CN102474574A

CN102474574A - 固体摄像装置

Info

Publication number: CN102474574A
Application number: CN2010800338906A
Authority: CN
Inventors: 杉山行信; 净法寺佑; 阿部哲也; 仓品贵之; 铃木悠太
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: CN102474574B; EP2461575A4; TWI536833B; US8767110B2; JPWO2011013548A1; TW201134212A; US20120099010A1; JP5632374B2; WO2011013548A1; EP2461575A1

Abstract

固体摄像装置1具备受光部(10)、第1行选择部(20)、第2行选择部(30)、第1读出部(40)、第2读出部(50)和控制部(60)。通过第1读出部(40)输出由第1行选择部(20)选择的受光部(10)的行的像素部的数据来获得摄像数据，另外，通过第2读出部(50)输出由第2行选择部(30)选择的受光部(10)的行的像素部的数据来获得通信数据。

Description

固体摄像装置

技术领域

本发明涉及固体摄像装置。

背景技术

固体摄像装置具备：受光部，其以M行N列2维排列有各自具有光电二极管和电荷储存部的M×N个像素部P_1，1～P_M，N；行选择部，其对于受光部的各像素部P_m，n，使光电二极管在某一期间所产生的电荷储存在电荷储存部，并且各行输出与各像素部P_m，n的储存电荷量相对应的数据；以及读出部，其输入自受光部的各像素部P_m，n输出的数据，并输出各像素部P_m，n的光电二极管中的产生电荷量所对应的数据，另外，有时还具备AD转换部，其对自该读出部输出的数据进行AD转换后输出数字值。

这样的固体摄像装置可以检测到达受光部的各像素部P_m，n的光的强度并进行摄像。另外，近年来，有尝试使用这样的固体摄像装置不仅用来进行摄像而且用来进行光通信。例如，专利文献1所公开的发明的固体摄像装置具有从各像素部读出数据的多个机构，利用其中的第1读出机构对各像素部读出数据，由此可以进行摄像，另外，利用第2读出机构将自特定的1个或2个以上的像素部的光电二极管产生的电流信号相加并输出，由此可以接收光信号。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3995959号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在专利文献1所公开的发明的固体摄像装置中，各个像素部需要具备存储是否由某一读出机构读出数据的存储部、或者为了根据其存储内容通过特定的读出机构读出数据而切换输出路径的许多开关。因此，专利文献1所公开的发明的固体摄像装置，与现有的固体摄像装置相比，每一像素部的区域的面积大，再有，整个光电二极管的区域面积与受光部的区域面积的比即开口率小。

另外，专利文献1所公开的发明的固体摄像装置，在假定受光部中存在多个光信号接收区域的情况下，需要具备与该假定的光信号接收区域的个数相同数量的第2信号读出机构。因此，即使通过这样做，与现有的固体摄像装置相比，专利文献1所公开的发明的固体摄像装置中每一像素部的区域面积较大，而且开口率较小。

此外，专利文献1所公开的发明的固体摄像装置，在包括K个第2信号读出机构的情况下，若受光部中存在多于K个的个数的光信号接收区域，则无法接收到达任一个光信号接收区域的光信号。

本发明是为解决上述问题点而作成，其目的在于提供一种可以抑制每一像素部的区域面积的增大和开口率的降低，并且可以灵活地应对受光部中的光信号接收区域的个数的变动的光通信用的固体摄像装置。

解决问题的技术手段

本发明所涉及的固体摄像装置，其特征在于，包括：(1)受光部，其以M行N列2维排列有M×N个像素部P_1，1～P_M，N，这些像素部P_1，1～P_M，N各自具有：光电二极管，其产生与入射光量相对应的量的电荷；电荷储存部，其储存该电荷；第1开关，其用于输出与电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据；以及第2开关，其用于输出与电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据；(2)第1行选择部，其选择受光部中的任一第m1行，对于该行的各像素部P_m1，n，使光电二极管所产生的电荷储存于电荷储存部，通过闭合第1开关而使与电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L1_n；(3)第2行选择部，其选择受光部中的任一第m2行，对于该行的各像素部P_m2，n，使光电二极管所产生的电荷储存于电荷储存部，通过闭合第2开关而使与电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L2_n；(4)第1读出部，其与N条读出信号线L1₁～L1_N相连接，输入从第1行选择部所选择的受光部中的第m1行的各像素部P_m1，n输出至读出信号线L1_n的数据，并输出与第m1行的各像素部P_m1，n的光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据；以及(5)第2读出部，其与N条读出信号线L2₁～L2_N相连接，输入从第2行选择部所选择的受光部中的第m2行的各像素部P_m2，n输出至读出信号线L2_n的数据，并输出与第m2行的各像素部P_m2，n的光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据。此外，本发明所涉及的固体摄像装置，其特征在于，第1行选择部与第2行选择部选择受光部中彼此不同的行，第1行选择部和第1读出部与第2行选择部和第2读出部彼此并行动作。但M、N为2以上的整数，m、m1、m2为1以上M以下的整数，n为1以上N以下的整数。

在本发明所涉及的固体摄像装置中，通过第1行选择部，选择受光部中的任一第m1行，在该行的各像素部P_m1，n中，使光电二极管所产生的电荷储存于电荷储存部，并通过闭合第1开关而将与电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L1_n。在与各读出信号线L1_n相连接的第1读出部中，输入从第1行选择部所选择的受光部中的第m1行的各像素部P_m1，n输出至读出信号线L1_n的数据，并输出与第m1行的各像素部P_m1，n的光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据。

另一方面，通过第2行选择部，选择受光部中的任一第m2行，该行的各像素部P_m2，n中，使光电二极管所产生的电荷储存于电荷储存部，并通过闭合第2开关而将与电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L2_n。在与各读出信号线L2_n相连接的第2读出部中，输入从第2行选择部所选择的受光部中的第m2行的各像素部P_m2，n输出至读出信号线L2_n的数据，并输出与第m2行的各像素部P_m2，n的光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据。

