阅读说明：本技术 固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备 (Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus ) 是由 大仓俊介 于 2020-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供能够去除低转换增益数据与高转换增益数据的连接点处的噪声间隙,可抑制耗电的增大、电路面积的增大,而且能够实现大动态范围化,进而可实现高画质化的固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法及电子设备。可对从像素读取的多个像素信号进行放大的放大部41包括放大器411,放大器411包含反转输入端子(-)与非反转输入端子(+),反转输入端子(-)具有第一反转输入通道CHN1与第二反转输入通道CHN2,第一反转输入通道CHN1连接于第二节点ND2,第二反转输入通道CHN2连接于第三节点ND3,第二采样电容器CS42的电容被设定为8C,第一采样电容器CS41的电容被设定为C。(The invention provides a solid-state imaging device, a driving method of the solid-state imaging device, and an electronic apparatus, which can remove a noise gap at a connection point between low conversion gain data and high conversion gain data, suppress an increase in power consumption and an increase in circuit area, and realize a large dynamic range and high image quality. The amplifying section 41 that can amplify a plurality of pixel signals read from the pixels includes an amplifier 411, the amplifier 411 including an inverting input terminal (-) and a non-inverting input terminal (+), the inverting input terminal (-) having a first inverting input channel CHN1 and a second inverting input channel CHN2, the first inverting input channel CHN1 being connected to the second node ND2, the second inverting input channel CHN2 being connected to the third node ND3, the capacitance of the second sampling capacitor CS42 being set to 8C, and the capacitance of the first sampling capacitor CS41 being set to C.)

固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备

技术领域

本发明涉及一种固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备。

背景技术

互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器已作为使用有光电转换元件的固态摄像装置(图像传感器)而被实际运用，该光电转换元件检测光并产生电荷。

CMOS图像传感器已广泛用作数码相机、摄像机、监控相机、医疗周内窥镜、个人电脑(PC)、手机等便携终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分。

CMOS图像传感器在每个像素中带有包括光电二极管(光电转换元件)及浮动扩散层(FD：Floating Diffusion，浮置扩散层)的FD放大器，该CMOS图像传感器的主流读取类型为列并联输出型，即，选择像素阵列中的某一行，同时向列(column)方向对这些行进行读取。

而且，作为固态摄像装置(CMOS图像传感器)的像素的结构，例如能够例示相对于一个光电二极管(光电转换元件)而分别包括一个作为传输元件的传输晶体管、一个作为复位元件的复位晶体管、一个作为源极跟随元件的源极跟随晶体管及一个作为选择元件的选择晶体管的4晶体管(4Tr)结构的像素。

传输晶体管在特定的传输期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管光电转换并积累的电荷(电子)传输至浮置扩散层FD。

复位晶体管在特定的复位期间被选择而成为导通状态，将浮置扩散层FD复位为电源线的电位。

选择晶体管在读取扫描时被选择而成为导通状态。由此，源极跟随晶体管将列输出的读取信号输出至垂直信号线，该列输出的读取信号是将浮置扩散层FD的电荷以与电荷量(电位)对应的增益转换为电压信号所得的信号。

例如，在读取扫描期间，浮置扩散层FD在复位期间被复位为例如电源线的电位(基准电位)后，利用源极跟随晶体管将浮置扩散层FD的电荷以与电荷量(电位)对应的增益转换为电压信号，并作为基准电平的读取复位信号(基准电平的信号)Vrst而输出至垂直信号线。

接着，在特定的传输期间，由光电二极管光电转换并积累的电荷(电子)传输至浮置扩散层FD。接着，利用源极跟随晶体管将浮置扩散层FD的电荷以与电荷量(电位)对应的增益转换为电压信号，并作为信号电平的读取信号(信号电平的信号)Vsig而输出至垂直信号线。

像素的输出信号在列读取电路中，作为差分信号(Vsig-Vrst)而受到CDS(相关双采样)处理。

这样，通常的像素读取信号(以下，有时也称为像素信号)PS由一个基准电平的读取复位信号Vrst与一个信号电平的读取信号Vsig形成。

而且，为了提高特性，已提出了实现具有高动态范围(HDR：High Dynamic Range)的高画质的固态摄像装置(CMOS图像传感器)的各种方法(例如参照专利文献1)。

作为在固态摄像装置中提高(扩大)动态范围的方法，例如已知有从图像传感器的同一像素读取积累时间不同的两种信号，并将该两种信号加以组合(合成)而扩大动态范围的方法；或将由高灵敏度的像素获得的低照度区域的信号、与由低灵敏度的像素获得的高照度区域的信号加以组合(合成)而扩大动态范围的方法等。

例如在专利文献1中公开了如下高动态范围化技术，其分割为短曝光时间的对应于高照度侧的摄像与长曝光时间的对应于低照度的摄像的不同的两次以上的曝光时间。

采用了该高动态范围化技术的情况下的像素读取信号(像素信号)PSD由复数M(例如M＝2)基准电平的读取复位信号(基准电平的信号)Vrst与复数M(M＝2)信号电平的读取信号(信号电平的信号)Vsig形成。

此情况下的像素读取信号(像素信号)PSD作为所谓的不间断的读取信号而被处理(例如参照专利文献2)。

图1(A)及(B)是表示固态摄像装置(CMOS图像传感器)的通常的像素读取信号(像素信号)与采用了高动态范围化技术的情况下的不间断的像素读取信号(不间断的像素信号)的一例的图。

图1(A)表示了通常的像素读取信号(像素信号)PS的一例，图1(B)表示了不间断的像素读取信号(不间断的像素信号)PSD的一例。

通常的像素信号PS[N]如图1(A)所示，由一个基准电平的读取复位信号(以下，有时也仅称为基准电平)Vrst[N]、与一个信号电平的读取信号(以下，有时也仅称为信号电平)Vsig[N]形成。

即，一个像素信号PS[N]内包含一个基准电平Vrst[N]与一个信号电平Vsig[N]。

此情况下的输出数据OD[N]成为基准电平(读取复位信号)Vrst[N]-信号电平(读取信号)Vsig[N]。

同样地，一个像素信号PS[N+1]内包含一个基准电平(读取复位信号)Vrst[N+1]与一个信号电平(读取信号)Vsig[N+1]。

此情况下的输出数据OD[N+1]成为基准电平(读取复位信号)Vrst[N+1]-信号电平(读取信号)Vsig[N+1]。

不间断的像素信号PSD[N]如图1(B)所示，一个像素信号PSD[N]内由M个(在本例中，M＝2)基准电平(读取复位信号)Vrst[N，1]、Vrst[N，2]与M个信号电平(读取信号)Vsig[N，1]、Vsig[N，2]形成。

即，一个不间断的像素信号PSD[N]内包含M个基准电平(读取复位信号)Vrst[N，1]、Vrst[N，2]与M个信号电平(读取信号)Vsig[N，1]、Vsig[N，2]。

此情况下的输出数据OD[N，1]成为基准电平(读取复位信号)Vrst[N，1]-信号电平(读取信号)Vsig[N，1]，输出数据OD[N，2]成为基准电平(读取复位信号)Vrst[N，2]-信号电平(读取信号)Vsig[N，2]。

同样地，一个不间断的像素信号PSD[N+1]内包含M个基准电平(读取复位信号)Vrst[N+1，1]、Vrst[N+1，2]与M个信号电平(读取信号)Vsig[N+1，1]、Vsig[N+1，2]。

此情况下的输出数据OD[N+1，1]成为基准电平(读取复位信号)Vrst[N+1，1]-信号电平(读取信号)Vsig[N+1，1]，输出数据OD[N+1，2]成为基准电平(读取复位信号)Vrst[N+1，2]-信号电平(读取信号)Vsig[N+1，2]。

