JP2022123740A - 固体撮像装置、及び固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑制し、解像度が高く、鮮明な画像の取得し、かつ、動体を検出することが可能な固体撮像装置を提供すること。【解決手段】固体撮像装置は、露光した光の強度に応じた電圧に変換する光電圧変換回路と、前記光電圧変換回路に接続された第１の端子及び第２の端子を有する第１の容量素子と、第２の端子と定電圧線との間に配置された第１のスイッチと、前記露光した光の強度に応じた情報を読み出す読み出し回路と、第２の端子と前記読み出し回路との間に配置された第２のスイッチと、を有する。【選択図】図７

Description

本実施形態は固体撮像装置に関する。

固体撮像装置を備えた電子機器が広く普及している。当該電子機器は、例えば、携帯情報端末、デジタルカメラなどである。固体撮像装置は、画像を撮像する機能を有する。また、例えば、一定時間（フレーム期間）毎に撮像した画像（フレーム）において、フレーム間差分法に基づき、フレーム間の画像データの差分を用いることで、動いている被写体（動体）を撮像する機能も有する。

例えば、特許文献１は、過渡現象検知回路が受光素子信号の変化を検知したとき、露光量測定回路が当該受光素子信号を用いて露光強度を測定するように構成された画像センサ用の画素回路およびその作動方法を開示する。

特表２０１６－５３３１４０号公報

例えば、固体撮像装置において、動体はフレーム間の画像データの差分を用いることで検出されるため、当該フレームの画像データと、当該フレームに対して一つ前のフレームの画像データとが必要である。よって、少なくとも当該フレームに対して１つ前のフレームの画像データは、記憶装置（メモリ）に保存される。すなわち、固体撮像装置が動体を検出するためには、少なくとも、フレーム間の画像データの差分を生成する回路、及び固体撮像装置は記憶装置（メモリ）を備える必要がある。その結果、固体撮像装置に実装する部材が増加し、製造工程及び製造コストも増加する。また、動体を検出する固体撮像装置の駆動方法において、フレーム間の画像データの差分を生成する時間が必要なため、解像度が高く、鮮明な画像を取得することが困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、製造コストを抑制し、解像度が高く、鮮明な画像を取得可能な、動体を検出することが可能な固体撮像装置を提供することにある。

本実施形態に係る固体撮像装置は、露光した光の強度に応じた電圧に変換する光電圧変換回路と、前記光電圧変換回路に接続された第１の端子及び第２の端子を有する第１の容量素子と、前記第２の端子と定電圧線との間に配置された第１のスイッチと、前記露光した光の強度に応じた情報を読み出す読み出し回路と、前記第２の端子と前記読み出し回路との間に配置された第２のスイッチと、を有する。

本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法は、露光した光の強度に応じた電圧に変換する光電圧変換回路と、前記光電圧変換回路に接続された第１の端子及び第２の端子を有する第１の容量素子と、前記第２の端子と定電圧線との間に配置された第１のスイッチと前記第２の端子に電気的に接続された第２のスイッチと、前記第２のスイッチに電気的に接続された読み出し回路と、を含む固体撮像装置の駆動方法であって、前記第１のスイッチをオンすることで、前記第２の端子に前記定電圧線を接続し、前記第２の端子に定電圧を供給し、前記第１のスイッチをオフした後、前記電圧の変化量に応じた電圧を、前記定電圧を基準とした差分値として前記第２の端子に発生させ、前記第２のスイッチをオンすることで、前記読み出し回路に前記差分値に応じた電圧を転送する。

本実施形態によれば、製造コストを抑制し、解像度が高く、鮮明な画像を取得可能な、動体を検出することが可能な固体撮像装置を提供することができる。

本実施形態に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るイメージセンサの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る画素回路の構成を示す回路図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 図５（Ａ）は本実施形態に係る電流電圧変換回路の出力特性を示すタイミングチャートであり、図５（Ｂ）は本実施形態に係る駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。 本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を説明するためのフローチャート図である。 本実施形態に係る画素の駆動方法を説明するための回路図である。 本実施形態に係る画素の駆動方法を説明するための回路図である。 本実施形態に係る画素の駆動方法を説明するための回路図である。 本実施形態に係る画素回路の駆動方法を説明するための回路図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る画素の駆動方法を説明するための回路図である。 本実施形態に係るイメージセンサの構成を示す平面図である。 本実施形態に係る画素回路の構成を示す回路図である。 本実施形態に係るイメージセンサの構成を示す平面図である。 本実施形態に係る画素回路の構成を示す回路図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照し、説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎない。つまり、当業者が、発明の主旨を保ち、適宜変更することによって容易に想到し得る構成は、当然に本発明の範囲に含有される構成である。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合がある。しかし、これらはあくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

以下の説明において、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置は、トランジスタ、容量素子及び抵抗素子などを含む。トランジスタ、容量素子及び抵抗素子などの構造、トランジスタ、容量素子及び抵抗素子などを形成する膜、層、及び各部分の材料は、本発明の技術分野で通常使用される公知技術を採用することができる。

なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、説明を簡潔にするためだけに用いられており、限定的に解釈されるべきではない。また、本明細書等において、同一、または類似する複数の構成のそれぞれを区別して表記する際には、アルファベットの小文字を用いる。

なお、以下の各実施形態は、技術的な矛盾を生じない限り、互いに組み合わせることができる。

本実施形態に係るイメージセンサは、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサである。本実施形態に係る固体撮像装置は、画像を取得可能、かつ、動体を検出することが可能であり、携帯情報端末、デジタルカメラなどの電子機器に適用することができる。本実施形態において、行方向は第１の方向（Ｄ１）と呼ばれ、列方向は第２の方向（Ｄ２）と呼ばれる。本実施形態において、データは値と呼ばれ、例えば、画像データは画像値と呼ばれ、露光データは露光値と呼ばれ、増幅データは増幅値と呼ばれ、差分データは差分値と呼ばれる。また、本実施形態において、データは、電圧または電圧値、及び、電流または電流値を含んでよく、電圧または電圧値、及び、電流または電流値と呼ばれてもよい。

１．第１実施形態
図１は本実施形態に係る固体撮像装置１０の全体構成を示すブロック図である。図２は本実施形態に係るイメージセンサ１００の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る固体撮像装置１０の構成、及びイメージセンサ１００の構成は、図１及び図２に示す構成に限定されない。

１－１．固体撮像装置１０の全体構成
図１に示すように、固体撮像装置１０は、例えば、イメージセンサ１００、イメージシグナルプロセッサ（Ｉｍａｇｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＩＳＰ）２００、及び表示パネル３００を有する。イメージセンサ１００は、ＩＳＰ２００に接続される。ＩＳＰ２００は、表示パネル３００に接続される。

１－２．イメージセンサ１００の構成
図１及び図２に示すように、イメージセンサ１００は、画素部１１０、行選択走査回路１２０、読み出し回路１３０、及び制御回路１４０を有する。

１－２－１．画素部１１０の構成
図１に示すように、画素部１１０は、複数の画素１５０を有する。各画素は光電変換素子４２を有する。複数の画素１５０は、行（ロウ）方向と列（カラム）方向（Ｙ行Ｘ列）のマトリクス状に配置される。Ｙ及びＸはそれぞれ独立に設定される正の自然数である。

なお、複数の画素１５０は、例えば、赤色カラーフィルタを有するＲ画素、緑色カラーフィルタを有するＧＲ画素、青色カラーフィルタを有するＢ画素及び緑色カラーフィルタを有するＧＢ画素に分類されてもよい。例えば、奇数行目は、Ｒ画素とＧＲ画素を交互に繰り返し、偶数行目はＧＢ画素とＢ画素を交互に繰り返し配置されてもよい（いわゆるベイヤー配置）。

画素部１１０は、図に示されていないが、定電圧線１７４、及びグランド線１７８に接続する。

本実施形態では、定電圧ＶＣが定電圧線１７４に供給され、グランドＧＮＤがグランド線１７８に供給される。供給する電圧は、ここで示した電圧に限定されない。例えば、グランドＧＮＤは、アースであってもよく、０Ｖなどの基準電圧であってもよい。本実施形態において、定電圧ＶＣは第１の初期化データとも呼ばれる。

１－２－２．制御回路１４０の構成
図１及び図２に示すように、制御回路１４０は、行選択走査回路１２０、読み出し回路１３０、画素部１１０、及びＩＳＰ２００に接続する。制御回路１４０は、行選択走査回路１２０の行選択を制御するための信号を行選択走査回路１２０に送信し、読み出し回路１３０から送信される信号を制御するための信号を読み出し回路１３０に送信する。

