JP2008131485A - 固体撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トリガ用フォトダイオードを好適に活用する。
【解決手段】判定部７０は、積分回路６２からの出力値に基づき、入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号を生成する。制御部８０は、この判定信号に基づき、撮像用受光部１０の電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、出力部６０の積分回路６２の電荷蓄積容量値を変更する。つまり、制御部８０は、トリガ用受光部２０で発生した電荷を蓄積するための容量値を、入射光の有無の検知可否にしたがって異ならせ、トリガ用ＰＤに対する積分回路６２の感度を切り替えることにより、トリガ用ＰＤを好適に活用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置及び撮像方法に関するものである。

従来、例えば口腔内におけるＸ線撮像に用いられることを意図した固体撮像装置が特許文献１に開示されている。このような用途では、撮像すべきＸ線の入射期間が極めて短く、固体撮像装置はＸ線入射タイミングを捉えて該Ｘ線を撮像しなければならない。そこで、特許文献１に開示された固体撮像装置は、Ｘ線像を撮像するために２次元配列された複数の画素用のフォトダイオード（以下、「画素用ＰＤ」ともいう。）を含む撮像用受光手段とは別に、Ｘ線入射を検知するためのトリガ用フォトダイオード（以下、「トリガ用ＰＤ」ともいう。）をも備えている。そして、この固体撮像装置は、トリガ用ＰＤから出力される電気信号をモニタすることでＸ線入射を検知し、その後、撮像用受光手段から出力される電気信号に基づいてＸ線像を得る。
特表２００２−５０５００２号公報

従来の固体撮像装置において、上記したように、トリガ用ＰＤから出力された電気信号は、Ｘ線の入射を検知するための手がかりとして用いられる他、場合によっては、Ｘ線のトータルの照射量を計算するためにも用いられることができる。すなわち、トリガ用ＰＤから出力された電気信号に基づいて、例えば複数の画素用ＰＤを含む撮像用受光手段の動作が制御される場合もあるなど、トリガ用ＰＤは固体撮像装置の全体の動作性能を左右する重要な要素である。

そこで、本発明は上記に鑑みてなされたもので、トリガ用フォトダイオードを好適に活用することの可能な固体撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを各々有する複数の画素部を含み、複数の画素部それぞれにおいて、フォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部により蓄積する撮像用受光手段と、入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光手段と、複数の画素部それぞれの電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた値を出力するとともに、トリガ用受光手段で発生した電荷を可変容量部に蓄積する積分回路を含み、積分回路に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する出力手段と、積分回路からの出力値に基づき、トリガ用受光手段への入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号を生成する判定手段と、判定手段から入力された判定信号に基づき、撮像用受光手段の電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、出力手段の積分回路の可変容量部の容量値を変更する制御手段と、を備える。

また、本発明の撮像方法は、トリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光手段が、入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用受光ステップと、トリガ用受光ステップで発生された電荷を可変容量部に蓄積する積分回路を含む出力手段が、積分回路に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する第１出力ステップと、判定手段が、第１出力ステップにより出力された値に基づき、トリガ用受光手段への入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号を生成する判定ステップと、制御手段が、判定ステップにて生成された判定信号に基づき、撮像用受光手段の電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、出力手段の積分回路の可変容量部の容量値を変更する制御ステップと、制御ステップにおける制御のもとで、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを各々有する複数の画素部を含む撮像用受光手段が、複数の画素部それぞれにおいて、フォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部により蓄積する撮像用受光ステップと、出力手段が、撮像用受光手段の複数の画素部それぞれの電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する第２出力ステップと、を備える。

このような本発明の固体撮像装置及び撮像方法によれば、判定手段は、積分回路からの出力値に基づき、トリガ用受光手段への入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号を生成する。このとき、積分回路からの出力値は、デジタル値であっても良い。制御手段は、この判定信号に基づき、撮像用受光手段の電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、出力手段の積分回路の可変容量部の容量値を変更する。つまり、制御手段は、トリガ用受光手段で発生した電荷を蓄積するための容量値を、入射光の有無の検知可否にしたがって異ならせる。このとき、好ましくは、制御手段は、上記判定信号により光が入射されたことが検知されたときに、積分回路の可変容量部の容量値を大きくする。すなわち、制御手段は、入射光が検知される前は積分回路の電荷蓄積容量値を小さく制御し、入射光が検知された後は積分回路の電荷蓄積容量値を大きく変更する。

ところで、トリガ用フォトダイオード（トリガ用ＰＤ）を含むトリガ用受光手段からの出力信号を入射光の検知のために用いる場合には、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度をできるだけ高くして、光の入射に対して敏感に反応するようにさせることが好ましい。一方、トリガ用ＰＤからの出力信号を例えば入射光のトータルの照射量を計算するために用いるといった場合には、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度をできるだけ低くして、トリガ用ＰＤからの出力信号が積分回路で飽和しないようにすることが好ましい。なぜなら、トリガ用ＰＤからの出力信号が積分回路で飽和してしまうと、入射光のトータルの照射量を正確に計算することができなくなり、このことは、例えば上記トータル照射量に基づいて電荷蓄積部の電荷蓄積動作の終了タイミングを決めるときに悪影響を及ぼすからである。

ここで、本発明の固体撮像装置及び撮像方法によれば、制御手段が入射光の検知前後で積分回路の電荷蓄積容量値を異ならせることにより、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度を切り替えることができる。このことにより、入射光の検知前には、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度をできるだけ高くして、入射光に対して敏感に反応することができる。また、入射光の検知後には、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度をできるだけ低くして、トリガ用ＰＤからの出力信号が積分回路で飽和することを防止できる。このように、本発明によれば、制御手段が入射光の検知前後で積分回路の電荷蓄積容量値を異ならせ、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度を切り替えることにより、トリガ用ＰＤを好適に活用することができる。

また、固体撮像装置において判定手段は、積分回路からの出力値のピーク値が所定の閾値以上であり、且つ積分回路からの出力値の所定期間中の累計値が所定の閾値以上である場合に、入射光の存在を有として判定する。

この発明によれば、判定手段が入射光の存在を有として判定する際には、積分回路からの出力値の瞬間的なピーク値および所定期間中の累計値がそれぞれの所定閾値以上であるか否かが考慮される。このことにより、トリガ用ＰＤからの出力信号が実際の入射光の曝射によるものなのか、或いはその他のノイズに起因するものなのかを判定することができる。なぜなら、ノイズによる場合には、トリガ用ＰＤから積分回路を経た出力信号は、そのピーク値が所定の大きさを有してはいるが、その値は一般的に瞬間的なものであり、所定期間中の連続性はない場合が多いからである。

