JP5406554B2 - 撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及び撮像システムに関する。

近年、撮像装置を用いた業務用および家庭用のビデオカメラが広く普及している。ビデオカメラに用いられる撮像装置には、ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式などのテレビジョン方式に対応するため、複数の画素が２次元状に配列された画素配列から１行おきに信号を読み出すインターレース動作モードを有するものがある。インターレース動作モードは、インターレース読み出しモード、フィールド読み出しモード、飛び越し走査読み出しモードとも呼ばれている。

一方、最近では、パーソナルコンピュータ用の、撮像装置を用いた画像入力カメラが盛んに開発されている。画像入力カメラに用いられる撮像装置には、プログレッシブ方式などのコンピュータディスプレイ方式に対応するため、画素配列の各行から信号を読み出すプログレッシブ動作モードを有するものがある。プログレッシブ動作モードは、ノンインターレース読み出しモード、全画素読み出しモードとも呼ばれる。プログレッシブ動作モードでは、撮像装置が、画素配列における全行の画素の信号を読み出す。

特許文献１には、（プログレッシブ動作モードにおける）全行読み出し動作及び（インターレース動作モードにおける）垂直加算読み出し動作の両読み出し動作に対応した固体撮像装置が記載されている。

全行読み出し動作では、特許文献１の図１に示す画素配列４０７における奇数行及び偶数行が垂直走査回路４２０ｏ、４２０ｅによって交互に順次選択され、それぞれの画素での信号が読み出される。すなわち、特許文献１の図２に示すように、ＭＯＳスイッチ４２１ｏをオンするための信号φＥＶＥＮとＭＯＳスイッチ４２１ｅをオンするための信号φＯＤＤとが交互にハイレベルになる。ＭＯＳスイッチ４２１ｏがオンした際には、選択された奇数行の画素の信号が容量素子４１２ｏ及び容量素子４１２ｅの両方に転送される。ＭＯＳスイッチ４２１ｅがオンした際には、選択された偶数行の画素の信号が容量素子４１２ｏ及び容量素子４１２ｅの両方に転送される。全行読み出し動作では、２つの容量に信号を入力するので、２つの容量の一方のみに信号を入力する場合に比べて列アンプでのゲインを高くすることでＳ／Ｎ比の向上を図ることができるとされている。

垂直加算読み出し動作では、特許文献１の図１に示す画素配列４０７における奇数行及び偶数行が垂直走査回路４２０ｏ、４２０ｅによって同時に順次選択され、それぞれの画素での信号が同時に読み出される。すなわち、特許文献１の図３に示すように、ＭＯＳスイッチ４２１ｏをオンするための信号φＥＶＥＮとＭＯＳスイッチ４２１ｅをオンするための信号φＯＤＤとが同時にハイレベルになる。このとき、信号φＯＥがローレベルでＭＯＳスイッチ４２２がオフ状態であるので、ＭＯＳスイッチ４２１ｏ、４２１ｅが同時にオンした際には、選択された奇数行及び偶数行の画素の信号がそれぞれ容量素子４１２ｏ、４１２ｅに同時に転送される。そして、容量素子４１２ｏ、４１２ｅに転送された信号は、演算増幅器２１１の反転入力端子（−）にて平均化される。垂直加算読み出し動作では、フィールド読み出し時間が全行読み出し動作の半分になるとされている。

一方、特許文献２には、光電変換要素から出力されＭＯＳトランジスタＭ１及びＭＯＳトランジスタＭ２とから構成される列アンプで増幅された信号が、一時蓄積容量Ｃ_Ｔに蓄積されることが記載されている。これにより、特許文献２によれば、一時蓄積容量Ｃ_Ｔの値を大きくしなくても、読み出しゲインを大きくとることができるので、出力信号線の雑音電荷によるＳ／Ｎ比劣化を防止することができるとされている。

特開２００５−３４８０４０号公報 特開平２−２９６４７０号公報

特許文献１に記載の固体撮像装置では、（インターレース動作モードにおける）垂直加算読み出し動作において、ＭＯＳスイッチ４２１ｏがオンした際には、信号が容量素子４１２ｏに転送され容量素子４１２ｅに転送されない。ＭＯＳスイッチ４２１ｅがオンした際には、信号が容量素子４１２ｅに転送され容量素子４１２ｏに転送されない。すなわち、各画素の信号を容量素子４１２ｏ及び容量素子４１２ｅの一方のみに入力する。このため、インターレース動作モード（第１のモード）では、プログレッシブ動作モード（第２のモード）に比べて、列アンプのゲインが低くなり信号のＳ／Ｎ比が悪くなるので、得られる画像の画質が劣化する。

本発明の目的は、第１のモードにおける画素から出力された信号のＳ／Ｎ比を向上させることにある。

本発明の第１側面に係る撮像装置は、光電変換部、電荷電圧変換部、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送する転送部、及び前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する出力部をそれぞれ含む複数の画素が２次元状に配列された画素配列と、前記画素配列からの信号を増幅する複数の列増幅部と、を備える撮像装置であって、前記列増幅部は、入力容量部と、帰還容量部とを含み、前記画素配列の各列は、前記出力部が第１の信号線に信号をそれぞれ出力する複数の第１の画素と、前記出力部が第２の信号線に信号をそれぞれ出力する複数の第２の画素と、を含み、前記撮像装置は、第１の撮影モードと第２の撮影モードとを有し、前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合と前記第２の撮影モードにある場合とのそれぞれにおいて、前記列増幅部は、前記入力容量部の容量値と前記帰還容量部の容量値との比に応じて信号の増幅を行うように構成され、かつ、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号との和を増幅する第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値を、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号とを異なるタイミングで増幅する第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値より小さくし、前記列増幅部は、前記撮像装置が第１の撮影モードにある場合の前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値と、前記撮像装置が第２の撮影モードにある場合の前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値とを等しくすることを特徴とする。

本発明の第２側面に係る撮像システムは、本発明の第１側面に係る撮像装置と、前記撮像装置の撮像面へ像を形成する光学系と、前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、第１のモードにおける画素から出力された信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の構成を示す図。 本発明の第１実施形態における各画素の構成を示す図。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の第２のモードにおける動作を示すタイミングチャート。 本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の第１のモードにおける動作を示すタイミングチャート。 本発明の第１実施形態における各画素の他の構成を示す図。 第１実施形態に係る撮像装置を適用した撮像システムの構成図。 本発明の第２実施形態における列増幅部１１０ｉの構成の一部を示す図。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の構成を示す図である。

撮像装置１００は、画素配列１０７、駆動部１２０、複数の列増幅部１１０、複数の保持部１４０、水平走査回路１３０、及び出力アンプ１１９を備える。

画素配列１０７では、複数の画素Ｐ１１〜Ｐｍｎが２次元状に配列されている。画素配列１０７の各列は、複数の第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐ（ｋ＝１，２，・・・，ｍ／２、ｐ＝１，２，・・・，ｎ）及び複数の第２の画素Ｐ２ｋ，ｐ（ｋ＝１，２，・・・，ｍ／２、ｐ＝１，２，・・・，ｎ）を含む。画素配列１０７の各列では、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐと第２の画素Ｐ２ｋ，ｐとが列に沿った方向に交互に配列されている。第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐは、画素配列１０７における奇数行の画素である。第２の画素Ｐ２ｋ，ｐは、画素配列１０７における偶数行の画素である。画素配列１０７の各列に対して、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐが接続された第１の信号線１０６ｏと第２の画素Ｐ２ｋ，ｐが接続された第２の信号線１０６ｅとの２本の信号線が設けられている。

