CN111885317B - 固态成像元件及成像装置 - Google Patents
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Abstract
固态成像元件具有：多个像素，具有光电转换部和蓄积光电转换部的电荷的电荷蓄积部；连接部，具有将相邻的2个像素的电荷蓄积部之间电连接的多个连结部。
Description
本发明申请是国际申请日为2014年11月18日、国际申请号为PCT/JP2014/080533、进入中国国家阶段的国家申请号为201480073346.2、发明名称为“固态成像元件及成像装置”的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及固态成像元件及成像装置。
背景技术
下述专利文献1公开了一种固态成像元件，其具有：多个像素，多个像素中的、至少2个像素分别包含(a)光电探测器、(b)成为浮动式电容部的电荷电压转换区域及(c)对放大器的输入部；连结开关，有选择地使所述电荷电压转换区域彼此连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本国特表2008-546313号公报
在所述以往的固态成像元件中，接通所述连结开关使所述电荷电压转换区域彼此连接，由此，所连接的全部的电荷电压转换区域中的饱和电子数被扩大，从而能够使动态范围扩大。
另外，在所述以往的固态成像元件中，断开所述连结开关而将所述电荷电压转换区域与其他的电荷电压转换区域断开，由此，电荷电压转换电容变小，其电荷电压转换系数变大，从而高灵敏度读出时的SN比(信噪比)变高。
但是，在所述以往的固态成像元件中，即使断开所述连结开关，也无法使高灵敏度读出时的SN比那么地高。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而研发的，其目的是提供一种固态成像元件及使用了该固态成像元件的成像装置，能够使动态范围扩大，并且能够使高灵敏度读出时的SN比提高。
根据本发明的第一方式，固态成像元件具有：多个像素，具有光电转换部和蓄积光电转换部的电荷的电荷蓄积部；连接部，具有将相邻的2个像素的电荷蓄积部之间电连接的多个连结部。
根据本发明的第二方式，在第一方式的固态成像元件中，优选的是，连接部具有连接区域和多个开关，多个开关分别被设置在电荷蓄积部与连接区域之间。
根据本发明的第三方式，在第二方式的固态成像元件中，优选的是，多个开关按每一个连结部而包含2个以上的开关。
根据本发明的第四方式，在第二或第三方式的固态成像元件中，优选的是，具有控制部，其具有第一动作模式和第二动作模式，在第一动作模式中，以使得多个开关中的接通状态的开关不成为与相邻的2个像素中的1个像素的电荷蓄积部电连接的状态的方式，控制多个开关；在第二动作模式中，以使得多个开关中的1个以上的规定数量的接通状态的开关成为与1个像素的电荷蓄积部电连接的状态的方式，控制多个开关。
根据本发明的第五方式，在第二或第三方式的固态成像元件中，优选的是，多个像素中的3个以上的像素的电荷蓄积部通过多个开关的2组以上而连接成珠串状。
根据本发明的第六方式，在第五方式的固态成像元件中，优选的是，具有控制部，其具有第一动作模式和第二动作模式，在该第一动作模式中，以使得多个开关中的接通状态的开关不成为与3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部电连接的状态的方式，控制多个开关；在第二动作模式中，以使得多个开关中的1个以上的规定数量的接通状态的开关成为与1个像素的电荷蓄积部电连接的状态的方式，控制多个开关。
根据本发明的第七方式，在第二～第六中任一方式的固态成像元件中，优选的是，多个像素分别具有：多个光电转换部；多个传送开关，从多个光电转换部的每一个向连接区域传送电荷。
根据本发明的第八方式，在第七方式的固态成像元件中，优选的是，传送开关由晶体管构成，在多个像素的每一个中，成为多个传送开关中的1个传送开关的源极或漏极的扩散区域、及成为多个传送开关中的另1个传送开关的源极或漏极的扩散区域由设置在多个光电转换部中的1个光电转换部与多个光电转换部中的另1个光电转换部之间的1个扩散区域兼任，在多个像素的每一个中，1个传送开关的栅极电极被配置在1个扩散区域的1个光电转换部这一侧，在多个像素的每一个中，另1个传送开关的栅极电极被配置在1个扩散区域的另1个光电转换部这一侧。
根据本发明的第九方式，在第七或第八方式的固态成像元件中，优选的是，多个光电转换部的数量及多个传送开关的数量分别为2个。
根据本发明的第十方式，在第九方式的固态成像元件中，优选的是，多个开关按每一个连结部而包含2个开关，2个开关中的1个开关与另1个开关在规定方向的错位量比多个光电转换部的沿规定方向的节距大且比节距的2倍小。
根据本发明的第十一方式，在第二～第十中任一方式的固态成像元件中，优选的是，多个开关按每一个连结部而包含2个开关，2个开关断开的情况下的2个开关间的连接区域与基准电位之间的电容的值相对于2个开关断开的情况下的电荷蓄积部与基准电位之间的电容的值为±20％的范围内的值。
根据本发明的第十二方式，在第二～第十一中任一方式的固态成像元件中，优选的是，多个开关按每一个连结部而包含2个开关，至少满足以下情况中的任意1个以上：构成了2个开关断开的情况下的2个开关间的连接区域的布线的至少一部分的宽度比像素内的其他布线的宽度宽、在连接区域中连接有MOS电容、及不构成多个开关的扩散电容与连接区域连接。
根据本发明的第十三方式，在第一方式的固态成像元件中，优选的是，连接部具有连接区域和多个开关，多个开关包含：将电荷蓄积部和连接区域电连接及切断的第一开关；将连接区域和其他的连接区域电连接及切断的第二开关。
根据本发明的第十四方式，在第十三方式的固态成像元件中，优选的是，第二开关将多个连接区域连接成珠串状。
根据本发明的第十五方式，在第十三或第十四方式的固态成像元件中，优选的是，具有控制部，其具有第一动作模式，以使得多个第一开关中的p个(p为1以上的整数)接通状态的第一开关及多个第二开关中的q个(q为比p大的整数)接通状态的第二开关成为与多个像素中的1个像素的电荷蓄积部电连接的状态的方式控制多个开关。
根据本发明的第十六方式，在第十五方式的固态成像元件中，优选的是，p为1。
根据本发明的第十七方式，在第十三～第十六中任一方式的固态成像元件中，优选的是，控制部具有第二动作模式，以使得将多个像素中的1个像素的电荷蓄积部和与其对应的连接区域之间电连接及切断的第一开关断开的方式，控制多个像素中的1个像素的第一开关。
根据本发明的第十八方式，在第十三～第十七中任一方式的固态成像元件中，优选的是，多个像素的每一个具有：多个光电转换部；从多个光电转换部的每一个向连接区域传送电荷的多个传送开关。
根据本发明的第十九方式，在第一方式的固态成像元件中，优选的是，连接部具有连接区域和多个开关，像素具有将连接区域重置成基准电压的重置开关，重置开关经由连接区域与多个开关中的1个开关连接。
根据本发明的第二十方式，在第十九方式的固态成像元件中，优选的是，多个开关包含：将电荷蓄积部和连接区域电连接及切断的第一开关；将连接区域和其他的连接区域电连接及切断的第二开关，1个开关是第一开关。
根据本发明的第二十一方式，在第二十方式的固态成像元件中，优选的是，多个像素的每一个具有：多个光电转换部；从多个光电转换部的每一个向连接区域传送电荷的多个传送开关。
根据本发明的第二十二方式，在第二十或第二十一方式的固态成像元件中，优选的是，具有控制部，其具有第一动作模式，控制第一开关及重置开关，以使得将2个像素中的1个像素的电荷蓄积部和与其对应的连接区域之间电连接及切断的第一开关仅在1个像素的电荷蓄积部的电位的重置时暂时接通，并且使得将与1个像素的电荷蓄积部对应的连接区域重置成基准电压的重置开关至少在1个像素的电荷蓄积部的电位的重置时接通。
根据本发明的第二十三方式，在第二十二方式的固态成像元件中，优选的是，控制部具有第二动作模式，控制第一开关、第二开关及重置开关，以使得将1个像素的电荷蓄积部和与其对应的连接区域之间电连接及切断的第一开关接通，第二开关断开，并且使得将与1个像素的电荷蓄积部对应的连接区域重置成基准电压的重置开关仅在1个像素的电荷蓄积部的电位的重置时接通。
根据本发明的第二十四方式，在第二十二或第二十三方式的固态成像元件中，优选的是，控制部具有第三动作模式，控制第一开关、第二开关及重置开关，以使得将1个像素的电荷蓄积部和与其对应的连接区域之间电连接及切断的第一开关接通，第二开关接通，并且，使得将与1个像素的电荷蓄积部对应的连接区域重置成基准电压的重置开关仅在1个像素的电荷蓄积部的电位的重置时接通。
根据本发明的第二十五方式，在第二十或第二十一方式的固态成像元件中，优选的是，多个开关包含3个以上的第一开关，将多个像素中的3个以上的像素的电荷蓄积部和分别与这3个以上的电荷蓄积部对应的3个以上的连接区域之间的电连接分别电连接及切断，3个以上的连接区域通过多个第二开关被连接成珠串状，具有将3个以上的连接区域重置成基准电压的3个以上的重置开关。
根据本发明的第二十六方式，在第二十五方式的固态成像元件中，优选的是，具有控制部，其具有第一动作模式，在该第一动作模式中，控制第一开关及重置开关，以使得将3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部和与其对应的连接区域之间电连接及切断的第一开关仅在3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部的电位的重置时暂时接通，并且，使得将与3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部对应的连接区域重置成基准电压的重置开关至少在3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部的电位的重置时接通。
根据本发明的第二十七方式，在第二十二方式的固态成像元件中，优选的是，控制部具有第二动作模式，控制第一开关、第二开关及重置开关，以使得将3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部和与其对应的连接区域之间电连接及切断的第一开关接通，第二开关断开，并且，使得将与3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部对应的连接区域重置成基准电压的重置开关仅在3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部的电位的重置时接通。
根据本发明的第二十八方式，在第二十六或第二十七方式的固态成像元件中，优选的是，控制部具有第三动作模式，控制第一开关、第二开关及重置开关，以使得将3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部和与其对应的连接区域之间电连接及切断的第一开关接通，第二开关接通，并且，使得将与3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部对应的连接区域重置成基准电压的重置开关仅在3个以上的像素中的1个像素的电荷蓄积部的电位的重置时接通。
根据本发明的第二十九方式，在第一方式的固态成像元件中，优选的是，连接部具有连接区域和多个开关，像素具有与连接区域产生寄生电容的虚设布线。
根据本发明的第三十方式，在第二十九方式的固态成像元件中，优选的是，具有将像素的电荷蓄积部重置成基准电压的重置开关，虚设布线与构成连结部的布线大致平行地配置，并且，一端与重置开关电连接。
根据本发明的第三十一方式，在第二十九方式的固态成像元件中，优选的是，具有将像素的电荷蓄积部重置成基准电压的重置开关，在将像素的电荷蓄积部重置成基准电压时，使重置开关和与电荷蓄积部电连接的1个开关临时接通。
根据本发明的第三十二方式，固态成像元件具有：多个像素块，具有1个光电转换部、节点、及与1个光电转换部对应地设置并从光电转换部向节点传送电荷的1个传送开关；设置在1个像素块的节点和另1个像素块的节点之间的电气性的连接部；按设置在连接部中的每一个像素块而有多个的连结开关。
根据本发明的第三十三方式，固态成像元件具有：多个像素块，具有多个光电转换部、节点、及分别与多个光电转换部对应地设置并从多个光电转换部向节点传送电荷的多个传送开关；被设置在相邻的2个像素块的节点之间的多个连结开关。
根据本发明的第三十四方式，固态成像元件具有：多个像素块，具有1个光电转换部、第一节点、及与1个光电转换部对应地设置并从光电转换部向第一节点传送电荷的1个传送开关；2个第二节点，分别与1个像素块的第一节点及另1个像素块的第一节点对应；2个第一开关部，分别将1个像素块的第一节点及另1个像素块的第一节点与2个第二节点之间电连接及切断；第二开关部，将2个第二节点之间电连接及切断。
根据本发明的第三十五方式，固态成像元件具有：多个像素块，具有1个光电转换部、第一节点、及与1个光电转换部对应地设置并从光电转换部向第一节点传送电荷的1个传送开关；3个以上的第二节点，分别与3个以上的像素块的第一节点对应；3个以上的第一开关部，分别将3个以上的像素块的第一节点和3个以上的第二节点之间电连接及切断；连接3个以上的第二节点的多个第二开关部，分别将2个第二节点之间电连接及切断。
根据本发明的第三十六方式，固态成像元件具有：多个像素块，具有1个光电转换部、第一节点、及与1个光电转换部对应地设置并从光电转换部向第一节点传送电荷的1个传送开关；2个第二节点，分别与1个像素块的第一节点及另1个像素块的第一节点对应；2个第一开关部，分别将1个像素块的第一节点及另1个像素块的第一节点与2个第二节点之间电连接及切断；第二开关部，将2个第二节点之间电连接及切断；2个第三开关部，分别向2个第二节点供给规定电位。
根据本发明的第三十七方式，成像装置具有第一～第三十六中任一方式的固态成像元件。
附图说明
图1是示意地表示本发明的第一实施方式的电子相机的概要框图。
图2是表示图1中的固态成像元件的概要结构的电路图。
图3是将图2中的3个像素块附近放大示出的电路图。
图4是示意地表示图3所示的3个像素块附近的概要俯视图。
图5是将图4中的1个像素块附近放大示出的概要俯视图。
图6是表示图2所示的固态成像元件的规定的动作模式的时序图。
图7是表示图2所示的固态成像元件的其他动作模式的时序图。
图8是表示图2所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图9是表示比较例的固态成像元件的3个像素块附近的电路图。
图10是示意地表示图9所示的3个像素块附近的概要俯视图。
图11是表示本发明的第二实施方式的电子相机的固态成像元件的3个像素块附近的电路图。
图12是示意地表示图11所示的3个像素块附近的概要俯视图。
图13是表示本发明的第三实施方式的电子相机的固态成像元件的概要结构的电路图。
图14是表示本发明的第四实施方式的电子相机的固态成像元件的概要结构的电路图。
图15是将图14中的4个像素块附近放大示出的电路图。
图16是表示图14所示的固态成像元件的规定的动作模式的时序图。
图17是表示图14所示的固态成像元件的其他动作模式的时序图。
图18是表示图14所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图19是表示图14所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图20是表示图14所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图21是表示本发明的第五实施方式的电子相机的固态成像元件的概要结构的电路图。
图22是表示图1中的固态成像元件的概要结构的电路图。
图23是将图1中的4个像素块附近放大示出的电路图。
图24是表示图22所示的固态成像元件的规定的动作模式的时序图。
图25是表示图22所示的固态成像元件的其他动作模式的时序图。
图26是表示图22所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图27是表示图22所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图28是表示图22所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图29是表示本发明的第七实施方式的电子相机的固态成像元件的概要结构的电路图。
图30是表示图1中的固态成像元件的概要结构的电路图。
图31是将图1中的4个像素块附近放大示出的电路图。
图32是示意地表示图31中的3个像素块附近的概要俯视图。
图33是将图32中的1个像素块附近放大示出的概要俯视图。
图34是表示图30所示的固态成像元件的规定的动作模式的时序图。
图35是表示图30所示的固态成像元件的其他动作模式的时序图。
图36是表示图30所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图37是表示图30所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图38是表示图30所示的固态成像元件的又一其他动作模式的时序图。
图39是表示比较例的固态成像元件的3个像素块附近的电路图。
图40是示意地表示图37所示的3个像素块附近的概要俯视图。
图41是表示本发明的第九实施方式的电子相机的固态成像元件的概要结构的电路图。
图42是表示本发明的第十实施方式的电子相机的固态成像元件的3个像素块附近的电路图。
图43是将图42中的3个像素块附近放大示出的电路图。
图44是例示了重置节点P(n)的电位的情况的时序图。
图45是表示本发明的第十一实施方式的电子相机的固态成像元件的3个像素块附近的电路图。
图46是示意地表示图45所示的3个像素块BL附近的概要俯视图。
图47是表示本发明的第十一实施方式的电子相机的固态成像元件的第一动作模式的时序图。
图48是表示本发明的第十一实施方式的电子相机的固态成像元件的第2A动作模式的时序图。
图49是表示本发明的第十一实施方式的电子相机的固态成像元件的第2B动作模式的时序图。
图50是例示了重置节点P(n)的电位的情况的时序图。
具体实施方式
以下，关于本发明的固态成像元件及成像装置，参照附图进行说明。
[第一实施方式]
图1是示意地表示本发明的第一实施方式的电子相机1的概要框图。
本实施方式的电子相机1采用例如单反数码相机构成，但本发明的成像装置不限于此，能够适用于各种成像装置中，例如：袖珍相机等其他的电子相机、或搭载在手机上的电子相机、拍摄动态图像的摄像机等的电子相机等。
在电子相机1中安装有摄影透镜2。该摄影透镜2的焦距和光圈通过透镜控制部3来驱动。在该摄影透镜2的像空间中配置有固态成像元件4的成像面。
固态成像元件4通过成像控制部5的指令而被驱动，并输出数字的图像信号。在通常的正式摄影时(静态图像摄影时)等，成像控制部5是在例如同时重置所有像素的所谓全局重置后，利用未图示的机械快门进行曝光之后，以进行规定的读出动作的方式控制固态成像元件4。另外，在电子取景器模式时或动态图像摄影时等，成像控制部5例如以边进行所谓的滚动电子快门边进行规定的读出动作的方式控制固态成像元件4。此时，成像控制部5如下所述地以与ISO感光度的设定值相应地进行后述的各动作模式的读出动作的方式控制固态成像元件4。数字信号处理部6对于从固态成像元件4输出的数字的图像信号，进行数字放大、颜色插值处理、白平衡处理等的图像处理等。数字信号处理部6处理后的图像信号暂时存储在存储器7。存储器7与总线8相连。在总线8上还连接有透镜控制部3、成像控制部5、CPU9、液晶显示面板等的显示部10、记录部11、图像压缩部12及图像处理部13等。在CPU9上连接有释放按钮等的操作部14。通过操作部14能够设定ISO感光度。在记录部11上能够装拆地安装有记录介质11a。
电子相机1内的CPU9在通过操作部14的操作而被指示实施电子取景器模式或动态图像摄影或通常的正式摄影(静态图像摄影)等时，与其相应地驱动成像控制部5。此时，通过透镜控制部3，适当地调整焦距和/或光圈。固态成像元件4根据成像控制部5的指令而被驱动，并输出数字的图像信号。来自固态成像元件4的数字的图像信号被数字信号处理部6处理之后，存储在存储器7。CPU9在电子取景器模式时将其图像信号以图像显示在显示部10，在动态图像摄影时将其图像信号存储在记录介质11a。通常的正式摄影时(静态图像摄影时)等的情况下，CPU9在来自固态成像元件4的数字的图像信号被数字信号处理部6处理并存储在存储器7之后，基于操作部14的指令，根据需要通过图像处理部13和/或图像压缩部12进行所期望的处理，并将处理后的信号输出到记录部11并存储在记录介质11a。
图2是表示图1中的固态成像元件4的概要结构的电路图。图3是将图2中的沿列方向依次并列的3个像素块BL附近放大示出的电路图。图4是示意地表示图3所示的3个像素块BL附近的概要俯视图。图5是将图4中的1个像素块BL附近放大示出的概要俯视图。在本实施方式中，固态成像元件4采用CMOS型的固态成像元件构成，但不限于此，也可以采用例如其他的XY地址型固态成像元件构成。
如图2至图4所示，固态成像元件4具有：被配置成N行M列的二维矩阵状并分别具有2个像素PX(PXA、PXB)的像素块BL；按每一个像素块BL设置的作为多个连结开关的连结晶体管SWa、SWb；垂直扫描电路21；按像素块BL的行设置的控制线22～27；按像素PX的列(按像素块BL的列)设置并接受来自对应列的像素PX(像素块BL)的信号的多个(M条)垂直信号线28；设置在各垂直信号线28上的恒流源29；与各垂直信号线28对应地设置的列放大器30、CDS电路(相关双采样电路)31及A/D转换器32；水平读出电路33。
此外，作为列放大器30可以使用模拟放大器，也可以使用所谓的开关电容放大器。另外，列放大器30不一定必须设置。
为便于在附图上标记，图2示出了M＝2的情况，但列数M实际上是更多条的任意的数。另外，行数N也没有限定。按行区分像素块BL的情况下，第j行的像素块BL用附图标记BL(j)表示。这点关于其他要素及后述的控制信号也同样。图2及图3表示跨着3行的第n-1行至第n+1行的像素块BL(n-1)～BL(n+1)。
此外，在附图中，像素块BL中的图2及图3中下侧的像素的附图标记为PXA，图2及图3中上侧的像素的附图标记为PXB，从而区分两者，但还存在在不区分两者地进行说明时对两者标注附图标记PX来说明的情况。另外，在附图中，像素PXA的光电二极管的附图标记为PDA，像素PXB的光电二极管的附图标记为PDB，从而区分两者，但还存在在不区分两者地进行说明时对两者标注附图标记PD来说明的情况。同样地，像素PXA的传送晶体管的附图标记为TXA，像素PXB的传送晶体管的附图标记为TXB，从而区分两者，但还存在在不区分两者地进行说明时对两者标注附图标记TX来说明的情况。此外，在本实施方式中，像素PX的光电二极管PD以2N行M列的二维矩阵状配置。
在本实施方式中，各像素PX具有：生成与入射光相应的信号电荷并蓄积的作为光电转换部的光电二极管PD；从光电二极管PD向节点P传送电荷的作为传送开关的传送晶体管TX。
在本实施方式中，多个像素PX按光电二极管PD沿列方向依次并列而成的每2个像素PX(PXA、PXB)形成像素块BL。如图2及图3所示，按各像素块BL的每一个，属于该像素块BL的2个像素PX(PXA、PXB)共用1组节点P、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL。在节点P处，在与基准电位之间形成电容(电荷电压转换电容)，通过该电容，被传送到节点P的电荷被转换成电压。放大晶体管AMP构成了输出与节点P的电位相应的信号的放大部。重置晶体管RST构成了重置节点P的电位的重置开关。选择晶体管SEL构成了用于选择该像素块BL的选择部。光电二极管PD及传送晶体管TX并不被2个像素PX(PXA、PXB)共用，而按每个像素PX设置。在图2及图3中，n表示像素块BL的行。例如，通过第1行的像素PX(PXA)和第2行的像素PX(PXB)构成第1行的像素块BL，通过第3行的像素PX(PXA)和第4行的像素PX(PXB)构成第2行的像素块BL。
