JP5089514B2 - 撮像装置、及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、及び撮像システムに関する。

特許文献１に記載された撮像装置では、特許文献１の図２に示されるように、画素配列における各列の画素に接続された信号配線ＳＩＧに、容量Ｃ、アンプ２、スイッチＳＷ、容量Ｃｓｈ、アンプ５がこの順番に接続されている。また、この撮像装置では、特許文献１の図３に示されるように、容量Ｃがリセット信号ｒｃに応じてリセットスイッチ１によりリセットされた後に、薄膜トランジスタＴがオンして光電変換素子Ｓの信号が容量Ｃへ転送されて容量Ｃに蓄積される。その後、ｓｍｐｌパルスによりスイッチＳＷがオンした際に、容量Ｃに蓄積された信号がアンプ２により増幅されてサンプルホールド回路３内の容量Ｃｓｈに伝達されて容量Ｃｓｈに蓄積される。スイッチＳＷがオフした後、容量Ｃｓｈに蓄積された信号は、ａｄ０〜８パルスによりアナログマルチプレクサ４が端子４を選択した際に、Ａ／Ｄ変換器７へ転送されＡ／Ｄ変換器７によりＡ／Ｄ変換された後にＤｏｕｔに出力される。この構成により、特許文献１によれば、スイッチＳＷがオフした状態で容量Ｃｓｈにより蓄積された信号がアンプ２の出力するアナログ電圧の変動の影響を受けないので、容易にＳＮ比を向上できるとされている。

特許文献２に記載された撮像装置では、画素から異なるタイミングでノイズ信号と光信号とをそれぞれ読み出し、光信号とノイズ信号との差分をとるＣＤＳ処理を行うことが開示されている。これにより、特許文献２によれば、固定パターンノイズが除去された画像信号を撮像装置から出力することができるとされている。
特開平１１−１５０２５５号公報 特開２００３−５１９８９号公報

ところで、撮像装置を含む撮像システムに対するユーザの要求には、画質が多少落ちても１秒間当たりの最大撮影枚数（コマ速）を増やしたいという第１の要求と、コマ速が落ちても画質を向上させたいという第２の要求とが含まれ得る。この場合、撮像装置において第１の要求を満たすための高速動作可能な回路と第２の要求を満たすためのノイズ低減可能な回路とを別々に設けると、撮像装置の回路規模が増大するおそれがある。

本発明の目的は、撮像装置において、回路規模の増大を抑えながら、高速動作可能なモードとノイズ低減可能なモードとで選択的に動作するための構成を実現することにある。

本発明の第１側面に係る撮像装置は、光電変換部を含む画素と、前記画素に接続された列信号線と、同一の前記画素を選択している期間における異なるタイミングに前記同一の前記画素から前記列信号線へ出力された第１の信号と第２の信号とを一時的に保持する保持ブロックと、前記保持ブロックに保持された前記第１の信号と前記第２の信号との差分をとることにより画像信号を生成して出力する出力部と、前記保持ブロックを制御する制御部とを備え、前記保持ブロックは、第１の保持部と、第２の保持部と、第３の保持部と、第４の保持部と、第１のインピーダンス変換部と、第２のインピーダンス変換部とを含み、前記制御部は、前記保持ブロックを、前記第１の信号が前記第１の保持部により保持された後に前記第１の保持部から前記第１のインピーダンス変換部を介して前記第２の保持部へ伝達され、かつ、前記第２の信号が前記第３の保持部により保持された後に前記第３の保持部から前記第２のインピーダンス変換部を介して前記第４の保持部へ伝達される第１のモード、又は、前記第１の信号が前記第１のインピーダンス変換部を介して前記第２の保持部へ伝達され、かつ、前記第２の信号が前記第１のインピーダンス変換部を介して前記第４の保持部へ伝達される第２のモードで、選択的に動作させることを特徴とする。

本発明の第２側面に係る撮像システムは、本発明の第１側面に係る撮像装置と、前記撮像装置の撮像面へ像を形成する光学系と、前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置において、回路規模の増大を抑えながら、高速動作可能なモードとノイズ低減可能なモードとで選択的に動作するための構成を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００を、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の構成図である。図２は、撮像装置１００における画素Ａ１１の構成図である。

撮像装置１００は、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、イメージスキャナ用のイメージ入力装置などに広範に用いられるＣＭＯＳイメージセンサである。

撮像装置１００は、画素配列１０６、垂直走査回路（ＶＳＲ）１０４、読み出し回路１０１、水平走査回路（ＨＳＲ）１０２、行制御線ＣＬ１〜ＣＬ４、及び列信号線ＲＬ１〜ＲＬ４を備える。撮像装置１００は、モード切替部（制御部）１０３、第１の水平出力線（第１の出力線）ＣＨＳ、第２の水平出力線（第２の出力線）ＣＨＮ、及び出力部１０５を備える。

画素配列１０６では、複数の画素Ａ１１〜Ｂ２４が２次元的に（行方向及び列方向に）配列されている。ここでは、説明の簡略化のために画素配列１０６が４行４列の画素Ａ１１〜Ｂ２４で構成されている場合を例示的に説明する。

画素Ａ１１は、図２に示すように、リセットトランジスタ２５、光電変換部２７、転送ゲート９、フローティングディフュージョン（以下、ＦＤとする）７、及び、増幅トランジスタ２９を含む。リセットトランジスタ２５は、ＦＤ７をリセットする。光電変換部２７は、光電変換により、入射した光に応じた電荷を発生させるとともに蓄積する。光電変換部２７は、例えば、フォトダイオードである。転送ゲート９は、光電変換部２７により蓄積された電荷をＦＤ７へ転送する。ＦＤ７は容量値を有しているので、光電変換部２７から転送された電荷の量に応じた電位になる。増幅トランジスタ２９は、ＦＤ７の電位に応じた信号を列信号線ＲＬへ出力する。増幅トランジスタ２９は、ＦＤ７の電位を入力として、列信号線ＲＬへ電圧信号を出力する。増幅トランジスタ２９は、ＦＤ７がリセットされた状態で第２の信号であるノイズ信号を列信号線ＲＬへ出力する。増幅トランジスタ２９は、光電変換部２７からＦＤ７へ電荷が転送された状態で第１の信号である光信号を列信号線ＲＬへ出力する。増幅トランジスタ２９と列信号線ＲＬとの導通または非導通を切り替える選択トランジスタを設けても良い。選択トランジスタの制御は、例えば垂直走査回路１０４から供給される信号によって行われる。上述の説明から明らかなように、第１の信号と第２の信号とは、同一の画素を選択している期間における異なるタイミングに画素から列信号線ＲＬへ出力される。

なお、他の画素Ａ１２〜Ｂ２４の構成も、画素Ａ１１の構成と同様である。

垂直走査回路１０４は、画素配列１０６を垂直方向（列方向）に走査して、画素を行単位で選択及び駆動する。例えば、垂直走査回路１０４は、行制御線ＣＬ１〜ＣＬ４を介して、各画素Ａ１１〜Ｂ２４に駆動するための信号を供給する。これにより、各行の画素は、信号を列信号線ＲＬ１〜ＲＬ４へ出力する。

