KR20110015499A - 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템 - Google Patents

Abstract

화소 구동부(102)는 구동 신호 TG에 의해 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제1 판독 구동과, 구동 신호 TG에 의해 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고, 화소 신호 판독부(103, 104)는 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호의 차분에 따른 신호를 출력한다.

Description

고체 촬상 소자 및 카메라 시스템{SOLID-STATE IMAGING ELEMENT AND CAMERA SYSTEM}

본 발명은, CMOS 이미지 센서로 대표되는 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템에 관한 것이다.

최근, CCD를 대신하는 고체 촬상 소자(이미지 센서)로서, CMOS 이미지 센서가 주목을 받고 있다.

이는, CCD 화소의 제조에 전용 프로세스를 필요로 하고, 또한 그 동작에는 복수의 전원 전압이 필요하며, 또한 복수의 주변 IC를 조합하여 동작시킬 필요가 있다.

이러한 CCD의 경우에, 시스템이 매우 복잡화되는 등의 여러 가지 문제를 CMOS 이미지 센서가 극복하고 있기 때문이다.

CMOS 이미지 센서는, 그 제조에는 일반적인 CMOS형 집적 회로와 같은 제조 프로세스를 사용하는 것이 가능하고, 또한 단일 전원에 의한 구동이 가능하며, 또한 CMOS 프로세스를 사용한 아날로그 회로나 논리 회로를 동일 칩 내에 혼재시킬 수 있다.

이로 인해, CMOS 이미지 센서는 주변 IC의 수를 줄일 수 있는 등의 큰 장점을 복수 갖고 있다.

CCD의 출력 회로는 부유 확산층(FD: Floating Diffusion)을 갖는 FD 증폭기를 사용한 1채널(ch) 출력이 주류이다.

이에 대해, CMOS 이미지 센서는 화소마다 FD 증폭기를 갖고 있고, 그 출력은 화소 어레이 중 임의의 한 행을 선택하고, 그들을 동시에 열 방향으로 판독하는 열 병렬 출력형이 주류이다.

이는, 화소 내에 배치된 FD 증폭기에서는 충분한 구동 능력을 얻는 것은 어렵고, 따라서 데이터 레이트를 낮추는 것이 필요하여, 병렬 처리가 유리하기 때문이다.

이하에, 일반적인 CMOS 이미지 센서에 대해 설명한다.

CMOS 이미지 센서에 있어서, 최초로 리셋 전압(Pre-Charge상: 이후 P상이라 함)을 판독하고, 그 후 리셋 전압과 신호 전압의 가산 전압(Data상: 이후 D상이라 함)을 판독하고, 가산 전압으로부터 리셋 전압을 감산한 신호를 출력한다.

CMOS 이미지 센서에 있어서는, 이러한 상관 2중 샘플링 처리(CDS: Correlated Double Sampling)가 일반적으로 행해지고 있다(예를 들어 특허 문헌 1 참조).

도 1은 4개의 트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지 센서의 화소예를 도시하는 도면이다.

이 화소(1)는, 예를 들어 포토다이오드를 포함하는 광전 변환 소자(11)를 갖고, 이 1개의 광전 변환 소자(11)에 대해 전송 트랜지스터(12), 리셋 트랜지스터(13), 증폭 트랜지스터(14), 및 선택 트랜지스터(15)의 4개의 트랜지스터를 능동 소자로서 갖는다.

광전 변환 소자(11)는 입사광을 그 광량에 따른 양의 전하(여기서는 전자)로 광전 변환한다.

전송 트랜지스터(12)는 광전 변환 소자(11)와 부유 확산층 FD(Floating Difusion) 사이에 접속되고, 전송 제어선 LTx를 통해 그 게이트(전송 게이트)에 구동 신호 TG가 제공된다. 이에 의해, 전송 트랜지스터(12)는 광전 변환 소자(11)와 광전 변환된 전자를 부유 확산층 FD에 전송한다.

리셋 트랜지스터(13)는 전원 라인 LVDD와 부유 확산층 FD 사이에 접속되고, 리셋 제어선 LRST를 통해 그 게이트에 리셋 신호 RST가 제공된다. 이에 의해, 리셋 트랜지스터(13)는 부유 확산층 FD의 전위를 전원 라인 LVDD의 전위로 리셋한다.

부유 확산층 FD에는 증폭 트랜지스터(14)의 게이트가 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(14)는 선택 트랜지스터(15)를 통해 신호선(16)에 접속되고, 화소부 외의 정전류원과 소스 폴로워를 구성하고 있다.

그리고, 선택 제어선 LSEL을 통해 어드레스 신호(셀렉트 신호) SEL이 선택 트랜지스터(15)의 게이트에 제공되어 선택 트랜지스터(15)가 온(ON)된다.

선택 트랜지스터(15)가 온되면 증폭 트랜지스터(14)는 부유 확산층 FD의 전위를 증폭하여 그 전위에 따른 전압을 신호선(16)에 출력한다. 신호선(16)을 통해 각 화소로부터 출력된 전압은 칼럼 회로(열 처리 회로)에 출력된다.

이 화소의 리셋 동작이라 함은, 광전 변환 소자(11)에 축적되어 있는 전하를, 전송 트랜지스터(12)를 온하고, 광전 변환 소자(11)에 축적된 전하를 부유 확산층 FD에 전송하여 방출하게 된다.

이때, 부유 확산층 FD는 사전에 광전 변환 소자(11)의 전하를 수취할 수 있도록 리셋 트랜지스터(13)를 온하여 전하를 전원측으로 방출하고 있다. 혹은 전송 트랜지스터(12)를 온하고 있는 동안, 이와 병행으로서 리셋 트랜지스터(13)를 온으로 하여, 직접 전원에 전하를 방출하는 경우도 있다.

한편 판독 동작에서는, 우선 리셋 트랜지스터(13)를 온으로 하여 부유 확산층 FD를 리셋하고, 그 상태에서 온된 선택 트랜지스터(15)를 통해 출력 신호선(16)에 출력한다. 이를 P상 출력이라 부른다.

다음에, 전송 트랜지스터(12)를 온으로 하여 광전 변환 소자(11)에 축적된 전하를 부유 확산층 FD에 전송하고, 그 출력을 출력 신호선(16)에 출력한다. 이를 D상 출력이라 부른다.