此外，在本发明中，也可以是，例如，按光电二极管PD沿列方向依次并列而成的每3个以上的像素PX构成像素块BL。
虽然没有图示，但在本实施方式中，在各个像素PX的光电二极管PD的光入射侧，以规定的颜色排列(例如，拜耳阵列)配置有分别使不同的颜色成分的光透射的多种彩色滤光片。像素PX根据彩色滤光片中的分色而输出与各色对应的电信号。
关于各像素块BL中的列方向上彼此相邻的各2个像素块BL，在设置在一个像素块BL的节点P与另一个像素块BL的节点P之间的电连接路径(连接部)中即在两个节点之间固有的连接路径(连接部)中，串联地设置有作为2个连结开关的2个连结晶体管SWa、SWb。由此，在本实施方式中，3个以上的像素块BL的节点P通过多个所述连接路径(连接部)以珠串状连接。这2个连结晶体管SWa、SWb中的连结晶体管SWa被配置在图2及图3中的下侧的像素块BL的节点P这一侧，连结晶体管SWb被配置在图2及图3中的上侧的像素块BL的节点P这一侧。
例如，在第n行的像素块BL(n)的节点P(n)与第n+1行的像素块BL的节点P(n+1)之间的电连接路径上即在两个节点之间固有的连接路径中，串联地设置有2个连结晶体管SWa(n)、SWb(n)。如图4所示，连结晶体管SWa(n)形成在像素块BL(n)的区域内，而连结晶体管SWb(n)形成在像素块BL(n+1)的区域内，但在这些连结晶体管SWa(n)、SWb(n)中，为表示串联地设置在相同的固有的连接路径中，在附图标记的末尾标注相同的(n)。此外，在本发明中，也可以在所述各固有的连接路径中串联地设置3个以上的连结开关，但为了使构造简单，如本实施方式这样地，优选在所述各固有的连接路径中串联设置2个连结晶体管SWa、SWb。
在图2及图3中，VDD是电源电位。此外，在本实施方式中，晶体管TXA、TXB、AMP、RST、SEL、SWa、SWb全部是nMOS晶体管。
传送晶体管TXA的栅极按每行共同地连接于控制线26，并从垂直扫描电路21向传送晶体管TXA的栅极供给控制信号φTXA。传送晶体管TXB的栅极按每行共同地连接于控制线25，并从垂直扫描电路21向传送晶体管TXB的栅极供给控制信号φTXB。重置晶体管RST的栅极按每行共同地连接于控制线24，并从垂直扫描电路21向重置晶体管RST的栅极供给控制信号φRST。选择晶体管SEL的栅极按每行共同地连接于控制线23，并从垂直扫描电路21向选择晶体管SEL的栅极供给控制信号φSEL。连结晶体管SWa的栅极按每行共同地连接于控制线22，并从垂直扫描电路21向连结晶体管SWa的栅极供给控制信号φSWa。连结晶体管SWb的栅极按每行共同地连接于控制线27，并从垂直扫描电路21向连结晶体管SWb的栅极供给控制信号φSWb。例如，向传送晶体管TXA(n)的栅极供给控制信号φTXA(n)，向传送晶体管TXB(n)的栅极供给控制信号φTXB(n)，向重置晶体管RST(n)的栅极供给控制信号φRST(n)，向选择晶体管SEL(n)的栅极供给控制信号φSEL(n)，向连结晶体管SWa(n)的栅极供给控制信号φSWa(n)，向连结晶体管SWb(n)的栅极供给控制信号φSWb(n)。
各晶体管TXA、TXB、RST、SEL、SWa、SWb在对应的控制信号φTXA、φTXB、φRST、φSEL、φSWa、φSWb为高电平(H)时导通，在低电平(L)时截止。
垂直扫描电路21在图1中的成像控制部5的控制下，按像素块BL的行，分别输出控制信号φTXA、φTXB、φRST、φSEL、φSWa、φSWb，控制像素块BL、连结晶体管SWa、SWb，实现静态图像读出动作或动态图像读出动作等。在该控制中，与例如ISO感光度的设定值相应地执行后述的各动作模式的读出动作。通过该控制，向各垂直信号线28供给与其对应的列的像素PX的信号(模拟信号)。
在本实施方式中，垂直扫描电路21构成了与来自图1中的成像控制部5的指令(控制信号)相应地切换而进行后述的各动作模式的控制部。
读出到垂直信号线28的信号按各列被列放大器30放大，再通过CDS电路31实施用于得到光信号(包含像素PX中被光电转换的光信息的信号)与暗信号(包含应从光信号减去的噪声成分的差量用信号)之间的差量的处理，之后，通过A/D转换器32而被转换成数字信号，该数字信号被保持在A/D转换器32。被保持在各A/D转换器32的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，根据需要，被转换成规定的信号形式，并向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
此外，CDS电路31在图1中的成像控制部5的控制下从定时发生电路(未图示)接受暗信号采样信号φDARKC，在φDARKC为高电平(H)的情况下，将列放大器30的输出信号采样为暗信号，并且在图1中的成像控制部5的控制下从所述定时发生电路接受光信号采样信号φSIGC，在φSIGC为H电平的情况下，将列放大器30的输出信号采样为光信号。而且，CDS电路31基于来自所述定时发生电路的时钟或脉冲，输出与采样的暗信号与光信号之间的差量相应的信号。作为这样的CDS电路31的结构能够采用公知的结构。
这里，参照图4及图5，关于像素块BL的构造进行说明。实际上，在光电二极管PD的上部配置有彩色滤光片和微镜头等，但在图4及图5中省略。此外，在图4及图5中，省略了电源线、接地线及控制线22～27等的布局。
在本实施方式中，在N型硅衬底(未图示)上设置有P型阱(未图示)，在所述P型阱中配置有光电二极管PD等像素块BL中的各元件。在图5中，附图标记41～49是成为上述各晶体管的一部分的N型杂质扩散区域。附图标记61～67是由多晶硅构成的各晶体管的栅极电极。此外，扩散区域42、45是被未图示的电源线施加电源电压VDD的区域。
光电二极管PDA(n)、PDB(n)是由设置在所述P型阱中的N型的电荷蓄积层(未图示)和配置在其表面侧的P型的防耗尽层(未图示)构成的嵌入型光电二极管。光电二极管PDA(n)、PDB(n)对入射的光进行光电转换，将产生的电荷蓄积在该电荷蓄积层。
传送晶体管TXA(n)是将光电二极管PDA(n)的电荷蓄积层作为源极、将扩散区域41作为漏极、将栅极电极61作为栅极的nMOS晶体管。传送晶体管TXB(n)是将光电二极管PDB(n)的电荷蓄积层作为源极、将扩散区域41作为漏极、将栅极电极62作为栅极的nMOS晶体管。扩散区域41被设置在光电二极管PDA(n)与光电二极管PDB(n)之间。扩散区域41兼用作成为传送晶体管TXA(n)的漏极的扩散区域及成为传送晶体管TXB(n)的漏极的扩散区域。传送晶体管TXA(n)的栅极电极61被配置在扩散区域41的光电二极管PDA(n)这一侧。传送晶体管TXB(n)的栅极电极62被配置在扩散区域41的光电二极管PDB(n)这一侧。
放大晶体管AMP(n)是将扩散区域42作为漏极、将扩散区域43作为源极、将栅极电极63作为栅极的nMOS晶体管。选择晶体管SEL(n)是将扩散区域43作为漏极、将扩散区域44作为源极、将栅极电极64作为栅极的nMOS晶体管。扩散区域44与垂直信号线28连接。重置晶体管RST(n)是将扩散区域45作为漏极、将扩散区域46作为源极、将栅极电极65作为栅极的nMOS晶体管。
连结晶体管SWa(n)是将扩散区域46作为源极、将扩散区域47作为漏极、将栅极电极66作为栅极的nMOS晶体管。连结晶体管SWb(n-1)是将扩散区域48作为漏极、将扩散区域49作为源极、将栅极电极67作为栅极的nMOS晶体管。
像素块BL(n)的栅极电极63、扩散区域41、46以及连结晶体管SWb(n-1)的扩散区域48之间通过布线71(n)而相互电连接并导通。在本实施方式中，节点P(n)相当于与布线71(n)及与其电连接并导通的部分整体。
第n行以外的像素块BL的构造也与上述第n行的像素块BL(n)的构造相同。连结晶体管SWa(n)以外的连结晶体管SWa的构造也与上述连结晶体管SWa(n)的构造相同。连结晶体管SWb(n)以外的连结晶体管SWb的构造也与上述连结晶体管SWb(n)的构造相同。
而且，关于串联地设置在所述各固有的连接路径中的2个连结晶体管SWa、SWb，连结晶体管SWa的扩散区域47与连结晶体管SWb的扩散区域49之间通过布线72连接。例如，连结晶体管SWa(n-1)的扩散区域47与连结晶体管SWb(n-1)的扩散区域49之间通过布线72(n-1)电连接。布线72(n-1)构成了连结晶体管SWa(n-1)、SWb(n-1)截止的情况下的连结晶体管SWa(n-1)、SWb(n-1)之间的连接部。连结晶体管SWa(n)的扩散区域47与连结晶体管SWb(n)的扩散区域49之间通过布线72(n)电连接。布线72(n)构成了连结晶体管SWa(n)、SWb(n)截止的情况下的连结晶体管SWa(n)、SWb(n)之间的连接部。
这里，如图4所示，设串联地设置在所述各固有的连接路径中的2个连结晶体管SWa、SWb之间的列方向的错位量为Ls，设光电二极管PD的列方向的节距为Pg。在本发明中，节距Pg和错位Ls的关系没有限定，但为减小后述的电容CA的电容值Cfd1，优选为pg＜Ls＜2×Pg。在本实施方式中，例如，连结晶体管SWb(n-1)被配置在连结晶体管SWa(n)的附近，并被设定成错位量Ls比2×Pg稍小的程度，极力地缩短了布线71(n)的长度，且极力地减小了后述的电容CA(n)的电容值Cfd1。
在图2至图5中，CA(n)是连结晶体管SWa(n)、SWb(n-1)截止的情况下的节点P(n)与基准电位之间的电容。设电容CA(n)的电容值为Cfd1。CB(n)表示连结晶体管SWa(n)、SWb(n)截止的情况下的布线72(n)与基准电位之间的电容。设电容CB(n)的电容值为Cfd2。这些方面关于其他的像素块BL的行也同样。
电容CA(n)由传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域41的电容、重置晶体管RST(n)的源极扩散区域46的电容、连结晶体管SWa(n)的源极扩散区域46的电容、连结晶体管SWb(n-1)的漏极扩散区域48的电容、放大晶体管AMP(n)的栅极电极63的电容、以及布线71(n)的布线电容构成，这些电容的电容值的合计成为电容CA(n)的电容值Cfd1。这点关于其他的像素块BL的行也同样。
这里，将连结晶体管SWa导通时的通道电容的值及连结晶体管SWb导通时的通道电容的值双方都设为Csw。通常，电容值Csw是比电容值Cfd1、Cfd2小的值。
现在，着眼于像素块BL(n)，当连结晶体管SWa(n)、SWb(n-1)双方都截止(即，未成为各连结晶体管SWa、SWb中的导通状态的连结晶体管与节点P(n)电连接的状态，未成为设置有连结晶体管SWa、SWb的连接路径与节点P(n)电连接的状态)时，节点P(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)成为电容CA(n)。因此，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1。该状态与表示后述的第一动作模式的图6中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当连结晶体管SWa(n)导通时，未成为各连结晶体管SWa、SWb中的连结晶体管SWa(n)以外的导通状态的连结晶体管与节点P(n)电连接的状态(在这里，具体来说，若连结晶体管SWb(n-1)、SWb(n)截止)，则节点P(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)成为对电容CA(n)加上电容CB(n)及连结晶体管SWa(n)导通时的通道电容。因此，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2。该状态与表示后述的第2A动作模式的图7中的期间T2的状态相当。
而且，着眼于像素块BL(n)，若当连结晶体管SWa(n)、SWb(n)双方都导通时，未成为各连结晶体管SWa、SWb中的连结晶体管SWa(n)、SWb(n)以外的导通状态的连结晶体管与节点P(n)电连接的状态(在这里，具体来说，若连结晶体管SWb(n-1)、SWa(n+1)截止)，则节点P(n)的电荷电压转换电容成为对电容CA(n)加上电容CB(n)、连结晶体管SWa(n)、SWb(n)导通时的通道电容及电容CA(n+1)。因此，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1+Cfd2+2×Csw≈2×Cfd1+Cfd2。该状态与表示后述的第2B动作模式的图8中的期间T2的状态相当。
像这样，若各连结晶体管SWa、SWb中没有与节点P(n)电连接的导通状态的连结晶体管，则节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为最小，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现最高SN比的读出。
另一方面，若将各连结晶体管SWa、SWb中的与节点P(n)电连接的导通状态的连结晶体管的数量增加到1个以上的所期望的数量，则能够将节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值增大到所期望的值，能够带来大的信号电荷量，从而能够扩大饱和电子数。由此，能够使动态范围扩大。
以上，关于像素块BL(n)的节点P(n)进行了说明，但关于其他的像素块BL的节点P也同样。
图6是表示图2所示的固态成像元件4的第一动作模式的时序图。该第一动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各连结晶体管SWa、SWb中没有与被选择的像素块BL的节点P电连接的导通状态的连结晶体管的状态(该节点P的电荷电压转换电容最小的状态)下，依次有选择地使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。在图6所示的例子中，读出所有像素PXA、PXB的信号，但不限于此，例如，也可以实施抽取地(隔开间隔地)读出像素行的抽取读出等。这点关于后述的图7及图8分别所示的各例也同样。
图6示出了如下状况：在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择。任意行的像素块BL被选择的情况下的动作都相同，在这里，仅关于第n行的像素块BL(n)被选择的情况下的动作进行说明。
在期间T2开始前，已经在规定的曝光期间，结束了光电二极管PDA(n)、PDB(n)的曝光。该曝光在通常的正式摄影时(静态图像摄影时)等，在同时重置所有像素的所谓的全局重置后，通过机械快门(未图示)实施，在电子取景器模式时或动态图像摄影时等，通过所谓的滚动电子快门动作实施。在期间T2将要开始之前，所有的晶体管SEL、RST、TXA、TXB、SWa、SWb截止。
在期间T2中，第n行的φSEL(n)为H电平，第n行的像素块BL(n)的选择晶体管SEL(n)导通，第n行的像素块BL(n)被选择。
另外，在期间T2中，φSWa(n)、φSWb(n-1)为L电平，连结晶体管SWa(n)、SWb(n-1)截止。由此，在期间T2中，成为各连结晶体管SWa、SWb中没有与被选择的像素块BL(n)的节点P(n)电连接的导通状态的连结晶体管的状态。因此，如上所述，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1，为最小。
从期间T2刚开始之后的一定期间内，φRST(n)为H电平，第n行的重置晶体管RST(n)暂时导通，节点P(n)的电位被暂时重置成电源电位VDD。
仅在从期间T2中的之后的时刻t1开始的一定期间内，暗信号采样信号φDARKC为H电平，呈现于节点P(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大后经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为暗信号。
仅在从期间T2中的之后的时刻t2开始的一定期间内，φTXA(n)为H电平，第n行的传送晶体管TXA(n)导通。由此，被蓄积在第n行的像素块BL(n)的光电二极管PDA(n)中的信号电荷被传送到节点P(n)的电荷电压转换电容。节点P(n)的电位在除去噪声成分时，成为与该信号电荷的量和节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值的倒数成正比的值。
在期间T2中的之后的时刻t3，光信号采样信号φSIGC为H电平，呈现在节点P(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大后经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为光信号。
然后，在φSIGC成为L电平的时刻之后，CDS电路31输出和在从时刻t1开始的一定期间内采样的暗信号与在从时刻t3开始的一定时间内采样的光信号之间的差量相应的信号。A/D转换器32将与该差量相应的信号转换成数字信号并保持。被保持在各A/D转换器32的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，作为数字信号图像信号向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
然后，仅在从期间T2中的时刻t4开始的一定期间内，φRST(n)为H电平，第n行的重置晶体管RST(n)暂时导通，节点P(n)的电位暂时被重置为电源电位VDD。
仅在从期间T2中的之后的时刻t5开始的一定期间内，暗信号采样信号φDARKC为H电平，呈现在节点P(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为暗信号。
仅在从期间T2中的之后的时刻t6开始的一定期间内，φTXB(n)为H电平，第n行的传送晶体管TXB(n)导通。由此，被蓄积在第n行的像素块BL(n)的光电二极管PDB(n)中的信号电荷被传送到节点P(n)的电荷电压转换电容。节点P(n)的电位在除去噪声成分时，成为与该信号电荷的量和节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值的倒数成正比的值。
在期间T2中的之后的时刻t7，光信号采样信号φSIGC为H电平，呈现在节点P(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为光信号。
然后，在φSIGC成为L电平的时刻之后，CDS电路31输出和在从时刻t5开始的一定期间内采样的暗信号与在从时刻t7开始的一定时间内采样的光信号之间的差量相应的信号。A/D转换器32将与该差量相应的信号转换成数字信号并保持。被保持在各A/D转换器32的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，作为数字信号图像信号向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
像这样，在所述第一动作模式下，由于各连结晶体管SWa、SWb中没有与被选择的像素块BL的节点P电连接的导通状态的连结晶体管，所以被选择的像素块BL的节点P的电荷电压转换电容的电容值成为最小，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现最高SN比的读出。例如，ISO感光度的设定值最高的情况下，通过成像控制部5发出进行所述第一动作模式的指令。
图7是表示图2所示的固态成像元件4的第2A动作模式的时序图。第2A动作模式是第二动作模式中的1个动作模式。该第二动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各连结晶体管SWa、SWb中的1个以上的规定数量的导通状态的连结晶体管与被选择的像素块BL的节点P电连接的状态下，依次有选择地使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。所述第2A动作模式是在所述第二动作模式中将所述规定数量设定为1个的动作的例子。
图7也与图6同样地示出了如下状况：在期间T1中选择第n-1行的像素块BL(n-1)，在期间T2中选择第n行的像素块BL(n)，在期间T3中选择第n+1行的像素块BL(n+1)。图7所示的第2A动作模式与图6所示的所述第一动作模式的不同之处在于以下说明的方面。
在图7所示的第2A动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWa(n)为H电平，并且φSWb(n-1)为L电平，连结晶体管SWa(n)导通，并且连结晶体管SWb(n-1)截止。由此，在期间T2中，各连结晶体管SWa、SWb中的1个导通状态的连结晶体管(这里为连结晶体管SWa(n))成为与被选择的像素块BL(n)的节点P(n)电连接的状态。因此，如上所述，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2，与图6所示的所述第一动作模式相比可以说大一阶。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，但关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第2A动作模式下，各连结晶体管SWa、SWb中的1个导通状态的连结晶体管与被选择的像素块BL的节点P电连接，从而被选择的像素块BL的节点P的电荷电压转换电容的电容值可以说变大一阶，能够将节点P的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大一阶。由此，能够将动态范围扩大一阶。例如，ISO感光度的设定值为比最高值小一阶的值的情况下，通过成像控制部5发出进行所述第2A动作模式的指令。
图8是表示图2所示的固态成像元件4的第2B动作模式的时序图。第2B动作模式是所述第二动作模式中的另1个动作模式，是将所述规定数量设为2个的动作例。
图8也与图6及图7同样地示出了如下状况：在期间T1中选择第n-1行的像素块BL(n-1)，在期间T2中选择第n行的像素块BL(n)，在期间T3中选择第n+1行的像素块BL(n+1)。图8所示的第2B动作模式与图6所示的所述第一动作模式及图7所示的第2A动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图8所示的第2B动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2，φSWa(n)、φSWb(n)为H电平，并且φSWb(n-1)、φSWa(n+1)为L电平，连结晶体管SWa(n)、SWb(n)导通，并且连结晶体管SWb(n-1)、SWa(n+1)截止。由此，在期间T2中，各连结晶体管SWa、SWb中的2个导通状态的连结晶体管(这里为连结晶体管SWa(n)、SWb(n))成为与被选择的像素块BL(n)的节点P(n)电连接的状态。因此，如上所述，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1+Cfd2+2Csw≈2×Cfd1+Cfd2，与图6所示的所述第一动作模式相比，可以说大两阶。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，但关于其他的像素块BL被选择的期间也同样。
