JPH118805A

JPH118805A - 動き検出用固体撮像装置

Info

Publication number: JPH118805A
Application number: JP9158342A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Nomura; 仁野村; Tadao Isogai; 忠男磯貝
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】被写体の動体の部分のみを検出する構造を、
固体撮像装置内に設け、動体を表す信号と、そのときの
ビデオ信号とを同時に出力できるようにする。【解決手段】マトリックス状に配列された画素１，１
…は、列毎に垂直読み出し線２ａ，２ｂに接続される。
垂直読み出し線２ａ，２ｂには行を選択して画素１，１
…からの電気信号を当該垂直読み出し線２ａ，２ｂに転
送する垂直走査回路６が接続される。垂直読み出し線２
ａ，２ｂには、信号比較回路２０とビデオ信号生成回路
３０とが配置される。信号比較回路２０は、直前のフレ
ームに対する電気信号を記憶し、次に現在のフレームに
対する電気信号が入力されたときにこれを記憶した値と
比較して異値信号生成し、シフトレジスタ１２に送る。
ビデオ信号生成回路３０は、画素１，１…からの現在の
フレームに対する電気信号に基づいてビデオ信号を生成
し、水平走査回路３５に送る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】従来より、マトリックス状に配置された
多数の画素にて画像データを得、この画像データを直前
のフレームでの値として記憶し、次いで現在のフレーム
での値を検出し、これらを互いに比較して、被写体のう
ち動体の部分を検出するようにした動き検出用画像処理
装置が公知である。

【０００３】図８は、従来の動き検出用画像処理装置１
００を示す。この動き検出用画像処理装置１００は、固
体撮像装置１０１と、該固体撮像装置１０１によって得
られた画像データをあらわす映像信号（アナログ信号）
をディジタル信号に変換するＡＤ変換回路１０２と、該
ＡＤ変換回路１０２からのディジタル信号を保存する画
像メモリ（第１の画像メモリ）１０３及び画像メモリ
（第２の画像メモリ）１０４と、該画像メモリ１０３，
１０４に保存されているディジタルの画像データを互い
に比較して動きをあらわす画像データを得る画像処理回
路１０５とで構成されている。

【０００４】即ち、この動き検出用画像処理装置１００
では、先ず、固体撮像装置１０１で得られた第１のフレ
ームにおける映像信号（アナログ信号）がＡＤ変換回路
１０２でディジタル信号に変換された後、直前のフレー
ムでの映像信号として前記第１の画像メモリ１０３に保
存される。次に、第１のフレーム（直前のフレーム）に
連続する第２のフレームで、固体撮像装置１０１によっ
て得られた映像信号（アナログ信号）がＡＤ変換回路１
０２でディジタル信号に変換された後、現在のフレーム
での映像信号として第２の画像メモリ１０４に保存され
る。

【０００５】そして、画像処理回路１０５で第１の画像
メモリ１０３に保存されているディジタル信号と、第２
の画像メモリ１０４に保存されているディジタル信号の
大きさが各画素毎に比較され、第１のフレーム（直前の
フレーム）と第２のフレーム（現在のフレーム）とで比
較されたディジタル信号の差が所定値以上となった画素
が検出される。

【０００６】この場合、第１のフレームと第２のフレー
ムは連続し、また、前記第１の画像メモリ１０３に保存
されているディジタル信号は第１のフレームにおける固
体撮像装置１０１の各画素の輝度信号に対応し、前記第
２の画像メモリ１０４に保存されているディジタル信号
は、第２のフレームにおける固体撮像装置１０１の各画
素の輝度信号に対応している。

【０００７】従って、固体撮像装置１０１の同一の画素
から各フレーム毎に出力される２つのディジタル信号を
比較することで連続した２フレーム間（直前のフレーム
と現在のフレーム）の輝度信号の差を検出し（固体撮像
装置１０１の外部での２値化）、被写体の中から動体の
みを検出することができる。そして、上記動作を繰り返
すことにより、連続して動体検出を行うことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の動き検出用画像処理装置１００を用いて動体の検出
を行う場合、固体撮像装置１０１から映像信号（アナロ
グ信号）を出力した後、ＡＤ変換回路１０２でディジタ
ル信号に変換し、その後、一旦、画像メモリ１０３，１
０４に当該ディジタル信号を保存し、更に、斯く保存し
たディジタル信号を用いて前記固体撮像装置１０１の外
部にある前記画像処理回路１０５で動体の検出処理（直
前のフレームと現在のフレームでのディジタル信号の比
較）を行っているため、固体撮像装置１０１の周辺回路
が複雑で、動き検出用画像処理装置１００全体として、
高価になるという不具合がある。

【０００９】また、固体撮像装置１０１の各画素（図示
省略）で生成された入射光に応じた信号はアナログ信号
であり、その後、アナログ信号のままＡＤ変換器１０２
に出力されるようになっていたため、雑音の影響を受け
やすかった。さらに、上記従来の動き検出用画像処理装
置１００では、映像信号（アナログ信号）の有効範囲、
すなわちダイナミックレンジが、上記したＡＤ変換回路
１０２の入力で制限される。しかして、ＡＤ変換回路１
０２の入力ダイナミックレンジは、固体撮像装置１０１
のダイナミックレンジより狭いため、動体の検出処理の
過程で固体撮像装置１０１の広いダイナミックレンジが
有効に利用できないという不具合もあった。

【００１０】上記の不具合を避けるために、上記した固
体撮像装置１０１の各画素毎に直前のフレームと現在の
フレームでの映像信号を記憶するためのメモリを設け、
更に画素毎にこのメモリに記憶された映像信号を比較す
る回路を設けて、各画素毎に動体をあらわす信号を生成
することも考えられるが、このような手法を用いると、
各画素の構造が複雑になり、固体撮像装置１０１の開口
率の低下や、解像度の低下を引き起こし、多画素化に応
えられないという不具合があった。

【００１１】またこの場合、各画素からは動体を表す信
号のみが出力されるようになっているため、固体撮像装
置において、元来出力されるビデオ信号を、同時に得ら
れないという不具合もあった。本発明は、上記不具合に
鑑みてなされたものであり、動体を検出するに当り、外
部における画像処理（２値化処理）が不要で、且つ簡単
な構成で高性能な動体の検出を可能とし、しかも、動体
を検出した結果（異値信号）と、そのときのビデオ信号
とを同時に出力可能な動き検出用固体撮像装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の動き検出用固体撮像装置は、マト
リックス状に配列され入射光に応じた電気信号を出力す
る複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設けられた複
数の垂直読み出し線と、前記複数の画素の特定の行を選
択して当該画素からの電気信号を一定のタイミングで、
当該垂直読み出し線に転送する垂直走査手段と、一定の
タイミングで画素から前記垂直読み出し線に出力された
電気信号を直前のフレームに対する電気信号として記憶
すると共に該記憶した電気信号と次の一定タイミングで
当該画素から出力された現在のフレームに対する電気信
号とを比較してこれら比較した結果をあらわす信号を出
力する信号比較手段と、一定のタイミングで当該画素か
ら前記垂直読み出し線に出力される現在のフレームに対
する電気信号に基づいてビデオ信号を生成し出力するビ
デオ信号生成手段と、前記信号比較手段から前記複数の
垂直読み出し線の各々に対応して出力される前記比較し
た結果をあらわす信号を、順次、第１の水平読み出し線
に転送する第１の信号転送手段と、前記ビデオ信号生成
手段から前記複数の垂直読み出し線の各々に対応して出
力される前記ビデオ信号を、順次、第２の水平読み出し
線に転送する第２の信号転送手段とを備えたものであ
る。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の動き検出用固体撮像装置において、前記信号比
較手段が前記複数の垂直読み出し線上に各々配置される
複数の信号比較部にて構成され、前記ビデオ信号生成手
段が前記複数の垂直読み出し線上に各々配置される複数
のビデオ信号生成部にて構成されるものである。また、
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記
載の動き検出用固体撮像装置において、前記ビデオ信号
生成手段と前記第２の水平読み出し線との間に、前記第
２の信号転送手段からの制御信号に基づいて動作するス
イッチ手段が配置されたものである。

【００１４】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
から請求項３に記載の動き検出用固体撮像装置におい
て、前記画素が、入射光に応じた電荷を生成・蓄積する
光検出手段と、該光検出手段から電気的に分離され当該
光検出手段からの入射光に応じた電荷が転送されてこれ
を保持する電荷保持部と、該電荷保持部に保持された電
荷に応じた電気信号を生成する信号生成部と、当該画素
の前記信号生成部と前記垂直読み出し線とを接続／分離
する接続分離手段とを備えているものであるまた、請求
項５に記載の発明は、請求項４に記載の動き検出用固体
撮像装置において、前記光検出手段が、入射光に応じた
電荷を生成・蓄積する光電変換素子からなり、該光電変
換素子の出力側に画素の増幅手段が接続され、該増幅手
段は、前記電荷保持部に前記入射光に応じた電荷が保持
されているときに該電荷に応じた電気信号を出力するも
のである。

【００１５】また、請求項６に記載の発明は、請求項５
に記載の動き検出用固体撮像装置において、前記画素
が、前記光電変換素子で生成された電荷を増幅手段の制
御領域に直接転送する転送手段と、前記増幅手段の制御
領域に蓄積された電荷を画素の外部に放出するリセット
手段とを備え、前記接続分離手段にて、当該画素の前記
増幅手段と前記垂直読み出し線とを接続／分離するもの
である。

【００１６】また、請求項７に記載の発明は、請求項５
または請求項６に記載の動き検出用固体撮像装置におい
て、前記増幅手段が、接合型電界効果トランジスタにて
構成され、前記入射光に応じた電荷が、当該ゲートに、
直接転送され、もって、当該ソース・ドレイン間の電流
が前記電荷に応じた値に制御されるものである。また、
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の動き検出用
固体撮像装置において、前記接続分離手段が、前記接合
型電界効果トランジスタのソースと垂直読み出し線との
間に介在されたスイッチ用ＭＯＳトランジスタにて構成
されているものである。

【００１７】また、請求項９に記載の発明は、請求項７
に記載の動き検出用固体撮像装置において、前記接続分
離手段が前記接合型電界効果トランジスタのゲートに接
続されたコンデンサにて構成され、該コンデンサの一方
の端子に接続／分離用の信号を加えることにより前記増
幅手段と前記垂直読み出し線との接続／分離が行われる
ものである。

【００１８】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
１から請求項９の何れかに記載の動き検出用固体撮像装
置において、前記信号比較手段が、前記現在のフレーム
に対する電気信号の値と前記直前のフレームに対する電
気信号の値との差分の大きさが所定値以上のときに、論
理ローレベルまたは論理ハイレベルを示す信号を出力す
るものである。

【００１９】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
１から請求項１０の動き検出用固体撮像装置において、
前記信号比較手段が、前記直前のフレームに対する電気
信号を記憶する第１の電荷蓄積手段と、前記現在のフレ
ームに対する電気信号を記憶する第２の電荷蓄積手段と
を備え、前記第１の電荷蓄積手段に記憶された前記直前
のフレームに対する電気信号と前記第２の電荷蓄積手段
に記憶された前記現在のフレームに対する電気信号との
差分の大きさが所定値以上のときに、論理ローレベルま
たは論理ハイレベルを示す信号を出力するものである。

【００２０】また、請求項１２に記載の発明は、請求項
１１に記載の動き検出用固体撮像装置において、前記垂
直読み出し線と前記第１の電荷蓄積手段との間に第１の
スイッチ手段が、前記垂直読み出し線と前記第２の電荷
蓄積手段との間に第２のスイッチ手段が各々配置され、
これら第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段に電
荷蓄積制御手段が接続され、前記垂直走査手段が、特定
の行を選択したときに、前記接続分離手段を用いて当該
画素の増幅手段の制御領域に蓄積されている電荷に応じ
た電気信号を直前のフレームに対する電気信号として前
記垂直読み出し線に転送させた後、前記リセット手段を
用いて前記増幅手段の制御領域に蓄積されている電荷を
当該画素の外部に放出させ、その後、前記転送手段を用
いて前記光電変換素子にて生成・蓄積された電荷を新た
に前記増幅手段の制御領域に転送させた後、該制御領域
に転送された電荷に応じた電気信号を現在のフレームに
対する電気信号として前記垂直読み出し線に転送させ、
前記電荷蓄積制御手段が、前記直前のフレームに対する
電気信号が前記垂直読み出し線に電荷として現れるタイ
ミングで前記第１のスイッチ手段をオンして当該電荷を
前記第１の電荷蓄積手段に蓄積させ、前記現在のフレー
ムに対する電気信号が前記垂直読み出し線に電荷として
現れるタイミングで前記第２のスイッチ手段をオンして
当該電荷を前記第２の電荷蓄積手段に蓄積させるもので
ある。

【００２１】また、請求項１３に記載の発明は、請求項
１から請求項１０の動き検出用固体撮像装置において、
前記信号比較手段が、２つの入力端子を有する２値化手
段と、該２値化手段の一方の入力端子に接続された第１
のサンプルホールド回路と、該２値化手段の他方の入力
端子に接続された第２のサンプルホールド回路とを備
え、前記第１のサンプルホールド回路を用いて、前記現
在のフレームに対する電気信号の値と前記直前のフレー
ムに対する電気信号の値とに対する差分が第１の所定値
より高いときに論理ハイレベルまたは論理ローレベルを
示す信号を出力し、前記第２のサンプルホールド回路を
用いて、前記現在のフレームに対する電気信号の値と前
記直前のフレームに対する電気信号の値とに対する差分
が第２の所定値より高いときに論理ハイレベルまたは論
理ローレベルを示す信号を出力すものである。

【００２２】また、請求項１４に記載の発明は、請求項
６に記載の動き検出用固体撮像装置において、前記ビデ
オ信号生成手段が、前記リセット手段により前記制御領
域が定電圧源に接続されてリセット動作が行われたとき
に該定電圧源より当該制御領域に印加される電圧に応じ
て出力される暗出力信号と、前記リセット動作後前記転
送手段により前記光電変換素子からの電荷が前記制御領
域に転送させたときに画素より出力される電気信号との
差を、現在のフレームにおける差分ビデオ信号として生
成するものである。

