CN103026702A - 固体摄像元件 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种动画变形少的MOS型固体摄像元件，具备：多个像素，排列为二维状，分别输出初始状态的电信号和受光后状态的电信号；第一列信号线(7)，与像素的列对应设置，传递来自对应的像素的列的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号；第一保持电路部(2)，与第一列信号线(7)对应设置，保持通过对应的第一列信号线(7)从像素传递来的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号；以及第一差分电路部(3)，输出第一保持电路部(2)所保持的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的差分；第一保持电路部(2)包括能够保持像素的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的单位保持电路，该单位保持电路的数量是与对应的第一列信号线(7)对应设置的像素的数量。

Description

固体摄像元件

技术领域

本发明涉及组装在数码相机等中的MOS(Metal Oxide Semiconductor：金属氧化半导体)型以及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)型的固体摄像元件(以下称为MOS型固体摄像元件)。

背景技术

近年，为了通过CMOS型图像传感器(MOS型固体摄像元件)实现高速快门动作，而提出有专利文献1那种技术。MOS型固体摄像元件的像素数近年来处于增加的趋势，MOS型固体摄像元件内的信号处理电路以及搭载有MOS型固体摄像元件的数码相机等的信号处理电路所处理的信号量也增加。因此，在需要进行动画摄像时等高速的信号处理时，为了减少应处理的信号量，而进行像素信号的合成。首先，使用图20对以往的MOS型固体摄像元件的像素信号合成方法的一个例子进行说明(参照专利文献1)。

图20表示对在MOS型固体摄像元件中生成的像素信号进行合成的电路。

在该电路中，在第一像素的信号被蓄积到电容器207中、第二像素的信号被蓄积到电容器208中之后，通过使由MOS晶体管构成的开关209导通，由此将第一像素的信号和第二像素的信号合成而向输出线210输出。

通过这种技术，与不进行像素信号的合成的情况相比较，能够减少应处理的信号量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-292453号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1的MOS型固体摄像元件的动作模式中，由于焦平面快门功能，因此存在的问题为，产生读出像素信号的时期按照像素集合而不同，从而导致动画变形。

因此，本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于，提供一种与以往比较动画变形较少的MOS型固体摄像元件。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明一个方式的固体摄像元件的特征在于，具备：多个像素，排列为二维状，分别输出初始状态的电信号和受光后状态的电信号；列信号线，与上述像素的列对应设置，传递来自对应的上述像素的列的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号；第一保持电路部，与上述列信号线对应地设置有多个，保持通过对应的上述列信号线从上述像素传递来的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号；以及第一差分电路部，输出上述第一保持电路部所保持的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的差分；上述第一保持电路部包含能够保持上述像素的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的单位保持电路，而且该单位保持电路的数量是与对应的上述列信号线对应地设置的上述像素的数量。

根据这种构成，与各像素对应地设置单位保持电路，因此能够使全部像素的信号高速、独立地保持到第一保持电路部。因此，能够高速地进行从像素向第一保持电路部的信号读出。作为其结果，各像素的曝光时间差比以往的焦平面快门功能的情况更少，与以往相比较能够减少动画变形。

此外，上述固体摄像元件还可以具备行选择电路，该行选择电路对上述多个像素以行为单位进行选择，将选择的上述像素的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号向上述列信号线输出，并且同时选择上述第一保持电路部的多个单位保持电路，使选择的多个上述单位保持电路所保持的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号同时向上述第一差分电路部输出。

根据这种构成，在将多个像素的信号蓄积到多个单位保持电路中之后，同时选择该多个单位保持电路而向第一差分电路部输出，因此噪声被平均化，能够减少噪声。

此外，上述固体摄像元件还可以具备：保持上述第一差分电路部的输出的第二保持电路部；以及输出上述第二保持电路部的输出与基准信号的差分的第二差分电路部。

具体地说，上述第二保持电路部包含多个能够保持上述像素的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的差分的差分信号的单位保持电路，上述固体摄像元件还可以具备行选择电路，该行选择电路依次选择上述第二保持电路部的多个单位保持电路，使选择的上述单位保持电路所保持的差分信号向上述第二差分电路部输出。

根据这种构成，在第二保持电路部中保持有多个差分信号，通过将多个差分信号进行合成，由此能够使信号成为高速。

发明的效果

如上所述，根据本发明的固体摄像元件，能够提供一种动画变形较少的CMOS固体摄像元件。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的固体摄像元件的构成的框图。

图2是表示该实施方式的固体摄像元件的1列2行量的像素电路部的一个例子的电路图。

图3是表示该实施方式的固体摄像元件的1列2行量的第一保持电路部的一个例子的电路图。

图4是表示该实施方式的固体摄像元件的1列量的第一差分电路部的一个例子的电路图。

图5是表示该实施方式的固体摄像元件的通常动作的主要信号的时间变化的时间图。

图6是表示该实施方式的固体摄像元件的像素合成动作的主要信号的时间变化的时间图。

图7是表示该实施方式的固体摄像元件的第一保持电路部的相对于同时施加2个输入的合成输出的图。

图8是表示该实施方式的变形例的固体摄像元件的1列2行量的第一保持电路部的一个例子的电路图。

图9是表示本发明实施方式2的固体摄像元件的像素合成动作的主要信号的时间变化的时间图。

图10是表示本发明实施方式3的固体摄像元件的构成的框图。

图11是表示该实施方式的固体摄像元件的1列2行量的第二保持电路部的一个例子的电路图。

图12是表示该实施方式的固体摄像元件的1列量的第二差分电路部的一个例子的电路图。

图13是表示该实施方式的固体摄像元件的像素合成动作的主要信号的时间变化的时间图。

图14是表示该实施方式的固体摄像元件的1列量的第二差分电路部的一个例子的电路图。

图15是表示该实施方式的固体摄像元件的像素合成动作的主要信号的时间变化的时间图。

图16是表示该实施方式的固体摄像元件的缓冲器的一个例子的电路图。

图17是表示该实施方式的固体摄像元件的1列2行量的第二保持电路部的一个例子的电路图。

图18是表示该实施方式的固体摄像元件的像素合成动作的主要信号的时间变化的时间图。

图19A是表示本发明实施方式4的照相机的概略结构的图。

图19B是表示固体摄像元件的1列1行量的第一保持电路部的一个例子的电路图。

图19C是表示固体摄像元件的1列2行量的第一保持电路部的一个例子的电路图。

图19D是表示固体摄像元件的主要信号的时间变化的时间图。

图19E是表示固体摄像元件的1列1行量的第一保持电路部的一个例子的电路图。

图20是表示以往的固体摄像装置的像素信号混合电路的构成的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的固体摄像元件进行说明。

此外，在附图中，对于实际表示相同构成、动作以及效果的要素，赋予相同的附图标记。此外，构成要素之间的连接关系是为了具体说明本发明而例示的，实现本发明的功能的连接关系不限定于此。

(实施方式1)

对本发明的实施方式1进行说明。

图1是表示本实施方式的固体摄像元件的构成的框图。

图1的固体摄像元件具备像素电路部1、多个第一保持电路部2、多个第一差分电路部3、输出线4、列选择电路5、行选择电路6、第一列信号线7以及第二列信号线8。

像素电路部1由排列为二维状(行列状)、分别输出初始状态(像素未受光到光的状态)的电信号和受光后状态(像素受光到光的状态)的电信号的多个像素构成。从像素电路部1向第一列信号线7输出像素的初始状态的电信号和受光后状态的电信号。

第一列信号线7与像素的列对应设置，传递来自对应的像素的列的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号。

第一保持电路部2与第一列信号线7对应设置有多个，保持通过对应的第一列信号线7从像素传递来的初始状态的电信号和受光后状态的电信号。第一保持电路部2包括能够保持像素的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的单位保持电路，该单位保持电路的数量是与对应的第一列信号线7对应设置的像素的数量。

第一差分电路部3输出表示第一保持电路部2所保持的初始状态的电信号与受光后状态的电信号的差分的差分信号。该差分信号与列选择电路5的输出同步地向输出线4输出。

行选择电路6对像素电路部1的多个像素以行单位进行选择，使选择的像素的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号向第一列信号线7输出，并且多行同时或者行单位地选择第一保持电路部2的单位保持电路，使选择的单位保持电路所保持的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号向第一差分电路部3输出。

