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 大高俊德 于 2018-05-07 设计创作，主要内容包括：固态摄像装置10在信号保持部212中,包括分别由一个采样晶体管(1T)与采样电容(1C)形成的第一采样部2122及第二采样部2123,并将两个采样部的耦合节点即保持节点ND23作为双向端口利用,由此,构成为利用四个晶体管实现与差动读取大致同等的信号振幅的具备全局快门功能的固态摄像元件。由此,能够抑制晶体管数的增加,并防止采样部中产生信号振幅损失,而且可维持高像素灵敏度并抑制输入换算噪声。(The solid-state imaging device 10 includes the signal holding unit 212 including the first sampling unit 2122 and the second sampling unit 2123 each formed of one sampling transistor (1T) and one sampling capacitor (1C), and is configured as a solid-state imaging element having a global shutter function in which signal amplitude substantially equal to that of differential reading is realized by four transistors by using the holding node ND23, which is a coupling node of two sampling units, as a bidirectional port. This makes it possible to suppress the increase in the number of transistors, prevent the generation of signal amplitude loss in the sampling unit, and suppress input conversion noise while maintaining high pixel sensitivity.)

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、医疗用内窥镜、个人电脑(Personal Computer，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类型，即，选择像素阵列中的某一行，将其等同时向列(column)输出方向进行读取。

而且，CMOS图像传感器进行如下动作，即，按像素或按行进行逐次扫描而将由光电二极管产生并积累的光电荷进行读取。

在该逐次扫描的情况下，即，在采用了卷帘快门(rolling shutter)作为电子快门的情况下，无法使积累光电荷的曝光开始时间及结束时间在所有像素一致。因此，在逐次扫描的情况下，存在如下问题：在拍摄运动被拍摄体时，拍摄图像会产生失真。

因此，在不允许图像失真的高速运动的被拍摄体的拍摄、或需要拍摄图像的同时性的感测用途中，采用全局快门(global shutter)作为电子快门，该全局快门对于像素阵列部中的所有像素，以同一时序执行开始曝光与结束曝光。

采用了全局快门作为电子快门的CMOS图像传感器在像素内，例如设置有将从光电转换读取部读取的信号保持于信号保持电容器的信号保持部。

在采用了全局快门的CMOS图像传感器中，将电荷作为电压信号从光电二极管一齐积累于信号保持部的信号保持电容器，然后逐次读取，由此，确保了图像整体的同时性(例如参照非专利文献1)。

另外，非专利文献1所记载的层叠型CMOS图像传感器具有通过微凸块(连接部)连接着第一衬底(Pixel die)与第二衬底(ASIC die)而成的层叠构造。而且，在第一衬底上形成有各像素的光电转换读取部，在第二衬底上形成有各像素的信号保持部、信号线、垂直扫描电路、水平扫描电路、列读取电路等。

现有技术文献

非专利文献

[非专利文献1]J.Aoki,et al.,"A Rolling-Shutter Distortion-Free 3DStacked Image Sensor with-160dB Parasitic Light Sensitivity In-Pixel StorageNode"ISSCC 2013/SESSION 27/IMAGE SENSORS/27.3.

[非专利文献2]"A 3D stacked CMOS image sensor with 16Mpixel global-shuttermode using 4million interconnections",Toru Kondo,Yoshiaki Takemoto,KenjiKobayashi,Mitsuhiro Tsukimura,Naohiro Takazawa,Hideki Kato,Shunsuke Suzuki,Jun Aoki,Haruhisa Saito,Yuichi Gomi,Seisuke Matsuda,and Yoshitaka Tadaki.

[非专利文献3]"A CMOS Active Pixel Image Sensor with In-pixel CDS forHigh-Speed Cameras",Toru INOUE and Shinji TAKEUCHI,Shoji KAWAHITO,Proc.SPIE5301,Sensors and Camera Systems for Scientific,Industrial,and DigitalPhotography Applications V,250(June 7,2004)

发明内容

本发明所要解决的技术问题

但是，在与光电转换部相邻的部位进行相关双采样(Correlated DoubleSampling，CDS)的电压模式的全局快门与现有的电荷模式类型相比，能够较容易地实现高快门效率(SRR)或寄生感光度(Parasitic Light Sensitivity：PLS)。

而且，通过使用芯片层叠技术，并将采样部设置于与光电转换部不同的裸片(die)，可实现完全遮光。

结果是即使太阳光等非常强的光入射，也能够将PLS减少至几乎不会对即将被采样的图像产生影响的-160dB的电平(参照非专利文献2)。

因此，是在ITS等的需要在极度照明变动下取得稳定图像的机器视觉相机方面有前途的像素技术。

层叠型全局快门CMOS图像传感器将采样电路安装在包括光电转换部的像素的正下方。

对电压进行采样需要大电容与开关晶体管。另外，还需要用以将所采样的电压输出的晶体管。

采样时产生的噪声电压与采样电容的平方根成反比，因此，在降低噪声的方面，不可或缺的是安装尽可能大的采样电容。

实现采样电容的器件有MOS电容、MIM电容、PIP电容、MOM电容、沟槽电容的多个种类，但一般而言，优选以尽可能少的晶体管数构成采样电路的采样部与输出部。

另一方面，如非专利文献3所示，进行CDS的方法能够划分为两种。

一种是使用AC耦合技术，利用采样电路进行像素复位电压与光信号电压的差分处理并进行保存的方法。

在非专利文献3中所使用的AC耦合技术中，能够采用与现有的4T-APS像素相同的输出部的结构，因此，能够抑制所需的晶体管数。

但是，电荷共享的结果是会产生采样电路的传递函数增益低于0.5的情况，或在其他结构中因寄生电容而变为0.8左右的情况。结果会产生输入换算噪声变得非常大的缺点。

另一种是使用双采样技术的方法。

在双采样中，利用列电路进行差分处理。

如非专利文献2所示，各采样电容需要输出部，因此，有晶体管数增加的倾向。

但是，因为完全不会发生电荷共享，所以采样电路中不会产生信号振幅损失，与AC耦合方法相比，有能够维持高像素灵敏度并抑制输入换算噪声的优点。

本发明提供能够抑制晶体管数的增加，并防止采样部中产生信号振幅损失，而且可维持高像素灵敏度并抑制输入换算噪声的固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备。

