccは、画素部11〜44からの出力信号をカプリングすると共に、画素信号に含まれるノイズ成分を除去する。クランプトランジスタM6のゲートには、クランプパルスφCLが入力される。
固体撮像装置１００において接続切り替え部9は、スイッチSW3、スイッチSW4、スイッチSW1、スイッチSW2及び接続スイッチSW5を備える。
接続切り替え部9におけるスイッチSW3は、垂直信号線3_1A及び3_3Aと、列回路4_1及び4_3とをそれぞれ接続する。スイッチSW4は、垂直信号線3_1B及び3_3Bと、列回路4_1及び4_3とをそれぞれ接続する。スイッチSW１は、垂直信号線3_2A及び3_4Aと、列回路4_2及び4_4とをそれぞれ接続する。スイッチSW2は、垂直信号線3_2B及び3_4Bと、列回路4_2及び4_4とをそれぞれ接続する。スイッチSW5は、垂直信号線3_1B及び3_3Bと、列回路4_2及び4_4とをそれぞれ接続する。スイッチSW1〜SW5には、スイッチSW1〜SW5のON状態/OFF状態を切り替える接続切り替えパルスφSW1〜φSW5がモード設定部よりそれぞれ入力される。
接続切り替え部9におけるスイッチSW3は、垂直信号線3_1A及び3_3Aと、列回路4_1及び4_3とをそれぞれ接続する。スイッチSW4は、垂直信号線3_1B及び3_3Bと、列回路4_1及び4_3とをそれぞれ接続する。スイッチSW１は、垂直信号線3_2A及び3_4Aと、列回路4_2及び4_4とをそれぞれ接続する。スイッチSW2は、垂直信号線3_2B及び3_4Bと、列回路4_2及び4_4とをそれぞれ接続する。スイッチSW5は、垂直信号線3_1B及び3_3Bと、列回路4_2及び4_4とをそれぞれ接続する。スイッチSW1〜SW5には、スイッチSW1〜SW5のON状態/OFF状態を切り替える接続切り替えパルスφSW1〜φSW5がモード設定部よりそれぞれ入力される。
また、サンプルホールドトランジスタM7_1のゲートには、サンプルホールドパルスφSH1が入力され、サンプルホールドトランジスタM7_2のゲートには、サンプルホールドパルスφSH2が入力される。
また、各列の列選択トランジスタM8_1のゲートには列選択パルスφH1_1〜φH4_1がそれぞれ入力され、M8_2のゲートには列選択パルスφH1_2〜φH4_2がそれぞれ入力される。
水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2のゲートには、水平信号線リセットパルスφRS1,φRS2がそれぞれ入力され、水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2のドレインには水平信号線リセット電圧VRが接続される。
また、各列の列選択トランジスタM8_1のゲートには列選択パルスφH1_1〜φH4_1がそれぞれ入力され、M8_2のゲートには列選択パルスφH1_2〜φH4_2がそれぞれ入力される。
水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2のゲートには、水平信号線リセットパルスφRS1,φRS2がそれぞれ入力され、水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2のドレインには水平信号線リセット電圧VRが接続される。
図２（ａ）は全画素からの信号を読み出す全画素読み出しモードのタイミングチャートである。
まず、接続切り替えパルスφSW1=H及びφSW3=HによってスイッチSW１及びSW３をON状態に、接続切り替えパルスφSW2=L、φSW4=L及びφSW5=LによってスイッチSW２、SW4及びSW３をOFF状態としておくことで、垂直信号線3_1A〜3_4Aと列回路4_1〜4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_1B〜3_4Bと列回路4_1〜4_4とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
まず、接続切り替えパルスφSW1=H及びφSW3=HによってスイッチSW１及びSW３をON状態に、接続切り替えパルスφSW2=L、φSW4=L及びφSW5=LによってスイッチSW２、SW4及びSW３をOFF状態としておくことで、垂直信号線3_1A〜3_4Aと列回路4_1〜4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_1B〜3_4Bと列回路4_1〜4_4とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
次に、垂直走査部2により１行目の画素部11〜14の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW1=Hにより行選択トランジスタM4をON状態とし、増幅トランジスタM3の出力信号を垂直信号線3_1A〜3_4Aにそれぞれ出力する。また、リセットパルスφRST1=Hにより、リセットトランジスタM2をON状態とし、増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットして、画素部11〜14のリセット電位に応じた出力信号を垂直信号線3_1A〜3_4Aにそれぞれ出力する。この時クランプパルスφCL=Hにより、クランプトランジスタM6をON状態とし、クランプ容量Ccを介して入力された信号の電位をクランプ電位VCにクランプする。また、サンプルホールドパルスφSH１=Hにより、サンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする（時刻t2参照）。
次に、リセットパルスφRST1=L（時刻t3参照）とした後、クランプパルスφCL=Lとしてクランプを終了する（時刻t4参照）。また、転送パルスφTX1=Hにより転送トランジスタM1をON状態とし、フォトダイオードPDで発生した光信号に伴う電気信号を増幅トランジスタM3のゲートへ転送し（時刻t5参照）、転送パルスφTX1=Lとする。これにより、垂直信号線3_1A〜3_4Aには各画素部の光信号に伴う電気信号の増幅信号がそれぞれ出力され、列回路4_1〜4_4の出力はクランプ容量Ccによりそれぞれ画素部１1〜14のリセット電位から光信号に伴う電気信号による変化分ΔSigだけ変化し、リセット電位に含まれるノイズ成分が低減される（時刻t6参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lによって保持する（時刻t7参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lによって保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1,を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す（時刻t10参照）。
以上の水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返すことによってサンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の信号を水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1から出力する。
