固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备

技术领域

本发明关于一种固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法、以及电子设备。

背景技术

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器已作为使用了检测光并产生电荷的光电转换元件的固体摄像装置(图像传感器)投入实际使用。

CMOS图像传感器已被广泛用作数码相机、摄像机、监控相机、医疗用内窥镜、个人电脑(PC)、车载用相机、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图像传感器包括在每个像素中具有光电二极管(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列输出型，即，选择像素阵列中的某一行，同时向列(column)输出方向对这些行进行读取。

一般而言，CMOS图像传感器的各个像素例如针对一个光电二极管包括作为传输元件的传输晶体管、作为复位元件的复位晶体管、作为源极跟随元件(放大元件)的源极跟随晶体管以及作为选择元件的选择晶体管这四个元件作为有源元件而构成。

传输晶体管在规定的传输期间被选择而成为导通状态，并将由光电二极管光电转换而存储的电荷(电子)传输到浮置扩散层FD。

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

选择晶体管在读取扫描时被选择而成为导通状态。由此，源极跟随晶体管将由浮置扩散层FD转换为电压信号的列输出的读取信号输出到垂直信号线。

例如，在读取扫描期间，浮置扩散层FD在复位期间例如被复位为电源线的电位(基准电位)，之后，根据与FD电容对应的增益将浮置扩散层FD的电荷转换为电压信号，并作为基准电平的读取复位信号(基准电平信号)Vrst而输出到垂直信号线。

接着，在规定的传输时间，由光电二极管光电转换而存储的电荷(电子)被传输到浮置扩散层FD。然后，根据与FD电容对应的增益将浮置扩散层FD的电荷转换为电压信号，并作为信号电平的读取信号(信号电平的信号)Vsig而输出到垂直信号线。

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

由此，通常的像素读取信号(以下，有时也称为像素信号)PS由一个基准电平的读取复位信号Vrst和一个信号电平的读取信号Vsig形成。

然而，在CMOS图像传感器中，会依次对由光电二极管产生并存储的光电荷进行逐像素或逐行的扫描来进行读取动作。

在该依次扫描、即采用滚动快门作为电子快门的情况下，无法在全部像素中使存储光电荷的曝光的开始时间及结束时间一致。因此，在进行依次扫描的情况下，存在在拍摄动态被摄体时拍摄图像失真的问题。

因此，在不容许图像失真且需要对高速移动的被摄体进行拍摄、或对拍摄图像的同步性有要求的传感应用中，采用全局快门来作为电子快门，所述全局快门对像素阵列部中的所有像素以相同的定时执行曝光开始和曝光结束。

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信号保持部，所述信号保持部将从读取部读取的信号保持在信号保持电容器中。

在采用了全局快门的CMOS图像传感器中，通过模拟样本保持动作将电荷作为电压信号从光电二极管一齐存储到信号保持部的信号保持电容器中，然后通过依次读取，来确保图像整体的同步性(例如，参照非专利文献1)。

又，作为各像素的构成，作为代表性的构成，已知有四晶体管(4Tr)APS像素(例如，参照专利文献1)，或电容反馈跨阻放大器(CTIA：Capacitive Trans-ImpedanceAmplifier)像素(例如，参照专利文献2、3)。

并且，作为具备具有高动态范围的高画质的CMOS图像传感器的全局快门功能的像素，已知有VMGS(电压模式全局快门)像素以及CMGS(电荷模式全局快门)像素。

其中，相较于CMGS像素，VMGS像素具有快门效率高、寄生光灵敏度(ParasiticLight Sensitivity:PLS)低的优点。

近年来，对全局快门(GS)CMOS图像传感器(CIS)的需求不断增加，尤其是在机器视觉和IoT(物联网)领域。

在这些领域中，不仅需要GS功能，对单次曝光(single exposure)高动态范围(SEHDR)性能也有着强烈需求。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2005-65074号公报图2

专利文献2:日本特表2006-505975号公报

专利文献3:日本特表2002-501718号公报

专利文献4:日本特开2005-328493号公报

非专利文献

非专利文献1：J.Aoki,et al.,“A Rolling-Shutter Distortion-Free3DStacked Image Sensor with-160dB Parasitic Light Sensitivity In-PixelStorage Node”ISSCC 2013/SESSION 27/IMAGE SENSORS/27.3.

发明内容

本发明所要解决的技术问题

如上所述，CMOS图像传感器(CIS)可以采用提高像素的动态范围的各种特殊结构来构成。

作为高动态范围化的方法之一，可以例举出横向溢出积分电容(LOFIC：LateralOverflow Integration Capacitor)结构(例如，参照专利文献4)。

LOFIC结构的像素在上述基本构成上增加了作为存储电容元件的存储电容器以及作为存储连接元件的存储晶体管，在相同的曝光时间内，将从光电二极管溢出的过饱和电荷存储到存储电容器中而不丢弃。

该LOFIC像素可具有两种转换增益，即浮置扩散层的电容Cfd1的转换增益(高增益端：与1/Cfd1成正比)，及浮置扩散层的电容Cfd1与存储电容器C2的LOFIC电容Clofic之和的转换增益(低增益端：与1/(Cfd1+Clofic)成正比)。

即，在LOFIC像素中，分别使用低转换增益(LCG)信号和高转换增益(HCG)信号来实现大饱和及小暗噪声。

然而，LOFIC中存在一个重要的问题，即在高转换增益(HCG)信号和低转换增益(LCG)信号的耦合(接合)点处，SNR会下降。

即，仅使用LOFIC结构无法消除LCG信号的kTC噪声，因此在HCG信号和LCG信号的耦合点处，SNR会下降。

高转换增益(HCG)信号和低转换增益(LCG)信号的信号方向彼此为相反方向，在低转换增益(LCC)的读取处理中，读取复位信号VRL的复位噪声与读取亮度信号VSL的复位噪声不同，因此难以在被称为差动双采样(DDS)的减法处理中去除复位噪声。

本发明能够任意选择滚动快门及全局快门的像素动作模式，并且能够根据场景切换读取转换增益不同的信号的转换增益读取模式，从而，能够最小化在高转换增益(HCG)信号和低转换增益(LCG)信号的耦合点处的SNR的下降，提供一种能够实现大饱和及小暗噪声的固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。

用于解决技术问题的技术方案

本发明第一观点的固体摄像装置，具有:像素部，包括光电转换读取部，并配置有像素，所述像素能够以滚动快门模式及全局快门模式进行动作；以及读取部，从所述像素部读取像素信号，所述光电转换读取部包括：光电转换元件，在存储期间存储由光电转换所产生的电荷；传输元件，能够在所述存储期间之后的传输期间传输存储在所述光电转换元件的电荷；浮置扩散层，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件存储的电荷；以及转换信号读取部，能够以第一转换增益读取模式及第二转换增益读取模式进行动作，并根据转换增益放大并输出转换后的电压信号，所述第一转换增益读取模式能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与所述浮置扩散层的电容及第一电容相关联，所述第二转换增益读取模式能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与所述浮置扩散层的电容、所述第一电容及第二电容相关联，所述读取部能够根据场景来切换是否以所述第一转换增益读取模式及所述第二转换增益读取模式进行动作。

本发明第二观点是一种固体摄像装置的驱动方法，所述固体摄像装置具有:像素部，包括光电转换读取部，并配置有像素，所述像素能够以滚动快门模式及全局快门模式进行动作；以及读取部，从所述像素部读取像素信号，所述光电转换读取部包括：光电转换元件，在存储期间存储由光电转换所产生的电荷；传输元件，能够在所述存储期间之后的传输期间传输存储在所述光电转换元件的电荷；浮置扩散层，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件存储的电荷；以及转换信号读取部，根据转换增益放大并输出转换后的电压信号，能够以第一转换增益读取模式及第二转换增益读取模式进行动作，所述第一转换增益读取模式能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与所述浮置扩散层的电容及第一电容相关联，所述第二转换增益读取模式能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与所述浮置扩散层的电容、所述第一电容及第二电容相关联，并根据场景来切换是否以所述第一转换增益读取模式及所述第二转换增益读取模式进行动作。

本发明第三观点的电子设备具有：固体摄像装置；以及光学系统，在所述固体摄像装置上将被摄体像成像，所述固体摄像装置，具有:像素部，包括光电转换读取部，并配置有像素，所述像素能够以滚动快门模式及全局快门模式进行动作；以及读取部，从所述像素部读取像素信号，所述光电转换读取部包括：光电转换元件，在存储期间存储由光电转换所产生的电荷；传输元件，能够在所述存储期间之后的传输期间传输存储在所述光电转换元件的电荷；浮置扩散层，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件存储的电荷；以及转换信号读取部，能够以第一转换增益读取模式及第二转换增益读取模式进行动作，根据转换增益放大并输出转换后的电压信号，所述第一转换增益读取模式能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与所述浮置扩散层的电容及第一电容相关联，所述第二转换增益读取模式能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与所述浮置扩散层的电容、所述第一电容及第二电容相关联，所述读取部能够根据场景来切换是否以所述第一转换增益读取模式及所述第二转换增益读取模式进行动作。

发明效果

根据本发明，能够任意选择滚动快门及全局快门的像素动作模式，并且能够根据场景切换读取转换增益不同的信号的转换增益读取模式。

从而，根据本发明，能够最小化在高转换增益(HCG)信号和低转换增益(LCG)信号的耦合点处的SNR的下降，并实现大饱和及小暗噪声。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的构成例的框图。

图2是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

图3是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的信号保持部的构成例的电路图。

图4是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第一转换增益读取模式(双转换增益读取模式)下的读取序列的一个示例的时序图。