図２に示すように、制御回路１４０は、バイパス信号線１６４に接続する。制御回路１４０は、ＩＳＰ２００からバイパス信号線を制御するための信号を受信する。制御回路１４０は、受信した信号を用いて、バイパス信号線１６４にバイパス信号ＢＰを供給する。

１－２－３．行選択走査回路１２０の構成
図１または図２に示すように、行選択走査回路１２０は、例えば、画素部１１０に対して行方向に隣接する位置に配置される。行選択走査回路１２０は、複数の水平信号線に接続する。複数の水平信号線は、例えば、初期化信号線１６２、データ転送信号線１６６、及びデータ読み出し信号線１７２ａ、１７２ｂ、１７２ｃ、１７２ｄ、・・・を含む。本実施形態では、複数の水平信号線は、列方向に互いに隣接する。水平信号線は、同じ行に設けられた複数の画素に接続される。例えば、第１の水平信号線は画素１５０の画素回路ＰＸａに接続され、第１の水平信号線の列方向に隣接する第２の水平信号線は第１の水平信号線とは異なる画素１５０の画素回路ＰＸａに接続される。本実施形態では、行選択走査回路１２０は、選択回路と呼ばれる。

図２に示すように、行選択走査回路１２０は、初期化信号線１６２、データ転送信号線１６６、及び複数のデータ読み出し信号線１７２に接続する。

行選択走査回路１２０は、制御回路１４０から、行選択走査回路１２０の行選択を制御するための信号を受信する。行選択走査回路１２０は、受信した信号を用いて、初期化信号線１６２に初期化信号ＤＣを供給し、データ転送信号線１６６にデータ転送信号ＧＳを供給し、データ読み出し信号線１７２にデータ読み出し信号ＲＥ（ｚ）を供給する。本実施形態では、数値ｚは行の番号を示す整数である。本実施形態では、例えば、初期化信号ＤＣ、データ転送信号ＧＳ、及びデータ読み出し信号ＲＥ（ｚ）が、各画素を制御する制御信号である。数値ｚは１からＹの整数である。

すなわち、行選択走査回路１２０は、当該制御信号を用いて、読み出し対象となる画素を行単位で選択する。当該制御信号は、例えば、１行目、２行目、３行目、・・・、Ｙ行目のように、行毎に順次入力され、各行に接続された複数の画素を、行毎に順次選択する。例えば、１行目に接続された複数の画素は、初期化信号ＤＣ、データ転送信号ＧＳ、及びデータ読み出し信号ＲＥ（１）を供給され、２行目に接続された複数の画素は、初期化信号ＤＣ、データ転送信号ＧＳ、及びデータ読み出し信号ＲＥ（２）を供給され、３行目に接続された複数の画素は、初期化信号ＤＣ、データ転送信号ＧＳ、及びデータ読み出し信号ＲＥ（３）を供給され、４行目に接続された複数の画素は、初期化信号ＤＣ、データ転送信号ＧＳ、及びデータ読み出し信号ＲＥ（４）を供給され、ｚ行目に接続された複数の画素は、初期化信号ＤＣ、データ転送信号ＧＳ、及びデータ読み出し信号ＲＥ（ｚ）を供給され、最終行（Ｙ行目）に接続された複数の画素は、初期化信号ＤＣ、データ転送信号ＧＳ、及びデータ読み出し信号ＲＥ（Ｙ）を供給される。

当該制御信号は、行毎にランダムに入力されてよく、複数の行に同時に入力されてもよい。

行選択走査回路１２０が、所望の行を選択すると、選択した行に接続された各画素は、選択した行に接続された各画素に対応した露光信号を用いて、垂直信号を生成する。選択した行に接続された各画素は、垂直信号を、各画素から各画素に接続された垂直信号線に送信する。

１－２－４．読み出し回路１３０の構成
図１または図２に示すように、読み出し回路１３０は、例えば、画素部１１０に対して列方向に隣接する位置に配置される。読み出し回路１３０は、例えば、複数のＡＤ変換回路１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ及び１３２ｄを有する。

読み出し回路１３０は、複数の垂直信号線１８２（図２）、及びＩＳＰ２００に接続する。垂直信号線１８２は、同じ列に設けられた複数の画素に接続される。例えば、第１の垂直信号線はＧ画素２１１、Ｒ画素２０９及びＡＤ変換回路１３２ａに接続され、第１の垂直信号線の行方向に隣接する第２の垂直信号線はＢ画素２１２、Ｇ画素２１３及びＡＤ変換回路１３２ｂに接続される。ＡＤ変換回路１３２は、アナログデータをデジタルデータに変換する機能を有する。

読み出し回路１３０は、各画素から、複数の垂直信号線のそれぞれに送信された垂直信号を受信する。複数のＡＤ変換回路１３２が、複数の垂直信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号はデジタルデータを含む。デジタルデータは、例えば、画像データを、コンピューターで処理可能な０と１の２進法で書き換えたデータである。読み出し回路１３０は、デジタル信号をＩＳＰ２００に送信する。デジタル信号はイメージセンサ１００から送信される信号（出力データ）である。詳細は後述するが、垂直信号は、第３の増幅データ（図１０）を含む。

１－２－５．画素の回路構成
図３は本実施形態に係る画素回路ＰＸａの構成を示す回路図である。本実施形態に係る画素回路ＰＸａの構成は、図２に示す構成に限定されない。図１及び図２と同一、又は類似する構成の説明は、省略されることがある。

図３に示すように、本実施形態に係る画素回路ＰＸａは、光電圧変換回路３５０、スイッチ３０２（第１のスイッチ）、スイッチ３０４（第４のスイッチ）、スイッチ３０６（第３のスイッチ）、スイッチ３１２（第２のスイッチ）、第１の容量素子３２２、第２の容量素子３２４、及び増幅回路３３０を有する。

光電圧変換回路３５０は、露光した光の強度に応じた電圧に変換する回路である。光電圧変換回路３５０は、少なくとも、露光した光の強度を検出する素子（回路）と、当該素子によって生成された電流、電圧などを増幅し電圧を生成する素子（回路）から構成される。本実施形態では、光電圧変換回路３５０は、露光した光によって電流が発生する光電変換素子４２、及び、電流を電圧に変換する電流電圧変換回路３０１から構成される。本実施形態に係る光電圧変換回路３５０の構成は一例であって、光電圧変換回路３５０の構成はこの構成に限定されない。光電圧変換回路３５０において、露光した光の強度を検出する素子は、例えば、光によって電気伝導度が変化する素子が用いられてもよく、露光した光の特性（例えば、光の波長）を電気的な信号に変換するタイプの素子が用いられてもよく、電流を生成する素子でもよく、電圧を生成する素子でもよい。また、当該素子によって生成された電流、電圧などを増幅し電圧を生成する素子（回路）は、例えば、電圧を電圧に変換する増幅回路であってよく、電流を電圧に変換する増幅回路であってもよい。

光電変換素子４２はグランド線１７８と電流電圧変換回路３０１との間に設けられる。光電変換素子４２の第１の端子はグランド線１７８に電気的に接続され、光電変換素子４２の第２の端子は電流電圧変換回路３０１と電気的に接続される。電流電圧変換回路３０１は光電変換素子４２とノードＡ（ｎｏｄｅＡ）との間に設けられ、光電変換素子４２とノードＡに電気的に接続される。第１の容量素子３２２はノードＡとノードＢ（ｎｏｄｅＢ）との間に設けられる。第１の容量素子３２２の第１の端子はノードＡに電気的に接続され、第１の容量素子３２２の第２の端子はノードＢに電気的に接続される。スイッチ３０２はノードＢと定電圧線１７４との間に設けられる。スイッチ３０２の第１の端子はノードＢに電気的に接続され、スイッチ３０２の第２の端子は定電圧線１７４に電気的に接続される。スイッチ３０４はノードＡとノードＢとの間に設けられる。スイッチ３０４の第１の端子はノードＡに電気的に接続され、スイッチ３０４の第２の端子はノードＢに電気的に接続される。スイッチ３０６はノードＢとノードＣとの間に設けられる。スイッチ３０６の第１の端子はノードＢに電気的に接続され、スイッチ３０６の第２の端子はノードＣ（ｎｏｄｅＣ）に電気的に接続される。第２の容量素子３２４はノードＣとグランド線１７８との間に設けられる。第２の容量素子３２４の第１の端子はグランド線１７８に電気的に接続され、第２の容量素子３２４の第２の端子はノードＣに電気的に接続される。増幅回路３３０はノードＣとノードＥ（ｎｏｄｅＥ）との間に設けられ、ノードＣとノードＥ（ｎｏｄｅＥ）に電気的に接続される。スイッチ３１２はノードＥと垂直信号線１８２との間に設けられる。スイッチ３１２の第１の端子はノードＥに電気的に接続され、スイッチ３１２の第２の端子は垂直信号線１８２に電気的に接続される。

