(57)【要約】【課題】高精細撮像および高速撮像それぞれに切り替えて用いることが可能で鮮明な画像を得ることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像装置１は、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎ、Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎおよびＮ個の信号処理部Ｓｎを備える。Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎはＭ行Ｎ列に２次元配列されており、各画素部Ｐｍ，ｎは第ｍ行第ｎ列に位置する。各電圧保持部Ｈｋ，ｎは、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎのうちの第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１，ｎ〜ＰＭ，ｎから選択される何れかの画素部から出力される電圧値を入力して保持することができ、また、その保持している電圧値を出力することができる。各信号処理部Ｓｎは、２個の電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ２，ｎそれぞれから出力される電圧値を入力し、これら電圧値を基に所定の信号処理を行なって、その処理結果を表す電圧値を出力する。【選択図】  図１
2005005785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、ゲート端子に入力している電荷の量に応じた電圧値を出力する増幅用トランジスタと、前記フォトダイオードで発生した電荷を前記増幅用トランジスタのゲート端子へ転送する転送用トランジスタと、前記増幅用トランジスタのゲート端子の電荷を放電する放電用トランジスタと、前記増幅用トランジスタから出力される電圧値を選択的に出力する選択用トランジスタとを各々含み、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されたＭ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎと（ただし、ＭおよびＮそれぞれは２以上の整数、ｍは１以上Ｍ以下の各整数、ｎは１以上Ｎ以下の各整数）、
前記Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎのうちから選択される何れかの画素部の前記選択用トランジスタから出力される電圧値を入力して保持するＫ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎと（ただし、Ｋは２以上Ｍ以下の整数、ｋは１以上Ｋ以下の各整数）、
前記Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎのうちから選択される何れかの１または２以上の各電圧保持部から出力される電圧値を入力し、その入力した電圧値の総和に応じた電圧値を出力する電圧加算回路と、
前記Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎの各列について、該列にあるＭ個の画素部Ｐ１，ｎ〜ＰＭ，ｎのうちから何れかのＫ個の画素部を選択して、その選択したＫ個の画素部それぞれの前記選択用トランジスタから出力される電圧値を、前記Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎのうち該列に対応するＫ個の電圧保持部Ｈ１，ｎ〜ＨＫ，ｎに入力させる第１選択手段と、
前記Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎのうちから何れかの１または２以上の電圧保持部を選択して、その選択した各電圧保持部に保持されている電圧値を該電圧保持部から出力させて前記電圧加算回路に入力させる第２選択手段と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記電圧保持部が、前記第１選択手段により選択された画素部の前記選択用トランジスタから出力される電圧値を各々入力して保持する第１保持部および第２保持部を含み、
前記電圧加算回路が、前記第２選択手段により選択された電圧保持部の前記第１保持部から出力される電圧値の総和と、該電圧保持部の前記第２保持部から出力される電圧値の総和と、の差に応じた電圧値を出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎの各列に対して前記電圧加算回路が１つずつ設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎの複数列に対して前記電圧加算回路が１つずつ設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトダイオードを含むアクティブピクセル型の画素部がＭ行Ｎ列に２次元配列された固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置として、ＣＭＯＳ技術を用いたものが知られており、また、その中でもアクティブピクセル方式のものが知られている。アクティブピクセル方式の固体撮像装置は、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードを含むアクティブピクセル型の画素部がＭ行Ｎ列に２次元配列されていて、各画素部において光入射に応じてフォトダイオードで発生した電荷を、トランジスタからなるソースフォロワ回路を経て電荷−電圧変換するものであり、低ノイズで撮像を行なうことができる。
【０００３】
このようなアクティブピクセル方式の固体撮像装置は、近年では、ＦＡなどの産業用途に用いられているだけでなく、携帯電話などの民生用途にも用いられており、用途範囲が拡大しつつある。ところで、固体撮像装置の用途として、多くの画素数で撮像することで高精細の画像を得たい場合と、画素数を少なくしてでも高速に画像を得たい場合とがある。特許文献１には、このような２つの用途それぞれに切り替えて用いることができる固体撮像装置が開示されている。
【０００４】
図８は、特許文献１に開示された固体撮像装置の受光部の単位セルの構成図である。この図に示される単位セルＳは、受光部において２次元配列された多数の画素のうちの２×２画素分に相当するものであって、４つのフォトダイオードａ１１，ａ１２，ａ２１およびａ２２、４つの転送用トランジスタＭＴＸ１，ＭＴＸ２，ＭＴＸ３およびＭＴＸ４、１つの増幅用トランジスタＭＳＦ、１つの放電用トランジスタＭＲＥＳ、ならびに、１つの選択用トランジスタＭＳＥＬを含む。
【０００５】
増幅用トランジスタＭＳＦのゲート端子および放電用トランジスタＭＲＥＳのドレイン端子それぞれには、転送用トランジスタＭＴＸ１を介してフォトダイオードａ１１のカソード端子が接続され、転送用トランジスタＭＴＸ２を介してフォトダイオードａ１２のカソード端子が接続され、転送用トランジスタＭＴＸ３を介してフォトダイオードａ２１のカソード端子が接続され、また、転送用トランジスタＭＴＸ４を介してフォトダイオードａ２２のカソード端子が接続されている。増幅用トランジスタＭＳＦおよび選択用トランジスタＭＳＥＬは、ソースフォロワ回路を構成しており、４つのフォトダイオードａ１１，ａ１２，ａ２１およびａ２２のうちから選択された１個または２個以上のフォトダイオードで発生した電荷を読み出して、その電荷の総量に応じた電圧値を出力する。
【０００６】
電荷が読み出されるべきフォトダイオードの選択は、４つの転送用トランジスタＭＴＸ１〜ＭＴＸ４それぞれのゲート端子への電圧印加により為される。例えば、この固体撮像装置は、４つのフォトダイオードａ１１，ａ１２，ａ２１およびａ２２それぞれが個々に選択される場合には、多くの画素数で撮像することができて、高精細の画像を得ることができる。また、この固体撮像装置は、４つのフォトダイオードａ１１，ａ１２，ａ２１およびａ２２の全てが同時に選択される場合には、画素数が少なくなるものの、高速に画像を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−５９６９６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に開示された固体撮像装置は以下のような問題点を有している。すなわち、増幅用トランジスタＭＳＦのゲート容量を含む寄生容量部の容量値の総和をＣとし、単位セルＳ内で選択された各フォトダイオードで発生して寄生容量部に蓄積される電荷の総量をＱとすると、電荷−電圧変換により得られる出力電圧値Ｖは「Ｖ＝Ｑ／Ｃ」なる式で表される。この式から判るように、撮像感度を高くするには、寄生容量部の容量値Ｃを小さくすることが必要である。一方、出力電圧値Ｖは、使用可能な電源電圧範囲および回路系の制約により、１Ｖ程度が上限である。