通过第1行选择部与第2行选择部，选择受光部中彼此不同的行。接着，第1行选择部和第1读出部与第2行选择部和第2读出部彼此并行动作。由此，例如，通过第1行选择部和第1读出部获得图象数据，通过第2行选择部和第2读出部获得通信数据。

优选地，本发明所涉及的固体摄像装置，(a1)在受光部中，在每行设置有控制信号线，该控制信号线用于将指示各像素部P_m，n的光电二极管的结电容部和电荷储存部各自的放电、以及通过电荷储存部进行的电荷储存的控制信号赋给各像素部P_m，n，且各控制信号线的两端设置有开关或三态缓冲器；(b1)第1行选择部经由设置在第m1行的控制信号线的第1端的开关或三态缓冲器，将控制信号输出至该控制信号线；(c1)第2行选择部经由设置在第m2行的控制信号线的第2端的开关或三态缓冲器，将控制信号输出至该控制信号线。

在这种情况下，优选地，(b2)第1行选择部包含M个锁存电路，并且在其中的第m1个锁存电路所保持的数据为有效值时，经由设置在第m1行的控制信号线的第1端的开关或三态缓冲器，将控制信号输出至该控制信号线；(c2)第2行选择部包含M个锁存电路，并且在其中的第m2个锁存电路所保持的数据为有效值时，经由设置在第m2行的控制信号线的第2端的开关或三态缓冲器，将控制信号输出至该控制信号线。

或者，优选地，本发明所涉及的固体摄像装置，(a3)在受光部中，在每行设置有控制信号线，该控制信号线用于将指示各像素部P_m，n的光电二极管的结电容部和电荷储存部各自的放电、以及通过电荷储存部进行的电荷储存的控制信号赋给各像素部P_m，n，且在各控制信号线的一端设置有逻辑和电路；(b3)第1行选择部经由设置在第m1行的控制信号线的一端的逻辑和电路，将控制信号输出至该控制信号线；(c3)第2行选择部经由设置在第m2行的控制信号线的一端的逻辑和电路，将控制信号输出至该控制信号线。

在这种情况下，优选地，(b4)第1行选择部包含M个锁存电路，并且在其中的第m1个锁存电路所保持的数据为有效值时，经由设置在第m1行的控制信号线的一端的逻辑和电路，将控制信号输出至该控制信号线；(c4)第2行选择部包含M个锁存电路，并且在其中的第m2个锁存电路所保持的数据为有效值时，经由设置于第m2行的控制信号线的一端的逻辑和电路，将控制信号输出至该控制信号线。

本发明所涉及的固体摄像装置，优选地，第1行选择部和第2行选择部各自的M个锁存电路按行级联连接而构成移位寄存器，通过向该移位寄存器中的第一级锁存电路串行输入M比特的数据，使各锁存电路保持数据。

本发明所涉及的固体摄像装置，优选地，第1行选择部对于其所包含的M个锁存电路中保持数据为有效值的锁存电路所对应的多行，以一定时间间隔顺次输出控制信号；第2行选择部对于其所包含的M个锁存电路中保持数据为有效值的锁存电路所对应的多行，以一定时间间隔顺次输出控制信号。

发明的效果

本发明所涉及的固体摄像装置，可以抑制每一像素部的区域面积的增大和开口率的降低，并且可以灵活地应对受光部中的光信号接收区域的个数的变动。

附图说明

图1是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的概略结构的图。

图2是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的第1读出部40和第2读出部50的结构的图。

图3是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的像素部P_m，n和保持部41_n的电路结构的图。

图4是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的差运算部43的电路结构的图。

图5是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的第1行选择部20的结构的图。

图6是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的第1行选择部20的控制信号生成电路21_m的结构的图。

图7是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的动作的一个例子的时序图。

图8是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的动作的另一个例子的时序图。

图9是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的动作的又一个例子的时序图。

图10是示出第2实施方式所涉及的固体摄像装置2的概略结构的图。

图11是示出第2实施方式所涉及的固体摄像装置2的第1行选择部20和第2行选择部30的结构的图。

符号说明：

1、2固体摄像装置

10受光部

20第1行选择部

21₁～21_M控制信号生成电路

22₁～22_M锁存电路

30第2行选择部

31₁～31_M控制信号生成电路

32₁～32_M锁存电路

40第1读出部

41₁～41_N保持部

42第1列选择部

43差运算部

50第2读出部

51₁～51_N保持部

52第1列选择部

53差运算部

60控制部

P_1，1～P_M，N像素部

L1₁～L1_N、L2₁～L2_N读出信号线

LT₁～LT_M、LR₁～LR_M、LH₁～LH_M、LA1₁～LA1_M、LA2₁～LA2_M控制信号线

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。再者，在图面的说明中，相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。

(第1实施方式)

图1是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的概略结构的图。该图中所示的固体摄像装置1包括受光部10、第1行选择部20、第2行选择部30、第1读出部40、第2读出部50和控制部60。

受光部10包含M×N个像素部P_1，1～P_M，N。M×N个像素部P_1，1～P_M，N具有共同的结构，并以M行N列2维排列。各像素部P_m，n位于第m行第n列。这里，M、N为2以上的整数，m为1以上M以下的各个整数，n为1以上N以下的各个整数。

各像素部P_m，n具有产生与入射光量相对应的量的电荷的光电二极管、以及储存该电荷的电荷储存部。各像素部P_m，n基于从第1行选择部20或第2行选择部30经由控制信号线接收到的各种控制信号，使光电二极管所产生的电荷储存于电荷储存部，并将与该电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L1_n或读出信号线L2_n。

第1行选择部20选择受光部10中的任一第m1行，对于该行的各像素部P_m1，n，使光电二极管所产生的电荷储存于电荷储存部，并使与该电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L1_n。

第2行选择部30选择受光部10中的任一第m2行，对于该行的各像素部P_m2，n，使光电二极管所产生的电荷储存于电荷储存部，并使与该电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L2_n。