这样，不间断的像素信号PSD在一个像素信号PSD内包含M个基准电平(读取复位信号)Vrst与M个信号电平(读取信号)Vsig，在必定先输入构成一个输出数据OD[N，M]的基准电平(读取复位信号)Vrst[N，M]，然后输入信号电平(读取信号)Vsig[N，M]这一限制下，存在多个不间断的像素信号PSD的排列序列。

图1(B)表示了M＝2的可采用的一个排列。

图2是用以说明在固态摄像装置中提高(扩大)动态范围的方法，即合成的读取信号的数量M为2(M＝2)的情况下的不间断的像素信号的合成处理方法的图。

不间断的像素信号PSD的M个信号可相对于同一光量而具有不同的放大率K。

图2是M＝2且放大率之比K(M＝1)/K(M＝2)＝4的例子。

利用图1(B)所示的不间断的像素信号PSD而获得的输出数据OD[*，1]与OD[*，2]成为如图2(A)所示的斜率不同的特性的信号。

在合成处理中，配合所述比来对输出数据OD[*，2]进行放大，如图2(B)所示，获得一个合成后的最终的输出数据ODA。

例如，输出数据OD[*，1]为通过高转换增益(第二转换增益)模式读取(HCG)获得的数据，输出数据OD[*，2]为通过低转换增益(第一转换增益)模式读取(LCG)获得的数据。

其合成方法采用图2(C)所示的利用切换的第一方法、或图2(D)所示的利用平均处理的第二方法，从而获得最终输出数据ODA。

因此，以往在第一方法中，误差会显著地突显出交界(结合位置(点))[X]，用以缓和该误差的第二方法中的运算必定需要两个输出数据OD[*，1]与OD[*，2]，进而使信号处理变得复杂。

以下，说明在对像素读取信号(像素信号)进行处理的电路系统中减少(消除)个体差异等的结构。

此处，与对于通常的像素信号而产生输出数据的结构关联地进行说明。

图3是表示通常的像素读取信号(像素信号)的处理系统中的包含设定新基准电平的功能的读取电路的一例的图。

在图3中，同一列的像素PXL(N)、PXL(N+1)连接于共用的读取用的信号线LS。而且，在信号线LS与未图示的模拟数字转换器(Analog Digital Converter，ADC)的输入节点[Y]之间的输入段，配置有用以设定新基准电平的钳位(clamp)电路1。

钳位电路1的结构包含放大器AMP1、电容C1、C2及开关SW1。

例如，在图1(A)所示的通常的像素读取信号(像素信号)PS的处理中，基准电平Vrst[N]与基准电平Vrst[N+1]可因像素PXL的个体差异等而具有不同的电平。

因此，在图3的例子中，在读取电路内部使用由钳位电路1产生的新的基准电平[V1]来消除像素的个体差异。

图4是表示应用由钳位电路1产生的新的基准电平Vrst[V1]的情况下的通常的像素读取信号(像素信号)的一例的图。

图4(A)将图3的钳位电路简化地表示为电容C与开关SW1，图4(B)表示了通常的像素读取信号(像素信号)的一例。

如图4所示，在钳位电路1中，根据钳位信号CLP而接通开关SW1，由此，使用新的基准电平[V1]来变更出现在节点[Y]的基准电平Vrst。

此时，信号电平Vsig[N]成为以新的基准电平[V1]为基准的新的信号电平Vsig[N′]。

在此情况下，基准电平[V1]与信号电平Vsig[N′]之差也固定。

图5是表示配置于ADC的输入部的钳位电路的结构例的图，该ADC形成具有消除不间断的像素读取信号(不间断的像素信号)PSD的个体差异的结构的固态摄像装置的像素部的列输出的读取系统。

图5表示了将钳位电路的输入段抽出的一例，且表示为如下例子，即，钳位电路1A未简化，其结构包含放大器AMP1、电容C1、C2及开关SW1。

图6是表示图5的电路的动作例的图。

该读取系统基本上包括两个钳位电路。

在钳位电路1A中，共用放大器AMP1、电容C2及开关SW1而形成钳位部1B，且仅设置有路径选择用开关2-21、2-22与电容C1-1、C1-2。

由此，抑制了电路面积的增大。

在图5的电路中，钳位电路1A的钳位部1B的输入侧配置有路径选择部2。

路径选择部2包含多个信号路径2-11[A]、2-12[B]，将根据路径选择信号而在任一个信号路径2-11、2-12中传输的读取信号供应至钳位部1B，所述多个信号路径2-11[A]、2-12[B]单独地分别传输从像素PXL读取的应合成的多个(在本例中为两个)读取信号。

路径选择部2包含多个路径选择开关2-21、2-22，所述径选择开关2-21、2-22配置于各信号路径2-11[A]、2-12[B]，且根据对应的路径选择信号WA、WB而切换信号路径2-11、2-12的连接状态与非连接状态。

而且，在信号路径2-11中配置有电容C1-1，在信号路径2-12中配置有电容C1-2。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]日本专利第3984814号

[专利文献2]日本专利特愿2016-2813号

发明内容

本发明所要解决的技术问题

但是，所述图5的读取系统主要有如下所示的缺点。

对于像素的输出信号的CDS处理能够去除像素的浮置扩散层FD上的kTC噪声。

在第二转换增益(高转换增益)模式读取(HCG)的情况下，通过一次放大器复位，在电容器中保持放大器的复位噪声，并进行对于基准电平(读取复位信号)Vrst与信号电平(读取信号)Vsig的两次AD转换处理与数字区域中的减法处理。

第二转换增益(高转换增益)模式读取(HCG)下的CDS处理会消除暗信号的复位噪声。

在第一转换增益(低转换增益)模式读取(LCG)的情况下，进行两次放大器复位，对包含无关放大器复位噪声的基准电平(读取复位信号)Vrst与信号电平(读取信号)Vsig进行两次AD转换处理，不进行CDS处理。

若在第一转换增益(高转换增益)模式读取(LCG)下不进行CDS处理，则会对亮信号带来次的复位噪声。

结果如图7所示，在通过低转换增益(第一转换增益)模式读取(LCG)获得的像素的输出数据、与通过高转换增益(第二转换增益)模式读取(HCG)获得的像素的输出数据之间的接合点处存在噪声间隙，其显示于色阶图的捕捉图像，被认作所谓的噪声带。

本发明提供能够去除低转换增益数据与高转换增益数据的连接点处的噪声间隙，可抑制耗电的增大、电路面积的增大，而且能够实现大动态范围化，进而可实现高画质化的固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法及电子设备。

解决问题的方案

本发明的第一观点是可合成各自通过基准电平的信号与信号电平的信号形成的多个读取信号而扩大动态范围的固态摄像装置，其包括：像素部，配置有像素；以及读取部，包含与所述像素部的列输出对应地配置的列信号处理部，所述列信号处理部包含可对从所述像素读取的所述多个读取信号进行放大的放大部，所述放大部包括：放大器，包含反转输入端子与非反转输入端子，所述反转输入端子至少具有第一反转输入通道与第二反转输入通道；第一节点，被输入所述多个读取信号；第二节点，连接于所述第一反转输入通道；第三节点，连接于所述第二反转输入通道；第四节点，连接于所述放大器的输出端子；第五节点，经由第一输出开关而与所述第四节点连接；第六节点，经由第二输出开关而与所述第四节点连接；第一输入开关及第一采样电容器，串联地连接在所述第一节点与所述第二节点之间；第二输入开关及第二采样电容器，串联地连接在所述第一节点与所述第三节点之间；第一反馈电容器，连接在所述第二节点与所述第五节点之间；以及第二反馈电容器，连接在所述第三节点与所述第六节点之间。