화소 회로 외부에서 D상 출력과 P상 출력의 차분을 취하고, 부유 확산층 FD의 리셋 노이즈를 캔슬하여 화상 신호로 한다.

도 2는 도 1의 화소를 2차원 어레이 형상으로 배치한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 일반적인 구성예를 도시하는 도면이다.

도 2의 CMOS 이미지 센서(20)는 도 1에 도시한 화소 회로를 2차원 어레이 형상으로 배치한 화소 어레이부(21), 행 선택 회로(화소 구동 회로 또는 수직 구동 회로)(22), 및 칼럼 회로(열 처리 회로)(23)에 의해 구성되어 있다.

화소 구동 회로(22)는 각 행의 화소의 전송 트랜지스터(12) 리셋 트랜지스터(13), 선택 트랜지스터(15)의 온, 오프를 제어한다.

칼럼 회로(23)는 화소 구동 회로(22)에 의해 판독 제어된 화소행의 데이터를 수취하고, 후단의 신호 처리 회로에 전송하는 회로이다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 CMOS 이미지 센서의 화소 데이터 판독 동작의 타이밍차트를 도시하는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같은 화소를 m행 n열 배열하여 화소 어레이부에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이 x행째의 화소를 선택하는 기간(1H 기간)에서의, y열의 수직 신호선(16)의 전위 VSL의 변화를 VSLy로 한다(1≤x≤m, 1≤y≤n).

x행째의 셀렉트 신호 SELx가 하이 레벨로 됨으로써 x행이 선택되고, 리셋 신호 RSTx 신호가 하이 레벨로 되면, x행 y열의 화소의 부유 확산층 FD가 하이 레벨로 되고, VSLy는 P상이라 불리는 리셋 레벨이 된다.

그 후, 구동 신호 TGx가 하이 레벨로 되면, 화소 내의 전하가 부유 확산층 FD로 이동하고, 부유 확산층 FD의 전위가 내려감으로써 신호선(16)의 전위 VSLy는 강하한다.

그때의 신호선(16)의 전위 VSLy의 레벨을 D상으로 한다.

전술한 것과 마찬가지로, 이 D상과 P상의 차분을 출력함으로써 화소, VSL의 제조 편차를 캔슬한 노이즈가 적은 센서 출력을 얻을 수 있다.

특허문헌1:일본특허공개제2001-69404호공보

그러나, 상술한 CMOS 이미지 센서에 있어서는, 센서의 출력에는 원래 출력해야 할 화소 신호 이외의 성분이 포함되어 있다.

도 3과 같이, 리셋 신호 RSTx가 하이 레벨로 된 후, 혹은 구동 신호 TGx가 하이 레벨로 된 후, 일정 전위를 유지하는 것이 이상이다.

그러나 실제로는, 도 4에 도시한 바와 같이 FD의 전위가 리크 전류에 의해 강하하는 것 등이 원인으로 출력 신호선(16)의 전위 VSL은 강하하고 있다.

이때의 센서의 출력은 원래 출력해야 할 화소 신호에 플러스하여 VSL의 전위 강하분도 포함되어 있게 된다.

이 전위 강하가 크면, 센서의 출력 화상은 FD 백색점(TGㆍOFF 백색점)이라 불리는 백색점이나 세로 줄, 쉐이딩 등이 발생하고, 특히 저조도에서의 화질의 열화가 일어난다.

또한 최근, 화소의 미세화에 수반하여 FD 부분을 수 화소로 공유화시킨 공유 화소가 사용되고 있고, 특히 공유 화소의 경우, FD 백색점은 공유하고 있는 화소수에 걸친 결함이 되므로 화질의 열화가 현저하다.

본 발명은, 판독 기간의 신호선의 전위 강하분을 캔슬할 수 있고, 노이즈를 삭감할 수 있고, 나아가서는 고화질화를 도모하는 것이 가능한 고체 촬상 소자 및 카메라 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 관점의 고체 촬상 소자는, 광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 노광 시간에 따라서 축적하는 기구를 갖는 복수의 화소 회로가 행렬 형상으로 배열된 화소부와, 상기 화소부의 신호 전하의 축적, 전송 및 출력을 행하도록 구동 가능한 화소 구동부와, 상기 화소부로부터 화소의 신호의 판독을 행하는 화소 신호 판독부를 갖고, 상기 화소부의 화소 회로는, 출력 노드와, 광 신호를 전기 신호로 변환하여 신호 전하를 축적하는 광전 변환 소자와, 구동 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 광전 변환 소자의 전하를 상기 출력 노드에 전송하는 전송 소자를 포함하고, 상기 화소 구동부는, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제1 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 상기 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고, 상기 화소 신호 판독부는, 상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호를 출력하는 기능을 갖는다.

본 발명의 제2 관점의 고체 촬상 소자는, 광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 노광 시간에 따라서 축적하는 기구를 갖는 복수의 화소 회로가 행렬 형상으로 배열된 화소부와, 상기 화소부의 리셋, 신호 전하의 축적 및 출력을 행하도록 구동 가능한 화소 구동부와, 상기 화소부로부터 화소의 신호의 판독을 행하는 화소 신호 판독부를 갖고, 상기 화소부의 화소 회로는, 출력 노드와, 광 신호를 전기 신호로 변환하여 신호 전하를 축적하는 광전 변환 소자와, 리셋 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 출력 노드를 리셋하는 리셋 소자와, 구동 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 광전 변환 소자의 전하를 상기 출력 노드에 전송하는 전송 소자를 포함하고, 상기 화소 구동부는, 상기 리셋 신호에 의해 상기 리셋 소자를 온시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 리셋 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 비전송 판독 구동을 행하는 제1 판독 구동과, 상기 리셋 신호에 의해 상기 리셋 소자를 온시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 리셋 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 상기 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 전송 판독 구동을 행하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고, 상기 화소 신호 판독부는 상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호의 차분에 따른 신호를 출력하는 기능을 갖는다.

적합하게는, 상기 화소 구동부 및 상기 화소 신호 판독부는, 화소의 1행분을 판독하는 기간에, 상기 제1 판독 구동 및 제2 판독 구동, 및 상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호의 출력을 행한다.