モード切替部１０３は、全体制御・演算部８１１からタイミング発生部８０８経由で所定の指示を受けて、受けた指示に応じて、所定の読み出しモードで読み出し回路１０１を制御する。例えば、モード切替部１０３は、読み出し速度を重視すべき旨の指示を受けた場合、読み出し回路１０１へ供給すべき信号φＭＯＤＥをＬｏレベルにすることにより、第１のモード（高速読み出しモード）で読み出し回路１０１を制御する。例えば、モード切替部１０３は、画質を重視すべき旨の指示を受けた場合、読み出し回路１０１へ供給すべき信号φＭＯＤＥをＨｉレベルにすることにより、第２のモード（高画質み出しモード）で読み出し回路１０１を制御する。

読み出し回路１０１は、列信号線ＲＬ１〜ＲＬ４を介して各行の画素（Ａ１１〜Ｂ２４）から異なるタイミングで第１の信号である光信号と第２の信号であるノイズ信号とを読み出して列ごとに一時的に保持する。読み出し回路１０１は、モード切替部１０３から供給される信号φＭＯＤＥに応じて、第１のモード及び第２のモードのいずれかで動作する。第１のモード及び第２のモードにおける動作の詳細は後述する。

水平走査回路１０２は、読み出し回路１０１を水平方向（行方向）に走査して、各列の信号を読み出し回路１０１から第１の水平出力線ＣＨＳ及び第２の水平出力線ＣＨＮへ順次に転送させる。水平走査回路１０２は、各列に対応した信号φＣＳＥＬ（１）〜φＣＳＥＬ（４）を順次にアクティブにして、読み出し回路１０１に保持された各列の光信号及びノイズ信号をそれぞれ第１の水平出力線ＣＨＳ及び第２の水平出力線ＣＨＮへ順次に転送させる。

出力部１０５は、読み出し回路１０１からそれぞれ第１の水平出力線ＣＨＳ及び第２の水平出力線ＣＨＮを介して転送された光信号及びノイズ信号の差分をとることにより、画像信号を生成して出力する。

次に、読み出し回路１０１の構成を、図３を用いて説明する。図３は、読み出し回路１０１における１列分の回路構成を示す図である。なお、図３は、列信号線ＲＬ１に接続された回路との接続関係を示すものである。

読み出し回路１０１は、保持ブロックＨＢと列転送部ＴＢとを含む。

保持ブロックＨＢは、列信号線ＲＬ１〜ＲＬ４を介して画素から異なるタイミングで受けた光信号とノイズ信号とをそれぞれ一時的に保持する。保持ブロックＨＢは、増幅部２０１、第１の開閉部２０２、第１の蓄積部２０３、伝達部２０４、第２の開閉部２０６、及び第２の蓄積部２０７を含む。

列転送部ＴＢは、保持ブロックＨＢに保持された光信号とノイズ信号とを出力部１０５へ転送する。列転送部ＴＢは、第３の開閉部２０８を含む。

列信号線ＲＬ１〜ＲＬ４には、出力側に、増幅部２０１、第１の開閉部２０２、第１の蓄積部２０３、伝達部２０４、第２の開閉部２０６、第２の蓄積部２０７、及び第３の開閉部２０８がこの順番に接続されている。第３の開閉部２０８の後段には、第１の水平出力線ＣＨＳ、及び第２の水平出力線ＣＨＮ（図１参照）が接続されている。

増幅部２０１は、列増幅部であるプリアンプＰＡＭＰ１を含む。プリアンプＰＡＭＰ１は、入力端子が列信号線ＲＬ１に接続され、出力端子が後述する光信号用の開閉部Ｍｓ１１とノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１１とに接続されている。増幅部２０１は、列信号線ＲＬ１に出力された電気信号を増幅し第１の開閉部２０２へ伝達する。

第１の開閉部２０２は、第１のスイッチである光信号用の開閉部Ｍｓ１１と、第３のスイッチであるノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１１とを含む。第１の蓄積部２０３は、第１の保持部である光信号用の保持部Ｃｔｓ１１と、第３の保持部であるノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１１とを含む。光信号用の開閉部Ｍｓ１１は、列信号線ＲＬ１と光信号用の保持部Ｃｔｓ１１との接続を開閉する。ノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１１は、列信号線ＲＬ１とノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１１との接続を開閉する。第１の蓄積部２０３は、列信号線ＲＬ１に出力された光信号およびノイズ信号をそれぞれ保持する。

伝達部２０４は、それぞれインピーダンス変換器である光信号用のバッファーアンプ（第１のインピーダンス変換部）ＡＭ１ｓと、ノイズ信号用のバッファーアンプ（第２のインピーダンス変換部）ＡＭ１ｎとを含む。伝達部２０４は、第１の蓄積部２０３に保持された信号を第２の蓄積部２０７へ伝達する。

第２の開閉部２０６は、第２のスイッチである光信号用の開閉部Ｍｓ１２と、第４のスイッチであるノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１２とを含む。第２の蓄積部２０７は、第２の保持部である光信号用の保持部Ｃｔｓ１２と、第４の保持部であるノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２とを含む。光信号用の開閉部Ｍｓ１２は、光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓと光信号用の保持部Ｃｔｓ１２との接続を開閉する。ノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１２は、ノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎとノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２との接続を開閉する。第２の蓄積部２０７は、伝達部２０４から出力された光信号およびノイズ信号をそれぞれ保持する。

第３の開閉部２０８は、第８のスイッチである光信号用の開閉部Ｍｓ１３と、第９のスイッチであるノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１３とを含む。光信号用の開閉部Ｍｓ１３は、光信号用の保持部Ｃｔｓ１２と第１の水平出力線ＣＨＳとの接続を開閉する。ノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１３は、ノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２と第２の水平出力線ＣＨＮとの接続を開閉する。例えば、光信号用の開閉部Ｍｓ１３は、光信号用の保持部Ｃｔｓ１２と第１の水平出力線ＣＨＳとの接続を閉状態（オン状態）にすることにより、光信号用の保持部Ｃｔｓ１２と第１の水平出力線ＣＨＳとを導通させる。例えば、ノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１３は、ノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２と第２の水平出力線ＣＨＮとの接続を閉状態（オン状態）にすることにより、ノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２と第２の水平出力線ＣＨＮとを導通させる。

接続部２０５は、第５のスイッチである接続スイッチＭｃを含む。接続スイッチＭｃは、第１のノードＮ１と第２のノードＮ２との接続を開閉する。第１のノードＮ１は、第１のインピーダンス変換部である光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓ及び第２のスイッチである光信号用の開閉部Ｍｓ１２の間におけるノードである。第２のノードＮ２は、第２のインピーダンス変換部であるノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎ及び第４のスイッチノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１２の間におけるノードである。

