(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023183375
(43)【公開日】2023-12-27
(54)【発明の名称】固体撮像素子、および、撮像装置
(51)【国際特許分類】
H04N 25/70 20230101AFI20231220BHJP
【ＦＩ】
H04N25/70
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023060904
(22)【出願日】2023-04-04
(31)【優先権主張番号】P 2022096866
(32)【優先日】2022-06-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(72)【発明者】
【氏名】飯田 聡子
【テーマコード（参考）】
5C024
【Ｆターム（参考）】
5C024CX43
5C024GX02
5C024HX23
5C024HX32
5C024HX35
5C024HX40
(57)【要約】
【課題】ダイナミックレンジを拡大すると共に、光電変換された少量電荷をも画像信号に変換可能な固体撮像素子、および、撮像装置を提供する。
【解決手段】本開示によれば、受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、前記第１ノードと、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、を備える固体撮像素子が提供される。
【選択図】図５
【解決手段】本開示によれば、受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、前記第１ノードと、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、を備える固体撮像素子が提供される。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を備える固体撮像素子。
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を備える固体撮像素子。
【請求項2】
前記読出回路から供給される第１アナログ信号に基づきデジタル信号を生成するアナログデジタル変換部と、
前記カウントと、前記デジタル信号とに基づき、前記光電変換部が生成した電荷量に応じた画像信号を生成する信号処理部と、
を更に備える、請求項１に記載の固体撮像素子。
前記カウントと、前記デジタル信号とに基づき、前記光電変換部が生成した電荷量に応じた画像信号を生成する信号処理部と、
を更に備える、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項3】
前記第１ノードと、前記光電変換部との間に接続される第１トランジスタを更に備える、請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項4】
前記リセット部は、前記読出回路が前記第１アナログ信号を供給した後に、前記第１ノードをリセットし、
前記読出回路は、リセット後の前記第１ノードの電位を読み出して、第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項３に記載の固体撮像素子。
前記読出回路は、リセット後の前記第１ノードの電位を読み出して、第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項5】
前記読出回路は、前記第１トランジスタが電気的に導通状態となった後に、前記第１アナログ信号を読み出す、請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項6】
前記第１ノードに、前記第１電荷保持部と並列に接続される第２電荷保持部を更に備える、請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項7】
前記第１電荷保持部は第２トランジスタを介して、前記第１ノードに接続され、
第１期間において第２トランジスタは導通状態にされ、前記第１期間と異なる第２期間おいて非導通状態にされる、請求項６に記載の固体撮像素子。
第１期間において第２トランジスタは導通状態にされ、前記第１期間と異なる第２期間おいて非導通状態にされる、請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項8】
前記読出回路は、前記第２期間に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１トランジスタを電気的に導通状態にした後に第２アナログ信号を読み出し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項７に記載の固体撮像素子。
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項9】
前記読出回路は、前記第１期間に前記第１トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１ノードをリセット電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項７に記載の固体撮像素子。
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項10】
前記第１ノードに、第３トランジスタ介して接続される第３電荷保持部を更に備える、請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項11】
前記読出回路は、第２トランジスタ及び第３トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１トランジスタが電気的に導通状態になった後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項１０に記載の固体撮像素子。
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項12】
前記読出回路は、前記第１トランジスタ、第２トランジスタ及び第３トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記リセット部が前記第１ノードをリセット
電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項１０に記載の固体撮像素子。
電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項13】
前記リセット部は、前記第１ノードと電源部との間に接続される第４トランジスタ（１０４）で構成され、オフ時のチャネル電位は第３トランジスタより第２トランジスタが大きく、第２トランジスタより、第４トランジスタが大きく構成される、請求項１２に記載の固体撮像素子。
【請求項14】
第１の蓄積容量部はメタルインシュレータメタル（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量で構成される、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項15】
前記読出回路は、第１の基板と第２の基板とで構成され、前記比較器は増幅トランジスタを有し、
前記増幅トランジスタに繋がる拡散層及びポリゲートは第１の基板に構成される、請求項１に記載の固体撮像素子。
前記増幅トランジスタに繋がる拡散層及びポリゲートは第１の基板に構成される、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項16】
複数の光電変換部が前記第１ノードに並列に接続される、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項17】
前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する所定容量を有し、生成された電荷が前記所定容量を超える場合に、前記第１ノードに供給される、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項18】
前記リセット部は、前記第１ノードと電源部との間に接続される第４トランジスタで構成され、
前記比較器は、前記第１ノードの電位が前記所定電位を低電位側に越えた場合に前記第１信号の出力を維持し、
前記リセット部は前記第１信号の出力中は前記第４トランジスタを導通状態にし、
校正モードでは、前記電源部の電位を前記所定電位よりも前記低電位側から前記所定電位を越えるように上昇させる、請求項１に記載の固体撮像素子。
前記比較器は、前記第１ノードの電位が前記所定電位を低電位側に越えた場合に前記第１信号の出力を維持し、
前記リセット部は前記第１信号の出力中は前記第４トランジスタを導通状態にし、
校正モードでは、前記電源部の電位を前記所定電位よりも前記低電位側から前記所定電位を越えるように上昇させる、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項19】
光学系と、
前記光学系を通過した光を受光する固体撮像素子と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を有する、撮像装置。
前記光学系を通過した光を受光する固体撮像素子と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を有する、撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、固体撮像素子、および、撮像装置に関する。
【背景技術】
【0002】
固体撮像素子において、光電変換部の電荷を蓄積する蓄積容量によらずダイナミックレンジを拡大する方法が一般に知られている。このダイナミックレンジを拡大する方法では、光電変換された電荷量が閾値をこえる回数をカウントすることによりダイナミックレンジを拡大する。
【0003】
ところが、閾値をこえない電荷は、信号電荷として検出されないため、低照度になるに従い、信号が劣化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１１４７４２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
そこで、本開示では、ダイナミックレンジを拡大すると共に、光電変換された少量電荷をも画像信号に変換可能な固体撮像素子、および、撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、本開示によれば、
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を備える固体撮像素子が提供される。
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を備える固体撮像素子が提供される。
【0007】
前記読出回路から供給される第１アナログ信号に基づきデジタル信号を生成するアナログデジタル変換部と、
前記カウントと、前記デジタル信号とに基づき、前記光電変換部が生成した電荷量に応じた画像信号を生成する信号処理部と、
を更に備えてもよい。
前記カウントと、前記デジタル信号とに基づき、前記光電変換部が生成した電荷量に応じた画像信号を生成する信号処理部と、
を更に備えてもよい。
【0008】
前記第１ノードと、前記光電変換部との間に接続される第１トランジスタを更に備えてもよい。
【0009】
前記リセット部は、前記読出回路が前記第１アナログ信号を供給した後に、前記第１ノードをリセットし、
前記読出回路は、リセット後の前記第１ノードの電位を読み出して、第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
前記読出回路は、リセット後の前記第１ノードの電位を読み出して、第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
【0010】
前記読出回路は、前記第１トランジスタが電気的に導通状態となった後に、前記第１アナログ信号を読み出してもよい。
【0011】
前記第１ノードに、前記第１電荷保持部と並列に接続される前記第２電荷保持部を更に備えてもよい。
【0012】
前記第１電荷保持部は第２トランジスタを介して、前記第１ノードに接続され、
第１期間において第２トランジスタは導通状態にされ、前記第１期間と異なる第２期間おいて非導通状態にされてもよい。
第１期間において第２トランジスタは導通状態にされ、前記第１期間と異なる第２期間おいて非導通状態にされてもよい。
【0013】
前記読出回路は、前記第２期間に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１トランジスタを電気的に導通状態にした後に第２アナログ信号を読み出し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
【0014】
前記読出回路は、前記第１期間に前記第１トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１ノードをリセット電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
【0015】
前記第１ノードに、第３トランジスタ介して接続される前記第３電荷保持部を更に備えてもよい。
【0016】
前記読出回路は、第２トランジスタ及び第３トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１トランジスタが電気的に導通状態になった後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
【0017】
前記読出回路は、前記第１トランジスタ、第２トランジスタ及び第３トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記リセット部が前記第１ノードをリセット電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成してもよい。
【0018】
前記リセット部は、前記第１ノードと電源部との間に接続される第４トランジスタで構成され、オフ時のチャネル電位は第３トランジスタより第２トランジスタが大きく、第２トランジスタより、第４トランジスタが大きく構成されてもよい。
【0019】
第１の蓄積容量部はメタルインシュレータメタル（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量で構成されてもよい。
【0020】
前記読出回路は、第１の基板と第２の基板とで構成され、前記比較器は増幅トランジスタを有し、
前記増幅トランジスタに繋がる拡散層及びポリゲートは第１の基板に構成されてもよい。
前記増幅トランジスタに繋がる拡散層及びポリゲートは第１の基板に構成されてもよい。
【0021】
複数の光電変換部が前記第１ノードに並列に接続されてもよい。
【0022】
前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する所定容量を有し、生成された電荷が前記所定容量を超える場合に、前記第１ノードに供給されてもよい。
【0023】
前記リセット部は、前記第１ノードと電源部との間に接続される第４トランジスタで構成され、
前記比較器は、前記第１ノードの電位が前記所定電位を低電位側に越えた場合に前記第１信号の出力を維持し、
前記リセット部は前記第１信号の出力中は前記第４トランジスタを導通状態にし、
校正モードでは、前記電源部の電位を前記所定電位よりも前記低電位側から前記所定電位を越えるように上昇させてもよい。
前記比較器は、前記第１ノードの電位が前記所定電位を低電位側に越えた場合に前記第１信号の出力を維持し、
前記リセット部は前記第１信号の出力中は前記第４トランジスタを導通状態にし、
校正モードでは、前記電源部の電位を前記所定電位よりも前記低電位側から前記所定電位を越えるように上昇させてもよい。
【0024】
上記の課題を解決するために、本開示によれば、
光学系と、
前記光学系を通過した光を受光する固体撮像素子と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を有する、撮像装置が提供される。
光学系と、
前記光学系を通過した光を受光する固体撮像素子と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を有する、撮像装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】第１の実施の形態における撮像装置１の一構成例を示すブロック図。
【図2】本実施形態における固体撮像素子２００の一構成例を示すブロック図。
