特許 7618430 撮像装置、光電変換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-10

(45)【発行日】2025-01-21

(54)【発明の名称】撮像装置、光電変換システム

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/78 20230101AFI20250114BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20250114BHJP

【ＦＩ】

H04N25/78

H04N25/76

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020201485

(22)【出願日】2020-12-04

(65)【公開番号】P2022089251

(43)【公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】岩田 公一郎

(72)【発明者】

【氏名】有嶋 優

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 雅紀

【審査官】▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１６１０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５７８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／０４７８８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０１９３６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２５／００

Ｈ０４Ｎ ２５／２０－２５／６１

Ｈ０４Ｎ ２５／６１５－２５／７９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の画素と、
前記複数の画素に接続された信号線と、
前記信号線の振幅を制限する制限回路とを有し、
前記複数の画素のうちの第１画素から前記信号線にノイズ信号、焦点検出信号、撮像信号が順に出力され、前記複数の画素のうちの第２画素から前記信号線にノイズ信号、撮像信号が順に出力され、
前記第１画素が前記焦点検出信号を出力してから前記撮像信号を出力する前の期間に前記制限回路が動作状態となり、
前記第２画素が前記ノイズ信号を出力してから前記撮像信号を出力する前の期間に前記制限回路が動作状態となることを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

前記制限回路は、前記焦点検出信号が前記信号線に出力される期間に、前記信号線の電位が変化可能な範囲を狭めることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

前記制限回路は、前記第１画素および前記第２画素のそれぞれの前記撮像信号が前記信号線に出力される期間に、前記信号線の電位が変化可能な範囲を狭めることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。

【請求項4】

前記制限回路は、前記第１画素および前記第２画素のそれぞれの前記ノイズ信号が前記信号線に出力される期間に、前記信号線の電位が変化可能な範囲を狭めることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項5】

複数の光電変換部を各々が備える複数の画素と、
前記複数の画素が接続された信号線と、
前記信号線の振幅を制限する制限回路とを有し、
前記複数の画素のうちの第１画素から、ノイズ信号と、前記複数の光電変換部の一部のみの光電変換部の電荷に基づく第１信号と、前記複数の光電変換部の電荷に基づく第２信号が順に前記信号線に出力され、
前記複数の画素のうちの第２画素から、ノイズ信号と、前記信号線に前記複数の光電変換部の電荷に基づく第３信号とが前記信号線に出力され、
前記第１画素が前記第１信号を出力してから前記第２信号を出力する前の期間に、前記制限回路が動作状態となり、
前記第２画素が前記ノイズ信号を出力してから前記第３信号を出力する前の期間に前記制限回路が動作状態となることを特徴とする撮像装置。

【請求項6】

１つのマイクロレンズが前記複数の光電変換部に対応して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。

【請求項7】

前記制限回路は、前記第１信号が前記信号線に出力される期間に、前記信号線の電位が変化可能な範囲を狭めることを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。

【請求項8】

前記制限回路は、前記第２信号、前記第３信号が前記信号線に出力される期間に、前記信号線の電位が変化可能な範囲を狭めることを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項9】

前記制限回路は、前記第１画素および前記第２画素のそれぞれの前記ノイズ信号が前記信号線に出力される期間に、前記信号線の電位が変化可能な範囲を狭めることを特徴とする請求項５～８のいずれか１項に記載の撮像装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする光電変換システム。

【請求項11】

請求項１～９のいずれか１項に記載の撮像装置を備える移動体であって、
前記撮像装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有することを特徴とする移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は撮像装置、光電変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、焦点検出用の信号と、画像生成用の信号を出力する撮像装置が記載されている。この複数の画素の一部の画素は、焦点検出用の信号を信号線に出力した後、画像生成用の信号を信号線に出力する。また、複数の画素の別の一部の画素は、焦点検出用の信号の出力は行わず、画像生成用の信号を信号線に出力する。よって、画像生成用の信号が出力される前に、焦点検出用の信号が出力される画素と、焦点検出用の信号が出力されない画素とが存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－２１１８３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

画像生成用の信号が信号線に出力される前の信号線の電位は、焦点検出用の信号が出力されたか否かで異なる。これにより、画像生成用の信号が信号線に出力された際に、信号線の電位の静定の度合いが焦点検出用の信号が出力されたか否かで異なりやすい。よって、画像生成用の信号の精度の低下が生じる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の側面は、複数の画素と、前記複数の画素に接続された信号線と、前記信号線の振幅を制限する制限回路とを有し、前記複数の画素のうちの第１画素から前記信号線にノイズ信号、焦点検出信号、撮像信号が順に出力され、前記複数の画素のうちの第２画素から前記信号線にノイズ信号、撮像信号が順に出力され、前記第１画素が前記焦点検出信号を出力してから前記撮像信号を出力する前の期間に前記制限回路が動作状態となり、前記第２画素が前記ノイズ信号を出力してから前記撮像信号を出力する前の期間に前記制限回路が動作状態となることを特徴とする撮像装置である。

【0006】

本開示の別の一の側面は、複数の光電変換部を各々が備える複数の画素と、前記複数の画素が接続された信号線と、前記信号線の振幅を制限する制限回路とを有し、前記複数の画素のうちの第１画素から、ノイズ信号と、前記複数の光電変換部の一部のみの光電変換部の電荷に基づく第１信号と、前記複数の光電変換部の電荷に基づく第２信号が順に前記信号線に出力され、前記複数の画素のうちの第２画素から、ノイズ信号と、前記信号線に前記複数の光電変換部の電荷に基づく第３信号とが前記信号線に出力され、前記第１画素が前記第１信号を出力してから前記第２信号を出力する前の期間に、前記制限回路が動作状態となり、前記第２画素が前記ノイズ信号を出力してから前記第３信号を出力する前の期間に前記制限回路が動作状態となることを特徴とする撮像装置である。

【発明の効果】

【0007】

本開示により、画像生成用の信号の精度の低下を生じにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】撮像装置の構成を示す図

【図2】画素の構成を示す図

【図3】読出し回路、ＡＤ変換回路の構成を示す図

【図4】撮像装置の動作を示す図

【図5】読出し回路、ＡＤ変換回路の構成を示す図

【図6】撮像装置の動作を示す図

【図7】読出し回路、ＡＤ変換回路の構成を示す図

【図8】撮像装置の動作を示す図

【図9】光電変換システムの構成を示す図

【図10】移動体の構成、動作を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら各実施例を説明する。

【0010】

なお、以下に述べる実施形態に記載されるトランジスタの導電型は一例のものであって、実施例中に記載された導電型のみに限定されるものでは無い。実施形態中に記載された導電型に対し、導電型は適宜変更できるし、この変更に伴って、トランジスタのゲート、ソース、ドレインの電位は適宜変更される。

【0011】

例えば、スイッチとして動作させるトランジスタであれば、ゲートに供給する電位のローレベルとハイレベルとを、導電型の変更に伴って、実施例中の説明に対し逆転させるようにすればよい。また、以下に述べる実施例中に記載される半導体領域の導電型についても一例のものであって、実施例中に記載された導電型のみに限定されるものでは無い。実施例中に記載された導電型に対し、導電型は適宜変更できるし、この変更に伴って、半導体領域の電位は適宜変更される。