ここで、撮像装置１００は、動作モードとして、第１のモード及び第２のモードを有している。第１のモードは、例えば、インターレース動作モードである。第１のモードでは、画素配列１０７における列方向に隣接する第１の画素の信号と第２の画素の信号とを並行して読み出すとともに両者の和を増幅する。第２のモードは、例えば、プログレッシブ動作モードである。第２のモードでは、画素配列１０７における列方向に隣接する第１の画素の信号と第２の画素の信号とを互いに異なるタイミングで読み出して増幅する。

第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐ及び第２の画素Ｐ２ｋ，ｐは、例えば、図２に示すような構成をそれぞれ含んでいる。図２は、本発明の第１実施形態における各画素の構成を示す図である。

第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐは、図２に示すように、光電変換部２０１ｏ、転送部２０３ｏ、電荷電圧変換部２０７ｏ、リセット部２０４ｏ、出力部２０２ｏ、及び選択部２０５ｏを含む。

光電変換部２０１ｏは、光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換部２０１ｏは、例えば、フォトダイオードである。

転送部２０３ｏは、光電変換部２０１ｏで発生した電荷を電荷電圧変換部２０７ｏへ転送する。転送部２０３ｏは、例えば、転送トランジスタであり、後述の垂直走査回路１２１ｏからアクティブレベルの転送制御信号がゲートに供給された際にオンすることにより、光電変換部２０１ｏで発生した電荷を電荷電圧変換部２０７ｏへ転送する。

電荷電圧変換部２０７ｏは、転送された電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部２０７ｏは、例えば、フローティングディフュージョンである。

リセット部２０４ｏは、電荷電圧変換部２０７ｏをリセットする。リセット部２０４ｏは、例えば、リセットトランジスタであり、垂直走査回路１２１ｏからアクティブレベルのリセット制御信号がゲートに供給された際にオンすることにより、電荷電圧変換部２０７ｏをリセットする。

出力部２０２ｏは、電荷電圧変換部２０７ｏの電圧に応じた信号を第１の信号線１０６ｏへ出力する。出力部２０２ｏは、例えば、増幅トランジスタであり、第１の信号線１０６ｏに接続された電流源負荷１０９ｏとともにソースフォロワ動作を行うことにより、電荷電圧変換部２０７ｏの電圧に応じた信号を第１の信号線１０６ｏへ出力する。すなわち、出力部２０２ｏは、リセット部２０４ｏにより電荷電圧変換部２０７ｏがリセットされた状態で電荷電圧変換部２０７ｏの電圧に応じたノイズ信号を第１の信号線１０６ｏへ出力する。出力部２０２ｏは、転送部２０３ｏにより光電変換部２０１ｏで発生した電荷が電荷電圧変換部２０７ｏへ転送された状態で電荷電圧変換部２０７ｏの電圧に応じた光信号を第１の信号線１０６ｏへ出力する。

選択部２０５ｏは、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐを選択状態／非選択状態にする。選択部２０５ｏは、例えば、選択トランジスタであり、垂直走査回路１２１ｏからアクティブレベルの選択制御信号がゲートに供給された際にオンすることにより、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐを選択状態にする。選択部２０５ｏは、垂直走査回路１２１ｏからノンアクティブレベルの選択制御信号がゲートに供給された際にオフすることにより、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐを非選択状態にする。

なお、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐは、図５に示すように、選択部２０５ｏがない構成であっても良い。この場合、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐの選択状態／非選択状態は、電荷電圧変換部２０７ｏの電圧のレベルに応じて制御される。リセット部２０４ｏは、電荷電圧変換部２０７ｏをリセットするとともに、電源のレベルに応じて第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐの選択状態／非選択状態にする。リセット部２０４ｏは、供給された第１の電位（例えば、Ｌレベル）に応じて電荷電圧変換部５３の電位を第１の電位にリセットすることにより、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐを選択状態にする。リセット部５４は、供給された第２の電位（例えば、Ｈレベル）に応じて電荷電圧変換部５３の電位を第２の電位にリセットすることにより、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐを非選択状態にする。

第２の画素Ｐ２ｋ，ｐは、図２に示すように、光電変換部２０１ｅ、転送部２０３ｅ、電荷電圧変換部２０７ｅ、リセット部２０４ｅ、出力部２０２ｅ、及び選択部２０５ｅを含む。

光電変換部２０１ｅは、光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換部２０１ｅは、例えば、フォトダイオードである。

転送部２０３ｅは、光電変換部２０１ｅで発生した電荷を電荷電圧変換部２０７ｅへ転送する。転送部２０３ｅは、例えば、転送トランジスタであり、後述の垂直走査回路１２１ｅからアクティブレベルの転送制御信号がゲートに供給された際にオンすることにより、光電変換部２０１ｅで発生した電荷を電荷電圧変換部２０７ｅへ転送する。

電荷電圧変換部２０７ｅは、転送された電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部２０７ｅは、例えば、フローティングディフュージョンである。

リセット部２０４ｅは、電荷電圧変換部２０７ｅをリセットする。リセット部２０４ｅは、例えば、リセットトランジスタであり、垂直走査回路１２１ｅからアクティブレベルのリセット制御信号がゲートに供給された際にオンすることにより、電荷電圧変換部２０７ｅをリセットする。

出力部２０２ｅは、電荷電圧変換部２０７ｅの電圧に応じた信号を第２の信号線１０６ｅへ出力する。出力部２０２ｅは、例えば、増幅トランジスタであり、第２の信号線１０６ｅに接続された電流源負荷１０９ｅとともにソースフォロワ動作を行うことにより、電荷電圧変換部２０７ｅの電圧に応じた信号を第２の信号線１０６ｅへ出力する。すなわち、出力部２０２ｅは、リセット部２０４ｅにより電荷電圧変換部２０７ｅがリセットされた状態で電荷電圧変換部２０７ｅの電圧に応じたノイズ信号を第２の信号線１０６ｅへ出力する。出力部２０２ｅは、転送部２０３ｅにより光電変換部２０１ｅで発生した電荷が電荷電圧変換部２０７ｅへ転送された状態で電荷電圧変換部２０７ｅの電圧に応じた光信号を第２の信号線１０６ｅへ出力する。

選択部２０５ｅは、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐを選択状態／非選択状態にする。選択部２０５ｅは、例えば、選択トランジスタであり、垂直走査回路１２１ｅからアクティブレベルの選択制御信号がゲートに供給された際にオンすることにより、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐを選択状態にする。選択部２０５ｅは、垂直走査回路１２１ｅからノンアクティブレベルの選択制御信号がゲートに供給された際にオフすることにより、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐを非選択状態にする。

なお、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐは、図５に示すように、選択部２０５ｅがない構成であっても良い。この場合、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐの選択状態／非選択状態は、電荷電圧変換部２０７ｅの電圧のレベルに応じて制御される。リセット部２０４ｅは、電荷電圧変換部２０７ｅをリセットするとともに、電源のレベルに応じて第２の画素Ｐ２ｋ，ｐの選択状態／非選択状態にする。リセット部２０４ｅは、供給された第１の電位（例えば、Ｌレベル）に応じて電荷電圧変換部５３の電位を第１の電位にリセットすることにより、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐを選択状態にする。リセット部５４は、供給された第２の電位（例えば、Ｈレベル）に応じて電荷電圧変換部５３の電位を第２の電位にリセットすることにより、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐを非選択状態にする。

