技術 固体撮像装置

0001

本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。

0002

従来、カラーリニアイメージセンサ等の固体撮像装置がある。固体撮像装置では、主走査方向に、複数の画素が線状になるように配置される。また、固体撮像装置では、主走査方向と直交する副走査方向に、赤色、緑色、青色等の各色の画素が、並列配置される。

0003

固体撮像装置は、主走査方向に設けられた読取ラインを、副走査方向へ順次シフトし、各色の画素によって読取りを行い、各色の画素信号を出力する。固体撮像装置では、各色の読取周期の開始時刻のずれに応じ、各色の画素信号の周期もずれる。

0004

固体撮像装置から出力された各色の画素信号は、別途設けられた補正装置によって周期のずれが補正され、撮像画像に合成される。固体撮像装置を有する撮像装置は、補正装置によって大型化し、製造コスト及び消費電力が増大する。

0005

特開２００７−７４４２１号公報

0006

実施形態は、画素の色に応じて露光周期が異なる場合においても、各色の画素信号を同期して出力することができ、撮像装置の大型化、製造コスト及び消費電力の増大を抑えることができる、固体撮像装置を提供することを目的とする。

0007

実施形態の固体撮像装置は、受光素子、読出ゲート、前段蓄積部、後段蓄積部、フローティングディフュージョン、アンプトランジスタ、リセットトランジスタ、及び、アドレストランジスタを有する。受光素子は、カラーフィルタを有し、入射光を光電変換する。読出ゲートは、前記受光素子から信号電荷を読み出す。前段蓄積部は、前記受光素子から読み出した前記信号電荷を蓄積する。後段蓄積部は、前記前段蓄積部から移送した前記信号電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンは、前記後段蓄積部から転送した前記信号電荷を信号電圧に変換する。アンプトランジスタは、前記信号電圧に応じた画素信号を生成する。リセットトランジスタは、前記アンプトランジスタのゲート電圧を基準電圧にリセットする。アドレストランジスタは、前記画素信号を出力する。

0008

実施形態に関わる、固体撮像装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
実施形態に関わる、固体撮像装置の画素の一例を示す回路図である。
実施形態に関わる、固体撮像装置の読出信号、バリア信号、転送信号及び画素信号の波形図の一例である。
実施形態の変形例１に関わる、固体撮像装置の画素の一例を示す回路図である。
実施形態の変形例２に関わる、固体撮像装置の画素の一例を示す回路図である。
実施形態の変形例２に関わる、固体撮像装置の読出信号、蓄積信号、転送信号及び画素信号の波形図の一例である。
実施形態の変形例３に関わる、固体撮像装置の画素の一例を示す回路図である。
実施形態の変形例３に関わる、固体撮像装置の読出信号、蓄積信号、バリア信号、転送信号及び画素信号の波形図の一例である。

0009

（実施形態）
以下、図面を参照して実施形態を説明する。

0010

図１は、固体撮像装置１の概略構成の一例を示すブロック図である。図２は、固体撮像装置１の画素１０の一例を示す回路図である。

0011

図１に示すように、固体撮像装置１は、複数の画素１０、出力回路２０、出力端子３０及び制御回路４０を有する。複数の画素１０は、出力回路２０を介して出力端子３０に画素信号Ｖを出力する。複数の画素１０は、制御回路４０によって制御される。

0012

複数の画素１０は、画素アレイ上に、主走査方向Ｘに、線状になるように配置される。また、複数の画素１０は、主走査方向Ｘと直交する副走査方向Ｙに、例えば赤色画素である第１色画素Ｒ１〜Ｒｎ、例えば緑色画素である第２色画素Ｇ１〜Ｇｎ、及び、例えば青色画素である第３色画素Ｂ１〜Ｂｎが並列に配置される。

0013

以下、第１色画素Ｒ１〜Ｒｎの全部又は一部を示すとき第１色画素Ｒといい、第２色画素Ｇ１〜Ｇｎの全部又は一部を示すとき第２色画素Ｇといい、第３色画素Ｂ１〜Ｂｎの全部又は一部を示すとき第３色画素Ｂという。

