本申请发明包含关于日本专利申请jp20173245(2017年1月12日向日本专利局申请)的主题，将其内容援引于此。
本发明涉及固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。
背景技术：
作为利用检测光来产生电荷的光电变换元件的固体摄像装置(图像传感器)，有cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器以供实用
cmos图像传感器作为数字摄像机、视频摄像机、监视摄像机、医疗用内窥镜、个人计算机(pc)、便携电话等便携终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分而被广泛运用。
cmos图像传感器按每个像素具备具有光电二极管(光电变换元件)以及浮动扩散层(fd：floatingdiffusion)的fd放大器，其读出主流是列并列输出型，选择像素阵列中的某一行，同时向列(column)输出方向将它们读出。
然而，在cmos图像传感器中，进行按每个像素或每行依次扫描读出在光电二极管中生成且积蓄的光电荷的动作。
在该依次扫描、即作为电子快门而采用卷帘快门的情况下，不能使积蓄光电荷的曝光的开始时间以及结束时间在全部像素一致。因此，在依次扫描的情况下，存在在运动被摄体的摄像时在摄像图像出现失真这样的问题。
因此，在不能容许图像失真的高速运动的被摄体的摄像、需要摄像图像的同时性的传感用途中，作为电子快门而采用全局快门，其对像素阵列部中的全部像素在同一定时执行曝光开始和曝光结束。
作为电子快门而采用全局快门的cmos图像传感器在像素内例如设置将从光电变换读出部读出的信号保持在信号保持电容器的信号保持部。
在采用全局快门的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蓄在信号保持部的信号保持电容器中，之后依次读出，由此确保图像整体的同时性(例如参考非专利文献1)。
另外，该cmos图像传感器构成为，具有将光电变换读出部的输出绕开信号保持部而转送到信号线的旁路开关，除了全局快门功能以外还同时具有卷帘快门功能。
图1是表示采用全局快门的cmos图像传感器的像素的现有例的电路图。
图1的像素1包含光电变换读出部2以及信号保持部3而构成。
像素1的光电变换读出部2包含光电二极管(光电变换元件)和像素内放大器而构成。
并且，光电变换读出部2例如相对于光电变换元件即光电二极管pd1具有转送晶体管tg1-tr、复位晶体管rst1-tr、源极跟随器晶体管sf1-tr以及输出节点nd1。
由源极跟随器晶体管sf1-tr的源极侧形成输出节点nd1。
在源极跟随器晶体管sf1-tr的栅极连接浮动扩散fd1。
该输出节点nd1与信号保持部3的输入部间的信号线lsgn1例如由配置于信号保持部3的输入部的恒电流源i1驱动。
源极跟随器晶体管sf1-tr对输出节点nd1输出将浮动扩散fd1的电荷变换成与电荷量(电位)相应的电压信号的列输出的读出信号(vsig)以及读出复位信号(vrst)。
像素1的信号保持部3基本包含连接有由偏置晶体管bs1-tr形成的恒电流源i1的输入部3-1、采样保持部3-2、输出部3-3、节点nd2～nd4而构成。
采样保持部3-2具有：在全局快门期间将采样保持部3-2的信号保持电容器与光电变换读出部2的输出节点nd1选择性地连接的开关元件sw1；能保持从像素1的光电变换读出部2的输出节点nd1输出的信号的信号保持电容器c1、c2；和用于将节点nd4复位的复位晶体管rst3-tr。
开关元件sw1连接在输入节点nd2与节点nd3之间，该节点nd3与采样保持部3-2侧连接。
开关元件sw1在例如信号sh为高电平(h电平)的期间成为导通状态。
信号保持电容器c1连接在节点nd3与节点nd4之间。
信号保持电容器c2连接在节点nd4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nd4之间，由通过控制线施加到栅极的控制信号rst3控制。
复位晶体管rst3-tr在控制信号rst3为高电平的复位期间被选择而成为导通状态，将节点nd4(以及电容器c1、c2)复位成电源电压vdd的电源线vdd的电位。
输出部3-3包含在全局快门期间将保持于信号保持电容器c1、c2的信号按照保持电压输出的源极跟随器晶体管sf3-tr，将保持的信号选择性地经由选择晶体管sel3-tr输出到由恒电流源驱动的垂直信号线lsgn1。
源极跟随器晶体管sf3-tr和选择晶体管sel3-tr在电源线vdd与垂直信号线lsgn1之间串联连接。
在源极跟随器晶体管sf3-tr的栅极连接节点nd4，选择晶体管sel3-tr由通过控制线施加到栅极的控制信号sel3控制。
选择晶体管sel3-tr在控制信号sel3为高电平的选择期间被选择而成为导通状态。由此，源极跟随器晶体管sf3-tr将与信号保持电容器c1、c2的保持电压相应的列输出的读出电压(vrst、vsig)输出到垂直信号线lsgn1。
另外，在非专利文献1记载的层叠型cmos图像传感器中具有第1基板(pixeldie)和第2基板(asicdie)通过微凸块(连接部)连接而成的层叠结构。并且，在第1基板形成各像素的光电变换读出部，在第2基板形成各像素的信号保持部、信号线、垂直扫描电路、水平扫描电路、列读出电路等。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：j.aoki，etal.，”arolling-shutterdistortion-free3dstackedimagesensorwith-160dbparasiticlightsensitivityin-pixelstoragenode”isscc2013/session27/imagesensors/27.3.
非专利文献2：yusukeoike，et.al.，“an8.3m-pixel480fpsglobal-shuttercmosimagesensorwithgain-adaptivecolumnadcsand2-on-1stackeddevicestructure”，2016symposiumonvlsicircuitsanddigestoftechnicalpapers.
非专利文献3：torukondo，et.al.，”3-d-stacked16-mpixelglobalshuttercmosimagesensorusingreliablein-pixelfourmillionmicrobumpinterconnectionswith7.6-μmpitch”，isscc2016.
非专利文献4：guymeynants，et.al.，“backsideilluminatedglobalshuttercmosimagesensors”，iisw2011.
非专利文献5：yannickdewit，et.al.，”alownoiselowpowergloba1shuttercmospixelhavingsinglereadoutcapabilityandgoodshutterefficiency”，iisw2011.
