固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子机器
阅读说明：本技术 固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子机器 (Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus ) 是由 大仓俊介 于 2018-03-28 设计创作，主要内容包括：像素信号包括：第一像素信号,包含通过第一动作从像素依次读取的读取复位信号及读取亮度信号；以及第二像素信号,包含通过第二动作从像素依次读取的读取亮度信号及读取复位信号,读取电路40包含：放大部420,对像素信号进行放大；以及AD转换部430,将由放大部放大后的像素信号与搜索信号关联地从模拟信号转换为数字信号,第一像素信号时的第一搜索信号Vramp1与第二像素信号时的第二搜索信号Vramp2可设定成搜索电平为反转的关系。(The pixel signal includes: a first pixel signal including a read reset signal and a read luminance signal sequentially read from a pixel by a first operation; and a second pixel signal including a read luminance signal and a read reset signal sequentially read from the pixel by a second operation, the read circuit 40 includes: an amplifying section 420 that amplifies the pixel signal; and an AD conversion unit 430 that converts the pixel signal amplified by the amplification unit from an analog signal to a digital signal in association with the search signal, and the first search signal Vramp1 for the first pixel signal and the second search signal Vramp2 for the second pixel signal may be set so that the search levels are in an inverted relationship.)
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、以及电子机器。
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(image sensor，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(移动机器)等各种电子机器的一部分。
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)及浮置扩散层(FD：Floating Diffusion，浮游扩散层)的FD放大器，其读取是选择像素阵列中的某一行，把它们同时向列(column)输出方向进行读取的列并联输出型为主流。
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读取由光电二极管产生并积累的光电荷。
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：在拍摄动作被拍摄体时，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，从光电二极管将电荷作为电压信号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時性(例如参照非专利文献1)。
另外，该CMOS图像传感器包括将光电转换读取部的输出绕过信号保持部而传输至信号线的旁通(bypass)开关，除了具有全局快门功能之外，还一并具有卷帘快门功能。
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)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。
非专利文献2中记载了CMOS图像传感器的列读取电路的结构例(图5)。
该列读取电路包括与卷帘快门功能对应的结构，且包含列放大器、相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling)电路及模拟数字转换器(Analog Digital Converter，ADC)而构成。
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]S.Okura,et al.,"A 3.7M-Pixel 1300-fps CMOS Image Sensor With5.0G-Pixel/s High-Speed Readout Circuit,"in IEEE Journal of Solid-StateCircuits,vol.50,no.4.pp.1016-1024,April 2015.
发明内容
本发明所要解决的技术问题
但是，在现有的具备卷帘快门功能与全局快门功能的CMOS图像传感器中，在列读取电路，包括分别保持像素输出的复位电平与信号电平的电容器，需要按功能来整列不同的像素输出信号，并有利用AD转换器进行处理的必要，电容器所占的面积与用以驱动其的耗电成为问题。
另外，在卷帘快门模式时，从像素依次将读取复位信号及读取亮度信号进行读取，并利用列读取电路进行处理。
另一方面，在全局快门模式时，从像素依次将读取亮度信号及读取复位信号进行读取，并利用列读取电路进行处理。
因此，目前是必须针对卷帘快门功能与全局快门功能，另外构成列读取电路。
因此，卷帘快门功能的CMOS图像传感器与具备全局快门功能的CMOS图像传感器难以共用列读取电路。
同样地，具备卷帘快门功能与全局快门功能的CMOS图像传感器，也难以共用列读取电路，需要个别设置与模式对应的列读取电路，存在导致电路规模增大或控制变复杂化等缺点。
另外，虽可考虑作为从像素读取的读取信号为单端(single end)信号的情况或为差动信号的情况等，但在该情况下，仍需要个别设置与信号形态对应的列读取电路，存在导致电路规模增大或控制变复杂化等缺点。
本发明提供可与动作模式或读取信号的信号形态无关地共用读取电路，进而可实现减小电路规模，使控制变得容易，降低耗电的固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子机器。
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，配置有进行光电转换的像素；以及读取电路，具有将从所述像素读取至信号线的像素信号从模拟信号转换为数字信号的模拟数字(AD)转换功能，从所述像素读取的所述像素信号是包含通过第一动作从所述像素依次读取的读取复位信号及读取亮度信号的第一像素信号、与包含通过第二动作从所述像素依次读取的读取亮度信号及读取复位信号的第二像素信号中的至少任一个，所述读取电路包含：放大部，对所述像素信号进行放大；以及AD转换部，将由所述放大部放大后的像素信号与搜索信号关联地从模拟信号转换为数字信号，所述第一像素信号时的第一搜索信号与所述第二像素信号时的第二搜索信号可设定成搜索电平为反转的关系。
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，配置有进行光电转换的像素；以及读取电路，具有将从所述像素读取至信号线的像素信号从模拟信号转换为数字信号的模拟数字(AD)转换功能，所述读取电路包含：放大部，对所述像素信号进行放大；以及AD转换部，将由所述放大部放大后的像素信号与搜索信号关联地从模拟信号转换为数字信号，从所述像素读取的所述像素信号是包含通过第一动作从所述像素依次读取的读取复位信号及读取亮度信号的第一像素信号、与包含通过第二动作从所述像素依次读取的读取亮度信号及读取复位信号的第二像素信号中的至少任一个，关于供应至所述读取电路的所述搜索信号，以所述第一像素信号时的第一搜索信号与所述第二像素信号时的第二搜索信号，设定成搜索电平为反转的关系。
本发明的第三观点的电子机器包括：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含：像素部，配置有进行光电转换的像素；以及读取电路，具有将从所述像素读取至信号线的像素信号从模拟信号转换为数字信号的模拟数字(AD)转换功能，从所述像素读取的所述像素信号是包含通过第一动作从所述像素依次读取的读取复位信号及读取亮度信号的第一像素信号、与包含通过第二动作从所述像素依次读取的读取亮度信号及读取复位信号的第二像素信号中的至少任一个，所述读取电路包含：放大部，对所述像素信号进行放大；以及AD转换部，将由所述放大部放大后的像素信号与搜索信号关联地从模拟信号转换为数字信号，所述第一像素信号时的第一搜索信号与所述第二像素信号时的第二搜索信号，可设定成搜索电平为反转的关系。
发明效果
根据本发明，可与动作模式或读取信号的信号形态无关地共用读取电路，进而能实现够减小电路规模，使控制变得容易，降低耗电。
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第一像素及第二像素的一例的电路图。
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是表示本发明第一实施方式的固态摄像装置的列读取电路的结构例的电路图。
图6是用以对本第一实施方式的固态摄像装置的层叠构造进行说明的图。
图7(A)～(D)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的卷帘快门模式时的像素部中的读取动作进行说明的时序图。
图8(A)～(L)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的卷帘快门模式时的列读取电路中的读取动作进行说明的时序图。
图9(A)～(G)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的全局快门模式时的像素部中的读取动作进行说明的时序图。
图10(A)～(L)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的全局快门模式时的列读取电路中的读取动作进行说明的时序图。
图11是表示本发明第二实施方式的固态摄像装置的像素及列读取电路的结构例的图。
图12(A)～(K)是用以主要对本第二实施方式的固态摄像装置的差动卷帘快门模式时的列读取电路中的读取动作进行说明的时序图。
图13是表示本发明第三实施方式的固态摄像装置的第一像素的结构例的图。
图14(A)～(F)是用以主要对本第三实施方式的固态摄像装置的全局快门模式时的像素部中的读取动作进行说明的时序图。
图15(A)～(L)是用以主要对本第三实施方式的固态摄像装置的全局快门模式时的列读取电路中的读取动作进行说明的时序图。
图16是表示本第三实施方式的列读取电路的第一运算放大器的结构例的电路图。
图17用以对差动全局快门模式时的第一运算放大器的输入范围的控制的一例进行说明。
图18是表示本发明第四实施方式的列读取电路的结构例的电路图。
图19(A)及(B)是用以对本第四实施方式的与AD转换部所采用的反转二分搜索法对应的搜索信号输入部的结构例进行说明的图。
图20是表示应用了本发明实施方式的固态摄像装置的电子机器的结构的一例的图。
具体实施方式
[用以实施发明的形态]以下，关联附图来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包括作为撮像部的像素部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如后所详述，在像素部20中，作为像素，混合存在包含光电转换读取部及信号保持部的第一像素、与包含光电转换读取部的第二像素，从而构成为兼具有第一动作即卷帘快门与第二动作即全局快门这两个动作功能的例如层叠型的CMOS图像传感器。
在本第一实施方式的固态摄像装置10中，像素部20的结构包含：第一像素阵列，呈行列状地配置有多个第一像素的光电转换读取部；保持部阵列，呈行列状地配置有多个第一像素的信号保持部；以及第二像素阵列，呈行列状地配置有多个第二像素的光电转换读取部。
接着，在第一动作即卷帘快门模式时，第一像素及第二像素的光电转换读取部的读取信号不经过旁通路径而直接输出至第一垂直信号线。
另外，在第二动作即全局快门模式时，第一像素的信号保持部的保持信号输出至第二垂直信号线。
接着，对将第一垂直信号线或第二垂直信号线传输的像素读取信号，在列读取电路40中，进行放大处理及AD转换处理。
在本第一实施方式的固态摄像装置10中，列读取电路40如下文所详述，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。
