JP2024009651A - 光電変換装置、撮像システム、および機器 - Google Patents

光電変換装置、撮像システム、および機器 Download PDF

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Abstract

【課題】物理的にセンサを遮る構成を用いることなくフィックスパターンノイズを低減することが可能な光電変換装置を提供する【解決手段】本開示の光電変換装置は、光電変換部と、光電変換部の信号電荷を保持するＦＤと、ＦＤに接続された増幅トランジスタと、光電変換部からＦＤへの信号電荷の転送を制御する転送トランジスタと、光電変換部と接続された蓄積容量部と、ＦＤと固定電位とを接続するリセットトランジスタと、ＦＤと蓄積容量部とを接続する蓄積容量接続トランジスタとを有し、第１のモードにおいて、光電変換部からＦＤに転送された信号電荷と、蓄積容量部の信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、第２のモードにおいて、光電変換部で発生した電荷を固定電位に排出した後、蓄積容量部とＦＤとを接続して、蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する。【選択図】図４

Description

本発明は、光電変換装置、撮像システム、および機器に関する。
近年、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像システムには、光電変換装置として、消費電力が小さく、高速な読み出しが可能なＣＭＯＳイメージセンサが用いられている。また、監視や車載システムの用途として、小型で高精細かつハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）性能を持つセンサが求められている。
特許文献１に記載された光電変換装置では、フォトダイオードの容量を超える信号電荷を蓄積する蓄積容量部を画素内に持ち、同じ撮像タイミングにおいてもＨＤＲの画像生成を行う。
特開２００６－２１７４１０号公報
しかしながら、蓄積容量部を使った読み出しにおいては、暗電流およびリーク電流に起因する暗時固定パターンノイズは、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を低下させること
がある。蓄積期間中は、蓄積容量部においてもフォトダイオードと同様にフローティング状態で電荷を蓄積させる。また、フォトダイオードにおいては、半導体表面から離れた埋め込みフォトダイオードのように暗電流を抑制する構造を設けることが可能である。一方、蓄積容量部は、半導体表面に近い箇所での蓄積や、半導体基板外の蓄積容量部が使われることが多い。半導体表面や、基板外と半導体基板を接続する半導体表面における、コンタクトに起因するリーク電流が発生し、リーク電流の画素毎のバラつきがフィックスパターンノイズとなる。特許文献１に記載された光電変換装置においては、このリーク電流およびフィックスパターンノイズを除去することは想定されていない。
本件開示の技術は、上記に鑑みて、物理的にセンサを遮る構成を用いることなくフィックスパターンノイズを低減することが可能な光電変換装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示に係る光電変換装置は、
光電変換装置であって、
第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送経路と異なる経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
前記フローティングディフュージョンと固定電位とを接続するリセットトランジスタと、
前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積
容量接続トランジスタと、
を有し、
前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部の容量を超える信号電荷が前記第１の蓄積容量部に保持され、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記第１の転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
ことを特徴とする光電変換装置を含む。
また、上記目的を達成するために、本開示に係る光電変換装置は、
光電変換装置であって、
第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
前記フローティングディフュージョンと固定電位とを接続するリセットトランジスタと、
前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積容量接続トランジスタと、
を有し、
前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記第１の転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
ことを特徴とする光電変換装置を含む。
また、上記目的を達成するために、本開示に係る光電変換装置は、
光電変換装置であって、
第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
前記第１の光電変換部と固定電位とを接続するオーバーフロードレイントランジスタと、
前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積容量接続トランジスタと、
を有し、
前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部の容量を超える信号電荷が前記第１の蓄積容量部に保持され、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記オーバーフロードレイントランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
ことを特徴とする光電変換装置を含む。
また、上記目的を達成するために、本開示に係る撮像システムは、
上記のいずれかの光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を取得する信号出力取得部と、
を有することを特徴とする撮像システムを含む。
また、上記目的を達成するために、本開示に係る機器は、
上記のいずれかの光電変換装置を備える機器であって、
前記光電変換装置に対応した光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、および、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかをさらに備える
ことを特徴とする機器を含む。
本開示によれば、フォトダイオードからあふれた電子を蓄積する蓄積容量部を画素内に有する光電変換装置において、メカニカルシャッタなど物理的にセンサを遮る構成を用いることなく、蓄積容量部に蓄積された信号電荷を用いて画像を補正することができる。これにより、当該光電変換装置において、フィックスパターンノイズを除去してＳＮＲ性能を改善させることができる。
第１実施形態に係る光電変換装置の概略構成図 第１実施形態に係る光電変換装置のブロック図 第１実施形態に係る撮像システムのブロック図 図４Ａは、第１実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図、図４Ｂは画素の平面レイアウトを示す図 第１実施形態に係る光電変換装置の画素のポテンシャル概図 第１実施形態に係る光電変換装置の画素のタイミングチャート 第１実施形態に係る光電変換装置の画素のタイミングチャート 第１実施形態に係る光電変換装置のＳＮＲプロット 第１実施形態に係る光電変換装置のタイミングチャート 第１実施形態に係る光電変換装置のタイミングチャート 第１実施形態に係る光電変換装置のタイミングチャート 第１実施形態に係る光電変換装置のタイミングチャート 第１実施形態に係る光電変換装置のタイミングチャート 第１実施形態に係る光電変換装置のタイミングチャート 第２実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図 第２実施形態に係る光電変換装置の画素のポテンシャル概図 第３実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図 第３実施形態に係る光電変換装置の画素のポテンシャル概図 第４実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図 第４実施形態に係る光電変換装置の平面図 第４実施形態に係る光電変換装置の断面図 第５実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図 第５実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路図 第６実施形態に係る機器の概略構成図
以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同じ機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略または簡潔にすることもある。
また、以下の説明においては、信号電荷が電子（光電子）である場合を例として説明する。したがって、信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域であり、第２導電型の半導体領域とはＰ型半導体領域である。なお、信号電荷がホールである場合でも本開示の実施形態を適用することができる。この場合は、信号電荷と同じ導電型のキャリアを多数キャリアとする第１導電型の半導体領域はＰ型半導体領域であり、第２導電型の半導体領域とはＮ型半導体領域である。
＜第１実施形態＞
以下に、本開示の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光電変換装置５００を示している。光電変換装置５００は、一例として半導体デバイスＩＣ（Integrated Circuit）であり、例えば、イメージセンサや、測光センサ、測距センサとして用いることができる。以下では、一例として、光電変換装置５００がＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである場合について説明する。
光電変換装置５００は、基板１０９と基板１１２との全部または一部が、積層して接合された積層型の光電変換装置である。基板１０９および基板１１２は、積層後にウエハをダイシングしてチップ化したチップの状態であってもよいし、ウエハの状態であってもよい。光電変換装置５００は、積層型の裏面照射型の光電変換装置である。