【００２３】また、請求項１５に記載の発明は、請求項
１４に記載の動き検出用固体撮像装置において、前記ビ
デオ信号生成手段が、該ビデオ信号生成手段の入力端子
と出力端子の間に接続されたホールド容量と、前記出力
端子とアースを接続／遮断させるサンプルホールド切り
替え用スイッチとによって構成され、前記サンプルホー
ルド切り替えスイッチによる接続／遮断のタイミングが
外部からの制御信号に基づいて制御されることによっ
て、前記暗出力信号と前記現在のフレームで生成された
電気信号との差に応じた前記差分ビデオ信号を出力する
ものである。

【００２４】また、請求項１６に記載の発明は、請求項
１から請求項１５の何れかに記載の動き検出用固体撮像
装置において、前記画素が、入射光に応じた電荷を生成
する光検出手段として、埋め込みフォトダイオードを具
えているものである。

【００２５】（作用）請求項１に記載の動き検出用固体
撮像装置によれば、垂直読み出し線に設けられた信号比
較手段にて、直前のフレームに対する電気信号と現在の
フレームに対する電気信号とを比較しているので、被写
体の動作変化を表す異値信号を簡易に生成でき、更に、
該生成された異値信号が２値化されて、垂直読み出し線
から水平読み出し線を介して出力端子まで伝わることに
なるので、水平読み出し線を伝わるときにこの２値化さ
れた異値信号に雑音が乗っても、アナログ信号の場合に
比べて、雑音の影響が小さくなる。

【００２６】また、この請求項１に記載の動き検出用固
体撮像装置には、その垂直読み出し線にビデオ信号生成
手段が設けられているので、前記異値信号と同時にビデ
オ信号を外部に出力することができる。また、請求項２
に記載の動き検出用固体撮像装置によれば、前記信号比
較手段が、前記複数の垂直読み出し線に各々配置された
信号比較部からなり、前記ビデオ信号生成手段が、前記
複数の垂直読み出し線に各々配置されたビデオ信号生成
部からなるので、マトリックス状に配置された複数の画
素の各列毎に、動作変化を表す異値信号と、ビデオ信号
を、各々、簡易に生成できる。

【００２７】また、請求項３に記載の動き検出用固体撮
像装置によれば、前記ビデオ信号生成手段からのビデオ
信号を、第２の信号転送手段からの制御信号に基づい
て、適宜、第２の水平読み出し線に転送することができ
る。また、請求項４に記載の動き検出用固体撮像装置に
よれば、１つのフレームの間に光検出手段にて生成・蓄
積された入射光に応じた電荷が、該光検出手段と電気的
に分離された電荷保持部に転送された後保持され、該保
持された電荷に基づいて、直前のフレームに対する電気
信号と現在のフレームに対する電気信号の２つの信号を
得ることができる。

【００２８】また、請求項５に記載の動き検出用固体撮
像装置によれば、１つのフレームの間に光電変換素子に
て生成・蓄積された電荷が前記電荷保持部に保持され、
増幅手段によって、この保持された電荷に基づいて、直
前のフレームに対する電気信号と現在のフレームに対す
る電気信号の２つの信号とを生成することができる。ま
た、請求項６に記載の動き検出用固体撮像装置によれ
ば、増幅手段の制御領域に、光電変換素子で生成・蓄積
された電荷を直接的にかつ簡易に供給できるので、電荷
を信号線を介して制御領域に転送する場合に比べて、転
送する過程で電荷配分による信号の劣化が少なくなる。
また、リセット手段によって、適宜、当該制御領域に保
持された電荷を排出することができる。

【００２９】また、請求項７に記載の動き検出用固体撮
像装置によれば、接合型電界効果トランジスタの制御領
域に、光電変換素子で生成・蓄積された電荷を直接的に
供給するだけで、ゲートに供給された電荷に応じた電気
信号を、直前のフレームに対する電気信号と現在のフレ
ームに対する電気信号の２つの信号として出力すること
ができる。この場合にも、ゲートに電荷を直接転送する
ことで、信号線を介して転送する場合に比べて電荷配分
による信号の劣化を抑えることができる。

【００３０】また、請求項８に記載の動き検出用固体撮
像装置によれば、画素と垂直読み出し線との接続／分離
が簡易に行われる。また、請求項９に記載の動き検出用
固体撮像装置によれば、画素と垂直読み出し線との接続
／分離を容量結合によって行う分、ＭＯＳトランジスタ
等を用いる場合に比べて、構成が簡易になり、画素全体
の大きさを小さくすることができる。

【００３１】また、請求項１０に記載の動き検出用固体
撮像装置によれば、異値信号の生成に当たって、検出す
る動体の動きに合わせて、信号比較手段の当該所定値を
設定することで、所望の動き検出が可能になる。また、
請求項１１に記載の動き検出用固体撮像装置によれば、
当該画素からの順次出力される電気信号を、直前のフレ
ームに対する電気信号、現在のフレームに対する電気信
号として、垂直読み出し線上に配置された第１の電荷蓄
積手段、第２の電荷蓄積手段に各々記憶させ、該記憶さ
せた信号を互いに比較するだけで動体を表す異値信号を
得ることができる。

【００３２】また、請求項１２に記載の動き検出用固体
撮像装置によれば、一定のタイミングで画素から出力さ
れた電気信号を所望のタイミングで第１の電荷蓄積手段
に記憶してこれを直前のフレームに対する電気信号と
し、次の一定タイミングで同じ画素から出力された電気
信号を所望のタイミングで第２の電荷蓄積手段に記憶し
てこれを現在のフレームに対する電気信号として適宜記
憶させることができる。

【００３３】また、請求項１３に記載の動き検出用固体
撮像装置によれば、第１のサンプルホールド回路にホー
ルドされる値を直前のフレームに対する電気信号と第１
の所定値とし、第２のサンプルホールド回路にホールド
される値を直前のフレームに対する電気信号と第２の所
定値に変更できるので、現在のフレームに対する電気信
号と直前のフレームに対する電気信号との大小関係の判
別に用いる閾値を自在に設定できる。

【００３４】また、請求項１４に記載の動き検出用固体
撮像装置によれば、当該画素をリセットした後の暗出力
と、該暗出力を含んだ現在のフレームに対する電気信号
の差分ビデオ信号を出力するので、当該暗出力を除去し
たビデオ信号を出力することができる。また、請求項１
５に記載の動き検出用固体撮像装置によれば、簡易な手
段により差分ビデオ信号を得ることができる。

【００３５】また、請求項１６に記載の動き検出用固体
撮像装置によれば、各画素の光電変換素子において、当
該埋め込みフォトダイオードのｐｎ接合部に生じる空乏
層が、画素表面に達しないため、暗電流が抑制される。

【００３６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、本発明の第１の実施形態につ
いて、図１〜図５を用いて説明する。尚、この第１の実
施形態は、請求項１から請求項１２、及び請求項１４か
ら請求項１６に対応する。

【００３７】図１は、第１の実施形態の動き検出用固体
撮像装置１０の概略構成を示す模式回路図である。尚、
図１には、説明を簡単にするために、４つの画素１，
１，１，１がマトリクス状に配置された動き検出用固体
撮像装置１０を示している。

【００３８】先ず、この動き検出用固体撮像装置１０の
概略について説明する。動き検出用固体撮像装置１０
は、上記のように画素１，１，１，１がマトリックス状
に配列され、各列の画素１，１…が対応する垂直読み出
し線２ａ，２ｂに接続されている。また、画素１，１…
には、特定の行を選択して、当該画素１，１，…からの
入射光に応じた電気信号を一定のタイミングで、対応す
る垂直読み出し線２ａ，２ｂに転送するための垂直走査
回路６が、クロックライン３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５
ａ，５ｂ等を介して接続されている。なお、これら垂直
走査回路６、クロックライン３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，
５ａ，５ｂ等によって垂直走査手段が構成されている。

【００３９】また、各列毎に設けられた前記垂直読み出
し線２ａ，２ｂには、異値検出回路２０を介してシフト
レジスタ１３が接続されると共に、ビデオ信号生成回路
３０を介して水平走査回路３５が接続されている。この
うち異値検出回路（信号比較手段）２０は、各垂直読み
出し線２ａ，２ｂに各々配置された回路部（信号比較
部）２０Ａ，２０Ｂ（図２）によって構成されている。
この異値検出回路２０は、一定のタイミングで各画素
１，１…から各々の垂直読み出し線２ａ，２ｂに入射光
に応じた電気信号が出力されたとき、その電気信号を直
前のフレームに対する電気信号として記憶すると共に、
該記憶した電気信号と、次の一定タイミングで同じ画素
１，１…から出力された現在のフレームに対する電気信
号とを比較し、これら比較した結果をあらわす信号（異
値信号）を出力するものである。

【００４０】この異値検出回路２０から出力された異値
信号は、シフトレジスタ（第１の信号転送手段）１３の
働きによって、順次、水平読み出し線（第１の水平読み
出し線）１２に転送され、その後、出力端子ＶＯから出
力される。また、ビデオ信号生成回路（ビデオ信号生成
手段）３０は、各垂直読み出し線２ａ，２ｂに各々配置
された回路部（ビデオ信号生成部）３０Ａ，３０Ｂとに
よって構成されている。このビデオ信号生成回路３０
は、一定のタイミングで各画素１，１…から各々の垂直
読み出し線２ａ，２ｂに入射光に応じた電気信号が出力
されたとき、その電気信号から暗電流成分を差し引いた
信号を現在のフレームにおけるビデオ信号として出力す
るものである。

【００４１】このビデオ信号生成回路６０から出力され
たビデオ信号は、水平走査回路（第２の信号転送手段）
３５の働きによって、順次、水平読み出し線（第２の水
平読み出し線）３４に転送され、その後、出力バッファ
アンプ３７を介して出力端子Ａｏから出力される。次
に、動き検出用固体撮像装置１０の各画素１，１，１，
１の具体的な回路構成、並びに垂直読み出し線２ａ，２
ｂ、クロックライン３ａ，３ｂ，…等との接続関係につ
いて、図１を参照しながら説明する。

【００４２】図１に示すように、画素１は、入射光に応
じた電荷を生成・蓄積するフォトダイオード（光検出手
段；光電変換素子）ＰＤと、制御領域（ゲート；電荷保
持部）に供給された電荷に応じてそのソース・ドレイン
間に入射光に応じたアナログ信号を出力する増幅用トラ
ンジスタ（増幅手段と信号生成部；本実施形態では、ｎ
チャネル型の接合型電界効果トランジスタＪＦＥＴ）Ｑ
Ａと、前記フォトダイオードＰＤで生成・蓄積された電
荷を増幅用トランジスタＱＡの制御領域に直接かつ選択
的に転送するためのｐチャネル型の転送用ＭＯＳトラン
ジスタ（転送手段）ＱＴと、前記増幅用トランジスタＱ
Ａの制御領域の電荷をリセットするためのｐチャネル型
のリセット用ＭＯＳトランジスタ（リセット手段）ＱＰ
と、増幅用トランジスタＱＡと当該垂直読み出し線２
ａ，２ｂの間に設けられて増幅用トランジスタＱＡのソ
ースと当該垂直読み出し線２ａまたは２ｂを分離／接続
するｐチャネル型の画素分離用ＭＯＳトランジスタ（接
続分離手段；スイッチ用ＭＯＳトランジスタ）ＱＸとに
よって構成されている。

【００４３】このように構成された画素１においては、
フォトダイオードＰＤからの入射光に応じた信号（信号
電荷）が増幅用トランジスタＱＡのゲート（制御領域）
に供給されてそのソースホロワ動作によって電流増幅さ
れ、その後、この電気信号が、各々対応する垂直読み出
し線２ａ，２ｂに読み出される。特に、前記した増幅用
トランジスタＱＡは、その制御領域（電荷保持部）が前
記フォトダイオードＰＤから電気的に分離されているの
で、一旦、この電荷保持部に転送され蓄積された電荷
（電気信号）は、その転送動作の終了の後あらたにフォ
トダイオードＰＤにて生成される電荷と混ざりあうこと
がない。

【００４４】また、画素１では、上記した各増幅用トラ
ンジスタＱＡのソースは、画素分離用ＭＯＳトランジス
タＱＸを介して、各列毎に配置された垂直読み出し線２
ａまたは２ｂに共通に接続されている。また、各増幅用
トランジスタＱＡのドレイン及びフォトダイオードＰＤ
のカソード側には電源電圧ＶＤ（正）が印加されてい
る。また、フォトダイオードＰＤのアノード側と当該増
幅用トランジスタＱＡのゲート（制御領域）には、転送
用ＭＯＳトランジスタＱＴのソース・ドレインが接続さ
れている。また、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴの転送
用ゲートは、各行毎に配置されたクロックライン３ａ，
３ｂに共通接続されている。また、リセット用ＭＯＳト
ランジスタＱＰのドレインには、電源電圧ＶＲＤが接続
されている。また、リセット用ＭＯＳトランジスタＱＰ
のゲートは、各行毎に配置されたクロックライン４ａ，
４ｂに共通に接続され、そのソースは、転送用ＭＯＳト
ランジスタＱＴのドレインと共有になっている。また、
画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸのゲートは、各行毎
に配置されたクロックライン５ａ，５ｂに共通接続され
ている。

【００４５】このように各要素が互いに接続された画素
１では、クロックライン３ａ，３ｂに接続された垂直走
査回路６から送出される駆動パルスφＴＧ１，φＴＧ２
が与えられると、駆動パルスφＴＧ１，φＴＧ２のレベ
ルに応じて、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴが各行毎に
順次動作する。また、前記リセット用ＭＯＳトランジス
タＱＰは、そのゲートに前記垂直走査回路６から駆動パ
ルスφＲＧ１，φＲＧ２が与えられると、この駆動パル
スφＲＧ１，φＲＧ２のレベルに応じて動作する。

【００４６】また、画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸ
は、そのゲートに与えられる前記垂直走査回路６からの
駆動パルスφＰＸ１，φＰＸ２のレベルに応じて、各行
毎に順次動作する。なお、上記転送用ＭＯＳトランジス
タＱＴの働きによって、フォトダイオードＰＤで生成さ
れた電荷を、増幅用トランジスタＱＡのゲート（制御領
域）に直接転送することで、他の信号線を介して電荷を
転送する場合に比べて転送時の電荷配分による信号の劣
化が抑えられ、動き検出用固体撮像装置１０からの出力
によって得られる画像におけるＳ／Ｎ比が向上する。