此处，m1、m2为1以上M以下的整数。第1行选择部20和第2行选择部30各自所选择的行数是任意的，而数据的输出按各行分别顺次进行。但是，第1行选择部20与第2行选择部30选择受光部10中彼此不同的行。

第1读出部40与N条读出信号线L1₁～L1_N相连接，输入从第1行选择部20所选择的受光部10中的第m1行的各像素部P_m1，n输出至读出信号线L1_n的数据，并输出与第m1行的各像素部P_m1，n的光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据。

第2读出部50与N条读出信号线L2₁～L2_N相连接，输入从第2行选择部30所选择的受光部10中的第m2行的各像素部P_m2，n输出至读出信号线L2_n的数据，并输出与第m2行的各像素部P_m2，n的光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据。

控制部60通过控制第1行选择部20、第2行选择部30、第1读出部40和第2读出部50各自的动作，来控制固体摄像装置1整体的动作。在控制部60控制下，第1行选择部20和第1读出部40与第2行选择部30和第2读出部50可以彼此并行动作。

图2是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的第1读出部40和第2读出部50的结构的图。在该图中，以受光部10中M×N个像素部P_1，1～P_M，N中的第m行第n列的像素部P_m，n为代表来表示，另外，第1读出部40和第2读出部50中分别表示了与该像素部P_m，n相关联的构成要素。

第1读出部40包含N个保持部41₁～41_N、第1列选择部42和差运算部43。N个保持部41₁～41_N具有共同的结构。各保持部41_n经由读出信号线L1_n与受光部10中的第n列的M个像素部P_1，n～P_M，n相连接，可以输入从第1行选择部20所选择的第m1行的像素部P_m1，n输出至读出信号线L1_n的数据，保持该数据，并将该保持的数据输出。优选地，各保持部41_n输入并保持重叠有噪声成分的信号成分的数据，并且输入并保持仅有噪声成分的数据。

N个保持部41₁～41_N可以基于从第1列选择部42接收的各种控制信号，在相同时序对数据采样并保持，并顺次输出该保持的数据。差运算部43输入从N个保持部41₁～41_N分别顺次输出的数据，从重叠有噪声成分的信号成分的数据中减去仅有噪声成分的数据，并输出与信号成分相对应的数据。差运算部43可以将与信号成分相对应的数据作为模拟数据输出，也可以具有AD转换功能而输出数字数据，由此，第1读出部40可以输出与第m1行的各像素部P_m1，n的光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据。

第2读出部50包含N个保持部51₁～51_N、第2列选择部52和差运算部53。N个保持部51₁～51_N具有共同的结构。各保持部51_n经由读出信号线L2_n与受光部10中的第n列的M个像素部P_1，n～P_M，n相连接，可以输入从第2行选择部20所选择的第m2行的像素部P_m2，n输出至读出信号线L2_n的数据，保持该数据，并将该保持的数据输出。优选地，各保持部51_n输入并保持重叠有噪声成分的信号成分的数据，并且输入并保持仅有噪声成分的数据。

N个保持部51₁～51_N可以基于从第2列选择部52接收的各种控制信号，在相同时序对数据采样并保持，并顺次输出该保持的数据。差运算部53输入从N个保持部51₁～51_N分别顺次输出的数据，从重叠有噪声成分的信号成分的数据中减去仅有噪声成分的数据，并输出与信号成分相对应的数据。差运算部53可以将与信号成分相对应的数据作为模拟数据输出，也可以具有AD转换功能而输出数字数据，由此，第2读出部50可以输出与第m2行的各像素部P_m2，n的光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据。

图3是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的像素部P_m，n和保持部41_n的电路结构的图。同样在该图中，以受光部10中M×N个像素部P_1，1～P_M，N中的第m行第n列的像素部P_m，n为代表来表示，另外，第1读出部40中表示了与该像素部P_m，n相关联的保持部41_n。再者，保持部51_n的结构与保持部41_n的结构相同。

各像素部P_m，n是APS(Active Pixel Sensor，有源像素传感器)方式的像素部，其包含光电二极管PD和6个MOS晶体管T1、T2、T3、T4₁、T4₂、T5。如该图所示，晶体管T1、晶体管T2和光电二极管PD顺次串行连接，在晶体管T1的漏极端子输入基准电压，光电二极管PD的正极端子接地。晶体管T1与晶体管T2的连接点经由晶体管T5而连接至晶体管T3的栅极端子。

在晶体管T3的漏极端子输入基准电压。晶体管T3的源极端子与晶体管T4₁、T4₂各自的漏极端子相连接。各像素部P_m，n的晶体管T4₁的源极端子连接至读出信号线L1_n。各像素部P_m，n的晶体管T4₂的源极端子连接至读出信号线L2_n。读出信号线L1_n和读出信号线L2_n各自连接有恒定电流源。

各像素部P_m，n的传送用的晶体管T2的栅极端子与控制信号线LT_m相连接，并将从第1行选择部20输出的Trans1(m)信号或从第2行选择部30输出的Trans2(m)信号作为控制信号线LT_m上的Trans(m)信号输入。各像素部P_m，n的复位用的晶体管T1的栅极端子与控制信号线LR_m相连接，并将从第1行选择部20输出的Reset1(m)信号或从第2行选择部30输出的Reset2(m)信号作为控制信号线上的Reset(m)信号输入。各像素部P_m，n的保持用的晶体管T5的栅极端子与控制信号线LH_m相连接，并将从第1行选择部20输出的Hold1(m)信号或从第2行选择部30输出的Hold2(m)信号作为控制信号线上的Hold(m)信号输入。

各像素部P_m，n的输出选择用的晶体管T4₁的栅极端子与控制信号线LA1_m相连接，并输入从第1行选择部20输出的Address1(m)信号。各像素部P_m，n的输出选择用的晶体管T4₂的栅极端子与控制信号线LA2_m相连接，并输入从第2行选择部30输出的Address2(m)信号。这些控制信号(Reset(m)信号、Trans(m)信号、Hold(m)信号、Address1(m)信号、和Address2(m)信号)对第m行的N个像素部P_m，1～P_m，N共同地进行输入。