基板１０９は、画素１０７に含まれる画素回路を含む半導体素子層１１０（第１半導体素子層）と、配線構造１１１（第１配線構造）と、を有する。本明細書において、「半導体素子層」とは、半導体層のみではなく、半導体層と半導体層に形成されたトランジスタのゲートとを含む。また、配線構造の配線層は「半導体素子層」に含まれない。基板１１２は、配線構造１１４（第２配線構造）と、電気回路を含む半導体素子層１１３（第２半導体素子層）と、を有する。後述するように、基板１０９の配線構造１１１と基板１１２の配線構造１１４とは、各配線構造に含まれる配線層を接合することで構成された金属接合部により接合されている。ここで、金属接合部とは、配線層を構成する金属と配線層を構成する金属とが直接接合された構造を有する。
詳細は後述するが、画素１０７を構成する素子は、半導体素子層１１０に配置される。
なお、画素１０７の一部の構成が半導体素子層１１０に設けられ、他の一部の構成が半導体素子層１１３に設けられていてもよい。この場合、画素１０７のうちの半導体素子層１１０に配置される画素回路の構成としては、フォトダイオードなどの光電変換部が挙げられる。光電変換部を含む画素回路は、基板の平面視において、半導体素子層１１０に２次元アレイ状に配置される。また、半導体素子層１１０は、複数の画素回路が２次元アレイ状に配置された画素領域を有する。なお、図１では、半導体素子層１１０には、複数の画素回路を構成する複数の光電変換部が行方向および列方向の２次元アレイ状に配置されている。
配線構造１１１は、Ｍ（Ｍは１以上の整数）層の配線層と層間絶縁材料を含む。また、配線構造１１４は、Ｎ（Ｎは１以上の整数）層の配線層と層間絶縁材料を含む。
半導体素子層１１３は、半導体素子層１１０に配置された光電変換部で得られた信号を処理する電気回路を含む。説明の便宜上、図１において、基板１１２の上面に図示された構成は、半導体素子層１１３に設けられた構成である。電気回路とは、例えば、図１に示す、垂直走査回路１０２、水平走査回路１０４、信号処理回路１１５等を構成するトランジスタのいずれか１つである。信号処理回路１１５とは、例えば、増幅トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタなどの画素１０７の構成の一部、増幅回路、選択回路、論理演算回路、ＡＤ変換回路、メモリ、圧縮処理や合成処理等を行う回路の少なくともいずれか１つである。
画素１０７は、画像を構成するために繰り返して配置される回路の最小単位を指しうる。そして、画素１０７に含まれ、半導体素子層１１０に配された画素回路は、少なくとも、光電変換部を含んでいればよい。画素回路には、光電変換部以外の構成を含んでいてもよい。例えば、画素回路はさらに、転送トランジスタ、フローティングディフュージョン（ＦＤ）、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、蓄積容量接続トランジスタ、選択トランジスタの少なくともいずれか１つを含んでいてもよい。典型的には、画素１０７は、選択トランジスタおよび当該選択トランジスタを介して信号線に接続された一群の素子によって構成される。すなわち、選択トランジスタが画素回路の外縁でありうる。あるいは、光電変換部と転送トランジスタの組が画素１０７を構成することもある。他にも、１つあるいは複数の光電変換部と、１つの増幅回路あるいは１つのＡＤ変換回路との組が画素１０７を構成してもよい。
図２は、本実施形態に係る光電変換装置５００の概略構成を示すブロック図である。光電変換装置５００は、画素部１０１、垂直走査回路１０２、増幅回路１０３、水平走査回路１０４、出力回路１０５および制御回路１０６を備える。基板の平面視において、画素部１０１は、複数の行および複数の列を含む２次元状に配置された複数の画素１０７を備える画素アレイである。垂直走査回路１０２は、画素１０７に含まれる複数のトランジスタに制御信号を供給し、これらのトランジスタのオン（導通状態）またはオフ（非導通状態）を制御する。
画素１０７の各列には信号線１０８が設けられており、画素１０７からの信号が列ごとに信号線１０８に読み出される。増幅回路１０３は、信号線１０８に出力された画素信号を増幅し、画素１０７のリセット時の信号および光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理等の処理を行う。水平走査回路１０４は、増幅回路１０３の増幅器に接続されたスイッチに制御信号を供給し、該スイッチをオンまたはオフに制御する。
制御回路１０６は、垂直走査回路１０２、増幅回路１０３および水平走査回路１０４を制御する。出力回路１０５は、バッファアンプ、差動増幅器等を含み、増幅回路１０３からの画素信号を光電変換装置の外部の信号処理部に出力する。なお、さらに光電変換装置
５００にＡＤ変換部を設けることにより、光電変換装置５００がデジタルの画素信号が出力するように構成されていてもよい。制御回路１０６、増幅回路１０３、制御回路１０６、および出力回路１０５は、図１の信号処理回路１１５に含まれている。
図３は、本実施形態に係る撮像システム６００のブロック図である。撮像システム６００は、光電変換装置５００と補正データ保持部２００と信号補正処理部３００を有する。光電変換装置５００は、撮像データと、フィックスパターンノイズの補正に用いる補正データとを出力する。補正データは、補正データ保持部２００に送られ、補正データ保持部２００に保持される。なお、補正データ保持部２００は、保持していた補正データと、光電変換装置５００から新たに出力された補正データとを用いて、画素毎に平均化や時間的な平滑化の処理を行い、処理後の補正データを保持してもよい。信号補正処理部３００は、光電変換装置５００から出力される撮像データと、補正データ保持部２００から取得した補正データとを用いて、フィックスパターンノイズの除去処理を行う信号出力取得部である。
図４Ａは、本実施形態に係る光電変換装置５００の画素１０７の等価回路を示し、図４Ｂは、画素１０７の平面レイアウトを示す。画素１０７は、光電変換部６、転送トランジスタ７、蓄積容量部８、および蓄積容量接続トランジスタ９を含む。さらに、画素１０７は、ＦＤ１、リセットトランジスタ４、増幅トランジスタ２および選択トランジスタ３を含む。転送トランジスタ７、蓄積容量接続トランジスタ９、リセットトランジスタ４、増幅トランジスタ２および選択トランジスタ３は、ＭＯＳトランジスタで構成され得る。これらの各トランジスタを制御する制御信号は、図１に示す垂直走査回路１０２から、制御線を介して各トランジスタのゲートに入力される。本実施形態では、光電変換部６が第１の光電変換部であり、ＦＤ１が第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するＦＤである。また、転送トランジスタ７が第１の転送トランジスタであり、蓄積容量部８が第１の蓄積容量部であり、蓄積容量接続トランジスタ９が第１の蓄積容量接続トランジスタである。
光電変換部６は、入射光を光電変換するとともに、光電変換により生成された信号電荷（電子）を蓄積する。光電変換部６としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）を用いる。通常撮像モードでは、光電変換部６に蓄積された光電子が光電変換部６で蓄積可能な飽和電子数に近づくと、光電変換部６で蓄積できなくなった電子が蓄積容量部８へとオーバーフローする。この結果、オーバーフローした電子および該電子に対応する信号の少なくとも一方が蓄積容量部８に保持される。図４Ｂの半導体基板中においては、光電変換部６で蓄積できなくなった電子は蓄積容量部８に含まれる半導体領域８’へとオーバーフローされる。半導体領域８’と光電変換部６を構成する半導体は型が同一であり、半導体領域８’と光電変換部６とは半導体基板内もしくは基板外の容量素子に電気的に接続される。容量素子としては、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）容量（金属－絶縁膜－金属容量
）および／またはＭＯＳ容量（金属－絶縁膜－半導体容量）を用いることができる。ＭＩＭ容量を用いることにより、半導体基板における設計レイアウトの自由度を確保しながら容量を大きくすることが可能となる。
転送トランジスタ７は、ゲートに入力される制御信号により制御され、オンとなることにより光電変換部６の電子をＦＤ１に転送する。ＦＤ１は増幅トランジスタ２のゲートに接続されている。
増幅トランジスタ２の一方のノード（例えば、ドレイン）は電源電圧線ＶＤＤに接続され、増幅トランジスタ２の他方のノード（例えば、ソース）は選択トランジスタ３のドレインに接続されている。選択トランジスタ３のソースは信号線１０８に接続されている。信号線には不図示の定電流源が接続されている。選択トランジスタ３は、ゲートに入力さ
れる制御信号により制御され、オンとなることにより増幅トランジスタ２のソースと信号線を接続状態にしてソースフォロワとして機能させる。このとき、ＦＤ１の電圧に基づく出力信号Ｖｏｕｔは、各列の信号線１０８を介して図２に示す増幅回路１０３に出力される。
蓄積容量接続トランジスタ９は、ゲートに入力される制御信号により制御され、オンとなることにより蓄積容量部８をＦＤ１に接続する。これにより、蓄積容量部８に蓄積された電子を、ＦＤ１に接続された増幅トランジスタ２を通して電気信号に変換することが可能となる。図４Ｂにおいては、半導体領域８’は、蓄積容量接続トランジスタ９のソースに相当する。
リセットトランジスタ４は、ゲートに入力される制御信号により制御され、オンとなることによりフローティングディフュージョン部１の電圧をリセットする。このとき、同時に蓄積容量接続トランジスタ９をオンすることでＦＤ１と接続された蓄積容量部８の電子もＦＤ１を経由してリセットできる。
光電変換部６から電子が溢れない程度の低照度の光が照射されたときは、信号読出時のＦＤ容量が小さい、蓄積容量接続トランジスタ９をオフした状態で読み出した信号を利用する。オーバーフローするような高照度の光照射があったときは、信号読み出し時のＦＤ容量が大きい、蓄積容量接続トランジスタ９をオンした状態で読み出した信号を利用する。
図５Ａ～図５Ｄは、図４Ｂの線Ａ－Ａ’におけるポテンシャル概図である。本実施形態に係る光電変換装置の第１のモードである通常撮像モードと第２のモードである補正画像取得モードでの、画素におけるトランジスタの駆動と露光(電荷蓄積)状態を示している。図５Ａ～図５Ｄにおいて、図４と同じ機能を有する部分には同様の符号が付されており、その機能の説明は省略する。図では、ＦＤが左端と、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）とリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）の間の２カ所にあるが、どちらも同一のＦＤを指している。