本发明的第二观点是固态摄像装置的驱动方法，所述固态摄像装置可合成各自通过基准电平的信号与信号电平的信号形成的多个读取信号而扩大动态范围，且包括：像素部，配置有像素；以及读取部，包含与所述像素部的列输出对应地配置的列信号处理部，所述像素包含：光电转换元件，在积累期间，积累通过光电转换产生的电荷；传输元件，可在传输期间传输所述光电转换元件所积累的电荷；浮置扩散层，通过所述传输元件而被传输由所述光电转换元件积累的电荷；源极跟随元件，将所述浮置扩散层的电荷转换为与电荷量对应的电压信号，并将转换后的信号输出；以及复位元件，在复位期间，将所述浮置扩散层复位为特定的电位，所述列信号处理部包含可对从所述像素读取的所述多个读取信号进行放大的放大部，所述放大部包括：放大器，包含反转输入端子与非反转输入端子，所述反转输入端子至少具有第一反转输入通道与第二反转输入通道；第一节点，被输入所述多个读取信号；第二节点，连接于所述第一反转输入通道；第三节点，连接于所述第二反转输入通道；第四节点，连接于所述放大器的输出端子；第五节点，经由第一输出开关而与所述第四节点连接；第六节点，经由第二输出开关而与所述第四节点连接；第一输入开关及第一采样电容器，串联地连接在所述第一节点与所述第二节点之间；第二输入开关及第二采样电容器，串联地连接在所述第一节点与所述第三节点之间；第一反馈电容器，连接在所述第二节点与所述第五节点之间；以及第二反馈电容器，连接在所述第三节点与所述第六节点之间，所述第二采样电容器的电容大于所述第一采样电容器的电容，在所述复位期间，通过所述复位元件对所述浮置扩散层进行复位，至少在所述复位期间后的第一读取期间，将所述第一输入开关及所述第一输出开关在特定期间内保持为导通状态，进行基于第一转换增益模式读取(LCG)的第一复位信号的放大读取，在所述第一复位信号的读取后，将所述第一输入开关及所述第一输出开关切换为非导通状态，将所述第二输入开关及所述第二输出开关切换为导通状态，进行基于第二转换增益模式读取(HCG)的第二复位信号的放大读取，在所述第一读取期间后的传输期间，通过所述传输元件使所述光电转换元件的积累电荷传输至所述浮置扩散层，在所述传输期间后的第二读取期间，将所述第二输入开关及所述第二输出开关仍保持为导通状态，进行基于第二转换增益模式读取(HCG)的第二读取信号的放大读取，在第二读取信号的读取后，将所述第二输入开关及所述第二输出开关切换为非导通状态，并将所述第一输入开关及所述第一输出开关切换为导通状态，进行基于第一转换增益模式读取(LCG)的第一读取信号的放大读取。

本发明的第三观点的电子设备包括：固态摄像装置，可合成各自通过基准电平的信号与信号电平的信号形成的多个读取信号而扩大动态范围；以及光学系统，使被拍摄体像在所述固态摄像装置中成像，所述固态摄像装置包括：像素部，配置有像素；以及读取部，包含与所述像素部的列输出对应地配置的列信号处理部，所述列信号处理部包含可对从所述像素读取的所述多个读取信号进行放大的放大部，所述放大部包括：放大器，包含反转输入端子与非反转输入端子，所述反转输入端子至少具有第一反转输入通道与第二反转输入通道；第一节点，被输入所述多个读取信号；第二节点，连接于所述第一反转输入通道；第三节点，连接于所述第二反转输入通道；第四节点，连接于所述放大器的输出端子；第五节点，经由第一输出开关而与所述第四节点连接；第六节点，经由第二输出开关而与所述第四节点连接；第一输入开关及第一采样电容器，串联地连接在所述第一节点与所述第二节点之间；第二输入开关及第二采样电容器，串联地连接在所述第一节点与所述第三节点之间；第一反馈电容器，连接在所述第二节点与所述第五节点之间；以及第二反馈电容器，连接在所述第三节点与所述第六节点之间。

发明效果

根据本发明，能够去除低转换增益数据与高转换增益数据的连接点处的噪声间隙，可抑制耗电的增大、电路面积的增大，而且能够实现大动态范围化，进而能够实现高画质化。

附图说明

图1是表示固态摄像装置(CMOS图像传感器)的通常的像素读取信号(像素信号)与采用了高动态范围化技术的情况下的不间断的像素读取信号(不间断的像素信号)的一例的图。

图2是用以说明在固态摄像装置中提高(扩大)动态范围的方法，即合成的读取信号的数M为2(M＝2)的情况下的不间断的像素信号的合成处理方法的图。

图3是表示通常的像素读取信号(像素信号)的处理系统中的包含设定新基准电平的功能的读取电路的一例的图。

图4是表示应用由钳位电路产生的新基准电平的情况下的通常的像素读取信号(像素信号)的一例的图。

图5是表示配置于ADC的输入部的钳位电路的结构例的图，该ADC形成具有消除不间断的像素读取信号(不间断的像素信号)PSD的个体差异的结构的固态摄像装置的像素部的列输出的读取系统。

图6是表示图5的电路的动作例的图。

图7是用以对图5的电路的问题进行说明的图。

图8是表示本发明第一实施方式的固态摄像装置的结构例的方框图。

图9是表示本第一实施方式的像素的一例的电路图。

图10是表示本实施方式中的通常的像素读取动作时的快门扫描及读取扫描的动作时序的图。

图11是用以说明本发明实施方式的固态摄像装置的像素部的列输出的读取系统的结构例的图。

图12是表示本发明第一实施方式的放大部的结构例的电路图。

图13是表示本发明第一实施方式的放大器的结构例的电路图。

图14是表示套筒型放大器作为本实施方式的图13的放大器的第一变形例的图。

图15是表示两级型放大器作为本实施方式的图13的放大器的第二变形例的图。

图16是表示折叠式叠接型放大器作为本实施方式的图13的放大器的第三变形例的图。

图17是用以对本第一实施方式的固态摄像装置的像素信号的读取动作进行说明的时序图。

图18是表示本发明第二实施方式的放大部的结构例的电路图。

图19是表示本发明第二实施方式的放大器的结构例的电路图。

图20是表示本发明第三实施方式的放大部的结构例的电路图。

图21是本第三实施方式的固态摄像装置的像素信号的读取动作的时序图。

图22是表示本发明第四实施方式的放大部的结构例的电路图。

图23是本第四实施方式的固态摄像装置的像素信号的读取动作的时序图。

图24是表示本发明第五实施方式的放大部的结构例的电路图。

图25是表示本发明第六实施方式的放大部的结构例的电路图。

图26是表示应用本发明实施方式的固态摄像装置的电子设备的结构的一例的图。

具体实施方式

以下，与附图关联地对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图8是表示本发明第一实施方式的固态摄像装置的结构例的方框图。

在本实施方式中，固态摄像装置10例如由CMOS图像传感器构成。

如图1所示，该固态摄像装置10包括作为摄像部的像素部20、垂直扫描电路(行扫描电路)30、读取电路(列读取电路)40、水平扫描电路(列扫描电路)50及时序控制电路60作为主结构要素。

由这些结构要素中的例如垂直扫描电路30、读取电路40、水平扫描电路50及时序控制电路60构成像素信号的读取部70。

在本实施方式中，固态摄像装置10是以如下方式构成，即，如下文所详述，可合成从像素部20读取的多个(M个，例如M＝2))读取信号(像素信号)而扩大动态范围。

读取部80例如应用从图像传感器的同一像素读取积累时间不同的复数M(例如M＝2)种类的信号并组合(合成)该M种信号而扩大动态范围的方法作为提高(扩大)动态范围的方法。