控制信号线LT_m、控制信号线LR_m和控制信号线LH_m按各行设置，并传送控制信号(Reset(m)信号、Trans(m)信号、Hold(m)信号)，该控制信号指示在第m行的各像素部P_m，n中的光电二极管PD的结电容部和电荷储存部各自的放电以及通过电荷储存部进行的电荷储存。这些控制信号线的第1端经由开关连接至第1行选择部20，另外，这些控制信号线的第2端经由开关连接至第2行选择部30。设置在这些控制信号线各自的两端的2个开关不同时闭合，通常至少有一方断开。再者，可以使用三态缓冲器来代替这些开关，在这种情形下，设置在这些控制信号线各自的两端的2个三态缓冲器不会同时为导通状态，通常至少有一方处于高阻态。

控制信号线LA1_m和控制信号线LA2_m按各行设置，并传送指示向第m行的各像素部P_m，n上的读出信号线L1_n或读出信号线L2_n的数据输出的控制信号(Address1(m)信号、Address2(m)信号)。各控制信号线LA1_m连接至第1行选择部20。各控制信号线LA2_m连接至第2行选择部30。Address1(m)信号与Address2(m)信号不会同时为高电平，晶体管T4₁与晶体管T4₂不会同时为导通状态。

当Reset(m)信号、Trans(m)信号和Hold(m)信号为高电平时，光电二极管PD的结电容部放电，另外，连接至晶体管T3的栅极端子的扩散区域(电荷储存部)放电。当Trans(m)信号为低电平时，光电二极管PD所产生的电荷储存于结电容部。当Reset(m)信号为低电平而Trans(m)信号和Hold(m)信号为高电平时，光电二极管PD的结电容部所储存的电荷传送至连接至晶体管T3的栅极端子的扩散区域(电荷储存部)而被储存。

当Address1(m)信号为高电平时，与连接至晶体管T3的栅极端子的扩散区域(电荷储存部)所储存的电荷量相对应的数据(重叠有噪声成分的信号成分的数据)，经过晶体管T4₁输出至读出信号线L1_n，并输入至第1读出部40的保持部41_n。即，晶体管T4₁作为用于将与电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L1_n的第1开关而起作用。再者，当电荷储存部处于放电状态时，仅有噪声成分的数据经过晶体管T4₁输出至读出信号线L1_n。

当Address2(m)信号为高电平时，与连接至晶体管T3的栅极端子的扩散区域(电荷储存部)所储存的电荷量相对应的数据(重叠有噪声成分的信号成分的数据)，经过晶体管T4₂输出至读出信号线L2_n，并输入至第2读出部50的保持部51_n。即，晶体管T4₂作为用于将与电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L2_n的第2开关而起作用。再者，当电荷储存部处于放电状态时，仅有噪声成分的数据经过晶体管T4₂而输出至读出信号线L2_n。

各保持部41_n包含2个电容元件C₁、C₂和4个开关SW₁₁、SW₁₂、SW₂₁、SW₂₂。在该保持部41_n中，开关SW₁₁和开关SW₁₂串行连接而设置在读出信号线L1_n与配线Hline_s1之间，电容元件C₁的一端连接至开关SW₁₁与开关SW₁₂之间的连接点，电容元件C₁的另一端接地。另外，开关SW₂₁和开关SW₂₂串行连接而设置在读出信号线L1_n与配线Hline_n1之间，电容元件C₂的一端连接至开关SW₂₁与开关SW₂₂之间的连接点，电容元件C₂的另一端接地。

在该保持部41_n中，开关SW₁₁根据从第1列选择部42供给的set_s1信号的电平而开闭。开关SW₂₁根据从第1列选择部42供给的set_n1信号的电平而开闭。set_s1信号和set_n1信号，对N个保持部41₁～41_N共同地进行输入。开关SW₁₂、SW₂₂根据从第1列选择部42供给的hshift1(n)信号的电平而开闭。

在该保持部41_n中，当set_n1信号从高电平转至低电平而断开开关SW₂₁时，从像素部P_m，n输出至读出信号线L1_n的噪声成分其后通过电容元件C₂而作为电压值out_n1(n)保持。当set_s1信号从高电平转至低电平而断开开关SW₁₁时，重叠有从像素部P_m，n输出至读出信号线L1_n的噪声成分的信号成分其后通过电容元件C₁而作为电压值out_s1(n)保持。接着，当hshift1(n)信号为高电平时，开关SW₁₂闭合，电容元件C₁所保持的电压值out_s1(n)输出至配线Hline_s1，另外，开关SW₂₂闭合，电容元件C₂所保持的电压值out_n1(n)输出至配线Hline_n1。这些电压值out_s1(n)与电压值out_n1(n)的差，表示与像素部P_m，n的光电二极管PD所产生的电荷的量相对应的电压值。

图4是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的差运算部43的电路结构的图。再者，差运算部53的结构与差运算部43的结构相同。如该图所示，差运算部43包含放大器A₁～A₃、开关SW₁、SW₂和电阻器R₁～R₄。放大器A₃的反相输入端子经由电阻器R₁与缓冲放大器A₁的输出端子相连接，经由电阻器R₃与自身的输出端子相连接。放大器A₃的非反相输入端子经由电阻器R₂与缓冲放大器A₂的输出端子相连接，并经由电阻器R₄与接地电位相连接。缓冲放大器A₁的输入端子经由配线Hline_s1与N个保持部41₁～41_N相连接，并经由开关SW₁与接地电位相连接。缓冲放大器A₂的输入端子经由配线Hline_n1与N个保持部41₁～41_N相连接，并经由开关SW₂与接地电位相连接。