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及列读取电路40的结构及功能、与这些部分关联的读取处理、以及像素部20与读取部70的层叠构造等。
(第一像素及第二像素以及像素部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的第一像素及第二像素的一例的电路图。
配置于像素部20的第一像素21的结构包含光电转换读取部211及信号保持部212。
配置于像素部20的第二像素22的结构包含光电转换读取部221。
第一像素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、作为源极跟随元件的源极跟随晶体管SF1-Tr、输出节点ND21、及作为选择元件(选择开关)的选择晶体管SEL1-Tr。
这样，第一实施方式的第一像素21的光电转换读取部211的结构包含传输晶体管TG1-Tr、复位晶体管RST1-Tr、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连接于第一像素21的信号保持部212的输入部，并经由选择晶体管SEL1-Tr连接于第一垂直信号线LSGN11。
光电转换读取部211在卷帘快门模式时，将第一像素信号pixout1即读取复位信号(信号电压)(VRST1)及读取亮度信号(信号电压)(VSIG1)输出至第一垂直信号线LSGN11。
光电转换读取部211在全局快门模式时，将第二像素信号pxout2即读取亮度信号(信号电压)(VSIG1)及读取复位信号(信号电压)(VRST1)输出至信号保持部212。
在本第一实施方式中，第一垂直信号线LSGN11在卷帘快门模式时，由恒定电流源Ibias1驱动，第二垂直信号线LSGN12在全局快门模式时，由恒定电流源Ibias1驱动。
恒定电流源Ibias1在卷帘快门模式时与全局快门模式时被共用。
恒定电流源Ibias1，如图2所示，藉由开关部410对应动作模式而切换连接对象。在卷帘快门模式时，第一垂直信号线LSGN11连接于恒定电流源Ibias1，第二垂直信号线LSGN12连接于基准电位VSS(例如接地)。另一方面，在全局快门模式时，第二垂直信号线LSGN12连接于恒定电流源Ibias1，第一垂直信号线LSGN11连接于基准电位VSS(例如接地)。
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有各晶体管的情况也有效。
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。
源极跟随晶体管SF1-Tr与选择晶体管SEL1-Tr串联地连接在电源线Vdd与由恒定电流源Ibias1驱动的第一垂直信号线LSGN11之间。
通过源极跟随晶体管SF1-Tr的源极与选择晶体管SEL1-Tr的漏极之间的连接点来形成输出节点ND21。
该输出节点ND21与信号保持部212的输入部间的信号线LSGN13由例如配置于信号保持部212的输入部的恒定电流源Ibias3驱动。
源极跟随晶体管SF1-Tr将浮置扩散层FD21的电荷转换为与电荷量对应的电压信号的列输出的读取复位信号(VRST1)及读取亮度信号(VSIG1)或读取亮度信号(VSIG1)及读取复位信号(VRST1)输出至输出节点ND21。
源极跟随晶体管SF1-Tr的栅极连接有浮置扩散层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将浮置扩散层FD21的电荷转换为与电荷量对应的电压信号的读取复位信号(VRST1)及读取亮度信号(VSIG1)输出至第一垂直信号线LSGN11。
第一像素21的信号保持部212的结构基本上包含连接有恒定电流源Ibias3的输入部2121、采样保持部2122、输出部2123、节点ND22～节点ND24。
恒定电流源Ibias3连接在节点ND22与基准电位VSS之间，并在例如全局快门期间中的特定期间，被控制成接通状态。
再者，要代替恒定电流源Ibias3，也可设置开关元件，该开关元件连接在节点ND22与基准电位VSS之间，并在例如全局快门期间中的特定期间，被控制成接通状态。
采样保持部2122包括：开关元件SW21，在第二期间即全局快门期间，将采样保持部2122的信号保持电容器与光电转换读取部211的输出节点ND21选择性地连接；信号保持电容器C21、C22，可保持从第一像素21的光电转换读取部211的输出节点ND21输出的信号；以及复位晶体管RST3-Tr，用以对节ND24进行复位。
开关元件SW21的端子a与连接于第三信号线LSGN13的输入节点ND22连接，端子b连接于与采样保持部2122侧连接的节点ND23。
开关元件SW21，例如在信号sw1为高电平的期间，端子a与b连接而成为导通状态。
信号保持电容器C21连接在节点ND23与节点ND24之间。
信号保持电容器C22连接在节点ND24与基准电位VSS之间。
复位晶体管RST3-Tr连接在电源电压VDD的电源线Vdd与节点ND24之间，受到通过控制线施加至栅极的控制信号RST3控制。
复位晶体管RST3-Tr在控制信号RST3为H电平的复位期间被选择而成为导通状态，将节点ND24(及电容器C21、C22)复位为电源电压VDD的电源线Vdd的电位。
输出部2123包含在第二期间即全局快门期间保持于信号保持电容器C21、C22的信号根据保持电压而输出的源极跟随晶体管SF3-Tr，并将所保持的信号选择性地经由选择晶体管SEL3-Tr输出至由恒定电流源Ibias1驱动的第二垂直信号线LSGN12。
源极跟随晶体管SF3-Tr与选择晶体管SEL3-Tr在电源线Vdd与由恒定电流源Ibias1驱动的第二垂直信号线LSGN12之间串联连接。
源极跟随晶体管SF3-Tr的栅极连接有节点ND24，选择晶体管SEL3-Tr受到通过控制线施加至栅极的控制信号SEL3控制。
选择晶体管SEL3-Tr在控制信号SEL3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SF3-Tr将与信号保持电容器C21、C22的保持电压对应的列输出的读取电压(VRST、VSIG)输出至第二垂直信号线LSGN12。
再者，所述信号保持部212的结构为一例，只要是具备在第二期间即全局快门期间，保持所述光电转换读取部211的输出的读取亮度信号(VSIG1)及读取复位信号(VRST1)的功能的电路，则其结构任意。
配置于像素部20的第二像素22的结构包含光电转换读取部221。
第二像素22的光电转换读取部221具有与所述第一像素21的光电转换读取部211相同的结构。
即，第二像素22的光电转换读取部221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221包括例如光电转换元件即光电二极管PD22。
相对于该光电二极管PD22，分别包括一个作为传输元件的传输晶体管TG2-Tr、作为复位元件的复位晶体管RST2-Tr、作为源极跟随元件的源极跟随晶体管SF2-Tr及作为选择元件(选择开关)的选择晶体管SEL2-Tr。
这样，第一实施方式的第二像素22的光电转换读取部221的结构包含传输晶体管TG2-Tr、复位晶体管RST2-Tr、源极跟随晶体管SF2-Tr及选择晶体管SEL2-Tr的4晶体管(4Tr)。
本第一实施方式的光电转换读取部221在卷帘快门模式时，将读取复位信号(信号电压)(VRST2)及读取亮度信号(信号电压)(VSIG2)输出至第一垂直信号线LSGN11。
光电二极管PD22产生并积累与入射光量对应的量的信号电荷(此处为电子)。
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与传输晶体管之间共用各晶体管的情况也有效。
光电转换读取部221的传输晶体管TG2-Tr连接在光电二极管PD22与浮置扩散层FD22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TG2-Tr在控制信号TG为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PD22光电转换并积累的电荷(电子)传输至浮置扩散层FD22。
复位晶体管RST2-Tr连接在电源电压VDD的电源线Vdd与浮置扩散层FD22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RST2-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FD22复位为电源电压VDD的电源线Vdd的电位。
源极跟随晶体管SF2-Tr与选择晶体管SEL2-Tr在电源线Vdd与由恒定电流源Ibias1驱动的第一垂直信号线LSGN11之间串联连接。
源极跟随晶体管SF2-Tr的栅极连接有浮置扩散层FD22，选择晶体管SEL2-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SEL2-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SF2-Tr将浮置扩散层FD22的电荷转换为与电荷量对应的电压信号的列输出的读取复位信号(VRST2)及读取亮度信号(VSIG2)输出至第一垂直信号线LSGN11。
本第一实施方式的像素部20是，具有如上所述的结构的第一像素21及第二像素22，例如如图3所示，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的结构包含第一像素阵列230、保持部阵列240、上侧的第二像素阵列250-1及下侧的第二像素阵列250-2。
第一像素阵列230是多个第一像素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)。
第一像素阵列230以可输出例如纵横比为16：9的图像的方式，使多个第一像素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是多个第一像素21的信号保持部212对应于第一像素阵列230而排列为N行×M列的二维行列状(矩阵状)。
保持部阵列240与第一像素阵列230同样地，以可输出例如纵横比为16：9的图像的方式，使多个第一像素21的信号保持部212排列为N行×M列的二维行列状(矩阵状)。
上侧的第二像素阵列250-1是多个第二像素22的光电转换读取部221排列为P(P＜N)行×M列的二维行列状(矩阵状)。
同样地，下侧的第二像素阵列250-2是多个第二像素22的光电转换读取部221排列为P(P＜N)行×M列的二维行列状(矩阵状)。
在图3的例子中，第二像素阵列250-1、250-2配置在第一像素阵列230的第一垂直信号线LSGN11的配线方向的两侧(上侧及下侧)。再者，第二像素阵列250也可配置在第一像素阵列230的第一垂直信号线LSGN11的配线方向的两侧中的至少一侧。
第二像素阵列250-1、250-2在卷帘快门模式时，与第一像素阵列230一起被启用(active)，作为整体可输出例如纵横比为1：1的图像的方式，使多个第二像素22的光电转换读取部221排列为P(P＜N)行×M列的二维行列状(矩阵状)。所述纵横比也可为4：3等任意的比率。
再者，在卷帘快门模式时，也可利用第一像素阵列230作为电子式防抖用的区域，输出纵横比为16：9的图像。
另外，第一像素阵列230与第二像素阵列250-1、250-2的同一列的光电转换读取部211连接于共通的第一垂直信号线LSGN11。
在固态摄像装置10如后所述，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，在第一衬底上形成第一像素阵列230与第二像素阵列250-1、250-2，在第二衬底上，以与第一像素阵列230相向的方式形成保持部阵列240。
像素部20在读取部70的控制下，在第一动作即卷帘快门模式时，启用第一像素阵列230及第二像素阵列250-1、250-2，依次存取(access)像素，并以行为单位来进行像素信号的读取。
另外，像素部20在读取部70的控制下，在第二动作即全局快门模式时，在将第一像素阵列230及第二像素阵列250-1、250-2的光电转换读取部221中的选择晶体管SEL1-Tr、SEL2-Tr设为非选择状态的状态(信号SEL为低电平)下，启用第一像素阵列230及保持部阵列240，进行读取像素信号的读取。
在像素部20中，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被连接，因此，对于一行中的各像素同时并行地进行。
在像素部20中配置有(N+2P)行×M列的像素，因此，各控制线LSEL、LRST、LTG分别有(N+2P)条，第一垂直信号线LSGN11及第二垂直信号线LSGN12分别有M条。
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第一像素21的光电转换读取部211及信号保持部212、以及第二像素22的光电转换读取部221的驱动。
另外，垂直扫描电路30根据地址信号，将进行信号的读取的读取行、与在光电二极管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输出。