図５Ａおよび図５Ｂに通常撮像モードの露光（電荷蓄積）中のポテンシャル概図を示す。通常撮像モードにおいては転送トランジスタ７（ＴＸ）、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）はオフされ、光電変換部６（ＰＤ）と蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）に電子を蓄積することができる。このとき、蓄積容量部８においては蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）で生成された暗電荷（暗電子）も蓄積される。光電変換部６（ＰＤ）などにおいても同様に暗電荷は生成、蓄積されるが、本実施形の補正の対象外のため、不図示としている。リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）はオフ状態を実線で図示しているが、破線のようにオン状態でもよい。
図５Ａは、光電変換部６（ＰＤ）で光電変換された光電子が、光電変換部６（ＰＤ）で蓄積可能な量以下となる低輝度の光入射の状態を示す。このとき、光電子（Photoelectron）は蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）にオーバーフローしない。図５Ｂは、光電変換部６（
ＰＤ）で光電変換された光電子が、光電変換部６（ＰＤ）で蓄積可能な量以上となる高輝度の光入射の状態を示す。このとき、光電変換部６（ＰＤ）で蓄積可能な量以上となった光電子は、光電変換部６（ＰＤ）と周囲との間のポテンシャルが最も低くなるように作られた蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）へとオーバーフローする。オーバーフローした光電子は蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）で生成された暗電荷（dark electron）と併せて蓄積される
。
図５Ｃは、補正画像取得モードの露光（電荷蓄積）中のポテンシャル概図を示す。光電
変換部６（ＰＤ）で発生した電子を蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）にオーバーフローさせないために、光電変換部６（ＰＤ）と固定電位（ＶＤＤ）間のトランジスタの駆動により排出経路を形成させる。ここでは転送トランジスタ７（ＴＸ）とリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）をオン動作させている。光電変換部６（ＰＤ）で発生した光電子は固定電位（ＶＤＤ）に排出され光電変換部６（ＰＤ）において電子の蓄積は行われない。このため、光電変換部６（ＰＤ）から蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）への電子のオーバーフローは起こらない。またこのとき蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）はオフされ、蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）に電子の蓄積が可能である。光電変換部６（ＰＤ）からの電子のオーバーフローはないため、高輝度な光照射においても蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）の電子の蓄積は、蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）で生成された暗電荷のみの蓄積が可能になる。
補正画像取得モードの露光中のゲート電圧は、図５Ｃに限らず、例えば図５Ｄのように制御されてもよい。すなわち、転送トランジスタ７（ＴＸ）のゲート電圧は、チャネル部のポテンシャルが蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）と光電変換部６（ＰＤ）間のバリアポテンシャルよりも低く設定されてよい。さらに、転送トランジスタ７（ＴＸ）のゲート電圧は、光電変換部６（ＰＤ）から蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）にも光電子がオーバーフローしないような電圧に設定されてよい。光電変換部６（ＰＤ）から蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）に光電子がオーバーフローしないような電圧として、オフ時のゲート電圧よりも少なくとも０．６Ｖ以上高い電圧を転送トランジスタ７に印加することが必要と考えられる。ただし、この数値はセンサ仕様やセンサのポテンシャル構造によって異なる。また、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）のゲート電圧は、チャネル部のポテンシャルが蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）と光電変換部６（ＰＤ）間の障壁ポテンシャルよりも低く設定されてよい。さらに、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）のゲート電圧は、光電変換部６（ＰＤ）から蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）にも光電子がオーバーフローしないような電圧に設定されてよい。このとき、光電変換部６（ＰＤ）やＦＤ１に電子が蓄積されている。したがって、光電変換装置において、読み出し前に一度転送トランジスタ７（ＴＸ）とリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）をオン状態にして光電変換部６（ＰＤ）やＦＤ１に蓄積された電子を固定電位（ＶＤＤ）に排出する動作を行ってもよい。
図６は、本実施形態に係る光電変換装置の駆動タイミング図である。通常撮像モード（Ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ）と補正画像取得モード（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）が１度ずつ交互に繰り返し行われる場合を示す。図６の各トランジスタについて、ハイレベルの状態がトランジスタをオンしている状態であり、ローレベルの状態がトランジスタをオフしている状態である。
図６を参照しながら、通常撮像モード（Ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ）について説明する。光電変換部６と蓄積容量部８をリセットし、所定の時間後、信号を読み出す。各光電変換部の信号を読み出す前に、ＦＤ１をリセットする。その後、光電変換部に蓄積された電子の信号読み出し（ＨＧ：ＨｉｇｈＧａｉｎ）を行い、光電変換部と容量部の電子両方を合わせた電子量の信号読み出し（ＬＧ：ＬｏｗＧａｉｎ）を行う。
光電変換装置５００は、時刻Ｔ１で、転送トランジスタ７（ＴＸ）と蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）をオンし、光電変換部６と蓄積容量部８をリセットする。その後、転送トランジスタ７（ＴＸ）と蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）をオフし、光電変換部６と蓄積容量部８でそれぞれ電子の蓄積を開始する。所定の時間後、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）をオフし時刻Ｔ２でリセットレベルＮＨＧを読み出す（ＨＧ Ｎ－ｒｅａｄ）。このとき、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）はオフされているため、ＦＤ１以外の容量を付加せずに信号を増幅トランジスタ２から読み出すことができる。その後、時刻Ｔ３において、転送トランジスタ７（ＴＸ）をオンして光電変換部６からＦＤ１に電子を転送し、シグナルレベルＳＨＧを読み出す（ＨＧ
Ｓ－ｒｅａｄ）。この電圧の差分ＳＨＧ－ＮＨＧがＨＧモードの信号出力ＳＩＧＨＧとなる。
次に、時刻Ｔ５において、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）をオンし、ＦＤ１に蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）を接続する。これによりＦＤ１に転送された光電変換部６の電子と、蓄積容量部（ＯＦｃａｐ）で保持されていた電子を合わせてシグナルレベルＳＬＧを読み出す（ＬＧ Ｓ－ｒｅａｄ）。時刻Ｔ５において、転送トランジスタ７（ＴＸ）をオンしている。光電変換部６の飽和電子数がＦＤ１の飽和電子数よりも多い場合に、光電変換部６に残る信号電子を再度ＦＤ１に転送するためである。ＦＤ１が十分大きく、時刻Ｔ３の転送駆動で光電変換部６の信号電子を完全転送できるような関係であれば、時刻Ｔ５における転送トランジスタ７（ＴＸ）のオン動作は不要となる。時刻Ｔ７において、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）をオンし、ＦＤ１と、蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）などのＦＤ１に付加された領域との電子をＶＤＤに排出し、リセットレベルＮＬＧを読み出す（ＬＧ Ｎ－ｒｅａｄ）。シグナルレベルＳＬＧとシグナルレベルＮＬＧとの差分ＳＬＧ－ＮＬＧがＬＧモードでの信号出力ＳＩＧＬＧとなる。この信号の電子の蓄積時間ΔＴｎｏｒｍａｌは、時刻Ｔ１後の蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）がオフされ蓄積が開始されたタイミングからシグナルレベルＳＬＧを読み出す（ＬＧ Ｓ－ｒｅａｄ）タイミングまでの時間と考えることができる。
これらの読み出されたＨＧモードの信号出力ＳＩＧＨＧ－ＮＨＧに例えば信号を読み出す際の容量ＣＨＧを掛ける処理を行うことができる。同様に、ＬＧモードの信号出力ＳＩＧＬＧ－ＮＬＧに、例えば信号を読み出す際の容量ＣＬＧを掛ける処理を行うことができる。これにより、処理した値ＳＩＧＨＧ×ＣＨＧ、ＳＩＧＬＧ×ＣＬＧを連続的な信号量として比較することができる。増幅回路１０３におけるゲインを読み出しモード毎に変える場合は、それも考慮する。
次に、図６を参照しながら、補正画像取得モード（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）について説明する。時刻Ｔ９でリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）と転送トランジスタ７（ＴＸ）と蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）をオンし、蓄積容量部８の電子をリセットする。その後、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）をオフし、蓄積容量部８での蓄積を開始する。所定時間後、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）と転送トランジスタ７（ＴＸ）をオフし、時刻Ｔ１１でリセットレベルＳ’ＬＧを読み出す（ＬＧ’ Ｓ－ｒｅａｄ）。時刻Ｔ１２において、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）をオンし、ＦＤ１と、蓄積容量部８などのＦＤ１に付加された領域との電子をＶＤＤに排出し、リセットレベルＮ’ＬＧを読み出す（ＬＧ’ Ｎ－ｒｅａｄ）。シグナルレベルＳ’ＬＧとシグナルレベルＮ’ＬＧとの差分Ｓ’ＬＧ－Ｎ’ＬＧがＬＧモードでの信号出力ＳＩＧＬＧ’となる。この電子の蓄積時間ΔＴｃａｌｉｂは、時刻Ｔ９後の蓄積容量接続トランジスタがオフされ蓄積が開始されたタイミングからシグナルレベルＳ’ＬＧを読み出す（ＬＧ’ Ｓ－ｒｅａｄ）タイミングまでの時間と考えることができる。ΔＴｎｏｒｍａｌ、ΔＴｃａｌｉｂは同じでもよいし、異なっていてもよい。時刻Ｔ９と時刻Ｔ１０のリセットトランジスタ（ＲＥＳ）、転送トランジスタ（ＴＸ）のハイレベルで図示しているが、図５Ｄで示したように、これに限らない。リセットトランジスタ（ＲＥＳ）、転送トランジスタ（ＴＸ）の一方もしくは両方が、光電変換部６（ＰＤ）の電子が蓄積容量部８にオーバーフローしないような、ハイレベルとローレベルの中間の電圧であってもよい。