差运算部43的开关SW₁、SW₂由从第1列选择部42供给的hreset1信号控制而进行开闭动作。通过闭合开关SW₁，输入至缓冲放大器A₁的输入端子的电压值被复位。通过闭合开关SW₂，输入至缓冲放大器A₂的输入端子的电压值被复位。当开关SW₁、SW₂断开时，从N个保持部41₁～41_N中的任一个保持部41_n输出至配线Hline_s1、Hline_n1的电压值out_s1(n)、out_n1(n)，输入至缓冲放大器A₁、A₂的输入端子。若缓冲放大器A₁、A₂各自的增益为1且4个电阻器R₁～R₄各自的电阻值彼此相等，则从差运算部43的输出端子输出的电压值表示分别经由配线Hline_s1和配线Hline_n1输入的电压值的差，并成为除去噪声成分的部分。

图5是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的第1行选择部20的结构的图。如该图所示，第1行选择部20包含构成第1移位寄存器的M个控制信号生成电路21₁～21_M、以及构成第2移位寄存器的M个锁存电路22₁～22_M。

M个控制信号生成电路21₁～21_M各自具有共同的结构且顺次级联连接。即，各控制信号生成电路21_m的输入端子I连接至前一级控制信号生成电路21_m-1的输出端子O(这里，m为2以上M以下的各整数)。第一级控制信号生成电路21₁的输入端子I，输入在时钟VCLK1所指示的某一时刻为高电平且其后为低电平的vshift1(0)信号。

各控制信号生成电路21_m与时钟VCLK1同步动作，输入基本控制信号1，并且在对应的锁存电路22_m所保持的数据row_sel1_data[m]为高电平时，输出Reset1(m)信号、Trans1(m)信号、Hold1(m)信号和Address1(m)信号。各控制信号生成电路21_m在对应的锁存电路22_m所保持的数据row_sel1_data[m]为低电平时，不输出Reset1(m)信号、Trans1(m)信号、Hold1(m)信号和Address1(m)信号。

M个锁存电路22₁～22_M分别为D触发器，并顺次级联连接。即，各锁存电路22_m的输入端子D连接至前一级锁存电路22_m-1的输出端子Q(这里，m为2以上M以下的各整数)。第一级锁存电路22₁的输入端子D串行输入M比特(bit)的数据row_sel1_data[M:1]。通过各锁存电路22_m与时钟row_sel1_clk同步动作，可以保持数据row_sel1_data[m]。

各锁存电路22_m将所保持的数据row_sel1_data[m]赋给对应的控制信号生成电路21_m。另外，各锁存电路22_m将所保持的数据row_sel1_data[m]赋给设置在控制信号线LT_m、控制信号线LR_m和控制信号线LH_m各自的第1端的开关，从而控制这些开关的开闭动作。当数据row_sel1_data[m]为高电平时，这些开关闭合。

第1行选择部20从控制部60得到vshift1(0)信号、时钟VCLK1、基本控制信号1、M比特的数据row_sel1_data[M:1]和时钟row_sel1_clk。

再者，第2行选择部30具有与第1行选择部20相同的结构，其包含构成第1移位寄存器的M个控制信号生成电路31₁～31_M、以及构成第2移位寄存器的M个锁存电路32₁～32_M，这些被构成为与第1行选择部20相同。

图6是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的第1行选择部20的控制信号生成电路21_m的结构的图。各控制信号生成电路21_m包含D触发器210、逻辑反相电路211、逻辑与电路212～217、220以及逻辑和电路218、219。各控制信号生成电路21_m输入All_reset1信号、Reset1信号、Trans1信号、Hold1信号和Address1信号作为在图5中所说明的基本控制信号1。

各控制信号生成电路21_m的D触发器210输入从前一级控制信号生成电路21_m-1输出的vshift1(m-1)信号，在时钟VCLK1所指示的时刻保持该数据，并输出该保持的数据。

各控制信号生成电路21_m的逻辑与电路212输入从对应的锁存电路22_m输出的数据row_sel1_data[m]，并且也输入从D触发器210输出的数据，从而输出它们的逻辑与的数据。

各控制信号生成电路21_m的逻辑与电路213，输入从对应的锁存电路22_m输出的数据row_sel1_data[m]被逻辑反相电路211逻辑反相后的数据，并且也输入从前一级控制信号生成电路21_m-1输出的vshift1(m-1)信号的数据，从而输出它们的逻辑与的数据。

各控制信号生成电路21_m的逻辑和电路218，输入逻辑与电路212和逻辑与电路213各自的数据，并将它们的逻辑和的数据作为vshift1(m)信号输出。

各控制信号生成电路21_m的逻辑与电路214，输入从对应的锁存电路22_m输出的数据row_sel1_data[m]，并且输入Reset1信号的数据，从而将它们的逻辑与的数据作为Reset1(m)信号输出。

各控制信号生成电路21_m的逻辑与电路215，输入从对应的锁存电路22_m输出的数据row_sel1_data[m]，并且输入Trans1信号的数据，从而将它们的逻辑与的数据作为Trans1(m)信号输出。

各控制信号生成电路21_m的逻辑与电路216，输入从对应的锁存电路22_m输出的数据row_sel1_data[m]与All_reset1信号的数据的逻辑与的数据(逻辑与电路220的输出数据)、与逻辑与电路212的输出数据的逻辑和的数据(逻辑和电路219的输出数据)，并且输入Hold1信号的数据，从而将它们的逻辑与的数据作为Hold1(m)信号输出。

各控制信号生成电路21_m的逻辑与电路217，输入Address1信号的数据，并且输入逻辑与电路212的输出数据，从而将它们的逻辑与的数据作为Address1(m)信号输出。

在具有这样的结构的第1行选择部20中，仅在M个锁存电路22₁～～22_M中的第m1个锁存电路22_m1所保持的数据为高电平的情形下，与其对应的控制信号生成电路21_m1，可以经由设置在第m1行的控制信号线的第1端的开关或三态缓冲器而将控制信号(Reset(m)信号、Trans(m)信号、Hold(m)信号)输出至该控制信号线，另外，也可以输出Address1(m)信号。从各控制信号生成电路21_m输出的控制信号为Reset1(m)信号、Trans1(m)信号、Hold1(m)信号，但是若这些信号经由设置在第m行的控制信号线例如LRm、LTm、LHm的第1端的开关或三态缓冲器而输出至该控制信号线，则分别作为Reset(m)、Trans(m)、Hold(m)来处理。