然而，在上述的现有的具备全局快门功能的cmos图像传感器中，由于通过2个电容器c1、c2所进行的电荷分割来实现信号保持，因此存在采样增益在通常的电容构成中会成为0.5倍的问题。若增益成为0.5倍则光电变换后的结果的信号振幅就会减半，与后级的列放大器、ad变换器的噪声之比(s/n比)就会降低，一般存在画质(imagequality：iq)会降低的不利。
另外，为了用现有的cmos图像传感器来实现全局快门功能，将由光电二极管进行了光电变换的光信号电荷转送到相邻的信号保持部的存储节点并保存。
但是，由于光电变换部和电荷保存部存在于同一焦平面，因此若使用实现高灵敏度化的背面照射型的像素，就会存在寄生光灵敏度(parasiticlightsensitivity：pls)显著劣化问题。
另外，即使是表面照射型的像素，也存在多次在布线层反射的光入射到存储节点的现象、或者在基板深部光电变换后的电荷概率性地混入存储节点从而不能实现充分的pls性能作为摄像机的特定应用用途这样的问题。
例如，在非专利文献2所示的现有技术中，与像素相邻做出存储节点。在存储节点中，由于需要将在像素产生的电荷全部保持，因此存储节点自身也需要做得大，这会使像素开口率(灵敏度)和光电二极管自体的饱和电子数降低。
另外，虽然追加了感应在像素入射强的光时的电荷泄漏的溢出漏极晶体管，但也会由该晶体管招致灵敏度和饱和电子数的降低。
若将饱和电子数取得大，就需要大的存储节点。但是，虽然通过使存储节点面积增加，从而存储节点所能保持的电子数会增加，但反过来，光电二极管的饱和电子数和灵敏度就会降低，pls也会劣化。即，存在灵敏度、pls、饱和电子数成为折衷的状态这样大的问题。
进而，这些像素与过去开发出的卷帘快门用像素在结构构成上有很大不同，需要双重的像素开发，即，在不能直接使用以卷帘快门用像素开发的良好的像素等开发成本方面也存在问题。
另一方面，在非专利文献3所示的现有技术中，将cmos图像传感器层叠化，在光所入射的裸片(cis裸片)安装背面照射型的像素，其下的裸片(asic裸片)实现对来自像素的输出电压进行采样的电路。
在该构成中，cis裸片和asic裸片用像素级别下的裸片间过孔(via)实现电连接。
另外，通过对asic裸片的采样电路用金属布线层进行遮光，能完全遮挡从cis裸片透过的光。其结果是如下那样的卓越的图像传感器：实现了-160db的pls性能，用芯片结构和电子快门实现了现有的摄像机中的机械快门的同等以上的性能。
但是，在非专利文献3的采样电路构成中，存在采样增益在通常的电容构成中会成为0.5倍的问题。若增益成为0.5倍则光电变换后的结果的信号振幅就会减半，与后级的列放大器、ad变换器的噪声之比(s/n比)就会降低，一般存在画质(imagequality：iq)会降低的不利。
另一方面，虽然能通过使电容耦合与采样的电容比成为4∶1来将增益提高到0.8倍，但由于采样电容减少，因而会受到以信号保存期间按各行不同为原因的纵阴影的强烈影响，从而招致画质劣化。
另外，在非专利文献4所示的采样电路构成中，虽然针对纵阴影的耐性强，但也留下了采样增益会变得＜0.5倍的问题。
在使2个采样电容短路时，增益会因开关晶体管的沟道电容和对栅极端子电容而降低，且会使制造偏差引起的像素固定模式噪声增加。
进而，在非专利文献3、4中，用恒电流源驱动cis裸片的源极跟随器放大器。在该情况下，由于在每个像素具有恒电流源，因此即使是0.1μa这样小的电流在有10m像素的情况下也会瞬间流过1a。
在流过这样的大电流的情况下，裸片与封装间的引线框或布线中的寄生电感引起的di/dt噪声、寄生双极晶体管引起的闩锁会成为问题。
例如，在非专利文献5所示的现有技术中，将采样电容复位到0v，将该采样电容用作动态的电流源而驱动像素的源极跟随器放大器。由此，能抑制瞬间的电流且成为低消耗电力。
但是，由于驱动fd复位电压时的负载电容和驱动pd光信号电压时的负载电容不同，因此会产生调整环(setring)中的偏移的差异(调整环错误)，由于这按每个像素不同，因此会成为像素固定模式，招致画质劣化。为了使其缓和，虽然拉长采样期间即可，但在机器视觉用途中需要的全局快门中，要求高帧速率，因此拉长采样期间会成为问题。
技术实现要素：
本发明在于，提供能实现与用途相应的充分低的寄生光灵敏度且能抑制调整环错误、能减少像素固定模式的固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。
本发明的第1观点的固体摄像装置具有：像素部，其配置了包含光电变换读出部以及信号保持部的像素；读出部，其从所述像素部进行像素信号的读出；和第1信号线以及第2信号线，其输出所述信号保持部的保持信号，从所述像素读出的所述像素信号是至少包含从所述像素读出的读出信号以及读出复位信号的像素信号，所述像素的所述光电变换读出部至少包含：输出节点；光电变换元件，其在积蓄期间积蓄通过光电变换生成的电荷；转送元件，其能在转送期间转送积蓄在所述光电变换元件的电荷；浮动扩散，其通过所述转送元件转送由所述光电变换元件积蓄的电荷；第1源极跟随器元件，其将所述浮动扩散的电荷变换成与电荷量相应的电压信号，并将变换后的信号输出到所述输出节点；和复位元件，其在复位期间将所述浮动扩散复位到给定的电位，所述信号保持部包含：输入节点；第1信号保持电容器，其能保持从所述像素的所述光电变换读出部的输出节点输出并输入到所述输入节点的读出信号；第2信号保持电容器，其能保持从所述像素的所述光电变换读出部的输出节点输出并输入到所述输入节点的读出复位信号；第1开关元件，其将所述第1信号保持电容器与所述光电变换读出部的输出节点选择性地连接；第2开关元件，其将所述第2信号保持电容器与所述光电变换读出部的输出节点选择性地连接；第1输出部，其包含对应于保持电压输出保持于所述第1信号保持电容器的信号的第2源极跟随器元件，且将变换后的信号选择性地输出到所述第1信号线；和第2输出部，其包含对应于保持电压输出保持于所述第2信号保持电容器的信号的第3源极跟随器元件，且将变换后的信号选择性地输出到所述第2信号线。
本发明的第2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，其配置了包含光电变换读出部以及信号保持部的像素；读出部，其从所述像素部进行像素信号的读出；和第1信号线以及第2信号线，其输出所述信号保持部的保持信号，从所述像素读出的所述像素信号是至少包含从所述像素读出的读出信号以及读出复位信号的像素信号，所述像素的所述光电变换读出部至少包含：输出节点；光电变换元件，其在积蓄期间积蓄通过光电变换生成的电荷；转送元件，其能在转送期间转送积蓄在所述光电变换元件的电荷；浮动扩散，其通过所述转送元件转送由所述光电变换元件积蓄的电荷；第1源极跟随器元件，其将所述浮动扩散的电荷变换成与电荷量相应的电压信号，并将变换后的信号输出到所述输出节点；和复位元件，其在复位期间将所述浮动扩散复位到给定的电位，所述信号保持部包含：输入节点；第1信号保持电容器，其能保持从所述像素的所述光电变换读出部的输出节点输出并输入到所述输入节点的读出信号；第2信号保持电容器，其能保持从所述像素的所述光电变换读出部的输出节点输出并输入到所述输入节点的读出复位信号；第1开关元件，其将所述第1信号保持电容器与所述光电变换读出部的输出节点选择性地连接；第2开关元件，其将所述第2信号保持电容器与所述光电变换读出部的输出节点选择性地连接；第1输出部，其包含对应于保持电压输出保持于所述第1信号保持电容器的信号的第2源极跟随器元件，且将变换后的信号选择性地输出到所述第1信号线；和第2输出部，其包含对应于保持电压输出保持于所述第2信号保持电容器的信号的第3源极跟随器元件，且将变换后的信号选择性地输出到所述第2信号线，在所述固体摄像装置的驱动方法中，在读出所述像素的像素信号的情况下，将所述第1源极跟随器元件的漏极侧连接到电源电位，在从所述像素读出读出信号作为像素信号时，使所述信号保持部的所述第1开关元件导通给定期间，使该读出信号保持在所述第1信号保持电容器，在从所述像素读出读出复位信号作为像素信号时，使所述信号保持部的所述第2开关元件导通其他给定期间，使该读出复位信号保持在所述第2信号保持电容器，在所述第1开关元件以及第2开关元件保持于非导通状态的状态下，通过所述第1输出部将与读出信号对应的变换信号读出到所述第1信号线，并且通过所述第2输出部同时并列地将与读出复位信号对应的变换信号读出到所述第2信号线。