駆動部１２０は、第１のモードで、画素配列１０７の各列において第１の動作と第２の動作とが並行して行われ、第２のモードで、画素配列１０７の各列において第１の動作と第２の動作とが異なるタイミングで行われるように、画素配列１０７を駆動する。第１の動作では、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐから第１の信号線１０６ｏを介して列増幅部１１０へ信号が伝達される。第２の動作では、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐから第２の信号線１０６ｅを介して列増幅部１１０へ信号が伝達される。駆動部１２０は、垂直走査回路１２１ｏ，１２１ｅを含む。なお、駆動部１２０は、後述のタイミング発生部９８をさらに含んでも良い。

垂直走査回路１２１ｏは、画素配列１０７における奇数行すなわち２ｋ−１（ｋ＝１，２，・・・，ｍ／２）行目の画素を垂直方向に走査することにより、２ｋ−１行目の画素を順次に選択し、選択された２ｋ−１行目の画素から信号が出力されるようにする。すなわち、垂直走査回路１２１ｏは、第１の動作が行われるように、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐを駆動する。

垂直走査回路１２１ｅは、画素配列１０７における偶数行すなわち２ｋ（ｋ＝１，２，・・・，ｍ／２）行目の画素を垂直方向に走査することにより、２ｋ行目の画素を順次に選択し、選択された２ｋ行目の画素から信号が出力されるようにする。すなわち、垂直走査回路１２１ｅは、第２の動作が行われるように、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐを駆動する。

第１のモードでは、垂直走査回路１２１ｏによる第１の動作の駆動と垂直走査回路１２１ｅによる第２の動作の駆動とが並行して行われる。第２のモードでは、垂直走査回路１２１ｏによる第１の動作の駆動と垂直走査回路１２１ｅによる第２の動作の駆動とが異なるタイミングで行われる。

複数の列増幅部１１０は、画素配列１０７から複数の第１の信号線１０６ｏを介して伝達された複数の信号と画素配列１０７から複数の第２の信号線１０６ｅを介して伝達された複数の信号との少なくとも一方を増幅する。複数の列増幅部１１０は、画素配列１０７における複数の列に対応している。

各列の列増幅部１１０は、第１のモードにおいて、第１の信号線１０６ｏを介して伝達された信号と第２の信号線１０６ｅを介して伝達された信号との和を増幅する。列増幅部１１０は、第２のモードにおいて、第１の信号線１０６ｏを介して伝達された信号と第２の信号線１０６ｅを介して伝達された信号とを異なるタイミングで増幅する。

具体的には、列増幅部１１０は、垂直転送スイッチ１２２ｏ、１２２ｅ、差動増幅器１１１、入力容量部１１２、帰還容量部１１３、切り替え部１１４、及びクランプ制御スイッチ１１５を含む。列増幅部１１０は、入力容量部１１２の容量値と帰還容量部１１３の容量値との比に応じて信号の増幅を行うように構成され、かつ、第１のモードにおける帰還容量部１１３の容量値を、第２のモードにおける帰還容量部１１３の容量値より小さくする。すなわち、列増幅部１１０では、第１のモードにおける入力容量部１１２の容量値が、第２のモードにおける入力容量部１１２の容量値より大きくなる。これに応じて、列増幅部１１０は、第１のモードにおける帰還容量部１１３の容量値が第２のモードにおける帰還容量部１１３の容量値より小さくなるように、帰還容量部１１３の容量値を切り替える。すなわち、列増幅部１１０は、第１のモードにおける信号の増幅率が第２のモードにおける信号の増幅率に等しくなるように、帰還容量部１１３の容量値を切り替える。

垂直転送スイッチ１２２ｏは、垂直走査回路１２１ｏ（又は後述のタイミング発生部９８）からアクティブレベルの制御信号φＯＤＤが供給された際にオンすることにより、第１の信号線１０６ｏを介して伝達された信号を第１の入力容量１１２ｏへ転送する。

垂直転送スイッチ１２２ｅは、垂直走査回路１２１ｅ（又は後述のタイミング発生部９８）からアクティブレベルの制御信号φＥＶＥＮが供給された際にオンすることにより、第２の信号線１０６ｅを介して伝達された信号を第２の入力容量１１２ｅへ転送する。

差動増幅器１１１は、第１の入力端子１１１ａ、第２の入力端子１１１ｂ、及び出力端子１１１ｃを有している。第１の入力端子１１１ａには、第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅが接続されている。第１の入力端子１１１ａは、例えば、非反転入力端子（−）である。第２の入力端子１１１ｂには、参照電圧ＶＲＥＦが供給されている。第２の入力端子１１１ｂは、例えば、反転入力端子（＋）である。出力端子１１１ｃには、保持部１４０が接続されている。

入力容量部１１２は、第１の入力容量１１２ｏ、第２の入力容量１１２ｅ、及び第１のスイッチ１２３を含む。第１の入力容量１１２ｏは、第１の電極１１２ｏ１と第２の電極１１２ｏ２とを有している。第１の電極１１２ｏ１は、垂直転送スイッチ１２２ｏがオンした際に、第１の信号線１０６ｏを介して伝達された信号を受ける。第２の電極１１２ｏ２は、第４の電極１１２ｅ２と差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａとに接続されている。

第２の入力容量１１２ｅは、第３の電極１１２ｅ１と第４の電極１１２ｅ２とを有している。第３の電極１１２ｅ１は、垂直転送スイッチ１２２ｅがオンした際に、第２の信号線１０６ｅを介して伝達された信号を受ける。第４の電極１１２ｅ２は、第２の電極１１２ｏ２と差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａとに接続されている。

第１のスイッチ１２３は、垂直走査回路１２１ｏ（又は垂直走査回路１２１ｅ又は後述のタイミング発生部９８）からアクティブレベルの制御信号φＯＥが供給された際にオンする。第１のスイッチ１２３は、第１のモードにおいて、第１の電極１１２ｏ１と第３の電極１１２ｅ１とを遮断するようにオフする。第１のスイッチ１２３は、第２のモードにおいて、第１の電極１１２ｏ１と第３の電極１１２ｅ１とを接続するようにオンする。

帰還容量部１１３は、差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃと第１の入力端子１１１ａとの間に配されている。帰還容量部１１３は、帰還容量（第３の容量）１１３ａ，帰還容量（第４の容量）１１３ｂを含む。帰還容量１１３ａは、第５の電極１１３ａ１及び第６の電極１１３ａ２を有する。第５の電極１１３ａ１は、差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａの側に配されている。第６の電極１１３ａ６は、差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃの側に配されている。帰還容量１１３ｂは、第７の電極１１３ｂ１及び第８の電極１１３ｂ２を有する。第７の電極１１３ｂ１は、差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａの側に配されている。第８の電極１１３ｂ６は、差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃの側に配されている。ここで、帰還容量１１３ｂの容量値は、帰還容量１１３ａの容量値より小さい。帰還容量１１３ｂの容量値は、例えば、帰還容量１１３ａの容量値の半分に略等しい。

切り替え部１１４は、第１のモードにおける帰還容量部１１３の容量値が第２のモードにおける帰還容量部１１３の容量値より小さくなるように、帰還容量部１１３の容量値を切り替える。切り替え部１１４は、複数のスイッチ１１４ａ，１１４ｂを含む。

切り替え部１１４は、第１のモードにおいてスイッチ１１４ａをオフしスイッチ１１４ｂをオンすることにより第１の状態に切り替える。第１の状態では、帰還容量１１３ｂにおける第７の電極１１３ｂ１が差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａに接続され第８の電極１１３ｂ６が差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃに接続されている。また、第１の状態では、帰還容量１１３ａにおける第５の電極１１３ａ１が差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａから遮断され又は第６の電極１１３ａ６が差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃから遮断されている。