0014

また、第１色画素Ｒ１〜Ｒｎ、第２色画素Ｇ１〜Ｇｎ、及び、第３色画素Ｂ１〜Ｂｎの全部又は一部を示すとき、画素１０という。

0015

画素１０の各々は、受光素子１１、電荷転送回路１２、電荷電圧変換回路１３を有する。

0016

図２に示すように、受光素子１１は、例えば、光電変換可能なフォトダイオードを有する。フォトダイオードは、アノードが接地電圧と接続され、カソードが電荷転送回路１２と接続される。フォトダイオードには、所定色成分を透過させるカラーフィルタが設けられる。受光素子１１は、露光すると、入射光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。

0017

電荷転送回路１２は、受光素子１１から電荷電圧変換回路１３に信号電荷を読み出して転送する。電荷転送回路１２は、読出ゲートＡ１、蓄積ゲートＡ２、バリアゲートＡ３、蓄積ダイオードＤ、転送ゲートＡ４を有する。読出ゲートＡ１、蓄積ゲートＡ２、バリアゲートＡ３、及び、転送ゲートＡ４は、順に、直列になるように接続される。

0018

読出ゲートＡ１は、制御回路４０から入力された読出信号ＲＤに応じ、受光素子１１に蓄積された信号電荷を蓄積ゲートＡ２に読み出す。

0019

蓄積ゲートＡ２は、制御回路４０から蓄積信号ＳＴが入力され、蓄積信号ＳＴに応じた蓄積電荷量を有し、読出ゲートＡ１から読み出された信号電荷を蓄積する。

0020

バリアゲートＡ３は、制御回路４０から入力されたバリア信号ＢＧに応じ、蓄積ゲートＡ２に蓄積された信号電荷を蓄積ダイオードＤに移送する。

0021

蓄積ダイオードＤは、カソードがバリアゲートＡ３の出力端及び転送ゲートＡ４の入力端と接続され、アノードが接地電圧と接続される。蓄積ダイオードＤは、バリアゲートＡ３から移送された信号電荷を蓄積する。

0022

転送ゲートＡ４は、制御回路４０から入力された転送信号ＳＨに応じ、蓄積ダイオードＤに蓄積された信号電荷を電荷電圧変換回路１３に転送する。

0023

電荷電圧変換回路１３は、電荷転送回路１２から転送された信号電荷を信号電圧に変換し、出力回路２０に画素信号Ｖを出力する。電荷電圧変換回路１３は、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットトランジスタＴｒ１、アンプトランジスタＴｒ２、アドレストランジスタＴｒ３、及び、定電流源Ｓｃを有する。リセットトランジスタＴｒ１、アンプトランジスタＴｒ２、及び、アドレストランジスタＴｒ３の各々は、例えば、ｎ型のトランジスタによって構成されるが、ｐ型のトランジスタによって構成されてもよい。

0024

フローティングディフュージョンＦＤは、コンデンサＣを有する。コンデンサＣは、一端が転送ゲートＡ４、及び、アンプトランジスタＴｒ２のゲートと接続され、他端が接地電圧と接続される。コンデンサＣは、転送ゲートＡ４から転送された信号電荷を信号電圧に変換する。

0025

リセットトランジスタＴｒ１は、一端が基準電圧と接続され、他端がフローティングディフュージョンＦＤと接続される。リセットトランジスタＴｒ１は、制御回路４０から入力されたリセット信号ＲＳに応じ、フローティングディフュージョンＦＤを基準電圧に接続し、信号電荷を排出する。

0026

アンプトランジスタＴｒ２は、一端が電源電圧と接続され、他端がアドレストランジスタＴｒ３及び出力回路２０と接続される。アンプトランジスタＴｒ２は、定電流源Ｓｃと接続されると、ソースフォロア動作を行い、出力回路２０に、ゲートに入力されたフローティングディフュージョンＦＤの信号電圧に応じた画素信号Ｖを出力する。

0027

アドレストランジスタＴｒ３は、アンプトランジスタＴｒ２の他端と定電流源Ｓｃの間に設けられる。アドレストランジスタＴｒ３は、ゲートが制御回路４０と接続され、制御回路４０から入力されたアドレス信号ＡＤに応じ、定電流源ＳｃとアンプトランジスタＴｒ２を接続状態又は遮断状態のいずれかにする。