水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
以上の水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返すことによってサンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の信号を水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1から出力する。
水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
さらに、この水平信号線6_1への１行目の信号読み出し時に、２行目の画素部21〜24の信号の読み出しを行う。このとき、接続切り替えパルスφSW2=H及びφSW4=HによってスイッチSW２及びSW４をON状態に、φSW1=L、φSW3=L及びφSW5=LによってスイッチSW１、SW３及びSW５をOFF状態とする(時刻t11参照)。これにより、垂直信号線3_1B〜3_4Bと列回路4_1〜4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_1A〜3_4Aと列回路とは電気的に遮断する。２行目の画素部21〜24からの信号は、垂直信号線3_1B〜3_4Bと列回路4_1〜4_4を通じ、１行目と同様にノイズ成分が低減されサンプルホールド容量Cs_2に保持される（時刻t11から時刻t19参照）。
そして、前述のサンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された２行目の画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う（時刻t21参照）。
水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返して、全画素の信号の読み出しを行う（時刻t21から時刻t28参照）。
以上に示したように、N行目の画素信号の水平信号線への読み出しと、N+１行目の画素信号の列回路への読み出し及び列回路でのノイズキャンセル処理を同時に行うことで、高速に読み出すことを可能としている。
そして、前述のサンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された２行目の画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う（時刻t21参照）。
水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返して、全画素の信号の読み出しを行う（時刻t21から時刻t28参照）。
以上に示したように、N行目の画素信号の水平信号線への読み出しと、N+１行目の画素信号の列回路への読み出し及び列回路でのノイズキャンセル処理を同時に行うことで、高速に読み出すことを可能としている。
次に、各画素部からの信号を間引いて読み出す1/2列間引きモードを使用した際の動作を図２（ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。
まず、接続切り替えパルスφSW3=H及びφSW5=HによってスイッチSW3及びSW5をON状態に、φSW1=L、φSW2=L及びφSW4=LによってスイッチSW1、SW2及びSW4をOFF状態とする。これにより、垂直信号線3_1A、3_3Aと列回路4_1、4_3、垂直信号線3_1B、3_3Bと列回路4_2、4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_2A,B、3_4A,Bと列回路とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
まず、接続切り替えパルスφSW3=H及びφSW5=HによってスイッチSW3及びSW5をON状態に、φSW1=L、φSW2=L及びφSW4=LによってスイッチSW1、SW2及びSW4をOFF状態とする。これにより、垂直信号線3_1A、3_3Aと列回路4_1、4_3、垂直信号線3_1B、3_3Bと列回路4_2、4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_2A,B、3_4A,Bと列回路とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
次に、垂直走査部2によって１行目と２行目の画素部11〜24の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW1=H及びφROW2=Hにより１行目と２行目の行選択トランジスタM4をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bへそれぞれ同時に読み出す。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする。また、リセットパルスφRST1=H及びφRST2=Hにより１行目と２行目のリセットトランジスタM2をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜24のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bにそれぞれ出力する。接続切り替え部により、画素部11,13,21,23の出力信号を列回路に入力し、画素部12,14,22,24の出力信号は列回路に入力しない。この時クランプパルスφCL=Hとし、クランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする（時刻t2参照）。
次に、リセットパルスφRST1=L及びφRST2=L（時刻t3参照）とした後、クランプパルスφCL=Lとしクランプを終了する（時刻t4参照）。また、転送パルスφTX1=H及びφTX2=Hとし１行目と２行目の転送トランジスタM1をON状態とし、１行目と２行目のフォトダイオードPDで発生した光信号に伴う電気信号を１行目と２行目の増幅トランジスタM3のゲートへそれぞれ転送し（時刻t5参照）、転送パルスφTX1=Ｌ及びφTX2=Lとする。垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bには１行目と２行目の各画素部の光信号に伴う電気信号の増幅信号がそれぞれ出力され、列回路4_1〜4_4の出力はクランプ容量Ccによりそれぞれ画素部11,13,21,23のリセット電位から光信号に伴う電気信号による変化分ΔSigだけ変化し、リセット電位に含まれるノイズ成分が低減される（時刻t6参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部11に応じた列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す（時刻t10参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
次に、列選択パルスφH2_1=Hとしたことにより、サンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部21に応じた列回路4_2の出力信号を水平信号線6_1へ読み出す。これを繰り返し、１行目と２行目の信号を１列おきに、水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1より出力する。