적합하게는, 상기 화소 신호 판독부는, 화소의 열 배열에 대응하여 배치되고, 판독 신호 전위와 참조 전압을 비교 판정하여, 그 판정 신호를 출력하는 복수의 비교기와, 상기 비교기의 출력에 의해 동작이 제어되고, 대응하는 상기 비교기의 비교 시간을 카운트하는 복수의 업 다운 카운터를 포함한다.

적합하게는, 상기 복수의 업 다운 카운터는, 상기 제1 판독 구동시에는 다운 카운트 또는 업 카운트를 행하고, 상기 제2 판독 구동시에는 업 카운트 또는 다운 카운트를 행한다.

적합하게는, 상기 복수의 업 다운 카운터는, 상기 제1 판독 구동시에는, 상기 리셋 판독 구동에 있어서 업 카운트 또는 다운 카운트를 행하고, 상기 비전송 판독 구동에 있어서 다운 카운트 또는 업 카운트를 행하고, 상기 제2 판독 구동시에는, 상기 리셋 판독 구동에 있어서 다운 카운트 또는 업 카운트를 행하고, 상기 전송 판독 구동에 있어서 업 카운트 또는 다운 카운트를 행한다.

적합하게는, 상기 복수의 업 다운 카운터는, 상기 제1 판독 구동시에는 상기 비전송 판독 구동에 있어서 다운 카운트 또는 업 카운트를 행하고, 상기 제2 판독 구동시에는 상기 전송 판독 구동에 있어서 업 카운트 또는 다운 카운트를 행한다.

적합하게는, 모드 절환 신호에 의해 제1 모드와 제2 모드의 절환이 가능하고, 상기 제1 모드시에는, 상기 화소 구동부는 상기 제2 판독 구동만을 행하고, 상기 화소 신호 판독부는 상기 제2 판독 구동에 의해 판독한 신호를 출력하고, 상기 제2 모드시에는, 상기 화소 구동부는 상기 제1 판독 구동 및 제2 판독 구동을 행하고, 상기 화소 신호 판독부는 상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호를 출력한다.

본 발명의 제3 관점의 카메라 시스템은, 고체 촬상 소자와, 상기 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계와, 상기 촬상 소자의 출력 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 갖고, 상기 고체 촬상 소자는 광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 노광 시간에 따라서 축적하는 기구를 갖는 복수의 화소 회로가 행렬 형상으로 배열된 화소부와, 상기 화소부의 신호 전하의 축적, 전송 및 출력을 행하도록 구동 가능한 화소 구동부와, 상기 화소부로부터 화소의 신호의 판독을 행하는 화소 신호 판독부를 갖고, 상기 화소부의 화소 회로는, 출력 노드와, 광 신호를 전기 신호로 변환하여 신호 전하를 축적하는 광전 변환 소자와, 구동 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 광전 변환 소자의 전하를 상기 출력 노드에 전송하는 전송 소자를 포함하고, 상기 화소 구동부는, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제1 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 상기 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고, 상기 화소 신호 판독부는 상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호의 차분에 따른 신호를 출력하는 기능을 갖는다.

본 발명의 제4 관점의 카메라 시스템은, 고체 촬상 소자와, 상기 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계와, 상기 촬상 소자의 출력 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 갖고, 상기 고체 촬상 소자는, 광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 노광 시간에 따라서 축적하는 기구를 갖는 복수의 화소 회로가 행렬 형상으로 배열된 화소부와, 상기 화소부의 리셋, 신호 전하의 축적 및 출력을 행하도록 구동 가능한 화소 구동부와, 상기 화소부로부터 화소의 신호의 판독을 행하는 화소 신호 판독부를 갖고, 상기 화소부의 화소 회로는, 출력 노드와, 광 신호를 전기 신호로 변환하여 신호 전하를 축적하는 광전 변환 소자와, 리셋 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 출력 노드를 리셋하는 리셋 소자와, 구동 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 광전 변환 소자의 전하를 상기 출력 노드에 전송하는 전송 소자를 포함하고, 상기 화소 구동부는, 상기 리셋 신호에 의해 상기 리셋 소자를 온시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 리셋 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 비전송 판독 구동을 행하는 제1 판독 구동과, 상기 리셋 신호에 의해 상기 리셋 소자를 온시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 리셋 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 상기 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 전송 판독 구동을 행하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고, 상기 화소 신호 판독부는 상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호를 출력하는 기능을 갖는다.

본 발명에 따르면, 화소 구동부에 있어서는, 구동 신호에 의해 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제1 판독 구동과, 구동 신호에 의해 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제2 판독 구동이 행해진다.

제1 판독 구동의 판독 신호와, 제2 판독 구동의 판독 신호는 화소 신호 판독부에 공급된다.

그리고, 화소 신호 판독부에 있어서는, 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분이 취해지고, 이 차분에 따른 신호가 출력된다.

본 발명에 따르면, 판독 기간의 신호선의 전위 강하분을 캔슬할 수 있고, 노이즈를 삭감할 수 있고, 나아가서는 고화질화를 도모할 수 있다.

도 1은 4개의 트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지 센서의 화소예를 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 화소를 2차원 어레이 형상으로 배치한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 일반적인 구성예를 도시하는 도면.
도 3은 일반적인 CMOS 이미지 센서에 있어서의 P상 및 D상 판독을 설명하기 위한 타이밍차트.
도 4는 일반적인 CMOS 이미지 센서에 있어서의 P상 및 D상 판독의 과제를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 구성예를 도시하는 도면.
도 6은 본 실시 형태에 관한 4개의 트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지 센서의 화소의 일례를 도시하는 도면.
도 7은 본 실시 형태에 관한 P상 및 D상 판독을 설명하기 위한 타이밍차트.
도 8은 복수의 모드를 절환 가능한 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 열 병렬 ADC 탑재 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 구성예를 도시하는 블록도.
도 10은 도 9의 CMOS 이미지 센서에 있어서의 [TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호] 출력을 실현하는 1H 기간의 판독 방법을 나타내는 타이밍차트.
도 11은 도 9의 CMOS 이미지 센서에 있어서의 [TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호] 출력을 실현하는 1H 기간의 다른 판독 방법을 나타내는 타이밍차트.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자가 적용되는 카메라 시스템의 구성의 일례를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 관련시켜 설명한다.