【０００９】
このことから、寄生容量部に蓄積され得る電荷の量Ｑにも上限がある。しかし、その上限値（飽和電荷量）は、単位セルＳ内で選択されるフォトダイオードの個数に依らず一定値である。したがって、高速撮像時に単位セルＳ内で選択されるフォトダイオードの個数が多いと、それらのフォトダイオードで発生する電荷の総量Ｑが飽和電荷量を超える場合があり、その場合には、出力電圧値Ｖと電荷量Ｑとの間の関係が上記関係式「Ｖ＝Ｑ／Ｃ」から外れて、撮像により得られる画像は不鮮明なものとなる。
【００１０】
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、高精細撮像および高速撮像それぞれに切り替えて用いることが可能であって何れの場合であっても鮮明な画像を得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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像装置は、（１）  入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、ゲート端子に入力している電荷の量に応じた電圧値を出力する増幅用トランジスタと、フォトダイオードで発生した電荷を増幅用トランジスタのゲート端子へ転送する転送用トランジスタと、増幅用トランジスタのゲート端子の電荷を放電する放電用トランジスタと、増幅用トランジスタから出力される電圧値を選択的に出力する選択用トランジスタとを各々含み、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されたＭ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎと、（２）  Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎのうちから選択される何れかの画素部の選択用トランジスタから出力される電圧値を入力して保持するＫ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎと、（３）  Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎのうちから選択される何れかの１または２以上の各電圧保持部から出力される電圧値を入力し、その入力した電圧値の総和に応じた電圧値を出力する電圧加算回路と、（４）  Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎの各列について、該列にあるＭ個の画素部Ｐ１，ｎ〜ＰＭ，ｎのうちから何れかのＫ個の画素部を選択して、その選択したＫ個の画素部それぞれの選択用トランジスタから出力される電圧値を、Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎのうち該列に対応するＫ個の電圧保持部Ｈ１，ｎ〜ＨＫ，ｎに入力させる第１選択手段と、（５）  Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎのうちから何れかの１または２以上の電圧保持部を選択して、その選択した各電圧保持部に保持されている電圧値を該電圧保持部から出力させて電圧加算回路に入力させる第２選択手段と、を備えることを特徴とする。ただし、ＭおよびＮそれぞれは２以上の整数であり、Ｋは２以上Ｍ以下の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の各整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数であり、ｋは１以上Ｋ以下の各整数である。
【００１２】
この固体撮像装置によれば、Ｍ行×Ｎ列に２次元配列された画素部の何れかに光が入射すると、その画素部に含まれるフォトダイオードは入射光強度に応じた量の電荷を発生する。その電荷は転送用トランジスタを経て増幅用トランジスタのゲート端子に入力し、その電荷量に応じて増幅用トランジスタから出力される電圧値は選択用トランジスタを経て画素部から出力される。画素部から出力された電圧値は、その画素部と選択的に接続されている電圧保持部に入力して、その電圧保持部により保持される。そして、その電圧保持部により保持されている電圧は、その電圧保持部から出力されて電圧加算回路に入力する。電圧加算回路では、選択された何れかの１または２以上の各電圧保持部から出力される電圧値が入力され、その入力された電圧値の総和に応じた電圧値が出力される。画素部と電圧保持部との間の選択的な接続は第１選択手段により為され、電圧保持部と電圧加算回路との間の選択的な接続は第２選択手段により為される。これらの選択的な接続が適切に行なわれることにより、この固体撮像装置は、高精細撮像および高速撮像それぞれに切り替えて用いることが可能であり、また、高速撮像時においても鮮明な画像を得ることができる。
【００１３】
本発明に係る固体撮像装置では、電圧保持部は、第１選択手段により選択された画素部の選択用トランジスタから出力される電圧値を各々入力して保持する第１保持部および第２保持部を含み、電圧加算回路は、第２選択手段により選択された電圧保持部の第１保持部から出力される電圧値の総和と、該電圧保持部の第２保持部から出力される電圧値の総和と、の差に応じた電圧値を出力するのが好適である。この場合には、例えば、初期化直後に画素部から出力される電圧値（暗信号成分）が電圧保持部の第１保持部に保持され、フォトダイオードで発生した電荷が増幅用トランジスタのゲート端子に転送されているときに画素部から出力される電圧値（明信号成分）が電圧保持部の第２保持部に保持される。そして、電圧加算回路において、電圧保持部の第１保持部から出力される電圧値（暗信号成分）の総和と、電圧保持部の第２保持部から出力される電圧値（明信号成分）の総和と、の差に応じた電圧値が求められる。これにより、ノイズが低減された画像を得ることができる。
【００１４】
本発明に係る固体撮像装置は、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎの各列に対して電圧加算回路が１つずつ設けられているのが好適であり、この場合には、列方向について画素部のデータを纏め読みすることができる。また、本発明に係る固体撮像装置は、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎの複数列に対して電圧加算回路が１つずつ設けられているのが好適であり、この場合には、行方向および列方向の双方または何れか一方について画素部のデータを纏め読みすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施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。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置１の構成図である。この図に示される固体撮像装置１は、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎ、Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎおよびＮ個の信号処理部Ｓｎを備える。ここで、ＭおよびＮそれぞれは２以上の整数であり、Ｋは２以上Ｍ以下の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の各整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数であり、ｋは１以上Ｋ以下の各整数である。なお、図１では、Ｋ＝２としている。また、Ｍは偶数である。
【００１７】
Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎはＭ行Ｎ列に２次元配列されており、各画素部Ｐｍ，ｎは第ｍ行第ｎ列に位置する。各画素部Ｐｍ，ｎは、共通の構成を有しており、フォトダイオードを含むアクティブピクセル型のものであり、該フォトダイオードに入射した光の強度に応じた電圧値を出力する。
【００１８】
各電圧保持部Ｈｋ，ｎは、共通の構成を有しており、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎのうちの第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１，ｎ〜ＰＭ，ｎから選択される何れかの画素部から出力される電圧値を入力して保持することができ、また、その保持している電圧値を出力することができる。特に、第１行の電圧保持部Ｈ１，ｎは、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎのうちの奇数行目にある画素部と配線で接続されており、第２行の電圧保持部Ｈ２，ｎは、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎのうちの偶数行目にある画素部と配線で接続されている。