另外，在具有这样的结构的第1行选择部20中，M个锁存电路22₁～22_M中保持数据为低电平的锁存电路所对应的控制信号生成电路，可以不输出控制信号，而将从前一级到达的vshift1信号直接输出至后一级。即，M个锁存电路22₁～22_M中仅仅保持数据为高电平的锁存电路构成实质上的移位寄存器。因此，对于M个锁存电路22₁～22_M中保持数据为高电平的锁存电路所对应的行，第1行选择部20可以按一定时间间隔(时钟VCLK1的周期)顺次输出控制信号。

如已经说明的那样，第1行选择部20与第2行选择部30选择受光部10中彼此不同的行。另外，第1行选择部20和第1读出部40与第2行选择部30和第2读出部50可以彼此并行动作。以下，假定如下情形：在受光部10中的M×N个像素部P_1，1～P_M，N中，第x1行第y1列的像素部P_x1，y1和第x2行第y2列的像素部P_x2，y2分别有光信号到达。

在该情况下，第1行选择部20顺次选择受光部10中的除去第x1行和第x2行以外的(M-2)行，对于各行的各像素部，使光电二极管PD所产生的电荷储存于电荷储存部，并使与该电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据从晶体管T4₁输出至读出信号线L1_n。第1读出部40输入从第1行选择部20所选择的受光部10中的各行(除去第x1行和第x2行)的各像素部输出至读出信号线L1_n的数据，并输出与各像素部的光电二极管PD所产生的电荷的量相对应的数据。通过获得这些数据可以进行摄像。然而，针对第x1行和第x2行，虽无法获得图象数据，但是可以从相邻的行的图象数据进行内插。

另外，第2行选择部30顺次选择受光部10中的第x1行和第x2行，对于各行的各像素部，使光电二极管PD所产生的电荷储存于电荷储存部，并使与该电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据从晶体管T4₂输出至读出信号线L2_n。第2读出部50输入从第2行选择部30所选择的受光部10中的第x1行和第x2行的各像素部输出至读出信号线L2_n的数据，并输出与各像素部的光电二极管PD所产生的电荷的量相对应的数据。再者，第2读出部50可针对第x1行仅输出第y1列的像素部P_x1，y1的数据，针对第x2行仅输出第y2列的像素部P_x2，y2的数据。通过获得这些数据可以取得光通信数据。

图7是示出第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的动作的一个例子的时序图。这里，为简化起见，令M＝N＝4，且令第2行第2列的像素部P_2，2和第2行第3列的像素部P_2，3分别有光信号到达，另外，令第2读出部50仅输出2个像素部P_2，2和像素部P_2，3各自的数据。在这种情况下，在第1行选择部20中，锁存电路22₁、22₃和22₄分别保持高电平值，锁存电路22₂保持低电平值。另外，在第2行选择部30中，锁存电路32₁、32₃和32₄分别保持低电平值，锁存电路32₂保持高电平值。假定这些设定是在读出前进行。在继续对同一区域进行读出时，不需要再次设定。在读出区域改变时，对于帧与帧之间的时间再次进行设定。

在该图中，自上而下顺次表示：赋给第1行的4个像素部P_1，1～P_1，4的控制信号(Trans(1)信号、Reset(1)信号、Hold(1)信号、Address1(1)信号、Address2(1)信号)，赋给第2行的4个像素部P_2，1～P_2，4的控制信号(Trans(2)信号、Reset(2)信号、Hold(2)信号、Address1(2)信号、Address2(2)信号)，赋给第3行的4个像素部P_3，1～P_3，4的控制信号(Trans(3)信号、Reset(3)信号、Hold(3)信号、Address1(3)信号、Address2(3)信号)，赋给第4行的4个像素部P_4，1～P_4，4的控制信号(Trans(4)信号、Reset(4)信号、Hold(4)信号、Address1(4)信号、Address2(4)信号)，从第1读出部40输出的数据的内容(帧、行、列)，以及从第2读出部50输出的数据的内容(帧、行、列)。

如该图所示那样，由第1行选择部20所选择的第1行、第3行和第4行的各像素部，在同一时序下，将光电二极管所产生的电荷传送至电荷储存部并储存。然后，由第1行选择部20顺次选择第1行、第3行和第4行，从第1读出部40顺次输出第1行的各像素部P_1，1～P_1，4各自的数据，接着顺次输出第3行的各像素部P_3，1～P_3，4各自的数据，进而接着顺次输出第4行的各像素部P_4，1～P_4，4各自的数据，从而获得1帧的图象数据。各帧中的各行的数据以一定时间间隔输出。另一方面，由第2行选择部30所选择第3行的各像素部，从第2读出部50顺次输出第2行的2个像素部P_2，2和像素部P_2，3各自的数据，获得通信数据。

以下，用更具体的例子进行说明。这里，假定将具备取M＝480、N＝640的固体摄像装置的摄像机搭载于汽车，并由该摄像机对车前方的风景进行摄像。受光部10中的某一行的某一像素部内有自前方车辆刹车灯LED产生的闪烁信号(假设是与踩下加速器、刹车的情况或左转、右转的前方车辆的距离等的信息)到达。另外，受光部10中的另外的某一行的某一像素部有自信号机LED产生的闪烁信号(假设是红绿灯的种类或等待时间、交通堵塞信息等)到达。即，受光部10的480行中，接收到达2行的光信号，通过其余478行进行摄像。另外，令传送时间为40像素读出时间，像素速率为10MHz。

由第1行选择部20所选择的478行的各像素部的数据从第1读出部40输出期间的帧率，通过以下的计算式(1)得到。另一方面，由第2行选择部30所选择的2行的各像素部的数据从第2读出部50输出期间的帧率，通过以下的计算式(2)得到。

10MHz/478×(640+40)＝31.7fps…(1)