切り替え部１１４は、第１のモードにおいてスイッチ１１４ａをオンしスイッチ１１４ｂをオフすることにより第２の状態に切り替える。第２の状態では、帰還容量１１３ａにおける第５の電極１１３ａ１が差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａに接続され第６の電極１１３ａ６が差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃに接続されている。また、第２の状態では、帰還容量１１３ｂにおける第７の電極１１３ｂ１が差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａから遮断され又は第８の電極１１３ｂ６が差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃから遮断されている。

クランプ制御スイッチ１１５は、列増幅部１１０におけるクランプ動作を制御する。クランプ制御スイッチ１１５は、オンした際に、差動増幅器１１１における出力端子１１１ｃと第１の入力端子１１１ａとの間を短絡するとともに、第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅへノイズ信号がサンプリングされるようにする。クランプ制御スイッチ１１５は、オフした際に、差動増幅器１１１における出力端子１１１ｃと第１の入力端子１１１ａとの間の短絡を解除するとともに、第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅによりノイズ信号がホールドされるようにする。その後、画素から光信号が転送された際に第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅが差分信号を生成して差動増幅器１１１へ伝達する。差分信号は、画素から出力された光信号とノイズ信号との差分がとられた信号である。

すなわち、列増幅部１１０は、第１の期間に、差動増幅器１１１のオフセットをＮ信号として出力する。列増幅部１１０は、第２の期間に、画素から出力された光信号とノイズ信号との差分信号を求めるとともにその差分信号に差動増幅器１１１のオフセットが重畳された信号をＳ信号として出力する。これにより、光信号からノイズ信号が除去された差分信号を得ることができる。

複数の保持部１４０は、複数の列増幅部１１０から出力された複数の信号（複数のＮ信号、複数のＳ信号）を一時的に保持する。複数の保持部１４０は、複数の列増幅部１１０に対応しており、画素配列１０７における複数の列に対応している。複数の保持部１４０は、画素配列１０７における選択された行から出力された信号を保持するためのラインメモリとして機能する。各列の保持部１４０は、転送スイッチ１１６ｓ、１１６ｎ、保持容量１１７ｓ、１１７ｎ、及び水平転送スイッチ１１８ｓ、１１８ｎを含む。

転送スイッチ１１６ｎは、第１の期間に、アクティブレベルの制御信号φＴＮが供給された際にオンすることにより、列増幅部１１０から出力されたＮ信号を保持容量１１７ｎへ転送する。その後、転送スイッチ１１６ｎは、オフする。これにより、保持容量１１７ｎは、Ｎ信号を保持する。

転送スイッチ１１６ｓは、第２の期間に、アクティブレベルの制御信号φＴＳが供給された際にオンすることにより、列増幅部１１０から出力されたＳ信号を保持容量１１７ｓへ転送する。その後、転送スイッチ１１６ｓは、オフする。これにより、保持容量１１７ｓは、Ｓ信号を保持する。

水平転送スイッチ１１８ｎは、アクティブレベルの制御信号φＨが供給された際にオンすることにより、保持容量１１７ｎに保持されたＮ信号を水平出力線１３１ｎへ転送する。水平転送スイッチ１１８ｓは、アクティブレベルの制御信号φＨが供給された際にオンすることにより、保持容量１１７ｓに保持されたＳ信号を水平出力線１３１ｓへ転送する。

水平走査回路１３０は、複数の保持部１４０を水平方向に走査する（各列の制御信号φＨを順次にアクティブレベルにする）ことにより、各列の水平転送スイッチ１１８ｓ、１１８ｎを順次にオンさせる。これにより、各列の保持容量１１７ｓ、１１７ｎに保持された信号（Ｓ信号、Ｎ信号）が順次に水平出力線１３１ｓ、１３１ｎへ転送される。

出力アンプ１１９は、水平出力線１３１ｓを介して伝達されたＳ信号と水平出力線１３１ｎを介して伝達されたＮ信号との差分をとることにより画像信号を生成する。これにより、Ｓ信号から差動増幅器１１１のオフセット（Ｎ信号）が除去された画像信号を得ることができる。出力アンプ１１９は、生成した画像信号を後段（後述の撮像信号処理回路９５）へ出力する。

ここで、列増幅部１１０における第１のスイッチ１２３は、第１のモードにおいて、第１の電極１１２ｏ１と第３の電極１１２ｅ１とを遮断するようにオフする。これにより、第１のモードでは、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐから出力された信号が第１の入力容量１１２ｏにおける第１の電極１１２ｏ１へ入力され、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐから出力された信号が第２の入力容量１１２ｅにおける第３の電極１１２ｅ１へ入力される。そして、第１の入力容量１１２ｏにおける第２の電極１１２ｏ２と第２の入力容量１１２ｅにおける第４の電極１１２ｅ２とは、両者の信号を加算又は平均化して差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａへ伝達する。

切り替え部１１４では、第１のモードにおいて、スイッチ１１４ａがオフしスイッチ１１４ｂがオンすることにより第１の状態に切り替えている。これにより、第１の入力容量１１２ｏの容量値、第２の入力容量１１２ｅの容量値、帰還容量１１３ａの容量値、帰還容量１１３ｂの容量値をそれぞれＣ１、Ｃ１、Ｃ２、（Ｃ２／２）とすると、第１のモードにおける列増幅部１１０の信号の増幅率は次のようになる。

ＡＦ＝ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２／２）
＝２ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）・・・数式１
数式１においてｋは比例定数である。

また、列増幅部１１０における第１のスイッチ１２３は、第２のモードにおいて、第１の電極１１２ｏ１と第３の電極１１２ｅ１とを接続するようにオンする。これにより、第２のモードでは、第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐから出力された信号が、第１の入力容量１１２ｏにおける第１の電極１１２ｏ１と第２の入力容量１１２ｅにおける第３の電極１１２ｅ１とへ入力される。そして、第１の入力容量１１２ｏにおける第２の電極１１２ｏ２と第２の入力容量１１２ｅにおける第４の電極１１２ｅ２とは、その信号を差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａへ伝達する。あるいは、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐから出力された信号が、第１の入力容量１１２ｏにおける第１の電極１１２ｏ１と第２の入力容量１１２ｅにおける第３の電極１１２ｅ１とへ入力される。そして、第１の入力容量１１２ｏにおける第２の電極１１２ｏ２と第２の入力容量１１２ｅにおける第４の電極１１２ｅ２とは、その信号を差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａへ伝達する。

切り替え部１１４では、第２のモードにおいて、スイッチ１１４ａがオンしスイッチ１１４ｂがオフすることにより第２の状態に切り替えている。これにより、第１の入力容量１１２ｏの容量値、第２の入力容量１１２ｅの容量値、帰還容量１１３ａの容量値、帰還容量１１３ｂの容量値をそれぞれＣ１、Ｃ１、Ｃ２、（Ｃ２／２）とすると、第２のモードにおける列増幅部１１０の信号の増幅率は次のようになる。

ＡＦ＝ｋ×（Ｃ１＋Ｃ１）／（Ｃ２）
＝２ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）・・・数式２
数式２においてｋは数式１における比例定数と同じ比例定数である。

このように、切り替え部１１４は、第１のモードにおける帰還容量部１１３の容量値が第２のモードにおける帰還容量部１１３の容量値より小さくなるように、帰還容量部１１３の容量値を切り替える。すなわち、数式１及び数式２に示されるように、列増幅部１１０は、第１のモードにおける信号の増幅率が第２のモードにおける信号の増幅率に等しくなるように帰還容量部１１３の容量値を切り替えることにより、信号の増幅を行う。これにより、第１のモードにおける信号のＳ／Ｎ比を第２のモードにおける信号のＳ／Ｎ比と同様のレベルまで向上させることができる。したがって、第１のモードと第２のモードとの両方における画素から出力された信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