【0012】

（第１実施形態）
図１は本実施形態における撮像装置の構成図である。撮像装置は画素アレイ１００を有する。画素アレイ１００には、複数の画素１０１（単位画素と呼ぶ場合もある）が複数行および複数列に渡って配されている。複数の信号線１２０は、複数列の画素１０１の各列に対応して配されている。なお、ここでは信号線１２０は、１列の画素１０１に対して１本設けられた構成を示しているが、さらに多くの信号線が１列の画素１０１に対して設けられていても良い。

【0013】

撮像装置は、読出し回路１０２を有する。読出し回路１０２には、複数の信号線１２０のそれぞれに対応するように、複数の単位回路が設けられている。また、撮像装置は読出し回路１０２の駆動制御と、基準バイアスの供給とを行う第１バイアス回路１０３を有する。

【0014】

撮像装置は、読出し回路１０２から出力される信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路１０４を有する。ＡＤ変換回路１０４には、読出し回路１０２が備える複数の単位回路のそれぞれに対応するように、複数のＡＤ変換器のそれぞれが設けられている。撮像装置は、ＡＤ変換回路１０４の駆動制御と基準バイアスを供給する第２バイアス回路１０５を有する。撮像装置は、ＡＤ変換回路１０４のＡＤ変換で使用する参照信号（ランプ信号）を供給する参照信号供給回路を備える。

【0015】

撮像装置は、ＡＤ変換回路１０４が生成したデジタル信号を保持するメモリ群１０６を有する。メモリ群１０６は、ＡＤ変換回路１０４が備える複数のＡＤ変換器のそれぞれに対応するように、複数のメモリ素子のそれぞれが配されている。メモリ群１０６には、カウンタ１０９から時間経過を示すカウント信号が入力される。カウンタ１０９は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅｄ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路１１３から出力されるクロックパルスを用いて、時間経過を示すカウント信号を生成する。

【0016】

撮像装置は、水平走査回路１０７を有する。水平走査回路１０７は、メモリ群１０６の各列のメモリ素子を順次選択し、メモリ素子が保持したデジタル信号を順次、ＤＦＥ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）１１５に出力する。ＤＦＥ１１５は、水平走査回路１０７から出力されたデジタル信号に対し、ノイズと誤差を低減する補正、デジタル信号同士の演算（加減算等）処理等の各種の演算処理を行う。ＤＦＥ１１５は、信号出力回路１１２に処理済のデジタル信号を出力する。

【0017】

撮像装置は、垂直走査回路１１０を有する。垂直走査回路１１０は、画素アレイ１００に配された複数の画素１０１を、行単位で選択する。垂直走査回路１１０によって選択された行の画素１０１は、対応する信号線１２０に信号を出力する。

【0018】

撮像装置は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１１を有する。ＴＧ１１１は、垂直走査回路１１０、第１バイアス回路１０３、第２バイアス回路１０５、参照信号供給回路１０８、カウンタ１０９、ＰＬＬ回路１１３の駆動制御を行う。

【0019】

図２は、画素１０１の回路図である。

【0020】

画素１０１は、光電変換部２０１、２０２を有する。光電変換部２０１、２０２は、典型的にはフォトダイオードである。画素１０１は、転送トランジスタ２０３、２０４を有する。転送トランジスタ２０３は光電変換部２０１と、フローティングディフュージョン（ＦＤ）２０８に接続されている。転送トランジスタ２０３のゲートには図１に示した垂直走査回路１１０から信号ｐＴＸＡが入力される。転送トランジスタ２０４は光電変換部２０２と、ＦＤ２０８に接続されている。転送トランジスタ２０４のゲートには図１に示した垂直走査回路１１０から信号ｐＴＸＢが入力される。光電変換部２０１、２０２は、１つのマイクロレンズＭＬに対応して設けられている。

【0021】

画素１０１は、リセットトランジスタ２０５を有する。リセットトランジスタ２０５は、電源とＦＤ２０８に接続されている。リセットトランジスタ２０５のゲートには、垂直走査回路１１０から信号ｐＦＤＲＥＳが入力される。

【0022】

画素１０１は、増幅トランジスタ２０６を有する。増幅トランジスタ２０６のゲートはＦＤ２０８に接続されている。また、増幅トランジスタ２０６は電源と、選択トランジスタ２０７に接続されている。

【0023】

選択トランジスタ２０７のゲートには、垂直走査回路１１０から信号ｐＳＥＬが入力される。選択トランジスタ２０７は信号線１２０に接続されている。

【0024】

画素１０１が備える、転送トランジスタ２０３、２０４、リセットトランジスタ２０５、増幅トランジスタ２０６、選択トランジスタ２０７はすべてＮ型のＭＯＳトランジスタである。転送トランジスタ２０３、２０４、リセットトランジスタ２０５、選択トランジスタ２０７は垂直走査回路１１０から入力される信号がハイレベル（Ｈｉ）にある場合にはオンの状態にあり、ローレベル（Ｌｏ）にある場合はオフの状態にある。

【0025】

図３は、図１に示した読出し回路１０２が備える単位回路１０２０と、ＡＤ変換回路１０４が備えるＡＤ変換器１０４０の回路図である。読出し回路１０２は、図１を参照しながら説明したように複数の単位回路１０２０が設けられている。また、ＡＤ変換回路１０４は、図１を参照しながら説明したように複数のＡＤ変換器１０４０が設けられている。

【0026】

単位回路１０２０は、電流源負荷３０１を備える。電流源負荷３０１は、信号線１２０に流れる電流量を制御する。単位回路１０２０は、サンプルホールド回路（ＳＨ回路）３１０を有する。ＳＨ回路３１０は、スイッチ３１１、容量素子３１２を有する。スイッチ３１１は、図１に示したＴＧ１１１から出力される信号ｐＳＨによって制御される。信号１２０に画素１０１から出力された信号を、信号ＰＩＸＳＩＧと表記している。

【0027】

単位回路１０２０は、制限回路３２０を有する。制限回路３２０は、クリップトランジスタ３２１と、スイッチ３２２を有する。スイッチ３２２は、ＴＧ１１１から出力される信号ｐＣＬＩＰによって制御される。クリップトランジスタ３２１のゲートには第１バイアス回路１０３から電圧ＶＣＬＩＰが入力される。制限回路３２０は、信号線１２０の電位が変化可能な範囲を制限する回路である。具体的には、クリップトランジスタ３２１は、電圧ＶＣＬＩＰから、閾値電圧Ｖｔｈと、電流源３０１で決められた電流値を流すためのオーバードライブ電圧とを合わせた分、低下した電位（クリップ電位と呼ぶ）で信号線１２０の電位をクリップする。つまり、信号線１２０の電位は、このクリップ電位を越えて変化しないように制限される。