【００１９】
各信号処理部Ｓｎは、共通の構成を有しており、２個の電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ２，ｎそれぞれから出力される電圧値を入力し、これら電圧値を基に所定の信号処理を行なって、その処理結果を表す電圧値を出力する。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる画素部Ｐｍ，ｎおよび電圧保持部Ｈｋ，ｎの回路図である。各画素部Ｐｍ，ｎは、入射光強度に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードＰＤ、ゲート端子に入力している電荷の量に応じた電圧値を出力する増幅用トランジスタＴ１、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を増幅用トランジスタＴ１のゲート端子へ転送する為の転送用トランジスタＴ２、増幅用トランジスタＴ１のゲート端子の電荷を放電する為の放電用トランジスタＴ３、および、増幅用トランジスタＴ１から出力される電圧値を外部の配線Ｌｎへ出力する為の選択用トランジスタＴ４を含む。
【００２１】
フォトダイオードＰＤは、そのアノード端子が接地電位とされている。増幅用トランジスタＴ１は、そのドレイン端子がバイアス電位とされている。転送用トランジスタＴ２は、そのドレイン端子が増幅用トランジスタＴ１のゲート端子に接続され、そのソース端子がフォトダイオードＰＤのカソード端子に接続されている。放電用トランジスタＴ３は、そのソース端子が増幅用トランジスタＴ１のゲート端子に接続され、そのドレイン端子がバイアス電位とされている。選択用トランジスタＴ４は、そのソース端子が増幅用トランジスタＴ１のソース端子と接続され、そのドレイン端子が配線Ｌｎと接続されている。
【００２２】
転送用トランジスタＴ２は、そのゲート端子に転送制御信号Ｓｔｒａｎｓを入力し、その転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルであるときに、フォトダイオードＰＤで発生した電荷を増幅用トランジスタＴ１のゲート端子へ転送する。放電用トランジスタＴ３は、そのゲート端子に放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔを入力し、その放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔがハイレベルであるときに、増幅用トランジスタＴ１のゲート端子の電荷を放電する。選択用トランジスタＴ４は、そのゲート端子に第ｍ行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，ｍを入力し、その第ｍ行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，ｍがハイレベルであるときに、増幅用トランジスタＴ１から出力される電圧値を外部の配線Ｌｎへ出力する。
【００２３】
このように構成される各画素部Ｐｍ，ｎは、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがローレベルであって放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔがハイレベルとなることで、増幅用トランジスタＴ１のゲート端子の電荷が放電され、第ｍ行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，ｍがハイレベルであれば、その初期化状態にある増幅用トランジスタＴ１から出力される電圧値（暗信号成分）が選択用トランジスタＴ４を経て配線Ｌｎに出力される。一方、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔがローレベルであって、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓおよび第ｍ行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，ｍそれぞれがハイレベルであれば、フォトダイオードＰＤで発生した電荷は増幅用トランジスタＴ１のゲート端子に入力して、その電荷の量に応じて増幅用トランジスタＴ１から出力される電圧値（明信号成分）が選択用トランジスタＴ４を経て配線Ｌｎに出力される。
【００２４】
各電圧保持部Ｈｋ，ｎは、共通の構成を有しており、第１保持部Ｈｋ，ｎ，１および第２保持部Ｈｋ，ｎ，２を含む。第１保持部Ｈｋ，ｎ，１および第２保持部Ｈｋ，ｎ，２それぞれは、互いに同様の構成であり、第ｎ列にあるＭ個の画素部Ｐ１，ｎ〜ＰＭ，ｎのうちから選択される何れかの画素部の選択用トランジスタＴ４から出力される電圧値を入力して保持することができ、また、その保持している電圧値を出力することができる。
【００２５】
第１保持部Ｈｋ，ｎ，１は、トランジスタＴ１１、トランジスタＴ１２およびコンデンサＣ１を含む。コンデンサＣ１の一端は接地電位とされ、コンデンサＣ１の他端は、トランジスタＴ１１のドレイン端子およびトランジスタＴ１２のソース端子それぞれと接続されている。トランジスタＴ１１のソース端子は、配線Ｌｎを介して画素部Ｐｍ，ｎの選択用トランジスタＴ４と接続されている。トランジスタＴ１２のドレイン端子は、信号処理部Ｓｎの入力端と接続されている。このように構成される第１保持部Ｈｋ，ｎ，１は、トランジスタＴ１１のゲート端子に入力する第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，ｋ，１がハイレベルであるときに、配線Ｌｎを介して接続されている画素部Ｐｍ，ｎから出力される電圧値をコンデンサＣ１に保持させ、トランジスタＴ１２のゲート端子に入力する出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，ｋがハイレベルであるときに、コンデンサＣ１に保持されている電圧値Ｖｋ，ｎ，１を信号処理部Ｓｎへ出力する。
【００２６】
第２保持部Ｈｋ，ｎ，２は、トランジスタＴ２１、トランジスタＴ２２およびコンデンサＣ２を含む。コンデンサＣ２の一端は接地電位とされ、コンデンサＣ２の他端は、トランジスタＴ２１のドレイン端子およびトランジスタＴ２２のソース端子それぞれと接続されている。トランジスタＴ２１のソース端子は、配線Ｌｎを介して画素部Ｐｍ，ｎの選択用トランジスタＴ４と接続されている。トランジスタＴ２２のドレイン端子は、信号処理部Ｓｎの入力端と接続されている。このように構成される第２保持部Ｈｋ，ｎ，２は、トランジスタＴ２１のゲート端子に入力する第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，ｋ，２がハイレベルであるときに、配線Ｌｎを介して接続されている画素部Ｐｍ，ｎから出力される電圧値をコンデンサＣ２に保持させ、トランジスタＴ２２のゲート端子に入力する出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，ｋがハイレベルであるときに、コンデンサＣ２に保持されている電圧値Ｖｋ，ｎ，２を信号処理部Ｓｎへ出力する。
【００２７】
第１保持部Ｈｋ，ｎ，１および第２保持部Ｈｋ，ｎ，２それぞれは、互いに異なるタイミングで動作する。例えば、第１保持部Ｈｋ，ｎ，１は、配線Ｌｎを介して接続されている画素部Ｐｍ，ｎにおいて転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがローレベルであって放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔおよび第ｍ行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，ｍそれぞれがハイレベルであるときに増幅用トランジスタＴ１から出力される電圧値（暗信号成分）Ｖｋ，ｎ，１を入力して保持する。一方、第２保持部Ｈｋ，ｎ，２は、配線Ｌｎを介して接続されている画素部Ｐｍ，ｎにおいて放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔがローレベルであって転送制御信号Ｓｔｒａｎｓおよび第ｍ行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，ｍそれぞれがハイレベルであるときに増幅用トランジスタＴ１から出力される電圧値（明信号成分）Ｖｋ，ｎ，２を入力して保持する。