此外，行选择电路(垂直扫描电路)6以及列选择电路(水平扫描电路)5由能够进行扫描的电路构成，由位移寄存器、解码器等电路构成。例如，也可以构成为，行选择电路6包括对表示第一保持电路部2的行的行地址进行解码而向第一保持电路部2输出行选择信号的Y解码器电路，列选择电路5包括对表示第一保持电路部2的列的列地址进行解码而向第一保持电路部2或者第一差分电路部3输出列选择信号的X解码器电路。如此，容易进行向第一保持电路部2的随机访问。例如，能够容易实现第一保持电路部2所保持的电信号表示的图像中、任意像素或者区域的读出、任意矩形区域的读出。此外，容易实现每隔K(K为2以上的整数)行的读出、每隔L(L为2以上的整数)列的读出、将它们组合了的间隔剔除读出(缩小读出)。

图2是表示像素电路部1的构成的一个例子的电路图。此外，图2表示像素电路部1的1列2行量的构成的详细情况，具体地说是表示图2中的虚线所表示的像素(单位单元)1-1以及1-2的构成的详细情况。

像素1-1具备光电二极管10、传送MOS晶体管11、复位MOS晶体管12以及输出MOS晶体管13。像素1-2与像素1-1同样，具备光电二极管15、传送MOS晶体管16、复位MOS晶体管17以及输出MOS晶体管18。

在像素1-1中，光电二极管10的阳极接地，阴极与传送MOS晶体管11的漏极连接。传送MOS晶体管11的源极与复位MOS晶体管12的源极以及输出MOS晶体管13的栅极连接，栅极与端子23连接。输出MOS晶体管13的栅极、复位MOS晶体管12的源极以及传送MOS晶体管11的源极的连接区域，形成被称为浮动扩散(以后称为FD)的扩散电容。复位MOS晶体管12的漏极与电源连接，栅极与端子22连接。输出MOS晶体管13的漏极与电源连接，源极与行选择MOS晶体管14的漏极连接。电流源20与第一列信号线7连接。行选择MOS晶体管14的栅极与端子24连接，在导通时与输出MOS晶体管13和电流源20一起形成源极跟随器电路。

在像素1-2中也同样，光电二极管15的阳极接地，阴极与传送MOS晶体管16的漏极连接。传送MOS晶体管16的源极与复位MOS晶体管17的源极以及输出MOS晶体管18的栅极连接，栅极与端子26连接。输出MOS晶体管18的栅极、复位MOS晶体管17的源极以及传送MOS晶体管16的源极的连接区域形成被称为FD的扩散电容。复位MOS晶体管17的漏极与电源连接，栅极与端子25连接。输出MOS晶体管18的漏极与电源连接，源极与行选择MOS晶体管19的漏极连接。行选择MOS晶体管19的栅极与端子27连接，在导通时与输出MOS晶体管18和电流源20一起形成源极跟随器电路。

像素1-1以及1-2的输出经由行选择MOS晶体管14以及19与第一列信号线7连接。第一列信号线7与图1的第一保持电路部2连接。

图3是表示第一保持电路部2的构成的电路图。此外，图3表示第一保持电路部2的1列2行量的构成的详细情况，具体地说是表示相对于像素的一列设置的图3中的虚线所表示的单位保持电路2-1以及2-2的构成的详细情况。

单位保持电路2-1具备MOS晶体管31、33、34、36以及电容32、35。MOS晶体管31的漏极与第一列信号线7连接，源极与电容32的一个端子以及MOS晶体管33的漏极连接，栅极与端子43连接。电容32的另一个端子接地。MOS晶体管33的源极与MOS晶体管54的栅极连接，栅极与端子44连接。MOS晶体管34的漏极与第一列信号线7连接，源极与电容35的一个端子以及MOS晶体管36的漏极连接，栅极与端子46连接。电容35的另一个端子接地。MOS晶体管36的源极与MOS晶体管54的栅极连接，栅极与端子45连接。MOS晶体管54的漏极与电源连接，源极与行选择MOS晶体管53的漏极连接。行选择MOS晶体管53的栅极与端子57连接，源极与第二列信号线8连接。

单位保持电路2-2具备MOS晶体管37、39、40、42以及电容38、41。MOS晶体管37的漏极与第一列信号线7连接，源极与电容38的一个端子以及MOS晶体管39的漏极连接，栅极与端子47连接。电容38的另一个端子接地。MOS晶体管39的源极与MOS晶体管56的栅极连接，栅极与端子48连接。MOS晶体管40的漏极与第一列信号线7连接，源极与电容41的一个端子以及MOS晶体管42的漏极连接，栅极与端子50连接。电容41的另一个端子接地。MOS晶体管42的源极与MOS晶体管56的栅极连接，栅极与端子49连接。MOS晶体管56的漏极与电源连接，源极与行选择MOS晶体管55的漏极连接。行选择MOS晶体管55的栅极与端子58连接，源极与第二列信号线8连接。

电流源52以及MOS晶体管54、电流源52以及MOS晶体管56，分别在对应的行选择MOS晶体管53以及55导通状态时，形成源极跟随器。

图4是表示第一差分电路部3的构成的电路图。此外，图4表示相对于一个第一保持电路部2设置的第一差分电路部3的1列量的构成的详细情况。

第一差分电路部3与第一保持电路部2的输出即第二列信号线8连接，具备电容值C1的电容60、电容值C2的电容61以及MOS晶体管62。电容60的一个端子与第二列信号线8连接，另一个端子与MOS晶体管62的源极以及电容61的一个端子的连接节点(图4中记载的M点)连接。电容61的一个端子与M点连接，另一个端子接地。MOS晶体管62的源极与M点连接，漏极与端子64连接，栅极与端子63连接。对端子64施加偏置电压。

接下来，参照图2、图3、图4以及图5对本实施方式的固体摄像元件的动作进行说明。首先对该固体摄像元件的通常的动作进行说明。

图5是表示本实施方式的固体摄像元件的主要信号的时间变化的时间图。图5中表示对图2的像素电路部1、图3的第一保持电路部2以及图4的第一差分电路部3的各端子施加的控制信号。

此外，在图5中，各控制信号由对其被施加的端子的附图标记附加了S的名称表示。因此，信号S22是对端子22施加、并向复位MOS晶体管12的栅极输入的信号。信号S23是对端子23施加、并向传送MOS晶体管11的栅极输入的信号。信号S24是对端子24施加、并向行选择MOS晶体管14的栅极输入的信号。信号S25是对端子25施加、并向复位MOS晶体管17的栅极输入的信号。信号S26是对端子26施加、并向传送MOS晶体管16的栅极输入的信号。信号S27是对端子27施加、并向行选择MOS晶体管19的栅极输入的信号。信号S43是对端子43施加、并向MOS晶体管31的栅极输入的信号。信号S46是对端子46施加、并向MOS晶体管34的栅极输入的信号。信号S47是对端子47施加、并向MOS晶体管37的栅极输入的信号。信号S50是对端子50施加、并向MOS晶体管40的栅极输入的信号。信号S57是对端子57施加、并向行选择MOS晶体管53的栅极输入的信号。信号S44是对端子44施加、并向MOS晶体管33的栅极输入的信号。信号S45是对端子45施加、并向MOS晶体管36的栅极输入的信号。信号S58是对端子58施加、并向行选择MOS晶体管55的栅极输入的信号。信号S48是对端子48施加、并向MOS晶体管39的栅极输入的信号。信号S49是对端子49施加、并向MOS晶体管42的栅极输入的信号。信号S63是对端子63施加、并向MOS晶体管62的栅极输入的信号。

在图5中的时刻t1，信号S22成为“HIGH”，使像素1-1内的复位MOS晶体管12的栅极成为“HIGH”而使复位MOS晶体管12导通，因此像素1-1的FD与电源连接而成为初始状态。

