JPH11164204A - 増幅型固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平読出し線６の寄生容量ＣＨの値を減少す
ることによって出力信号の損失を除去し、高感度で高速
の増幅型固体撮像素子を実現する。 【解決手段】 クロックφＴによって信号転送スイッチ
群ＱＴがオン状態となり、画素マトリクス１内の選択さ
れた行の信号電荷が画素信号線群２を介して蓄積容量群
Ｃに蓄積される。その後、水平読出を許可するクロック
φＧＨがオン状態となるとともに、水平シフトレジスタ
８が順次水平読出に対応したクロック群φＨを出力す
る。アンド回路群Ａは、クロックφＧＨとクロック群φ
Ｈの各クロックとの論理積をとり、それぞれ対応する第
１段目の水平スイッチＱＨを順次オン状態にする。一
方、オア回路群Ｇは、水平読出グループ群Ｂ毎に１つ設
けられ、この各水平読出グループ群Ｂに対応するクロッ
ク群φＨの一部の論理和をとり、第２段目の水平スイッ
チ群Ｑをオン状態にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、増幅型固体撮像素
子に関し、特に出力信号の損失を低減することができる
増幅型固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】増幅型固体撮像素子は、例えば静電誘導
トランジスタ（ＳＩＴ）あるいは複数のＭＯＳトランジ
スタからなる増幅型光電変換画素を使用し、該増幅型光
電変換画素は、被写体の画像光を電気信号に変換し、か
つ増幅して出力する。この増幅型固体撮像素子は、ＣＣ
Ｄ固体撮像素子と異なり、マトリクス状に配置された画
素の信号出力が、各行ごとに順次垂直信号線に送られ、
該垂直信号線からさらに水平方向に順次水平読出し線に
接続されて出力される。

【０００３】図１２は、従来の増幅型固体撮像素子の水
平読出し線近傍の回路構成を示す部分的ブロック回路図
である。図１２に示す増幅型固体撮像素子７０は、増幅
型光電変換画素が行及び列方向に配列された画素マトリ
クス１を有する。画素信号線群２の各画素信号線は、そ
れぞれ画素マトリクス１内における列方向の増幅型光電
変換画素に共通接続され、読出し回路３内の各列に対応
する信号転送スイッチ群ＱＴにそれぞれ接続されてい
る。さらに、信号転送スイッチ群ＱＴは、垂直信号線群
４を介して水平読出しスイッチ群Ｑｈにそれぞれ接続さ
れている。読出し回路３内において、垂直信号線群４の
各垂直信号線には、他端が接地された蓄積容量が接続さ
れ、各蓄積容量は、行方向の蓄積容量群Ｃを構成する。
水平読出しスイッチ群Ｑｈの出力端側には、行方向の信
号電荷を順次転送出力する水平読出し線６が共通接続さ
れる。信号転送スイッチ群ＱＴの各制御ゲート端には、
クロックφＴが共通入力される。一方、水平読出しスイ
ッチ群Ｑｈの各制御ゲート端は、アンド回路群Ａにおけ
る各アンド回路の出力端にそれぞれ対応して接続されて
いる。各アンド回路には、クロックφＧＨが共通入力さ
れるとともに、水平シフトレジスタ８からの対応する制
御出力が入力される。

【０００４】この増幅型固体撮像素子７０では、まずク
ロックφＴを各信号転送スイッチの制御ゲート端に入力
して、信号転送スイッチ群ＱＴの各信号転送スイッチを
オン状態にし、画素信号線群２から、画素マトリクス１
において選択された行の光電変換画素からの信号電荷出
力を、垂直信号線群４を介して蓄積容量群Ｃに蓄積す
る。この間、水平読出しスイッチ群Ｑｈは、全てオフ状
態に保持されている。

【０００５】その後、クロックφＴのオフによって信号
転送スイッチ群ＱＴをオフ状態に保持し、水平シフトレ
ジスタ８からの制御出力によって、蓄積容量群Ｃに蓄積
された信号電荷を順次、水平読出し線６及び出力アンプ
７を介して出力する。なお、水平読出しスイッチ群Ｑｈ
の各水平読出しスイッチは、垂直信号線群４側がドレイ
ンであり、水平読出し線６側がソースである。

【０００６】ここで、蓄積容量群Ｃに蓄積された信号電
荷の水平読出し線６への水平読出動作を図１３に示すタ
イミングチャートを参照して説明する。なお、ここでは
８列分の水平読出動作について説明する。まず水平シフ
トレジスタ８は、行方向に沿って順次ハイレベルのクロ
ックφＨ１〜φＨ８を出力する。この水平シフトレジス
タ８の制御出力とクロックφＨは、アンド回路群Ａ、す
なわちアンド回路Ａ１〜Ａ８に入力される。各アンド回
路Ａ１〜Ａ８は、水平シフトレジスタ８の制御出力φＨ
１〜φＨ８とクロックφＧＨとの論理積（φｇ１〜φｇ
８）を、それぞれ水平読出しスイッチＱｈ１〜Ｑｈ８の
制御ゲート端に出力する。この結果、水平読出しスイッ
チＱｈ１〜Ｑｈ８が順次オン状態となり、蓄積容量Ｃ１
〜Ｃ８に蓄積されていた信号電荷が順次水平読出し線６
に出力され、出力アンプ７から出力信号Ｖout が出力さ
れる。なお、一光電変換画素に対応する信号電荷が出力
される度に、クロックφＲＳＴＨをリセットスイッチＱ
Ｒの制御ゲート端に入力し、水平読出し線６の電位をリ
セットし、各光電変換画素単位の信号電荷の出力が干渉
しないようにしている。

【０００７】なお、この増幅型固体撮像素子では、画素
マトリクス１の周辺回路部分を遮光アルミ７１で覆い、
光入射による誤動作を防止している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１２に示
す従来の増幅型固体撮像素子では、水平読出し線６に寄
生容量ＣＨが存在し、この寄生容量ＣＨの存在により様
々な問題が生ずる。

【０００９】まず、この寄生容量ＣＨの値は、 （１）水平読出し線６による容量 （２）出力アンプ７による容量 （３）一つの水平読出しスイッチＱｈ１のソースの容量
×水平読出しスイッチ群Ｑｈの総数 （４）水平読出し線６と一つの水平読出しスイッチＱｈ
１とを接続する配線の容量×水平読出しスイッチ群Ｑｈ
の総数を合計した値となる。

【００１０】さらに、上述したように従来の増幅型固体
撮像素子では、画素マトリクス１の周辺回路部分を遮光
アルミ７１で覆っているため、（１）に示す「水平読出
し線６による容量」と（４）に示す「水平読出し線６と
一つの水平読出しスイッチＱｈ１とを接続する配線の容
量×水平読出しスイッチ群Ｑｈの総数」とは、それぞれ
の配線の導電層が下地のシリコンとの間で形成する容量
と、この導電層が遮光アルミ７１との間で形成する容量
の２つの容量成分から構成されることになる。

【００１１】従って、蓄積容量群ＱＴに蓄積された信号
電荷を、水平読出しスイッチ群Ｑｈの各水平読出しスイ
ッチを順次オンにして水平読出し線６に読み出す場合、
上述した水平読出し線６の寄生容量ＣＨのため、出力信
号Ｖout の損失が生じることになる。

【００１２】例えば、蓄積容量群Ｃの各蓄積容量の値を
「Ｃｔ」とし、水平読出し線６の寄生容量ＣＨの容量の
値を「Ｃｈ」とすると、蓄積容量ＱＴ１の信号電荷は、
容量Ｃｔと容量Ｃｈとに分配され、Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃ
ｈ）倍に小さくなって出力アンプ７に入力される。この
ため、電荷の損失を少なくするためには、寄生容量ＣＨ
の容量Ｃｈは、小さい方が好ましい。

【００１３】また、寄生容量ＣＨの容量Ｃｈの値が大き
くなれば、信号遅延の原因となり、増幅型固体撮像素子
による画素読出の高速化を妨げるという問題点もある。

【００１４】そこで、本発明はかかる問題点を除去し、
水平読出し線６の寄生容量ＣＨの値を減少することによ
って出力信号の損失を除去し、高感度で高速の増幅型固
体撮像素子を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、行及び列
方向に沿ってマトリクス状に配置され、各々光信号に応
じた信号電荷を蓄積し増幅する複数の増幅型光電変換画
素と、列方向に配置された前記光電変換画素に沿って延
び各列の画素に接続された画素信号線と、前記画素信号
線を介して前記光電変換画素の一行分の出力信号を一時
的に保存するための複数の容量を備えた読出し回路と、
前記読出し回路の容量に接続された複数の垂直信号線
と、前記垂直信号線からの信号を順に選択して出力する
ための出力端子と同じ本数の水平読出し線と、各垂直信
号線１本に対し１つの割合で接続された複数の第１段目
の水平スイッチと、前記第１段目の水平スイッチの出力
を複数本共通接続した水平信号線と、前記水平信号線１
本に対し１つの割合で接続され出力を前記水平読出し線
に接続した第２段目の水平スイッチと、を備え前記水平
読出し線に前記垂直信号線の信号を順次接続する水平ス
イッチ回路と、各水平読出し線の出力端側に接続され
た、出力端子及び水平読出し線の本数と同数の、水平読
出し線のリセット手段と、を具備することを特徴とす
る。このため、水平読出し線の寄生容量が第２段目の水
平スイッチ群の数によって決定されるため、電圧分配に
よる信号電荷の劣化を防止し、信号電荷を高感度で高速
に読み出すことができるとともに、水平読出し線のリセ
ット手段により、水平読出し線のリセット処理を行うよ
うにしているので、さらに高感度に信号電荷を読み出す
ことができる。