解决问题的方案

本发明的第一观点的固态摄像装置包括：像素部，配置有包含光电转换读取部及信号保持部的像素；读取部，从所述像素部进行像素信号的读取；以及信号线，输出有所述信号保持部的保持信号，从所述像素读取的所述像素信号至少是包含从所述像素读取的读取信号及读取复位信号的像素信号，所述像素的所述光电转换读取部至少包括：输出节点；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，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件积累的电荷；第一源极跟随元件，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，并将转换所得的信号输出至所述输出节点；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，所述信号保持部包括：输入节点；保持节点；第一采样部，包含可保持从所述像素的所述光电转换读取部的输出节点输出，并输入至所述输入节点的读取信号的第一信号保持电容器、及将所述第一信号保持电容器选择性地连接于所述保持节点的第一开关元件；第二采样部，包含可保持从所述像素的所述光电转换读取部的输出节点输出，并输入至所述输入节点的读取复位信号的第二信号保持电容器、及将所述第二信号保持电容器选择性地连接于所述保持节点的第二开关元件；以及输出部，包含将所述第一信号保持电容器所保持的信号及所述第二信号保持电容器所保持的信号，根据所述保持节点的保持电压而从源极端子输出至所述信号线的第二源极跟随元件。

本发明的第二观点是固态摄像装置的驱动方法，该固态摄像装置包括：像素部，配置有包含光电转换读取部及信号保持部的像素；读取部，从所述像素部进行像素信号的读取；以及信号线，输出有所述信号保持部的保持信号，从所述像素读取的所述像素信号至少是包含从所述像素读取的读取信号及读取复位信号的像素信号，所述像素的所述光电转换读取部至少包括：输出节点；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，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件积累的电荷；第一源极跟随元件，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，并将转换所得的信号输出至所述输出节点；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，所述信号保持部包括：输入节点；保持节点；第一采样部，包含可保持从所述像素的所述光电转换读取部的输出节点输出，并输入至所述输入节点的读取信号的第一信号保持电容器、及将所述第一信号保持电容器选择性地连接于所述保持节点的第一开关元件；第二采样部，包含可保持从所述像素的所述光电转换读取部的输出节点输出，并输入至所述输入节点的读取复位信号的第二信号保持电容器、及将所述第二信号保持电容器选择性地连接于所述保持节点的第二开关元件；以及输出部，包含将所述第一信号保持电容器所保持的信号及所述第二信号保持电容器所保持的信号，根据所述保持节点的保持电压而从源极端子输出至所述信号线的第二源极跟随元件，且所述固态摄像装置包括：电源切换部，可将所述信号保持部的所述第二源极跟随元件的漏极侧选择性地连接于电源电位或基准电位；以及节点电位切换部，可将所述信号保持部的所述保持节点选择性地设定为特定的电压电平或基准电位。

而且，在本发明的第二观点中，所述信号保持部在所述输入节点与所述保持节点连接，相对于所述保持节点，所述第一采样部的所述第一开关元件与所述第二采样部的第二开关元件并联地连接的情况下，在读取所述像素的像素信号的采样期间，利用所述电源切换部，将所述第二源极跟随元件的漏极侧连接于基准电位，在所述采样期间中的第一清除期间，利用所述节点电位切换部，将所述保持节点设定为基准电位，并且将所述信号保持部的所述第一采样部的第一开关元件及所述第二采样部的第二开关元件保持为导通状态，而将所述信号保持部的所述第一采样部的所述第一信号保持电容器及所述第二采样部的所述第二信号保持电容器清除，在接续所述第一清除期间的从所述像素读取作为像素信号的读取复位信号的复位信号读取期间，使所述第二采样部的所述第二开关元件在特定期间导通，而使所述读取复位信号保持于所述第二信号保持电容器，在接续所述复位信号读取期间的第二清除期间，利用所述节点电位切换部，将所述保持节点设定为基准电位，并且将所述信号保持部的所述第一采样部的第一开关元件保持为导通状态，而将所述信号保持部的所述第一采样部的所述第一信号保持电容器清除，在接续所述第二清除期间的从所述像素读取作为像素信号的读取信号的信号读取期间，使所述第一采样部的所述第一开关元件在特定期间导通，而使所述读取信号保持于所述第一信号保持电容器。

另外，在本发明的第二观点中，所述信号保持部在所述输入节点与所述保持节点之间连接有所述第一采样部，对所述保持节点，连接有所述第二采样部的所述第二开关元件，所述第一采样部的所述第一信号保持电容器连接于所述输入节点，所述第一信号保持电容器与所述输入节点的连接节点和所述保持节点之间连接有所述第一开关元件的情况下，在读取所述像素的像素信号的采样期间，利用所述电源切换部，将所述第二源极跟随元件的漏极侧连接于基准电位，在所述采样期间中的第一清除期间，利用所述节点电位切换部，将所述保持节点设定为基准电位，并且将所述信号保持部的所述第一采样部的第一开关元件及所述第二采样部的第二开关元件保持为导通状态，而将所述信号保持部的所述第一采样部的所述第一信号保持电容器及所述第二采样部的所述第二信号保持电容器清除，在接续所述第一清除期间的从所述像素读取作为像素信号的读取复位信号的复位信号读取期间，在已将所述第一采样部的第一开关元件保持为导通状态的状态下，使所述第二采样部的所述第二开关元件在特定期间导通，而使所述读取复位信号保持于所述第二信号保持电容器，在接续所述复位信号读取期间的第二清除期间，在已将所述第二采样部的第二开关元件保持为非导通状态的状态下，利用所述节点电位切换部，将所述保持节点设定为基准电位，并且将所述信号保持部的所述第一采样部的第一开关元件保持为导通状态，而将所述信号保持部的所述第一采样部的所述第一信号保持电容器清除，在接续所述第二清除期间的从所述像素读取作为像素信号的读取信号的信号读取期间，使所述第一采样部的所述第一开关元件在特定期间导通，而使所述读取信号保持于所述第一信号保持电容器。

本发明的第三观点的电子设备包括：固态摄像装置；以及光学系统，使被拍摄体像在所述固态摄像装置成像，所述固态摄像装置包括：像素部，配置有包含光电转换读取部及信号保持部的像素；读取部，从所述像素部进行像素信号的读取；以及信号线，输出有所述信号保持部的保持信号，从所述像素读取的所述像素信号至少是包含从所述像素读取的读取信号及读取复位信号的像素信号，所述像素的所述光电转换读取部至少包括：输出节点；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，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件积累的电荷；第一源极跟随元件，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，并将转换所得的信号输出至所述输出节点；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，所述信号保持部包括：输入节点；保持节点；第一采样部，包含可保持从所述像素的所述光电转换读取部的输出节点输出，并输入至所述输入节点的读取信号的第一信号保持电容器、及将所述第一信号保持电容器选择性地连接于所述保持节点的第一开关元件；第二采样部，包含可保持从所述像素的所述光电转换读取部的输出节点输出，并输入至所述输入节点的读取复位信号的第二信号保持电容器、及将所述第二信号保持电容器选择性地连接于所述保持节点的第二开关元件；以及输出部，包含将所述第一信号保持电容器所保持的信号及所述第二信号保持电容器所保持的信号，根据所述保持节点的保持电压而从源极端子输出至所述信号线的第二源极跟随元件。