ここで、上記で取得した信号を使った蓄積容量部を利用した読み出しモード（ＬＧモード）における補正処理方法について述べる。最も単純なものとして通常読み出しモードで取得した信号（第１の信号）と補正画像取得モードで取得した信号（第２の信号）の差分ＳＩＧＬＧ－ＳＩＧＬＧ’と処理してもよい。また、各モードの蓄積時間がΔＴｎｏｒｍａｌ、ΔＴｃａｌｉｂが異なる場合、時間分を補正するためにＳＩＧＬＧ－ＳＩＧＬＧ’
×ΔＴｎｏｒｍａｌ／ΔＴｃａｌｉｂとしてもよい。
図７に示すように、図６中のＬＧ Ｎ－ｒｅａｄ、ＬＧ’ Ｎ－ｒｅａｄの各読み出し動作の一方もしくは両方を省略し信号読み出しの時間を短縮してもよい。これによりフレームレートを向上させることができる。
例えばＬＧ’ Ｎ－ｒｅａｄの読み出し動作を省略し、ＬＧ Ｎ－ｒｅａｄ時のリセットレベルＮＬＧでＬＧ’ Ｎ－ｒｅａｄ時のリセットレベルＮ’ＬＧを代替してもよい。ＬＧ読み出し動作においては、リセットノイズを除去可能な相関二重サンプリングを使用しないため、リセットレベルＮＬＧを一度取得することで代替が可能である。
また、ＬＧ Ｎ－ｒｅａｄ、ＬＧ’ Ｎ－ｒｅａｄの各読み出し動作の両方を省略してもよい。この場合、ＬＧモードの補正処理において、直接ＳＬＧ－Ｓ’ＬＧとすることで補正処理が可能となる。
図８に本実施形態に係るＳＮＲプロット図を示す。横軸に光電変換装置に照射される光の輝度（Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）、縦軸にＨＧモードとＬＧモードのＳＮＲを示している。先にも述べたように、輝度が弱い領域ではＨＧモード、輝度が強い領域ではＬＧモードの信号が使用される。両モードが重畳している輝度領域においては、ＳＮＲが高いＨＧモードの信号が使用される。
図８に示すように、ＬＧモードにおいては、容量蓄積部に起因する、暗時フィックスパターンノイズにより、ノイズの悪化、ひいてはＳＮＲの低下が生じる場合がある。特にＨＧモードとＬＧモードの接続点におけるＳＮＲ（ＳＮＲｍｉｎ）の低下が顕著である。画像処理、画像認識用途に光電変換装置を使用する場合、ＳＮＲｍｉｎを高める仕様の要求がある。本実施形態に係る光電変換装置では、メカシャッタなどの物理的な遮蔽物を設けることなく、ＬＧモードの暗時フィックスパターン（補正用画像）を取得することができる。したがって、本実施形態に係る光電変換装置によれば、図８のように暗時フィックスパターンノイズを除去し、ＳＮＲを向上させることができる。
図６や図７では、画素部１０１における行毎の駆動を示したが、図９、図１０、図１１、図１２では、光電変換装置全体の駆動の時間関係の一例を図示し、順次読み出される様子を表している。読み出しは一例であり、また下記例の組み合わせであってもよい。
図９は、通常撮像モード（Ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ）の読み出しから補正画像取得モード（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）の読み出しまでの時間と、補正画像取得モードの読み出しから通常撮像モードの読み出しまでの時間が揃っている場合の例である。図中、時間（ｔ）は左から右へ進む。また、各モードの露光（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ－ＥＸＰＯＳＵＲＥ、Ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ－ＥＸＰＯＳＵＲＥ）と出力される画像（ＯＵＴＰＵＴ ＤＡＴＡ、ＩＭＡＧＥ ＤＡＴＡ、ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ（ＤＡＲＫ） ＤＡＴＡ）とを示す。また、図９には、各行（ｒｏｗ＃）における電子の読み出しのタイミング（Ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ－ＲＥＡＤ、Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ－ＲＥＡＤ）も示す。図９に示すように、光電変換装置から出力される画像（ＯＵＴＰＵＴ ＤＡＴＡ）は、それぞれのモードで全行を対象に信号が順次出力される。
次に、図１０は、１つの撮像フレーム中の一部の行のみが補正画像取得モードで駆動され、その他の行は通常撮像モードで駆動される例を示す。補正画像取得モードで駆動される行は、複数行にわたっていてもよい。これにより図９の例よりも、光電変換装置の信号出力を用いた画像生成におけるフレームレートを向上させることができる。また、次のフレームにおいては補正画像取得モードで駆動する行は順次変更され、これを繰り返すこと
で全ての行の補正画像データが取得できる。また、補正画像取得モードで取得したデータは該当する行のメモリに保持される（図中ＭＥＭＯＲＹ ｄａｔａ ｆｏｒ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎのｒｏｗ ＃０等）。撮像画像においては補正画像取得モードで取得した行のデータは前フレーム、もしくは前後のフレームの該当行のデータを用いて補間する処理（図中ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｅ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ）等を実施してもよい。
図１１は、１フレーム中の一部の行のみが補正画像取得モードと通常撮像モードの両方で駆動され、その他の行は通常撮像モードのみで駆動される例を示す。これにより図１０の例のように一部の行で撮像画像が欠損することを回避できる。補正画像取得モードと通常撮像モードの両方で駆動する行は複数行にわたっていてもよい。また次のフレームにおいては補正画像取得モードで駆動する行は順次変更され、これを繰り返すことで全ての行の補正画像データが取得できる。また補正画像取得モードで取得したデータは該当する行のメモリに保持される。撮像画像においては補正画像取得モードも取得した行のデータは通常撮像モードの蓄積時間が短くなっている（ΔＴ→ΔＴ’）。露光時間の短縮した分（図中ｓｈｏｒｔｅｒ ｅｘｐｏｐｓｕｒｅ ｔｉｍｅ）、出力は下がっているため、時間分を割り戻す（ΔＴ／ΔＴ’倍）処理等を行って信号出力を増幅してもよい。例えば、自動車の前方監視用途に光電変換装置を用いる際、１００Ｈｚ程度のＬＥＤフリッカ除去が求められる場合がある。この場合、光電変換装置は、補正画像取得モードと通常撮像モードの両方で駆動して信号出力を取得する行においても、通常撮像モードの露光時間が１０ｍｓ程度以上確保されるように制御してもよい。
図１２は、通常撮像モードの読み出しから補正画像取得モードの読み出しまでの時間と、補正画像取得モードの読み出しから通常撮像モードの読み出しまでの時間が揃っていない例である。なお、通常撮像モードの読み出しから補正画像取得モードの読み出しまでの時間より、補正画像取得モードの読み出しから通常撮像モードの読み出しまでの時間も大きくてもよいし、小さくてもよい。図１２に示すように、光電変換装置から出力される画像（ＯＵＴＰＵＴ ＤＡＴＡ）は、通常撮像モードのある行を対応とする信号と補正画像取得モードのある行を対象とする信号とが交互に出力される。
図１２では補正画像取得モードのデータは、全行を対象に出力される。ただし、図１３に例示するように、データの取得対象を一部の行に限定してもよい。図中、ＤＡＴＡ ａｃｑｕｉｒｅｄで示す行がデータの取得対象となり、ＤＡＴＡ ｎｏｔ ａｃｑｕｉｒｅｄで示す他の行はデータの取得対象から除外される。なお、複数の行がデータの取得対象となってもよい。また、図に示すように、データの取得対象とならない行の電子の転送期間を短縮してもよい。これにより、光電変換装置の信号出力を用いた画像生成におけるフレームレートを向上させることができる。この場合、光電変換装置は、フレームごとに補正画像取得モードのデータを取得する行を変更し、対応する行の補正用データメモリのデータを順次更新していく。
また、図１３では、補正画像取得モードのデータを取得しそのまま画像出力をする。ただし、図１４のように、信号がラインメモリ（図中「ＬＩＮＥ ＭＥＭＯＲＹ」）に一時的に保持され、１フレームの最後にまとめて出力するように光電変換装置が構成されていてもよい。これにより、通常撮像モードの画像のデータの連続性が保たれ、データ処理をより簡便にすることができる。この場合、光電変換装置は、フレームごとに補正画像取得モードのデータを取得する行を変更し、対応する行の補正用データメモリのデータを順次更新していく。
また、本実施形態に係る光電変換装置は、上記のように撮像モードのある一定周期の駆動がされる装置に限られない。例えば、光電変換装置は、通常撮像モードで繰り返し駆動し、定期的に例えば３０フレームに一度もしくは撮像システムの外部からの信号をトリガ
信号として、通常撮像モード（第１のモード）から補正画像取得モード（第２のモード）に切り替えてもよい。この場合、光電変換装置は、外部信号を受信しない場合は、上記の通常撮像モードの処理を繰り返し実行し、外部信号が入ると、補正画像取得モードに切り替えて、１フレームもしくはショットノイズ除去のために複数フレームの信号を出力する。また、出力された信号は、図２の補正データ保持部に保持される。そして、信号出力の取得が完了した後、光電変換装置は通常撮像モードに切り替える。このような光電変換装置は、例えば、自動車などの周囲監視システムにおいて、自動車が走行する前、装置起動時に補正データを取得したり、自動車が信号待ちなどで停止した場合に補正データを更新したりする場合に採用できる。
＜第２実施形態＞
次に、本開示に係る第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態の構成および処理と同様の構成および処理については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図１５は、第２実施形態に係る光電変換装置５００の画素の等価回路である。本実施形態は、光電変換装置５００において光電変換部６が飽和した後、電子が蓄積容量部へとオーバーフローしていく経路が転送トランジスタおよび蓄積容量接続トランジスタを通る経路である点が第１実施形態とは異なる。すなわち、本実施形態では、第１の蓄積容量部が、第１の光電変換部からフローティングディフュージョンへの信号電荷の転送経路を介して第１の光電変換部と接続されている。