光電変換素子４２は、露光された光の強度に基づき生成した電力に対応した露光信号を生成する。光の強度は明るさと呼んでもよい。露光した光の強度は、露光強度と呼んでもよい。本実施形態では、光電変換素子４２はフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）である。本実施形態において、露光信号は露光された被写体に対応した画像データを含むアナログデータであり、画像データは、露光データと呼ばれる。また、本実施形態では、電圧、電流、露光信号、データは、情報と呼ばれる場合がある。

詳細は後述するが、電流電圧変換回路３０１は、露光信号を増幅し、露光信号を増幅した第１の増幅信号を生成する。電流電圧変換回路３０１の増幅特性（入出力特性）は、例えば、対数特性である。本実施形態において、第１の増幅信号は第１の増幅データを含む。

スイッチ３０２は、初期化信号線１６２に電気的に接続され、初期化信号ＤＣによって制御される。スイッチ３０２は、ノードＢを初期化する機能を有する。例えば、初期化信号ＤＣがローレベル（Ｌｏｗ Ｌｅｖｅｌ、Ｌレベル）のとき、スイッチ３０２はノードＢと定電圧線１７４とを非導通とさせる。初期化信号ＤＣがハイレベル（Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ、Ｈレベル）のとき、スイッチ３０２はノードＢと定電圧線１７４とを導通する。本実施形態では、スイッチ３０２がノードＢと定電圧線１７４とを非導通とさせる状態を、スイッチ３０２は非導通状態であるものとし、スイッチ３０２がノードＢと定電圧線１７４とを導通させる状態を、スイッチ３０２は導通状態であるものとする。

なお、本実施形態では、導通状態とは、スイッチがオン（ＯＮ）の状態を示すものとし、非導通状態とは、スイッチがオフ（ＯＦＦ）の状態を示すものとする。

第１の容量素子３２２は、第１の増幅信号に応じて定電圧ＶＣから変化した差分信号を保持する。本実施形態において、差分信号は差分データを含む。

スイッチ３０４は、バイパス信号線１６４に電気的に接続され、バイパス信号ＢＰによって制御される。例えば、バイパス信号ＢＰがローレベル（Ｌｏｗ Ｌｅｖｅｌ、Ｌレベル）のとき、スイッチ３０４はノードＡとノードＢとを非導通とさせる。バイパス信号ＢＰがハイレベル（Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ、Ｈレベル）のとき、スイッチ３０４はノードＡとノードＢとを導通させる。本実施形態では、スイッチ３０４がノードＡとノードＢとを非導通とさせる状態を、スイッチ３０４は非導通状態であるものとし、スイッチ３０４がノードＡとノードＢとを導通させる状態を、スイッチ３０４は導通状態であるものとする。

スイッチ３０６は、データ転送信号線１６６に電気的に接続され、データ転送信号ＧＳによって制御される。例えば、データ転送信号ＧＳがローレベル（Ｌｏｗ Ｌｅｖｅｌ、Ｌレベル）のとき、スイッチ３０６はノードＢとノードＣとを非導通とさせる。データ転送信号ＧＳがハイレベル（Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ、Ｈレベル）のとき、スイッチ３０６はノードＢとノードＣとを導通させる。本実施形態では、スイッチ３０６がノードＢとノードＣとを非導通とさせる状態を、スイッチ３０６は非導通状態であるものとし、スイッチ３０６がノードＢとノードＣとを導通させる状態を、スイッチ３０６は導通状態であるものとする。

第２の容量素子３２４は、第１の増幅信号に応じて定電圧ＶＣから変化した差分信号を保持する。

詳細は後述するが、増幅回路３３０は、差分信号を増幅し、第３の増幅信号を生成する。本実施形態において、第３の増幅信号は第３の増幅データを含み、第３の増幅信号は垂直信号である。

スイッチ３１２は、読み出し信号線１７２に電気的に接続され、読み出し信号ＲＥ（ｚ）によって制御される。例えば、読み出し信号ＲＥ（ｚ）がローレベル（Ｌｏｗ Ｌｅｖｅｌ、Ｌレベル）のとき、スイッチ３１２はノードＥと垂直信号線１８２とを非導通とさせる。読み出し信号ＲＥ（ｚ）がハイレベル（Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ、Ｈレベル）のとき、スイッチ３１２はノードＥと垂直信号線１８２とを導通させる。本実施形態では、スイッチ３１２がノードＥと垂直信号線１８２とを非導通とさせる状態を、スイッチ３１２は非導通状態であるものとし、スイッチ３１２がノードＥと垂直信号線１８２とを導通させる状態を、スイッチ３１２は導通状態であるものとする。

保持回路３４０は、第１の保持部３４２及び第２の保持部３４４を有する。第１の保持部３４２は、電流電圧変換回路３０１によって送信される第１の増幅信号を保持する機能を有する。本実施形態では、第１の保持部３４２は、例えば、第１の容量素子３２２、スイッチ３０４、及びスイッチ３０２を有する。第１の保持部３４２は、少なくとも第１の容量素子３２２を有していればよい。第２の保持部３４４は、差分値を保持する機能を有する。本実施形態では、第２の保持部３４４は、例えば、第２の容量素子３２４及びスイッチ３０６を有する。第２の保持部３４４は、少なくとも第２の容量素子３２４を有していればよい。

なお、画素回路ＰＸａは、スイッチ３０４に係る構成及び機能を備えていなくてよい（省略されてよい）。スイッチ３０４に係る構成及び機能を省略することで、画素回路ＰＸａは、少ない素子数で構成され、スイッチ３０４に係る構成及び機能によって消費される電力を削減することができる。また、画素回路ＰＸａは、増幅回路３３０を備えていなくてよく（省略されてよく）、第２の保持部３４４及び増幅回路３３０を備えていなくもよい（省略されてもよい）。増幅回路３３０に係る構成及び機能を省略することで、第２の保持部３４４に保持した差分値を直接、スイッチ３１２に送信することができる。その結果、画素回路ＰＸａは、少ない素子数で構成され、増幅回路３３０に係る構成及び機能によって消費される電力を削減することができる。

１－３．ＩＳＰ２００の構成
ＩＳＰ２００は、イメージセンサ１００（読み出し回路１３０）から、複数の読み出し信号をデジタル化した複数のデジタル信号を受信し、表示パネル３００に含まれる各画素の表示するデータに対応する複数の画像データを生成する。

１－４．表示パネル３００の構成
表示パネル３００は、例えば、複数の画像データ受信し、撮像した被写体の画像を表示する。

光電変換素子４２は、露光した光の強度に基づく露光データ（露光電流）を生成する。電流電圧変換回路３０１（図３）は、当該露光電流を増幅する。行選択走査回路１２０が、スイッチ３０６をオフし、スイッチ３０２をオンすることで、ノードＢに定電圧線１７４を接続し、ノードＢに定電圧ＶＣが供給される。次に、行選択走査回路１２０が、スイッチ３０６、及びスイッチ３０２をオフした後、当該露光電圧の変化量に応じた電圧が、定電圧ＶＣを基準とした差分値としてノードＢに発生する。さらに、行選択走査回路１２０が、スイッチ３０２をオフし、スイッチ３０６をオンすることで、当該差分値がノードＢから第２の容量素子３２４に転送される。行選択走査回路１２０は、当該差分値の転送終了後、スイッチ３０６をオフする。また、増幅回路３３０は、当該差分値を増幅し、ノードＢに供給する。さらに、行選択走査回路１２０は、スイッチ３１２をオンすることで、当該差分値に応じて増幅された電圧を読み出し回路１３０に送信する。換言すると、増幅回路３３０は、当該差分値に応じた電圧を増幅した増幅電圧を生成し、増幅電圧を読み出し回路１３０に送信する。本実施形態では、露光電圧の変化量に応じた電圧は、増幅された前記露光電圧の変化量であり、差分値に応じた電圧は、増幅回路３３０を用いて、当該差分値に応じた電圧を増幅した増幅電圧である。実施形態に係る固体撮像装置１０は、第１のフレームの露光と、第１のフレームに続く第２のフレームにおける露光とを続けて実行する。

その結果、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、大容量の記憶装置を備えることなく、フレーム間の画像データの差分を生成し、動体を検出することができる。また、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、大容量の記憶装置を備えないため、固体撮像装置１０に実装する部材の数が少なく、固体撮像装置１０の製造工程及び製造コストは抑制される。

また、監視カメラのようにカメラが固定されていると、各フレーム間の画像データの差分データは、ほとんどが０近辺の値であるため、フレーム毎の画像データの容量より、データの度数分布に偏りが生じる。その結果、例えば、本実施形態に係る固体撮像装置１０を用いることで得られる差分データを圧縮することによって、差分データの容量を少なくし、転送するデータの容量を抑制することができる。

