JP5939923B2

JP5939923B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP5939923B2
Application number: JP2012167246A
Authority: JP
Inventors: 行信杉山; 阿部　哲也; 哲也阿部
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: DE112013003699T5; US20150181144A1; WO2014017127A1; US9451194B2; JP2014027535A

Description

本発明は、固体撮像装置に関するものである。

固体撮像装置は、１次元または２次元に配列された複数の画素部を含む受光部を備えており、各画素部は、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を有している。このような固体撮像装置は、１次元または２次元の画像を取得することができる。固体撮像装置は、各画素部から出力されるデータからノイズ成分を除去して高精度の撮像をすることが要求される場合が多い。

高精度の撮像を可能とすることを意図した発明が特許文献１に開示されている。この文献に開示された発明の固体撮像装置は、画素部から出力されるノイズ成分のみのデータと、画素部から出力される信号成分にノイズ成分が重畳されたデータとの差分を求めることで、ノイズ成分が除去された信号成分のデータを得ることができて、高精度の撮像をすることができるとされている。

特開２００６−１２９２２１号公報

固体撮像装置は、高精度の撮像をすることが要求される場合の他、高速の撮像をすることが要求される場合もある。しかし、特許文献１に開示された発明の固体撮像装置は、高速の撮像をするには限界がある。また、高精度の撮像および高速の撮像の双方を可能とするために、画素部からデータを読み出す回路を２つ設けることが考えられるが、この場合には回路規模が大きくなってしまう。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高精度の撮像および高速の撮像の双方が可能で回路規模の大型化を抑制することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置は、(1) Ｍ行Ｎ列に配列されたＭ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎを含み、各画素部Ｐ_ｍ,ｎが、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有し、電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力する受光部と、(2) ２Ｎ個のホールド回路Ｈ_１,１〜Ｈ_２,Ｎを含み、各ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎが、受光部の第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ_１,ｎ〜Ｐ_Ｍ,ｎのうちの何れかから出力されるデータをサンプリングして保持し出力する保持部と、(3) 保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎの双方または一方から出力されるデータを入力して、その入力したデータに基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータを出力する読出部と、(4) 保持部および読出部それぞれの動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。ただし、Ｍは１以上の整数であり、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。

さらに、本発明の固体撮像装置では、制御手段は、(a) 第１動作モードにおいて、保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎに対して、パラレルに動作をさせて交互にデータサンプリングを行わせるとともに交互にデータ出力を行わせ、読出部に対して、保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎから交互に出力されるデータに基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータを出力させ、(b) 第２動作モードにおいて、受光部の画素部Ｐ_ｍ,ｎに対して、第１時刻にノイズ成分のデータを出力させるとともに、第２時刻に蓄積電荷量に応じたデータを出力させ、保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎのうち一方に対して第１時刻にデータサンプリングを行わせるとともに、他方に対して第２時刻にデータサンプリングを行わせ、読出部に対して、保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎそれぞれから出力されるデータの差分に基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータを出力させることを特徴とする。

本発明の固体撮像装置では、制御手段は、第１動作モードにおいて、受光部のＮ列のうちの一部の列について、保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎに対して、パラレルに動作をさせて交互にデータサンプリングを行わせるとともに交互にデータ出力を行わせ、読出部に対して、保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎから交互に出力されるデータに基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータを出力させるのが好適である。

本発明の固体撮像装置では、読出部は、(1) 反転入力端子，非反転入力端子，反転出力端子および非反転出力端子を有し、保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎのうちの一方から出力されるデータを反転入力端子に入力し、他方から出力されるデータを非反転入力端子に入力するアンプと、(2) アンプの反転入力端子と非反転出力端子との間に設けられた第１容量素子と、(3) アンプの非反転入力端子と反転出力端子との間に設けられた第２容量素子と、(4) アンプの反転入力端子および非反転出力端子それぞれの電位を初期化する第１初期化手段と、(5) アンプの非反転入力端子および反転出力端子それぞれの電位を初期化する第２初期化手段と、を含むのが好適である。

読出部は、第１入力端子および第２入力端子を有し、アンプの非反転出力端子および反転出力端子のうちの一方から出力されるデータを第１入力端子に入力し、他方から出力されるデータを第２入力端子に入力して、第１入力端子および第２入力端子それぞれに入力されたデータの差分に応じたデジタル値を出力するＡＤ変換部を更に含むのが好適である。読出部は、アンプの非反転出力端子および反転出力端子とＡＤ変換部の第１入力端子および第２入力端子との間の接続を切り替える出力切替部を更に含むのが好適である。また、読出部は、保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎとアンプの反転入力端子および非反転入力端子との間の接続を切り替える入力切替部を更に含むのも好適である。

本発明の固体撮像装置は、高精度の撮像および高速の撮像の双方が可能で、回路規模の大型化を抑制することができる。

本実施形態の固体撮像装置１の構成を示す図である。本実施形態の固体撮像装置１の画素部Ｐ_ｍ,ｎ、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎおよび読出部５０それぞれの回路構成を示す図である。本実施形態の固体撮像装置１の行選択部２０の回路構成を示す図である。本実施形態の固体撮像装置１の列選択部４０の回路構成を示す図である。本実施形態の固体撮像装置１の動作の概要を説明する図である。本実施形態の固体撮像装置１の第１動作モードの動作（ローリングシャッタ方式）を示すタイミングチャートである。本実施形態の固体撮像装置１の第１動作モードの動作（グローバルシャッタ方式）を示すタイミングチャートである。本実施形態の固体撮像装置１の第２動作モードの動作（ローリングシャッタ方式）を示すタイミングチャートである。本実施形態の固体撮像装置１の回路構成の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための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。