【００１６】第２の発明は、水平クロックに同期して水
平方向に順次制御信号を発生する水平シフトレジスタ
と、前記水平シフトレジスタの出力及び所定の制御クロ
ックを論理演算する論理回路とを備え、前記論理回路で
論理演算した信号を、前記第１段目の水平スイッチと第
２段目の水平スイッチを駆動する制御信号として用いる
ことを特徴とする。このため、論理回路は、第１段目の
水平スイッチのみを用いて水平読出し線に信号電荷を出
力する場合に使用するクロックをそのまま利用して、第
１段目の水平スイッチ及び第２段目の水平スイッチを制
御することができる。

【００１７】第３の発明は、第２の発明において、前記
論理回路は、前記水平シフトレジスタの制御信号と前記
所定の制御信号クロックとを入力とし、出力信号をそれ
ぞれ対応する前記第１段目の水平スイッチ群の各制御端
子に供給する複数のアンド回路からなるアンド回路群
と、前記第２段目の水平スイッチ群に対応して設けら
れ、前記第１段目の水平スイッチ群のグループ毎の前記
水平シフトレジスタの制御信号を入力とし、出力信号を
それぞれ対応する前記第２段目の水平スイッチ群の各制
御端子に供給する複数のオア回路からなるオア回路群
と、を具備することを特徴とする。このため、アンド回
路群及びオア回路群は、第２の発明と同様に、第１段目
の水平スイッチのみを用いて水平読出し線に信号電荷を
出力する場合に使用するクロックをそのまま利用して、
第１段目の水平スイッチ及び第２段目の水平スイッチを
制御することを実現できる。

【００１８】第４の発明は、第１の発明において、前記
第２段目の水平スイッチ１つに対して接続され、１つの
グループを成す第１段目の水平スイッチの数が、水平読
出し線１本に対して接続されている第２段目の水平スイ
ッチの数よりも少ないことを特徴とする。第４の発明
は、第１の発明における第２段目の水平スイッチ群の適
切な数を表現したものであり、その作用は第１の発明と
同様である。

【００１９】第５の発明は、第１の発明において、前記
段２段目の水平スイッチ１つに対して接続され、１つの
グループを成す第１段目の水平スイッチの数が、２個、
４個、または８個であることを特徴とする。第５の発明
は、第１の発明における第２段目の水平スイッチ群の適
切な数を表現したものであり、その作用は第１の発明と
同様である。

【００２０】第６の発明は、第１から第３の発明におい
て、前記第２段目の水平スイッチ１つに対して接続さ
れ、１つのグループを成す第１段目の水平スイッチに接
続された垂直信号線の出力を順次出力している途中で、
次に読出される第１段目の水平スイッチのグループに接
続された第２段目の水平スイッチをオン状態にすること
を特徴とする。これにより、次に読出される第１段目の
水平スイッチのグループ内の水平信号線がフローティン
グ状態であることに起因する出力信号の段差の生成及び
出力信号の段差に起因する画像の縦縞の発生を確実に防
止することができる。

【００２１】第７の発明は、第１から第３の発明におい
て、前記第２段目の水平スイッチ１つに対して接続さ
れ、１つのグループを成す第１段目の水平スイッチに接
続された垂直信号線の出力を開始した時点で、次に読出
される第１段目の水平スイッチのグループに接続された
第２段目の水平スイッチをオン状態にすることを特徴と
する。第７の発明も、第６の発明と同様に、次に読出さ
れる第１段目の水平スイッチのグループ内の水平信号線
がフローティング状態であることに起因する出力信号の
段差の生成及び出力信号の段差に起因する画像の縦縞の
発生を確実に防止することができる。

【００２２】第８の発明は、第１の発明において、水平
クロックに同期して動作するリング型シフトレジスタ
と、前記リング型シフトレジスタの出力に同期して動作
し、段数が整数分の１に間引かれた水平シフトレジスタ
とをさらに具備し、前記リング型シフトレジスタの段数
及び前記水平シフトレジスタの段数を間引く割合が、第
２段目の水平スイッチ１つに対して接続され１つのグル
ープを成す第１段目の水平スイッチの数と等しく、ま
た、第１段目の水平スイッチの各グループ内の出力順序
が同じである水平スイッチの制御端子がグループ間で共
通接続されかつ対応する前記リング型シフトレジスタの
出力に接続され、第２段目の水平スイッチの制御端子
が、前記の段数を間引いた水平シフトレジスタの出力に
接続されていることを特徴とする。これにより、各グル
ープ内の第１段目及び第２段目の水平スイッチを制御す
るための新たなクロックを生成する論理回路、例えば多
数のアンド回路群やオア回路群を必要としないため、信
号電荷の読出し動作に必要な周辺回路を簡略化すること
ができる。また、第１の発明と同様に、水平読出し線に
接続される第２段目の水平スイッチの個数が少ないの
で、信号電荷を高感度で高速に読み出すことができる。

【００２３】第９の発明は、第１の発明において、少な
くとも複数の水平読出し線と出力端子を持ち、前記第１
段目の水平スイッチ群と前記第２段目の水平スイッチ群
をそれぞれ別々のウエルに形成し、それぞれの水平スイ
ッチ群及びウエルを第１層目以外の金属層の遮光膜で遮
光を行い、前記ウエル間に下地基板の領域を形成し、前
記の下地基板の領域の少なくとも一部は前記第１層目以
外の金属層による遮光膜を除去し、前記第１段目の水平
スイッチ及び前記第２段目の水平スイッチ間の信号配線
の橋渡しは前記遮光膜と同じ層の金属層を用いて、前記
下地基板の領域の遮光膜のない部分で行うことを特徴と
する。第９の発明では、増幅型固体撮像素子の周辺回路
における各素子及びウェル上では遮光膜が形成されるの
で、２層アルミプロセスを用いても、信号の劣化が少な
く、光の照射による周辺回路への悪影響を除去すること
ができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施
形態に係わる増幅型固体撮像素子１０の構成を示す図で
ある。図１において、この増幅型固体撮像素子１０は、
増幅型光電変換画素が行及び列方向に配列された画素マ
トリクス１を有する。この画素マトリクス１の配列は、
（ｍ，ｎ）行列を形成している。画素マトリクス１の各
列の画素は、画素信号線群２の対応する画素信号線に共
通接続され、各画素信号線は、信号転送スイッチ群ＱＴ
の対応する信号転送スイッチに接続される。

【００２５】読出し回路３は、上述した信号転送スイッ
チ群ＱＴを有し、この信号転送スイッチ群ＱＴを構成す
る各信号転送スイッチは、画素マトリクス１の列数に対
応した個数設置されている。図１には、１２個の信号転
送スイッチＱＴ１〜ＱＴ１２が示されているが、実際の
画素マトリクス１は、数百あるいはそれ以上の列数を有
しており、これに対応する信号転送スイッチの個数を有
する信号転送スイッチ群ＱＴが必要となる。例えば、Ｖ
ＧＡ（Video Graphics Array）クラスでは７００程度、
ＳＶＧＡ（Super Video Graphics Array）クラスでは１
３００程度、ＨＤＴＶ（High Definition Television）
クラスでは２０００程度の列数となり、これらに対応し
た信号転送スイッチの個数を有した信号転送スイッチ群
ＱＴの配置が必要となる。図１では、信号転送スイッチ
群ＱＴの一部として信号転送スイッチＱＴ１〜ＱＴ１２
を示している。

【００２６】信号転送スイッチＱＴ１〜ＱＴ１２の出力
端は、各信号転送スイッチＱＴ１〜ＱＴ１２に対応して
配置される第１段目の水平スイッチＱＨ１〜ＱＨ１２の
入力端を接続する垂直信号線群４によって接続される。
ここで、第１段目の水平スイッチＱＨ１〜ＱＨ１２は、
第１段目の水平スイッチ群ＱＨの一部を構成する。

【００２７】読出し回路３は、さらに信号転送スイッチ
ＱＴ１〜ＱＴ１２に対応し、画素マトリクス１から送出
される選択された行の信号電荷を蓄積する蓄積容量Ｃ１
〜Ｃ１２を有し、各蓄積容量Ｃ１〜Ｃ１２は、他端が接
地され、一端が垂直信号線群４の各垂直信号線に接続さ
れる。