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在第一动作即卷帘快门模式时，对第一垂直信号线LSGN11中，从第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221读取的第一像素信号pixout1(VSL1)，以及，在第二动作即全局快门模式时，对第二垂直信号线LSGN12中，从第一像素21的信号保持部212读取的第二像素信号pixout2(VSL2)，进行放大处理及AD转换处理。
此处，第一像素信号pixout1(VSL1)是指包含在第一动作即卷帘快门模式时从像素(在本例中为第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221)依次读取的读取复位信号VRST及读取亮度信号VSIG的像素读取信号。
第二像素信号pixout2(VSL2)是指包含在第二动作即全局快门模式时从像素(在本例中为第一像素21的光电转换读取部211，进而为信号保持部212)依次读取的读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST的像素读取信号。
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例如如图4所示，结构包含放大器(AMP、amplifier)41及ADC(模拟数字转换器；AD转换器)42。
列读取电路40，如与图5关联的说明所述，由放大部420及AD转换部430构成，该放大部420将第一像素信号pixout1(VSL1)及第二像素信号pixout2(VSL2)进行放大，该AD转换部430包含将由放大部420放大后的像素部20的各列输出的模拟读取信号VSL1、VSL2转换为数字信号的AD转换器。
在本第一实施方式中，列读取电路40配置有如下电路，该电路根据动作模式，使将第一垂直信号线LSGN11传输的信号与将第二垂直信号线LSGN12传输的信号选择性地输入至例如各列的列信号处理电路。
图5是表示本发明第一实施方式的固态摄像装置的列读取电路的结构例的电路图。
列读取电路40，如图5所示，是对第一像素信号pixout1(VSL1)、第二像素信号pixout2(VSL2)进行放大的放大部420、及将由放大部420放大后的像素信号与搜索信号(例如Vramp)关联地从模拟信号转换为数字信号的AD转换部430级联连接而构成。
另外，列读取电路40在输入段配置有输入部440，该输入部440根据模式信号MODx(x＝1、2、3、4、··)，选择性地使像素的读取信号pixout输入至配置于放大部420的运算放大器的两个输入端子。
放大部420的结构包含第一运算放大器(以下称为运算放大器)421、第一采样电容器(输入电容器)Cs1、第一反馈电容器(反馈电容器)Cf1、第二采样电容器Cs2、第二反馈电容器Cf2、第一开关部SW421、第二开关部SW422、第一自动归零(auto zero)开关部SW423、输出节点ND421、偏移(offset)电位VOS及参照电位Vref。
第一运算放大器421包括第一输入端子，在本实施方式中为反转输入端子(-)、及第二输入端子，在本实施方式中为非反转输入端子(+)这两个输入端子，使向第一输入端子(-)的输入电压Vin1与向第二输入端子(+)的输入电压Vin2之间的差分增益A0倍(放大)而获得放大器输出ampout。此处，只要增益(A0)足够高，则在经由第一开关部SW421或第一自动归零开关部SW423构成负反馈电路时，第一输入端子(-)与第二输入端子(+)虚拟接地。
第一运算放大器421的输出端子连接于输出节点ND421。
第一采样电容器Cs1连接在作为第一像素信号或第二像素信号的输入线端的输入部440的第一输出端子TO1与第一运算放大器421的第一输入端子(-)之间。
第二采样电容器Cs2连接在作为第一像素信号或第二像素信号的输入线端的输入部440的第二输出端子TO2与第一运算放大器421的第二输入端子(+)之间。
从输入部440的第一输出端子TO1，根据四个模式信号MOD1～MOD4供应以下的像素信号(信号电压)。
在第一模式信号MOD1时，从输入部440的第一输出端子TO1供应卷帘快门模式时的单端的第一像素信号pixout1。
在第二模式信号MOD2时，从输入部440的第一输出端子TO1供应全局快门模式时的单端的第二像素信号pixout2。
在第三模式信号MOD3时，从输入部440的第一输出端子TO1供应差动卷帘快门模式时的差动信号中的一个第一像素信号pixout1d1。
在第四模式信号MOD4时，从输入部440的第一输出端子TO1供应差动全局快门模式时的差动信号中的一个第二像素信号pixout2d1。
从输入部440的第二输出端子TO2，根据四个模式信号MOD1～MOD4供应以下的像素信号(信号电压)。
在第一模式信号MOD1时，不从输入部440的第二输出端子TO2供应像素信号。
在第二模式信号MOD2时，不从输入部440的第二输出端子TO2供应像素信号。
在第三模式信号MOD3时，从输入部440的第二输出端子TO2供应差动卷帘快门模式时的差动信号中的另一个第一像素信号pixout1d2。
在第四模式信号MOD4时，从输入部440的第二输出端子TO2供应差动全局快门模式时的差动信号中的另一个第二像素信号pixout2d2。
第一反馈电容器Cf1是一个电极端连接于第一运算放大器421的第一输入端子(-)，另一个电极端连接于第一开关部SW421。
第二反馈电容器Cf2是一个电极端连接于第一运算放大器421的第二输入端子(+)，另一个电极端连接于基准电位VSS(例如接地GND)。
第一开关部SW421是端子a连接于第一采样电容器Cf1的另一个电极端，端子b连接于输出节点ND421(第一运算放大器421的输出端子)，端子c连接于偏移电位VOS。
第一开关部SW421在例如控制信号CKOS为低电平(L)时，将端子a与端子b连接，在控制信号CKOS为高电平(H)时，将端子a与端子c连接。
在本实施方式中，在供应至输入部440的模式信号为第一模式信号MOD1(单端的卷帘快门模式)、第三模式信号MOD3(差动的卷帘快门模式)及第四模式信号MOD4(差动的全局快门模式)时，以L电平供应控制信号CKOS，在第二模式信号MOD2(单端的全局快门模式)时，以时钟(clock)的方式供应控制信号CKOS。
即，在供应至输入部440的模式信号为第一模式信号MOD1(单端的卷帘快门模式)、第三模式信号MOD3(差动的卷帘快门模式)及第四模式信号MOD4(差动的全局快门模式)时，第一反馈电容器Cf1连接在第一运算放大器421的第一输入端子(-)与输出节点ND421之间。
第一反馈电容器Cf1，在供应至输入部440的模式信号为第二模式信号MOD2(单端的全局快门模式)时，第一运算放大器421的第一输入端子(-)，将与输出节点ND421连接的状态和与偏移电位VOS之间连接的状态进行转变。
在本第一实施方式中，偏移电位VOS被设定为比参照电位Vref高电压Vfs的值(VOS＝Vref+Vfs)。
第二开关部SW422是端子a连接于第一运算放大器421的第二输入端子(+)，端子b连接于参照电位Vref。
第二开关部SW422，将控制信号VREFSH作为时钟供应，在时钟为H电平时，端子a与端子b保持为导通状态(接通状态)，在L电平时，端子a与端子b保持为非导通状态(断开状态)。
第二开关部SW422，在供应至输入部440的模式信号为第一模式信号MOD1(单端的卷帘快门模式)、第二模式信号MOD2(单端的全局快门模式)时，端子a与端子b保持为导通状态(接通状态)，在第三模式信号MOD3(差动的卷帘快门模式)、第四模式信号MOD4(差动的全局快门模式)时，将导通状态(接通状态)与非导通状态(断开状态)进行转变。
自动归零开关部SW423，端子a连接于第一运算放大器421的第一输入端子(-)，端子b连接于输出节点ND421(第一运算放大器421的输出端子)。
自动归零开关部SW423在控制信号AZ1为H电平时，端子a与端子b保持为导通状态(接通状态)，在L电平时，端子a与端子b保持为非导通状态(断开状态)。
第一运算放大器421在自动归零开关部SW423为导通状态时，成为复位状态。
AD转换部430的结构包含第二运算放大器431、搜索信号输入部432、采样保持开关部SW431、第三采样电容器Cs3、第二自动归零开关部SW432、输入节点ND431及输出节点ND432。
第二运算放大器431包括第一输入端子，在本实施方式中为反转输入端子(-)、及第二输入端子，在本实施方式中为非反转输入端子(+)的两个输入端子。
供应至第二运算放大器431的第一输入端子(-)的输入信号电压Vcmp，在AD转换过程中，是将第三采样电容器Cs3所保持的电压、第四采样电容器Cs4所保持的电压及搜索信号输入部432的搜索信号Vramp合成所得的信号电压。
此处，搜索信号Vramp是往具有某倾斜的线形而发生变化的斜率(slope)波形的信号。
在本例中，作为搜索信号Vramp，例如作为以图5中的第一搜索信号Vramp1那样的左侧的电平高而右侧的电平低的向右下倾斜的斜率波形而供应。
另外，在本例中，作为搜索信号Vramp，例如作为以图5中的第二搜索信号Vramp2那样的左侧的电平低而右侧的电平高的向右上倾斜的斜率波形而供应搜索信号Vramp。
第一搜索信号Vramp1与第二搜索信号Vramp2，其搜索电平，此处处于斜率波形的电平为反转的关系。
在本实施方式中，作为搜索信号Vramp，在供应至输入部440的模式信号为第一模式信号MOD1(单端的卷帘快门模式)、第三模式信号MOD3(差动的卷帘快门模式)、第四模式信号MOD4(差动的全局快门模式)时，第一搜索信号Vramp1被供应至搜索信号输入部432。
另一方面，在本实施方式中，作为搜索信号Vramp，在供应至输入部440的模式信号为第二模式信号MOD2(单端的全局快门模式)时，第二搜索信号Vramp2被供应至搜索信号输入部432。
图5的搜索信号输入部432的结构包含第四采样电容器(输入电容器)Cs4。
第四采样电容器Cs4连接在输入节点ND431与搜索信号Vramp的供应线之间。
第二运算放大器431对经由第三采样电容器Cs3输入至第一输入端子(-)的输入信号电压Vcmp、与供应至第二输入端子(+)的参照电位Vref2进行比较，若输入信号电压Vcmp与参照电位Vref2交叉，则将比较输出信号cmpout从L电平切换为H电平，或从H电平切换为L电平。利用未图示的计数器来测定直到该交叉为止的时间，由此进行AD转换。
这样，第二运算放大器431作为比较器而发挥功能。
第三采样电容器(输入电容器)Cs3连接在输入节点ND431与第二运算放大器431的第一输入端子(-)之间。
采样保持开关部SW431，端子a连接于放大部420的输出节点ND421，端子b连接于输入节点ND431。
采样保持开关部SW431例如在控制信号SH为H电平时，端子a与端子b保持为导通状态(接通状态)，在L电平时，端子a与端子b保持为非导通状态(断开状态)。
AD转换部430在采样保持开关部SW431为导通状态时，使放大部420的放大器输出ampout输入至输入节点ND431。
自动归零开关部SW432，例如端子a连接于第二运算放大器431的第一输入端子(-)，端子b连接于输出节点ND432(第二运算放大器431的输出端子)。
自动归零开关部SW432在控制信号AZ2为H电平时，端子a与端子b保持为导通状态(接通状态)，在L电平时，端子a与端子b保持为非导通状态(断开状态)。
第二运算放大器431在自动归零开关部SW432为导通状态时，成为复位状态。
在具有以上结构的列读取电路40中，在与第一模式信号MOD1对应的单端信号的第一像素信号pixout1(VSL1)输入至放大部420的第一采样电容器Cs1的情况下，放大部420的第一反馈电容器Cf1利用第一开关部SW421连接于输出节点ND421(第一运算放大器421的输出端子)，第一运算放大器421的第二输入端子(+)连接于参照电位Vref。
此时，向右下倾斜的斜率波形的第一搜索信号Vramp1通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
另外，在列读取电路40中，在与第二模式信号MOD2对应的单端信号的第二像素信号pixout2(VSL2)输入至放大部420的第一采样电容器Cs1的情况下，放大部420的反馈电容器Cf1利用第一开关部SW421连接于偏移电位VOS或输出节点ND421(第一运算放大器421的输出端子)，第一运算放大器421的第二输入端子(+)连接于参照电位Vref。
此时，处于与第一搜索信号Vramp1为电平反转的关系的向右上倾斜的斜率波形的第二搜索信号Vramp2通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
另外，在列读取电路40中，在与第三模式信号MOD3对应的差动信号的第一像素信号pixout1d1(VSL1D1)、pixout1d2(VSL1D2)输入至放大部420的第一采样电容器Cs1及第二采样电容器Cs2的情况下，放大部420的反馈电容器Cf1利用第一开关部SW421连接于输出节点ND421(第一运算放大器421的输出端子)。
此时，向右下倾斜的斜率波形的第一搜索信号Vramp1通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