【図3】画素回路と処理回路の接続を模式的に示す図。
【図4】画素回路２５０の構成例を示すブロック図。
【図5】画素回路２５０の回路構成例を示す図。
【図6】本技術の第１の実施の形態における読出回路２６０の一構成例を示すブロック図。
【図7】本実施形態に係る処理例のタイムチャート。
【図8】第１実施形態の変形例１に係る処理例のタイムチャート。
【図10】第２実施形態に係る画素回路２５０の構成例を示すブロック図。
【図11】第２実施形態に係る画素回路２５０の回路構成例を示す図。
【図12】第２実施形態に係る動作例のタイムチャート。
【図13】第２実施形態の変形例に係る処理例のタイムチャート。
【図14】第３実施形態に係る画素回路２５０の構成例を示すブロック図。
【図15】３実施形態に係る画素回路２５０の回路構成例を示す図。
【図16】第３実施形態に係る動作例のタイムチャート。
【図17】第３実施形態の変形例１係る画素回路２５０の回路構成例を示す図。
【図18】第３実施形態の変形例１に係る動作例のタイムチャート。
【図19】第３実施形態の変形例２に係る画素回路２５０の回路構成例を示す図。
【図20】第１実施形態の変形例３に係る画素回路２５０の構成例を示す図。
【図21】第１の基板と第２の基板との構成例を示す図。
【図25】第１の基板、第２の基板、第３の基板の構成例を示す図。
【図30】撮像素子２００の一部を模式的に示す図。
【図31】校正モードの動作例のタイムチャート。
【図32】校正モードの動作例のタイムチャート。
【図33】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図34】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、図面を参照して、固体撮像素子、および、撮像装置の実施形態について説明する。以下では、固体撮像素子、および、撮像装置の主要な構成部分を中心に説明するが固体撮像素子、および、撮像装置には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
【0027】
（第１実施形態）
図１は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置１の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置１は、画像データを撮像するための装置であり、光学部１１０、固体撮像素子２００およびＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）回路１２０を備える。さらに撮像装置１は、表示部１３０、操作部１４０、バス１５０、フレームメモリ１６０、記憶部１７０および電源部１８０を備える。撮像装置１としては、スマートフォンに搭載されるカメラや、車載カメラなどが想定される。
図１は、本技術の第１の実施の形態における撮像装置１の一構成例を示すブロック図である。この撮像装置１は、画像データを撮像するための装置であり、光学部１１０、固体撮像素子２００およびＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）回路１２０を備える。さらに撮像装置１は、表示部１３０、操作部１４０、バス１５０、フレームメモリ１６０、記憶部１７０および電源部１８０を備える。撮像装置１としては、スマートフォンに搭載されるカメラや、車載カメラなどが想定される。
【0028】
光学部１１０は、被写体からの光を集光して固体撮像素子２００に導くものである。固体撮像素子２００は、光電変換により画像データを生成するものである。この固体撮像素子２００は、生成した画像データをＤＳＰ回路１２０に信号線２０９を介して供給する。光学部１１０は、例えば複数のレンズで構成され、光学系を構成する。
【0029】
ＤＳＰ回路１２０は、画像データに対して所定の信号処理を実行するものである。このＤＳＰ回路１２０は、処理後の画像データを、バス１５０を介してフレームメモリ１６０などに出力する。
【0030】
表示部１３０は、画像データを表示するものである。表示部１３０としては、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルが想定される。操作部１４０は、ユーザの操作に従って操作信号を生成するものである。
【0031】
バス１５０は、光学部１１０、固体撮像素子２００、ＤＳＰ回路１２０、表示部１３０、操作部１４０、フレームメモリ１６０、記憶部１７０および電源部１８０が互いにデータをやりとりするための共通の経路である。
【0032】
フレームメモリ１６０は、画像データを保持するものである。記憶部１７０は、画像データなどの様々なデータを記憶するものである。電源部１８０は、固体撮像素子２００、ＤＳＰ回路１２０や表示部１３０などに電源を供給するものである。
【0033】
【0034】
図２、及び図３に示すように、この固体撮像素子２００は、垂直走査回路２１０、タイミング制御部２２０、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２３０、画素アレイ部２４０、読出回路２６０、水平走査回路２７０、および信号処理部２８０、を備える。画素アレイ部２４０には、複数の画素回路２５０が二次元格子状に配列される。
【0035】
垂直走査回路２１０は、画素アレイ部２４０内の行を順に選択して駆動するものである。タイミング制御部２２０は、垂直同期信号ＶＳＹＮＣに同期して、垂直走査回路２１０、ＤＡＣ２３０、読出回路２６０および水平走査回路２７０の動作タイミングを制御する。
【0036】
ＤＡＣ２３０は、のこぎり波状のランプ信号を生成し、参照信号として読出回路２６０に供給するものである。
【0037】
画素回路２５０は、垂直走査回路２１０の制御に従って、光電変換を行う回路である。画素回路２５０は、光電変換された電荷量が閾値をこえる回数をカウントし、水平信号線Ｌｓｈを介して、信号処理部２８０にカウント数を含むデジタル信号を出力する。また、画素１００は、残存電荷に関するアナログ残存電荷信号を、垂直信号線Ｌｓｖを介して読出回路２６０にアナログ信号として出力する。
【0038】
読出回路２６０には、画素回路２５０の列ごとにＡＤＣ（図３参照）が配置される。ＡＤＣのそれぞれは、対応する列の画素信号をデジタル信号に変換し、水平走査回路２７０の制御に従って信号処理部２８０に出力する。水平走査回路２７０は、読出回路２６０を制御して、デジタル信号を順に出力させる。なお、本実施形態では読出回路２６０を読み出し回路２６０と記する場合がある。
【0039】
信号処理部２８０は、画素アレイ部２４０ないの各画素１００のカウンタ値と、読出回路２６０から供給される各画素１００の残存信号値と、を用いて各画素１００の画像信号値を生成する。信号処理部２８０は、ＤＳＰ回路１２０に各画素１００の画像信号値を出力する。
【0040】
［画素回路の構成例］
図４及び図５を用いて、本実施形態における画素回路２５０の構成例を説明する。図４は、画素回路２５０の構成例を示すブロック図である。画素回路２５０は、光電変換部１０１と、第１の蓄積部１０２と、判定部１０３と、リセット部１０４と、カウント機構部１０５と、増幅部１０６とを有する。また、信号処理部２８０は、メモリ２８２と、演算部２８４とを有する。
図４及び図５を用いて、本実施形態における画素回路２５０の構成例を説明する。図４は、画素回路２５０の構成例を示すブロック図である。画素回路２５０は、光電変換部１０１と、第１の蓄積部１０２と、判定部１０３と、リセット部１０４と、カウント機構部１０５と、増幅部１０６とを有する。また、信号処理部２８０は、メモリ２８２と、演算部２８４とを有する。
【0041】
光電変換部１０１は、受光した光に応じた電荷を生成する。光電変換部１０１は、所定のコンデンサを有する。第１の蓄積部１０２は、光電変換部１０１所定のコンデンサの容量を越えた電荷を蓄積する。なお、本実施形態に係る第１の蓄積部１０２が第１電荷保持部に対応する。
【0042】
判定部１０３は、第１の蓄積部１０２の電位が所定の値になったか否かを判定し、所定の値になった場合に、第１信号をリセット部１０４と、カウント機構部１０５とに出力する。リセット部１０４は、第１信号に応じて、第１の蓄積部１０２をリセットし、第１の蓄積部１０２の蓄積電荷を排出する。
【0043】
カウント機構部１０５は、第１信号が入力する回数をカウントし、信号処理部２８０のメモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた記憶領域にカウンタ数を記憶する。なお、カウント機構部１０５のリセット後の初期値は０である。
【0044】
増幅部１０６は、リセットされずに残った第１の蓄積部１０２の残留電荷に応じたアナログ残留電荷信号を読出回路２６０に出力する。
【0045】
このように、光電変換部１０１に生成された電荷が第１の蓄積部１０２に蓄積され、所定の電位であると判定部１０３判定されると、第１の蓄積部１０２のリセット動作が行われる。これをカウント機構部１０５は１カウントとする。第１の蓄積部１０２は、再度の蓄積を開始する。このような処理を蓄積期間に繰り返す。
【0046】
そして、増幅部１０６は、蓄積期間の終了後に、第１の蓄積部１０２に蓄積された残留電荷に応じたアナログ残留電荷信号を読出回路２６０に出力する。読出回路２６０は、アナログ残留電荷に応じたデジタル信号Ｓａを、信号処理部２８０のメモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた記憶領域にデジタル信号Ｓａを記憶する。
【0047】
第１の蓄積部１０２に蓄積されたリセット時の電位と蓄積電荷量は予め対応づけられている。これにより、蓄積期間中に発生した電荷量は［第一蓄積部の蓄積電荷量］×［リセット回数］となる。さらに読出期間に第一の蓄積部で残留した電荷に応じた画素信号は、読出回路２６０に出力される。これにより、最終的な生成電荷量は［第一蓄積部の蓄積電荷量］×［リセット回数］＋［残留電荷量］となる。
【0048】
信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、［第一蓄積部の蓄積電荷量］×［リセット回数］に対応する第１画像信号をＫ１×［リセット回数］として演算し、［残留電荷量］に対応する第２画像信号をＫ２×［デジタル信号Ｓａの値］として演算する。すなわち、信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ、ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数］＋Ｋ２×［デジタル信号Ｓａの値］を演算し、メモリ２８２に出力する。Ｋ１、Ｋ２はディメンジョンを合わせる任意の係数である。座標（ｘ、ｙ）は、画素回路２５０の位置座標であり、画素アレイ部２４０の読み出し行、及び読み出し列に対応している。
【0049】
メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標（ｘ、ｙ）に応じた記憶領域に画像信号Ｇ（ｘ、ｙ）を記憶する。そして、メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた画像信号Ｇ（ｘ、ｙ）を画像データとしてＤＳＰ回路１２０に出力する。
【0050】
図５は、画素回路２５０の回路構成例を示す図である。光電変換部１０１は、光電変換素子１０１ａを含んで構成され、第１の蓄積部１０２は、例えばコンデンサで構成される。第１の蓄積部１０２は、例えばフローティングディフュージョン（ＦＤ）である。
【0051】
また、判定部１０３は、コンパレータ１０３ａを含んで構成され、リセット部１０４は、リセットトランジスタ１０４ａ含んで構成され、カウント機構部１０５は、カウンタ１０５ａを含んで構成される。更にまた、増幅部１０６は、増幅トランジスタ１０６ａと、選択トランジスタ１０６ｂとを有する。すなわち、図５に示すように、画素回路２５０は、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、コンパレータ１０３ａ、リセットトランジスタ１０４ａ、カウンタ１０５ａ、増幅トランジスタ１０６ａ、選択トランジスタ１０６ｂ、転送トランジスタ１０７及び増幅回路１０８を有する。
【0052】
リセットトランジスタ１０４ａ、増幅トランジスタ１０６ａ、選択トランジスタ１０６ｂ、及び転送トランジスタ１０７は、例えばＮチャンネルのＭＯＳトランジスタから構成される。そして、これらのゲート電極には、駆動信号ＴＧ、ＲＳＴ、ＳＥＬが供給される。これらの駆動信号は、高レベルの状態がアクティブ状態（オンの状態）となり、低レベルの状態が非アクティブ状態（オフの状態）となるパルス信号である。
【0053】
図５に示すように、光電変換素子１０１ａは、例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなり、被写体からの光を受光して、その受光量に応じた電荷を光電変換により生成し、蓄積する。
【0054】
転送トランジスタ１０７は、光電変換素子１０１ａとノードｎ１０を介して第１の蓄積部１０２との間に接続される。転送トランジスタ１０７のゲート電極に印加される駆動信号ＴＧに応じて、光電変換素子１０１ａに蓄積されている残留電荷を第１の蓄積部１０２に転送する。なお、本実施形態では、電荷の蓄積中には、駆動信号ＴＧを低レベルの状態として駆動するが、蓄積電荷は転送トランジスタ１０７を介して漏れ電荷として第１の蓄積部１０２に蓄積される。
【0055】
コンパレータ１０３ａは、ノードｎ１０に入力端子が接続され、出力端子がノードｎ１２を介してリセットトランジスタ１０４ａのゲート電極に接続される。コンパレータ１０３ａは、ノードｎ１０の電位が所定の閾値電位Ｖｔｈを下側に越えると、第１信号を出力する。この第１信号は高レベル信号であるが、第１の蓄積部１０２がリセットされると低レベル信号となるので、パルス状の信号となる。
【0056】
リセットトランジスタ１０４ａは、第１の蓄積部１０２を適宜初期化（リセット）する素子であり、ドレインが電源電位ＶＤＤの電源に接続され、ソースがノードｎ１０を介して第１の蓄積部１０２に接続される。リセットトランジスタ１０４ａのゲート電極には、第１信号が駆動信号ＲＳＴとして印加される。駆動信号ＲＳＴが印可されると、リセットトランジスタ１０４ａは導通状態となり、ノードｎ１０の電位は電源電位ＶＤＤのレベルにリセットされる。
【0057】
カウンタ１０５ａの入力端子は、ノードｎ１２を介してコンパレータ１０３ａの出力端子に接続され、出力端子は信号処理部１２０に接続される。カウンタ１０５ａは、第１信号が入力する度にカウンタに１を加算し、信号処理部１２０に出力する。
【0058】
増幅トランジスタ１０６ａは、ゲート電極がノードｎ１０を介して第１の蓄積部１０２に接続され、ドレインが電源電位ＶＤＤの電源に接続されており、第１の蓄積部１０２及び光電変換部１０１の残留電荷を読み出すソースフォロワ回路の入力部となる。すなわち、増幅トランジスタ１０６ａは、ソースが選択トランジスタ１０６ｂを介して垂直信号線Ｌｓｖに接続されることにより、垂直信号線Ｌｓｖの一端に接続される定電流源１０６ｃとソースフォロワ回路を構成する。
【0059】
選択トランジスタ１０６ｂは、増幅トランジスタ１０６ａのソースと垂直信号線との間に接続されており、選択トランジスタ１０６ｂのゲート電極には、選択信号として駆動信号ＳＥＬが供給される。駆動信号ＳＥＬがアクティブ状態とされると、選択トランジスタ１０６ａは導通状態となって選択トランジスタ１０６ｂが設けられている画素が選択状態とされる。画素が選択状態とされると、増幅トランジスタ１０６ａから出力される信号が垂直信号線を介して読出回路２６０に読み出される。
【0060】
増幅回路１０８は、初期化信号ＳＨＴをノードｎ１２に供給する。初期化信号ＳＨＴをカウンタ１０５aが受信するとカウンタ値が０に初期化される。また、各画素回路２５０では、複数の駆動線が例えば画素行ごとに配線される。そして、垂直走査回路２１０から画素駆動線としての複数の駆動線を通して画素内に駆動信号ＴＧ、ＲＳＴ、ＳＥＬ、ＳＨＴが供給される。なお、本実施形態では画素回路２５０毎に、カウンタ１０５a、及び読出回路２６０を設ける構成としているが、これに限定されない。例えば、複数の光電変換部１０１をノードｎ１０に並列に接続し、画素共有単位毎にカウンタ１０５a、及び読出回路２６０を設けてもよい。
【0061】
［カラム信号処理部の構成例］
図６は、本技術の第１の実施の形態における読出回路２６０の一構成例を示すブロック図である。この読出回路２６０には、比較器３００、カウンタ２６１およびラッチ２６２が列ごとに配置される。列数がＮ（Ｎは、整数）である場合には、比較器３００、カウンタ２６１およびラッチ２６２は、Ｎ個ずつ配置される。なお、本実施形態に係る一組の比較器３００、カウンタ２６１およびラッチ２６２がＡＤＣに対応する。