【００４７】次に、前記垂直読み出し線２ａ，２ｂの途
中に、各列毎に配置された異値検出回路（信号比較手
段）２０とシフトレジスタ（第１の信号転送手段）１３
との関係、及び、ビデオ信号生成回路（ビデオ信号生成
手段）３０と水平走査回路（第２の信号転送手段）３５
について、図１を用いて説明する。異値検出回路２０
は、前述したように各垂直読み出し線２ａ，２ｂ毎に配
置された回路部２０Ａ，２０Ｂとによって構成され、各
回路部２０Ａ，２０Ｂの出力は、各列毎にそれぞれシフ
トレジスタ（記憶手段／信号転送手段）１３の対応する
ビットのレジスタ（図１には現れていない。）に接続さ
れている。尚、レジスタは例えばフリップフロップ回路
によって構成される。

【００４８】この場合、異値検出回路２０の第１列目
（垂直読み出し線２ａ上）の回路部２０Ａの出力は、選
択信号ライン１４ａを介してシフトレジスタ１３の第１
ビット目のレジスタのデータ入力端子Ｑ１に接続され、
第２列目（垂直読み出し線２ｂ上）の回路部２０Ｂの出
力は、選択信号ライン１４ｂを介してシフトレジスタ１
３の第２ビット目のレジスタのデータ入力端子Ｑ２に接
続されている。

【００４９】この異値検出回路２０は、各列毎に共通
に、クロックライン８ａ及びクロックライン９ａを介し
て、駆動パルス発生回路（図示省略）側のノード８及び
９にそれぞれ接続され、駆動パルス発生回路から供給さ
れる駆動パルスφＳＡ、φＳＢのレベルが変化するタイ
ミングに応じて、異値信号（ディジタル信号）を出力す
る。

【００５０】また、シフトレジスタ１３は、そのロード
信号入力端子ＬＤが、クロックライン１１ａを介して駆
動パルス発生回路（図示省略）側のノード１１に接続さ
れている。また、そのクロック信号入力端子ＣＫは、ク
ロックライン１５ａを介して駆動パルス発生回路（図示
省略）側のノード１５に接続されている。また、シフト
レジスタ１３の出力は、水平読み出し線１２を介して出
力端子ＶＯに接続されている。

【００５１】このシフトレジスタ１３は、そのロード信
号入力端子ＬＤに入力される駆動パルスφＬＤに応じた
タイミングで、前記異値検出回路２０から各データ入力
端子Ｑ１，Ｑ２に入力される信号（異値信号）が、それ
ぞれ対応するレジスタに記憶される。そして、シフトレ
ジスタ１３のクロック信号入力端子ＣＫに入力されるク
ロックパルスφＣＫのレベルに応じて各ビットのレジス
タに記憶されているデータが、それぞれ１ビットずつ隣
のレジスタにシフトされ、その後、読み出し線１２を介
して、出力端子ＶＯから順次出力される。

【００５２】このときシフトレジスタ１３から出力され
た信号は、各レジスタに記憶された信号（位置検出回路
２０で生成された異値信号に基づいてディジタル化され
た信号）である。また、ビデオ信号生成回路（ビデオ信
号生成手段）３０は、前述したように各垂直読み出し線
２ａ，２ｂ毎に配置された回路部３０Ａ，３０Ｂとによ
って構成され、各回路部３０Ａ，３０Ｂの出力は、選択
信号ライン３８ａ，３８ｂ、更には、ｎチャンネル型の
水平読み出しスイッチ用ＭＯＳトランジスタ（スイッチ
手段）ＱＨ１，ＱＨ２を介して第２の水平読み出し線３
４に接続されている。

【００５３】このビデオ信号生成回路３０は、クロック
ライン３２ａを介して、駆動パルス発生回路（図示省
略）側のノード３２に共通接続され、駆動パルス発生回
路からクロックライン３２ａを介して供給される駆動パ
ルスφＶのレベルに応じて、その出力信号としてビデオ
信号（アナログ信号）が出力されるようになっている。
このビデオ信号生成回路３０から出力されるビデオ信号
は、暗電流により生じる暗出力信号と画素１で入射光に
応じて生成された電気信号との差、すなわち差分ビデオ
信号である。

【００５４】このビデオ信号生成回路３０は、その出力
が、水平読み出しスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＨ
１，ＱＨ２を介して、各列毎に水平走査回路（第２の信
号転送手段）３５に接続されている。そして、水平読み
出しスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＨ１，ＱＨ２の各
ゲートに、水平選択信号ライン３３ａ，３３ｂを介して
水平走査回路３５から駆動パルスφＨ１，φＨ２が供給
されると、これら駆動パルスφＨ１，φＨ２のレベルに
応じて、ビデオ信号生成回路３０で生成されたビデオ信
号が第２の水平読み出し線３４に転送される（水平読み
出し制御）。このとき、第２の水平読み出し線３４に読
み出されたビデオ信号は、出力バッファアンプ３７を介
して、出力端子Ａｏから順次出力される。

【００５５】なお、第２の水平読み出し線３４には、ソ
ースが接地されたリセットスイッチ用ＭＯＳトランジス
タ（ｎチャンネル型）ＱＲＳＨのドレインが接続されて
いる。そして、該リセットスイッチ用ＭＯＳトランジス
タＱＲＳＨのゲートに、ノード３６よりクロックライン
３６ａを介して、駆動パルス発生回路（図示省略）から
リセット用の駆動パルスφＲＳＨが出力されたとき、第
２の水平読み出し線３４に残留した電荷の排出（リセッ
ト）動作が行われる。

【００５６】上記のように、異値検出回路２０とビデオ
信号生成回路３０が配置された垂直読み出し線２ａ，２
ｂには、更に、各列毎に、リセットスイッチ用ＭＯＳト
ランジスタ（ｎチャネル型）ＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２の
ドレインと、各定電流源１７ａ，１７ｂとが接続されて
いる。この場合、リセットスイッチ用ＭＯＳトランジス
タＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２のソースは接地され、各定電
流源１７ａ，１７ｂには電源電圧ＶＣ（負）が供給され
ている。

【００５７】そして、前記リセットスイッチ用ＭＯＳト
ランジスタＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２のゲートに、ノード
１６及びクロックライン１６ａを介して、駆動パルス発
生回路（図示省略）から供給される駆動パルスφＲＳＶ
のレベルに応じて、これらリセットスイッチ用ＭＯＳト
ランジスタＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２が動作するようにな
っている。

【００５８】次に、上記した異値検出回路２０の具体的
な構成について、図２を用いて説明する。尚、図２は、
図１に示す異値検出回路２０のうち、垂直読み出し線２
ａに接続された回路部２０Ａを示す回路図である。この
実施形態では、異値検出器ＸＡが異値信号を出力する。
すなわち、異値検出部ＸＡは、同図に示すように、垂直
読み出し線２ａから分岐された読み出し線２ａ−１，２
ａ−２に各々配置された２つの電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ
２と、論理和演算器ＯＲとによって構成されている。

【００５９】ここで、前記電圧比較器ＡＰ１は、その非
反転入力端子に、読み出し線２ａ−１及びこれに接続さ
れた前記第１の信号蓄積用コンデンサ（第１の電荷蓄積
手段）ＣＲの一方の端子が接続され、その反転入力端子
に、前記した読み出し線２ａ−２及びこれに接続された
前記第２の信号蓄積用コンデンサ（第２の電荷蓄積手
段）ＣＳの一方の端子が接続されている。

【００６０】また、前記電圧比較器ＡＰ２は、その非反
転入力端子に、読み出し線２ａ−２及びこれに接続され
た前記第２の信号蓄積用コンデンサＣＳの一方の端子が
接続され、その反転入力端子に、前記した読み出し線２
ａ−１及びこれに接続された前記第１の信号蓄積用コン
デンサＣＲの一方の端子が接続されている。そして、前
記した２つの電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ２の出力は、共
に、論理和演算器ＯＲの２つの入力端子に接続され、該
論理和演算器ＯＲの出力が異値検出回路２０の出力とな
って、選択信号ライン１４ａに接続されている。

【００６１】また、読み出し線２ａ−１，２ａ−２に
は、各々、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ（第１のスイ
ッチ手段）ＱＲ，スイッチ用ＭＯＳトランジスタ（第２
のスイッチ手段）ＱＳが配置され、これらスイッチ用Ｍ
ＯＳトランジスタＱＲ，ＱＳのゲートに、図外の駆動パ
ルス発生回路（電荷蓄積制御手段）から前記クロックラ
イン８ａ及びクロックライン９ａを介して、駆動パルス
φＳＡ、φＳＢが供給される。従って、この駆動パルス
φＳＡ、φＳＢのレベルが変化するタイミングに応じ
て、各画素１，１…からの入射光に応じた電気信号（信
号電荷）が、異なるタイミングで、第１の信号蓄積用コ
ンデンサＣＲ、第２の信号蓄積用コンデンサＣＳに各々
蓄積される。

【００６２】次に、垂直読み出し線２ａ，２ｂに配置さ
れたビデオ信号生成回路３０の構成について、図３を用
いて説明する。尚、図３は、図１に示すビデオ信号生成
回路３０のうち、垂直読み出し線２ａに接続された回路
部３０Ａを示す回路図である。ビデオ信号生成回路３０
は、同図に示すように、ホールド容量ＣＶと、サンプル
ホールド切り替え用のスイッチ用ＭＯＳトランジスタ
（ｎチャネル型）ＱＶによって構成されている。

【００６３】ホール容量ＣＶの一方の電極ＣＶＡは、垂
直読み出し線２ａに接続され、他方の電極ＣＶＢはスイ
ッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶを介して接地されると共
に、ビデオ信号生成回路３０の出力となっている。この
場合、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶのゲートに
は、クロックライン３２ａが接続されている。また、ビ
デオ信号生成回路３０の出力となる電極ＣＶＢは、選択
信号ライン３８ａ、更には水平読み出しスイッチ用ＭＯ
ＳトランジスタＱＨ１を介して、第２の水平読み出し線
３４に接続されている。

【００６４】このように構成されたビデオ信号生成回路
３０では、クロックライン３２ａを介して、サンプルホ
ールド切り替え用のスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶ
のゲートに駆動パルスφＶが供給されたとき、該駆動パ
ルスφＶが変化するタイミングに応じて、ビデオ信号
（アナログ信号）が出力される。

【００６５】次に、上記構成の動き検出用固体撮像装置
１０の動作について、図４に示すタイミングチャートに
従って説明する。尚、図４には、一定のタイミング毎に
入射光を検知する１つの画素１が、連続した２フレー
ム、即ち第Ｎ−１フレーム（直前のフレーム）、第Ｎフ
レーム（現在のフレーム）で入射光を検出して、その読
み出し動作を行う場合を示している。

【００６６】また、マトリックス状に配置された画素
１，１，１，１のうち同一の行の画素１，１の読み出し
動作は同じである。ここで、図４の第Ｎ−１フレームま
たは第Ｎフレームの期間ｔ１０〜ｔ１６が第１行目の画
素１の読み出し動作を、期間ｔ２０〜ｔ２６が、第２行
目の画素１の読み出し動作を各々示している。以下、第
Ｎフレーム（現在のフレーム）における第１行目の画素
１の読み出し動作を中心に説明する。従って、図４のタ
イミングチャートの第Ｎフレームの期間ｔ１０に至った
ときから説明する。尚、第Ｎ−１フレームにおける読み
出し動作は、以下に説明する第Ｎフレームにおける読み
出し動作と同じである。

【００６７】第Ｎフレームでの期間ｔ１０に至る前（第
Ｎ−１フレームの期間ｔ２６）、駆動パルスφＴＧ１，
ＴＧ２更には駆動パルスφＰＸ１，φＰＸ２はハイレベ
ルに保持されている。また、駆動パルスφＲＧ１，φＲ
Ｇ２は共にハイレベルに保持されている。また、駆動パ
ルスφＲＳＶ，駆動パルスφＳＡ，φＳＢ、駆動パルス
φＬＤ，φＣＫはローレベルに保持されている。

【００６８】また、駆動パルスφＶ、駆動パルスφＨ
１，φＨ２、及び駆動パルスφＲＳＨもローレベルに保
持されている。特に、期間ｔ１０に至る前、駆動パルス
φＴＧ１，φＴＧ２がハイレベルのため各画素１，１…
の転送用ＭＯＳトランジスタＱＴはオフとなり、駆動パ
ルスφＲＧ１，φＲＧ２がハイレベルのため各画素１，
１…のリセット用ＭＯＳトランジスタＱＰはオフとなっ
ている。

【００６９】従って、このとき増幅用トランジスタＱＡ
のゲート（制御領域）はフローティング状態とされる
が、寄生容量の効果により、すでに直前の第Ｎ−１フレ
ームで転送用ＭＯＳトランジスタＱＴを介して各増幅用
トランジスタＱＡのゲート（制御領域）に転送された入
射光に応じた電荷（第１の信号電荷）は、当該転送用Ｍ
ＯＳトランジスタＱＴがオフとなった後も各増幅用トラ
ンジスタＱＡのゲート（制御領域）に保持された状態と
なっている。このとき増幅用トランジスタＱＡは、その
ゲート（制御領域）に蓄積された電荷が残っている間
（リセットされるまで）、ソースホロワ動作によりその
ゲート電圧に応じた電気信号を出力する。

【００７０】尚、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオフ
となった後は、各フォトダイオードＰＤでは、新たに入
射光に応じた電荷（第２の信号電荷）が生成・蓄積され
る。このときの第１の信号電荷が、フォトダイオードＰ
Ｄにて生成・蓄積された第Ｎ−１フレーム（直前のフレ
ーム）における入射光に応じた電荷であり、第２の信号
電荷がフォトダイオードＰＤにて生成・蓄積された第Ｎ
フレーム（現在のフレーム）における入射光に応じた電
荷となる。

【００７１】また、期間ｔ１０に至る前、駆動パルスφ
ＰＸ１，φＰＸ２が共にハイレベルのため第１行目，第
２行目の画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸは共にオフ
となっており、画素１，…はすべて垂直読み出し線２
ａ，２ｂから分離された状態となっている。またこのと
き、駆動パルスφＲＳＶがローレベルのためリセットス
イッチ用ＭＯＳトランジスタＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２は
共にオフとなっている。

【００７２】また、駆動パルスφＳＡ，φＳＢが共にロ
ーレベルのため異値検出回路２０内のスイッチ用ＭＯＳ
トランジスタＱＲ，ＱＳは共にオフとなって、垂直読み
出し線２ａ，２ｂ上の電気信号が、第１，第２の信号蓄
積用コンデンサＣＲ，ＣＳに供給されないようになって
いる（図２）。