読み出し回路制御部２００は、モード切替部１０３から供給される信号φＭＯＤＥに応じて、読み出し回路１０１における各開閉部、伝達部２０４および接続部２０５を制御する。例えば、読み出し回路制御部２００は、第１のモードで制御する場合（信号φＭＯＤＥ＝Ｌｏの場合）、接続スイッチＭｃを開状態（オフ状態）に維持させる。例えば、読み出し回路制御部２００は、第２のモードで制御する場合（信号φＭＯＤＥ＝Ｈｉの場合）、接続スイッチＭｃを閉状態（オン状態）に維持させる。読み出し回路制御部２００は、列信号線ＲＬ１〜ＲＬ４に接続された４列分の回路で共有されている。

なお、図３に示すような１列分の回路構成において、各開閉部等は、ＮＭＯＳトランジスタを含んでも良いし、ＰＭＯＳトランジスタを含んでも良い。

また、読み出し回路制御部２００は、第２のモードで制御する場合、次のような制御を行っても良い。読み出し回路制御部２００は、光信号を光信号用の保持部Ｃｔｓ１２に伝達する際に、光信号用の開閉部Ｍｓ１２をオン状態にし、かつ、ノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１２または接続スイッチＭｃのいずれかをオフ状態にする。読み出し回路制御部２００は、ノイズ信号をノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２に伝達する際に、ノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１２及び接続スイッチＭｃをオン状態にし、かつ、光信号用の開閉部Ｍｓ１２をオフ状態にする。

次に、増幅部２０１の構成を、図４を用いて説明する。図４は、増幅部２０１の構成を示す図である。

増幅部２０１は、図４（Ａ）に示すように、複数のプリアンプＰＡＭＰ１〜ＰＡＭＰ４と、第２の供給部であるバイアス供給部３０１とを含む。各プリアンプＰＡＭＰ１〜ＰＡＭＰ４は、各列信号線ＲＬ１〜ＲＬ４により伝達された信号を増幅し、増幅した信号を各出力ノードＯＵＴ１〜ＯＵＴ４へ出力する。バイアス供給部３０１は、複数のプリアンプＰＡＭＰ１〜ＰＡＭＰ４のそれぞれにバイアス電圧を供給する。

バイアス供給部３０１は、図４（Ｂ）に示すように、電流源負荷ＳＬ１とトランジスタＴｒｓとを含む。電流源負荷ＳＬ１は、トランジスタＴｒｓのドレインへ電流Ｉ１を供給する。トランジスタＴｒｓは、ドレイン及びゲートが短絡されており、電流Ｉ１に応じたバイアス電圧をゲート（端子ＢＩＡＳｐ）から出力する。

プリアンプＰＡＭＰ１は、図４（Ｃ）に示すように、反転入力端子と出力端子とが短絡された差動増幅回路である。プリアンプＰＡＭＰ１は、列信号線ＲＬ１により伝達された信号が非反転入力端子に入力され、その信号を、端子ＢＩＡＳｐから負荷トランジスタＴｒ１のゲートに供給されたバイアス電圧に応じた増幅率で増幅する。プリアンプＰＡＭＰ１は、増幅された信号を出力ノードＯＵＴ１へ出力する。

ここで、トランジスタＴｒｓと負荷トランジスタＴｒ１とは、カレントミラー回路を形成している。すなわち、負荷トランジスタＴｒ１は、トランジスタＴｒｓのドレイン電流に応じた（比例関係にある）電流をプリアンプＰＡＭＰ１内に供給する。例えば、トランジスタＴｒｓのドレイン電流が一定値Ｉ１であることにより、負荷トランジスタＴｒ１は、プリアンプＰＡＭＰ１内で一定の電流を供給する。

なお、本実施形態では、簡略化のため１倍ゲインの増幅部を用いているが、任意のゲインを設定できるような回路構成としてもよい。

次に、伝達部２０４の構成を、図５を用いて説明する。図５は、伝達部２０４の構成を示す図である。

伝達部２０４は、図５（Ａ）に示すように、Ｓ信号伝達部４０６とＮ信号伝達部４０７とを含む。

Ｓ信号伝達部４０６は、複数の光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓ〜ＡＭ４ｓと、第１の供給部であるバイアス供給部４０４とを含む。各列の光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓ〜ＡＭ４ｓは、各列の入力ノードＩＮ１ｓ〜ＩＮ４ｓ（図３参照）を介して伝達された信号を信号を増幅し、増幅した信号を各列の出力ノードＯＵＴ１ｓ〜ＯＵＴ４ｓ（図３参照）へ出力する。バイアス供給部４０４は、複数の光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓ〜ＡＭ４ｓのそれぞれへバイアス電圧を供給する。

Ｎ信号伝達部４０７は、複数のノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎ〜ＡＭ４ｎと、第１の供給部であるバイアス供給部４０４とを含む。各列のノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎ〜ＡＭ４ｎは、各列の入力ノードＩＮ１ｎ〜ＩＮ４ｎ（図３参照）を介して伝達された信号を信号を増幅し、増幅した信号を各列の出力ノードＯＵＴ１ｎ〜ＯＵＴ４ｎ（図３参照）へ出力する。バイアス供給部４０５は、複数のノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎ〜ＡＭ４ｎのそれぞれへバイアス電圧を供給する。

バイアス供給部４０４は、図５（Ｂ）に示すように、電流源負荷ＳＬａと電流切り替えスイッチ４０８とトランジスタＴｓとを含む。電流切り替えスイッチ４０８は、信号φＭＯＤＥに関わらずａ側端子に切り替えられている。電流切り替えスイッチ４０８は、電流源負荷ＳＬａからトランジスタＴｓのドレインへ電流Ｉａを供給させる。トランジスタＴｒｓは、ドレイン及びゲートが短絡されており、電流Ｉａに応じたバイアス電圧をゲート（端子ＢＩＡＳｓ）から出力する。

バイアス供給部４０５は、図５（Ｂ）に示すように、電流源負荷ＳＬａと電流切り替えスイッチ４０９とトランジスタＴｎとを含む。電流切り替えスイッチ４０９は、信号φＭＯＤＥがＬｏである第１のモードにおいてａ側の端子に切り替えられ、電流源負荷ＳＬａからトランジスタＴｎのドレインへ電流Ｉａが供給されるようにする。トランジスタＴｎは、ドレイン及びゲートが短絡されており、電流Ｉａに応じたバイアス電圧をゲート（端子ＢＩＡＳｎ）から出力する。一方、電流切り替えスイッチ４０９は、信号φＭＯＤＥがＨｉである第２のモードにおいてｂ側の端子に切り替えられ、グランド電源からトランジスタＴｎのドレイン及びゲートへグランド電圧が供給されるようにする。トランジスタＴｎは、オフして、バイアス電圧を出力しない。

光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓは、図５（Ｃ）に示すように、反転入力端子と出力端子とが短絡された差動増幅回路である。バッファーアンプＡＭ１ｓは、入力ノードＩＮ１ｓを介して伝達された信号が非反転入力端子に入力され、その信号を、端子ＢＩＡＳｓから負荷トランジスタＴｓ１のゲートに供給されたバイアス電圧に応じた増幅率で増幅する。バッファーアンプＡＭ１ｓは、増幅された信号を出力ノードＯＵＴ１ｓへ出力する。