图5是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第二转换增益读取模式(低转换增益读取模式)下的读取序列的一个示例的时序图。

图6是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第一可选处理例的时序图。

图7是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第二可选处理例的时序图。

图8是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第三可选处理例的时序图。

图9是表示在本发明第一实施方式的固体摄像装置的第三可选处理例中的转换增益读取中利用及不利用溢出电荷的情况下的光电转换特性的图。

图10是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第四可选处理例的时序图。

图11是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的全局快门模式时的第一处理例的时序图。

图12是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的全局快门模式时的第二处理例的时序图。

图13是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的全局快门模式时的第三处理例的时序图。

图14是表示本发明第二实施方式的固体摄像装置中的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

图15是表示本发明第三实施方式的固体摄像装置中的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

图16是表示本发明第四实施方式的固体摄像装置中的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

图17是表示具有本发明第五实施方式的固体摄像装置中的像素共享结构的光电转换读取部的构成例的电路图。

图18是用于说明具有本发明第五实施方式的像素共享结构的像素的使用方式的图。

图19是表示针对本发明第五实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第一转换增益读取模式(双转换增益读取模式)下的读取序列的一个示例的时序图。

图20是表示针对本发明第五实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第二转换增益读取模式(低转换增益读取模式)下的读取序列的一个示例的时序图。

图21是表示具有本发明第六实施方式的固体摄像装置中的像素共享结构的光电转换读取部的构成例的电路图。

图22是表示应用了本发明实施方式的固体摄像装置的电子设备的构成的一个示例的图。

具体实施方式

以下，参照附图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体摄像装置的构成例的框图。

图2是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

图3是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的信号保持部的构成例的电路图。

在本实施方式中，固体摄像装置10例如由CMOS图像传感器构成。

如图1所示，作为主要构成元件，该固体摄像装置10具有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、以及定时控制电路60。

在这些构成元件中，例如由垂直扫描电路30、读取电路40、水平扫描电路50、以及定时控制电路60构成像素信号的读取部70。

在本第一实施方式中，固体摄像装置10构成为一种CMOS图像传感器，其中，矩阵状地配置在像素部20的像素200例如包括光电转换读取部210以及信号保持部220，具备滚动快门(RS)的动作功能和全局快门(GS)的动作功能，能够任意选择滚动快门(RS)及全局快门(GS)的像素动作模式，而且，能够根据场景切换读取转换增益不同的信号的转换增益读取模式，从而，能够最小化在高转换增益(HCG)信号和低转换增益(LCG)信号的耦合点处的SNR的下降，能够实现大饱和及小暗噪声。

如图2所示，光电转换读取部210具有作为光电转换元件的光电二极管PD11、作为传输元件的传输晶体管TG11-Tr、以及浮置扩散层FD11，所述光电二极管PD11在存储期间存储由光电转换所产生的电荷，所述传输晶体管TG11-Tr能够在存储期间之后的传输期间传输存储在光电二极管PD11的电荷，所述浮置扩散层FD11通过传输晶体管TG11-Tr传输由光电二极管PD11存储的电荷。

此外，光电转换读取部210包括转换信号读取部211而构成，所述转换信号读取部211能够以第一转换增益读取模式CGRM1及第二转换增益读取模式CGRM2进行动作，根据转换增益放大并输出转换后的电压信号，所述第一转换增益读取模式CGRM1能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与浮置扩散层FD11的电容CFD及第一电容C1相关联，所述第二转换增益读取模式CGRM2能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1及第二电容C2相关联，所述第二电容C2为相对于这些电容足够大的电容。

在本第一实施方式中，像素200能够在第一转换增益读取模式CGRM1时，根据至少两个转换增益，例如根据第一高转换增益(HCG1)及第一低转换增益(LCG1)这两个转换增益读取与复位状态时的读取复位信号及光电二极管PD11的存储电荷对应的读取信号来作为像素信号。

此外，第一转换增益读取模式CGRM1也可被称为双转换增益读取模式。

像素200能够在第二转换增益读取模式CGRM2时，根据至少一个转换增益，例如根据第二低转换增益LCG2读取与复位状态时的读取复位信号及光电二极管PD11的存储电荷或溢出电荷对应的读取信号来作为像素信号。

并且，在本实施方式中，读取部70能够根据场景(例如，照度的大小(强度))来切换是否以第一转换增益读取模式CGRM1及第二转换增益读取模式CGRM2进行动作。

在本第一实施方式中，能够通过在低照度到中照度时使用第一转换增益读取模式(例如，双转换增益读取模式)CGRM1、在高照度时使用第二转换增益读取模式CGRM2，最小化在高转换增益(HCG)信号和低转换增益(LCG)信号的耦合点处的SNR的下降，并实现大饱和及小暗噪声。

在本实施方式中，读取部70能够在滚动快门(RS)模式下动作时切换第一转换增益读取模式CGRM1及第二转换增益读取模式CGRM2。

读取部70在滚动快门(RS)模式下动作时的第一转换增益读取模式CGRM1中，切换为可在低照度及中照度中的至少任意一个的照度场景中动作，在滚动快门(RS)模式下动作时的第二转换增益读取模式CGRM2中，切换为可在高照度的照度场景中动作。

(滚动快门模式时的基本处理例)

作为基本处理，读取部70能够在滚动快门(RS)模式下动作时的第一转换增益读取模式CGRM1中，设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD确定的第一高转换增益(HCG1)以及由浮置扩散层FD11的电容CFD及第一电容C1确定的第一低转换增益(LCG1)。

读取部70能够在滚动快门(RS)模式下动作时的第二转换增益读取模式CGRM2中，设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1及第二电容C2确定的第二低转换增益(LCG2)。

另外，将在之后结合图2说明该电容的设定切换构成。

由此，读取部70在第一转换增益读取模式CGRM1中，依次进行第一低转换增益复位读取处理LCG1-RST、第一高转换增益复位读取处理HCG1-RST、第一高转换增益信号读取处理HCG1-SIG、以及第一低转换增益信号读取处理LCG1-SIG。

并且，在第二转换增益读取模式CGRM2中，依次进行第二低转换增益信号读取处理LCG2-SIG、以及第二低转换增益复位读取处理LCG2-RST。

又，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中的至少第二低转换增益信号读取处理LCG2-SIG及第二低转换增益复位读取处理LCG2-RST中，将使传输晶体管TG11-Tr保持为非导通状态的电平保持为进一步增强的电平，例如，保持为负电平(负电压)VM，以抑制读取中的溢出电荷。

(滚动快门模式时的可选处理例)

此处，作为滚动快门模式时的可选处理举出四个示例。

(RS模式时的第一可选处理例)

该处理作为与低照度及中间照度场景对应的三重转换增益(Triple-CG)模式来执行。

在该处理中，读取部70能够在滚动快门(RS)模式下动作时的第一转换增益读取模式CGRM1中，设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD确定的第一高转换增益HCG1、由浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1及第二电容C2确定的第三低转换增益LCG3、以及由浮置扩散层FD11的电容CFD及第一电容C1确定的第一中转换增益MCG1。

并且，读取部70在第一转换增益读取模式CGRM1中，依次进行第三低转换增益复位读取处理LCG3-RST、第一中转换增益复位读取处理MCG1-RST、第一高转换增益复位读取处理HCG1-RST、第一高转换增益信号读取处理HCG1-SIG、第一中转换增益信号读取处理MCG1-SIG、以及第三低转换增益信号读取处理LCG3-SIG。

根据本构成，能够充分发现单帧的单次曝光(single exposure)的高动态范围(SEHDR)性能，并能够实质上地实现宽动态范围化。

(RS模式时的第二可选处理例)

该处理作为LOFIC模式来执行。

在该处理中，读取部70能够在滚动快门(RS)模式下动作时的第二转换增益读取模式CGRM2中，设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD确定的第二高转换增益HCG2、以及由浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1及第二电容C2确定的第四低转换增益LCG4。

并且，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中，进行第二高转换增益复位读取处理HCG2-RST以及第二高转换增益信号读取处理HCG2-SIG，并依次进行第四低转换增益信号读取处理LCG4-SIG以及第四低转换增益复位读取处理LCG4-RST。

根据本构成，能够充分发现单帧的单次曝光(single exposure)的高动态范围(SEHDR)性能，并能够实质上地实现宽动态范围化。

又，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中的至少第四低转换增益信号读取处理LCG4-SIG及第四低转换增益复位读取处理LCG4-RST中，将使传输晶体管TG11-Tr保持为非导通状态的电平保持为进一步增强的电平，例如，保持为负电平(负电压)VM，以抑制读取中的溢出电荷。

(RS模式时的第三可选处理例)

该处理作为使用了溢出(OF)电荷的模式来执行。

在该处理中，读取部70能够在滚动快门(RS)模式下动作时的第二转换增益读取模式CGRM2中，设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD确定的第二高转换增益HCG2、以及由浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1及第二电容C2确定的第四低转换增益LCG4。

并且，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中，依次进行第四低转换增益OF信号读取处理LCG4-SIG以及第四低转换增益OF复位读取处理LCGR-RST，并进行第二高转换增益复位读取处理HCG2-RST以及第二高转换增益信号读取处理HCG2-SIG。

根据本构成,与LOFIC结构相比,饱和特性提高了光电二极管PD的饱和量。

又，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中的至少第四低转换增益OF信号读取处理LCG4-SIG及第四低转换增益OF复位读取处理LCG4-RST中，将使传输晶体管TG11-Tr保持为非导通状态的电平保持为进一步增强的电平，例如，保持为负电平(负电压)VM，以抑制读取中的溢出电荷。