0028

定電流源Ｓｃは、アンプトランジスタＴｒ２と接地電圧の間に設けられる。

0029

図１に戻り、出力回路２０は、第１色画素Ｒと接続された出力回路２１、第２色画素Ｇと接続された出力回路２２、及び、第３色画素Ｂと接続された出力回路２３を有する。出力回路２０は、複数の画素１０から入力された画素信号Ｖに増幅等の所定信号処理を行い、出力端子３０に出力する。

0030

出力端子３０は、出力回路２１と接続して画素信号Ｖｒを出力する出力端子３１、出力回路２２と接続して画素信号Ｖｇを出力する出力端子３２、及び、出力回路２３と接続して画素信号Ｖｂを出力する出力端子３３を有する。以下、画素信号Ｖｒ、Ｖｇ、Ｖｂの全部又は一部を示すとき、画素信号Ｖという。

0031

制御回路４０は、例えば、シフトレジスタによって構成される。

0032

また、制御回路４０は、読出信号ＲＤを出力し、画素１０の色に応じ、受光素子１１に蓄積された信号電荷の読出指示を行う。より具体的に、制御回路４０は、副走査方向Ｙへの読取ラインの移動に応じて各色の画素１０が電荷蓄積できるように、各色の画素１０の露光周期に従って読出信号ＲＤを出力する。露光周期は、画素１０の色に応じて定められる。読出信号ＲＤがＯＦＦ状態になると、読出ゲートＡ１が遮断状態になり、受光素子１１に信号電荷が蓄積される。読出信号ＲＤがＯＮ状態になると、読出ゲートＡ１が接続状態になり、受光素子１１から蓄積ゲートＡ２に信号電荷が読み出される。

0033

また、制御回路４０は、蓄積ゲートＡ２に所定電圧の蓄積信号ＳＴを出力する。

0034

また、制御回路４０は、バリア信号ＢＧを出力し、信号出力周期の開始前に、各色の画素１０の蓄積ゲートＡ２の信号電荷の移送指示を行う。例えば、制御回路４０は、信号出力周期の開始前に、同時に、全部の画素１０にバリア信号ＢＧを出力してもよい。バリア信号ＢＧがＯＮ状態になると、蓄積ゲートＡ２から蓄積ダイオードＤに信号電荷が読み出される。バリア信号ＢＧがＯＦＦ状態になると、蓄積ダイオードＤは、蓄積ゲートＡ２から遮断される。

0035

また、制御回路４０は、信号出力周期に、画素１０の主走査方向Ｘの位置に応じた転送信号ＳＨを順次出力し、信号電荷の転送指示を行う。転送信号ＳＨがＯＮ状態になると、蓄積ダイオードＤからフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷が転送される。転送信号ＳＨがＯＦＦ状態になると、フローティングディフュージョンＦＤは、蓄積ダイオードＤから遮断される。

0036

また、制御回路４０は、アドレス信号ＡＤを出力し、画素信号Ｖの出力指示も行う。アドレス信号ＡＤがＯＮ状態になると、アンプトランジスタＴｒ２と定電流源Ｓｃが接続され、フローティングディフュージョンＦＤの信号電圧に応じた画素信号Ｖが出力回路２０に出力される。画素１０の各々の画素信号Ｖを出力した後、制御回路４０は、アドレス信号ＡＤをＯＦＦ状態にし、アンプトランジスタＴｒ２から定電流源Ｓｃを遮断する。

0037

また、制御回路４０は、画素１０の各々の画素信号Ｖを出力した後、リセット信号ＲＳを出力し、信号電荷のリセット指示を行う。リセット信号ＲＳがＯＮ状態になると、基準電圧とフローティングディフュージョンＦＤが接続状態にされ、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされる。

0038

すなわち、蓄積ゲートＡ２は、前段蓄積部を構成する。蓄積ダイオードＤは、後段蓄積部を構成する。

0039

また、固体撮像装置１は、受光素子１１、読出ゲートＡ１、前段蓄積部、後段蓄積部、フローティングディフュージョンＦＤ、アンプトランジスタＴｒ２、リセットトランジスタＴｒ１、及び、アドレストランジスタＴｒ３を有する。受光素子１１は、カラーフィルタを有し、入射光を光電変換する。読出ゲートＡ１は、受光素子１１から信号電荷を読み出す。前段蓄積部は、受光素子１１から読み出した信号電荷を蓄積する。後段蓄積部は、前段蓄積部から移送した信号電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンＦＤは、後段蓄積部から転送した信号電荷を信号電圧に変換する。リセットトランジスタＴｒ１は、アンプトランジスタＴｒ２のゲート電圧を基準電圧にリセットする。アンプトランジスタＴｒ２は、信号電圧に応じた画素信号Ｖを生成する。アドレストランジスタＴｒ３は、画素信号Ｖを出力する。