另外，读取部70可应用将由高灵敏度的像素获得的低照度区域的信号、与由低灵敏度的像素获得的高照度区域的信号加以组合(合成)而扩大动态范围的方法等。

在本实施方式中，采用了该高动态范围化技术的情况下的像素读取信号(像素信号)PSD由复数M(M＝2，4，···)基准电平的读取复位电压(基准电平的信号)Vrst与复数M信号电平的读取信号电压(信号电平的信号)Vsig形成。

此情况下的像素读取信号(像素信号)PSD作为所谓的不间断的读取信号而被处理。

这样，在本实施方式中，不间断的像素信号PSD在一个像素信号PSD内包含M个基准电平(基准电平的信号)Vrst与M个信号电平(信号电平的信号)Vsig。

在本实施方式中，例如在必定先输入构成一个输出数据OD[N，M]的基准电平(读取复位信号)Vrst[N，M]，然后输入信号电平(读取信号)Vsig[N，M]这一限制下，存在多个不间断的像素信号PSD的排列序列。

在本第一实施方式中，读取部70包含与像素部20的列(column)输出对应地配置的多个列信号处理部，各列信号处理部包含：放大部，对从像素读取的不间断的像素信号PSD的多个读取复位信号及读取信号进行放大；以及ADC(模拟数字转换器)，将放大部的输出从模拟信号AD(模拟数字)转换为数字信号。

在本实施方式中，构成放大部的放大器(amplifier)的反转输入端子(-)至少具有第一反转输入通道与第二反转输入通道这二通道，以能够去除低转换增益数据与高转换增益数据的连接点处的噪声间隙，可抑制耗电的增大、电路面积的增大，而且能够实现大动态范围化，进而能够实现高画质化。详情将后述。

在本第一实施方式中，读取部70是以如下方式构成，即，可在一个读取期间进行以第一转换增益(例如低转换增益)读取像素信号的第一转换增益模式读取(LCG)、与以第二转换增益(高转换增益)读取像素信号的第二转换增益模式读取(HCG)。

即，本实施方式的固态摄像装置10提供动态范围广的固态摄像元件，该固态摄像元件对于在一次积累期间(曝光期间)经过光电转换所得的电荷(电子)，在一个读取期间，在像素内部切换第一转换增益(例如低转换增益)模式与第二转换增益(高低转换增益)模式而输出信号，输出亮信号与暗信号这两个信号。

本第一实施方式的读取部70基本上，在接续释放光电二极管及浮置扩散层的电荷的复位期间的积累期间，进行第一转换增益模式读取(LCG)与第二转换增益模式读取(HCG)。

另外，在本实施方式中，读取部70在接续复位期间的读取期间后进行的至少一个传输期间后的读取期间，进行第一转换增益模式读取(LCG)与第二转换增益模式读取(HCG)中的至少任一者。在本实施方式中，在传输期间后的读取期间，进行第一转换增益模式读取(LCG)与第二转换增益模式读取(HCG)这两者。

在通常的像素读取动作中，通过读取部70的驱动进行快门扫描，然后进行读取扫描，但第一转换增益模式读取(LCG)及第二转换增益模式读取(HCG)是在读取扫描期间进行。

以下，在对固态摄像装置10的各部分的结构及功能的概要进行说明后，详述读取部70的列处理系统即列信号处理部中的放大部的结构、与其关联的读取处理等。

(像素部20及像素PXL的结构)

像素部20的包含光电二极管(光电转换元件)与像素内放大器的多个像素排列为N行×M列的二维行列状(矩阵状)。

图9是表示本实施方式的像素的一例的电路图。

该像素PXL包括例如光电转换部(光电转换元件)即光电二极管(PD)。

相对于该光电二极管PD，分别包括一个作为电荷传输栅极部(传输元件)的传输晶体管TG-Tr、一个作为复位元件的复位晶体管RST-Tr、一个作为源极跟随元件的源极跟随晶体管SF-Tr及一个作为选择元件的选择晶体管SEL-Tr。

光电二极管PD产生并积累与入射光量对应的量的信号电荷(此处为电子)。

以下，对信号电荷为电子且各晶体管为n型晶体管的情况进行说明，但信号电荷也可为空穴，各晶体管也可为p型晶体管。

另外，本实施方式对于在多个光电二极管之间共享各晶体管的情况、或采用了不包括选择晶体管的3晶体管(3Tr)像素的情况也有效。

在各像素PXL中，使用嵌入型光电二极管(PPD)作为光电二极管(PD)。

在形成光电二极管(PD)的基板表面，存在由悬挂键等缺陷引起的表面能级，因此，会因热能而产生大量的电荷(暗电流)，导致无法读取正确的信号。

嵌入型光电二极管(PPD)通过将光电二极管(PD)的电荷积累部嵌入在基板内，可减少暗电流混入信号的情况。

传输晶体管TG-Tr连接在光电二极管PD与浮置扩散层FD(Floating Diffusion；浮动扩散层)之间，受到通过控制线施加至栅极的控制信号TG控制。

传输晶体管TG-Tr在控制信号TG为高(H)电平的传输期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管PD光电转换并积累的电荷(电子)传输至浮置扩散层FD。

复位晶体管RST-Tr连接在电源线VRst与浮置扩散层FD之间，通过控制信号RST而受到控制。

再者，复位晶体管RST-Tr也可连接在电源线VDD与浮置扩散层FD之间，通过控制信号RST而受到控制。

复位晶体管RST-Tr在控制信号RST为H电平的期间被选择而成为导通状态，将浮置扩散层FD复位为电源线VRst(或VDD)的电位。

源极跟随晶体管SF-Tr与选择晶体管SEL-Tr串联地连接在电源线VDD与垂直信号线LSGN之间。

源极跟随晶体管SF-Tr的栅极连接着浮置扩散层FD，选择晶体管SEL-Tr通过控制信号SEL而受到控制。

选择晶体管SEL-Tr在控制信号SEL为H电平的期间被选择而成为导通状态。由此，源极跟随晶体管SF-Tr将列输出的读取信号VSL输出至垂直信号线LSGN，该列输出的读取信号VSL是将浮置扩散层FD的电荷以与电荷量(电位)对应的增益转换为电压信号所得的信号。

例如传输晶体管TG-Tr、复位晶体管RST-Tr及选择晶体管SEL-Tr的各栅极以行为单位而被连接，因此，一行的各像素同时并行地进行所述动作。

在像素部20中配置有N行×M列的像素PXL，因此，各控制信号SEL、RST、TG的控制线分别有N条，垂直信号线LSGN有M条。

在图9中，将各控制线表示为一条行扫描控制线。

垂直扫描电路30根据时序控制电路60的控制，在快门行及读取行中，通过行扫描控制线来驱动像素。

另外，垂直扫描电路30根据地址信号，输出读取信号的读取行、与对光电二极管PD所积累的电荷进行复位的快门行的行地址的行选择信号。

如上所述，在通常的像素读取动作中，通过读取部70的垂直扫描电路30的驱动进行快门扫描，然后进行读取扫描。

图10是表示本实施方式中的通常的像素读取动作时的快门扫描及读取扫描的动作时序的图。

对选择晶体管SEL-Tr的接通(导通)、断开(非导通)进行控制的控制信号SEL在快门扫描期间PSHT内被设定为L电平，使选择晶体管SEL-Tr保持为非导通状态，并在读取扫描期间PRDO内被设定为H电平，使选择晶体管SEL-Tr保持为导通状态。

而且，在快门扫描期间PSHT内的控制信号RST为H电平的期间，控制信号TG在特定期间内被设定为H电平，通过复位晶体管RST-Tr及传输晶体管TG-Tr对光电二极管PD及浮置扩散层FD进行复位。