図６は、本技術の第１の実施の形態における読出回路２６０の一構成例を示すブロック図である。この読出回路２６０には、比較器３００、カウンタ２６１およびラッチ２６２が列ごとに配置される。列数がＮ（Ｎは、整数）である場合には、比較器３００、カウンタ２６１およびラッチ２６２は、Ｎ個ずつ配置される。なお、本実施形態に係る一組の比較器３００、カウンタ２６１およびラッチ２６２がＡＤＣに対応する。
【0062】
比較器３００は、ＤＡＣ２３０からの参照信号と、対応する列からの画素信号とを比較するものである。参照信号の電位を以下、参照電位ＶＲＭＰとし、画素信号を伝送する垂直信号線２５９の電位を以下、入力電位ＶＶＳＬとする。この比較器３００は、比較結果を示す出力信号ＶＣＯを、対応する列のカウンタ２６１に供給する。
【0063】
また、画素回路２５０が初期化されたときの画素信号のレベル（すなわち、入力電位ＶＶＳＬ）を、例えば「Ｖｒレベル」と称し、光電変換素子１０１ａに蓄積されている残留電荷がノードｎ１０に転送されたときの画素信号のレベルを、例えば「Ｖｓレベル」と称する。すなわち、本実施形態では、比較基準となるレベルを「Ｖｒレベル」と称し、比較対象となるレベルを「Ｖｓレベル」と称する場合がある。なお、本実施形態では、第１の「Ｖｒ１レベル」を比較基準とし、Ｖｒ１レベルと異なる第２の「Ｖｒ２レベル」を比較対象とする場合もある。同様に、第１の「Ｖｓ１レベル」を比較基準とし、Ｖｓ１レベルと異なる第２の「Ｖｓ２レベル」を比較対象とする場合もある。
【0064】
また、比較基準となるレベル及び比較対象となるレベルの双方に残留電荷（アナログの画像信号に対応する）に関する情報が含まれる場合をＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）駆動と称する場合がある。一方で、比較基準となるレベル及び比較対象となるレベルの少なくとも一方に残留電荷（アナログの画像信号に対応する）に関する情報が含まれない場合の駆動例をＤＤＳ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｄａｔａ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）駆動と称する場合がある。一般に、ＣＤＳ駆動の方が、ＤＤＳ駆動よりもデジタル変換後のデジタル信号のＳＮ比がより良くなる傾向を示す。
【0065】
カウンタ２６１は、出力信号ＶＣＯが反転するまでの期間に亘って計数値を計数するものである。このカウンタ２６１は、例えば、リセットレベルに対応する出力信号ＶＣＯが反転するまでの期間に亘ってダウンカウントし、信号レベルに対応する出力信号ＶＣＯが反転するまでの期間に亘ってアップカウントする。これにより、例えばＶｒレベルとＶｓレベルとの差分を求める処理が実現される。
【0066】
そして、カウンタ２６１は、計数値を示すデジタル信号をラッチ２６２に保持させる。比較器３００およびカウンタ２６１により、アナログの画素信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換処理が実現される。すなわち、比較器３００およびカウンタ２６１は、ＡＤＣとして機能する。このように比較器およびカウンタを用いるＡＤＣは、一般に、シングルスロープ型のＡＤＣと呼ばれる。ラッチ２６２は、デジタル信号を保持するものである。このラッチ２６２は、水平走査回路２７０の制御に従って、保持したデジタル信号を出力する。
【0067】
図７は、本実施形態に係る処理例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントされない状態例である。横軸は時間を示し、縦軸は、駆動信号ＥＸＰ、ＲＳＴ、ＴＧ、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷Ｌ１０、第１の蓄積部１０２の電位Ｌ１６を示す。ラインＬ１０は、光電変換素子１０１ａの容量内の電荷を示す。ラインＬ１２は、光電変換素子１０１ａの生成電荷量を示し、ラインＬ１４は、第１の蓄積部１０２のリセット時に蓄積されなかった電荷をラインＬ１２から減じた電荷量を示す。駆動信号ＥＸＰは、高レベルが電荷の蓄積期間を示し、低レベルが読出期間を示す。
【0068】
Ａ図に示すように、高照射状態では、時間ｔ０で、駆動信号ＲＳＴ、ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、及び第１の蓄積部１０２が初期化される。すなわち、ノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤとなる。
【0069】
続けて、時間ｔ１で駆動信号ＲＳＴ、ＴＧが低レベルとなり、駆動信号ＥＸＰが高レベルとなる。これにより、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が容量を超え、第１の蓄積部１０２へ蓄積される。そして、時間ｔ１で第１の蓄積部１０２のノードｎ１０の電位が低下を開始する。そして、時間ｔ２でコンパレータ１０３ａの閾値電位Ｖｔｈに１回目に到達する。これによりコンパレータ１０３ａが第１信号を出力し、カウンタ１０５ａがカウント値を１プラスする。同時に、駆動信号ＲＳＴである第１信号が高レベルであるので、リセットトランジスタ１０４ａが導通状態となり、第１の蓄積部１０２のノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤにリセットされる。
【0070】
このような処理をくり返し、時間ｔ６で駆動信号ＥＸＰが低レベルとなり読出期間が開始される。続けて時間ｔ７で、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第１の蓄積部１０２に転送され、ノードｎ１０の電位は残量電荷の電位に対応する。そして、時間ｔ８で、駆動信号ＲＳＴが高レベルとなり、第１の蓄積部１０２のノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤにリセットされる。
【0071】
また、時間ｔ７からｔ８の間に、Ｖｓレベルとして残留電荷に対応するアナログ信号電位が読出回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ８からｔ９の間に、Ｖｒレベルとして暗電流に対応するアナログ信号電位が読出回路２６０に出力される。これにより、読出回路２６０は、Ｖｓレベルに対応する電位と、Ｖｒレベルに対応する電位の差分をデジタル信号Ｓａに変換し、信号処理部２８０に出力する。
【0072】
そして、信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：２回］＋Ｋ２×［デジタル信号Ｓａの値］を演算し、メモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標（ｘ，ｙ）に応じた記憶領域に画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）を記憶する。そして、メモリ２８２では、各画素回路２５０（ｘ，ｙ）の座標に応じた画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）を画像データとしてＤＳＰ回路１２０に出力する。
【0073】
一方でＢ図に示すように、低照射状態では、時間ｔ０で、駆動信号ＲＳＴ、ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、及び第１の蓄積部１０２が初期化される。すなわち、ノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤとなる。
【0074】
続けて、時間ｔ１で駆動信号ＲＳＴ、ＴＧが低レベルとなり、駆動信号ＥＸＰが高レベルとなる。これにより、光電変換素子１０１ａで電荷が生成され、電荷量Ｌ１８は増加を継続するが、光電変換素子１０１ａ内の容量内に生成された電荷量が維持される。
【0075】
時間ｔ６で駆動信号ＥＸＰが低レベルとなり読出期間が開始される。続けて時間ｔ７で、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第１の蓄積部１０２に転送され、ノードｎ１０の電位は残量電荷の電位に対応する。そして、時間ｔ８で、駆動信号ＲＳＴが高レベルとなり、第１の蓄積部１０２のノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤにリセットされる。
【0076】
また、時間ｔ７からｔ８の間に、Ｖｓレベルとして残留電荷に対応するアナログ信号電位が読出回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ８からｔ９の間に、Ｖｒレベルとして暗電流に対応するアナログ信号電位が読出回路２６０に出力される。これにより、読出回路２６０は、Ｖｓレベルに対応する電位と、Ｖｒレベルに対応する電位の差分をデジタル信号Ｓａに変換し、信号処理部２８０に出力する。
【0077】
そして、信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ、ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：０回］＋Ｋ２×［デジタル信号Ｓａの値］を演算し、メモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標（ｘ、ｙ）に応じた記憶領域に画像信号Ｇ（ｘ、ｙ）を記憶する。そして、メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標（ｘ、ｙ）に応じた画像信号Ｇ（ｘ、ｙ）を画像データとしてＤＳＰ回路１２０に出力する。
【0078】
以上説明したように、本実施形態によれば、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が第１の蓄積部１０２に蓄積され、コンパレータ１０３ａが所定の閾値電位Ｖｔｈになる度に第１信号を出力し、第１の蓄積部１０２をリセットすると共に、カウンタ１０５ａがカウント値を１プラスする。これにより、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が第１の蓄積部１０２のコンデンサを超える場合にも、第１の蓄積部１０２への電荷の蓄積を継続することが可能となると共に、カウント値により光電変換素子１０１ａで生成された電荷量も算出することが可能となる。更に、光電変換素子１０１ａと第１の蓄積部１０２の残留電荷は、増幅部１０６によりアナログ電位として読出回路２６０に読み出され、デジタル値に変換される。このように、高照射でもダイナミックレンジが飽和することがなく、残留電荷を含めた画像信号を生成できる。
【0079】
また、低照射で第１の蓄積部１０２の容量を一度も越えることがない場合にも、電変換素子１０１ａと第１の蓄積部１０２の残留電荷は、増幅部１０６によりアナログ電位として読出回路２６０に読み出され、デジタル値に変換される。これにより、低照射で第１の蓄積部１０２の容量を一度も越えることがない場合にも、残留電荷を含めた画像信号を生成できる。
【0080】
（第１実施形態の変形例１）
第１実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００では、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）駆動が更に可能である点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第１実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００では、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）駆動が更に可能である点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0081】
図８は、第１実施形態の変形例１に係る処理例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントされない状態例である。時間ｔ６とｔ７の間にＶｒレベル読み出しを行い、時間ｔ７とｔ８の間にＶｓレベル読み出しを行う点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。
【0082】
図９は、図８でのＶｒ、Ｖｓ、Ｖｓ、Ｖｒレベルでの読み出し電位を概念的に説明する図である。縦軸は電源電位ＶＤＤとの差分の絶対値を示している。図８に示すように、時間ｔ６とｔ７の間のＶｒレベルの電位は、駆動信号ＴＧが高レベルとなる前である。すなわち、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第１の蓄積部１０２に転送される前の電位に対応する。電位Ｖ１０が第１の蓄積部１０２の電位であり、電位Ｖ１２がノイズ成分である。
【0083】
時間ｔ７とｔ８の間のＶｓレベルの電位は、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第１の蓄積部１０２に転送された後の電位に対応する。これらの電位の差分は、ノイズ成分の電位Ｖ１２を除いた光電変換素子１０１ａの蓄積電荷に対応する電位Ｖ１４となる。光電変換素子１０１ａのコンデンサと、第１の蓄積部１０２のコンデンサは既知であるので、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷に対応する電位Ｖ１４に基づき第１の蓄積部１０２の電位Ｖ１０も演算可能である。また、時間ｔ９の後のＶｒレベルの電位は、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷がリセットされた後のノイズ成分の電位Ｖ１６である。
【0084】
これにより、信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、１回目のＡＤ変換の結果から残留電荷に対応するデジタル信号Ｓｂを演算することが可能である。すなわち、１回目のＡＤ変換におけるデジタル信号Ｓｂの信号値に係数Ｋ３を乗算することにより、デジタル信号Ｓａの信号値Ｓを得ることが可能となる。このため、演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：２回］＋Ｋ２×Ｋ３×［デジタル信号Ｓｂの信号値］を演算し、メモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標（ｘ，ｙ）に応じた記憶領域に画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）を記憶する。そして、メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標（ｘ，ｙ）に応じた画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）を画像データとしてＤＳＰ回路１２０に出力する。
【0085】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）駆動を更に行うことが可能であり、ノイズを抑制した残留電荷に対応するデジタル信号を生成することが可能となる。
【0086】
（第１実施形態の変形例２）
第１実施形態の変形例２に係る固体撮像素子２００では、第１の蓄積部１０２をＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量で構成する点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。第１の蓄積部１０２をＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量で構成することで、絶縁膜の種類を変えることにより容量値を容易に高めることができる。第１の蓄積部１０２が大きくなるにしたがい判定部１０３の判定ばらつきを抑制することができる。また微細化に伴い、小さい面積で高容量を稼ぐために、第１の蓄積部１０２としては、高アスペクト比凸型のＣｏｎｃａｖｅ構造や、Ｃｙｌｉｎｄｅｒ構造、単純なＳｔａｃｋ構造を用いてもよい。
第１実施形態の変形例２に係る固体撮像素子２００では、第１の蓄積部１０２をＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量で構成する点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。第１の蓄積部１０２をＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量で構成することで、絶縁膜の種類を変えることにより容量値を容易に高めることができる。第１の蓄積部１０２が大きくなるにしたがい判定部１０３の判定ばらつきを抑制することができる。また微細化に伴い、小さい面積で高容量を稼ぐために、第１の蓄積部１０２としては、高アスペクト比凸型のＣｏｎｃａｖｅ構造や、Ｃｙｌｉｎｄｅｒ構造、単純なＳｔａｃｋ構造を用いてもよい。