另外，在列读取电路40中，在与第四模式信号MOD4对应的差动信号的第二像素信号pixout2d1(VSL2D1)、pixout2d2(VSL2D2)输入至放大部420的第一采样电容器Cs1及第二采样电容器Cs2的情况下，放大部420的反馈电容器Cf1利用第一开关部SW421连接于输出节点ND421(第一运算放大器421的输出端子)。
此时，向右下倾斜的斜率波形的第一搜索信号Vramp1通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
这样，本第一实施方式的列读取电路40构成为可处理与第一模式信号MOD1、第二模式信号MOD2、第三模式信号MOD3及第四模式信号MOD4对应的像素信号。
但是，在本第一实施方式中，像素部20以产生与第一模式信号MOD1及第二模式信号MOD2对应的像素信号的方式构成。
因此，本第一实施方式的列读取电路40，成为处理与第一模式信号MOD1对应的卷帘快门模式时的单端的第一像素信号pixout1(VSL1)、及与第二模式信号MOD2对应的全局快门模式时的单端的第二像素信号pixout2(VSL2)。
水平扫描电路50对由列读取电路40的ADC等的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，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、列读取电路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在第一动作即卷帘快门模式时，启用第一像素阵列230及第二像素阵列250-1、250-2，依次存取像素，并以行为单位来读取单端的第一像素信号pixout1。
在本第一实施方式中，读取部70在第二动作即全局快门模式时，在将第一像素阵列230及第二像素阵列250-1、250-2的光电转换读取部221中的选择晶体管SEL1-Tr.SEL2-Tr设为非选择状态的状态(信号SEL为低电平)下，启用第一像素阵列230及保持部阵列240，进行单端的第二像素信号pixout2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6是用以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的图。
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。
固态摄像装置10形成为在以例如晶圆级进行贴合后，通过划片而切割出的层叠构造的撮像装置。
在本例中，具有第二衬底120上层叠有第一衬底110的构造。
在第一衬底110上，以其中央部为中心，形成排列有像素部20的各第一像素21的光电转换读取部211的第一像素阵列230，在第一像素阵列230的第一垂直信号线LSGN11的配线方向的两侧(上侧及下侧)形成有第二像素阵列250-1、250-2。
另外，在第一衬底110上形成有第一垂直信号线LSGN11。
这样，在本第一实施方式中，在第一衬底110上，第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221呈行列状地形成。
在第二衬底120上，以其中央部为中心，形成与第一像素阵列230的各光电转换读取部211的输出节点ND21连接的各第一像素21的信号保持部212为呈矩阵状地排列的保持部阵列240(区域121)及第二垂直信号线LSGN12。
而且，在保持部阵列240的周围，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，在保持部阵列240的侧部侧形成有垂直扫描电路30用的区域124、或者数字系统或输出系统的区域125。
另外，也可在第二衬底120上，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的第一像素阵列230的各光电转换读取部211的输出节点ND21与第二衬底120的各第一像素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。
另外，第一衬底110的第一垂直信号线LSGN11与第二衬底120的列读取电路40的输入部，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的卷帘快门模式时的单端的第一像素信号及全局快门模式时的单端的第二像素信号的读取动作等。
(卷帘快门模式时的读取动作)
其次，对卷帘快门模式时的读取动作进行说明。
图7(A)～(D)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的卷帘快门模式时的像素部中的读取动作进行说明的时序图。
图8(A)～(L)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的卷帘快门模式时的列读取电路中的读取动作进行说明的时序图。
图7(A)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的选择晶体管SEL1-Tr、SEL2-Tr的控制信号SEL。图7(B)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的复位晶体管RST1-Tr、RST2-Tr的控制信号RST。图7(C)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的传输晶体管TG1-Tr、TG2-Tr的控制信号TG。
图7(D)表示第一像素21的信号保持部212的开关元件SW21的控制信号sw1、选择晶体管SEL3-Tr的控制信号SEL3。
图8(A)表示像素及列读取电路的等效电路，图8(B)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的选择晶体管SEL1-Tr、SEL2-Tr的控制信号SEL。图8(C)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的复位晶体管RST1-Tr、RST2-Tr的控制信号RST、以及传输晶体管TG1-Tr、TG2-Tr的控制信号TG。
图8(D)表示卷帘快门模式时的单端的第一像素信号pixout1，图8(E)表示自动归零开关部SW423的控制信号AZ1，图8(F)表示第一开关部SW421的控制信号CKOS，图8(G)表示采样保持开关部SW431的控制信号SH，图8(H)表示自动归零开关部SW432的控制信号AZ2。
图8(I)表示第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout，图8(J)表示第一搜索信号Vramp1，图8(K)表示第二运算放大器431的输入信号(信号电压)Vcmp，图8(L)表示第二运算放大器431的输出信号(比较输出)cmpout。
再者，在该卷帘快门模式期间，对保持部阵列240的所有的信号保持部212的驱动进行控制的开关元件SW21的控制信号sw1、对选择晶体管SEL3-Tr进行控制的控制信号SEL3被设定为L电平，开关元件SW21、选择晶体管SEL3-Tr被控制成非导通状态。另外，恒定电流源Ibias3被控制成断开(OFF)状态。
即，在卷帘快门模式期间，形成于第二衬底120的保持部阵列240的所有的信号保持部212无法被存取。
在卷帘快门模式期间，形成于第一衬底110的第一像素阵列230及第二像素阵列250-1、250-2以行为单位而依次被存取。
在卷帘快门模式期间，如图7(A)所示，为了选择第一像素阵列230或第二像素阵列250-1、250-2中的某一行，对该被选择的行的第一像素阵列230的各光电转换读取部211或第二像素阵列250-1、250-2的光电转换读取部221进行控制(驱动)的控制信号SEL被设定为H电平，像素的选择晶体管SEL2-Tr(或SEL1-Tr)成为导通状态。
在该选择状态下，在复位期间PR中，复位晶体管RST2-Tr(或RST1-Tr)在控制线RST为H电平的期间被选择而成为导通状态，浮置扩散层FD被复位为电源线Vdd的电位。
在经过该复位期间PR后(复位晶体管RST2-Tr或RST1-Tr为非导通状态)，直到传输期间PT开始为止的包含时刻t1的期间，成为读取复位状态时的像素信号的第一读取期间。
在时刻t1，利用被选择的行的源极跟随晶体管SF2-Tr(或SF1-Tr)，浮置扩散层FD22(或FD21)的电荷被转换为与电荷量对应的电压信号，并作为列输出的读取复位信号VRST而直接输出至第一垂直信号线LSGN11，并供应至列读取电路40。
此处，第一读取期间结束，成为传输期间PT。
在传输期间PT中，传输晶体管TG2-Tr(或TG1-Tr)在控制信号TG为高电平(H)的期间被选择而成为导通状态，由光电二极管PD22(或PD21)光电转换并积累的电荷(电子)传输至浮置扩散层FD22(或FD21)。
在经过该传输期间PT后(传输晶体管TG2-Tr或TG1-Tr为非导通状态)，成为读取与由光电二极管PD22(或PD21)光电转换并积累的电荷对应的像素信号的包含时刻t2的第二读取期间。
在第二读取期间开始的时刻t2，利用被选择的行的源极跟随晶体管SF2-Tr(或SF1-Tr)，浮置扩散层FD22(或FD21)的电荷被转换为与电荷量对应的电压信号，并作为列输出的读取亮度信号VSIG而直接输出至第一垂直信号线LSGN11，并供应至列读取电路40。
接着，在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，进行对依次供应的第一像素信号pixout1的读取复位信号VRST与读取亮度信号VSIG的放大处理、AD转换处理，另外，取得两信号的差分{VRST－VSIG}而进行CDS处理。
更具体而言，在卷帘快门模式期间，对列读取电路40的输入部440供应第一模式信号MOD1。
另外，在卷帘快门模式期间，对列读取电路40的放大部420的第一开关部SW421以L电平供应控制信号CKOS。由此，第一开关部SW421，端子a与端子b连接，第一反馈电容器Cf1连接在第一运算放大器421的第一输入端子(-)与输出节点ND421之间。
另外，在卷帘快门模式期间，列读取电路40的放大部420的第二开关部SW422保持为导通状态，第一运算放大器421的第二输入端子(+)连接于参照电位Vref。
在如上所述的状态下，第一像素信号输入至输入部440，卷帘快门模式时的单端的第一像素信号pixout1从输入部440的第一输出端子TO1供应至连接有第一采样电容器Cs1的第一运算放大器421的第一输入端子(-)侧。
如图8(D)所示，从第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221依次读取的单端的读取复位信号VRST、读取亮度信号VSIG依次供应至第一运算放大器421的第一输入端子(-)侧。
接着，在读取复位信号VRST输入后特定期间(在读取复位状态时的像素信号的第一读取期间开始后特定期间)，如图8(E)、图8(G)、图8(H)所示，控制信号AZ1、SH及AZ2被设定为H电平。由此，放大部420的自动归零开关部SW423、AD转换部430的采样保持开关部SW431及自动归零开关部SW432成为导通状态。
作为控制信号AZ1、SH及AZ2被设定为H电平的期间，是按照控制信号SH、AZ2、AZ1的顺序，较长地设定。
由此，放大部420的第一运算放大器421及AD转换部430的第二运算放大器431成为复位状态。
结果是放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout成为参照电位Vref，通过采样保持开关部SW431传输至AD转换部430，并保持于第三采样电容器Cs3与第四采样电容器Cs4。
其次，如图8(J)所示，向右下倾斜的斜率波形的第一搜索信号Vramp1通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
接着，如图8(K)所示，将第四采样电容器Cs4所保持的电压与搜索信号输入部432的搜索信号Vramp1合成所得的信号电压Vcmp供应至第二运算放大器431的第一输入端子(-)侧。
在第二运算放大器431中，对经由第三采样电容器Cs3输入至第一输入端子(-)的输入信号电压Vcmp与供应至第二输入端子(+)的参照电位Vref2进行比较，在直到与参照电位Vref2交叉为止的期间，如图8(L)所示，以H电平输出比较输出信号cmpout。将该H电平期间保持于未图示的计数器(counter)，由此进行AD转换。
第一读取期间结束后，比读取复位信号VRST更低电位的读取亮度信号VSIG供应至放大部420。
接着，第一运算放大器421的输出信号ampout成为以参照电位Vref为基准，将容量比G乘以读取复位信号VRST与低电位的读取亮度信号VSIG的差分所得的电平放大后的信号(Vref+G＊(VRST－VSIG))。
接着，在传输期间后的特定期间，如图8(G)所示，控制信号SH被设定为H电平，AD转换部430的采样保持开关部SW431成为导通状态。
结果是放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout成为信号(Vref+G＊(VRST－VSIG))，通过采样保持开关部SW431传输至AD转换部430，并保持于第四采样电容器Cs4。