図１は、本実施形態の固体撮像装置１の構成を示す図である。固体撮像装置１は、受光部１０、行選択部２０、保持部３０、列選択部４０、読出部５０および制御部６０を備える。

受光部１０はＭ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎを含む。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、Ｍ行Ｎ列に配列されている。各画素部Ｐ_ｍ,ｎは第ｍ行第ｎ列に位置している。ここで、Ｍは１以上の整数であり、Ｎは２以上の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の各整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。なお、Ｍ＝１の場合、１×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎは１次元配列されている。Ｍ≧２の場合、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎは２次元配列されている。以下では、Ｍ≧２の場合について説明する。

各画素部Ｐ_ｍ,ｎ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有する。各画素部Ｐ_ｍ,ｎは、行選択部２０から制御信号線を介して受け取った各種の制御信号に基づいて、フォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積し、その電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線Ｌ_ｎへ出力する。

行選択部２０は、受光部１０の各画素部Ｐ_ｍ,ｎの動作を制御するための各種の制御信号を出力する。より具体的には、行選択部２０は、各画素部Ｐ_ｍ,ｎに対してフォトダイオードで発生した電荷を電荷蓄積部に蓄積させる。また、行選択部２０は、受光部１０における各行を選択して行毎に各画素部Ｐ_ｍ,ｎに対して電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線Ｌ_ｎへ出力させる。

保持部３０は２Ｎ個のホールド回路Ｈ_１,１〜Ｈ_２,Ｎを含む。２Ｎ個のホールド回路Ｈ_１,１〜Ｈ_２,Ｎは共通の構成を有している。ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎは、読出信号線Ｌ_ｎと接続されており、行選択部２０により選択された受光部１０における第ｍ行の各画素部Ｐ_ｍ,ｎから読出信号線Ｌ_ｎへ出力されたデータをサンプリングして保持する。ホールド回路Ｈ_１,ｎは、保持しているデータを信号読出線Ｈline1へ出力する。ホールド回路Ｈ_２,ｎは、保持しているデータを信号読出線Ｈline2へ出力する。ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎそれぞれの動作タイミングは互いに異なる。

列選択部４０は、保持部３０の２Ｎ個のホールド回路Ｈ_１,１〜Ｈ_２,Ｎの動作を制御するための各種の制御信号を出力する。より具体的には、列選択部４０は、各ホールド回路に対して、所定時刻にデータサンプリングを行わせ、所定時刻にデータ出力を行わせる。

読出部５０は、保持部４０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎの双方または一方から出力されるデータを入力して、その入力したデータに基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータＤoutを出力する。

制御部６０は、行選択部２０、保持部３０、列選択部４０および読出部５０それぞれの動作を制御する。制御部６０は、行選択部２０の動作を制御することで受光部１０の動作を制御し、列選択部４０の動作を制御することで保持部３０の動作を制御する。

図２は、本実施形態の固体撮像装置１の画素部Ｐ_ｍ,ｎ、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎおよび読出部５０それぞれの回路構成を示す図である。同図では、受光部１０においてはＭ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎのうち第ｍ行第ｎ列の画素部Ｐ_ｍ,ｎが代表して示され、また、保持部３０においては読出信号線Ｌ_ｎにより該画素部Ｐ_ｍ,ｎと接続されるホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎが示されている。

各画素部Ｐ_ｍ,ｎは、ＡＰＳ（Active Pixel Sensor）方式のものであって、フォトダイオードＰＤおよび５個のＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，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およびフォトダイオードＰＤは順に直列的に接続されていて、トランジスタＴ１のドレイン端子に基準電圧Ｖｒが入力され、フォトダイオードＰＤのアノ−ド端子が接地されている。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。

トランジスタＴ３のドレイン端子に基準電圧Ｖｒが入力される。トランジスタＴ３のソース端子は、トランジスタＴ４のドレイン端子と接続されている。各画素部Ｐ_ｍ,ｎのトランジスタＴ４のソース端子は、読出信号線Ｌ_ｎに接続されている。読出信号線Ｌ_ｎには定電流源が接続されている。

各画素部Ｐ_ｍ,ｎのリセット用のトランジスタＴ１のゲート端子は、行選択部２０から出力されるReset(m)信号が入力される。各画素部Ｐ_ｍ,ｎの転送用のトランジスタＴ２のゲート端子は、行選択部２０から出力されるTrans(m)信号が入力される。各画素部Ｐ_ｍ,ｎのホールド用のトランジスタＴ５のゲート端子は、行選択部２０から出力されるHold(m)信号が入力される。各画素部Ｐ_ｍ,ｎの出力選択用のトランジスタＴ４のゲート端子は、行選択部２０から出力されるAddress(m)信号が入力される。これらの制御信号（Reset(m)信号，Trans(m)信号，Hold(m)信号，Address(m)信号）は、行選択部２０から第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，Trans(m)信号およびHold(m)信号がハイレベルであるとき、フォトダイオードＰＤの接合容量部が放電され、また、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）が放電される。Trans(m)信号がローレベルであるとき、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は接合容量部に蓄積されていく。Reset(m)信号がローレベルであって、Trans(m)信号およびHold(m)信号がハイレベルであると、フォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていた電荷は、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）に転送され蓄積される。

Address(m)信号がハイレベルであるとき、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）に蓄積されている電荷量に応じたデータ（ノイズ成分が重畳された信号成分のデータ）が、トランジスタＴ４を経て読出信号線Ｌ_ｎへ出力される。すなわち、トランジスタＴ４は、電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを読出信号線Ｌ_ｎへ出力するためのスイッチとして作用する。なお、電荷蓄積部が放電状態にあるときには、ノイズ成分のみのデータがトランジスタＴ４を経て読出信号線Ｌ_ｎへ出力される。