また、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを各々有する複数の画素部を含み、複数の画素部それぞれにおいて、フォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部により蓄積する撮像用受光手段と、入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光手段と、複数の画素部それぞれの電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた値を出力するとともに、トリガ用受光手段で発生した電荷を可変容量部に蓄積する積分回路を含み、積分回路に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する出力手段と、積分回路からの出力値に基づいて生成され、トリガ用受光手段への入射光の有無を表す外部入力信号に基づき、撮像用受光手段の電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、出力手段の積分回路の可変容量部の容量値を変更する制御手段と、を備える。

また、本発明の撮像方法は、トリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光手段が、入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用受光ステップと、トリガ用受光ステップで発生された電荷を可変容量部に蓄積する積分回路を含む出力手段が、積分回路に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する第１出力ステップと、制御手段が、第１出力ステップにより出力された値に基づいて生成され、トリガ用受光手段への入射光の有無を表す外部入力信号に基づき、撮像用受光手段の電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、出力手段の積分回路の可変容量部の容量値を変更する制御ステップと、制御ステップにおける制御のもとで、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを各々有する複数の画素部を含む撮像用受光手段が、複数の画素部それぞれにおいて、フォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部により蓄積する撮像用受光ステップと、出力手段が、撮像用受光手段の複数の画素部それぞれの電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する第２出力ステップと、を備える。

このような本発明の固体撮像装置及び撮像方法によれば、制御手段は、積分回路からの出力値に基づいて生成され、トリガ用受光手段への入射光の有無を表す外部入力信号に基づき、撮像用受光手段の電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、出力手段の積分回路の電荷蓄積容量値を変更する。つまり、制御手段は、トリガ用受光手段で発生した電荷を蓄積するための容量値を、入射光の有無の検知可否にしたがって異ならせる。このとき、好ましくは、制御手段は、上記外部入力信号により光が入射されたことが検知されたときに、積分回路の可変容量部の容量値を大きくする。すなわち、制御手段は、入射光が検知される前は積分回路の電荷蓄積容量値を小さく制御し、入射光が検知された後は積分回路の電荷蓄積容量値を大きく変更する。

言い換えれば、本発明の固体撮像装置及び撮像方法によれば、制御手段が入射光の検知前後で積分回路の電荷蓄積容量値を異ならせることにより、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度を切り替えることができる。このことにより、入射光の検知前には、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度をできるだけ高くして、入射光に対して敏感に反応することができる。また、入射光の検知後には、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度をできるだけ低くして、トリガ用ＰＤからの出力信号が積分回路で飽和することを防止できる。このように、本発明によれば、制御手段が入射光の検知前後で積分回路の電荷蓄積容量値を異ならせ、トリガ用ＰＤに対する積分回路の感度を切り替えることにより、トリガ用ＰＤを好適に活用することができる。

更に、この場合には、外部入力信号は例えば任意の外部機器により装置外部で生成されるため、該外部入力信号の生成時の条件を該外部機器において柔軟に調整することができる。

本発明によれば、トリガ用フォトダイオードを好適に活用することが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明にかかる固体撮像装置及び撮像方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

[第１実施形態]
図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置１の構成概要図である。この図に示される固体撮像装置１は、撮像用受光部１０（撮像用受光手段）、トリガ用受光部２０（トリガ用受光手段）、行選択部３０、列選択部４０、電圧保持部５０、出力部６０（出力手段）、判定部７０（判定手段）及び制御部８０（制御手段）を備える。なお、この図では、要素間の配線については省略または簡略化されている。

撮像用受光部１０は、入射した光の像を撮像するためのものであり、Ｍ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎを含む。画素部Ｐ_ｍ,ｎは第ｍ行第ｎ列に位置している。Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎは、共通の構成を有していて、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオード（画素用ＰＤ）と、該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを有している。撮像用受光部１０は、制御部８０から出力される電荷蓄積動作制御信号が指示する期間に、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎそれぞれにおいて画素用ＰＤで発生した電荷を電荷蓄積部により蓄積する。なお、Ｍ、Ｎは２以上の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の整数である。

トリガ用受光部２０は、光の入射を検知するためのものであり、入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用フォトダイオード（トリガ用ＰＤ）を含む。トリガ用受光部２０に含まれるトリガ用ＰＤの個数や配置については種々の態様があり得るが、撮像用受光部１０を取り囲むようにトリガ用ＰＤが設けられているのが好適であり、また、受光面積が広いのが好適である。トリガ用受光部２０は、図示の如く撮像用受光部１０を取り囲んで設けられている１つのトリガ用ＰＤを含むのが好適であり、或いは、撮像用受光部１０の周囲に設けられ互いに並列接続されている複数のトリガ用ＰＤを含むのも好適である。

行選択部３０は、制御部８０による制御の下に、撮像用受光部１０における各行を順次に指定して、その指定した第ｍ行のＮ個の画素部Ｐ_ｍ,１〜Ｐ_ｍ,Ｎそれぞれの電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた電圧値を電圧保持部５０へ出力させる。行選択部３０は、Ｍ段のシフトレジスタ回路を含み、このシフトレジスタ回路の各段の出力ビットにより、撮像用受光部１０における各行を順次に指定することができる。

電圧保持部５０は、共通の構成を有するＮ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎを含む。保持回路Ｈ_ｎは、撮像用受光部１０における第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ_１,ｎ〜Ｐ_Ｍ,ｎと接続されていて、これらのうちの何れかの画素部Ｐ_ｍ,ｎから出力された電圧値を入力し、その入力した電圧値を保持して出力する。保持回路Ｈ_ｎは、雑音成分が重畳された信号成分を表す電圧値を保持するとともに、雑音成分を表す電圧値も保持することができる。

列選択部４０は、電圧保持部５０に含まれるＮ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎを順次に指定して、その指定した第ｎの保持回路Ｈ_ｎにより保持されている電圧値を出力部６０へ出力させる。列選択部４０は、Ｎ段のシフトレジスタ回路を含み、このシフトレジスタ回路の各段の出力ビットにより、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎを順次に指定することができる。

出力部６０は、制御部８０から出力される電荷蓄積動作制御信号が指示する期間（すなわち、各画素部Ｐ_ｍ,ｎにおいて画素用ＰＤで発生した電荷を電荷蓄積部により蓄積する期間）の後に、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎそれぞれの電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じたデジタル値（以下、「画素用データ」ともいう。）を出力する。また、出力部６０は、上記画素用データを出力しない期間に、トリガ用受光部２０で発生した電荷の量に応じたデジタル値（以下、「トリガ用データ」ともいう。）を出力する。出力部６０は、画素用データを出力する際と比較して、トリガ用データを出力する際に低消費電力で動作することが好適である。