ここで、トランジスタＴｓと負荷トランジスタＴｓ１とは、カレントミラー回路を形成している。すなわち、負荷トランジスタＴｓ１は、トランジスタＴｓのドレイン電流に応じた（比例関係にある）電流をバッファーアンプＡＭ１ｓ内に供給する。例えば、トランジスタＴｓのドレイン電流がＩａであることにより、負荷トランジスタＴｒ１は、バッファーアンプＡＭ１ｓ内で電流Ｉａに応じた電流を供給する。

なお、伝達部２０４は、複数のバッファーアンプＡＭ１ｓ〜ＡＭ４ｓに代えて、複数のソースフォロワ回路（図６参照）を含んでもよい。

ノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎは、図５（Ｃ）に示すように、反転入力端子と出力端子とが短絡された差動増幅回路である。バッファーアンプＡＭ１ｎは、入力ノードＩＮ１ｎを介して伝達された信号が非反転入力端子に入力され、その信号を、端子ＢＩＡＳｎから負荷トランジスタＴｎ１のゲートに供給されたバイアス電圧に応じた増幅率で増幅する。バッファーアンプＡＭ１ｎは、増幅された信号を出力ノードＯＵＴ１ｎへ出力する。

ここで、トランジスタＴｎと負荷トランジスタＴｎ１とは、カレントミラー回路を形成している。すなわち、負荷トランジスタＴｎ１は、トランジスタＴｎのドレイン電流に応じた（比例関係にある）電流をバッファーアンプＡＭ１ｎ内に供給する。例えば、トランジスタＴｎのドレイン電流がＩａであることにより、負荷トランジスタＴｎ１は、バッファーアンプＡＭ１ｎ内で電流Ｉａに応じた電流を供給する。

なお、伝達部２０４は、複数のバッファーアンプＡＭ１ｎ〜ＡＭ４ｎに代えて、複数のソースフォロワ回路（図６参照）を含んでもよい。

次に、読み出し回路１０１の動作について、図７および図８を用いて説明する。図７および図８は、読み出し回路の動作を示すタイミングチャートである。図７および図８では、信号がハイレベルでアクティブになる場合が示されているが、信号がローレベルでアクティブになる場合についても信号レベルを全体的に論理反転させたものとなること以外は同じである。

図７は、高速読み出しモードとして第１のモードにおける読み出し回路の動作を示すタイミングチャートを示す。

モード切替部１０３は、読み出し回路制御部２００に供給すべき信号φＭＯＤＥをＬｏレベルにすることにより、第１のモードに切り替える。読み出し回路制御部２００は、第１のモードに対応した第１の開閉部２０２、伝達部２０４、接続部２０５、及び第２の開閉部２０６の駆動パルスを生成する。

期間ＢＬＫ１１における信号φＰＴＮ１がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｎ１１がＯＮすることにより、列信号線ＲＬ１に出力された第１の画素Ａ１１のノイズ信号が増幅部２０１を介してノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１１に蓄積される。ここで、ノイズ信号とは、例えば図２に示す画素が固有に持っているオフセット成分や、リセットトランジスタ２５を導通させてＦＤをリセットすることに起因するランダムノイズなどを含む。

期間ＢＬＫ１１における信号φＰＴＳ１がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｓ１１がＯＮすることにより、列信号線ＲＬ１に出力された第１の画素Ａ１１の光信号が増幅部２０１を介して光信号用の保持部Ｃｔｓ１１に蓄積される。ここで、蓄積部Ｃｔｓ１１に保持される光信号には、上述のノイズ信号が重畳されている。すなわち、列信号線ＲＬ１に出力された第１の画素Ａ１１の光信号とノイズ信号とが第１の蓄積部２０３にそれぞれ蓄積される。

期間ＢＬＫ２１における信号φＰＴＳ２及び信号φＰＴＮ２がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｎ１２及び開閉部Ｍｓ１２がＯＮする。光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓにより、第１の画素Ａ１１の光信号が光信号用の保持部Ｃｔｓ１１から読み出されて光信号用の保持部Ｃｔｓ１２へ伝達される。同様に、ノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎにより、第１の画素Ａ１１のノイズ信号がノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１１から読み出されてノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２へ伝達される。すなわち、伝達部２０４により、第１の画素Ａ１１の信号が第１の蓄積部２０３から読み出されて第２の蓄積部２０７へ伝達される。

水平転送期間ＨＴ１１において、水平走査回路１０２は、各列に対応した信号φＣＳＥＬ（１）〜φＣＳＥＬ（４）を順次にアクティブにして、第３の開閉部２０８における各列の開閉部を順次にオンさせる。

例えば、列信号線ＲＬ１用の信号φＣＳＥＬ（１）がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｓ１３及び開閉部Ｍｎ１３がＯＮすることにより、第１の画素Ａ１１の光信号およびノイズ信号が第２の蓄積部２０７からそれぞれ読み出される。

すなわち、第１の画素Ａ１１の光信号が、光信号用の保持部Ｃｔｓ１２から第１の水平出力線ＣＨＳへ読み出される。これにより、第１の画素Ａ１１の光信号は、第１の水平出力線ＣＨＳ経由で出力部１０５へ伝達される。また、第１の画素Ａ１１のノイズ信号が、ノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２から第２の水平出力線ＣＨＮへ読み出される。これにより、第１の画素Ａ１１のノイズ信号は、第２の水平出力線ＣＨＮ経由で出力部１０５へ伝達される。

出力部１０５は、第１の水平出力線ＣＨＳ経由で伝達された光信号と、第２の水平出力線ＣＨＮ経由で伝達されたノイズ信号との差分を演算して、両者の差分信号を画像信号として後段へ出力する。先述のとおり、ＣＨＳ経由で伝達される光信号にはノイズ信号が重畳しているので、出力部１０５から出力される差分信号はノイズ信号が低減されたものとなる。

また、水平転送期間ＨＴ１１に含まれる期間ＢＬＫ１２における信号φＰＴＮ１がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｎ１１がＯＮする。これにより、列信号線ＲＬ１に出力された第２の画素Ｂ１１のノイズ信号が増幅部２０１を介してノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１１に蓄積される。ここで、ノイズ信号とは、例えば図２に示す画素が固有に持っているオフセット成分や、リセットトランジスタ２５を導通させてＦＤをリセットすることに起因するランダムノイズなどを含む。

期間ＢＬＫ１２における信号φＰＴＳ１がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｓ１１がＯＮすることにより、列信号線ＲＬ１に出力された第２の画素Ｂ１１の光信号が増幅部２０１を介して光信号用の保持部Ｃｔｓ１１に蓄積される。ここで、蓄積部Ｃｔｓ１１に保持される光信号には、上述のノイズ信号が重畳されている。

すなわち、第１の画素Ａ１１の光信号およびノイズ信号を出力部１０５へ読み出す動作と並行して、列信号線ＲＬ１に出力された第２の画素Ｂ１１の光信号およびノイズ信号が第１の蓄積部２０３にそれぞれ蓄積される動作が行われる。なお、水平転送期間ＨＴ１１において読み出し回路１０１から出力部１０５へ転送される信号が期間ＢＬＫ１１において画素から読み出し回路１０１へ読み出されたものであることを明確にするために、添え字「１１」を対応させている。