ホールド回路Ｈ_１,ｎは、容量素子Ｃ_３および４つのスイッチＳＷ_３１〜ＳＷ_３４を含む。ホールド回路Ｈ_１,ｎでは、容量素子Ｃ_３の一端は、スイッチＳＷ_３１を介して読出信号線Ｌ_ｎと接続され、スイッチＳＷ_３２を介して基準電圧Ｖref1が入力される。容量素子Ｃ_３の他端は、スイッチＳＷ_３３を介して読出信号線Ｈline1と接続され、スイッチＳＷ_３４を介して基準電圧Ｖref2が入力される。スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３４は、制御部６０から出力されるSet1信号のレベルに応じて開閉する。スイッチＳＷ_３２は、列選択部４０から出力されるHshiftb1(n)信号のレベルに応じて開閉する。スイッチＳＷ_３３は、列選択部４０から出力されるHshifta1(n)信号のレベルに応じて開閉する。Set1信号は、Ｎ個のホールド回路Ｈ_１,１〜Ｈ_１,Ｎに対して共通に入力される。

ホールド回路Ｈ_１,ｎは、Hshifta1(n)信号およびHshiftb1(n)信号がローレベルでスイッチＳＷ_３２，ＳＷ_３３が開いているときに、所定時刻にSet1信号がハイレベルからローレベルに転じて、スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３４が閉状態から開状態に転じると、その時刻に読出信号線Ｌ_ｎに出力されていたデータに応じた量の電荷を容量素子Ｃ_３に蓄積してデータサンプリングを行う。その後、ホールド回路Ｈ_１,ｎは、Hshifta1(n)信号がハイレベルに転じてスイッチＳＷ_３３が閉状態に転じ、Hshiftb1(n)信号がハイレベルに転じてスイッチＳＷ_３２が閉状態に転じると、容量素子Ｃ_３に保持されていたデータを読出信号線Ｈline1に出力する。

ホールド回路Ｈ_２,ｎも、容量素子Ｃ_３および４つのスイッチＳＷ_３１〜ＳＷ_３４を含む。ホールド回路Ｈ_２,ｎでは、容量素子Ｃ_３の一端は、スイッチＳＷ_３１を介して読出信号線Ｌ_ｎと接続され、スイッチＳＷ_３２を介して基準電圧Ｖref1が入力される。容量素子Ｃ_３の他端は、スイッチＳＷ_３３を介して読出信号線Ｈline2と接続され、スイッチＳＷ_３４を介して基準電圧Ｖref2が入力される。スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３４は、制御部６０から出力されるSet2信号のレベルに応じて開閉する。スイッチＳＷ_３２は、列選択部４０から出力されるHshiftb2(n)信号のレベルに応じて開閉する。スイッチＳＷ_３３は、列選択部４０から出力されるHshifta2(n)信号のレベルに応じて開閉する。Set2信号は、Ｎ個のホールド回路Ｈ_２,１〜Ｈ_２,Ｎに対して共通に入力される。

ホールド回路Ｈ_２,ｎは、Hshifta2(n)信号およびHshiftb2(n)信号がローレベルでスイッチＳＷ_３２，ＳＷ_３３が開いているときに、所定時刻にSet2信号がハイレベルからローレベルに転じて、スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３４が閉状態から開状態に転じると、その時刻に読出信号線Ｌ_ｎに出力されていたデータに応じた量の電荷を容量素子Ｃ_３に蓄積してデータサンプリングを行う。その後、ホールド回路Ｈ_２,ｎは、Hshifta2(n)信号がハイレベルに転じてスイッチＳＷ_３３が閉状態に転じ、Hshiftb2(n)信号がハイレベルに転じてスイッチＳＷ_３２が閉状態に転じると、容量素子Ｃ_３に保持されていたデータを読出信号線Ｈline2に出力する。

読出部５０は、フルディファレンシャルアンプＡ_５、容量素子Ｃ_５１，Ｃ_５２、スイッチＳＷ_５１〜ＳＷ_５４、スイッチＳＷ_５５〜ＳＷ_５８およびＡＤ変換部５１を含む。

アンプＡ_５は、反転入力端子，非反転入力端子，反転出力端子および非反転出力端子を有する。アンプＡ_５の反転入力端子と非反転出力端子との間に容量素子Ｃ_５１が設けられている。アンプＡ_５の非反転入力端子と反転出力端子との間に容量素子Ｃ_５２が設けられている。容量素子Ｃ_５１，Ｃ_５２それぞれの容量値は互いに等しい。アンプＡ_５は、ホールド回路Ｈ_１,ｎから読出信号線Ｈline1に出力されるデータを反転入力端子に入力し、ホールド回路Ｈ_２,ｎから読出信号線Ｈline2に出力されるデータを非反転入力端子に入力する。

アンプＡ_５の反転入力端子は、スイッチＳＷ_５１を介して基準電位Ｖref2が入力される。アンプＡ_５の非反転出力端子は、スイッチＳＷ_５２を介して基準電位Ｖref2が入力される。アンプＡ_５の非反転入力端子は、スイッチＳＷ_５３を介して基準電位Ｖref2が入力される。アンプＡ_５の反転出力端子は、スイッチＳＷ_５４を介して基準電位Ｖref2が入力される。スイッチＳＷ_５１，ＳＷ_５２は、制御部６０から与えられるFreset信号がハイレベルであるときに閉じて、アンプＡ_５の反転入力端子および非反転出力端子それぞれの電位を初期化することができる。スイッチＳＷ_５３，ＳＷ_５４は、制御部６０から与えられるFreset信号がハイレベルであるときに閉じて、アンプＡ_５の非反転入力端子および反転出力端子それぞれの電位を初期化することができる。

ＡＤ変換部５１は、第１入力端子５１_１および第２入力端子５１_２を有し、第１入力端子５１_１および第２入力端子５１_２それぞれに入力されたデータの差分に応じたデジタル値Ｄoutを出力する。