在时刻t2，信号S25成为“HIGH”，使像素1-2内的复位MOS晶体管17的栅极成为“HIGH”而使复位MOS晶体管17导通，因此像素1-2的FD与电源连接而成为初始状态。在该时刻，像素1-1以及1-2的复位MOS晶体管12以及17均为导通状态，像素1-1以及1-2的FD均为初始状态。

在时刻t3，信号S22成为“LOW”、信号S24成为“HIGH”、信号S43成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管14导通，因此像素1-1的FD的电压被向第一列信号线7传递。此外，第一保持电路部2的MOS晶体管31的栅极成为“HIGH”，使MOS晶体管31导通，因此FD的电压向电容32传递并被保持。

在时刻t4，信号S25成为“LOW”、信号S27成为“HIGH”、信号S47成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管19导通，因此像素1-2的FD的电压被向第一列信号线7传递。此外，第一保持电路部2的MOS晶体管37的栅极成为“HIGH”，使MOS晶体管37导通，因此FD的电压向电容38传递并被保持。

在时刻t5，全部信号成为“LOW”。在该时刻，像素1-1的FD的初始化状态的电信号被第一保持电路部2的电容32保持，像素1-2的FD的初始化状态的电信号被第一保持电路部2的电容38保持。

在时刻t6，信号S23成为“HIGH”，使像素1-1的传送MOS晶体管11的栅极成为“HIGH”而使传送MOS晶体管11导通，因此光电二极管10的受光后的信号向FD传送。

在时刻t7，信号S26成为“HIGH”，使像素1-2的传送MOS晶体管16的栅极成为“HIGH”而使传送MOS晶体管16导通，因此光电二极管15的受光后的信号向FD传送。在该时刻，像素1-1以及1-2的传送MOS晶体管11以及16均为导通状态，像素1-1以及1-2的FD均为受光后的状态。

在时刻t8，信号S23成为“LOW”、信号S24成为“HIGH”、信号S46成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管14导通，因此像素1-1的FD的电压被向第一列信号线7传递。此外，第一保持电路部2的MOS晶体管34的栅极成为“HIGH”，使MOS晶体管34导通，因此FD的电压向电容35传递并被保持。

在时刻t9，信号S26成为“LOW”、信号S27成为“HIGH”、信号S50成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管19导通，因此像素1-2的FD的电压被向第一列信号线7传递。此外，第一保持电路部2的MOS晶体管40的栅极成为“HIGH”，使MOS晶体管40导通，因此FD的电压向电容41传递并被保持。

在时刻t10，全部信号成为“LOW”。在该时刻，像素1-1的FD的受光后状态的电信号被第一保持电路部2的电容35保持，像素1-2的FD的受光后状态的电信号被第一保持电路部2的电容41保持。

在时刻t11，信号S57、信号S44以及信号S63成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管53以及MOS晶体管33导通，因此电容32的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vrs1”。此外，由于第一差分电路部3的MOS晶体管62导通，因此图4中的M点成为“Vref”。因此，电容60被设定为“Vrs1－Vfer”。

在时刻t12，信号S57以及信号S45成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管53以及MOS晶体管36导通，因此电容35的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vsg1”。由于第一差分电路部3的MOS晶体管62不导通，因此M点的电压变化由第二列信号线8的电压变化的电容60以及61的电容分压表示。第二列信号线8的电压变化成为“Vrs1－Vsg1”，电容分压成为“C1/(C1＋C2)”，因此M点的电压变化成为“C1/(C1＋C2)*(Vrs1－Vsg1)”。

在时刻t14，信号S58、信号S48以及信号S63成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管55以及MOS晶体管39导通，因此电容38的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vrs2”。此外，由于第一差分电路部3的MOS晶体管62导通，因此图4中的M点成为“Vref”。因此电容60被设定为“Vrs2－Vfer”。

在时刻t15，信号S58以及信号S49成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管55以及MOS晶体管42导通，因此电容41的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vsg2”。第一差分电路部3的MOS晶体管62不导通，因此M点的电压变化由第二列信号线8的电压变化的电容60以及61的电容分压表示。第二列信号线8的电压变化为“Vrs2－Vsg2”、电容分压为“C1/(C1＋C2)”，因此M点的电压变化成为“C1/(C1＋C2)*(Vrs2－Vsg2)”。

如以上说明的那样，在通常动作中，像素的初始化状态的电信号和受光后状态的电信号的差分信号按照各行向输出线4输出。

接下来，对本实施方式的固体摄像元件的像素合成动作进行说明。

图6是表示本实施方式的固体摄像元件的主要信号的时间变化的时间图。图6表示对图2的像素电路部1、图3的第一保持电路部2以及图4的第一差分电路部3的各端子施加的控制信号。

此外，在图6中，各控制信号由对其被施加的端子的附图标记附加了S的名称表示。

在图6的动作中，从时刻t1到时刻t10为止与图5的动作相同，不同的是，图5的在时刻t14到时刻t16施加的信号S58、信号S48以及信号S49，在时刻t11到时刻t13被施加。以下，以与图5不同的动作为中心进行说明。

在时刻t11，信号S57、信号S44、信号S58、信号S48以及信号S63成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管53以及55、MOS晶体管33以及39导通，因此电容32以及38的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vrs₁₊₂”。此外，由于第一差分电路部3的MOS晶体管62导通，因此图4中的M点成为“Vref”。因此，电容60被设定为“Vrs₁₊₂－Vref”。

在时刻t12，信号S57、信号S45、信号S58以及信号S49成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管53以及55、MOS晶体管36以及42导通，因此电容35以及41的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vsg₁₊₂”。第一差分电路部3的MOS晶体管62不导通，因此M点的电压变化由第二列信号线8的电压变化的电容60以及61的电容分压表示。第二列信号线8的电压变化成为“Vrs₁₊₂－Vsg₁₊₂”，电容分压成为“C1/(C1＋C2)”，因此M点的电压变化成为“C1/(C1＋C2)*(Vrs₁₊₂－Vsg₁₊₂)”。

图7是表示与来自图3的第一保持电路部2的2个输入同时施加相对的合成输出的曲线图。此外，在图7中，横轴为输入的电压电平，纵轴为输出的电压电平。

根据图7，当输入66为恒定的电压信号、输入67为单纯上升的电压信号时，输出68在A-A’的范围内，精度良好地表示2个输入(输入66以及67)的合成。根据该情况，在本实施方式的像素合成动作中，像素的初始化状态的电信号和受光后状态的电信号的差分信号，按照每两行被合成而向输出线4输出。

如以上说明的那样，根据本实施方式的固体摄像元件，在第一保持电路部2中与各像素对应地设置有单位保持电路，因此能够使像素电路部1的像素的信号同时独立地由第一保持电路部2保持。因此，能够从像素电路部1向第一保持电路部2高速地传递初始状态的电信号和受光后状态的电信号。作为其结果，各像素的曝光时间差比以往的焦平面快门功能的曝光时间差减少，因此能够减少动画变形。

此外，根据本实施方式的固体摄像元件，在从第一保持电路部2向输出线4输送电信号时，进行像素合成。因此，从输出线4输出的数据量变少，因此能够实现高速的信号处理。

此外，根据本实施方式的固体摄像元件，使第一保持电路部2的多个电信号同时向第一差分电路部3输出，因此噪声被平均化，能够减少噪声。

(实施方式1的变形例)

图8是表示本变形例的第一保持电路部2的构成的电路图。此外，图8表示第一保持电路部2的1列2行量的构成的详细情况，具体地说是表示与像素的1列相对设置的图8中的虚线所示的单位保持电路2-1以及2-2的构成的详细情况。

在图8的第一保持电路部2中，与图3的第一保持电路部2相比较，输出形式从源极跟随器型变更为缓冲器型。单位保持电路2-1、2-2以及各信号端子的构成与图3相同，因此使用相同的符号并在以下省略说明。MOS晶体管54、行选择MOS晶体管53、MOS晶体管56以及行选择MOS晶体管55也与图3同样。