0040

また、受光素子１１は、複数設けられ、前段蓄積部及び後段蓄積部は、複数の受光素子１１の各々に設けられる。

0041

また、制御回路４０は、同色のカラーフィルタ毎に、前段蓄積部における信号電荷の蓄積周期を制御する。より具体的には、制御回路４０は、同色のカラーフィルタを有する画素毎に定められた蓄積周期において、前段蓄積部が信号電荷を蓄積するように制御する。さらに具体的には、受光素子１１は、副走査方向Ｙに色の異なるカラーフィルタを有し、制御回路４０は、カラーフィルタの色に応じて定められた蓄積周期において、前段蓄積部が信号電荷を蓄積するように制御する。

0042

また、制御回路４０は、各色のカラーフィルタを有する画素１０の画素信号Ｖを同期して出力するように制御する。より具体的には、制御回路４０は、副走査方向Ｙと直交する主走査方向Ｘの位置に応じ、各色のカラーフィルタを有する画素１０が同期し、後段蓄積部からフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷を転送するように制御する。

0043

（動作）
次に、実施形態に係る固体撮像装置１の動作について説明をする。

0044

図３は、実施形態に関わる、固体撮像装置１の読出信号ＲＤ、バリア信号ＢＧ、転送信号ＳＨ及び画素信号Ｖの波形図の一例である。

0045

図３の例では、第２色画素Ｇの露光周期Ｐｒ２は、第１色画素Ｒの露光周期Ｐｒ１から１／２周期遅れるように定められる。また、第３色画素Ｂの露光周期は、第２色画素Ｇの露光周期Ｐｒ２から１／２周期遅れるように定められる。すなわち、第３色画素Ｂの露光周期は、１周期遅れて第１色画素Ｒの露光周期Ｐｒ１と同期する。第３色画素Ｂの動作は、第１色画素Ｒと同じであるため、図示及び説明を省略する。以下、露光周期Ｐｒ１、Ｐｒ２及び第３色画素Ｂの露光周期の全部又は一部を示すとき、露光周期Ｐｒという。

0046

時刻Ｔ１において、制御回路４０がＯＦＦ状態の読出信号ＲＤｒを出力すると、受光素子１１と電荷転送回路１２が遮断状態になり、第１色画素Ｒの受光素子１１は、露光による信号電荷の蓄積を開始する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ３ａが露光周期Ｐｒ１である。

0047

読取ラインが副走査方向Ｙへ所定速度で移動し、時刻Ｔ２になると、読取ラインに、第２色画素Ｇが配置される。制御回路４０がＯＦＦ状態の読出信号ＲＤｇを出力すると、第２色画素Ｇの受光素子１１は、露光による信号電荷の蓄積を開始する。時刻Ｔ２から時刻Ｔ４ａが露光周期Ｐｒ２である。

0048

読取ラインの移動は、画素アレイを副走査方向Ｙへ移動させる画素アレイ移動機構によって実現してもよいし、被写体を副走査方向Ｙへ移動させる被写体移動機構によって実現してもよい。

0049

時刻Ｔ３において、制御回路４０がＯＮ状態の読出信号ＲＤｒを出力すると、時刻Ｔ３ａでＯＦＦ状態の読出信号ＲＤｒを出力するまで、第１色画素Ｒの読出ゲートＡ１は、受光素子１１から蓄積ゲートＡ２に信号電荷を読み出す。第１色画素Ｒの蓄積ゲートＡ２は、時刻Ｔ３ａから時刻Ｔｓまでの蓄積周期Ｐｃ１、信号電荷を蓄積する。