図１６Ａ～図１６Ｄは、本実施形態に係る光電変換装置５００の通常撮像モードおよび補正画像取得モードでの画素におけるトランジスタの駆動と露光（電荷蓄積）時の状態を示すポテンシャル概図である。
図１６Ａ～図１６Ｄは、本実施形態に係る光電変換装置の通常撮像モードおよび補正画像取得モードの画素におけるトランジスタの駆動と露光(電荷蓄積)状態を示したポテンシャル概図である。図１６Ａ～図１６Ｄにおいて、図１５と同じ機能を有する部分には同様の符号を付し、機能の説明は省略する。また、図では、ＦＤが転送トランジスタ７（ＴＸ）とリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）の間と、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）の左側の２カ所にあるが、どちらも同一のＦＤ１を指している。
図１６Ａと図１６Ｂは、通常撮像モードの露光中のポテンシャル概図を示す。通常撮像モードにおいては転送トランジスタ７（ＴＸ）、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）はオフされ、光電変換部６（ＰＤ）とＦＤ１と蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）に電子を蓄積することができる。このとき、蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）においては蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）で生成された暗電荷も蓄積される。
図１６Ａは、光電変換部６（ＰＤ）で光電変換された光電子が、光電変換部６（ＰＤ）で蓄積可能な量以下となる低輝度の光入射の状態を示す。このとき、光電子は蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）にオーバーフローしない。図１６Ｂは、光電変換部６（ＰＤ）で光電変換された光電子が、光電変換部６（ＰＤ）で蓄積可能な量以上となる高輝度の光入射の状態を示す。転送トランジスタのチャネル部のポテンシャルは、光電変換部６（ＰＤ）の周囲のポテンシャルよりも十分低くなるような電圧で転送トランジスタ７（ＴＸ）はオフされ、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）はオフされている。これにより光電変換部６（ＰＤ）が飽和すると電子は転送トランジスタ７（ＴＸ）下を経由してＦＤ１へとオーバーフロー（ＯＦ１）し、ＦＤ１で蓄積される。リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）のチャネル部のポテンシャルは蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）のチャネル部のポテンシャルよりも十分低くなるような電圧で各トランジスタはオフされる。これにより、光電変換部か
らＦＤ部へとオーバーフローしてきた電荷によりＦＤ１が飽和すると、ＶＤＤ側ではなく蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）へと電荷はオーバーフロー（ＯＦ２）し、蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）で蓄積される。
図１６Ｃに、補正画像取得モードの露光（電荷蓄積）中のポテンシャル概図を示す。光電変換部６（ＰＤ）で発生した電荷を蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）にオーバーフローさせないために、光電変換部６（ＰＤ）と固定電位（ＶＤＤ）間のトランジスタの駆動により排出経路を形成させる。ここでは転送トランジスタ７（ＴＸ）とリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）をオン動作させている。光電変換部６（ＰＤ）で発生した光電子は固定電位（ＶＤＤ）に排出され光電変換部６（ＰＤ）において電荷の蓄積は行われない。このため、光電変換部６（ＰＤ）から蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）への電荷のオーバーフローは起こらない。またこのとき蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）はオフされ、蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）では電荷の蓄積が可能である。光電変換部６（ＰＤ）からの電荷のオーバーフローはないため、高輝度な光照射においても蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）の電荷蓄積は、蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）で生成された暗電荷のみとなる。
補正画像取得モードの露光中のゲート電圧は、図１６Ｃに限らず、例えば図１６Ｄのように制御されてもよい。すなわち、転送トランジスタ７（ＴＸ）のゲート電圧は、オーバーフローする電荷がＦＤ１へのみと制限できればよいため、通常撮像モードでの電圧と同じ電圧、もしくはそれ以上の電圧に設定されてよい。さらに、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）のゲート電圧は、チャネル部のポテンシャルが蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）のチャネル部のポテンシャルよりも十分低い電圧に設定されてよい。その上、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）のゲート電圧は、ＦＤ１から蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）にも光電子がオーバーフローしない電圧に設定されてよい。ＦＤ１から蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）に光電子がオーバーフローしないような電圧として、オフ時のゲート電圧よりも０．３Ｖ以上高い電圧をリセットトランジスタ４に印加することが必要と考えられる。ただし、この数値はセンサ仕様やセンサのポテンシャル構造によって異なる。このとき、光電変換部６（ＰＤ）やＦＤ１に電荷が蓄積されている。したがって、光電変換装置５００において、読み出し前に一度転送トランジスタ７（ＴＸ）とリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）をオン状態にして光電変換部６（ＰＤ）やＦＤ１に蓄積された電子を固定電位（ＶＤＤ）に排出する動作を行ってもよい。
＜第３実施形態＞
次に、本開示に係る第３実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１、２実施形態の構成および処理と同様の構成および処理については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図１７は、第３実施形態に係る光電変換装置５００の画素の等価回路である。本実施形態は、光電変換装置５００において、光電変換部６と固定電位の接続を制御するオーバーフロードレイントランジスタ１４がある点が第１、２実施形態とは異なる。
オーバーフロードレイントランジスタ１４が、転送トランジスタとともにオフされていると、光電変換部６で光電変換した電子が光電変換部６で蓄積される。またオーバーフロードレイントランジスタ１４はオンされると光電変換部６から固定電位への電子の排出経路となり、光電変換部をリセットすることができる。第２実施形態の補正画像取得モードでは、ＦＤ部も固定電位に接続され、ＦＤ部のコンタクト部で発生するリーク電流成分を補正できない。一方、本実施形態に係る光電変換装置５００においては、ＦＤ部はリセットされずＦＤ部のリーク電流も蓄積されるため、ＦＤ部のコンタクト部で発生するリーク電流成分を補正することができる。
図１８Ａ～図１８Ｄは、本実施形態に係る光電変換装置５００の通常撮像モードおよび補正画像取得モードの画素におけるトランジスタの駆動と露光(電荷蓄積)状態を示したポテンシャル概図である。図１８Ａ～図１８Ｄにおいて、図１７と同じ機能を有する部分には同様の符号を付し、機能の説明は省略する。また、図では、ＦＤが転送トランジスタ７（ＴＸ）とリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）の間と、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）の左側の２カ所にあるが、どちらも同一のＦＤ１を指している。
図１８Ａと図１８Ｂは、通常撮像モードの露光中のポテンシャル概図を示す。通常撮像モードにおいては転送トランジスタ７（ＴＸ）、蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）、リセットトランジスタ４（ＲＥＳ）はオフされ、光電変換部６（ＰＤ）とＦＤ１と蓄積容量部８に電子を蓄積することができる。このとき、ＦＤ１と蓄積容量部８においてはＦＤ１と蓄積容量部８で生成された暗電荷もそれぞれ蓄積される。光電変換部６（ＰＤ）においても同様に暗電荷は生成、蓄積されるが、本実施形の補正の対象外のため、不図示としている。
図１８Ａは、光電変換部６（ＰＤ）で光電変換された光電子が、光電変換部６（ＰＤ）で蓄積可能な量以下となる低輝度の光入射の状態を示す。このとき、光電子は蓄積容量部８にオーバーフローしない。図１８Ｂは、光電変換部６（ＰＤ）で光電変換された光電子が、光電変換部６（ＰＤ）で蓄積可能な量以上となる高輝度の光入射の状態を示す。転送トランジスタ７（ＴＸ）のチャネル部のポテンシャルは、光電変換部６（ＰＤ）の周囲のポテンシャルよりも十分低くなるような電圧である。また、転送トランジスタ７（ＴＸ）はオフされ、オーバーフロードレイントランジスタ１４（ＯＦＧ）とリセットトランジスタ４（ＲＥＳ）もオフされている。これにより光電変換部６（ＰＤ）が飽和すると電子は転送トランジスタ下を経由してＦＤ１へとオーバーフロー（ＯＦ１）し、ＦＤ１で蓄積される。リセットトランジスタのチャネル部のポテンシャルは蓄積容量接続トランジスタのチャネル部のポテンシャルよりも十分低くなるような電圧で各トランジスタはオフされる。これにより、光電変換部６（ＰＤ）からＦＤ１へとオーバーフローしてきた電荷によりＦＤ１が飽和すると、ＶＤＤ側ではなく蓄積容量部８へと電荷はオーバーフロー（ＯＦ２）し、蓄積容量部８で蓄積される。