１－５．固体撮像装置１０の第１の駆動方法
図４は、本実施形態に係る固体撮像装置１０の第１の駆動方法を示すタイミングチャートであり、図５（Ａ）は本実施形態に係る１行１列目の画素の電流電圧変換回路３０１の出力特性を示すタイミングチャートであり、図５（Ｂ）は本実施形態に係る１行１列目の画素の駆動方法を説明するためのタイミングチャートであり、図６は本実施形態に係る固体撮像装置１０の第１の駆動方法を説明するためのフローチャート図であり、図７～図１０は本実施形態に係る画素の第１の駆動方法を説明するための回路図である。本実施形態に係る固体撮像装置１０の第１の駆動方法は図４～図１０に示す構成に限定されない。図１～図３と同一、又は類似する構成の説明は、省略されることがある。

図１～図３を用いて説明したように、例えば、各信号は、制御回路１４０、行選択走査回路１２０から供給される。図４及び図５（Ｂ）に示すように、初期化信号ＤＣがローレベル（Ｌｏｗ Ｌｅｖｅｌ、Ｌレベル）からハイレベル（Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ、Ｈレベル）に変化し、再度、ＬレベルからＨレベルに変化する間の期間が１フレーム期間（Ｔｆ）である。本実施形態では、例えば、１フレーム期間（Ｔｆ）は所定期間と呼ばれる。図４は、一例として、１行目～Ｙ行目の各画素を駆動するためのタイミングチャートを示し、図５（Ａ）、図５（Ｂ）は１フレームから６フレームの動作状態を示す。ここでは、１行目の水平走査線に接続される１行１列目の画素の第１の駆動方法を説明する。１行目の水平走査線に接続されるその他の複数の画素の第１の駆動方法は１列目の画素の第１の駆動方法と同様であり、２行目の水平走査線～最終行（Ｙ行目）の走査信号線に接続される複数の画素の第１の駆動方法は、各行を順に走査する以外は、１行目の水平走査線に接続される複数の画素の第１の駆動方法と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。

図６に示すように、固体撮像装置１０が駆動を開始すると、固体撮像装置１０はステップ３１（Ｓ３１）を実行する。ステップ３１（Ｓ３１）では、図４に示す第１のフレームの差分値初期化期間Ｔ１_Ｆ１において、固体撮像装置１０が第１のフレーム期間中にノードＢを初期化する。本実施形態では、各フレームの期間を示す場合は、期間及びフレーム番号を併記し、各フレームの各行の期間を示す場合は、期間、フレーム番号及び行番号を併記する。例えば、第１のフレームの差分値初期化期間は、第１のフレームの差分値初期化期間Ｔ１_Ｆ１と記載され、第１のフレームの第１行目の差分値初期化期間は、期間Ｔ１_Ｆ１（１）と記載される。後述される期間Ｔ２、期間Ｔ３、期間Ｔ４及び期間Ｔ５も、期間Ｔ１と同様に記載される。

図４に示すように、期間Ｔ１_Ｆ１では、初期化信号ＤＣは、ＬレベルからＨレベルに変化し、バイパス信号ＢＰ、データ転送信号ＧＳ、データ読み出し信号ＲＥ（１）、データ読み出し信号ＲＥ（２）、データ読み出し信号ＲＥ（Ｙ－１）及びデータ読み出し信号ＲＥ（Ｙ）はＬレベルが維持される。

図７に示すように、期間Ｔ１では、スイッチ３０２は導通状態であり、スイッチ３０４、スイッチ３０６、及びスイッチ３１２は非導通状態である。期間Ｔ１では、スイッチ３０２が導通状態となり、定電圧ＶＣ（第１の初期化データ）が定電圧線１７４からノードＢ、第１の容量素子３２２の第２の端子、スイッチ３０６の第１の端子、及びスイッチ３０４の第２の端子に供給される。固体撮像装置１０がステップ３１（Ｓ３１）を実行する前は、ノードＢは一つ前のフレームの差分データを保持している。固体撮像装置１０がステップ３１（Ｓ３１）を実行すると、ノードＢに保持されるデータは、一つ前のフレームの差分データから定電圧ＶＣに変化し、第１の容量素子３２２の第２の端子、スイッチ３０６の第１の端子、及びスイッチ３０４の第２の端子が定電圧ＶＣに初期化される。

次に、図６に示すように、固体撮像装置１０はステップ３３（Ｓ３３）を実行する。ステップ３３（Ｓ３３）では、図４に示す第１のフレームの露光期間Ｔ２_Ｆ１（期間Ｔ２）において、固体撮像装置１０が、被写体を露光し、第１のフレーム期間の露光データ及び第１のフレームの増幅データ（図５（Ａ））を取得する。

図４に示すように、期間Ｔ２_Ｆ１では、初期化信号ＤＣは、ＨレベルからＬレベルに変化し、バイパス信号ＢＰ、データ転送信号ＧＳ、データ読み出し信号ＲＥ（１）、データ読み出し信号ＲＥ（２）、データ読み出し信号ＲＥ（Ｙ－１）及びデータ読み出し信号ＲＥ（Ｙ）はＬレベルが維持される。

図８に示すように、期間Ｔ２では、スイッチ３０２、スイッチ３０４、スイッチ３０６、及びスイッチ３１２は非導通状態である。その結果、ノードＢが初期化された後の期間Ｔ２では、スイッチ３０２が非導通状態となり、光電変換素子４２が露光データを含む露光信号を生成し、露光信号を電流電圧変換回路３０１に送信する。続いて、電流電圧変換回路３０１は、露光信号を増幅し、第１のフレーム期間の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））を、ノードＡに出力する。その結果、ノードＡには増幅した第１の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））が供給され、ノードＢには第１の増幅信号に応じて定電圧ＶＣから変化した第１のフレーム期間の差分データを含む第１のフレーム期間の差分信号（図５（Ｂ））が供給される。

次に、図６に示すように、固体撮像装置１０はステップ３５（Ｓ３５）を実行する。ステップ３５（Ｓ３５）では、図４に示す第１のフレームの差分データ転送期間Ｔ３_Ｆ１（期間Ｔ３）において、固体撮像装置１０が、第１のフレームの差分データＶｆｂ１を含む差分信号を第２の容量素子３２４に転送する。第１のフレームの差分データＶｆｂ１は、一つ前のフレームにおける増幅データＶｆａ０（図５（Ａ））と第１のフレームの増幅データＶｆａ１との変化量に応じて定電圧ＶＣから変化した差分データである。第１のフレームの差分データＶｆｂ１は、１フレーム期間（所定期間）において取得されるデータである。

図４に示すように、期間Ｔ３_Ｆ１では、データ転送信号ＧＳは、ＬレベルからＨレベルに変化し、バイパス信号ＢＰ、初期化信号ＤＣ、データ読み出し信号ＲＥ（１）、データ読み出し信号ＲＥ（２）、データ読み出し信号ＲＥ（Ｙ－１）及びデータ読み出し信号ＲＥ（Ｙ）はＬレベルが維持される。

図９に示すように、期間Ｔ３では、スイッチ３０６は導通状態であり、スイッチ３０２、スイッチ３０４、及びスイッチ３１２は非導通状態である。その結果、スイッチ３０６が導通状態となり、第１のフレームの差分データＶｆｂ１を含む第１のフレームの差分信号がノードＢからノードＣに転送され、第１のフレームの差分データＶｆｂ１を含む第１のフレームの差分信号が第２の容量素子３２４に保存される。

次に、図６に示すように、固体撮像装置１０はステップ３７（Ｓ３７）を実行する。ステップ３７（Ｓ３７）では、図４に示す第２のフレームの差分値初期化期間Ｔ１_Ｆ２（期間Ｔ１）において、固体撮像装置１０が当該フレームのノードＢを初期化する。ステップ３７（Ｓ３７）の駆動方法はステップ３１（Ｓ３１）の駆動方法と比較すると、第２の容量素子３２４（ノードＣ）が定電圧ＶＣから変化した第１のフレームの差分データＶｆｂ１を含む第１のフレームの差分信号を保存している点において異なる。ステップ３７（Ｓ３７）の駆動方法において、上記以外は、ステップ３１（Ｓ３１）の駆動方法と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図６に示すように、固体撮像装置１０はステップ３９（Ｓ３９）を実行する。ステップ３９（Ｓ３９）では、図４に示す第２のフレームの露光期間Ｔ２_Ｆ２（期間Ｔ２）において、固体撮像装置１０が、被写体を露光し、第２のフレームの露光データ及び第２のフレームの第１の増幅データを取得する。