其次，如图8(J)所示，向右下倾斜的斜率波形的第一搜索信号Vramp1通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
接着，如图8(K)所示，将第四采样电容器Cs4所保持的电压与搜索信号输入部432的搜索信号Vramp1合成所得的信号电压Vcmp供应至第二运算放大器431的第一输入端子(-)侧。
在第二运算放大器431中，对经由第三采样电容器Cs3输入至第一输入端子(-)的输入信号电压Vcmp与供应至第二输入端子(+)的参照电位Vref2进行比较，在直到与参照电位Vref2交叉为止的期间，如图8(L)所示，以H电平输出比较输出信号cmpout。将该H电平期间保持于未图示的计数器，由此进行AD转换。
接着，在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，取得读取复位信号VRST与读取亮度信号VSIG之间的差分{VRST－VSIG}而进行CDS处理。
如上所述，在卷帘快门模式期间，形成于第一衬底110的第一像素阵列230及第二像素阵列250-1、250-2以行为单位而依次被存取，依次进行所述读取动作。
(全局快门模式时的读取动作)
其次，对全局快门模式时的读取动作进行说明。
图9(A)～(G)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的全局快门模式时的像素部中的读取动作进行说明的时序图。
图10(A)～(L)是用以主要对本第一实施方式的固态摄像装置的全局快门模式时的列读取电路中的读取动作进行说明的时序图。
图9(A)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的选择晶体管SEL1-Tr、SEL2-Tr的控制信号SEL。图9(B)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的复位晶体管RST1-Tr、RST2-Tr的控制信号RST。图9(C)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的传输晶体管TG1-Tr、TG2-Tr的控制信号TG。
图9(D)表示第一像素21的信号保持部212的开关元件SW21的控制信号sw1。图9(E)表示第一像素21的信号保持部212的复位晶体管RST3-Tr的控制信号RST3。图9(F)表示第一像素21的信号保持部212的选择晶体管SEL3-Tr的控制信号SEL3。图9(G)表示配置于第一像素21的信号保持部212的恒定电流源Ibias3的驱动状态(接通、断开状态)。
图10(A)表示像素及列读取电路的等效电路，图10(B)表示第一像素21的信号保持部212的选择晶体管SEL3-Tr的控制信号SEL3。图10(C)表示第一像素21的信号保持部212的复位晶体管RST3-Tr的控制信号RST3。
图10(D)表示全局快门模式时的单端的第二像素信号pixout2，图10(E)表示自动归零开关部SW423的控制信号AZ1，图10(F)表示第一开关部SW421的控制信号CKOS，图10(G)表示采样保持开关部SW431的控制信号SH，图10(H)表示自动归零开关部SW432的控制信号AZ2。
图10(I)表示第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout，图10(J)表示第二搜索信号Vramp2，图10(K)表示第二运算放大器421的输入信号电压Vcmp，图10(L)表示第二运算放大器431的输出信号(比较输出)cmpout。
在全局快门模式时，如图9(A)所示，第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的选择晶体管SEL1-Tr、SEL2-Tr的控制信号SEL在全局快门模式的整个期间中，被设定为低电平(L)。
由此，在全局快门模式的整个期间中，从第一像素阵列230与第二像素阵列250-1、250-2向第一垂直信号线LSGN11的电压信号的输出被抑制(停止)。
因此，第二像素阵列250-1、250-2被控制成非启用状态。
另外，第一像素阵列230为启用状态，从而成为从输出节点ND21的电压信号可向信号保持部212输出的状态。
在图9(A)～(G)中，时刻t11～时刻t12是第一像素阵列230的所有的光电转换读取部211中的光电二极管PD21及浮置扩散层FD21的复位期间及电荷积累期间。
再者，在该复位期间及电荷积累期间，如图9(D)～(G)所示，对保持部阵列240的所有的信号保持部212的驱动进行控制的开关元件SW21的控制信号sw1、对复位晶体管RST3-Tr进行控制的控制信号RST3、对选择晶体管SEL3-Tr进行控制的控制信号SEL3被设定为L电平，开关元件SW21、复位晶体管RST3-Tr、选择晶体管SEL3-Tr被控制成非导通状态，恒定电流源Ibias3被控制成断开状态。
在如上所述的状态下，在复位期间，复位晶体管RST1-Tr在控制信号RST为H电平的期间被选择而成为导通状态。
接着，在控制信号RST为H电平的期间中，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)的积累节点成为与浮置扩散层FD21导通的状态，光电二极管PD21及浮置扩散层FD21被复位为电源线Vdd的电位。
在光电二极管PD21的复位后，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，在光电二极管PD21中，开始积累光电转换后的电荷。
此时，复位晶体管RST1-Tr的控制信号RST保持为H电平，浮置扩散层FD21保持仍复位为电源线Vdd的电位的状态。
接着，因为复位期间结束，所以在时刻t12之前，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。
在经过该复位期间PR后(复位晶体管RST1-Tr为非导通状态)，直到传输期间PT开始为止的包含时刻t12的期间成为读取复位状态时的像素信号的第一读取期间。
同样地，在信号保持部212中，在包含时刻t12的特定期间，对复位晶体管RST3-Tr进行控制的控制信号RST3切换为H电平，复位晶体管RST3-Tr保持为导通状态，节点ND24被复位为电源电压VDD的电源线Vdd的电位。
另外，在包含时刻t12、t13、t14的特定期间，开关元件SW21的控制信号sw1保持为H电平，开关元件SW21保持为接通状态(导通状态)。
同样地，在包含时刻t12、t13、t14的特定期间，恒定电流源Ibias3被控制成接通状态。
再者，恒定电流源Ibias3，在经过时刻t14，开关元件SW21的控制信号sw1切换为L电平，开关元件SW21成为断开状态(非导通状态)后，被控制成断开状态。
在包含时刻t12的特定期间，利用所有像素的源极跟随晶体管SF1-Tr，浮置扩散层FD21的电荷被转换为与电荷量对应的电压信号，并作为像素的读取复位信号VRST0经由第三信号线LSGN13传输至信号保持部212，并进一步通过开关元件SW21保持于信号保持电容器C21。
此处，第一读取期间结束，包含时刻t13的特定期间成为传输期间PT。
在传输期间PT中，传输晶体管TG1-Tr在控制信号TG为高电平(H)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。
在经过该传输期间PT后(传输晶体管TG1-Tr为非导通状态)，成为读取与由光电二极管PD2)光电转换并积累的电荷对应的像素信号的包含时刻t14的第二读取期间。
在第二读取期间开始的时刻t14中，利用所有像素的源极跟随晶体管SF1-Tr，浮置扩散层FD21的电荷被转换为与电荷量对应的电压信号，并作为像素的读取亮度信号VSIG0经由第三信号线LSGN13传输至信号保持部212，进一步通过开关元件SW21将保持信号VSIG(＝VSIG0－VRST0)保持于信号保持电容器C21及C22。通过该CDS动作，能够取消(cancel)源极跟随晶体管SF1-Tr的偏移电压。
为了读取在所述状态下保持的保持信号VSIG，为了选择保持部阵列240中的某一行，该被选择的行的各选择晶体管SEL3-Tr的控制信号SEL3被设定为H电平，该选择晶体管SEL3-Tr成为导通状态。
接着，在时刻t15，进行信号保持电容器C21及C22所保持的保持信号VSIG(VSIG－VRST)的读取。
此时，在各信号保持部212中，利用栅极连接于节点ND24的源极跟随晶体管SF3-Tr，对应连接于节点ND24的信号保持电容器C21及C22的保持电压，作为列输出的读取亮度信号(VSIG－VRST)输出至第二垂直信号线LSGN12，并供应至列读取电路40。
其次，在包含时刻t16的特定期间，控制信号RST3切换为H电平，复位晶体管RST3-Tr成为导通状态，节点ND24被复位。
接着，在包含时刻t16的特定期间，进行连接于节点ND24的信号保持电容器C21及C22所保持的复位保持信号(VRST)的读取。
此时，在各信号保持部212中，利用栅极连接于节点ND24的源极跟随晶体管SF3-Tr，对应连接于节点ND24的信号保持电容器C21及C22的保持电压，作为列输出的读取复位信号(VRST)输出至第二垂直信号线LSGN12，并供应至列读取电路40。
接着，在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，在包含时刻t15的特定期间读取的读取亮度信号(VSIG－VRST)与在包含时刻t16的特定期间读取的读取复位信号VRST，作为第二像素信号pixout2依次供应至放大部420。
在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，进行对通过输入部440依次供应的第二像素信号pixout2的读取亮度信号VSIG(CMS)与读取复位信号VRST的放大处理、AD转换处理。另外，取得两信号的差分{VSIG－VRST}而进一步进行CDS处理，取消源极跟随晶体管SF3-Tr的偏移电压。
更具体而言，在单端的全局快门模式期间，对列读取电路40的输入部440供应第二模式信号MOD2。
另外，在单端的全局快门模式期间，列读取电路40的放大部420的第二开关部SW422保持为导通状态，第一运算放大器421的第二输入端子(+)连接于参照电位Vref。
在如上所述的状态下，第二像素信号输入至输入部440，全局快门模式时的单端的第二像素信号pixout2从输入部440的第一输出端子TO1供应至连接有第一采样电容器Cs1的第一运算放大器421的第一输入端子(-)侧。
如图10(D)所示，从第一像素21的光电转换读取部211读取，并进一步从信号保持部212依次读取的单端的读取亮度信号VSIG、读取复位信号VRST依次供应至第一运算放大器421的第一输入端子(-)侧。
接着，在读取亮度信号VSIG输入后特定期间，如图10(E)所示，控制信号AZ1被设定为H电平。由此，放大部420的自动归零开关部SW423成为导通状态。
由此，放大部420的第一运算放大器421成为复位状态。
结果是放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout成为参照电位Vref。
其次，在单端的全局快门模式期间，相对于列读取电路40的放大部420的第一开关部SW421，控制信号CKOS从L电平转变为H电平。由此，第一开关部SW421，端子a从端子b连接于端子c，第一反馈电容器Cf1从偏移电位VOS变更为连接于第一运算放大器421的输出。
由此，放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout对参照电位Vref移动偏移vfs的量，移动偏移至偏移电位VOS。
通过该偏移移动，第一运算放大器421的输出范围维持在与所述卷帘快门模式时相同的水平。
接着，在控制信号CKOS切换为H电平后特定期间，如图10(G)、图10(H)所示，控制信号SH及AZ2被设定为H电平。由此，AD转换部430的采样保持开关部SW431及自动归零开关部SW432成为导通状态。
作为控制信号SH及AZ2被设定为H电平的期间，是按照控制信号SH、AZ2的顺序，而较长地设定。
由此，AD转换部430的第二运算放大器431成为复位状态。
接着，放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout，与读取亮度信号VSIG对应的部分成为偏移电位VOS，通过采样保持开关部SW431传输至AD转换部430，并保持于第三采样电容器Cs3及第四采样电容器Cs4。
其次，如图10(J)所示，处于与向右下倾斜的斜率波形的第一搜索信号Vramp1为电平反转的关系的向右上倾斜的斜率波形的第二搜索信号Vramp2通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
接着，如图8(K)所示，将第四采样电容器Cs4所保持的电压与搜索信号输入部432的搜索信号Vramp2合成所得的信号电压Vcmp供应至第二运算放大器431的第一输入端子(-)侧。
在第二运算放大器431中，对经由第三采样电容器Cs3输入至第一输入端子(-)的输入信号电压Vcmp与供应至第二输入端子(+)的参照电位Vref2i进行比较，在直到与参照电位Vref2i交叉为止的期间，如图10(L)所示，以H电平输出比较输出信号cmpout。利用未图示的计数器来测定直到该交叉为止的时间，由此进行AD转换。