【００２８】
なお、各列について、Ｍ個の画素部Ｐ１，ｎ〜ＰＭ，ｎそれぞれの選択用トランジスタＴ４、ならびに、Ｋ個の電圧保持部Ｈ１，ｎ〜ＨＫ，ｎそれぞれのトランジスタＴ１１およびＴ２１は、Ｍ個の画素部Ｐ１，ｎ〜ＰＭ，ｎのうちから何れかのＫ個の画素部を選択して、その選択したＫ個の画素部それぞれの選択用トランジスタＴ４から出力される電圧値を、Ｋ個の電圧保持部Ｈ１，ｎ〜ＨＫ，ｎに入力させるものである。また、各電圧保持部Ｈｋ，ｎのトランジスタＴ１２およびＴ２２は、何れかの１または２以上の電圧保持部を選択して、その選択した電圧保持部に保持されている電圧値を該電圧保持部から出力させて電圧加算回路Ｓｎに入力させるものである。
【００２９】
図３は、本実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる信号処理部Ｓｎの回路図である。各信号処理部Ｓｎは、共通の構成を有しており、電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４および電圧加算回路Ａを含む。信号処理部Ｓｎは、２個の電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ２，ｎと接続されている。
【００３０】
電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４それぞれは、共通の構成を有しており、アンプの反転入力端子と出力端子とが互いに直接に接続されており、高入力インピーダンスおよび低出力インピーダンスを有し、理想的には増幅率１の増幅回路である。電圧保持部Ｈ１，ｎの第１保持部Ｈ１，ｎ，１のトランジスタＴ１２から出力される電圧値Ｖ１，ｎ，１は、電圧フォロワ回路Ｆ１のアンプの非反転入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ１，ｎの第２保持部Ｈ１，ｎ，２のトランジスタＴ２２から出力される電圧値Ｖ１，ｎ，２は、電圧フォロワ回路Ｆ３のアンプの非反転入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ２，ｎの第１保持部Ｈ２，ｎ，１のトランジスタＴ１２から出力される電圧値Ｖ２，ｎ，１は、電圧フォロワ回路Ｆ２のアンプの非反転入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ２，ｎの第２保持部Ｈ２，ｎ，２のトランジスタＴ２２から出力される電圧値Ｖ２，ｎ，２は、電圧フォロワ回路Ｆ４のアンプの非反転入力端子に入力する。
【００３１】
電圧フォロワ回路Ｆ１の入力端子には、制御信号Ｓｒｓｔ１により開閉が制御されるスイッチが接続されており、このスイッチが閉じることにより、電圧フォロワ回路Ｆ１の入力端子にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。電圧フォロワ回路Ｆ２の入力端子には、制御信号Ｓｒｓｔ２により開閉が制御されるスイッチが接続されており、このスイッチが閉じることにより、電圧フォロワ回路Ｆ２の入力端子にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。電圧フォロワ回路Ｆ３の入力端子には、制御信号Ｓｒｓｔ３により開閉が制御されるスイッチが接続されており、このスイッチが閉じることにより、電圧フォロワ回路Ｆ３の入力端子にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。また、電圧フォロワ回路Ｆ４の入力端子には、制御信号Ｓｒｓｔ４により開閉が制御されるスイッチが接続されており、このスイッチが閉じることにより、電圧フォロワ回路Ｆ４の入力端子にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。
【００３２】
電圧加算回路Ａは、アンプおよび６個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ６を有している。アンプの反転入力端子は、抵抗器Ｒ１を介して電圧フォロワ回路Ｆ１の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ２を介して電圧フォロワ回路Ｆ２の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ５を介して自己の出力端子と接続されている。アンプの非反転入力端子は、抵抗器Ｒ３を介して電圧フォロワ回路Ｆ３の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ４を介して電圧フォロワ回路Ｆ４の出力端子と接続され、抵抗器Ｒ６を介して接地電位と接続されている。
【００３３】
電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４それぞれの増幅率を１として、６個の抵抗器Ｒ１〜Ｒ６それぞれの抵抗値が互いに等しいとすると、電圧加算回路Ａの出力端子から出力される電圧値Ｖｏｕｔは、
【００３４】
【数１】
2005005785.tif 000003
【００３５】
なる式で表される。
【００３６】
すなわち、電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ２，ｎの双方から有意の電圧値が出力されている場合には、電圧加算回路Ａは、各電圧保持部Ｈｋ，ｎの第１保持部Ｈｋ，ｎ，１から出力される電圧値の総和（Ｖ１，ｎ，１＋Ｖ２，ｎ，１）と、各電圧保持部Ｈｋ，ｎの第２保持部Ｈｋ，ｎ，２から出力される電圧値の総和（Ｖ１，ｎ，２＋Ｖ２，ｎ，２）と、の差に応じた電圧値Ｖｏｕｔを出力することができる。つまり、この場合には、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている画素部Ｐｍ，ｎのうちから列方向に隣接する２個の画素部Ｐｍ，ｎおよびＰｍ＋１，ｎそれぞれのデータを纏めて読み出すことができる。
【００３７】
ただし、電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４のうちの何れかの電圧フォロワ回路の入力端子に接続するスイッチが閉じることにより、その電圧フォロワ回路にはリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力するので、それに応じて上記（１）式の右辺の４項のうち何れかの項がＶｒｅｓｅｔに置き換えられることになる。
【００３８】
例えば、電圧保持部Ｈ１，ｎのみから有意の電圧値が出力されている場合には、制御信号Ｓｒｓｔ２，Ｓｒｓｔ４がハイレベルとなって電圧フォロワ回路Ｆ２，Ｆ４にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力して、電圧加算回路Ａは、電圧保持部Ｈ１，ｎの第１保持部Ｈ１，ｎ，１から出力される電圧値Ｖ１，ｎ，１と、電圧保持部Ｈ１，ｎの第２保持部Ｈ１，ｎ，２から出力される電圧値Ｖ１，ｎ，２と、の差に応じた電圧値Ｖｏｕｔを出力することができる。また、電圧保持部Ｈ２，ｎのみから有意の電圧値が出力されている場合には、制御信号Ｓｒｓｔ１，Ｓｒｓｔ３がハイレベルとなって電圧フォロワ回路Ｆ１，Ｆ３にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力して、電圧加算回路Ａは、電圧保持部Ｈ２，ｎの第１保持部Ｈ２，ｎ，１から出力される電圧値Ｖ２，ｎ，１と、電圧保持部Ｈ２，ｎの第２保持部Ｈ２，ｎ，２から出力される電圧値Ｖ２，ｎ，２と、の差に応じた電圧値Ｖｏｕｔを出力することができる。つまり、これらの場合には、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている画素部Ｐｍ，ｎのうちから個々の画素部のデータを順次に読み出すことができる。
【００３９】
なお、上述した画素部Ｐｍ，ｎに入力する転送制御信号Ｓｔｒａｎｓ、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔおよび第ｍ行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，ｍ、電圧保持部Ｈｋ，ｎに入力する第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，ｋ，１、第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，ｋ，２および出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，ｋ、ならびに、信号処理部Ｓｎに入力する制御信号Ｓｒｓｔ１〜Ｓｒｓｔ４  それぞれは、この固体撮像装置１の全体の動作のタイミングを制御する制御部（不図示）から出力される。