本发明的第3观点的电子设备具有：固体摄像装置；和光学系统，其在所述固体摄像装置成像被摄体像，所述固体摄像装置具有：像素部，其配置了包含光电变换读出部以及信号保持部的像素；读出部，其从所述像素部进行像素信号的读出；和第1信号线以及第2信号线，其输出所述信号保持部的保持信号，从所述像素读出的所述像素信号是至少包含从所述像素读出的读出信号以及读出复位信号的像素信号，所述像素的所述光电变换读出部至少包含：输出节点；光电变换元件，其在积蓄期间积蓄通过光电变换生成的电荷；转送元件，其能在转送期间转送在所述光电变换元件积蓄的电荷；浮动扩散，其通过所述转送元件转送由所述光电变换元件积蓄的电荷；第1源极跟随器元件，其将所述浮动扩散的电荷变换成与电荷量相应的电压信号，并将变换后的信号输出到所述输出节点；和复位元件，其在复位期间将所述浮动扩散复位到给定的电位，所述信号保持部包含：输入节点；第1信号保持电容器，其能保持从所述像素的所述光电变换读出部的输出节点输出并输入到所述输入节点的读出信号；第2信号保持电容器，其能保持从所述像素的所述光电变换读出部的输出节点输出并输入到所述输入节点的读出复位信号；第1开关元件，其将所述第1信号保持电容器与所述光电变换读出部的输出节点选择性地连接；第2开关元件，其将所述第2信号保持电容器与所述光电变换读出部的输出节点选择性地连接；第1输出部，其包含对应于保持电压输出保持于所述第1信号保持电容器的信号的第2源极跟随器元件，且将变换后的信号选择性地输出到所述第1信号线；和第2输出部，其包含对应于保持电压输出保持于所述第2信号保持电容器的信号的第3源极跟随器元件，且将变换后的信号选择性地输出到所述第2信号线。
发明效果
根据本发明，能实现与用途相应的充分低的寄生光灵敏度，并且能抑制调整环错误，能减少像素固定模式。
附图说明
图1是表示采用全局快门的cmos图像传感器的像素的现有例的电路图。
图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的构成例的框图。
图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的一例的电路图。
图4是用于对本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的像素部中的像素阵列进行说明的图。
图5是用于说明本发明的实施方式所涉及的固体摄像装置的像素部的列输出的读出系统的构成例的图。
图6是用于对本第1实施方式所涉及的固体摄像装置的层叠结构进行说明的图。
图7a～图7g是用于以本第1实施方式所涉及的固体摄像装置的给定快门模式时为主来说明像素部中的读出动作的时序图。
图8是表示本发明的第2实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
图9是表示本发明的第3实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
图10是表示本发明的第4实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
图11是表示本发明的第5实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
图12是表示本发明的第6实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
图13a～图13g是用于以本第6实施方式所涉及的固体摄像装置的全局快门模式时为主来说明像素部中的读出动作的时序图。
图14是表示应用本发明的实施方式所涉及的固体摄像装置的电子设备的构成的一例的图。
具体实施方式
以下与附图关联来说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)
图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置的构成例的框图。
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。
该固体摄像装置10如图2所示那样，作为主构成要素而具有作为摄像部的像素部20、垂直扫描电路(行扫描电路)30、读出电路(列读出电路)40、水平扫描电路(列扫描电路)50、以及定时控制电路60。
由这些构成要素当中的例如垂直扫描电路30、读出电路40、水平扫描电路50、以及定时控制电路60构成像素信号的读出部70。
在本第1实施方式中，固体摄像装置10在像素部20中包含光电变换读出部以及信号保持部作为像素，且构成为具有全局快门的动作功能的例如层叠型的cmos图像传感器。
在本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10中，如之后详述的那样，在作为像素信号存储器的信号保持部，在电压模式下在全部像素同时对像素信号进行采样，将与保持于第1以及第2信号保持电容器的读出信号对应的变换信号读出到第1信号线，并且同时并列地将与读出复位信号对应的变换信号读出到第2信号线，作为差动的信号提供给列读出电路40。
以下，详述固体摄像装置10的各部的构成以及功能的概要，特别详述像素部20的构成及功能、与其关联的读出处理、以及像素部20和读出部70的层叠结构等。
(像素和像素部20的构成)
图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置10的像素的一例的电路图。
配置于像素部20的像素21包含光电变换读出部211以及信号保持部212而构成。
并且，在本第1实施方式的像素部20中，与像素21对应地或与多个像素21对应地配置电源切换部22。
像素21的光电变换读出部211包含光电二极管(光电变换元件)和像素内放大器而构成。
具体地，该光电变换读出部211例如具有光电变换元件即光电二极管pd21。
对于该光电二极管pd21，分别各具有一个作为转送元件的转送晶体管tg1-tr、作为复位元件的复位晶体管rst1-tr、作为第1源极跟随器元件的源极跟随器晶体管sf1-tr、以及输出节点nd21。
如此，第1实施方式所涉及的像素21的光电变换读出部211包含转送晶体管tg1-tr、复位晶体管rst1-tr、以及源极跟随器晶体管sf1-tr的3晶体管(3tr)而构成。
本第1实施方式所涉及的光电变换读出部211的输出节点nd21与像素21的信号保持部212的输入部连接。
光电变换读出部211在全局快门模式时将作为像素信号的读出信号(信号电压)(vsig)以及读出复位信号(信号电压)(vrst)输出到信号保持部212。
在本第1实施方式中，第1垂直信号线lsgn11以及第2垂直信号线lsgn12在全局快门模式时被恒电流源ibias驱动。
光电二极管pd21产生、积蓄与入射光量相应的量的信号电荷(在此为电子)。
以下，说明信号电荷是电子且各晶体管是n型晶体管的情况，但也可以信号电荷是空穴(hole)，各晶体管是p型晶体管。
另外，本实施方式在多个光电二极管以及转送晶体管间共有各晶体管的情况下也是有效的。
光电变换读出部211的转送晶体管tg1-tr连接在光电二极管pd21与浮动扩散fd21之间，被通过控制线而施加到栅极的控制信号tg控制。