【００２８】また、読出し回路３内の各信号転送スイッ
チＱＴ１〜ＱＴ１２の制御ゲート端には、クロックφＴ
が共通入力される。

【００２９】第１段目の水平スイッチＱＴ１〜ＱＴ１２
は、信号電荷の水平読出順序に従って、第１段目の水平
スイッチ４つ毎にグループ分けされ、それぞれ水平読出
グループＢ１〜Ｂ３に属する。例えば、第１段目の水平
スイッチＱＴ１〜ＱＴ４は、水平読出グループＢ１に属
する。

【００３０】各水平読出グループＢ１〜Ｂ３内では、第
１段目の水平スイッチＱＨ１〜ＱＨ４，ＱＨ５〜ＱＨ
８，ＱＨ９〜ＱＨ１２の出力端が、それぞれ水平信号線
５１〜５３によって共通接続される。この共通接続され
た水平信号線５１〜５３は、それぞれ第２段目の水平ス
イッチＱ１〜Ｑ３の入力端に接続され、第２段目の水平
スイッチＱ１〜Ｑ３の出力端は、水平読出し線６に共通
接続される。ここで、第２段目の水平スイッチ群Ｑ１〜
Ｑ３は、転送される媒体が電子であるため、その入力側
がドレインであり、その出力側がソースである。また、
第２段目の水平スイッチＱ１〜Ｑ３は、各水平読出グル
ープＢ１〜Ｂ３にそれぞれ１つ配置されることになる。

【００３１】水平シフトレジスタ８は、画素マトリクス
１の選択された行の信号電荷を順次転送するためのクロ
ック群φＨをアンド回路群Ａに出力する。すなわち、ク
ロックφＨ１〜φＨ１２が、該クロックφＨ１〜φＨ１
２に対応するアンド回路Ａ１〜Ａ１２に順次出力され
る。アンド回路群Ａには、さらにクロックφＧＨが共通
入力される。アンド回路群Ａの各アンド回路Ａ１〜Ａ１
２は、クロックφＨ１〜φＨ１２とクロックφＧＨとの
論理積をとり、その結果を第１段目の水平スイッチＱＨ
１〜ＧＨ１２の制御ゲート端にそれぞれ出力する。

【００３２】各水平読出グループＢ１〜Ｂ３には、それ
ぞれオア回路Ｇ１〜Ｇ３を有し、オア回路Ｇ１〜Ｇ３に
は、水平シフトレジスタ８から出力されるクロック群φ
Ｈ、すなわちクロックφＨ１〜φＨ４，φＨ５〜φＨ
８，φＨ９〜φＨ１２がそれぞれ入力される。各オア回
路Ｇ１〜Ｇ３は、入力されたクロックφＨ１〜φＨ４，
φＨ５〜φＨ８，φＨ９〜φＨ１２の論理和をそれぞれ
とり、その結果を第２段目の水平スイッチＱ１〜Ｑ３に
それぞれ出力する。

【００３３】従って、各水平読出グループＢ１〜Ｂ３に
は、それぞれ、４つの第１段目の水平スイッチＱＨ１〜
ＱＨ４，ＱＨ５〜ＱＨ８，ＱＨ９〜ＱＨ１２、１つの第
２段目の水平スイッチＱ１〜Ｑ３、１つのオア回路Ｇ１
〜Ｇ３、４つのアンド回路Ａ１〜Ａ４，Ａ５〜Ａ８，Ａ
９〜Ａ１２を有する。

【００３４】なお、水平読出グループ群Ｂの個数は、画
素マトリクス１の列数の４分の１の数あるいは画素マト
リクス１の列数の４分の１の数に１を加えた数となる。
画素マトリクス１の列数が「４」で割り切れない場合、
最後の水平読出グループ内における第１段目の水平スイ
ッチの個数は、「４」に余りの個数を加えた数としても
よいし、余りの個数のみとしてもよいからである。

【００３５】水平読出し線６は、出力アンプ７に接続さ
れ、出力アンプ７は、読み出された信号電荷を増幅し、
出力端子Ｔ４から出力信号Ｖout として出力する。水平
読出し線６には、他端が接地されたリセットスイッチＱ
Ｒが接続され、リセットスイッチＱＲは、端子Ｔ３から
制御ゲート端に入力されるクロックφＲＳＴＨによって
水平読出し線６及び現在水平読出を行っている水平読出
グループ内の水平信号線５の電位をグランドレベルにリ
セットする。

【００３６】次に、増幅型固体撮像素子１０の垂直読出
動作について説明する。まず、クロックφＴが信号転送
スイッチＱＴ１〜ＱＴ１２の制御ゲート端に入力され、
信号転送スイッチＱＴ１〜ＱＴ１２はオン状態となる。
一方、信号転送スイッチＱＴ１〜ＱＴ１２がオン状態の
間、水平読出動作は行われないので、第１段目の水平ス
イッチＱＨ１〜ＱＨ１２はオフ状態を保持している。

【００３７】従って、画素信号線群２から、画素マトリ
クス１において選択された行の光電変換画素から信号電
荷が出力され、この信号電荷は、信号転送スイッチＱＴ
１〜ＱＴ１２を介して、蓄積容量Ｃ１〜Ｃ１２に蓄積さ
れる。この結果、画素マトリクス１において選択された
１行分の信号電荷が蓄積容量Ｃ１〜Ｃ１２に蓄積され、
１行分の垂直読出動作が終了し、その後、この１行分の
水平読出動作が開始する。この１行分の水平読出動作に
ついて、図２のタイミングチャートを参照して説明す
る。なお、図２では、蓄積容量Ｃ１〜Ｃ８に蓄積された
信号電荷の水平読出について示している。

【００３８】図２において、水平シフトレジスタ８から
１行分の水平読出順序に従ったクロックφＨ１〜φＨ８
が順次、アンド回路Ａ１〜Ａ８に出力されるとともに、
クロックφＨ１〜φＨ４，φＨ５〜φＨ８毎に、オア回
路Ｇ１〜Ｇ２に出力される。

【００３９】アンド回路Ａ１〜Ａ８のそれぞれは、クロ
ックφＧＨと、対応して入力されるクロックφＨ１〜φ
Ｈ８との論理積（φｇ１〜φｇ８）をとり、その論理積
出力φｇ１〜φｇ８を第１段目の水平スイッチＱＨ１〜
ＱＨ８の制御ゲート端にそれぞれ入力する。

【００４０】一方、オア回路Ｇ１は、クロックφＨ１〜
φＨ４の論理和（φＧ１）をとり、その論理和出力φＧ
１を第２段目の水平スイッチＱ１の制御ゲート端に入力
する。また、オア回路Ｇ２は、クロックφＨ５〜φＨ８
の論理和（φＧ２）をとり、その論理和出力φＧ２を第
２段目の水平スイッチＱ２の制御ゲート端に入力する。
ここで、クロックφＨ１〜φＨ８の各オン状態は、隣接
するクロックφＨ１〜φＨ８のオン状態を連続する波形
を形成しているため、オア回路Ｇ１が論理和をとること
によって、クロックφＨ１〜φＨ４のオン状態が連続す
る１つのクロックφＧ１を生成出力し、オア回路Ｇ２が
論理和をとることによって、クロックφＨ５〜φＨ８の
オン状態が連続する１つのクロックφＧ２を生成出力す
る。

【００４１】従って、アンド回路Ａ１〜Ａ４からの論理
積出力φｇ１〜φｇ４が順次第１段目の水平スイッチＱ
Ｈ１〜ＱＨ４の制御ゲート端に入力されて、該第１段目
の水平スイッチＱＨ１〜ＱＨ４が順次オン状態になる
と、蓄積容量Ｃ１〜Ｃ４に蓄積された信号電荷は、第１
段目の水平スイッチＱＨ１〜ＱＨ４を介して水平信号線
５１に出力され、この間、さらにオア回路Ｇ１の論理和
出力φＧ１が第２段目の水平スイッチＱ１の制御ゲート
端に入力されて、該第２段目の水平スイッチＱ１がオン
状態となっているので、信号電荷は、水平読出し線６に
出力され、出力アンプ７を介し、出力信号Ｖout として
出力される。

【００４２】同様にして、アンド回路Ａ５〜Ａ８からの
論理積出力φｇ５〜φｇ８が順次第１段目の水平スイッ
チＱＨ５〜ＱＨ８の制御ゲート端に入力されて、該第１
段目の水平スイッチＱＨ５〜ＱＨ８が順次オン状態にな
ると、蓄積容量Ｃ５〜Ｃ８に蓄積された信号電荷は、第
１段目の水平スイッチＱＨ５〜ＱＨ８を介して水平信号
線５２に出力され、この間、さらにオア回路Ｇ２の論理
和出力φＧ２が第２段目の水平スイッチＱ２の制御ゲー
ト端に入力されて、該第２段目の水平スイッチＱ２がオ
ン状態となっているので、信号電荷は、水平読出し線６
に出力され、出力アンプ７を介し、出力信号Ｖout とし
て出力される。