【0087】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る固体撮像素子２００では、第２の蓄積部１０９を更に備える点第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第２実施形態に係る固体撮像素子２００では、第２の蓄積部１０９を更に備える点第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0088】
［画素回路の構成例］
図１０及び図１１を用いて、本実施形態における画素回路２５０の構成例を説明する。図１０は、第２実施形態に係る画素回路２５０の構成例を示すブロック図である。画素回路２５０は、第２の蓄積部１０９を更に備えることで、第１実施形態に係る画素回路２５０と相違する。第２の蓄積部１０９のコンデンサ容量は第１の蓄積部１０２のコンデンサ容量よりも小さく構成される。
図１０及び図１１を用いて、本実施形態における画素回路２５０の構成例を説明する。図１０は、第２実施形態に係る画素回路２５０の構成例を示すブロック図である。画素回路２５０は、第２の蓄積部１０９を更に備えることで、第１実施形態に係る画素回路２５０と相違する。第２の蓄積部１０９のコンデンサ容量は第１の蓄積部１０２のコンデンサ容量よりも小さく構成される。
【0089】
第２の蓄積部１０９は、電荷の蓄積時には、第１の蓄積部１０２と並列に接続される。これにより、電荷の蓄積時には、蓄積電荷用のコンデンサ容量を増加させることが可能となる。なお、本実施形態に係る第２の蓄積部１０９が第２電荷保持部に対応する。
【0090】
一方で、残留電荷の読み出し時には、第１の蓄積部１０２と第２の蓄積部１０９とは、電気的に非接続にされ、第２の蓄積部１０９にのみ光電変換部１０１の電荷が転送される。これにより、第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応したアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。このとき、第２の蓄積部１０９のコンデンサ容量は第１の蓄積部１０２のコンデンサ容量よりも小さいので、第１の蓄積部１０２に応じたアナログ残留電荷信号よりも、第２の蓄積部１０９に応じたアナログ残留電荷信号の方が、ＳＮ比が良くなることが知られている。
【0091】
図１１は、第２実施形態に係る画素回路２５０の回路構成例を示す図である。ノードｎ１０に第２コンデンサ１０９ａが接続される。第２コンデンサ１０９ａは、例えばフローティングディフュージョンである。容量接続トランジスタT１１０は、ノードｎ１０と、第１の蓄積部１０２が接続されるノードｎ１６との間に接続される。
【0092】
容量接続トランジスタT１１０は、例えばＮチャンネルのＭＯＳトランジスタから構成される。ゲート電極には、駆動信号ＦＤＧが供給される。この駆動信号は、高レベルの状態がアクティブ状態（オンの状態）となり、低レベルの状態が非アクティブ状態（オフの状態）となるパルス信号である。
【0093】
容量接続トランジスタT１１０は、電荷の蓄積時には、高レベルの駆動信号ＦＤＧが供給され、アクティブ状態（オンの状態）となる。これにより、第１の蓄積部１０２と、第２コンデンサ１０９ａは、並列接続の状態となる。
【0094】
一方で、残留電荷の読み出し時には、低レベルの駆動信号ＦＤＧが供給され、非アクティブ状態（オフの状態）となる。これにより、第１の蓄積部１０２と、第２コンデンサ１０９ａは、電気的に非接続となる。
【0095】
［動作例］
図１２は、第２実施形態に係る動作例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントアップする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントアップされない状態例である。
図１２は、第２実施形態に係る動作例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントアップする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントアップされない状態例である。
【0096】
横軸は時間を示し、縦軸は、駆動信号ＥＸＰ，ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＤＧ，光電変換素子１０１ａの蓄積電荷Ｌ１０、Ｌ１８，第１の蓄積部１０２の電位Ｌ１６、Ｌ２０、第２の蓄積部１０９の電位Ｌ２２、Ｌ２４を示す。
【0097】
Ａ図に示すように、高照射状態では、時間ｔ０で、駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ、ＦＤＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、及び第２の蓄積部１０９が初期化される。すなわち、ノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤとなる。このとき、駆動信号ＦＤＧが高レベルであるので、第１の蓄積部１０２、及び第２の蓄積部１０９は並列接続され、ノードｎ１０の電位となる。
【0098】
続けて、時間ｔ１で駆動信号ＲＳＴ，ＴＧが低レベルとなり、駆動信号ＥＸＰが高レベルとなる。これにより、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９へ蓄積され、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９のノードｎ１０の電位が低下を開始する。そして、時間ｔ２でコンパレータ１０３ａの閾値電位Ｖｔｈに１回目に到達する。これによりコンパレータ１０３ａが第１信号を出力し、カウンタ１０５ａがカウント値を１プラスする。同時に、駆動信号ＲＳＴである第１信号が高レベルであるので、リセットトランジスタ１０４ａが導通状態となり、第１の蓄積部１０２のノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤにリセットされる。
【0099】
このような処理をくり返し、時間ｔ６で駆動信号ＥＸＰが低レベルとなり読出期間が開始される。続けて時間ｔ７で、駆動信号ＦＤＧが低レベルとなり第１の蓄積部１０２と第２の蓄積部１０９との間が電気的に非接続の状態となる。
【0100】
続けて時間ｔ８で、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第２の蓄積部１０９に転送され、ノードｎ１０の電位は残量電荷の電位に対応する。そして、時間ｔ９で、駆動信号ＴＧが低レベルとなり、光電変換素子１０１ａと第２の蓄積部１０９との間が電気的に非接続の状態になる。
【0101】
続けて時間ｔ１０で、駆動信号ＦＤＧ、ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９に転送され、時間ｔ１１で、駆動信号駆動信号ＴＧが低レベルとなり、光電変換素子１０１ａと第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９との間が電気的に非接続の状態になる。
【0102】
続けて時間ｔ１２で、駆動信号ＲＳＴが高レベルとなり、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９がリセットされ、電源電位ＶＤＤとなる。そして、時間ｔ１３で、駆動信号ＲＳＴが低レベルとなり、時間ｔ１４で、駆動信号ＦＤＧが低レベルとなる。
【0103】
また、時間ｔ７からｔ８の間に、Ｖｒレベルとして第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ９からｔ１０の間に、Ｖｓレベルとして光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が加えられた第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。これにより、読み出し回路２６０は、Ｖｓレベルに対応する電位と、Ｖｒレベルに対応する電位の差分をデジタル残留電荷信号Ｓａ１に変換し、信号処理部２８０に出力する。すなわち、デジタル残留電荷信号Ｓａ１は、光電変換素子１０１ａの残留電荷に応じた信号となる。光電変換素子１０１ａの容量と、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の容量は既知であるので、蓄積期間終了時の全体の残留電荷に対応する値は、デジタル残留電荷信号Ｓａ１より演算可能である。
【0104】
そして、信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：２回］＋Ｋ４×［デジタル残留電荷信号Ｓａ１の信号値］を演算し、メモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた記憶領域に画像信号を記憶する。そして、メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）を画像データとしてＤＳＰ回路１２０に出力する。Ｋ４は、係数である。
【0105】
また、時間ｔ１１からｔ１２の間に、Ｖｓレベルとして第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の残留電荷に光電変換素子１０１ａの残留電荷を加算した全残留電荷に応じたアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ１３からｔ１４の間に、Ｖｒレベルとして第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９のリセット後の蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。これにより、カ読み出し回路２６０は、Ｖｓレベルに対応する電位と、Ｖｒレベルに対応する電位の差分をデジタル残留電荷信号Ｓａ２に変換し、信号処理部２８０に出力する。すなわち、デジタル残留電荷信号Ｓａ２は、全残留電荷に応じた信号となる。信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：２回］＋Ｋ５×［デジタル残留電荷信号Ｓａ２の信号値］を演算可能である。Ｋ５は、係数である。ただし、上述のように、１回目のＶｓレベル、Ｖｒレベルのレベル信号により演算した画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）の方が、ＳＮ比が良くなる。
【0106】
一方でＢ図に示すように、低照射状態では、時間ｔ０で、駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ、ＦＤＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、及び第２の蓄積部１０９が初期化される。すなわち、ノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤとなる。このとき、駆動信号ＦＤＧが高レベルであるので、第１の蓄積部１０２、及び第２の蓄積部１０９は並列接続され、ノードｎ１０の電位となる。
【0107】
続けて、時間ｔ１で駆動信号ＲＳＴ，ＴＧが低レベルとなり、駆動信号ＥＸＰが高レベルとなる。これにより、光電変換素子１０１ａで電荷が生成され、電荷量Ｌ１８は増加を継続するが、光電変換素子１０１ａ内の容量に生成された電荷量が維持される。このため、第１の蓄積部１０２、及び第２の蓄積部１０９の電位Ｌ２０，Ｌ２４は、それぞれ初期電位である電源電位ＶＤＤに維持される。
【0108】
時間ｔ６で駆動信号ＥＸＰが低レベルとなり読出期間が開始される。続けて時間ｔ７で、駆動信号ＦＤＧが低レベルとなり第１の蓄積部１０２と第２の蓄積部１０９との間が電気的に非接続の状態となる。
【0109】
続けて時間ｔ８で、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第２の蓄積部１０９に転送され、ノードｎ１０の電位は残量電荷の電位に対応する。そして、時間ｔ９で、駆動信号駆動信号ＴＧが低レベルとなり、光電変換素子１０１ａと第２の蓄積部１０９との間が電気的に非接続の状態になる。
【0110】
続けて時間ｔ１０で、駆動信号ＦＤＧ、ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９に転送され、時間ｔ１１で、駆動信号駆動信号ＴＧが低レベルとなり、光電変換素子１０１ａと１の第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９との間が電気的に非接続の状態になる。
【0111】
続けて時間ｔ１２で、駆動信号ＲＳＴが高レベルとなり、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９がリセットされ、電源電位ＶＤＤとなる。そして、時間ｔ１３で、駆動信号ＲＳＴが低レベルとなり、時間ｔ１４で、駆動信号ＦＤＧが低レベルとなる。
【0112】
また、時間ｔ７からｔ８の間に、Ｖｒレベルとして第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ９からｔ１０の間に、Ｖｓレベルとして光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が加えられた第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。これにより、読み出し回路２６０は、Ｖｓレベルに対応する電位と、Ｖｒレベルに対応する電位の差分をデジタル残留電荷信号Ｓａ１に変換し、信号処理部２８０に出力する。すなわち、デジタル残留電荷信号Ｓａ１は、光電変換素子１０１ａの残留電荷に応じた信号となる。光電変換素子１０１ａの容量と、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の容量は既知であるので、蓄積期間終了時の全体の残留電荷に対応する値は、デジタル残留電荷信号Ｓａ１より演算可能である。
【0113】
そして、信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：０回］＋Ｋ４×［デジタル残留電荷信号Ｓａ１の信号値］を演算し、メモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた記憶領域に画像信号を記憶する。そして、メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）を画像データとしてＤＳＰ回路１２０に出力する。Ｋ４は、係数である。
【0114】
また、時間ｔ１１からｔ１２の間に、Ｖｓレベルとして第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の残留電荷に光電変換素子１０１ａの残留電荷を加算した全残留電荷に応じたアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ１３からｔ１４の間に、Ｖｒレベルとして第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９のリセット後の蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。これにより、読み出し回路２６０は、Ｖｓレベルに対応する電位と、Ｖｒレベルに対応する電位の差分をデジタル残留電荷信号Ｓａ２に変換し、信号処理部２８０に出力する。すなわち、デジタル残留電荷信号Ｓａ２は、全残留電荷に応じた信号となる。信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：０回］＋Ｋ５×［デジタル残留電荷信号Ｓａ２の信号値］を演算可能である。Ｋ５は、係数である。ただし、上述のように、１回目のＶｓレベル、Ｖｒレベルのレベル信号により演算した画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）の方が、ＳＮ比が良くなる。
【0115】