<제1 실시 형태>

도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)의 구성예를 도시하는 도면이다.

본 CMOS 이미지 센서(100)는 화소 어레이부(101), 화소 구동부로서의 행 선택 회로(수직 구동 회로)(102), 칼럼 판독 회로(열 처리 회로)(103), k행분의 라인 메모리(104), 증폭 회로(105) 및 전송선(106)을 갖는다.

이들 구성 요소 중 칼럼 판독 회로(103), 라인 메모리(104), 증폭 회로(105), 및 전송선(106)에 의해 화소 신호 판독부가 형성된다.

화소 어레이부(101)는 복수의 화소 회로가 m행 n열의 2차원 형상(매트릭스 형상)으로 배열되어 있다.

도 6은 본 실시 형태에 관한 4개의 트랜지스터로 구성되는 CMOS 이미지 센서의 화소의 일례를 도시하는 도면이다.

이 화소 회로(101A)는, 예를 들어 포토다이오드를 포함하는 광전 변환 소자(111)를 갖고 있다.

화소 회로(101A)는 이 1개의 광전 변환 소자(111)에 대해 전송 소자로서의 전송 트랜지스터(112), 리셋 소자로서의 리셋 트랜지스터(113), 증폭 트랜지스터(114), 및 선택 트랜지스터(115)의 4개의 트랜지스터를 능동 소자로서 갖는다.

광전 변환 소자(111)는 입사광을 그 광량에 따른 양의 전하(여기서는 전자)로 광전 변환한다.

전송 트랜지스터(112)는 광전 변환 소자(111)와 출력 노드로서의 부유 확산층 FD와의 사이에 접속되어 있다.

전송 트랜지스터(112)는 전송 제어선 LTx를 통해 그 게이트(전송 게이트)에 구동 신호 TG가 제공됨으로써, 광전 변환 소자(111)에서 광전 변환된 전자를 부유 확산층 FD에 전송한다.

리셋 트랜지스터(113)는 전원 라인 LVDD와 부유 확산층 FD와의 사이에 접속되어 있다.

리셋 트랜지스터(113)는 리셋 제어선 LRST를 통과시켜 그 게이트에 리셋 RST가 제공됨으로써, 부유 확산층 FD의 전위를 전원 라인 LVDD의 전위로 리셋한다.

부유 확산층 FD에는 증폭 트랜지스터(114)의 게이트가 접속되어 있다. 증폭 트랜지스터(114)는 선택 트랜지스터(115)를 통해 신호선 LSGN에 접속되고, 화소부 외의 정전류원과 소스 폴로워를 구성하고 있다.

그리고, 선택 제어선 LSEL을 통해 제어 신호(어드레스 신호 또는 셀렉트 신호) SEL이 선택 트랜지스터(115)의 게이트에 제공되어 선택 트랜지스터(115)가 온된다.

선택 트랜지스터(115)가 온되면, 증폭 트랜지스터(114)는 부유 확산층 FD의 전위를 증폭하여 그 전위에 따른 전압을 신호선(116)에 출력한다. 신호선(116)을 통해 각 화소로부터 출력된 전압은 칼럼 회로(103)에 출력된다.

이들 동작은, 예를 들어 전송 트랜지스터(112), 리셋 트랜지스터(113), 및 선택 트랜지스터(115)의 각 게이트가 행 단위로 접속되어 있는 점에서, 1행분의 각 화소에 대해 동시에 행해진다.

화소 어레이부(101)에 배선되어 있는 리셋 제어선 LRST, 전송 제어선 LTx, 및 선택 제어선 LSEL이 1세트로서 화소 배열의 각 행 단위로 배선되어 있다.

이들 리셋 제어선 LRST, 전송 제어선 LTx, 및 선택 제어선 LSEL은, 화소 구동부로서의 행 선택 회로(102)에 의해 구동된다.

행 선택 회로(102)는 각 리셋 제어선 LRST, 전송 제어선 LTx, 및 선택 제어선 LSEL이 접속되는 제어선에 리셋 신호 RST나 구동 신호 TG를 출력하는, 예를 들어 복수의 시프트 레지스터를 갖는다.

행 선택 회로(102)는, 도시하지 않은 제어계에 의한 제어 신호 CTL에 따른 제어 하, 소위 P상 판독 및 D상 판독을 행할 때에, 이 P상 및 D상 판독을 복수회(본 실시 형태에서는 2회) 행하도록 제어된다.

행 선택 회로(102)는, 제1 P상 및 제1 D상 판독 구동시에는, 전송 트랜지스터(112)의 구동 신호 TG를 로우 레벨로 한 상태에서 D상의 샘플링을 행하도록 구동 신호 TG의 출력 제어를 행한다. 제1 P상 판독은 리셋 판독 동작에 상당하고, 제1 D상 판독은 비전송 판독 동작에 상당한다.

행 선택 회로(102)는, 제2 P상 및 제2 D상 판독 구동시에는, 전송 트랜지스터(112)의 구동 신호 TG를 하이 레벨로 한 상태에서 D상의 샘플링을 행하도록 구동 신호 TG의 출력 제어를 행한다. 제2 P상 판독은 리셋 판독 동작에 상당하고, 제2 D상 판독은 전송 판독 동작에 상당한다.

이 구동 신호 TG를 로우 레벨로 하여 전송 트랜지스터(112)를 오프한 상태에서 D상의 샘플링을 행하는 처리를 TGㆍOFF 신호 처리라 한다.

이 구동 신호 TG를 하이 레벨로 하여 전송 트랜지스터(112)를 온으로 하여 D상의 샘플링을 행하는 처리를 TGㆍON 신호 처리라 한다.

칼럼 판독 회로(103)는 화소 구동 회로(102)에 의해 판독하여 제어된 화소행의 데이터를 수취하고, 전송선(106), 증폭 회로(105)를 통해 후단의 신호 처리 회로에 전송한다.

라인 메모리(104)는 TGㆍOFF 신호 처리의 TGㆍOFF 신호를 보존한다.

본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)는「TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호」의 데이터 센서 출력으로 함으로써, P상 내지 D상 기간의 신호선(116)의 전위 VSL의 강하를 캔슬하는 기능을 갖는다.