【００４３】ここで、リセットスイッチＱＲの制御ゲー
ト端にクロックφＲＳＴＨが入力され、このリセットス
イッチＱＲが水平読出し線６及び読み出しが行なわれて
いる水平読出グループＢ内の水平信号線５の電位をグラ
ンドレベルにリセットするため、水平読出し線６から順
次出力される各信号電荷間の干渉が防止される。

【００４４】従って、水平読出し線６には、全ての１行
分の信号電荷に対応する第１段目の水平スイッチ群ＱＨ
が接続されるのではなく、第２段目の水平スイッチ群Ｑ
のみが接続されるため、水平読出し線６に対する寄生容
量が激減する。すなわち、前記（３）項における「一つ
の水平読出しスイッチＱｈ１のソースの容量×水平読出
しスイッチ群Ｑｈの総数」が「一つの第２段目の水平ス
イッチＱ１のソースの容量×第２段目の水平スイッチＱ
の総数」となり、前記第（４）項における「水平読出し
線６と一つの水平読出しスイッチＱｈ１とを接続する配
線の容量×水平読出しスイッチ群Ｑｈの総数」が「水平
読出し線６と一つの第２段目の水平スイッチＱ１とを接
続する配線の容量×第２段目の水平スイッチ群Ｑの総
数」となる。

【００４５】これにより、水平読出し線６の寄生容量が
激減するので、水平読出される信号電荷の寄生容量に対
する電荷分配が小さくなって信号電荷の損失が極めて少
なくなるとともに、寄生容量が小さいので高速読出も可
能となる。

【００４６】なお、上述した増幅型固体撮像素子１０に
よる信号電荷の読出動作は、図１２に示す従来の増幅型
固体撮像素子７０に用いたクロックφＨ、φＧＨ、φ
Ｔ、φＲＳＴＨのみを用いて実現し、新規なクロックを
用いていない。すなわち、新規なクロックφＧ１〜φＧ
２は、オア回路群Ｇによる論理和出力によって得、クロ
ックφｇ１〜φｇ８は、アンド回路群Ａによる論理積出
力によって得ているので、増幅型固体撮像素子１０の周
辺回路を複雑にすることなく、該増幅型固体撮像素子１
０を実現することができる。

【００４７】また、画素マトリクス１から選択された１
行分の信号電荷を全て水平読出した後に、水平帰線期間
中に読出し回路３内の蓄積容量群Ｃを全てリセットし、
その後画素マトリクス１から選択された次の１行分の信
号電荷を水平読出する必要があるが、このリセット処理
は、水平帰線期間中に、信号転送スイッチ群ＱＴをオフ
状態に保持したまま、第１段目の水平スイッチ群ＱＨと
第２段目の水平スイッチ群ＱとリセットスイッチＱＲと
をオン状態にすることによって実現することができる。
この場合、同時に水平信号線５の電位もリセットされ
る。

【００４８】さらに、上述した第１の実施の形態では、
１つの水平読出グループ当りの第１段目の水平スイッチ
の個数を４個とする場合について説明したが、４個以外
としてもよい。ただし、寄生容量の低減効果を考慮する
と、１つの水平読出グループ当りの第１段目の水平スイ
ッチの個数は、１つの水平読出し線当りの第２段目の水
平スイッチの個数よりも小さい方が好ましく、第２段目
の水平スイッチ出力特性のばらつきによる影響と寄生容
量の低減効果とのバランスを考慮すると、１つの水平読
出グループ当りの第１段目の水平スイッチの個数は、２
個、４個、または８個のいずれかとするのが好ましい。

【００４９】すなわち、図３は、１つの水平読出グルー
プ当りの第１段目の水平スイッチの個数と１つの水平読
出し線当りの第２段目の水平スイッチの個数との関係に
基づく寄生容量と出力効率との関係を示す図であり、図
３において、第１段目の水平スイッチを複数設けること
により、寄生容量Ｃｈが格段に少なくなる。しかし、第
１段目の水平スイッチの個数を増大していくにつれて、
寄生容量Ｃｈの減少割合は少なくなり、１つの水平読出
グループ当りの第１段目の水平スイッチの個数と１つの
水平読出し線当りの第２段目の水平スイッチとの個数が
ほぼ同数となる近傍あたりから、寄生容量の減少はあま
り期待できない。また、信号電荷の分配に基づく出力効
率（Ｃｔ／（Ｃｔ＋Ｃｈ））も同様であり、１つの水平
読出グループ当りの第１段目の水平スイッチの個数と１
つの水平読出し線当りの第２段目の水平スイッチとの個
数がほぼ同数となる近傍以降からは、出力効率の大きな
増大は期待できない。従って、１つの水平読出グループ
当りの第１段目の水平スイッチの個数は、１つの水平読
出し線当りの第２段目の水平スイッチの個数よりも小さ
い方が好ましく、１つの水平読出グループ当りの第１段
目の水平スイッチの個数を、２個、４個、または８個の
いずれかとするのが好ましいことになる。なお、図３の
最左欄に表したものは、第１段目と第２段目の水平スイ
ッチに分けない、従来の増幅型固体撮像素子の場合の一
例を示している。また、図３に示す値は、実際の増幅型
固体撮像素子をもとに求めた概略値に基づいた値であ
る。また、一般に撮影した画像は、ＪＰＥＧ方式により
圧縮され保存される。ＪＰＥＧ圧縮では、画像を縦８画
素、横８画素のグループに分割して処理が行われる。第
１実施例で、例えば１つの水平読出グループ当たりの第
１段目の水平スイッチの個数を８個とした場合、それが
ちょうどＪＰＥＧ圧縮処理の横８画素のグループに一致
させることが可能である。その様にすることにより、仮
に水平読出グループ間の境界で画像に不連続が生じて
も、それがＪＰＥＧの圧縮ノイズに隠れるので、目立ち
にくくなるという効果が得られる。

【００５０】次に、図４及び図５を参照して本発明の第
２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２
の実施形態である増幅型固体撮像素子２０の構成を示す
図であり、図５は、第２の実施形態における蓄積容量群
Ｃに蓄積された信号電荷の水平読出動作を示すタイミン
グチャートである。

【００５１】増幅型固体撮像素子２０は、増幅型固体撮
像素子１０の構成にさらに、接続線群Ｌ１を追加してい
る。接続線群Ｌの各接続線は、前段の水平読出グループ
内に水平シフトレジスタ８から入力される最後のクロッ
クを、次段の水平読出グループ内のオア回路に入力させ
る接続を行う。例えば、接続線Ｌ１は、水平読出グルー
プＢ１内に入力される最後のクロックφＨ４を、水平読
出グループＢ２内のオア回路Ｇ２に入力させ、同様に、
接続線Ｌ２は、水平読出グループＢ２内に入力される最
後のクロックφＨ８を、水平読出グループＢ３内のオア
回路Ｇ３に入力させる接続を行う。従って、接続線群Ｌ
の総数は、水平読出グループ群Ｂの個数から１減算した
数となる。

【００５２】増幅型固体撮像素子２０による画素マトリ
クス１からの選択された１行分の読出と蓄積動作は、図
２に示す増幅型固体撮像素子１０の動作と同じである。

【００５３】増幅型固体撮像素子２０による水平読出動
作も、実質的に増幅型固体撮像素子１０の動作と同じで
あるが、オア回路群Ｇによる第２段目の水平スイッチ群
Ｑに対するオン／オフ動作が異なる。すなわち、増幅型
固体撮像素子１０の構成では、ある水平読出グループか
ら水平読出し線６への信号電荷の読出動作が終了し、次
段の水平読出グループから水平読出し線６への信号電荷
の読出動作が開始し始める瞬間、この次段の水平読出グ
ループ内の水平信号線５はフローティング状態であり、
水平信号線５の電位がどうなっているのかを予想するこ
とができない。さらに、この次段の水平読出グループ内
の第２段目の水平スイッチＧもオンされた直後であり、
水平信号線５の電位が定常状態に達していない場合もあ
る。このため、隣接する水平読出グループ間の移行時
に、出力信号に段差が生成される可能性がある。この出
力信号の段差の生成は、画像に縦縞が生じる原因とな
り、画質に悪影響を及ぼす。

【００５４】一方、増幅型固体撮像素子２０では、接続
線群Ｌによって、前段の水平読出グループ内に水平シフ
トレジスタ８から入力される最後のクロックを、次段の
水平読出グループ内のオア回路に入力させる接続を行う
ようにしているので、次段の水平読出グループが水平読
出動作を開始する所定時間前、ここでは水平シフトレジ
スタ８から入力されるクロックの１周期分の期間前に、
次段の水平読出グループ内の第２段目の水平スイッチが
オン状態となり（図５のφＧ１，φＧ２参照）、この次
段の水平読出グループの水平読出が開始する際には、既
に、この次段の水平読出グループ内の水平信号線５の電
位がフローティング状態から定常状態に移行する。