【００７３】また、駆動パルスφＬＤがローレベルのた
め、シフトレジスタ１３の各ビットに対応したレジスタ
には信号が入力されないようになっている。次に、期間
ｔ１０に至ると、駆動パルスφＲＳＶがローレベルから
ハイレベルに反転される。このとき、リセットスイッチ
用ＭＯＳトランジスタＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２がオンと
なって、垂直読み出し線２ａ，２ｂに各々残留していた
電荷が排出される。

【００７４】そして、期間ｔ１０の終了時、即ち、期間
ｔ１１の開始時、駆動パルスφＲＳＶがローレベルに反
転され、駆動パルスφＳＡがハイレベルに反転される。
このとき駆動パルスφＲＳＶの反転によりリセットスイ
ッチ用ＭＯＳトランジスタＱＲＳＶ１，ＱＲＳＶ２がオ
フとなり、駆動パルスφＳＡがハイレベルに反転するこ
とによってスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＲがオンと
なる。なお、このときスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱ
Ｓはオフのままとなっている。

【００７５】また、この期間ｔ１１では、駆動パルスφ
ＰＸ１がローレベルに反転される。この駆動パルスφＰ
Ｘ１の反転によって、第１行目の各画素１の画素分離用
ＭＯＳトランジスタＱＸがオンとなって、当該増幅用ト
ランジスタＱＡは、ソースが当該垂直読み出し線２ａ，
２ｂに接続され、オン（選択）となる。このとき、第１
行目の各画素１の増幅用トランジスタＱＡのゲート（制
御領域）には、すでに直前のフレームにおいて（第Ｎ−
１のフレームの期間ｔ１４において）入射光に応じた第
１の信号電荷が転送され、該転送用ＭＯＳトランジスタ
ＱＴがオフとなった後も第１の信号電荷がそのまま保持
されているので、この保持された第１の信号電荷に応じ
た電気信号が垂直読み出し線２ａ，２ｂに出力される。

【００７６】また、上記したように期間ｔ１１では、リ
セットスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＲＳＶ１，ＱＲ
ＳＶ２がオフとなっているので、この期間ｔ１１におい
て選択されている第１行目の各増幅用トランジスタＱＡ
がソースホロワ動作をしたとき、そのソースの電位は、
ソース・ドレイン間に流れる電流（ドレイン電流）が、
ＩＢ（定電流源１７ａ，１７ｂに流れる電流値）になる
まで上昇する。

【００７７】このとき、この第１行目の各増幅用トラン
ジスタＱＡは、上記したように、そのゲート（制御領
域）に、直前のフレーム（第Ｎ−１フレームの期間ｔ１
４）において第１の信号電荷が転送され、転送終了後
（転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオフ）もそのゲート
電圧を保持しているため、ソースホロワ動作によって第
１の信号電荷に応じた第１の出力信号（第１の電気信
号）を出力する。この第１の出力信号は、この期間ｔ１
１でオンとなったスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＲを
介して、第１の信号蓄積用コンデンサＣＲに充電され
る。

【００７８】尚、このとき第２行目の各増幅用トランジ
スタＱＡに関しては、駆動パルスφＰＸ２が依然ハイレ
ベルであるために、第２行目の各画素分離用ＭＯＳトラ
ンジスタＱＸがオフとなっており、第２行目の各増幅用
トランジスタＱＡのソースは各々対応する垂直読み出し
線２ａ，２ｂに接続されない状態になっている（非選
択）。

【００７９】そして、期間ｔ１１の終了時、即ち、期間
ｔ１２に至ると、駆動パルスφＳＡがローレベルに反転
され、駆動パルスφＲＧ１がローレベルに反転される。
上記駆動パルスφＳＡがローレベルになることにより、
スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＲがオフとなり、第１
の信号蓄積用コンデンサＣＲは、フローティング状態と
されて第１の出力信号をそのまま保持する。

【００８０】ところで、上記したように、この期間ｔ１
１で、第１の信号蓄積用コンデンサＣＲに保持されてい
る第１の出力信号は、直前のフレーム（第Ｎ−１フレー
ムの期間ｔ１４）で転送用ＭＯＳトランジスタＱＴを介
して第１の信号電荷が転送され該転送用ＭＯＳトランジ
スタＱＴがオフされた後にもゲート（制御領域）に第１
の信号電荷が保持される増幅用トランジスタＱＡの出力
（ソースホロワ動作によってソース・ドレイン間に流れ
る電流がＩＢになったときの該増幅用トランジスタＱＡ
の出力信号）である。

【００８１】この第１の出力信号をＶＳＳ１とすると、
ＶＳＳ１の値は、次式（１）に示される値となる。ＶＳＳ１＝ＶＲＤ＋ＶＳ１−ＶＴ …（１）ここで、ＶＲＤは第Ｎ−１フレームでリセット用ＭＯＳ
トランジスタＱＰがオンのときに供給された電源電圧、
ＶＳ１は第Ｎ−１フレームにおける第１の信号電荷に応
じた増幅用トランジスタＱＡのゲート電位の上昇分、Ｖ
Ｔは増幅用トランジスタＱＡのドレイン電流がＩＢのと
きのゲート・ソース間の電圧である。尚、ＶＳ１の値
は、（入射光に応じた第１の信号電荷／ゲート容量）で
求められる。

【００８２】しかして、期間ｔ１１では、駆動パルスφ
ＳＡがハイレベルであるため（スイッチ用ＭＯＳトラン
ジスタＱＲがオン）、第１の信号蓄積用コンデンサＣＲ
の両端は、当該期間ｔ１１で充電された前記式（１）で
表される電位ＶＳＳ１となる。尚、この電位ＶＳＳ１
は、期間ｔ１１の終了時（期間ｔ１２の開始時）に前記
駆動パルスφＳＡがローレベルに反転されてスイッチ用
ＭＯＳトランジスタＱＲがオフとなる時点までに、第１
の信号蓄積用コンデンサＣＲに充電され、その値ＶＳＳ
１が保持される。

【００８３】図２の説明に戻り、期間ｔ１２において、
駆動パルスφＲＧ１がローレベルになることによって、
第１行目の各リセット用ＭＯＳトランジスタＱＰがオン
となり、電源電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）が第１行目
の各増幅用トランジスタＱＡのゲート（制御領域）に伝
わる（リセット）。このリセット用ＭＯＳトランジスタ
ＱＰのオンにより、前記増幅用トランジスタＱＡのゲー
ト（制御領域）から前記第１の信号電荷が排出されると
共に、該増幅用トランジスタＱＡのゲート（制御領域）
が上記した電源電圧ＶＲＤ（読み出しレベル）にバイア
スされる。

【００８４】期間ｔ１２の終了時、即ち、期間ｔ１３に
至ると、駆動パルスφＲＧ１がハイレベルに反転され、
駆動パルスφＶがハイレベルに反転される。前記駆動パ
ルスφＲＧ１がハイレベルとなることにより、第１行目
の各リセット用ＭＯＳトランジスタＱＰが再びオフとな
り、第１行目の増幅用トランジスタＱＡのゲート（制御
領域）はフローティング状態とされるが、その寄生容量
の効果によって、当該ゲートは、前記電源電圧ＶＲＤ
（読み出しレベル）にバイアスされたままの状態が保持
される。

【００８５】一方、駆動パルスφＶがハイレベルに反転
することによって、ビデオ信号生成回路３０（図３）の
スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶがオンして、ホール
ド容量ＣＶの電極ＣＶＢが接地され、詳細は後述するよ
うにホールド容量ＣＶの両端（電極ＣＶＡと電極ＣＶＢ
間）の電位差が暗出力信号ＶＤと等しくなる。尚、上記
暗出力信号ＶＤは、駆動パルスφＶがローレベルに反転
されてスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶがオフになる
時点までに、ホールド容量ＣＶに充電される。

【００８６】期間ｔ１３の終了時、即ち、期間ｔ１４に
至ると、駆動パルスφＶが再びローレベルに反転され、
今度は、駆動パルスφＴＧ１がローレベルに反転され
る。この駆動パルスφＴＧ１がローレベルとなることに
より、第１行目の各画素１の転送用ＭＯＳトランジスタ
ＱＴがオンとなり、第１行目の各画素１のフォトダイオ
ードにおいて生成・蓄積された入射光に応じた電荷（第
２の信号電荷）が、第１行目の各画素１の増幅用トラン
ジスタＱＡのゲート（制御領域）に直接転送される。こ
の第２の信号電荷が、第Ｎフレームにおける入射光に応
じた信号電荷となる。

【００８７】このように増幅用トランジスタＱＡのゲー
ト（制御領域）に、第Ｎフレーム（現在のフレーム）に
おける入射光に応じた電荷（第２の信号電荷）が転送さ
れると、各増幅用トランジスタＱＡのゲート電位は、転
送された電荷の分だけ上昇するので、第１行目の増幅用
ＭＯＳトランジスタＱＡがソースホロワ動作をし、当該
増幅用トランジスタＱＡのソースの電位は、前記ゲート
電位の上昇分だけ上昇する。

【００８８】この場合、ソースホロワ動作をする第１行
目の各増幅用トランジスタＱＡからは第２の信号電荷に
応じた第２の出力信号（第２の電気信号）が、このとき
オンとなっている画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸを
介して、垂直読み出し線２ａ，２ｂに出力される。期間
ｔ１４の終了時、即ち、期間ｔ１５の開始時には駆動パ
ルスφＴＧ１がハイレベルに反転され、駆動パルスφＳ
Ｂ、駆動パルスφＬＤがハイレベルに反転される。

【００８９】前記駆動パルスφＴＧ１がハイレベルとな
ることにより、第１行目の各転送用ＭＯＳトランジスタ
ＱＴがオフとなり、第１行目の画素１のフォトダイオー
ドＰＤにおいて生成・蓄積された入射光に応じた電荷
（第２の信号電荷）の増幅用トランジスタＱＡのゲート
（制御領域）への転送が終了し、該増幅用トランジスタ
ＱＡのゲート（制御領域）は再びフローティング状態と
されるが、その寄生容量の効果によって、転送された電
荷（第２の信号電荷）の分だけ該ゲートの電位が上昇し
たままその状態が保持される。

【００９０】ついでながら、この第Ｎフレームで、現在
のフレームに対する第２の信号電荷として当該ゲート
（制御領域）に転送された電荷は、次の第Ｎ＋１フレー
ム（図示省略）でこのゲートがリセットされるまで（リ
セット用ＭＯＳトランジスタＱＰがオンとなるまで）保
持される。この結果、このときゲートに蓄積されている
電荷が、第Ｎ＋１フレームでは第１の信号電荷（直前の
フレームに対する電荷）として用いられる。

【００９１】このように転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
がオンとなって第２の信号電荷が、増幅用トランジスタ
ＱＡのゲート（制御領域）に一旦転送され、その後、転
送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオフとなっても、当該第
２の信号電荷がゲート（制御量領域）に保持されるの
で、増幅用トランジスタＱＡからは、その後ゲートがリ
セットされるまでのソースホロワ動作で（期間ｔ１４以
降）、ゲートに蓄積された電荷（第２の信号電荷）に応
じた信号（電圧信号）が出力されることとなる。

【００９２】この駆動パルスφＳＢがハイレベルとなる
ことにより、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＳがオン
し、そのソースホロワ動作によってゲートに第２の信号
電荷が蓄積されている第１行目の各増幅用トランジスタ
ＱＡから出力された第２の出力信号が、オン状態となっ
ている画素分離用ＭＯＳトランジスタＱＸ、垂直読み出
し線２ａ，２ｂを介して、第２の信号蓄積用コンデンサ
ＣＳに充電される。

【００９３】この期間ｔ１５において、ソースホロワ動
作によってソース・ドレイン間に流れる電流がＩＢにな
ったとき、増幅用トランジスタＱＡのソースの電位（第
２の出力信号；ＶＳＳ２と表記する。）ＶＳＳ２の値
は、次式（２）に示される値になる。ＶＳＳ２＝ＶＲＤ＋ＶＳ２−ＶＴ …（２）ここで、ＶＳ２は第２の信号電荷に応じた増幅用トラン
ジスタＱＡのゲート電位の上昇分である。尚、ＶＳ２の
値は、前記したＶＳ１と同様に、（入射光に応じた第２
の信号電荷／ゲート容量）としてあらわされる。

【００９４】しかして、この期間ｔ１５では、駆動パル
スφＳＢがハイレベルであるため（スイッチ用ＭＯＳト
ランジスタＱＳがオン）、第２の信号蓄積用コンデンサ
ＣＳの両端は、当該期間ｔ１５で充電された前記式
（２）で表される電位ＶＳＳ２となる。尚、この電位Ｖ
ＳＳ２は、期間ｔ１５の終了時（期間ｔ１６の開始時）
に前記駆動パルスφＳＢがローレベルに反転されてスイ
ッチ用ＭＯＳトランジスタＱＳがオフとなる時点までに
は、第２の信号蓄積用コンデンサＣＳに充電される。

【００９５】このように、第２の信号蓄積用コンデンサ
ＣＳには、式（２）で表される第２の出力信号（電圧信
号）が記憶保持されるが、一方で、第１の信号蓄積用コ
ンデンサＣＲには、上記したように式（１）で表される
第１の出力信号（電圧信号）が記憶保持される。そし
て、これら記憶された第２の出力信号（電圧信号）、第
１の出力信号（電圧信号）が異値検出器ＸＡに入力され
るようになっている。

【００９６】そして、異値検出器ＸＡからは、詳細は後
述するように、第１の出力信号（アナログ信号）と第２
の出力信号（アナログ信号）との差分の大きさが所定値
以上の場合にのみ出力がハイレベル（論理レベルのハイ
レベル）もしくはローレベル（論理レベルのローレベ
ル）の異値信号（ディジタル信号）が出力されるように
なっている。

【００９７】また、駆動パルスφＬＤがハイレベルとな
ることにより、シフトレジスタ１３の各ビットに対応し
たレジスタに、データ入力端子Ｑ１，Ｑ２を介して異値
信号（ディジタル信号）が記憶される。期間ｔ１５の終
了時、即ち、期間ｔ１６の開始時には、駆動パルスφＬ
Ｄ、駆動パルスφＳＢが再びローレベルに戻される。こ
のとき駆動パルスφＳＢがローレベルとなって、スイッ
チ用ＭＯＳトランジスタＱＳがオフとなる。