スイッチＳＷ_５５は、アンプＡ_５の非反転出力端子とＡＤ変換部５１の第１入力端子５１_１との間に設けられている。スイッチＳＷ_５６は、アンプＡ_５の非反転出力端子とＡＤ変換部５１の第２入力端子５１_２との間に設けられている。スイッチＳＷ_５７は、アンプＡ_５の反転出力端子とＡＤ変換部５１の第１入力端子５１_１との間に設けられている。スイッチＳＷ_５８は、アンプＡ_５の反転出力端子とＡＤ変換部５１の第２入力端子５１_２との間に設けられている。

スイッチＳＷ_５５，ＳＷ_５８は、制御部６０から与えられるＳ１信号がハイレベルであるときに閉じる。スイッチＳＷ_５６，ＳＷ_５７は、制御部６０から与えられるＳ２信号がハイレベルであるときに閉じる。Ｓ１信号およびＳ２信号のうち一方がハイレベルであるとき他方はローレベルであり、スイッチＳＷ_５５，ＳＷ_５８およびスイッチＳＷ_５６，ＳＷ_５７のうち一方が閉状態であるとき他方は開状態である。スイッチＳＷ_５５〜ＳＷ_５８は、アンプＡ_５の非反転出力端子および反転出力端子とＡＤ変換部５１の第１入力端子５１_１および第２入力端子５１_２との間の接続を切り替える出力切替部を構成する。

図３は、本実施形態の固体撮像装置１の行選択部２０の回路構成を示す図である。行選択部２０は、制御部６０から出力される行選択信号、Reset信号、Trans信号、Hold信号およびAddress信号を入力する。行選択信号は、受光部１０のＭ行のうち電荷蓄積動作およびデータ出力動作等を行わせる行を選択するための信号である。デコーダ２１は、入力した行選択信号に基づいてレベルが設定されたvshift(1)〜vshift(M)の各信号を出力する。入力した行選択信号が選択する行が第ｍ行であれば、vshift(m)信号が選択的にハイレベルとされる。

行選択部２０において、ＮＡＮＤ回路２２〜２５およびＩＮＶ回路２６〜２９はＭ組設けられるが、同図ではvshift(m)信号が入力される組のみが示されている。ＮＡＮＤ回路２２およびＩＮＶ回路２６は、vshift(m)信号とReset信号との論理積であるReset(m)信号を出力する。ＮＡＮＤ回路２３およびＩＮＶ回路２７は、vshift(m)信号とTrans信号との論理積であるTrans(m)信号を出力する。ＮＡＮＤ回路２４およびＩＮＶ回路２８は、vshift(m)信号とHold信号との論理積であるHold(m)信号を出力する。ＮＡＮＤ回路２５およびＩＮＶ回路２９は、vshift(m)信号とAddress信号との論理積であるAddress(m)信号を出力する。

図４は、本実施形態の固体撮像装置１の列選択部４０の回路構成を示す図である。列選択部４０は、制御部６０から出力される列選択信号、Hshifta1信号、Hshiftb1信号、Hshifta2信号およびHshiftb2信号を入力する。列選択信号は、保持部３０のＮ列のうちデータ出力を行わせる列を選択するための信号である。デコーダ４１は、入力した列選択信号に基づいてレベルが設定されたhshift(1)〜hshift(N)の各信号を出力する。入力した列選択信号が選択する列が第ｎ列であれば、hshift(n)信号が選択的にハイレベルとされる。

列選択部４０において、ＮＡＮＤ回路４２〜４５およびＩＮＶ回路４６〜４９はＮ組設けられるが、同図ではhshift(n)信号が入力される組のみが示されている。ＮＡＮＤ回路４２およびＩＮＶ回路４６は、hshift(n)信号とHshifta1信号との論理積であるHshifta1(n)信号を出力する。ＮＡＮＤ回路４３およびＩＮＶ回路４７は、hshift(n)信号とHshiftb1信号との論理積であるHshiftb1(n)信号を出力する。ＮＡＮＤ回路４４およびＩＮＶ回路４８は、hshift(n)信号とHshifta2信号との論理積であるHshifta2(n)信号を出力する。ＮＡＮＤ回路４５およびＩＮＶ回路４９は、hshift(n)信号とHshiftb2信号との論理積であるHshiftb2(n)信号を出力する。

図５は、本実施形態の固体撮像装置１の動作の概要を説明する図である。固体撮像装置１は、制御部６０による制御の態様が互いに異なる第１動作モードおよび第２動作モードを少なくとも有する。同図において、「転送」は、受光部１０の或る行の画素部Ｐ_ｍ,ｎから出力されるデータを保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎまたはＨ_２,ｎによりサンプリングすることを表す。「読み出し」は、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎまたはＨ_２,ｎにより保持されたデータを読出部５０によりデータＤoutとして読み出すことを表す。

同図（ａ）に示される第１動作モードでは、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎは、パラレルに動作をして、交互にデータサンプリングを行うとともに、交互にデータ出力を行う。すなわち、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎのうち一方がデータサンプリングしている期間と、他方がデータ出力している期間とは、少なくとも一部が重なっている。ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎのうち何れがデータ出力をするかに応じて、Ｓ１信号およびＳ２信号の何れかがハイレベルとなり、スイッチＳＷ_５５，ＳＷ_５８およびスイッチＳＷ_５６，ＳＷ_５７のうち何れかが閉状態となる。そして、読出部５０は、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎから交互に出力されるデータに基づいて、画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータＤoutを出力する。