MOS晶体管69以及70形成电流反射镜电路，MOS晶体管69的漏极与电源连接，源极向行选择MOS晶体管53以及55的源极连接、并且与自身的栅极连接。MOS晶体管70的漏极与电源连接，栅极与MOS晶体管69的栅极连接，源极与MOS晶体管71的漏极连接。MOS晶体管71的栅极与自身的漏极连接，源极与MOS晶体管72的漏极连接。MOS晶体管71的栅极与第二列信号线8连接。MOS晶体管54以及56的源极共同地连接，并与MOS晶体管72的漏极连接。MOS晶体管72的源极接地，栅极与端子73连接。对端子73施加偏置电压。

图8的第一保持电路部2进行与在图6中说明了的动作同样的动作，因此省略动作的说明。即使使用图8那样构成的第一保持电路部2，也能够实现图6的像素合成动作。

如上所述，根据本变形例的固体摄像元件，能够减少动画变形、并且实现高速的信号处理。此外，能够减少噪声。

(实施方式2)

对本发明的实施方式2进行说明。

图9是表示本实施方式的固体摄像元件的主要信号的时间变化的时间图。图9中表示对图2的像素电路部1、图3的第一保持电路部2以及图4的第一差分电路部3的各端子施加的控制信号。

在图9中，与图6不同的信号为信号S25、S26、S27、S47以及S50。信号S25与信号S22、信号S26与信号S23、信号S27与信号S24、信号S47与信号S43、信号S50与信号S46在相同的定时成为“HIGH”以及“LOW”。因此，图2的像素1-1以及1-2的复位MOS晶体管12以及17、传送MOS晶体管11以及16、行选择MOS晶体管14以及19分别在相同的定时进行动作。即，行选择电路6以多行单位对多个像素进行选择，使选择的多行的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号向第一列信号线7输出。由此，像素1-1以及1-2的初始状态的电信号同时向第一列信号线7输出，像素1-1以及1-2的受光后状态的电信号同时向第一列信号线7输出。该情况表示，初始状态的电信号和受光后状态的电信号对于每列、每次分别合成两行，而向第一列信号线7输出。

根据图9的动作，在图3的第一保持电路部2中，像素1-1以及1-2的初始状态的电信号被混合而由单位保持电路2-1的电容32以及38的双方保持。此外，像素1-1以及1-2的受光后状态的电信号被混合而由单位保持电路2-1的电容35以及电容41的双方保持。即，像素1-1以及1-2的两行的被合成的初始状态的电信号由单位保持电路2-1的电容32以及38保持，像素1-1以及1-2的两行的被合成的受光后状态的电信号由单位保持电路2-1的电容35以及41保持。

在从时刻t11到时刻t13的读出中，同时选择单位保持电路2-1以及2-2的两行来合成，而读出单位保持电路2-1以及2-2的信号。如此，通过将不同像素的相同状态的2个信号合成而读出，由此随机的噪声减少为(1/√2)。

如上所述，根据本实施方式的固体摄像元件，能够减少动画变形并且实现高速的信号处理。此外，能够减少噪声。

(实施方式3)

对本发明的实施方式3进行说明。

图10是表示本实施方式的固体摄像元件的构成的框图。

图10的固体摄像元件具备与图1同样的像素电路部1、第一保持电路部2、第一差分电路部3、输出线4、列选择电路5、行选择电路6、第一列信号线7以及第二列信号线8。该固体摄像元件与图1的不同点为，在第一差分电路部3与列选择电路5之间，设置有第二保持电路部75、第二差分电路部76、第三列信号线77以及第四列信号线78。

由第一保持电路部2保持的初始化状态的电信号和受光后状态的电信号被向第一差分电路部3施加，第一差分电路部3的输出的差分信号由第二保持电路部75保持。通过将基准信号和第二保持电路部75的保持信号向第二差分电路部76施加，来进行差分信号向输出线4的读出。

第二保持电路部75保持第一差分电路部3的输出。第二差分电路部76输出第二保持电路部75的输出与基准信号的差分。第二保持电路部75包括多个能够保持像素的初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的差分的差分信号的单位保持电路。行选择电路6依次选择第二保持电路部75的多个单位保持电路，使选择的单位保持电路所保持的差分信号向第二差分电路部76输出。

图11是表示第二保持电路部75的构成的电路图。此外，图11表示第二保持电路部75的1列2行量的构成的详细情况，具体地说是表示与一个第一差分电路部3对应设置的图11中的虚线所示的单位保持电路3-1以及3-2的构成的详细情况。

单位保持电路3-1具备MOS晶体管81、83、101以及电容82。

MOS晶体管81的漏极与第三列信号线77连接，源极与电容82的一个端子以及MOS晶体管83的漏极连接，栅极与端子92连接。电容82的另一个端子接地。MOS晶体管83的源极与MOS晶体管87的栅极连接，栅极与端子93连接。MOS晶体管101的漏极与基准电压线103连接，栅极与端子99连接，源极与MOS晶体管87的栅极连接。MOS晶体管87的漏极与电源连接，源极与行选择MOS晶体管89的漏极连接。行选择MOS晶体管89的栅极与端子94连接，源极与第四列信号线78连接。

单位保持电路3-2具备MOS晶体管84、86、102以及电容85。

MOS晶体管84的漏极与第三列信号线77连接，源极与电容85的一个端子以及MOS晶体管86的漏极连接，栅极与端子95连接。电容85的另一个端子接地。MOS晶体管86的源极与MOS晶体管88的栅极连接，栅极与端子96连接。MOS晶体管102的漏极与基准电压线103连接，栅极与端子100连接，源极与MOS晶体管88的栅极连接。MOS晶体管88的漏极与电源连接，源极与行选择MOS晶体管90的漏极连接。行选择MOS晶体管90的栅极与端子97连接，源极与第四列信号线78连接。

电流源91以及MOS晶体管87、电流源91以及MOS晶体管88，在对应的行选择MOS晶体管89以及90导通状态时，分别形成源极跟随器。基准电压线103与端子98连接。

图12是表示第二差分电路部76的构成的电路图。此外，图12的第二差分电路部76具有与图4的第一差分电路部3同样的电路构成。此外，图12表示与一个第二保持电路部75对应设置的第二差分电路部76的1列量的构成的详细情况。

第二差分电路部76与第二保持电路部75的输出即第四列信号线78连接，并具备电容值C11的电容110、电容值C12的电容111以及MOS晶体管112。电容110的一个端子与第四列信号线78连接，另一个端子与MOS晶体管112的源极以及电容111的一个端子的连接节点(图12中记载的N点)连接。电容111的一个端子与N点连接，另一个端子接地。MOS晶体管112的源极与N点连接，漏极与端子114连接，栅极与端子113连接。对端子114施加偏置电压。

接下来，参照图3、图4、图11以及图12对本实施方式的固体摄像元件的动作进行说明。

图13是表示本实施方式的固体摄像元件的像素混合动作的主要信号的时间变化的时间图。图13表示对图3的第一保持电路部2、图4的第一差分电路部3、图11的第二保持电路部75以及图12的第二差分电路部76的各端子施加的控制信号。

此外，在图13中，各控制信号由对其被施加的端子的附图标记附加了S的名称表示。因此，信号S57是对端子57施加、并向行选择MOS晶体管53的栅极输入的信号。信号S44是对端子44施加、并向MOS晶体管33的栅极输入的信号。信号S45是对端子45施加、并向MOS晶体管36的栅极输入的信号。信号S58是对端子58施加、并向行选择MOS晶体管55的栅极输入的信号。信号S48是对端子48施加、并向MOS晶体管39的栅极输入的信号。信号S49是对端子49施加、并向MOS晶体管42的栅极输入的信号。信号S63是对端子63施加、并向MOS晶体管62的栅极输入的信号。信号S92是对端子92施加、并向MOS晶体管81的栅极输入的信号。信号S99是对端子99施加、并向MOS晶体管101的栅极输入的信号。信号S94是对端子94施加、并向行选择MOS晶体管89的栅极输入的信号。信号S93是对端子93施加、并向MOS晶体管83的栅极输入的信号。信号S95是对端子95施加、并向MOS晶体管84的栅极输入的信号。信号S100是对端子100施加、并向MOS晶体管102的栅极输入的信号。信号S97是对端子97施加、并向行选择MOS晶体管90的栅极输入的信号。信号S96是对端子96施加、并向MOS晶体管86的栅极输入的信号。信号S113是对端子113施加、并向MOS晶体管112的栅极输入的信号。