次に、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の第２のモードにおける動作を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の第２のモードにおける動作を示すタイミングチャートである。第２のモードは、例えば、プログレッシブ動作モードである。

第２のモードでは、奇数行すなわち第２ｋ−１行（ｋ＝１，２，・・・ｍ／２）の画素と偶数行すなわち第２ｋ行（ｋ＝１，２，・・・ｍ／２）の画素とが駆動部１２０によって順次交互に選択され、それぞれの画素から異なるタイミングで信号が読み出される。

図３において、φＳＥＬ（２ｋ−１），φＲＥＳ（２ｋ−１），φＴＸ（２ｋ−１）は、垂直走査回路１２１ｏから第２ｋ−１行の第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐへ供給される制御信号である。φＳＥＬ（２ｋ），φＲＥＳ（２ｋ），φＴＸ（２ｋ）は、垂直走査回路１２１ｅから第２ｋ行の第２の画素Ｐ２ｋ，ｐへ供給される制御信号である。φＯＥ，φＯＤＤ，φＥＶＥＮ，φＣＬＭＰ，φＴＮ，φＴＳは、垂直走査回路１２１ｏ、垂直走査回路１２１ｅ、又はタイミング発生部９８から対応する素子へ供給された信号である。

時刻ｔ０において、制御信号φＯＤＤがアクティブレベルになり、垂直転送スイッチ１２２ｏがオンする。また、制御信号φＯＥがアクティブレベルになっており、第１のスイッチ１２３がオンしている。

リセット制御信号φＲＥＳ（２ｋ−１）がアクティブレベルになっており、第２ｋ−１行の第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおけるリセット部２０４ｏが電荷電圧変換部２０７ｏをリセットしている。リセット制御信号φＲＥＳ（２ｋ）がアクティブレベルになっており、第２ｋ行の第２の画素Ｐ２ｋ，ｐにおけるリセット部２０４ｅが電荷電圧変換部２０７ｅをリセットしている。

時刻ｔ１において、リセット制御信号φＲＥＳ（２ｋ−１）がノンアクティブレベルとなり、第２ｋ−１行の第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおけるリセット部２０４ｏによる電荷電圧変換部２０７ｏのリセット動作が完了する。

時刻ｔ２において、選択制御信号φＳＥＬ（２ｋ−１）がアクティブレベルとなり、第２ｋ−１行の第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおける選択部２０５が第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐを選択状態にする。第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおける出力部（増幅トランジスタ）２０２ｏのソースは、第１の信号線２０６ｏと導通した状態になる。選択された第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおける出力部２０２ｏと電流源負荷１０９ｏとによって、ソースフォロア回路が形成される。選択された第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおける出力部２０２ｏは、リセット部２０４ｏにより電荷電圧変換部２０７ｏがリセットされた状態で電荷電圧変換部２０７ｏの電圧に応じたノイズ信号を第１の信号線１０６ｏへ出力する。第１の信号線１０６ｏへ出力されたノイズ信号は、第１の入力容量１１２ｏにおける第１の電極１１２ｏ１と第２の入力容量１１２ｅにおける第１の電極１１２ｏ１とへ伝達される。

一方、選択制御信号φＳＥＬ（２ｋ）がノンアクティブレベルのままであり、第２ｋ行の第２の画素Ｐ２ｋ，ｐにおける選択部２０５は第２の画素Ｐ２ｋ，ｐを非選択状態にしたままである。

時刻ｔ３において、制御信号φＣＬＭＰがアクティブレベルになると、差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａと出力端子１１１ｃとが短絡されるので、ノイズ信号が参照電圧ＶＲＥＦにクランプされる。このとき、差動増幅器１１１は、そのオフセットを出力している。すなわち、列増幅部１１０は、差動増幅器１１１のオフセットをＮ信号として出力する。

時刻ｔ４において、制御信号φＴＮがアクティブレベルになる。転送スイッチ１１６ｎは、オンすることにより、Ｎ信号を保持容量１１７ｎへ転送する。その後、制御信号φＴＮがノンアクティブレベルになると、転送スイッチ１１６ｎは、オフする。これにより、保持容量１１７ｎは、Ｎ信号を保持する。

時刻ｔ５において、転送制御信号φＴＸ（２ｋ−１）がアクティブレベルになり、第２ｋ−１行の第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおける転送部２０３ｏは、光電変換部２０１ｏで発生した電荷を電荷電圧変換部２０７ｏへ転送する。出力部２０２ｏは、転送部２０３ｏにより光電変換部２０１ｏで発生した電荷が電荷電圧変換部２０７ｏへ転送された状態で電荷電圧変換部２０７ｏの電圧に応じた光信号を第１の信号線１０６ｏへ出力する。第１の信号線１０６ｏへ出力された光信号は、第１の入力容量１１２ｏにおける第１の電極１１２ｏ１と第２の入力容量１１２ｅにおける第１の電極１１２ｏ１とへ伝達される。第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅは、差分信号を生成して差動増幅器１１１へ伝達する。差分信号は、画素から出力された光信号とノイズ信号との差分がとられた信号である。差動増幅器１１１は、差分信号にオフセットが重畳された信号を出力する。すなわち、列増幅部１１０は、差分信号に差動増幅器１１１のオフセットが重畳された信号をＳ信号として出力する。

時刻ｔ６において、制御信号φＴＳがアクティブレベルになる。転送スイッチ１１６ｓは、オンすることにより、Ｓ信号を保持容量１１７ｓへ転送する。その後、制御信号φＴＳがノンアクティブレベルになると、転送スイッチ１１６ｓは、オフする。これにより、保持容量１１７ｓは、Ｓ信号を保持する。

時刻ｔ７において、制御信号φＯＤＤがノンアクティブレベルになり、垂直転送スイッチ１２２ｏがオフする。

その後、時刻ｔ７〜ｔ８の水平走査期間において、水平走査回路１３０によって選択された列のＮ信号、Ｓ信号が読み出され、出力アンプ１１９にてこれら相関のあるＮ信号とＳ信号との差をとることにより画像信号が得られる。

時刻ｔ８において、制御信号φＥＶＥＮがアクティブレベルとなり、垂直転送スイッチ１２２ｅがオンする。時刻ｔ８以降では、時刻ｔ０〜ｔ８の動作における第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐを第２の画素Ｐ２ｋ，ｐに置き換えたものと同様の動作が行われる。

図３に示す第２のモードの動作において、φｇａｉｎ１をアクティブレベル、φｇａｉｎ２をアクティブレベルに設定している。これにより、帰還容量１１３ａを差動増幅器１１１の帰還経路に取り入れ帰還容量１１３ｂを差動増幅器１１１の帰還経路に取り得れ入れない。例えば、第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅの容量値をともに２００ｆＦとし、帰還容量１１３ａの容量値を１００ｆＦとする。第１の入力容量１１２ｏにおける第１の電極１１２ｏ１と第２の入力容量１１２ｅにおける第３の電極１１２ｅ１とは短絡して用いるので、上記数値例での列増幅部１１０のゲインは、
ＡＦ＝（２００ｆＦ＋２００ｆＦ）／（１００ｆＦ）
＝ ４ ・・・数式３
となる。

次に、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の第１のモードにおける動作を、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の第１のモードにおける動作を示すタイミングチャートである。第１のモードは、例えば、インターレース動作モードである。以下では、第２のモードにおける動作と異なる部分を中心に説明する。