【００５５】これにより、増幅型固体撮像素子２０で
は、水平読出グループ群Ｂ間の水平読出動作の移行をス
ムーズに行うことができ、隣接する水平読出グループ間
の移行時に、水平信号線５がフローティング状態である
ことに起因する出力信号の段差の生成及び出力信号の段
差に起因する画像の縦縞の発生を確実に防止することが
できる。

【００５６】次に、図６及び図７を参照して本発明の第
３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３
の実施形態である増幅型固体撮像素子３０の構成を示す
図であり、図７は、第３の実施形態における蓄積容量群
Ｃに蓄積された信号電荷の水平読出動作を示すタイミン
グチャートである。

【００５７】増幅型固体撮像素子３０は、増幅型固体撮
像素子１０の構成にさらに、接続線群ＬＬ１を追加して
いる。接続線群ＬＬの各接続線は、前段の水平読出グル
ープ内のオア回路からの論理和出力、次段の水平読出グ
ループ内のオア回路に入力させる接続を行う。例えば、
接続線ＬＬ１は、水平読出グループＢ１内のオア回路Ｇ
１の論理和出力φＧ１を、水平読出グループＢ２内のオ
ア回路Ｇ２に入力させ、同様に、接続線ＬＬ２は、水平
読出グループＢ２内のオア回路Ｇ２の論理和出力φＧ２
を、水平読出グループＢ３内のオア回路Ｇ３に入力させ
る接続を行う。従って、接続線群ＬＬの総数は、水平読
出グループ群Ｂの個数から１減算した数となる。

【００５８】増幅型固体撮像素子３０による画素マトリ
クス１からの選択された１行分の読出と蓄積動作は、図
２に示す増幅型固体撮像素子１０の動作と同じである。

【００５９】増幅型固体撮像素子３０による水平読出動
作も、実質的に増幅型固体撮像素子１０の動作と同じで
あるが、オア回路群Ｇによる第２段目の水平スイッチ群
Ｑに対するオン／オフ動作が異なる。すなわち、増幅型
固体撮像素子１０の構成では、ある水平読出グループか
ら水平読出し線６への信号電荷の読出動作が終了し、次
段の水平読出グループから水平読出し線６への信号電荷
の読出動作が開始し始める瞬間、この次段の水平読出グ
ループ内の水平信号線５はフローティング状態であり、
水平信号線５の電位がどうなっているのかを予想するこ
とができない。さらに、この次段の水平読出グループ内
の第２段目の水平スイッチＧもオンされた直後であり、
水平信号線５の電位が定常状態に達していない場合もあ
る。

【００６０】一方、増幅型固体撮像素子３０では、接続
線群ＬＬによって、前段の水平読出グループ内のオア回
路の論理和出力を、次段の水平読出グループ内のオア回
路に入力させる接続を行うようにしているので、次段の
水平読出グループが水平読出動作を開始する所定時間
前、ここでは水平シフトレジスタ８から入力されるクロ
ックの４周期分の期間前に、次段の水平読出グループ内
の第２段目の水平スイッチがオン状態となり（図５のφ
Ｇ１，φＧ２参照）、この次段の水平読出グループの水
平読出が開始する際には、既に、この次段の水平読出グ
ループ内の水平信号線５の電位がフローティング状態か
ら定常状態に移行する。

【００６１】これにより、増幅型固体撮像素子３０で
は、水平読出グループ群Ｂ間の水平読出動作の移行をス
ムーズに行うことができ、隣接する水平読出グループ間
の移行時に、水平信号線５がフローティング状態である
ことに起因する出力信号の段差の生成及び出力信号の段
差に起因する画像の縦縞の発生を確実に防止することが
できる。

【００６２】なお、第２の実施形態及び第３の実施形態
では、次段の水平読出グループの水平読出が開始する所
定時間を、水平シフトレジスタ８の１周期分あるいは４
周期分としているが、この所定時間は、次段の水平読出
グループが水平読出を開始する時点で該次段の水平読出
グループ内の水平信号線５が定常状態に達することがで
きる期間であればよく、例えば図３に示す第２の実施の
形態において、クロックφＨ３あるいはクロックφＨ
２，φＨ３をオア回路Ｇ２に入力させる接続線をさらに
追加するような構成であってもよい。

【００６３】次に図８及び図９を参照して本発明の第４
の実施形態について説明する。図８は、本発明の第４の
実施形態である増幅型固体撮像素子４０の構成を示す図
であり、図９は、第４の実施形態における蓄積容量群Ｃ
に蓄積された信号電荷の水平読出動作を示すタイミング
チャートである。

【００６４】図８に示す増幅型固体撮像素子４０は、図
１に示す増幅型固体撮像素子１０と同様に、画素マトリ
クス１、画素信号線群２、読出し回路３、垂直信号線群
４、及び４つの第１段目の水平スイッチと１つの第２段
目の水平スイッチとにグループ分けされた水平読出グル
ープ群ＢＢを有する。ただし、水平読出グループ群ＢＢ
の各水平読出グループ内には、アンド回路群Ａ及びオア
回路群Ｇが設けらず、第１段目の水平スイッチ群ＱＨと
第２段目の水平スイッチ群Ｑとを制御するための構成が
図１に示す増幅型固体撮像素子１０と異なる。

【００６５】すなわち、増幅型固体撮像素子４０は、リ
ング型シフトレジスタ４１を有し、このリング型シフト
レジスタ４１は、各水平読出グループ内の第１段目の水
平スイッチの個数に対応したクロックφＲ１〜φＲ４を
循環して出力する。このクロックφＲ１〜φＲ４は、そ
れぞれアンド回路ＡＡ１〜ＡＡ４に入力され、アンド回
路ＡＡ１〜ＡＡ４は、入力されたクロックφＲ１〜φＲ
４と水平読出を許可するクロックφＧＨとの論理積をと
り、この論理積出力φｒ１〜φｒ４を各水平読出グルー
プＢＢ１〜ＢＢ３の水平読出順序に対応する第１段目の
水平スイッチの制御ゲート端に共通出力する。例えば、
アンド回路ＡＡ１の論理積出力φｒ１は、各水平読出グ
ループ内において最初に読出制御される第１段目の水平
スイッチＱＨ１，ＱＨ５，ＱＨ９，…の制御ゲート端に
共通入力され、論理積出力φｒ１のオンに従って各第１
段目の水平スイッチＱＨ１，ＱＨ５，ＱＨ９，…が同時
にオン状態になる。

【００６６】各水平読出グループ内の第１段目の水平ス
イッチの各出力端は、水平信号線５によって共通接続さ
れ、各水平読出グループ内で第２段目の水平スイッチの
入力端に接続される。また、各第２段目の水平スイッチ
Ｑ１〜Ｑ３の出力端は、水平読出し線６に共通接続され
る。

【００６７】水平読出し線６は、第２段目の水平スイッ
チ群Ｑを介して読み出された信号電荷を出力アンプ７で
増幅し、出力信号Ｖout として出力する。水平読出し線
６には、他端が接地されたリセットスイッチＱＲが接続
され、リセットスイッチＱＲは、制御ゲート端に入力さ
れるクロックφＲＳＴＨによって水平読出し線６及び現
在水平読出を行っている水平読出グループ内の水平信号
線５の電位をグランドレベルにリセットする。

【００６８】一方、水平シフトレジスタ４２は、水平シ
フトレジスタ８から３段づつ間引かれたシフトレジスタ
であり、リング型シフトレジスタ４１のクロックφＲ１
に同期して、順次対応する第２段目の水平スイッチ群Ｑ
の各制御ゲート端にクロック群φｈを出力する。

【００６９】次に、増幅型固体撮像素子４０の垂直読出
動作について説明すると、この増幅型固体撮像素子４０
の垂直読出動作は、増幅型固体撮像素子１０と同様に、
クロックφＴが信号転送スイッチＱＴ〜ＱＴ１２の制御
ゲート端に入力され、信号転送スイッチＱＴ１〜ＱＴ１
２はオン状態となる。一方、信号転送スイッチＱＴ１〜
ＱＴ１２がオン状態の間、水泳読出動作は行われないの
で、第１段目の水平スイッチＱＨ１〜ＱＨ１２はオフ状
態を保持している。