转送晶体管tg1-tr在控制信号tg为高(h)电平的转送期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管pd21进行光电变换并积蓄的电荷(电子)转送到浮动扩散fd21。
复位晶体管rst1-tr连接在电源电压vdd的电源线vdd与浮动扩散fd21之间，由通过控制线施加到栅极的控制信号rst控制。
复位晶体管rst1-tr在控制信号rst为高电平的复位期间被选择而成为导通状态，将浮动扩散fd21复位到电源电压vdd的电源线vdd的电位。
作为第1源极跟随器元件的源极跟随器晶体管sf1-tr，其源极与输出节点nd21连接，漏极侧经由电源线vddpix与电源切换部22连接，栅极与浮动扩散fd21连接。
该输出节点nd21与信号保持部212的输入部间的信号线lsgn13例如由配置于信号保持部212的电容器或恒电流源驱动。
源极跟随器晶体管sf1-tr在读出像素信号的情况下，源极通过电源切换部22而连接到电源电位vdd的电源线vdd。
在该情况下，源极跟随器晶体管sf1-tr向输出节点nd21输出将浮动扩散fd21的电荷变换成与电荷量(电位)相应的电压信号的列输出的读出信号(vsig1)以及读出复位信号(vrst1)。
源极跟随器晶体管sf1-tr在将信号保持部212的第1信号保持电容器以及第2信号保持电容器清空的情况下，漏极侧通过电源切换部22而连接到基准电位vss(例如接地电平的0v)。
在该情况下，源极跟随器晶体管sf1-tr的栅极(浮动扩散fd21)由复位晶体管rst1-tr复位成电源线vdd的电位。即，在将信号保持部212的第1信号保持电容器以及第2信号保持电容器清空的情况下，源极跟随器晶体管sf1-tr作为单纯的开关起作用。
像素21的信号保持部212基本包含包括输入节点nd22的输入部2121、采样保持部2122、第1输出部2123、第2输出部2124、以及保持节点nd23、nd24而构成。
输入部2121与光电变换读出部211的输出节点nd21经由第3信号线lsgn13连接，将从输出节点nd21输出的读出信号(vsig1)以及读出复位信号(vrst1)输入到采样保持部2122。
采样保持部2122包含作为第1开关元件的第1采样晶体管shs1-tr、作为第2开关元件的第2采样晶体管shr1-tr、第1信号保持电容器cs21、以及第2信号保持电容器cr21而构成。
第1采样晶体管shs1-tr连接在与第3信号线lsgn13连接的输入节点nd22与保持节点nd23之间。
第1采样晶体管shs1-tr在全局快门期间或信号保持电容器的清空期间将采样保持部2122的第1信号保持电容器cs21经由保持节点nd23与光电变换读出部211的输出节点nd21选择性地连接。
第1采样晶体管shs1-tr例如在控制信号shs为高电平的期间成为导通状态。
第1信号保持电容器cs21连接在保持节点nd23与基准电位vss之间。
第2采样晶体管shr1-tr连接在与第3信号线lsgn13连接的输入节点nd22与保持节点nd24之间。
第2采样晶体管shr1-tr在全局快门期间或信号保持电容器的清空期间将采样保持部2122的第2信号保持电容器cr21经由保持节点nd24与光电变换读出部211的输出节点nd21选择性地连接。
第2采样晶体管shr1-tr例如在控制信号shr为高电平的期间成为导通状态。
第2信号保持电容器cr21连接在保持节点nd24与基准电位vss之间。
另外，第1采样晶体管shs1-tr以及第2采样晶体管shr1-tr由mos晶体管、例如n沟道mos(nmos)晶体管形成。
第1输出部2123包含在全局快门期间对应于保持电压将基本保持于第1信号保持电容器cs21的信号输出的作为第2源极跟随器元件的源极跟随器晶体管sf2s-tr，将保持的信号选择性地经由选择晶体管sel1s-tr输出到由恒电流源ibias驱动的第1垂直信号线lsgn11。
源极跟随器晶体管sf2s-tr和选择晶体管sel1s-tr串联地连接在电源线vdd与第1垂直信号线lsgn11之间。
在源极跟随器晶体管sf2s-tr的栅极连接保持节点nd23，选择晶体管sel1s-tr由通过控制线施加至栅极的控制信号sel1控制。
选择晶体管sel1s-tr在控制信号sel1为高电平的选择期间被选择而成为导通状态。由此，源极跟随器晶体管sf2s-tr将与第1信号保持电容器cs21的保持电压相应的列输出的读出电压(vsig)输出到第1垂直信号线lsgn11。
第2输出部2124包含在全局快门期间对应于保持电压将基本保持于第2信号保持电容器cr21的信号输出的作为第3源极跟随器元件的源极跟随器晶体管sf3r-tr，将保持的信号选择性地经由选择晶体管sel2r-tr输出到由恒电流源ibias驱动的第2垂直信号线lsgn12。
源极跟随器晶体管sf3r-tr和选择晶体管sel2r-tr串联地连接在电源线vdd与第2垂直信号线lsgn12之间。
在源极跟随器晶体管sf3r-tr的栅极连接保持节点nd24，选择晶体管sel2r-tr由通过控制线施加到栅极的控制信号sel1控制。
选择晶体管sel2r-tr在控制信号sel1为高电平的选择期间被选择而成为导通状态。由此，源极跟随器晶体管sf3r-tr将与第2信号保持电容器cr21的保持电压相应的列输出的读出电压(vrst)输出到第2垂直信号线lsgn12。
如此，在本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10中，在作为像素信号存储器的信号保持部212，在电压模式下在全部像素同时对像素信号进行采样，将与保持于第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21的读出信号对应的变换信号读出到第1垂直信号线lsgn11，并且同时并列地将与读出复位信号对应的变换信号读出到第2垂直信号线lsgn12，作为差动的信号提供给列读出电路40。
另外，在本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10中，驱动光电变换读出部211的输出节点nd21与信号保持部212的输入部间的第3信号线lsgn13的恒电流源例如并未配置在信号保持部212的输入部2121，第3信号线lsgn13被由第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21提供的动态的电流源驱动。
第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21这两个电容器在清空期间被清空成0v，在与光电变换读出部211的源极跟随器晶体管sf1-tr处于连接状态时，由第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21提供电子。
因此，第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21作为动态的电流源起作用。
电源切换部22的输出连接到与光电变换读出部211的源极跟随器晶体管sf1-tr的漏极连接的电源线vddpix，对应于控制信号rdsel将电源线vddpix连接到电源电位vdd的电源线vdd或基准电位vss。
例如，在清空期间，控制信号rdsel被设定为低电平(l电平)，电源切换部22将电源线vddpix连接到基准电位vss。
另一方面，在全局快门期间，控制信号rdsel被设定为高电平，电源切换部22将电源线vddpix连接到电源电位vdd的电源线vdd。
具有以上那样的构成的像素21例如如图4所示那样排列成像素阵列，组合多个像素阵列来构成本第1实施方式所涉及的像素部20。