像这样，在所述第2B动作模式下，各连结晶体管SWa、SWb中的2个导通状态的连结晶体管与被选择的像素块BL的节点P电连接，从而被选择的像素块BL的节点P的电荷电压转换电容的电容值可以说变大两阶，能够将节点P的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大两阶。由此，能够将动态范围扩大两阶。例如，ISO感光度的设定值是比最高值小两阶的值的情况下，通过成像控制部5发出进行所述第2B动作模式的指令。
此外，在所述第二动作模式下，也可以将所述规定数量设为3个以上。
这里，关于与本实施方式中的固态成像元件4进行比较的比较例的固态成像元件进行说明。图9是表示该比较例的固态成像元件的3个像素块BL的附近的电路图，与图3对应。图10是示意地表示图9所示的3个像素块BL的附近的概要俯视图，与图4及图5对应。在图9及图10中，对于与图3、图4及图5中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。此外，在图10中，对于扩散区域和栅极电极没有标注附图标记，但它们的附图标记与图5相同，参照图5的附图标记说明。
该比较例与本实施方式的不同之处是去除了各连结晶体管SWb，通过包含布线71、72在内的布线171，使被去除的各连结晶体管SWb的位置成为短路状态。例如，在本实施方式中，连结晶体管SWb(n-1)被去除，通过包含布线71(n)、72(n-1)在内的布线171(n)，使像素块BL(n)的栅极电极63及扩散区域41、46以及连结晶体管SWa(n-1)的扩散区域47之间相互电连接并导通。
在图9及图10中，CAB(n)是连结晶体管SWa(n)、SWa(n-1)截止的情况下的节点P(n)与基准电位之间的电容。设电容CAB(n)的电容值为Cfd。这些方面关于其他的像素块BL的行也相同。
电容CAB(n)由传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域41的电容、重置晶体管RST(n)的源极扩散区域46、连结晶体管SWa(n)的源极扩散区域46、连结晶体管SWa(n-1)的漏极扩散区域47的电容、放大晶体管AMP(n)的栅极电极63的电容和布线171(n)的布线电容构成，这些电容的电容值的合计为电容CAB(n)的电容值Cfd。这点关于其他的像素块BL的行也相同。
布线171(n)的布线电容与布线71(n)的布线电容(浮游电容)和布线171(n)的布线电容之和大致相等。因此，电容CAB(n)的电容值Cfd与本实施方式中的上述电容CA(n)的电容值Cfd1和电容CB(n)的电容值Cfd2之和大致相等，成为Cfd≈Cfd1+Cfd2。
在该比较例中，着眼于像素块BL(n)，连结晶体管SWa(n)、SWa(n-1)双方都截止时，节点P(n)的电荷电压转换电容成为电容CAB(n)。因此，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd，是比较例中的最小值，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现比较例中的最高SN比的读出。
在该比较例中，着眼于像素块BL(n)，各连结晶体管SWa中的1个以上的规定数量的导通状态的连结晶体管成为与节点P(n)电连接的状态时，与该导通状态的连结晶体管的数量相应地，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值变大，能够扩大饱和电子数。由此，能够使动态范围扩大。
然而，在该比较例中，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值不能比Cfd≈Cfd1+Cfd2小。因此，根据该比较例，不能再这么增大电荷电压转换系数，不能以这么高的SN比读出。
而根据本实施方式，由于追加了连结晶体管SWb，所以如上所述地能够使节点P(n)的电荷电压转换电容的最小的电容值成为Cfd1≈Cfd-Cfd2，能够比所述比较例小。
因此，根据本实施方式，能够使动态范围扩大，与所述比较例相比，能够提高高灵敏度读出时的SN比。
在本实施方式中，在沿列方向依次相邻的所有的2个节点P之间设置有连结晶体管SWa、SWb，但在本发明中，不一定限于此。例如，在每隔沿列方向并列的q个(q为2以上的整数)节点后的节点P和相对于该节点P在图中下侧相邻的节点P之间，也可以不设置连结晶体管SWa、SWb，而使它们之间始终开路。该情况下，q的数值越小，所述第二动作模式下的所述规定数量的最大数值越小，动态范围的扩大的程度越低，但与所述比较例相比，能够提高高灵敏度读出时的SN比。
此外，参考图6至图8来说明的各动作例是不与其他的像素PX的光电二极管PD的信号电荷混合地读出各像素PX的光电二极管PD的信号电荷的动作的例子。但是，在本发明中，也可以与同色的其他像素PX的光电二极管PD的信号电荷混合地读出各像素PX的光电二极管PD的信号电荷。
例如，使连结晶体管SWa(n-1)、SWb(n-1)、SWa(n)、SWb(n)导通而使节点P(n-1)、P(n)、P(n+1)相互连结，并同时导通TXA(n-1)、TXA(n)、TXA(n+1)时，以拜耳阵列等为前提的情况下的同色的3个像素PXA(n-1)、PXA(n)、PXA(n-1)的光电二极管PDA(n-1)、PDA(n)、PDA(n-1)的信号电荷在相互连结的节点P(n-1)、P(n)、P(n+1)处被平均化，能够实现同色3像素混合读出的功能。此时，使连结晶体管SWb(n-2)、SWa(n+1)截止，并使与节点P(n-1)、P(n)、P(n+1)电连接的导通状态的连结晶体管的数量成为最小限度，由此被连结的节点P(n-1)、P(n)、P(n+1)处的电荷电压转换电容值成为最小，能够以最高的SN比进行同色3像素混合读出。另一方面，若除了连结晶体管SWa(n-1)、SWb(n-1)、SWa(n)、SWb(n)以外，1个以上的导通状态的连结晶体管与节点P(n-1)、P(n)、P(n+1)电连接，则与其数量相应地，被连结的节点P(n-1)、P(n)、P(n+1)处的电荷电压转换电容值变大，能够扩大同色3像素混合读出的动态范围。
[第二实施方式]
图11是表示本发明的第二实施方式的电子相机的固态成像元件的3个像素块BL的附近的电路图，与图3对应。图12是示意地表示图9所示的3个像素块BL的附近的概要俯视图，与图4及图5对应。在图11及图12中，对与图3、图4及图5中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。
本实施方式与所述第一实施方式的不同之处是对于各布线72追加了具有电容值Cfd3的调整电容CB’这点。电容CB(n)是连结晶体管SWa(n)、SWb(n)截止的情况下的布线72(n)与基准电位之间的电容，从而调整电容CB’(n)也包含于电容CB(n)，但为了明示调整电容CB’是对于所述第一实施方式中的成为电容CB(n)的电容值Cfd2的结构追加电容值Cfd3的结构要素，而在图11及图12中与电容CB(n)相独立地示出调整电容CB’。在所述第一实施方式中，电容CB(n)的电容值是Cfd2，而在本实施方式中，电容CB(n)的电容值成为Cfd2+Cfd3。这些方面关于其他的电容CB、布线72、调整电容CB’也相同。
根据本实施方式，除了能够得到与所述第一实施方式同样的优点以外，通过设置调整电容CB’，能够将电容CB的电容值设定成任意的所期望的电容值。
调整电容CB’具体来说通过以下结构的1个或组合2个以上而构成：例如，(i)通过使布线72的布线宽度的至少一部分的宽度比像素块BL内的其他布线的布线宽度宽，使布线72的面积比所述第一实施方式中的布线72的面积大；(ii)将MOS电容连接到布线72；(iii)连接不构成连结晶体管SWa、SWb的扩散电容；(iv)使连结晶体管SWa的漏极扩散区域47的面积比所述第一实施方式中的漏极扩散区域47的面积大；(v)使连结晶体管SWb的源极扩散区域49的面积比所述第一实施方式中的源极扩散区域49的面积大。
这里，关于调整电容CB’的电容值Cfd3的设定的一例进行说明。节点P的电荷电压转换电容的电容值优选成为基准电容值的整数倍。但是，在上述第一实施方式的构造中，在没有附加调整电容CB’的情况下，一般来说，电容CB的电容值Cfd2比电容CA的电容值Cfd1小。因此，例如，为使节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为基准电容值的2倍，而使连结晶体管SWa(n)、SWb(n)导通，使节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1+Cfd2+2×Csw，使用2个像素块BL(n)、BL(n+1)。
而在本实施方式中，当以调整电容CB’的电容值Cfd3成为Cfd1-Cfd2的方式形成调整电容CB’时，电容CB的电容值成为cfd2+Cfd3＝Cfd1。因此，为使节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为基准电容值的2倍，仅使连结晶体管SWa(n)导通即可，仅使用1个像素块BL(n)即可。另外，在处理更大的饱和电荷量的情况下，能够大幅削减所连结的像素块BL的数量。
这样的调整电容CB’的电容值Cfd3的设定例只不过是一例，不限于此。
此外，为使节点P的电荷电压转换电容的电容值接近基准用量值的整数倍，电容CB的电容值优选相对于电容CA的电容值为±20％范围内的值，更优选相对于电容CA的电容值为±10％范围内的值。
[第三实施方式]
图13是表示本发明的第三实施方式的电子相机的固态成像元件84的概要结构的电路图，与图2对应。在图13中，对与图2中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。
本实施方式与所述第一实施方式的不同之处是，在本实施方式中，去除了所述第一实施方式中的各像素块BL中的光电二极管PDB及传送晶体管TXB，各像素块BL成为像素PXA这点。但是，在本实施方式中，光电二极管PDA的列方向的密度为所述第一实施方式中的光电二极管PDA的列方向的密度的2倍，与所述第一实施方式中的光电二极管PDA、PDB整体在列方向上的密度相同。在本实施方式中，n表示像素块BL的行的同时，还表示像素PXA的行。
换言之，在所述第一实施方式中，各像素块BL由2个像素PX(PXA、PXB)构成，而在本实施方式中，各像素块BL由1个像素PX(PXA)构成。而且，在所述第一实施方式中，属于像素块BL的2个像素PX(PXA、PXB)共用1组节点P、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL，而在本实施方式中，各像素PX(在本实施方式中，仅PXA)分别具有1组节点P、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL。
基本来说，通过将所述第一实施方式的说明中的像素块BL置换成像素PXA，就适于本实施方式的说明。因此，在这里，省略本实施方式的详细说明。
根据本实施方式，也能够得到与所述第一实施方式同样的优点。
此外，在本发明中，也可以将使所述第一实施方式变形得到了本实施方式的情况同样的变形适用于所述第二实施方式。
[第四实施方式]
图14是表示本发明的第四实施方式的电子相机的固态成像元件94的概要结构的电路图，与图2对应。图15是将图14中的沿列方向依次并列的4个像素块BL的附近放大示出的电路图，与图3对应。在图14及图15中，对与图2及图3中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。本实施方式与所述第一实施方式的不同之处是以下说明的方面。
在本实施方式中，去除了所述第一实施方式中的第一连结晶体管SWa、第二连结晶体管SWb及布线71、72，代替地，设置有将第一节点Pa和与其对应的第二节点Pb之间电连接及切断的作为第一开关部的第一晶体管SWA、将2个第二节点Pb之间电连接及切断的作为第二开关部的第二晶体管SWB、及布线97、98。
像素块BL(n)的第一节点Pa(n)与所述第一实施方式中的节点P(n)相当。传送晶体管TXA(n)将电荷从光电二极管PDA(n)传送到第一节点Pa(n)，传送晶体管TXB(n)将电荷从光电二极管PDB(n)传送到第一节点Pa(n)。在第一节点Pa(n)处在与基准电位之间形成电容(电荷电压转换电容)，通过该电容将被传送到第一节点Pa(n)的电荷转换成电压。放大晶体管AMP(n)输出与第一节点Pa(n)的电位相应的信号。重置晶体管RST(n)重置第一节点Pa(n)的电位。这些方面关于其他的像素块BL的行也相同。
第一晶体管SWA(n)构成了将第一节点Pa(n)和与其对应的第二节点Pb(n)之间电连接及切断的第一开关部。这样的第一开关部还能够组合多个晶体管等的开关而构成，但为使构造简单，优选如本实施方式这样地由单一的第一晶体管SWA(n)构成。这些方面关于其他的第一晶体管SWA也相同。
各第二晶体管SWB关于各像素块BL中的沿列方向彼此相邻的各2个像素块BL，构成了将与一个像素块BL的第一节点Pa对应的第二节点Pb和与另一个像素块BL的第一节点Pa对应的第二节点Pb之间电连接及切断地设置的第二开关部。由此，在本实施方式中，3个以上的像素块BL的第一节点Pa由多个所述第二开关部以珠串状连接。上述第二开关部还能够组合多个晶体管等开关而构成，但为了使构造简单，优选如本实施方式这样地由单一的第二晶体管SWB构成。
例如，第二晶体管SWB(n)以将与第n行的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)对应的第二节点Pb(n)和与第n-1行的像素块BL(n-1)的第一节点Pa(n-1)对应的第二节点Pb(n-1)之间电连接及切断的方式设置。这点关于其他的第二晶体管SWB也相同。
像素块BL(n)的放大晶体管AMP(n)的栅极电极、重置晶体管RST(n)的源极区域、传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域、及第一晶体管SWA(n)的源极扩散区域之间通过布线97(n)相互电连接并导通。第一节点Pa(n)与布线97(n)及与其电连接并导通的部分整体相当。这些方面关于其他的像素块BL的行也相同。
第一晶体管SWA(n)的漏极扩散区域、第二晶体管SWB(n)的漏极扩散区域及第二晶体管SWB(n+1)的源极扩散区域之间通过布线98(n)相互电连接并导通。第二节点Pb(n)与布线98(n)及与其电连接并导通的部分整体相当。这些方面关于其他的第一晶体管SWA及其他的第二晶体管SWB也相同。
第一晶体管SWA的栅极按行共同地连接于控制线95，从垂直扫描电路21向第一晶体管SWA的栅极供给控制信号φSWA。第二晶体管SWB的栅极按行共同地连接于控制线96，从垂直扫描电路21向第二晶体管SWB的栅极供给控制信号φSWB。
在图14及图15中，CC(n)是第一晶体管SWA(n)截止的情况下的第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容。设电容CC(n)的电容值为Cfd1’。CD(n)是第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)截止的情况下的布线98(n)与基准电位之间的电容。设电容CD(n)的电容值为Cfd2’。这些方面关于其他的第一晶体管SWA及其他的第二晶体管SWB也相同。
电容CC(n)由传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域的电容、重置晶体管RST(n)的源极扩散区域的电容、第一晶体管SWA(n)的源极扩散区域的电容、放大晶体管AMP(n)的栅极电极的电容、和布线97(n)的布线电容构成，这些电容的电容值的合计成为电容CC(n)的电容值Cfd1’。这点关于其他的像素块BL的行也相同。
此外，第二晶体管SWB(n)的源极扩散区域的电容不是电容CC(n)的结构要素，相应地，电容CC(n)的电容值Cfd1’变小。这点，在所述第一实施方式中，不仅连结晶体管SWa(n)的源极扩散区域46的电容，连结晶体管SWb(n-1)的漏极扩散区域48的电容也成为电容CB的结构要素，相应地，电容CB的电容值Cfd1变大。即，本实施方式中的电容值Cfd1’与所述第一实施方式中的电容值Cfd1相比，小1个晶体管扩散电容的量。
这里，将第一晶体管SWA导通时的通道电容的值及第二晶体管SWB导通时的通道电容的值双方都设为Csw。通常，电容值Csw是比电容值Cfd1’、Cfd2’小的值。
现在，着眼于像素块BL(n)，当第一晶体管SWA(n)截止(即，没有成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态)时，第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)成为电容CC(n)。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1’。该状态与表示后述的第一动作模式的图16中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的第一晶体管SWA(n)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)截止)，则第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)成为对电容CC(n)附加了电容CD(n)及第一晶体管SWA(n)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1’+Cfd2’+Csw≈Cfd1’+Cfd2’。该状态与表示后述的第2A动作模式的图17中的期间T2的状态相当。
而且，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWB(n+1)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWB(n)、SWA(n+1)、SWB(n+2)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容成为对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)及晶体管SWA(n)、SWB(n+1)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1’+2×Cfd2’+2×Csw≈Cfd1’+2×Cfd2’。该状态与表示后述的第2B动作模式的图18中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n+1)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWA(n+1)、SWB(n+1)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWB(n)、SWB(n+2)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容成为对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)、电容CC(n+1)及晶体管SWA(n)、SWA(n+1)、SWB(n+1)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1’+2×Cfd2’+3×Csw≈2×Cfd1’+2×Cfd2’。该状态与表示后述的第2C动作模式的图19中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)、SWB(n+2)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWB(n+1)、SWB(n+2)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWA(n+1)、SWA(n+2)、SWB(n)、SWB(n+3)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容成为对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)、电容CD(n+2)及晶体管SWA(n)、SWB(n+1)、SWB(n+2)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1’+3×Cfd2’+3×Csw≈Cfd1’+3×Cfd2’。该状态与表示后述的第2C动作模式的图20中的期间T2的状态相当。
像这样，若各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中没有与第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为最小的电容值Cfd1’，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现最高SN比的读出。而且，如上所述，电容值Cfd1’比所述第一实施方式中的最小的电容值Cfd1小1个晶体管扩散电容的量，因此，根据本实施方式，与所述第一实施方式相比，电荷电压转换系数进一步增大，能够实现更高的SN比的读出。
另一方面，若将各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中与第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管的数量增加到1个以上的所期望的数量，则能够将第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值增大到所期望的值，能够处理大的信号电荷量，从而能够扩大饱和电子数。由此，能够使动态范围扩大。
以上，关于像素块BL(n)的第一节点Pa(n)进行了说明，但关于其他的像素块BL的第一节点Pa也相同。
图16是表示图14所示的固态成像元件94的第一动作模式的时序图。该第一动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中没有与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的导通状态的晶体管的状态(该第一节点Pa的电荷电压转换电容最小的状态)下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。在图16所示的例子中，读出所有像素PXA、PXB的信号，但不限于此，例如，也可以实施抽取地读出像素行的抽取读出等。这点关于后述的图17至图20分别所示的各例也相同。
基于到此为止的说明可明确图16所示的第一动作模式的动作，从而省略其详细说明。