出力部６０は、画素用データおよびトリガ用データを共通の出力信号線Ｌoutへ出力するのが好適であり、また、これらのデータをシリアルデータとして出力するのも好適である。これらの場合には、これらのデータを出力するための配線の本数を削減することができ、信頼性向上の点で有利である。

判定部７０は、出力部６０から出力されたトリガ用データを入力し、該トリガ用データに基づき、固体撮像装置１への入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号を生成するものである。上記入射光の有無の判定においては、出力部６０から出力されたデータが入射光の曝射によるものなのか、或いはその他のノイズに起因するものなのかを判定する必要がある。このため、判定部７０は、出力部６０から出力されたデータの瞬間的なピーク値が所定の閾値以上であり、且つ出力部６０から出力されたデータの所定期間中の累計値が所定の閾値以上である場合に、入射光の存在を「有」として判定する。なぜなら、入射光の曝射が実際に行われた場合には、出力部６０から出力されたデータは、所定の大きさを有し、且つ照射されている期間中は連続する値となるからである。一方、ノイズによる場合には、出力部６０から出力されたデータは、所定の大きさを有してはいるが、その値は一般的に瞬間的なものであり、所定期間中の連続性はない場合が多い。判定部７０は、入射光有無に関する判定の結果を表す判定信号を生成し、制御部８０に出力する。

制御部８０は、固体撮像装置１の全体の動作を制御するものである。例えば、制御部８０は、行選択部３０における行選択動作、列選択部４０における列選択動作、電圧保持部５０におけるデータ保持動作、出力部６０における画素用データおよびトリガ用データの出力動作、判定部７０における判定動作、を制御する。更に、制御部８０は、出力部６０による画素用データおよびトリガ用データそれぞれの各ビットの出力タイミングに同期したクロック信号ＣＬＫを出力する。

制御部８０は、判定部７０から出力された判定信号を入力する。この判定信号が固体撮像装置１に入射光が曝射されたことを表している場合には、制御部８０は、撮像用受光部１０の画素部Ｐ_ｍ,１〜Ｐ_ｍ,Ｎそれぞれの電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するように制御する。具体的に、制御部８０は、画素部Ｐ_ｍ,１〜Ｐ_ｍ,Ｎそれぞれの電荷蓄積部の電荷蓄積動作の開始を指示する電荷蓄積動作制御信号を生成して出力する。また、制御部８０は、上記電荷蓄積動作制御信号を出力した直後に、トリガ用受光部２０のトリガ用ＰＤに対する積分回路６２の感度を低感度に変更する。この感度の変更方法に関しては、後述する。

上記電荷蓄積動作制御信号が出力され、撮像用受光部１０の画素部Ｐ_ｍ,１〜Ｐ_ｍ,Ｎそれぞれの電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始した後に、制御部８０は、出力部６０から出力されるトリガ用データを入力する。このトリガ用データに基づいて、制御部８０は、固体撮像装置１への入射光のトータルの照射量を計算する。そして、計算されたトータル照射量に基づいて、電荷蓄積部による電荷蓄積動作の終了タイミングが決められる。具体的に、制御部８０は、上記トータル照射量が所定の閾値に達した時を電荷蓄積動作の終了タイミングとして判定し、上記電荷蓄積動作制御信号に上記終了タイミングを反映させる。このことにより、制御部８０は、電荷蓄積部の電荷蓄積動作を終了させることができる。

なお、撮像用受光部１０の画素部Ｐ_ｍ,１〜Ｐ_ｍ,Ｎそれぞれに対して電荷蓄積動作を指示する電荷蓄積動作制御信号は、制御部８０から撮像用受光部１０に直接に供給されてもよく、各画素部Ｐ_ｍ,ｎに含まれる各トランジスタのゲート端子に与えられる制御信号（後述するReset(m)信号、Trans(m)信号およびHold(m)信号）とともに電荷蓄積動作を指示するものであってもよい。或いは、電荷蓄積動作制御信号が制御部８０から行選択部３０に供給されて、この電荷蓄積動作制御信号に基づいて、各画素部Ｐ_ｍ,ｎに含まれる各トランジスタのゲート端子に与えられる制御信号が生成されてもよい。

図２は、第１実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる画素部Ｐ_ｍ,ｎおよび保持回路Ｈ_ｎそれぞれの回路構成を示す概要図である。なお、この図では、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎのうち代表して画素部Ｐ_ｍ,ｎが示され、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎのうち代表して保持回路Ｈ_ｎが示されている。

画素部Ｐ_ｍ,ｎは、例えばＡＰＳ（Active PixelSensor）方式のものであって、画素用ＰＤおよび５個のＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ５を含む。この図に示されるように、トランジスタＴ１、トランジスタＴ２および画素用ＰＤは順に直列的に接続されていて、基準電圧Ｖb1がトランジスタＴ１のドレイン端子に入力され、画素用ＰＤのアノ−ド端子が接地されている。

トランジスタＴ３およびトランジスタＴ４は直列的に接続されていて、基準電圧Ｖb2がトランジスタＴ３のドレイン端子に入力され、トランジスタＴ４のソース端子が配線Ｖline(n)に接続されている。トランジスタＴ１とトランジスタＴ２との接続点は、トランジスタＴ５を介してトランジスタＴ３のゲート端子に接続されている。また、配線Ｖline(n)には定電流源が接続されている。

Reset(m)信号がトランジスタＴ１のゲート端子に入力され、Trans(m)信号がトランジスタＴ２のゲート端子に入力され、Address(m)信号がトランジスタＴ４のゲート端子に入力され、また、Hold(m)信号がトランジスタＴ５のゲート端子に入力される。これらReset(m)信号、Trans(m)信号、Address(m)信号およびHold(m)信号は、制御部８０による制御の下に行選択部３０から出力され、第ｍ行のＮ個の画素部Ｐ_ｍ,１〜Ｐ_ｍ,Ｎに対して共通に入力される。

Reset(m)信号およびTrans(m)信号がハイレベルであるとき、画素用ＰＤの接合容量部（電荷蓄積部）が放電され、さらに、Hold(m)信号もハイレベルであると、トランジスタＴ３のゲート端子の電位がリセットされる。その後に、Reset(m)信号、Trans(m)信号およびHold(m)信号がローレベルになると、画素用ＰＤで発生した電荷は接合容量部に蓄積されていく。Hold(m)信号がローレベルであって、Address(m)信号がハイレベルであると、画素部Ｐ_ｍ,ｎから配線Ｖline(n)へノイズ成分が出力される。そして、Trans(m)信号、Hold(m)信号およびAddress(m)信号がハイレベルになると、画素用ＰＤの接合容量部に蓄積されている電荷の量に応じた電圧値が配線Ｖline(n)へ信号成分として出力される。