【００９８】また、期間ｔ１６中、駆動パルスφＨ１，
φＨ２が、一定期間、順次立ち上げられて、水平読み出
しスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＨ１，ＱＨ２が、所
定のタイミングで、交互にオンする。この水平読み出し
スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＨ１，ＱＨ２のオンに
よって、前記ビデオ信号生成回路３０にて生成されたビ
デオ信号が第２の水平読み出し線３４に転送される。

【００９９】また、この期間１６中、リセット用の駆動
パルスφＲＳＨが、所定のタイミングでハイレベルに立
ち上げられる。そして、この駆動パルスφＲＳＨがハイ
レベルとなるタイミングで、リセットスイッチ用ＭＯＳ
トランジスタＱＲＳＨがオンし、第２の水平読み出し線
３４に残留した電荷の排出（リセット）動作が行われ
る。

【０１００】また、期間ｔ１６中、すなわち、期間ｔ２
０に至る前に駆動パルスφＰＸ１がハイレベルに戻さ
れ、第１行目の画素１，１が垂直読み出し線２ａ，２ｂ
から分離される。そして、期間ｔ１６の終了時、即ち、
期間ｔ２０の開始時には、駆動パルスφＲＳＶがハイレ
ベルに反転される。駆動パルスφＲＳＶがハイレベルと
なることにより、垂直読み出し線２ａ，２ｂのリセット
動作が開始される。

【０１０１】尚、期間ｔ２０の開始までに、当該期間ｔ
１６において、シフトレジスタ１３にクロックパルスφ
ＣＫが入力されると、各ビットに対応するレジスタに保
持されている前記異値信号（ディジタル信号）は、順次
水平読み出し線１２に読み出され、出力端子ＶＯに出力
される。尚、本実施形態では、水平読み出し線１２に現
れる電気信号（異値信号）は２値化（ディジタル化）さ
れている。一般によく知られているように、ディジタル
信号はアナログ信号と比べて高速に読み出すことが可能
であり、読み出し動作の高速化が図られる。また、水平
読み出し線１２に読み出される信号がディジタル信号な
ので、雑音の影響を受けずに信号を出力することができ
る。

【０１０２】続く期間ｔ２０〜ｔ２６においては、第２
行目の画素１，１に対して、上記した期間ｔ１０〜ｔ１
６における第１行目の画素１，１の読み出し動作と同様
の動作が繰り返して行われ、この第２行目の画素１，１
から当該第Ｎフレームにおける異値信号（ディジタル信
号）が、順次出力端子ＶＯから出力される。以上説明し
たように、連続した２フレーム（第Ｎ−１フレームと第
Ｎフレーム）間において各々得られた、入射光に応じて
出力される各画素１，１，１，１からのアナログ信号
（輝度をあらわす電気信号）が、各々比較されて、その
差分の大きさが一定値以上のときに、当該画素１，１，
１，１から信号（異値信号）が出力される。

【０１０３】このように、連続した２フレーム（第Ｎ−
１フレームと第Ｎフレーム）間で得られた電気信号（輝
度信号）の差分の大きさが異なった画素を検出すること
で、動体検出を行うことができる。

【０１０４】そして、上記動作を繰り返して行うことに
より、更に連続した２またはそれ以上のフレーム間でそ
の動体検出を行うことができるようになる。次に、異値
検出回路２０にのみ着目して、その具体的な動作つい
て、再び図４を用いて説明する。前述したように、図４
に示す第Ｎフレームの期間ｔ１０では、画素分離用ＭＯ
ＳトランジスタＱＸがオフとなっているので（駆動パル
スφＰＸ１がハイレベル）、各画素１，１，１，１は、
垂直読み出し線２ａ，２ｂから分離されている。

【０１０５】そして、この期間ｔ１０では、上記したよ
うにリセットスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＲＳＶ
１，ＱＲＳＶ２がオンして、垂直読み出し線２ａ，２ｂ
の電荷が排除される（初期状態）。次の期間ｔ１１で
は、増幅用トランジスタＱＡからの電気信号が第１の信
号蓄積用コンデンサＣＲに保持される（第１の出力信号
ＶＳＳ１）。すなわち、直前のフレームに対する電気信
号の読み出しが行われる。

【０１０６】また、期間ｔ１２では、上記したように増
幅用トランジスタＱＡのゲートに蓄えられていた電気信
号がリセットされる。また、期間ｔ１３では、暗出力信
号の読み出しが行われる（ホールド容量ＣＶの充電）。
そして、期間ｔ１４では、新たにフォトダイオードＰＤ
で生成・蓄積されていた信号電荷が増幅用トランジスタ
ＱＡのゲート（制御領域）に転送され、その信号電荷に
応じた電気信号が、当該画素１から垂直読み出し線２
ａ，２ｂに転送される。すなわち、現在のフレームに対
する信号電荷の転送である。

【０１０７】このように垂直読み出し線２ａ，２ｂに転
送された電気信号は、次の期間ｔ１５において、スイッ
チ用ＭＯＳトランジスタＱＳ（このときオン）を介し
て、第２の信号蓄積用コンデンサＣＳに蓄えられる（第
２の出力信号ＶＳＳ２）。すなわち、この期間ｔ１５で
現在のフレームに対する電気信号の読み出しが行われ
る。

【０１０８】そして、期間ｔ１６で、水平読み出し線１
２への異値信号の出力と、水平読み出し線３４へのビデ
オ信号の出力が行われる。ところで上記した期間ｔ１５
では、上記したように第１の信号蓄積用コンデンサＣＲ
には、すでに第１の出力信号ＶＳＳ１が蓄積・保持さ
れ、該第１の出力信号ＶＳＳ１は、電圧比較器ＡＰ１の
非反転入力端子と、電圧比較器ＡＰ２の反転入力端子に
供給されている。

【０１０９】そして、この期間ｔ１５において、あらた
に第２の出力信号ＶＳＳ２が第２の信号蓄積用コンデン
サＣＲに蓄積・保持されると、該第２の出力信号ＶＳＳ
２が、電圧比較器ＡＰ２の非反転入力端子と、電圧比較
器ＡＰ１の反転入力端子に入力される。この結果、異値
検出回路２０では、電圧比較器ＡＰ１と、電圧比較器Ａ
Ｐ２とで、別々に、第１の出力信号ＶＳＳ１と第２の出
力信号ＶＳＳ２の大きさが比較されることとなる。

【０１１０】このときの第１の出力信号ＶＳＳ１は、前
記した式（１）であらわされ、第２の出力信号ＶＳＳ２
は前記した式（２）であらわされる。従って、電圧比較
器ＡＰ１と電圧比較器ＡＰ２では、次式（３）に示す、
第１の出力信号ＶＳＳ１と第２の出力信号ＶＳＳ２との
大きさの比較が行われる。ＶＳＳ１−ＶＳＳ２＝（ＶＲＤ＋ＶＳ１−ＶＴ） −（ＶＲＤ＋ＶＳ２−ＶＴ）＝ＶＳ１−ＶＳ２ …（３）このように、第１の出力信号ＶＳＳ１と第２の出力信号
ＶＳＳ２の２つの信号の大きさを比較することは、特定
の画素１における第Ｎ−１フレームでの入射光の輝度
（ＶＳ１に相当）から第Ｎフレームにおける入射光の輝
度（ＶＳ２）への変化、即ち、連続した２フレーム間に
おける輝度の変化を検知することと同義である。

【０１１１】ところで、上記式（３）に示す値を比較す
る電圧比較器ＡＰ１と、電圧比較器ＡＰ２は、共に、非
反転入力端子に入力される信号が、反転入力端子に入力
される信号より大きい場合には、電源電圧レベル（ハイ
レベル）を出力し、非反転入力端子に入力される信号
が、反転入力端子に入力される信号と等しい場合あるい
は小さい場合には、接地レベル（ローレベル）を出力す
る。

【０１１２】従って、第１の出力信号ＶＳＳ１が第２の
出力信号ＶＳＳ２より大きい場合には、電圧比較器ＡＰ
１の出力が電源電圧レベル（ハイレベル）になり、逆
に、第２の出力信号ＶＳＳ２が第１の出力信号ＶＳＳ１
より大きい場合には、電圧比較器ＡＰ２の出力が電源電
圧レベル（ハイレベル）となる。また、第１の出力信号
ＶＳＳ１と第２の出力信号ＶＳＳ２が等しい場合には、
電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ２の出力は共に接地レベル（ロ
ーレベル）となる。

【０１１３】このようにして得られた電圧比較器ＡＰ
１，ＡＰ２の出力は、共に論理和演算器ＯＲに入力され
論理和演算が行われる。この場合、第１の出力信号ＶＳ
Ｓ１と第２の出力信号ＶＳＳ２の大きさが異なる（どち
らか一方が他方より大きい、もしくは、小さい）場合の
み、論理和演算器ＯＲすなわち異値検出器ＸＡの出力は
ハイレベル（論理レベルのハイレベル）となる。

【０１１４】そして、第１の出力信号ＶＳＳ１と第２の
出力信号ＶＳＳ２の大きさが等しい場合には、論理和演
算器ＯＲすなわち異値検出器ＸＡの出力はローレベル
（論理レベルのローレベル）となる。尚、前述した式
（１），（２）のＶＴ（ゲート・ソース間電圧）の値
は、各増幅用トランジスタＱＡ毎にばらついて、いわゆ
る固定パターン雑音の要因となることが知られている。
しかして、前述の式（３）で示したように、異値検出を
行う際、即ち、第１の出力信号ＶＳＳ１と第２の出力信
号ＶＳＳ２との大きさの比較を行う場合、異値信号はＶ
Ｔ値の影響を受けないので、固定パターン雑音の影響を
受けずに異値検出（動体検出）を行うことができる。

【０１１５】また、前記した第１の出力信号ＶＳＳ１と
第２の出力信号ＶＳＳ２は、通常、前記固定パターン雑
音の成分とは別に、ランダム雑音の成分を含んでいるこ
とが知られている。従って、異値検出を行う際、これら
のランダム雑音の成分により誤信号が発生する場合が考
えられる。しかし、本実施形態では、上記した電圧比較
器ＡＰ１、電圧比較器ＡＰ２を、このランダム雑音の成
分による誤信号の発生を防止すべく、非反転入力端子に
入力される信号電圧と反転入力端子に入力される信号電
圧の差が或る一定の閾値電圧以上になったとき出力が反
転するような特性としている。

【０１１６】図５は、本実施形態の異値検出器ＸＡを構
成する電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ２の入出力特性の一例を
示す特性図である。この図５において、電圧ΔＨは閾値
電圧で、通常のランダム雑音の成分の大きさと比べて十
分大きくなるように設定される。また、Ｖ１は電圧比較
器ＡＰ１，ＡＰ２の非反転入力端子に入力される入力電
圧値を、Ｖ２は反転入力端子に入力される入力電圧値
を、Ｖｏｕｔは出力電圧値を示す。

【０１１７】この場合、（Ｖ１−Ｖ２）の値が、閾値電
圧ΔＨより大きくなると、出力Ｖｏｕｔが反転（ローレ
ベルからハイレベルに反転）する。このように、異値検
出器ＸＡを構成する電圧比較器ＡＰ１，ＡＰ２を、上記
の特性とすることで、特に、閾値電圧ΔＨをランダム雑
音の成分の大きさに比べて十分大きく設定することで、
電圧比較器ＡＰ１は、第１の出力信号電圧ＶＳＳ１と第
２の出力信号電圧ＶＳＳ２との差が閾値電圧ΔＨより大
きい場合（ＶＳＳ１−ＶＳＳ２＞ΔＨ）、その出力が電
源電圧レベル（ハイレベル）になる。

【０１１８】同様に、電圧比較器ＡＰ２は、第２の出力
信号電圧ＶＳＳ２と第１の出力信号電圧ＶＳＳ１との差
が閾値電圧ΔＨより大きい場合（ＶＳＳ２−ＶＳＳ１＞
ΔＨ）、その出力が電源電圧レベル（ハイレベル）にな
る。換言すれば、第１の出力信号ＶＳＳ１と、第２の出
力信号ＶＳＳ２との差分の大きさ、即ち絶対値｜ＶＳＳ
１−ＶＳＳ２｜が、閾値電圧ΔＨより大きい場合のみ、
電圧比較器ＡＰ１、電圧比較器ＡＰ２の何れかの出力が
電源電圧レベル（ハイレベル）となり、ランダム雑音の
成分による誤信号を発生することなく、異値検出（動体
検出）を行うことができる。

【０１１９】次に、ビデオ信号生成回路３０にのみ着目
して、その具体的な動作ついて、再び図４を用いて説明
する。なお、以下では、特に第Ｎフレームの期間ｔ１０
から期間ｔ１６（第１行目の画素１，１の動作）につい
て説明する。第Ｎフレームの期間ｔ１０に至る前（第Ｎ
−１フレームの期間ｔ２６）、駆動パルスφＰＸ１，Ｐ
Ｘ２、駆動パルスφＴＧ１、駆動パルスφＲＧ１はハイ
レベル、駆動パルスφＶはローレベルに保持されてい
る。なお、前記駆動パルスφＰＸ２は、期間ｔ２１に至
るまでハイレベルに保持され続け、第Ｎフレームの期間
ｔ１０から期間ｔ１６では、第２行目の画素１，１は垂
直読み出し線２ａ，２ｂから分離されてる（非選択）。

【０１２０】期間ｔ１０に至る前は、駆動パルスφＴＧ
１がハイレベルのため転送用ＭＯＳトランジスタＱＴは
オフ、駆動パルスφＲＧ１がハイレベルのためリセット
用ＭＯＳトランジスタＱＰもオフとなっている。このと
き増幅用トランジスタＱＡのゲート（制御領域）はフロ
ーティング状態となるが、寄生容量の効果によりこの時
点ですでにゲート（制御領域）に転送されている信号電
荷、即ち、直前のフレームでの入射光に応じた電荷（第
１の信号電荷）に応じた電圧がバイアスされた状態に保
持されている。

【０１２１】一方、フォトダイオードＰＤ側では、現在
のフレームでの入射光に応じた電荷（第２の信号電荷）
が生成・蓄積されている。その後、期間ｔ１１に至る
と、駆動パルスφＰＸ１がハイレベルからローレベルに
反転する。前記駆動パルスφＰＸ１がローレベルとなる
ことで、すでに第Ｎ−１フレームで増幅用トランジスタ
ＱＡのゲート（制御領域）に転送され、そのままゲート
に保持されている電荷（第１の信号電荷）に応じた電気
信号（電圧信号）が、そのソースホロワ動作によって垂
直読み出し線２ａに供給される（選択）。