水平転送期間ＨＴ１１に続く期間ＢＬＫ２２における信号φＰＴＳ２及び信号φＰＴＮ２がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｎ１２及び開閉部Ｍｓ１２がＯＮする。光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓにより、第２の画素Ｂ１１の光信号が光信号用の保持部Ｃｔｓ１１から読み出されて光信号用の保持部Ｃｔｓ１２へ伝達される。同様に、ノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎにより、第２の画素Ｂ１１のノイズ信号がノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１１から読み出されてノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２へ伝達される。

以下、同様に、期間ＨＴ１２、ＢＬＫ２３、ＨＴ１３、ＢＬＫ２４、ＨＴ１４の動作が行われる。

なお、他の列信号ＲＬ２、・・・について、水平走査信号φＣＳＥＬ（ｎ）を除く図７に示す信号は同様である。水平走査信号φＣＳＥＬ（ｎ）において、列信号線ＲＬ１用の信号φＣＳＥＬ（１）がアクティブになる期間の後に、他の列信号ＲＬ２、・・・用の信号φＣＳＥＬ（２）、・・・が順次アクティブになる。

ここで、第１の画素Ａ１１から第１の蓄積部２０３へ信号を読み出すＢＬＫ１１期間よりも、第１の蓄積部２０３に保持された信号を第２の蓄積部２０７へ伝達するＢＬＫ２１期間の方が短い。また、第２の画素Ｂ１１から第１の蓄積部２０３へ信号を読み出すＢＬＫ１２期間よりも、第１の蓄積部２０３に保持された信号を第２の蓄積部２０７へ伝達するＢＬＫ２２期間の方が短い。なぜなら、画素配列１０６の領域に対して読み出し回路１０１の領域が小さいので、画素配列１０６の領域を信号が伝搬するのに要する時間に比べて、読み出し回路１０１の領域を信号が伝搬するのに要する時間が少ないからである。画素配列１０６の領域の長さは、例えば、数ｍｍ〜数十ｍｍに及ぶ場合がある。

以上、第１のモードでは、読み出し期間を長く要する画素から第１の蓄積部２０３への読み出し動作を水平転送期間中に行うことで、読み出し時間を短くすることができる。

図８は、高画質読み出しモードとして第２のモードにおける読み出し回路の動作を示すタイミングチャートを示す。以下では、第１のモードの動作と異なる部分を中心に説明する。

モード切替部１０３は、読み出し回路制御部２００に供給すべき信号φＭＯＤＥをＨｉレベルにすることにより、第２のモードに切り替える。読み出し回路制御部２００は、第２のモードに対応した第１の開閉部２０２、伝達部２０４、接続部２０５、及び第２の開閉部２０６の駆動パルスを生成する。

読み出し回路制御部２００は、第２のモードに切り替えられると、接続スイッチＭｃをＯＮ状態にすることにより、第１のノードＮ１と第２のノードＮ２とを電気的に導通状態にする。また、読み出し回路制御部２００は、信号φＰＴＳ１をＨｉレベルに維持し、信号φＰＴＮ１をＬｏレベルに維持する。バイアス供給部４０５は、ノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎ〜ＡＭ４ｎへのバイアス電圧の供給を停止する。

期間ＢＬＫ１における信号φＰＴＮ２がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｎ１２がＯＮする。これにより、列信号線ＲＬ１に出力された第１の画素Ａ１１のノイズ信号が、増幅部２０１、光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓおよび接続部２０５を介してノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２に蓄積される。ここで、ノイズ信号とは、例えば図２に示す画素が固有に持っているオフセット成分や、リセットトランジスタ２５を導通させてＦＤをリセットすることに起因するランダムノイズなどを含む。

期間ＢＬＫ１における信号φＰＴＳ２がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｓ１２がＯＮする。これにより、列信号線ＲＬ１に出力された第１の画素Ａ１１の光信号が、増幅部２０１および光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓを介して光信号用の保持部Ｃｔｓ１２に蓄積される。ここで、蓄積部Ｃｔｓ１２に保持される光信号には、上述のノイズ信号が重畳されている。

すなわち、列信号線ＲＬ１に出力された第１の画素Ａ１１の光信号およびノイズ信号が同一のバッファーアンプＡＭ１ｓを介して第２の蓄積部２０６にそれぞれ蓄積される。

水平転送期間ＨＴ１は、第１の画素Ａ１１の光信号およびノイズ信号を出力部１０５へ読み出す動作と並行した動作が行われない点で、第１の実施形態と異なる。水平転送期間ＨＴ１において、第１の画素Ａ１１の光信号およびノイズ信号を出力部１０５へ読み出す動作が行われる。

そして、水平転送期間ＨＴ１に続く期間ＢＬＫ２において、列信号線ＲＬ１に出力された第２の画素Ｂ１１の光信号及びノイズ信号が第１の蓄積部２０３にそれぞれ蓄積される動作が行われる。

すなわち、第１のモードにおいて並行して行われていた信号を読み出す動作と信号を蓄積する動作とは、第２のモードにおいては時間的に重複することなく順次に行われる。

ところで、説明の簡単のために、第２のモードにおいては第５のスイッチであるスイッチＭｃをオン状態に維持する場合を例にとって説明した。しかしながら、第２のモードにおいてスイッチＭｃを常にオン状態に維持することは必ずしも必要ではない。つまり、第１の信号を保持部Ｃｔｓ１２に伝達する場合にはスイッチＭｓ１２をオン状態にし、かつ、スイッチＭｎ１２またはスイッチＭｃのいずれかをオフ状態にすればよいので、スイッチＭｃをオフ状態に切り替えてもよい。一方で、第２の信号を保持部Ｃｔｎ１２に伝達する場合にはスイッチＭｎ１２及びスイッチＭｃをオン状態にし、かつ、スイッチＭｓ１２をオフ状態にすればよい。

以上のように、本実施形態によれば、画質を重視すべき場合に、読み出し回路が第２のモードで動作するように切り替えられる。これにより、光信号とノイズ信号とが同一のバッファーアンプを経由するので、光信号とノイズ信号とに含まれ得るバッファーアンプのオフセット等を相殺できるため、画像劣化の要因となる縦スジ状のノイズの発生を抑制できる。つまり、列毎の出力ばらつきの要因となる、レイアウトの違いによる寄生容量の違い、製造ばらつきによるアンプのオフセットおよびゲインばらつきを排除できる。その結果、第２のモードは、第１のモードに比べて高速ではないもののよりノイズの小さい高画質な画像を得ることができる。すなわち、画質を重視すべき場合に、画像信号により得られる画像におけるノイズを低減することができる。画質を重視すべき場合とは、例えば静止画を撮影する場合である。

また、第２のモードにおいて、読み出し回路におけるノイズ信号用のバッファーアンプへのバイアス電圧の供給を停止している。これにより、ノイズ信号用のバッファーアンプが不必要に動作することが低減されるので、不必要な回路の消費電流を抑えることができる。