본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)는 화소의 1행분을 판독하는 기간에, 제1 판독 구동 및 제2 판독 구동, 및 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호의 출력을 행한다.

이하에, 본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)는「TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호」의 데이터를 센서 출력으로 하는 처리에 대해 도 7의 (A), 도 7의 (B)에 관련시켜 설명한다.

도 7의 (A), 도 7의 (B)는 본 실시 형태에 관한 P상 및 D상 판독을 설명하기 위한 타이밍차트이다.

도 7의 (A)가 TGㆍOFF 신호 처리의 타이밍차트를 나타내고, 도 7의 (B)가 TGㆍON 신호 처리의 타이밍차트를 나타내고 있다.

도 5에 도시한 바와 같은 화소를 m행 n열 배열하여 화소 어레이부(101)에 있어서, 도 7의 (A), 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이 x행째의 화소를 선택하는 기간(1H 기간)에서의 y열의 수직 신호선(116)의 전위 VSL의 변화를 VSLy로 한다(1≤x≤m, 1≤y≤n).

TGㆍOFF 신호 처리에 있어서, x행째의 셀렉트 신호 SELx가 하이 레벨로 됨으로써 x행이 선택되고, 리셋 신호 RSTx 신호가 하이 레벨로 되면, x행 y열의 화소의 부유 확산층 FD가 하이 레벨이 되고, VSLy는 P상이라 불리는 리셋 레벨이 된다.

TGㆍOFF 신호 처리에 있어서, 그 후, 구동 신호 TGx가 로우 레벨로 유지되어 전송 트랜지스터(112)가 오프인 상태로 유지된다.

이때의 센서의 출력이 TGㆍOFF 신호이며, P상 내지 D상 기간의 신호선(116)의 전위 VSL의 강하분을 출력하고 있게 된다.

이 TGㆍOFF 신호는 칼럼 판독 회로(103)를 통해 라인 메모리(104)에 보존된다.

TGㆍOFF 신호 처리에 있어서, x행째의 셀렉트 신호 SELx가 하이 레벨로 됨으로써 x행이 선택되고, 리셋 신호 RSTx 신호가 하이 레벨로 되면, x행 y열의 화소의 부유 확산층 FD가 하이 레벨이 되고, VSLy는 P상이라 불리는 리셋 레벨이 된다.

TGㆍON 신호 처리에 있어서, 그 후, 구동 신호 TGx가 하이 레벨로 유지되어 전송 트랜지스터(112)가 온으로 되면, 화소 내의 전하가 부유 확산층 FD로 이동한다. 그리고, 부유 확산층 FD의 전위가 내려감으로써 신호선(16)의 전위 VSLy는 강하한다.

그때의 신호선(116)의 전위 VSLy의 레벨을 D상으로 한다.

그리고, 이 TGㆍON 신호로부터 라인 메모리(104)에 보존되어 있는 TGㆍOFF 신호를 줄임(TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호)으로써, P상 내지 D상 기간의 신호선(116)의 전위 VSL의 강하분이 캔슬된 신호가 증폭 회로(105)로부터 출력된다.

이상과 같이, 일반 CMOS 이미지 센서에 있어서는, 통상 D상 판독에서는 구동 신호 TG를 하이 레벨로 하여 화소 데이터를 판독한다.

이에 대해, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 P상 및 제1 D상 판독에 있어서, 구동 신호 TG를 로우 레벨로 유지한 상태에서, D상의 샘플링을 행한다.

본 실시 형태에 있어서는, 이때의 센서의 출력을 TGㆍOFF 신호라 부르고, P상 내지 D상 기간의 신호선(116)의 전위 VSL의 강하분을 출력하고 있게 된다.

계속해서, 제2 P상 및 제2 D상 판독에 있어서, 구동 신호 TG를 하이 레벨로 하여 D상의 샘플링을 행한다.

그리고, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 k행(1≤k≤m)마다 도 7의 (A)에 나타내는 TGㆍOFF 신호를 판독하고, k행의 라인 메모리(104)에 보존한다.

그 후, 도 7의 (B)에 나타내는 TGㆍON 신호를 판독하고, 동일한 행의 TGㆍON 신호와 TGㆍOFF 신호의 차분을 출력한다.

일반적으로는, k의 값은 1행, 또는 m행이 되는 경우가 많다.

k=1일 때는, x행 TGㆍOFF 신호→x행 TGㆍON 신호→x+1행 TGㆍOFF 신호→x+1행 TGㆍON 신호→…을 반복하게 된다.

k=m일 때는, TGㆍOFF 신호를 1프레임 판독하고, 프레임 메모리에 보관한 후, TGㆍON 신호를 판독하게 된다.

또한, TGㆍOFF 신호는 온도 변화가 없는 한은 변동이 적다고 생각되므로, 1프레임의 TGㆍOFF 신호를 프레임 메모리에 보관한 후, 그 후, 수 프레임의 TGㆍON 신호에 대해 동일한 프레임의 TGㆍOFF 신호로 차분을 취함으로써 프레임 레이트를 높이는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

일반적인 CMOS 이미지 센서에 있어서는, [센서 출력(TGㆍON 신호)=화소 신호+VSL 전위 강하]로 되어 있었다.

이에 대해, 본 실시 형태의 CMOS 이미지 센서(100)에 있어서는, [센서 출력=TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호=화소 신호+VSL 전위 강하-VSL 전위 강하=화소 신호]가 되고, 기존 CMOS 이미지 센서에서는 캔슬할 수 없었던, 신호선 VSL의 전위 강하를 캔슬한 노이즈가 적은 센서 출력을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 각 행에 관하여 TGㆍON 신호, TGㆍOFF 신호 모두 필요해지므로, TGㆍON 출력밖에 행하지 않는 일반적인 CMOS 이미지 센서와 비교하여, 프레임 레이트를 높이기 어려워질 우려가 있다.

단, P상 내지 D상간의 VSL 전위 강하(FD 백색점 등)가 화면에 대해 큰 영향을 주는 것은, 화소 데이터의 출력이 작은 저조도시이다.

일반적으로, 저조도시는 프레임 레이트를 낮춘 장시간 노광에 의해 신호량을 확보하는 경우가 많다.