さらに、この水平信号線6_1への１行目と２行目の信号読み出し時に合わせて、３行目と４行目の画素部の信号の読み出しを１行目と２行目と同様に行う。このとき、接続切り替えパルスは、１行目と２行目の読み出し同様に接続切り替えパルスφSW3= H及びφSW5= HによってスイッチSW3及びSW5をON状態に、接続切り替えパルスφSW1=L、φSW2=L及びφSW4=LによってスイッチSW1、SW2及びSW4をOFF状態とする。これにより、垂直信号線3_1A、3_3Aと列回路4_1、4_3、垂直信号線3_1B、3_3Bと列回路4_2、4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_2A,B、3_4A,Bと列回路とは電気的に遮断する。３行目と４行目の画素部31,33,41,43からの信号は垂直信号線3_1A,B、3_3A,Bと列回路4_1〜4_4を介して１行目と２行目と同様にノイズ成分が低減されサンプルホールド容量Cs_2に保持される。
そして、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目と２行目の列間引きされた画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された３行目と４行目の列間引きされた画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う。
以上の動作を繰り返し、全画素を1/2列分間引いた信号の読み出しを行う。
そして、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目と２行目の列間引きされた画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された３行目と４行目の列間引きされた画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う。
以上の動作を繰り返し、全画素を1/2列分間引いた信号の読み出しを行う。
以上に示したように、1/2列間引き読み出し時には、読み出されない画素列に配置された列回路を用いて、２行分の信号読み出しを並行して行うことで、高速な読み出しを可能としている。
本実施形態の全画素読み出しモード及び1/2列間引き読み出しモードにおける画素信号の読み出し期間と、列回路からの信号読み出し期間との関係を第３図に示す概念図にまとめる。
図３（ａ）は、全画素読み出しモードの場合を示す。図に示されるように、１行目から４行目までの画素部の信号を読み出すには、サイクルＴ１からＴ５までの時間が必要になる。１行目から４行目までの画素部の信号を列回路によって処理をするのが、サイクルＴ１からＴ４になる。また、そのサイクルに１サイクル分遅れて、列回路によって処理された１行目から４行目までの画素部の信号を出力処理するのが、サイクルＴ２からＴ５になる。
図３（ｂ）は、1/2列間引き読み出しモードの場合を示す。図に示されるように、１行目から４行目までの画素部のうち1/2列分間引いた信号を読み出すには、サイクルＴ１からＴ３までの時間で処理することが可能になる。１行目から４行目までの画素部の信号を間引いて列回路によって処理をするのが、サイクルＴ１からＴ２になる。また、そのサイクルに１サイクル分遅れて、列回路によって処理された１行目から４行目までの間引かれた画素部の信号を出力処理するのが、サイクルＴ２からＴ３になる。本実施形態では、出力される信号は、１行目及び２行目、並びに、３行目及び４行目と２行ごとにまとめて、走査された行の順に出力される。
本実施形態の全画素読み出しモード及び1/2列間引き読み出しモードにおける画素信号の読み出し期間と、列回路からの信号読み出し期間との関係を第３図に示す概念図にまとめる。
図３（ａ）は、全画素読み出しモードの場合を示す。図に示されるように、１行目から４行目までの画素部の信号を読み出すには、サイクルＴ１からＴ５までの時間が必要になる。１行目から４行目までの画素部の信号を列回路によって処理をするのが、サイクルＴ１からＴ４になる。また、そのサイクルに１サイクル分遅れて、列回路によって処理された１行目から４行目までの画素部の信号を出力処理するのが、サイクルＴ２からＴ５になる。
図３（ｂ）は、1/2列間引き読み出しモードの場合を示す。図に示されるように、１行目から４行目までの画素部のうち1/2列分間引いた信号を読み出すには、サイクルＴ１からＴ３までの時間で処理することが可能になる。１行目から４行目までの画素部の信号を間引いて列回路によって処理をするのが、サイクルＴ１からＴ２になる。また、そのサイクルに１サイクル分遅れて、列回路によって処理された１行目から４行目までの間引かれた画素部の信号を出力処理するのが、サイクルＴ２からＴ３になる。本実施形態では、出力される信号は、１行目及び２行目、並びに、３行目及び４行目と２行ごとにまとめて、走査された行の順に出力される。
本実施の形態によれば、1/2間引き読み出し時に従来よりも高速な読み出しが可能となる。また、この実施形態での出力信号には、１行目と２行目の画素部の情報が交互に出力される。また、全画素読み出しと1/2列読み出しで水平走査部5_1,5_2の動作が変わらないため、制御が容易となる。
（第２実施形態）
図４に本発明の第２実施形態を示すタイミング図を示す。構成図は図１に示す第１実施形態と同様である。また、全画素からの信号を読み出す全画素読み出しモードのタイミングも図２(a)に示す第１実施形態と同様であるため、ここでは図４（ｂ）を用いて、第２実施形態における1/2列間引きモードの読み出しタイミングについて説明する。
図４に本発明の第２実施形態を示すタイミング図を示す。構成図は図１に示す第１実施形態と同様である。また、全画素からの信号を読み出す全画素読み出しモードのタイミングも図２(a)に示す第１実施形態と同様であるため、ここでは図４（ｂ）を用いて、第２実施形態における1/2列間引きモードの読み出しタイミングについて説明する。
まず、接続切り替えパルスφSW3=H及びφSW5=HによってスイッチSW3及びSW5をON状態に、接続切り替えパルスφSW1=L、φSW2=L及びφSW4=LによってスイッチSW1、SW2及びSW4をOFF状態とする。これにより、垂直信号線3_1A、3_3Aと列回路4_1、4_3、垂直信号線3_1B、3_3Bと列回路4_2、4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_2A,B、3_4A,Bと列回路とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