また、ステップ３３（Ｓ３３）と同様に、ステップ３９（Ｓ３９）において、ノードＢが初期化された後の第２のフレームの露光期間Ｔ２_Ｆ２では、スイッチ３０２の第１の端子と第２の端子とが非導通状態となり、光電変換素子４２が第２のフレーム期間の露光データを含む露光信号を生成し、第２のフレーム期間の露光データを含む露光信号を電流電圧変換回路３０１に送信する。続いて、電流電圧変換回路３０１は、第２のフレーム期間の露光データを含む露光信号を増幅し、第２のフレーム期間の第１の増幅データを含む第２のフレーム期間の第１の増幅信号（図５（Ａ））を、ノードＡに送信する。その結果、ノードＡには増幅した第２のフレーム期間の第１の増幅データを含む第２のフレーム期間の第１の増幅信号（図５（Ａ））が供給され、ノードＢには増幅した第２のフレーム期間の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））に応じて定電圧ＶＣから変化した第２のフレーム期間の差分データを含む第２のフレーム期間の差分信号（図５（Ｂ））が供給される。

図６に示すように、固体撮像装置１０は、ステップ３７とステップ３９と並行してステップ４１（Ｓ４１）を実行する。ステップ４１（Ｓ４１）では、図４に示す第１のフレームのデータ転送期間Ｔ５_Ｆ１（期間Ｔ５）において、固体撮像装置１０が、第１のフレームの差分データを含む第１のフレームの差分信号を増幅し、垂直信号線１８２に転送する。

図４に示すように、期間Ｔ４_Ｆ１（１）では、データ読み出し信号ＲＥ（１）はＬレベルからＨレベルに変化し、バイパス信号ＢＰ、初期化信号ＤＣ、データ転送信号ＧＳ、及びデータ読み出し信号ＲＥ（２）からデータ読み出し信号ＲＥ（Ｙ）はＬレベルが維持される。

図１０に示すように、期間Ｔ４_Ｆ１（１）では、スイッチ３１２は導通状態であり、スイッチ３０４、及びスイッチ３０６は非導通状態である。その結果、増幅回路３３０は第１のフレームの差分データを含む第１のフレームの差分信号を増幅した第３の増幅データを含む第３の増幅信号をノードＥ、垂直信号線１８２に供給（送信、転送）する。

続いて、図４に示すように、データ読み出し信号ＲＥ（１）はＨレベルからＬレベルに変化し、バイパス信号ＢＰ、データ転送信号ＧＳ及びデータ読み出し信号ＲＥ（２）からデータ読み出し信号ＲＥ（Ｙ）はＬレベルが維持される。

本実施形態に係る固体撮像装置１０は、図４に示すように、データ転送期間Ｔ５_Ｆ１では、１行目の水平走査線に接続されるその他の複数の画素の駆動に続き、２行目の水平走査線に接続される複数の画素の駆動、３行目の水平走査線に接続される複数の画素の駆動、・・・、Ｙ行目の水平走査線に接続される複数の画素の駆動を順に実行する。第１のフレームの２行目以降のデータ転送期間Ｔ４_Ｆ１（２）～Ｔ４_Ｆ１（Ｙ）における駆動方法は期間Ｔ４_Ｆ１（１）における駆動方法と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図６に示すように、固体撮像装置１０はステップ４５（Ｓ４５）を実行する。ステップ４５（Ｓ４５）において、図４に示す第２のフレームの差分データ転送期間Ｔ３_Ｆ２（期間Ｔ３）は、固体撮像装置１０が、定電圧ＶＣから変化した第２のフレームの差分データＶｆｂ２を含む第２のフレームの差分信号を第２の容量素子３２４に保存する期間である。第２のフレームの差分データＶｆｂ２は、一つ前のフレームにおける第１の増幅データＶｆａ１（図５（Ａ））と第２のフレームの第１の増幅データＶｆａ２（図５（Ａ））との変化量に応じて定電圧ＶＣから変化した差分データである。第２のフレームの差分データＶｆｂ２は、１フレーム期間（所定期間）において取得されるデータである。ステップ４５（Ｓ４５）の駆動方法は、ステップ３５（Ｓ３５）の駆動方法における期間Ｔ３_Ｆ１を期間Ｔ３_Ｆ２に置き換え、第１のフレームの露光データを第２のフレームの露光データに置き換え、第１のフレームの第１の増幅データを第２のフレームの第１の増幅データに置き換え、第１のフレームの第１の増幅信号を第２のフレームの第１の増幅信号に置き換え、第１のフレームの差分データＶｆｂ１を第２のフレームの差分データＶｆｂ２に置き換えた駆動方法である。ステップ４５（Ｓ４５）の駆動方法において、上記以外の駆動方法はステップ３５（Ｓ３５）の駆動方法と同様であるから、ここでの説明は省略する。

次に、図６に示すように、固体撮像装置１０はステップ４７（Ｓ４７）を実行する。ステップ４７（Ｓ４７）において、図４に示す期間Ｔ１_Ｆ３（期間Ｔ１）は、固体撮像装置１０が当該フレームのノードＢを初期化する期間である。ステップ４７（Ｓ４７）の駆動方法はステップ３１（Ｓ３１）の駆動方法と比較すると、期間Ｔ１_Ｆ１を期間Ｔ１_Ｆ３に置き換え、第２の容量素子３２４（ノードＣ）が定電圧ＶＣから変化した第２フレームの差分データＶｆｂ２を含む第２のフレームの差分信号を保存している点において異なる。ステップ４７（Ｓ４７）の駆動方法において、上記以外の駆動方法は、ステップ３１（Ｓ３１）の駆動方法と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、図６に示すように、固体撮像装置１０はステップ４９（Ｓ４９）を実行する。図４に示すように、ステップ４９（Ｓ４９）において、第３のフレームの露光期間Ｔ２_Ｆ３（期間Ｔ２）は、固体撮像装置１０が、被写体を露光し、第３のフレームの露光データを取得する期間である。ステップ４９（Ｓ４９）の駆動方法は、ステップ３９（Ｓ３９）の駆動方法における期間Ｔ２_Ｆ２を期間Ｔ２_Ｆ３に置き換え、第２のフレーム期間の露光データを第３のフレーム期間の露光データに置き換え、第２のフレーム期間の増幅データを第３のフレーム期間の増幅データに置き換え、第２のフレーム期間の第１の増幅信号を第３のフレーム期間の第１の増幅信号に置き換え、第２のフレーム期間の差分データを第３のフレーム期間の差分データ（図５（Ｂ））に置き換え、第２のフレームの差分信号を第３のフレームの差分信号に置き換えた駆動方法である。ステップ４９（Ｓ４９）の駆動方法において、上記以外の駆動方法はステップ３９（Ｓ３９）の駆動方法と同様であるから、ここでの説明は省略する。第３のフレームの差分データＶｆｂ３（図５（Ｂ））は、第２のフレームの増幅データＶｆａ２（図５（Ａ））と第３のフレームの増幅データＶｆａ３（図５（Ａ））との変化量に応じて定電圧ＶＣから変化した差分データである。第３のフレームの差分データＶｆｂ３は、１フレーム期間（所定期間）において取得されるデータである。

次に、図６に示すように、固体撮像装置１０は、ステップ４７（Ｓ４７）、ステップ４９（Ｓ４９）と並行してステップ５１（Ｓ５１）を実行する。ステップ５１（Ｓ５１）において、図４に示す第２のフレームの１行目のデータ転送期間Ｔ４_Ｆ２（１）（期間Ｔ４）は、固体撮像装置１０が、第２のフレームの差分データＶｆｂ２を含む第２のフレームの差分信号を転送し、第２のフレームの差分データＶｆｂ２を含む第２のフレームの差分信号を増幅する期間である。ステップ５１（Ｓ５１）の駆動方法は、ステップ４１（Ｓ４１）の駆動方法における期間Ｔ４_Ｆ１（ｚ）を期間Ｔ４_Ｆ２（ｚ）に置き換え、第１のフレームの差分データＶｆｂ１を第２のフレームの差分データＶｆｂ２に置き換え、第１のフレームの差分信号を第２のフレームの差分信号に置き換え、第１のフレームの第３の増幅データを第２のフレームの第３の増幅データに置き換え、第１のフレームの第３の増幅信号を第２のフレームの第３の増幅信号に置き換えた駆動方法である。ステップ５１（Ｓ５１）の駆動方法において、上記以外の駆動方法はステップ４１（Ｓ４１）の駆動方法と同様であるから、ここでの説明は省略する。