同図（ａ）に示されるように、１以上Ｎ／２以下の整数をｋとすると、期間Ｔ_2k-1に、第(2k-1)行の各画素部Ｐ_2k-1,ｎのデータがホールド回路Ｈ_１,ｎによりサンプリングされ、そのホールド回路Ｈ_１,ｎにより保持されたデータが読出部５０を経てデータＤoutとして読み出される。期間Ｔ_2kに、第2k行の各画素部Ｐ_2k,ｎのデータがホールド回路Ｈ_２,ｎによりサンプリングされ、そのホールド回路Ｈ_２,ｎにより保持されたデータが読出部５０を経てデータＤoutとして読み出される。期間Ｔ_2k-1中のホールド回路Ｈ_１,ｎによるデータ出力の期間と、期間Ｔ_2k中のホールド回路Ｈ_２,ｎによるデータサンプリングの期間とは、少なくとも一部が重なっている。期間Ｔ_2k中のホールド回路Ｈ_２,ｎによるデータ出力の期間と、期間Ｔ_2k+1中のホールド回路Ｈ_１,ｎによるデータサンプリングの期間とは、少なくとも一部が重なっている。

同図（ｂ）に示される第２動作モードでは、受光部１０の画素部Ｐ_ｍ,ｎは、第１時刻にノイズ成分のデータを出力するとともに、第２時刻に蓄積電荷量に応じたデータを出力する。保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎのうち一方は第１時刻にデータサンプリングを行うとともに、他方は第２時刻にデータサンプリングを行う。Ｓ１信号およびＳ２信号のうち一方はハイレベルのままであり他方はローレベルのままであり、スイッチＳＷ_５５，ＳＷ_５８およびスイッチＳＷ_５６，ＳＷ_５７のうち一方は閉状態のままであり他方は開状態のままである。そして、読出部５０は、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎそれぞれから出力されるデータの差分に基づいて、画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータＤoutを出力する。

同図（ｂ）に示されるように、期間Ｔ_ｍに、第１時刻に第ｍ行の各画素部Ｐ_ｍ,ｎのノイズ成分のデータがホールド回路Ｈ_１,ｎによりサンプリングされ、第２時刻に第ｍ行の各画素部Ｐ_ｍ,ｎの蓄積電荷量に応じたデータがホールド回路Ｈ_２,ｎによりサンプリングされ、その後、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎそれぞれにより保持されたデータの差分が読出部５０からデータＤoutとして読み出される。期間Ｔ_ｍにおけるデータサンプリングおよびデータ出力に続いて、期間Ｔ_ｍ＋１におけるデータサンプリングおよびデータ出力が行われる。

なお、第１動作モードおよび第２動作モードの何れにおいても、ローリングシャッタ方式およびグローバルシャッタ方式の双方が可能である。ローリングシャッタ方式では、受光部１０の各行の電荷蓄積期間が一定時間ずつシフトしたものとされる。グローバルシャッタ方式では、受光部１０の全行の電荷蓄積期間が共通とされる。

以下、図６〜図８を用いて、本実施形態の固体撮像装置１の動作の詳細を説明する。図６は、第１動作モードの動作（ローリングシャッタ方式）を示す。図７は、第１動作モードの動作（グローバルシャッタ方式）を示す。図８は、第２動作モードの動作（ローリングシャッタ方式）を示す。これらの図には、画素部Ｐ_ｍ,ｎの動作の制御に用いられるTrans信号，Reset信号，Hold信号およびAddress信号、ホールド回路Ｈ_１,ｎの動作の制御に用いられるSet1信号，Hshifta1信号およびHshiftb1信号、ホールド回路Ｈ_２,ｎの動作の制御に用いられるSet2信号，Hshifta2信号およびHshiftb2信号、読出部５０の動作の制御に用いられるFreset信号，Ｓ１信号およびＳ２信号、ならびに、読出部５０から出力されるデータＤout、が順に示されている。

図６は、本実施形態の固体撮像装置１の第１動作モードの動作（ローリングシャッタ方式）を示すタイミングチャートである。

期間Ｔ_１は、時刻ｔ_１１から時刻ｔ_３１までの期間を含む。そのうち、時刻ｔ_１１から時刻ｔ_１６までの期間に、第１行の各画素部Ｐ_１,ｎのデータがホールド回路Ｈ_１,ｎによりサンプリングされ、時刻ｔ_２１から時刻ｔ_３１までの期間に、各ホールド回路Ｈ_１,ｎにより保持されたデータが読出部５０を経てデータＤoutとして読み出される。このとき出力されるデータＤoutは、第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,ＮのフォトダイオードＰＤへの入射光量を表す。

期間Ｔ_２は、時刻ｔ_２１から時刻ｔ_４１までの期間を含む。そのうち、時刻ｔ_２１から時刻ｔ_２６までの期間に、第２行の各画素部Ｐ_２,ｎのデータがホールド回路Ｈ_２,ｎによりサンプリングされ、時刻ｔ_３１から時刻ｔ_４１までの期間に、各ホールド回路Ｈ_２,ｎにより保持されたデータが読出部５０を経てデータＤoutとして読み出される。このとき出力されるデータＤoutは、第２行のＮ個の画素部Ｐ_２,１〜Ｐ_２,ＮのフォトダイオードＰＤへの入射光量を表す。

以降の各行についても同様の動作が繰り返されて、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎは、パラレルに動作をして、交互にデータサンプリングを行うとともに、交互にデータ出力を行う。各期間Ｔ_ｍの動作は、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎが交互に用いられる点を除いて共通である。以下では期間Ｔ_１の動作について説明する。

時刻ｔ_１１にAddress(1)信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ_１２にTrans(1)信号およびSet1信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ_１３にSet1信号がローレベルに転じる。この間、Reset(1)信号はローレベルのままであり、Hold(1)信号はハイレベルのままである。したがって、第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎそれぞれにおいて、フォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていた電荷は、時刻ｔ_１２以降、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）に転送され蓄積される。その蓄積電荷量に応じたデータが、トランジスタＴ４を経て読出信号線Ｌ_ｎへ出力され、ホールド回路Ｈ_１,ｎに入力される。そして、Set1信号がローレベルに転じる時刻ｔ_１３に、ホールド回路Ｈ_１,ｎにおいて、スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３４が開状態に転じて、読出信号線Ｌ_ｎに出力されていたデータがサンプリングされ保持される。