次に、垂直走査部2によって１行目と２行目の画素部11〜24の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW１=H及びφROW 2=Hにより１行目と２行目の行選択トランジスタM4をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bへそれぞれ同時に読み出す。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする。また、リセットパルスφRST1=H及びφRST2=Hにより１行目と２行目のリセットトランジスタM2をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜24のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bにそれぞれ出力する。接続切り替え部により、画素部11,13,21,23の出力信号を列回路に入力し、画素部12,14,22,24の出力信号は列回路に入力しない。この時クランプパルスφCL=Hとし、クランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする（時刻t2参照）。
次に、垂直走査部2によって１行目と２行目の画素部11〜24の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW１=H及びφROW 2=Hにより１行目と２行目の行選択トランジスタM4をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bへそれぞれ同時に読み出す。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする。また、リセットパルスφRST1=H及びφRST2=Hにより１行目と２行目のリセットトランジスタM2をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜24のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bにそれぞれ出力する。接続切り替え部により、画素部11,13,21,23の出力信号を列回路に入力し、画素部12,14,22,24の出力信号は列回路に入力しない。この時クランプパルスφCL=Hとし、クランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする（時刻t2参照）。
次に、リセットパルスφRST1=L及びφRST2=L（時刻t3参照）とした後、クランプパルスφCL=Lとしクランプを終了する（時刻t4参照）。また、転送パルスφTX1=H及びφTX2=Hとし１行目と２行目の転送トランジスタM1をON状態とし、１行目と２行目のフォトダイオードPDで発生した光信号に伴う電気信号を１行目と２行目の増幅トランジスタM3のゲートへそれぞれ転送し（時刻t5参照）、転送パルスφTX1=Ｌ及びφTX2=Lとする。垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bには１行目と２行目の各画素部の光信号に伴う電気信号の増幅信号がそれぞれ出力され、列回路4_1〜4_4の出力はクランプ容量Ccによりそれぞれ画素部11,13,21,23のリセット電位から光信号に伴う電気信号による変化分ΔSigだけ変化し、リセット電位に含まれるノイズ成分が低減される（時刻t6参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部11に応じた列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す（時刻t10参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部11に応じた列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す（時刻t10参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
これを繰り返し、まず列間引きされた1行目の信号を読み出す。1行目の信号を読み出しが終わると、続けて列選択パルスφH2_1によりサンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部21に応じた列回路4_2の出力信号を水平信号線6_1に読み出す。次に列選択パルスφH4_1により、サンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部23に応じた列回路4_4の出力を水平信号線6_1へ読み出す。これを繰り返し、まず列間引きされた2行目の信号を読み出す。
これにより、1行目と2行目の信号を1列飛ばしで、水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1より出力する。
これにより、1行目と2行目の信号を1列飛ばしで、水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1より出力する。
さらに、この水平信号線6_1への１行目と２行目の信号読み出し時に合わせて、３行目と４行目の画素部の信号の読み出しを１行目と２行目と同様に行う。このとき、接続切り替えパルスは、１行目と２行目の読み出し同様にφSW3及びφSW5によってスイッチSW3及びSW5をON状態に、φSW1、φSW2及びφSW4によってスイッチSW1、SW2及びSW4をOFF状態とする。これにより、垂直信号線3_1A、3_3Aと列回路4_1、4_3、垂直信号線3_1B、3_3Bと列回路4_2、4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_2A,B、3_4A,Bと列回路とは電気的に遮断する。３行目と４行目の画素部31,33,41,43からの信号は垂直信号線3_1A,B、3_3A,Bと列回路4_1〜4_4を介して１行目と２行目と同様にノイズ成分が低減されサンプルホールド容量Cs_2に保持される。
そして、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目と２行目の列間引きされた画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された３行目と４行目の列間引きされた画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う。
以上の動作を繰り返し、全画素を1/2列分間引いた信号の読み出しを行う。
そして、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目と２行目の列間引きされた画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された３行目と４行目の列間引きされた画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う。
以上の動作を繰り返し、全画素を1/2列分間引いた信号の読み出しを行う。
以上に示したように、1/2列間引き読み出し時には、読み出されない画素列に配置された列回路を用いて、２行分の信号読み出しを並行して行うことで、高速な読み出しを可能としている。
本実施形態の全画素読み出しモード及び1/2列間引き読み出しモードにおける画素信号の読み出し期間と、列回路からの信号読み出し期間との関係を第５図に示す概念図にまとめる。
図５（ａ）は、全画素読み出しモードの場合を示す。図に示されるように、１行目から４行目までの画素部の信号を読み出すには、サイクルＴ１からＴ５までの時間が必要になる。図５（ａ）は、前述の図３（ａ）と同じである。