0050

時刻Ｔ４において、制御回路４０がＯＮ状態の読出信号ＲＤｇを出力すると、時刻Ｔ４ａでＯＦＦ状態の読出信号ＲＤｇを出力するまで、第２色画素Ｇの読出ゲートＡ１は、受光素子１１から蓄積ゲートＡ２に信号電荷を読み出す。第２色画素Ｇの蓄積ゲートＡ２は、時刻Ｔ４ａから時刻Ｔｓまでの蓄積周期Ｐｃ２、信号電荷を蓄積する。

0051

時刻Ｔｓになると、信号出力周期Ｐｓが開始する。時刻Ｔｓにおいて、制御回路４０がＯＮ状態のバリア信号ＢＧを出力すると、全部の画素１０のバリアゲートＡ３は、蓄積ゲートＡ２から蓄積ダイオードＤに信号電荷を移送する。

0052

続いて、制御回路４０が、ＯＮ状態の転送信号ＳＨ１〜ＳＨｎを出力すると、順次、主走査方向Ｘに配列された画素１０の各々の転送ゲートＡ４は、蓄積ダイオードＤからフローティングディフュージョンＦＤに信号電荷を転送する。

0053

制御回路４０が、ＯＮ状態のアドレス信号ＡＤを出力すると、順次、主走査方向Ｘに配列された画素１０の各々のアンプトランジスタＴｒ２は、フローティングディフュージョンＦＤの信号電圧に応じた画素信号Ｖを出力する。

0054

より具体的には、第１色画素Ｒは、露光周期Ｐｒ１に蓄積された信号電荷に応じた画素信号Ｖｒを出力回路２１に出力する。第２色画素Ｇは、露光周期Ｐｒ２に蓄積された信号電荷に応じた画素信号Ｖｇを出力回路２２に出力する。図示は省略するが、第３色画素Ｂも、露光周期に蓄積された電荷に応じた画素信号Ｖｂを出力回路２３に出力する。

0055

出力回路２０は、画素信号Ｖを増幅し、出力端子３０に出力する。

0056

第１色画素Ｒは、第１前段蓄積部、第１後段蓄積部、及び、第１電荷電圧変換回路１３を有する。第１前段蓄積部は、第１露光周期Ｐｒ１によって光電変換した第１受光素子１１から読み出された第１信号電荷を蓄積する。第１後段蓄積部は、前段蓄積部から第１信号電荷を移送され、信号出力周期Ｐｓの開始前に、第１信号電荷を蓄積する。第１電荷電圧変換回路１３は、信号出力周期Ｐｓに、第１後段蓄積部から転送された第１信号電荷に応じた第１画素信号Ｖｒを出力する。

0057

第２色画素Ｇは、第２前段蓄積部、第２後段蓄積部、及び、第２電荷電圧変換回路１３を有する。第２前段蓄積部は、第１露光周期Ｐｒ１とは異なる第２露光周期Ｐｒ２によって光電変換した第２受光素子１１から読み出された第２信号電荷を蓄積する。第２後段蓄積部は、信号出力周期Ｐｓの開始前に、第２前段蓄積部から移送された第２信号電荷を蓄積する。第２電荷電圧変換回路１３は、信号出力周期Ｐｓに、第２後段蓄積部から転送された第２信号電荷に応じた第２画素信号Ｖｇを出力する。

0058

これにより、固体撮像装置１は、各色の画素１０において、色に応じた露光周期Ｐｒによって入射光を光電変換した信号電荷を前段蓄積部に読み出して蓄積し、信号出力周期Ｐｓの開始前に、前段蓄積部から後段蓄積部に移送し、信号出力周期Ｐｓに、各色の画素１０を同期させて後段蓄積部から電荷電圧変換回路１３に転送し、画素信号Ｖを出力する。

0059

実施形態によれば、固体撮像装置１は、画素１０の色に応じて露光周期Ｐｒが異なる場合においても、各色の画素信号Ｖを同期して出力することができ、撮像装置の大型化、製造コスト及び消費電力の増大を抑えることができる。

0060

（実施形態の変形例１）
実施形態の変形例１では、前段蓄積部が蓄積ゲートＡ２によって構成されるが、前段蓄積部は、蓄積ダイオードＤａによって構成されてもよい。

0061

図４は、実施形態の変形例１に関わる、固体撮像装置１ａの画素１０の一例を示す回路図である。本変形例では、実施形態及び他の変形例と同じ構成については、説明を省略する。