发明效果

根据本发明，能够抑制晶体管数的增加，并防止采样部中产生信号振幅损失，而且能够维持高像素灵敏度并抑制输入换算噪声。

附图说明

图1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块图。

图2是表示本发明第一实施方式的固态摄像装置的像素的结构例的电路图。

图3是用以对本发明第一实施方式的固态摄像装置的像素部中的像素阵列进行说明的图。

图4是用以对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进行说明的图。

图5是用以对本第一实施方式的固态摄像装置10的第一层叠构造进行说明的图。

图6是用以对本第一实施方式的固态摄像装置10的第二层叠构造进行说明的图。

图7(A)～(I)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的特定快门模式时的像素部的清除期间及采样期间的动作进行说明的时序图。

图8(A)～(F)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的特定快门模式时的像素部的保持信号读取期间的读取动作进行说明的时序图。

图9是表示本发明第二实施方式的固态摄像装置的像素的结构例的电路图。

图10是表示本发明第三实施方式的固态摄像装置的像素的结构例的电路图。

图11(A)～(I)是用以主要对本第三实施方式的固态摄像装置的特定快门模式时的像素部的清除期间及采样期间的动作进行说明的时序图。

图12是表示应用了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。

主要元件符号说明

10、10A、10B：固态摄像装置

20、20A、20B：像素部

PD21：光电二极管

TG1-Tr：传输晶体管

RST1-Tr：复位晶体管

SF1-Tr：源极跟随晶体管

FD21：浮置扩散层

21：像素

211：光电转换读取部

212、212A、212B：信号保持部

ND21：输出节点

ND22：输入节点

2121：输入部

2122：第一采样部

2123：第二采样部

2124：输出部

ND23：保持节点

CS21：第一信号保持电容器

CR21：第二信号保持电容器

SHS1-Tr：第一采样晶体管

SHR1-Tr：第二采样晶体管、垂直扫描电路

40：读取电路(列读取电路)

50：水平扫描电路

60：时序控制电路

70：读取部

300：电子设备

310：CMOS图像传感器

320：光学系统

330：信号处理电路(PRC)

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1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块图。

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。

在本第一实施方式中，固态摄像装置10在像素部20中包含光电转换读取部及信号保持部作为像素，从而构成为具有全局快门的动作功能的例如层叠型的CMOS图像传感器。

在本第一实施方式中，固态摄像装置10如下文所详述，在第一衬底与第二衬底的层叠型CMOS图像传感器中，在形成于第二衬底的信号保持部，安装分别由一个采样晶体管(1T)与采样电容(1C)形成的第一采样部及第二采样部，并将两个采样部的耦合节点即保持节点用作双向端口而利用，藉此构成为利用四个晶体管实现与差动读取大致同等的信号振幅的具备全局快门功能的固态摄像元件。

以下，详述固态摄像装置10的各部分的结构及功能的概要，特别是像素部20的结构及功能、与这些关联的读取处理、以及像素部20与读取部70的层叠构造等。

(像素以及像素部20的结构)

图2是表示本发明第一实施方式的固态摄像装置10的像素的结构例的电路图。

配置于像素部20的像素21的结构包含光电转换读取部211及信号保持部212。

而且，在本第一实施方式的像素部20中，对应于像素21或对应于多个像素21而配置有电源切换部22、节点电位切换部23及总线复位部24。

像素21的光电转换读取部211的结构包含光电二极管(光电转换元件)与像素内放大器。

具体而言，该光电转换读取部211包括例如光电转换元件即光电二极管PD21。

相对于该光电二极管PD21，分别包括一个作为传输元件的传输晶体管TG1-Tr、作为复位元件的复位晶体管RST1-Tr、作为第一源极跟随元件的源极跟随晶体管SF1-Tr、作为选择元件的选择晶体管SEL1-Tr及输出节点ND21。

这样，第一实施方式的像素21的光电转换读取部211的结构是包含传输晶体管TG1-Tr、复位晶体管RST1-Tr、第一源极跟随晶体管SF1-Tr及选择晶体管SEL1-Tr的4晶体管(4Tr)。

本第一实施方式的光电转换读取部211，输出节点ND21连接于像素21的信号保持部212的输入部。

光电转换读取部211在全局快门模式时，将作为像素信号的读取信号(信号电压)(VSIG)及读取复位信号(信号电压)(VRST)输出至信号保持部212。

在本第一实施方式中，垂直信号线LSGN11在全局快门模式时，由恒定电流源Ibias驱动。

光电二极管PD21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(hole)，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及传输晶体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三晶体管(3Tr)像素的情况也有效。

光电转换读取部211的传输晶体管TG1-Tr连接在光电二极管PD21与浮置扩散层FD21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TG1-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PD21光电转换并积累的电荷(电子)传输至浮置扩散层FD21。

复位晶体管RST1-Tr连接在电源电压VDD的电源线Vdd与浮置扩散层FD21之间，受到通过控制线施加至栅极的控制信号RST控制。

复位晶体管RST1-Tr在控制信号RST为H电平的复位期间被选择而成为导通状态，将浮置扩散层FD21复位为电源电压VDD的电源线Vdd的电位。

作为第一源极跟随元件的源极跟随晶体管SF1-Tr与选择晶体管SEL1-Tr在电源线Vdd与输出节点ND21之间串联连接。

输出节点ND21与信号保持部212的输入部之间的信号线LSGN12由例如配置于信号保持部212的电容器或恒定电流源驱动。

源极跟随晶体管SF1-Tr的栅极连接着浮置扩散层FD21，选择晶体管SEL1-Tr受到通过控制线施加至栅极的控制信号SEL控制。

选择晶体管SEL1-Tr在控制信号SEL为H电平的选择期间被选择而成为导通状态。由此，源极跟随晶体管SF1-Tr将把浮置扩散层FD21的电荷转换为与电荷量(电位)对应的电压信号所得的列输出的读取信号(VSIG)及读取复位信号(VRST)经由输出节点ND21输出至信号线LSGN12。