以上説明したように、本実施形態によれば、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９に蓄積され、コンパレータ１０３ａが所定の閾値電位Ｖｔｈになる度に第１信号を出力し、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９をリセットすると共に、カウンタ１０５ａがカウント値を１プラスする。これにより、電変換素子１０１ａで生成された電荷が第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の容量を超える場合にも、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９への電荷の蓄積を継続することが可能となると共に、カウント値により光電変換素子１０１ａで生成された電荷量も算出することが可能となる。更に、光電変換素子１０１ａと第２の蓄積部１０９の残留電荷は、増幅部１０６によりアナログ残留電荷信号として読み出し回路２６０に読み出され、デジタル値に変換される。この場合、第２の蓄積部１０９の容量は第１の蓄積部１０２の容量よりも小さいので、アナログ残留電荷信号のＳＮ比の低下が抑制される。一方で、電荷蓄積時の電荷は、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９へ蓄積されるので、リセット回数を低減さうることが可能となり、リセット時の電荷の消失を抑制できる。
【0116】
また、低照射で第１の蓄積部１０２の容量を一度も越えることがない場合にも、電変換素子１０１ａと第２の蓄積部１０９の残留電荷は、増幅部１０６によりアナログ残留電荷信号として読み出し回路２６０に読み出され、デジタル値に変換される。これにより、低照射で第１の蓄積部１０２の容量を一度も越えることがない場合にも、残留電荷を含めた画像信号を生成できる。この場合も第２の蓄積部１０９の容量は第１の蓄積部１０２の容量よりも小さいので、アナログ残留電荷信号のＳＮ比の低下が抑制される。
【0117】
（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例に係る固体撮像素子２００では、異なる時点でのＶｒレベル、Ｖｓレベルの読み出しを追加する点で第２実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第２実施形態の変形例に係る固体撮像素子２００では、異なる時点でのＶｒレベル、Ｖｓレベルの読み出しを追加する点で第２実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0118】
図１３は、第２実施形態の変形例に係る処理例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントされない状態例である。時間ｔ６とｔ７の間にＶｒ１レベルの読み出しを行い、時間ｔ７とｔ８の間にＶｓレベルの読み出しを行う点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。
【0119】
１回目のＶｒ１レベルでの読み出し電位は、駆動信号ＦＤＧが高レベルであるので、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応する。これにより、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応する電位を読み出すことが可能である。
【0120】
１回目のＶｒ２レベルでの読み出し電位は、駆動信号ＦＤＧが低レベルであるので、第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応する。これにより第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応する電位を読み出すことが可能である。
【0121】
１回目のＶｓ１レベルでの読み出し電位は、駆動信号ＴＧが高レベルになった後でであるので、光電変換素子１０１ａ及び第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応する。これにより光電変換素子１０１ａ及び第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応する電位を読み出すことが可能である。
【0122】
２回目のＶｓ２レベルでの読み出し電位は、駆動信号ＦＤＧが高レベルであり、再び駆動信号ＴＧが高レベルになった後であるので、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応する。これにより光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９の残留電荷に対応する電位を読み出すことが可能である。
【0123】
３回目のＶｒ３レベルでの読み出し電位は、駆動信号ＦＤＧが高レベルであり、駆動信号ＲＳＴが高レベルになった後であるので、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９のリセット後の電荷に対応する。これにより第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９のリセット後の電荷に対応する電位を読み出すことが可能である。
【0124】
このように、読出期間に入ると第一の蓄積部１０２の残留電荷で決まるＶｒ１レベルをオフセットレベルとしてサンプリングする。続けて容量接続トランジスタT１１０を非接続状態（オフ）として、第２の蓄積部１０９（容量を小さくした状態）のオフセットレベルをＶｒ２レベルとしてサンプリングする。つづけて転送トランジスタ１０７接続状態（オン）として、光電変換素子１０１ａの電荷を転送してＶｓ１レベルとしてＣＤＳ駆動で読み出す。つづけて容量接続トランジスタT１１０を接続状態（オン）として、容量を拡大して光電変換素子１０１ａの電荷を全て読み出せる状態のレベルをＶｓ２レベルとしてＣＤＳ駆動で読み出す。続けてリセットトランジスタ１０４ａを接続状態（オン）としてして、第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９をリセットレベルのＶｒ３レベルとしてＤＤＳ駆動で読み出す。
【0125】
これらから分かるように、Ｖｒ１レベルとＶｒ２レベルとの比較、Ｖｒ２レベルとＶｓ１レベルとの比較、Ｖｓ１とＶｓ２レベルとの比較、Ｖｓ２レベルとＶｒ３レベルとの比較、により、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、及び第２の蓄積部１０９それぞれの残留電荷に応じたデジタル信号を生成することが可能となる。また、第２実施形態の変形例に係る固体撮像素子２００では、全ての光電変換素子１０１ａの残留電荷に対応する信号をＣＤＳ駆動で読み出すことが可能であり、特に低照度や中照度でさらなる低ノイズで高ＳＮ比の画像信号をえることが可能となる。
【0126】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る固体撮像素子２００では、第３の蓄積部を更に備える点第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第３実施形態に係る固体撮像素子２００では、第３の蓄積部を更に備える点第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0127】
［画素回路の構成例］
図１４及び図１５を用いて、本実施形態における画素回路２５０の構成例を説明する。図１４は、第３実施形態に係る画素回路２５０の構成例を示すブロック図である。画素回路２５０は、第３の蓄積部１１１を更に備えることで、第１実施形態に係る画素回路２５０と相違する。
図１４及び図１５を用いて、本実施形態における画素回路２５０の構成例を説明する。図１４は、第３実施形態に係る画素回路２５０の構成例を示すブロック図である。画素回路２５０は、第３の蓄積部１１１を更に備えることで、第１実施形態に係る画素回路２５０と相違する。
【0128】
第３の蓄積部１１１は、第１の蓄積部１０２、及び第２の蓄積部１０９と並列に接続することが可能である。
【0129】
図１５は、第３実施形態に係る画素回路２５０の回路構成例を示す図である。ノードｎ１０に第２転送トランジスタ１１２を介して第３の蓄積部１１１が接続される。第３の蓄積部１１１は、例えばフローティングディフュージョンである。第２転送トランジスタ１１２は、例えばＮチャンネルのＭＯＳトランジスタから構成される。ゲート電極には、駆動信号ＴＣＧが供給される。この駆動信号ＴＣＧは、高レベルの状態がアクティブ状態（オンの状態）となり、低レベルの状態が非アクティブ状態（オフの状態）となるパルス信号である。
【0130】
第２転送トランジスタ１１２のゲート電極にはオアゲート１１４が接続され、オアゲート１１４にはノットゲート１１３が接続される。信号ｘＥＸＰは、蓄積期間に０となり読出期間に１となる信号である。これにより駆動信号ＴＣＧは、蓄積期間では、駆動信号ＲＳＴがハイレベルの時にハイレベルとなり、読出期間に常にハイレベルとなる。
【0131】
第２容量接続トランジスタ１１５は、ノードｎ１０とノードｎ１６との間に接続される。第２容量接続トランジスタ１１５は、例えばＮチャンネルのＭＯＳトランジスタから構成される。ゲート電極には、駆動信号ＦＣＧが供給される。この駆動信号ＦＣＧは、高レベルの状態がアクティブ状態（オンの状態）となり、低レベルの状態が非アクティブ状態（オフの状態）となるパルス信号である。
【0132】
［動作例］
図１６は、第３実施形態に係る動作例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントアップする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントアップされない状態例である。
図１６は、第３実施形態に係る動作例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントアップする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントアップされない状態例である。
【0133】
横軸は時間を示し、縦軸は、駆動信号ＥＸＰ，ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧ光電変換素子１０１ａの蓄積電荷Ｌ１０、Ｌ１８，第１の蓄積部１０２の電位Ｌ１６、Ｌ２０、第２の蓄積部１０９の電位Ｌ２２、Ｌ２４、第３の蓄積部１１１の電位Ｌ２６、Ｌ２８を示す。ラインＬ１０は、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷を示し、ラインＬ１２は、光電変換素子１０１ａの生成電荷量を示す。駆動信号ＥＸＰは、高レベルが電荷の蓄積期間を示し、低レベルが読出期間を示す。各トランジスタの非アクティブ状態（オフの状態）のチャネル電位はトランジスタ１１２＜トランジスタ１１５＜トランジスタ１０４ａの順である。
【0134】
Ａ図に示すように、高照射状態では、時間ｔ０で、駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ、ＦＣＧ，ＴＣＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１が初期化される。すなわち、ノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤとなる。
【0135】
続けて、時間ｔ１で駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧが低レベルとなり、駆動信号ＥＸＰが高レベルとなる。これにより、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が生成され、光電変換素子１０１ａの容量を超えた電荷が第２の蓄積部１０９へ蓄積され、第２の蓄積部１０９のノードｎ１０の電位Ｌ２２が低下を開始する。そして、時間ｔ２で第２の蓄積部１０９の容量の上限まで電荷が蓄積される。これにより、第２の蓄積部１０９の容量を超えた電荷が第１の蓄積部１０２へ蓄積され、第１の蓄積部１０２の電位Ｌ１６が低下を開始する。
【0136】
そして、時間ｔ３でコンパレータ１０３ａの閾値電位Ｖｔｈに１回目に到達する。これによりコンパレータ１０３ａが第１信号を出力し、カウンタ１０５ａがカウント値を１プラスする。同時に、駆動信号ＲＳＴである第１信号が高レベルであるので、リセットトランジスタ１０４ａが導通状態となり、第１の蓄積部１０２のノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤにリセットされる。
【0137】
また、駆動信号ＲＳＴと同期して駆動信号ＴＣＧが高レベルとなり、第２転送トランジスタ１１２が電気的に導通状態となる。これにより、第１の蓄積部１０２のリセット期間に光電変換素子１０１ａで生成された電荷が、第３の蓄積部１１１で蓄積され電位Ｌ２６が初期電位である電源電位ＶＤＤから低下する。
【0138】
続けて時間ｔ４で駆動信号ＲＳＴが低レベルになると同時に駆動信号ＴＣＧも低レベルとなり、光電変換素子１０１ａで生成された電荷は、再び第１の蓄積部１０２に蓄積される。このような処理をくり返し、時間ｔ７で駆動信号ＥＸＰが低レベルとなり読出期間が開始され、駆動信号ＴＣＧとＦＣＧが高レベルとなり第２転送トランジスタ１１２及び第２容量接続トランジスタ１１５が導通状態となる。
【0139】
続けて時間ｔ８で、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１に転送され、ノードｎ１０の電位は光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１の残量電荷の電位に対応する。そして、時間ｔ９で、駆動信号駆動信号ＴＧが低レベルとなり、光電変換素子１０１ａと第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１との間が電気的に非接続の状態になる。
【0140】
続けて時間ｔ１０で、駆動信号ＲＳＴが高レベルとなり、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１が初期電位である電源電位ＶＤＤにリセットされる。続けて、時間ｔ１０で、駆動信号ＲＳＴが低レベルとなり、駆動信号ＦＣＧ，ＴＣＧが低レベルとなる。
【0141】
また、時間ｔ７からｔ８の間に、Ｖｒレベルとして第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ９からｔ１０の間に、Ｖｓレベルとして光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が加えられた第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。
【0142】
これにより、読み出し回路２６０は、Ｖｓレベルに対応する電位と、Ｖｒレベルに対応する電位の差分をデジタル残留電荷信号Ｓａ３に変換し、信号処理部２８０に出力する。すなわち、デジタル残留電荷信号Ｓａ３は、光電変換素子１０１ａの残留電荷に応じた信号となる。光電変換素子１０１ａの容量と、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９、及び第３の蓄積部１１１の容量は既知であるので、蓄積期間終了時の全体の残留電荷に対応する値は、デジタル残留電荷信号Ｓａ３より演算可能である。
【0143】
そして、信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：２回］＋Ｋ６×［デジタル残留電荷信号Ｓａ３の信号値］を演算し、メモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた記憶領域に画像信号を記憶する。そして、メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）を画像データとしてＤＳＰ回路１２０に出力する。Ｋ６は、係数である。
【0144】
また、時間ｔ９からｔ１０の間に、Ｖｓレベルとして光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が加えられた第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ１１からｔ１２の間に、Ｖｒレベルとして第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１のリセット後の蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。これにより、読み出し回路２６０は、Ｖｓレベルに対応するレベルと、Ｖｒレベルに対応するレベルの差分をデジタル残留電荷信号Ｓａ４に変換し、信号処理部２８０に出力する。すなわち、デジタル残留電荷信号Ｓａ４は、全残留電荷に応じた信号となる。信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：２回］＋Ｋ７×［デジタル残留電荷信号Ｓａ４の信号値］を演算可能である。Ｋ７は、係数である。ただし、上述のように、１回目のＶｓレベル、Ｖｒレベルのレベル信号により演算した画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）の方が、ＳＮ比が良くなる。