10MHz/2×(640+40)＝7.35kfps …(2)

由此，通过第1行选择部20和第1读出部40，可以进行在通常的30fps的摄像。此时，虽然产生了2行缺陷线，但可以从相邻行进行内插。另外，通过第2行选择部30和第2读出部50，仅2行的高速读出的数据接收速率变成7kfps以上，因此，即使是直至3.5kfps程度的光信号，也可以进行数据接收。再者，通过第2读出部50，倘若仅输出接收光信号的2行中的特定的像素部的数据，则可以更加高速化。

如上所述，与通常的固体摄像装置相比，本实施方式所涉及的固体摄像装置1仅在各像素部P_m，n中添加了1个输出选择用的晶体管，并仅在受光部10中对各行添加1条控制信号线且对各行添加1条读出信号线。因此，本实施方式所涉及的固体摄像装置1，可以在受光部10中抑制每一像素部的区域的面积的增大和开口率的降低。

另外，在本实施方式所涉及的固体摄像装置1中，第1行选择部20所选择的受光部10的行的像素部的数据由第1读出部40输出而获得摄像数据，另外，第2行选择部30所选择的受光部10的行的像素部的数据由第2读出部50输出而获得通信数据。因此，在本实施方式所涉及的固体摄像装置1中，即便受光部10中的光信号接收区域的个数发生变动，也可以分别通过第1行选择部20和第2行选择部30来自由地选择行，故可以灵活地应对光信号接收区域的个数的变动。

再者，本实施方式所涉及的固体摄像装置1，如以上所说明的那样，可以通过第1行选择部20和第1读出部40获得摄像数据，并且通过第2行选择部30和第2读出部50获得通信数据，但是也可以有其它的使用方式。例如，本实施方式所涉及的的固体摄像装置1，可以通过第1行选择部20选择受光部10的所有行，并通过第1读出部40输出全部像素部的数据，在该情况下，可以进行与通常的固体摄像装置相同的摄像。

另外，例如，本实施方式所涉及的固体摄像装置1，如图8所示的时序图那样，可以采用第1行选择部20和第1读出部40以及第2行选择部30和第2读出部50双方均获得通信数据。在该图所示的例子中，固体摄像装置1通过第1行选择部20和第1读出部40来获得第2行的2个像素部P_2，2和像素部P_2，3各自的通信数据，并且通过第2行选择部30和第2读出部50来获得第4行的2个像素部P_4，3和像素部P_4，4各自的通信数据。在该情况下，可以使第1行选择部20和第1读出部40的数据接收速率，与第2行选择部30和第2读出部50的数据接收速率彼此不同。

另外，例如，本实施方式所涉及的固体摄像装置1，如图9所示的时序图那样，可以采用第1行选择部20和第1读出部40以及第2行选择部30和第2读出部50双方均获得图象数据。在该图所示的例子中，固体摄像装置1通过第1行选择部20和第1读出部40来获得第1行和第3行的各像素部的图象数据，并且通过第2行选择部30和第2读出部50来获得第2行和第4行的各像素部的图象数据。在该情况下，可以使第1行选择部20和第1读出部40的帧率与第2行选择部30和第2读出部50的帧率彼此不同。

(第2实施方式)

图10是示出第2实施方式所涉及的固体摄像装置2的概略结构的图。该图所示的固体摄像装置2包括受光部10、第1行选择部20、第2行选择部30、第1读出部40、第2读出部50和控制部60。这些各构成要素具有与第1实施方式所涉及的固体摄像装置1的构成要素相同的结构。

在第1实施方式中，第1行选择部20与第2行选择部30隔着受光部10而配置，而在第2实施方式中，第1行选择部20和第2行选择部30配置在受光部10的一方侧。另外，在第2实施方式中，从第1行选择部20和第2行选择部30分别输出的控制信号经过逻辑和电路而输出至控制信号线。

图11是示出第2实施方式所涉及的固体摄像装置2的第1行选择部20和第2行选择部30的结构的图。第2实施方式中的第1行选择部20具有与使用图5和图6进行说明的第1实施方式中的部分相同的结构，其包含构成第1移位寄存器的M个控制信号生成电路21₁～21_M、以及构成第2移位寄存器的M个锁存电路22₁～22_M。第2行选择部30具有与第1行选择部20相同的结构，其包含构成第1移位寄存器的M个控制信号生成电路31₁～31_M、以及构成第2移位寄存器的M个锁存电路32₁～32_M，这些被构成为与第1行选择部20相同。

第1行选择部20从控制部60得到vshift1(0)信号、时钟VCLK1、基本控制信号1、M比特的数据row_sel1_data[M:1]和时钟row_sel1_clk。第2行选择部30从控制部60得到vshift2(0)信号、时钟VCLK2、基本控制信号2、M比特的数据row_sel2_data[M:1]和时钟row_sel2_clk，并且与第1行选择部20相同地进行动作。

各比特的数据row_sel1_data[m]和数据row_sel2_data[m]，不会同时为高电平，至少有一方为低电平。各比特的数据row_sel1_data[m]和数据row_sel2_data[m]彼此可以存在逻辑反相关系。在该情况下，优选地，设置逻辑反相电路，使第1行选择部20的锁存电路22_m所保持的数据row_sel1_data[m]、与第2行选择部30的锁存电路32_m所保持的数据row_sel2_data[m]，作为彼此逻辑反相的数据而保持于锁存电路22_m、32_m。

当对应的锁存电路22_m所保持的数据row_sel1_data[m]为高电平时，第1行选择部20的各控制信号生成电路21_m，经由设置在控制信号线LR_m的一端的逻辑和电路而将Reset1(m)信号作为Reset(m)信号输出至控制信号线LR_m，经由设置在控制信号线LT_m的一端的逻辑和电路而将Trans1(m)信号作为Trans(m)信号输出至控制信号线LT_m，经由设置在控制信号线LH_m的一端的逻辑和电路而将Hold1(m)信号作为Hold(m)信号输出至控制信号线LH_m，另外，将Address1(m)信号输出至控制信号线LA1_m。