(RS模式时的第四可选处理例)

该处理作为使用了双转换增益以及低转换增益的模式来执行。

在该处理中，读取部70能够在滚动快门(RS)模式下动作时的第二转换增益读取模式CGRM2中，设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD确定的第一高转换增益HCG1、由浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1及第二电容C2确定的第四低转换增益LCG4、以及由浮置扩散层FD11的电容CFD及第一电容C1确定的第一中转换增益MCG1。

并且，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中，依次进行第一中转换增益复位读取处理MCG1-RST、第一高转换增益复位读取处理HCG1-RST、第一高转换增益信号读取处理HCG1-SIG、第一中转换增益信号读取处理MCG1-SIG、第四低转换增益信号读取处理LCG4-SIG、以及第四低转换增益复位读取处理LCG4-RST。

又，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中的至少第四低转换增益信号读取处理LCG4-SIG以及第四低转换增益复位读取处理LCG4-RST中，将使传输晶体管TG11-Tr保持为非导通状态的电平保持为进一步增强的电平，例如，保持为负电平(负电压)VM，以抑制读取中的溢出电荷。

(全局快门模式时的处理例)

在此，作为全局快门(GS)模式时的处理举出三个示例。

(GS模式时的第一处理例)

在该第一处理中，读取部70能够使用第一电容C1及第二电容C2中的第一电容C1进行全局快门(GS)动作，并设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD及第一电容C1确定的第五中转换增益MCG5。

并且，读取部70在全局快门(GS)动作中，依次进行第五中转换增益信号读取处理MCG5-SIG以及第五中转换增益复位读取处理MCG5-RST。

在GS模式时的第一处理中，读取部70在全局快门(GS)的曝光期间PEXP的后半段，进行对齐浮置扩散层FD11的复位电平的处理，然后，复位浮置扩散层FD11以及第一电容C1，并将存储电荷传输到浮置扩散层FD11以及第一电容C1。

读取部70在读取处理待机PWRD中，在停止(禁止)接入第一电容C1的状态下，对浮置扩散层FD11进行复位，以去除浮置扩散层FD11的寄生光灵敏度(PLS)。

根据本第一处理，能够以高饱和实现全局快门(GS)。

(GS模式时的第二处理例)

在该第二处理中，读取部70能够使用第一电容C1以及第二电容C2进行全局快门(GS)动作，并设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1及第二电容C2确定的第五低转换增益LCG5。

并且，读取部70在全局快门(GS)动作中，依次进行第五低转换增益信号读取处理LCG5-SIG以及第五低转换增益复位读取处理LCG5-RST。

在GS模式时的第二处理中，读取部70在全局快门(GS)的曝光期间PEXP的后半段，将存储电荷传输到浮置扩散层FD11、第一电容C1以及第二电容C2。

读取部70在读取处理待机PWRD中，对浮置扩散层FD11进行复位，以去除浮置扩散层FD11的寄生光灵敏度(PLS)。

(GS模式时的第三处理例)

在该第三处理中，读取部70能够使用第一电容C1以及第二电容C2中的第一电容C1进行全局快门(GS)动作，并设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD及第一电容C1确定的第五高转换增益HCG5。

并且，读取部70在全局快门(GS)动作中，依次进行第五高转换增益信号读取处理HCG5-SIG以及第五高转换增益复位读取处理HCG5-RST。

在GS模式时的第三处理中，读取部70在全局快门(GS)的曝光期间PEXP的后半段，进行对齐浮置扩散层FD11的复位电平的处理，然后，对浮置扩散层FD11以及第一电容C1进行复位，并将存储电荷传输到浮置扩散层FD11以及第一电容C1。

读取部70在读取处理待机PWRD中，在停止(禁止)接入第一电容C1的状态下，对浮置扩散层FD11进行复位以去除浮置扩散层FD11的寄生光灵敏度(PLS)。

根据本第一、第二以及第三处理，由于在读取自行之前的电荷保持中进行浮置扩散层的PLS去除,因此能够减少阴影。

此外，光电转换读取部210包括：作为电容为第一电容C1的第一电容元件的第一存储电容器SC11、作为电容为第二电容C2的第二电容元件的第二存储电容器CG12、作为选择性地连接浮置扩散层FD11及第一电容元件的第一存储连接元件的第一存储晶体管SG11-Tr、以及作为选择性地连接浮置扩散层FD11的第二存储连接元件的第二存储晶体管SG12-Tr。

以上，对本第一实施方式的固体摄像装置10的滚动快门RS及全局快门GS中的特征性的读取处理的概要进行了说明。

接着，将对固体摄像装置10的各部的构成以及功能的概要，尤其对配置于像素部20的像素200的光电转换读取部210以及信号保持部220的构成及功能、以及与其相关的读取处理等进行详细说明。

(像素200的构成)

如上所述，图2以及图3示出了固体摄像装置10的像素200的电路构成例。

即，图2是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

图3是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的信号保持部的构成例的电路图。

如上所述，配置于像素部20的像素200包括光电转换读取部210以及信号保持部220而构成。

如后之详细说明，本第一实施方式的像素部20被构成为第一基板110及第二基板120的堆叠式CMOS图像传感器，然而，在本示例中，如图2以及图3所示，在第一基板110形成有光电转换读取部210，在第二基板120形成有信号保持部220。

像素200的光电转换读取部210包括光电二极管(光电转换元件)及像素内放大器而构成。

光电二极管PD11在存储期间存储由光电转换产生的电荷。

光电二极管PD11与浮置扩散层FD11之间连接有作为传输元件的传输晶体管TG11-Tr。

在本第一实施方式的光电转换读取部210中，配置有能够从二极管PD11排出电荷的快门栅极晶体管AB11-Tr。

即，本第一实施方式的光电转换读取部210具有快门栅极晶体管AB11-Tr，所述快门栅极晶体管AB11-Tr与作为光电转换元件的光电二极管PD11连接，能够使电荷从光电二极管PD11排出到浮置扩散层FD11的形成区域外方向、例如排出到电源电位VDD(Vdd，VAAPIX)。

光电转换读取部210的快门栅极晶体管AB11-Tr由通过控制线而被施加到栅极的控制信号AB1控制。

第一快门栅极晶体管AB11-Tr在控制信号AB1为高(H)电平期间被选择而成为导通状态，并将由光电二极管PD11转换并存储的电荷(电子)排出到电源电位VDD。

并且，光电转换读取部210对于作为输出节点ND1的一个浮置扩散层FD11分别各具有一个：作为复位元件的第一复位晶体管RST11-Tr、作为源极跟随元件的源极跟随晶体管SF11-Tr、作为电流源元件的电流晶体管IC11-Tr、作为选择元件的选择晶体管SEL11-Tr、作为第一存储连接元件的第一存储晶体管SG11-Tr、作为第一存储电容元件的第一存储电容器SC11、作为第二存储连接元件的第二存储晶体管SG12-Tr、作为第二存储电容元件的第二存储电容器SC12、作为第二复位元件的第二复位晶体管RST12-Tr、以及读取节点ND2。

并且，在本第一实施方式中，包括源极跟随晶体管SF11-Tr、选择晶体管SEL11-Tr、以及读取节点ND2(进一步包括电流晶体管IC11-Tr)而构成有作为输出缓冲部的转换信号读取部211。

又，包括第一存储晶体管SG11-Tr、作为第一存储电容元件的存储电容器SC11、第二存储晶体管SG12-Tr、以及作为第二存储电容元件的存储电容器SC12而构成有增益切换部212。

在本第一实施方式的光电转换读取部210中，转换信号读取部211的读取节点ND2经由内部信号线LSGN1与信号保持部220的输入部连接，并经由选择晶体管SEL11-Tr与垂直信号线LSGN2连接。

并且，在全局快门(GS)模式时，转换信号读取部211将作为输出节点的浮置扩散层FD11的电荷转换为与电荷量对应的电压信号，并将转换的电压信号VSL输出到信号保持部220。

相反，在滚动快门(RS)模式时，转换信号读取部211将作为输出节点的浮置扩散层FD11的电荷转换为与电荷量对应的电压信号，并经由选择晶体管SEL11-Tr将转换的电压信号VSL输出到垂直信号线LSGN2。

光电二极管PD11产生并存储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，各晶体管为n型晶体管的情况进行说明，但是，信号电荷也可为空穴(hole)，各晶体管也可为p型晶体管。

又，本实施方式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下也有效。

在各像素200中，作为光电二极管(PD)使用了埋入式光电二极管(PPD)。

由于在形成光电二极管(PD)的基板表面存在因悬空键等的缺陷而引起的界面态，因此在热能的作用下会产生大量的电荷(暗电流)，导致无法读取正确的信号。

在埋入式光电二极管(PPD)中，能够通过将光电二极管(PD)的电荷存储部埋入到基板内，来减少暗电流混入信号中。

光电转换读取部210的传输晶体管TG11-Tr连接在光电二极管PD11和浮置扩散层FD11之间，并由通过控制线而被施加到栅极的控制信号TG1控制。

第一传输晶体管TG11-Tr在控制信号TG1为高(H)电平的传输期间PT被选择而成为导通状态，并将由光电二极管PD11光电转换而存储的电荷(电子)传输到浮置扩散层FD11。

此外，虽然在光电二极管PD11以及浮置扩散层FD11被复位为规定的复位电位后，传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1变为低(L)电平的非导通状态，而光电二极管PD11变为存储期间PI，但是，此时，若入射光的强度(量)非常高，则超过饱和电荷量的电荷通过传输晶体管TG11-Tr下的溢出路径，作为溢出电荷而溢出到浮置扩散层FD11。