电位比读取亮度信号VSIG高的读取复位信号VRST供应至放大部420。
与读取复位信号VRST对应的部分，因偏移移动而成为比偏移电位VOS低G＊(VRST－VSIG)的电位(VOS－G＊(VRST－VSIG))。
接着，在传输期间后的特定期间，如图10(G)所示，控制信号SH被设定为H电平，AD转换部430的采样保持开关部SW431成为导通状态。
结果是放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout，成为信号(VOS－G＊(VRST－VSIG))，通过采样保持开关部SW431传输至AD转换部430，并保持于第四采样电容器Cs4。
此时，如图10(J)所示，向右上倾斜的斜率波形的第二搜索信号Vramp2通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
接着，如图10(K)所示，将采样电容器Cs4所保持的电压与搜索信号输入部432的搜索信号Vramp2合成所得的信号电压Vcmp供应至第二运算放大器431的第一输入端子(-)侧。
在第二运算放大器431中，对经由第三采样电容器Cs3输入至第一输入端子(-)的输入信号电压Vcmp与供应至第二输入端子(+)的参照电位Vref2i进行比较，在直到与参照电位Vref交叉为止的期间，如图10(L)所示，以H电平输出比较输出信号cmpout。利用未图示的计数器来测定直到该交叉为止的时间，由此进行AD转换。
该比较输出信号cmpout可获得与所述卷帘快门模式时的情况相同的结果。
接着，在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，取得读取复位信号VRST与读取亮度信号VSIG之间的差分{VSIG－VRST}而进行CDS处理。
如以上的说明所述，根据本第一实施方式，固态摄像装置10包括：像素部20，配置有进行光电转换的像素；以及列读取电路40，具有将从像素读取至垂直信号线的像素信号从模拟信号转换为数字信号的AD(模拟数字)转换功能。
在固态摄像装置10中，从像素读取的像素信号是包含通过第一动作即卷帘快门而从像素依次读取的读取复位信号VRST及读取亮度信号的第一像素信号pixout1、与包含通过第二动作即全局快门而从像素依次读取的读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST的第二像素信号pixout2中的至少任一个像素信号。而且，列读取电路40包含：放大部420，将像素信号进行放大；以及AD转换430，将由放大部420放大后的像素信号与搜索信号给予关联而从模拟信号转换为数字信号，且第一像素信号pixout1时的第一搜索信号Vramp1与第二像素信号pixout2时的第二搜索信号Vramp2可设定成搜索电平为反转的关系。
因此，在本第一实施方式中，列读取电路40可与动作模式或读取信号的信号形态无关地共用读取电路，进而能够减小电路规模，使控制变得容易，降低耗电。
根据本第一实施方式，特别是对于可取得先输出复位电平的低噪声的卷帘快门模式与无动态物体失真的全局快门模式的像素信号的两方的像素，可不新增采样保持电路，而利用小面积、低电压进行处理。
具体而言，只要在列放大器即第一运算放大器421中新增第一开关部SW421与偏置信号线，就可与动作模式或读取信号的信号形态无关地共用读取电路，该第一开关部SW421可根据单端的卷帘快门模式与单端的全局快门模式，将第一反馈电容器Cf1的连接对象切换为第一运算放大器421的输出端子及偏移电位VOS中的任一者。
另外，根据本第一实施方式，固态摄像装置10在像素部20中，作为像素，混合存在包含光电转换读取部及信号保持的第一像素21、与包含光电转换读取部的第二像素22，从而构成为兼具有第一动作即卷帘快门与第二动作即全局快门的两动作功能的例如层叠型的CMOS图像传感器。
在本第一实施方式的固态摄像装置10中，像素部20的结构包含：第一像素阵列230，呈行列状地配置有多个第一像素21的光电转换读取部211；保持部阵列240，呈行列状地配置有多个第一像素21的信号保持部212；以及第二像素阵列250-1、250-2，呈行列状地配置有多个第二像素的光电转换读取部。
于是，在第一动作即卷帘快门模式时，第一像素21及第二像素22的光电转换读取部211、221的读取信号不经过旁通路径而直接输出至第一垂直信号线LSGN11。另外，在第二动作即全局快门模式时，第一像素的信号保持部212的保持信号输出至第二垂直信号线LSGN12。
因此，根据本第一实施方式的固态摄像装置10，能够防止结构变复杂，并且防止布局(layout)上的面积效率下降。
另外，根据本第一实施方式的固态摄像装置10，能够根据动作模式时来获得所期望的纵横比的图像信号。
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。
在第一衬底110上，以其中央部为中心，形成排列有像素部20的各第一像素21的光电转换读取部211的第一像素阵列230，在第一像素阵列230的第一垂直信号线LSGN11的配线方向的两侧(上侧及下侧)形成有第二像素阵列250-1、250-2。
另外，在第一衬底110上形成有第一垂直信号线LSGN11。
在第二衬底120上，以其中央部为中心，形成与第一像素阵列230的各光电转换读取部211的输出节点ND21连接的各第一像素21的信号保持部212呈矩阵状地排列的保持部阵列240(区域121)及第二垂直信号线LSGN12。
而且，在保持部阵列240的周围形成有列读取电路40用的区域122、123等。
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，以及利用第一像素阵列与第二像素阵列像素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11是表示本发明第二实施方式的固态摄像装置的像素及列读取电路的结构例的图。
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。
本第二实施方式的固态摄像装置10A在卷帘快门模式时，将第一像素信号并非作为单端，而是作为差动像素信号向列读取电路40A供应。
具体而言，在第一垂直信号线LSGN11中传输的第一像素信号pixout1，经由列读取电路40A的输入部440向放大部420的第一运算放大器421的第一输入端子(-)侧，经由第一采样电容器Cs1而供应。
接着，向电流源Ibias1与基准电位VSS的连接线侧流动的信号，经由输入部440向放大部420的第一运算放大器421的第二输入端子(+)侧，经由第二采样电容器Cs2而供应。
第二实施方式的固态摄像装置10A的其他结构与第一实施方式的固态摄像装置10相同。
更具体而言，在差动卷帘快门模式期间，对列读取电路40A的输入部440供应第三模式信号MOD3。
另外，在卷帘快门模式期间，以L电平对列读取电路40A的放大部420的第一开关部SW421供应控制信号CKOS。由此，第一开关部SW421，端子a与端子b连接，第一反馈电容器Cf1连接在第一运算放大器421的第一输入端子(-)与输出节点ND421之间。
另外，在卷帘快门模式期间，以时钟的方式对列读取电路40A的放大部420的第二开关部SW422供应控制信号VREFSH。
图12(A)～(K)是用以主要对本第二实施方式的固态摄像装置的差动卷帘快门模式时的列读取电路中的读取动作进行说明的时序图。
图12(A)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的选择晶体管SEL1-Tr、SEL2-Tr的控制信号SEL。图12(B)表示第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的复位晶体管RST1-Tr、RST2-Tr的控制信号RST、以及传输晶体管TG1-Tr、TG2-Tr的控制信号TG。
图12(C)表示全局快门模式时的单端的第一像素信号pixout1，图12(D)表示自动归零开关部SW423的控制信号AZ1及第二开关部SW422的控制信号VREFSH，图12(E)表示第一开关部SW421的控制信号CKOS，图12(F)表示采样保持开关部SW431的控制信号SH，图12(G)表示自动归零开关部SW432的控制信号AZ2。
图12(H)表示第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout，图12(I)表示第一搜索信号Vramp1，图12(J)表示第二运算放大器431的输入信号电压Vcmp，图12(K)表示第二运算放大器431的输出信号(比较输出)cmpout。
差动卷帘快门模式时的像素及列读取电路40A中的读取动作，与图8(A)～(L)关联地说明的单端的卷帘快门模式时的像素及列读取电路40中的读取动作、控制信号VREFSH与控制信号AZ1相同地转变之外为相同。
因此，此处省略其详细的动作说明。
根据本第二实施方式，当然可获得所述第一实施方式的效果，因为向电流源Ibias1与基准电位VSS的连接线侧流动的信号经由输入部440向放大部420的第一运算放大器421的第二输入端子(+)侧，经由第二采样电容器Cs2而供应，所以对于卷帘快门像素，能够取消每列(column)的接地(GND)悬浮，进而能够减少阴影(shading)等噪声。
另外，像素也可在全局快门模式下进行动作。具体而言，从第二垂直信号线LSGN12输出的第二像素信号pixout2经由列读取电路40A的输入部440向放大部420的第一运算放大器421的第一输入端子(-)侧，经由第一采样电容器Cs1而供应。
接着，向电流源Ibias1与基准电位VSS的连接线侧流动的信号经由输入部440向放大部420的第一运算放大器421的第二输入端子(+)侧，经由第二采样电容器Cs2而供应。此时也同样地，对于全局快门像素，能够减少阴影等噪声。
(第三实施方式)
图13是表示本发明第三实施方式的固态摄像装置的第一像素的结构例的图。
本第三实施方式的固态摄像装置10B与所述第一实施方式及第二实施方式的固态摄像装置10、10A的不同点在于第一像素21B中的信号保持部212B的结构。
第一像素21的信号保持部212B的结构基本上包含连接着恒定电流源Ibias3的输入部2121、采样保持部2122B、输出部2123B、节点ND22、ND25～ND27。
恒定电流源Ibias3连接在节点ND22与基准电位VSS之间，并在例如全局快门期间中的特定期间，被控制成接通状态。
再者，作为代替恒定电流源Ibias3，也可设置连接在节点ND22与基准电位VSS之间，并在例如全局快门期间中的特定期间，被控制成接通状态的开关元件。
采样保持部2122B的结构包含开关元件SSW22～SW24、复位信号用保持电容器CR21、信号用保持电容器CS21及节点ND25～ND27。
开关元件SW22在第二期间即全局快门期间，将采样保持部2122B的信号用保持电容器CS21经由节点ND26选择性地连接于光电转换读取部211的输出节点ND21。
开关元件SW22，端子a与连接于第三信号线LSGN13的输入节点ND22连接，端子b连接于节点ND26。
开关元件SW22，例如在控制信号GSHS为高电平的期间，端子a与端子b连接成为导通状态。
信号用保持电容器CS21连接在节点ND26与连接于基准电位VSS的节点ND27之间。
开关元件SW23在第二期间即全局快门期间，选择性地将采样保持部2122B的复位信号用保持电容器CR21经由节点ND25连接于光电转换读取部211的输出节点ND21。
开关元件SW23，端子a与连接于第三信号线LSGN13的输入节点ND22连接，端子b连接于节点ND25。
开关元件SW23，例如在控制信号GSHR为高电平的期间，端子a与端子b连接成为导通状态。
复位信号用保持电容器CR21连接在节点ND25与连接于基准电位VSS的节点ND27之间。
开关元件SW24在第二期间即全局快门期间，将连接于复位信号用保持电容器CR21的节点ND25与连接着信号用保持电容器CS21的节点ND26连接。
开关元件SW24，端子a连接于节点ND26，端子b连接于节点ND25。
开关元件SW24，例如在控制信号CKST为高电平的期间，端子a与端子b连接成为导通状态。由此，对选择行的复位电平与信号电平进行平均化。
再者，开关元件SW22～SW24由MOS晶体管例如n沟道MOS(NMOS)晶体管形成。
输出部2123B在第二期间即全局快门期间，基本包含将保持于信号用保持电容器CS21的信号根据保持电压输出的源极跟随晶体管SF3S-Tr，并将所保持的信号选择性地经由选择晶体管SEL3S-Tr输出至由恒定电流源Ibias1-1驱动的第二垂直信号线LSGN12-1。
源极跟随晶体管SF3S-Tr与选择晶体管SEL3S-Tr在电源线Vdd与由恒定电流源Ibias1-1驱动的第二垂直信号线LSGN12-1之间串联地连接。
源极跟随晶体管SF3S-Tr的栅极连接着节点ND26，选择晶体管SEL3S-Tr受到通过控制线施加至栅极的控制信号SEL3控制。
选择晶体管SEL3S-Tr在控制信号SEL3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SF3S-Tr将与信号用保持电容器CS21的保持电压或平均化电压对应的列输出的读取电压(VRST、VSIG)输出至第二垂直信号线LSGN12-1。