【００７０】従って、画素信号線群２から、画素マトリ
クス１において選択された行の光電変換画素から信号電
荷が出力され、この信号電荷は、信号転送スイッチＱＴ
１〜ＱＴ１２を介して、蓄積容量Ｃ１〜Ｃ１２に蓄積さ
れる。この結果、画素マトリクス１において選択された
１行分の信号電荷が蓄積容量Ｃ１〜Ｃ１２に蓄積され、
１行分の垂直読出動作が終了し、その後、この１行分の
水平読出動作が開始する。この１行分の水平読出動作に
ついて、図９のタイミングチャートを参照して説明す
る。なお、図９では蓄積容量Ｃ１〜Ｃ８に蓄積された信
号電荷の水平読出について示している。

【００７１】図９において、リング型シフトレジスタ４
１からクロックφＲ１〜φＲ４が出力されると、アンド
回路ＡＡ１〜ＡＡ４は、それぞれクロックφＧＨとクロ
ックφＲ１〜φＲ４との論理積をとり、この論理積出力
φｒ１〜φｒ４を対応する第１段目の水平スイッチＱＨ
１〜ＱＨ８の制御ゲート端にそれぞれ入力する。論理積
出力φｒ１〜φｒ４の出力順序は、φｒ１→φｒ２→φ
ｒ３→φｒ４→φｒ１→…であるため、第１段目の水平
スイッチＱＨ１，ＱＨ５→第１段目の水平スイッチＱＨ
２，ＱＨ６→第１段目の水平スイッチＱＨ３，ＱＨ７→
第１段目の水平スイッチＱＨ４，ＱＨ８→第１段目の水
平スイッチＱＨ１，ＱＨ５→…の順序で各第１段目の水
平スイッチはオン状態になる。

【００７２】一方、水平シフトレジスタ４２は、クロッ
クφＲ１に同期して、クロックφｈ１→クロックφｈ２
→…の順序で、各第２段目の水平スイッチ群Ｑの制御ゲ
ート端に出力するため、第２段目の水平スイッチ群Ｑ
は、第２段目の水平スイッチＱ１→第２段目の水平スイ
ッチＱ２→…の順序でオン状態となる。

【００７３】この結果、まず第２段目の水平スイッチＱ
１及び第１段目の水平スイッチＱＨ１がオン状態とな
り、その後第２段目の水平スイッチＱ１がオン状態のま
ま、第１段目の水平スイッチＱＨ２〜ＱＨ４が順次オン
状態となる。その後第２段目の水平スイッチＱ１のオフ
とともに第２段目の水平スイッチＱ２がオン状態とな
り、第１段目の水平スイッチＱＨ５〜ＱＨ８が順次オン
状態となる。

【００７４】従って、蓄積容量Ｃ１〜Ｃ８に蓄積された
信号電荷は、第１段目の水平スイッチと第２段目の水平
スイッチとがともにオン状態となった時に水平読出し線
６に読み出されるため、蓄積容量Ｃ１に蓄積された信号
電荷から蓄積容量Ｃ８に蓄積された信号電荷が行方向に
順次読み出され、読み出された信号電荷は出力アンプ７
によって増幅され、出力信号Ｖout として出力される。

【００７５】ここで、一光電変換画素に対応する信号電
荷が出力される度に、リセットスイッチＱＲの制御ゲー
ト端にクロックφＲＳＴＨが入力され、このリセットス
イッチＱＲが水平読出し線６及び読み出しが行なわれて
いる水平読出グループＢＢ内の水平信号線５の電位をリ
セットするため、水平読出し線６から順次出力される各
信号電荷間の干渉が防止される。

【００７６】このようにして、第４の実施形態において
も、第１から第３の実施形態と同様に、水平読出し線に
接続される水平スイッチ（第２段目の水平スイッチ）の
個数を激減することができるため、水平読出し線６に対
する寄生容量が非常に小さくなり、この寄生容量に基づ
く信号損失を大幅に少なくすることができるとともに、
高速読出を可能とする。

【００７７】また、第４の実施形態では、第１から第３
の実施形態に設けられた論理回路、すなわちアンド回路
群Ａやオア回路群Ｇを必要としないため、信号電荷の読
出に必要な周辺回路をさらに簡略化することができる。

【００７８】さらに、リング型シフトレジスタ４１及び
水平シフトレジスタ４２は、水平シフトレジスタのクロ
ックパルス、スタートパルス、及びゲート制御信号等の
周知の駆動パルスによって制御することが可能であるた
め、新たな駆動パルスを付加せずに信号電荷の読出動作
を行うことができ、周辺回路が複雑にならない。

【００７９】なお、水平信号線５の寄生容量は、［水平
信号線５の配線容量］と、［第２段目の水平スイッチ群
Ｑのドレイン容量］と、［水平信号線５と第２段目の水
平スイッチ群Ｑとの間の配線容量］と、［第１段目の水
平スイッチＱＨのソース容量］×［１水平読出グループ
当りの第１段目の水平スイッチＱＨの数］と、［水平信
号線５と第１段目の水平スイッチＱＨとの間の配線容
量］×［１水平読出グループ当りの第１段目の水平スイ
ッチＱＨの数］とで表すことができ、蓄積容量群Ｃに蓄
積された信号電荷は、各水平読出グループ毎に水平信号
線５の寄生容量を介して少しずつ混合されるが、この寄
生容量を構成する配線は短く、かつ水平スイッチの数も
少ないので、この寄生容量は十分小さくすることができ
る。このため、寄生容量による信号電荷混合の影響を十
分小さくすることができる。

【００８０】また、上述した第２から第４の実施形態で
も、第１の実施形態と同様に、画素マトリクス１から選
択された１行分の信号電荷を全て水平読出した後に、水
平帰線期間中に読出し回路３内の蓄積容量群Ｃを全てリ
セットし、その後画素マトリクス１から選択された次の
１行分の信号電荷を水平読出する必要があるが、このリ
セット処理は、水平帰線期間中に、信号転送スイッチ群
ＱＴをオフ状態に保持したまま、第１段目の水平スイッ
チ群ＱＨと第２段目の水平スイッチ群Ｑとリセットスイ
ッチＱＲとをオン状態にすることによって実現すること
ができる。この場合、同時に水平信号線５の電位もリセ
ットされる。

【００８１】さらに、上述した第２から第４の実施形態
では、１つの水平読出グループ当りの第１段目の水平ス
イッチの個数を４個とする場合について説明したが、第
１の実施の形態と同様に、４個以外としてもよい。ただ
し、寄生容量の低減効果を考慮すると、１つの水平読出
グループ当りの第１段目の水平スイッチの個数は、１つ
の水平読出し線当りの第２段目の水平スイッチの個数よ
りも小さい方が好ましく、第２段目の水平スイッチ出力
特性のばらつきによる影響と寄生容量の低減効果とのバ
ランスを考慮すると、１つの水平読出グループ当りの第
１段目の水平スイッチの個数は、２個、４個、または８
個のいずれかとするのが好ましい。

【００８２】次に、図１０を参照して本発明の第５の実
施形態について説明する。図１０は、本発明の第５の実
施形態である増幅型固体撮像素子５０の構成を示す図で
ある。図１０に示す増幅型固体撮像素子５０は、２本の
水平読出し線６Ａ，６Ｂを有し、蓄積容量群Ｃに蓄積さ
れた信号電荷を行方向における奇数番目の信号電荷と偶
数番目の信号電荷とに区分し、区分された信号電荷を図
１に示す増幅型固体撮像素子１０の構成をもとに、それ
ぞれ水平読出し線６Ａ，６Ｂから同時に読み出す構成を
とっている。

【００８３】すなわち、行方向において奇数番目の蓄積
容量Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５，Ｃ７に蓄積された信号電荷は、
それぞれ第１段目の水平スイッチＱＨ１，ＱＨ３，ＱＨ
５，ＱＨ７、水平信号線５Ａ、及び第２段目の水平スイ
ッチＱＡ１を介して水平読出し線６Ａに出力され、この
信号電荷は出力アンプ７Ａによって増幅されて出力され
る。一方、行方向において偶数番目の蓄積容量Ｃ２，Ｃ
４，Ｃ６，Ｃ８に蓄積された信号電荷は、それぞれ第１
段目の水平スイッチＱＨ２，ＱＧ４，ＱＨ６，ＱＨ８、
水平信号線５Ｂ、及び第２段目の水平スイッチＱＢ１を
介して水平読出し線６Ｂに出力され、この信号電荷は出
力アンプ７Ｂによって増幅されて出力される。

【００８４】第１段目の水平スイッチＱＨ１〜ＱＨ８及
び第２段目の水平スイッチＱＡ１，ＱＢ１の制御ゲート
端に入力される信号は、図１に示す増幅型固体撮像素子
１０と同様に、１つの水平読出グループＢＲ１内に４つ
のアンド回路Ａ１〜Ａ４と１つのオア回路Ｇ１とによっ
て生成される。

【００８５】ただし、２つの水平読出し線６Ａ，６Ｂに
対応して、１つの水平読出グループＢＲ１内では、図１
に示した増幅型固体撮像素子１０の１つの水平読出グル
ープ内のスイッチ構成が重複して設けられているため、
アンド回路Ａ１〜Ａ４の論理積出力とオア回路Ｇ１の論
理和出力とは共通使用される。