【0145】
一方でＢ図に示すように、低照射状態では、時間ｔ０で、駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ、ＦＣＧ，ＴＣＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１が初期化される。すなわち、ノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤとなる。
【0146】
続けて、時間ｔ１で駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧが低レベルとなり、駆動信号ＥＸＰが高レベルとなる。これにより、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が生成され、光電変換素子１０１ａの容量に蓄積される。電荷量Ｌ１８は増加を継続するが、光電変換素子１０１ａ内の容量に生成された電荷量が維持される。このため、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１の電位Ｌ２０，Ｌ２４，Ｌ２８は、それぞれ初期電位である電源電位ＶＤＤに維持される。
【0147】
続けて、時間ｔ７で駆動信号ＥＸＰが低レベルとなり読出期間が開始され、駆動信号ＴＣＧとＦＣＧが高レベルとなり第２転送トランジスタ１１２及び第２容量接続トランジスタ１１５が導通状態となる。更に続けて時間ｔ８で、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１に転送され、ノードｎ１０の電位は光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１の残量電荷の電位に対応する。そして、時間ｔ９で、駆動信号駆動信号ＴＧが低レベルとなり、光電変換素子１０１ａと第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１との間が電気的に非接続の状態になる。
【0148】
続けて時間ｔ１０で、駆動信号ＲＳＴが高レベルとなり、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１が初期電位である電源電位ＶＤＤにリセットされる。続けて、時間ｔ１０で、駆動信号ＲＳＴが低レベルとなり、駆動信号ＦＣＧ，ＴＣＧが低レベルとなる。
【0149】
また、時間ｔ７からｔ８の間に、Ｖｒレベルとして第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ９からｔ１０の間に、Ｖｓレベルとして光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が加えられた第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。これにより、読み出し回路２６０は、Ｖｓレベルに対応する電位と、Ｖｒレベルに対応する電位の差分をデジタル残留電荷信号Ｓａ３に変換し、信号処理部２８０に出力する。すなわち、デジタル残留電荷信号Ｓａ３は、光電変換素子１０１ａの残留電荷に応じた信号となる。光電変換素子１０１ａの容量と、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９、及び第３の蓄積部１１１の容量は既知であるので、蓄積期間終了時の全体の残留電荷に対応する値は、デジタル残留電荷信号Ｓａ３より演算可能である。
【0150】
そして、信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：０回］＋Ｋ６×［デジタル残留電荷信号Ｓａ３の信号値］を演算し、メモリ２８２に出力する。メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた記憶領域に画像信号を記憶する。そして、メモリ２８２では、各画素回路２５０の座標に応じた画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）を画像データとしてＤＳＰ回路１２０に出力する。Ｋ６は、係数である。
【0151】
また、時間ｔ９からｔ１０の間に、Ｖｓレベルとして光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が加えられた第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。一方で、時間ｔ１１からｔ１２の間に、Ｖｒレベルとして第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及びのリセット後の蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。これにより、読み出し回路２６０は、Ｖｓレベルと、Ｖｒレベルとの差分をデジタル残留電荷信号Ｓａ４に変換し、信号処理部２８０に出力する。すなわち、デジタル残留電荷信号Ｓａ４は、全残留電荷に応じた信号となる。信号処理部２８０の演算部２８０ｂは、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として、Ｋ１×［リセット回数：０回］＋Ｋ７×［デジタル残留電荷信号Ｓａ４の信号値］を演算可能である。Ｋ７は、係数である。ただし、上述のように、１回目のＶｓレベル、Ｖｒレベルのレベル信号により演算した画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）の方が、ＳＮ比が良くなる。
【0152】
以上説明したように、本実施形態によれば、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が第１の蓄積部１０２及び第２の蓄積部１０９に蓄積され、コンパレータ１０３ａが所定の閾値電位Ｖｔｈになる度に第１信号を出力し、第１の蓄積部１０２をリセットすると共に、カウンタ１０５ａがカウント値を１プラスする。これにより、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が第１の蓄積部１０２の容量を超える場合にも、第１の蓄積部１０２への電荷の蓄積を継続することが可能となると共に、カウント値により光電変換素子１０１ａで生成された電荷量も算出することが可能となる。更に、第１の蓄積部１０２のリセット時の電荷を第３の蓄積部１１１へ蓄積することが可能となる。
【0153】
これにより、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９、及び第３の蓄積部１１１の残留電荷は、増幅部１０６によりアナログ残留電荷信号として読み出し回路２６０に読み出され、デジタル値に変換される。この残留電荷には第１の蓄積部１０２のリセット期間に光電変換素子１０１ａで生成された電荷も含まれるので、光電変換素子１０１ａで生成された全電荷を画像信号Ｇ（ｘ，ｙ）として生成可能となる。このように、高照射でもダイナミックレンジが飽和することがなく、リセット時の残留電荷を含めた画像信号を生成できる。
【0154】
また、低照射で第１の蓄積部１０２の容量を一度も越えることがない場合にも、電変換素子１０１ａと第２の蓄積部１０９の残留電荷は、増幅部１０６によりアナログ残留電荷信号として読み出し回路２６０に読み出され、デジタル値に変換される。これにより、低照射で第１の蓄積部１０２の容量を一度も越えることがない場合にも、残留電荷を含めた画像信号を生成できる。
【0155】
（第３実施形態の変形例１）
第３実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００では、容量接続トランジスタT１１０を更に備える点で第３実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では、第３実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第３実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００では、容量接続トランジスタT１１０を更に備える点で第３実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では、第３実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0156】
［画素回路の構成例］
図１７は、第３実施形態の変形例１係る画素回路２５０の回路構成例を示す図である。ノードｎ１０とノードｎ２０との間に容量接続トランジスタT１１０が接続される。
図１７は、第３実施形態の変形例１係る画素回路２５０の回路構成例を示す図である。ノードｎ１０とノードｎ２０との間に容量接続トランジスタT１１０が接続される。
【0157】
［動作例］
図１８は、第３実施形態の変形例１に係る動作例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントアップする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントアップされない状態例である。
図１８は、第３実施形態の変形例１に係る動作例のタイムチャートである。Ａ図は、高照射でカウンタ１０５ａが１回以上カウントアップする状態例であり、Ｂ図は、低照射でカウンタ１０５ａがカウントアップされない状態例である。
【0158】
横軸は時間を示し、縦軸は、駆動信号ＥＸＰ，ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＤＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧ光電変換素子１０１ａの蓄積電荷Ｌ１０、Ｌ１８，第１の蓄積部１０２の電位Ｌ１６、Ｌ２０、第２の蓄積部１０９の電位Ｌ２２、Ｌ２４、第３の蓄積部１１１の電位Ｌ２６、Ｌ２８を示す。ラインＬ１０は、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷を示し、ラインＬ１２は、光電変換素子１０１ａの生成電荷量を示す。駆動信号ＥＸＰは、高レベルが電荷の蓄積期間を示し、低レベルが読出期間を示す。各トランジスタの非アクティブ状態（オフの状態）のチャネル電位はトランジスタ１１２＜トランジスタ１１５＜トランジスタ１０４ａの順である。
【0159】
Ａ図に示すように、高照射状態では、時間ｔ０で、駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＤＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１が初期化される。すなわち、ノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤとなる。
【0160】
続けて、時間ｔ１で駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧが低レベルとなり、駆動信号ＥＸＰが高レベルとなる。これにより、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が生成され、光電変換素子１０１ａの容量を超えた電荷が第２の蓄積部１０９へ蓄積され、第２の蓄積部１０９のノードｎ１０の電位Ｌ２２が低下を開始する。そして、時間ｔ２で第２の蓄積部１０９の容量の上限まで電荷が蓄積される。これにより、第２の蓄積部１０９の容量を超えた電荷が第１の蓄積部１０２へ蓄積され、第１の蓄積部１０２の電位Ｌ１６が低下を開始する。
【0161】
そして、時間ｔ３でコンパレータ１０３ａの閾値電位Ｖｔｈに１回目に到達する。これによりコンパレータ１０３ａが第１信号を出力し、カウンタ１０５ａがカウント値を１プラスする。同時に、駆動信号ＲＳＴである第１信号が高レベルであるので、リセットトランジスタ１０４ａが導通状態となり、第１の蓄積部１０２のノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤにリセットされる。
【0162】
また、駆動信号ＲＳＴと同期して駆動信号ＴＣＧが高レベルとなり、第２転送トランジスタ１１２が電気的に導通状態となる。これにより、第１の蓄積部１０２のリセット期間に光電変換素子１０１ａで生成された電荷が、第３の蓄積部１１１で蓄積され電位Ｌ２６が初期電位である電源電位ＶＤＤから低下する。
【0163】
続けて時間ｔ４で駆動信号ＲＳＴが低レベルになると同時に駆動信号ＴＣＧも低レベルとなり、光電変換素子１０１ａで生成された電荷は、再び第１の蓄積部１０２に蓄積される。このような処理をくり返し、時間ｔ７で駆動信号ＥＸＰが低レベルとなり読出期間が開始され、駆動信号ＴＣＧとＦＣＧが高レベルとなり第２転送トランジスタ１１２及び第２容量接続トランジスタ１１５が導通状態となる。
【0164】
続けて時間ｔ８で、駆動信号ＦＤＧが低レベルとなり、第２の蓄積部１０９と、第１の蓄積部１０２及び第３の蓄積部１１１とが電気的に非接続の状態となる。続けて時間ｔ９で、駆動信号ＴＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａの蓄積電荷が第２の蓄積部１０９に転送され、ノードｎ１０の電位は光電変換素子１０１ａ、第２の蓄積部１０９の残量電荷の電位に対応する。そして、時間ｔ１０で、駆動信号駆動信号ＴＧが低レベルとなり、光電変換素子１０１ａと第２の蓄積部１０９との間が電気的に非接続の状態になる。
【0165】
続けて時間ｔ１１で、駆動信号ＴＧ、ＦＤＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９と、及び第３の蓄積部１１１とが電気的に非接続の状態となり、ノードｎ１０の電位は光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９と、及び第３の蓄積部１１１の残量電荷の電位に対応する。
【0166】
続けて時間ｔ１２で、駆動信号ＴＧが低レベルとなり、時間ｔ１３で、駆動信号ＲＳＴが高レベルとなり、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９と、及び第３の蓄積部１１１が初期電位である電源電位ＶＤＤにリセットされる。続けて、時間ｔ１４で、駆動信号ＲＳＴが低レベルとなり、駆動信号ＦＤＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧが低レベルとなる。
【0167】
また、時間ｔ７からｔ８の間に、Ｖｒ１レベルとして第２の蓄積部１０９のアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９と、及び第３の蓄積部１１１の蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。
【0168】
時間ｔ８からｔ９の間に、Ｖｒ２レベルとして第２の蓄積部１０９の蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。更に時間ｔ１０からｔ１１の間に、Ｖｓ１レベルとして第２の蓄積部１０９の蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。更に第２の蓄積部１０９の蓄積電荷に光電変換素子１０１ａの蓄積電荷を加算した蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。
【0169】
また、時間ｔ１２からｔ１３の間に、Ｖｓ２レベルとして第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９と、及び第３の蓄積部１１１の蓄積電荷に光電変換素子１０１ａの蓄積電荷を加算した蓄積電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に２回出力される。そして、時間ｔ１４からｔ１５の間に、Ｖｒ３レベルとして第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９と、及び第３の蓄積部１１１のリセット電荷に対応するアナログ残留電荷信号が読み出し回路２６０に出力される。
【0170】
これらか分かるように、各信号レベルを比較することにより、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９と、及び第３の蓄積部１１１それぞれの残留電荷に対応するデジタル信号を生成可能となる。
【0171】