【0028】

ＡＤ変換器１０４０は、比較器３００を有する。比較器３００には、図１の参照信号供給回路１０８から参照信号ＲＡＭＰが入力される。参照信号ＲＡＭＰは、時間の経過に伴って電位が変化する信号であり、ランプ信号とも呼ばれる。この電位の変化はスロープ状であっても良いし、階段状であっても良い。また、電位が変化している途中で、電位の変化量が変化するようにしても良い。

【0029】

図４（ａ）は、参考例の動作を示した図である。なお、この参考例では、撮像装置は図３に示した制限回路３２０を有しない構成としている。

【0030】

この参考例では、Ｎ行目の画素１０１からはノイズ信号と画像生成用の信号（撮像信号）が出力される。また、Ｎ＋１行目の画素１０１からは、ノイズ信号、焦点検出用の信号（焦点検出信号）、撮像信号が出力される。

【0031】

Ｔ１期間をＮ行目の画像生成用の信号読出し期間とする。また、Ｔ２期間をＮ＋１行目の焦点検出用の信号読出し期間とする。また、Ｔ３期間をＮ＋１行目の画像生成用の信号読出し期間とする。

【0032】

時刻ｔ４１０に、垂直走査回路１１０は信号ｐＳＥＬをＨｉにする。これにより、Ｎ行目の画素１０１の選択トランジスタ２０７がオンし、増幅トランジスタ（ＳＦ）２０６が信号線１２０に接続される。

【0033】

また、垂直走査回路１１０は信号ｐＦＤＲＥＳをＨｉとしているので、リセットトランジスタ２０５はオンしている。これにより、ＦＤ２０８は電源の電圧に基づく電圧（典型的には電源の電圧からリセットトランジスタの閾値電圧を引いた電圧）にリセットされている。

【0034】

時刻ｔ４１１に、垂直走査回路１１０は信号ｐＦＤＲＥＳをＬｏとする。これにより、リセットトランジスタ２０５がオフし、ＦＤ２０８がフローティングになる。リセットトランジスタ２０５の状態がオンからオフに変化することによって生じるノイズがＦＤ２０８に生じる。主に、リセットトランジスタ２０５によるチャージインジェクションがノイズとして現れる。この時の信号線の信号ＰＩＸＳＩＧを信号Ｖｎ１とする信号Ｖｎ１はノイズ信号である。

【0035】

Ｔ１期間の開始から時刻ｔ４１２までの期間、ＴＧ１１１が信号ｐＳＨをＨｉとする。これにより、スイッチ３１１がオンし、容量素子３１２に信号Ｖｎ１が入力される（サンプリング）。そして、ＴＧ１１１は信号ｐＳＨをＬｏとする。これにより、スイッチ３１１がオフし、容量素子３１２は信号Ｖｎ１をホールドする。

【0036】

時刻ｔ４１２から時刻ｔ４１３の信号ｐＳＨがＬｏである期間に、参照信号ＲＡＭＰが変化して、信号保持部３１０に保持した信号のＡＤ変換が行われる。信号Ｖｎ１と参照信号ＲＡＭＰの電位の大小関係が逆転したタイミングに対応するカウント信号が、信号Ｖｎ１に対応するデジタル信号として得られる。この参照信号ＲＡＭＰが変化して信号Ｖｎ１をデジタル信号に変換する期間を、ＮＡＤ期間と呼ぶ。

【0037】

ＮＡＤ変換期間後の時刻ｔ４１３から時刻ｔ４１５までの期間、ＴＧ１１１は信号ｐＳＨを再びＨｉとする。これにより容量素子３１２に信号ＰＩＸＳＩＧが入力される。

【0038】

時刻ｔ４１４に、垂直走査回路１１０は信号ｐＴＸＡと信号ｐＴＸＢをＨｉにする。これにより、転送トランジスタ２０３、２０４がオンする。よって、光電変換部２０１、２０２で生じた電荷がＦＤ２０８に転送される。

【0039】

ＦＤ２０８の電圧は光電変換部２０１、２０２から転送された電荷によって低下する。それに連動して信号ＰＩＸＳＩＧも信号Ｖｎ１の電位から低下する。この時の信号ＰＩＸＳＩＧは信号Ｖｐｉｘ１まで低下する。

【0040】

この参考例では、時刻ｔ４１５にＴＧ１１１は信号ｐＳＨをＬｏとしている。この時刻ｔ４１５は、信号線１２０の電位が信号Ｖｐｉｘ１まで下がり終わる前（静定する前）である。この結果、容量素子３１２がホールドする信号は、信号Ｖｐｉｘ１の電位よりも高い電位の信号Ｖｓ１である。

【0041】

時刻ｔ４１５の後、参照信号ＲＡＭＰの電位の変化が開始され、容量素子３１２がホールドした信号Ｖｓ１のＡＤ変換が行われる。

【0042】

時刻ｔ４１６で信号Ｖｓ１と参照信号ＲＡＭＰの電位の大小関係が逆転する。このタイミングにコンパレータ３００が信号ＬＡＴＣＨをメモリ群１０６の対応するメモリ素子に出力する。そのタイミングに対応するカウント信号がメモリ群１０６の対応するメモリ素子に書き込まれる。この参照信号ＶＲＡＭＰの電位が変化している期間をＳ１期間とする。

【0043】

Ｎ行目の真の撮像信号ΔＶｐｉｘ１とＡＤ変換される撮像信号ΔＶｓ１の差をｄＶ１とすると、
ｄＶ１＝Ｖｐｉｘ１－Ｖｓ１・・・式（１）
となる。

【0044】

式（１）からも分かるように、時刻ｔ４１５に信号ｐＳＨがＬｏになった時、信号ＰＩＸＳＩＧが信号Ｖｐｉｘ１まで下がりきっていないため、本来の撮像信号よりもｄＶ１だけ小さい信号が撮像信号としてＡＤ変換される。

【0045】

その後、時刻ｔ４１７に垂直走査回路１１０は信号ｐＳＥＬをＬｏとする。これによりＮ行目の画素１０１の選択トランジスタ２０７がオフする。

【0046】

次に、時刻ｔ４１７に垂直走査回路１１０はＮ＋１行目の画素１０１に出力する信号ｐＳＥＬをＨｉにする。これにより、Ｎ＋１行目の選択トランジスタ２０７がオンし、信号線１２０に接続される。

【0047】

時刻ｔ４１７から時刻ｔ４２３はＮ行目の画素１０１のノイズ信号の読出しと、ノイズ信号のＡＤ変換動作と同様の動作がＮ＋１行目の画素１０１に対しても行われる。

【0048】

時刻ｔ４２４に垂直走査回路１１０は、信号ｐＴＸＡをＨｉにする。これにより、Ｎ＋１行目の画素１０１の転送トランジスタ２０３がオンし、光電変換部２０１で生じた電荷をＦＤ２０８に転送する。この時、信号ｐＴＸＢはＬｏのままなので、光電変換部２０２で生じた電荷は、この時点ではＦＤ２０８に転送されない。信号ＰＩＸＳＩＧは、光電変換部２０１の電荷に対応する信号電位である信号Ｖｐｉｘ２に向かって低下する。