時刻ｔ１０において、制御信号φＯＤＤ及び制御信号φＥＶＥＮがアクティブレベルになっており、垂直転送スイッチ１２２ｏ，１２２ｅがオンしている。また、制御信号φＯＥがノンアクティブレベルになっており、第１のスイッチ１２３がオフしている。

時刻ｔ１１において、リセット制御信号φＲＥＳ（２ｋ−１）に加えてリセット制御信号φＲＥＳ（２ｋ）がノンアクティブレベルとなる。第２ｋ行の第２の画素Ｐ２ｋ，ｐにおけるリセット部２０４ｅによる電荷電圧変換部２０７ｅのリセット動作が完了する。

時刻ｔ１２において、選択制御信号φＳＥＬ（２ｋ−１）に加えて選択制御信号φＳＥＬ（２ｋ）がアクティブレベルとなる。第２ｋ行の第２の画素Ｐ２ｋ，ｐにおける選択部２０５ｅが第２の画素Ｐ２ｋ，ｐを選択状態にする。第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおける出力部２０２ｏがノイズ信号を第１の信号線１０６ｏへ出力するとともに、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐにおける出力部２０２ｅがノイズ信号を第２の信号線１０６ｅへ出力する。第１の信号線１０６ｏへ出力されたノイズ信号が第１の入力容量１１２ｏにおける第１の電極１１２ｏ１へ伝達されるとともに、第２の信号線１０６ｅへ出力されたノイズ信号が第２の入力容量１１２ｅにおける第３の電極１１２ｅ１へ伝達される。

時刻ｔ１５において、転送制御信号φＴＸ（２ｋ−１）に加えて転送制御信号φＴＸ（２ｋ）がアクティブレベルになる。第２ｋ行の第２の画素Ｐ２ｋ，ｐにおける転送部２０３ｅは、光電変換部２０１ｅで発生した電荷を電荷電圧変換部２０７ｅへ転送する。第１の画素Ｐ２ｋ−１，ｐにおける出力部２０２ｏが光信号を第１の信号線１０６ｏへ出力するとともに、第２の画素Ｐ２ｋ，ｐにおける出力部２０２ｅが光信号を第２の信号線１０６ｅへ出力する。第１の信号線１０６ｏへ出力された光信号が第１の入力容量１１２ｏにおける第１の電極１１２ｏ１へ伝達されるとともに、第２の信号線１０６ｅへ出力された光信号が第２の入力容量１１２ｅにおける第３の電極１１２ｅ１へ伝達される。第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅは、それぞれ、差分信号を生成する。そして、第１の入力容量１１２ｏにおける第２の電極１１２ｏ２と第２の入力容量１１２ｅにおける第４の電極１１２ｅ２とは、両者の差分信号を加算又は平均化して差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａへ伝達する。

時刻ｔ１７において、制御信号φＯＤＤ、φＥＶＥＮがアクティブレベルのままである。

時刻ｔ１０〜ｔ１７における動作は、図３における時刻ｔ０〜ｔ７における動作と時刻ｔ８〜ｔ９における動作とを重ね合わせたものと捉えることもできる。すなわち、第１のモードでは、画素配列１０７における２行ごとに信号が読み出されるので、１フィールドの読み出し時間は第２のモードの半分となる。

図４に示す第１のモードの動作において、φｇａｉｎ１をノンアクティブレベル、φｇａｉｎ２をアクティブレベルに設定している。これにより、帰還容量１１３ｂを差動増幅器１１１の帰還経路に取り入れ帰還容量１１３ａを差動増幅器１１１の帰還経路に取り得れ入れない。例えば、第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅの容量値をともに２００ｆＦとし、帰還容量１１３ａの容量値を１００ｆＦとする。帰還容量１１３ｂの容量値を、帰還容量１１３ａの容量値の半分である５０ｆＦとする。この数値例での列増幅部１１０のゲインは、
ＡＦ＝２００ｆＦ／（５０ｆＦ）
＝ ４ ・・・数式４
となる。

なお、帰還容量部１１３は、容量値が互いに等しい複数の第５の容量（図示せず）を含んでもよい。各第５の容量は、第９の電極と第１０の電極とを有する。各第５の容量は、第９の電極が差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａの側に配され、第１０の電極が差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃの側に配されている。

この場合、切り替え部１１４は、複数の第５の容量に対応した複数の第２のスイッチを含む。複数の第２のスイッチのそれぞれは、第３の状態と第４の状態とのいずれかに切り替える。第３の状態では、第５の容量における第９の電極が差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａに接続されており、第１０の電極が差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃに接続されている。第４の状態では、第５の容量における第９の電極が差動増幅器１１１の第１の入力端子１１１ａから遮断されている、又は、第１０の電極が差動増幅器１１１の出力端子１１１ｃから遮断されている。

ここで、切り替え部１１４では、第１のモードにおける第３の状態に切り替える第２のスイッチの数が第２のモードにおける第３の状態に切り替える第２のスイッチの数より少ない。

例えば、帰還容量部１１３が２つの第５の容量を含み、切り替え部１１４が２つの第２のスイッチを含んでいる場合を考える。切り替え部１１４は、第１のモードにおいて、１つの第２のスイッチがオンすることにより１つの第５の容量を第３の状態に切り替える。これにより、第１の入力容量１１２ｏの容量値、第２の入力容量１１２ｅの容量値、第５の容量の容量値をそれぞれＣ１、Ｃ１、Ｃ３とすると、第１のモードにおける列増幅部１１０の信号の増幅率は次のようになる。

ＡＦ＝ｋ１×（Ｃ１）／（Ｃ３）・・・数式５
数式５においてｋ１は比例定数である。

切り替え部１１４では、第２のモードにおいて、２つの第２のスイッチがオンすることにより２つの第５の容量を第３の状態に切り替える。これにより、第１の入力容量１１２ｏの容量値、第２の入力容量１１２ｅの容量値、第５の容量の容量値をそれぞれＣ１、Ｃ１、Ｃ３とすると、第２のモードにおける列増幅部１１０の信号の増幅率は次のようになる。

ＡＦ＝ｋ１×（Ｃ１＋Ｃ１）／（２×Ｃ３）
＝ｋ１×（Ｃ１）／（Ｃ３）・・・数式６
数式６においてｋ１は数式５における比例定数と同じ比例定数である。

このような構成によっても、数式５及び数式６に示されるように、列増幅部１１０は、第１のモードにおける信号の増幅率が第２のモードにおける信号の増幅率に等しくなるように、信号の増幅を行う。これにより、第１のモードにおける信号のＳ／Ｎ比を第２のモードにおける信号のＳ／Ｎ比と同様のレベルまで向上させることができる。したがって、第１のモードと第２のモードとの両方における画素から出力された信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

また、撮像装置は同一半導体基板上に設けることができるが、差動増幅器１１１により生ずるノイズが他の回路部材に影響しないように差動増幅器１１１を撮像装置における他の構成要素と別の基板上に設けてもよい。

また、第２のモードでは、１フィールド期間ごとに、画素配列１０７における奇数行から信号を読み出す動作と、画素配列１０７における偶数行から信号を読み出す動作とを交互に行うことにより、インターレース動作を実現してもよい。

画素の構成は、ＭＯＳ型の構成に限定されず、次のような構成であってもよい。ＶＭＩＳ（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）であってもよい。ＢＣＡＳＴ（Ｂｕｒｉｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｒｒａｙ）であってもよい。ＬＢＣＡＳＴ（Ｌａｔｅｒａｌ Ｂｕｒｉｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ ａｎｄ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｒｒａｙ）であってもよい。とくに、ＢＣＡＳＴやＬＢＣＡＳＴに対しては出力部（増幅トランジスタ）をＪＦＥＴトランジスタに置き換えることで、本質的な変更を伴わずに実現できる。また、光電変換部に蓄積された信号電荷を画素に備わったトランジスタの制御電極に導き、増幅された信号を主電極から出力するタイプのセンサを本実施形態の画素に用いることできる。たとえば例としてよく知られているＳＩＴ、ＢＡＳＩＳなどが挙げられる。