一方、動画撮影のように読み出し速度を重視すべき場合に、読み出し回路が第１のモードで動作するように切り替えられる。これにより、ノイズ信号と光信号とが、多重化された読み出し経路のそれぞれにおける異なるバッファーアンプを経由するので、高速に読み出され得る。すなわち、読み出し速度を重視すべき場合に、撮像装置における撮像されてから画像信号が出力されるまでの期間（総読み出し期間）を短縮することができる。

さらに、第１のモードである高速動作モードのための読み出し回路と第２のモードである高画質動作モードのための読み出し回路とを共通化することができる。したがって、撮像装置において、回路規模の増大を抑えながら、高速動作可能なモードとノイズ低減可能なモードとで選択的に動作するための構成を実現することができる。

次に、本発明の撮像装置１００を適用した撮像システムの一例を図９に示す。

撮像システム８００は、図９に示すように、主として、光学系、撮像装置１００及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター８０１、撮影レンズ８０２及び絞り８０３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路８０５、Ａ／Ｄ変換器８０６、画像信号処理部８０７、メモリ部８０９、外部Ｉ／Ｆ部８１０、タイミング発生部８０８、全体制御・演算部８１１、記録媒体８１３及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部８１２を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８１３を備えなくても良い。

シャッター８０１は、光路上において撮影レンズ８０２の手前に設けられ、露出を制御する。

撮影レンズ８０２は、入射した光を屈折させて、撮像装置１００の撮像面（画素配列１０６）へ被写体の像を形成する。

絞り８０３は、光路上において撮影レンズ８０２と撮像装置１００との間に設けられ、撮影レンズ８０２を通過後に撮像装置１００へ導かれる光の量を調節する。

撮像装置１００は、撮像面（画素配列１０６）に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置１００は、その画像信号を画素配列１０６から読み出して出力する。

撮像信号処理回路８０５は、撮像装置１００に接続されており、撮像装置１００から出力された画像信号を処理する。

Ａ／Ｄ変換器８０６は、撮像信号処理回路８０５に接続されており、撮像信号処理回路８０５から出力された処理後のアナログ画像信号をデジタル信号へ変換する。

画像信号処理部８０７は、Ａ／Ｄ変換器８０６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器８０６から出力されたデジタル信号画像信号に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８０９、外部Ｉ／Ｆ部８１０、全体制御・演算部８１１及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部８１２などへ供給される。

メモリ部８０９は、画像信号処理部８０７に接続されており、画像信号処理部８０７から出力された画像データを記憶する。

外部Ｉ／Ｆ部８１０は、画像信号処理部８０７に接続されている。これにより、画像信号処理部８０７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８１０を介してパソコン等の外部の機器へ転送する。

タイミング発生部８０８は、撮像装置１００、撮像信号処理回路８０７、Ａ／Ｄ変換器８０６及び画像信号処理部８０７に接続されている。これにより、撮像装置１００、撮像信号処理回路８０５、Ａ／Ｄ変換器８０６及び画像信号処理部８０７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置１００、撮像信号処理回路８０５、Ａ／Ｄ変換器８０６及び画像信号処理部８０７がタイミング信号に同期して動作する。

全体制御・演算部８１１は、タイミング発生部８０８、画像信号処理部８０７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部８１２に接続されており、タイミング発生部８０８、画像信号処理部８０７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部８１２を全体的に制御する。

記録媒体８１３は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部８１２に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部８０７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部８１２を介して記録媒体８１３へ記録する。

以上の構成により、撮像装置１００において良好な画像信号を得ることができれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置１００ｉを説明する。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

撮像装置１００ｉにおける読み出し回路１０１ｉは、図１０に示すように、読み出し回路制御部２００ｉと増幅部２０１ｉと第１の蓄積部２０３ｉとを含む点で、第１実施形態と異なる。なお、図１０は、本発明の第２実施形態における読み出し回路１０１ｉの１列分の回路構成を示す図である。

読み出し回路制御部２００ｉは、増幅部２０１ｉと第１の蓄積部２０３ｉとをさらに制御する。

第１の蓄積部２０３ｉは、第１０のスイッチであるＣＴＳ接続部Ｍ１ｓ及び第１１のスイッチであるＣＴＮ接続部Ｍ１ｎをさらに含む。

ＣＴＳ接続部Ｍ１ｓは、光信号用の開閉部Ｍｓ１１及び光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓをつなぐラインＬ１と光信号用の保持部Ｃｔｓ１１との接続を開閉する。ＣＴＳ接続部Ｍ１ｓは、例えば、ＮＭＯＳトランジスタであり、読み出し回路制御部２００ｉから供給された信号φＭＯＤＥの反転信号がゲートに入力される。これにより、ＣＴＳ接続部Ｍ１ｓは、第１のモードにおいてラインＬ１と光信号用の保持部Ｃｔｓ１１とを電気的に導通状態にし、第２のモードにおいてラインＬ１と光信号用の保持部Ｃｔｓ１１とを電気的に切り離す。

ＣＴＮ接続部Ｍ１ｎは、ノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１１及びノイズ信号用のバッファーアンプＡＭ１ｎをつなぐラインＬ２とノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１１との接続を開閉する。ＣＴＮ接続部Ｍ１ｎは、例えば、ＮＭＯＳトランジスタであり、読み出し回路制御部２００ｉから供給された信号φＭＯＤＥの反転信号がゲートに入力される。これにより、ＣＴＳ接続部Ｍ１ｎは、第１のモードにおいてラインＬ２と光信号用の保持部Ｃｔｎ１１とを電気的に導通状態にし、第２のモードにおいてラインＬ２と光信号用の保持部Ｃｔｎ１１とを電気的に切り離す。

次に増幅部２０１ｉの構成を、図１１を用いて説明する。図１１は、増幅部２０１ｉの構成を示す図である。

増幅部２０１ｉは、図１１（Ａ）に示すように、第２の供給部であるバイアス供給部３０１ｉとを含む。

バイアス供給部３０１ｉは、図１１（Ｂ）に示すように、電流源負荷ＳＬ２ｉと電流切り替えスイッチ３０４ｉとをさらに含む。電流切り替えスイッチ３０４ｉは、信号φＭＯＤＥがＬｏである第１のモードにおいてａ側の端子に切り替えられ、電流源負荷ＳＬ１からトランジスタＴｒｓのドレインへ電流Ｉ１が供給されるようにする。トランジスタＴｒｓは、ドレイン及びゲートが短絡されており、電流Ｉ１に応じた第１のバイアス電圧をゲート（端子ＢＩＡＳｐ）から出力する。一方、電流切り替えスイッチ３０４ｉは、信号φＭＯＤＥがＨｉである第２のモードにおいてｂ側の端子に切り替えられ、電流源負荷ＳＬ２ｉからトランジスタＴｒｓのドレインへ電流Ｉ１より小さい電流Ｉ２が供給されるようにする。トランジスタＴｒｓは、電流Ｉ２に応じた第２のバイアス電圧をゲート（端子ＢＩＡＳｐ）から出力する。第２のバイアス電圧は、第１のバイアス電圧より小さい。