그로 인해, 도 8에 도시한 바와 같이, 센서로서 TGㆍON 신호를 출력하는 통상 모드로서의 제1 모드 MODE1, 및 주로 저조도 촬영시에 상술한 실시 형태의「TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호」를 출력하는 제2 모드 MODE2를 갖도록 한다.

그리고, 모드 절환 신호 MSW에 의해 피사체에 따른 모드로 절환하도록 하면, 피사체마다 최적의 구동을 행할 수 있다.

또한, 각 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 열 병렬형의 아날로그-디지털 변환 장치[이하, ADC(Analog digital converter)라 함]를 탑재한 CMOS 이미지 센서로서 구성하는 것도 가능하다.

도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 열 병렬 ADC 탑재 고체 촬상 소자(CMOS 이미지 센서)의 구성예를 나타내는 블록도이다.

이 고체 촬상 소자(200)는, 도 9에 도시한 바와 같이 촬상부로서의 화소부(210), 화소 구동부로서의 행 선택 회로(220), 내부 클록(CLK) 발생 회로(230), 램프(RAMP) 파형 발생 회로(240), 화소 신호 판독부로서의 복수의 ADC[아날로그-디지털(AD) 변환 장치]가 병렬로 배치된 ADC군(250), 증폭 회로(S/A)(260), 및 전송선(270)을 갖는다.

화소부(210)는 포토다이오드와 화소 내 증폭기를 포함하는, 예를 들어 도 6에 도시하는 구성을 갖는 화소(211)가 m행 n열의 매트릭스 형상(행렬 형상)으로 배치되어 구성된다.

ADC군(250)은, 기본적으로 램프 파형 발생 회로(240)에 의해 생성되는 참조 전압을 계단 형상으로 변화시킨 램프 파형(RAMP)과, 행선마다 화소로부터 수직 신호선을 경유하여 얻어지는 아날로그 신호 전위 VSL을 비교하는 비교기(251)와, 비교 시간을 카운트하는 카운터, 카운트 결과를 유지하는 예를 들어 N 비트의 메모리를 포함하는 래치를 갖는 업 다운 카운터(252)를 포함하는 ADC가 복수열 배열되어 있다.

ADC군(250)은 n 비트 디지털 신호 변환 기능을 갖고, 각 수직 신호선(열선)마다 배치되고, 열 병렬 ADC 블록이 구성된다.

각 래치의 출력은, 예를 들어 2n 비트 폭의 전송선(270)에 접속되어 있다.

그리고, 전송선(270)에 대응한 증폭 회로(260)가 배치된다.

기본적으로, ADC군(250)에 있어서는, 수직 신호선에 판독된 아날로그 화소 신호 Vsig(전위 VSL)는 열마다 배치된 비교기(콤퍼레이터)(251)에서 참조 전압으로서의 슬로프 파형인 램프 파형 RAMP와 비교된다.

이때, 비교기(251)와 마찬가지로 열마다 배치된 업 다운 카운터(252)가 동작하고 있고, 램프 파형 RAMP의 임의의 전위 Vslop와 카운터값이 일대일 대응을 취하면서 변화함으로써 수직 신호선의 전위(아날로그 신호) VSL을 디지털 신호로 변환한다.

참조 전압 Vslop의 변화는 전압의 변화를 시간의 변화로 변환하는 것이며, 그 시간을 임의의 주기(클록)로 셈으로써 디지털값으로 변환하는 것이다.

그리고 아날로그 전기 신호 VSL과 참조 전압 Vslop가 교차하였을 때, 비교기(251)의 출력이 반전하고, 업 다운 카운터(252)의 입력 클록을 정지하거나, 또는 입력을 정지하고 있었던 클록을 업 다운 카운터(252)에 입력하여 AD 변환을 완료시킨다.

이상의 AD 변환 기간 종료 후, 래치에 유지된 데이터가 전송선(270)에 전송되고, 증폭 회로(260)를 거쳐 도시하지 않은 신호 처리 회로에 입력되어, 소정의 신호 처리에 의해 2차원 화상이 생성된다.

이와 같이, [TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호] 출력을 실현하는 회로 구성으로서, 각 열에 업 다운 카운터를 사용한 칼럼 ADC 회로에 적용함으로써, 라인 메모리를 필요로 하지 않는 [TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호] 출력을 실현할 수 있다.

이 구성은, [TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호] 출력에 가장 유효한 회로의 하나이다.

상술한 바와 같이, 각 열의 신호 전위 VSL은 램프 파형 RAMP와 비교되고, 비교기(251)의 출력이 반전될 때까지의 클록 CLK의 수를 카운트함으로써, 각 칼럼에서 아날로그로부터 디지털 변환된 센서 출력을 얻을 수 있다.

또한, P상시에 다운 카운트, D상시에 업 카운트를 함으로써, D상-P상의 CDS를 각 칼럼에서 행할 수 있다.

도 10은, 도 9의 CMOS 이미지 센서에 있어서의 [TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호] 출력을 실현하는 1H 기간의 판독 방법을 나타내는 타이밍차트이다.

이 경우, 1H 기간에 TGㆍON 판독 기간과 TGㆍOFF 판독 구간의 2개의 기간이 포함된다. 이 순서는 어느 쪽이어도 좋지만, 도 10에 있어서는 TGㆍOFF 판독 기간을 먼저 행한 예를 나타내고 있다.

TGㆍOFF 판독 기간에 있어서는, 리셋 신호 RSTx를 하이 레벨로 한 후, P상 1의 값을 업 다운 카운터(252)로 업 카운트한다.

그 후, 구동 신호 TG를 로우 레벨인 상태에서, D상 1을 업 다운 카운터(252)로 다운 카운트한다.

TGㆍON 판독 기간에 있어서는, 리셋 신호 RSTx를 하이 레벨로 한 후, P상 2의 값을 업 다운 카운터(252)로 다운 카운트한다.

그 후, 구동 신호 TG를 하이 레벨로 하여, D상 2를 업 다운 카운터(252)로 업 카운트한다.

TGㆍOFF 판독 기간과 TGㆍON 판독 기간의 VSL의 거동의 차이는, D상시의 구동 신호 TG가 TGㆍOFF 판독 기간에서 로우 레벨(TG=Low), TGㆍON 판독 기간에서 하이 레벨(TG=High)로 되어 있는 것이다.