【０１２２】そして、期間ｔ１１の終了時、即ち、期間
ｔ１２の開始時には、駆動パルスφＲＧ１がローレベル
に反転される。駆動パルスφＲＧ１がローレベルとなる
ことによりリセット用ＭＯＳトランジスタ（ｐチャネル
型）ＱＰがオンとなって、増幅用トランジスタＱＡのゲ
ート（制御領域）に蓄えられていた電荷が排出される
（リセット）。

【０１２３】そして、期間ｔ１２の終了時、即ち、期間
ｔ１３に至ると、駆動パルスφＲＧ１が再びハイレベル
に反転され、一方で、駆動パルスφＶがハイレベルに反
転される。駆動パルスφＲＧ１がハイレベルとなること
によって上記リセットが解除され、増幅用トランジスタ
ＱＡのゲート（制御領域）はフローティング状態となる
が、寄生容量の効果により、リセットされたときのバイ
アス状態が保持され、そのバイアス状態に応じた電気信
号（以下暗出力信号ＶＤと称する）が、増幅用トランジ
スタＱＡがソースフォロワ動作を行うことにより、ホー
ルド容量ＣＶの一方の電極ＣＶＡに供給される。

【０１２４】また、駆動パルスφＶがハイレベルになる
ことにより、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶがオン
となり、ホールド容量ＣＶの他方の電極ＣＶＢは接地さ
れる。これらの動作によって、前述したようにホールド
容量ＣＶの両端の電位差が、暗出力信号ＶＤと等しくな
る。そして、期間ｔ１３の終了時、即ち、期間ｔ１４に
至ると、駆動パルスφＶが再びローレベルに反転され、
駆動パルスφＴＧ１がローレベルに反転される。尚、こ
の暗出力信号ＶＤは、期間ｔ１３の終了時（期間ｔ１４
の開始時）に前記駆動パルスφＶがローレベルに反転さ
れてスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＶがオフになる時
点までに、ホールド容量ＣＶに充電される。

【０１２５】駆動パルスφＴＧ１がローレベルになるこ
とにより、転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオンとな
り、この時点までにフォトダイオードＰＤにおいて生成
・蓄積された入射光に応じた電荷（現在のフレームに対
する電荷＝第２の信号電荷）が、新たに増幅用トランジ
スタＱＡのゲート（制御領域）に転送用ＭＯＳトランジ
スタＱＴを介して直接転送される。

【０１２６】この場合、増幅用トランジスタＱＡはソー
スホロワ動作をして、第２の信号電荷に応じた第２の出
力信号（現在のフレームに対する電気信号＝第２の電気
信号）が垂直読み出し線２ａに転送される。そして、期
間ｔ１４の終了時、即ち、期間ｔ１５の開始時には駆動
パルスφＴＧ１がハイレベルに反転され、転送用ＭＯＳ
トランジスタＱＴがオフとなって、フォトダイオードＰ
Ｄにおいて生成・蓄積された入射光に応じた電荷（現在
のフレームに対する電荷＝第２の信号電荷）の増幅用ト
ランジスタＱＡのゲート（制御領域）への転送が終了す
る。

【０１２７】このとき、増幅用トランジスタＱＡのゲー
ト（制御領域）は再びフローティング状態となるが、そ
の寄生容量の効果によって、転送された電荷（現在のフ
レームに対する電荷＝第２の信号電荷）の分だけ該ゲー
トの電圧が上昇したままその状態が保持される。この場
合、増幅用トランジスタＱＡからはそのソースホロワ動
作によって、電荷の転送後ゲートに蓄積されたままの電
荷（現在のフレームに対する電荷＝第２の信号電荷）に
応じた電気信号（現在のフレームに対する電気信号＝第
２の電気信号、以下ＶＢと表記する）が、ホールド容量
ＣＶの一方の電極ＣＶＡに出力される。

【０１２８】ところで、この第Ｎフレーム（現在のフレ
ーム）で得られた電荷（現在のフレームに対する電荷＝
第２の信号電荷）に応じた電気信号ＶＢが、ホールド容
量ＣＶの一方の電極ＣＶＡに出力される時点では、この
ホールド容量ＣＶの両端には、上記したように暗出力信
号ＶＤが蓄えられている。

【０１２９】そしてホールド容量ＣＶの一方の電極ＣＶ
Ａに、新たに第Ｎフレームで得られた電気信号ＶＢが供
給されると、ホールド容量ＣＶの他方の電極ＣＶＢの電
位は（ＶＢ−ＶＤ）となる。ここで、電気信号ＶＢは、
暗出力信号ＶＤと第Ｎフレーム（現在のフレーム）で得
られた電荷（現在のフレームに対する電荷＝第２の信号
電荷）による増幅用トランジスタＱＡのゲート電位の上
昇分に対する信号（以下、光信号ＶＳと称する）の和と
考えられる。即ち、ＶＢ＝ＶＤ＋ＶＳ …（４）従って、期間ｔ１５において増幅用トランジスタＱＡが
ソースフォロワ動作を行うことによって、ビデオ信号生
成回路３０の出力は、（ＶＢ−ＶＤ）＝（ＶＤ＋ＶＳ−ＶＤ）＝ＶＳ …（５）となり、光信号ＶＳ（差分ビデオ信号）のみが得られる
こになる。

【０１３０】ところで、暗出力信号ＶＤには、固定パタ
ーン雑音の原因となる増幅用トランジスタＱＡのゲート
・ソース間電圧のばらつきや、ランダム雑音の原因とな
る増幅用トランジスタＱＡのゲートをリセットした直後
のリセット雑音などが含まれていることがよく知られて
おり、結局、前記ビデオ信号生成回路３０により、固定
パターン雑音やランダム雑音を除去した差分ビデオ信号
を得ることができる。

【０１３１】なお、第Ｎフレームで増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートに転送された電荷は、該第Ｎフレームでは
第２の信号電荷として扱われるが、次の第Ｎ＋１フレー
ム（図示省略）では、第１の信号電荷として扱われるこ
とになる。また、すでに説明したように期間ｔ１５にお
いては、異値検出回路５０から異値信号が出力されるの
で、動き検出（異値信号の生成）とビデオ信号の生成を
同時に行うことができる。

【０１３２】なお、この第１の実施形態の画素１，１，
１，１は、埋め込みフォトダイオードＰＤであり、この
埋め込みフォトダイオード自体は、ｎ型シリコン層（ｎ
⁺）表面からｐ型シリコン基板（ｐ−Ｓｕｂ）に向かっ
て、ｎｐｎｐ型の縦型オーバーフロー構造の埋め込みフ
ォトダイオードを形成される。この場合、ｎｐｎによっ
て埋め込みフォトダイオードが構成され、ｐｎｐによっ
てオーバーフロー構造が構成される。

【０１３３】かかる構成によって、ブルーミング、スミ
ア等のにじみの現象を抑制することができる。また、こ
の埋め込みフォトダイオードＰＤでは、ｐｎ接合部に生
じる空乏層を表面に達しないようにできるため、暗電流
を抑制し、また、信号電荷が転送された後にフォトダイ
オードＰＤに電荷を残らないようにして、残像、リセッ
トノイズを抑えた理想的な特性を得ることができる。

【０１３４】以上説明した動き検出用固体撮像装置１０
によれば、連続した２フレームの輝度差を、異値検出回
路２０の働きによって、容易に生成することができる。
この場合、異値信号は、水平読み出し線１２に転送する
時点で２値化されているので、シフトレジスタ１３を用
いて、異値信号を出力端子ＶＯから高速に出力できる。
また、動き検出用固体撮像装置１０の異値検出回路２０
によって異値信号が生成されるとともに、他方では、ビ
デオ信号生成回路３０によってビデオ信号が生成される
ようになっている。

【０１３５】このように１つの動き検出用固体撮像装置
１０で、異値信号と、ビデオ信号を同時に生成して、表
示装置等で、選択的に表示することが可能になると、動
き検出用固体撮像装置１０を用いた画像処理の利用分野
が著しく拡大する。例えば、監視システム等に動き検出
用固体撮像装置１０を使用するのであれば、以下のよう
な用途が考えられる。すなわち、動き検出用固体撮像装
置１０に接続される表示装置（ＣＲＴ等）に、常時は異
値信号に基づいた動体の表示をさせ、他方で、ビデオ信
号を記録装置に記録しておく。このように、常時は、異
値信号で動体のみを表示させることで被写体の動きのみ
を抽出して監視し、必要に応じてビデオ信号を再生し
て、その画像を出力することで、効率のよい監視が可能
になる。

【０１３６】また、この実施形態の動き検出用固体撮像
装置１０を、実際に監視システムに用いるに当って、例
えば、昼間、人の往来の激しい場所で人間（動体）の監
視を行う場合にはアナログ信号（ビデオ信号）を用いた
アナログ画像を生成してこれを基に監視を行い、夜間、
人の往来が途絶えたときにその監視を行う場合には異値
信号（２値化信号）を用いた２値画像を生成してこれを
基に監視を行うことが考えられる。

【０１３７】この昼間のアナログ画像（ビデオ信号）に
よる監視と、夜間の２値画像（異値信号）による監視を
行うにあたっては、動き検出用固体撮像装置１０の駆動
タイミングを変更する必要がなく、容易にしかも、適
宜、画像を切り替えることで各々の監視を行うことがで
きる。すなわち、状況に応じて、適宜、アナログ画像と
２値画像の両方若しくは一方を用いた最適な監視を行う
ことができる。

【０１３８】なお、アナログ画像を用いた監視（例えば
昼間）と２値画像を用いた監視（夜間）との切替（例え
ば、モニタ画面上での再生）は、例えば、タイマ、時計
等を用いて自動的に、しかも容易に行うことができる。
さらに、アナログ画像を用いた監視と２値画像を用いた
監視の切替は、例えば、２値化信号の変化の様子を検出
し、２値化信号の変化が、ある値以上のときにアナログ
信号（ビデオ信号）を用いた監視に、ある値以下のとき
に当該２値化信号（異値信号）を用いた監視に自動的に
切り替えるようにしてもよい。

【０１３９】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。
尚、この第２の実施形態は、請求項１から請求項１０、
請求項１３から請求項１６に対応する。この第２の実施
形態は、２つの連続したフレーム（第Ｎ−１フレーム，
第Ｎフレーム）間の電気信号を比較して異値信号を出力
する異値検出回路（信号比較手段）５０の構成のみが、
上記した第１の実施形態の動き検出用固体撮像装置１０
と異なっている。

【０１４０】尚、図６では、説明を簡単にするために、
複数の垂直読み出し線（２ａ，２ｂ）のうち、１つの列
に係る垂直読み出し線２ａに配置された異値検出回路５
０のみを示す。なお、この第２の実施形態では、その画
素１は、第１の実施形態の画素１，１，１，１と同一で
あるため、その詳細な説明は省略する。

【０１４１】以下、垂直読み出し線２ａに配置された異
値検出回路（信号比較手段）５０について説明する。異
値検出回路５０は、同図に示すように、２つのコンデン
サＣＣＡ，ＣＣＢと、５つのインバータＩＮＶ１〜ＩＮ
Ｖ５と、４つのスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ１〜
ＱＢ４と、論理和回路ＯＲとによって構成されている。

【０１４２】このうち、コンデンサＣＣＡとスイッチ用
ＭＯＳトランジスタＱＢ１とによって第１のサンプルホ
ールド回路５０Ａが構成され、コンデンサＣＣＢとスイ
ッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ２とによって第２のサン
プルホールド回路５０Ｂが構成されている。この場合、
コンデンサＣＣＡ，ＣＣＢの一方の電極は、垂直読み出
し線２ａに接続されている。

【０１４３】また、コンデンサＣＣＡ，ＣＣＢの他方の
電極は、各々、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２（２値化
手段）の入力端子に接続されると共に、スイッチ用ＭＯ
ＳトランジスタＱＢ１，ＱＢ２のドレインに各々接続さ
れている。また、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ
１，ＱＢ２のソースには、図示省略の定電圧電源ＶＲ
１、ＶＲ２が各々接続されている。

【０１４４】この場合、スイッチ用ＭＯＳトランジスタ
ＱＢ１，ＱＢ２のゲートには、クロックライン５６が共
通に接続され、該クロックライン５６を介して各々のゲ
ートに駆動パルスφＳＡが供給されるようになってい
る。また、前記インバータＩＮＶ１の出力端子には、イ
ンバータＩＮＶ３，ＩＮＶ５を介して前記論理和回路Ｏ
Ｒの一方の入力端子が接続されている。

【０１４５】一方、前記インバータＩＮＶ２の出力端子
には、インバータＩＮＶ４を介して前記論理和回路ＯＲ
の他方の入力端子が接続されている。そして、インバー
タＩＮＶ３の出力端子はインバータＩＮＶ１の入力端子
に接続されて閉ループを構成し、インバータＩＮＶ４の
出力端子はインバータＩＮＶ２の入力端子に接続されて
閉ループを構成している。

【０１４６】また、インバータＩＮＶ３の出力端子から
インバータＩＮＶ１の入力端子に至る信号線上にはスイ
ッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ３が、インバータＩＮＶ
４の出力端子からインバータＩＮＶ２の入力端子に至る
信号線上にはスイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ４が各
々設けられている。この場合、スイッチ用ＭＯＳトラン
ジスタＱＢ３、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ４の
ゲートには、クロックライン５７を介して駆動パルスφ
ＳＢが供給されるようになっている。

【０１４７】この異値検出回路５０では、図には現れて
いないが、第１の実施形態の異値検出回路２０と同様
に、その出力（論理和回路ＯＲの出力）が、シフトレジ
スタ（信号転送手段）の対応するビットのレジスタ（記
憶手段）のデータ入力端子に接続されている。そして、
シフトレジスタ（第１の信号転送手段）の出力が水平読
み出し線に接続されている。

【０１４８】しかして、異値検出回路５０の出力信号
（直前のフレームと現在のフレームの電気信号の差をあ
らわす異値信号）は、所定のタイミングで該シフトレジ
スタの対応するレジスタに記憶され、シフトレジスタに
入力されるクロックパルスφＣＫに応じて、当該シフト
レジスタの出力端子から順次出力されるようになってい
る。