読み出し回路１３０は、例えば、ステップ４１（Ｓ４１）の読み出し信号ＲＥ（ｚ）がＨの時に、差分信号を増幅した第３の増幅信号をデジタル化したデジタル信号を生成する。読み出し回路１３０は、固体撮像装置１０に含まれる複数の画素に対して生成した複数の差分信号を増幅した第３の増幅信号をデジタル化した複数のデジタル信号を生成し、生成した複数のデジタル信号をＩＳＰ２００に送信する。ＩＳＰ２００は、イメージセンサ１００（読み出し回路１３０）から、当該複数のデジタル信号を受信し、表示パネル３００に含まれる各画素の表示するデータに対応する複数の差分データを生成し、複数の画像データを表示パネル３００に送信する。表示パネル３００は、例えば、複数の差分データ受信し、差分データに基づく画像を表示する。

また、例えば、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第４のフレーム期間においては、ステップ３３（Ｓ３３）における第１のフレームの露光期間Ｔ２_Ｆ１（期間Ｔ２）、及び、ステップ３９（Ｓ３９）における第２のフレームの露光期間Ｔ２_Ｆ２（期間Ｔ２）と同様に、電流電圧変換回路３０１は、第４のフレーム期間の露光データを含む露光信号を増幅し、第４のフレーム期間の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））を、ノードＡに送信する。その結果、ノードＡには第４のフレーム期間の第１の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））が供給され、ノードＢには第４のフレーム期間の第１の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））に応じて定電圧ＶＣから変化した第４のフレーム期間の差分データを含む第４のフレーム期間の差分信号（図５（Ｂ））が供給される。さらに、期間Ｔ２_Ｆ１及びＴ２_Ｆ２と同様に第４のフレームの露光期間に続く第５のフレームの露光期間においては、電流電圧変換回路３０１は、第５のフレーム期間の露光データを含む露光信号を増幅し、第５のフレーム期間の第１の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））を、ノードＡに送信する。その結果、ノードＡには第５のフレーム期間の第１の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））が供給され、ノードＢには第５のフレーム期間の第１の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））に応じて定電圧ＶＣから変化した第５のフレーム期間の差分データを含む第５のフレームの差分信号（図５（Ｂ））が供給される。さらに、期間Ｔ２_Ｆ１及びＴ２_Ｆ２と同様に第５のフレームの露光期間に続く第６のフレームの露光期間においては、電流電圧変換回路３０１は、第６のフレームの露光データを含む露光信号を増幅し、第６のフレームの第１の増幅データ含む第１位の増幅信号（図５（Ａ））を、ノードＡに送信する。その結果、ノードＡには第６のフレームの第１の増幅データ含む増幅信号（図５（Ａ））が供給され、ノードＢには増幅した第６のフレームの第１の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））に応じて定電圧ＶＣから変化した第６のフレームの差分データを含む第６のフレームの差分信号（図５（Ｂ））が供給される。

また、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第３のフレーム期間においては、ステップ３５（Ｓ３５）における第１のフレームの差分データ転送期間Ｔ３_Ｆ１（期間Ｔ３）、及び、ステップ４５（Ｓ４５）における第２のフレームの差分データ転送期間Ｔ３_Ｆ２と同様に、固体撮像装置１０が、第３のフレームの差分データＶｆｂ３を含む差分信号を第２の容量素子３２４に保存する。さらに、期間Ｔ３_Ｆ１及びＴ３_Ｆ２と同様に第３のフレームの露光期間に続く第４のフレーム期間においては、固体撮像装置１０は、第４のフレームの差分データＶｆｂ４を含む差分信号を第２の容量素子３２４に保存する。さらに、期間Ｔ３_Ｆ１及びＴ３_Ｆ２と同様に第４のフレームの露光期間に続く第５のフレーム期間においては、固体撮像装置１０は、第５のフレームの差分データＶｆｂ５を含む差分信号を第２の容量素子３２４に保存する。さらに、期間Ｔ３_Ｆ１及びＴ３_Ｆ２と同様に第５のフレームの露光期間に続く第６のフレーム期間においては、固体撮像装置１０は、第６のフレームの差分データＶｆｂ６を含む差分信号を第２の容量素子３２４に保存する。第３の差分データＶｆｂ３は、第３の増幅データＶｆｂ３（図５（Ａ））と第４の増幅データＶｆａ４（図５（Ａ））との変化量に応じて定電圧ＶＣから変化した差分データである。第４の差分データＶｆｂ４は、第３の増幅データＶｆｂ３（図５（Ａ））と第４の増幅データＶｆａ４（図５（Ａ））との変化量に応じて定電圧ＶＣから変化した差分データである。第５の差分データＶｆｂ５は、第４の増幅データＶｆｂ４（図５（Ａ））と第５の増幅データＶｆａ５（図５（Ａ））との変化量に応じて定電圧ＶＣから変化した差分データである。第６の差分データＶｆｂ６は、第５の増幅データＶｆｂ５（図５（Ａ））と第６の増幅データＶｆａ６（図５（Ａ））との変化量に応じて定電圧ＶＣから変化した差分データである。第１の差分データＶｆｂ１、第２の差分データＶｆｂ２、及び第３の差分データＶｆｂ３と同様に、第４の差分データＶｆｂ４、第５の差分データＶｆｂ５、及び第６の差分データＶｆｂ６はそれぞれが１フレーム期間（所定期間）において取得されるデータである。

１－６．固体撮像装置１０の第２の駆動方法
図１１は、本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法を示すタイミングチャートであり、図１２は本実施形態に係る画素の第２の駆動方法を説明するための回路図である。本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法は、フレーム毎の画像データを取得する駆動方法である。本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法は図１１～図１２に示す構成に限定されない。図１～図１０と同一、又は類似する構成の説明は、省略されることがある。

図１１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法は、図４～図１０に示した第１の駆動方法と比較して、バイパス信号ＢＰはＨレベルを維持し、バイパス信号線１６４にＨレベルを供給し、初期化信号ＤＣはＬレベルを維持し、初期化信号線１６２にＬレベルを供給し、露光データを初期化する期間である期間Ｔ１を有していない。図１２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法では、スイッチ３０２は非導通状態であり、スイッチ３０４は導通状態であり、電流電圧変換回路３０１は、露光データを含む露光信号を増幅し、第１の増幅データを含む第１の増幅信号（図５（Ａ））を、ノードＢに送信（供給）する。

次に、図１１に示すように、本本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法における期間Ｔ３_Ｆ１の駆動方法では、図４、図６及び図９に示した第１の駆動方法における期間Ｔ３_Ｆ１の駆動方法と比較して、バイパス信号ＢＰはＨレベルを維持し、初期化信号ＤＣはＬレベルを維持し、スイッチ３０２は非導通状態であり、スイッチ３０４は導通状態であり、固体撮像装置１０は、第１のフレームの第１の増幅信号を第２の容量素子３２４に保存する。本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法における期間Ｔ３_Ｆ１の駆動方法では、上記以外の駆動方法は、図４、図６及び図９に示した第１の駆動方法における期間Ｔ３_Ｆ１の駆動方法と同様であるから、ここでの説明は省略する。

図１１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法における期間Ｔ５_Ｆ１の駆動方法では、第２の駆動方法における期間Ｔ３_Ｆ１と同様に、バイパス信号ＢＰはＨレベルを維持し、初期化信号ＤＣはＬレベルを維持し、スイッチ３０２は非導通状態であり、スイッチ３０４は導通状態であり、固体撮像装置１０は、転送された第１のフレームの第１の増幅データを含む第１のフレームの第１の増幅信号を増幅した第１の増幅データを含む第３の増幅信号をノードＥ、垂直信号線１８２に供給（送信）する。第２の駆動方法における期間Ｔ５_Ｆ１においても、第１の駆動方法における期間Ｔ５_Ｆ１と同様に、固体撮像装置１０は第１の駆動方法における期間Ｔ４_Ｆ１（ｚ）を実行する。本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法における期間Ｔ５_Ｆ１及びＴ４_Ｆ１（ｚ）の駆動方法では、図４、図１０に示した第１の駆動方法における期間Ｔ５_Ｆ１及びＴ４_Ｆ１（ｚ）の駆動方法と同様であるから、ここでの説明は省略する。

次に、読み出し回路１３０は、各増幅信号をデジタル化したデジタル信号を生成することを、固体撮像装置１０に含まれる複数の画素に対して実行し、生成した複数の増幅信号をデジタル化した複数のデジタル信号をＩＳＰ２００に送信する。ＩＳＰ２００は、イメージセンサ１００（読み出し回路１３０）から、当該複数のデジタル信号を受信し、表示パネル３００に含まれる各画素の表示するデータに対応する複数の画像データを生成し、複数の画像データを表示パネル３００に送信する。表示パネル３００は、例えば、複数の画像データ受信し、撮像した被写体の画像を表示する。