次に、本発明の撮像装置を適用した撮像システムの一例を図６に示す。撮像システム９０は、図６に示すように、主として、光学系、撮像装置８６及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、レンズ９２及び絞り９３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。

シャッター９１は、光路上においてレンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。

レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像装置８６の画素配列（撮像面）に被写体の像を形成する。

絞り９３は、光路上においてレンズ９２と撮像装置８６との間に設けられ、レンズ９２を通過後に撮像装置８６へ導かれる光の量を調節する。

撮像装置８６は、画素配列に形成された被写体の像を画像信号に変換する。撮像装置８６は、その画像信号を画素配列から読み出して出力する。

撮像信号処理回路９５は、撮像装置８６に接続されており、撮像装置８６から出力された画像信号を処理する。

Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）を画像信号（デジタル信号）へ変換する。

画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。

メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。

外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。

タイミング発生部９８は、撮像装置８６、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像装置８６、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置８６、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。

全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。

記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。

以上の構成により、撮像装置８６において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置１００ｉを説明する。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

撮像装置１００ｉは、複数の列増幅部１１０ｉを備える。各列の列増幅部１１０ｉは、図７に示すように、その構成が第１実施形態と異なる。図７は、本発明の第２実施形態における列増幅部１１０ｉの構成の一部を示す図である。各列の列増幅部１１０ｉは、帰還容量部１１３ｉ及び切り替え部１１４ｉを含む。

帰還容量部１１３ｉは、帰還容量１１３ｃｉをさらに含む。帰還容量１１３ｃｉの容量値は、帰還容量１１３ｂの容量値より小さい。帰還容量１１３ｃｉの容量値は、例えば、帰還容量１１３ｂの容量値の半分に略等しい。また、帰還容量１１３ｃｉの容量値は、帰還容量１１３ａの容量値より小さい。帰還容量１１３ｃｉの容量値は、例えば、帰還容量１１３ａの容量値の１／４に略等しい。切り替え部１１４ｉは、スイッチ１１４ｃｉをさらに含む。これにより、多くのゲイン設定が可能となっている。

例えば、第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅの容量値をともに２００ｆＦとし、帰還容量１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃｉの容量値をそれぞれ１００ｆＦ、５０ｆＦ、２５ｆＦとする。

ここで、スイッチ１１４ａがオンし、スイッチ１１４ｂ，１１４ｃｉがオフすると、第１のモードにおける列増幅部１１０ｉのゲインは、
ＡＦ＝２００ｆＦ／（１００ｆＦ）
＝ ２ ・・・数式７
となる。スイッチ１１４ｂがオンし、スイッチ１１４ａ，１１４ｃｉがオフすると、第１のモードにおける列増幅部１１０ｉのゲインは、
ＡＦ＝２００ｆＦ／（５０ｆＦ）
＝ ４ ・・・数式８
となる。スイッチ１１４ｃｉがオンし、スイッチ１１４ａ，１１４ｂがオフすると、第１のモードにおける列増幅部１１０ｉのゲインは、
ＡＦ＝２００ｆＦ／（２５ｆＦ）
＝ ８ ・・・数式９
となる。なお、他のゲイン設定も可能であるが、ユーザの使い勝手を考慮すると、カメラなどの撮像システムでは整数倍のゲイン設定が適切である。

また、第１のモード（インターレース動作モード）におけるゲインが第２のモード（プログレッシブ動作モード）におけるゲインに等しくなるようにするためには、帰還容量部の容量値が２の累乗倍の関係にある複数の値で切り替えられることが好ましい。

例えば、第１の入力容量１１２ｏ及び第２の入力容量１１２ｅの容量値をともにＣ１とし、帰還容量１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃｉの容量値をそれぞれＣ２、（Ｃ２／２）、（Ｃ４／４）とする。

ここで、第１のモードにおいて、スイッチ１１４ｂがオンし、スイッチ１１４ａ，１１４ｃｉがオフすると、第１のモードにおける列増幅部１１０ｉの信号の増幅率（ゲイン）は、
ＡＦ＝ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２／２）
＝２ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）・・・数式１０
となる。また、第２のモードにおいて、スイッチ１１４ａがオンし、スイッチ１１４ｂ，１１４ｃｉがオフすると、第２のモードにおける列増幅部１１０ｉの信号の増幅率（ゲイン）は、
ＡＦ＝ｋ×（Ｃ１＋Ｃ１）／（Ｃ２）
＝２ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）・・・数式１１
これにより、第１のモードと第２のモードとにおける信号の増幅率がともに「２ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）」で等しくなる。

あるいは、第１のモードにおいて、スイッチ１１４ｃｉがオンし、スイッチ１１４ａ，１１４ｂがオフすると、第１のモードにおける列増幅部１１０ｉの信号の増幅率（ゲイン）は、
ＡＦ＝ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２／４）
＝４ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）・・・数式１２
となる。また、第２のモードにおいて、スイッチ１１４ｂがオンし、スイッチ１１４ａ，１１４ｃｉがオフすると、第２のモードにおける列増幅部１１０ｉの信号の増幅率（ゲイン）は、
ＡＦ＝ｋ×（Ｃ１＋Ｃ１）／（Ｃ２／２）
＝４ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）・・・数式１３
これにより、第１のモードと第２のモードとにおける信号の増幅率がともに「４ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）」で等しくなる。

このように、ゲイン設定を多く設けることにより、撮影モードに応じたゲインの切り替えを行うことが容易になる。

例えば、夜間における撮影など露出を多くする必要があるシーンでは、第１のモードと第２のモードとにおける信号の増幅率をともに「４ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）」で等しくする。昼間の屋外における撮影など露出が少なくても十分なシーンでは、第１のモードと第２のモードとにおける信号の増幅率をともに「２ｋ×（Ｃ１）／（Ｃ２）」で等しくする。これにより、撮影モードに応じた適正露出の画像を得ることができる。

以上具体的な実施形態を挙げて本発明の説明を行なったが、本発明は発明の要旨を超えない範囲で適宜変更可能である。たとえば列増幅部の回路は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の第１のモードにおける列増幅部の増幅率と、第２のモードにおける列増幅部の増幅率とが異なる場合にそれらを近づけるような構成であれば良い。

９０ 撮像システム
１００、１００ｉ 撮像装置

Claims (13)