【０１４９】次に、上記構成の異値検出回路５０が設け
られた動き検出用固体撮像装置１０の動作について、図
７に示すタイミングチャートを用いて説明する。図７
は、図４と同様に、一定のタイミング毎に入射光を検知
する１つの画素１が、連続した２フレーム（第Ｎ−１フ
レーム、第Ｎフレーム）で入射光を検出して、その読み
出し動作を行う場合を示している。尚、以下では、異値
検出回路５０の動作に関連する駆動パルスについて説明
する。

【０１５０】また、第Ｎフレームにおける第１行目の画
素１の読み出し動作を、図７の第Ｎフレームの期間ｔ１
０の直前の動作から説明する。この第Ｎフレームの期間
ｔ１０に至る前（第Ｎ−１フレームの期間ｔ２６）、駆
動パルスφＴＧ１、駆動パルスφＰＸ１、駆動パルスφ
ＲＧ１はハイレベルに保持され、駆動パルスφＳＡはロ
ーレベルに、駆動パルスφＳＢはハイレベル保持されて
いる。

【０１５１】従って、期間ｔ１０に至る前は、駆動パル
スφＴＧ１がハイレベルのため転送用ＭＯＳトランジス
タＱＴはオフ、駆動パルスφＲＧ１がハイレベルのため
リセット用ＭＯＳトランジスタＱＰもオフとなってい
る。このとき増幅用トランジスタＱＡのゲート（制御領
域）はフローティング状態となるが、寄生容量の効果に
よりこの時点ですでにゲート（制御領域）に転送されて
いる信号電荷、即ち、直前のフレーム（第Ｎ−１フレー
ム）で入射光に応じて生成された電荷（第１の信号電
荷）に応じた電圧がバイアスされた状態に保持されてい
る。

【０１５２】一方、フォトダイオードＰＤ側では、現在
のフレーム（第Ｎフレーム）での入射光に応じた電荷
（第２の信号電荷）が生成・蓄積されている。先ず、期
間ｔ１０では、それまでハイレベルに保持されていた駆
動パルスφＳＢが、ローレベルに反転される。

【０１５３】次の期間ｔ１１に至ると、駆動パルスφＰ
Ｘ１がハイレベルからローレベルに反転し、駆動パルス
φＳＡがローレベルからハイレベルに反転する。前記駆
動パルスφＰＸ１がローレベルとなることによって、す
でに第Ｎ−１フレームで増幅用トランジスタＱＡのゲー
ト（制御領域）に転送され、そのままゲートに保持され
ている電荷（第１の信号電荷）に応じた電気信号（電圧
信号）が、そのソースホロワ動作によって、２つのコン
デンサＣＣＡ、ＣＣＢの一方の電極ＣＣＡ１，ＣＣＢ１
に供給される。

【０１５４】また、駆動パルスφＳＡがハイレベルとな
ることによって、スイッチ用ＭＯＳトランジスタＱＢ
１，ＱＢ２がオンとなって、２つのコンデンサＣＣＡ、
ＣＣＢの他方の電極ＣＣＡ２，ＣＣＢ２に、一定電圧Ｖ
Ｒ１（＝ＶＴ−Ｖｔｈ），ＶＲ２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）が
各々供給される。またこのとき、駆動パルスφＳＢがロ
ーレベルのままであるため、インバータＩＮＶ３の出力
端子からインバータＩＮＶ１の入力端子への経路、及
び、インバータＩＮＶ４の出力端子からインバータＩＮ
Ｖ２の入力端子への経路が遮断される。

【０１５５】これらの動作によって、コンデンサＣＣＡ
の両端の電位差が第Ｎ−１フレームにおける入射光に応
じた電気信号（ＶＡと表記する）と一定電圧ＶＲ１（＝
ＶＴ−Ｖｔｈ；ここではＶｔｈが第１の所定値）との差
分となる。一方、コンデンサＣＣＢでは、その両端の電
位差が第Ｎ−１フレームにおける電気信号ＶＡと一定電
圧ＶＲ２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ；ここではＶｔｈが第２の所
定値）との差分となる。

【０１５６】そして、期間ｔ１２に至ると、駆動パルス
φＳＡ、駆動パルスφＲＧ１が共にローレベルに反転さ
れる。駆動パルスφＳＡがローレベルに反転されると、
コンデンサＣＣＡの両端にそのまま第Ｎ−１フレームに
おける電気信号ＶＡと一定電圧ＶＲ１（＝ＶＴ−Ｖｔ
ｈ）との差分が蓄えられ、コンデンサＣＣＢの両端にそ
のまま第Ｎ−１フレームにおける電気信号ＶＡと一定電
圧ＶＲ２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）との差分がそのまま蓄えら
れる。

【０１５７】また、駆動パルスφＲＧ１がローレベルと
なることによりリセット用ＭＯＳトランジスタ（ｐチャ
ネル型）ＱＰがオンとなって、増幅用トランジスタＱＡ
のゲート（制御領域）に蓄えられていた電荷が排出され
る（リセット）。期間ｔ１３に至ると駆動パルスφＲＧ
１が再びハイレベルに反転される。この駆動パルスφＲ
Ｇ１がハイレベルとなることによって上記リセットが解
除される。

【０１５８】期間ｔ１４に至ると、今度は駆動パルスφ
ＴＧ１がローレベルに反転される。駆動パルスφＴＧ１
がローレベルになることにより、転送用ＭＯＳトランジ
スタＱＴがオンとなり、この時点までにフォトダイオー
ドＰＤにおいて生成・蓄積された入射光に応じた電荷
（第２の信号電荷）が、新たに増幅用トランジスタＱＡ
のゲート（制御領域）に転送用ＭＯＳトランジスタＱＴ
を介して直接転送される。この場合、増幅用トランジス
タＱＡはソースホロワ動作をして、第２の信号電荷に応
じた第２の出力信号（第２の電気信号）が垂直読み出し
線２ａに転送される。

【０１５９】期間ｔ１５に至ると、駆動パルスφＴＧ１
がハイレベルに戻され、駆動パルスφＬＤがハイレベル
に反転される。駆動パルスφＴＧ１がハイレベルとなる
ことで転送用ＭＯＳトランジスタＱＴがオフとなって、
フォトダイオードＰＤにおいて生成・蓄積された入射光
に応じた電荷（第２の信号電荷）の増幅用トランジスタ
ＱＡのゲート（制御領域）への転送が終了する。

【０１６０】このとき、増幅用トランジスタＱＡのゲー
ト（制御領域）は再びフローティング状態となるが、そ
の寄生容量の効果によって、転送された電荷（第２の信
号電荷）の分だけ該ゲートの電圧が上昇したままその状
態が保持される。この場合、増幅用トランジスタＱＡか
らはそのソースホロワ動作によって、電荷の転送後ゲー
トに蓄積されたままの電荷（第２の信号電荷）に応じた
電気信号（ＶＢと表記する）が、２つのコンデンサＣＣ
Ａ、ＣＣＢの一方の電極ＣＣＡ１，ＣＣＢ１に出力され
る。

【０１６１】ところで、この第Ｎフレーム（現在のフレ
ーム）で得られた電荷（第２の信号電荷）に応じた電気
信号ＶＢが、コンデンサＣＣＡ、ＣＣＢの一方の電極Ｃ
ＣＡ１，ＣＣＢ１に出力される時点では、これら２つの
コンデンサＣＣＡ、ＣＣＢの両端には、上記したように
第Ｎ−１フレームにおける電気信号ＶＡと一定電圧ＶＲ
１（＝ＶＴ−Ｖｔｈ）との差分、同様に電気信号ＶＡと
一定電圧ＶＲ２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）との差分が蓄えられ
ている。

【０１６２】そしてコンデンサＣＣＡに関しては、その
一方の電極ＣＣＡ１に、新たに第Ｎフレームで得られた
電気信号ＶＢが供給されると、コンデンサＣＣＡの他方
の電極ＣＣＡ２の電位は（ＶＢ＋ＶＲ１−ＶＡ）とな
る。一方、コンデンサＣＣＢに関しては、その一方の電
極ＣＣＢ１に電気信号ＶＢが供給されると、他方の電極
ＣＣＢ２の電位は（ＶＢ＋ＶＲ２−ＶＡ）となる。

【０１６３】ここで、ＶＲ１（＝ＶＴ−Ｖｔｈ），ＶＲ
２（＝ＶＴ＋Ｖｔｈ）を決定する値のうちＶＴを、イン
バータＩＮＶ１、インバータＩＮＶ２の閾値電圧とした
場合を考える。このとき、インバータＩＮＶ１は、その
入力側の電位（この場合、ＶＢ＋ＶＲ１−ＶＡ）がＶＴ
より大きくなったとき（ＶＢ＋ＶＲ１−ＶＡ＞ＶＴ）、
ローレベルの信号を出力するのであるから、現在のフレ
ームで得られた電気信号ＶＢが、ＶＴ＋ＶＡ−ＶＲ１よ
り大きくなったときに、ローレベルの信号を出力する。

【０１６４】ここで、ＶＲ１は（ＶＴ−Ｖｔｈ）である
から、結果として、インバータＩＮＶ１は、ＶＢが（Ｖ
Ａ＋Ｖｔｈ）より大きくなったときローレベルの信号
を、ＶＢが（ＶＡ＋Ｖｔｈ）より小さくなったときハイ
レベルの信号を出力する。また、インバータＩＮＶ２に
関しては、その入力側の電位（この場合、ＶＢ＋ＶＲ２
−ＶＡ）がＶＴより大きくなったとき（ＶＢ＋ＶＲ２−
ＶＡ＞ＶＴ）、ローレベルの信号を出力するのであるか
ら、現在のフレームで得られた電気信号ＶＢが、ＶＴ＋
ＶＡ−ＶＲ２より大きくなったときに、ローレベルの信
号を出力する。

【０１６５】ここで、ＶＲ２は（ＶＴ＋Ｖｔｈ）である
から、結果として、インバータＩＮＶ２は、ＶＢが（Ｖ
Ａ−Ｖｔｈ）より大きくなったときローレベルの信号
を、ＶＢが（ＶＡ−Ｖｔｈ）より小さくなったときハイ
レベルの信号を出力する。上記したインバータＩＮＶ１
の出力信号は、インバータＩＮＶ３、インバータＩＮＶ
５でそれぞれ反転された後、論理和回路ＯＲの一方の入
力端子に転送され、インバータＩＮＶ２の出力信号は、
インバータＩＮＶ４によって反転された後、論理和回路
ＯＲの他方の入力端子に転送される。

【０１６６】図７の説明に戻り、この期間ｔ１５で、駆
動パルスφＬＤがハイレベルとなることで、このとき出
力された信号（異値信号）が、シフトレジスタ１３のレ
ジスタに記憶される。そして、次の期間ｔ１６では、駆
動パルスφＳＢがハイレベルに反転されるとともに、ク
ロックパルスφＣＫが、一定間隔で複数回、ハイレベル
に立ち上げられる。

【０１６７】駆動パルスφＳＢがハイレベルとなること
で、インバータＩＮＶ３の出力端子とインバータＩＮＶ
１の入力端子が接続されて閉ループが形成され、一方
で、インバータＩＮＶ４の出力端子とインバータＩＮＶ
２の入力端子が接続されて閉ループが形成される。この
ようにインバータＩＮＶ３とインバータＩＮＶ１との間
で閉ループが形成されると、インバータＩＮＶ１の出力
が固定化され、同様に、インバータＩＮＶ４とインバー
タＩＮＶ２との間で閉ループが形成されることによっ
て、インバータＩＮＶ２の出力が固定化される。このイ
ンバータＩＮＶ１，２の出力の固定化は、駆動パルスφ
ＳＢがローレベルに反転されるまで（期間ｔ２０）行わ
れる。

【０１６８】また、この期間ｔ１６においては、クロッ
クパルスφＣＫが立ち上がる毎に、水平読み出し線１２
に、各レジスタに記憶された異値信号が、順次出力され
る。この場合、水平読み出し線（図示省略）に供給され
る電圧信号（異値信号）は、当該異値検出回路５０によ
ってすでに２値化（ディジタル化）されているため、そ
の読み出し動作の高速化が図られる。また、水平読み出
し線に読み出される信号がディジタル信号なので、雑音
の影響を受けずに信号を出力することができる。

【０１６９】以上のように、異値検出回路５０の出力
（論理和回路ＯＲの出力）は、（１）ＶＢが（ＶＡ＋
Ｖｔｈ）より大きくなったとき、即ち、（ＶＢ−ＶＡ）
がＶｔｈより大きくなったとき、（２）ＶＢが（ＶＡ
−Ｖｔｈ）より小さくなったとき、即ち、（ＶＡ−Ｖ
Ｂ）がＶｔｈより大きくなったときの何れかの条件が満
たされたとき論理ハイレベルの信号を出力する。

【０１７０】なお、第Ｎフレームで増幅用トランジスタ
ＱＡのゲートに転送された電荷は、該第Ｎフレームでは
第２の信号電荷として扱われるが、次の第Ｎ＋１フレー
ム（図示省略）では、第１の信号電荷として扱われるこ
とになる。以上説明した第２の実施形態でも、異値信号
と、ビデオ信号を同時に生成して、表示装置等で、選択
的に表示することが可能になるので、第１の実施形態と
同様に、画像処理の利用分野が著しく拡大する。

【０１７１】なお、上記した第１及び第２の実施形態で
は、画素１，１…と、垂直読み出し線２ａ，２ｂを接続
・分離する接続分離手段として画素分離用ＭＯＳトラン
ジスタＱＸを用いた例をあげて説明したが、これに限る
ことなく、例えば、画素１，１…の増幅用トランジスタ
ＱＡのゲート（制御領域）にコンデンサの一方の電極を
接続し、他方の電極印加される電圧を制御して、その接
続・分離を行うようにしても良い。

【０１７２】また、上記第１および第２の実施形態で、
画素１，１…の増幅部（増幅用トランジスタＱＡ）をＪ
ＦＥＴとして用いた場合を説明したが、光電変換素子に
よって生成された電荷を保持するための電荷保持部が、
当該光電変換素子から電気的に分離されている構成であ
れば、本発明はこれに限定されるものではなく、ＭＯＳ
トランジスタや、バイポーラトランジスタ等の他の素子
を用いることもできる。この場合、ゲートやベースなど
の制御電極の電圧でドレインあるいはコレクタ、ソース
あるいはエミッタなどの出力電圧・電流を制御できるよ
うにすることで、増幅用トランジスタＱＡに代用でき
る。また、これらの素子を混在して使用しても良い。