결국, 도 10에 나타내는 판독 방법에 의해, 센서 출력은 [센서 출력=TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호=D상 2-P상 2-(D상 1-P상 1)=D상 1-P상 1-P상 2+D상 2]가 된다.

이와 같이, 업 다운 카운터를 사용한 칼럼 ADC에 의해 특별한 라인 메모리를 필요로 하지 않고 [TGㆍON 신호-TGㆍOFF 신호] 출력을 실현할 수 있다.

또한, P상 1과 P상 2는 기본적으로 같은 전위로 되는 것이므로, 도 11에 도시한 바와 같이 TGㆍOFF 출력을 다운 카운트(P상), TGㆍON 출력을 업 카운트(D상)함으로써, 램프 파형 RAMP와 카운터의 동작을 간략화하는 것이 가능해진다.

이에 의해, 보다 저소비 전력화, 고속화가 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

P상 내지 D상간의 신호 전위 VSL의 전위 강하 기인의 TGㆍOFF 백색점, 세로 줄, 쉐이딩 등을 캔슬한 노이즈가 적은(TGㆍOFF 캔슬 출력) 화상을 얻을 수 있다.

업 다운 카운터를 사용한 칼럼 ADC 회로에 적용함으로써, 라인 메모리 없이, 노이즈가 적은, TGㆍOFF 캔슬 출력의 화상을 얻을 수 있다.

통상은 고프레임 레이트로 촬상을 행하고, TGㆍOFF 백색점 등이 눈에 띄는 저조도시에는, TGㆍOFF 캔슬 출력 모드로 절환함으로써 피사체마다 최적의 화상을 얻을 수 있다.

이러한 효과를 갖는 고체 촬상 소자는 디지털 카메라나 비디오 카메라의 촬상 디바이스로서 적용할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자가 적용되는 카메라 시스템의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.

본 카메라 시스템(300)은, 도 12에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 CMOS 이미지 센서(고체 촬상 소자)(100, 200)가 적용 가능한 촬상 디바이스(310)와, 이 촬상 디바이스(310)의 화소 영역에 입사광을 유도하는(피사체상을 결상함) 광학계, 예를 들어 입사광(상광)을 촬상면 상에 결상시키는 렌즈(320)와, 촬상 디바이스(310)를 구동하는 구동 회로(DRV)(330)와, 촬상 디바이스(310)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(PRC)(340)를 갖는다.

구동 회로(330)는 촬상 디바이스(310) 내의 회로를 구동하는 시작 펄스나 클록 펄스를 포함하는 각종 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터(도시하지 않음)를 갖고, 소정의 타이밍 신호로 촬상 디바이스(310)를 구동한다.

또한, 신호 처리 회로(340)는 촬상 디바이스(310)의 출력 신호에 대해 소정의 신호 처리를 실시한다.

신호 처리 회로(340)에서 처리된 화상 신호는, 예를 들어 메모리 등의 기록 매체에 기록된다. 기록 매체에 기록된 화상 정보는 프린터 등에 의해 하드 카피된다. 또한, 신호 처리 회로(340)에서 처리된 화상 신호를 액정 디스플레이 등을 포함하는 모니터에 동화상으로서 비추어진다.

상술한 바와 같이, 디지털 스틸 카메라 등의 촬상 장치에 있어서, 촬상 디바이스(310)로서, 앞서 설명한 촬상 소자(100, 200)를 탑재함으로써, 저소비 전력으로, 고정밀도의 카메라를 실현할 수 있다.

Claims (13)