又，在照度非常高的情况下，例如超过浮置扩散层FD11的饱和电荷量的电荷通过存储晶体管SG11-Tr下的溢出路径，作为溢出电荷而溢出到存储电容器SC11侧。

第一复位晶体管RST11-Tr连接在电源电压VDD的电源线Vdd和浮置扩散层FD11之间，并由通过控制线而被施加到栅极的控制信号RST控制。

第一复位晶体管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，并将浮置扩散层FD11、第一存储电容器SC11、以及第二存储电容器SC12复位为电源电压VDD的电源线Vdd的电位。

第一存储晶体管SG11-Tr连接在浮置扩散层FD11和第二存储晶体管SG12-Tr之间，其连接节点ND3和基准电位VSS之间连接有第一存储电容器SC11。

第一存储晶体管SG11-Tr由通过控制线而被施加到栅极的控制信号BIN1控制。

第一存储晶体管SG11-Tr在控制信号BIN1为H电平的复位期间被选择而成为导通状态，并连接浮置扩散层FD11和第一存储电容器SC11。

第二存储晶体管SG12-Tr连接在第一存储晶体管SG11-Tr和第一复位晶体管RST11-Tr之间，其连接节点ND4和基准电位VSS之间连接有第二存储电容器SC12。

第二存储晶体管SG12-Tr由通过控制线而被施加到栅极的控制信号BIN2控制。

第二存储晶体管SG12-Tr在控制信号BIN2为H电平的复位期间被选择而成为导通状态，并连接浮置扩散层FD11和第一存储电容器SC11和第二存储电容器SC12。

作为源极跟随元件的源极跟随晶体管SF11-Tr的源极与读取节点ND2连接,漏极侧与电源线Vdd连接,栅极与浮置扩散层FD11连接。

并且，读取节点ND2和信号保持部220的输入部之间的内部信号线LSGN1由作为电流源元件的电流晶体管驱动。

读取节点ND2和垂直信号线LSGN之间连接有作为选择元件的选择晶体管SEL11-Tr的漏极及源极。选择晶体管SEL11-Tr的栅极与控制信号SEL的供给线连接。

并且，经由选择晶体管SEL11-Tr而与读取节点ND2连接的垂直信号线LSGN2由作为电流源元件的电流晶体管驱动。

此外，在光电转换读取部210中，电源电压VDD的电源线(电源电位)Vdd和浮置扩散层FD11之间连接有第二复位晶体管RST12-Tr的源极漏极。第二复位晶体管RST12-Tr由通过控制线而被施加到栅极的控制信号RST1控制。

第二复位晶体管RST12-Tr在控制信号RST1为H电平的复位期间被选择而成为导通状态，并将浮置扩散层FD11复位为电源电位Vdd的电位。

控制信号RST1在滚动快门模式时以L电平供给，第二复位晶体管RST2-Tr被保持为非导通状态，不进行第二复位晶体管RST12-Tr的针对浮置扩散层FD11的复位处理。

在全局快门模式时，控制信号RST1在读取处理待机中的规定期间以H电平供给，第二复位晶体管RST2-Tr被保持为导通状态，进行第二复位晶体管RST12-Tr的针对浮置扩散层FD11的复位处理，并进行浮置扩散层FD11的寄生光灵敏度(PLS)的去除处理。

信号保持部220可以获取并保持像素信号，所述像素信号是通过转换信号读取部211读取到像素内信号线LSGN1的电压信号。

在本第一实施方式中，信号保持部220包括采样保持电路230而构成，所述采样保持电路230通过采样信号获取并保持作为读取到内部信号线LSGN1的像素信号的电压信号，所述电压信号为与传输到光电转换读取部210的浮置扩散层FD11的光电二极管PD11的存储电荷对应的电压信号。

具体而言，采样保持电路230包括输入部231、采样开关部232-1、采样保持部232以及输出部233(-1～-4)而构成，所述采样开关部232-1将两个读取复位信号及读取像素信号作为一组，通过采样信号对转换增益不同的两组像素信号进行采样，所述采样保持部232具备保持电容器部232-2，所述保持电容器部232-2包括保持电容器(CS、CR)，所述保持电容器(CS、CR)能够同时并联地保持由采样开关部232采样的读取像素信号，所述输出部233(-1～-4)选择性地将保持在信号保持电容器部232-2的读取像素信号输出到垂直信号线LSGN11(～14)。

如图3所示，像素200的信号保持部220由采样保持电路230构成。

采样保持电路230基本上包括输入部231、采样保持部232、输出部233、以及保持节点ND23、ND24、ND25、ND26而构成，所述输入部231包括输入节点ND22。

输入部231经由光电转换读取部210的读取节点ND2及内部信号线LSGN1连接，并将从读取节点ND2输出的读取信号(VSIG)以及读取复位信号(VRST)输入到采样保持部232。

采样保持部222包括作为第一开关元件的第一采样晶体管SHR1-Tr、作为第二开关元件的第二采样晶体管SHS1-Tr、作为第三开关元件的第三采样晶体管SHR2-Tr、作为第四开关元件的第四采样晶体管SHS2-Tr、第一信号保持电容器CR21、第二信号保持电容器CS21、第三信号保持电容器CR22、以及第四信号保持电容器CS22而构成。

第一采样晶体管SHR1-Tr连接在与内部信号线LSGN1连接的输入节点ND22和保持节点ND23之间。

第一采样晶体管SHR1-Tr在全局快门期间或信号保持电容器的清除期间，经由保持节点ND23选择性地将采样保持部232的第一信号保持电容器CR21与光电转换读取部210的读取节点ND2连接。

第一采样晶体管SHR1-Tr例如在控制信号SHR1为高电平期间变为导通状态。

第一信号保持电容器CR21连接在保持节点ND23和基准电位VSS之间。

第二采样晶体管SHS1-Tr连接在与内部信号线LSGN1连接的输入节点ND22和保持节点ND24之间。

第二采样晶体管SHS1-Tr在全局快门期间或信号保持电容器的清除期间，经由保持节点ND24选择性地将采样保持部232的第二信号保持电容器CS21与光电转换读取部210的读取节点ND2连接。

第二采样晶体管SHS1-Tr例如在控制信号SHS1为高电平期间变为导通状态。

第二信号保持电容器CS21连接在保持节点ND24和基准电位VSS之间。

第三采样晶体管SHR2-Tr连接在与内部信号线LSGN1连接的输入节点ND22和保持节点ND25之间。

第三采样晶体管SHR2-Tr在全局快门期间或信号保持电容器的清除期间，经由保持节点ND25选择性地将采样保持部232的第三信号保持电容器CR22与光电转换读取部210的读取节点ND2连接。

第三采样晶体管SHR2-Tr例如在控制信号SHR2为高电平期间变为导通状态。

第三信号保持电容器CR22连接在保持节点ND25和基准电位VSS之间。

第四采样晶体管SHS2-Tr连接在与内部信号线LSGN1连接的输入节点ND22和保持节点ND26之间。

第四采样晶体管SHS2-Tr在全局快门期间或信号保持电容器的清除期间，经由保持节点ND26选择性地将采样保持部232的第四信号保持电容器CS22与光电转换读取部210的读取节点ND2连接。

第四采样晶体管SHS2-Tr例如在控制信号SHS2为高电平期间变为导通状态。

第四信号保持电容器CS22连接在保持节点ND26和基准电位VSS之间。

此外，第一采样晶体管SHR1-Tr、第二采样晶体管SHS1-Tr、第三采样晶体管SHR2-Tr、以及第四采样晶体管SHS2-Tr由MOS晶体管、例如由p沟道MOS(PMOS)晶体管形成。

输出部233包括第一输出部233-1、第二输出部233-2、第三输出部233-3以及第四输出部233-4而构成。

第一输出部233-1包括作为第二源极跟随元件的源极跟随晶体管SF2R-Tr,并经由选择晶体管SEL1R-Tr选择性地将保持的信号输出到垂直信号线LSGN11，所述源极跟随晶体管SF2R-Tr在全局快门期间根据保持电压输出基本上保持在第一信号保持电容器CR21的信号。

源极跟随晶体管SF2R-Tr及选择晶体管SEL1R-Tr串联连接在基准电位VSS和垂直信号线LSGN11之间。

源极跟随晶体管SF2R-Tr的栅极与保持节点ND23连接，选择晶体管SEL1R-Tr由通过控制线施加到栅极的控制信号SEL11控制。

选择晶体管SEL1R-Tr在控制信号SEL1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SF2R-Tr将与第一信号保持电容器CR21的保持电压对应的列输出的读取电压(VRST)输出到垂直信号线LSGN11。

第二输出部233-2包括作为第三源极跟随元件的源极跟随晶体管SF3S-Tr,并经由选择晶体管SEL2S-Tr选择性地将保持的信号输出到垂直信号线LSGN12，所述源极跟随晶体管SF3S-Tr在全局快门期间根据保持电压输出基本上保持在第二信号保持电容器CS21的信号。

源极跟随晶体管SF3S-Tr及选择晶体管SEL2S-Tr串联连接在基准电位VSS和垂直信号线LSGN12之间。

源极跟随晶体管SF3S-Tr的栅极与保持节点ND24连接，选择晶体管SEL2S-Tr由通过控制线施加到栅极的控制信号SEL12控制。

选择晶体管SEL2S-Tr在控制信号SEL2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将与第二信号保持电容器CS21的保持电压对应的列输出的读取电压(VSIG)输出到垂直信号线LSGN12。