1. 光電変換部、電荷電圧変換部、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送する転送部、及び前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する出力部をそれぞれ含む複数の画素が２次元状に配列された画素配列と、前記画素配列からの信号を増幅する複数の列増幅部と、を備える撮像装置であって、
   前記列増幅部は、入力容量部と、帰還容量部とを含み、
   前記画素配列の各列は、前記出力部が第１の信号線に信号をそれぞれ出力する複数の第１の画素と、前記出力部が第２の信号線に信号をそれぞれ出力する複数の第２の画素と、を含み、
   前記撮像装置は、第１の撮影モードと第２の撮影モードとを有し、
   前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合と前記第２の撮影モードにある場合とのそれぞれにおいて、前記列増幅部は、前記入力容量部の容量値と前記帰還容量部の容量値との比に応じて信号の増幅を行うように構成され、かつ、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号との和を増幅する第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値を、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号とを異なるタイミングで増幅する第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値より小さくし、
   前記列増幅部は、前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合の前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値と、前記撮像装置が前記第２の撮影モードにある場合の前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値とを等しくする
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合と前記第２の撮影モードにある場合とのそれぞれにおいて、前記列増幅部は、前記第１のモードにおける前記入力容量部の容量値を、前記第２のモードにおける前記入力容量部の容量値の半分にし、かつ、前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値を、前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値の半分にする
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記列増幅部は、第１の入力端子と、参照電圧が供給される第２の入力端子と出力端子とを有する差動増幅器と、前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値が前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値より小さくなるように、前記帰還容量部の容量値を切り替える切り替え部と、をさらに含み、
   前記帰還容量部及び前記切り替え部は、前記差動増幅器の前記出力端子と前記第１の入力端子との間に配されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記列増幅部は、前記第１のモードにおける信号の増幅率が前記第２のモードにおける信号の増幅率に等しくなるように、前記帰還容量部の容量値を切り替える
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記入力容量部は、
   少なくとも前記第１の信号線を介して伝達された信号を受ける第１の電極と前記差動増幅器の前記第１の入力端子に接続された第２の電極とを有する第１の入力容量と、
   少なくとも前記第２の信号線を介して伝達された信号を受ける第３の電極と前記差動増幅器の前記第１の入力端子に接続された第４の電極とを有する第２の入力容量と、
   前記第１のモードにおいて前記第１の電極と前記第３の電極とを遮断するようにオフし、前記第２のモードにおいて前記第１の電極と前記第３の電極とを接続するようにオンする第１のスイッチと、を含む
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像装置。
6. 前記帰還容量部は、第５の電極と第６の電極とを有し、前記第５の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子の側に配され、前記第６の電極が前記差動増幅器の前記出力端子の側に配された第３の容量と、第７の電極と第８の電極とを有し、前記第７の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子の側に配され、前記第８の電極が前記差動増幅器の前記出力端子の側に配された第４の容量と、を含み、
   前記切り替え部は、前記第１のモードにおいて、前記第４の容量における前記第７の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子に接続され前記第８の電極が前記差動増幅器の前記出力端子に接続され前記第３の容量における前記第５の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子から遮断され又は前記第６の電極が前記差動増幅器の前記出力端子から遮断された第１の状態に切り替え、前記第２のモードにおいて、前記第３の容量における前記第５の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子に接続され前記第６の電極が前記差動増幅器の前記出力端子に接続され前記第４の容量における前記第７の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子から遮断され又は前記第８の電極が前記差動増幅器の前記出力端子から遮断された第２の状態に切り替え、
   前記第４の容量の容量値は、前記第３の容量の容量値より小さい
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記帰還容量部は、第９の電極と第１０の電極とをそれぞれ有し、前記第９の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子の側にそれぞれ配され、前記第１０の電極が前記差動増幅器の前記出力端子の側にそれぞれ配された複数の第５の容量を含み、
   前記切り替え部は、前記第５の容量における前記第９の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子に接続され前記第１０の電極が前記差動増幅器の前記出力端子に接続された第３の状態と、前記第５の容量における前記第９の電極が前記差動増幅器の前記第１の入力端子から遮断され又は前記第１０の電極が前記差動増幅器の前記出力端子から遮断された第４の状態とのいずれかに、それぞれ切り替える複数の第２のスイッチを含み、
   前記切り替え部では、前記第１のモードにおける前記第３の状態に切り替える前記第２のスイッチの数が前記第２のモードにおける前記第３の状態に切り替える前記第２のスイッチの数より少ない
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記画素配列の各列では、前記第１の画素と前記第２の画素とが列に沿った方向に交互に配列されており、
   前記第１のモードは、インターレース動作モードであり、
   前記第２のモードは、プログレッシブ動作モードである
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記第１のモードで、前記画素配列の各列において、前記第１の画素から前記第１の信号線を介して前記列増幅部へ信号が伝達される第１の動作と前記第２の画素から前記第２の信号線を介して前記列増幅部へ信号が伝達される第２の動作とが並行して行われるとともに、前記第２のモードで、前記画素配列の各列において前記第１の動作と前記第２の動作とが異なるタイミングで行われるように、前記画素配列を駆動する駆動部をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置の撮像面へ像を形成する光学系と、
    前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
    を備えたことを特徴とする撮像システム。
11. 撮像装置の駆動方法であって、
    前記撮像装置は、光電変換部、電荷電圧変換部、前記光電変換部で発生した電荷を前記電荷電圧変換部へ転送する転送部、及び前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する出力部をそれぞれ含む複数の画素が２次元状に配列された画素配列と、前記画素配列からの信号を増幅する複数の列増幅部と、を備え、前記列増幅部は、入力容量部及び帰還容量部を含み、前記入力容量部の容量値と前記帰還容量部の容量値との比に応じて信号を増幅し、前記画素配列の各列は、前記出力部が第１の信号線に信号をそれぞれ出力する複数の第１の画素と、前記出力部が第２の信号線に信号をそれぞれ出力する複数の第２の画素と、を含み、前記撮像装置は、第１の撮影モードと第２の撮影モードとを有し、
    前記撮像装置の駆動方法は、前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合と前記第２の撮影モードにある場合とのそれぞれにおいて、第１のモードにおいては、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号との和を増幅し、第２のモードにおいては、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号とを異なるタイミングで増幅し、
    前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値は、前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値よりも小さく、
    前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合の前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値と、前記撮像装置が前記第２の撮影モードにある場合の前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値とが等しい
    ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
12. 入射光に応じた信号を出力する複数の画素を有する画素配列と、前記画素配列からの信号を増幅する増幅部とを備える撮像装置であって、
    前記増幅部は、入力容量部と、帰還容量部とを含み、
    前記画素配列は、第１の信号線に信号を出力する第１の画素と、第２の信号線に信号を出力する第２の画素とを含み、
    前記撮像装置は、第１の撮影モードと第２の撮影モードとを有し、
    前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合と前記第２の撮影モードにある場合とのそれぞれにおいて、前記増幅部は、前記入力容量部の容量値と前記帰還容量部の容量値との比に応じて信号の増幅を行うように構成され、かつ、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号との和を増幅する第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値を、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号とを異なるタイミングで増幅する第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値より小さくし、
    前記増幅部は、前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合の前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値と、前記撮像装置が前記第２の撮影モードにある場合の前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値とを等しくする
    ことを特徴とする撮像装置。
13. 撮像装置の駆動方法であって、
    前記撮像装置は、入射光に応じた信号を出力する複数の画素を有する画素配列と、前記画素配列からの信号を増幅する増幅部とを備え、前記増幅部は、入力容量部及び帰還容量部を含み、前記入力容量部の容量値と前記帰還容量部の容量値との比に応じて信号を増幅し、前記画素配列は、第１の信号線に信号を出力する第１の画素と、第２の信号線に信号を出力する第２の画素とを含み、前記撮像装置は、第１の撮影モードと第２の撮影モードとを有し、
    前記撮像装置の駆動方法は、前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合と前記第２の撮影モードにある場合とのそれぞれにおいて、第１のモードにおいては、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号との和を増幅し、第２のモードにおいては、前記第１の信号線を介して伝達された信号と前記第２の信号線を介して伝達された信号とを異なるタイミングで増幅し、
    前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値は、前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値よりも小さく、
    前記撮像装置が前記第１の撮影モードにある場合の前記第１のモードにおける前記帰還容量部の容量値と、前記撮像装置が前記第２の撮影モードにある場合の前記第２のモードにおける前記帰還容量部の容量値とが等しい
    ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。

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