図１８Ｃに、補正画像取得モードの露光（電荷蓄積）中のポテンシャル概図を示す。光電変換部６（ＰＤ）で発生した電荷を蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）にオーバーフローさせないために、光電変換部６（ＰＤ）と固定電位（ＶＤＤ）間のトランジスタの駆動により排出経路を形成させる。ここではオーバーフロードレイントランジスタ１４（ＯＦＧ）をオン動作させている。光電変換部６（ＰＤ）で発生した光電子は固定電位（ＶＤＤ）に排出され光電変換部６（ＰＤ）において電荷の蓄積は行われない。このため、光電変換部６（ＰＤ）からＦＤ１や蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）への電荷のオーバーフローは起こらない。またこのとき蓄積容量接続トランジスタ９（ＣＧ）はオフされ、ＦＤ１と蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）に電荷の蓄積が可能である。光電変換部６（ＰＤ）からの電荷のオーバーフローはないため、高輝度な光照射においてもＦＤ部と蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）の電荷蓄積は、蓄積容量部８（ＯＦｃａｐ）で生成された暗電荷のみとなる。
補正画像取得モードの露光中のゲート電圧は、図１８Ｃに限らず、例えば図１８Ｄのように制御されてもよい。すなわち、オーバーフロードレイントランジスタ１４（ＯＦＧ）のゲート電圧は、チャネル部のポテンシャルが転送トランジスタ７（ＴＸ）のチャネル部のポテンシャルよりも十分低い電圧に設定されてよい。さらに、光電変換部６（ＰＤ）からＦＤ１にも光電子がオーバーフローしないような電圧に設定されてよい。光電変換部６（ＰＤ）からＦＤ１に光電子がオーバーフローしないような電圧として、オフ時のゲート電圧よりも少なくとも０．６Ｖ以上高い電圧を転送トランジスタに印加することが必要と考えられる。ただし、この数値はセンサ仕様やセンサのポテンシャル構造によって異なる
。このとき、光電変換部６（ＰＤ）に電荷が蓄積されている。したがって、光電変換装置５００において、読み出し前に一度オーバーフロードレイントランジスタ１４（ＯＦＧ）をオン状態にして光電変換部６（ＰＤ）に蓄積された電荷全てを固定電位（ＶＤＤ）に排出する動作を行ってもよい。また、補正画像取得モードの露光中の転送トランジスタのオフ電圧を通常撮像モードの露光中の電圧より高めて、ＦＤ１への光電子のオーバーフローしにくくしてもよい。その場合は、補正画像取得モードの露光中のオーバーフロードレイントランジスタ１４（ＯＦＧ）のゲート電圧として、オフ時のゲート電圧よりも少なくとも０．３Ｖ以上高い電圧をオーバーフロードレイントランジスタ１４に印加することが必要と考えられる。
＜第４実施形態＞
次に、本開示に係る第４実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１～３実施形態の構成および処理と同様の構成および処理については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図１９は、第４実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路である。本実施形態は、光電変換装置５００の画素１０７において、複数の組の光電変換部６、１５と転送トランジスタ７、１６が設けられている点、容量部８と光電変換部１５間に１つのトランジスタが設けられている点が第１～３実施形態とは異なる。
図２０は、本実施形態に係る光電変換装置５００の画素の概略平面図であり、図２１は図２０の線Ｂ－Ｂ’による概略断面図である。図２０に示すように、画素部１０１において複数の光電変換部６が格子状に配置される。また、光電変換部１５は、光電変換部６に隣接して配置され、光電変換部６と同様に格子状に配置される。また、光電変換部１５の面積は、光電変換部１５の面積とは異なる。このように、光電変換部１５を、光電変換部６用に、入射感度の異なるサブ画素として用いることにより、ダイナミックレンジを拡大することができる。なお、図２０、２１の例では、光電変換部６および光電変換部１５にまたがるようにマイクロレンズを配置することを想定しているが、図２２に示すように、光電変換部ごとにマイクロレンズを配置する構成としてもよい。
第１～３実施形態の光電変換装置５００では、蓄積容量部８は、光電変換部６が飽和した場合に光電変換部６からオーバーフローする電子を蓄積するが、本実施形態では、光電変換部１５が飽和した場合に光電変換部６からオーバーフローする電子を蓄積する。補正画像取得モードでは、光電変換部１５においてオーバーフローを想定した読み出し信号の補正画像取得が可能となる。一方、補正画像取得モードでも、光電変換部６を用いた信号の取得は通常撮像モードと同様に実施可能である。
＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１～４実施形態の構成および処理と同様の構成および処理については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図２２は、第５実施形態に係る光電変換装置の画素の等価回路である。本実施形態に係る光電変換装置５００の画素１０７において、複数の光電変換部６、１０、複数の転送トランジスタ７、１１、複数の蓄積容量部８、１２、複数の蓄積容量接続トランジスタ９、１３がある点が第１～４実施形態とは異なる。本実施形態では、光電変換部１０が第２の光電変換部であり、転送トランジスタ１１が第２の転送トランジスタであり、蓄積容量部１２が第２の蓄積容量部であり、蓄積容量接続トランジスタ１３が第２の蓄積容量接続トランジスタである。
図２２に示すように、画素１０７は、２つの光電変換部６、１０が１つのＦＤ１によって共有されるように構成されているが、共有される光電変換部の数は２以上であってもよい。各光電変換部には、それぞれに対応する転送ゲート、蓄積容量部、蓄積容量接続トランジスタが設けられている。例えば、光電変換部１０には、転送トランジスタ１１、蓄積容量部１２、蓄積容量接続トランジスタ１３が設けられている。本実施形態では、各光電変換部から各蓄積容量部へと電子がオーバーフローする経路（ＯＦ－ｐａｔｈ）はそれぞれ分かれている。このため、各光電変換部から転送される電子が、他の光電変換部から転送される電子と混合することがないため、各光電変換部に蓄積された電子を基にした信号は、高いダイナミックレンジの信号として取得することができる。
図２２では、蓄積容量接続トランジスタ９、１３は容量付加トランジスタ５を介してＦＤ１に接続されている。このようにすることで、ＦＤ１に直接接続されるトランジスタの数を減らし、ＦＤ１の容量を低減して読み出しノイズを抑えることができる。ただし、ＦＤ１の容量が大きくてもよい場合は、容量付加トランジスタ５を削除して、蓄積容量接続トランジスタ９、１３をＦＤ１に直接接続する構成としてもよい。
容量付加トランジスタ５は、蓄積容量接続トランジスタ９または蓄積容量接続トランジスタ１３の一方とともにオンすることで、蓄積容量部８または蓄積容量部１２をＦＤ１に接続する。これにより、蓄積容量部８または蓄積容量部１２の電子を、増幅トランジスタ２を介して電気信号として読み出すことができる。なお、本実施形態の光電変換装置５００が通常撮像モードで出力する信号が第３の信号であり、補正画像取得モードで出力する信号が第４の信号である。
図２２に示す回路の画素１０７を備える光電変換装置５００の補正画像取得モードにおいて、例えば蓄積容量部１２の補正データを取得する場合について説明する。光電変換装置５００は、補正画像取得モードの露光時、光電変換部１０で発生した電子を蓄積容量部１２にオーバーフローさせないために、光電変換部１０と固定電位（ＶＤＤ）間を接続する経路上のトランジスタをオンして電子の排出経路を形成する。ここで、光電変換部１０と固定電位（ＶＤＤ）間を接続する経路上のトランジスタは、転送トランジスタ１１とリセットトランジスタ４が該当し、これらのトランジスタをオン動作させる。これにより、光電変換部１０で発生した電子は固定電位（ＶＤＤ）に排出され、光電変換部１０において電子は蓄積されない。この結果、光電変換部１０から蓄積容量部１２への電子のオーバーフローは発生しない。また、蓄積容量接続トランジスタ１３はオフされるため、蓄積容量部１２において電子の蓄積が可能となる。光電変換部１０からの電子のオーバーフローはないため、高輝度な光照射においても蓄積容量部１２は、蓄積容量部１２で生成された暗電荷（暗電子）のみの蓄積が可能になる。また、このとき、容量付加トランジスタ５もオン動作させてもよい。
図２３は、本実施形態の変形例に係る光電変換装置５００の画素１０７の等価回路である。リセットトランジスタ４は固定電位（ＶＤＤ）とＦＤ１を接続しているが、図２３に示すように、リセットトランジスタ４を、容量付加トランジスタ５を介してＦＤ１と接続してもよい。
図２３に示す回路の画素１０７を備える光電変換装置５００の補正画像取得モードにおいて、例えば蓄積容量部１２の補正データを取得する場合について説明する。光電変換装置５００は、補正画像取得モードの露光時、光電変換部１０で発生した電子を蓄積容量部１２にオーバーフローさせないために、光電変換部１０と固定電位（ＶＤＤ）間を接続する経路上のトランジスタをオンして電子の排出経路を形成する。ここで、光電変換部１０と固定電位（ＶＤＤ）間を接続する経路上のトランジスタは、転送トランジスタ１１とリセットトランジスタ４、容量付加トランジスタ５が該当し、これらのトランジスタをオン
動作させる。これにより、光電変換部１０で発生した電荷は固定電位（ＶＤＤ）に排出され、光電変換部１０において電子は蓄積されない。この結果、光電変換部１０から蓄積容量部１２への電子のオーバーフローは発生しない。また、蓄積容量接続トランジスタ１３はオフされるため、蓄積容量部１２において電子の蓄積が可能となる。光電変換部１０からの電子のオーバーフローはないため、高輝度な光照射においても蓄積容量部１２は、蓄積容量部１２で生成された暗電荷（暗電子）のみの蓄積が可能となる。
＜第６実施形態＞
第６実施形態には、上記の第１～５実施形態のいずれも適用可能である。図２４は本実施形態の半導体装置１４３０を備えた機器１４９１を説明する模式図である。半導体装置１４３０は、第１～５実施形態で説明した光電変換装置のいずれか、あるいは複数の実施形態を組み合わせた光電変換装置とすることができる。半導体装置１４３０を備える機器１４９１について詳細に説明する。半導体装置１４３０は、上記のように、半導体層を有する半導体デバイス１４１０のほかに、半導体デバイス１４１０を収容するパッケージ１４２０を含むことができる。パッケージ１４２０は、半導体デバイス１４１０が固定された基体と、半導体デバイス１４１０に対向するガラスなどの蓋体と、を含むことができる。パッケージ１４２０は、さらに、基体に設けられた端子と半導体デバイス１４１０に設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプなどの接合部材を含むことができる。