在读取扫描期间PRDO内，控制信号RST被设定为H电平，通过复位晶体管RST-Tr对浮置扩散层FD进行复位，在该复位期间PR后的读取期间PRD1内，读取复位状态的信号。

如图10所示，读取基于第一转换增益模式读取(LCG)的读取复位信号(LCGRST)及基于第二转换增益模式读取(HCG)的读取复位信号(HCGRST)。

在读取期间PRD1后，控制信号TG在特定期间内被设定为H电平，光电二极管PD的积累电荷通过传输晶体管TG-Tr传输至浮置扩散层FD，在该传输期间PT后的读取期间PRD2内，读取与所积累的电子(电荷)对应的信号。

如图10所示，读取基于第二转换增益模式读取(HCG)的读取信号(HCGSIG)及基于第一转换增益模式读取(LCG)的读取信号(LCGSIG)。

再者，在本第一实施方式的通常的像素读取动作中，积累期间(曝光期间)EXP作为一例，如图10所示，是在快门扫描期间PSHT内对光电二极管PD及浮置扩散层FD进行复位而将控制信号TG切换为L电平后，直到为了结束读取扫描期间PRDO的传输期间PT而将控制信号TG切换为L电平为止的期间。

读取电路40也可采用如下结构，即，包含与像素部20的各列输出对应地配置的多个列信号处理部(未图示)，并可利用多个列信号处理部进行列并行处理。

例如，如图11所示，读取电路40的结构包括包含放大器(AMP、amplifier)的放大部41及ADC(模拟数字转换器；AD转换器)42。

即，列读取电路40如下文所详述，包括：放大部41，对从像素读取的不间断的像素信号PSD的多个读取复位信号及读取信号进行放大；以及ADC42，将放大部41的输出从模拟信号AD(模拟数字)转换为数字信号。

水平扫描电路50对由读取电路40的放大部、ADC等多个列信号处理部处理后的信号进行扫描，并沿着水平方向传输，将该信号输出至未图示的信号处理电路。

时序控制电路60产生像素部20、垂直扫描电路30、读取电路40、水平扫描电路50等的信号处理所需的时序信号。

以上，对固态摄像装置10的各部分的结构及功能的概要进行了说明。

其次，详述本第一实施方式的读取部70的列处理系统即列信号处理部中的放大部的结构、与其关联的读取处理等。

图12是表示本发明第一实施方式的放大部的结构例的电路图。

如图12所示，可对从像素读取的多个像素信号进行放大的放大部41的结构包含放大器(amplifier)411、作为输入节点的第一节点ND1、第二节点ND2、第三节点ND3、第四节点ND4、第五节点ND5、第六节点ND6、第一输入开关SWI41、第一采样电容器CS41、第二输入开关SWI42、第二采样电容器CS42、第一反馈电容器CF41、第一自动归零(auto zero)开关SWAZ41、第二反馈电容器CF42、第二自动归零开关SWAZ42、第一输出开关SWO41及第二输出开关SWO42。

放大器411包含反转输入端子(-)411N与非反转输入端子(+)411P，反转输入端子(-)411N包括第一反转输入通道CHN1与第二反转输入通道CHN2。

第一反转输入通道CHN1连接于第二节点ND2，第二反转输入通道CHN2连接于第三节点ND3。

另外，在本第一实施方式中，非反转输入端子(+)411P包括第一非反转输入通道CHP1与第二非反转输入通道CHP2。

第一非反转输入通道CHP1及第二非反转输入通道CHP2共同连接于基准电位。

第一节点ND1连接垂直信号线LSGN，并被输入从像素读取的多个像素信号。

第四节点ND4连接于放大器411的输出端子，该输出端子连接于ADC42的输入端子。

第五节点ND5经由第一输出开关SWO41而与第四节点ND4连接。第一输出开关SWO41在控制信号oen_l为高电平时，保持为导通状态。

第六节点ND6经由第二输出开关SWO42而与第四节点ND4连接。第二输出开关SWO42在控制信号oen_h为高电平时，保持为导通状态。

第一输入开关SWI41及第一采样电容器CS41串联地连接在第一节点ND41与第二节点ND42之间。

第一输入开关SWI41的端子a连接于第一采样电容器CS41，端子b连接于第一节点ND1，端子c连接于基准电位VSS

第一输入开关SW41例如在控制信号cip_l为高电平时，将端子a连接于端子b，在控制信号cip_l为低电平时，将端子a连接于端子c。

第二输入开关SWI42及第二采样电容器CS42串联地连接在第一节点ND41与第三节点ND43之间。

第二输入开关SWI42的端子a连接于第二采样电容器CS42，端子b连接于第一节点ND1，端子c连接于基准电位VSS。

第二输入开关SWI42例如在控制信号cip_l为高电平时，将端子a连接于端子b，在控制信号cip_l为低电平时，将端子a连接于端子c。

第一反馈电容器CF41连接在第二节点ND2与第五节点ND5之间。

第一自动归零开关SWAZ41以与第一反馈电容器CF41并联的方式而连接在第二节点ND2与第五节点ND5之间。

第一反馈电容器CF42连接在第三节点ND3与第六节点ND6之间。

第二自动归零开关SWAZ42以与第二反馈电容器CF42并联的方式而连接在第三节点ND3与第六节点ND6之间。

在本第一实施方式中，第二采样电容器CS42的电容大于第一采样电容器CS41的电容。

在本第一实施方式中，例如第二采样电容器CS42的电容被设定为8C，第一采样电容器CS41的电容被设定为C。即，第二采样电容器CS42的电容被设定为第一采样电容器CS41的电容的8倍。

另外，在本第一实施方式中，第一反馈电容器CF41的电容及第二反馈电容器CF42的电容被设定为C。

因此，在放大部41中，输入至第一节点ND1，在第一输入开关SWI41及第一采样电容器CS41中传输，并经由第二节点ND2输入至放大器411的像素信号通过第一转换增益模式读取(LCG)而被放大读取。

另一方面，输入至第一节点ND1，在第二输入开关SWI42及第二采样电容器CS42中传输，并经由第三节点ND3而输入至放大器411的像素信号通过第二转换增益模式读取(HCG)而被放大读取。

此处，对放大器411的结构例进行说明。

图13是表示本发明第一实施方式的放大器的结构例的电路图。

放大器411如图13所示，包括第一漏极节点NDDR1、连接于第四节点ND4的第二漏极节点NDDR2、第一PMOS晶体管PT1及第二PMOS晶体管PT2，该第一PMOS晶体管PT1的源极连接于电源VDD，栅极与漏极连接，且该连接部连接于第一漏极节点NDDR1，该第二PMOS晶体管PT2的源极连接于电源，栅极连接于第一PMOS晶体管PT1的栅极及漏极，且漏极连接于第二漏极节点NDDR1。

放大器411包括连接于基准电位VSS的电流源I411、包含连接在第一漏极节点NDDR1与电流源I411之间的第一非反转输入通道CHP1及第二非反转输入通道CHP2的二通道的非反转输入端子411P、以及包含连接在第二漏极节点NDDR2与电流源I411之间的第一反转输入通道CHN1及第二反转输入通道CHN2的二通道的反转输入端子411N。