【００４０】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１の動作例について説明する。以下に説明する第１動作例は、Ｍ×Ｎ個の画素数で撮像して高精細の画像を得る場合の動作例である。また、第２動作例は、画素数を少なくして高速に画像を得る場合の動作例である。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る固体撮像装置１の第１動作例を説明するタイミングチャートである。この図は、第１行の各画素部Ｐ１，ｎおよび第２行の各画素部Ｐ２，ｎそれぞれのデータを読み出す場合を示している。
【００４２】
この図には、上から順に、画素部Ｐｍ，ｎの放電用トランジスタＴ３のゲート端子に入力する放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔ、画素部Ｐｍ，ｎの転送用トランジスタＴ２のゲート端子に入力する転送制御信号Ｓｔｒａｎｓ、第１行の画素部Ｐ１，ｎの選択用トランジスタＴ４のゲート端子に入力する第１行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，１、および、第２行の画素部Ｐ２，ｎの選択用トランジスタＴ４のゲート端子に入力する第２行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，２、それぞれの波形が示されている。
【００４３】
続いて、第１行の電圧保持部Ｈ１，ｎの第１保持部Ｈ１，ｎ，１のトランジスタＴ１１のゲート端子に入力する第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，１、第２行の電圧保持部Ｈ２，ｎの第１保持部Ｈ２，ｎ，１のトランジスタＴ１１のゲート端子に入力する第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，１、第１行の電圧保持部Ｈ１，ｎの第２保持部Ｈ１，ｎ，２のトランジスタＴ２１のゲート端子に入力する第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，２、第２行の電圧保持部Ｈ２，ｎの第２保持部Ｈ２，ｎ，２のトランジスタＴ２１のゲート端子に入力する第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，２、第１行の電圧保持部Ｈ１，ｎのトランジスタＴ１２およびＴ２２それぞれのゲート端子に入力する出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，１、および、第２行の電圧保持部Ｈ２，ｎのトランジスタＴ１２およびＴ２２それぞれのゲート端子に入力する出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，２、それぞれの波形が示されている。
【００４４】
更に続いて、第１行の電圧保持部Ｈ１，ｎの第１保持部Ｈ１，ｎ，１により保持されている電圧値（暗信号成分）Ｖ１，ｎ，１、第１行の電圧保持部Ｈ１，ｎの第２保持部Ｈ１，ｎ，２により保持されている電圧値（明信号成分）Ｖ１，ｎ，２、第２行の電圧保持部Ｈ２，ｎの第１保持部Ｈ２，ｎ，１により保持されている電圧値（暗信号成分）Ｖ２，ｎ，１、第２行の電圧保持部Ｈ２，ｎの第２保持部Ｈ２，ｎ，２により保持されている電圧値（明信号成分）Ｖ２，ｎ，２、電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４それぞれの入力端子に接続されているスイッチの開閉を制御する制御信号Ｓｒｓｔ１〜Ｓｒｓｔ４、および、信号処理部Ｓｎの電圧加算回路Ａから出力される電圧値Ｖｏｕｔ、それぞれの波形が示されている。
【００４５】
第１動作例では、時刻ｔ１０前において、各画素部Ｐｍ，ｎに入力している放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔ、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓ、第１行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，１および第２行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，２それぞれはローレベルである。また、電圧保持部Ｈ１，ｎに入力している第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，１，第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，２および出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，１、ならびに、電圧保持部Ｈ２，ｎに入力している第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，１，第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，２および出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，２それぞれもローレベルである。
【００４６】
時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの間に第１行の各画素部Ｐ１，ｎのデータの読み出しが行なわれる。画素部Ｐ１，ｎにおいて、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔは、時刻ｔ１０にハイレベルに転じて、時刻ｔ１０より後の時刻ｔ１１にローレベルに転じる。転送制御信号Ｓｔｒａｎｓは、時刻ｔ１１より後の時刻ｔ１２にハイレベルに転じて、時刻ｔ１２より後の時刻ｔ１３にローレベルに転じる。第１行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，１は、時刻ｔ１０にハイレベルに転じる。
【００４７】
電圧保持部Ｈ１，ｎにおいて、第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，１は、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔがローレベルに転じる時刻ｔ１１から、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルに転じる時刻ｔ１２までの、間にある一定期間だけハイレベルとなり、これにより、この間に画素部Ｐ１，ｎから出力される電圧値（暗信号成分）Ｖ１，ｎ，１は、電圧保持部Ｈ１，ｎの第１保持部Ｈ１，ｎ，１により保持される。
【００４８】
また、電圧保持部Ｈ１，ｎにおいて、第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，２は、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルである時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間の一定期間だけハイレベルとなり、これにより、この間に画素部Ｐ１，ｎから出力される電圧値（明信号成分）Ｖ１，ｎ，２は、電圧保持部Ｈ１，ｎの第２保持部Ｈ１，ｎ，２により保持される。
【００４９】
そして、電圧保持部Ｈ１，ｎにおいて、出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，１は、時刻ｔ１３より後の時刻ｔ１４にハイレベルに転じて、時刻ｔ１４より後の時刻ｔ１５にローレベルに転じる。これにより、第１保持部Ｈ１，ｎ，１から電圧値（暗信号成分）Ｖ１，ｎ，１が出力され、第２保持部Ｈ１，ｎ，２から電圧値（明信号成分）Ｖ１，ｎ，２が出力されて、これらの電圧値は信号処理部Ｓｎに入力する。その後、第１行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，１はローレベルに転じる。以上により、第１行の各画素部Ｐ１，ｎのデータの読み出しが終了する。
【００５０】
続いて、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの間に第２行の各画素部Ｐ２，ｎのデータの読み出しが行なわれる。画素部Ｐ２，ｎにおいて、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔは、時刻ｔ２０にハイレベルに転じて、時刻ｔ２０より後の時刻ｔ２１にローレベルに転じる。転送制御信号Ｓｔｒａｎｓは、時刻ｔ２１より後の時刻ｔ２２にハイレベルに転じて、時刻ｔ２２より後の時刻ｔ２３にローレベルに転じる。第２行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，２は、時刻ｔ２０にハイレベルに転じる。