像素21的信号保持部212的结构基本上包含包括输入节点ND22的输入部2121、第一采样部2122、第二采样部2123、输出部2124及保持节点ND23。

本第一实施方式的信号保持部212的输入节点ND22与保持节点ND23直接连接，而且，相对于保持节点ND23，第一采样部2122的第一开关元件与第二采样部2123的第二开关元件并联地连接。

输入部2121，输入节点ND22经由信号线LSGN12与光电转换读取部211的输出节点ND21连接，将从输出节点ND21输出的读取信号(VSIG)及读取复位信号(VRST)通过保持节点ND23输入至第一采样部2122及第二采样部的2123。

第一采样部2122的结构包含：第一信号保持电容器CS21，可保持从光电转换读取部211的输出节点ND21输出，并输入至输入节点ND22的读取信号VSIG；以及作为第一开关元件的第一采样晶体管SHS1-Tr，将第一信号保持电容器CS21选择性地连接于保持节点ND23。

第一信号保持电容器CS21连接在节点ND24与基准电位VSS之间。

第一采样晶体管SHS1-Tr连接在保持节点ND23与节点ND24之间。

第一采样晶体管SHS1-Tr例如在控制信号SHS为高电平的期间成为导通状态。

第一采样晶体管SHS1-Tr在全局快门期间或信号保持电容器的清除(clear)期间，将第一采样保持部2122的第一信号保持电容器CS21选择性地连接于保持节点ND23。

第二采样部2123的结构包含：第二信号保持电容器CR21，可保持从光电转换读取部211的输出节点ND21输出，并输入至输入节点ND22的读取复位信号VRST；以及作为第二开关元件的第二采样晶体管SHR1-Tr，将第二信号保持电容器CR21选择性地连接于保持节点ND23。

第二信号保持电容器CR21连接在节点ND25与基准电位VSS之间。

第二采样晶体管SHR1-Tr连接在保持节点ND23与节点ND25之间。

第二采样晶体管SHR1-Tr例如在控制信号SHR为高电平的期间成为导通状态。

第二采样晶体管SHR1-Tr在全局快门期间或信号保持电容器的清除期间，将第二采样保持部2123的第二信号保持电容器CR21选择性地连接于保持节点ND23。

再者，将已清除为0V的采样电容即第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21连接于保持节点ND23，由此，进行从光电转换读取部211向信号保持部212的读取。

这样，本第一实施方式的信号保持部212通过对第一采样部2122及第二采样部2123采用像DRAM那样的1晶体管(1T)及1电容器(1C)的结构，可相对于保持节点ND23双向地进行电荷传输。

即，本第一实施方式的信号保持部212相对于一点实现写入(采样动作)与读取(电荷共享动作)，从而削减了所需的晶体管数。

再者，第一采样晶体管SHS1-Tr及第二采样晶体管SHR1-Tr由MOS晶体管例如n沟道MOS(NMOS)晶体管形成。

另外，第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21由MOS电容、MIM电容、PIP电容、MOM电容中的任一个电容或组合形成。

输出部2124的结构包含作为第二源极跟随元件的源极跟随晶体管SF2-Tr，该源极跟随晶体管SF2-Tr将第一采样部2122的第一信号保持电容器CS21所保持的读取信号VSIG及第二采样部2123的第二信号保持电容器CR21所保持的读取复位信号VRST，根据保持节点ND23的保持电压而从源极端子输出至垂直信号线LSGN11。

作为第二源极跟随元件的源极跟随晶体管SF2-Tr，源极端子连接于垂直信号线LSGN11，漏极端子侧经由电源线Vddpix连接于电源切换部22，栅极端子连接于保持节点ND23。

源极跟随晶体管SF2-Tr，在读取第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21所保持的读取信号VSIG及读取复位信号VRST的保持信号读取期间PHRD，漏极侧通过电源切换部22连接于电源电位VDD的电源线Vddpix。

在此情况下，源极跟随晶体管SF2-Tr将转换为与保持节点ND23的保持电压对应的电压信号所得的列输出的读取信号(VSIG)及读取复位信号(VRST)输出至垂直信号线LSGN11。

源极跟随晶体管SF2-Tr，在清除信号保持部212的第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21的清除期间PCL、及将从光电转换部211读取的读取信号及读取复位信号写入至(保持于)第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21的采样期间PSML，漏极侧通过电源切换部22连接于基准电位VSS(例如接地电平的0V)。

电源切换部22，选择部221的输出连接于与信号保持部212的输出部2124的源极跟随晶体管SF2-Tr的漏极连接的电源线Vddpix，选择部221根据控制信号CTL1，将电源线Vddpix连接于电源电位VDD(例如3V)的电源线Vdd或基准电位VSS。

例如在清除期间PCL或采样期间PSML，控制信号CTL1被设定为L电平，电源切换部22的选择部221将电源线Vddpix连接于基准电位VSS。

另一方面，在保持信号读取期间PHRD，控制信号CTL1被设定为H电平，电源切换部22的选择部221将电源线Vddpix连接于电源电位VDD的电源线Vdd。

源极跟随晶体管SF2-Tr的源极端子侧，如上所述，连接于垂直信号线LSGN11，但垂直信号线LSGN11连接着总线复位部24。

总线复位部24的结构包含连接在垂直信号线LSGN11与基准电位VSS之间的开关元件241。

开关元件241根据总线复位信号BRST而接通(ON)、断开(OFF)。

源极跟随晶体管SF2-Tr的源极端子侧在保持信号读取期间PHRD，由恒定电流驱动，由此作为阻抗而发挥功能，但在采样期间PSML，根据对于总线复位部24的开关元件241的总线复位信号BRST将开关元件241接通，并固定为基准电位VSS(例如0V)。

结果是源极跟随晶体管SF2-Tr成为强反型工作区域，与MOS电容等效。其结果，会对该MOS电容以前的晶体管施加频带限制，从而能够降低噪声。

另外，在信号保持部212中，保持节点ND23连接着作为钳位电路而发挥功能的节点电位切换部23。

节点电位切换部23被设置成可将信号保持部212的保持节点ND23选择性地设定为特定的电压电平VCLP或基准电位VSS(例如0V)，实现由信号保持部212的输出部2124进行的CDS读取。

作为钳位电路而发挥功能的节点电位切换部23的结构包含：选择部231，可根据控制信号CTL2来选择特定电压VCLP(例如2.6V)电平或基准电位VSS作为钳位电压；以及开关晶体管CLP1-Tr，可选择性地连接选择部231的输出线侧与保持节点ND23。