機器１４９１は、光学装置１４４０、制御装置１４５０、処理装置１４６０、表示装置１４７０、記憶装置１４８０、機械装置１４９０の少なくともいずれかを備えることができる。光学装置１４４０は、半導体装置１４３０に対応する。光学装置１４４０は、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置１４５０は、半導体装置１４３０を制御する。制御装置１４５０は、例えばＡＳＩＣなどの半導体装置である。
処理装置１４６０は、半導体装置１４３０から出力された信号を処理する。処理装置１４６０は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体装置である。表示装置１４７０は、半導体装置１４３０で得られた情報（画像）を表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置１４８０は、半導体装置１４３０で得られた情報（画像）を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置１４８０は、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。
機械装置１４９０は、モーターやエンジンなどの可動部あるいは推進部を有する。機器１４９１では、半導体装置１４３０から出力された信号を表示装置１４７０に表示したり、機器１４９１が備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。そのために、機器１４９１は、半導体装置１４３０が有する記憶回路や演算回路とは別に、記憶装置１４８０や処理装置１４６０をさらに備えることが好ましい。機械装置１４９０は、半導体装置１４３０から出力された信号に基づいて制御されてもよい。
また、機器１４９１は、撮影機能を有する情報端末（例えばスマートフォンやウエアラブル端末）やカメラ（例えばレンズ交換式カメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ）などの電子機器に適する。カメラにおける機械装置１４９０はズーミングや合焦、シャッター動作のために光学装置１４４０の部品を駆動することができる。あるいは、カメラにおける機械装置１４９０は防振動作のために半導体装置１４３０を移動することができる。
また、機器１４９１は、車両や船舶、飛行体などの輸送機器であり得る。輸送機器にお
ける機械装置１４９０は移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器１４９１は、半導体装置１４３０を輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助および／または自動化を行うものに好適である。運転（操縦）の補助および／または自動化のための処理装置１４６０は、半導体装置１４３０で得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置１４９０を操作するための処理を行うことができる。あるいは、機器１４９１は内視鏡などの医療機器や、測距センサなどの計測機器、電子顕微鏡のような分析機器、複写機などの事務機器、ロボットなどの産業機器であってもよい。
第６実施形態によれば、良好な画素特性を得ることが可能となる。したがって、半導体装置１４３０の価値を高めることができる。ここでいう価値を高めることには、機能の追加、性能の向上、特性の向上、信頼性の向上、製造歩留まりの向上、環境負荷の低減、コストダウン、小型化、軽量化の少なくともいずれかが該当する。
したがって、第６実施形態に係る半導体装置１４３０を機器１４９１に用いれば、機器の価値をも向上することができる。例えば、半導体装置１４３０を輸送機器に搭載して、輸送機器の外部の撮影や外部環境の測定を行う際に優れた性能を得ることができる。よって、輸送機器の製造、販売を行う上で、第６実施形態に係る半導体装置１４３０を輸送機器へ搭載することを決定することは、輸送機器自体の性能を高める上で有利である。特に、半導体装置１４３０で得られた情報を用いて輸送機器の運転支援および／または自動運転を行う輸送機器に半導体装置１４３０は好適である。
以上、本開示の光電変換装置について、その好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本開示はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、本開示の技術の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本開示に含まれる。また、上記の複数の実施形態は適宜組み合わせて実施することもできる。
本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
（構成１）
光電変換装置であって、
第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送経路と異なる経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
前記フローティングディフュージョンと固定電位とを接続するリセットトランジスタと、
前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積容量接続トランジスタと、
を有し、
前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部の容量を超える信号電荷が前記第１の蓄積容量部に保持され、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記第１の転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少
なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
ことを特徴とする光電変換装置。
（構成２）
前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記第１のモードにおける前記第１の光電変換部の信号電荷の蓄積時に前記第１の転送トランジスタに印加される電圧よりも０．６Ｖ以上高い電圧を前記第１の転送トランジスタに印加することにより、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出することを特徴とする構成１に記載の光電変換装置。
（構成３）
前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記リセットトランジスタをオンすることにより前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出することを特徴とする構成１または２に記載の光電変換装置。
（構成４）
第２の光電変換部と
前記第２の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの信号電荷の転送を制御する第２の転送トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの信号電荷の転送経路と異なる経路を介して前記第２の光電変換部と接続された第２の蓄積容量部と、
前記フローティングディフュージョンと前記第２の蓄積容量部とを接続する第２の蓄積容量接続トランジスタと、
を有し、
前記光電変換装置は、前記第１のモードにおいて、前記第２の光電変換部の容量を超える信号電荷が前記第２の蓄積容量部に保持され、前記第２の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第２の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第３の信号を出力し、
前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記第２の光電変換部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記第２の転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタによって、前記第２の光電変換部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第２の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第４の信号を出力する
ことを特徴とする構成１から３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成５）
前記第１の蓄積容量接続トランジスタおよび前記第２の蓄積容量接続トランジスタの少なくとも一方が、容量付加トランジスタを介して前記フローティングディフュージョンに接続されることを特徴とする構成４に記載の光電変換装置。
（構成６）
前記光電変換装置は、前記フローティングディフュージョンが保持する信号電荷に基づく信号出力を取得する信号出力取得部に接続され、
前記信号出力取得部は、前記第２のモードにおいて、前記第２の信号を用いて前記第１の信号を補正する
ことを特徴とする構成１から５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成７）
光電変換装置であって、
第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転
送経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
前記フローティングディフュージョンと固定電位とを接続するリセットトランジスタと、
前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積容量接続トランジスタと、
を有し、
前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記第１の転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
ことを特徴とする光電変換装置。
（構成８）
前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記第１のモードにおける前記第１の光電変換部の信号電荷の蓄積時に前記第１の転送トランジスタに印加される電圧よりも０．３Ｖ以上高い電圧を前記第１の転送トランジスタに印加することにより、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出することを特徴とする構成７に記載の光電変換装置。
（構成９）
前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記リセットトランジスタをオンすることにより前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出することを特徴とする構成７または８に記載の光電変換装置。