【0049】

時刻ｔ４２４－２に、垂直走査回路１１０は信号ｐＴＸＡをＬｏにする。

【0050】

時刻ｔ４２５に、ＴＧ１１１は、信号ｐＳＨをＬｏにする。時刻ｔ４２５は、信号線１２０の電位が静定する前である。これにより、容量素子３１２は、信号Ｖｐｉｘ２よりも高い電位である信号Ｖｓ２を保持する。

【0051】

その後、参照信号ＲＡＭＰの電位が変化し、ＡＤ変換回路１４０は、信号Ｖｓ２をデジタル信号に変換する。この参照信号ＲＡＭＰの電位が変化し、光電変換部２０１で生じた電荷に基づく信号をＡＤ変換している期間を、Ｓ２期間とする。

【0052】

ＡＤ変換期間後、ＴＧ１１１は信号ｐＳＨを再びＨｉにする。

【0053】

垂直走査回路１１０は、時刻ｔ４３４に信号ｐＴＸＡ、信号ｐＴＸＢをともにＨｉにする。これにより、Ｎ＋１行目の転送トランジスタ２０３及び２０４がオンする。よって光電変換部２０１で時刻ｔ４２４－２以降に生じた電荷と、光電変換部２０２で生じた電荷がＦＤ２０８に転送される。

【0054】

これにより、信号ＶＳＩＧＰＩＸは、光電変換部２０１、２０２の電荷に対応する信号電位である信号Ｖｐｉｘ３に向かって、信号Ｖｐｉｘ２を起点として低下する。

【0055】

その後、垂直走査回路１１０は、信号ｐＴＸＡ、信号ｐＴＸＢをともにＬｏにする。

【0056】

説明を簡単にするため、信号Ｖｐｉｘ３は、Ｎ行目の画素１０１の信号Ｖｐｉｘ１と同じ電位であるとする。また、信号Ｖｐｉｘ２（光電変換部２０１の電荷に対応する信号）は、信号Ｖｐｉｘ３（光電変換部２０１、２０１の電荷に対応する信号）の１／２の振幅の信号であるとする。

【0057】

Ｔ３期間の信号線１２０の電位の変化量は、
Ｖｐｉｘ３－Ｖｐｉｘ２＝Ｖｐｉｘ１－（１／２・Ｖｐｉｘ１）＝１／２・Ｖｐｉｘ１・・・式（２）
として表される。

【0058】

時刻ｔ４３５にＴＧ１１１が信号ｐＳＨをＬｏとする。時刻ｔ４３５は、信号線１２０の電位が静定する前である。この時の信号線１２０の信号Ｖｓ３が容量３１２に保持される。信号Ｖｓ３は信号Ｖｐｉｘ３よりも高い電位である。

【0059】

時刻ｔ４３５から時刻ｔ４３６の期間は前述したＳ１期間に対応しており、信号Ｖｓ３がＡＤ変換される。

【0060】

式（２）で示したように、Ｔ３期間における信号線１２０の振幅はＴ１期間のおよそ半分になっているため、時刻ｔ４３５において、より信号Ｖｐｉｘに近くなっている。つまり容量素子３１２に書き込まれる信号Ｖｓ３は、Ｔ１期間の信号Ｖｓ１よりも電位が低くなっている。よって、信号Ｖｐｉｘ１，Ｖｐｉｘ３が同じであるが、Ｔ３期間におけるＡＤ変換される撮像信号がＴ１期間で得られる撮像信号よりも大きくなる。

【0061】

これにより、撮像画像を生成したときに、Ｔ１期間とＴ３期間のＡＤ変換される撮像信号の差による横線が発生する。

【0062】

図４（ｂ）は本実施形態の撮像装置の動作を示した図である。

【0063】

図４（ａ）と同じ番号の時刻での動作は図４（ａ）と同じため、説明は省略する。

【0064】

Ｔ１期間の時刻ｔ４１８から時刻ｔ４１９の期間、ＴＧ１１１は信号ｐＣＬＩＰをＨｉにする。これにより、制限回路３２０のスイッチ３２２がオンする。よって、制限回路３２０のクリップトランジスタ３２１が信号線１２０に接続される。この時のクリップトランジスタ３２１のゲート電圧は、画素１０１のＦＤ２０８のリセットレベル近辺に設定する。

【0065】

時刻ｔ４１４に、転送トランジスタ２０３、２０４がオンして光電変換部２０１、２０２で光電変換された電荷がＦＤ２０８に転送される。これに伴い、信号線１２０の電位が低下し始める。

【0066】

時刻ｔ４１９の前に信号線１２０は信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬに到達する。ここで、信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬはクリップトランジスタ３２１が動作したときに固定される電位である。時刻ｔ４１９になるまで、信号ｐＣＬＩＰがＨｉになっている。よって、クリップトランジスタ３２１により、信号線１２０の電位は信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬ以下に下がらない。

【0067】

時刻ｔ４１９で信号ｐＣＬＩＰがＬｏになり、クリップクリップトランジスタ３２１が信号線１２０から切り離される。それにより、信号線１２０の信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬへの固定が解除され、光電変換された電荷量によって信号線１２０の電位の低下が開始される。時刻ｔ４１５から時刻ｔ４１７までの動作は図４（ａ）で説明した内容と同じなので省略する。

【0068】

信号線１２０の電位が時刻ｔ４１８から時刻ｔ４１９の期間、信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬに設定される。

【0069】

Ｔ２期間の時刻ｔ４２８から時刻ｔ４２９において、クリップトランジスタ３２１及びスイッチ３２２は、Ｔ１期間の時刻ｔ４１８から時刻ｔ４１９と同様の動作を行う。これにより、信号線１２０の電位の変化範囲が信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬまでに制限される。

【0070】

次にＴ３期間だが、時刻ｔ４３８から時刻ｔ４３９の期間において、Ｔ１期間の時刻ｔ４１８から時刻ｔ４１９、Ｔ２期間の時刻ｔ４２８から時刻ｔ４２９と同様の動作をクリップトランジスタ３２１とスイッチ３２２が行う。これにより、Ｔ３期間においても時刻ｔ４３４から時刻ｔ４３５までの期間に信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬに設定される。

【0071】

本実施形態では、Ｔ１期間、Ｔ２期間、Ｔ３期間において、光電変換部２０１、２０２の電荷をＦＤ２０８に転送している期間に、信号線１２０の電位を一度、信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬという同一の電位に設定している。

【0072】

よって、信号Ｖｐｉｘ１および信号Ｖｐｉｘ３へ向けての電位変化を同一の電位である信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬから開始できる。

【0073】

本実施形態では、撮像信号が出力される前の所定期間に、信号線１２０の電位を信号ＶＣＬＩＰ＿ＶＬに設定している。この所定期間は、時刻ｔ４１８～ｔ４１９、時刻ｔ４２８～ｔ４２９、時刻ｔ４３８～ｔ４３９である。

【0074】

このように、撮像信号の前に焦点検出用の信号が出力されるか否かに依らず、撮像信号への電位変化の開始点を揃えることができる。これにより、焦点検出用の信号が出力されるか否かによる、撮像信号の静定条件の不一致を低減することができる。よって、撮像信号の信号精度の低下を抑制することができる。