节点电位切换部23，选择部231连接于与开关晶体管CLP1-Tr的源极端子连接的电源线Vclppix，选择部231根据控制信号CTL2，将电源线Vclppix连接于特定电压VCLP(例如2.6V)的电源线Vclp或基准电位VSS。

例如在清除期间PCL或采样期间PSML，控制信号CTL2被设定为L电平，节点电位切换部23的选择部231将电源线Vclppix连接于基准电位VSS。

另一方面，在保持信号读取期间PHRD，控制信号CTL2被设定为H电平，节点电位切换部23的选择部231将电源线Vclppix连接于特定电压VCLP的电源线Vclp。

节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr根据控制信号CLP而接通、断开，在控制信号CLP为H电平的期间成为接通状态，将保持节点连接于与源极端子连接的电源线Vclppix，并将保持节点ND23设定为特定电压VCLP(例如2.6V)或基准电位VSS。

即，本第一实施方式的节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr具有作为开关元件的功能。

节点电位切换部23在保持信号读取期间PHRD，将保持节点ND23设定为特定电压VCLP，由此，作为由信号保持部212的输出部2124进行的CDS读取的初始电压。

另外，节点电位切换部23在读取其他行时，将保持节点ND23固定为基准电位VSS(例如0V)，由此，使输出部2124的源极跟随晶体管SF2-Tr作为断开开关而工作。

这样，在本第一实施方式的固态摄像装置10中，在作为像素信号存储的信号保持部212中，以电压模式将像素信号在所有像素同时进行采样，将与第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21所保持的读取信号对应的转换信号读取至垂直信号线LSGN11，并供应至列读取电路40。

再者，在本第一实施方式的固态摄像装置10中，驱动光电转换读取部211的输出节点ND21与信号保持部212的输入部之间的信号线LSGN12的恒定电流源未配置于例如信号保持部212的输入部2121，信号线LSGN12是由第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21所提供的动态的电流源驱动。

第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21这两个电容器在清除期间被清除为0V，在处于与光电转换读取部211的源极跟随晶体管SF1-Tr连接的状态时，电子由第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21提供。

因此，第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21作为动态的电流源而发挥功能。

本第一实施方式的像素部20，例如图3所示，是具有如上所述的结构的像素21作为像素阵列排列，多个像素阵列组合而构成。

图3是用以对本发明第一实施方式的固态摄像装置10的像素部20中的像素阵列进行说明的图。

第一实施方式的固态摄像装置10的像素部20的结构包含像素阵列230及保持部阵列240。

像素阵列230，多个像素21的光电转换读取部211排列为N行×M列的二维行列状(矩阵状)。

像素阵列230以可输出例如纵横比为16：9的图像的方式，使多个像素21的光电转换读取部211排列为N行×M列的二维行列状(矩阵状)。

保持部阵列240，多个像素21的信号保持部212对应于像素阵列230而排列为N行×M列的二维行列状(矩阵状)。

保持部阵列240与像素阵列230同样地，以可输出例如纵横比为16：9的图像的方式，使多个像素21的信号保持部212排列为N行×M列的二维行列状(矩阵状)。

固态摄像装置10如下所述，在具有第一衬底(上衬底)与第二衬底(下衬底)的层叠构造的情况下，在第一衬底形成像素阵列230，在第二衬底，以与像素阵列230相向的方式形成保持部阵列240。

在此情况下，保持部阵列240也可完全被金属布线层遮光。

像素部20在读取部70的控制下，在全局快门模式时，启用(active)像素阵列230及保持部阵列240来进行像素信号的读取。

在像素部20中，所有像素同时使用复位晶体管RST1-Tr与传输晶体管TG1-Tr对光电二极管进行复位，由此，所有像素同时并行地开始曝光。另外，在特定的曝光期间结束后，对使用传输晶体管TG1-Tr从光电转换读取部输出的输出信号以信号保持部212进行采样，由此，所有像素同时并行地结束曝光。由此，以电子方式实现完整的快门动作。

在像素部20中配置有N行×M列的像素，因此，各控制信号SEL、RST、TG用的控制线分别有N条，垂直信号线LSGN11分别有M条。

在图1中，将各行控制线表示为一条行扫描控制线。同样地，将各垂直信号线LSGN11表示为一条垂直信号线。

再者，第二信号线LSGN12在每个像素中，布设在光电转换读取部211与信号保持部212之间。

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进行像素21的光电转换读取部211及信号保持部212的驱动。

另外，垂直扫描电路30根据地址信号，输出进行信号的读取的读取行、与对光电二极管PD21所积累的电荷进行复位的快门行的行地址的行选择信号。

列读取电路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(column)信号处理电路(未图示)，并可利用多个列信号处理电路进行列并行处理。

列读取电路40在全局快门模式时，对垂直信号线LSGN11中，从像素21的信号保持部212读取的差动的像素信号pixout(VSL)进行放大处理及AD转换处理。

此处，像素信号pixout(VSL)是指如下像素读取信号，该像素读取信号包含在全局快门模式时从像素(在本例中为像素21的光电转换读取部211，而且为信号保持部212)依次读取的读取信号VSIG及读取复位信号VRST。

在本第一实施方式的固态摄像装置10中，列读取电路40是以如下方式形成，即，可与动作模式或读取信号的信号形态(单端或差动等的信号)无关地由一个电路结构共用。

列读取电路40例如图4所示，包含放大器(AMP、amplifier)41及ADC(模拟数字转换器；AD转换器)42地构成。

水平扫描电路50对由列读取电路40的ADC等多个列信号处理电路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。

在本第一实施方式中，读取部70例如在全局快门模式时，启用像素阵列230及保持部阵列240来进行差动的像素信号pixout的读取。

(固态摄像装置10的层叠构造)

其次，对本第一实施方式的固态摄像装置10的层叠构造进行说明。

图5是用以对本第一实施方式的固态摄像装置10的第一层叠构造进行说明的图。

图6是用以对本第一实施方式的固态摄像装置10的第二层叠构造进行说明的图。

本第一实施方式的固态摄像装置10是具有第一衬底(上衬底)110与第二衬底(下衬底)120的层叠构造。

固态摄像装置10形成为在以例如晶圆(wafer)级进行贴合后，通过划片(dicing)而切割出的层叠构造的摄像装置。

在本例中，具有在第二衬底120上层叠有第一衬底110的构造。

如图5及图6所示，在第一衬底110上，以其中央部为中心而形成排列有像素部20的各像素21的光电转换读取部211的像素阵列230(区域111)。

而且，像素阵列230的周围，在图6的例子中，在图中的上侧及下侧形成有列读取电路40的一部分用的区域112、113。再者，列读取电路40的一部分也可配置于像素阵列230的区域111的上侧及下侧中的任一侧。