保持回路Ｈ_ｎは、２つの容量素子Ｃ_１、Ｃ_２、および、４つのスイッチＳＷ_１１、ＳＷ_１２、ＳＷ_２１、ＳＷ_２２を含む。このホールド回路Ｈ_ｎでは、スイッチＳＷ_１１およびスイッチＳＷ_１２は、直列的に接続されて配線Ｖline(n)と配線Ｈline_sとの間に設けられ、容量素子Ｃ_１の一端は、スイッチＳＷ_１１とスイッチＳＷ_１２との間の接続点に接続され、容量素子Ｃ_１の他端は接地されている。また、スイッチＳＷ_２１およびスイッチＳＷ_２２は、直列的に接続されて配線Ｖline(n)と配線Ｈline_nとの間に設けられ、容量素子Ｃ_２の一端は、スイッチＳＷ_２１とスイッチＳＷ_２２との間の接続点に接続され、容量素子Ｃ_２の他端は接地されている。

このホールド回路Ｈ_ｎでは、スイッチＳＷ_１１は、制御部８０から供給されるset_s信号のレベルに応じて開閉する。スイッチＳＷ_２１は、制御部８０から供給されるset_n信号のレベルに応じて開閉する。set_s信号およびset_n信号は、Ｎ個のホールド回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎに対して共通に入力される。スイッチＳＷ_１２、ＳＷ_２２は、制御部８０から供給されるhshift(n)信号のレベルに応じて開閉する。

このホールド回路Ｈ_ｎでは、set_n信号がハイレベルからローレベルに転じてスイッチＳＷ_２１が開くときに画素部Ｐ_ｍ,ｎから配線Ｖline(n)へ出力されていたノイズ成分が、それ以降、容量素子Ｃ_２により電圧値out_n(n)として保持される。set_s信号がハイレベルからローレベルに転じてスイッチＳＷ_１１が開くときに画素部Ｐ_ｍ,ｎから配線Ｖline(n)へ出力されていた信号成分が、それ以降、容量素子Ｃ_１により電圧値out_s(n)として保持される。そして、hshift(n)信号がハイレベルになると、スイッチＳＷ_１２が閉じて、容量素子Ｃ_１により保持されていた電圧値out_s(n)が配線Ｈline_sへ出力され、また、スイッチＳＷ_２２が閉じて、容量素子Ｃ_２により保持されていた電圧値out_n(n)が配線Ｈline_nへ出力される。これら電圧値out_s(n)と電圧値out_n(n)との差が、画素部Ｐ_ｍ,ｎの画素用ＰＤで発生した電荷の量に応じた電圧値を表す。

図３は、第１実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる出力部６０の構成概要図である。この図に示される出力部６０は、差演算回路６１、積分回路６２、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３、トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４、スイッチＳＷ_６１およびスイッチＳＷ_６２を有する。

差演算回路６１は、雑音成分が重畳された信号成分を表す電圧値を保持回路Ｈ_ｎから入力するとともに、雑音成分を表す電圧値をも保持回路Ｈ_ｎから入力して、両者の差に応じた電圧値を出力する。この差演算回路６１から出力される電圧値は、雑音成分が除去された信号成分を表す。この差演算回路６１の詳細な回路構成等については、後述する。

積分回路６２は、トリガ用受光部２０から出力される電荷を入力して蓄積し、その蓄積電荷量に応じた電圧値を出力する。容量素子（可変容量部）を含んで構成される積分回路６２は、その電荷蓄積容量値の合計値を切り替え可能なように構成される。この積分回路６２の詳細な回路構成等については、後述する。

撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３は、差演算回路６１から出力される電圧値を入力し、この入力した電圧値をＡ／Ｄ変換して、そのＡ／Ｄ変換の結果であるデジタル値（画素用データ）を出力する。トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４は、積分回路６２から出力される電圧値を入力し、この入力した電圧値をＡ／Ｄ変換して、そのＡ／Ｄ変換の結果であるデジタル値（トリガ用データ）を出力する。

撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３は、電荷蓄積動作制御信号が指示する期間の後にＡ／Ｄ変換動作を行って画素用データを出力する。トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４は、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３が画素用データを出力していない期間に、トリガ用データを出力する。なお、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３と比較して、トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４は低速または低出力ビット数で動作するようにしても良い。

スイッチＳＷ_６１は、制御部８０から出力されるsel_data信号により制御されて開閉動作し、閉じているときに、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３から出力される画素用データを出力信号線Ｌoutへ出力する。スイッチＳＷ_６２は、制御部８０から出力されるsel_trig信号により制御されて開閉動作し、閉じているときに、トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４から出力されるトリガ用データを出力信号線Ｌoutへ出力する。スイッチＳＷ_６１およびスイッチＳＷ_６２は同時に閉じることはない。

なお、図示はしないが、出力部６０は、上記の撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３およびトリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４として共通の１つのＡ／Ｄ変換回路を有していてもよい。その場合、Ａ／Ｄ変換回路は、画素用データを出力する際と比較して、トリガ用データを出力する際に低速または低出力ビット数で動作するようにしても良い。例えば、Ａ／Ｄ変換回路がパイプライン方式のものであれば、画素用データを出力する際と比較して、トリガ用データを出力する際に、動作させる段数を少なくする。また、例えば、Ａ／Ｄ変換回路が複数の容量素子を用いた逐次比較方式のものであれば、画素用データを出力する際と比較して、トリガ用データを出力する際に、用いる容量素子の個数を少なくする。

図４は、第１実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる差演算回路６１の回路構成を示す概要図である。この図に示されるように、差演算回路６１は、アンプＡ_６４〜Ａ_６６、スイッチＳＷ_６４、ＳＷ_６５、および、抵抗器Ｒ_１〜Ｒ_４を含む。アンプＡ_６６の反転入力端子は、抵抗器Ｒ_１を介してバッファアンプＡ_６４の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ_３を介して自己の出力端子と接続されている。アンプＡ_６６の非反転入力端子は、抵抗器Ｒ_２を介してバッファアンプＡ_６５の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ_４を介して接地電位と接続されている。アンプＡ_６６の出力端子は画素用Ａ／Ｄ変換回路６３の入力端子と接続されている。バッファアンプＡ_６４の入力端子は、配線Ｈline_sを介してＮ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎと接続され、スイッチＳＷ_６４を介して接地電位と接続されている。バッファアンプＡ_６５の入力端子は、配線Ｈline_nを介してＮ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎと接続され、スイッチＳＷ_６５を介して接地電位と接続されている。