在图13的动作中，从时刻t1到时刻10为止与图6的动作相同，在以下省略其说明。到时刻t10之前，来自像素电路部1的初始化状态的电信号被蓄积在图3的单位保持电路2-1的电容32、单位保持电路2-2的电容38中，受光后状态的电信号被蓄积在图3的单位保持电路2-1的电容35、单位保持电路2-2的电容41中。

在时刻t11，信号S57、信号S44以及信号S63成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管53以及MOS晶体管33导通，因此电容32的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vrs1”。此外，由于第一差分电路部3的MOS晶体管62导通，因此图4中的M点成为“Vref”。因此，电容60被设定为“Vrs1－Vref”。

在时刻t12，信号S57、信号S45以及信号S92成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管53、MOS晶体管36以及第二保持电路部75的MOS晶体管81导通，因此电容35的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vsg1”。第一差分电路部3的MOS晶体管62不导通，因此M点的电压变化由第二列信号线8的电压变化的电容60以及61的电容分压表示。第二列信号线8的电压变化成为“Vrs1－Vsg1”，电容分压成为“C1/(C1＋C2)”，因此M点的电压变化成为“C1/(C1＋C2)*(Vrs1－Vsg1)”。该电压通过MOS晶体管81蓄积到电容82中。

在时刻t14，信号S58、信号S48以及信号S63成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管55以及MOS晶体管39导通，因此电容38的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vrs2”。此外，由于第一差分电路部3的MOS晶体管62导通，因此图4中的M点成为“Vref”。因此，电容60被设定为“Vrs2－Vfer”。

在时刻t15，信号S58、信号S49以及信号S95成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管55、MOS晶体管42以及第二保持电路部75的MOS晶体管84导通，因此电容41的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vsg2”。第一差分电路部3的MOS晶体管62不导通，因此M点的电压变化由第二列信号线8的电压变化的电容60以及61的电容分压表示。第二列信号线8的电压变化成为“Vrs2－Vsg2”，电容分压成为“C1/(C1＋C2)”，因此M点的电压变化成为“C1/(C1＋C2)*(Vrs2－Vsg2)”。该电压通过MOS晶体管84蓄积到电容85中。

根据以上，到时刻t16为止，在第二保持电路部75的电容82中蓄积有差分信号“C0*(Vrs1－Vsg1)”，在电容85中蓄积有差分信号“C0*(Vrs2－Vsg2)”。其中C0=C1/(C1＋C2)。

在时刻t17，信号S99、信号S94、信号S100、信号S97以及信号S113成为“HIGH”，使第二保持电路部75的MOS晶体管101、行选择MOS晶体管89、MOS晶体管102、行选择MOS晶体管90以及第二差分电路部76的MOS晶体管112导通。基准电压线103的电压(例如VrefS)通过MOS晶体管101、行选择MOS晶体管89、并且通过MOS晶体管102以及行选择MOS晶体管90向第四列信号线78传递。当设MOS晶体管87以及88的阈值电压为“Vt”时，该电压成为“VrefS－Vt”。在第二差分电路部76中，由于MOS晶体管112导通，因此图12中的N点成为“Vref1”。因此，电容110被设定为“VrefS－Vt－Vref1”。

在时刻t18，信号S94以及信号S93成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管89以及MOS晶体管83导通，因此电容82所保持的电压“C0*(Vrs1－Vsg1)”被向第四列信号线78传递。在第四列信号线78上产生“C0*(Vrs1－Vsg1)－Vt”的电压值。第二差分电路部76的MOS晶体管112不导通，因此N点的电压变化由第四列信号线78的电压变化的电容110以及111的电容分压表示。第四列信号线78的电压变化成为“VrefS－C0*(Vrs1－Vsg1)”，电容分压成为“C11/(C11＋C12)”，因此N点的电压变化成为“Vrf1－C00*(VrefS－C0*(Vrs1－Vsg1))”。其中C00=C11/(C11＋C12)。

在时刻t19，信号S97以及信号S96成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管90以及MOS晶体管86导通，因此电容85所保持的电压“C0*(Vrs2－Vsg2)”(称为V22)被向第四列信号线78传递。在第四列信号线78上产生“C0*(Vrs2－Vsg2)－Vt”的电压值。

第二差分电路部76的MOS晶体管112不导通，因此N点的电压变化由第四列信号线78的电压变化的电容110以及111的电容分压表示。第四列信号线78的电压变化成为(Vrf1－C00*(VrefS－C0*(Vrs1－Vsg1)－C00*(C0*(Vrs2－Vsg2)－Vt))，电容分压成为“C00”，因此N点的电压变化成为“C00*((Vrf1－C00*(VrefS－C0*(Vrs1－Vsg1)－C00*(C0*(Vrs2－Vsg2)－Vt))。如此，由第二保持电路部75保持像素电路部1的初始化状态的电信号和受光后状态的电信号的差分信号，因此在第二差分电路部76中能够进行两行信号的合成。由此，能够进行精度更良好的像素信号的合成。

图14是表示第二差分电路部76的其他构成例的电路图。此外，图14表示与一个第二保持电路部75对应设置的第二差分电路部76的1列量的构成的详细情况。

第二差分电路部76与第二保持电路部75的输出、即第四列信号线78连接，并具备电容值C11的电容110、电容值C12的电容111以及MOS晶体管112。电容110的一个端子与第四列信号线78连接，另一个端子与MOS晶体管121的源极以及电容111的一个端子的连接节点(图14中记载的N点)连接。电容111的一个端子与N点连接，另一个端子接地。MOS晶体管112的源极与MOS晶体管121的漏极连接，漏极与端子114连接，栅极与端子113连接。对端子114施加偏置电压。

此外，第二差分电路部76具备MOS晶体管121、122、124以及缓冲器123。MOS晶体管121的漏极与MOS晶体管112以及124的源极连接，源极与N点连接，栅极与端子125连接。MOS晶体管122的漏极与N点连接，源极与缓冲器123的输入连接，栅极与端子127连接。MOS晶体管124的漏极与缓冲器123的输出连接，栅极与端子126连接。

接下来，参照图3、图4、图11以及图15对本实施方式的固体摄像元件的动作进行说明。

图15是表示本实施方式的固体摄像元件的像素混合动作的主要信号的时间变化的时间图。图15表示对图3的第一保持电路部2、图4的第一差分电路部3、图11的第二保持电路部75以及图14的第二差分电路部76的各端子施加的控制信号。

此外，在图15中，各控制信号由对其被施加的端子的附图标记附加了S的名称表示。因此，信号S57是对端子57施加、并向行选择MOS晶体管53的栅极输入的信号。信号S44是对端子44施加、并向MOS晶体管33的栅极输入的信号。信号S45是对端子45施加、并向MOS晶体管36的栅极输入的信号。信号S58是对端子58施加、并向行选择MOS晶体管55的栅极输入的信号。信号S48是对端子48施加、并向MOS晶体管39的栅极输入的信号。信号S49是对端子49施加、并向MOS晶体管42的栅极输入的信号。信号S63是对端子63施加、并向MOS晶体管62的栅极输入的信号。信号S92是对端子92施加、并向MOS晶体管81的栅极输入的信号。信号S99是对端子99施加、并向MOS晶体管101的栅极输入的信号。信号S94是对端子94施加、并向行选择MOS晶体管89的栅极输入的信号。信号S93是对端子93施加、并向MOS晶体管83的栅极输入的信号。信号S95是对端子95施加、并向MOS晶体管84的栅极输入的信号。信号S100是对端子100施加、并向MOS晶体管102的栅极输入的信号。信号S97是对端子97施加、并向行选择MOS晶体管90的栅极输入的信号。信号S96是对端子96施加、并向MOS晶体管86的栅极输入的信号。信号S113是对端子113施加、并向MOS晶体管112的栅极输入的信号。信号S125是对端子125施加、并向MOS晶体管121的栅极输入的信号。信号S126是对端子126施加、并向MOS晶体管124的栅极输入的信号。信号S127是对端子127施加、并向MOS晶体管122的栅极输入的信号。