【0075】

なお、本実施形態では、信号ｐＴＸＡあるいは信号ｐＴＸＢがＨｉである期間内に信号ｐＣＬＩＰをＬｏにしているが、信号ｐＣＬＩＰをＬｏにするタイミングは信号ｐＴＸＡあるいは信号ｐＴＸＢがＬｏになった後にしても良い。また、信号ｐＣＬＩＰをＬｏにするタイミングは信号ｐＴＸＡあるいは信号ｐＴＸＢがＨｉになるのと同時としても良い。

【0076】

本実施形態の効果をより大きくするには、信号ｐＣＬＩＰがＬｏになるタイミングから信号ｐＳＨがＬｏになるタイミングまでの期間の長さを、少なくともＴ１期間とＴ３期間で合わせるのが良い。

【0077】

本実施形態では、ＳＨ回路３１０を設けて信号ＰＩＸＳＩＧを容量素子３１２が保持しているが、ＳＨ回路３１０を設けなくても良い。また、ＳＨ回路３１０を設けた場合でも、スイッチ３１１をオンに維持し、信号をホールドしなくても良い。その場合、信号ｐＣＬＩＰがＬｏになってからＡＤ変換開始までの時間を、少なくともＴ１期間とＴ３期間で合わせることで、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0078】

また、本実施形態では、Ｎ行目の画素１０１からはノイズ信号と画像生成用の信号（撮像信号）が出力されていた。また、Ｎ＋１行目の画素１０１からは、ノイズ信号、焦点検出用の信号、撮像信号が出力されていた。この行位置に限定されるものではなく、画素行のうち、どの行からノイズ信号と画像生成用の信号（撮像信号）を出力させるか、また、どの行からノイズ信号、焦点検出用の信号、撮像信号を出力させるか、それぞれ適宜変更することができる。また、その行の選択はフレームごとに変更するようにしても良い。

【0079】

（第２実施形態）
本実施形態について、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0080】

図５に本実施形態の読出し回路１０２の回路図を示す。図６に本実施形態の撮像装置の動作タイミングと信号線および後述するＡＭＰ＿ＯＵＴの電圧の遷移を示す。

【0081】

まず図５を説明する。図５内の図３と同じ番号のものは、図３と同じ回路なので説明を省略する。

【0082】

図１に示した読出し回路１０２は、単位回路１０２０に代えて単位回路１０２１を有する。単位回路１０２１は、反転増幅器５０１を有する。反転増幅器５０１は、信号線１２０の電圧変化を容量素子５０３（入力容量）と容量素子５０２（帰還容量）の容量比で増幅した信号を出力する。

【0083】

スイッチ５０４は反転増幅器５０１の出力である信号ＡＭＰ＿ＯＵＴと反転入力端子をショートさせて反転増幅器５０１、帰還容量５０２、入力容量５０３を初期化するためのスイッチである。反転増幅回路５０１の非反転入力端子には電源電圧ＶＲＥＦが入力される。反転増幅器５０１の反転入力端子と非反転入力端子は仮想ショートされている。よって、スイッチ５０４がオンした時に、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴと反転入力端子が電源電圧ＶＲＥＦの電位にリセットされる。

【0084】

スイッチ５０５とスイッチ５０６は、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴを所定の電圧に固定するためクリップトランジスタ５０７のゲートに印可する電圧を切り替えるためのスイッチである。

【0085】

ＴＧ１１１が信号ｐ２をＨｉとしている時にスイッチ５０５がオンする。これにより、電圧ＶＣＡＮがクリップトランジスタ５０７のゲートに印加される。また、ＴＧ１１１が信号ｐ２ＢをＨｉとしている時にスイッチ５０６がオンし、電圧ＶＣＡＳがクリップトランジスタ５０７のゲートに印加される。

【0086】

スイッチ５０５、５０６、クリップトランジスタ５０７から構成されるブロックを、制御回路５２０とする。

【0087】

次に、図６を用いて動作を説明する。

【0088】

第１実施形態と同様、Ｔ１期間をＮ行目の画像生成用の信号読出し期間とする。また、Ｔ２期間をＮ＋１行目の焦点検出用の信号読出し期間とする。また、Ｔ３期間をＮ＋１行目の画像生成用の信号読出し期間とする。

【0089】

各期間の信号ｐＳＥＬ、信号ｐＴＸＡ、信号ｐＴＸＢ、信号ｐＳＨに関し、第１実施形態と重複する部分については説明を一部省略する。

【0090】

時刻ｔ６１０から時刻ｔ６１２の期間に信号ｐ１がＨｉとなる。これにより、スイッチ５０４がオンし、反転増幅器５０１の出力と反転入力端子がショートする。これにより、反転増幅器５０１の出力である信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは、非反転入力端子に接続されている電源電圧ＶＲＥＦの電位に初期化される。また、その後、スイッチ５０４をオフしたタイミングで、この時の信号線１２０の電位（信号ＰＩＸＳＩＧ）が容量素子５０３にクランプされる。反転増幅器５０２は、時刻６１２でクランプされたＰＩＸＳＩＧから、それ以降にＰＩＸＳＩＧが変化した分を
ＡＭＰ＿ＯＵＴ＝－ΔＰＩＸＳＩＧ×（容量素子５０３の容量値／容量素子５０２の容量値）・・・式（３）
で増幅させて出力する。

【0091】

ここでΔＰＩＸＳＩＧは、時刻ｔ６１２からのＰＩＸＳＩＧの変化量とする。

【0092】

時刻ｔ６１３で信号ｐＨＳがＬｏとなり容量素子３１２への信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの書き込みを終える。この電圧を反転増幅器５０１、及び画素１０２の基準レベルの信号として使用し、Ｖｎと呼ぶ事にする。このＶｎを参照電圧ＲＡＭＰと比較することでＮ行目のノイズ信号のＡＤ変換を行う。このＡＤ変換は信号ｐＳＨがＬｏになっている時刻ｔ６１４までの期間内に終了する。

【0093】

時刻ｔ６１５に信号ｐＴＸＡと信号ｐＴＸＢがＨｉとなる。よって、光電変換部２０１および光電変換部２０２で生じた電荷がＦＤ２０８に転送される。時刻ｔ６１５から信号ＰＩＸＳＩＧはＦＤ２０８転送された電荷によって低下を開始し、反転増幅器５０２はその信号ＰＩＸＳＩＧの変化を増幅して信号ＡＭＰ＿ＯＵＴに出力する。

【0094】

時刻ｔ６１１から時刻ｔ６１６まで信号ｐ２がＨｉになり、スイッチ５０５がオンとなる。これにより、クリップトランジスタ５０７のゲート電圧ＶＣＡ１はＶＣＡＮになっている。

【0095】

信号ｐ２Ｂは信号ｐ２の逆相のパルスである。従って、信号ｐ２がＨｉの時にスイッチ５０５がオンし、スイッチ５０６がオフして、ＶＣＡ１＝ＶＣＡＮとなる。また、信号ｐ２がＬｏの時に、スイッチ５０５がオフし、スイッチ５０７がオンし、ＶＣＡ１＝ＶＣＡＮとなる。この時、
ＶＣＡＮ＜ＶＣＡＳ・・・式（４）
である。