図５（ｂ）は、1/2列間引き読み出しモードの場合を示す。図に示されるように、１行目から４行目までの画素部のうち1/2列分間引いた信号を読み出すには、サイクルＴ１からＴ３までの時間で処理することが可能になる。１行目から４行目までの画素部の信号を間引いて列回路によって処理をするのが、サイクルＴ１からＴ２になる。また、そのサイクルに１サイクル分遅れて、列回路によって処理された１行目から４行目までの間引かれた画素部の信号を出力処理するのが、サイクルＴ２からＴ３になる。本実施形態では、出力されるデータを、行ごとにまとめて、走査された行の順に出力される。
図５（ａ）は、全画素読み出しモードの場合を示す。図に示されるように、１行目から４行目までの画素部の信号を読み出すには、サイクルＴ１からＴ５までの時間が必要になる。図５（ａ）は、前述の図３（ａ）と同じである。
図５（ｂ）は、1/2列間引き読み出しモードの場合を示す。図に示されるように、１行目から４行目までの画素部のうち1/2列分間引いた信号を読み出すには、サイクルＴ１からＴ３までの時間で処理することが可能になる。１行目から４行目までの画素部の信号を間引いて列回路によって処理をするのが、サイクルＴ１からＴ２になる。また、そのサイクルに１サイクル分遅れて、列回路によって処理された１行目から４行目までの間引かれた画素部の信号を出力処理するのが、サイクルＴ２からＴ３になる。本実施形態では、出力されるデータを、行ごとにまとめて、走査された行の順に出力される。
本実施の形態によれば、1/2間引き読み出し時に従来よりも高速な読み出しが可能となる。
また、２行分の信号を分離して別々のタイミングで取り出せるため、後処理の実施が容易となる。
また、２行分の信号を分離して別々のタイミングで取り出せるため、後処理の実施が容易となる。
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態における固体撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
この図に示される固体撮像装置１００ａは、画素部11〜44と、垂直走査部2ａと、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bと、画素バイアス電流源IPIXと、列回路4_1〜4_4と、接続切り替え部9と、サンプルホールドトランジスタM7_1,7_2と、サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2と、列選択トランジスタM8_1,M8_2と、水平走査部5_1,5_2と、水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2と、出力アンプ7_1,7_2と、モード設定部8を備える。
固体撮像装置１００ａにおける垂直走査部2ａは、１行目と２行目の画素部を選択する行選択パルスφROW１,2を出力する共通の制御線を１行目と２行目の画素部に接続する。垂直走査部2ａは、３行目と４行目の画素部を選択する行選択パルスφROW3,4を出力する共通の制御線を３行目と４行目の画素部に接続する。
図６に示した構成において、図１に示す第１実施形態の構成に対し、1行目と2行目の選択トランジスタM4のゲートを共通の行選択パルスφROW１,2に接続し、3行目と4行目の行選択トランジスタM4のゲートを共通の行選択パルスφROW3,4に接続するように変更したもので、そのほかの構成は、第１実施形態と同様である。
図６は、本発明の第３実施形態における固体撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
この図に示される固体撮像装置１００ａは、画素部11〜44と、垂直走査部2ａと、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bと、画素バイアス電流源IPIXと、列回路4_1〜4_4と、接続切り替え部9と、サンプルホールドトランジスタM7_1,7_2と、サンプルホールド容量Cs_1,Cs_2と、列選択トランジスタM8_1,M8_2と、水平走査部5_1,5_2と、水平信号線リセットトランジスタM9_1,M9_2と、出力アンプ7_1,7_2と、モード設定部8を備える。
固体撮像装置１００ａにおける垂直走査部2ａは、１行目と２行目の画素部を選択する行選択パルスφROW１,2を出力する共通の制御線を１行目と２行目の画素部に接続する。垂直走査部2ａは、３行目と４行目の画素部を選択する行選択パルスφROW3,4を出力する共通の制御線を３行目と４行目の画素部に接続する。
図６に示した構成において、図１に示す第１実施形態の構成に対し、1行目と2行目の選択トランジスタM4のゲートを共通の行選択パルスφROW１,2に接続し、3行目と4行目の行選択トランジスタM4のゲートを共通の行選択パルスφROW3,4に接続するように変更したもので、そのほかの構成は、第１実施形態と同様である。
図７（ａ）は全画素からの信号を読み出す全画素読み出しモードのタイミングチャートである。
まず、接続切り替えパルスφSW1=H及びφSW3=HによってスイッチSW１及びSW３をON状態に、接続切り替えパルスφSW2=L、φSW4=L及びφSW5=LによってスイッチSW２、SW4及びSW３をOFF状態としておくことで、垂直信号線3_1A〜3_4Aと列回路4_1〜4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_1B〜3_4Bと列回路4_1〜4_4とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
まず、接続切り替えパルスφSW1=H及びφSW3=HによってスイッチSW１及びSW３をON状態に、接続切り替えパルスφSW2=L、φSW4=L及びφSW5=LによってスイッチSW２、SW4及びSW３をOFF状態としておくことで、垂直信号線3_1A〜3_4Aと列回路4_1〜4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_1B〜3_4Bと列回路4_1〜4_4とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
次に、垂直走査部2により１行目と２行目の画素部11〜24の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW１,2=Hにより１行目と２行目の行選択トランジスタM4をON状態とし、増幅トランジスタM3の出力信号を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bにそれぞれ出力する。また、リセットパルスφRST1=Hにより、リセットトランジスタM2をON状態とし、増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットして、画素部11〜14のリセット電位に応じた出力信号を垂直信号線3_1A〜3_4Aにそれぞれ出力する。この時クランプパルスφCL=Hにより、クランプトランジスタM6をON状態とし、クランプ容量Ccを介して入力された信号の電位をクランプ電位VCにクランプする。また、サンプルホールドパルスφSH１=Hにより、サンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする（時刻t2参照）。