这样，在本第一实施方式中，在第一衬底110，基本上，呈行列状地形成有像素21的光电转换读取部211。

在第二衬底120上，以其中央部为中心而形成有保持部阵列240(区域121)及垂直信号线LSGN11，该保持部阵列240(区域121)呈矩阵状地排列有与像素阵列230的各光电转换读取部211的输出节点ND21连接的各像素21的信号保持部212。

保持部阵列240也可完全被金属布线层遮光。

而且，保持部阵列240的周围，在图5及图6的例子中，在图中的上侧及下侧形成有列读取电路40用的区域122、123。再者，列读取电路40也可配置于保持部阵列240的区域121的上侧及下侧中的任一侧。

另外，也可在保持部阵列240的侧部侧形成垂直扫描电路30用的区域、或者数字系统或输出系统的区域。

另外，也可在第二衬底120上，还形成垂直扫描电路30、水平扫描电路50及时序控制电路60。

在此种层叠构造中，第一衬底110的像素阵列230的各光电转换读取部211的输出节点ND21与第二衬底120的各像素21的信号保持部212的输入节点ND22，例如图2所示，分别使用通孔(Die-to-Die Via)或微凸块等进行电连接。

(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，详述本第一实施方式的固态摄像装置10的差动的像素信号的读取动作等。

图7(A)～(I)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的特定快门模式时像素部的清除期间及采样期间的动作进行说明的时序图。

图8(A)～(F)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的特定快门模式时像素部的保持信号读取期间的读取动作进行说明的时序图。

图7(A)表示像素21的光电转换读取部211的复位晶体管RST1-Tr的控制信号RST。图7(B)表示像素21的光电转换读取部211的传输晶体管TG1-Tr的控制信号TG。图7(C)表示像素21的光电转换读取部211的选择晶体管SEL1-Tr的控制信号SEL。

图7(D)表示像素21的信号保持部212的第二采样晶体管SHR1-Tr的控制信号SHR。图7(E)表示像素21的信号保持部212的第一采样晶体管SHS1-Tr的控制信号SHS。

图7(F)表示节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr的控制信号CLP。

图7(G)表示节点电位切换部23的电源线Vclppix的电平。图7(H)表示电源切换部22的电源线Vddpix的电平。

图7(I)表示总线复位部24的总线复位信号BRST。

再者，图7中的＜＊＞表示在所有的行上相同。

图8(A)表示像素21的信号保持部212的第二采样晶体管SHR1-Tr的控制信号SHR。图8(B)表示像素21的信号保持部212的第一采样晶体管SHS1-Tr的控制信号SHS。

图8(C)表示节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr的控制信号CLP。

图8(D)表示节点电位切换部23的电源线Vclppix的电平。图8(E)表示电源切换部22的电源线Vddpix的电平。

图8(F)表示总线复位部24的总线复位信号BRST。

再者，图8中的＜n＞表示列读取电路读取的行。

(采样动作)

首先，与图7(A)～(I)关联地对包含清零除(zero clear)期间PCL的清零除动作的采样期间PSML的采样动作为中心进行说明。

在采样期间PSML，如图7(H)所示，利用电源切换部22，与输出部2124的源极跟随晶体管的漏极端子连接的电源线Vddpix保持为基准电位VSS(例如0V)。

另外，如图7(G)所示，利用节点电位切换部23，电源线Vclppix保持为基准电位VSS(例如0V)。

另外，如图7(I)所示，根据对于总线复位部24的开关元件241的总线复位信号BRST将开关元件241接通，并固定为基准电位VSS(例如0V)。

结果是源极跟随晶体管SF2-Tr成为强反型工作区域，与MOS电容等效。其结果会对该MOS电容以前的晶体管施加频带限制，从而能够降低噪声。

另外，在采样期间PSML，如图7(C)所示，光电转换读取部211的选择晶体管SEL1-Tr根据H电平的控制信号SEL而保持为导通状态。

在此种状态下，首先，进行将信号保持部212的第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21清零除的第一清零除期间PCL1的处理。

在第一清零除期间PCL1，如图7(F)所示，控制信号CLP在特定期间被设定为H电平，由此，节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr在特定期间保持为导通状态。随此，信号保持部212的保持节点ND23保持为基准电位VSS(例如0V)。

与此并行地，如图7(D)及(E)所示，信号保持部212的第二采样晶体管SHR1-Tr的控制信号SHR及第一采样晶体管SHS1-Tr的控制信号SHS被设定为H电平，第一采样晶体管SHS1-Tr及第二采样晶体管SHR1-Tr处于导通状态。

由此，信号保持部212的第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21被清除为0V。

接着，当第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21这两个电容器在清除期间被清除为0V，且处于与光电转换读取部211的源极跟随晶体管SF1-Tr连接的状态时，电子由第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21提供。

因此，第一信号保持电容器CS21及第二信号保持电容器CR21作为动态的电流源而发挥功能。

其次，接着第一清零除期间PCL1，到达从光电转换读取部211读取作为像素信号的读取复位信号VRST的复位信号读取期间PRDR。

在该复位信号读取期间PRDR，复位晶体管RST1-Tr在控制信号RST为H电平的期间被选择而保持为导通状态。

接着，在控制信号RST为H电平的期间中，浮置扩散层FD21被复位为电源线Vdd的电位。

在光电转换读取部211中，利用源极跟随晶体管SF1-Tr，浮置扩散层FD21的电荷被转换为与电荷量(电位)对应的电压信号，并作为列输出的读取复位信号VRST经由选择晶体管SEL1-Tr从输出节点ND21输出。

然后，复位晶体管RST1-Tr的控制信号RST切换为L电平，复位晶体管RST1-Tr成为非导通状态。

而且，在信号保持部212中，例如控制信号SHR从第一清零除期间PCL1起连续地保持为H电平，第二采样晶体管SHR1-Tr保持为导通状态。

由此，从光电转换读取部211的输出节点ND21输出的读取复位信号VRST通过第二信号线LSGN12传输至对应的信号保持部212，并通过第二采样晶体管SHR1-Tr保持于第二信号保持电容器CR21。

在将读取复位信号VRST保持于第二信号保持电容器CR21后，控制信号SHR切换为L电平，第二采样晶体管SHR1-Tr成为非导通状态。

其次，到达第二清零除期间PCL2。

在第二清零除期间PCL2，如图7(F)所示，控制信号CLP在特定期间被设定为H电平，由此，节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr在特定期间保持为导通状态。随此，信号保持部212的保持节点ND23保持为基准电位VSS(例如0V)。