プリアンプＰＡＭＰ１は、図１１（Ｃ）に示すように、列信号線ＲＬ１により伝達された信号が非反転入力端子に入力された信号を、第１のモードで第１のバイアス電圧に応じた第１の増幅率で増幅する。プリアンプＰＡＭＰ１は、非反転入力端子に入力された信号を、第２のモードで第２のバイアス電圧に応じた第２の増幅率で増幅する。第２の増幅率は、第１の増幅率より小さい。プリアンプＰＡＭＰ１は、増幅された信号を出力ノードＯＵＴ１へ出力する。

ここで、信号φＭＯＤＥがＨｉレベルすなわち、第２のモードのとき、プリアンプＰＡＭＰ１の出力ノードＯＵＴ１につながるラインＬ１から光信号用の保持部Ｃｔｓ１１を切り離す。このため、第１のモードのときに比べてプリアンプＰＡＭＰ１の出力ノードＯＵＴ１につながるラインＬ１に対する時定数が光信号用の保持部Ｃｔｓ１１の容量の分だけ小さくなり、プリアンプＰＡＭＰ１の駆動能力を抑えることができる。すなわち、本実施形態において、第２のモードでは、第１のモードに対して、（Ｉ１−Ｉ２）×４列分の消費電流を抑えることができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る撮像装置１００ｊを説明する。以下では、第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。

撮像装置１００ｊにおける読み出し回路１０１ｊは、図１２に示すように、読み出し回路制御部２００ｊと接続部２０５ｊとを含む点で、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。なお、図１２は、本発明の第３実施形態における読み出し回路１０１ｊの１列分の回路構成を示す図である。

読み出し回路制御部２００ｊは、接続部２０５ｊを制御する。

接続部２０５ｊは、第６のスイッチである接続スイッチＭｎ１４及び第７のスイッチである接続スイッチＭｓ１４を含む。接続スイッチＭｎ１４は、第１のノードＮ１と第３のノードＮ３との接続を開閉する。第３のノードＮ３は、第４のスイッチであるノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１２及び第４の保持部であるノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２の間におけるノードである。接続スイッチＭｓ１４は、第２のノードＮ２と第４のノードＮ４との接続を開閉する。第４のノードＮ４は、第２のスイッチである光信号用の開閉部Ｍｓ１２及び第２の保持部である光信号用の保持部Ｃｔｓ１２の間におけるノードである。

ここで、接続スイッチＭｎ１４の電気的特性と接続スイッチＭｓ１４の電気的特性とは略等しい。この構成により、第２のモードでの光信号用の経路とノイズ信号用の経路との間で、寄生抵抗および寄生容量の差を低減することができる。

読み出し回路制御部２００ｊは、モード切替部１０３から供給される信号φＭＯＤＥに応じて、接続部２０５ｊを制御する。例えば、読み出し回路制御部２００ｊは、第１のモードで制御する場合（信号φＭＯＤＥ＝Ｌｏの場合）、接続スイッチＭｎ１４，Ｍｓ１４を開状態（オフ状態）に維持させる。例えば、読み出し回路制御部２００ｊは、第２のモードで制御する場合（信号φＭＯＤＥ＝Ｈｉの場合）、接続スイッチＭｎ１４，Ｍｓ１４のいずれか一方を閉状態（オン状態）に維持させる。

具体的には、読み出し回路１０１ｊの動作が、図１３及び図１４に示すように、次の点で第１実施形態及び第２実施形態と異なる。

図１３は、高速読み出しモードとして第１のモードにおける読み出し回路の動作を示すタイミングチャートを示す。

モード切替部１０３は、読み出し回路制御部２００ｊに供給すべき信号φＭＯＤＥをＬｏレベルにすることにより、第１のモードに切り替える。読み出し回路制御部２００ｊは、第１のモードに対応した接続部２０５ｊの駆動パルスφＰＴＮ４，φＰＴＳ４を生成する。

読み出し回路制御部２００ｊは、Ｌｏレベルに維持されたφＰＴＮ４を接続スイッチＭｎ１４へ供給する。これにより、接続スイッチＭｎ１４は、開状態（オフ状態）に維持される。

また、読み出し回路制御部２００ｊは、Ｌｏレベルに維持されたφＰＴＳ４を接続スイッチＭｓ１４へ供給する。これにより、接続スイッチＭｓ１４は、開状態（オフ状態）に維持される。

図１４は、高画質読み出しモードとして第２のモードにおける読み出し回路の動作を示すタイミングチャートを示す。

モード切替部１０３は、読み出し回路制御部２００ｊに供給すべき信号φＭＯＤＥをＨｉレベルにすることにより、第２のモードに切り替える。読み出し回路制御部２００ｊは、第２のモードに対応した接続部２０５ｊの駆動パルスφＰＴＮ４，φＰＴＳ４を生成する。

読み出し回路制御部２００ｊは、Ｌｏレベルに維持されたφＰＴＮ４を接続スイッチＭｎ１４へ供給する。これにより、接続スイッチＭｎ１４は、開状態（オフ状態）に維持される。また、読み出し回路制御部２００ｊは、信号φＰＴＮ２をＬｏレベルに維持する。

期間ＢＬＫ１における信号φＰＴＮ４がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｎ１４がＯＮする。これにより、列信号線ＲＬ１に出力された第１の画素Ａ１１のノイズ信号が、増幅部２０１、光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓおよび接続部２０５ｊを介してノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２に蓄積される。ここで、ノイズ信号とは、例えば図２に示す画素が固有に持っているオフセット成分や、リセットトランジスタ２５を導通させてＦＤをリセットすることに起因するランダムノイズなどを含む。

なお、期間ＢＬＫ１における信号φＰＴＳ２がアクティブになる期間に、開閉部Ｍｓ１２がＯＮする点は、第１実施形態と同様である。これにより、列信号線ＲＬ１に出力された第１の画素Ａ１１の光信号が、増幅部２０１および光信号用のバッファーアンプＡＭ１ｓを介して光信号用の保持部Ｃｔｓ１２に蓄積される。ここで、蓄積部Ｃｔｓ１２に保持される光信号には、上述のノイズ信号が重畳されている。

ここで、接続スイッチＭｎ１４、接続スイッチＭｓ１４、光信号用の開閉部Ｍｓ１２と、及びノイズ信号用の開閉部Ｍｎ１２の電気的特性を等しくすれば、光信号用の経路とノイズ信号用の経路とで寄生容量及び寄生抵抗を等しくできる。さらに、光信号用の保持部Ｃｔｓ１２の容量とノイズ信号用の保持部Ｃｔｎ１２の容量とを等しくすれば、読み出し経路に起因したノイズを容易に低減できる。

なお、図１３及び図１４に示すように、接続スイッチＭｓ１４は、いずれの読み出しモードのおいても開閉動作をおこなっていない。従って回路動作上Ｍｓ１４は不要である。しかし、光信号用の経路とノイズ信号用の経路との対称性を保つためには、接続スイッチＭｓ１４があったほうがよい。接続スイッチＭｓ１４があることによって、光信号用の経路とノイズ信号用の経路との寄生容量の差が低減するからである。