次に、リセットパルスφRST1=L（時刻t3参照）とした後、クランプパルスφCL=Lとしてクランプを終了する（時刻t4参照）。また、転送パルスφTX1=Hにより転送トランジスタM1をON状態とし、フォトダイオードPDで発生した光信号に伴う電気信号を増幅トランジスタM3のゲートへ転送し（時刻t5参照）、転送パルスφTX1=Lとする。これにより、垂直信号線3_1A〜3_4Aには各画素部の光信号に伴う電気信号の増幅信号がそれぞれ出力され、列回路4_1〜4_4の出力はクランプ容量Ccによりそれぞれ画素部11〜14のリセット電位から光信号に伴う電気信号による変化分ΔSigだけ変化し、リセット電位に含まれるノイズ成分が低減される（時刻t6参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lによって保持する（時刻t7参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lによって保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1,を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す（時刻t10参照）。
以上の水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返すことによってサンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の信号を水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1から出力する。
水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
以上の水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返すことによってサンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の信号を水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1から出力する。
水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
さらに、この水平信号線6_1への１行目の信号読み出し時に、２行目の画素部21〜24の信号の読み出しを行う。このとき、接続切り替えパルスφSW2=H及びφSW4=HによってスイッチSW２及びSW４をON状態に、φSW1=L、φSW3=L及びφSW5=LによってスイッチSW１、SW３及びSW５をOFF状態とする(時刻t11参照)。これにより、垂直信号線3_1B〜3_4Bと列回路4_1〜4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_1A〜3_4Aと列回路とは電気的に遮断する。２行目の画素部21〜24からの信号は、垂直信号線3_1B〜3_4Bと列回路4_1〜4_4を通じ、１行目と同様にノイズ成分が低減されサンプルホールド容量Cs_2に保持される（時刻t11から時刻t19参照）。
そして、前述のサンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された２行目の画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う（時刻t21参照）。
水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返して、全画素の信号の読み出しを行う（時刻t21から時刻t28参照）。
以上に示したように、N行目の画素信号の水平信号線への読み出しと、N+１行目の画素信号の列回路への読み出し及び列回路でのノイズキャンセル処理を同時に行うことで、高速に読み出すことを可能としている。
そして、前述のサンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目の画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された２行目の画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う（時刻t21参照）。
水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにするリセットと、サンプルホールド容量Cs_1に保持された信号の読み出し動作を繰り返して、全画素の信号の読み出しを行う（時刻t21から時刻t28参照）。
以上に示したように、N行目の画素信号の水平信号線への読み出しと、N+１行目の画素信号の列回路への読み出し及び列回路でのノイズキャンセル処理を同時に行うことで、高速に読み出すことを可能としている。
次に、各画素部からの信号を間引いて読み出す1/2列間引きモードを使用した際の動作を図７（ｂ）のタイミングチャートを用いて説明する。
まず、接続切り替えパルスφSW3=H及びφSW5=HによってスイッチSW3及びSW5をON状態に、φSW1=L、φSW2=L及びφSW4=LによってスイッチSW1、SW2及びSW4をOFF状態とする。これにより、垂直信号線3_1A、3_3Aと列回路4_1、4_3、垂直信号線3_1B、3_3Bと列回路4_2、4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_2A,B、3_4A,Bと列回路とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
次に、垂直走査部2によって１行目と２行目の画素部11〜24の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW１,2=Hにより１行目と２行目の行選択トランジスタM4をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bへそれぞれ同時に読み出す。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする。また、リセットパルスφRST1=H及びφRST2=Hにより１行目と２行目のリセットトランジスタM2をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜24のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bにそれぞれ出力する。接続切り替え部により、画素部11,13,21,23の出力信号を列回路に入力し、画素部12,14,22,24の出力信号は列回路に入力しない。この時クランプパルスφCL=Hとし、クランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする（時刻t2参照）。
まず、接続切り替えパルスφSW3=H及びφSW5=HによってスイッチSW3及びSW5をON状態に、φSW1=L、φSW2=L及びφSW4=LによってスイッチSW1、SW2及びSW4をOFF状態とする。これにより、垂直信号線3_1A、3_3Aと列回路4_1、4_3、垂直信号線3_1B、3_3Bと列回路4_2、4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_2A,B、3_4A,Bと列回路とは電気的に遮断する（時刻t1参照）。