图4是用于说明本发明的第1实施方式所涉及的固体摄像装置10的像素部20中的像素阵列的图。
第1实施方式所涉及的固体摄像装置10的像素部20包含像素阵列230以及保持部阵列240而构成。
像素阵列230将多个像素21的光电变换读出部211排列成n行×m列的二维的矩阵状。
像素阵列230将多个像素21的光电变换读出部211排列成n行×m列的二维的矩阵状，使得例如能输出16∶9的纵横比的图像。
保持部阵列240将多个像素21的信号保持部212对应于像素阵列230排列成n行×m列的二维的矩阵状。
保持部阵列240与像素阵列230同样地将多个像素21的信号保持部212排列成n行×m列的二维的矩阵状，使得例如能输出16∶9的纵横比的图像。
固体摄像装置10在如后述那样具有第1基板(上基板)与第2基板(下基板)的层叠结构的情况下，在第1基板形成像素阵列230，在第2基板与像素阵列230对置地形成保持部阵列240。
在该情况下，保持部阵列240可以完全被金属布线层遮光。
像素部20在读出部70的控制下，在全局快门模式时将像素阵列230以及保持部阵列240激活来进行像素信号的读出。
在像素部20中，全部像素同时使用复位晶体管rst1-tr和转送晶体管tg1-tr来将光电二极管复位，由此全部像素同时并列地开始曝光。另外，在给定的曝光期间结束后，使用转送晶体管tg1-tr在信号保持部212对来自光电变换读出部的输出信号进行采样，由此全部像素同时并列地结束曝光。由此，在电子上实现完全的快门动作。
由于在像素部20配置n行×m列的像素，因此各控制线lsel、lrst、ltg分别有n条，第1垂直信号线lsgn11以及第2垂直信号线lsgn12分别有m条。
在图2中，将各行控制线表征为1条行扫描控制线。同样地，将各垂直信号线lsgn11、lsgn12表征为1条垂直信号线。
垂直扫描电路30对应于定时控制电路60的控制，在快门行以及读出行通过行扫描控制线进行像素21的光电变换读出部211以及信号保持部212的驱动。
另外，垂直扫描电路30按照地址信号来输出进行信号的读出的读取行和将积蓄于光电二极管pd的电荷复位的快门行的行地址的行选择信号。
列读出电路40可以包含对应于像素部20的各列输出来配置的多个列(column)信号处理电路(未图示)，且构成为能以多个列信号处理电路进行列并列处理。
列读出电路40在全局快门模式时在第1垂直信号线lsgn11以及第2垂直信号线lsgn12对从像素21的信号保持部212读出的差动的像素信号pixout(vsl)进行放大处理以及ad变换处理。
在此，像素信号pixout(vsl)是指包含全局快门模式时从像素(本例中是像素21的光电变换读出部211，进而是信号保持部212)依次读出的读出信号vsig以及读出复位信号vrst的像素读出信号。
在本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10中，列读出电路40形成为不管动作模式或读出信号的信号形态(单端、差动等信号)如何都能在一个电路构成中共用。
列读出电路40例如如图5所示那样包含放大器(amp、amplifier)41以及adc(模拟数字转换器；ad变换器)42而构成。
水平扫描电路50对由列读出电路40的adc等多个列信号处理电路处理过的信号进行扫描并将其向水平方向转送，输出到未图示的信号处理电路。
定时控制电路60生成像素部20、垂直扫描电路30、读出电路40、水平扫描电路50等的信号处理所需的定时信号。
在本第1实施方式中，读出部70例如在全局快门模式时将像素阵列230以及保持部阵列240激活来进行差动的像素信号pixout的读出。
(固体摄像装置10的层叠结构)
接下来，说明本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10的层叠结构。
图6是用于说明本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10的层叠结构的图。
本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10具有第1基板(上基板)110和第2基板(下基板)120的层叠结构。
固体摄像装置10例如在以晶片级进行贴合后形成为以切割方式切出的层叠结构的摄像装置。
在本示例中具有在第2基板120上层叠第1基板110的结构。
在第1基板110，以其中央部为中心形成排列了像素部20的各像素21的光电变换读出部211的像素阵列230(区域111)。
并且，在像素阵列230的周围，在图6的示例中是图中的上侧以及下侧，形成列读出电路40的一部分用的区域112、113。另外，列读出电路40的一部分可以构成为配置于像素阵列230的区域111的上侧以及下侧的任一者。
如此，在本第1实施方式中，在第1基板110基本以矩阵状形成像素21的光电变换读出部211。
在第2基板120，以其中央部为中心形成将与像素阵列230的各光电变换读出部211的输出节点nd21连接的各像素21的信号保持部212矩阵状排列的保持部阵列240(区域121)、和第1垂直信号线lsgn11以及第2垂直信号线lsgn12。
保持部阵列240也可以完全被金属布线层遮光。
并且，在保持部阵列240的周围，在图6的示例中是图中的上侧以及下侧，形成列读出电路40用的区域122、123。另外，列读出电路40可以构成为配置于保持部阵列240的区域121的上侧以及下侧的任一者。
另外，可以在保持部阵列240的侧部侧形成垂直扫描电路30用的区域、数字系统和输出系统的区域。
另外，在第2基板120还形成垂直扫描电路30、水平扫描电路50、以及定时控制电路60。
在这样的层叠结构中，第1基板110的像素阵列230的各光电变换读出部211的输出节点nd21和第2基板120的各像素21的信号保持部212的输入节点nd22例如如图3所示那样分别使用过孔(die-to-dievia，裸片到裸片过孔)或微凸块等进行电连接。
另外，第1基板110的源极跟随器晶体管sf1-tr的漏极侧的电源线vddpix和第2基板120的电源切换部22的输出侧例如如图3所示那样分别使用过孔(die-to-dievia，裸片到裸片过孔)或微凸块等进行电连接。
(固体摄像装置10的读出动作)
以上，说明了固体摄像装置10的各部的特征性的构成以及功能。
接下来，详述本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10的差动的像素信号的读出动作等。
图7a～图7g是用于以本第1实施方式所涉及的固体摄像装置的给定快门模式时为主来说明像素部中的读出动作的时序图。
图7a表示像素21的光电变换读出部211的复位晶体管rst1-tr的控制信号rst。图7b表示像素21的光电变换读出部211的转送晶体管tg1-tr的控制信号tg。
图7c表示电源切换部22的控制信号rdsel。
图7d表示像素21的信号保持部212的第2采样晶体管shr1-tr的控制信号shr。图7e表示像素21的信号保持部212的第1采样晶体管shs1-tr的控制信号shs。
图7f表示像素21的信号保持部212的选择晶体管sells-tr、sel2r-tr的控制信号sel1。
图7g表示像素21的信号保持部212的节点nd23、nd24以及电源电位的电平。
在图7a～图7g中，到时刻t1为止都是信号保持部212的第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21的清空期间clr。
在清空期间clr，像素21的光电变换读出部211的复位晶体管rst1-tr如图7a所示那样，在控制信号rst为高电平的期间被选择而成为导通状态，浮动扩散fd被复位到电源线vdd的电位。