第三输出部233-3包括作为第四源极跟随元件的源极跟随晶体管SF4R-Tr,并经由选择晶体管SEL3R-Tr选择性地将保持的信号输出到垂直信号线LSGN13，所述源极跟随晶体管SF4R-Tr在全局快门期间根据保持电压输出基本上保持在第三信号保持电容器CR22的信号。

源极跟随晶体管SF4R-Tr及选择晶体管SEL3R-Tr串联连接在基准电位VSS和垂直信号线LSGN13之间。

源极跟随晶体管SF4R-Tr的栅极与保持节点ND25连接，选择晶体管SEL3R-Tr由通过控制线而被施加到栅极的控制信号SEL13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SF4R-Tr将与第三信号保持电容器CR22的保持电压对应的列输出的读取电压(VRST)输出到垂直信号线LSGN13。

第四输出部233-4包括作为第五源极跟随元件的源极跟随晶体管SF5S-Tr,并经由选择晶体管SEL4S-Tr选择性地将保持的信号输出到垂直信号线LSGN14，所述源极跟随晶体管SF5S-Tr在全局快门期间根据保持电压输出基本上保持在第四信号保持电容器CS22的信号。

源极跟随晶体管SF5S-Tr及选择晶体管SEL4S-Tr串联连接在基准电位VSS和垂直信号线LSGN14之间。

源极跟随晶体管SF5S-Tr的栅极与保持节点ND26连接，选择晶体管SEL4S-Tr由通过控制线而被施加到栅极的控制信号SEL14控制。

选择晶体管SEL4S-Tr在控制信号SEL4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SF5S-Tr将与第四信号保持电容器CS22的保持电压对应的列输出的读取电压(VSIG)输出到垂直信号线LSGN14。

由此，在本第一实施方式的固体摄像装置10中，在作为像素信号存储器的信号保持部220，以电压模式在所有像素中同时对像素信号进行采样，将与保持在第一信号保持电容器CR21、第二信号保持电容器CS21、第三信号保持电容器CR22以及第四信号保持电容器CS22中的读取信号对应的转换信号读取到垂直信号线LSGN11～14，并提供给列读取电路40。

在像素部20中，通过所有像素同时使用复位晶体管RST1-Tr及传输晶体管TG1-Tr来复位光电二极管，从而所有像素同时并行地开始曝光。又，在规定的曝光期间结束之后，通过使用传输晶体管TG1-Tr由信号保持部220对来自光电转换读取部210的输出信号进行采样，从而所有像素同时并行地结束曝光。由此，以电子方式实现完全的快门动作。

此外，上述信号保持部220的构成为一个示例，只要是具备在全局快门期间，保持上述光电转换读取部210输出的读取亮度信号(VSIG)以及读取复位信号(VRST)的功能的电路，其构成不受限制。

垂直扫描电路30根据定时控制电路60的控制，通过行扫描控制线在快门行及读取行中驱动像素200的光电转换读取部210以及信号保持部220。

又，垂直扫描电路30根据地址信号，输出读取信号的读取行及对光电二极管PD中存储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可构成为包括多个列(Column)信号处理电路(未图示)，并由多个列信号处理电路执行列并列处理，这些列(Column)信号处理电路与像素部20的各列输出对应地配置。

在全局快门模式时，列读取电路40在垂直信号线LSGN11～14中对从像素200的信号保持部220读取的差动的像素信号Pixout(VSL)进行放大处理以及AD转换处理。

在此，像素信号Pixout(VSL)是指包括在全局快门模式时从像素(在本示例中，为像素200的光电转换读取部210，进一步为信号保持部220)依次读取的读取信号VSIG以及读取复位信号VRST的像素读取信号。

在本第一实施方式的固体摄像装置10中，列读取电路40形成为能够与动作模式、读取信号的信号形态(单端、差动等的信号)无关地由一个电路结构来共用。

列读取电路40例如包括放大器(AMP,Amplifier)以及ADC(模拟数字转换器，AD转换器)而构成。

水平扫描电路50扫描由列读取电路40的诸如ADC的多个列信号处理电路处理的信号，将其传送到水平方向，并将其输出到未图示的信号处理电路。

定时控制电路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定时信号。

在本第一实施方式中，例如在全局快门模式时，读取部70激活像素阵列230以及保持部阵列240以读取像素信号Pixout。

读取部70在滚动快门模式以及全局快门模式时，进行与模式动作对应的读取控制。

读取部70可根据场景切换是否以第一转换增益读取模式CGRM1及第二转换增益读取模式CGRM2来进行动作。

读取部70在滚动快门(RS)模式下动作时的第一转换增益读取模式CGRM1中,切换为可在低照度及中照度中的至少任意一个照度场景中动作,并且在滚动快门(RS)模式下动作时的第二转换增益读取模式CGRM2中,切换为可在高照度的照度场景中动作。

(固体摄像装置10的读取动作)

以上，对固体摄像装置10的各部的特征性构成以及功能进行了说明。

接着，对本第一实施方式的固体摄像装置10的滚动快门(RS)模式时以及全局快门(GS)模式时的像素信号的读取动作的概要进行说明。

以下，如上所述，将举出五个示例并参照时序图来对滚动快门模式时的读取动作、举出三个示例并参照时序图来对全局快门模式时的读取动作进行说明。

(RS模式时的第一转换增益读取模式(双转换增益读取模式)以及第二转换增益读取模式(低转换增益读取模式)下的读取处理)

图4的(A)～(E)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第一转换增益读取模式(双转换增益读取模式)下的读取序列的一个示例的时序图。

图5的(A)～(E)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第二转换增益读取模式(低转换增益读取模式)下的读取序列的一个示例的时序图。

图4及图5的(A)示出了第一复位晶体管RST11-Tr的控制信号RST，图4及图5的(B)示出了第二存储晶体管SG12-Tr的控制信号BIN2，图4及图5的(C)示出了第一存储晶体管SG11-Tr的控制信号BIN1，图4及图5的(D)示出了传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1，图4及图5的(E)示出了第二复位晶体管RST12-Tr的控制信号RST1。

(RS模式时的第一转换增益读取模式(双转换增益读取模式)下的读取处理)

在这种情况下，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr保持导通状态规定期间，并对浮置扩散层FD11、第一存储电容器SC11、第二存储电容器SC12以及光电二极管PD11进行复位。

然后，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr设为非导通状态，并开始曝光期间PEXP。

在开始曝光期间PEXP之后，读取部70将复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr以及第二存储晶体管SG12-Tr保持导通状态规定期间，并对浮置扩散层FD11进行复位。

接着，将复位晶体管RST11-Tr切换为非导通状态,同时将第二存储晶体管SG12-Tr切换为非导通状态,并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD及第一存储电容器SC11的第一电容C1确定的第一低转换增益LCG1。

由此，读取部70进行第一低转换增益复位读取处理LCG1-RST。

接着，将存储晶体管SG11-Tr切换为非导通状态，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD确定的第一高转换增益HCG1。

由此，读取部70进行第一高转换增益复位读取处理HCG1-RST。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第一传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，在第一传输期间之后的第一读取期间进行第一高转换增益信号读取处理HCG1-SIG。

接着，将存储晶体管SG11-Tr切换为导通状态，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD及第一存储电容器SC11的第一电容C1确定的第一低转换增益LCG1。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第二传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，在第二传输期间之后的第二读取期间进行第一低转换增益信号读取处理LCG1-SIG。

(RS模式时的第二转换增益读取模式(低转换增益读取模式)下的读取处理)

在这种情况下，读取部70同样将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr保持导通状态规定期间，并对浮置扩散层FD11、第一存储电容器SC11、第二存储电容器SC12以及光电二极管PD11进行复位。

然后，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr设为非导通状态，并开始曝光期间PEXP。

在开始曝光期间PEXP之后，读取部70使复位晶体管RST11-Tr维持非导通状态，将第一存储晶体管SG11-Tr以及第二存储晶体管SG12-Tr切换为导通状态一期间，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD、第一存储电容器SC11的第一电容C1及第二存储电容器SC12的第二电容C2确定的第二低转换增益LCG2。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态。

此时，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中的至少第二低转换增益信号读取处理LCG2-SIG以及第二低转换增益复位读取处理LCG2-RST中，将使传输晶体管TG11-Tr保持为非导通状态的电平保持为进一步增强的电平，例如，保持为负电平(负电压)VM，以抑制读取中的溢出电荷。

接着，读取部70在传输期间之后的读取期间进行第二低转换增益信号读取处理LCG2-SIG。

接着，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr切换为导通状态，并对浮置扩散层FD11进行复位。

接着，将复位晶体管RST11-Tr切换为非导通状态，在之后的读取期间进行第二低转换增益复位读取处理LCG2-RST。

(RS模式时的第一可选处理例)

图6的(A)～(E)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第一可选处理例的时序图。

图6的(A)示出了第一复位晶体管RST11-Tr的控制信号RST，图6的(B)示出了第二存储晶体管SG12-Tr的控制信号BIN2，图6的(C)示出了第一存储晶体管SG11-Tr的控制信号BIN1，图6的(D)示出了传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1，图6的(E)示出了第二复位晶体管RST12-Tr的控制信号RST1。

在这种情况下，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr保持导通状态规定期间，并对浮置扩散层FD11、第一存储电容器SC11、第二存储电容器SC12以及光电二极管PD11进行复位。

然后，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr设为非导通状态，并开始曝光期间PEXP。

在开始曝光期间PEXP之后，读取部70将复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr以及第二存储晶体管SG12-Tr保持导通状态规定期间，并对浮置扩散层FD11进行复位。