次に、垂直走査部2によって１行目と２行目の画素部11〜24の読み出し動作が可能となり、行選択パルスφROW１,2=Hにより１行目と２行目の行選択トランジスタM4をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3の出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bへそれぞれ同時に読み出す。また、サンプルホールドパルスφSH１=HによりサンプルホールドトランジスタM7_1をON状態にして、サンプルホールド容量Cs_1においてサンプル状態にする。また、リセットパルスφRST1=H及びφRST2=Hにより１行目と２行目のリセットトランジスタM2をON状態とし、１行目と２行目の増幅トランジスタM3のゲートをリセット電位にリセットし、画素部11〜24のリセット電位に応じた出力を垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bにそれぞれ出力する。接続切り替え部により、画素部11,13,21,23の出力信号を列回路に入力し、画素部12,14,22,24の出力信号は列回路に入力しない。この時クランプパルスφCL=Hとし、クランプトランジスタM6をON状態としクランプ容量Ccをクランプ電位VCにクランプする（時刻t2参照）。
次に、リセットパルスφRST1=L及びφRST2=L（時刻t3参照）とした後、クランプパルスφCL=Lとしクランプを終了する（時刻t4参照）。また、転送パルスφTX1=H及びφTX2=Hとし１行目と２行目の転送トランジスタM1をON状態とし、１行目と２行目のフォトダイオードPDで発生した光信号に伴う電気信号を１行目と２行目の増幅トランジスタM3のゲートへそれぞれ転送し（時刻t5参照）、転送パルスφTX1=Ｌ及びφTX2=Lとする。垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bには１行目と２行目の各画素部の光信号に伴う電気信号の増幅信号がそれぞれ出力され、列回路4_1〜4_4の出力はクランプ容量Ccによりそれぞれ画素部11,13,21,23のリセット電位から光信号に伴う電気信号による変化分ΔSigだけ変化し、リセット電位に含まれるノイズ成分が低減される（時刻t6参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部11に応じた列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す（時刻t10参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
そして、それぞれの列のサンプルホールド容量Cs_1に読み出された列回路4_1〜4_4からの読み出し信号を、サンプルホールドパルスφSH1=Lとし保持する（時刻t7参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1=Hにより水平信号線6_1を水平信号線リセット電圧VRにリセットした後、水平信号線リセットパルスφRS1=L及び列選択パルスφH1_1=Hによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部11に応じた列回路4_1の出力信号を水平信号線6_1に読み出す（時刻t10参照）。
次に、水平信号線リセットパルスφRS1= H及び列選択パルスφH1_1=Lによりサンプルホールド容量Cs_1に保持された列回路4_1から水平信号線6_1への出力を停止し、水平信号線6_1をあらためてリセットする（時刻t12参照）。
次に、列選択パルスφH2_1=Hとしたことにより、サンプルホールド容量Cs_1に保持された画素部21に応じた列回路4_2の出力信号を水平信号線6_1へ読み出す。これを繰り返し、１行目と２行目の信号を１列おきに、水平信号線6_1に順次読み出し、出力アンプ7_1を通じて出力チャンネルOUT1より出力する。
さらに、この水平信号線6_1への１行目と２行目の信号読み出し時に合わせて、３行目と４行目の画素部の信号の読み出しを１行目と２行目と同様に行う。このとき、接続切り替えパルスは、１行目と２行目の読み出し同様にφSW3及びφSW5によってスイッチSW3及びSW5をON状態に、φSW1、φSW2及びφSW4によってスイッチSW1、SW2及びSW4をOFF状態とする。これにより、垂直信号線3_1A、3_3Aと列回路4_1、4_3、垂直信号線3_1B、3_3Bと列回路4_2、4_4とを電気的に接続し、垂直信号線3_2A,B、3_4A,Bと列回路とは電気的に遮断する。３行目と４行目の画素部31,33,41,43からの信号は垂直信号線3_1A,B、3_3A,Bと列回路4_1〜4_4を介して１行目と２行目と同様にノイズ成分が低減されサンプルホールド容量Cs_2に保持される。
そして、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目と２行目の列間引きされた画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された３行目と４行目の列間引きされた画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う。
以上の動作を繰り返し、全画素を1/2列分間引いた信号の読み出しを行う。
そして、サンプルホールド容量Cs_1に保持された１行目と２行目の列間引きされた画素信号の読み出しを終えると、同様にCs_2に保持された３行目と４行目の列間引きされた画素信号の水平信号線6_2への読み出しを続けて行う。
以上の動作を繰り返し、全画素を1/2列分間引いた信号の読み出しを行う。
以上に示したように、1/2列間引き読み出し時には、読み出されない画素列に配置された列回路を用いて、２行分の信号読み出しを並行して行うことで、高速な読み出しを可能としている。
本実施の形態によれば、1/2間引き読み出し時に従来よりも高速な読み出しが可能となる。また、行選択パルスを２行分の画素部で共有することで、配線数を減らすことを可能としている。
なお、固体撮像装置１００と１００ａでは、画素部11〜44がフォトダイオードＰＤの出力を増幅して画素信号を出力する増幅トランジスタM3を含み、行列方向に二次元的に配置される。垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bは、列ごとに複数設けられ、増幅トランジスタM3からの画素信号が複数行ごとに出力される。列回路4_1〜4_4は、列ごとに設けられ、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bからの信号を処理する。接続切り替え部9は、入力される信号に基づいて複数の垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bと列回路4_1〜4_4との接続を切り替える。モード制御部8は、接続切り替え部9に信号を入力し、複数の垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bを同一の列の列回路4_1〜4_4に接続する全画素読み出しモード（第１のモード）と、複数の垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bを異なる列の列回路4_1〜4_4に接続する1/2間引き読み出しモード（第２のモード）との切り替えを制御する。