而且，输出部2123B在第二期间即全局快门期间，基本包含将保持于复位信号用保持电容器CR21的信号根据保持电压输出的源极跟随晶体管SF3R-Tr，并将所保持的信号选择性地经由选择晶体管SEL3R-Tr输出至由恒定电流源Ibias1-2驱动的第二垂直信号线LSGN12-2。
源极跟随晶体管SF3R-Tr与选择晶体管SEL3R-Tr在电源线Vdd与由恒定电流源Ibias1-2驱动的第二垂直信号线LSGN12-2之间串联地连接。
源极跟随晶体管SF3R-Tr的栅极连接着节点ND25，选择晶体管SEL3R-Tr受到通过控制线施加至栅极的控制信号SEL3控制。
选择晶体管SEL3R-Tr在控制信号SEL3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SF3R-Tr将与复位信号用保持电容器CR21的保持电压或平均化电压对应的列输出的读取电压(VRST、VSIG)输出至第二垂直信号线LSGN12-2。
(差动全局快门模式时的读取动作)
其次，对差动全局快门模式时的读取动作进行说明。
图14(A)～(F)是用以主要对本第三实施方式的固态摄像装置的全局快门模式时的像素部中的读取动作进行说明的时序图。
图15(A)～(L)是用以主要对本第三实施方式的固态摄像装置的全局快门模式时的列读取电路中的读取动作进行说明的时序图。
图14(A)表示第一像素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14(B)表示第一像素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14(C)表示第一像素21的信号保持部212B的开关元件SW22的控制信号GSHS。图14(D)表示第一像素21的信号保持部212B的开关元件SW23的控制信号GSHR。图14(E)表示第一像素21的信号保持部212B的开关元件SW24的控制信号CKST。图14(F)表示第一像素21的信号保持部212的选择晶体管SEL3-Tr的控制信号SEL3。
图15(A)表示像素及列读取电路的等效电路，图15(B)表示第一像素21的信号保持部212B的选择晶体管SEL3R-Tr、SEL3S-Tr的控制信号SEL3。图15(C)表示第一像素21的信号保持部212B的开关元件SW24的控制信号CKST。
图15(D)表示全局快门模式时的差动的第二像素信号pixout2，图15(E)表示自动归零开关部SW423的控制信号AZ1及第二开关部SW422的控制信号VREFSH，图15(F)表示第一开关部SW421的控制信号CKOS，图15(G)表示采样保持开关部SW431的控制信号SH，图15(H)表示自动归零开关部SW432的控制信号AZ2。
图15(I)表示第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout及反馈信号ampvst，图15(J)表示第一搜索信号Vramp1，图15(K)表示第二运算放大器431的输入信号电压Vcmp，图15(L)表示第二运算放大器431的输出信号(比较输出)cmpout。
在全局快门模式时，第一像素21的光电转换读取部211及第二像素22的光电转换读取部221的选择晶体管SEL1-Tr、SEL2-Tr的控制信号SEL在全局快门模式的整个期间中，被设定为低电平(L)。
由此，在全局快门模式的整个期间中，从第一像素阵列230与第二像素阵列250-1、250-2向第一垂直信号线LSGN11的电压信号的输出被抑制(停止)。
因此，第二像素阵列250-1、250-2被控制成非启用状态。
另外，第一像素阵列230为启用状态，从而成为可从输出节点ND21向信号保持部212B输出电压信号的状态。
在图14(A)～(F)中，时刻t21～t22是第一像素阵列230的所有的光电转换读取部211中的光电二极管PD21及浮置扩散层FD21的复位期间及电荷积累期间Tint。
再者，在该复位期间及电荷积累期间，对保持部阵列240的所有的信号保持部212B的驱动进行控制的开关元件SW22-SW24的控制信号GSHS、GSHR、CKST、对选择晶体管SEL3-Tr进行控制的控制信号SEL3被设定为L电平，开关元件SW22-SW24、选择晶体管SEL3-Tr被控制成非导通状态，恒定电流源Ibias3被控制成断开状态。
在如上所述的状态下，在复位期间，复位晶体管RST1-Tr在控制信号RST为H电平的期间被选择而成为导通状态。
接着，在控制信号RST为H电平的期间中，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)的积累节点成为与浮置扩散层FD21导通的状态，光电二极管PD21及浮置扩散层FD21被复位为电源线Vdd的电位。
在光电二极管PD21的复位后，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，在光电二极管PD21中，开始积累光电转换后的电荷。
此时，复位晶体管RST1-Tr的控制信号RST保持为H电平，浮置扩散层FD21保持仍复位为电源线Vdd的电位的状态。
在该状态下的时刻t22处，在各光电转换读取部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对应的电压信号，并作为列输出的读取复位信号VRST从输出节点ND21输出。
接着，因为复位期间结束，所以在经过时刻t22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。
其次，在包含时刻t23的特定期间，第一像素21的信号保持部212B的开关元件SW22的控制信号GSHS及开关元件SW23的控制信号GSHR切换为H电平，信号用保持电容器CS21及复位信号用保持电容器CR21被初始化。另外，恒定电流源Ibias3被控制成接通状态。
而且，在包含时刻t23的特定期间，从各光电转换读取部211的输出节点ND21输出的读取复位信号VRST通过第三信号线LSGN13传输至对应的信号保持部212B，并通过开关元件SW23保持于复位信号用保持电容器CR21。
接着，第一像素21B的信号保持部212B的开关元件SW22的控制信号GSHS及开关元件SW23的控制信号GSHR切换为L电平，开关元件SW22及开关元件SW23成为非导通状态。
此处，包含时刻t24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。
若传输期间结束，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。
另外，在光电转换读取部211中，传输晶体管TG1-Tr的控制信号TG切换为L电平，与传输期间结束的时序并行地，在保持部阵列240的所有的信号保持部212B中进行如下控制。
在信号保持部212B中，在包含时刻t25的特定期间，控制信号GSHS切换为H电平，开关元件SW22成为导通状态，恒定电流源Ibias3被控制成接通状态。
由此，在包含时刻t25的特定期间，从各光电转换读取部211的输出节点ND21输出的读取亮度信号VSIG通过第三信号线LSGN13传输至对应的信号保持部212，并通过开关元件SW22保持于信号用保持电容器CS21。
在将读取亮度信号VSIG保持于信号用保持电容器CS21后，控制信号GSHS切换为L电平，开关元件SW22成为非导通状态。
为了读取在所述状态下保持的信号，为了选择保持部阵列240中的某一行，该被选择的行的各选择晶体管SEL3-Tr的控制信号SEL3被设定为H电平，该选择晶体管SEL3S-Tr及SEL3R-Tr成为导通状态。
接着，在时刻t26处，并行地进行信号用保持电容器CS21所保持的读取亮度信号VSIG的读取，以及复位信号用保持电容器CR21所保持的读取复位信号VRST的读取。
此时，在各信号保持部212B中，利用栅极连接于节点ND26的源极跟随晶体管SF3S-Tr，根据连接于节点ND26的信号用保持电容器CS21的保持电压，作为列输出的读取亮度信号VSIG输出至第二垂直信号线LSGN12-1，并供应至列读取电路40。
同样地，在各信号保持部212B中，利用栅极连接于节点ND25的源极跟随晶体管SF3R-Tr，根据连接于节点ND25的复位信号用保持电容器CR21的保持电压，作为列输出的读取复位信号VRST输出至第二垂直信号线LSGN12-2，并供应至列读取电路40。
其次，在信号保持部212B中，在包含时刻t27的特定期间，控制信号CKST切换为H电平，开关元件SW24成为导通状态。
由此，对选择行的复位电平与信号电平进行平均化。
接着，在时刻t28处，对信号用保持电容器CS21所保持的读取亮度信号VSIG、及复位信号用保持电容器CR21所保持的读取复位信号VRST进行平均化，从而读取的信号被并行地进行。
此时，在各信号保持部212B中，利用栅极连接于节点ND26的源极跟随晶体管SF3S-Tr，根据节点ND26中的平均化电压，作为列输出的平均化信号输出至第二垂直信号线LSGN12-1，并供应至列读取电路40。
同样地，在各信号保持部212B中，利用栅极连接于节点ND25的源极跟随晶体管SF3R-Tr，根据节点ND25中的平均化电压，作为列输出的平均化信号AVSR输出至第二垂直信号线LSGN12-2，并供应至列读取电路40。
此处，若将从信号保持部212B读取的信号电平VS与复位电平VR输出的源极跟随晶体管SF3S-Tr、SF3R-Tr的偏移分别设为VOS1、VOS2，则可获得如下的关系式。
[数学式1]
VOUTR(t26)-VOUTS(t26)＝VR+VOS2-(VS+VOS1)
VOUTR(t28)-VOUTS(t28)＝(VR+VS)/2+VOS2-((VR+VS)/2+VOS1)
VOUTR(t26)-VOUTS(t26)-{VOUTR(t28)-VOUTS(t28)}＝VR-VS
此处，VOUTR(t26)表示在时刻t26处读取的复位信号电压，VOUTS(t26)表示在时刻t26处读取的信号电压，VOUTR(t28)表示在时刻t28处读取的复位信号电压，VOUTS(t28)表示在时刻t28处读取的信号电压。
根据以上内容，通过在后段电路中对差动信号进行CDS处理，能够去除源极跟随晶体管SF3S-Tr、SF3R-Tr的偏移。
接着，在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，将在时刻t26处同时并行地读取的读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST、以及在时刻t28处读取的平均化信号AVSR、与第二像素信号pixout2并行地供应至放大部420。
在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，进行对通过输入部440同时并行地供应的第二像素信号pixout2的读取亮度信号VSIG与读取复位信号VRST、及平均化信号AVSR的放大处理、AD转换处理，另外，取得两个信号的差分{VRST-VSIG-AVSR)}而进行CDS处理。
更具体而言，在差动全局快门模式期间，对列读取电路40的输入部440供应第四模式信号MOD4。
另外，在差动全局快门模式期间，对列读取电路40的放大部420的第一开关部SW421以L电平供应控制信号CKOS。由此，第一开关部SW421，端子a与端子b连接，第一反馈电容器Cf1连接在第一运算放大器421的第一输入端子(-)与输出节点ND421之间。
另外，在差动全局快门模式期间，对列读取电路40的放大部420的第二开关部SW422以时钟的方式供应控制信号VREFSH。
在如上所述的状态下，第二像素信号pixout2输入至输入部440，全局快门模式时的差动的一个第二像素信号pixout2d1从输入部440的第一输出端子TO1供应至连接着第一采样电容器Cs1的第一运算放大器421的第一输入端子(-)侧。
与此并行地，全局快门模式时的差动的另一个第二像素信号pixout2d2从输入部440的第二输出端子TO2供应至连接着第二采样电容器Cs2的第一运算放大器421的第二输入端子(+)侧。
接着，在读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST输入后特定期间，如图15(E)所示，控制信号AZ1及控制信号VREFSH被设定为H电平。由此，放大部420的自动归零开关部SW423及开关部SW422成为导通状态。
由此，放大部420的第一运算放大器421成为复位状态。
结果是放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout成为特定的DC电位例如参照电位Vref。
接着，在控制信号AZ1及控制信号VREFSH切换为L电平后特定期间，如图15(G)、图15(H)所示，控制信号SH及控制信号AZ2被设定为H电平。由此，AD转换部430的采样保持开关部SW431及自动归零开关部SW432成为导通状态。
作为控制信号SH及控制信号AZ2被设定为H电平的期间，是按照控制信号SH、AZ2的顺序，较长地设定。
由此，AD转换部430的第二运算放大器431成为复位状态。
结果是放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout成为参照电位Vref，通过采样保持开关部SW431传输至AD转换部430，并保持于第三采样电容器Cs3及第四采样电容器Cs4。