第一非反转输入通道CHP1包含串联地连接在第一漏极节点NDDR1与电流源I4111之间的第一NMOS晶体管NT1及第一漏极开关SWDR1。

第二非反转输入通道CHP2包含串联地连接在第一漏极节点NDDR1与电流源I411之间的第二NMOS晶体管NT2及第二漏极开关SWDR2。

第一反转输入通道CHN1包含串联地连接在第二漏极节点NDDR2与电流源I411之间的第三NMOS晶体管NT3及第三漏极开关SWDR3。

第二反转输入通道CHN2包含串联地连接在第二漏极节点NDDR2与电流源I411之间的第四NMOS晶体管NT4及第四漏极开关SWDR4。

以与第一输入开关SWI41及第一输出开关SWO41同相地，控制第一漏极开关SWDR1及第三漏极开关SWDR3的导通状态、非导通状态。

通过控制信号ien_l，控制第一漏极开关SWDR1及第三漏极开关SWDR3的导通状态、非导通状态。

以与第二输入开关SWI42及第二输出开关SWO42同相地，控制第二漏极开关SWDR2及第四漏极开关SWDR4的导通状态、非导通状态。

通过控制信号ien_h，控制第二漏极开关SWDR2及第四漏极开关SWDR4的导通状态、非导通状态。

第一NMOS晶体管NT1及第二NMOS晶体管NT2的栅极连接于基准电位VSS，第三NMOS晶体管NT3的栅极连接于第二节点ND2，第四NMOS晶体管NT4的栅极连接于第三节点ND3。

在具有以上的结构的放大器411中，二通道的非反转输入端子411P与二通道的反转输入端子411N共用电源、作为负载的PMOS晶体管PT1、PT2以及电流源I411，因此，只要在通常的差动放大器中新增用以避免记忆效应的漏极开关与NMOS开关就可构成，进而可抑制电路面积的增大。

此处，对图13的放大器的变形例进行说明。

图14是表示套筒(telescope)型放大器作为本实施方式的图13的放大器的第一变形例的图。

图14的作为第一变形例的放大器411A构成为套筒型放大器。

在放大器411A中，在PMOS晶体管PT1的漏极与第一漏极节点NDDR1之间连接有PMOS晶体管PT3，在PMOS晶体管PT2的漏极与第二漏极节点NDDR2之间连接有PMOS晶体管PT4。

而且，PMOS晶体管PT3的栅极与PMOS晶体管PT4的栅极连接于偏置电位bias2。

另外，在第一漏极节点NDDR1与非反转输入端子411P的低阻抗侧节点之间连接有NMOS晶体管NT5，在第二漏极节点NDDR2与反转输入端子411N的低阻抗侧节点之间连接有NMOS晶体管NT6。

而且，NMOS晶体管NT5及NMOS晶体管NT6的栅极连接于偏置电位bias1。

图15是表示两级(two stage)型放大器作为本实施方式的图13的放大器的第二变形例的图。

图15的作为第二变形例的放大器411B构成为两级型放大器。

图13的放大器411配置于初段即第一级，包括PMOS晶体管PT5、电容器C411及电流源1412的输出放大器411C配置于第二级。

图16是表示折叠式叠接(folded cascode)型放大器作为本实施方式的图13的放大器的第三变形例的图。

图16的作为第三变形例的放大器411D构成为折叠式叠接型放大器。

该放大器411D基本上是变更图14的套筒型的连接形式而设为折叠式叠接型的放大器。详情省略。

(固态摄像装置10的读取动作)

以上，对固态摄像装置10的各部分的特征性结构及功能进行了说明。

其次，对本第一实施方式的固态摄像装置10的像素信号的读取动作进行说明。

图17是用以对本第一实施方式的固态摄像装置10的像素信号的读取动作进行说明的时序图。

读取动作在读取部70的控制下，以如下方式进行。

对选择晶体管SEL-Tr的接通(导通)、断开(非导通)进行控制的控制信号SEL在读取扫描期间PRDO内被设定为H电平，使选择晶体管SEL-Tr保持为导通状态。

此时，控制信号cip_l、ien_l、ope_l被设定为高电平。

由此，放大部41的第一输入开关SWI41、第一输出开关SWO41、放大器41的第一漏极开关SWDR1、第三漏极开关SWDR3保持为导通状态。

另一方面，控制信号cip_h、ien_h、ope_h被设定为低电平。

由此，放大部41的第二输入开关SWI42、第二输出开关SWO42、放大器41的第二漏极开关SWDR2、第四漏极开关SWDR4保持为非导通状态。

在读取扫描期间PRDO内，控制信号RST被设定为H电平，通过复位晶体管RST-Tr对浮置扩散层FD进行复位。

与该复位期间PR并行地，控制信号az_l在特定期间内被设定为高电平，放大部41的第一自动归零开关SWAZ41在特定期间内保持为导通状态，将放大器411初始化。

接着，在该复位期间PR后的第一读取期间PRD1内，读取复位状态的信号。

即，在复位期间PR后的第一读取期间PRD1内，放大部41的第一输入开关SWI41、第一输出开关SWO41、放大器41的第一漏极开关SWDR1、第三漏极开关SWR3在特定期间内保持为导通状态，进行基于第一转换增益模式读取(LCG)的第一复位信号(LCGRST)的放大读取。此处，第一复位信号LCGRST包含将控制信号az_l设为低电平而断开第一自动归零开关SWAZ41时所产生的复位噪声。

在第一复位信号(LCGRST)的放大读取后，控制信号cip_l、ien_l、ope_l切换为低电平。

由此，放大部41的第一输入开关SWI41、第一输出开关SWO41、放大器41的第一漏极开关SWDR1、第三漏极开关SWDR3切换为非导通状态。

另一方面，控制信号cip_h、ien_h、ope_h切换为高电平。

由此，放大部41的第二输入开关SWI42、第二输出开关SWO42、放大器41的第二漏极开关SWDR2、第四漏极开关SWDR4切换为导通状态。

与此并行地，控制信号az_h在特定期间内被设定为高电平，放大部41的第二自动归零开关SWAZ42在特定期间内保持为导通状态，将放大器411初始化。

接着，在通过第二自动归零开关SWAZ42进行初始化后，放大部41的第二输入开关SWI42、第二输出开关SWO42、放大器41的第二漏极开关SWDR2、第四漏极开关SWDR4在特定期间内保持为导通状态，进行基于第二转换增益模式读取(HCG)的第二复位信号(HCGRST)的放大读取。此处，第二复位信号HCGRST包含将控制信号az_h设为低电平而断开第二自动归零开关SWAZ42时所产生的复位噪声。

在读取期间PRD1后，控制信号TG在特定期间内被设定为H电平，光电二极管PD的积累电荷通过传输晶体管TG-Tr传输至浮置扩散层FD，在该传输期间PT后的读取期间PRD2内，读取与所积累的电子(电荷)对应的信号。

即，在传输期间PT后的第二读取期间PRD2内，放大部41的第二输入开关SWI42、第二输出开关SWO42、放大器41的第二漏极开关SWDR2、第四漏极开关SWDR4仍保持为导通状态，进行基于第二转换增益模式读取(HCG)的第二读取信号(HCGSIG)的放大读取。此处，第二读取信号HCGSIG包含将作为电荷保存于第三节点ND3的控制信号az_h设为低电平而断开第二自动归零开关SWAZ42时所产生的复位噪声。在后段电路中，取得第二读取信号HCGSIG与第二复位信号HCGRST的差分，由此，能够利用CDS去除将控制信号az_h设为低电平而断开第二自动归零开关SWAZ42时所产生的复位噪声。