【００５１】
電圧保持部Ｈ２，ｎにおいて、第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，１は、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔがローレベルに転じる時刻ｔ２１から、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルに転じる時刻ｔ２２までの、間にある一定期間だけハイレベルとなり、これにより、この間に画素部Ｐ２，ｎから出力される電圧値（暗信号成分）Ｖ２，ｎ，１は、電圧保持部Ｈ２，ｎの第１保持部Ｈ２，ｎ，１により保持される。
【００５２】
また、電圧保持部Ｈ２，ｎにおいて、第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，２は、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルである時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの間の一定期間だけハイレベルとなり、これにより、この間に画素部Ｐ２，ｎから出力される電圧値（明信号成分）Ｖ２，ｎ，２は、電圧保持部Ｈ２，ｎの第２保持部Ｈ２，ｎ，２により保持される。
【００５３】
そして、電圧保持部Ｈ２，ｎにおいて、出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，２は、時刻ｔ２３より後の時刻ｔ２４にハイレベルに転じて、時刻ｔ２４より後の時刻ｔ２５にローレベルに転じる。これにより、第１保持部Ｈ２，ｎ，１から電圧値（暗信号成分）Ｖ２，ｎ，１が出力され、第２保持部Ｈ２，ｎ，２から電圧値（明信号成分）Ｖ２，ｎ，２が出力されて、これらの電圧値は信号処理部Ｓｎに入力する。その後、第２行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，２はローレベルに転じる。以上により、第２行の各画素部Ｐ２，ｎのデータの読み出しが終了する。
【００５４】
以降も同様にして順次に各行の画素部Ｐｍ，ｎのデータが読み出されていく。このとき、奇数行目の画素部Ｐｍ，ｎのデータが電圧保持部Ｈ１，ｎを経て読み出され、偶数行目の画素部Ｐｍ，ｎのデータが電圧保持部Ｈ２，ｎを経て読み出さる。これとともに、電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４それぞれの入力端子に接続されているスイッチが所定のタイミングで開閉制御される。
【００５５】
すなわち、信号処理部Ｓｎにおいて、時刻ｔ１４前に制御信号Ｓｒｓｔ２，Ｓｒｓｔ４が一端ハイレベルになった後にローレベルに転じ、時刻ｔ１４以降では、電圧フォロワ回路Ｆ１に第１行の画素部Ｐ１，ｎの暗信号成分が入力し、電圧フォロワ回路Ｆ２にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力し、電圧フォロワ回路Ｆ３に第１行の画素部Ｐ１，ｎの明信号成分が入力し、電圧フォロワ回路Ｆ４にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。したがって、時刻ｔ１４以降に電圧加算回路Ａから出力される電圧値Ｖｏｕｔは、第１行の画素部Ｐ１，ｎの明信号成分からの暗信号成分を差し引いた値に応じたものとなる。
【００５６】
時刻ｔ２４前に制御信号Ｓｒｓｔ１，Ｓｒｓｔ３が一端ハイレベルになった後にローレベルに転じ、時刻ｔ２４以降では、電圧フォロワ回路Ｆ１にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力し、電圧フォロワ回路Ｆ２に第２行の画素部Ｐ２，ｎの暗信号成分が入力し、電圧フォロワ回路Ｆ３にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力し、電圧フォロワ回路Ｆ４に第２行の画素部Ｐ２，ｎの明信号成分が入力する。したがって、時刻ｔ２４以降に電圧加算回路Ａから出力される電圧値Ｖｏｕｔは、第２行の画素部Ｐ２，ｎの明信号成分からの暗信号成分を差し引いた値に応じたものとなる。
【００５７】
その後の或る時刻ｔ３４前に制御信号Ｓｒｓｔ２，Ｓｒｓｔ４が一端ハイレベルになった後にローレベルに転じ、時刻ｔ３４以降では、電圧フォロワ回路Ｆ１に第３行の画素部Ｐ３，ｎの暗信号成分が入力し、電圧フォロワ回路Ｆ２にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力し、電圧フォロワ回路Ｆ３に第３行の画素部Ｐ３，ｎの明信号成分が入力し、電圧フォロワ回路Ｆ４にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。したがって、時刻ｔ３４以降に電圧加算回路Ａから出力される電圧値Ｖｏｕｔは、第３行の画素部Ｐ３，ｎの明信号成分からの暗信号成分を差し引いた値に応じたものとなる。
【００５８】
更に後の或る時刻ｔ４４前に制御信号Ｓｒｓｔ１，Ｓｒｓｔ３が一端ハイレベルになった後にローレベルに転じ、時刻ｔ４４以降では、電圧フォロワ回路Ｆ１にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力し、電圧フォロワ回路Ｆ２に第４行の画素部Ｐ４，ｎの暗信号成分が入力し、電圧フォロワ回路Ｆ３にリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力し、電圧フォロワ回路Ｆ４に第４行の画素部Ｐ４，ｎの明信号成分が入力する。したがって、時刻ｔ４４以降に電圧加算回路Ａから出力される電圧値Ｖｏｕｔは、第４行の画素部Ｐ４，ｎの明信号成分からの暗信号成分を差し引いた値に応じたものとなる。以降、このような動作を繰り返す。
【００５９】
つまり、この第１動作例では、図中で時刻ｔ１０から時刻ｔ２０までの時間を単位時間とすると、或る単位時間に第１行の画素部Ｐ１，ｎに入射した光の強度の和に応じた電圧値Ｖｏｕｔが電圧加算回路Ａから出力され、次の単位時間に第２行の画素部Ｐ２，ｎに入射した光の強度の和に応じた電圧値Ｖｏｕｔが電圧加算回路Ａから出力され、更に次の単位時間に第３行の画素部Ｐ３，ｎに入射した光の強度の和に応じた電圧値Ｖｏｕｔが電圧加算回路Ａから出力されていく。
【００６０】
図５は、本実施形態に係る固体撮像装置１の第２動作例を説明するタイミングチャートである。この図も、図４と同様に、第１行の各画素部Ｐ１，ｎおよび第２行の各画素部Ｐ２，ｎそれぞれのデータを読み出す場合を示しており、順に各制御信号および各電圧値それぞれの波形を示している。なお、第２動作例では、信号処理部Ｓｎに入力する制御信号Ｓｒｓｔ１〜Ｓｒｓｔ４それぞれは常にローレベルであり、電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ４それぞれの入力端子に接続されているスイッチは常に開いている。
【００６１】
第２動作例では、時刻ｔ１０前において、各画素部Ｐｍ，ｎに入力している放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔ、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓ、第１行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，１および第２行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，２それぞれはローレベルである。また、電圧保持部Ｈ１，ｎに入力している第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，１，第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，２および出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，１、ならびに、電圧保持部Ｈ２，ｎに入力している第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，１，第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，２および出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，２それぞれもローレベルである。
【００６２】