并且，如图7c所示那样，电源切换部22的控制信号rdsel被设定为低电平，光电变换读出部211的源极跟随器晶体管sf1-tr的漏极侧的电源线vddpix处于与基准电位vss连接的状态。
在该情况下，源极跟随器晶体管sf1-tr的栅极(浮动扩散fd21)由复位晶体管rst1-tr复位到电源线vdd的电位，因而源极跟随器晶体管sf1-tr作为单纯的开关起作用。
另外，如图7d以及7e所示那样，信号保持部212的第2采样晶体管shr1-tr的控制信号shr以及第1采样晶体管shs1-tr的控制信号shs被设定为高电平，第1采样晶体管shs1-tr以及第2采样晶体管shr1-tr处于导通状态。
由此，信号保持部212的第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21被清空到0v。
并且，第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21这两个电容器在清空期间被清空到0v，在与光电变换读出部211的源极跟随器晶体管sf1-tr处于连接状态时，由第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21提供电子。
因此，第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21作为动态的电流源起作用。
接下来，在时刻t2，电源切换部22的控制信号rdsel被切换为高电平，光电变换读出部211的源极跟随器晶体管sf1-tr的漏极侧的电源线vddpix成为与电源电位vdd的电源线vdd连接的状态。
由此，源极跟随器晶体管sf1-tr作为通常的第1源极跟随器元件起作用。
在该状态下，在包含时刻t2的复位期间，复位晶体管rst1-tr在控制信号rst为高电平的期间被选择而成为导通状态。
并且，在控制信号rst为高电平期间中，浮动扩散fd21被复位到电源线vdd的电位。
在光电变换读出部211中，通过源极跟随器晶体管sf1-tr将浮动扩散fd21的电荷变换成与电荷量(电位)相应的电压信号，作为列输出的读出复位信号vrst从输出节点nd21输出。
之后，复位晶体管rst1-tr的控制信号rst被切换成低电平，复位晶体管rst1-tr成为非导通状态。
并且，在信号保持部212中，在包含时刻t3的给定期间，控制信号shr被切换成高电平，从而第2采样晶体管shr1-tr成为导通状态。
由此，从光电变换读出部211的输出节点nd21输出的读出复位信号vrst通过第3信号线lsgn13传输到对应的信号保持部212，通过第2采样晶体管shr1-tr保持在第2信号保持电容器cr21。其中，时刻t2和t3也可以同时。
在将读出复位信号vrst保持在第2信号保持电容器cr21后，在时刻t4，控制信号shr被切换成低电平，从而第2采样晶体管shr1-tr成为非导通状态。
接下来，时刻t4～t5间的给定期间成为转送期间。
在转送期间，在各光电变换读出部211中，转送晶体管tg1-tr在控制信号tg为高电平的期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管pd21进行光电变换并积蓄的电荷(电子)转送到浮动扩散fd21。
若转送期间结束，则转送晶体管tg1-tr的控制信号tg被切换成低电平，转送晶体管tg1-tr成为非导通状态。
在光电变换读出部211中，通过源极跟随器晶体管sf1-tr将浮动扩散fd21的电荷变换成与电荷量(电位)相应的电压信号，作为列输出的读出信号vsig从输出节点nd21输出。
另外，在保持部阵列240的全部的信号保持部212中进行如下的控制。
在信号保持部212中，在包含时刻t5的给定期间，控制信号shs被切换成高电平，从而第1采样晶体管shs1-tr被控制成导通状态。
由此，从光电变换读出部211的输出节点nd21输出的读出信号vsig通过第3信号线lsgn13传输到对应的信号保持部212，通过第1采样晶体管shs1-tr保持在第1信号保持电容器cs21。
在将读出信号vsig保持在第1信号保持电容器cs21后，控制信号shs被切换为低电平，从而第1采样晶体管shs1-tr成为非导通状态。
为了读出该状态下保持的信号，在时刻t7～t9间的给定期间选择保持部阵列240中的某一行，因此该被选择的行的各选择晶体管sel1s-tr、sel2r-tr的控制信号sel1被设定为高电平，从而该选择晶体管sel1s-tr以及sel2r-tr成为导通状态。
并且，并行地进行保持于第1信号保持电容器cs21的读出信号vsig的读出、和保持于第2信号保持电容器cr21的读出复位信号vrst的读出。
这时，在各信号保持部212中，利用将栅极连接到节点nd23的源极跟随器晶体管sf2s-tr，对应于与节点nd23连接的第1信号保持电容器cs21的保持电压，作为列输出的读出信号vsig输出到第1垂直信号线lsgn11，提供给读出电路40。
与此并行地，在信号保持部212中，利用将栅极连接到节点nd24的源极跟随器晶体管sf3r-tr，对应于与节点nd24连接的第2信号保持电容器cr21的保持电压，作为列输出的读出复位信号vrst输出到第2垂直信号线lsgn12，提供给读出电路40。
在该时刻t7～t9间的读出期间，控制信号rst被切换成高电平，复位晶体管rst1-tr保持在导通状态。
另外，在时刻t8，信号保持部212的第2采样晶体管shr1-tr的控制信号shr以及第1采样晶体管shs1-tr的控制信号shs被设定为高电平，第1采样晶体管shs1-tr以及第2采样晶体管shr1-tr保持在导通状态。
由此，能进行列读出电路40中的cdd处理，能除去源极跟随器元件(源极跟随器放大器)的偏移，并能除去1/f这样的低频噪声。
并且，例如在构成读出部70的一部分的列读出电路40中，进行针对以差动方式同时并列地提供的像素信号pixout的读出复位信号vrst和读出信号vsig的放大处理、ad变换处理，另外，取两信号的差分{vrst-vsig}来进行cds处理。
如以上说明的那样，根据本第1实施方式，像素部20构成为包含将多个像素21的光电变换读出部211以矩阵状配置的像素阵列230和将多个像素21的信号保持部212以矩阵状配置的保持部阵列240的、例如层叠型的cmos图像传感器。
并且，在作为像素信号存储器的信号保持部212，在电压模式下在全部像素同时对像素信号进行采样，将与保持于第1信号保持电容器cs21以及第2信号保持电容器cr21的读出信号对应的变换信号读出到第1信号线lsgn11，并且同时并列地将与读出复位信号对应的变换信号读出到第2信号线lsgn12，作为差动的信号提供给列读出电路40。
因此，根据本第1实施方式的固体摄像装置10，能实现与用途相应的充分的寄生光灵敏度，并且能抑制调整环错误，能减少像素固定模式。
更具体地，将保持部阵列240用金属布线层遮光，进而在电压模式下进行采样，由此以比pd的光信号电荷增加的电子数进行保存，因此特别能降低寄生光灵敏度(parasiticlightsensitivity：pls)。
另外，能防止采样电路中的增益的减少，与增益为0.5倍的现有构成相比，特别能在各级提高暗时(阴影)部的s/n比，进而能实现高画质化。
另外，能将过去需要8个的晶体管数削减到6个，能谋求小型化。
由于没有了对像素的源极跟随器晶体管进行驱动的恒电流源，能由采样电容动态地进行驱动，因此能谋求小型化、消耗电力的降低。
在动态地进行驱动的情况下，也能抑制调整环错误引起的像素固定模式的产生，进而能实现高画质化。
另外，能经由像素的源极跟随器晶体管将采样电容复位，能实现小型化。
另外，能经由像素的源极跟随器晶体管进行读出时的相关双采样动作，能实现小型化、高画质化。
不使pls特性劣化就能将现有的在高灵敏度下取较多饱和电子数的高性能的背面照射型4-traps构成用在像素中。