图17是表示图14所示的固态成像元件94的第2A动作模式的时序图。第2A动作模式是第二动作模式中的1个动作模式。该第二动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个以上的规定数量的导通状态的晶体管与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的状态下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，并按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。所述第2A动作模式是在所述第二动作模式中，将所述规定数量设为1个(第一晶体管SWA中的1个)的动作的例子。
基于到此为止的说明可明确图17所示的第2A动作模式的动作，从而省略其详细说明。
图18是表示图14所示的固态成像元件94的第2B动作模式的时序图。第2B动作模式是所述第二动作模式中的另1个动作模式，是将所述规定数量设为2个(第一晶体管SWA中的1个和第二晶体管SWB中的1个)的动作例。基于到此为止的说明可明确图18所示的第2B动作模式的动作，从而省略其详细说明。
图19是表示图14所示的固态成像元件94的第2C动作模式的时序图。第2C动作模式是所述第二动作模式中的又1个动作模式，是将所述规定数量设为3个(第一晶体管SWA中的2个和第二晶体管SWB中的1个)的动作例。基于到此为止的说明可明确图19所示的第2C动作模式的动作，从而省略其详细说明。
图20是表示图14所示的固态成像元件94的第2D动作模式的时序图。第2D动作模式是所述第二动作模式中的又1个动作模式，是将所述规定数量设为3个(第一晶体管SWA中的1个和第二晶体管SWB中的2个)的动作例。基于到此为止的说明可明确图20所示的第2D动作模式的动作，从而省略其详细说明。
根据本实施方式，与所述第一实施方式同样地，能够使动态范围扩大，并且与所述比较例相比，能够提高高灵敏度读出时的SN比。另外，根据本实施方式，与所述第一实施方式相比，电荷电压转换系数进一步增大，能够实现更高的SN比的高灵敏度读出。
在本实施方式中，在沿列方向依次相邻的所有的2个第二节点Pb之间设置有第二晶体管SWB，但在本发明中，不一定限于此。例如，也可以在每隔沿列方向并列的r个(r为2以上的整数)第二节点后的第二节点Pb和相对于该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间，不设置第二晶体管SWB，而使它们之间始终开路。该情况下，r的数值越小，所述第二动作模式下的所述规定数量的最大数量越小，动态范围的扩大程度越低，但与所述比较例相比，能够提高高灵敏度读出时的SN比。另外，例如，也可以在每隔沿列方向并列的s个(s为1以上的整数)第二节点后的第二节点Pb和相对于该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间，不设置第二晶体管SWB，而使它们之间电气性地短路。而且，例如，还可以仅在每隔沿列方向并列的u个(u为1以上的整数)第二节点后的第二节点Pb和相对于该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间设置第二晶体管SWB，使每隔沿列方向并列的u个以外的第二节点Pb和相对于该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间电气性地短路。
此外，与所述第二实施方式同样地，在本实施方式中，也可以在布线98中设置调整电容。另外，在本实施方式中，也可以将电容CD的电容值设置为相对于电容CC的电容值为±20％的范围内的值，也可以设置为相对于电容CC的电容值为±10％的范围内的值。这些方面关于后述的第五实施方式也相同。
此外，图16至图20所示的各动作例是不与其他的像素PX的光电二极管PD的信号电荷混合地读出各像素PX的光电二极管PD的信号电荷的动作的例子。但是，在本发明中，也可以与同色的其他的像素PX的光电二极管PD的信号电荷混合地读出各像素PX的光电二极管PD的信号电荷。
例如，使第一晶体管SWA(n-1)、SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)导通而将第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)相互连结，使TXA(n-1)、TXA(n)、TXA(n+1)同时导通时，以拜耳阵列等为前提的情况下的同色的3个像素PXA(n-1)、PXA(n)、PXA(n-1)的光电二极管PDA(n-1)、PDA(n)、PDA(n-1)的信号电荷在相互连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)处被平均化，能够实现同色3像素混合读出的功能。此时，使第二晶体管SWB(n-2)、SWB(n+2)截止，使与第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)电连接的导通状态的第一或第二晶体管的数量成为最小限度，由此被连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)中的电荷电压转换电容值成为最小，能够以最高SN比进行同色3像素混合读出。另一方面，若除了第一晶体管SWA(n-1)、SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)以外，各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个以上的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)电连接，则被连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)中的电荷电压转换电容值与其数量相应地变大，能够扩大同色3像素混合读出的动态范围。
[第五实施方式]
图21是表示本发明的第五实施方式的电子相机的固态成像元件104的概要结构的电路图，与图14对应。在图21中，对与图14中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。
本实施方式与所述第四实施方式的不同之处是在本实施方式中，去除了所述第四实施方式中的各像素块BL中的光电二极管PDB及传送晶体管TXB，各像素块BL成为像素PXA这点。但是，在本实施方式中，光电二极管PDA的列方向的密度是所述第四实施方式中的光电二极管PDA的列方向的密度的2倍，与所述第四实施方式中的光电二极管PDA、PDB整体的列方向的密度相同。在本实施方式中，n表示像素块BL的行的同时，还表示像素PXA的行。
换言之，在所述第四实施方式中，各像素块BL由2个像素PX(PXA、PXB)构成，而在本实施方式中，各像素块BL由1个像素PX(PXA)构成。而且，在所述第四实施方式中，属于像素块BL的2个像素PX(PXA、PXB)共用1组第一节点Pa、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL，而在本实施方式中，各像素PX(在本实施方式中，仅PXA)分别具有1组第一节点Pa、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL。
基本来说，通过将所述第四实施方式的说明的像素块BL置换成像素PXA，就适于本实施方式的说明。因此，这里，省略本实施方式的详细说明。
根据本实施方式，也能够得到与所述第四实施方式同样的优点。
[第六实施方式]
图22是表示本发明的第六实施方式的电子相机的固态成像元件604的概要结构的电路图。图23是将图22中的沿列方向依次并列的4个像素块BL的附近放大示出的电路图。在本实施方式中，固态成像元件604作为CMOS型的固态成像元件构成，但不限于此，例如，也可以作为其他的XY地址型固态成像元件构成。
固态成像元件604如图22及图23所示地具有：像素块BL，以N行M列的二维矩阵状配置，分别具有2个像素PX(PXA、PXB)；将后述的第一节点Pa和与其对应的第二节点Pb之间电连接及切断的作为第一开关部的第一晶体管SWA；将2个第二节点Pb之间电连接及切断的作为第二开关部的第二晶体管SWB；垂直扫描电路21；按像素块BL的行设置的控制线22～27；按像素PX的列(按像素块BL的列)设置并接受来自对应列的像素PX(像素块BL)的信号的多个(M条)垂直信号线28；设置在各垂直信号线28上的恒流源29；与各垂直信号线28对应地设置的列放大器30、CDS电路(相关双采样电路)31及A/D转换器32；水平读出电路33。
此外，作为列放大器30也可以使用模拟放大器，还可以使用所谓的开关电容放大器。另外，列放大器30不一定必须设置。
为便于附图标注，在图22中以M＝2来表示，但列数M实际上是更多的任意的数。另外，行数N也没有限定。在按行区分像素块BL的情况下，第j行的像素块BL用附图标记BL(j)表示。这点关于其他的要素和后述的控制信号也相同。图22及图23表示跨着4行的第n-1行至第n+2行的像素块BL(n-1)～BL(n+2)。
此外，在附图中，设像素块BL中的图22及图23中下侧的像素的附图标记为PXA，设图22及图23中上侧的像素的附图标记为PXB，来区分两者，但存在在不区分两者进行说明时对两者标注附图标记PX来说明的情况。另外，在附图中，设像素PXA的光电二极管的附图标记为PDA，设像素PXB的光电二极管的附图标记为PDB，来区分两者，但存在在不区分两者进行说明时对两者标注附图标记PD来说明的情况。同样地，设像素PXA的传送晶体管的附图标记为TXA，设像素PXB的传送晶体管的附图标记为TXB，来区分两者，但存在在不区分两者进行说明时对两者标注附图标记TX来说明的情况。此外，在本实施方式中，像素PX的光电二极管PD以2N行M列的二维矩阵状配置。
在本实施方式中，各像素PX具有：作为光电转换部的光电二极管PD，生成与入射光相应的信号电荷并蓄积；作为传送开关的传送晶体管TX，从光电二极管PD向第一节点Pa传送电荷。
在本实施方式中，多个像素PX按光电二极管PD沿列方向依次并列而成的每2个像素PX(PXA、PXB)构成像素块BL。如图22及图23所示，按各像素块BL的每一个，属于该像素块BL的2个像素PX(PXA、PXB)共用1组第一节点Pa、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL。在第一节点Pa处在与基准电位之间形成电容(电荷电压转换电容)，通过该电容，被传送到第一节点Pa的电荷被转换成电压。放大晶体管AMP构成了输出与第一节点Pa的电位相应的信号的放大部。重置晶体管RST构成了重置第一节点Pa的电位的重置开关。选择晶体管SEL构成了用于选择该像素块BL的选择部。光电二极管PD及传送晶体管TX不被2个像素PX(PXA、PXB)共用，按每个像素PX设置。在图23及图24中，n表示像素块BL的行。例如，由第1行的像素PX(PXA)和第2行的像素PX(PXB)构成第1行的像素块BL，由第3行的像素PX(PXA)和第4行的像素PX(PXB)构成第2行的像素块BL。
例如，像素块BL(n)的传送晶体管TXA(n)将电荷从光电二极管PDA(n)传送到第一节点Pa(n)，传送晶体管TXB(n)将电荷从光电二极管PDB(n)传送到第一节点Pa(n)。在第一节点Pa(n)处在与基准电位之间形成电容(电荷电压转换电容)，通过该电容，将传送到第一节点Pa(n)的电荷转换成电压。放大晶体管AMP(n)输出与第一节点Pa(n)的电位相应的信号。重置晶体管RST(n)重置第一节点Pa(n)的电位。这些方面关于其他的像素块BL的行也相同。
此外，在本发明中，例如，也可以按光电二极管PD沿列方向依次并列而成的每3个以上的像素PX构成像素块BL。
虽然未图示，但在本实施方式中，使分别不同的颜色成分的光透射的多种彩色滤光片以规定的颜色排列(例如，拜耳阵列)配置在各个像素PX的光电二极管PD的光入射侧。像素PX通过彩色滤光片的分色而输出与各色对应的电信号。
第一晶体管SWA(n)构成了将第一节点Pa(n)和与其对应的第二节点Pb(n)之间电连接及切断的第一开关部。这样的第一开关部能够组合多个晶体管等的开关而构成，但为使构造简单，优选如本实施方式这样地由单一的第一晶体管SWA(n)构成。这些方面关于其他的第一晶体管SWA也相同。
各第二晶体管SWB构成了第二开关部，以关于各像素块BL中的沿列方向彼此相邻的各2个像素块BL、将与一个像素块BL的第一节点Pa对应的第二节点Pb和与另一个像素块BL的第一节点Pa对应的第二节点Pb之间电连接及切断的方式设置。由此，在本实施方式中，3个以上的像素块BL的第一节点Pa由多个所述第二开关部以珠串状连接。上述第二开关部还能够组合多个晶体管等的开关而构成，但为使构造简单，优选如本实施方式那样地由单一的第二晶体管SWB构成。
例如，第二晶体管SWB(n)以将与第n行的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)对应的第二节点Pb(n)和与第n-1行的像素块BL(n-1)的第一节点Pa(n-1)对应的第二节点Pb(n-1)之间电连接及切断的方式设置。这点关于其他的第二晶体管SWB也相同。
像素块BL(n)的放大晶体管AMP(n)的栅极电极、重置晶体管RST(n)的源极区域、传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域、及第一晶体管SWA(n)的源极扩散区域之间通过布线71(n)相互电连接并导通。第一节点Pa(n)与布线71(n)及与其电连接并导通的部分整体相当。这些方面关于其他的像素块BL的行也相同。
第一晶体管SWA(n)的漏极扩散区域、第二晶体管SWB(n)的漏极扩散区域及第二晶体管SWB(n+1)的源极扩散区域之间通过布线72(n)被相互电连接并导通。第二节点Pb(n)与布线72(n)及与其电连接并导通的部分整体相当。这些方面关于其他的第一晶体管SWA及其他的第二晶体管SWB也相同。
在图22及图23中，VDD是电源电位。此外，在本实施方式中，晶体管TXA、TXB、AMP、RST、SEL、SWA、SWB全部是nMOS晶体管。
传送晶体管TXA的栅极按行共同地连接于控制线26，从垂直扫描电路21向传送晶体管TXA的栅极供给控制信号φTXA。传送晶体管TXB的栅极按行共同地连接于控制线25，从垂直扫描电路21向传送晶体管TXB的栅极供给控制信号φTXB。重置晶体管RST的栅极按行共同地连接于控制线24，从垂直扫描电路21向重置晶体管RST的栅极供给控制信号φRST。选择晶体管SEL的栅极按行共同地连接于控制线23，从垂直扫描电路21向选择晶体管SEL的栅极供给控制信号φSEL。第一晶体管SWA的栅极按行共同地连接于控制线22，从垂直扫描电路21向第一晶体管SWA的栅极供给控制信号φSWA。第二晶体管SWB的栅极按行共同地连接于控制线27，从垂直扫描电路21向第二晶体管SWB的栅极供给控制信号φSWB。例如，向传送晶体管TXA(n)的栅极供给控制信号φTXA(n)，向传送晶体管TXB(n)的栅极供给控制信号φTXB(n)，向重置晶体管RST(n)的栅极供给控制信号φRST(n)，向选择晶体管SEL(n)的栅极供给控制信号φSEL(n)，向第一晶体管SWA(n)的栅极供给控制信号φSWA(n)，向第二晶体管SWB(n)的栅极供给控制信号φSWB(n)。
各晶体管TXA、TXB、RST、SEL、SWA、SWB在对应的控制信号φTXA、φTXB、φRST、φSEL、φSWa、φSWb为高电平(H)时导通，在低电平(L)时截止。
垂直扫描电路21在图1中的成像控制部5的控制下，按像素块BL的行，分别输出控制信号φTXA、φTXB、φRST、φSEL、φSWa、φSWb，控制像素块BL、第一晶体管SWA、第二晶体管SWB，实现静态图像读出动作或动态图像读出动作等。在该控制中，例如与ISO感光度的设定值相应地进行后述的各动作模式的读出动作。通过该控制，向各垂直信号线28供给与其对应的列的像素PX的信号(模拟信号)。
在本实施方式中，垂直扫描电路21构成了与来自图22中的成像控制部5的指令(控制信号)相应地切换并进行后述的各动作模式的控制部。
读出到垂直信号线28的信号按各列被列放大器30放大，再被CDS电路31实施了得到光信号(包含在像素PX中被光电转换的光信息的信号)与暗信号(包含应从光信号减去的噪声成分的差量用信号)之间的差量的处理之后，通过A/D转换器32转换成数字信号，该数字信号被保持在A/D转换器32。被各A/D转换器32保持的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，根据需要被转换成规定的信号形式，并向外部(图22中的数字信号处理部6)输出。
此外，CDS电路31在图1中的成像控制部5的控制下，从定时发生电路(未图示)接受暗信号采样信号φDARKC，φDARKC为高电平(H)的情况下，将列放大器30的输出信号作为暗信号采样，并且在图1中的成像控制部5的控制下，从所述定时发生电路接受光信号采样信号φSIGC，φSIGC为H电平的情况下，将列放大器30的输出信号作为光信号采样。然后，CDS电路31基于来自所述定时发生电路的时钟或脉冲，输出与所采样的暗信号和光信号之间的差量相应的信号。作为这样的CDS电路31的结构，能够采用公知的结构。
在图22及图23中，CC(n)是第一晶体管SWA(n)截止的情况下的第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容。设电容CC(n)的电容值为Cfd1。CD(n)是第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)截止的情况下的第二节点Pb(n)与基准电位之间的电容。设电容CD(n)的电容值为Cfd2。这些方面关于其他的第一晶体管SWA及其他的第二晶体管SWB也相同。
电容CD(n)由布线72(n)的布线电容、第一晶体管SWA(n)的漏极扩散区域的电容、第二晶体管SWB(n)的漏极扩散区域的电容、第二晶体管SWB(n+1)的源极扩散区域的电容构成。关于晶体管的源极扩散区域和漏极扩散区域的电容，因所施加的电压发生变化时，耗尽层的尺寸发生变化，从而施加于CD(n)的电压发生变化时，CD(n)的电容值cfd2发生变化。但是，第一晶体管SWA(n)的漏极扩散区域的电容、第二晶体管SWB(n)的漏极扩散区域的电容、和第二晶体管SWB(n+1)的源极扩散区域的电容比布线72(n)的布线电容小，从而施加于CD(n)的电压发生变化时的CD(n)的电容值cfd2的变化量可以忽略。因此，CD(n)的电容值cfd2的电压依赖性可以忽略。
电容CC(n)由传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域的电容、重置晶体管RST(n)的源极扩散区域的电容、第一晶体管SWA(n)的源极扩散区域的电容、放大晶体管AMP(n)的栅极电极的电容、和布线71(n)的布线电容构成，这些电容的电容值的合计成为电容CC(n)的电容值Cfd1。因此，关于晶体管的源极扩散区域的电容和栅极电极的电容，由于所施加的电压发生变化时，耗尽层的尺寸发生变化，所以对于电容CC(n)的电容值Cfd1具有电压依赖性。这点关于其他的像素块BL的行也相同。此外，第二晶体管SWB(n)的源极扩散区域的电容不成为电容CC(n)的结构要素，因此电容CC(n)的电容值Cfd1相应地变小。
这里，将第一晶体管SWA导通时的通道电容的值及第二晶体管SWB导通时的通道电容的值双方都设为Csw。通常，电容值Csw是比电容值Cfd1、Cfd2小的值。
现在，着眼于像素块BL(n)，当第一晶体管SWA(n)截止(即，各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的导通状态的晶体管不成为与第一节点Pa(n)电连接的状态)时，第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)成为电容CC(n)。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1。该状态与表示后述的第一动作模式的图24中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的第一晶体管SWA(n)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)截止)，则第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)是对电容CC(n)附加了电容CD(n)及第一晶体管SWA(n)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2。该状态与表示后述的第二动作模式的图26中的期间T2的状态相当。
而且，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)导通时没有成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWB(n+1)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWB(n)、SWA(n+1)、SWB(n+2)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容是对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)及晶体管SWA(n)、SWB(n+1)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+2×Cfd2+2×Csw≈Cfd1+2×Cfd2。该状态与表示后述的第三动作模式的图27中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n+1)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWA(n+1)、SWB(n+1)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWB(n)、SWB(n+2)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容是对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)、电容CC(n+1)及晶体管SWA(n)、SWA(n+1)、SWB(n+1)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≈2×Cfd1+2×Cfd2。该状态与表示后述的第四动作模式的图27中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)、SWB(n+2)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWB(n+1)、SWB(n+2)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWA(n+1)、SWA(n+2)、SWB(n)、SWB(n+3)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容是对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)、电容CD(n+2)及晶体管SWA(n)、SWB(n+1)、SWB(n+2)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≈Cfd1+3×Cfd2。该状态与表示后述的第五动作模式的图28中的期间T2的状态相当。