0062

固体撮像装置１ａは、前段蓄積部である蓄積ダイオードＤａを有する。

0063

蓄積ダイオードＤａは、カソードが読出ゲートＡ１の出力端及びバリアゲートＡ３の入力端と接続され、アノードが接地電圧と接続される。蓄積ダイオードＤａは、読出ゲートＡ１から読み出された信号電荷を蓄積する。

0064

バリア信号ＢＧによってＯＮ状態になると、バリアゲートＡ３は、蓄積ダイオードＤａから蓄積ダイオードＤに信号電荷を移送する。

0065

これにより、固体撮像装置１ａでは、前段蓄積部を蓄積ダイオードＤａによって構成し、暗電流をより小さくすることができる。

0066

（実施形態の変形例２）
実施形態及び変形例１では、バリアゲートＡ３を有するが、バリアゲートＡ３を有しなくてもよい。

0067

図５は、実施形態の変形例２に関わる、固体撮像装置１ｂの画素１０の一例を示す回路図である。図６は、固体撮像装置１ｂの読出信号ＲＤ、蓄積信号ＳＴ、転送信号ＳＨ及び画素信号Ｖの波形図の一例である。本変形例では、実施形態及び他の変形例と同じ構成については、説明を省略する。

0068

固体撮像装置１ｂは、前段蓄積部である蓄積ダイオードＤｂ、及び、後段蓄積部である蓄積ゲートＡ２ｂを有する。

0069

蓄積ダイオードＤｂは、カソードが読出ゲートＡ１の出力端及び蓄積ゲートＡ２ｂの入力端と接続され、アノードが接地電圧と接続される。蓄積ダイオードＤｂは、読出ゲートＡ１から読み出された信号電荷を蓄積する。

0070

蓄積ゲートＡ２ｂは、蓄積ダイオードＤｂと転送ゲートＡ４の間に設けられる。蓄積ゲートＡ２ｂは、制御回路４０から入力された蓄積信号ＳＴに応じ、蓄積ダイオードＤｂから信号電荷を移送して蓄積する。

0071

制御回路４０は、蓄積信号ＳＴを出力し、画素１０の各々の蓄積ダイオードＤｂの信号電荷の移送指示を行う。より具体的に、制御回路４０が蓄積信号ＳＴをＯＮ状態にすると、蓄積信号ＳＴに応じて形成されたポテンシャルに応じ、信号電荷は、蓄積ダイオードＤｂから蓄積ゲートＡ２ｂに移送して蓄積される。

0072

図６に示すように、時刻Ｔ１において、第１色画素Ｒの露光周期Ｐｒ１が開始する。時刻Ｔ２において、第２色画素Ｇの露光周期Ｐｒ２が開始する。

0073

時刻Ｔ３において、第１色画素Ｒは、受光素子１１から蓄積ダイオードＤｂに信号電荷を読み出す。時刻Ｔ３ａから第１色画素Ｒの蓄積周期Ｐｃ１が開始する。時刻Ｔ４において、第２色画素Ｇは、受光素子１１から蓄積ダイオードＤｂに信号電荷を読み出す。時刻Ｔ４ａから第２色画素Ｇの蓄積周期Ｐｃ２が開始する。

0074

時刻Ｔｓにおいて、信号出力周期Ｐｓが開始し、蓄積ゲートＡ２ｂは、蓄積ダイオードＤｂから移送された信号電荷を蓄積する。続いて、制御回路４０が転送信号ＳＨ及びアドレス信号ＡＤを出力すると、電荷電圧変換回路１３は、順次、蓄積ゲートＡ２ｂから転送された信号電荷に応じて画素信号Ｖを出力する。

0075

変形例によれば、固体撮像装置１ｂは、より簡易な構造とすることができる。

0076

（実施形態の変形例３）
実施形態及び他の変形例では、第３色画素Ｂの画素信号Ｖｂは、１周期遅れて第１色画素Ｒの画素信号Ｖｒと同期するが、１周期遅れずに、画素信号Ｖｒと画素信号Ｖｂを同期させてもよい。