また、全画素読み出しモード（第1のモード）は、全画素からの信号を列回路に入力するモードであり、1/2間引き読み出しモード（第２のモード）は、画素部からの信号を複数列単位で間引いて列回路に入力するモードである。
また、1/2間引き読み出しモード時は、非読み出し画素列に配置された列回路に、読み出し列の画素部に接続された複数の列信号線のいずれかを接続する。
これにより、列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。
また、全画素読み出しモード（第1のモード）は、全画素からの信号を列回路に入力するモードであり、1/2間引き読み出しモード（第２のモード）は、画素部からの信号を複数列単位で間引いて列回路に入力するモードである。
また、1/2間引き読み出しモード時は、非読み出し画素列に配置された列回路に、読み出し列の画素部に接続された複数の列信号線のいずれかを接続する。
これにより、列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。
また、水平走査部は、列回路からの信号を順次読み出す。水平走査部は、全画素読み出しモードと、1/2間引き読み出しモードで同じ動作をする。
これにより、簡単な制御で列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。
これにより、簡単な制御で列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。
また、水平走査部は、列回路からの信号を順次読み出す。水平走査部は、全画素読み出しモードと、1/2間引き読み出しモードで異なる動作をする。
これにより、列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。さらに後処理のしやすい信号出力が可能となる。
これにより、列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。さらに後処理のしやすい信号出力が可能となる。
また、画素部は、複数の垂直信号線との接続を切り替える選択スイッチを有しており、選択スイッチを制御する制御線が複数行の画素部に接続される。
これにより、列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。さらに画素部の配線数を減らすことが可能となる。
これにより、列間引きモード時の高速読み出しが可能となる。さらに画素部の配線数を減らすことが可能となる。
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、本発明の列回路に増幅回路やアナログ・デジタル変換器を含んだ構成とすることも可能である。そのような構成を用いた場合であっても、本発明を適用することにより、列間引き読出し時に非読み出し列に配置されたこれらの回路を利用して、高速に読出しを行うことが可能となる。
なお、本発明の固体撮像装置は、固体撮像装置１００、１００ａである。また、本発明の画素部は、画素部11〜44である。また、本発明の列信号線は、垂直信号線3_1A,B〜3_4A,Bである。また、本発明の列回路は、列回路4_1〜4_4である。また、本発明の切り替え手段は、接続切り替え部９である。また、本発明のモード制御部は、モード設定部8である。また、本発明の水平走査部は、水平走査部5_1,5_2である。
１００ 固体撮像装置
１１〜４４ 画素部
２ 垂直走査部
3_1A,B〜3_4A,B 垂直信号線
IPIX 画素バイアス電流源
4_1〜4_4 列回路
Cc クランプ容量
M6 クランプトランジスタ
5_1,5_2 水平走査部
7_1,7_2 出力アンプ
M7_1,7_2 サンプルホールドトランジスタ
Cs_1,Cs_2 サンプルホールド容量
M8_1,M8_2 列選択トランジスタ
M9_1,M9_2 水平信号線リセットトランジスタ
7_1,7_2 出力アンプ
８ モード設定部
９ 接続切り替え部
１１〜４４ 画素部
ＰＤ フォトダイオード
Ｍ１ 転送トランジスタ
Ｍ３ 増幅トランジスタ
Ｍ２ リセットトランジスタ
Ｍ４ 行選択トランジスタ
１１〜４４ 画素部
２ 垂直走査部
3_1A,B〜3_4A,B 垂直信号線
IPIX 画素バイアス電流源
4_1〜4_4 列回路
Cc クランプ容量
M6 クランプトランジスタ
5_1,5_2 水平走査部
7_1,7_2 出力アンプ
M7_1,7_2 サンプルホールドトランジスタ
Cs_1,Cs_2 サンプルホールド容量
M8_1,M8_2 列選択トランジスタ
M9_1,M9_2 水平信号線リセットトランジスタ
7_1,7_2 出力アンプ
８ モード設定部
９ 接続切り替え部
１１〜４４ 画素部
ＰＤ フォトダイオード
Ｍ１ 転送トランジスタ
Ｍ３ 増幅トランジスタ
Ｍ２ リセットトランジスタ
Ｍ４ 行選択トランジスタ
Claims (6)
- 光電変換部と前記光電変換部の出力を増幅して画素信号を出力する増幅部とを含み、行列方向に二次元的に配置された画素部と、
列ごとに複数設けられ、前記増幅部からの画素信号が複数行ごとに出力される列信号線と、
列ごとに設けられ、前記列信号線からの信号を処理する列回路と、
入力される信号に基づいて前記複数の列信号線と前記列回路との接続を切り替える切り替え手段と、
前記切り替え手段に信号を入力し、前記複数の列信号線を同一の列の列回路に接続する第１のモードと、前記複数の列信号線を異なる列の列回路に接続する第２のモードとの切り替えを制御するモード制御部と、
前記第２のモード時に、前記画素部から複数行分の前記画素信号を、互いに異なる前記列信号線に並行して出力させる垂直走査部と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第１のモードは全画素部からの信号を前記列回路に入力するモードであり、前記第２のモードは前記画素部からの信号を複数列単位で間引いて前記列回路に入力するモードである
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記第２のモード時は、非読み出し画素列に配置された前記列回路に、読み出し画素列に配置された複数の列信号線のいずれかを接続する
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。 - 前記列回路からの信号を順次読み出す水平走査部をさらに有し、
前記水平走査部は前記第１のモードと、第２のモードで同じ動作をする
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記列回路からの信号を順次読み出す水平走査部をさらに有し、
前記水平走査部は前記第１のモードと、第２のモードで異なる動作をする
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記画素部は、
前記複数の垂直信号線との接続を切り替える選択スイッチを有し、
前記選択スイッチを制御する制御線を複数行の画素部に接続する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
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