在图15的动作中，从时刻t1到时刻t16为止与图13的动作相同，以下省略其说明。到时刻t16之前，在第二保持电路部75的电容82中蓄积差分信号“C0*(Vrs1－Vsg1)”，在电容85中蓄积差分信号“C0*(Vrs2－Vsg2)”。其中C0=C1/(C1+C2)。

在时刻t17，信号S99、信号S94、信号S113以及信号S125成为“HIGH”，使第二保持电路部75的MOS晶体管101以及行选择MOS晶体管89、以及第二差分电路部76的MOS晶体管112以及121导通。基准电压线103的电压(设为VrefS。)通过MOS晶体管101以及行选择MOS晶体管89向第四列信号线78传递。当设MOS晶体管87的阈值为“Vt87”时，该电压成为“VrefS－Vt87”。在第二差分电路部76中，由于MOS晶体管112以及121导通，因此图14中的N点成为“Vref1”。因此，电容110被设定为“VrefS－Vt87－Vref1”。

在时刻t18，信号S94、信号S93以及信号S127成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管89以及MOS晶体管83导通，电容82所保持的电压“C0*(Vrs1－Vsg1)”被向第四列信号线78传递。“C0*(Vrs1－Vsg1)－Vt87”的电压向第四列信号线78传递。第二差分电路部76的MOS晶体管112不导通，因此N点的电压变化由第四列信号线78的电压变化的电容110以及111的电容分压表示。第四列信号线78的电压变化为“VrefS－C0*(Vrs1－Vsg1)”，电容分压为“C11/(C11＋C12)”(表示为C00)，因此N点的电压变化成为“Vref1－C00*(VrefS－C0*(Vrs1－Vsg1))”。该电压通过MOS晶体管122向杂散电容(图14中括弧内的电容200)蓄积，并且对缓冲器123的输入施加。

在时刻t19，信号S100、信号S97、信号S125以及信号S126成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管90、MOS晶体管102导通，因此基准电压线103的电压(设为VrefS)通过MOS晶体管102以及行选择MOS晶体管90向第四列信号线78传递。当设MOS晶体管88的阈值为Vt88时，该电压成为“VrefS－Vt88”。第二差分电路部76的MOS晶体管112不导通，MOS晶体管124导通，因此N点的电压被设定为缓冲器123的输出的“Vref1－C00*(VrefS－C0*(Vrs1－Vsg1))”。在该时刻，电容110的第四列信号线78侧的电压成为(VrefS－Vt88)。

在时刻t20，信号S97以及信号S96成为“HIGH”，使行选择MOS晶体管90以及MOS晶体管86导通，因此电容85所保持的电压“C0*(Vrs2－Vsg2)”被向第四列信号线78传递。当设MOS晶体管88的阈值为Vt88时，“C0*(Vrs2－Vsg2)－Vt88”的电压向第四列信号线78传递。第二差分电路部76的MOS晶体管112不导通，因此N点的电压变化由第四列信号线78的电压变化的电容110以及111的电容分压表示。第四列信号线78的电压变化为“VrefS－C0*(Vrs2－Vsg2)”，电容分压为“C11/(C11＋C12)”(表示为C00)，因此N点的电压变化成为“Vref1－C00*(VrefS－C0*(Vrs1－Vsg1))－C00*(VrefS－C0*(Vrs2－Vsg2))”，并成为“Vref1－C00*(2VrefS－C0*(Vrs1＋Vrs2－Vsg1－Vsg2))”。

如此，由第二保持电路部75保持了像素电路部1的初始化状态的电信号和受光后状态的电信号的差分信号，因此在第二差分电路部76能够进行两行信号的合成。由此，能够进行精度更良好的像素信号的合成。

图16是表示缓冲器123的构成的电路图。

缓冲器123具备MOS晶体管131、132、133、134以及135。MOS晶体管131的漏极与电源连接，栅极与自身的源极连接、并且与MOS晶体管133的漏极连接。MOS晶体管132的漏极与电源连接，栅极与MOS晶体管131的栅极连接，源极与MOS晶体管134的漏极连接。MOS晶体管133和MOS晶体管134的源极共同地连接，MOS晶体管133的栅极137与输入连接，MOS晶体管134的栅极与自身的漏极连接并且成为输出。MOS晶体管135的漏极与MOS晶体管133以及134的源极连接，源极接地。对栅极136赋予偏置电压。

图17是表示第二保持电路部75的其他构成的电路图。此外，图17表示第二保持电路部75的1列2行量的构成的详细情况，具体地说是表示与一个第一差分电路部3对应设置的图17中的虚线所示的单位保持电路3-1以及3-2的构成。

单位保持电路3-1具备MOS晶体管81、87以及101。MOS晶体管81的漏极与第三列信号线77连接，源极与MOS晶体管87的栅极连接，栅极与端子92连接。MOS晶体管101的漏极与基准电压线103连接，栅极与端子99连接，源极与MOS晶体管87的栅极连接。MOS晶体管87的漏极与电源连接，源极与行选择MOS晶体管89的漏极连接。行选择MOS晶体管89的栅极与端子94连接，源极与第四列信号线78连接。

单位保持电路3-2具备MOS晶体管84、88以及102。MOS晶体管84的漏极与第三列信号线77连接，源极与MOS晶体管88的栅极连接，栅极与端子95连接。MOS晶体管102的漏极与基准电压线103连接，栅极与端子100连接，源极与MOS晶体管88的栅极连接。MOS晶体管88的漏极与电源连接，源极与行选择MOS晶体管90的漏极连接。行选择MOS晶体管90的栅极与端子97连接，源极与第四列信号线78连接。电流源91以及MOS晶体管87、电流源91以及MOS晶体管88，在对应的行选择MOS晶体管89以及90为导通状态时，分别形成源极跟随器。基准电压线103与端子98连接。

接下来，参照图3、图4、图17以及图12对本实施方式的固体摄像元件的动作进行说明。

图18是表示本实施方式的固体摄像元件的像素混合动作的主要信号的时间变化的时间图。图18表示对图3的第一保持电路部2、图4的第一差分电路部3、图17的第二保持电路部75以及图12的第二差分电路部76的各端子施加的控制信号。

此外，在图18中，各控制信号由对其被施加的端子的附图标记附加了S的名称表示。因此，信号S57是对端子57施加的、向行选择MOS晶体管53的栅极输入的信号。信号S44是对端子44施加的、向MOS晶体管33的栅极输入的信号。信号S45是对端子45施加的MOS晶体管36的栅极输入的信号。信号S58是对端子58施加、并向行选择MOS晶体管55的栅极输入的信号。信号S48是对端子48施加、并向MOS晶体管39的栅极输入的信号。信号S49是对端子49施加、并向MOS晶体管42的栅极输入的信号。信号S63是对端子63施加、并向MOS晶体管62的栅极输入的信号。信号S92是对端子92施加、并向MOS晶体管81的栅极输入的信号。信号S99是对端子99施加、并向MOS晶体管101的栅极输入的信号。信号S94是对端子94施加、并向行选择MOS晶体管89的栅极输入的信号。信号S95是对端子95施加、并向MOS晶体管84的栅极输入的信号。信号S100是对端子100施加、并向MOS晶体管102的栅极输入的信号。信号S97是对端子97施加、并向行选择MOS晶体管90的栅极输入的信号。信号S113是对端子113施加、并向MOS晶体管112的栅极输入的信号。

在图17的动作中，从时刻t1到时刻t10为止与图6的动作相同，以下省略其说明。到时刻t10之前，来自像素电路部1的初始化状态的电信号蓄积在图3的单位保持电路2-1的电容32、单位保持电路2-2的电容38中，受光后状态的电信号蓄积在图3的单位保持电路2-1的电容35、单位保持电路2-2的电容41中。