当对应的锁存电路32_m所保持的数据row_sel2_data[m]为高电平时，第2行选择部30的各控制信号生成电路31_m，经由设置在控制信号线LR_m的一端的逻辑和电路而将Reset2(m)信号作为Reset(m)信号输出至控制信号线LR_m，经由设置在控制信号线LT_m的一端的逻辑和电路而将Trans2(m)信号作为Trans(m)信号输出至控制信号线LT_m，经由设置在控制信号线LH_m的一端的逻辑和电路而将Hold2(m)信号作为Hold(m)信号输出至控制信号线LH_m，另外，将Address2(m)信号输出至控制信号线LA2_m。

第2实施方式所涉及的固体摄像装置2，也与第1实施方式所涉及的固体摄像装置1相同地进行动作，并且可以起到相同的效果。

另外，本发明并不限于第1和第2的各实施方式。例如，在上述实施方式中，作为电荷储存部，可以举出连接至晶体管T3的栅极端子的扩散区域，但也可以使光电二极管兼作电荷储存部。

产业上的可利用性

本发明可以抑制光通信用的固体摄像装置中每一像素部的区域的面积的增大和开口率的降低，并可以适用于灵活地应对受光部中的光信号接收区域个数的变动的用途。

Claims

1.一种固体摄像装置，其特征在于，具备：

受光部，其以M行N列2维排列有M×N个像素部P_1，1～P_M，N，所述像素部P_1，1～P_M，N各自包含：光电二极管，其产生与入射光量相对应的量的电荷；电荷储存部，其储存该电荷；第1开关，其用于输出与所述电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据；以及第2开关，其用于输出与所述电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据；

第1行选择部，其选择所述受光部中的任一第m1行，对于该行的各像素部P_m1，n，使所述光电二极管产生的电荷储存于所述电荷储存部，通过闭合所述第1开关而使与所述电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L1_n；

第2行选择部，其选择所述受光部中的任一第m2行，对于该行的各像素部P_m2，n，使所述光电二极管产生的电荷储存于所述电荷储存部，通过闭合所述第2开关而使与所述电荷储存部中的储存电荷量相对应的数据输出至读出信号线L2_n；

第1读出部，其与N条读出信号线L1₁～L1_N相连接，输入从所述第1行选择部所选择的所述受光部中的第m1行的各像素部P_m1，n输出至读出信号线L1_n的数据，并输出与第m1行的各像素部P_m1，n的所述光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据；以及

第2读出部，其与N条读出信号线L2₁～L2_N相连接，输入从所述第2行选择部所选择的所述受光部中的第m2行的各像素部P_m2，n输出至读出信号线L2_n的数据，并输出与第m2行的各像素部P_m2，n的所述光电二极管所产生的电荷的量相对应的数据，

所述第1行选择部与所述第2行选择部选择所述受光部中彼此不同的行，

所述第1行选择部和所述第1读出部与所述第2行选择部和所述第2读出部彼此并行动作，

其中，M、N为2以上的整数，m、m1、m2为1以上M以下的整数，n为1以上N以下的整数。

2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

在所述受光部中，在每行设置有控制信号线，该控制信号线用于将指示各像素部P_m，n的所述光电二极管的结电容部和所述电荷储存部各自的放电、以及通过所述电荷储存部进行的电荷储存的控制信号赋给各像素部P_m，n，并且在各控制信号线的两端设置有开关或三态缓冲器，

所述第1行选择部经由设置在第m1行的所述控制信号线的第1端的所述开关或所述三态缓冲器，将所述控制信号输出至该控制信号线，

所述第2行选择部经由设置在第m2行的所述控制信号线的第2端的所述开关或所述三态缓冲器，将所述控制信号输出至该控制信号线。

3.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述第1行选择部包含M个锁存电路，并且在其中的第m1个锁存电路所保持的数据为有效值时，经由设置在第m1行的所述控制信号线的第1端的所述开关或所述三态缓冲器，将所述控制信号输出至该控制信号线，

所述第2行选择部包括M个锁存电路，并且在其中的第m2个锁存电路所保持的数据为有效值时，经由设置在第m2行的所述控制信号线的第2端的所述开关或所述三态缓冲器，将所述控制信号输出至该控制信号线。

4.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

在所述受光部中，在每行设置有控制信号线，该控制信号线用于将指示各像素部P_m，n的所述光电二极管的结电容部和所述电荷储存部各自的放电、以及通过所述电荷储存部进行的电荷储存的控制信号赋给各像素部P_m，n，并且在各控制信号线的一端设置有逻辑和电路，

所述第1行选择部经由设置在第m1行的所述控制信号线的一端的所述逻辑和电路，将所述控制信号输出至该控制信号线，

所述第2行选择部经由设置在第m2行的所述控制信号线的一端的所述逻辑和电路，将所述控制信号输出至该控制信号线。

5.根据权利要求4所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述第1行选择部包含M个锁存电路，并且在其中的第m1个锁存电路所保持的数据为有效值时，经由设置在第m1行的所述控制信号线的一端的所述逻辑和电路，将所述控制信号输出至该控制信号线，

所述第2行选择部包括M个锁存电路，并且在其中的第m2个锁存电路所保持的数据为有效值时，经由设置在第m2行的所述控制信号线的一端的所述逻辑和电路，将所述控制信号输出至该控制信号线。

6.根据权利要求3或5所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述第1行选择部和所述第2行选择部各自的M个锁存电路按行级联连接而构成移位寄存器，通过向该移位寄存器中的第一级锁存电路串行输入M比特的数据，使各锁存电路保持数据。

7.根据权利要求3或5所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述第1行选择部对于其所包含的M个锁存电路中保持数据为有效值的锁存电路所对应的多行，以一定时间间隔顺次输出所述控制信号，

所述第2行选择部对于其所包含的M个锁存电路中保持数据为有效值的锁存电路所对应的多行，以一定时间间隔顺次输出所述控制信号。