接着，将复位晶体管RST11-Tr切换为非导通状态,并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD、第一存储电容器SC11的第一电容C1及第二存储电容器SC12的第二电容C2确定的第三低转换增益LCG3。

由此，读取部70进行第三低转换增益复位读取处理LCG3-RST。

接着，读取部70将第二存储晶体管SG12-Tr切换为非导通状态，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD及第一存储电容器SC11确定的第一中转换增益MCG1。

由此，读取部70进行第一中转换增益复位读取处理MCG1-RST。

接着，读取部70将第一存储晶体管SG11-Tr切换为非导通状态，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD确定的第一高转换增益HCG1。

由此，读取部70进行第一高转换增益复位读取处理HCG1-RST。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第一传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，并在第一传输期间之后的第一读取期间进行第一高转换增益信号读取处理HCG1-SIG。

接着，将第一存储晶体管SG11-Tr切换为导通状态,并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD及第一存储电容器SC11的第一电容C1确定的第一中转换增益MCG1。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第二传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，并在第二传输期间之后的第二读取期间进行第一中转换增益信号读取处理MCG1-SIG。

接着，将存储晶体管SG12-Tr切换为导通状态,并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD、第一存储电容器SC11的第一电容C1及第二存储电容器SC12的第二电容C2确定的第三低转换增益LCG3。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第三传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，并在第三传输期间之后的第三读取期间进行第三低转换增益信号读取处理LCG3-SIG。

根据该第一可选处理例,光电二极管PD11的FWC大于CFD+C1的FWC,因此可有效地增强动态范围。

(RS模式时的第二可选处理例)

图7的(A)～(E)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第二可选处理例的时序图。

图7的(A)示出了第一复位晶体管RST11-Tr的控制信号RST，图7的(B)示出了第二存储晶体管SG12-Tr的控制信号BIN2，图7的(C)示出了第一存储晶体管SG11-Tr的控制信号BIN1，图7的(D)示出了传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1，图7的(E)示出了第二复位晶体管RST12-Tr的控制信号RST1。

在这种情况下，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr保持导通状态规定期间，并对浮置扩散层FD11、第一存储电容器SC11、第二存储电容器SC12以及光电二极管PD11进行复位。

然后，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr设为非导通状态，并开始曝光期间PEXP。

在开始曝光期间PEXP之后，读取部70将复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr以及第二存储晶体管SG12-Tr保持为非导通状态，并将浮置扩散层FD11保持为复位状态。

由此，将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD确定的第二高转换增益HCG2。

然后，读取部70进行第二高转换增益复位读取处理HCG2-RST。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第一传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，并在第一传输期间之后的第一读取期间进行第二高转换增益信号读取处理HCG2-SIG。

读取部70将复位晶体管RST11-Tr保持为非导通状态，并将第一存储晶体管SG11-Tr以及第二存储晶体管SG12-Tr切换为导通状态，将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD、第一存储电容器SC11的第一电容C1及第二存储电容器SC12的第二电容C2确定的第三低转换增益LCG3。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第二传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态。

此时，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中的至少第三低转换增益信号读取处理LCG3-SIG以及第三低转换增益复位读取处理LCG3-RST中，将使传输晶体管TG11-Tr保持为非导通状态的电平保持为进一步增强的电平，例如，保持为负电平(负电压)VM，以抑制读取中的溢出电荷。

接着，读取部70在第二传输期间之后的第二读取期间进行第三低转换增益信号读取处理LCG3-SIG。

接着，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr切换为导通状态，并对浮置扩散层FD11进行复位。

接着，将复位晶体管RST11-Tr切换为非导通状态，并在之后的读取期间进行第三低转换增益复位读取处理LCG3-RST。

(RS模式时的第三可选处理例)

图8的(A)～(E)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第三可选处理例的时序图。

图9的(A)及(B)是表示在本发明第一实施方式的固体摄像装置的第三可选处理例中的转换增益读取中利用及不利用溢出电荷的情况下的光电转换特性的图。

图8的(A)示出了第一复位晶体管RST11-Tr的控制信号RST，图8的(B)示出了第二存储晶体管SG12-Tr的控制信号BIN2，图8的(C)示出了第一存储晶体管SG11-Tr的控制信号BIN1，图8的(D)示出了传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1，图8的(E)示出了第二复位晶体管RST12-Tr的控制信号RST1。

在这种情况下，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr保持导通状态规定期间，并对浮置扩散层FD11、第一存储电容器SC11、第二存储电容器SC12以及光电二极管PD11进行复位。

然后，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr设为非导通状态，并开始曝光期间PEXP。

在开始曝光期间PEXP之后，读取部70将复位晶体管RST11-Tr保持为非导通状态，并将第一存储晶体管SG11-Tr以及第二存储晶体管SG12-Tr切换为导通状态一期间，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD、第一存储电容器SC11的第一电容C1及第二存储电容器SC12的第二电容C2确定的第三低转换增益LCG3。

此时，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中的至少第三低转换增益信号读取处理LCG3-SIG以及第三低转换增益复位读取处理LCG3-RST中，将使传输晶体管TG11-Tr保持为非导通状态的电平保持为进一步增强的电平，例如，保持为负电平(负电压)VM，以抑制读取中的溢出电荷。

接着，读取部70进行第三低转换增益溢出(OF)信号读取处理LCG3OF-RST。

接着，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr切换为导通状态，并对浮置扩散层FD11进行复位。

接着，将复位晶体管RST11-Tr切换为非导通状态，并在之后的读取期间进行第三低转换增益OF复位读取处理LCG3OF-RST。

接着，读取部70将第一存储晶体管SG11-Tr以及第二存储晶体管SG12-Tr切换为非导通状态，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD确定的第二高转换增益HCG2。

由此，读取部70进行第二高转换增益复位读取处理HCG2-RST。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，并在传输期间之后的读取期间进行第二高转换增益信号读取处理HCG2-SIG。

根据本第三可选处理例，可通过分别使用低转换增益(LCG)信号和高转换增益(HCG)信号来实现大饱和及小暗噪声。

(RS模式时的第四可选处理例)

图10的(A)～(E)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第四可选处理例的时序图。

图10的(A)示出了第一复位晶体管RST11-Tr的控制信号RST，图10的(B)示出了第二存储晶体管SG12-Tr的控制信号BIN2，图10的(C)示出了第一存储晶体管SG11-Tr的控制信号BIN1，图10的(D)示出了传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1，图10的(E)示出了第二复位晶体管RST12-Tr的控制信号RST1。

在这种情况下，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr保持导通状态规定期间，并对浮置扩散层FD11、第一存储电容器SC11、第二存储电容器SC12以及光电二极管PD11进行复位。

然后，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr、第一存储晶体管SG11-Tr、第二存储晶体管SG12-Tr以及传输晶体管TG11-Tr设为非导通状态，并开始曝光期间PEXP。

在开始曝光期间PEXP之后，读取部70将第一存储晶体管SG11-Tr保持为导通状态规定期间，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD及第一存储电容器SC11的第一电容C1确定的第一中转换增益MCG1。

由此，读取部70进行第一中转换增益复位读取处理MCG1-RST。

接着，读取部70将第一存储晶体管SG11-Tr切换为非导通状态，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD确定的第一高转换增益HCG1。

由此，读取部70进行第一高转换增益复位读取处理HCG1-RST。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第一传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，并在第一传输期间之后的第一读取期间进行第一高转换增益信号读取处理HCG1-SIG。

接着，将第一存储晶体管SG11-Tr切换为导通状态，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD及第一存储电容器SC11的第一电容C1确定的第一中转换增益MCG1。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第二传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态，并在第二传输期间之后的第二读取期间进行第一中转换增益信号读取处理MCG1-SIG。

接着，将存储晶体管SG12-Tr切换为导通状态，并将浮置扩散层FD11的增益设定为由FD电容CFD、第一存储电容器SC11的第一电容C1及第二存储电容器SC12的第二电容C2确定的第四低转换增益LCG4。

接着，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为导通状态规定的第三传输期间，并将光电二极管PD11的存储电荷传输到浮置扩散层FD11。

然后，读取部70将传输晶体管TG11-Tr切换为非导通状态。

此时，读取部70在第二转换增益读取模式CGRM2中的至少第四低转换增益信号读取处理LCG4-SIG以及第四低转换增益复位读取处理LCG4-RST中，将使传输晶体管TG11-Tr保持为非导通状态的电平保持为进一步增强非导通状态的电平，例如，保持为负电平(负电压)VM，以抑制读取中的溢出电荷。

接着，读取部70在第三传输期间之后的第三读取期间进行第四低转换增益信号读取处理LCG4-SIG。

接着，读取部70将第一复位晶体管RST11-Tr切换为导通状态，并对浮置扩散层FD11进行复位。

接着，将复位晶体管RST11-Tr切换为非导通状态，并在之后的读取期间进行第四低转换增益复位读取处理LCG4-RST。

根据该第四可选处理例,光电二极管PD11的FWC大于CFD+C1的FWC,因此可有效地增强动态范围。

(GS模式时的处理例)

接着，将举出三个示例并参照时序图来对全局快门模式时的处理进行说明。

(GS模式时的第一处理例)

图的11(A)～(G)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的全局快门模式时的第一处理例的时序图。

图11的(A)示出了选择晶体管SEL11-Tr的控制信号SEL，图11的(B)示出了第二复位晶体管RST12-Tr的控制信号RST1，图11的(C)示出了第一复位晶体管RST11-Tr的控制信号RST，图11的(D)示出了第一存储晶体管SG11-Tr的控制信号BIN1，图11的(E)示出了第二存储晶体管SG12-Tr的控制信号BIN2，图11的(F)示出了传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1，图11的(G)示出了溢流栅极AB11-Tr的控制信号AB1。