在时刻t11，信号S57、信号S44以及信号S63成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管53、MOS晶体管33导通，电容32的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vrs1”。此外，由于第一差分电路部3的MOS晶体管62导通，因此图4中的M点成为“Vref”。因此电容60被设定为“Vrs1－Vfer”。

在时刻t12，信号S57、信号S45以及信号S92成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管53以及MOS晶体管36、第二保持电路部75的MOS晶体管81导通，因此电容35的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vsg1”。第一差分电路部3的MOS晶体管62不导通，因此M点的电压变化由第二列信号线8的电压变化的电容60以及61的电容分压表示。第二列信号线8的电压变化为“Vrs1－Vsg1”，电容分压为“C1/(C1＋C2)”，因此M点的电压变化成为“C1/(C1＋C2)*(Vrs1－Vsg1)”。该电压通过MOS晶体管81蓄积在MOS晶体管87的栅极。

在时刻t14，信号S58、信号S48以及信号S63成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管55以及MOS晶体管39导通，因此电容38的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vrs2”。此外，由于第一差分电路部3的MOS晶体管62导通，因此图4中的M点成为“Vref”。因此电容60被设定为“Vrs2－Vfer”。

在时刻t15，信号S58、信号S49以及信号S95成为“HIGH”，使第一保持电路部2的行选择MOS晶体管55以及MOS晶体管42、第二保持电路部75的MOS晶体管84导通，因此电容41的电压被向第二列信号线8传递。设该电压为“Vsg2”。第一差分电路部3的MOS晶体管62不导通，因此M点的电压变化由第二列信号线8的电压变化的电容60以及61的电容分压表示。第二列信号线8的电压变化为“Vrs2－Vsg2”，电容分压为“C1/(C1＋C2)”，因此M点的电压变化成为“C1/(C1＋C2)*(Vrs2－Vsg2)”。该电压通过MOS晶体管84蓄积到MOS晶体管88的栅极。即，到时刻t16之前，在第二保持电路部75的MOS晶体管87的栅极蓄积差分信号“C0*(Vrs1－Vsg1)”，在MOS晶体管88的栅极蓄积差分信号“C0*(Vrs2－Vsg2)”。其中C0=C1/(C1＋C2)。

在时刻t17，信号S94、信号S97以及信号S113成为“HIGH”，第二保持电路部75的行选择MOS晶体管89以及90、第二差分电路部76的MOS晶体管112导通。MOS晶体管87的栅极所保持的差分信号“C0*(Vrs1－Vsg1)－Vt(Vt为MOS晶体管87的阈值)”通过行选择MOS晶体管89向第四列信号线78传导，此外，MOS晶体管88的栅极所保持的差分信号“C0*(Vrs2－Vsg2－Vt(Vt为MOS晶体管88的阈值))”通过行选择MOS晶体管90向第四列信号线78传导。如在实施方式1中说明了的那样，通过同时选择两行(2个单位保持电路)来合成信号。设第四列信号线78产生的合成信号值为“VC”。在第二差分电路部76中，由于MOS晶体管112导通，因此图12中的N点成为“Vref1”。因此电容110被设定为“VC－Vref1”。

在时刻t18，信号S99、信号94、信号S100以及信号S97成为“HIGH”，使MOS晶体管101以及102、行选择MOS晶体管89以及90导通，因此基准电压线103的电压(Vref)通过MOS晶体管101以及87、行选择MOS晶体管89的路线、MOS晶体管102以及88、行选择MOS晶体管90的路线，向第四列信号线78传递。该电压值成为Vref－Vt。然后，如上所述，这2个信号在第二差分电路部76中被差分(差分动作省略)。

如上所述，通过代替使用了电容的保持电路而由MOS晶体管的栅极保持信号，也能够进行同样的动作。

如上所述，根据本实施方式的固体摄像元件，能够减少动画变形、并且能够进行高速的信号处理。此外，能够减少噪声。

(实施方式4)

对本发明的实施方式4进行说明。

图19A是表示本实施方式的照相机的概略结构的图。此外，图19A中的箭头为各种信号的发送方向。

图19A的照相机包括固体摄像装置400、透镜410、机械式快门、DSP(数字信号处理电路)420、图像显示器件430以及图像存储器440。此外，机械式快门使用透镜快门或者焦平面快门。并且，在使用焦平面快门的情况下，由2个幕即先幕和后幕构成。此外，该图中的直线箭头为各种信号的发送方向。

在该照相机中，经由透镜410从外部入射光，入射的光通过固体摄像装置400变换为输出信号而从输出线4以及输出I/F428输出。然后，所输出的输出信号由DSP420处理，而作为影像信号向图像存储器440输出并记录，并且向图像显示器件430输出来进行图像显示。

DSP420包括：图像处理电路421，对固体摄像装置400的输出信号进行噪声除去等处理而生成影像信号；以及照相机系统控制部422，进行固体摄像装置400的像素的扫描定时以及增益的控制。DSP420例如进行与在固体摄像装置400的像素内共享的像素之间的特性差有关的修正。

通信·定时控制部(定时发生器)450接受经由外部端子输入的主时钟CLK0以及数据DATA，生成各种内部时钟并对列选择电路5、行选择电路6、第一差分电路部3以及输出I/F428等进行控制。

此外，在本实施方式中，在第一保持电路部2和输出I/F428之间，也可以具备模拟/数字信号处理部(AD变换部)。

以上，基于实施方式对本发明的固体摄像元件以及照相机进行了说明，但本发明不限定于这些实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内，实施了本领域技术人员想到的各种变形的方式也包含于本发明的范围内。此外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以任意组合多个实施方式的各构成要素。

例如，在上述实施方式中，从像素读出的电信号被第一保持电路部2的电容保持。但是，也可以如图19B所示那样，相对于图3的构成，代替第一保持电路部2的电容32以及35而设置晶体管332以及335，将其栅极部与第一列信号线7连接，而使其保持从像素读出的电信号。在该情况下，即使第一保持电路部2所保持的信号被读出，晶体管332以及335的栅极部的信号(电荷)也被保持，没有消失等变化。因此，能够实现能够多次读出的非破坏读出。例如，在通过上述随机访问进行矩形区域的读出的情况下，能够进行位置稍微错开的矩形区域的重新读出等。

在该情况下，能够进行各种动作。以下，对(1)机械式快门并用模式、(2)存储器通过（through）模式、(3)多帧保持模式进行说明。

首先，对(1)机械式快门并用模式进行说明。图19C是表示设置了两行量的单位保持电路2-1以及2-2的第一保持电路部2的构成的图。图19C的构成为，配置了2个1行量的单位保持电路(图19B)。在该构成中，相对于图3的构成，代替单位保持电路2-1的电容32以及35而设置有保持晶体管332以及335，代替单位保持电路2-2的电容38以及41而设置有保持晶体管338以及341。单位保持电路2-1以及2-2与第一列信号线7以及第二列信号线8连接。保持晶体管332与MOS晶体管33、电流源52形成源极跟随器。此外，保持晶体管335与MOS晶体管36、电流源52形成源极跟随器。此外，保持晶体管338与MOS晶体管39、电流源52形成源极跟随器。此外，保持晶体管341与MOS晶体管42、电流源52形成源极跟随器。单位保持电路2-1以及2-2对从第一列信号线7向保持晶体管332、335、338以及341的栅极电容输入的信号输出进行保持并输出。因此，单位保持电路2-1以及2-2起到保持电容的作用和放大器(放大用的晶体管)的作用的双方。

图19D是表示具有图19C的构成的固体摄像元件的主要信号的时间变化的时间图。

图19D表示从行选择电路6对图2以及图19C的各端子22、23、24、25、26、27、43、45、47以及49施加的控制信号。控制信号由其被施加的端子的附图标记附加了S的名称表示。