以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置１０の第２の駆動方法では、バイパス信号ＢＰはＨレベルを維持し、初期化信号ＤＣはＬレベルを維持し、スイッチ３０２は非導通状態であり、スイッチ３０４は導通状態であり、固体撮像装置１０は、フレーム毎の画像データを取得し、撮像した被写体の画像を表示することができる。

２．第２実施形態
図１３は本実施形態に係るイメージセンサ１００Ｂの構成を示すブロック図である。図１４は本実施形態に係る画素回路ＰＸｂの構成を示す回路図である。本実施形態に係る固体撮像装置１０は、図１に示すイメージセンサ１００の代わりに、図１３に示すイメージセンサ１００Ｂを用いることができる。イメージセンサ１００Ｂの構成は、図１３に示す構成に限定されない。本実施形態に係る固体撮像装置１０は図１３及び図１４に示す構成に限定されない。図１～図１２と同一、又は類似する構成の説明は、省略されることがある。

２－１．イメージセンサ１００Ｂの構成
図１３に示すように、イメージセンサ１００Ｂの構成は、イメージセンサ１００の構成に対して、画素回路ＰＸａと画素回路ＰＸｂとが交互に配置されている構成を有する。イメージセンサ１００Ｂの構成において、それ以外の構成は、イメージセンサ１００の構成と同様であるから、ここでの説明は省略する。

図１４に示すように、本実施形態に係る画素回路ＰＸｂは、画素回路ＰＸａに対して、スイッチ３０４及び第１の容量素子３２２を有しておらず、電流電圧変換回路３０１の出力端子が、ノードＢに接続される。それ以外の構成は、画素回路ＰＸａと同様であるから、ここでの説明は省略する。

２－２．イメージセンサ１００Ｂの駆動方法
イメージセンサ１００Ｂの駆動方法について説明する。イメージセンサ１００Ｂの駆動方法は、例えば、図４、図７～図１０を用いて説明した固体撮像装置１０の第１の駆動方法に対して、バイパス信号ＢＰがなく、電流電圧変換回路３０１の出力端子がノードＢに接続され、光電変換素子４２は露光データを含む露光信号を生成し、生成した露光信号を増幅した第１の増幅信号がノードＢに送信（供給）され、第１の増幅信号がノードＣに送信（供給または転送）され、増幅回路３３０を用いて増幅される駆動方法である。イメージセンサ１００ｂの駆動方法は、ノードＢに生成した第１の増幅データを送信した後は、図４、図７～図１０を用いて説明した固体撮像装置１０の第１の駆動方法と同様の駆動方法を用いることができる。よって、ここでの詳細な説明は省略する。

画素回路ＰＸｂはフレーム毎の画像データを取得し、固体撮像装置１０は撮像した被写体の画像を表示することができる。一方、画素回路ＰＸａはフレーム間の画像データの差分を生成し、固体撮像装置１０は動体を検出することができる。したがって、固体撮像装置１０は、撮像した被写体の画像を表示する機能と動体を検出する機能とを同一フレームで実行することができる。また、固体撮像装置１０の第２の駆動方法で説明した通り、画素回路ＰＸａでは、バイパス信号ＢＰはＨレベルを維持し、初期化信号ＤＣはＬレベルを維持することによって、固体撮像装置１０は被写体の画像データも取得することができる。その結果、画素回路ＰＸａ及び画素回路ＰＸｂを備える固体撮像装置１０は、すべての画素で撮像した被写体の画像を表示することができる。

本実施形態に係る固体撮像装置１０は、例えば、フレーム間の画像データの差分のみを取得したい場合、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、画素回路ＰＸａを駆動し、画素回路ＰＸｂを駆動しないように、各画素を制御することができる。また、例えば、低消費電力で動体を検出せずに被写体を撮像したい場合、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、画素回路ＰＸｂを駆動し、画素回路ＰＸａを駆動しないように、各画素を制御することができる。

３．第３実施形態
図１５は本実施形態に係るイメージセンサ１００Ｃの構成を示すブロック図であり、図１６は本実施形態に係る画素回路ＰＸｃの構成を示す回路図であり、図１７は本実施形態に係る固体撮像装置１０の第３の駆動方法を示すタイミングチャートであり、図１８は本実施形態に係る固体撮像装置１０の第４の駆動方法を示すタイミングチャートである。本実施形態に係る固体撮像装置１０は、図１に示すイメージセンサ１００の代わりに、図１５に示すイメージセンサ１００Ｃを用いることができる。イメージセンサ１００Ｃの構成は図１５に示す構成に限定されず、固体撮像装置１０の画素回路の構成の構成は図１６に示す構成に限定されず、固体撮像装置１０の駆動方法は図１７及び図１８に示す駆動方法に限定されない。図１～図１４と同一、又は類似する構成の説明は、省略されることがある。

３－１．イメージセンサ１００Ｃの構成
図１５に示すように、イメージセンサ１００Ｃの構成は、イメージセンサ１００の構成に対して、画素回路ＰＸａが画素回路ＰＸｃに置き換わり、データ転送信号ＧＳがない構成を有する。イメージセンサ１００は画素回路ＰＸａを用いることで、初期化信号線１６２を各行で共有し、初期化信号ＤＣ（ｚ）を各行に共通に供給するのに対し、イメージセンサ１００Ｃは画素回路ＰＸｃを用いることで、データ転送信号ＧＳを用いることなく、初期化信号線１６２を行ごとに電気的に接続し、初期化信号ＤＣ（ｚ）を行ごとに供給する。イメージセンサ１００Ｃの構成において、それ以外の構成は、イメージセンサ１００の構成と同様であるから、ここでの説明は省略する。

図１５に示すように、具体的には、イメージセンサ１００Ｃでは、初期化信号線１６２ａが第１行目の複数の画素回路ＰＸｃに電気的に接続され、初期化信号ＤＣ（１）が第１行目の複数の画素回路ＰＸｃに供給され、初期化信号線１６２ｂが第２行目の複数の画素回路ＰＸｃに電気的に接続され、初期化信号ＤＣ（２）が第２行目の複数の画素回路ＰＸｃに供給される。第１行目の複数の画素回路ＰＸｃ及び第２行目の複数の画素回路ＰＸｃと同様の構成が、第３行目の複数の画素回路ＰＸｃから最終行目（第Ｙ行目）の複数の画素回路ＰＸｃまで繰り返される。

図１６に示すように、本実施形態に係る画素回路ＰＸｃは、画素回路ＰＸａに対して、スイッチ３０６及び第２の容量素子３２４に係る構成及び機能を有しておらず、増幅回路３３０がノードＢ（ｎｏｄｅＢ）とノードＥ（ｎｏｄｅＥ）との間に電気的に接続される。すなわち、増幅回路３３０は、第１の容量素子３２２の第２の端子及びスイッチ３０４の第２の端子と、スイッチ３１２の第１の端子との間に電気的に接続される。それ以外の構成は、画素回路ＰＸａと同様であるから、ここでの説明は省略する。

３－２．固体撮像装置１０の第３の駆動方法
図１７を用いて、イメージセンサ１００Ｃを有する固体撮像装置１０の第３の駆動方法について説明する。イメージセンサ１００Ｃの駆動方法では、例えば、図４、図７～図１０を用いて説明した固体撮像装置１０の第１の駆動方法に対して、データ転送信号ＧＳがなく、初期化信号ＤＣ（ｚ）が各行の初めに行ごとに送信（供給）され、ノードＢに各フレーム期間の差分信号（図５（Ｂ））が供給されると、増幅回路３３０がノードＢに供給された差分信号を、容量またはスイッチなどの素子を介さずに増幅する方法である。イメージセンサ１００Ｃの駆動方法は、増幅回路３３０に差分信号を送信した後は、図４～図１０を用いて説明した固体撮像装置１０の第１の駆動方法と同様の駆動方法を用いることができる。第３の駆動方法の説明では、第１の駆動方法と同様の駆動方法の説明は、必要に応じて追加する。

図１７に示すように、第３の駆動方法における第１のフレームの差分値初期化期間Ｔ１_Ｆ１（期間Ｔ１）では、図４に示す第１の駆動方法における第１のフレームの差分値初期化期間Ｔ１_Ｆ１と同様に、ノードＢが初期化される期間である。また、図１７に示すように、第３の駆動方法における第１のフレームの露光期間Ｔ２_Ｆ１（期間Ｔ２）では、図４に示す第１の駆動方法における第１のフレームの露光期間Ｔ２_Ｆ１（期間Ｔ２）と同様に、固体撮像装置１０が、被写体を露光し、第１のフレーム期間の露光データ及び第１のフレームの増幅データ（図５（Ａ））が取得される期間である。よって、ここでの詳細な説明は省略する。