像这样，若各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中没有与第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为最小的电容值Cfd1，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现最高SN比的读出。
另一方面，若将各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中与第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管的数量增加到1个以上的所期望的数量，则能够将第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值增大到所期望的值，能够处理大的信号电荷量，从而能够扩大饱和电子数。由此，能够使动态范围扩大。
以上，关于像素块BL(n)的第一节点Pa(n)进行了说明，关于其他的像素块BL的第一节点Pa也相同。
图24是表示图22所示的固态成像元件604的第一动作模式的时序图。该第一动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中没有与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的导通状态的晶体管的状态(该第一节点Pa的电荷电压转换电容最小的状态)下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。在图24所示的例子中，读出所有像素PXA、PXB的信号，但不限于此，例如，也可以进行抽取地读出像素行的抽取读出等。这点关于后述的图25至图28分别所示的各例也相同。
图24表示在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择的状况。任意行的像素块BL被选择的情况下的动作都相同，这里，仅关于第n行的像素块BL(n)被选择的情况下的动作进行说明。
在期间T2开始前，已经在规定的曝光期间中，结束了光电二极管PDA(n)、PDB(n)的曝光。该曝光在通常的正式摄影时(静态图像摄影时)等，在同时重置所有像素的所谓的全局重置后，通过机械快门(未图示)实施，在电子取景器模式时或动态图像摄影时等，通过所谓的滚动电子快门动作实施。在期间T2将要开始之前，全部的晶体管SEL、RST、TXA、TXB、SWA、SWB截止。
在期间T2中，第n行的φSEL(n)为H电平，第n行的像素块BL(n)的选择晶体管SEL(n)导通，第n行的像素块BL(n)被选择。
另外，在期间T2中，φSWA(n)为L电平，第一晶体管SWA(n)截止。由此，在期间T2中，成为各晶体管SWA、SWB中没有与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1，为最小。
仅在从期间T2刚开始之后的一定期间，φRST(n)为H电平，第n行的重置晶体管RST(n)暂时导通，第一节点Pa(n)的电位被暂时重置为电源电位VDD。
仅在从期间T2中的之后的时刻t1开始的一定期间，暗信号采样信号φDARKC为H电平，呈现在第一节点Pa(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后，经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为暗信号。
仅在从期间T2中的之后的时刻t2开始的一定期间，φTXA(n)为H电平，第n行的传送晶体管TXA(n)导通。由此，蓄积在第n行的像素块BL(n)的光电二极管PDA(n)中的信号电荷被传送到第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容。第一节点Pa(n)的电位在去除噪声成分时，成为与该信号电荷的量和第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值的倒数成正比的值。
在期间T2中的之后的时刻t3，光信号采样信号φSIGC为H电平，呈现在第一节点Pa(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后，经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为光信号。
然后，在φSIGC成为L电平的时刻之后，CDS电路31输出与在从时刻t1开始的一定期间内采样的暗信号和在从时刻t3开始的一定时间内采样的光信号之间的差量相应的信号。A/D转换器32将与该差量相应的信号转换成数字信号并保持。被各A/D转换器32保持的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，作为数字信号图像信号向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
而且，仅在从期间T2中的时刻t4开始的一定期间内，φRST(n)为H电平，第n行的重置晶体管RST(n)暂时导通，第一节点Pa(n)的电位暂时被重置成电源电位VDD。
仅在从期间T2中的之后的时刻t5开始的一定期间内，暗信号采样信号φDARKC为H电平，呈现在第一节点Pa(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后，经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为暗信号。
仅在从期间T2中的之后的时刻t6开始的一定期间内，φTXB(n)为H电平，第n行的传送晶体管TXB(n)导通。由此，蓄积在第n行的像素块BL(n)的光电二极管PDB(n)中的信号电荷被传送到第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容。第一节点Pa(n)的电位在去除了噪声成分时，成为与该信号电荷的量和第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值的倒数成正比的值。
在期间T2中的之后的时刻t7，光信号采样信号φSIGC为H电平，呈现在第一节点Pa(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后，经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为光信号。
然后，在φSIGC成为L电平的时刻之后，CDS电路31输出与在从时刻t5开始的一定期间内采样的暗信号和在从时刻t7开始的一定时间内采样的光信号之间的差量相应的信号。A/D转换器32将与该差量相应的信号转换成数字信号并保持。被各A/D转换器32保持的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，作为数字信号图像信号向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
像这样，在所述第一动作模式下，由于各晶体管SWA、SWB中没有与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的导通状态的晶体管，所以被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值成为最小，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现最高SN比的读出。例如，在ISO感光度的设定值最高的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第一动作模式的指令。
图25是表示图22所示的固态成像元件604的第二动作模式的时序图。该第二动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个导通状态的晶体管SWA成为与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的状态下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。
图25也与图24同样地表示在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择的状况。图25所示的第二动作模式与图24所示的所述第一动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图25所示的第二动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWA(n)为H电平并且φSWB(n)、φSWB(n+1)为L电平，第一晶体管SWA(n)导通并且第二晶体管SWB(n)、φSWB(n+1)截止。由此，在期间T2中，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SW(这里，第一晶体管SWA(n))成为与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2，与图24所示的所述第一动作模式相比可以说大一阶。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，但关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第二动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，从而被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值可以说变大一阶，能够将第一节点Pa的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大一阶。由此，能够将动态范围扩大一阶。例如，在ISO感光度的设定值为比最高值小一阶的值的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第二动作模式的指令。
图26是表示图22所示的固态成像元件604的第三动作模式的时序图。该第三动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA及1个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的状态下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。
图26也与图24同样地表示如下状况：在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择。图26所示的第三动作模式与图24所示的所述第一动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图26所示的第三动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWA(n)及φSWB(n+1)为H电平并且φSWA(n+1)、φSWB(n)、φSWB(n+2)为L电平，第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)导通并且第一晶体管SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+2)截止。由此，在期间T2中，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA(这里为第一晶体管SWA(n))及1个导通状态的第二晶体管SWB(这里为第二晶体管SWB(n+1))成为与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+2×Cfd2+Csw≈Cfd1+2×Cfd2，与图24所示的所述第一动作模式相比可以说大两阶。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，但关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第三动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA及1个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，从而被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值可以说变大两阶，能够将第一节点Pa的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大两阶。由此，能够将动态范围扩大两阶。例如，ISO感光度的设定值为比最高值小两阶的值的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第三动作模式的指令。
图27是表示图22所示的固态成像元件604的第四动作模式的时序图。该第四动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的2个导通状态的第一晶体管SWA及1个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的状态下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。
图27也与图24同样地表示如下状况：在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择。图27所示的第四动作模式与图24所示的所述第一动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图27所示的第四动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWA(n)、φSWA(n+1)及φSWB(n+1)为H电平，并且φSWB(n)、φSWB(n+2)为L电平，第一晶体管SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n+1)导通，并且第二晶体管SWB(n)、SWB(n+2)截止。由此，在期间T2中，各晶体管SWA、SWB中的2个导通状态的第一晶体管SWA(这里为第一晶体管SWA(n)、SWA(n+1))及1个导通状态的第二晶体管SWB(这里为第二晶体管SWB(n+1))成为与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≈2×Cfd1+2×Cfd2，与图24所示的所述第一动作模式相比可以说大三阶。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第四动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的2个导通状态的第一晶体管SWA及1个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，因此被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值可以说变大三阶，能够将第一节点Pa的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大三阶。由此，能够将动态范围扩大三阶。例如，ISO感光度的设定值是比最高值小三阶的值的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第四动作模式的指令。
图28是表示图22所示的固态成像元件604的第五动作模式的时序图。该第五动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA及2个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的状态下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。
图28也与图24同样地表示如下状况：在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择。图28所示的第五动作模式与图24所示的所述第一动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图28所示的第五动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWA(n)及φSWB(n+1)、φSWB(n+2)为H电平，并且φSWA(n+1)、φSWA(n+2)、φSWB(n)、φSWB(n+3)为L电平，第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)、SWB(n+2)导通，并且第一晶体管SWA(n+1)、SWA(n+2)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+3)截止。由此，在期间T2中，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA(这里为第一晶体管SWA(n))及2个导通状态的第二晶体管SWB(这里为第二晶体管SWB(n+1)、SWB(n+2))成为与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≈Cfd1+3×Cfd2，与图24所示的所述第一动作模式相比可以说大三阶。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第五动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA及2个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，因此被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值可以说变大三阶，能够将第一节点Pa的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大三阶。由此，能够将动态范围扩大三阶。例如，在ISO感光度的设定值是比最高值小三阶的值的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第五动作模式的指令。
这里，对于图27所示的第四动作模式和所述图28所示的第五动作模式进行比较。如上所述，在所述第四动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的2个导通状态的第一晶体管SWA及1个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，该第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≈2×Cfd1+2×Cfd2。另一方面，在所述第五动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA及2个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，该第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≈Cfd1+3×Cfd2。
因此，若电容CC的电容值Cfd1和电容CD的电容值Cfd2相同，则在所述第四动作模式及所述第五动作模式的任意一方中，被选择的像素块BL的第一节点Pa的电容值均相同，能够将动态范围扩大相同程度。
然而，如上所述，对于电容值Cfd1具有电压依赖性，但电容值Cfd2的电压依赖性可以忽略。因此，所述第五动作模式中被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值的电压依赖性比所述第四动作模式中被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值的电压依赖性小1个电容CC的电容值Cfd1的电压依赖性的量。
因此，根据所述第五动作模式，与所述第四动作模式相比，能够减少动态范围扩大时的电容的电压依赖性的影响，进而能够提高光电转换的线性。
所述第五动作模式是以成为各第一晶体管SWA中的p个(p为1以上的整数)的导通状态的第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的q个(q为比p大的整数)的导通状态的第二晶体管SWB与被选择的1个像素块BL的第一节点Pa电连接的状态的方式，控制各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB的动作模式的一例，是p＝1且q＝2的例子。从在先的说明可以理解，在该动作模式下，p+q的值为3以上的任意的规定值时，与q≤p的动作模式(作为该动作模式的一例，p＝2且q＝1的情况是所述第四动作模式。)相比，能够减小动态范围扩大时的电容的电压依赖性的影响。只要所述p为1以上的整数即可，但若p+q的值相同，则所述p越小，越能够减小电容的电压依赖性的影响，因此是优选的。尤其，p＝1时，能够将电容的电压依赖性的影响抑制到最小限度，因此最优选。
在本实施方式中，在沿列方向依次相邻的所有的2个第二节点Pb之间设置有第二晶体管SWB，但在本发明中，不一定限于此。例如，也可以在每隔沿列方向并列的r个(r为2以上的整数)第二节点后的第二节点Pb和相对于该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间，不设置第二晶体管SWB，使它们之间始终开路。该情况下，r的数值越小，动态范围的扩大的程度越低，但越能够提高高灵敏度读出时的SN比。另外，例如，也可以每隔沿列方向并列的s个(s为4以上的整数)第二节点后的第二节点Pb和相对于该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间，不设置第二晶体管SWB，而使它们之间电气性地短路。
此外，例如也可以通过调整布线72的宽度等，使电容CD的电容值成为电容CC的电容值的±20％的范围内的值，也可以成为电容CC的电容值的±10％的范围内的值。这点关于后述的第七实施方式也相同。
此外，参照图24至图28说明的各动作例是不与其他的像素PX的光电二极管PD的信号电荷混合地读出各像素PX的光电二极管PD的信号电荷的动作的例子。但是，在本发明中，也可以与同色的其他的像素PX的光电二极管PD的信号电荷混合地读出各像素PX的光电二极管PD的信号电荷。