与此并行地，如图7(D)及(E)所示，信号保持部212的第二采样晶体管SHR1-Tr的控制信号SHR保持为L电平，第一采样晶体管SHS1-Tr的控制信号SHS被设定为H电平，第一采样晶体管SHS1-Tr保持为导通状态，第二采样晶体管SHR1-Tr保持为非导通状态。

由此，信号保持部212的第一信号保持电容器CS21被清除为0V。

接着，当第一信号保持电容器CS21在清除期间被清除为0V，且处于与光电转换读取部211的源极跟随晶体管SF1-Tr连接的状态时，电子由第一信号保持电容器CS21提供。

因此，第一信号保持电容器CS21作为动态的电流源而发挥功能。

其次，接着第二清零除期间PCL2，到达从光电转换读取部211读取作为像素信号的读取信号VSIG的信号读取期间PRDS。

信号读取期间PRDS的特定期间成为传输期间。

在传输期间，在各光电转换读取部211中，传输晶体管TG1-Tr在控制信号TG为H电平的期间被选择而成为导通状态，由光电二极管PD21光电转换并积累的电荷(电子)传输至浮置扩散层FD21。

如果传输期间结束，则传输晶体管TG1-Tr的控制信号TG切换为L电平，传输晶体管TG1-Tr成为非导通状态。

在光电转换读取部211中，利用源极跟随晶体管SF1-Tr，浮置扩散层FD21的电荷被转换为与电荷量(电位)对应的电压信号，并作为列输出的读取信号VSIG经由选择晶体管SEL1-Tr从输出节点ND21输出。

另外，在保持部阵列240的所有的信号保持部212中进行如下控制。

信号保持部212中，以控制信号SHS持续保持为H电平，而使第一采样晶体管SHS1-Tr保持为导通状态的方式进行控制。

由此，从光电转换读取部211的输出节点ND21输出的读取信号VSIG通过第二信号线LSGN12传输至对应的信号保持部212，并通过第一采样晶体管SHS1-Tr保持于第一信号保持电容器CS21。

在将读取信号VSIG保持于第一信号保持电容器CS21后，控制信号SHS切换为L电平，第一采样晶体管SHS1-Tr成为非导通状态。

由此，采样期间PSML结束。随之，如图7(C)所示，控制信号SEL切换为L电平，选择晶体管SEL1-Tr成为非导通状态。

接着，总线复位信号BRST切换为L电平，输出部2124的源极跟随晶体管SF2-Tr的源极端子摆脱固定至0V的状态，变为可由恒定电流驱动。

其次，如图7(H)所示，利用电源切换部22，与输出部2124的源极跟随晶体管SF2-Tr的漏极端子连接的电源线Vddpix保持为电源线Vdd的电源电位VDD。

接着，到达将源极跟随晶体管SF2-Tr设置为断开状态的断开状态设置期间POS。

在断开状态设置期间POS，如图7(F)所示，控制信号CLP在特定期间被设定为H电平，由此，节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr在特定期间保持为导通状态。随此，信号保持部212的保持节点ND23保持为基准电位VSS(例如0V)，源极跟随晶体管SF2-Tr被设置为断开状态。

断开状态设置期间POS结束后，如图7(G)所示，利用节点电位切换部23，电源线Vclppix切换为特定电压VCLP的电平。

接着，在光电转换读取部211中，在特定期间，复位晶体管RST1-Tr及传输晶体管TG1-Tr保持为导通状态，浮置扩散层FD21及光电二极管PD21复位(像素复位)。

在该状态下，进行将第二采样部2123的第二信号保持电容器CR21所保持的读取复位信号VRST及第一采样部2122的第一信号保持电容器CS21所保持的读取信号VSIG读取至垂直信号线LSGN11的保持信号读取处理。

在进行保持信号读取处理的保持信号读取期间PHRD，利用电源切换部22，与输出部2124的源极跟随晶体管SF2-Tr的漏极端子连接的电源线Vddpix保持为电源线Vdd的电源电位VDD。

另外，利用节点电位切换部23，电源线Vclppix切换为特定电压VCLP的电平。

在保持信号读取期间PHRD中的第一初始值读取期间PIVR1，如图8(C)所示，控制信号CLP在特定期间被设定为H电平，由此，节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr在特定期间保持为导通状态。随此，信号保持部212的保持节点ND23保持为与初始值对应的特定电压VCLP的电平。

此时，在各信号保持部212中，利用栅极连接于节点ND23的源极跟随晶体管SF2-Tr，根据节点ND23的保持电压(初始值)，作为列输出的转换信号即第一初始值读取信号VIVR输出至垂直信号线LSGN11，并供应至读取电路40。

其次，到达接续第一初始值读取期间PIVR1的保持复位信号读取期间PHRR。

在保持复位信号读取期间PHRR，如图8(A)所示，信号保持部212的第二采样晶体管SHR1-Tr的控制信号SHR被设定为H电平，第二采样晶体管SHR1-Tr保持为导通状态。

由此，第二信号保持电容器CR21所保持的读取复位信号VRST传递至保持节点ND23。

在各信号保持部212中，利用栅极连接于节点ND23的源极跟随晶体管SF2-Tr，根据连接于节点ND23的第二信号保持电容器CR21的保持电压，作为列输出的转换信号即读取复位信号VRST输出至垂直信号线LSGN11，并供应至读取电路40。

到达保持信号读取期间PHRD中的第二初始值读取期间PIVR2。

在第二初始值读取期间PIVR2，如图8(C)所示，控制信号CLP在特定期间被设定为H电平，由此，节点电位切换部23的开关晶体管CLP1-Tr在特定期间保持为导通状态。随此，信号保持部212的保持节点ND23保持为与初始值对应的特定电压VCLP的电平。

此时，在各信号保持部212中，利用栅极连接于节点ND23的源极跟随晶体管SF2-Tr，根据节点ND23的保持电压(初始值)，作为列输出的转换信号即第二初始值读取信号VIVS输出至垂直信号线LSGN11，并供应至读取电路40。

其次，到达接续第二初始值读取期间PIVR2的保持读取信号读取期间PHSR。

在保持读取信号读取期间PHRR，如图8(B)所示，信号保持部212的第一采样晶体管SHS1-Tr的控制信号SHS被设定为H电平，第一采样晶体管SHS1-Tr保持为导通状态。

由此，第一信号保持电容器CS21所保持的读取信号VSIG传递至保持节点ND23。

在各信号保持部212中，利用栅极连接于节点ND23的源极跟随晶体管SF2-Tr，根据连接于节点ND23的第一信号保持电容器CS21的保持电压，作为列输出的转换信号即读取信号VSIG输出至垂直信号线LSGN11，并供应至读取电路40。