差演算回路６１のスイッチＳＷ_６４、ＳＷ_６５は、hreset信号により制御されて開閉動作する。スイッチＳＷ_６４が閉じることで、バッファアンプＡ_６４の入力端子に入力される電圧値がリセットされる。スイッチＳＷ_６５が閉じることで、バッファアンプＡ_６５の入力端子に入力される電圧値がリセットされる。スイッチＳＷ_６４、ＳＷ_６５が開いているときに、Ｎ個の保持回路Ｈ_１〜Ｈ_Ｎのうちの何れかの保持回路Ｈ_ｎから配線Ｈline_s、Ｈline_nへ出力された電圧値out_s(n)、out_n(n)が、バッファアンプＡ_６４、Ａ_６５の入力端子に入力される。バッファアンプＡ_６４、Ａ_６５それぞれの増幅率を１とし、４個の抵抗器Ｒ_１〜Ｒ_４それぞれの抵抗値が互いに等しいとすると、差演算回路６１の出力端子から出力される電圧値は、配線Ｈline_sおよび配線Ｈline_nそれぞれを経て入力される電圧値の差を表す。

図５は、第１実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる積分回路６２の回路構成を示す概要図である。この図に示されるように、積分回路６２は、アンプＡ_６７、容量素子Ｃ_６１、Ｃ_６２、およびスイッチＳＷ_６７、ＳＷ_６８を含む。図示の如く、容量素子Ｃ_６１と、直列的に接続されたスイッチＳＷ_６７及び容量素子Ｃ_６２と、スイッチＳＷ_６８とは、互いに並列的に接続されて、アンプＡ_６７の反転入力端子と出力端子との間に設けられている。アンプＡ_６７の反転入力端子はトリガ用受光部２０と接続されている。アンプＡ_６７の非反転入力端子は基準電位Ｖｂと接続されている。アンプＡ_６７の出力端子はトリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４の入力端子と接続されている。

積分回路６２のスイッチＳＷ_６７は、制御部８０から出力されるgain_sel信号により制御されて開閉動作する。また、積分回路６２のスイッチＳＷ_６８は、制御部８０から出力されるreset_trig信号により制御されて開閉動作する。スイッチＳＷ_６７およびスイッチＳＷ_６８が閉じることで、容量素子Ｃ_６１、Ｃ_６２が放電され、積分回路６２から出力される電圧値がリセットされる。また、上述した電荷蓄積動作制御信号によって、画素部Ｐ_ｍ,１〜Ｐ_ｍ,Ｎそれぞれの電荷蓄積部が電荷蓄積動作を開始する前までは、gain_sel信号はローレベルの状態であり、スイッチＳＷ_６７は開いている。一方、電荷蓄積動作制御信号によって上記電荷蓄積動作が開始された後は、gain_sel信号はハイレベルの状態に変わり、スイッチＳＷ_６７は閉じる。

スイッチＳＷ_６８が開いており、且つスイッチＳＷ_６７が開いているときには、トリガ用受光部２０から出力された電荷は、容量素子Ｃ_６１のみに蓄積される。一方、スイッチＳＷ_６８が開いており、且つスイッチＳＷ_６７が閉じているときには、トリガ用受光部２０から出力された電荷は、容量素子Ｃ_６１及び容量素子Ｃ_６２に蓄積される。この場合には、トリガ用受光部２０から出力された電荷を蓄積する容量素子の合計容量値が増えた分だけ、トリガ用受光部２０のトリガ用ＰＤに対する積分回路６２の感度が低いことになる。言い換えれば、制御部８０は、gain_sel信号を生成して出力することにより、トリガ用受光部２０から出力された電荷に対する合計蓄積容量値を変更でき、このことにより、積分回路６２のトリガ用ＰＤに対する感度を変更できる。積分回路６２は、蓄積電荷量に応じた電圧値をトリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４に出力する。

引き続き、第１実施形態に係る固体撮像装置１の動作（撮像方法）の一例について説明する。図６は、第１実施形態に係る固体撮像装置１の動作の一例を示すタイミングチャートである。固体撮像装置１は、制御部８０による制御の下に動作する。この図には、上から順に、(a) 固体撮像装置１に入射する光の強度、(b) 制御部８０から出力されるクロック信号ＣＬＫ、(c) 出力部６０から出力信号線Ｌoutへ出力されるデジタル信号Ｄout（画素用データＤdata(m)、トリガ用データＤtrig、または休止）、(d) トリガ用受光部２０、積分回路６２およびトリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４によるトリガ用データ読出動作の状態（蓄積、読出、または休止）、(e) 判定部７０から出力される判定信号、(f) 制御部８０から出力される電荷蓄積動作制御信号、(g) 制御部８０から出力されるgain_sel信号、(h) 積分回路６２のトリガ用ＰＤに対する感度（高感度、または低感度）、(i) 撮像用受光部１０、電圧保持部５０、差演算回路６１および撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３による画素用データ読出動作の状態（リセット、蓄積、ホールド、転送、または第ｍ行読出）、が示されている。

この図では、撮像用受光部１０の第ｍ行について撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３から出力されるデジタル値（画素用データ）をＤdata(m)と表し、トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４から出力されるデジタル値（トリガ用データ）をＤtrigと表している。時刻ｔ_０，ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，ｔ_４，ｔ_５，ｔ_６は、制御部８０から出力されるクロック信号ＣＬＫの立下り時刻を表している。また、時刻ｔ_０前および時刻ｔ_７後には固体撮像装置１に光が入射しておらず、時刻ｔ_０から時刻ｔ_７までの期間に固体撮像装置１に光が入射するものとする。

ここで、図６に図示はしないが、時刻ｔ_０前のリセット動作について、まず説明する。固体撮像装置１に電源が投入された直後の一定期間に、制御部８０から出力される電荷蓄積動作制御信号がハイレベルとされる。そして、この電荷蓄積動作制御信号がローレベルに転じた後に、撮像用受光部１０から電圧保持部５０、差演算回路６１、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３およびスイッチＳＷ_６１を経て１フレーム分の画素用データが出力部６０から出力される。このとき出力される画素用データは無意味なものであるが、電源投入後の一定期間に亘って電荷蓄積動作制御信号がハイレベルとされることにより、撮像用受光部１０の各画素部Ｐ_ｍ,ｎや他の回路がリセットされ、その後の正常動作が可能となる。

その後、時刻ｔ_０前では、トリガ用受光部２０の受光量に応じたトリガ用データＤtrigが、積分回路６２、トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４およびスイッチＳＷ_６２を経て出力部６０から出力される。制御部８０から出力されるクロック信号ＣＬＫは、トリガ用データの各ビットの出力タイミングに同期したものとなる。そして、判定部７０において、そのトリガ用データＤtrigの瞬間的なピーク値および所定期間中の累計値がそれぞれの所定閾値より小さいと判定され、固体撮像装置１には光が入射していない（または、入射光量が一定レベルより小さい）と判断されて、電荷蓄積動作制御信号はローレベルのままとされる。