另外，通过从像素在电荷模式下进行转送，能使像素中的pd面积成为最大限，能提高量子化效率，进而能实现高灵敏度化。
另外，通过在列读出电路中进行差动输出，能使来自接地和电源的同相噪声(共模噪声)无效。
另外，根据本第1实施方式的固体摄像装置10，能防止构成的复杂化并能防止布局上的面积效率的降低。
另外，本第1实施方式所涉及的固体摄像装置10具有第1基板(上基板)110和第2基板(下基板)120的层叠结构。
因此，在本第1实施方式中，通过基本仅由nmos系的元件形成第1基板110侧、以及利用像素阵列将有效像素区域最大限地扩大，能将每成本的价值提高到最大限。
(第2实施方式)
图8是表示本发明的第2实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
本第2实施方式所涉及的固体摄像装置10a与上述的第1实施方式所涉及的固体摄像装置10的不同点如以下那样。
在本第2实施方式所涉及的固体摄像装置10a中，在信号保持部212a中，在输入节点nd22与基准电位vss之间连接作为恒电流源起作用的电流源用晶体管cs1-tr。
并且，对电流源用晶体管cs1-tr的栅极提供作为控制信号的偏置信号vgs。
偏置信号vgs在使电流源用晶体管cs1-tr作为恒电流源起作用时，以给定的电平提供，在不使电流源用晶体管cs1-tr作为恒电流源起作用(不使用)时，以低电平(0v)提供。
根据本第2实施方式，能得到与上述的第1实施方式的效果同样的效果。
(第3实施方式)
图9是表示本发明的第3实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
本第3实施方式所涉及的固体摄像装置10b与上述的第1实施方式所涉及的固体摄像装置10的不同点如下那样。
在本第3实施方式所涉及的固体摄像装置10b中，除了配置第1垂直信号线lsgn11、第2垂直信号线lsgn12以外，还配置与列读出电路40连接的第4垂直信号线(其他信号线)lsgn14，在信号保持部212c中，在输入节点nd22与第4垂直信号线lsgn14之间连接作为旁路开关部起作用的旁路晶体管bs1-tr。
并且，对旁路晶体管bs1-tr的栅极提供控制信号rsel。
控制信号rsel在卷帘快门模式时，在将读出像素信号绕开信号保持部212b的全局快门模式功能转送到第4垂直信号线lsgn14时，以给定的电平提供，在全局快门模式时，以低电平(0v)提供。
另外，旁路晶体管bs1-tr1还能不是连接在输入节点nd22与新设的第4垂直信号线lsgn14之间，而是构成为连接在输入节点nd22与第1垂直信号线lsgn11或第2垂直信号线lsgn12之间。
根据本第3实施方式，能得到与上述的第1实施方式的效果同样的效果。
(第4实施方式)
图10是表示本发明的第4实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
本第4实施方式所涉及的固体摄像装置10c与上述的第1、第2以及第3实施方式所涉及的固体摄像装置10、10a、10b的不同点如以下那样。
在本第4实施方式所涉及的固体摄像装置10c中，在像素的光电变换读出部211侧(第1基板110)配置第5垂直信号线lsgn15，在光电变换读出部211c中，在输出节点nd21与第5垂直信号线lsgn15之间连接作为选择元件起作用的选择晶体管sel3-tr。
并且，对选择晶体管sel3-tr的栅极提供控制信号rsel2。
控制信号rsel2在卷帘快门模式时，在将读出像素信号转送到第5垂直信号线lsgn15时，以给定的电平提供，在全局快门模式时，以低电平(0v)提供。
根据本第4实施方式，能得到与上述的第1实施方式的效果同样的效果。
(第5实施方式)
图11是表示本发明的第5实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
本第5实施方式所涉及的固体摄像装置10d与上述的第1、第2、第3以及第4实施方式所涉及的固体摄像装置10、10a、10b、10c的不同点如以下那样。
在本第5实施方式所涉及的固体摄像装置10d中，不是将像素的光电变换读出部211的复位晶体管rst1-tr以及作为第1源极跟随器元件的源极跟随器晶体管sf1-tr配置在第1基板110侧，而是配置在信号保持部212d侧，形成在第2基板120。
因此，在第1基板110仅配置光电二极管pd21和转送晶体管tg1-tr。
根据本第5实施方式，当然能得到与上述的第1实施方式的效果同样的效果，还由于在第1基板110仅形成1个晶体管，因而能实现更高的量子效率。
(第6实施方式)
图12是表示本发明的第6实施方式所涉及的固体摄像装置的像素的构成例的图。
本第6实施方式所涉及的固体摄像装置10e与上述的第1、第2、第3、第4以及第5实施方式所涉及的固体摄像装置10、10a、10b、10c、10d的不同点如以下那样。
在本第6实施方式所涉及的固体摄像装置10e中，在保持节点nd23与保持节点nd24之间连接作为平均化部的平均化用晶体管av1-tr。
并且，对平均化用晶体管av1-tr的栅极提供控制信号ckst。
控制信号ckst在并行地进行了保持于第1信号保持电容器cs21的读出信号vsig的读出和保持于第2信号保持电容器cr21的读出复位信号vrst的差动的读出后以高电平提供，之后并行地进行平均化后的信号的差动的读出。
(差动的全局快门模式时的读出动作)
接下来，说明第6实施方式所涉及的固体摄像装置10e中的差动的全局快门模式时的读出动作。
图13a～图13g是用于以本第6实施方式所涉及的固体摄像装置的全局快门模式时为主来说明像素部中的读出动作的时序图。
图13a表示像素21的光电变换读出部211的转送晶体管tg1-tr的控制信号tg。图13b表示像素21的光电变换读出部211的复位晶体管rst1-tr的控制信号rst。
图13c表示像素21的信号保持部212e的第2采样晶体管shr1-tr的控制信号shr。图13d表示像素21的信号保持部212e的第1采样晶体管shs1-tr的控制信号shs。图13e表示电源切换部22的控制信号rdsel。
图13f表示像素21的信号保持部212e的平均化用晶体管av1-tr的控制信号ckst。图13g表示像素21的信号保持部212e的选择晶体管sel1s-tr、sel2r-tr的控制信号sel1。
另外，电源切换部22的控制信号rdsel全部行同时并列地进行动作(切换)。
在全局快门模式时，像素阵列230是激活状态，成为来自输出节点nd21的电压信号能向信号保持部212e输出的状态。
在图13a～图13g中，时刻t11～t12是像素阵列230的全部光电变换读出部211中的光电二极管pd21以及浮动扩散fd21的复位期间以及电荷的积蓄期间tint。
另外，在该复位期间，对保持部阵列240的全部信号保持部212e的驱动进行控制的第1采样晶体管shs1-tr、第2采样晶体管shr1-tr的控制信号shs、shr被设定为高电平，第1采样晶体管shs1-tr以及第2采样晶体管shr1-tr被控制成导通状态。
另一方面，平均化用晶体管av1-tr的控制信号ckst、对选择晶体管sel1s-tr、sel2r-tr进行控制的控制信号sel1被设定为低电平，平均化用晶体管av1-tr、选择晶体管sel1s-tr、sel2r-tr被控制成非导通状态。
另外，控制电源切换部22的控制信号rdsel被设定为低电平，通过电源切换部22将电源线vddpix与基准电位vss连接。
在这样的状态下，在复位期间，复位晶体管rst1-tr在控制信号rst为高电平的期间被选择而成为导通状态。