【０１７３】また、上記第１および第２の実施形態で
は、光電変換素子で生成した入射光に応じた電荷を、増
幅素子の制御領域に直接転送する場合を説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、入射光に応じた
電荷を拡散領域に転送し保持した後、その電位を信号線
を介してＭＯＳトランジスタなどの増幅素子のゲートで
検出する場合にも同様に適用できる。本発明が適用可能
な画素の例としては、例えば、文献『Active Pixel Sen
sors:Are CCD's Dinosaurs?』,Fossum E.R.,Proceeding
of SPIE: Charge-Coupled Device and Solid State Op
tical SensorsIII、Vol.1900,pp2-14(1993)に記された
ものがある。

【０１７４】さらに、上記第１および第２の実施形態で
は、画素１，１…が２次元マトリックス上に配列されて
いる場合を説明したが、１次元上に配列される場合にお
いても、本発明は、同様に適用できるのは勿論である。

【０１７５】

【発明の効果】請求項１から請求項１６に記載の発明に
よれば、連続した２フレームの輝度差を、水平読み出し
線に転送する時点で２値化して出力できるので、動き検
出用固体撮像装置内での動体画像処理が可能になり、そ
の外部に、ＡＤ変換回路、画像メモリや画像処理回路な
どの周辺回路を設ける必要がなくなって、装置全体とし
てコストの低減が図られる。更に、動体の検出（異値信
号の生成）と、ビデオ信号の生成とを同時に行うことが
できるので、これら異値信号、ビデオ信号を用いた画像
表示のバリエーションが増えて、動き検出用固体撮像装
置の用途が著しく広がる。特に、異値信号が動き検出用
固体撮像装置内で生成されているために、従来、動き検
出用固体撮像装置の外部に必要であったＡＤ変換回路が
不要になる。従って、このＡＤ変換回路の特性によって
ダイナミックレンジが制限されることもなくなり、動き
検出用固体撮像装置自体の広いダイナミックレンジで、
その信号処理を行うことができる。また、画素毎に異値
信号を生成するための回路（信号比較手段）を設ける場
合に比べても、開口率の向上、解像度の向上が図られ
る。また、画素から出力された電気信号を、直前のフレ
ームに対する電気信号と現在のフレームに対する電気信
号として用いて、異値信号を生成しているので、増幅用
トランジスタ毎の固定パターン雑音や、ランダム雑音の
影響を受けずに、動体検出処理を行なうことができ、精
度の高い、安定した動体検出処理が可能になる。また、
第１の水平読み出し線に読み出される時点で、異値信号
が２値化信号となっているため、シフトレジスタ等を用
いた信号処理の高速化が図られる。

【０１７６】また、請求項６に記載の発明によれば、各
画素において、光電変換素子で発生・蓄積された電荷が
増幅手段の制御領域に直接転送されるので、他の信号線
を用いて電荷を転送する場合に比べて電荷分配などによ
る信号の劣化が抑えられ、画像Ｓ／Ｎ比の向上が図られ
る。また、請求項１６に記載の発明によれば、電荷蓄積
部に、溢れ出るキャリアを吸収するオーバーフロー構造
が形成されているため、ブルーミング、スミア等のにじ
みの現象を抑制することができる。また、埋め込みフォ
トダイオードにおいてはｐｎ接合部に生じる空乏層が表
面に達しない構造とすることができるため、暗電流を抑
制することができる。また、信号電荷が転送された後に
光電変換素子に電荷を残さなくすることができるため、
残像、動き検出用固体撮像装置において、リセットノイ
ズを抑えた理想的な特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の動き検出用固体撮像
装置１０の概略構成を示す模式回路図である。

【図２】動き検出用固体撮像装置１０の異値検出回路２
０の内部構成を示す回路図である。

【図３】動き検出用固体撮像装置１０のビデオ信号生成
回路３０の内部構成を示す回路図である。

【図４】動き検出用固体撮像装置１０の動作を説明する
タイミングチャートである。

【図５】異値検出回路２０内の異値検出器ＸＡの入出力
特性の一例を示す特性図である。

【図６】本発明の第２の実施形態の異値検出回路５０を
示す模式回路図である。

【図７】第２の実施形態の異値検出回路５０の動作を説
明するためのタイミングチャートである。

【図８】従来の異値信号の生成するための画像処理装置
１００を示すブロック図である。

【符号の説明】

１画素２ａ，２ｂ垂直読み出し線６垂直走査回路（垂直走査手段）１０動き検出用固体撮像装置１２水平読み出し線（第１の水平読み出し線）１３シフトレジスタ（第１の信号転送手段）２０，５０異値検出回路（信号比較手段）３０ビデオ信号生成回路（ビデオ信号生成手段）３４水平読み出し線（第２の水平読み出し線）３５水平走査回路（第２の信号転送手段）ＰＤフォトダイオード（光検出手段：光電変換素子）ＱＡ増幅用トランジスタ（接合型電界効果トランジス
タ：増幅手段）ＱＴ転送用ＭＯＳトランジスタ（転送手段）ＱＰリセット用ＭＯＳトランジスタ（リセット手段）ＱＸ画素分離用ＭＯＳトランジスタ（接続分離手段）ＱＲスイッチ用ＭＯＳトランジスタ（第１のスイッチ
手段）ＱＳスイッチ用ＭＯＳトランジスタ（第２のスイッチ
手段）ＣＲ信号蓄積用コンデンサ（第１の電荷蓄積手段）ＣＳ信号蓄積用コンデンサ（第２の電荷蓄積手段）ＸＡ異値検出器ＩＮＶ１，ＩＮＶ２インバータ（２値化手段）ＣＣＡコンデンサ（第１のサンプルホールド回路）ＣＣＢコンデンサ（第２のサンプルホールド回路）ＣＶホールド容量ＱＶスイッチ用ＭＯＳトランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス状に配列され、入射光に応
じた電気信号を出力する複数の画素と、前記複数の画素の列毎に設けられた複数の垂直読み出し
線と、前記複数の画素の特定の行を選択して、当該画素からの
電気信号を一定のタイミングで、当該垂直読み出し線に
転送する垂直走査手段と、一定のタイミングで画素から前記垂直読み出し線に出力
された電気信号を直前のフレームに対する電気信号とし
て記憶すると共に、該記憶した電気信号と、次の一定タ
イミングで当該画素から出力された現在のフレームに対
する電気信号とを比較してこれら比較した結果をあらわ
す信号を出力する信号比較手段と、一定のタイミングで当該画素から前記垂直読み出し線に
出力される現在のフレームに対する電気信号に基づいて
ビデオ信号を生成し、出力するビデオ信号生成手段と、前記信号比較手段から、前記複数の垂直読み出し線の各
々に対応して出力される前記比較した結果をあらわす信
号を、順次、第１の水平読み出し線に転送する第１の信
号転送手段と、前記ビデオ信号生成手段から、前記複数の垂直読み出し
線の各々に対応して出力される前記ビデオ信号を、順
次、第２の水平読み出し線に転送する第２の信号転送手
段とを備えていることを特徴とする動き検出用固体撮像
装置。
【請求項２】前記信号比較手段は、前記複数の垂直読
み出し線上に各々配置される複数の信号比較部からな
り、前記ビデオ信号生成手段は、前記複数の垂直読み出し線
上に各々配置される複数のビデオ信号生成部からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の動き検出用固体撮像装
置。
【請求項３】前記ビデオ信号生成手段と前記第２の水
平読み出し線との間には、前記第２の信号転送手段から
の制御信号に基づいて動作するスイッチ手段が配置され
ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の動き検出用固体撮像装置。
【請求項４】前記画素は、入射光に応じた電荷を生成・蓄積する光検出手段と、該光検出手段から電気的に分離され、当該光検出手段か
らの入射光に応じた電荷が転送されてこれを保持する電
荷保持部と、該電荷保持部に保持された電荷に応じた電気信号を生成
する信号生成部と、当該画素の前記信号生成部と、前記垂直読み出し線とを
接続／分離する接続分離手段とを備えていることを特徴
とする請求項１から請求項３の何れかに記載の動き検出
用固体撮像装置。
【請求項５】前記光検出手段は、入射光に応じた電荷
を生成・蓄積する光電変換素子からなり、該光電変換素子の出力側には、画素の増幅手段が接続さ
れ、該増幅手段は、前記電荷保持部に前記入射光に応じた電
荷が保持されているときに、該電荷に応じた電気信号を
出力することを特徴とする請求項４に記載の動き検出用
固体撮像装置。
【請求項６】前記画素は、前記光電変換素子で生成された電荷を増幅手段の制御領
域に直接転送する転送手段と、前記増幅手段の制御領域に蓄積された電荷を画素の外部
に放出するリセット手段とを備え、前記接続分離手段が、当該画素の前記増幅手段と前記垂
直読み出し線とを接続／分離することを特徴とする請求
項５に記載の動き検出用固体撮像装置。
【請求項７】前記増幅手段は、接合型電界効果トラン
ジスタにて構成され、前記入射光に応じた電荷が、当該
ゲートに、直接転送されて、当該ソース・ドレイン間の
電流が前記電荷に応じた値に制御されることを特徴とす
る請求項５または請求項６に記載の動き検出用固体撮像
装置。
【請求項８】前記接続分離手段は、前記接合型電界効
果トランジスタのソースと垂直読み出し線との間に介在
されたスイッチ用ＭＯＳトランジスタにて構成されてい
ることを特徴とする請求項７に記載の動き検出用固体撮
像装置。
【請求項９】前記接続分離手段は、前記接合型電界効
果トランジスタのゲートに接続されたコンデンサにて構
成され、該コンデンサの一方の端子に接続／分離用の信号を加え
ることにより前記増幅手段と前記垂直読み出し線との接
続／分離が行われることを特徴とする請求項７に記載の
動き検出用固体撮像装置。
【請求項１０】前記信号比較手段は、前記現在のフレームに対する電気信号の値と前記直前の
フレームに対する電気信号の値との差分の大きさが所定
値以上のときに、論理ローレベルまたは論理ハイレベル
を示す信号を出力することを特徴とする請求項１から請
求項９の何れかに記載の動き検出用固体撮像装置。
【請求項１１】前記信号比較手段は、前記直前のフレームに対する電気信号を記憶する第１の
電荷蓄積手段と、前記現在のフレームに対する電気信号を記憶する第２の
電荷蓄積手段とを備え、前記第１の電荷蓄積手段に記憶された前記直前のフレー
ムに対する電気信号と前記第２の電荷蓄積手段に記憶さ
れた前記現在のフレームに対する電気信号との差分の大
きさが所定値以上のときに、論理ローレベルまたは論理
ハイレベルを示す信号を出力することを特徴とする請求
項１から請求項１０の何れかに記載の動き検出用固体撮
像装置。
【請求項１２】前記垂直読み出し線と前記第１の電荷
蓄積手段との間には第１のスイッチ手段が、前記垂直読
み出し線と前記第２の電荷蓄積手段との間には第２のス
イッチ手段が各々配置されると共に、これら第１のスイ
ッチ手段及び第２のスイッチ手段には電荷蓄積制御手段
が接続され、前記垂直走査手段は、特定の行を選択したときに、前記接続分離手段を用いて当該画素の増幅手段の制御領
域に蓄積されている電荷に応じた電気信号を直前のフレ
ームに対する電気信号として前記垂直読み出し線に転送
させた後、前記リセット手段を用いて前記増幅手段の制
御領域に蓄積されている電荷を当該画素の外部に放出さ
せ、その後、前記転送手段を用いて前記光電変換素子に
て生成・蓄積された電荷を新たに前記増幅手段の制御領
域に転送させた後、該制御領域に転送された電荷に応じ
た電気信号を現在のフレームに対する電気信号として前
記垂直読み出し線に転送させ、前記電荷蓄積制御手段は、前記直前のフレームに対する
電気信号が前記垂直読み出し線に電荷として現れるタイ
ミングで前記第１のスイッチ手段をオンして当該電荷を
前記第１の電荷蓄積手段に蓄積させ、前記現在のフレー
ムに対する電気信号が前記垂直読み出し線に電荷として
現れるタイミングで前記第２のスイッチ手段をオンして
当該電荷を前記第２の電荷蓄積手段に蓄積させることを
特徴とする請求項１１に記載の動き検出用固体撮像装
置。
【請求項１３】前記信号比較手段は、２つの入力端子を有する２値化手段と、該２値化手段の一方の入力端子に接続された第１のサン
プルホールド回路と、該２値化手段の他方の入力端子に接続された第２のサン
プルホールド回路とを備え、前記第１のサンプルホールド回路を用いて、前記現在の
フレームに対する電気信号の値と前記直前のフレームに
対する電気信号の値とに対する差分が、第１の所定値よ
り高いときに論理ハイレベルまたは論理ローレベルを示
す信号を出力し、前記第２のサンプルホールド回路を
用いて、前記現在のフレームに対する電気信号の値と前
記直前のフレームに対する電気信号の値とに対する差分
が、第２の所定値より高いときに論理ハイレベルまたは
論理ローレベルを示す信号を出力することを特徴とする
請求項１から請求項１０の何れかに記載の動き検出用固
体撮像装置。
【請求項１４】前記ビデオ信号生成手段は、前記リセット手段により前記制御領域が定電圧源に接続
されてリセット動作が行われたときに該定電圧源より当
該制御領域に印加される電圧に応じて出力される暗出力
信号と、前記リセット動作後前記転送手段により前記光
電変換素子からの電荷が前記制御領域に転送させたとき
に画素より出力される電気信号との差を、現在のフレー
ムにおける差分ビデオ信号として生成することを特徴と
する請求項６に記載の動き検出用固体撮像装置。
【請求項１５】前記ビデオ信号生成手段は、該ビデオ信号生成手段の入力端子と出力端子の間に接続
されたホールド容量と、前記出力端子とアースを接続／
遮断させるサンプルホールド切り替え用スイッチとによ
って構成され、前記サンプルホールド切り替えスイッチによる接続／遮
断のタイミングが外部からの制御信号に基づいて制御さ
れることによって、前記暗出力信号と前記現在のフレームで生成された電気
信号との差に応じた前記差分ビデオ信号を出力すること
を特徴とする請求項１４に記載の動き検出用固体撮像装
置。
【請求項１６】前記画素は、入射光に応じた電荷を生
成する光検出手段として、埋め込みフォトダイオードを
具えていることを特徴とする請求項１から請求項１５の
何れかに記載の動き検出用固体撮像装置。