在图19D的动作中，对使不同行的像素成为初始(复位)状态的信号具有重叠，并且对通过不同行的像素向FD传送电荷的信号具有重叠。

从期间t100到期间t103，用于使像素1-1初始化的信号S22成为“HIGH”，像素1-1的初始化信号在从期间t102到期间t103的期间，经由行选择MOS晶体管14以及MOS晶体管31由保持晶体管332的栅极部保持。在从期间t101到期间t106，用于使像素1-2初始化的信号S25成为“HIGH”，像素1-2的初始化信号在从期间t104到期间t106的期间，经由行选择MOS晶体管19以及MOS晶体管37由保持晶体管338的栅极部保持。此外，在从期间t105到期间t110，用于将像素1-1的电荷向FD传送的信号S23成为“HIGH”，像素1-1的FD的信号在从期间t109到期间t110的期间，经由行选择MOS晶体管14以及MOS晶体管36由保持晶体管335的栅极部保持。在从期间t108到期间t112，用于将像素1-2的电荷向FD传送的信号S26成为“HIGH”，像素1-2的FD的信号在从期间t111到期间t112的期间，经由行选择MOS晶体管19以及MOS晶体管40由保持晶体管341的栅极部保持。如此，当通过使各像素成为初始(复位)状态的信号和向各像素的FD传送电荷的信号进行具有重叠的驱动时，能够将像素信号向第一保持电路部2高速传送。

例如，当像素行数选择4000行、1行量的初始化信号和FD的信号的传送要进行1微秒时，将全部行的像素信号向第一保持电路部2传送的时间为4毫秒。

在照相机的情况下，如果在与机械式快门关闭的同时用4毫秒将像素信号向第一保持电路部2传送并在第一保持电路部2保持了1帧(例如全部像素)的像素信号的状态下向“存储器通过模式”转移，则在机械式快门关闭后的4毫秒后能够得到监视器图像(例如基于间隔剔除或者混合的缩小图像)。例如，在机械式快门为后幕快门的情况下，能够通过使电子快门的曝光开始与后幕快门的曝光结束同步的控制等来实现。

即，一般，在后幕的快门动作、即后幕关闭后，仅在1帧期间后才能够得到监视器图像。与此相对，在机械式快门并用模式中，能够高速地得到监视器图像，能够提高监视器图像的实时性。

接下来，对(2)存储器通过模式进行说明。在图19C的构成中，在单位保持电路2-1以及2-2所保持的信号的输出结束之后，当使第一保持电路部2的1行量、例如单位保持电路2-1的MOS晶体管31以及33总是成为导通状态时，能够在成为该导通状态以前的第N帧的像素信号信息保持到第一保持电路部2的状态下使第(N＋1)帧的像素信号信息不被第一保持电路部2保持而直接输出。即，能够在使像素信号信息由第一保持电路部2保持的同时，读出下一个像素信号信息。将进行这种动作的模式称为“存储器通过模式”。

这种“存储器通过模式”还能够将图19B的构成变形为图19E那样。即，如图19E所示那样，将MOS晶体管345连接(插入)在第一列信号线7和第二列信号线8之间，对与MOS晶体管345的栅极连接的端子344施加使MOS晶体管345导通的“HIGH”的信号，而使MOS晶体管345导通，由此也能够进行上述动作。根据照相机的要求特性、摄像模式的不同，有时由于向第一保持电路部2保持信号而引起的杂音、暗电流的画质恶化成为问题。在这种情况下，通过利用“存储器通过模式”，在将像素信号信息向第一保持电路部2保持的同时读出下一个像素信号信息，由此能够实现低杂音以及低暗电流。

接下来，对(3)多帧保持模式进行说明。在上述实施方式中，在第一保持电路部2中设置有与像素电路部1的像素数对应的数量的单位保持电路，但也能够将单位保持电路配置为与像素数对应的数量以上。

例如，当使单位保持电路的数量为与像素数对应的数量的2倍时，能够使第一保持电路部2保持2帧量的像素信号信息。因此，例如当使第一保持电路部2保持1帧量的暗时的像素信号信息、并且保持1帧量的亮时的像素信号信息时，通过求出暗时的像素信号信息和亮时的像素信号信息的差分，能够进行像素电路部1的遮挡的修正。如此，通过将单位保持电路的数量配置为与像素数对应的数量以上，能够进行像素信号信息的修正、处理。

此外，即使在使单位保持电路仅设置与像素电路部1的像素数对应的数量的情况下，通过进行像素间隔剔除，能够使较少像素数的多帧保持到第一保持电路部2。例如，当进行水平2像素间隔剔除、垂直2像素间隔剔除时，能够使1/4像素数的4帧量保持到第一保持电路部2。此外，当进行水平3像素间隔剔除、垂直3像素间隔剔除时，能够使1/9像素数的9帧量保持到第一保持电路部2。例如，如果使曝光期间不同、且时间连续的多帧保持到第一保持电路部2、并在固体摄像装置外部将该多帧合成为1帧，则能够得到使动态范围提高了的图像。

此外，也可以是上述(1)~(3)的动作模式组合动作。由此，在以往仅能够在固体摄像装置的外部进行的动作通过固体摄像装置内部的动作模式实现，基于这一点能够容易高速化。

工业上的可利用性

本发明对于固体摄像元件有用，特别是对于具有动画摄像功能的数码相机等有用。

附图标记的说明

1     像素电路部

1-1、1-2     像素

2     第一保持电路部

2-1、2-2、3-1、3-2     单位保持电路

3     第一差分电路部

4     输出线

5     列选择电路

6     行选择电路

7     第一列信号线

8     第二列信号线

10、15     光电二极管

11、16     传送MOS晶体管

12、17     复位MOS晶体管

13、18     输出MOS晶体管

14、19、53、55、89、90     行选择MOS晶体管

20     电流源

22、23、24、25、26、27、43、44、45、46、47、48、49、50、57、58、63、64、73、92、93、94、95、96、97、98、99、100、113、114、125、126、127、344     端子

31、33、34、36、37、39、40、42、54、56、62、69、70、71、72、81、83、84、86、87、88、101、102、112、121、122、124、131、132、133、134、135、345     MOS晶体管

32、35、38、41、60、61、82、85、110、111、200     电容

52、91     电流源

66、67     输入

68     输出

75     第二保持电路部

76     第二差分电路部

77     第三列信号线

78     第四列信号线

103     基准电压线

123     缓冲器

136、137     栅极

207、208     电容器

209     开关

210     输出线

332、335、338、341     保持晶体管

400     固体摄像装置

410     透镜

420     DSP

421     图像处理电路

422     照相机系统控制部

428     输出I/F

430     图像显示器件

440     图像存储器

450     通信·定时控制部

Claims (5)

1.一种固体摄像元件，其特征在于，

具备：

多个像素，排列为二维状，分别输出初始状态的电信号和受光后状态的电信号；

列信号线，与上述像素的列对应设置，传递来自对应的上述像素的列的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号；

第一保持电路部，与上述列信号线对应地设置有多个，保持通过对应的上述列信号线从上述像素传递来的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号；以及

第一差分电路部，输出上述第一保持电路部所保持的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的差分，

上述第一保持电路部包括能够保持上述像素的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的单位保持电路，而且该单位保持电路的数量是与对应的上述列信号线对应地设置的上述像素的数量。

2.如权利要求1记载的固体摄像元件，其中，

上述固体摄像元件还具备行选择电路，

该行选择电路以行为单位对上述多个像素进行选择，将选择的上述像素的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号向上述列信号线输出，并且同时选择上述第一保持电路部的多个单位保持电路，使选择的多个上述单位保持电路所保持的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号同时向上述第一差分电路部输出。

3.如权利要求2记载的固体摄像元件，其中，

上述行选择电路以多行为单位对上述多个像素进行选择，将选择的多行的上述像素的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号向上述列信号线输出。

4.如权利要求1记载的固体摄像元件，其中，

上述固体摄像元件还具备：

第二保持电路部，保持上述第一差分电路部的输出；以及

第二差分电路部，输出上述第二保持电路部的输出与基准信号的差分。

5.如权利要求4记载的固体摄像元件，其中，

上述第二保持电路部包含多个能够保持上述像素的上述初始状态的电信号以及受光后状态的电信号的差分的差分信号的单位保持电路，

上述固体摄像元件还具备行选择电路，

该行选择电路依次选择上述第二保持电路部的多个单位保持电路，使选择的上述单位保持电路所保持的差分信号向上述第二差分电路部输出。

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