ホールド回路Ｈ_１,ｎによるデータサンプリングの後、時刻ｔ_１４にReset(1)信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ_１５にTrans(1)信号がローレベルに転じ、時刻ｔ_１６にReset(1)信号およびAddress(1)信号がローレベルに転じる。Trans(1)信号，Reset(1)信号およびHold(1)信号がハイレベルである期間に、第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎそれぞれにおいて、フォトダイオードＰＤの接合容量部が放電され、また、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）が放電される。その後、Trans(1)信号およびReset(1)信号がローレベルとなって、光入射に応じてフォトダイオードＰＤで発生した電荷は、次回の読出し時までフォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていく。

時刻ｔ_２１から時刻ｔ_３１までの間、読出部５０において、Ｓ１信号がハイレベルとされ、Ｓ２信号がローレベルとされる。そして、この期間では、Ｎ個のホールド回路Ｈ_１,１〜Ｈ_１,Ｎにおいて順次にHshifta1(n)およびHshiftb1(n)がハイレベルとされて、各ホールド回路Ｈ_１,ｎにより保持されたデータが順次に読出信号線Ｈline1に出力され読出部５０に入力される。読出部５０においては、Freset信号がハイレベルとなってアンプＡ_５の入出力端子が初期化された後、Freset信号がローレベルである期間に、各ホールド回路Ｈ_１,ｎから読出信号線Ｈline1に出力されたデータがアンプＡ_５の反転入力端子に入力されて、その入力データに応じた出力データがアンプＡ_５の非反転出力端子から出力される。そして、ＡＤ変換部５１において、アンプＡ_５の非反転出力端子から出力されるデータがＡＤ変換されてデータＤoutとして出力される。

図７は、本実施形態の固体撮像装置１の第１動作モードの動作（グローバルシャッタ方式）を示すタイミングチャートである。

以降の各行についても同様の動作が繰り返されて、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎは、パラレルに動作をして、交互にデータサンプリングを行うとともに、交互にデータ出力を行う。各期間Ｔ_ｍの動作は、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎが交互に用いられる点を除いて共通である。グローバルシャッタ方式の場合、期間Ｔ_１の前の期間Ｔ_０（時刻ｔ_０１〜時刻ｔ_１１）に、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎの全てにおいて、フォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていた電荷が、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）に転送され蓄積される。以下では期間Ｔ_０および期間Ｔ_１の動作について説明する。

時刻ｔ_０１にHold(1)〜Hold(M)の各信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ_０２にReset(1)〜Reset(M)の各信号がローレベルに転じ、時刻ｔ_０３にTrans(1)〜Trans(M)の各信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ_０４にHold(1)〜Hold(M)の各信号がローレベルに転じ、時刻ｔ_１１にReset(1)〜Reset(M)の各信号がハイレベルに転じる。時刻ｔ_０３から時刻ｔ_０４までの間、Reset(1)〜Reset(M)の各信号はローレベルであり、Trans(1)〜Trans(M)の各信号およびHold(1)〜Hold(M)の各信号はハイレベルであるので、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎの全てにおいて、フォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていた電荷が、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）に転送され蓄積される。

その後、時刻ｔ_１１から時刻ｔ_２１までの間、Trans(1)〜Trans(M)の各信号およびReset(1)〜Reset(M)の各信号がハイレベルであるので、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎの全てにおいて、フォトダイオードＰＤの接合容量部が放電され、また、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）が放電される。その後、Trans(1)〜Trans(M)の各信号がローレベルとなって、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎの全てにおいて、光入射に応じてフォトダイオードＰＤで発生した電荷は、次回の読出し時までフォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていく。

時刻ｔ_１１にAddress(1)信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ_１２にSet1信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ_１３にSet1信号がローレベルに転じ、時刻ｔ_１６にAddress(1)信号がローレベルに転じる。Address(1)信号がハイレベルである間、第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎそれぞれにおいて、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）に蓄積されている電荷量に応じたデータが、トランジスタＴ４を経て読出信号線Ｌ_ｎへ出力され、ホールド回路Ｈ_１,ｎに入力される。そして、Set1信号がローレベルに転じる時刻ｔ_１３に、ホールド回路Ｈ_１,ｎにおいて、スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３４が開状態に転じて、読出信号線Ｌ_ｎに出力されていたデータがサンプリングされ保持される。

図８は、本実施形態の固体撮像装置１の第２動作モードの動作（ローリングシャッタ方式）を示すタイミングチャートである。

期間Ｔ_１に、第１行の各画素部Ｐ_１,ｎのデータがホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎによりサンプリングされ、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎにより保持されたデータの差分に応じたデータが読出部５０を経てデータＤoutとして読み出される。このとき出力されるデータＤoutは、第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,ＮのフォトダイオードＰＤへの入射光量を表す。

期間Ｔ_１に続く期間Ｔ_２に、第２行の各画素部Ｐ_２,ｎのデータがホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎによりサンプリングされ、ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎにより保持されたデータの差分に応じたデータが読出部５０を経てデータＤoutとして読み出される。このとき出力されるデータＤoutは、第２行のＮ個の画素部Ｐ_２,１〜Ｐ_２,ＮのフォトダイオードＰＤへの入射光量を表す。