0077

図７は、実施形態の変形例３に関わる、固体撮像装置１ｃの画素１０の一例を示す回路図である。図８は、固体撮像装置１ｃの読出信号ＲＤ、蓄積信号ＳＴ１、ＳＴ２、バリア信号ＢＧ、転送信号ＳＨ及び画素信号Ｖの波形図の一例である。本変形例では、実施形態及び他の変形例と同じ構成については、説明を省略する。

0078

固体撮像装置１ｃは、前段蓄積部である第１蓄積ゲートＡ２ｃ、中間蓄積部である第２蓄積ゲートＡ２ｄ、及び、後段蓄積部である蓄積ダイオードＤを有する。

0079

第１蓄積ゲートＡ２ｃ及び第２蓄積ゲートＡ２ｄは、読出ゲートＡ１とバリアゲートＡ３の間に直列になるように設けられる。

0080

第１蓄積ゲートＡ２ｃは、蓄積信号ＳＴ１が入力され、蓄積信号ＳＴ１に応じ、受光素子１１から読み出された信号電荷を蓄積する。

0081

第２蓄積ゲートＡ２ｄは、蓄積信号ＳＴ２が入力され、蓄積信号ＳＴ２に応じ、第１蓄積ゲートＡ２ｃから移送された信号電荷を蓄積する。

0082

制御回路４０は、蓄積信号ＳＴ１、ＳＴ２及びバリア信号ＢＧを出力し、信号出力周期Ｐｓの開始前に、画素１０の色に応じた露光周期Ｐｒによって入射光を光電変換した信号電荷を読み出し、蓄積ダイオードＤに蓄積させる。

0083

図８に示すように、時刻Ｔ１１ｒから時刻Ｔ１２ｒにおいて、制御回路４０が出力したＯＮ状態の読出信号ＲＤｒに応じ、読出ゲートＡ１は、露光周期Ｐｒ１において受光素子１１に蓄積された電荷を読み出す。

0084

時刻Ｔ１３ｒにおいて、制御回路４０がＯＮ状態の蓄積信号ＳＴ１を出力すると、第１色画素Ｒの蓄積ゲートＡ２ｃは、読出ゲートＡ１によって読み出された信号電荷を移送し、蓄積する。

0085

時刻Ｔ１４ｒにおいて、制御回路４０がＯＮ状態の蓄積信号ＳＴ２を出力すると、第１色画素Ｒの蓄積ゲートＡ２ｄは、蓄積ゲートＡ２ｃに蓄積された信号電荷を移送し、蓄積する。

0086

時刻Ｔ１５ｒにおいて、制御回路４０がＯＮ状態のバリア信号ＢＧを出力すると、バリアゲートＡ３は、蓄積ゲートＡ２ｄに蓄積された信号電荷を移送し、蓄積ダイオードＤに蓄積する。時刻Ｔ１２ｒから時刻Ｔｓまでの蓄積周期Ｐｃ１において、信号電荷は、蓄積される。

0087

時刻Ｔ１１ｇから時刻Ｔ１２ｇにおいて、制御回路４０が出力したＯＮ状態の読出信号ＲＤｇに応じ、読出ゲートＡ１は、露光周期Ｐｒ２において受光素子１１に蓄積された電荷を読み出す。

0088

時刻Ｔ１３ｇにおいて、第２色画素Ｇの蓄積ゲートＡ２ｃは、読出ゲートＡ１によって読み出された信号電荷を移送し、蓄積する。

0089

時刻Ｔ１４ｇにおいて、第２色画素Ｇの蓄積ゲートＡ２ｄは、蓄積ゲートＡ２ｃに蓄積された信号電荷を移送し、蓄積する。

0090

時刻Ｔ１５ｇにおいて、バリアゲートＡ３は、蓄積ゲートＡ２ｄに蓄積された信号電荷を移送して蓄積ダイオードＤに蓄積する。時刻Ｔ１２ｇから時刻Ｔｓまでの蓄積周期Ｐｃ２において、信号電荷は、蓄積される。

0091

時刻Ｔ１１ｂから時刻Ｔ１２ｂにおいて、制御回路４０が出力したＯＮ状態の読出信号ＲＤｂに応じ、読出ゲートＡ１は、露光周期Ｐｒ３において受光素子１１に蓄積された電荷を読み出す。