また、時刻ｔ_０前は、撮像用受光部１０の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎそれぞれはリセット状態のままとされる。すなわち、行選択部３０から各画素部Ｐ_ｍ,ｎに供給されるReset(m)信号、Trans(m)信号およびHold(m)信号がともにハイレベルとされて、トランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ５がオン状態となっていて、画素用ＰＤの接合容量部（電荷蓄積部）が放電され、トランジスタＴ３のゲート端子の電位がリセットされる。また、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３は休止状態にあり、スイッチＳＷ_６１は開いている。

引き続いて、時刻ｔ_０後の動作について、図７のフローチャートを更に参照しながら説明する。図７は、図６に示す時刻ｔ_０から時刻ｔ_７までの間における固体撮像装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、判定部７０は、出力部６０から出力されるトリガ用データＤtrigを入力する（ステップＳ１）。

次に、判定部７０は、ステップＳ１にて入力したトリガ用データＤtrigに基づき、固体撮像装置１への入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号を生成する。具体的に、判定部７０は、出力部６０から出力されたトリガ用データＤtrigの瞬間的なピーク値が所定の閾値以上であり、且つトリガ用データＤtrigの所定期間中の累計値が所定の閾値以上である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）に、入射光の存在を「有」として判定する。判定部７０は、図６（ｅ）に示すように、時刻ｔ_２の後にハイレベルの状態にされることにより入射光の存在が「有」であることを表す判定信号を生成し、制御部８０に出力する。

一方、判定部７０は、トリガ用データＤtrigの瞬間的なピーク値が所定の閾値以上でない場合、または、トリガ用データＤtrigの所定期間中の累計値が所定の閾値以上でない場合（ステップＳ２：ＮＯ）に、入射光の存在を「無」として判定する。判定部７０は、図６（ｅ）に示すように、ローレベルの状態のままにされることにより入射光の存在が「無」であることを表す判定信号を生成し、制御部８０に出力する。この場合、処理の流れはステップＳ１に戻る。

次に、制御部８０は、ステップＳ２にて判定部７０から出力された判定信号を入力する。この判定信号が固体撮像装置１に入射光が曝射されたことを表している場合には、図６（ｆ）に示されるように、時刻ｔ_２の後に電荷蓄積動作制御信号がハイレベルに転じる。そして、電荷蓄積動作制御信号がハイレベルに転じた後のクロック信号ＣＬＫの立下り時刻ｔ_３から、撮像用受光部１０の各画素部Ｐ_ｍ,ｎでは、Reset(m)信号、Trans(m)信号およびHold(m)信号がローレベルになって、トランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ５がオフ状態となり、画素用ＰＤで発生した電荷は、図６（ｉ）に示されるように、接合容量部に蓄積されていく。このことは、後述するように、電荷蓄積動作制御信号がローレベルに転じた後のクロック信号ＣＬＫの立下り時刻ｔ_６（電荷蓄積動作の終了タイミング）まで行われる（ステップＳ３）。

なお、ステップＳ２にて判定部７０から出力された判定信号が固体撮像装置１に入射光が曝射されていないことを表している場合には、制御部８０は、図６（ｆ）に示されるように、電荷蓄積動作制御信号をローレベルのままにしておき、図６（ｉ）に示されるように、リセットのままで電荷の蓄積は行われない。

また、制御部８０は、上記電荷蓄積動作制御信号がハイレベルに転じた直後に、図６（ｇ）に示されるように、gain_sel信号をハイレベルの状態にさせ、スイッチＳＷ_６７を閉じる。このことにより、制御部８０は、トリガ用受光部２０から出力された電荷に対する積分回路６２の合計蓄積容量値を変更でき、積分回路６２のトリガ用ＰＤに対する感度を、図６（ｈ）に示されるように、入射光の検知前（電荷蓄積部による蓄積開始前）の高感度から、入射光の検知後（電荷蓄積部による蓄積開始後）の低感度に変更する（ステップＳ４）。

また、図６において、時刻ｔ_３から時刻ｔ_６までの期間、トリガ用受光部２０の受光量に応じたトリガ用データＤtrigが、積分回路６２、トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４およびスイッチＳＷ_６２を経て出力部６０から出力される。制御部８０から出力されるクロック信号ＣＬＫは、トリガ用データの各ビットの出力タイミングに同期したものとなる。また、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３は休止状態にあり、スイッチＳＷ_６１は開いている。このときに出力されるトリガ用データＤtrigに基づいて、制御部８０は、固体撮像装置１への入射光のトータルの照射量を計算する。そして、計算されたトータル照射量に基づいて、電荷蓄積部による電荷蓄積動作の終了タイミングが決められる。具体的に、制御部８０は、上記トータル照射量が所定の閾値に達した時（図６に示す一例においては、時刻ｔ_５と時刻ｔ_６の間）を電荷蓄積動作の終了タイミングとして判定し、図６（ｆ）に示されるように、電荷蓄積動作制御信号をローレベルの状態にすることにより、上記決定した終了タイミングを電荷蓄積動作制御信号に反映させる（ステップＳ５）。

電荷蓄積動作制御信号がローレベルに転じた後のクロック信号ＣＬＫの立下り時刻ｔ_６から時刻ｔ_７までの期間、撮像用受光部１０の各画素部Ｐ_ｍ,ｎでは、Reset(m)信号およびAddress(m)信号がローレベルとなって、トランジスタＴ１，Ｔ４がオフ状態となり、また、Trans(m)信号およびHold(m)信号がハイレベルになって、トランジスタＴ２，Ｔ５がオン状態となる。これにより、図６（ｉ）に示されるように、電荷蓄積部による電荷蓄積動作が終了し、それまでに接合容量部に蓄積されていた電荷は、トランジスタＴ２，Ｔ５を経て、トランジスタＴ３のゲート端子に移動してホールドされる。ただし、トランジスタＴ４がオフ状態であるので、電荷蓄積量に応じた電圧値が各画素部Ｐ_ｍ,ｎから配線Ｖline(n)へ出力されることは無い。この時刻ｔ_６から時刻ｔ_７までの期間、図６（ｃ）に示されるように、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３およびトリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４の何れも休止状態にあり、出力部６０から画素用データおよびトリガ用データの何れも出力されない。また、制御部８０からクロック信号ＣＬＫは出力されない（ステップＳ６）。