以降の各行についても同様の動作が繰り返される。各期間Ｔ_ｍの動作は共通である。以下では期間Ｔ_１の動作について説明する。

時刻ｔ₁₀₁に、Trans(1)信号がローレベルに転じ、Address(1)信号がハイレベルに転じる。時刻ｔ₁₀₂にReset(1)信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ₁₀₃にSet1信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ₁₀₄にReset(1)信号がローレベルに転じ、時刻ｔ₁₀₅にSet1信号がローレベルに転じる。この間、Hold(1)信号はハイレベルのままである。Set1信号がローレベルに転じる時刻ｔ₁₀₅には、第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎそれぞれにおいて、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）は初期状態となっており、トランジスタＴ４を経て読出信号線Ｌ_ｎへ出力されるデータはノイズ成分のみである。この時刻ｔ₁₀₅に、ホールド回路Ｈ_１,ｎにおいて、スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３４が開状態に転じて、読出信号線Ｌ_ｎに出力されていたノイズ成分のみのデータがサンプリングされ保持される。

その後、時刻ｔ₁₀₆にTrans(1)信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ₁₀₇にSet2信号がハイレベルに転じ、時刻ｔ₁₀₈にTrans(1)信号がローレベルに転じ、時刻ｔ₁₀₉にSet2信号がローレベルに転じる。この間もHold(1)信号はハイレベルのままである。第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎそれぞれにおいて、フォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていた電荷は、Trans(1)信号がハイレベルである間に、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）に転送され蓄積される。その蓄積電荷量に応じたデータが、トランジスタＴ４を経て読出信号線Ｌ_ｎへ出力される。Set2信号がローレベルに転じる時刻ｔ₁₀₉に、ホールド回路Ｈ_２,ｎにおいて、スイッチＳＷ_３１，ＳＷ_３４が開状態に転じて、読出信号線Ｌ_ｎに出力されていたデータがサンプリングされ保持される。このデータは、信号成分にノイズ成分が重畳されたものである。

時刻ｔ₁₁₀から時刻ｔ₁₁₁までの間、Trans(1)信号およびReset(1)信号がハイレベルとなって、第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎそれぞれにおいて、フォトダイオードＰＤの接合容量部が放電され、また、トランジスタＴ３のゲート端子に接続される拡散領域（電荷蓄積部）が放電される。その後、Trans(1)信号およびReset(1)信号がローレベルとなって、第１行のＮ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎそれぞれにおいて、光入射に応じてフォトダイオードＰＤで発生した電荷は、次回の読出し時までフォトダイオードＰＤの接合容量部に蓄積されていく。

時刻ｔ₁₀₉から時刻ｔ₂₀₁までの間、読出部５０において、Ｓ１信号がハイレベルとされ、Ｓ２信号がローレベルとされる。そして、この期間では、Ｎ個のホールド回路Ｈ_１,１〜Ｈ_１,Ｎにおいて順次にHshifta1(n)およびHshiftb1(n)がハイレベルとされて、各ホールド回路Ｈ_１,ｎにより保持されたデータ（ノイズ成分）が順次に読出信号線Ｈline1に出力され読出部５０に入力される。また、これと並行して、Ｎ個のホールド回路Ｈ_２,１〜Ｈ_２,Ｎにおいて順次にHshifta2(n)およびHshiftb2(n)がハイレベルとされて、各ホールド回路Ｈ_２,ｎにより保持されたデータ（信号成分＋ノイズ成分）が順次に読出信号線Ｈline2に出力され読出部５０に入力される。

読出部５０においては、Freset信号がハイレベルとなってアンプＡ_５の入出力端子が初期化された後、Freset信号がローレベルである期間に、各ホールド回路Ｈ_１,ｎから読出信号線Ｈline1に出力されたデータ（ノイズ成分）がアンプＡ_５の反転入力端子に入力されるとともに、対応するホールド回路Ｈ_２,ｎから読出信号線Ｈline2に出力されたデータ（信号成分＋ノイズ成分）がアンプＡ_５の非反転入力端子に入力されて、それら２つの入力データの差分に応じた出力データが差動信号としてアンプＡ_５の反転出力端子および非反転出力端子から出力される。そして、ＡＤ変換部５１において、アンプＡ_５から出力されるデータがＡＤ変換されてデータＤoutとして出力される。

以上のように、本実施形態の固体撮像装置１では、第１動作モードのときに、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎは、パラレルに動作をして、交互にデータサンプリングを行うとともに、交互にデータ出力を行う。また、読出部５０は、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎから交互に出力されるデータに基づいて、画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードＰＤへの入射光量に応じたデータＤoutを出力する。したがって、第１動作モードのときには高速の撮像が可能である。

また、本実施形態の固体撮像装置１では、第２動作モードのときに、受光部１０の画素部Ｐ_ｍ,ｎは、第１時刻にノイズ成分のデータを出力するとともに、第２時刻に蓄積電荷量に応じたデータを出力する。保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎのうち一方は第１時刻にデータサンプリングを行うとともに、他方は第２時刻にデータサンプリングを行う。そして、読出部５０は、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎそれぞれから出力されるデータの差分に基づいて、画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードＰＤへの入射光量に応じたデータＤoutを出力する。したがって、第２動作モードのときには高精度の撮像が可能である。

本実施形態の固体撮像装置１は、第１動作モード（高速の撮像）および第２動作モード（高精度の撮像）それぞれの動作を共通の構成により実現することができるので、回路規模の大型化を抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図９に変形例が示されるように読出部５０に替えて読出部５０Ａが設けられてもよい。図２に示される読出部５０は、アンプＡ_５の非反転出力端子および反転出力端子とＡＤ変換部５１の第１入力端子５１_１および第２入力端子５１_２との間の接続を切り替える出力切替部としてスイッチＳＷ_５５〜ＳＷ_５８を含む。これに対して、図９に示される読出部５０Ａは、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎとアンプＡ_５の反転入力端子および非反転入力端子との間の接続を切り替える入力切替部としてスイッチＳＷ_５５〜ＳＷ_５８を含む。