接着，在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，进行对像素信号pixout的读取复位信号VRST与读取信号VSIG的放大处理、AD转换处理，另外，取得两个信号的差分{VRST－VSIG}而进行CDS处理。

另外，在保持信号读取期间PHRD后，与采样期间结束后同样地，到达将源极跟随晶体管SF2-Tr设置为断开状态的断开状态设置期间POS。

如以上的说明所述，根据本第一实施方式，像素部20构成为包含呈行列状地配置有多个像素21的光电转换读取部211的像素阵列230、与呈行列状地配置有多个像素21的信号保持部212的保持部阵列240的例如层叠型的CMOS图像传感器。

第一衬底110与第二衬底120的层叠型CMOS图像传感器，在形成于第二衬底120的信号保持部212，安装分别由一个采样晶体管(1T)与采样电容(1C)形成的第一采样部2122及第二采样部2123，并将两个采样部的耦合节点即保持节点ND23作为双向端口来利用，藉此构成为利用四个晶体管实现与差动读取大致同等的信号振幅的具备全局快门功能的固态摄像元件。

而且，根据本第一实施方式，将作为钳位电路而发挥功能的节点电位切换部23与源极跟随晶体管SF2-Tr连接于两个第一采样部2122及第二采样部2123的汇合点，将保持节点ND23的钳位电压设为基准电位VSS(例如0V)或特定电压VCLP，由此，使汇合点的电压动态地发生变化，使源极跟随晶体管SF2-Tr的漏极电压动态地变化为基准电位VSS(例如0V)或电源电位VDD。

另外，根据本第一实施方式，使输出部2124的源极跟随晶体管SF2-Tr以强反型模式状态进行采样，由此，可增加栅极电容并增加频带限制电容。

因此，根据本第一实施方式的固态摄像装置10，能够抑制晶体管数的增加，并防止采样部中的信号振幅损失，而且能够维持高像素灵敏度，并抑制输入换算噪声。

更具体而言，能够将以往需要八个的晶体管数削减至四个，从而能够实现小型化。

能够将至今为止用作晶体管的硅面积替换为MOS电容，从而可降低噪声。

能够不新增晶体管而将采样电容进行清零除，从而能够实现小型化。

能够将一方的采样电容用作频带限制元件，另外，能够将寄生电容用作频带限制元件，从而能够降低噪声。

而且，有能够将一般的4-Tr APS结构用于像素的通用性高的优点。

另外，根据本第一实施方式的固态摄像装置10，能够防止结构复杂化，并防止布局上的面积效率下降。

另外，本第一实施方式的固态摄像装置10具有第一衬底(上衬底)110与第二衬底(下衬底)120的层叠构造。

因此，在本第一实施方式中，基本上仅利用NMOS系的元件来形成第一衬底110侧，以及利用像素阵列来最大限度地扩大有效像素区域，由此，能够最大限度地提高性价比。

(第二实施方式)

图9是表示本发明第二实施方式的固态摄像装置的像素的结构例的图。

本第二实施方式的固态摄像装置10A与所述第一实施方式的固态摄像装置10的不同点如下所述。

在本第二实施方式的固态摄像装置10A中，除了能够将节点电位切换部23A的驱动开关晶体管CLP1-Tr的电压CLP<n>，除了第一实施方式中所需的脉冲驱动之外，还能够切换为恒定电流偏置(bias)电压(VLNPIX)。

切换是根据控制信号CTL3而由选择部232进行。

根据本第二实施方式，当然能够获得与所述第一实施方式的效果相同的效果，还可不增加晶体管数而读取恒定电流。此时，电压VCLP设为0V而供应GND电位。

(第三实施方式)

图10是表示本发明第三实施方式的固态摄像装置的像素的结构例的图。

图11是用以主要对本第三实施方式的固态摄像装置的特定快门模式时的像素部的清除期间及采样期间的动作进行说明的时序图。

本第三实施方式的固态摄像装置10B与所述第一及第二实施方式的固态摄像装置10、10A的不同点如下所述。

在本第三实施方式的固态摄像装置10B中，信号保持部212B中，第一采样部2122连接在输入节点ND22与保持节点ND23之间。

在信号保持部212B中，对保持节点ND23，连接有第二采样部2123的第二采样晶体管SHR1-Tr，第一采样部2122的第一信号保持电容器CS21连接于输入节点ND22，在第一信号保持电容器CS21与输入节点NS22的连接节点ND26和保持节点ND23之间连接有第一采样晶体管SHS1-Tr。

关于读取动作，在采样期间PSML的复位信号读取期间PRDR，如图11(E)所示，第一采样部2122的第一采样晶体管SHS1-Tr保持为导通状态，除此以外，与第一实施方式相同，因此，此处省略其详情。

根据本第三实施方式，当然能够获得与所述第一实施方式的效果相同的效果，还能够获得以下效果。

将读取信号VSIG的第一采样部2122配置在始于光电转换读取部211的读取路径上，由此可将于保持节点ND23产生的寄生电容抑制至最小限度。由此，读取时的因与采样电容共享电荷而引起的增益下降达到最小限度，从而能够减少输入换算噪声。

另外，位于比配置在路径上的采样电容更靠近前的位置的光电转换读取部211的源极跟随晶体管SF1-Tr与选择晶体管SEL1利用该采样电容来施加频带限制，因此噪声降低，因此，可降低整体的采样噪声。

而且，因为Die-to-Die VIA的寄生电容也包含于采样电容，所以能够增加有效的采样电容。

另外，能够通过添加与第二实施方式相同的变更而利用恒定电流进行驱动。

以上说明的固态摄像装置10、10A、10B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、医疗用内窥镜用相机等电子设备。

图12是表示搭载有应用了本发明实施方式的固态摄像装置的相机系统的电子设备的结构的一例的图。

如图12所示，本电子设备300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310。

而且，电子设备300包括将入射光引导至该CMOS图像传感器310的像素区域(使被拍摄体像成像)的光学系统(透镜等)320。

电子设备300包括对CMOS图像传感器310的输出信号进行处理的信号处理电路(PRC)330。

信号处理电路330对CMOS图像传感器310的输出信号实施特定的信号处理。

由信号处理电路330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，例如直接记录于存储卡等存储介质等，可采用各种形态。

如上所述，通过搭载所述固态摄像装置10、10A、10B作为CMOS图像传感器310，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、医疗用内窥镜用相机等电子设备。