0092

時刻Ｔ１３ｂにおいて、第３色画素Ｂの蓄積ゲートＡ２ｃは、読出ゲートＡ１によって読み出された信号電荷を移送し、蓄積する。

0093

時刻Ｔ１４ｂにおいて、第３色画素Ｂの蓄積ゲートＡ２ｄは、蓄積ゲートＡ２ｃに蓄積された信号電荷を移送し、蓄積する。

0094

時刻Ｔ１５ｂにおいて、バリアゲートＡ３は、蓄積ゲートＡ２ｄに蓄積された信号電荷を移送して蓄積ダイオードＤに蓄積する。時刻Ｔ１２ｂから時刻Ｔｓまでの蓄積周期Ｐｃ３において、信号電荷は、蓄積される。

0095

時刻Ｔｓにおいて、信号出力周期Ｐｓが開始し、制御回路４０が転送信号ＳＨ及びアドレス信号ＡＤを出力すると、電荷電圧変換回路１３は、順次、蓄積ダイオードＤから転送された信号電荷に応じて画素信号Ｖを出力する。

0096

すなわち、中間蓄積部は、前段蓄積部と後段蓄積部の間に設けられ、信号電荷を蓄積する。制御回路４０は、前段蓄積部、中間蓄積部及び後段蓄積部が信号電荷を蓄積する蓄積周期Ｐｃ１、Ｐｃ２、Ｐｃ３をカラーフィルタの色に応じて制御する。

0097

これにより、固体撮像装置１ｃは、各色の画素１０において、色に応じた露光周期Ｐｒによって入射光を光電変換した信号電荷を前段蓄積部に読み出して蓄積し、信号出力周期Ｐｓの開始前に、中間蓄積部を介して前段蓄積部から後段蓄積部に移送し、信号出力周期Ｐｓに、各色の画素１０を同期させて後段蓄積部から電荷電圧変換回路１３に転送し、画素信号Ｖを出力する。

0098

変形例によれば、固体撮像装置１ｃは、画素１０の色に応じて露光周期Ｐｒが異なる場合においても、１周期遅れることなく、各色の画素信号Ｖを同期して出力することができる。

0099

なお、実施形態及び変形例では、第１色画素Ｒが赤色画素であり、第２色画素Ｇが緑色画素であり、第３色画素Ｂが青色画素である例を説明したがこれに限定されない。第１色画素Ｒが赤色以外の画素であってもよいし、第２色画素Ｇが緑色以外の画素であってもよいし、第３色画素Ｂが青色以外の画素であってもよい。

0100

なお、実施形態及び変形例では、受光素子１１がフォトダイオードである例を説明したが、これに限定されない。受光素子１１は、光電変換可能な素子であればよい。

0101

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0102

１、１ａ、１ｂ、１ｃ・・・固体撮像装置、１０・・・画素、１１・・・受光素子、１２・・・電荷転送回路、１３・・・電荷電圧変換回路、２０、２１、２２、２３・・・出力回路、３０、３１、３２、３３・・・出力端子、４０・・・制御回路、ＡＤ・・・アドレス信号、Ａ１・・・読出ゲート、Ａ２、Ａ２ｂ、Ａ２ｃ、Ａ２ｄ・・・蓄積ゲート、Ａ３・・・バリアゲート、Ａ４・・・転送ゲート、Ｂ・・・第３色画素、ＢＧ・・・バリア信号、Ｃ・・・コンデンサ、Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ・・・蓄積ダイオード、ＦＤ・・・フローティングディフュージョン、Ｇ・・・第２色画素、Ｐｃ１、Ｐｃ２、Ｐｃ３・・・蓄積周期、Ｐｒ、Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３・・・露光周期、Ｐｓ・・・信号出力周期、Ｒ・・・第１色画素、ＲＤ、ＲＤｇ、ＲＤｒ・・・読出信号、ＲＳ・・・リセット信号、ＳＨ・・・転送信号、ＳＴ、ＳＴ１、ＳＴ２・・・蓄積信号、Ｓｃ・・・定電流源、Ｔｒ１・・・リセットトランジスタ、Ｔｒ２・・・アンプトランジスタ、Ｔｒ３・・・アドレストランジスタ、Ｖ、Ｖｂ、Ｖｇ、Ｖｒ・・・画素信号、Ｘ・・・主走査方向、Ｙ・・・副走査方向