例如，使第一晶体管SWA(n-1)、SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)导通而使第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)相互连结，使TXA(n-1)、TXA(n)、TXA(n+1)同时导通时，以拜耳阵列等为前提的情况下的同色的3个像素PXA(n-1)、PXA(n)、PXA(n-1)的光电二极管PDA(n-1)、PDA(n)、PDA(n-1)的信号电荷在相互连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)处被平均化，能够实现同色3像素混合读出的功能。此时，使第二晶体管SWB(n-2)、SWB(n+2)截止，使与第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)电连接的导通状态的第一或第二晶体管的数量成为最小限度，由此被连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)中的电荷电压转换电容值成为最小，能够以最高SN比实施同色3像素混合读出。另一方面，若除了第一晶体管SWA(n-1)、SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)以外，各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个以上的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)电连接，则被连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)处的电荷电压转换电容值与其数量相应地变大，能够扩大同色3像素混合读出的动态范围。
[第七实施方式]
图29是表示本发明的第七实施方式的电子相机的固态成像元件704的概要结构的电路图，与图22对应。在图29中，对与图22中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。
本实施方式与所述第六实施方式的不同之处是在本实施方式中，去除了所述第六实施方式中的各像素块BL中的光电二极管PDB及传送晶体管TXB，各像素块BL成为像素PXA这点。但是，在本实施方式中，光电二极管PDA的列方向的密度为所述第六实施方式中的光电二极管PDA的列方向的密度的2倍，与所述第六实施方式中的光电二极管PDA、PDB整体的列方向的密度相同。在本实施方式中，n表示像素块BL的行的同时，还表示像素PXA的行。
换言之，在所述第六实施方式中，各像素块BL由2个像素PX(PXA、PXB)构成，而在本实施方式中，各像素块BL由1个像素PX(PXA)构成。而且，在所述第六实施方式中，属于像素块BL的2个像素PX(PXA、PXB)共用1组第一节点Pa、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL，而在本实施方式中，各像素PX(在本实施方式中，仅PXA)分别具有1组第一节点Pa、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL。
基本来说，通过将所述第六实施方式的说明的像素块BL置换成像素PXA，就适于本实施方式的说明。因此，这里，省略本实施方式的详细说明。
根据本实施方式，也能够得到与所述第六实施方式同样的优点。
[第八实施方式]
图30是表示本发明的第八实施方式的电子相机的固态成像元件804的概要结构的电路图。图31是将图30中的沿列方向依次并列的4个像素块BL的附近放大示出的电路图。图32是示意地表示图31中的3个像素块BL的附近的概要俯视图。图33是将图32中的1个像素块BL的附近放大示出的概要俯视图。在本实施方式中，固态成像元件804采用CMOS型的固态成像元件构成，但不限于此，例如，也可以采用其他的XY地址型固态成像元件构成。
固态成像元件804如图30至图32所示地具有：以N行M列的二维矩阵状配置并分别具有2个像素PX(PXA、PXB)的像素块BL；将后述的第一节点Pa和与其对应的第二节点Pb之间电连接及切断的作为第一开关部的第一晶体管SWA；将2个第二节点Pb之间电连接及切断的作为第二开关部的第二晶体管SWB；向第二节点Pb供给作为规定电位的电源电压VDD的作为第三开关部的重置晶体管RST；垂直扫描电路21；按像素块BL的行设置的控制线22～27；按像素PX的列(按像素块BL的列)设置并接受来自对应列的像素PX(像素块BL)的信号的多个(M条)垂直信号线28；设置在各垂直信号线28上的恒流源29；与各垂直信号线28对应地设置的列放大器30、CDS电路(相关双采样电路)31及A/D转换器32；水平读出电路33。
此外，作为列放大器30可以使用模拟放大器，也可以使用所谓的开关电容放大器。另外，列放大器30不一定必须设置。
为便于附图标注，在图30中以M＝2表示，但列数M实际上是更多的任意数值。另外，行数N也没有限定。按行区分像素块BL的情况下，第j行的像素块BL用附图标记BL(j)表示。这点关于其他的要素及后述的控制信号也相同。图30及图31表示跨着4行的第n-1行至第n+2行的像素块BL(n-1)～BL(n+2)。
此外，在附图中，设像素块BL中的图30及图31中下侧的像素的附图标记为PXA，设图30及图31中上侧的像素的附图标记为PXB，来区分两者，但存在在不区分两者地进行说明时对两者标注附图标记PX来说明的情况。另外，在附图中，设像素PXA的光电二极管的附图标记为PDA，设像素PXB的光电二极管的附图标记为PDB，来区分两者，但存在在不区分两者地进行说明时对两者标注附图标记PD来说明的情况。同样地，设像素PXA的传送晶体管的附图标记为TXA，设像素PXB的传送晶体管的附图标记为TXB，来区分两者，但存在在不区分两者地进行说明时对两者标注附图标记TX来说明的情况。此外，在本实施方式中，像素PX的光电二极管PD以2N行M列的二维矩阵状配置。
在本实施方式中，各像素PX具有：生成并蓄积与入射光相应的信号电荷的作为光电转换部的光电二极管PD；从光电二极管PD向第一节点Pa传送电荷的作为传送开关的传送晶体管TX。
在本实施方式中，多个像素PX按光电二极管PD沿列方向依次并列而成的每2个像素PX(PXA、PXB)构成像素块BL。如图30及图31所示，按各像素块BL的每一个，属于该像素块BL的2个像素PX(PXA、PXB)共用1组第一节点Pa、放大晶体管AMP及选择晶体管SEL。在第一节点Pa处在与基准电位之间形成电容(电荷电压转换电容)，通过该电容，将传送到第一节点Pa的电荷转换成电压。放大晶体管AMP构成了输出与第一节点Pa的电位相应的信号的放大部。选择晶体管SEL构成了用于选择该像素块BL的选择部。光电二极管PD及传送晶体管TX不被2个像素PX(PXA、PXB)共用，而按每个像素PX设置。在图30及图31中，n表示像素块BL的行。例如，由第1行的像素PX(PXA)和第2行的像素PX(PXB)构成第1行的像素块BL，由第3行的像素PX(PXA)和第4行的像素PX(PXB)构成第2行的像素块BL。
例如，像素块BL(n)的传送晶体管TXA(n)将电荷从光电二极管PDA(n)传送到第一节点Pa(n)，传送晶体管TXB(n)将电荷从光电二极管PDB(n)传送到第一节点Pa(n)。在第一节点Pa(n)处在与基准电位之间形成电容(电荷电压转换电容)，通过该电容，将传送到第一节点Pa(n)的电荷转换成电压。放大晶体管AMP(n)输出与第一节点Pa(n)的电位相应的信号。这些方面关于其他的像素块BL的行也相同。
此外，在本发明中，例如，也可以按光电二极管PD沿列方向依次并列而成的每3个以上的像素PX构成像素块BL。
虽然未图示，但在本实施方式中，使分别不同的颜色成分的光透射的多种彩色滤光片以规定的颜色排列(例如，拜耳阵列)配置在各个像素PX的光电二极管PD的光入射侧。像素PX通过彩色滤光片的分色而输出与各色对应的电信号。
第一晶体管SWA(n)构成了将第一节点Pa(n)和与其对应的第二节点Pb(n)之间电连接及切断的第一开关部。这样的第一开关部还能够组合多个晶体管等的开关而构成，但为使构造简单，优选如本实施方式这样地由单一的第一晶体管SWA(n)构成。这些方面关于其他的第一晶体管SWA也相同。
各第二晶体管SWB构成了第二开关部，关于各像素块BL中的沿列方向彼此相邻的各2个像素块BL，以将与一个像素块BL的第一节点Pa对应的第二节点Pb和与另一个像素块BL的第一节点Pa对应的第二节点Pb之间电连接及切断的方式设置。由此，在本实施方式中，3个以上的像素块BL的第一节点Pa通过多个所述第二开关部以珠串状连接。上述第二开关部还能够组合多个晶体管等的开关而构成，但为使构造简单，优选如本实施方式这样地由单一的第二晶体管SWB构成。
例如，第二晶体管SWB(n)以将与第n行的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)对应的第二节点Pb(n)和与第n-1行的像素块BL(n-1)的第一节点Pa(n-1)对应的第二节点Pb(n-1)之间电连接及切断的方式设置。这点关于其他的第二晶体管SWB也相同。
重置晶体管RST(n)构成了向第二节点Pb(n)供给作为规定电位的电源电压VDD的第三开关部。这样的第三开关部还能够组合多个晶体管等的开关而构成，但为使构造简单，优选如本实施方式这样地由单一的重置晶体管RST(n)构成。这些方面关于其他的重置晶体管RST也相同。
在图30及图31中，VDD是电源电位。此外，在本实施方式中，晶体管TXA、TXB、AMP、RST、SEL、SWA、SWB全部是nMOS晶体管。
传送晶体管TXA的栅极按行共同地连接于控制线26，从垂直扫描电路21向传送晶体管TXA的栅极供给控制信号φTXA。传送晶体管TXB的栅极按行共同地连接于控制线25，从垂直扫描电路21向传送晶体管TXB的栅极供给控制信号φTXB。重置晶体管RST的栅极按行共同地连接于控制线24，从垂直扫描电路21向重置晶体管RST的栅极供给控制信号φRST。选择晶体管SEL的栅极按行共同地连接于控制线23，从垂直扫描电路21向选择晶体管SEL的栅极供给控制信号φSEL。第一晶体管SWA的栅极按行共同地连接于控制线22，从垂直扫描电路21向第一晶体管SWA的栅极供给控制信号φSWA。第二晶体管SWB的栅极按行共同地连接于控制线27，从垂直扫描电路21向第二晶体管SWB的栅极供给控制信号φSWB。例如，向传送晶体管TXA(n)的栅极供给控制信号φTXA(n)，向传送晶体管TXB(n)的栅极供给控制信号φTXB(n)，向重置晶体管RST(n)的栅极供给控制信号φRST(n)，向选择晶体管SEL(n)的栅极供给控制信号φSEL(n)，向第一晶体管SWA(n)的栅极供给控制信号φSWA(n)，向第二晶体管SWB(n)的栅极供给控制信号φSWB(n)。
各晶体管TXA、TXB、RST、SEL、SWA、SWB在对应的控制信号φTXA、φTXB、φRST、φSEL、φSWA、φSWB为高电平(H)时导通，为低电平(L)时截止。
垂直扫描电路21在图1中的成像控制部5的控制下，按像素块BL的行，分别输出控制信号φTXA、φTXB、φRST、φSEL、φSWA、φSWB，控制像素块BL、第一晶体管SWA、第二晶体管SWB，实现静态图像读出动作或动态图像读出动作等。在该控制中，例如与ISO感光度的设定值相应地实施后述的各动作模式的读出动作。通过该控制，向各垂直信号线28供给与其对应的列的像素PX的信号(模拟信号)。
在本实施方式中，垂直扫描电路21构成了与来自图1中的成像控制部5的指令(控制信号)相应地切换并进行后述的各动作模式的控制部。
被读出到垂直信号线28的信号按各列被列放大器30放大，再通过CDS电路31实施得到光信号(包含像素PX中被光电转换的光信息的信号)与暗信号(包含应从光信号减去的噪声成分的差量用信号)之间的差量的处理，之后，通过A/D转换器32转换成数字信号，该数字信号被A/D转换器32保持。被各A/D转换器32保持的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，根据需要转换成规定的信号形式，并向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
此外，CDS电路31在图1中的成像控制部5的控制下，从定时发生电路(未图示)接受暗信号采样信号φDARKC，在φDARKC为高电平(H)的情况下，将列放大器30的输出信号作为暗信号采样，并且在图1中的成像控制部5的控制下，从所述定时发生电路接受光信号采样信号φSIGC，在φSIGC为H电平的情况下，将列放大器30的输出信号作为光信号采样。而且，CDS电路31基于来自所述定时发生电路的时钟或脉冲，输出与所采样的暗信号与光信号之间的差量相应的信号。作为这样的CDS电路31的结构，能够采用公知的结构。
这里，参照图32及图33，关于像素块BL的构造进行说明。实际上，在光电二极管PD的上部配置有彩色滤光片和微镜头等，但在图32及图33中省略。此外，在图32及图33中，省略了电源线、接地线及控制线22～27等的布局。
在本实施方式中，在N型硅衬底(未图示)上设置有P型阱(未图示)，在所述P型阱中配置有光电二极管PD等的像素块BL中的各元件。在图33中，附图标记41～50是成为上述各晶体管的一部分的N型杂质扩散区域。附图标记61～67是由多晶硅构成的各晶体管的栅极电极。此外，扩散区域42、50是通过未图示的电源线而被施加电源电压VDD的区域。
光电二极管PDA(n)、PDB(n)是由设置在所述P型阱中的N型的电荷蓄积层(未图示)和配置在其表面侧的P型的防耗尽层(未图示)构成的嵌入型光电二极管。光电二极管PDA(n)、PDB(n)对入射的光进行光电转换，将所产生的电荷蓄积在其电荷蓄积层。
传送晶体管TXA(n)是将光电二极管PDA(n)的电荷蓄积层作为源极、将扩散区域41作为漏极、将栅极电极61作为栅极的nMOS晶体管。传送晶体管TXB(n)是将光电二极管PDB(n)的电荷蓄积层作为源极、将扩散区域41作为漏极、将栅极电极62作为栅极的nMOS晶体管。扩散区域41被设置在光电二极管PDA(n)与光电二极管PDB(n)之间。扩散区域41兼用作成为传送晶体管TXA(n)的漏极的扩散区域及成为传送晶体管TXB(n)的漏极的扩散区域。传送晶体管TXA(n)的栅极电极61被配置在扩散区域41的光电二极管PDA(n)这一侧。传送晶体管TXB(n)的栅极电极62被配置在扩散区域41的光电二极管PDB(n)这一侧。
放大晶体管AMP(n)是将扩散区域42作为漏极、将扩散区域43作为源极、将栅极电极63作为栅极的nMOS晶体管。选择晶体管SEL(n)是将扩散区域43作为漏极、将扩散区域44作为源极、将栅极电极64作为栅极的nMOS晶体管。扩散区域44被连接在垂直信号线28。
第一晶体管SWA(n)是将扩散区域45作为源极、将扩散区域46作为漏极、将栅极电极65作为栅极的nMOS晶体管。第二晶体管SWB(n)是将扩散区域47作为漏极、将扩散区域48作为源极、将栅极电极66作为栅极的nMOS晶体管。重置晶体管RST(n)是将扩散区域49作为源极、将扩散区域50作为漏极、将栅极电极67作为栅极的nMOS晶体管。
像素块BL(n)的栅极电极63与扩散区域41、45之间通过布线71(n)相互电连接并导通。在本实施方式中，第一节点Pa(n)与布线71(n)及与其电连接并导通的部分整体相当。
第一晶体管SWA(n)的漏极扩散区域46、第二晶体管SWB(n)的漏极扩散区域47、重置晶体管RST(n)的源极扩散区域49及第二晶体管SWB(n+1)的源极扩散区域48之间通过布线72(n)相互电连接并导通。第二节点Pb(n)与布线72(n)及与其电连接并导通的部分整体相当。这些方面关于其他的第一晶体管SWA、其他的第二晶体管SWB及其他的重置晶体管RST也相同。
第n行以外的像素块BL的构造也与上述第n行的像素块BL(n)的构造相同。第一晶体管SWA(n)以外的第一晶体管SWA的构造也与上述第一晶体管SWA(n)的构造相同。第二晶体管SWB(n)以外的连结晶体管SWB的构造也与上述连结晶体管SWB(n)的构造相同。重置晶体管RST(n)以外的重置晶体管RST的构造也与上述重置晶体管RST(n)的构造相同。
在图30至图33中，CC(n)是在第一晶体管SWA(n)截止的情况下的第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容。设电容CC(n)的电容值为Cfd1。CD(n)是在第一晶体管SWA(n)、第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)及重置晶体管RST(n)截止的情况下的布线72(n)与基准电位之间的电容。设电容CD(n)的电容值为Cfd2。这些方面关于其他的第一晶体管SWA、其他的第二晶体管SWB及其他的重置晶体管RST也相同。
电容CC(n)由传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域41的电容、第一晶体管SWA(n)的源极扩散区域的电容、放大晶体管AMP(n)的栅极电极63的电容、和布线71(n)的布线电容构成，这些电容的电容值的合计成为电容CC(n)的电容值Cfd1。这点关于其他的像素块BL的行也相同。此外，第二晶体管SWB(n)的漏极扩散区域47及重置晶体管RST(n)的源极扩散区域49不成为电容CC(n)的结构要素，从而电容CC(n)的电容值Cfd1相应地变小。
这里，将第一晶体管SWA导通时的通道电容的值及第二晶体管SWB导通时的通道电容的值双方都设为Csw。通常，电容值Csw是比电容值Cfd1、Cfd2小的值。
现在，着眼于像素块BL(n)，当第一晶体管SWA(n)截止(即，各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的导通状态的晶体管不成为与第一节点Pa(n)电连接的状态)时，第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)成为电容CC(n)。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1。该状态与表示后述的第一动作模式的图34中的期间T2中的第一节点Pa(n)重置时以外的状态(在图34中的期间T2中，φSWA(n)为L电平的期间的状态)相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的第一晶体管SWA(n)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)截止)，则第一节点Pa(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)成为对电容CC(n)附加了电容CD(n)及第一晶体管SWA(n)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2。该状态与表示后述的第二动作模式的图35中的期间T2的状态相当。
而且，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWB(n+1)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWB(n)、SWA(n+1)、SWB(n+2)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容成为对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)及晶体管SWA(n)、SWB(n+1)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+2×Cfd2+2×Csw≈Cfd1+2×Cfd2。该状态与表示后述的第3A动作模式的图36中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n+1)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWA(n+1)、SWB(n+1)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWB(n)、SWB(n+2)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容成为对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)、电容CC(n+1)及晶体管SWA(n)、SWA(n+1)、SWB(n+1)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≈2×Cfd1+2×Cfd2。该状态与表示后述的第3B动作模式的图37中的期间T2的状态相当。
另外，着眼于像素块BL(n)，若当第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)、SWB(n+2)导通时未成为各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的晶体管SWA(n)、SWB(n+1)、SWB(n+2)以外的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n)电连接的状态(这里，具体来说，若晶体管SWA(n+1)、SWA(n+2)、SWB(n)、SWB(n+3)截止)，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容成为对电容CC(n)附加了电容CD(n)、电容CD(n+1)、电容CD(n+2)及晶体管SWA(n)、SWB(n+1)、SWB(n+2)导通时的通道电容后的电容。因此，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≈Cfd1+3×Cfd2。该状态与表示后述的第3C动作模式的图38中的期间T2的状态相当。
像这样，若各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中没有与第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管，则第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为最小的电容值Cfd1，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现最高SN比的读出。
另一方面，若使各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中与第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管的数量增加到1个以上的所期望的数量，则能够将第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值增大到所期望的值，能够处理大的信号电荷量，从而能够扩大饱和电子数。由此，能够使动态范围扩大。
以上，关于像素块BL(n)的第一节点Pa(n)进行了说明，但关于其他的像素块BL的第一节点Pa也相同。
图34是表示图30所示的固态成像元件804的第一动作模式的时序图。该第一动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中没有与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的导通状态的晶体管的状态(该第一节点Pa的电荷电压转换电容为最小的状态)下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。在图34所示的例子中，读出所有像素PXA、PXB的信号，但不限于此，例如，也可以实施抽取地读出像素行的抽取读出等。这点关于后述的图35至图38分别所示的各例也相同。