【0096】

従って、時刻ｔ６１５から信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは変化を開始するが、クリップトランジスタ５０７によって、電圧ＶＣＡＮに対応する電圧にクリップされる。

【0097】

クリップされた信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの電位を信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰとする。

【0098】

その後、時刻ｔ６１６に信号ｐ２がＬｏになり、電圧ＶＣＡ１が電圧ＶＣＡＮから電圧ＶＣＡＳに切り替わるため、クリップトランジスタ５０７による信号ＡＭＰ＿ＯＵＴのクリップが解除される。これにより、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの変化が再開する。

【0099】

時刻ｔ６１７に信号ｐＳＨがＬｏとなる。その時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの電位である信号Ｖｓ１を容量素子３１２がホールドする。その後、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号ＰＩＸＳＩＧに対応した信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ１まで変化する。

【0100】

時刻ｔ６１７から時刻ｔ６１９の期間に参照信号ＲＡＭＰが変化し、撮像信号のＡＤ変換を行う。時刻ｔ６１８で信号Ｖｓ１と参照信号ＲＡＭＰの大小関係が逆転する。このタイミングに基づくカウント信号が、信号Ｖｓ１に対応するデジタル信号として生成される。

【0101】

時刻ｔ６１９で信号ｐＦＤＲＥＳがＨｉになりＦＤ２０８がリセットされる。そのため信号線１２０の電位である信号ＰＩＸＳＩＧはリセットレベルに向けて上昇を開始する。

【0102】

次にＴ２期間の説明を行う。

【0103】

時刻ｔ６２０から時刻ｔ６２５までの動作はＴ１期間の時刻ｔ６１０から時刻ｔ６１５と同じ動作とすることができる。

【0104】

時刻ｔ６２５に信号ｐＴＸＡがＨｉになり、光電変換部２０１の電荷がＦＤ２０８に転送される。それに伴って、信号ＰＩＸＳＩＧがリセットレベルから変化を開始し、その変化を反転増幅器５０２が増幅して信号ＡＭＰ＿ＯＵＴに出力する。

【0105】

時刻ｔ６２１から時刻ｔ６２６まで信号ｐ２がＨｉになっているため、Ｔ１期間と同様に、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは電圧ＶＣＡＮに対応した信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰにクリップトランジスタ５０７によりクリップされる。時刻ｔ６２６に信号ｐ２がＬｏになり、電圧ＶＣＡ１が電圧ＶＣＡＳに切り替わる。これにより、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰへのクリップが解除される。これにより、時刻ｔ６２６から信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの変化が再開する。

【0106】

時刻ｔ６２７で信号ｐＳＨがＬｏになり、その時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの電圧Ｖｓ２を容量素子３１２に保持する。その後、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号ＰＩＸＳＩＧに対応した信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ２まで変化する。

【0107】

時刻ｔ６２７から時刻ｔ６２９の間に参照信号ＲＡＭＰを変化させ、信号Ｖｓ２のＡＤ変換を行う。時刻ｔ６２８で参照信号ＲＡＭＰと信号Ｖｓ２の大小関係が逆転する。このタイミングに基づくカウント信号が信号Ｖｓ２に対応するデジタル信号として生成される。

【0108】

次にＴ３期間の説明を行う。

【0109】

時刻ｔ６３１にＴＧ１１１は信号ｐ２をＨｉにする。これにより、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ２から信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰまで低下する。信号ＰＩＸＳＩＧは、Ｔ３期間にＦＤ２０８のリセットを入れていないのでＴ２期間の最後の電位を維持する。

【0110】

時刻ｔ６３５で信号ｐＴＸＡと信号ｐＴＸＢがＨｉになり、光電変換部２０１と光電変換部２０２の電荷がＦＤ２０８に転送される。これにより、信号ＰＩＸＳＩＧの変化が始まる。

【0111】

この時、時刻ｔ６３６に信号ｐ２がＬｏになり電圧ＶＣＡ１が電圧ＶＣＡＮから電圧ＶＣＡＳに切り替わるまで、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰにクリップされている。時刻ｔ６３６にクリップが解除されてから、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号ＰＩＸＳＩＧの変化に合わせて変化する。

【0112】

時刻ｔ６３７に信号ｐＳＨがＬｏになる。この時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの信号Ｖｓ３が容量素子３１２にホールドされる。信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号ＰＩＸＳＩＧに対応した信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ３まで変化する。

【0113】

時刻ｔ６３７から時刻ｔ６３９の間に参照信号ＲＡＭＰを変化させ、信号Ｖｓ３のＡＤ変換を行う。時刻ｔ６３８に参照信号ＲＡＭＰと信号Ｖｓ３の大小関係が逆転する。このタイミングに基づくカウント信号が信号Ｖｓ３に対応するデジタル信号として生成される。

【0114】

Ｔ１期間、Ｔ２期間、Ｔ３期間を通して、ＡＤ変換前に信号ＡＭＰ＿ＯＵＴを信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰにクリップしている。つまり、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの変化開始のレベルをＴ１、Ｔ２、Ｔ３期間で同じにすることができる。

【0115】

従って、信号ｐ２をＬｏにしてクリップを解除する時間から信号ｐＳＨをＬｏにして信号ＡＭＰ＿ＯＵＴを容量素子３１２がホールドするまでの時間を同じにする。これにより、Ｎ行目のＡＤ変換される撮像信号Ｖｓ１とＮ＋１行目のＡＤ変換される撮像信号Ｖｓ３を
Ｖｓ１≒Ｖｓ３・・・式（５）
とする事ができる。

【0116】

これにより、焦点検出用の信号を出力させるか否かによって生じる撮像信号の信号精度の低下を抑制できる。

【0117】

なお、本実施形態では信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰでのクリップを信号ｐＴＸＡがＨｉの期間に解除しているが、信号ｐＴＸＡがＨｉからＬｏに変化した後に解除しても良い。

【0118】

また、本実施形態では信号を容量素子３１２にホールドさせているが第１実施形態でも述べたように、ＳＨ回路３１０を設けなくても良いし、ＳＨ回路３１０を設けた場合でもホールド動作を行わないようにしても良い。

【0119】

（第３実施形態）
本実施形態について、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0120】

図７は本実施形態の読出し回路１０２の回路図である。図８は本実施形態の撮像装置の動作を示す。

【0121】

本実施形態の撮像装置は、図１の読出し回路１０２が、単位回路１０２０に代えて、図７に示した単位回路１０２２を有している。

【0122】

図７では、図３及び図５に示した符号と同じ符号を付している要素については説明を省略する。

【0123】

図７の単位回路１０２２は、制限回路３２１を有する。制限回路３２１は、クリップトランジスタ７０１を有する。クリップトランジスタ７０１は、反転増幅器５０１の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴが所定のレベルより下がらない様にクリップするためのクリップトランジスタである。クリップトランジスタ７０１のゲートには電圧ＶＣＡ２が印加される。電圧ＶＣＡ２から、クリップトランジスタ７０１の閾値電圧とクリップトランジスタ７０１が動作するときのオーバードライブ電圧分を差し引いた電圧に信号ＡＭＰ＿ＯＵＴが下がるとそのレベルにクリップする。