続く時刻ｔ_７から時刻ｔ_９までの期間に、撮像用受光部１０の第１行にあるＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎにおける電荷蓄積量に応じたＮ個の画素用データＤdata(1)が出力部６０から出力される。具体的には、時刻ｔ_７から時刻ｔ_８までの期間に、撮像用受光部１０の第１行においてのみ、Address(1)信号がローレベルとなり、トランジスタＴ４がオン状態となって、第１行にある各画素部Ｐ_１,ｎにおける電荷蓄積量に応じた電圧値が、配線Ｖline(n)へ出力され、電圧保持部５０の保持回路Ｈ_ｎにより保持される。そして、時刻ｔ_８から時刻ｔ_９までの期間に、各保持回路Ｈ_ｎから順次に出力された電圧値は差演算回路６１を経て撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３に入力されてＡ／Ｄ変換され、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３からスイッチＳＷ_６１を経て順次にＮ個の画素用データＤdata(1)が出力される。この時刻ｔ_７から時刻ｔ_９までの期間、制御部８０から出力されるクロック信号ＣＬＫは、画素用データの各ビットの出力タイミングに同期したものとなる。トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４は休止状態にあり、スイッチＳＷ_６２は開いている。

更に続く時刻ｔ_９から時刻ｔ_１１までの期間に、撮像用受光部１０の第２行にあるＮ個の画素部Ｐ_２,１〜Ｐ_２,Ｎにおける電荷蓄積量に応じたＮ個の画素用データＤdata(2)が出力部６０から出力される。具体的には、時刻ｔ_９から時刻ｔ_１０までの期間に、撮像用受光部１０の第２行においてのみ、Address(2)信号がローレベルとなり、トランジスタＴ４がオン状態となって、第２行にある各画素部Ｐ_２,ｎにおける電荷蓄積量に応じた電圧値が、配線Ｖline(n)へ出力され、電圧保持部５０の保持回路Ｈ_ｎにより保持される。そして、時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１１までの期間に、各保持回路Ｈ_ｎから順次に出力された電圧値は差演算回路６１を経て撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３に入力されてＡ／Ｄ変換され、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３からスイッチＳＷ_６１を経て順次にＮ個の画素用データＤdata(2)が出力される。この時刻ｔ_１０から時刻ｔ_１１までの期間、制御部８０から出力されるクロック信号ＣＬＫは、画素用データの各ビットの出力タイミングに同期したものとなる。トリガ用Ａ／Ｄ変換回路６４は休止状態にあり、スイッチＳＷ_６２は開いている。

以降も同様にして、撮像用受光部１０の第３行から第Ｍ行まで順次に、第ｍ行にあるＮ個の画素部Ｐ_ｍ,１〜Ｐ_ｍ,Ｎにおける電荷蓄積量に応じたＮ個の画素用データＤdata(m)が出力部６０から出力される。このようにして、撮像用受光部１０から電圧保持部５０、差演算回路６１、撮像用Ａ／Ｄ変換回路６３およびスイッチＳＷ_６１を経て１フレーム分の画素用データＤdata(1)〜Ｄdata(M)が出力部６０から出力される。

このようにして、１フレーム分の画素用データの読出しが終了すると、制御部８０は、gain_sel信号をローレベルの状態にさせ、スイッチＳＷ_６７を開く。このことにより、制御部８０は、トリガ用受光部２０から出力された電荷に対する積分回路６２の合計蓄積容量値を変更し、トリガ用ＰＤに対する積分回路６２の感度を、次のフレームにおける入射光の存在有無を検知するための高感度にする。このように、固体撮像装置１は、１フレーム分の画素用データが出力された後、再び、時刻ｔ_０前と同じ状態に戻る。

続いて、第１実施形態にかかる固体撮像装置１および撮像方法の作用及び効果について説明する。この第１実施形態によれば、制御部８０が入射光の検知前後で積分回路６２の電荷蓄積容量値を異ならせることにより、トリガ用ＰＤに対する積分回路６２の感度を切り替えることができる。このことにより、入射光の検知前には、トリガ用ＰＤに対する積分回路６２の感度をできるだけ高くして、入射光に対して敏感に反応することができる。また、入射光の検知後には、トリガ用ＰＤに対する積分回路６２の感度をできるだけ低くして、トリガ用ＰＤからの出力信号が積分回路６２で飽和することを防止できる。このように、第１実施形態によれば、制御部８０が入射光の検知前後で積分回路６２の電荷蓄積容量値を異ならせ、トリガ用ＰＤに対する積分回路６２の感度を切り替えることにより、トリガ用ＰＤを好適に活用することができる。

また、第１実施形態によれば、判定部７０が入射光の存在を有として判定する際には、出力部６０からの出力値の瞬間的なピーク値および所定期間中の累計値がそれぞれの所定閾値以上であるか否かが考慮される。このことにより、トリガ用ＰＤからの出力信号が実際の入射光の曝射によるものなのか、或いはその他のノイズに起因するものなのかを判定することができる。なぜなら、ノイズによる場合には、トリガ用ＰＤから積分回路６２を経た出力信号は、そのピーク値が所定の大きさを有してはいるが、その値は一般的に瞬間的なものであり、所定期間中の連続性はない場合が多いからである。

以上、本発明の好適な第１実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、固体撮像装置１への入射光のトータルの照射量が所定の閾値に達しているか否かに基づいて、電荷蓄積動作の終了タイミングを決定しているが、これに限定されることなく、例えば、出力部６０から出力されたトリガ用データが一定レベルより小さくなった時点を、電荷蓄積動作の終了タイミングとして判定してもよい。或いは、入射光量を予め予測できる場合には、その予測値に基づいて電荷蓄積時間を適正値に設定してもよい。

[第２実施形態]
引き続き、本発明の第２実施形態を説明する。本発明の第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて、判定部７０が設けられた位置に主な相違点がある。以下では、この相違点を中心に説明する。

図８は、第２実施形態に係る固体撮像装置１００の構成概要図である。この図に示される固体撮像装置１００は、撮像用受光部１０（撮像用受光手段）、トリガ用受光部２０（トリガ用受光手段）、行選択部３０、列選択部４０、電圧保持部５０、出力部６０（出力手段）及び制御部８０（制御手段）を備える。判定部７０は、外部ＩＣ２００として、固体撮像装置１００の外部に別途設けられている。判定部７０は、出力部６０からの出力を入力可能なように、且つ制御部８０へ自己の出力を出力可能なように設けられている。なお、この図では、要素間の配線については省略または簡略化されている。

出力部６０は、トリガ用受光部２０で発生した電荷の量に応じたデジタル値であるトリガ用データを、外部ＩＣ２００として設けられた判定部７０に出力する。判定部７０は、出力部６０より入力したトリガ用データに基づき、固体撮像装置１への入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号（外部入力信号）を生成する。そして、判定部７０は、生成した判定信号を制御部８０に出力する。