在该第一处理中，读取部70能够使用第一电容C1及第二电容C2中的第一电容C1来进行全局快门(GS)动作，并能够设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD及第一电容C1确定的第五中转换增益MCG5。

然后，在全局快门(GS)动作中，读取部70在第二复位晶体管RST12-Tr对浮置扩散层FD11进行复位处理的前后，依次进行第五中转换增益信号读取处理MCG5-SIG以及第五中转换增益复位读取处理MCG5-RST。

在GS模式时的第一处理中，读取部70在全局快门(GS)的曝光期间PEXP的后半段，通过第二复位晶体管RST12-Tr进行对齐浮置扩散层FD11的复位电平的处理，然后，对浮置扩散层FD11以及第一电容C1进行复位,并将存储电荷传输到浮置扩散层FD11以及第一电容C1。

读取部70在读取处理待机PWRD中，将第一存储晶体管SG11-Tr切换为非导通状态规定期间，并在停止(禁止)接入第一电容C1的状态下，对浮置扩散层FD11进行复位以去除浮置扩散层FD11的寄生光灵敏度(PLS)。

根据本第一处理，能够以高饱和实现全局快门(GS)。

(GS模式时的第二处理例)

图12的(A)～(G)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的全局快门模式时的第二处理例的时序图。

图12的(A)示出了选择晶体管SEL11-Tr的控制信号SEL，图12的(B)示出了第二复位晶体管RST12-Tr的控制信号RST1，图12的(C)示出了第一复位晶体管RST11-Tr的控制信号RST，图12的(D)示出了第一存储晶体管SG11-Tr的控制信号BIN1，图12的(E)示出了第二存储晶体管SG12-Tr的控制信号BIN2，图12的(F)示出了传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1，图12的(G)示出了溢流栅极AB11-Tr的控制信号AB1。

在该第二处理中，读取部70能够使用第一电容C1及第二电容C2来进行全局快门(GS)动作，并设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1及第二电容C2确定的第五低转换增益LCG5。

然后，在全局快门(GS)动作中，读取部70依次进行第五低转换增益信号读取处理LCG5-SIG以及第五低转换增益复位读取处理LCG5-RST。

在GS模式时的第二处理中，读取部70在全局快门(GS)的曝光期间PEXP的后半段，将存储电荷传输到浮置扩散层FD11、第一电容C1以及第二电容C2。

读取部70在读取处理待机PWRD中，对浮置扩散层FD11进行复位以去除寄生光灵敏度(PLS)。

(GS模式时的第三处理例)

图13的(A)～(G)是用于说明针对本发明第一实施方式的固体摄像装置的像素的全局快门模式时的第三处理例的时序图。

图13的(A)示出了选择晶体管SEL11-Tr的控制信号SEL，图13的(B)示出了第二复位晶体管RST12-Tr的控制信号RST1，图13的(C)示出了第一复位晶体管RST11-Tr的控制信号RST，图13的(D)示出了第一存储晶体管SG11-Tr的控制信号BIN1，图13的(E)示出了第二存储晶体管SG12-Tr的控制信号BIN2，图13的(F)示出了传输晶体管TG11-Tr的控制信号TG1，图13的(G)示出了溢流栅极AB11-Tr的控制信号AB1。

在该第三处理中，读取部70能够使用第一电容C1及第二电容C2中的第一电容C1来进行全局快门(GS)动作，并设定和切换由浮置扩散层FD11的电容CFD及第一电容C1确定的第五高转换增益HCG5。

然后，在全局快门(GS)动作中，读取部70依次进行第五高转换增益信号读取处理HCG5-SIG以及第五高转换增益复位读取处理HCG5-RST。

在GS模式时的第三处理中，读取部70在全局快门(GS)的曝光期间PEXP的后半段，通过第二复位晶体管RST12-Tr进行对齐浮置扩散层FD11的复位电平的处理，然后，对浮置扩散层FD11以及第一电容C1进行复位,并将存储电荷传输到浮置扩散层FD11以及第一电容C1。

读取部70在读取处理待机PWRD中，将第一存储晶体管SG11-Tr切换为非导通状态规定期间，并在停止(禁止)接入第一电容C1的状态下，对浮置扩散层FD11进行复位以去除浮置扩散层FD11的寄生光灵敏度(PLS)。

根据本第一、第二以及第三处理，由于在读取自行之前的电荷保持中进行浮置扩散层的PLS去除,因此能够减少阴影。

如上述说明，根据本第一实施方式，在固体摄像装置10中，矩阵状地配置在像素部20的像素200例如包括光电转换读取部210以及信号保持部220，其具备滚动快门(RS)的动作功能和全局快门(GS)的动作功能，能够任意选择滚动快门(RS)以及全局快门(GS)的像素动作模式，而且，能够根据场景切换读取转换增益不同的信号的转换增益读取模式。

如图2所示，光电转换读取部210具有作为光电转换元件的光电二极管PD11、作为传输元件的传输晶体管TG11、以及浮置扩散层FD11，所述光电二极管PD11在存储期间存储由光电转换所产生的电荷，所述传输晶体管TG11能够在存储期间之后的传输期间传输存储在光电二极管PD11的电荷，所述浮置扩散层FD11通过传输晶体管TG11传输由光电二极管PD11存储的电荷。

另外，光电转换读取部210包括转换信号读取部211而构成，所述转换信号读取部211能够以第一转换增益读取模式CGRM1及第二转换增益读取模式CGRM2进行动作，根据转换增益放大并输出转换后的电压信号，所述第一转换增益读取模式CGRM1能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与浮置扩散层FD11的电容CFD以及第一电容C1相关联，所述第二转换增益读取模式CGRM2能够读取与至少一个转换增益对应的信号，所述至少一个转换增益与浮置扩散层FD11的电容CFD、第一电容C1以及相对于这些电容足够大的第二电容C2相关联。

在本第一实施方式中，读取部70能够根据场景(例如，照度的大小(强度))来切换是否以第一转换增益读取模式CGRM1及第二转换增益读取模式CGRM2进行动作。

在本第一实施方式中，能够通过在低照度到中照度时使用第一转换增益读取模式(例如，双转换增益读取模式)CGRM1、在高照度时使用第二转换增益读取模式CGRM2，最小化在高转换增益(HCG)信号和低转换增益(LCG)信号的耦合点处的SNR的下降，并实现大饱和及小暗噪声。

在本第一实施方式中，读取部70能够在滚动快门(RS)模式下动作时切换第一转换增益读取模式CGRM1及第二转换增益读取模式CGRM2。

读取部70在滚动快门(RS)模式下动作时的第一转换增益读取模式CGRM1中，切换为可在低照度以及中照度中的至少任意一个的照度场景中动作，在滚动快门(RS)模式下动作时的第二转换增益读取模式CGRM2中，切换为可在高照度的照度场景中动作。

因此，根据本第一实施方式，能够抑制转换增益不同的信号彼此的耦合点处的SNR的降低。

又，根据本第一实施方式，能够以小的像素尺寸通过规定的读取模式增强动态范围。

根据本第一实施方式，能够实质上地实现高动态范围化。

即，根据本第一实施方式，能够任意选择滚动快门以及全局快门的像素动作模式，并且能够根据场景切换读取转换增益不同的信号的转换增益读取模式。

从而，根据本发明，能够最小化在高转换增益(HCG)信号和低转换增益(LCG)信号的耦合点处的SNR的下降，实现大饱和及小暗噪声。

(第二实施方式)

图14是表示本发明第二实施方式的固体摄像装置中的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

第二实施方式的固体摄像装置10A的像素200A的光电转换读取部210A与上述第一实施方式的固体摄像装置10的像素200的光电转换读取部210的不同点如下。

第一实施方式的光电转换读取部210作为基本构成元件包括：作为电容为第一电容C1的第一电容元件的第一存储电容器SC11、作为电容为第二电容C2的第二电容元件的第二存储电容器SC12、作为选择性地连接浮置扩散层FD11及第一存储电容器SC11的第一存储连接元件的第一存储晶体管SG11-Tr、以及作为选择性地连接浮置扩散层FD11及第二存储电容器SC12的第二存储连接元件的第二存储晶体管SG12-Tr。

并且，在光电转换读取部210中，第一存储晶体管SG11-Tr及第一存储电容器SC11的连接节点ND11与第二存储晶体管SG12-Tr连接，第二存储晶体管SG12-Tr及第二存储电容器SC12的连接节点ND12与第一复位晶体管RST11-Tr连接。

相对于此，在本第二实施方式的光电转换读取部210A中，作为基本构成元件的第一存储晶体管SG11-Tr连接在浮置扩散层FD11与第一存储电容器SC11之间，第二存储晶体管SG12-Tr连接在浮置扩散层FD11与第二存储电容器SC12之间(连接节点ND12)。

又，在第二实施方式中，第二复位晶体管RST12-Tr由溢流栅极晶体管AB11-Tr共用。

根据本第二实施方式，能够获得与上述第一实施方式的效果相同的效果。

(第三实施方式)

图15是表示本发明第三实施方式的固体摄像装置中的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

本第三实施方式的固体摄像装置10B的像素200B的光电转换读取部210B与上述第一实施方式的固体摄像装置10的像素200的光电转换读取部210的不同点如下。

第一实施方式的光电转换读取部210作为基本构成元件包括：作为电容为第一电容C1的第一电容元件的第一存储电容器SC11、作为电容为第二电容C2的第二电容元件的第二存储电容器SC12、作为选择性地连接浮置扩散层FD11及第一存储电容器SC11的第一存储连接元件的第一存储晶体管SG11-Tr、以及作为选择性地连接浮置扩散层FD11及第二存储电容器SC12的第二存储连接元件的第二存储晶体管SG12-Tr。