【００８６】すなわち、第１段目の水平スイッチＱＨ
１，ＱＨ２とＱＨ３，ＱＨ４とＱＨ５，ＱＨ６とＱＨ
７，ＱＨ８とは、それぞれ互いに共通接続され、アンド
回路Ａ１〜Ａ４の論理積出力は、それぞれ第１段目の水
平スイッチＱＨ１，ＱＨ３，ＱＨ５，ＱＨ７の制御ゲー
ト端に入力されるとともに、それぞれ第１段目の水平ス
イッチＱＨ２，ＱＨ４，ＱＨ６，ＱＨ８の制御ゲート端
に入力される。また、第２段目の水平スイッチＱＡ１と
ＱＢ１も互いに共通接続され、オア回路Ｇ１の論理和出
力は、第２段目の水平スイッチＱＡ１，ＱＢ１の制御ゲ
ート端に同時に入力される。

【００８７】このため、蓄積容量群Ｃ内に蓄積された奇
数番目の信号電荷と偶数番目の信号電荷との対、例えば
蓄積容量Ｃ１に蓄積された信号電荷と蓄積容量Ｃ２に蓄
積された信号電荷との対が、それぞれ水平読出し線６
Ａ，６Ｂから同時に出力されることになる。

【００８８】従って、図１０に示す水平シフトレジスタ
８から出力されるクロック群φＨの数は、図１に示す水
平シフトレジスタ８から出力されるクロック群φＨの数
の半分となる。

【００８９】なお、リセットスイッチＱＲＡ，ＱＲＢ
は、それぞれ水平読出し線６Ａ，６Ｂに接続されるとと
もに各制御ゲート端が共通接続されるため、１つのクロ
ックφＲＳＴＨによって水平読出し線６Ａ，６Ｂ及び読
み出しが行なわれている水平読出グループＢＲ内の水平
信号線５Ａ，５Ｂのリセットが同時に行われる。

【００９０】また、読出し回路３の構成は図１に示す読
出し回路３の構成と同じであり、垂直読出動作も同じで
ある。

【００９１】従って、第５の実施形態では、各垂直信号
線６Ａ，６Ｂに接続される水平スイッチの構成は図１に
示す構成と同じであるため、第１の実施形態と同様な作
用効果を有する。

【００９２】なお、上述した第５の実施形態では、水平
読出し線を２つの場合について説明したが、これに限ら
ず、さらに水平読出し線の線数を増やした多線出力する
とすることができる。この場合、各水平読出グループ内
における第１段目及び第２段目の水平スイッチの構成が
重複構成となる。

【００９３】このような多線出力の構成によって、画素
マトリクス１内の各光電変換素子のバラツキに起因して
発生する固定パターンノイズ（ＦＰＮ）と呼ばれるノイ
ズを用いた補正を行なうことも可能である。すなわち、
画素マトリクス１内における暗状態のノイズ出力と明状
態における信号出力とをそれぞれ２つの水平読出し線か
ら出力し、それぞれの差を出力することによって、真の
信号出力を高速に得ることができる。

【００９４】この暗状態のノイズ出力と明状態の信号出
力とを２つの水平読出し線によって出力する方式を、上
述した第５の実施形態に適用する場合は、４つの水平読
出し線が必要となる。

【００９５】ところで、第５の実施形態に係る増幅型固
体撮像素子５０では、信号配線の橋渡し部分６１が必要
となる。すなわち、水平信号線５Ｂと垂直信号線４とが
クロスする部分と、水平読出し線６Ｂと第２段目の水平
スイッチＱＡ１の入力端側配線とがクロスする部分に、
橋渡し部分６１を形成する必要がある。

【００９６】この場合、橋渡し部分６１における信号劣
化を少なくするために、橋渡し部分６１における信号配
線は、金属配線で行うことが好ましいが、この増幅型固
体撮像素子５０を２層アルミプロセスで形成する場合、
第１層アルミを信号配線に使用し、第２層アルミも橋渡
し部分６１における橋渡しの配線に使用すると、この橋
渡し部分６１の領域では第２層アルミを遮光アルミ１１
として使用することができるなくなる。この遮光アルミ
１１がなくなると、強い光が入射した場合に増幅型固体
撮像素子５０が誤動作する可能性が生じる。

【００９７】そこで、第６の実施形態では、第５の実施
形態を実現する際における光照射による周辺回路への悪
影響を除去するようにしている。

【００９８】すなわち、図１１は、第６の実施形態に係
り、図１０に示す増幅型固体撮像素子５０の回路実装構
成を示す図であり、特に図１１（ｂ）は、増幅型固体撮
像素子６０の概略的なＡ−Ａ線断面図を示している。図
１１において、増幅型固体撮像素子６０は、第５の実施
形態と同様に、複数の水平読出し線６Ａ，６Ｂを有して
いる。第１段目の水平スイッチＱＨ１〜ＱＨ８は、ウェ
ル６２ｂに形成され、第２段目の水平スイッチＧＡ１，
ＱＢ１は、ウェル６２ｂとは異なるウェル６２ａに形成
され、各ウェル６２ａ，６２ｂを第２層目の金属アルミ
６４ａ，６４ｂで遮光し、各ウェル６２ａ，６２ｂの間
に下地基板（サブストレート）の領域６３を形成してい
る。下地基板の領域６３の少なくとも一部は第２層目の
金属層による遮光用の金属アルミがなく、信号配線の橋
渡し部分６１は、第２層目の金属層が用いられ、下地基
板の領域６３の少なくとも一部に対応した遮光用の金属
アルミがない部分に形成される。

【００９９】これにより、周辺回路の各素子及びウェル
上では遮光膜が形成されるので、２層アルミプロセスを
用いて、信号の劣化が少なく、光の照射による周辺回路
への悪影響を除去することができる増幅型固体撮像素子
を実現することができる。

【０１００】なお、上述した第５及び第６の実施形態
に、第２または第３の実施形態で示した接続線群Ｌある
いはＬＬを設けることにより、水平読出グループ群ＢＲ
間の水平読出動作の移行をスムーズに行うことができ、
隣接する水平読出グループ間の移行時に、水平信号線５
Ａ，５Ｂがフローティング状態であることに起因する出
力信号の段差の生成及び出力信号の段差に起因する画像
の縦縞の発生を確実に防止することができる。

【０１０１】また、上述した第５及び第６の実施形態に
おいても、第１の実施形態と同様に、画素マトリクス１
から選択された１行分の信号電荷を全て水平読出した後
に、水平帰線期間中に読出し回路３内の蓄積容量群Ｃを
全てリセットし、その後画素マトリクス１から選択され
た次の１行分の信号電荷を水平読出する必要があるが、
このリセット処理は、水平帰線期間中に、信号転送スイ
ッチ群ＱＴをオフ状態に保持したまま、第１段目の水平
スイッチ群ＱＨと第２段目の水平スイッチ群Ｑとリセッ
トスイッチＱＲとをオン状態にすることによって実現す
ることができる。この場合、同時に水平信号線５Ａ，５
Ｂの電位もリセットされる。

【０１０２】さらに、上述した第５及び第６の実施形態
では、１つの水平読出グループ当りの第１段目の水平ス
イッチの個数を８個（１つの水平読出し線当り４個）と
する場合について説明したが、第１の実施の形態と同様
に、８個（４個）以外としてもよい。ただし、寄生容量
の低減効果を考慮すると、１つの水平読出グループ当り
の第１段目の水平スイッチの個数は、１つの水平読出し
線当りの第２段目の水平スイッチの個数よりも小さい方
が好ましく、第２段目の水平スイッチ出力特性のばらつ
きによる影響と寄生容量の低減効果とのバランスを考慮
すると、１つの水平読出グループ当りの第１段目の水平
スイッチの個数は、１つの水平読出し線当り、２個、４
個、または８個のいずれかとするのが好ましい。

【０１０３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１から第
６の発明では、水平読出し線の寄生容量が第２段目の水
平スイッチ群の数によって決定されるため、電圧分配に
よる信号電荷の劣化を防止し、信号電荷を高感度で高速
に読み出すことができるという利点を有するとともに、
水平読出し線のリセット手段により、水平読出し線のリ
セット処理を行うようにしているので、さらに高感度に
信号電荷を読み出すことができるという利点を有する。

【０１０４】第１から第３の発明では、さらに水平シフ
トレジスタと論理回路とを具備し、該論理回路で論理演
算した信号を、前記第１段目の水平スイッチと第２段目
の水平スイッチを駆動する制御信号として用いるように
しているので、第１段目の水平スイッチのみを用いて水
平読出し線に信号電荷を出力する場合に使用するクロッ
クをそのまま利用して、第１段目の水平スイッチ及び第
２段目の水平スイッチを制御することができ、増幅型固
体撮像素子全体の構成を簡略化することができるという
利点を有する。