ただし、図９に示される読出部５０Ａでは、アンプＡ_５の入力側に入力切替部が設けられることから、寄生容量や寄生抵抗が増えて、動作の高速化の点では不利である。動作の高速化の観点からは、図２に示される読出部５０のように、アンプＡ_５の出力側に出力切替部が設けられるのが好ましい。

また、出力切替部および入力切替部の何れも設けることなく、第１動作モードの際に、ＡＤ変換部５１から出力されるデジタルデータＤoutに対して±の符号を処理することとしてもよい。

撮像の高速化の効果は、行方向の画素数が少ないときに顕著であり、また、読み出し画素の列数が少ないときに顕著である。すなわち、受光部１０の各画素部からの出力データを保持部３０によりサンプリングする動作は行毎に行われるので、その際に要する時間は列方向の画素数に依存しない。これに対して、保持部３０からの出力データを読出部５０から出力する動作は列方向の画素数に略比例する。したがって、第１動作モードにおいて、受光部１０のＮ列のうちの一部の列について、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎは、パラレルに動作をして、交互にデータサンプリングを行うとともに、交互にデータ出力を行い、また、読出部５０は、保持部３０のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎから交互に出力されるデータに基づいて、画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータＤoutを出力することで、更に高速の撮像が可能となる。

第１動作モードにおいて、受光部１０のＭ行のうちの一部の行について画素部のデータを読む出すこととしてもよい。また、第２動作モードにおいて、受光部１０のＭ行のうちの一部の行について、または、受光部１０のＮ列のうちの一部の列について、画素部のデータを読む出すこととしてもよい。

本発明は、Ｍ≧２の場合（すなわち、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎが２次元配列されている場合）に限らず、Ｍ＝１の場合（すなわち、１×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_１,Ｎが１次元配列されている場合）にも適用可能である。

１…固体撮像装置、１０…受光部、２０…行選択部、３０…保持部、４０…列選択部、５０…読出部、６０…制御部、Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎ…画素部、Ｈ_１,１〜Ｈ_２,Ｎ…ホールド回路。

Claims

Ｍ行Ｎ列に配列されたＭ×Ｎ個の画素部Ｐ_１,１〜Ｐ_Ｍ,Ｎを含み、各画素部Ｐ_ｍ,ｎが、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有し、前記電荷蓄積部における蓄積電荷量に応じたデータを出力する受光部と、
２Ｎ個のホールド回路Ｈ_１,１〜Ｈ_２,Ｎを含み、各ホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎが、前記受光部の第ｎ列のＭ個の画素部Ｐ_１,ｎ〜Ｐ_Ｍ,ｎのうちの何れかから出力されるデータをサンプリングして保持し出力する保持部と、
前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎの双方または一方から出力されるデータを入力して、その入力したデータに基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータを出力する読出部と、
前記保持部および前記読出部それぞれの動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
第１動作モードにおいて、
前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎに対して、パラレルに動作をさせて交互にデータサンプリングを行わせるとともに交互にデータ出力を行わせ、
前記読出部に対して、前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎから交互に出力されるデータに基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータを出力させ、
第２動作モードにおいて、
前記受光部の画素部Ｐ_ｍ,ｎに対して、第１時刻にノイズ成分のデータを出力させるとともに、第２時刻に前記蓄積電荷量に応じたデータを出力させ、
前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎのうち一方に対して前記第１時刻にデータサンプリングを行わせるとともに、他方に対して前記第２時刻にデータサンプリングを行わせ、
前記読出部に対して、前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎそれぞれから出力されるデータの差分に基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータを出力させる、
ことを特徴とする固体撮像装置（ただし、Ｍは１以上の整数、Ｎは２以上の整数、ｍは１以上Ｍ以下の整数、ｎは１以上Ｎ以下の整数）。
前記制御手段は、
前記第１動作モードにおいて、前記受光部のＮ列のうちの一部の列について、
前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎに対して、パラレルに動作をさせて交互にデータサンプリングを行わせるとともに交互にデータ出力を行わせ、
前記読出部に対して、前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎから交互に出力されるデータに基づいて画素部Ｐ_ｍ,ｎのフォトダイオードへの入射光量に応じたデータを出力させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記読出部は、
反転入力端子，非反転入力端子，反転出力端子および非反転出力端子を有し、前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎのうちの一方から出力されるデータを前記反転入力端子に入力し、他方から出力されるデータを前記非反転入力端子に入力するアンプと、
前記アンプの前記反転入力端子と前記非反転出力端子との間に設けられた第１容量素子と、
前記アンプの前記非反転入力端子と前記反転出力端子との間に設けられた第２容量素子と、
前記アンプの前記反転入力端子および前記非反転出力端子それぞれの電位を初期化する第１初期化手段と、
前記アンプの前記非反転入力端子および前記反転出力端子それぞれの電位を初期化する第２初期化手段と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記読出部は、
第１入力端子および第２入力端子を有し、前記アンプの前記非反転出力端子および前記反転出力端子のうちの一方から出力されるデータを前記第１入力端子に入力し、他方から出力されるデータを前記第２入力端子に入力して、前記第１入力端子および前記第２入力端子それぞれに入力されたデータの差分に応じたデジタル値を出力するＡＤ変換部を更に含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
前記読出部は、
前記アンプの前記非反転出力端子および前記反転出力端子と前記ＡＤ変換部の前記第１入力端子および前記第２入力端子との間の接続を切り替える出力切替部を更に含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
前記読出部は、
前記保持部のホールド回路Ｈ_１,ｎ，Ｈ_２,ｎと前記アンプの前記反転入力端子および前記非反転入力端子との間の接続を切り替える入力切替部を更に含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。