図９は、以上説明した第２実施形態に係る固体撮像装置１００を歯の診断に用いた場合の一例を示す概要図である。図９に示されるように、Ｘ線を放射するＸ線源９１とセンサ筐体９２とが、患者の歯牙９３を挟んで対向するようにセットされている。ここで、図１０は、このセンサ筐体９２の内部を示す断面図である。図１０に示されるように、基板９２ａ上には、撮像用受光部１０およびトリガ用受光部２０等を含む半導体チップ９２ｂが設けられている。半導体チップ９２ｂ上には、光ファイバプレート９２ｃおよびシンチレータ９２ｄが配置されている。また、基板９２ａの下部には、コンデンサ９２ｅ、水晶発振器９２ｆ、コネクタ９２ｇ等が配置されている。以上説明したセンサ筐体９２の内部装置は、カバー９２ｈの内部に配置されている。

図９に戻り、センサ筐体９２には、第１のケーブル９４によって、外部ＩＣ２００の入った処理ボックス９５が接続されている。更に、処理ボックス９５には、第２のケーブル９６によって制御装置９７が接続されている。そして、制御装置９７には、歯牙のＸ線像を表示するモニタ９８と表示内容を出力するプリンタ９９とが接続されている。なお、図９において、外部ＩＣ２００の入った処理ボックス９５が制御装置９７の内部に例えば制御部８０とともに設けられるのであれば、この場合は、第１実施形態と等しいといえる。

第２実施形態に係る固体撮像装置１００は、第１実施形態に係る固体撮像装置１と同様な作用効果を奏する。更に、判定信号（外部入力信号）は装置外部で生成されるため、該外部入力信号の生成時の条件を外部ＩＣ２００において柔軟に調整することができる。

第１実施形態に係る固体撮像装置の構成概要図である。 図１の画素部Ｐ_ｍ,ｎおよび保持回路Ｈ_ｎそれぞれの回路構成を示す概要図である。 図１の出力部６０の構成概要図である。 図３の差演算回路６１の回路構成を示す概要図である。 図３の積分回路６２の回路構成を示す概要図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 第１実施形態に係る固体撮像装置の動作の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る固体撮像装置の構成概要図である。 図８の固体撮像装置１００を歯の診断に用いた場合の一例を示す概要図である。 図９のセンサ筐体９２の内部を示す断面図である。

符号の説明

１，１００…固体撮像装置、１０…撮像用受光部、２０…トリガ用受光部、３０…行選択部、４０…列選択部、５０…電圧保持部、６０…出力部、６１…差演算回路、６２…積分回路、６３…撮像用Ａ／Ｄ変換回路、６４…トリガ用Ａ／Ｄ変換回路、７０…判定部、８０…制御部。

Claims (7)

1. 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを各々有する複数の画素部を含み、前記複数の画素部それぞれにおいて、前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部により蓄積する撮像用受光手段と、
   入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光手段と、
   前記複数の画素部それぞれの前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた値を出力するとともに、前記トリガ用受光手段で発生した電荷を可変容量部に蓄積する積分回路を含み、前記積分回路に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する出力手段と、
   前記積分回路からの出力値に基づき、前記トリガ用受光手段への入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号を生成する判定手段と、
   前記判定手段から入力された前記判定信号に基づき、前記撮像用受光手段の前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、前記出力手段の前記積分回路の前記可変容量部の容量値を変更する制御手段と、
   を備えることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記判定手段は、
   前記積分回路からの出力値のピーク値が所定の閾値以上であり、且つ前記積分回路からの出力値の所定期間中の累計値が所定の閾値以上である場合に、入射光の存在を有として判定することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記制御手段は、
   前記判定信号が入射光の有ることを表している場合に、前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するように制御するとともに、前記積分回路の電荷蓄積容量値を大きくすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の固体撮像装置。
4. 入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを各々有する複数の画素部を含み、前記複数の画素部それぞれにおいて、前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部により蓄積する撮像用受光手段と、
   入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光手段と、
   前記複数の画素部それぞれの前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた値を出力するとともに、前記トリガ用受光手段で発生した電荷を可変容量部に蓄積する積分回路を含み、前記積分回路に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する出力手段と、
   前記積分回路からの出力値に基づいて生成され、前記トリガ用受光手段への入射光の有無を表す外部入力信号に基づき、前記撮像用受光手段の前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、前記出力手段の前記積分回路の前記可変容量部の容量値を変更する制御手段と、
   を備えることを特徴とする固体撮像装置。
5. 前記制御手段は、
   前記外部入力信号が入射光の有ることを表している場合に、前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するように制御するとともに、前記積分回路の電荷蓄積容量値を大きくすることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
6. トリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光手段が、入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用受光ステップと、
   前記トリガ用受光ステップで発生された電荷を可変容量部に蓄積する積分回路を含む出力手段が、前記積分回路に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する第１出力ステップと、
   判定手段が、前記第１出力ステップにより出力された値に基づき、前記トリガ用受光手段への入射光の有無を判定し、その旨を表す判定信号を生成する判定ステップと、
   制御手段が、前記判定ステップにて生成された前記判定信号に基づき、前記撮像用受光手段の前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、前記出力手段の前記積分回路の前記可変容量部の容量値を変更する制御ステップと、
   前記制御ステップにおける前記制御のもとで、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを各々有する複数の画素部を含む撮像用受光手段が、前記複数の画素部それぞれにおいて、前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部により蓄積する撮像用受光ステップと、
   前記出力手段が、前記撮像用受光手段の前記複数の画素部それぞれの前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する第２出力ステップと、
   を備えることを特徴とする撮像方法。
7. トリガ用フォトダイオードを含むトリガ用受光手段が、入射光量に応じた量の電荷を発生するトリガ用受光ステップと、
   前記トリガ用受光ステップで発生された電荷を可変容量部に蓄積する積分回路を含む出力手段が、前記積分回路に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する第１出力ステップと、
   制御手段が、前記第１出力ステップにより出力された値に基づいて生成され、前記トリガ用受光手段への入射光の有無を表す外部入力信号に基づき、前記撮像用受光手段の前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を開始するか否かを制御するとともに、前記出力手段の前記積分回路の前記可変容量部の容量値を変更する制御ステップと、
   前記制御ステップにおける前記制御のもとで、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを各々有する複数の画素部を含む撮像用受光手段が、前記複数の画素部それぞれにおいて、前記フォトダイオードで発生した電荷を前記電荷蓄積部により蓄積する撮像用受光ステップと、
   前記出力手段が、前記撮像用受光手段の前記複数の画素部それぞれの前記電荷蓄積部に蓄積された電荷の量に応じた値を出力する第２出力ステップと、
   を備えることを特徴とする撮像方法。

Images