在第二读取信号(HCGSIG)的放大读取后，控制信号cip_l、ien_l、ope_l切换为高电平。

由此，放大部41的第一输入开关SWI41、第一输出开关SWO41、放大器41的第一漏极开关SWDR1、第三漏极开关SWDR3切换为导通状态。

另一方面，控制信号cip_h、ien_h、ope_h切换为低电平。

由此，放大部41的第二输入开关SWI42、第二输出开关SWO42、放大器41的第二漏极开关SWDR2、第四漏极开关SWDR4切换为非导通状态。

接着，在将放大部41的第二输入开关SWI42、第二输出开关SWO42、放大器41的第二漏极开关SWDR2、第四漏极开关SWDR4切换为非导通状态后，进行基于第一转换增益模式读取(LCG)的第一读取信号(LCGSIG)的放大读取。此处，第一读取信号LCGSIG包含将作为电荷保存于第二节点ND2的控制信号az_l设为低电平而断开第一自动归零开关SWAZ41时所产生的复位噪声。在后段电路中，取得第一读取信号LCGSIG与第一复位信号LCGRST的差分，由此，能够利用CDS去除将控制信号az_l设为低电平而断开第一自动归零开关SWAZ41时所产生的复位噪声。

如以上的说明所述，根据本第一实施方式，可对从像素读取的多个像素信号进行放大的放大部41的结构包含放大器(amplifier)411、作为输入节点的第一节点ND1、第二节点ND2、第三节点ND3、第四节点ND4、第五节点ND5、第六节点ND6、第一输入开关SWI41、第一采样电容器CS41、第二输入开关SWI42、第二采样电容器CS42、第一反馈电容器CF41、第一自动归零开关SWAZ41、第二反馈电容器CF42、第二自动归零开关SWAZ42、第一输出开关SWO41及第二输出开关SWO42。

放大器411包含反转输入端子(-)411N与非反转输入端子(+)411P，反转输入端子(-)411P包括第一反转输入通道CHN1与第二反转输入通道CHN2。

第一反转输入通道CHN1连接于第二节点ND2，第二反转输入通道CHN2连接于第三节点ND3。

另外，在本第一实施方式中，非反转输入端子(+)411P包括第一非反转输入通道CHP1与第二非反转输入通道CHP2。

第一非反转输入通道CHP1及第二非反转输入通道CHP2共同连接于基准电位。

而且，在本第一实施方式中，例如第二采样电容器CS42的电容被设定为8C，第一采样电容器CS41的电容被设定为C。即，第二采样电容器CS42的电容被设定为第一采样电容器CS41的电容的8倍。

因此，根据本第一实施方式，能够去除低转换增益数据与高转换增益数据的连接点处的噪声间隙，可抑制耗电的增大、电路面积的增大，而且能够实现大动态范围化，进而能够实现高画质化。

(第二实施方式)

图18是表示本发明第二实施方式的放大部的结构例的电路图。

图19是表示本发明第二实施方式的放大器的结构例的电路图。

本第二实施方式的放大部41A与第一实施方式的放大部41的不同点如下所述。

在第二实施方式的放大部41A中，放大器411A的非反转输入端子(+)411P构成为一通道而非二通道。

因此，在放大器411A中，因多余而删除了图13的漏极开关SWDR1、SWDR2及NMOS晶体管NT2。

根据本第二实施方式，当然能够获得与所述第一实施方式相同的效果，还可更大幅地抑制耗电的增大、电路面积的增大。

(第三实施方式)

图20是表示本发明第三实施方式的放大部的结构例的电路图。

图21是本第三实施方式的固态摄像装置的像素信号的读取动作的时序图。

本第三实施方式的放大部41B与第一实施方式的放大部41的不同点如下所述。

在本第三实施方式的放大部41B中，放大器411的非反转输入端子(+)411P的两个通道分别连接着像素接地噪声消除电路412、413。

像素接地噪声消除电路412包含连接于非反转输入端子(+)411P的第一非反转输入通道CHP1的通道节点NDC1、连接在信号的输入线与通道节点NDC1之间的消除电路用采样电容器CCS43、连接在通道节点NDC1与基准电位VSS之间的消除电路用电容器CCF43、及根据控制信号vref_sh_l而选择性地连接通道节点NDC1与参照电位Vref的开关SWV1。

同样地，像素接地噪声消除电路413包含连接于非反转输入端子(+)411P的第二通道CHP2的通道节点NDC2、连接在信号的输入线与通道节点NDC2之间的消除电路用采样电容器CCS44、连接在通道节点NDC2与基准电位VSS之间的消除电路用电容器CCF44、及根据控制信号vref_sh_h而选择性地连接通道节点NDC2与参照电位Vref的开关SWV2。

像素接地噪声消除电路412的消除电路用采样电容器CCS43的电容C与第一采样电容器CS41的电容相等。

像素接地噪声消除电路413的消除电路用采样电容器CCS44的电容8C与第二采样电容器CS42的电容8C相等。

在本第三实施方式中，在第一转换增益模式读取(LCG)时，如图21所示，控制信号Vref_sh为高电平，开关SWV1、SWV2设为导通状态，禁用(disable)地弹消除(Ground BounceCancel，GBC)功能而进行放大读取。

另一方面，在第二转换增益模式读取(HCG)时，如图21所示，控制信号Vref_sh为低电平，开关SWV1、SWV2设为非导通状态，启用(enable)地弹消除(GBC)功能而进行放大读取。

根据本第三实施方式，当然可获得所述第一实施方式的效果，因为输入至像素接地噪声消除电路412、413的信号经由采样电容器CS43、CS44供应至放大部41的放大器412的非反转输入端子(+)411P侧，所以还能够消除例如每列(column)的接地(GND)悬浮，进而能够减少阴影等噪声。可实现所谓的地弹消除(GBC)。

(第四实施方式)

图22是表示本发明第四实施方式的放大部的结构例的电路图。

图23是本第四实施方式的固态摄像装置的像素信号的读取动作的时序图。

本第四实施方式的放大部41C与第二实施方式的放大部41A的不同点如下所述。

在本第四实施方式的放大部41C中，放大器411的非反转输入端子(+)411P的第一非反转输入通道CHP1连接着像素接地噪声消除电路413C。

像素接地噪声消除电路413C包含连接于非反转输入端子(+)411P的第一非反转输入通道CHP1的通道节点NDC2、连接在信号的输入线与通道节点NDC2之间的消除电路用采样电容器CCS44、连接在通道节点NDC2与基准电位VSS之间的消除电路用电容器CCF44、及选择性地连接通道节点NDC2与参照电位Vref的开关SWV2。

像素接地噪声消除电路413C的消除电路用采样电容器CS44的电容8C与第二采样电容器CS42的电容8C相等。

在本第四实施方式中，在第一转换增益模式读取(LCG)时，如图23所示，控制信号Vref_sh为高电平，开关SWV2设为导通状态，禁用地弹消除(GBC)功能而进行放大读取。

另一方面，在第二转换增益模式读取(HCG)时，如图23所示，控制信号Vref_sh为低电平，开关SWV2设为非导通状态，启用地弹消除(GBC)功能而进行放大读取。

根据本第四实施方式，当然可获得所述第一及第二实施方式的效果，因为输入至像素接地噪声消除电路413C的信号在第二转换增益模式读取(HCG)下，经由采样电容器CS43、CS44供应至放大部41的放大器412的非反转输入端子(+)411P侧，所以还能够消除例如每列(column)的接地(GND)悬浮，进而能够减少低照度时的阴影(shading)等噪声。可实现所谓的地弹消除(GBC)。

(第五实施方式)

图24是表示本发明第五实施方式的放大部的结构例的电路图。

本第五实施方式的放大部41D与第二实施方式的放大部41A的不同点如下所述。

在本第五实施方式的放大部41D中，放大器411的反转输入端子(-)411N并非为二通道，而是包括其以上的通道。在本第五实施方式中，放大器411的反转输入端子(-)411N包括三个反转输入通道CHN1、CHN2、CHN3，可实现三增益合并(combination)。