1. 고체 촬상 장치로서,
   광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 노광 시간에 따라서 축적하는 기구를 갖는 복수의 화소 회로가 행렬 형상으로 배열된 화소부와,
   상기 화소부의 신호 전하의 축적, 전송 및 출력을 행하도록 구동 가능한 화소 구동부와,
   상기 화소부로부터 화소의 신호의 판독을 행하는 화소 신호 판독부를 갖고,
   상기 화소부의 화소 회로는,
   출력 노드와,
   광 신호를 전기 신호로 변환하여 신호 전하를 축적하는 광전 변환 소자와,
   구동 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 광전 변환 소자의 전하를 상기 출력 노드에 전송하는 전송 소자를 포함하고,
   상기 화소 구동부는,
   상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제1 판독 구동과,
   상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 상기 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고,
   상기 화소 신호 판독부는,
   상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호를 출력하는 기능을 갖는, 고체 촬상 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 화소 구동부 및 상기 화소 신호 판독부는,
   화소의 1행분을 판독하는 기간에, 상기 제1 판독 구동 및 제2 판독 구동, 및 상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호의 출력을 행하는, 고체 촬상 소자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화소 신호 판독부는,
   화소의 열 배열에 대응하여 배치되고, 판독 신호 전위와 참조 전압을 비교 판정하여, 그 판정 신호를 출력하는 복수의 비교기와,
   상기 비교기의 출력에 의해 동작이 제어되고, 대응하는 상기 비교기의 비교 시간을 카운트하는 복수의 업 다운 카운터를 포함하는, 고체 촬상 소자.
4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 업 다운 카운터는,
   상기 제1 판독 구동시에는 다운 카운트 또는 업 카운트를 행하고,
   상기 제2 판독 구동시에는 업 카운트 또는 다운 카운트를 행하는, 고체 촬상 소자.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 모드 절환 신호에 의해 제1 모드와 제2 모드의 절환이 가능하고,
   상기 제1 모드시에는,
   상기 화소 구동부는,
   상기 제2 판독 구동만을 행하고,
   상기 화소 신호 판독부는,
   상기 제2 판독 구동에 의해 판독한 신호를 출력하고,
   상기 제2 모드시에는,
   상기 화소 구동부는,
   상기 제1 판독 구동 및 제2 판독 구동을 행하고,
   상기 화소 신호 판독부는,
   상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호를 출력하는, 고체 촬상 소자.
6. 고체 활상 소자로서,
   광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 노광 시간에 따라서 축적하는 기구를 갖는 복수의 화소 회로가 행렬 형상으로 배열된 화소부와,
   상기 화소부의 리셋, 신호 전하의 축적 및 출력을 행하도록 구동 가능한 화소 구동부와,
   상기 화소부로부터 화소의 신호의 판독을 행하는 화소 신호 판독부를 갖고,
   상기 화소부의 화소 회로는,
   출력 노드와,
   광 신호를 전기 신호로 변환하여 신호 전하를 축적하는 광전 변환 소자와,
   리셋 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 출력 노드를 리셋하는 리셋 소자와,
   구동 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 광전 변환 소자의 전하를 상기 출력 노드에 전송하는 전송 소자를 포함하고,
   상기 화소 구동부는,
   상기 리셋 신호에 의해 상기 리셋 소자를 온시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 리셋 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 비전송 판독 구동을 행하는 제1 판독 구동과,
   상기 리셋 신호에 의해 상기 리셋 소자를 온시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 리셋 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 상기 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 전송 판독 구동을 행하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고,
   상기 화소 신호 판독부는,
   상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호의 차분에 따른 신호를 출력하는 기능을 갖는, 고체 촬상 소자.
7. 제6항에 있어서, 상기 화소 구동부 및 상기 화소 신호 판독부는,
   화소의 1행분을 판독하는 기간에, 상기 제1 판독 구동 및 제2 판독 구동, 및 상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호의 출력을 행하는, 고체 촬상 소자.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 화소 신호 판독부는,
   화소의 열 배열에 대응하여 배치되고, 판독 신호 전위와 참조 전압을 비교 판정하여, 그 판정 신호를 출력하는 복수의 비교기와,
   상기 비교기의 출력에 의해 동작이 제어되고, 대응하는 상기 비교기의 비교 시간을 카운트하는 복수의 업 다운 카운터를 포함하는, 고체 촬상 소자.
9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 업 다운 카운터는,
   상기 제1 판독 구동시에는,
   상기 리셋 판독 구동에 있어서 업 카운트 또는 다운 카운트를 행하고,
   상기 비전송 판독 구동에 있어서 다운 카운트 또는 업 카운트를 행하고,
   상기 제2 판독 구동시에는,
   상기 리셋 판독 구동에 있어서 다운 카운트 또는 업 카운트를 행하고,
   상기 전송 판독 구동에 있어서 업 카운트 또는 다운 카운트를 행하는, 고체 촬상 소자.
10. 제8항에 있어서, 상기 복수의 업 다운 카운터는,
    상기 제1 판독 구동시에는,
    상기 비전송 판독 구동에 있어서 다운 카운트 또는 업 카운트를 행하고,
    상기 제2 판독 구동시에는,
    상기 전송 판독 구동에 있어서 업 카운트 또는 다운 카운트를 행하는, 고체 촬상 소자.
11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 모드 절환 신호에 의해 제1 모드와 제2 모드의 절환이 가능하고,
    상기 제1 모드시에는,
    상기 화소 구동부는,
    상기 제2 판독 구동만을 행하고,
    상기 화소 신호 판독부는,
    상기 제2 판독 구동에 의해 판독한 신호를 출력하고,
    상기 제2 모드시에는,
    상기 화소 구동부는,
    상기 제1 판독 구동 및 제2 판독 구동을 행하고,
    상기 화소 신호 판독부는,
    상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호를 출력하는, 고체 촬상 소자.
12. 카메라 시스템으로서,
    고체 촬상 소자와,
    상기 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계와,
    상기 고체 촬상 소자의 출력 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 갖고,
    상기 고체 촬상 소자는,
    광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 노광 시간에 따라서 축적하는 기구를 갖는 복수의 화소 회로가 행렬 형상으로 배열된 화소부와,
    상기 화소부의 신호 전하의 축적, 전송 및 출력을 행하도록 구동 가능한 화소 구동부와,
    상기 화소부로부터 화소의 신호의 판독을 행하는 화소 신호 판독부를 갖고,
    상기 화소부의 화소 회로는,
    출력 노드와,
    광 신호를 전기 신호로 변환하여 신호 전하를 축적하는 광전 변환 소자와,
    구동 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 광전 변환 소자의 전하를 상기 출력 노드에 전송하는 전송 소자를 포함하고,
    상기 화소 구동부는,
    상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제1 판독 구동과,
    상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 상기 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고,
    상기 화소 신호 판독부는,
    상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호의 차분에 따른 신호를 출력하는 기능을 갖는, 카메라 시스템.
13. 카메라 시스템으로서,
    고체 촬상 소자와,
    상기 고체 촬상 소자에 피사체상을 결상하는 광학계와,
    상기 고체 촬상 소자의 출력 화상 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 갖고,
    상기 고체 촬상 소자는,
    광 신호를 전기 신호로 변환하고, 그 전기 신호를 노광 시간에 따라서 축적하는 기구를 갖는 복수의 화소 회로가 행렬 형상으로 배열된 화소부와,
    상기 화소부의 리셋, 신호 전하의 축적 및 출력을 행하도록 구동 가능한 화소 구동부와,
    상기 화소부로부터 화소의 신호의 판독을 행하는 화소 신호 판독부를 갖고,
    상기 화소부의 화소 회로는,
    출력 노드와,
    광 신호를 전기 신호로 변환하여 신호 전하를 축적하는 광전 변환 소자와,
    리셋 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 출력 노드를 리셋하는 리셋 소자와,
    구동 신호에 의해 온, 오프되고, 온 상태에서 상기 광전 변환 소자의 전하를 상기 출력 노드에 전송하는 전송 소자를 포함하고,
    상기 화소 구동부는,
    상기 리셋 신호에 의해 상기 리셋 소자를 온시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 리셋 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 오프시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 비전송 판독 구동을 행하는 제1 판독 구동과,
    상기 리셋 신호에 의해 상기 리셋 소자를 온시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 리셋 판독 구동과, 상기 구동 신호에 의해 상기 전송 소자를 온시켜 신호 전하를 상기 출력 노드에 전송시켜 출력 노드의 신호를 출력하는 전송 판독 구동을 행하는 제2 판독 구동을 행하는 것이 가능하고,
    상기 화소 신호 판독부는,
    상기 제2 판독 구동에 의해 판독된 신호와 상기 제1 판독 구동에 의해 판독된 신호와의 차분에 따른 신호를 출력하는 기능을 갖는, 카메라 시스템.

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