時刻ｔ１０から時刻ｔ３０までの間に第１行の各画素部Ｐ１，ｎおよび第２行の各画素部Ｐ２，ｎそれぞれのデータの読み出しが行なわれる。画素部Ｐ１，ｎおよび画素部Ｐ２，ｎそれぞれにおいて、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔは、時刻ｔ１０にハイレベルに転じて、時刻ｔ１０より後の時刻ｔ１１にローレベルに転じる。転送制御信号Ｓｔｒａｎｓは、時刻ｔ１１より後の時刻ｔ１２にハイレベルに転じて、時刻ｔ１２より後の時刻ｔ１３にローレベルに転じる。第１行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，１および第２行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，２それぞれは、時刻ｔ１０にハイレベルに転じる。
【００６３】
電圧保持部Ｈ１，ｎにおいて、第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，１は、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔがローレベルに転じる時刻ｔ１１から、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルに転じる時刻ｔ１２までの、間にある一定期間だけハイレベルとなり、これにより、この間に画素部Ｐ１，ｎから出力される電圧値（暗信号成分）Ｖ１，ｎ，１は、電圧保持部Ｈ１，ｎの第１保持部Ｈ１，ｎ，１により保持される。同時に、電圧保持部Ｈ２，ｎにおいても、第１入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，１は、放電制御信号Ｓｒｅｓｅｔがローレベルに転じる時刻ｔ１１から、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルに転じる時刻ｔ１２までの、間にある一定期間だけハイレベルとなり、これにより、この間に画素部Ｐ２，ｎから出力される電圧値（暗信号成分）Ｖ２，ｎ，１は、電圧保持部Ｈ２，ｎの第１保持部Ｈ２，ｎ，１により保持される。
【００６４】
また、電圧保持部Ｈ１，ｎにおいて、第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，１，２は、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルである時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間の一定期間だけハイレベルとなり、これにより、この間に画素部Ｐ１，ｎから出力される電圧値（明信号成分）Ｖ１，ｎ，２は、電圧保持部Ｈ１，ｎの第２保持部Ｈ１，ｎ，２により保持される。同時に、電圧保持部Ｈ２，ｎにおいて、第２入力制御信号Ｓｉｎｐｕｔ，２，２は、転送制御信号Ｓｔｒａｎｓがハイレベルである時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間の一定期間だけハイレベルとなり、これにより、この間に画素部Ｐ２，ｎから出力される電圧値（明信号成分）Ｖ２，ｎ，２は、電圧保持部Ｈ２，ｎの第２保持部Ｈ２，ｎ，２により保持される。
【００６５】
そして、電圧保持部Ｈ１，ｎにおいて、出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，１は、時刻ｔ１３より後の時刻ｔ１４にハイレベルに転じて、時刻ｔ１４より後の時刻ｔ１５にローレベルに転じる。同時に、電圧保持部Ｈ２，ｎにおいて、出力制御信号Ｓｏｕｔｐｕｔ，２は、時刻ｔ１４にハイレベルに転じて、時刻ｔ１５にローレベルに転じる。これにより、電圧保持部Ｈ１，ｎの第１保持部Ｈ１，ｎ，１から電圧値（暗信号成分）Ｖ１，ｎ，１が出力され、電圧保持部Ｈ１，ｎの第２保持部Ｈ１，ｎ，２から電圧値（明信号成分）Ｖ１，ｎ，２が出力され、電圧保持部Ｈ２，ｎの第１保持部Ｈ２，ｎ，１から電圧値（暗信号成分）Ｖ２，ｎ，１が出力され、電圧保持部Ｈ２，ｎの第２保持部Ｈ２，ｎ，２から電圧値（明信号成分）Ｖ２，ｎ，２が出力されて、これらの電圧値は信号処理部Ｓｎに入力する。信号処理部Ｓｎでは上記（１）式で表される演算が行なわれて、第１行の画素部Ｐ１，ｎおよび第２行の画素部Ｐ２，ｎそれぞれに入射した光の強度の和に応じた電圧値Ｖｏｕｔが電圧加算回路Ａから出力される。その後、第１行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，１および第２行選択制御信号Ｓｓｅｌｅｃｔ，２それぞれはローレベルに転じる。以上のようにして、第１行の各画素部Ｐ１，ｎおよび第２行の各画素部Ｐ２，ｎそれぞれのデータが纏めて読み出される。
【００６６】
同様にして、時刻ｔ３０以降、第３行の各画素部Ｐ３，ｎおよび第４行の各画素部Ｐ４，ｎそれぞれのデータが纏めて読み出される。更に以降も、画素部Ｐｍ，ｎのデータが順次に２行分ずつ纏めて読み出されていく。つまり、この第２動作例では、図中で時刻ｔ１０から時刻ｔ３０までの時間を単位時間とすると、或る単位時間に第１行の画素部Ｐ１，ｎおよび第２行の画素部Ｐ２，ｎそれぞれに入射した光の強度の和に応じた電圧値Ｖｏｕｔが電圧加算回路Ａから出力され、次の単位時間に第３行の画素部Ｐ３，ｎおよび第４行の画素部Ｐ４，ｎそれぞれに入射した光の強度の和に応じた電圧値Ｖｏｕｔが電圧加算回路Ａから出力され、更に次の単位時間に第５行の画素部Ｐ５，ｎおよび第６行の画素部Ｐ６，ｎそれぞれに入射した光の強度の和に応じた電圧値Ｖｏｕｔが電圧加算回路Ａから出力されていく。
【００６７】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置１は、Ｍ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐｍ，ｎを有していて、第１動作例ではＭ行Ｎ列の画素数を有する高精細の画像を得ることができ、第２動作例では（Ｍ／２）行Ｎ列の画素数を有する画像を得ることができる。第１動作例と比較すると、第２動作例では、１画像の画素数が半減するものの、１画像を取得するのに要する時間も半減して、高速な撮像が可能である。また、第２動作例において、２個の画素部のデータを纏め読みする際に、２個の画素部それぞれに含まれるフォトダイオードで発生する電荷を１個の寄生容量部で纏めて蓄積するのでは無く、２個の画素部それぞれに含まれるフォトダイオードで発生する電荷を個別の寄生容量部に個々に蓄積して、その後に、その個々に蓄積した電荷の量に応じた電圧値を加算するようにしたので、鮮明な画像を得ることができる。
【００６８】
以上の実施形態の固体撮像装置１では、Ｍ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐｍ，ｎの各列に対して信号処理部が１つずつ設けられていた。しかし、Ｍ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐｍ，ｎの複数の列に対して信号処理部が１つずつ設けられていてもよい。以下では、後者の構成の固体撮像装置について説明する。
【００６９】
図６は、他の実施形態に係る固体撮像装置の一部構成図である。図７は、他の実施形態に係る固体撮像装置に含まれる信号処理部Ｓｎの回路図である。この実施形態に係る固体撮像装置は、Ｍ×Ｎ個の画素部Ｐｍ，ｎ、Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎ、および、Ｎ／２個の信号処理部Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５，…，ＳＮ−１  を備える。ただし、Ｍ，Ｎは偶数である。Ｍ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐｍ，ｎは、図１に示されたものと同様であるので、図６では図示が省略されている。Ｋ×Ｎ個の電圧保持部Ｈｋ，ｎは、図１および図２に示されたものと同様の構成であるが、信号処理部Ｓｎとの接続の態様が図１と相違する。
【００７０】