图34表示在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择的状况。任意行的像素块BL被选择的情况下的动作都相同，因此，这里仅关于第n行的像素块BL(n)被选择的情况下的动作进行说明。
在期间T2开始前，已经在规定的曝光期间中，结束了光电二极管PDA(n)、PDB(n)的曝光。该曝光是在通常的正式摄影时(静态图像摄影时)等，在同时重置所有像素的所谓的全局重置后，通过机械快门(未图示)实施的，在电子取景器模式时或动态图像摄影时等，通过所谓的滚动电子快门动作实施。在期间T2将要开始之前，全部晶体管SEL、RST、TXA、TXB、SWA、SWB截止。
在期间T2中，第n行的φSEL(n)为H电平，第n行的像素块BL(n)的选择晶体管SEL(n)导通，第n行的像素块BL(n)被选择。另外，在期间T2中，第n行的φRST(n)为H电平，重置晶体管RST(n)导通。不过，重置晶体管RST(n)不一定必须在整个期间T2的范围内导通，φRST(n)也可以仅在第一节点Pa(n)的重置时(即，图34中的φSWA(n)的H电平期间)为H电平。
仅在从期间T2刚开始之后的一定期间(第一节点Pa(n)的重置时)，φSWA(n)为H电平，第n行的第一晶体管SWA(n)暂时导通。此时，由于φRST(n)为H电平，重置晶体管RST(n)导通，所以经由导通状态的重置晶体管RST(n)及导通状态的第一晶体管SWA(n)，第一节点Pa(n)的电位暂时被重置成电源电位VDD。
然后，第一晶体管SWA(n)截止时，成为各晶体管SWA、SWB中没有与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1，成为最小。
仅在从期间T2中的之后的时刻t1开始的一定期间中，暗信号采样信号φDARKC为H电平，呈现在第一节点Pa(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后，经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为暗信号。
仅在从期间T2中的之后的时刻t2开始的一定期间中，φTXA(n)为H电平，第n行的传送晶体管TXA(n)导通。由此，蓄积在第n行的像素块BL(n)的光电二极管PDA(n)中的信号电荷被传送到第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容。第一节点Pa(n)的电位在去除了噪声成分时，成为与该信号电荷的量和第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值的倒数成正比的值。
在期间T2中的之后的时刻t3，光信号采样信号φSIGC为H电平，呈现在第一节点Pa(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后，经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为光信号。
然后，在φSIGC成为L电平的时刻之后，CDS电路31输出与在从时刻t1开始的一定期间内所采样的暗信号和在从时刻t3开始的一定时间内所采样的光信号之间的差量相应的信号。A/D转换器32将与该差量相应的信号转换成数字信号并保持。被各A/D转换器32保持的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，并作为数字信号图像信号向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
而且，仅在从期间T2中的时刻t4开始的一定期间(第一节点Pa(n)的重置时)，φSWA(n)为H电平，第n行的第一晶体管SWA(n)暂时导通。此时，由于φSEL(n)为H电平，重置晶体管RST(n)导通，所以经由导通状态的重置晶体管RST(n)及导通状态的第一晶体管SWA(n)，第一节点Pa(n)的电位暂时被重置为电源电位VDD。
然后，第一晶体管SWA(n)截止时，成为各晶体管SWA、SWB中没有与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的导通状态的晶体管的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1，成为最小。
仅在从期间T2中的之后的时刻t5开始的一定期间中，暗信号采样信号φDARKC为H电平，呈现在第一节点Pa(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后，经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为暗信号。
仅在从期间T2中的之后的时刻t6开始的一定期间中，φTXB(n)为H电平，第n行的传送晶体管TXB(n)导通。由此，蓄积在第n行的像素块BL(n)的光电二极管PDB(n)中的信号电荷被传送到第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容。第一节点Pa(n)的电位在去除了噪声成分时，成为与该信号电荷的量和第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值的倒数成正比的值。
在期间T2中的之后的时刻t7，光信号采样信号φSIGC为H电平，呈现在第一节点Pa(n)的电位被第n行的放大晶体管AMP(n)放大之后，经由选择晶体管SEL(n)及垂直信号线28，再被列放大器30放大得到的信号被CDS电路31采样以作为光信号。
然后，在φSIGC成为L电平的时刻之后，CDS电路31输出与在从时刻t5开始的一定期间内所采样的暗信号和在从时刻t7开始的一定时间内所采样的光信号之间的差量相应的信号。A/D转换器32将与该差量相应的信号转换成数字信号并保持。被各A/D转换器32保持的数字的图像信号通过水平读出电路33而被水平扫描，并作为数字信号图像信号向外部(图1中的数字信号处理部6)输出。
像这样，在所述第一动作模式下，由于各晶体管SWA、SWB中没有与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的导通状态的晶体管，所以被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值变得最小，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现最高SN比的读出。例如，在ISO感光度的设定值为最高的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第一动作模式的指令。
图35是表示图30所示的固态成像元件804的第二动作模式的时序图。该第二动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个导通状态的晶体管SWA与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的状态下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。
图35也与图34同样地表示在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择的状况。图35所示的第二动作模式与图34所示的所述第一动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图35所示的第二动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWA(n)为H电平并且φSWB(n)、φSWB(n+1)为L电平，第一晶体管SWA(n)导通并且第二晶体管SWB(n)、φSWB(n+1)截止。由此，在期间T2中，成为各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SW(这里为第一晶体管SWA(n))与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2，与图34所示的所述第一动作模式相比可以说大一阶。
而且，在图35所示的第二动作模式下，φSWA(n)为H电平，第一晶体管SWA(n)导通，而仅在第一节点Pa(n)的重置时(从期间T2刚开始之后的一定期间及从期间T2中的时刻t4开始之后的一定期间)，φRST(n)为H电平，重置晶体管RST(n)导通。由此，第一节点Pa(n)的电位的重置被适当地实施。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，但关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第二动作模式下，由于各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，所以被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值可以说变大一阶，能够将第一节点Pa的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大一阶。由此，能够将动态范围扩大一阶。例如，在ISO感光度的设定值是比最高值小一阶的值的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第二动作模式的指令。
图36是表示图30所示的固态成像元件804的第3A动作模式的时序图。第3A动作模式是第三动作模式中的1个动作模式。该第三动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，将被选择的像素块BL的第一节点Pa和与其对应的第二节点Pb之间电连接及切断的第一晶体管SWA导通，与和被选择的像素块BL的第一节点Pa对应的第二节点Pb电连接的第二晶体管SWB导通，并且向与被选择的像素块BL的第一节点Pa对应的第二节点Pb供给电源电位VDD的重置晶体管RST仅在被选择的像素块BL的第一节点Pa重置时导通的状态下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。所述第3A动作模式是在所述第三动作模式中，将导通状态的1个第一晶体管SWA及导通状态的1个第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的动作的例子。
图36也与图34同样地表示在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择的状况。图36所示的第3A动作模式与图36所示的所述第一动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图36所示的第3A动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWA(n)及φSWB(n+1)为H电平并且φSWA(n+1)、φSWB(n)、φSWB(n+2)为L电平，第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)导通并且第一晶体管SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+2)截止。由此，在期间T2中，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA(这里为第一晶体管SWA(n))及1个导通状态的第二晶体管SWB(这里为第二晶体管SWB(n+1))成为与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+Cfd2+Csw≈Cfd1+Cfd2，与图34所示的所述第一动作模式相比可以说大两阶。
而且，在图36所示的第3A动作模式下，φSWA(n)为H电平，第一晶体管SWA(n)导通，而仅在第一节点Pa(n)的重置时(从期间T2刚开始之后的一定期间及从期间T2中的时刻t4开始的一定期间)，φRST(n)为H电平，重置晶体管RST(n)导通。由此，第一节点Pa(n)的电位的重置被适当地实施。这点关于后述的图37所示的第3B动作模式及图38所示的第3C动作模式也相同。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，但关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第三动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA及1个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，从而被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值可以说变大两阶，能够将第一节点Pa的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大两阶。由此，能够将动态范围扩大两阶。例如，ISO感光度的设定值是比最高值小两阶的值的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第3A动作模式的指令。
图37是表示图30所示的固态成像元件804的第3B动作模式的时序图。该第3B动作模式是在所述第三动作模式下，将导通状态的2个第一晶体管SWA及导通状态的1个第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的动作的例子。
图37也与图32同样地表示在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择的状况。图37所示的第3B动作模式与图32所示的所述第一动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图37所示的第3B动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWA(n)、φSWA(n+1)及φSWB(n+1)为H电平并且φSWB(n)、φSWB(n+2)为L电平，第一晶体管SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n+1)导通并且第二晶体管SWB(n)、SWB(n+2)截止。由此，在期间T2中，各晶体管SWA、SWB中的2个导通状态的第一晶体管SWA(这里，第一晶体管SWA(n)、SWA(n+1))及1个导通状态的第二晶体管SWB(这里，第二晶体管SWB(n+1))成为与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为2×Cfd1+2×Cfd2+3×Csw≈2×Cfd1+2×Cfd2，与图34所示的所述第一动作模式相比可以说大三阶。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，但关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第3B动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的2个导通状态的第一晶体管SWA及1个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，从而被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值可以说变大三阶，能够将第一节点Pa的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大三阶。由此，能够将动态范围扩大三阶。例如，ISO感光度的设定值是比最高值小三阶的值的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第3B动作模式的指令。
图38是表示图30所示的固态成像元件804的第3C动作模式的时序图。该第3C动作模式是如下动作的例子：按行依次选择各像素块BL，在各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA及2个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接的状态下，使被选择的像素块BL的传送晶体管TXA、TXB依次有选择地导通，按行依次读出被选择的像素块BL的各光电二极管PDA、PDB的信号。
图38也与图34同样地表示在期间T1中，第n-1行的像素块BL(n-1)被选择，在期间T2中，第n行的像素块BL(n)被选择，在期间T3中，第n+1行的像素块BL(n+1)被选择的状况。图38所示的第3C动作模式与图32所示的所述第一动作模式的不同之处是以下说明的方面。
在图38所示的第3C动作模式下，在第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2中，φSWA(n)及φSWB(n+1)、φSWB(n+2)为H电平并且φSWA(n+1)、φSWA(n+2)、φSWB(n)、φSWB(n+3)为L电平，第一晶体管SWA(n)及第二晶体管SWB(n+1)、SWB(n+2)导通并且第一晶体管SWA(n+1)、SWA(n+2)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+3)截止。由此，在期间T2中，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA(这里为第一晶体管SWA(n))及2个导通状态的第二晶体管SWB(这里为第二晶体管SWB(n+1)、SWB(n+2))成为与被选择的像素块BL(n)的第一节点Pa(n)电连接的状态。因此，如上所述，第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的电容值成为Cfd1+3×Cfd2+3×Csw≈Cfd1+3×Cfd2，与图32所示的所述第一动作模式相比可以说大三阶。
这里，关于第n行的像素块BL(n)被选择的期间T2进行了说明，但关于其他的像素块BL被选择的期间也相同。
像这样，在所述第3C动作模式下，各晶体管SWA、SWB中的1个导通状态的第一晶体管SWA及2个导通状态的第二晶体管SWB与被选择的像素块BL的第一节点Pa电连接，从而被选择的像素块BL的第一节点Pa的电荷电压转换电容的电容值可以说变大三阶，能够将第一节点Pa的电荷电压转换电容中的饱和电子数扩大三阶。由此，能够将动态范围扩大三阶。例如，在ISO感光度的设定值是比最高值小三阶的值的情况下，通过成像控制部5发出实施所述第二动作模式的指令。
这里，关于与本实施方式中的固态成像元件804相比较的比较例的固态成像元件进行说明。图39是表示该比较例的固态成像元件的3个像素块BL的附近的电路图，与图31对应。图40是示意地表示图39所示的3个像素块BL的附近的概要俯视图，与图32及图33对应。在图39及图40中，对与图31、图32及图33中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。此外，在图40中，对扩散区域和栅极电极没有标注附图标记，但它们的附图标记与图33相同，从而根据需要参考图33说明。
该比较例与本实施方式的不同之处是以下说明的方面。在该比较例中，去除了第一及第二晶体管SWA、SWB以及布线71、72，代替地设置了第一连结晶体管SWa、第二连结晶体管SWb及布线97、98。另外，在该比较例中，存在与第一节点Pa相当的节点P，但不存在与第二节点Pb相当的节点。而且，在本实施方式中，重置晶体管RST的源极不与第一节点Pa连接而与第二节点Pb连接，但在该比较例中，重置晶体管RST的源极与节点P连接。
在该比较例中，关于各像素块BL中的沿列方向彼此相邻的各2个像素块BL，在一个像素块BL的节点P与另一个像素块BL的节点P之间串联地设置有第一连结晶体管SWa及第二连结晶体管SWb。例如，在第n行的像素块BL(n)的节点P(n)与第n+1行的像素块BL的节点P(n+1)之间串联地设置有第一连结晶体管SWa(n)及第二连结晶体管SWb(n)。
在该比较例中，像素块BL(n)的放大晶体管AMP(n)的栅极电极、传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域、第一连结晶体管SWa(n)的源极扩散区域、第二连结晶体管SWb(n-1)的漏极扩散区域及重置晶体管RST(n)的源极扩散区域之间通过布线97(n)相互电连接并导通。节点P(n)与布线97(n)及与其电连接并导通的部分整体相当。这点关于其他的像素块BL也相同。
另外，在该比较例中，在各2个节点P之间串联地设置的各2个连结晶体管SWa、SWb之间通过布线98被连接。例如，第一连结晶体管SWa(n)的漏极扩散区域与第二连结晶体管SWb(n)的源极扩散区域之间通过布线98(n)被电连接。
在图39及图40中，CA(n)是连结晶体管SWa(n)、SWb(n-1)截止的情况下的节点P(n)与基准电位之间的电容。设电容CA(n)的电容值为Cfd1’。CB(n)表示连结晶体管SWa(n)、SWb(n)截止的情况下的布线72(n)与基准电位之间的电容。这些方面关于其他的像素块BL的行也相同。
电容CA(n)由传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域的电容、重置晶体管RST(n)的源极扩散区域的电容、第一连结晶体管SWa(n)的源极扩散区域的电容、第二连结晶体管SWb(n-1)的漏极扩散区域的电容、放大晶体管AMP(n)的栅极电极的电容、和布线97(n)的布线电容构成，这些电容的电容值的合计成为电容CA(n)的电容值Cfd1’。这点关于其他的像素块BL的行也相同。
而本实施方式中的电容CC(n)如上所述地由传送晶体管TXA(n)、TXB(n)的漏极扩散区域41的电容、第一晶体管SWA(n)的源极扩散区域的电容、放大晶体管AMP(n)的栅极电极的电容、和布线71(n)的布线电容构成，这些电容的电容值的合计成为电容CC(n)的电容值Cfd1。
因此，本实施方式中的电容CC(n)的电容值Cfd1与该比较例中的电容CA(n)的电容值Cfd1’相比小第二连结晶体管SWb(n-1)的漏极扩散区域的电容及重置晶体管RST(n)的源极扩散区域的电容的量(即，2个晶体管扩散电容的量)。
在该比较例中，着眼于像素块BL(n)，连结晶体管SWa(n)、SWb(n-1)双方都截止时，节点P(n)与基准电位之间的电容(电荷电压转换电容)成为电容CA(n)，节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值成为最小的Cfd1’，由该电荷电压转换电容产生的电荷电压转换系数变大，从而能够实现最高SN比的读出。另外，在该比较例中，若将各连结晶体管SWa、SWb中与节点P(n)电连接的导通状态的连结晶体管的数量增加到1个以上的所期望的数量，则能够将节点P(n)的电荷电压转换电容的电容值增大到所期望的值，能够处理大的信号电荷量，从而能够扩大饱和电子数。由此，能够使动态范围扩大。
如上所述，本实施方式中的第一节点Pa(n)的电荷电压转换电容的最小的电容值Cfd1与该比较例中的节点P(n)的电荷电压转换电容的最小的电容值Cfd1’相比，小2个晶体管扩散电容的量。因此，根据本实施方式，与该比较例相比，电荷电压转换系数进一步变大，能够实现更高的SN比的读出。