【0124】

電圧ＶＣＡ２は、クリップトランジスタ７０１が動作してクリップするＡＭＰ＿ＯＵＴが、反転増幅器５０１を構成するトランジスタが飽和領域から外れない電圧になる様に設定する。

【0125】

次に図８を用いて動作を説明する。

【0126】

信号ｐＳＥＬ、信号ｐＴＸＡ、信号ｐＴＸＢ、信号ｐＦＤＲＥＳ、信号ｐ１の動作は第１実施形態、第２実施形態と同様であるため、詳しい説明は省略する。

【0127】

まずＴ１期間の説明を行う。

【0128】

時刻ｔ８１０１に信号ｐＦＤＲＥＳがＬｏになり、ＦＤ２０８のリセットが解除される。この時の信号ＰＩＸＳＩＧの電位を信号ＶＰＩＸ＿ＲＥＳとする。

【0129】

その後、時刻ｔ８１０５から時刻ｔ８１０７までの期間、信号ｐＣＬＩＰがＨｉになり、クリップトランジスタ３２１がスイッチ３２２を介して信号線１２０に接続される。

【0130】

この時、クリップトランジスタ３２１のゲート電圧ＶＣＬＩＰは
ＶＣＬＩＰ－Ｖｔｈ１－ΔＶｏｖ＝ＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸ、ＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸ＞ＶＰＩＸ＿ＲＥＳ・・・式（６）
を満たす電圧に設定する。

【0131】

ここでＶｔｈ１はクリップトランジスタ３２１の閾値電圧である、ΔＶｏｖはクリップトランジスタ３２１が動作する時のオーバードライブ電圧である。信号ＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸは、クリップトランジスタ３２１が動作した時に信号ＰＩＸＳＩＧがクリップされる電圧である。

【0132】

時刻ｔ８１０２に、信号ｐ１がＬｏになる。その時の信号ＰＩＸＳＩＧである信号ＶＰＩＸ＿ＲＥＳは容量素子５０３にクランプされている。よって、その時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは、反転増幅器５０１を初期化した時の電位である信号Ｖｎになっている。

【0133】

その後、前述した時刻ｔ８１０５から時刻ｔ８１０７における動作により、式（６）に示すように、信号ＰＩＸＳＩＧは
ΔＶｃｌｉｐｐｉｘ＝ＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸ－ＶＰＩＸ＿ＲＥＳ＞０・・・式（７）
の様に変化する。

【0134】

これにより、反転増幅器５０１の反転入力端子が正側に変動する事となり、結果として信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号Ｖｎから低下する。

【0135】

この時、反転増幅器５０１の出力側についているクリップトランジスタ７０１は、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴが低下しすぎない様に、
ＡＭＰ＿ＯＵＴ＝ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰ＝ＶＣＡ２－Ｖｔｈ２－ΔＶｏｖ２・・・式（８）
でクリップする。反転増幅器５０１の構成要素が飽和領域から外れないように電圧ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰの目標値を設定する。この目標値を満たすように、電圧ＶＣＡ２を調整すると良い。

【0136】

時刻ｔ８１０７で信号ｐＣＬＩＰがＬｏになる。よって、クリップトランジスタ３２１が信号線１２０から切り離される。クリップが解除された事により、信号ＰＩＸＳＩＧは、時刻ｔ８１０６に信号ｐＴＸＡ及び信号ｐＴＸＢがＨｉになって光電変換部２０１、光電変換部２０２からＦＤ２０８に転送された電荷に対応して変化を開始する。

【0137】

それに連動して、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴも、信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰから信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ１に向けて変化を開始する。ここで、信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ１はＦＤ２０８に読み出した電荷に対応した信号ＰＩＸＳＩＧの変化分を、反転増幅器５０１で増幅した時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴの電位である。

【0138】

時刻ｔ８１０８に信号ｐＳＨがＬｏになる。その時、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴはまだ信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ１に到達しておらず、その時のＡＭＰ＿ＯＵＴである信号Ｖｓ１を容量素子３１２に保持する。

【0139】

時刻ｔ８１０８から時刻ｔ８１１０の間に参照信号ＲＡＭＰを変化させてＮ行目のＳＡＤ変換を行う。時刻ｔ８１０９に、参照信号ＲＡＭＰと信号Ｖｓ１の大小関係が逆転する。比較器３００がＬＡＴＣＨ信号を出力して信号Ｖｓ１のＡＤ変換を終える。

【0140】

次にＴ２期間の説明を行う。

【0141】

時刻ｔ８２００から時刻ｔ８２０４まではＴ１期間の時刻ｔ８１００から時刻ｔ８１０４と同じため説明を省略する。

【0142】

時刻ｔ８２０５から時刻ｔ８２０７に信号ｐＣＬＩＰがＨｉになり、クリップトランジスタ３２１が信号線１２０に接続される。信号ＰＩＸＳＩＧが信号ＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸにクリップされる。それに伴い、Ｔ１期間と同様に、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰにクリップされる。

【0143】

時刻ｔ８２０７に信号ｐＣＬＩＰがＬｏになり、クリップトランジスタ３２１が信号線１２０から切り離され信号ＰＩＸＳＩＧのクリップが解除される。

【0144】

それにより、信号ＰＩＸＳＩＧは、時刻ｔ８２０６に信号ｐＴＸＡがＨｉになって光電変換部２０１からＦＤ２０８に転送された電荷に対応して変化を開始する。

【0145】

それに連動して、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴも信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰから信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ２に向けて変化を開始する。ここで、信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ２はＦＤ２０８に読み出した電荷に対応した信号ＰＩＸＳＩＧの変化分を、反転増幅器５０１で増幅した時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴである。

【0146】

時刻ｔ８２０８に信号ｐＳＨがＬｏになる。その時、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴはまだ信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ２に到達しておらず、その時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴである信号Ｖｓ２を容量素子３１２に保持する。

【0147】

時刻ｔ８２０８から時刻ｔ８２１０の間に参照信号ＲＡＭＰを変化させてＮ＋１行目の焦点検出用の信号のＡＤ変換を行う。時刻ｔ８２０９に、参照信号ＲＡＭＰと信号Ｖｓ２の大小関係が逆転し、比較器３００がＬＡＴＣＨ信号を出力する。信号Ｖｓ２のＡＤ変換が終了する。

【0148】

次にＴ３期間の説明を行う。

【0149】

時刻ｔ８３０５から時刻ｔ８３０７に信号ｐＣＬＩＰがＨｉになり、クリップトランジスタ３２１が信号線１２０に接続される。

【0150】

Ｔ３期間では信号ｐＦＤＲＥＳが入らず、ＦＤ２０８はＴ２期間において光電変換部２０１から電荷を転送した状態を維持している。そのため、この時刻ｔ８３０５から時刻ｔ８３０７の期間に、信号ＰＩＸＳＩＧはクリップトランジスタ３２１によって、Ｔ２期間での画素信号読み出し時のレベルから信号ＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸへ変化する。

【0151】

これに伴って、反転増幅器５０１の出力ＡＭＰ＿ＯＵＴは信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ２から信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰに変化する。