信号処理部Ｓｎは、８個の電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ８および電圧加算回路Ａを含み、４個の電圧保持部Ｈ１，ｎ，Ｈ２，ｎ，Ｈ１，ｎ＋１およびＨ２，ｎ＋１と接続されている。電圧保持部Ｈ１，ｎの第１保持部Ｈ１，ｎ，１から出力される電圧値Ｖ１，ｎ，１は、電圧フォロワ回路Ｆ１の入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ１，ｎの第２保持部Ｈ１，ｎ，２から出力される電圧値Ｖ１，ｎ，２は、電圧フォロワ回路Ｆ５の入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ２，ｎの第１保持部Ｈ２，ｎ，１から出力される電圧値Ｖ２，ｎ，１は、電圧フォロワ回路Ｆ２の入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ２，ｎの第２保持部Ｈ２，ｎ，２から出力される電圧値Ｖ２，ｎ，２は、電圧フォロワ回路Ｆ６の入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ１，ｎ＋１の第１保持部Ｈ１，ｎ＋１，１から出力される電圧値Ｖ１，ｎ＋１，１は、電圧フォロワ回路Ｆ３の入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ１，ｎ＋１の第２保持部Ｈ１，ｎ＋１，２から出力される電圧値Ｖ１，ｎ＋１，２は、電圧フォロワ回路Ｆ７の入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ２，ｎ＋１の第１保持部Ｈ２，ｎ＋１，１から出力される電圧値Ｖ２，ｎ＋１，１は、電圧フォロワ回路Ｆ４の入力端子に入力する。電圧保持部Ｈ２，ｎ＋１の第２保持部Ｈ２，ｎ＋１，２から出力される電圧値Ｖ２，ｎ＋１，２は、電圧フォロワ回路Ｆ８の入力端子に入力する。
【００７１】
そして、図７に示されるような回路構成において、電圧フォロワ回路Ｆ１〜Ｆ８それぞれの増幅率を１として、電圧加算回路Ａに含まれる１０個の抵抗器それぞれの抵抗値が互いに等しいとすると、電圧加算回路Ａから出力される電圧値Ｖｏｕｔは、
【００７２】
【数２】
2005005785.tif 000004
【００７３】
なる式で表される。
【００７４】
すなわち、２×２に配置されている電圧保持部Ｈ１，ｎ，Ｈ２，ｎ，Ｈ１，ｎ＋１およびＨ２，ｎ＋１の全てから有意の電圧値が出力されている場合には、電圧加算回路Ａは、これらの電圧保持部Ｈｋ，ｎの第１保持部Ｈｋ，ｎ，１から出力される電圧値の総和（Ｖ１，ｎ，１＋Ｖ２，ｎ，１＋Ｖ１，ｎ＋１，１＋Ｖ２，ｎ＋１，１）と、これらの電圧保持部Ｈｋ，ｎの第２保持部Ｈｋ，ｎ，２から出力される電圧値の総和（Ｖ１，ｎ，２＋Ｖ２，ｎ，２＋Ｖ１，ｎ＋１，２＋Ｖ２，ｎ＋１，２）と、の差に応じた電圧値Ｖｏｕｔを出力することができる。つまり、この場合には、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている画素部Ｐｍ，ｎのうちから隣接する２行２列分の画素部Ｐｍ，ｎ，Ｐｍ＋１，ｎ，Ｐｍ，ｎ＋１，Ｐｍ＋１，ｎ＋１それぞれのデータを纏めて読み出すことができる。
【００７５】
一方、電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ１，ｎ＋１の２個のみから有意の電圧値が出力されている場合には、電圧フォロワ回路Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６およびＦ８それぞれの入力端子に接続されているスイッチが閉じて、電圧フォロワ回路Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６およびＦ８それぞれの入力端子にはリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。そして、電圧加算回路Ａは、これら２個の電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ１，ｎ＋１それぞれの第１保持部から出力される電圧値の総和（Ｖ１，ｎ，１＋Ｖ１，ｎ＋１，１）と、これら２個の電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ１，ｎ＋１それぞれの第２保持部から出力される電圧値の総和（Ｖ１，ｎ，２＋Ｖ１，ｎ＋１，２）と、の差に応じた電圧値Ｖｏｕｔを出力することができる。つまり、この場合には、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている画素部Ｐｍ，ｎのうちから行方向に隣接する２個の画素部Ｐｍ，ｎおよびＰｍ，ｎ＋１それぞれのデータを纏めて読み出すことができる。
【００７６】
また、電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ２，ｎの２個のみから有意の電圧値が出力されている場合には、電圧フォロワ回路Ｆ３，Ｆ４，Ｆ７およびＦ８それぞれの入力端子に接続されているスイッチが閉じて、電圧フォロワ回路Ｆ３，Ｆ４，Ｆ７およびＦ８それぞれの入力端子にはリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。電圧加算回路Ａは、これら２個の電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ２，ｎそれぞれの第１保持部から出力される電圧値の総和（Ｖ１，ｎ，１＋Ｖ２，ｎ，１）と、これら２個の電圧保持部Ｈ１，ｎおよびＨ２，ｎそれぞれの第２保持部から出力される電圧値の総和（Ｖ１，ｎ，２＋Ｖ２，ｎ，２）と、の差に応じた電圧値Ｖｏｕｔを出力することができる。つまり、この場合には、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている画素部Ｐｍ，ｎのうちから列方向に隣接する２個の画素部Ｐｍ，ｎおよびＰｍ＋１，ｎそれぞれのデータを纏めて読み出すことができる。
【００７７】
さらに、電圧保持部Ｈ１，ｎ，Ｈ２，ｎ，Ｈ１，ｎ＋１およびＨ２，ｎ＋１のうちの１個の電圧保持部のみから有意の電圧値が出力されている場合には、その１個の電圧保持部から出力される電圧値が入力する電圧フォロワ回路以外の電圧フォロワ回路にはリセット電圧Ｖｒｅｓｅｔが入力する。電圧加算回路Ａは、その１個の電圧保持部の第１保持部から出力される電圧値と、その１個の電圧保持部の第２保持部から出力される電圧値と、の差に応じた電圧値Ｖｏｕｔを出力することができる。つまり、この場合には、Ｍ行Ｎ列に２次元配列されている画素部Ｐｍ，ｎのうちから個々の画素部のデータを順次に読み出すことができる。
【００７８】
以上のように、図６および図７に示された実施形態に係る固体撮像装置は、Ｍ行Ｎ列に２次元配列された画素部Ｐｍ，ｎを有していて、Ｍ行Ｎ列の画素数を有する高精細の画像の獲得（以下「第１動作例」という。）、（Ｍ／２）行Ｎ列の画素数を有する画像の獲得（以下「第２動作例」という。）、Ｍ行（Ｎ／２）列の画素数を有する画像の獲得（以下「第３動作例」という。）、および、（Ｍ／２）行（Ｎ／２）列の画素数を有する画像の獲得（以下「第４動作例」という。）、の何れかの動作が選択的に可能である。第１動作例と比較すると、第２動作例および第３動作例それぞれでは、１画像の画素数が半減するものの、１画像を取得するのに要する時間も半減して、高速な撮像が可能である。また、第１動作例と比較すると、第４動作例では、１画像の画素数が１／４に減少するものの、１画像を取得するのに要する時間も１／４に短縮されて、更に高速な撮像が可能である。また、第２動作例〜第４動作例それぞれにおいて、２個または４個の画素部のデータを纏め読みする際に、各画素部に含まれるフォトダイオードで発生する電荷を１個の寄生容量部で纏めて蓄積するのでは無く、各画素部に含まれるフォトダイオードで発生する電荷を個別の寄生容量部に個々に蓄積して、その後に、その個々に蓄積した電荷の量に応じた電圧値を加算するようにしたので、鮮明な画像を得ることができる。
【００７９】
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、上記の実施形態では列方向または行方向に纏め読みする画素部の個数を２としたが、その個数は３以上であってもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、高精細撮像および高速撮像それぞれに切り替えて用いることが可能であり、何れの場合であっても鮮明な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る固体撮像装置１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる画素部Ｐｍ，ｎおよび電圧保持部Ｈｋ，ｎの回路図である。
【図３】本実施形態に係る固体撮像装置１に含まれる信号処理部Ｓｎの回路図である。
【図４】本実施形態に係る固体撮像装置１の第１動作例を説明するタイミングチャートである。
【図５】本実施形態に係る固体撮像装置１の第２動作例を説明するタイミングチャートである。
【図６】他の実施形態に係る固体撮像装置の一部構成図である。
【図７】他の実施形態に係る固体撮像装置に含まれる信号処理部Ｓｎの回路図である。
【図８】従来の固体撮像装置の受光部の単位セルの構成図である。
【符号の説明】
１…固体撮像装置、Ｐｍ，ｎ…画素部、Ｈｋ，ｎ…電圧保持部、Ｓｎ…信号処理部、Ｆ１〜Ｆ４…電圧フォロワ回路、Ａ…電圧加算回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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