一方でＢ図に示すように、低照射状態では、時間ｔ０で、駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＤＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧが高レベルとなり、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１が初期化される。すなわち、ノードｎ１０の電位が電源電位ＶＤＤとなる。
【0172】
続けて、時間ｔ１で駆動信号ＲＳＴ，ＴＧ，ＦＣＧ，ＴＣＧが低レベルとなり、駆動信号ＥＸＰが高レベルとなる。これにより、光電変換素子１０１ａで生成された電荷が生成され、光電変換素子１０１ａの容量に蓄積される。電荷量Ｌ１８は増加を継続するが、光電変換素子１０１ａ内の容量に生成された電荷量が維持される。このため、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９及び第３の蓄積部１１１の電位Ｌ２０，Ｌ２４，Ｌ２８は、それぞれ初期電位のＶＤＤに維持される。
【0173】
読み出しは、高照射レベルと同様に処理される。
【0174】
以上説明したように、本変形例１によれば、第３実施形態と同様の処理効果に加え、各信号レベルを比較することにより、光電変換素子１０１ａ、第１の蓄積部１０２、第２の蓄積部１０９と、及び第３の蓄積部１１１それぞれの残留電荷に対応するデジタル信号を生成可能となる。
【0175】
（第３実施形態の変形例２）
第３実施形態の変形例２に係る固体撮像素子２００では、第３の蓄積部１１１を、容量接続トランジスタ１１０を介さずに光電変換素子１０１ａに接続する点で第３実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では、第３実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第３実施形態の変形例２に係る固体撮像素子２００では、第３の蓄積部１１１を、容量接続トランジスタ１１０を介さずに光電変換素子１０１ａに接続する点で第３実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では、第３実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0176】
［画素回路の構成例］
図１９は、第３実施形態の変形例２に係る画素回路２５０の回路構成例を示す図である。第２転送トランジスタ１１２の一端が光電変換素子１０１ａに接続される点で第３実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００と相違する。また、この接続により、第３の蓄積部１１１の一端とノードｎ１６との間に第２容量接続トランジスタ１１５が接続される。これにより、２つのトランジスタを介さず１つのトランジスタを介して電荷が転送されるので、第３実施形態の変形例１の効果に加え、転送効率がより向上する効果が得られる。
図１９は、第３実施形態の変形例２に係る画素回路２５０の回路構成例を示す図である。第２転送トランジスタ１１２の一端が光電変換素子１０１ａに接続される点で第３実施形態の変形例１に係る固体撮像素子２００と相違する。また、この接続により、第３の蓄積部１１１の一端とノードｎ１６との間に第２容量接続トランジスタ１１５が接続される。これにより、２つのトランジスタを介さず１つのトランジスタを介して電荷が転送されるので、第３実施形態の変形例１の効果に加え、転送効率がより向上する効果が得られる。
【0177】
（第４実施形態）
第４実施形態に係る固体撮像素子２００では、画素回路２５０を二つの基板で構成する点で第１実施形態乃至第３実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第４実施形態に係る固体撮像素子２００では、画素回路２５０を二つの基板で構成する点で第１実施形態乃至第３実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0178】
図２０は、第１実施形態の変形例３に係る画素回路２５０の構成例を示す図である。ラインＬ１９０を境に第１の基板と第２の基板とに分けて構成する。第１の蓄積部１０２の容量は低容量になるに従い、信号変換時のＳＮ比が向上することが知られている。また、コンパレータ１０３ａ内の増幅トランジスタ（ＡＭＰ）に繋がる拡散層は第１の基板であるように接続する。同様に増幅トランジスタ（ＡＭＰ）に繋がるコンパレータ１０３ａ内のＭＯＳトランジスタのポリ（ＰＯＬＹ）ゲートも第１の基板にあるように接続する。
【0179】
図２１は、第１の基板と第２の基板との構成例を示す図である。第１の基板２００ａと第２の基板２００ｂとは、例えばＣｕ－Ｃｕ配線で接続される。接続は、ビアやバンプなどの接続部により行われてもよい。図２２は、図１１で示す画素回路２５０を２基板で構成した構成例を示す図である。ラインＬ１９２を境に第１の基板２００ａと第２の基板２００ｂとに分けて構成する。図２３は、図１５で示す画素回路２５０を２基板で構成した構成例を示す図である。ラインＬ１９４を境に第１の基板２００ａと第２の基板２００ｂとに分けて構成する。図２４は、図１９で示す画素回路２５０の構成例を示す図である。ラインＬ１９６を境に第１の基板２００ａと第２の基板２００ｂとに分けて構成する。このような、構成にすることにより固体撮像素子２００をより小型化することが可能となる。
【0180】
（第５実施形態）
第５実施形態に係る固体撮像素子２００では、画素回路２５０を二つの基板又は３つの基板で構成する点で第１実施形態乃至第３実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第５実施形態に係る固体撮像素子２００では、画素回路２５０を二つの基板又は３つの基板で構成する点で第１実施形態乃至第３実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0181】
図２５は、第１の基板２００ａ、第２の基板２００ｂ、第３の基板２００ｃの構成例を示す図である。各第１の基板２００ａ、第２の基板２００ｂ、第３の基板２００ｃ間はＣｕ－Ｃｕ配線で接続される。
【0182】
図２６は、図４で示す画素回路２５０を２基板で構成した構成例を示す図である。ラインＬ２００を境に第１の基板（図２５参照）と、第２の基板（図２５参照）とに分けて構成する。図２７は、図１０で示す画素回路２５０を３基板で構成した構成例を示す図である。ラインＬ２０２、２０４を境に第１の基板（図２５参照）、第２の基板（図２５参照）、第３の基（図２５参照）に分けて構成する。図２８は、図１４で示す画素回路２５０を２基板で構成した構成例を示す図である。ラインＬ２０６，２０８を境に第１の基板（図２５参照）と、第２の基板（図２５参照）とに分けて構成する。図２９は、図１４で示す画素回路２５０を３基板で構成した構成例を示す図である。ラインＬ２１０，２２０を境に第１の基板（図２５参照）、第２の基板（図２５参照）、第３の基板（図２５参照）に分けて構成する。このような、構成にすることにより固体撮像素子２００をより小型化することが可能となる。
【0183】
（第６実施形態）
第６実施形態に係る固体撮像素子２００では、読み出し回路２６０内の比較器３００，カウンタ２６１，及びラッチを画素回路２５０毎に構成する点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第６実施形態に係る固体撮像素子２００では、読み出し回路２６０内の比較器３００，カウンタ２６１，及びラッチを画素回路２５０毎に構成する点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0184】
図３０は、撮像素子２００の一部を模式的に示す図である。図３０に示ように、読み出し回路２６０内の比較器３００，カウンタ２６１，及びラッチを画素回路２５０毎に構成する。また、比較器３００をコンパレータ１０３ａ（図５参照）として共用してもよい。このようにすることで、回路規模を縮小し小面積化を実現できる。
【0185】
（第７実施形態）
第７実施形態に係る固体撮像素子２００は、通常撮影モードと、校正モードとを有する点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第７実施形態に係る固体撮像素子２００は、通常撮影モードと、校正モードとを有する点で第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する。以下では第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0186】
通常撮影モード（図７参照）は、蓄積期間と読出期間を有し、通常の撮影を行うモードである。一方で校正モードは、通常の撮影の前に、各画素回路の特性ばらつきを校正するための情報を取得するモードである。
【0187】
本実施形態では、判定部１０３内のトランジスタの製造ばらつきなどによって、画素毎に反転閾値がばらつくため、その閾値を知るために校正モードを使用する。各モードは、操作部（１４０）を介した指示入力にしたがい設定される。各モードでは、垂直走査回路２１０を介して各画素回路２５０に供給される駆動信号がモード毎に変更される。
【0188】
［校正モードの動作例］
図３１は、本実施形態に係る校正モードの動作例のタイムチャートである。横軸は時間を示し、縦軸は、駆動信号ＥＸＰ、ＲＳＴ、変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ１８，第１の蓄積部１０２の電位Ｌ２０を示す。なお、第７実施形態に係る固体撮像素子２００では、変圧電源ＶＲＳは、リセットトランジスタ１０４ａのドレイン（図５参照）に接続される。変圧電源ＶＲＳは、通常撮影モード（図７参照）では電源電位ＶＤＤをリセットトランジスタ１０４ａのドレイン（図５参照）に供給し、校正モードでは、時系列に変わる電位Ｌ１８をリセットトランジスタ１０４ａのドレイン（図５参照）に供給する。なお、本実施形態に係る変圧電源ＶＲＳの電位がリセット電位に対応する。
図３１は、本実施形態に係る校正モードの動作例のタイムチャートである。横軸は時間を示し、縦軸は、駆動信号ＥＸＰ、ＲＳＴ、変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ１８，第１の蓄積部１０２の電位Ｌ２０を示す。なお、第７実施形態に係る固体撮像素子２００では、変圧電源ＶＲＳは、リセットトランジスタ１０４ａのドレイン（図５参照）に接続される。変圧電源ＶＲＳは、通常撮影モード（図７参照）では電源電位ＶＤＤをリセットトランジスタ１０４ａのドレイン（図５参照）に供給し、校正モードでは、時系列に変わる電位Ｌ１８をリセットトランジスタ１０４ａのドレイン（図５参照）に供給する。なお、本実施形態に係る変圧電源ＶＲＳの電位がリセット電位に対応する。
【0189】
上述のように、コンパレータ１０３ａは、ノードｎ１０（図５参照）の電位が閾値電位Ｖｔｈを下側に越えるまで低レベルの第１信号を出力し、閾値電位Ｖｔｈを下側に越えると高レベルの第１信号を出力する。また、リセットトランジスタ１０４ａは，第１信号が高レベルの場合に、高レベル信号を出力する。なお、ノードｎ１０（図５参照）の電位は、第１の蓄積部１０２に対応する。
【0190】
図３１に示すように、時間ｔ０で変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ１８の増加を開始する。開始時のノードｎ１０の電位は閾値電位Ｖｔｈを下側に越えた状態であるので、第１信号は高レベルであり、駆動信号ＲＳＴは高レベルとなる。駆動信号ＲＳＴが高レベルであるのリセットトランジスタ１０４ａは、導通状態を維持する。
【0191】
更に変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ１８の増加を継続すると、時間ｔ１でノードｎ１０の電位は閾値電位Ｖｔｈを上側に越える状態となる。このため、第１信号は低レベルに変わり、駆動信号ＲＳＴは低レベルとなる。これにより、リセットトランジスタ１０４ａは、非導通状態となる。その後、変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ１８の増加は継続されるが、リセットトランジスタ１０４ａが非導通状態となるので、ノードｎ１０の電位は閾値電位Ｖｔｈの状態で維持される。
【0192】
そして、時間ｔ２で読み出し期間となる。読み出し期間では、変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ１８は、電源電位ＶＤＤに維持される。そして、時間ｔ３で、増幅回路１０８（図５参照）から出力された初期化信号ＳＨＴにより駆動信号ＲＳＴが高レベル信号となり、ノードｎ１０（図５参照）の電位が電源電位ＶＤＤに初期化される。
【0193】
このとき、時間ｔ２とｔ３の間で、閾値電位Ｖｔｈに対応するノードｎ１０の電位がＶｓレベルとして読出回路２６０に読み出される。一方で、時間ｔ４とｔ５の間で、電源電位ＶＤＤに対応するノードｎ１０の電位がＶｒレベルとして読出回路２６０に読み出される。これにより、Ｖｓレベルの電位とＶｒレベルの電位の差分が、この画素回路２５０の閾値電位Ｖｔｈとして生成される。メモリ２８２は、画素回路２５０の座標（ｘ、ｙ）毎に閾値電位Ｖｔｈを記憶する。第１蓄積部１０２の容量は、既知であるので閾値電位Ｖｔｈと第１蓄積部１０２の容量の情報から、カウンタ１０５aの１カウントに対応する残留電荷量を正確に算出することが可能となる。これにより、係数Ｋ１を校正し、画素回路２５０の座標（ｘ、ｙ）毎にＫ１（ｘ、ｙ）として記憶する。すなわち、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ、ｙ）を、Ｋ１（ｘ、ｙ）×［リセット回数］＋Ｋ２×［デジタル信号Ｓａの値］としてより正確に演算することが可能となる。
【0194】
以上説明したように、本実施形態によれば、校正モードでは、変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ１８を閾値電位Ｖｔｈの下側から増加させることとした。これにより、変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ１８の増加を継続すると、ノードｎ１０の電位は閾値電位Ｖｔｈを上側に越える状態となり、リセットトランジスタ１０４ａは、非導通状態となり、ノードｎ１０の電位は閾値電位Ｖｔｈの状態で維持される。このため、画素回路２５０毎の閾値電位Ｖｔｈの情報を得ることが可能となり、係数Ｋ１を校正し、画素回路２５０の座標（ｘ、ｙ）毎にＫ１（ｘ、ｙ）として記憶することができる。これにより、画素回路２５０の画像信号Ｇ（ｘ、ｙ）を、Ｋ１（ｘ、ｙ）×［リセット回数］＋Ｋ２×［デジタル信号Ｓａの値］としてより正確に演算することが可能となる。
【0195】
（第８実施形態）
第８実施形態に係る固体撮像素子２００では、変圧電源ＶＲＳの電位変化の傾きを複数回変更して、校正モードを実行する点で第７実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
第８実施形態に係る固体撮像素子２００では、変圧電源ＶＲＳの電位変化の傾きを複数回変更して、校正モードを実行する点で第７実施形態に係る固体撮像素子２００と相違すると相違する。以下では、第１実施形態に係る固体撮像素子２００と相違する点を説明する。
【0196】
［校正モードの動作例］
図３２は、本実施形態に係る校正モードの動作例のタイムチャートである。横軸は時間を示し、縦軸は、駆動信号ＥＸＰ、ＲＳＴ、変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ２２，Ｌ２４，第１の蓄積部１０２の電位Ｌ２６，Ｌ２８を示す。電位Ｌ２２及び電位Ｌ２６は、電位Ｌ２４及び電位Ｌ２８よりも電位変化の傾きが大きい状態を示す。
図３２は、本実施形態に係る校正モードの動作例のタイムチャートである。横軸は時間を示し、縦軸は、駆動信号ＥＸＰ、ＲＳＴ、変圧電源ＶＲＳの電位Ｌ２２，Ｌ２４，第１の蓄積部１０２の電位Ｌ２６，Ｌ２８を示す。電位Ｌ２２及び電位Ｌ２６は、電位Ｌ２４及び電位Ｌ２８よりも電位変化の傾きが大きい状態を示す。
【0197】
コンパレータ１０３ａの動作遅延などの特性により、第１の蓄積部１０２の電位変化の傾きが変わると判定閾値が変わる場合がある。それに備えて、校正データ取得モードにおいて、変圧電源ＶＲＳスイープ傾きを変えて複数回校正データを取得する。
【0198】
カウンタ１０５ａのカウント値が小さい場合には低光量であり第１の蓄積部の電位変化の傾きが小さいはずなので、校正データも傾きが小さい方の値を使用することが可能である。一方で、カウント値が大きい場合には高光量であるので傾きが大きい方の校正データを使用することが可能である。これにより、第１の蓄積部１０２の電位の傾き変化による判定閾値の変動にも追従することが可能となる。
【0199】
＜＜４．応用例＞＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【0200】