在本实施方式中，在沿列方向依次相邻的所有的2个第二节点Pb之间设置有第二晶体管SWB，但在本发明中，不必限于此。例如，也可以在每隔沿列方向并列的r个(r为2以上的整数)第二节点后的第二节点Pb和与该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间，不设置第二晶体管SWB而使它们之间始终开路。该情况下，r的数值越小，所述第二动作模式下的所述规定数值的最大数值越小，动态范围的扩大程度越低，但与所述比较例相比，能够提高高灵敏度读出时的SN比。另外，例如，也可以在每隔沿列方向并列的s个(s为1以上的整数)第二节点后的第二节点Pb和与该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间，不设置第二晶体管SWB而使它们之间电气性地短路。而且，例如，也可以仅在每隔沿列方向并列的u个(u为1以上的整数)第二节点后的第二节点Pb和与该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间设置第二晶体管SWB，而使沿列方向并列的每隔u个以外的第二节点Pb和与该第二节点Pb在图中下侧相邻的第二节点Pb之间电气性地短路。
此外，在本实施方式中，通过在布线72中设置调整电容等，可以使电容CD的电容值成为相对于电容CC的电容值为±20％的范围内的值，也可以成为相对于电容CC的电容值为±10％的范围内的值。这些方面关于后述的第九实施方式也相同。
此外，图34至图38所示的各动作例是不与其他的像素PX的光电二极管PD的信号电荷混合地读出各像素PX的光电二极管PD的信号电荷的动作的例子。但是，在本发明中，也可以与同色的其他的像素PX的光电二极管PD的信号电荷混合地读出各像素PX的光电二极管PD的信号电荷。
例如，使第一晶体管SWA(n-1)、SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)导通而使第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)相互连结，使TXA(n-1)、TXA(n)、TXA(n+1)同时导通时，以拜耳阵列等为前提的情况下的同色的3个像素PXA(n-1)、PXA(n)、PXA(n-1)的光电二极管PDA(n-1)、PDA(n)、PDA(n-1)的信号电荷在相互连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)处被平均化，能够实现同色3像素混合读出的功能。此时，使第二晶体管SWB(n-2)、SWB(n+2)截止，使与第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)电连接的导通状态的第一或第二晶体管的数量成为最小限度，由此，被连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)中的电荷电压转换电容值成为最小，能够以最高SN比实施同色3像素混合读出。另一方面，若除了第一晶体管SWA(n-1)、SWA(n)、SWA(n+1)及第二晶体管SWB(n)、SWB(n+1)以外，各第一晶体管SWA及各第二晶体管SWB中的1个以上的导通状态的晶体管与第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)电连接，则被连结的第一节点Pa(n-1)、Pa(n)、Pa(n+1)中的电荷电压转换电容值与其数量相应地变大，能够扩大同色3像素混合读出的动态范围。
[第九实施方式]
图41是表示本发明的第九实施方式的电子相机的固态成像元件904的概要结构的电路图，与图30对应。在图41中，对与图30中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。
本实施方式与所述第八实施方式的不同之处是在本实施方式中，去除了所述第八实施方式中的各像素块BL中的光电二极管PDB及传送晶体管TXB，各像素块BL成为像素PXA这点。但是，在本实施方式中，光电二极管PDA的列方向的密度是所述第八实施方式中的光电二极管PDA的列方向的密度的2倍，与所述第八实施方式中的光电二极管PDA、PDB整体的列方向的密度相同。在本实施方式中，n表示像素块BL的行的同时，还表示像素PXA的行。
换言之，在所述第八实施方式中，各像素块BL由2个像素PX(PXA、PXB)构成，而在本实施方式中，各像素块BL由1个像素PX(PXA)构成。而且，在所述第八实施方式中，属于像素块BL的2个像素PX(PXA、PXB)共用1组第一节点Pa、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL，而在本实施方式中，各像素PX(在本实施方式中，仅PXA)分别具有1组第一节点Pa、放大晶体管AMP、重置晶体管RST及选择晶体管SEL。
基本来说，通过将所述第八实施方式的说明的像素块BL置换成像素PXA，就适于本实施方式的说明。因此，这里，省略本实施方式的详细说明。
根据本实施方式，也能够得到与所述第八实施方式同样的优点。
[第十实施方式]
图42是表示本发明的第十实施方式的电子相机的固态成像元件的3个像素块BL的附近的电路图，与图3对应。图43是示意地表示图42所示的3个像素块BL的附近的概要俯视图，与图4及图5对应。在图42及图43中，对与图3、图4及图5中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。
此外，在图43中，标记了图4及图5中省略图示的控制线24(n)，但控制线24(n)并不是本实施方式新追加的部件。也就是说，在其他的实施方式中，也存在控制线24(n)，但省略了图示。
控制线24(n)在所述第一实施方式中，如参照图3说明的那样，是传送控制信号φRST(n)的控制线。重置晶体管RST(n)的栅极按行共同地连接于控制线24(n)，从垂直扫描电路21向重置晶体管RST(n)的栅极供给控制信号φRST(n)。如图43所示，控制线24(n)相对于节点P(n)大致平行地配置，在控制线24(n)与节点P(n)之间形成耦合电容CRSTA(n)。在以下的说明中，设耦合电容CRSTA(n)的电容值为Cra。
本实施方式与所述第一实施方式的不同之处是以下说明的方面。在本实施方式中，在各像素块BL(n)中，与布线72(n)大致平行地配置有虚设布线DP(n)。虚设布线DP(n)是使控制线24(n)的一部分延伸而成的布线图案。也就是说，虚设布线DP(n)的一端与控制线24(n)连接，但在像素块BL之间延伸的另一端与哪都不连接，在电路的控制中，可以说是没有特别意义的虚设的布线图案。通过与布线72(n)大致平行地配置有虚设布线DP(n)，在布线72(n)与虚设布线DP(n)之间，如图42及图43所示地形成耦合电容CRSTB(n)。在以下的说明中，设耦合电容CRSTB(n)的电容值为Crb。在所述第一实施方式中，控制线24(n)和布线72(n)几乎不耦合，Crb极小。在本实施方式中，由于设置了虚设布线DP(n)，所以Crb取比所述第一实施方式大的值。
此外，虚设布线DP(n)的形状也可以与上述不同。例如，也可以仅有与布线72(n)平行的部分，省略在像素块BL之间延伸的部分。另外，为了增大耦合电容CRSTB(n)，优选尽可能地加粗虚设布线DP(n)的图案。而且，也可以利用与设置虚设布线DP(n)的结构不同的方法，增大控制线24(n)与布线72(n)的耦合电容。
图44是例示了重置节点P(n)的电位的情况的时序图。在时刻t0，控制信号φRST(n)为H电平，第n行的重置晶体管RST(n)暂时导通，节点P(n)的电位暂时被重置为电源电位VDD。然后，控制信号φRST(n)为L电平时，重置晶体管RST(n)截止。此时，节点P(n)的电位比电源电位VDD降低了馈通量ΔV，成为电位VDARK。
在连结晶体管SWa(n)、SWb(n)、SWb(n-1)截止的情况下，馈通量ΔV成为(Cra/Cfd1)×Vrst。这里，Vrst是控制信号φRST(n)的振幅。此外，如上所述，Cfd1是电容CA(n)的电容值，Cra是耦合电容CRSTA(n)的电容值。
而在连结晶体管SWa(n)导通的情况下，馈通量ΔV成为((Cra+Crb)/(Cfd1+Cfd2))×Vrst。此外，如上所述，Cfd2是电容CB(n)的电容值，Crb是耦合电容CRSTB(n)的电容值。
在所述第一实施方式中，Crb极小。假设Crb为0时，连结晶体管SWa(n)导通的情况下的馈通量ΔV成为(Cra/(Cfd1+Cfd2))。这里，电容值Cra无论连结晶体管SWa(n)的导通截止都是恒定的。因此，在所述第一实施方式中，馈通量ΔV在连结晶体管SWa(n)导通时变小。由此，电位VDARK与连结晶体管SWa(n)截止的情况相比变高。
另一方面，在本实施方式中，Crb比所述第一实施方式大。因此，馈通量ΔV变得比所述第一实施方式大，能够降低电位VDARK。
为良好地保持来自放大晶体管AMP(n)的输出的线性度，需要使放大晶体管AMP(n)在饱和区域中工作。也就是说，需要使漏极-源极间电压Vds比饱和电压Vdsat大。漏极-源极间电压Vds是漏极电压Vd与源极电压Vs之差，标记为Vd－Vs。这里，从图42可知，漏极电压Vd为电源电压Vdd。另外，源极电压Vs为Vg－Vth－√(2×Id/β)。此外，Vg为栅极电压，Vth为放大晶体管AMP(n)的阈值，Id为漏极电流，β为元件参数。
从此处可知，栅极电压Vg变高时，源极电压Vs上升，也就是说，漏极-源极间电压Vds变小。此时，放大晶体管AMP(n)可能不能在饱和区域中工作。因此，需要将节点P(n)的重置后的电位VDARK确保得较低。另外，为减少噪声，存在放大晶体管AMP(n)采用嵌入沟道型的技术，但适用这样的技术时，阈值Vth降低，从而源极电压Vs进一步上升。由此，将电位VDARK抑制得较低更重要。
在本实施方式中，在连结晶体管SWa(n)导通的情况下，也能够增大馈通量ΔV，能够使放大晶体管AMP(n)可靠地在饱和区域中动作，从而与所述第一实施方式相比，放大晶体管AMP(n)的输出的线性度提高。
另外，Cfd2、Crb的电容值能够调整，通过适当调整，无论连结晶体管SWa(n)的导通截止，都能够使馈通量ΔV大致相同。像这样，无论连结晶体管SWa(n)的导通截止，都能够使节点P(n)的重置后的电位VDARK大致相同地工作。
[第十一实施方式]
图45是表示本发明的第十一实施方式的电子相机的固态成像元件的3个像素块BL的附近的电路图，与图3对应。图46是示意地表示图45所示的3个像素块BL的附近的概要俯视图，与图4及图5对应。在图45及图46中，对与图3、图4及图5中的要素相同或对应的要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。
此外，在图46中，标明了图4及图5中省略了图示的3个控制线22(n)、24(n)、27(n)，但这3个控制线22(n)、24(n)、27(n)不是在本实施方式新追加的。也就是说，在其他的实施方式中，也存在这3个控制线22(n)、24(n)、27(n)，但省略了图示。
控制线22(n)是在所述第一实施方式中，如参照图3说明的那样，传送控制信号φSWa(n)的控制线。连结晶体管SWa(n)的栅极按行共同地连接于控制线22(n)，从垂直扫描电路21向连结晶体管SWa(n)的栅极供给控制信号φSWa(n)。
控制线24(n)是在所述第一实施方式中，如参照图3说明的那样，传送控制信号φRST(n)的控制线。重置晶体管RST(n)的栅极按行共同地连接于控制线24(n)，从垂直扫描电路21向重置晶体管RST(n)的栅极供给控制信号φRST(n)。
控制线27(n)是在所述第一实施方式中，如参照图3说明的那样，传送控制信号φSWb(n)的控制线。连结晶体管SWb(n)的栅极按行共同地连接于控制线27(n)，从垂直扫描电路21向连结晶体管SWb(n)的栅极供给控制信号φSWb(n)。
如图45及图46所示，在节点P(n)与控制线24(n)之间形成有耦合电容CRSTA(n)。同样地，在布线72(n)与控制线22(n)之间形成有耦合电容CSWa(n)，在布线72(n)与控制线27(n)之间形成有耦合电容CSWb(n)。
本实施方式与所述第一实施方式的不同之处是以下说明的方面。在本实施方式中，固态成像元件的电路结构与所述第一实施方式相同。在本实施方式中，各动作模式下的连结晶体管SWa(n)、SWb(n)的动作与所述第一实施方式不同。以下，着眼于像素块BL(n)，说明各动作模式下的连结晶体管SWa(n)、SWb(n)的动作。
图47是表示本发明的第十一实施方式的电子相机的固态成像元件的第一动作模式的时序图，与图6对应。与所述第一实施方式不同的是，在控制信号φRST(n)为H电平且重置晶体管RST(n)导通时，大致同时地使控制信号φSWa(n)为H电平并使连结晶体管SWa(n)导通这点(时刻t1紧前)。垂直扫描电路21然后首先使控制信号φRST(n)为L电平并使重置晶体管RST(n)截止，接着使控制信号φSWa(n)为L电平并使连结晶体管SWa(n)截止。关于其他方面，与所述第一实施方式相同，因此省略说明。
图48是表示本发明的第十一实施方式的电子相机的固态成像元件的第2A动作模式的时序图，与图7对应。与所述第一实施方式不同的是，在控制信号φRST(n)为H电平且重置晶体管RST(n)导通时，大致同时地，使控制信号φSWb(n)为H电平且使连结晶体管SWb(n)导通这点(时刻t1紧前)。垂直扫描电路21然后首先使控制信号φRST(n)为L电平且使重置晶体管RST(n)截止，接着使控制信号φSWb(n)为L电平且使连结晶体管SWb(n)截止。关于其他方面与所述第一实施方式相同，故省略说明。
图49是表示本发明的第十一实施方式的电子相机的固态成像元件的第2B动作模式的时序图，与图8对应。与所述第一实施方式不同的是，在控制信号φRST(n)为H电平且重置晶体管RST(n)导通时，大致同时地使控制信号φSWa(n+1)为H电平且使连结晶体管SWa(n+1)导通这点(时刻t1紧前)。垂直扫描电路21然后首先使控制信号φRST(n)为L电平且使重置晶体管RST(n)截止，接着使控制信号φSWa(n+1)为L电平且使连结晶体管SWa(n+1)截止。关于其他方面与所述第一实施方式相同，故省略说明。
以上，在本实施方式中，节点P(n)重置时，大致同时地使最外端的连结晶体管(临时)导通。这里，最外端的连结晶体管是指位于所连结的像素块BL的最外端的连结晶体管。例如没有连结像素块BL(n)的情况下，最外端的连结晶体管是指连结晶体管SWa(n)、SWb(n-1)的任意一方。另外，连结像素块BL(n)和像素块BL(n+1)的情况下，最外端的连结晶体管是指连结晶体管SWa(n+1)、SWb(n-1)的任意一方。
图50是例示了重置节点P(n)的电位的情况的时序图。此外，在图50中，控制信号φSW是被供给到最外端的连结晶体管的栅极的控制信号。例如，最外端的连结晶体管是连结晶体管SWb(n-1)的情况下，控制信号φSW是指控制信号φSWb(n-1)。
在时刻t0，被供给到最外端的连结晶体管的栅极的控制信号φSW和控制信号φRST(n)大致同时地成为H电平。由此，第n行的重置晶体管RST(n)暂时导通，像素块BL暂时被连结。此时，节点P(n)的电位暂时被重置成电源电位VDD。然后，控制信号φRST(n)成为L电平时，重置晶体管RST(n)截止。此时，节点P(n)的电位从电源电位VDD降低了与由控制线24(n)产生的耦合电容相应的馈通量ΔV1。接着，控制信号φSW成为L电平时，最外端的连结晶体管截止。此时，节点P(n)的电位进一步降低了馈通量ΔV2，成为电位VDARK。
以上，在本实施方式中，在节点P(n)的电位重置时，使最外端的连结开关接通断开，从而使节点P(n)的电位进一步降低了由此产生的馈通量ΔV2。由此，与所述第一实施方式相比，能够将电位VDARK抑制得更低。因此，能够得到与所述第十实施方式中说明的相同的效果。
以上，关于本发明的各实施方式及变形例进行了说明，但本发明不限于此。
以下的优先权基础申请的公开内容作为引用文献援引于此。
日本国专利申请2013年第238067号(2013年11月18日申请)
日本国专利申请2013年第238439号(2013年11月19日申请)
日本国专利申请2013年第238442号(2013年11月19日申请)
日本国专利申请2014年第137755号(2014年7月3日申请)
附图标记的说明
4 固态成像元件
BL 像素块
PX 像素
PD 光电二极管
TXA、TXB 传送晶体管
P 节点
AMP 放大晶体管
SWa、SWb 连结晶体管。
Claims (20)
1.一种成像元件，其特征在于，具有第一像素块和第二像素块，
所述第一像素块具有：将光转换为电荷的第一光电转换部、在列方向上与所述第一光电转换部并列配置并将光转换为电荷的第二光电转换部、具有被传送由所述第一光电转换部转换得到的电荷和由所述第二光电转换部转换得到的电荷的一个扩散区域的第一扩散部、与所述第一扩散部电连接的第一晶体管、以及与供给规定电压的第一供给部电连接的第一重置晶体管，
所述第二像素块具有：在所述列方向上与所述第二光电转换部相邻配置并将光转换为电荷的第三光电转换部、在所述列方向上与所述第三光电转换部排列配置并将光转换为电荷的第四光电转换部、具有被传送由所述第三光电转换部转换得到的电荷和由所述第四光电转换部转换得到的电荷的一个扩散区域的第二扩散部、与所述第二扩散部电连接的第二晶体管、以及与供给规定电压的第二供给部电连接的第二重置晶体管，
所述第一扩散部的所述扩散区域经由所述第一晶体管和所述第一重置晶体管与所述第一供给部电连接，
所述第二扩散部的所述扩散区域经由所述第二晶体管和所述第二重置晶体管与所述第二供给部电连接。
2.如权利要求1所述的成像元件，其特征在于，
所述第一像素块具有第一放大晶体管，所述第一放大晶体管所具有的栅极与所述第一扩散部电连接，
所述第二像素块具有第二放大晶体管，所述第二放大晶体管所具有的栅极与所述第二扩散部电连接，
所述第一放大晶体管的栅极与所述第一晶体管的栅极相比，栅极宽度和栅极长度中的至少某一方大，
所述第二放大晶体管的栅极与所述第二晶体管的栅极相比，栅极宽度和栅极长度中的至少某一方大。
3.如权利要求2所述的成像元件，其特征在于，具有：
将所述第一扩散部的所述扩散区域、所述第一晶体管、以及所述第一放大晶体管的栅极电连接的第一布线；和
将所述第二扩散部的所述扩散区域、所述第二晶体管、以及所述第二放大晶体管的栅极电连接的第二布线。
4.如权利要求3所述的成像元件，其特征在于，
所述第一像素块具有串联连接的多个所述第一晶体管，
所述第二像素块具有串联连接的多个所述第二晶体管，
所述第一扩散部的所述扩散区域经由多个所述第一晶体管与所述第一重置晶体管电连接，
所述第二扩散部的所述扩散区域经由多个所述第二晶体管与所述第二重置晶体管电连接。
5.如权利要求3所述的成像元件，其特征在于，具有：
将所述第一晶体管和所述第一重置晶体管电连接的第三布线；以及
将所述第二晶体管和所述第二重置晶体管电连接的第四布线。
6.如权利要求1所述的成像元件，其特征在于，具有：
将所述第一扩散部的所述扩散区域和所述第一晶体管电连接的第一布线；以及
将所述第二扩散部的所述扩散区域和所述第二晶体管电连接的第二布线。
7.如权利要求6所述的成像元件，其特征在于，
所述第一像素块具有串联连接的多个所述第一晶体管，
所述第二像素块具有串联连接的多个所述第二晶体管，
所述第一扩散部的所述扩散区域经由多个所述第一晶体管与所述第一重置晶体管电连接，
所述第二扩散部的所述扩散区域经由多个所述第二晶体管与所述第二重置晶体管电连接。
8.如权利要求6所述的成像元件，其特征在于，具有：
将所述第一晶体管和所述第一重置晶体管电连接的第三布线；以及
将所述第二晶体管和所述第二重置晶体管电连接的第四布线。
9.如权利要求1所述的成像元件，其特征在于，
所述第一像素块具有串联连接的多个所述第一晶体管，
所述第二像素块具有串联连接的多个所述第二晶体管，
所述第一扩散部的所述扩散区域经由多个所述第一晶体管与所述第一重置晶体管电连接，
所述第二扩散部的所述扩散区域经由多个所述第二晶体管与所述第二重置晶体管电连接。
10.一种成像装置，其特征在于，具有权利要求1～9中任一项所述的成像元件。
11.一种成像元件，其特征在于，具有：
将光转换为电荷的第一光电转换部；
在列方向上与所述第一光电转换部并列配置并将光转换为电荷的第二光电转换部；
在所述列方向上与所述第二光电转换部相邻配置并将光转换为电荷的第三光电转换部；
在所述列方向上与所述第三光电转换部并列配置并将光转换为电荷的第四光电转换部；
具有被传送由所述第一光电转换部转换得到的电荷和由所述第二光电转换部转换得到的电荷的一个扩散区域的第一扩散部；
具有被传送由所述第三光电转换部转换得到的电荷和由所述第四光电转换部转换得到的电荷的一个扩散区域的第二扩散部；
与所述第一扩散部电连接的第一晶体管；
与所述第二扩散部电连接的第二晶体管；
与供给规定电压的第一供给部连接的第一重置晶体管；以及
与供给规定电压的第二供给部连接的第二重置晶体管，
所述第一扩散部的所述扩散区域经由所述第一晶体管和所述第一重置晶体管与所述第一供给部电连接，
所述第二扩散部的所述扩散区域经由所述第二晶体管和所述第二重置晶体管与所述第二供给部电连接。
12.如权利要求11所述的成像元件，其特征在于，
具有第一放大晶体管和第二放大晶体管，
所述第一放大晶体管所具有的栅极与所述第一扩散部电连接，
所述第二放大晶体管所具有的栅极与所述第二扩散部电连接，
所述第一放大晶体管的栅极与所述第一晶体管的栅极相比，栅极宽度和栅极长度中的至少某一方大，
所述第二放大晶体管的栅极与所述第二晶体管的栅极相比，栅极宽度和栅极长度中的至少某一方大。
13.如权利要求12所述的成像元件，其特征在于，具有：
将所述第一扩散部的所述扩散区域、所述第一晶体管、以及所述第一放大晶体管的栅极电连接的第一布线；和
将所述第二扩散部的所述扩散区域、所述第二晶体管、以及所述第二放大晶体管的栅极电连接的第二布线。
14.如权利要求13所述的成像元件，其特征在于，
所述第一晶体管配置有多个，
所述第二晶体管配置有多个，
多个所述第一晶体管在所述第一扩散部的所述扩散区域与所述第一重置晶体管之间串联连接，
多个所述第二晶体管在所述第二扩散部的所述扩散区域与所述第二重置晶体管之间串联连接。
15.如权利要求13所述的成像元件，其特征在于，具有：
将所述第一晶体管和所述第一重置晶体管电连接的第三布线；以及
将所述第二晶体管和所述第二重置晶体管电连接的第四布线。
16.如权利要求11所述的成像元件，其特征在于，具有：
将所述第一扩散部的所述扩散区域与所述第一晶体管电连接的第一布线；和
将所述第二扩散部的所述扩散区域与所述第二晶体管电连接的第二布线。
17.如权利要求16所述的成像元件，其特征在于，
所述第一晶体管配置有多个，
所述第二晶体管配置有多个，
多个所述第一晶体管在所述第一扩散部的所述扩散区域与所述第一重置晶体管之间串联连接，
多个所述第二晶体管在所述第二扩散部的所述扩散区域与所述第二重置晶体管之间串联连接。
18.如权利要求16所述的成像元件，其特征在于，具有：
将所述第一晶体管和所述第一重置晶体管电连接的第三布线；以及
将所述第二晶体管和所述第二重置晶体管电连接的第四布线。
19.如权利要求11所述的成像元件，其特征在于，
所述第一晶体管配置有多个，
所述第二晶体管配置有多个，
多个所述第一晶体管在所述第一扩散部的所述扩散区域与所述第一重置晶体管之间串联连接，
多个所述第二晶体管在所述第二扩散部的所述扩散区域与所述第二重置晶体管之间串联连接。
20.一种成像装置，其特征在于，具有权利要求11～19中任一项所述的成像元件。
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