【０１０５】第２及び第３の発明では、次に読出される
第１段目の水平スイッチのグループに接続された第２段
目の水平スイッチを予めオン状態にするようにしている
ので、次に読出される第１段目の水平スイッチのグルー
プ内の水平信号線がフローティング状態であることに起
因する出力信号の段差の生成及び出力信号の段差に起因
する画像の縦縞の発生を確実に防止することができると
いう利点を有する。

【０１０６】第４の発明では、各グループ内の第１段目
及び第２段目の水平スイッチを制御するための新たなク
ロックを生成する論理回路、例えば多数のアンド回路群
やオア回路群を必要としないため、信号電荷の読出し動
作に必要な周辺回路を簡略化することができるという利
点を有するとともに、第１の発明と同様に、水平読出し
線に接続される第２段目の水平スイッチの個数が少ない
ので、信号電荷を高感度で高速に読み出すことができる
という利点を有する。

【０１０７】第６の発明では、増幅型固体撮像素子の周
辺回路における各素子及びウェル上では遮光膜が形成さ
れるので、２層アルミプロセスを用いて、信号の劣化が
少なく、光の照射による周辺回路への悪影響を除去する
ことができる増幅型固体撮像素子を実現することができ
るという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わる増幅型固体撮
像素子１０の構成を示す回路図である。

【図２】図１に示す増幅型固体撮像素子１０における水
平読出動作を示すタイミングチャートである。

【図３】１つの水平読出グループ当りの第１段目及び第
２段目の水平スイッチの個数、寄生容量、及び出力効率
との関係を示す説明図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係わる増幅型固体撮
像素子２０の構成を示す回路図である。

【図５】図４に示す増幅型固体撮像素子２０における水
平読出動作を示すタイミングチャートである。

【図６】本発明の第３の実施形態に係わる増幅型固体撮
像素子３０の構成を示す回路図である。

【図７】図６に示す増幅型固体撮像素子３０における水
平読出動作を示すタイミングチャートである。

【図８】本発明の第４の実施形態である増幅型固体撮像
素子４０の構成を示す回路図である。

【図９】図８に示す増幅型固体撮像素子４０における水
平読出動作を示すタイミングチャートである。

【図１０】本発明の第５の実施形態に係わる増幅型固体
撮像素子５０の構成を示す回路図である。

【図１１】本発明の第６の実施形態に係わる増幅型固体
撮像素子６０の構成を示す回路図である。

【図１２】従来の増幅型固体撮像素子の水平読出し線近
傍の回路構成を示す回路図である。

【図１３】図１２に示す増幅型固体撮像素子の水平読出
動作を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０，５０，６０ 増幅型固体撮像
素子 １ 画素マトリクス ２ 画素信号線群 ３ 読出し回路 ４ 垂直信号線 ５ 水平信号線 ６ 水平読出し線 ７ 出力アンプ ８，４２ 水平シフトレジスタ １１，６４ａ，６４ｂ 遮光アルミ ４１ リング型シフトレジスタ ６２ａ，６２ｂ ウェル ６３ 下地基板の領域 Ａ アンド回路群 Ｂ 水平読出グループ群 Ｃ 蓄積容量群 Ｇ オア回路群 ＱＴ 信号転送スイッチ群 ＱＨ 第１段目の水平スイッチ群 Ｑ 第２段目の水平スイッチ群 ＱＲ リセットスイッチ φＴ，φＨ，φＧＨ，φＲＳＴＨ，φＲ１〜φＲ４，φ
ｈ クロック Ｌ，ＬＬ 接続線群

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 行及び列方向に沿ってマトリクス状に配
   置され、各々光信号に応じた信号電荷を蓄積し増幅する
   複数の増幅型光電変換画素と、 列方向に配置された前記光電変換画素に沿って延び各列
   の画素に接続された画素信号線と、 前記画素信号線を介して前記光電変換画素の一行分の出
   力信号を一時的に保存するための複数の容量を備えた読
   出し回路と、 前記読出し回路の容量に接続された複数の垂直信号線
   と、 前記垂直信号線からの信号を順に選択して出力するため
   の出力端子と同じ本数の水平読出し線と、 各垂直信号線１本に対し１つの割合で接続された複数の
   第１段目の水平スイッチと、前記第１段目の水平スイッ
   チの出力を複数本共通接続した水平信号線と、前記水平
   信号線１本に対し１つの割合で接続され出力を前記水平
   読出し線に接続した第２段目の水平スイッチと、を備え
   前記水平読出し線に前記垂直信号線の信号を順次接続す
   る水平スイッチ回路と、 各水平読出し線の出力端側に接続された、出力端子及び
   水平読出し線の本数と同数の、水平読出し線のリセット
   手段と、 を具備することを特徴とする増幅型固体撮像素子。
2. 【請求項２】 水平クロックに同期して水平方向に順次
   制御信号を発生する水平シフトレジスタと、 前記水平シフトレジスタの出力及び所定の制御クロック
   を論理演算する論理回路とを備え、 前記論理回路で論理演算した信号を、前記第１段目の水
   平スイッチと第２段目の水平スイッチを駆動する制御信
   号として用いることを特徴とする、請求項１に記載の増
   幅型固体撮像素子。
3. 【請求項３】 前記論理回路は、 前記水平シフトレジスタの制御信号と前記所定の制御信
   号クロックとを入力とし、出力信号をそれぞれ対応する
   前記第１段目の水平スイッチ群の各制御端子に供給する
   複数のアンド回路からなるアンド回路群と、 前記第２段目の水平スイッチ群に対応して設けられ、前
   記第１段目の水平スイッチ群のグループ毎の前記水平シ
   フトレジスタの制御信号を入力とし、出力信号をそれぞ
   れ対応する前記第２段目の水平スイッチ群の各制御端子
   に供給する複数のオア回路からなるオア回路群と、 を具備することを特徴とする、請求項２に記載の増幅型
   固体撮像素子。
4. 【請求項４】 前記第２段目の水平スイッチ１つに対し
   て接続され、１つのグループを成す第１段目の水平スイ
   ッチの数が、水平読出し線１本に対して接続されている
   第２段目の水平スイッチの数よりも少ないことを特徴と
   する、請求項１に記載の増幅型固体撮像素子。
5. 【請求項５】 前記段２段目の水平スイッチ１つに対し
   て接続され、１つのグループを成す第１段目の水平スイ
   ッチの数が、２個、４個、または８個であることを特徴
   とする、請求項１に記載の増幅型固体撮像素子。
6. 【請求項６】 前記第２段目の水平スイッチ１つに対し
   て接続され、１つのグループを成す第１段目の水平スイ
   ッチに接続された垂直信号線の出力を順次出力している
   途中で、次に読出される第１段目の水平スイッチのグル
   ープに接続された第２段目の水平スイッチをオン状態に
   することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に
   記載の増幅型固体撮像素子。
7. 【請求項７】 前記第２段目の水平スイッチ１つに対し
   て接続され、１つのグループを成す第１段目の水平スイ
   ッチに接続された垂直信号線の出力を開始した時点で、
   次に読出される第１段目の水平スイッチのグループに接
   続された第２段目の水平スイッチをオン状態にすること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の増
   幅型固体撮像素子。
8. 【請求項８】 水平クロックに同期して動作するリング
   型シフトレジスタと、 前記リング型シフトレジスタの出力に同期して動作し、
   段数が整数分の１に間引かれた水平シフトレジスタとを
   さらに具備し、 前記リング型シフトレジスタの段数及び前記水平シフト
   レジスタの段数を間引く割合が、第２段目の水平スイッ
   チ１つに対して接続され１つのグループを成す第１段目
   の水平スイッチの数と等しく、 また、第１段目の水平スイッチの各グループ内の出力順
   序が同じである水平スイッチの制御端子がグループ間で
   共通接続されかつ対応する前記リング型シフトレジスタ
   の出力に接続され、 第２段目の水平スイッチの制御端子が、前記の段数を間
   引いた水平シフトレジスタの出力に接続されていること
   を特徴とする、請求項１に記載の増幅型固体撮像素子。
9. 【請求項９】 少なくとも複数の水平読出し線と出力端
   子を持ち、 前記第１段目の水平スイッチ群と前記第２段目の水平ス
   イッチ群をそれぞれ別々のウエルに形成し、 それぞれの水平スイッチ群及びウエルを第１層目以外の
   金属層の遮光膜で遮光を行い、 前記ウエル間に下地基板の領域を形成し、前記の下地基
   板の領域の少なくとも一部は前記第１層目以外の金属層
   による遮光膜を除去し、 前記第１段目の水平スイッチ及び前記第２段目の水平ス
   イッチ間の信号配線の橋渡しは前記遮光膜と同じ層の金
   属層を用いて、前記下地基板の領域の遮光膜のない部分
   で行うことを特徴とする、請求項１に記載の増幅型固体
   撮像素子。