図３３は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図３３に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
【0201】
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図３３では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
【0202】
駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）又はＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の制御装置としての機能を有してもよい。
【0203】
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
【0204】
ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【0205】
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電位又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
【0206】
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
【0207】
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
【0208】
ここで、図３４は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【0209】
なお、図３４には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【0210】
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
【0211】
図３３に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
【0212】
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
【0213】
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
【0214】
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
【0215】
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
【0216】
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）若しくはＬＴＥ－Ａ（ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ Ｔｏ Ｐｅｅｒ）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）端末）と接続してもよい。
【0217】
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ ｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｖｅｈｉｃｌｅ）通信、路車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）通信、車両と家との間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）の通信及び歩車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
【0218】
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
【0219】
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
【0220】
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、又はＭＨＬ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｌｉｎｋ）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
【0221】
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
【0222】
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
【0223】
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
【0224】
音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図３３の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
【0225】
なお、図３３に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
【0226】
なお、図１を用いて説明した第１の実施の形態に係る固体撮像装置１の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
【0227】
以上説明した車両制御システム７０００において、図１を用いて説明した本実施形態に係る固体撮像装置１は、図３３に示した応用例の統合制御ユニット７６００に適用することができる。例えば、固体撮像装置１は、撮像部７４１０に相当する。例えば、撮像部７４１０のダイナミックレンジを拡大することができる。
【0228】
なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を備える固体撮像素子。
（１）
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を備える固体撮像素子。
【0229】
（２）
前記読出回路から供給される第１アナログ信号に基づきデジタル信号を生成するアナログデジタル変換部と、
前記カウントと、前記デジタル信号とに基づき、前記光電変換部が生成した電荷量に応じた画像信号を生成する信号処理部と、
を更に備える、（１）に記載の固体撮像素子。
前記読出回路から供給される第１アナログ信号に基づきデジタル信号を生成するアナログデジタル変換部と、
前記カウントと、前記デジタル信号とに基づき、前記光電変換部が生成した電荷量に応じた画像信号を生成する信号処理部と、
を更に備える、（１）に記載の固体撮像素子。
【0230】
（３）
前記第１ノードと、前記光電変換部との間に接続される第１トランジスタを更に備える、（２）に記載の固体撮像素子。
前記第１ノードと、前記光電変換部との間に接続される第１トランジスタを更に備える、（２）に記載の固体撮像素子。
【0231】
（４）
前記リセット部は、前記読出回路が前記第１アナログ信号を供給した後に、前記第１ノードをリセットし、
前記読出回路は、リセット後の前記第１ノードの電位を読み出して、第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（３）に記載の固体撮像素子。
前記リセット部は、前記読出回路が前記第１アナログ信号を供給した後に、前記第１ノードをリセットし、
前記読出回路は、リセット後の前記第１ノードの電位を読み出して、第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（３）に記載の固体撮像素子。
【0232】
（５）
前記読出回路は、前記第１トランジスタが電気的に導通状態となった後に、前記第１アナログ信号を読み出す、（４）に記載の固体撮像素子。
前記読出回路は、前記第１トランジスタが電気的に導通状態となった後に、前記第１アナログ信号を読み出す、（４）に記載の固体撮像素子。
【0233】
（６）
前記第１ノードに、前記第１電荷保持部と並列に接続される前記第２電荷保持部を更に備える、（３）に記載の固体撮像素子。
前記第１ノードに、前記第１電荷保持部と並列に接続される前記第２電荷保持部を更に備える、（３）に記載の固体撮像素子。
【0234】
（７）
前記第１電荷保持部は第２トランジスタを介して、前記第１ノードに接続され、
第１期間において第２トランジスタは導通状態にされ、前記第１期間と異なる第２期間おいて非導通状態にされる、（６）に記載の固体撮像素子。
前記第１電荷保持部は第２トランジスタを介して、前記第１ノードに接続され、
第１期間において第２トランジスタは導通状態にされ、前記第１期間と異なる第２期間おいて非導通状態にされる、（６）に記載の固体撮像素子。
【0235】
（８）
前記読出回路は、前記第２期間に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１トランジスタを電気的に導通状態にした後に第２アナログ信号を読み出し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（７）に記載の固体撮像素子。
前記読出回路は、前記第２期間に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１トランジスタを電気的に導通状態にした後に第２アナログ信号を読み出し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（７）に記載の固体撮像素子。
【0236】
（９）
前記読出回路は、前記第１期間に前記第１トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１ノードをリセット電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（７）に記載の固体撮像素子。
前記読出回路は、前記第１期間に前記第１トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１ノードをリセット電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（７）に記載の固体撮像素子。
【0237】
（１０）
前記第１ノードに、第３トランジスタ介して接続される第３電荷保持部を更に備える、（７）に記載の固体撮像素子。
前記第１ノードに、第３トランジスタ介して接続される第３電荷保持部を更に備える、（７）に記載の固体撮像素子。
【0238】
（１１）
前記読出回路は、第２トランジスタ及び第３トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１トランジスタが電気的に導通状態になった後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（１０）に記載の固体撮像素子。
前記読出回路は、第２トランジスタ及び第３トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記第１トランジスタが電気的に導通状態になった後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（１０）に記載の固体撮像素子。
【0239】
（１２）
前記読出回路は、前記第１トランジスタ、第２トランジスタ及び第３トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記リセット部が前記第１ノードをリセット電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（１０）に記載の固体撮像素子。
前記読出回路は、前記第１トランジスタ、第２トランジスタ及び第３トランジスタが電気的に導通状態になった後に前記第１アナログ信号を読み出し、前記リセット部が前記第１ノードをリセット電位にした後に第２アナログ信号を前記アナログデジタル変換部に供給し、
前記アナログデジタル変換部は、前記第１アナログ信号と前記第２アナログ信号とに基づき、前記デジタル信号を生成する、（１０）に記載の固体撮像素子。
【0240】
（１３）
前記リセット部は、前記第１ノードと電源部との間に接続される第４トランジスタで構成され、オフ時のチャネル電位は第３トランジスタより第２トランジスタが大きく、第２トランジスタより、第４トランジスタが大きく構成される、（１２）に記載の固体撮像素子。
前記リセット部は、前記第１ノードと電源部との間に接続される第４トランジスタで構成され、オフ時のチャネル電位は第３トランジスタより第２トランジスタが大きく、第２トランジスタより、第４トランジスタが大きく構成される、（１２）に記載の固体撮像素子。
【0241】
（１４）
第１の蓄積容量部はメタルインシュレータメタル（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量で構成される、（１）に記載の固体撮像素子。
第１の蓄積容量部はメタルインシュレータメタル（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）容量で構成される、（１）に記載の固体撮像素子。
【0242】
（１５）
前記読出回路は、第１の基板と第２の基板で構成され、前記比較器は増幅トランジスタを有し、
前記増幅トランジスタに繋がる拡散層及びポリゲートは第１の基板に構成される、（１）に記載の固体撮像素子。
前記読出回路は、第１の基板と第２の基板で構成され、前記比較器は増幅トランジスタを有し、
前記増幅トランジスタに繋がる拡散層及びポリゲートは第１の基板に構成される、（１）に記載の固体撮像素子。
【0243】
（１６）
複数の光電変換部が前記第１ノードに並列に接続される、（１）に記載の固体撮像素子。
複数の光電変換部が前記第１ノードに並列に接続される、（１）に記載の固体撮像素子。
【0244】
（１７）
前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する所定容量を有し、生成された電荷が前記所定容量を超える場合に、前記第１ノードに供給される、（１）に記載の固体撮像素子。
前記光電変換部は、生成された電荷を蓄積する所定容量を有し、生成された電荷が前記所定容量を超える場合に、前記第１ノードに供給される、（１）に記載の固体撮像素子。
【0245】
（１８）
前記リセット部は、前記第１ノードと電源部との間に接続される第４トランジスタで構成され、
前記比較器は、前記第１ノードの電位が前記所定電位を低電位側に越えた場合に前記第１信号の出力を維持し、
前記リセット部は前記第１信号の出力中は前記第４トランジスタを導通状態にし、
校正モードでは、前記電源部の電位を前記所定電位よりも前記低電位側から前記所定電位を越えるように上昇させる、（１）に記載の固体撮像素子。
前記リセット部は、前記第１ノードと電源部との間に接続される第４トランジスタで構成され、
前記比較器は、前記第１ノードの電位が前記所定電位を低電位側に越えた場合に前記第１信号の出力を維持し、
前記リセット部は前記第１信号の出力中は前記第４トランジスタを導通状態にし、
校正モードでは、前記電源部の電位を前記所定電位よりも前記低電位側から前記所定電位を越えるように上昇させる、（１）に記載の固体撮像素子。
【0246】
（１９）
光学系と、
前記光学系を通過した光を受光する固体撮像素子と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を有する、撮像装置。
光学系と、
前記光学系を通過した光を受光する固体撮像素子と、
を備え、
前記固体撮像素子は、
受光量に応じた電荷を生成する光電変換部と、
第１ノードを介して前記光電変換部に接続される第１電荷保持部と、
前記第１ノードの電位と、所定電位とが一致したときに第１信号を出力する比較器と
前記第１信号に応じて前記第１ノードをリセット電位にするリセット部と、
前記第１信号をカウントして出力するカウント部と、
前記第１ノードの電位を読み出す読出回路と、
を有する、撮像装置。
【0247】
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【0248】
１：撮像装置、１０１：光電変換部、１０２：第１の蓄積部、比較器１０３ａ、１０４：リセット部、１０４ａ：リセットトランジスタ，１０５：カウント部、１０７：転送トランジスタ、１０９：第２の蓄積部、１１１：第３の蓄積部、１１５：容量接続トランジスタ、２００：固体撮像素子、２６０：読出回路、２８０：信号処理部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