また、第２のモードで、信号φＰＴＳ１をＬｏ、信号φＰＴＮ１をＨｉとすることで、接続スイッチＭｓ１４を使用して、接続スイッチＭｎ１４を不使用とすることもできる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の構成図。 撮像装置１００における画素Ａ１１の構成図。 読み出し回路１０１における１列分の回路構成を示す図。 増幅部２０１の構成を示す図。 伝達部２０４の構成を示す図。 本発明の第１実施形態の変形例におけるソースフォロワ回路の構成図。 第１のモードにおける読み出し回路の動作を示すタイミングチャート。 第２のモードにおける読み出し回路の動作を示すタイミングチャート。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００を用いた撮像システムの構成図である。 本発明の第２実施形態における読み出し回路１０１ｉの１列分の回路構成を示す図。 増幅部２０１ｉの構成を示す図。 本発明の第３実施形態における読み出し回路１０１ｊの１列分の回路構成を示す図。 第１のモードにおける読み出し回路の動作を示すタイミングチャート。 第２のモードにおける読み出し回路の動作を示すタイミングチャート。

符号の説明

１００、１００ｉ、１００ｊ 撮像装置
８００ 撮像システム

Claims (11)

1. それぞれが光電変換部を含む複数の画素に接続された列信号線と、
   前記複数の画素のうちの１つの画素が選択されている期間における異なるタイミングに当該選択されている画素から前記列信号線へ出力された第１の信号と第２の信号とを一時的に保持する保持ブロックと、
   前記保持ブロックに保持された前記第１の信号と前記第２の信号との差分に応じた画像信号を生成して出力する出力部と、
   前記保持ブロックを制御する制御部と、
   を備え、
   前記保持ブロックは、第１の保持部と、第２の保持部と、第３の保持部と、第４の保持部と、第１のインピーダンス変換部と、第２のインピーダンス変換部と、を含み、
   前記制御部は、前記保持ブロックを、前記第１の信号が前記第１の保持部により保持された後に前記第１の保持部から前記第１のインピーダンス変換部を介して前記第２の保持部へ伝達され、かつ、前記第２の信号が前記第３の保持部により保持された後に前記第３の保持部から前記第２のインピーダンス変換部を介して前記第４の保持部へ伝達される第１のモード、又は、前記第１の信号が前記第１のインピーダンス変換部を介して前記第２の保持部へ伝達され、かつ、前記第２の信号が前記第１のインピーダンス変換部を介して前記第４の保持部へ伝達される第２のモードで、選択的に動作させる
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記保持ブロックは、
   前記列信号線と前記第１の保持部との接続を開閉する第１のスイッチと、
   前記第１のインピーダンス変換部と前記第２の保持部との接続を開閉する第２のスイッチと、
   前記列信号線と前記第３の保持部との接続を開閉する第３のスイッチと、
   前記第２のインピーダンス変換部と前記第４の保持部との接続を開閉する第４のスイッチと、
   前記第１のインピーダンス変換部及び前記第２のスイッチの間における第１のノードと、前記第２のインピーダンス変換部及び前記第４のスイッチの間における第２のノードとの接続を開閉する第５のスイッチと、をさらに含み、
   前記制御部は、前記第１のモードで前記保持ブロックを制御する場合、前記第５のスイッチをオフ状態に維持させ、前記第２のモードで前記保持ブロックを制御する場合、前記第１の信号を前記第２の保持部に伝達する際に、前記第２のスイッチをオン状態にし、かつ、前記第４のスイッチまたは前記第５のスイッチのいずれかをオフ状態にし、前記第２の信号を前記第４の保持部に伝達する際に、前記第４のスイッチ及び前記第５のスイッチをオン状態にし、かつ、前記第２のスイッチをオフ状態にする
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記列信号線と前記第１の保持部との接続を開閉する第１のスイッチと、
   前記第１のインピーダンス変換部と前記第２の保持部との接続を開閉する第２のスイッチと、
   前記列信号線と前記第３の保持部との接続を開閉する第３のスイッチと、
   前記第２のインピーダンス変換部と前記第４の保持部との接続を開閉する第４のスイッチと、
   前記第１のインピーダンス変換部及び前記第２のスイッチの間における第１のノードと、前記第４のスイッチ及び前記第４の保持部の間における第３のノードとの接続を開閉する第６のスイッチと、
   前記第２のインピーダンス変換部及び前記第４のスイッチの間における第２のノードと、前記第２のスイッチ及び前記第２の保持部の間における第４のノードとの接続を開閉する第７のスイッチと、
   をさらに含み、
   前記制御部は、前記第１のモードで前記保持ブロックを制御する場合、前記第６のスイッチ及び前記第７のスイッチをオフ状態に維持させ、前記第２のモードで前記保持ブロックを制御する場合、前記第２のスイッチと前記第６のスイッチとを選択的にオンさせ、かつ、前記第４のスイッチと前記第７のスイッチとをともにオフさせる
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記保持ブロックから転送された前記第１の信号を前記出力部へ伝達する第１の出力線と、
   前記保持ブロックから転送された前記第２の信号を前記出力部へ伝達する第２の出力線と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
5. 前記保持ブロックは、
   前記第１のスイッチ及び前記第１のインピーダンス変換部の間のラインと前記第１の保持部との接続を開閉する第１０のスイッチと、
   前記第３のスイッチ及び前記第２のインピーダンス変換部の間のラインと前記第３の保持部との接続を開閉する第１１のスイッチと、
   をさらに含む
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記保持ブロックは、前記第２のインピーダンス変換部へバイアス電圧を供給する第１の供給部をさらに含み、
   前記制御部は、前記第１のモードにおいてバイアス電圧を前記第２のインピーダンス変換部へ供給し、前記第２のモードにおいてバイアス電圧を前記第２のインピーダンス変換部へ供給しないように、前記第１の供給部を制御する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記保持ブロックは、
   入力端子が前記列信号線に接続され、出力端子が前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチに接続された列増幅部をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記保持ブロックは、前記列増幅部へバイアス電圧を供給する第２の供給部をさらに含み、
   前記制御部は、前記第１のモードにおいて第１のバイアス電圧を前記列増幅部へ供給し、前記第２のモードにおいて前記第１のバイアス電圧より小さい第２のバイアス電圧を前記列増幅部へ供給するように、前記第２の供給部を制御する
   ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記制御部は、前記保持ブロックに、
   前記第１のモードにおいて前記１つの画素に基づく前記第１および第２の信号を前記出力部に出力させる動作と、前記複数の画素のうち別の１つの画素に基づく第１および第２の信号を前記第１および第２の保持部に保持させる動作と、を並行して行わせる
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の撮像装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の撮像面へ像を形成する光学系と、
    前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
    を備えたことを特徴とする撮像システム。
11. 前記第１のモードにおいて動画像を取得し、
    前記第２のモードにおいて静止画像を取得すること
    を特徴とする請求項１０に記載の撮像システム。

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