并且，在光电转换读取部210中，第一存储晶体管SG11-Tr及第一存储电容器SC11的连接节点ND11与第二存储晶体管SG12-Tr连接，第二存储晶体管SG12-Tr及第二存储电容器SC12的连接节点ND12与第一复位晶体管RST11-Tr连接。

相对于此，在本第三实施方式的光电转换读取部210B中，进一步具有作为第三存储连接元件的第三存储晶体管SG13-Tr，所述第三存储晶体管SG13-Tr选择性地连接第一存储晶体管SG11-Tr、第一存储电容器SC11的连接节点ND11以及第二存储电容器SC12。

并且，在光电转换读取部210B中，第二存储晶体管SG12-Tr连接在光电二极管PD11与第二存储电容器SC12之间，第一存储晶体管SG11-Tr、第一存储电容器SC11以及第三存储晶体管SC13-Tr的连接节点ND13与复位晶体管RST11-Tr连接。

根据本第三实施方式，能够获得与上述第一实施方式的效果相同的效果。

(第四实施方式)

图16是表示本发明第四实施方式的固体摄像装置中的像素的光电转换读取部的构成例的电路图。

本第四实施方式的固体摄像装置10C的像素200C的光电转换读取部210C与上述第一实施方式的固体摄像装置10的像素200的光电转换读取部210的不同点如下。

第一实施方式的光电转换读取部210作为基本构成元件包括：作为电容为第一电容C1的第一电容元件的第一存储电容器SC11、作为电容为第二电容C2的第二电容元件的第二存储电容器SC12、作为选择性地连接浮置扩散层FD11及第一存储电容器SC11的第一存储连接元件的第一存储晶体管SG11-Tr、以及作为选择性地连接浮置扩散层FD11及第二存储电容器SC12的第二存储连接元件的第二存储晶体管SG12-Tr。

并且，在光电转换读取部210中，第一存储晶体管SG11-Tr及第一存储电容器SC11的连接节点ND11与第二存储晶体管SG12-Tr连接，第二存储晶体管SG12-Tr及第二存储电容器SC12的连接节点ND12与第一复位晶体管RST11-Tr连接。

相对于此，在本第四实施方式的光电转换读取部210C中，进一步具有作为第三存储连接元件的第三存储晶体管SG14-Tr，所述第三存储晶体管SG14-Tr选择性地连接第二存储晶体管SG12-Tr以及第一存储电容器SC11。

并且，在光电转换读取部210C中，第一存储晶体管SG11-Tr连接在光电二极管PD11与第一存储电容器SC11之间，第二存储晶体管SG12-Tr及第三存储晶体管SC14-Tr的连接节点ND14与浮置扩散层FD11连接，第二存储晶体管SG12-Tr及第二存储电容器SC12的连接节点ND12与复位晶体管RST11-Tr连接。

根据本第四实施方式，能够获得与上述第一实施方式的效果相同的效果。

(第五实施方式)

图17是表示具有本发明第五实施方式的固体摄像装置中的像素共享结构的光电转换读取部的构成例的电路图。

第五实施方式的固体摄像装置10D的像素200D的光电转换读取部210D与上述第一实施方式的固体摄像装置10的像素200的光电转换读取部210的不同点如下。

本第五实施方式的固体摄像装置10D具有在相邻的多个(本实施方式中为四个)像素200-0、200-1、200-2、200-3中共享浮置扩散层FD11的像素共享结构。

本第五实施方式的固体摄像装置10D在相邻的像素200-0、200-1、200-2、200-3中共享作为第一连接元件的第一存储晶体管SG11-Tr以及作为第一电容元件的第一存储电容器SC11。

本第五实施方式的固体摄像装置10D在相邻的像素200-0、200-1、200-2、200-3中共享作为第二连接元件的第二存储晶体管SG12-Tr以及作为第二电容元件的第二存储电容器SC12。

本第五实施方式的固体摄像装置10D在相邻的像素200-0、200-1、200-2、200-3中共享作为第一复位元件的第一复位晶体管RST11-Tr以及作为第二复位元件的第二复位晶体管RST12-Tr。

又，在本示例的像素共享结构中，共享源极跟随晶体管SF11-Tr以及选择晶体管SEL11-Tr。

图18的(A)～(D)是用于说明具有本发明第五实施方式的像素共享结构的像素的使用方式的图。

在图18中，“3T-PD”表示为了高FWC读取而使电荷溢出到浮置扩散层FD的读取形态，“4T-PD”表示为了低噪声读取而使电荷溢出到电源电位Vdd(或VAAPIX)的读取形态。

图19的(A)～(D)是用于说明针对本发明第五实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第一转换增益读取模式(双转换增益读取模式)下的读取序列的一个示例的时序图。

图20的(A)～(D)是用于说明针对本发明第五实施方式的固体摄像装置的像素的滚动快门模式时的第二转换增益读取模式(低转换增益读取模式)下的读取序列的一个示例的时序图。

在本第五实施方式中，各共享像素200-0～200-3与光电二极管PD11连接，并具有能够将光电二极管PD11的电荷排出到浮置扩散层FD11的形成区域外方向的溢流栅极AB11-Tr。

并且，读取部70能够结合读取形态“3T-PD”和读取形态“4T-PD”来进行共享像素的读取控制，所述读取形态“3T-PD”使电荷溢出到浮置扩散层FD11，所述读取形态“4T-PD”使电荷溢出到浮置扩散层FD11的形成区域外，例如溢出到电源电位VAAPIX。

在图18的(B)中，四个共享像素中的两个像素进行“3T-PD”的读取，两个像素进行“4T-PD”的读取。

在图18的(C)中，四个共享像素中的三个像素进行“3T-PD”的读取，一个像素进行“4T-PD”的读取。

在图18的(D)中，四个共享像素中的一个像素进行“3T-PD”的读取，三个像素进行“4T-PD”的读取。

其它构成与上述第一实施方式相同。

根据本第五实施方式，不仅能够获得与上述第一实施方式的效果相同的效果，而且能够实现像素尺寸的缩小化，并实现电路结构的进一步简化。

(第六实施方式)

图21是表示具有本发明第六实施方式的固体摄像装置中的像素共享结构的光电转换读取部的构成例的电路图。

本第六实施方式的固体摄像装置10E的像素200E的光电转换读取部210E与上述第一实施方式的固体摄像装置10的像素200的光电转换读取部210的不同点如下。

本第六实施方式的固体摄像装置10E具有在相邻的多个(本实施方式中为四个)像素200-0、200-1、200-2、200-3中共享浮置扩散层FD11的像素共享结构。

本第六实施方式的固体摄像装置10E在相邻的像素200-0、200-1、200-2、200-3中共享作为第一连接元件的第一存储晶体管SG11-Tr以及作为第一电容元件的第一存储电容器SC11。

本第六实施方式的固体摄像装置10E在相邻的像素200-0、200-1、200-2、200-3中共享作为第二连接元件的第二存储晶体管SG12-Tr以及作为第二电容元件的第二存储电容器SC12。

本第六实施方式的固体摄像装置10E在相邻的像素200-0、200-1、200-2、200-3中共享作为第一复位元件的第一复位晶体管RST11-Tr。

又，在本示例的像素共享结构中，共享源极跟随晶体管SF11-Tr以及选择晶体管SEL11-Tr。

其它构成与上述第一实施方式相同。

根据本第六实施方式，不仅能够获得与上述第一实施方式的效果相同的效果，而且能够实现像素尺寸的缩小化，并实现电路结构的进一步简化。

(对电子设备的应用实例)

此外，以上说明的固体摄像装置10、10A～10E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22是表示搭载了应用本发明实施方式的固体摄像装置的相机系统的电子设备的构成的一个示例的图。

如图22所示，该电子设备300具有可应用本实施方式的固体摄像装置10、10A～10E的CMOS图像传感器310。

此外，电子设备300具有光学系统(透镜等)320，其将入射光引导至该CMOS图像传感器310的像素区域(成像被摄体像)。

电子设备300具有处理CMOS图像传感器310的输出信号的信号处理电路(PRC)330。

信号处理电路330对CMOS图像传感器310的输出信号实施规定的信号处理。

由信号处理电路330处理的图像信号可为各种形态，例如，可作为动画显示在由液晶显示器等构成的监视器上，或者也可以输出到打印机，还可以直接记录在存储卡等记录介质上等。

如上所述，作为CMOS图像传感器310，可通过搭载上述固体摄像装置10、10A～10E，来提供高性能、小型、低成本的相机系统。

并且，能够实现在相机的设置要件中存在安装尺寸、可连接电缆根数、电缆长度、设置高度等限制的用途中使用的例如监视用相机、医疗用内窥镜用相机等电子设备。

附图标记说明

10、10A～10E：固体摄像装置

20：像素部

200、200A：像素

PD11：光电二极管

FD11：浮置扩散层

TG11-Tr：传输晶体管

RST11-Tr：第一复位晶体管

RST12-Tr：第二复位晶体管

SF11-Tr：源极跟随晶体管

SG11-Tr：第一存储晶体管

SG12-Tr：第二存储晶体管

SC11：第一存储电容器

SC12：第二存储电容器

210、210A～210E：光电转换读取部

211：转换信号读取部

220：信号保持部

230：采样保持电路

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)