図１７に示すように、第３の駆動方法では、第１のフレームの１行目の露光期間Ｔ２_Ｆ１（１）の後に、第１のフレームの１行目のデータ転送期間Ｔ４_Ｆ１（１）が実行される。第３の駆動方法における期間Ｔ４_Ｆ１（１）の駆動方法では、固体撮像装置１０の第１の駆動方法における期間Ｔ４_Ｆ１（１）と同様の駆動方法を用いることができる。よって、ここでの詳細な説明は省略する。２行目以降の駆動方法も、１行目の駆動方法と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

３－３．固体撮像装置１０の第４の駆動方法
図１８を用いて、イメージセンサ１００Ｃを有する固体撮像装置１０の第４の駆動方法について説明する。イメージセンサ１００Ｃの駆動方法では、例えば、図１１～図１２を用いて説明した固体撮像装置１０の第２の駆動方法に対して、データ転送信号ＧＳがなく、初期化信号ＤＣにＬレベルが送信（供給）され、ノードＢに各フレーム期間の差分信号（図５（Ｂ））が供給されると、増幅回路３３０がノードＢに供給された差分信号を、容量またはスイッチなどの素子を介さずに増幅する方法である。イメージセンサ１００Ｃの第４の駆動方法において、それ以外の構成は、固体撮像装置１０の第２の駆動方法と同様であるから、ここでの説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態に係るイメージセンサ１００Ｃを有する固体撮像装置１０では、イメージセンサ１００を有する固体撮像装置１０に対して、スイッチ３０６及び第２の容量素子３２４に係る構成及び機能を省略し、増幅回路３３０がノードＢに供給された差分信号を、容量またはスイッチなどの素子を介さずに直接増幅することができる。したがって、少ない素子数で構成された画素回路を用いて、差分データを供給することができる。

以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、各実施形態の固体撮像装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除または設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。さらに、上述した各実施形態は、相互に矛盾がない限り適宜組み合わせが可能であり、各実施形態に共通する技術事項については、明示の記載がなくても各実施形態に含まれる。

また、上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１０：固体撮像装置、４２：光電変換素子、１００：イメージセンサ、１００ｂ：イメージセンサ、１１０：画素部、１２０：行選択走査回路、１３０：読み出し回路、１３２：変換回路、１３２ａ：変換回路、１３２ｂ：変換回路、１３２ｃ：変換回路、１３２ｄ：変換回路、１４０：制御回路、１５０：画素、１６２：初期化信号線、１６４：バイパス信号線、１６６：データ転送信号線、１７２：信号線、１７４：定電圧線、１７８：グランド線、１８２：垂直信号線、２００：イメージシグナルプロセッサ（Ｉｍａｇｅ：Ｓｉｇｎａｌ：Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＩＳＰ）、２０９：Ｒ画素、２１１：Ｇ画素、２１２：Ｂ画素、Ｇ２１３：画素、３００：表示パネル、３０１：電流電圧変換回路、３０２：スイッチ、３０４：スイッチ、３０６：スイッチ、３１２：スイッチ、３２２：第１の容量素子、３２４：第２の容量素子、３３０：増幅回路、３４０：保持回路、３４２：第１の保持部、３４４：第２の保持部、３５０：光電圧変換回路

Claims (11)

1. 露光した光の強度に応じた電圧に変換する光電圧変換回路と、
   前記光電圧変換回路に接続された第１の端子及び第２の端子を有する第１の容量素子と、
   前記第２の端子と定電圧線との間に配置された第１のスイッチと、
   前記露光した光の強度に応じた情報を読み出す読み出し回路と、
   前記第２の端子と前記読み出し回路との間に配置された第２のスイッチと、
   を有する、固体撮像装置。
2. 前記第２の端子と前記第２のスイッチとの間に接続された増幅回路を有する、
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記増幅回路と前記第２の端子との間に設けられ、前記増幅回路に電気的に接続された第３の端子を含む第２の容量素子と、
   前記第２の端子と前記第３の端子との間に設けられた第３のスイッチと、
   を有する、
   請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第１の端子と前記第２の端子との間に配置される第４のスイッチを有する、
   請求項１～請求項３の何れか一項に記載の固体撮像装置。
5. 前記固体撮像装置は、
   前記第１の端子と前記第２の端子との間に配置される第４のスイッチ、及び、選択回路を有し、
   前記選択回路は、
   前記第４のスイッチをオフする場合、
   前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチをオフし、前記第１のスイッチをオンすることで、前記第２の端子に前記定電圧線を接続し、前記第２の端子に定電圧を供給し、
   前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチをオフし、前記第１のスイッチをオフすることで、前記電圧の変化量に応じた電圧を、前記定電圧を基準とした差分値として前記第２の端子に発生させ、前記差分値を前記第１の容量素子に設定し、
   前記第２のスイッチ及び前記第１のスイッチをオフし、前記第３のスイッチをオンすることで、前記第２の端子と前記第３の端子とを接続し、前記差分値を前記第２の容量素子に転送し、
   前記第１のスイッチ及び前記第３のスイッチをオフし、前記第２のスイッチをオンすることで、前記差分値に応じた電圧を前記増幅回路で増幅した後に、前記読み出し回路に送信し、
   前記第４のスイッチをオンする場合、
   前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチをオフし、前記第２の端子に前記定電圧を供給せず、前記電圧の変化量に応じた電圧を前記第１の端子に転送し、
   前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチをオフし、前記第３のスイッチをオンすることで、前記第２の端子と前記第３の端子とを接続し、前記電圧に応じた電圧を前記第２の容量素子に転送し、
   前記第１のスイッチをオフし、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチをオンすることで、前記電圧の変化量に応じた電圧を前記増幅回路で増幅した後に、前記読み出し回路に送信する、
   請求項３に記載の固体撮像装置。
6. 前記固体撮像装置は、選択回路を有し、
   前記選択回路は、
   前記第２のスイッチをオフし、前記第１のスイッチをオンすることで、前記第２の端子に前記定電圧線を接続し、前記第２の端子に定電圧を供給し、
   前記第２のスイッチ及び前記第１のスイッチをオフすることで、前記電圧の変化量に応じた電圧を、前記定電圧を基準とした差分値として前記第２の端子に発生させ、前記差分値を前記第１の容量素子に設定し、
   前記第２のスイッチをオンすることで、前記差分値に応じた電圧を増幅した後に、前記読み出し回路に送信する、
   請求項１に記載の固体撮像装置。
7. 前記光電圧変換回路は、入出力特性が対数特性である回路を含む、
   請求項１～請求項６の何れか一項に記載の固体撮像装置。
8. 露光した光の強度に応じた電圧に変換する光電圧変換回路と、
   前記光電圧変換回路に接続された第１の端子及び第２の端子を有する第１の容量素子と、
   前記第２の端子と定電圧線との間に配置された第１のスイッチと、
   前記第２の端子に電気的に接続された第２のスイッチと、
   前記第２のスイッチに電気的に接続された読み出し回路と、
   を含む固体撮像装置の駆動方法であって、
   前記第１のスイッチをオンすることで、前記第２の端子に前記定電圧線を接続し、前記第２の端子に定電圧を供給し、
   前記第１のスイッチをオフした後、前記電圧の変化量に応じた電圧を、前記定電圧を基準とした差分値として前記第２の端子に発生させ、
   前記第２のスイッチをオンすることで、前記読み出し回路に前記差分値に応じた電圧を転送する、固体撮像装置の駆動方法。
9. 前記第２の端子と前記第２のスイッチとの間に接続された増幅回路と、
   を有し、
   前記差分値に応じた電圧は、前記増幅回路を用いて、前記差分値を増幅した増幅電圧である、
   請求項８に記載の固体撮像装置の駆動方法。
10. 前記増幅回路と前記第２の端子との間に設けられ、前記増幅回路に電気的に接続された第３の端子を含む第２の容量素子と、
    前記第２の端子と前記第３の端子との間に設けられた第３のスイッチと、
    を有し、
    前記差分値を前記第２の端子に発生させた後、前記第３のスイッチをオンし、前記差分値を前記第２の端子と前記第３の端子に転送し、前記差分値を前記第１の容量素子に設定する
    請求項９に記載の固体撮像装置の駆動方法。
11. 前記第１の端子と前記第２の端子との間に配置される第４のスイッチを有し、
    前記第１のスイッチをオフし、前記第４のスイッチをオンすることで、前記第１の端子に前記定電圧を供給せず、前記差分値に応じた電圧を前記第１の端子から前記第２の端子に転送し、前記差分値に応じた電圧を増幅し、
    前記第２のスイッチをオンすることで、増幅された前記差分値に応じた電圧を前記読み出し回路に送信する、
    請求項８～請求項１０の何れか一項に記載の固体撮像装置の駆動方法。

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