【0152】

時刻ｔ８３０６に信号ｐＴＸＡ、信号ｐＴＸＢがＨｉになり、光電変換部２０１及び光電変換部２０２で生じた電荷がＦＤ２０８に転送される。信号線１２０はクリップトランジスタ３２１により信号ＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸにクリップされているため変化しない。

【0153】

時刻ｔ８３０７に信号ｐＣＬＩＰがＬｏになり、クリップトランジスタ３２１が信号線１２０から切り離される。よって、信号ＰＩＸＳＩＧは時刻ｔ８３０６にＦＤ２０８に転送された電荷に対応して変化する。

【0154】

それに伴い、反転増幅器５０１の出力である信号ＡＭＰ＿ＯＵＴも信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ３に向けて変化を開始する。

【0155】

信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ３は、ＦＤ２０８に読み出した電荷に対応した信号ＰＩＸＳＩＧの変化分を、反転増幅器５０１で増幅した時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴである。

【0156】

時刻ｔ８３０８に信号ｐＳＨがＬｏになる。その時、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴはまだ信号Ｖａｍｐ＿ｏｕｔ３に到達しておらず、その時の信号ＡＭＰ＿ＯＵＴである信号Ｖｓ３を容量素子３１２に保持する。

【0157】

時刻ｔ８３０８から時刻ｔ８３１０の間に参照信号ＲＡＭＰを変化させてＮ＋１行目の撮像信号のＡＤ変換を行う。時刻ｔ８３０９に、参照信号ＲＡＭＰと信号Ｖｓ３が交差し、比較器３００がＬＡＴＣＨ信号を出力して撮像信号のＡＤ変換を終える。

【0158】

ここで

【0159】

（ＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸ－ＶＰＩＸ＿ＲＥＳ）×（容量素子５０３の容量値／容量素子５０２の容量値）＞Ｖｎ－ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰ・・・式（９）
となる様に、クリップトランジスタ３２１のゲートの電圧ＶＣＬＩＰとクリップトランジスタ７０１のゲートの電圧ＶＣＡ２を設定する。これにより、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴを信号ＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰにクリップする事ができる。

【0160】

以上、述べた様に、Ｔ１期間、Ｔ２期間、Ｔ３期間のＳＡＤ開始前に、ＰＩＸＳＩＧはＶＣＬＩＰ＿ＰＩＸという所定の電圧にクリップされ、かつＡＭＰ＿ＯＵＴもＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰという所定の電圧にクリップされる。

【0161】

そのため、信号線１２０（ＰＩＸＳＩＧ）及び反転増幅器５０１の出力ＡＭＰ＿ＯＵＴの静定時間はＴ１及び、Ｔ３期間で概ね同じにする事ができる。そのため、
Ｖｓ１≒Ｖｓ３・・・式（１０）
とする事ができる。

【0162】

これにより、Ｔ１期間とＴ３期間のＡＤ変換する撮像信号のレベルを概ね合わせることができるため、Ｔ１期間とＴ３期間の特性差による画像劣化を抑制し良好な画像を提供する事ができる。

【0163】

本実施形態では信号ＡＭＰ＿ＯＵＴのＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰでのクリップを、信号ｐＴＸＡがＨｉの期間に解除しているが、信号ｐＴＸＡがＨｉからＬｏに遷移した後に解除しても良い。

【0164】

また、本実施形態では信号を容量素子３１２にサンプルホールドしているが、第１、第２実施形態でも述べたように、その機能を使用しなくても良い。その場合は、信号ＡＭＰ＿ＯＵＴのＶＣＬＩＰ＿ＡＭＰでのクリップを解除してからＡＤ変換の開始までの時間を、少なくともＴ１期間とＴ３期間で合わせることで、本実施形態で説明した効果と同様の効果を得る事ができる。

【0165】

また、図７に制御回路５２０を示しているが本実施形態においては不使用とすることができる。ただし、第２実施形態で説明したように、制御回路５２０を本実施形態と合わせて使用しても良い。

【0166】

（第４実施形態）
本実施形態による光電変換システムについて、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。

【0167】

上記第１～第３実施形態で述べた撮像装置は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図９には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

【0168】

図９に例示した光電変換システムは、撮像装置１００４、被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズ１００２、レンズ１００２を通過する光量を可変にするための絞り１００３、レンズ１００２の保護のためのバリア１００１を有する。レンズ１００２及び絞り１００３は、撮像装置１００４に光を集光する光学系である。撮像装置１００４は、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）であって、レンズ１００２により結像された光学像を電気信号に変換する。

【0169】

光電変換システムは、また、撮像装置１００４より出力される出力信号の処理を行うことで画像を生成する画像生成部である信号処理部１００７を有する。信号処理部１００７は、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部１００７は、撮像装置１００４が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置１００４とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置１００４と信号処理部１００７とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。

【0170】

光電変換システムは、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）１０１３を有する。更に光電変換システムは、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体１０１２、記録媒体１０１２に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１０１１を有する。なお、記録媒体１０１２は、光電変換システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

【0171】

更に光電変換システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する制御部である全体制御・演算部１００９、撮像装置１００４と信号処理部１００７に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１００８を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された出力信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。

【0172】

撮像装置１００４は、撮像信号を信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、撮像装置１００４から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部１００７は、撮像信号を用いて、画像を生成する。

【0173】

このように、本実施形態によれば、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）を適用した光電変換システムを実現することができる。

【0174】

（第５実施形態）
本実施形態の光電変換システム及び移動体について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態の光電変換システム及び移動体の構成を示す図である。

【0175】

図１０（ａ）は、車載カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記のいずれかの実施形態に記載の光電変換装置（撮像装置）である。光電変換システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、光電変換システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部３１４を有する。また、光電変換システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

【0176】

光電変換システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、光電変換システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、光電変換システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

【0177】

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム３００で撮像する。図１０（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置３２０が、光電変換システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

【0178】

上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、光電変換システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

【0179】

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。

【0180】

例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態に含まれる。

【0181】

また、上記第４実施形態、第５実施形態に示した光電変換システムは、光電変換装置を適用しうる光電変換システム例を示したものであって、本発明の光電変換装置を適用可能な光電変換システムは図９及び図１０に示した構成に限定されるものではない。

【0182】

なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【0183】

本明細書の開示内容は、本明細書に記載した概念の補集合を含んでいる。すなわち、本明細書に例えば「ＡはＢである」旨（Ａ＝Ｂ）の記載があれば、「ＡはＢではない」旨（Ａ≠Ｂ）の記載を省略しても、本明細書は「ＡはＢではない」旨を開示もしくは示唆しているものとする。なぜなら、「ＡはＢである」旨を記載している場合には、「ＡはＢではない」場合を考慮していることが前提だからである。

【符号の説明】

【0184】

１００ 画素アレイ
１０１ 画素
１０２ 読出し回路
１０４ ＡＤ変換回路
１２０ 信号線
３２０ 制限回路
３２１ 制限回路
１０２０ 単位回路
１０２１ 単位回路
１０２２ 単位回路
１０４０ ＡＤ変換器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】