而且，放大部41D包含连接于第三反转输入通道CHN3的第七节点ND7、经由第三输出开关SWO3而与第四节点ND4连接的第八节点ND8、串联地连接在第一节点ND1与第七节点ND7之间的第三输入开关SWI3及第三采样电容器CS43、以及连接在第七节点ND7与第八节点ND8之间的第三反馈电容器CF43。

放大部41D包含以与第三反馈电容器CF43并联的方式而连接在第七节点ND7与第八节点ND8之间的第三自动归零开关SWAZ43。

而且，第三采样电容器CS43的电容2C、第二采样电容器CS42的电容8C及第一采样电容器CS41的电容C各自的电容不同。

根据本第五实施方式，当然能够获得与所述第二实施方式相同的效果，还可进行三次采样，利用三个增益的组合来进行第一转换增益模式读取(LCG)及第二转换增益模式读取(HCG)。

(第六实施方式)

图25是表示本发明第六实施方式的放大部的结构例的电路图。

本第六实施方式的放大部41E与第五实施方式的放大部41D的不同点如下所述。

在本第六实施方式的放大部41E中，放大器411的反转输入端子(-)411N并非为二通道，而是包括其以上的通道。在本第六实施方式中，放大器411的反转输入端子(-)411N包括四个反转输入通道CHN1、CHN2、CHN3、CHN4，可实现四增益合并。

而且，放大部41E包含连接于第四反转输入通道CHN4的第九节点ND9、经由第四输出开关SWO4而与第四节点ND4连接的第十节点ND10、串联地连接在第一节点ND1与第九节点ND9之间的第四输入开关SWI4及第四采样电容器CS44、以及连接在第九节点ND9与第十节点ND10之间的第四反馈电容器CF44。

放大部41E包含以与第四反馈电容器CF44并联的方式而连接在第九节点ND9与第十节点ND10之间的第四自动归零开关SWAZ44。

而且，第四采样电容器CS44的电容4C、第三采样电容器CS43的电容2C、第二采样电容器CS42的电容8C及第一采样电容器CS41的电容C各自的电容不同。

根据本第五实施方式，当然能够获得与所述第二及第四实施方式相同的效果，还可进行四次采样，利用四个增益的组合来进行第一转换增益模式读取(LCG)及第二转换增益模式读取(HCG)。

以上说明的固态摄像装置10能够作为摄像装置而应用于数码相机或摄像机、便携终端、或者监控用相机、医疗周内窥镜用相机等电子设备。

图26是表示搭载有如下相机系统的电子设备的结构的一例的图，该相机系统应用了本发明的实施方式的固态摄像装置。

如图26所示，本电子设备100包括可应用本实施方式的固态摄像装置10的CMOS图像传感器11O。

而且，电子设备100包括将入射光引导至该CMOS图像传感器110的像素区域(使被拍摄体像成像)的光学系统(透镜等)120。

电子设备100包括对CMOS图像传感器110的输出信号进行处理的信号处理电路(PRC)130。

信号处理电路130对CMOS图像传感器110的输出信号实施特定的信号处理。

由信号处理电路130处理后的图像信号可作为动态图像而显示在包含液晶显示器等的监视器中，或也可输出至打印机，另外，可采用各种形态，例如直接记录于存储卡等存储介质。

如上所述，通过搭载所述固态摄像装置10作为CMOS图像传感器110，可提供高性能、小型、低成本的相机系统。

而且，能够实现使用于在相机的设置条件方面存在安装尺寸、可连接的线缆条数、线缆长度、设置高度等限制的用途的例如监控用相机、医疗周内窥镜用相机等电子设备。

主要元件符号说明

1、1A：钳位电路

1B：钳位部

2：路径选择部

2C、4C、8C、C、C1、C1-1、C1-2、C2：电容

2-11[A]、2-12[B]、2-11[A]、2-12[B]：信号路径

10：固态摄像装置

20：像素部

30：垂直扫描电路

40：读取电路

41、41A～41E：放大部

42：ADC

50：水平扫描电路

60：时序控制电路

70：读取部

100：电子设备

110：CMOS图像传感器

120：光学系统

130：信号处理电路(PRC)

411、411A～411C：放大器

411N：反转输入端子(-)

411P：非反转输入端子(+)

412、413、413C：像素接地噪声消除电路

AMP1：放大器

a、b、c：端子

az_h、az_l、cip_h、cip_l、ien_h、ien_l、oen_l、oen_h、ope_l、vref_sh_h、vref_sh_l、RST、SEL、TG：控制信号

bias1、bias2：偏置电位

CCF43、CCF44：消除电路用电容器

CCS43、CCS44：消除电路用采样电容器

CF41：第一反馈电容器

CF42：第二反馈电容器

CF43：第三反馈电容器

CF44：第四反馈电容器

CHN1：第一反转输入通道

CHN2：第二反转输入通道

CHN3：第三反转输入通道

CHN4：第四反转输入通道

CHP1：第一非反转输入通道

CHP2：第二非反转输入通道

CLP：钳位信号

CS41：第一采样电容器

CS42：第二采样电容器

CS43：第三采样电容器

CS44：第四采样电容器

C411：电容器

EXP：积累期间(曝光期间)

FD：浮置扩散层

HCG：第二转换增益(高转换增益)模式读取

HCGRST：第二复位信号

HCGSIG：第二读取信号

I411、I412：电流源

LCG：第一转换增益(低转换增益)模式读取

LCGRST：第一复位信号

LCGSIG：第一读取信号

LS：信号线

LSGN：垂直信号线

NDDR1：第一漏极节点

NDDR2：第二漏极节点

ND1：第一节点

ND2：第二节点

ND3：第三节点

ND4：第四节点

ND5：第五节点

ND6：第六节点

ND7：第七节点

ND8：第八节点

ND9：第九节点

ND10：第十节点

NDC1、NDC2：通道节点

NT1：第一NMOS晶体管

NT2：第二NMOS晶体管

NT3：第三NMOS晶体管

NT4：第四NMOS晶体管

NT5、NT6：NMOS晶体管

ODA：最终输出数据

OD[N]、OD[N，1]、OD[N+1]、OD[N，2]、OD[*，1]、OD[*，2]：输出数据

PD：光电二极管

PR：复位期间

PRDO：读取扫描期间

PRD1、PRD2：读取期间

PS[N]、PS[N+1]：像素信号

PSD[N]、PSD[N+1]：不中断的像素信号

PSHT：快门扫描期间

PT：传输期间

PT1：第一PMOS晶体管

PT2：第二PMOS晶体管

PT3、PT4：PMOS晶体管

PXL：像素

RST-Tr：复位晶体管

SEL-Tr：选择晶体管

SF-Tr：源极跟随晶体管

SWAZ41：第一自动归零开关

SWAZ42：第二自动归零开关

SWAZ43：第三自动归零开关

SWAZ44：第四自动归零开关

SWDR1：第一漏极开关

SWDR2：第二漏极开关

SWDR3：第三漏极开关

SWDR4：第四漏极开关

SWI41：第一输入开关

SWI42：第二输入开关

SWO3：第三输出开关

SWO4：第四输出开关

SWO41：第一输出开关

SWO42：第二输出开关

SW1、SWV1、SWV2：开关

TG-Tr：传输晶体管

VDD、VRst：电源线

Vrst[N]、Vrst[N+1]、Vrst[N，1]、Vrst[N，2]、Vrst[N+1，1]、Vrst[N+1，2]：基准电平

VSL：列输出的读取信号

VSS：基准电位

Vsig[N]、Vsig[N+1]、Vsig[N，1]、Vsig[N，2]、Vsig[N+1，1]、Vsig[N+1，2]：信号电平(读取信号)

WA、WB：路径选择信号

WSI42：第二输入开关

[V1]：新的基准电平

[X]：交界(结合位置(点))

[Y]：输入节点