此时，如图15(J)所示，向右下倾斜的斜率波形的第一搜索信号Vramp1通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
接着，如图15(K)所示，将第四采样电容器Cs4所保持的电压与搜索信号输入部432的搜索信号Vramp1合成所得的信号电压Vcmp供应至第二运算放大器431的第一输入端子(-)。
在第二运算放大器431中，对经由第三采样电容器Cs3输入至第一输入端子(-)的输入信号电压Vcmp与供应至第二输入端子(+)的参照电位Vref2进行比较，在直到与参照电位Vref2交叉为止的期间，如图15(L)所示，以H电平输出比较输出信号cmpout。利用未图示的计数器来测定直到该交叉为止时间，由此进行AD转换。
接着，读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST的平均化信号AVSR供应至放大部420。
然后，第一运算放大器4211的输出信号ampout成为以参照电位Vref为基准，将容量比G乘以读取复位信号电压VRST与低电位的读取亮度信号VSIG的差分所得的电平放大后的信号(Vref+G＊(VRST－VSIG))。另外，反馈信号ampvst成为(Vref+G′＊(VRST－VSIG))。
接着，在传输期间后的特定期间，如图15(G)所示，控制信号SH被设定为H电平，AD转换部430的采样保持开关部SW431成为导通状态。
结果是放大部420的第一运算放大器421的输出信号(放大器输出)ampout成为信号(Vref+G＊(VRST－VSIG))，通过采样保持开关部SW431传输至AD转换部430，并保持于第四采样电容器Cs4。
此时，如图15(J)所示，向右下倾斜的斜率波形的第一搜索信号Vramp1通过搜索信号输入部432供应至AD转换部430。
接着，如图15(K)所示，将第四采样电容器Cs4所保持的电压与搜索信号输入部432的搜索信号Vramp1合成所得的信号电压Vcmp供应至第二运算放大器431的第一输入端子(-)侧。
在第二运算放大器431中，对经由第三采样电容器Cs3输入至第一输入端子(-)的输入信号电压Vcmp与供应至第二输入端子(+)的参照电位Vref2进行比较，在直到与参照电位Vref2交叉为止的期间，如图15(L)所示，以H电平输出比较输出信号cmpout。利用未图示的计数器来测定直到该交叉为止的时间，由此进行AD转换。
接着，在例如构成读取部70的一部分的列读取电路40中，取得读取复位信号VRST与读取亮度信号VSIG的差分{VRST-VSIG-AVSR)}而进行数字CDS处理。
此处，与图15(A)～(L)关联地研究本第三实施方式的通过列读取电路的CDS处理。
在图15(A)～(L)中，以如下情况作为例子，该情况是指在时刻t31，利用第一像素21的信号保持部212B同时并行地读取读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST，并输入至列读取电路40的第一运算放大器421。
同样地，在图15(A)～(L)中，以如下情况作为例子，该情况是指在时刻t32，利用第一像素21的信号保持部212B同时并行地读取读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST的平均化信号AVSR，并输入至列读取电路40。
时刻t31的第一运算放大器421的第二输入端子(+)的输入信号Vinp(t31)由下式给出。
[数学式2]
与时刻t31的第一运算放大器421的第一输入端子(-)的输入信号Vinn(t31)关联地给出下式。
[数学式3]
Cs×(V′ref-Vrst)+Cf×0+Qinj
＝Cs×(V′ref-Vrst)+Cf×(V′ref-Vout)
因此，时刻t31的输出Vout(t31)由下式给出。
[数学式4]
Vout(t31)＝V′ref－Qinj/Cf
关于时刻t32的第一运算放大器421的第二输入端子(+)的输入信号Vinp(t32)，给出下式。
[数学式5]
Cs×(V′ref－Vrst)+Cf×V′ref
＝Cs×(Vinp－(Vrst+Vsig)/2)+Cf×Vinp
因此，时刻t32的第一运算放大器421的第二输入端子(+)的输入信号Vinp(t32)由下式给出。
[数学式6]
Vinp(t32)
＝V′ref+(Cs/(Cs+Cf))×(Vrst－VsiG)/2
与时刻t32的第一运算放大器421的第一输入端子(-)的输入信号Vinn(t31)关联地给出下式。
[数学式7]
Cs×(V′ref－Vrst)+Cf×0+Qinj
＝Cs×(Vinp－(Vrst+Vsig)/2)+Cf×(Vinp－Vout)
因此，时刻t32的输出Vout(t32)由下式给出。
[数学式8]
Vout(t32)
＝V′ref－(Qinj/Cf)+(Cs/Cf)×(Vrst－Vsig)
因此，数字CDS处理的差分输出由下式给出。
[数学式9]
Vout(t32)－Vout(t31)
＝(Cs/Cf)×(Vrst-Vsig)
根据以上内容，通过对差动信号进行CDS处理，能够输出读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST的差分。另外，上式中虽未写明，但通过对读取亮度信号VSIG及读取复位信号VRST的平均化信号AVSR进行CDS处理，能够去除源极跟随晶体管SF3S-Tr、SF3R-Tr等的偏移。
此处，对列读取电路40的第一运算放大器421的具体的结构例进行说明。
图16是表示本第三实施方式的列读取电路的第一运算放大器的结构例的电路图。
图17用以对差动全局快门模式时的第一运算放大器的输入范围的控制的一例进行说明。
作为第一运算放大器421，例如可应用如图16所示的源极耦合对输入的高增益运算放大器。
图16的运算放大器421B的结构包含PMOS晶体管PT41-PT44、NMOS晶体管NT41～NT44、开关部SW41、电流源I41及节点ND41、ND42。
PMOS晶体管PT41、PT42、NMOS晶体管NT41、NT42在电源电压VDD的电源线Vdd与基准电位VSS之间级联连接，PMOS晶体管PT43、PT44、NMOS晶体管NT43、NT44在电源电压VDD的电源线Vdd与基准电位VSS之间级联连接。
而且，PMOS晶体管PT41的源极与PMOS晶体管PT43的源极彼此连接，其连接节点连接于电源电压VDD的电源线Vdd。
NMOS晶体管PT41的源极与NMOS晶体管PT43的源极彼此连接，其连接节点连接于基准电位VSS并连接于电流源I41。
通过PMOS晶体管PT42的漏极与NMOS晶体管NT42的漏极的连接点来形成节点ND41，通过PMOS晶体管PT44的漏极与NMOS晶体管NT44的漏极的连接点来形成节点ND42。
而且，节点ND41连接于PMOS晶体管PT41、PT43的栅极，节点ND42连接于输出节点ND421。
另外，PMOS晶体管PT42、PT44的栅极共同连接于偏置电位Vbp的供应端子Tvbp。
开关部SW41，端子a共同连接于NMOS晶体管NT42、NT44的栅极，端子b连接于电源电压VDD的电源线Vdd，端子c连接于套筒式电位Vtr的供应端子Tvtr。
开关部SW41例如在控制信号CTL为L电平时，将端子a与端子b保持为导通状态，在控制信号CTL为H电平时，将端子a与端子c保持为导通状态。
第一运算放大器421在增益设定G低时，以利用开关部SW41将NMOS晶体管NT42、NT44的栅极连接于电源电压VDD的电源线Vdd的方式控制，从而被控制成不作为所谓的套筒式放大器而发挥功能。这是为了对应大输入范围。
第一运算放大器421在增益设定G高时，以利用开关部SW41将NMOS晶体管NT42、NT44的栅极连接于套筒式电位Vtr的方式控制，从而被控制成作为所谓的套筒式放大器而发挥功能。这是为了减少增益误差。
在图17的例子中，在增益为×1、×2的低增益的情况下，因为与亮时的增益误差相比，光子(photon)散粒(shot)噪声占主导，所以将NMOS晶体管NT42、NT44的栅极连接于电源电压VDD的电源线Vdd，不作为套筒式放大器而发挥功能。
另一方面，在增益为×4、×8的高增益的情况下，因为输入范围小，所以将NMOS晶体管NT42、NT44的栅极连接于套筒式电位Vtr，作为高增益的套筒式放大器而发挥功能，减少亮时的增益误差。
根据本第三实施方式，当然可获得所述第一实施方式及第二实施方式的效果，对于差动输出型的全局快门像素，能够不新增电容器等而利用小面积实现差动输出信号的CDS处理。
(第四实施方式)
图18是表示本发明第四实施方式的列读取电路的结构例的电路图。
图19(A)及(B)是用以对本第四实施方式的与AD转换部所采用的反转二分搜索法对应的搜索信号输入部的结构例进行说明的图。
本第四实施方式的固态摄像装置10C与所述第一、第二及第三实施方式的固态摄像装置10、10A、10B的不同点在于列读取电路40中的AD转换部430C的搜索信号输入部432C的结构。
在第一～第三实施方式中，作为搜索信号Vramp，在第一模式信号MOD1(单端的卷帘快门模式)、第三模式信号MOD3(差动的卷帘快门模式)、第四模式信号MOD4(差动的全局快门模式)时，第一搜索信号Vramp1被供应至搜索信号输入部432。
而且，在第一～第三实施方式中，作为搜索信号Vramp，在第二模式信号MOD2(单端的全局快门模式)时，第二搜索信号Vramp2被供应至搜索信号输入部432。
即，在第一～第三实施方式中，AD转换部430采用了电平反转后的第一搜索信号Vramp1与第二搜索信号Vramp2。
相对于此，在本第四实施方式中，将AD转换部430C构成为SAR型(逐次逼近型)ADC，采用反转二分搜索来供应搜索信号。
搜索信号输入部432C的结构包含多个(x个)第四采样电容器Cs4-1～Cs4-x及多个开关部SW432-1～SW432-x。
第四采样电容器Cs4-1～Cs4-x，一个电极(端子)共同连接于AD转换部430C的输入节点ND431，另一个电极(端子)连接于对应地配置的开关部SW432-1～SW432-x的端子a。
开关部SW432-1～SW432-x的端子b连接于参照电位Vref，端子c连接于接地GND。
在按照读取复位信号VRST、读取亮度信号VSIG的顺序读取的第一像素信号pixout1输入至列读取电路40C的情况下，开关部SW432-1～SW432-x藉由控制信号CTR SAR，以按照参照电位Vref与接地GND的顺序交替地开关的方式进行控制。
这样，藉由控制信号CTR SAR，使开关部SW432-1～SW432-x按照参照电位Vref与接地GND的顺序交替地开关，由此，如图19(A)所示，能够对按照读取复位信号VRST、读取亮度信号VSIG的顺序读取的第一像素信号pixout1进行AD转换。
在按照读取亮度信号VSIG、读取复位信号VRST的顺序读取的第二像素信号pixout2输入至列读取电路40C的情况下，开关部SW432-1～SW432-x藉由控制信号CTR SAR，以按照接地GND与参照电位Vref的顺序交替地开关的方式控制。
这样，藉由控制信号CTR SAR，使开关部SW432-1～SW432-x按照接地GND与参照电位Vref的顺序交替地开关，由此，如图19(B)所示，能够对按照读取亮度信号VSIG、读取复位信号VRST的顺序读取的第二像素信号pixout2进行AD转换。
根据本第四实施方式，能够获得与所述第一、第二及第三实施方式的效果相同的效果。
以上说明的固态摄像装置10、10A～10C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机器。
图20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机器的结构的一例的图。
本电子机器300如图20所示，包括可应用本实施方式的固态摄像装置10、10A～10C的CMOS图像传感器310。
而且，电子机器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。
电子机器320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现在包含液晶显示器等的监视器中，或也可输出至打印机，或者直接记录于存储卡等存储介质等，可具有各种形态，。
如上所述，作为CMOS图像传感器310，通过搭载所述固态摄像装置10、10A～10C，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机器。
附图标记说明
10、10A～10C 固态摄像装置
20、20A、20B 像素部
PD21、PD22 光电二极管
TG1-Tr、TG2-Tr 传输晶体管
RST1-Tr、RST2-Tr 复位晶体管
SF1-Tr、SF2-Tr、SF3-Tr 源极跟随晶体管
SEL1-Tr、SEL2-Tr、SEL3-Tr 选择晶体管
FD21、FD22 浮置扩散层
21 第一像素
211 光电转换读取部
212 信号保持部
22 第二像素
221 光电转换读取部
30 垂直扫描电路
40、40C 读取电路(列读取电路)
420 放大部
430 AD转换部
440 输入部
50 水平扫描电路
60 时序控制电路
70 读取部
300 电子机器
310 CMOS图像传感器
320 光学系统
330 信号处理电路(PRC)