并且，在控制信号rst为高电平期间中，转送晶体管tg1-tr在控制信号tg为高电平的期间被选择而成为导通状态，由光电二极管pd21进行光电变换并积蓄的电荷(电子)的积蓄节点与浮动扩散fd21成为导通状态，光电二极管pd21以及浮动扩散fd21被复位到电源线vdd的电位。
在光电二极管pd21的复位后，转送晶体管tg1-tr的控制信号tg被切换成低电平，转送晶体管tg1-tr成为非导通状态，在光电二极管pd21中开始光电变换后的电荷的积蓄。
这时，复位晶体管rst1-tr的控制信号rst保持在高电平，浮动扩散fd21保持在被复位到电源线vdd的电位不变的状态。
并且，由于复位期间的结束，因此复位晶体管rst1-tr的控制信号rst被切换到低电平，复位晶体管rst1-tr成为非导通状态。
另外，在光电变换读出部211中，与复位晶体管rst1-tr的控制信号rst被切换为低电平的控制同时并列地，在信号保持部212e中，第1采样晶体管shs1-tr、第2采样晶体管shr1-tr的控制信号shs、shr被切换为低电平。并且，在复位期间结束后，在电源切换部22和保持部阵列240的全部信号保持部212e中进行如下的控制。
在第1采样晶体管shs1-tr、第2采样晶体管shr1-tr的控制信号shs、shr被切换为低电平后，在电源切换部22中，控制信号rdsel被切换为高电平，电源线vddpix与电源电位vdd的电源线vdd连接。
并且，在信号保持部212e中，在包含时刻t12的给定期间将控制信号shr切换为高电平，从而将第2采样晶体管shr1-tr控制成导通状态。
由此，在时刻t12，从各光电变换读出部211的输出节点nd21输出的读出复位信号vrst通过第3信号线lsgn13被传输到对应的信号保持部212e，通过第2采样晶体管shr1-tr保持在第2信号保持电容器cr21。
在将读出信号vrst保持在第2信号保持电容器cr21之后，控制信号shr被切换为低电平，从而第2采样晶体管shr1-tr成为非导通状态。
在此，包含时刻t13的给定期间成为转送期间。
在转送期间，在各光电变换读出部211中，转送晶体管tg1-tr在控制信号tg为高电平的期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管pd21进行光电变换并积蓄的电荷(电子)转送到浮动扩散fd21。
若转送期间结束，则转送晶体管tg1-tr的控制信号tg被切换成低电平，转送晶体管tg1-tr成为非导通状态。
接下来，在保持部阵列240的全部信号保持部212e中进行如下的控制。
在信号保持部212e中，在包含时刻t14的给定期间将控制信号shs切换为高电平，从而第1采样晶体管shs1-tr被控制成导通状态。
由此，在时刻t14，从各光电变换读出部211的输出节点nd21输出的读出信号vsig通过第3信号线lsgn13被传输到对应的信号保持部212e，通过第1采样晶体管shs1-tr保持在第1信号保持电容器cs21。
在将读出信号vsig保持在第1信号保持电容器cs21后，控制信号shs被切换为低电平，从而第1采样晶体管shs1-tr成为非导通状态。
之后，在电源切换部22中，控制信号rdsel被切换为低电平，电源线vddpix与基准电位vss连接。
为了读出该状态下保持的信号，选择保持部阵列240中的某一行，因此该被选择的行的各选择晶体管sel1s-tr、sel2r-tr的控制信号sel1被设定为高电平，从而该选择晶体管sel1s-tr以及sel2r-tr成为导通状态。
并且，在时刻t15，并行地进行保持于第1信号保持电容器cs21的读出信号vsig的读出、和保持于第2信号保持电容器cr21的读出复位信号vrst的读出。
这时，在各信号保持部212e中，利用将栅极与节点nd23连接的源极跟随器晶体管sf2s-tr，对应于与节点nd23连接的第1信号保持电容器cs21的保持电压，作为列输出的读出信号vsig输出到第1垂直信号线lsgn11，作为差动的信号提供给读出电路40。
与此并行地，在各信号保持部212e中，利用将栅极与节点nd24连接的源极跟随器晶体管sf3r-tr，对应于与节点nd24连接的第2信号保持电容器cr21的保持电压，作为列输出的读出复位信号vrst输出到第2垂直信号线lsgn12，作为差动的信号提供给读出电路40。
接下来，在信号保持部212e中，在包含时刻t16的给定期间将控制信号ckst切换为高电平，从而平均化用晶体管av1-tr成为导通状态。
由此，进行选择行的复位电平和信号电平的平均化。
然后，在时刻t17，将保持于第1信号保持电容器cs21的读出信号vsig和保持于第2信号保持电容器cr21的读出复位信号vrst平均化，并行地进行信号的读出。
这时，在各信号保持部212e中，利用将栅极与节点nd23连接的源极跟随器晶体管sf2s-tr，对应于节点nd23中的平均化电压，作为列输出的平均化信号输出到第1垂直信号线lsgn11，并提供给列读出电路40。
与此并行地，在各信号保持部212e中，利用将栅极与节点nd24连接的源极跟随器晶体管sf3r-tr，对应于节点nd24中的平均化电压，作为列输出的平均化信号avsr输出到第2垂直信号线lsgn12，提供给列读出电路40。
在此，将输出从信号保持部212e读出的信号电平vs和复位电平vr的源极跟随器晶体管sf2s-tr、sf3r-tr的偏移分别设为vos1、vos2，得到如下的关系式。
(数学表达式1)
voutr(t15)-vouts(t15)＝vr+vos2-(vs+vos1)
voutr(t17)-vouts(t17)＝(vr+vs)/2+vos2-((vr+vs)/2+vos1)
voutr(t15)-vouts(t15)-{voutr(t17)-vouts(t17)}＝vr-vs
在此，voutr(t15)表示在时刻t15读出的复位信号电压，vouts(t15)表示在时刻t15读出的复位信号电压，voutr(t17)表示在时刻t17读出的复位信号电压，vouts(t17)表示在时刻t17读出的复位信号电压。
通过以上，通过在后级电路对差动信号进行cds处理，能除去源极跟随器晶体管sf2s-tr、sf3r-tr的偏移。
并且，在例如构成读出部70的一部分的列读出电路40中，在时刻t15同时并列地读出的读出信号vsig以及读出复位信号vrst、和在时刻t17读出的平均化信号avsr被作为第2像素信号pixout2而并列地提供。
例如在构成读出部70的一部分的列读出电路40中，进行针对读出信号vsig和读出复位信号vrst、以及平均化信号avsr的放大处理、ad变换处理，另外，取两信号的差分{vrst-vsig-avsr)}来进行cds处理。
以上说明的固体摄像装置10、10a～10e能在数字摄像机、视频摄像机、便携终端或监视用摄像机、医疗用内窥镜用摄像机等电子设备中作为摄像器件应用。
图14是表示搭载应用了本发明的实施方式所涉及的固体摄像装置的摄像机系统的电子设备的构成的一例的图。
本电子设备300如图14所示那样具有本实施方式所涉及的固体摄像装置10能应用的cmos图像传感器310。
进而，电子设备300具有将入射光引导到该cmos图像传感器310的像素区域(将被摄体像成像)的光学系统(镜头等)220。
电子设备200具有对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的输出信号实施给定的信号处理。
由信号处理电路330处理过的图像信号作为动态图像在由液晶显示器等构成的监视器映出，或者还能输出到打印机，另外还能直接记录于存储卡等记录介质等，能实现各种方式。
如上述那样，通过作为cmos图像传感器310而搭载前述的固体摄像装置10、10a～10e，能提供高性能、小型、低成本的摄像机系统。
并且，能实现使用在摄像机的设置的要件有安装尺寸、能连接线缆条数、线缆长度、设置高度等制约的用途中的例如监视用摄像机、医疗用内窥镜用摄像机等电子设备。