（構成１０）
前記光電変換装置は、前記フローティングディフュージョンが保持する信号電荷に基づく信号出力を取得する信号出力取得部に接続され、
前記信号出力取得部は、前記第２のモードにおいて、前記第２の信号を用いて前記第１の信号を補正する
ことを特徴とする構成７から９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１１）
光電変換装置であって、
第１の光電変換部と、
前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
前記第１の光電変換部と固定電位とを接続するオーバーフロードレイントランジスタと、
前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積容量接続トランジスタと、
を有し、
前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部の容量を超える信号電荷が前記第１の蓄積容量部に保持され、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記オーバーフロードレイントランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
ことを特徴とする光電変換装置。
（構成１２）
前記光電変換装置は、前記第１の蓄積容量接続トランジスタをオンにして前記第１の蓄積容量部が前記フローティングディフュージョンと接続された状態で、前記第１の蓄積容量部の信号電荷を前記フローティングディフュージョンから前記増幅トランジスタを介して出力することを特徴とする構成１１に記載の光電変換装置。
（構成１３）
前記光電変換装置は、前記フローティングディフュージョンが保持する信号電荷に基づく信号出力を取得する信号出力取得部に接続され、
前記信号出力取得部は、前記第２のモードにおいて、前記第２の信号を用いて前記第１の信号を補正する
ことを特徴とする構成１１または１２に記載の光電変換装置。
（構成１４）
前記光電変換装置は、前記第１のモードおよび前記第２のモードの少なくとも一方のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部の信号電荷を読み出すリセットレベルの取得を省略することを特徴とする構成１から１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１５）
前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記光電変換装置の画素部の一部の行では前記第２のモードで駆動し、その他の行では前記第１のモードで駆動し、
前記光電変換装置は、撮像フレームごとに前記第２のモードで駆動される行を変更することを特徴とする構成１から１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１６）
前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記光電変換装置の画素部の一部の行では前記第１のモードおよび前記第２のモードで駆動し、その他の行では前記第１のモードで駆動し、
前記光電変換装置は、撮像フレームごとに前記第１のモードおよび前記第２のモードで駆動される行を変更する
ことを特徴とする構成１から１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１７）
前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記光電変換装置の画素部のすべての行で前記第１のモードと前記第２のモードとを交互に駆動することを特徴とする構成１から１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１８）
前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記第１のモードでは、前記光電変換装置の画素部の一部の行のみを対象に前記第１の信号を出力することを特徴とする構成１から１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成１９）
前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記第１のモードでは、一部の行のみを対象に前記フローティングディフュージョンの信号電荷をラインメモリに転送し、前記ラインメモリに転送された信号電荷に基づいて前記第１の信号を出力することを特徴とする構成１から１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
（構成２０）
構成１から１９のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を取得する信号出力取得部と、
を有することを特徴とする撮像システム。
（構成２１）
前記第２の信号を記憶するメモリをさらに有し、
前記信号出力取得部は、前記メモリに記憶された前記第２の信号を取得して前記第１の信号を補正する
ことを特徴とする構成２０に記載の撮像システム。
（構成２２）
前記第１のモードにおける前記第１の光電変換部の信号電荷の蓄積時間が、前記第２のモードにおける前記第１の光電変換部の信号電荷の蓄積時間よりも長く、
前記信号出力取得部は、前記蓄積時間の差に基づいて前記第２の信号を増幅する処理を行う
ことを特徴とする構成２０または２１に記載の撮像システム。
（構成２３）
前記信号出力取得部は、前記撮像システムの外部からのトリガ信号に応じて前記第２のモードに切り替えることを特徴とする構成２０から２２のいずれか１項に記載の撮像システム。
（構成２４）
構成１から１９のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える機器であって、
前記光電変換装置に対応した光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、および、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかをさらに備える
ことを特徴とする機器。
５００ 光電変換装置、１ ＦＤ、４ リセットトランジスタ、６ 光電変換部、７ 転送トランジスタ、８ 蓄積容量部、９ 蓄積容量接続トランジスタ

Claims (24)

  1. 光電変換装置であって、
    第１の光電変換部と、
    前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
    前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
    前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
    前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送経路と異なる経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
    前記フローティングディフュージョンと固定電位とを接続するリセットトランジスタと、
    前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積容量接続トランジスタと、
    を有し、
    前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部の容量を超える信号電荷が前記第１の蓄積容量部に保持され、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
    前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記第１の転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
    ことを特徴とする光電変換装置。
  2. 前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記第１のモードにおける前記第１の光電変換部の信号電荷の蓄積時に前記第１の転送トランジスタに印加される電圧よりも０．６Ｖ以上高い電圧を前記第１の転送トランジスタに印加することにより、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記リセットトランジスタをオンすることにより前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  4. 第２の光電変換部と
    前記第２の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの信号電荷の転送を制御する第２の転送トランジスタと、
    前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの信号電荷の転送経路と異なる経路を介して前記第２の光電変換部と接続された第２の蓄積容量部と、
    前記フローティングディフュージョンと前記第２の蓄積容量部とを接続する第２の蓄積容量接続トランジスタと、
    を有し、
    前記光電変換装置は、前記第１のモードにおいて、前記第２の光電変換部の容量を超える信号電荷が前記第２の蓄積容量部に保持され、前記第２の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第２の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第３の信号を出力し、
    前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記第２の光電変換部と前記フロー
    ティングディフュージョンとを接続しない状態で前記第２の転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタによって、前記第２の光電変換部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第２の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第４の信号を出力する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  5. 前記第１の蓄積容量接続トランジスタおよび前記第２の蓄積容量接続トランジスタの少なくとも一方が、容量付加トランジスタを介して前記フローティングディフュージョンに接続されることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
  6. 前記光電変換装置は、前記フローティングディフュージョンが保持する信号電荷に基づく信号出力を取得する信号出力取得部に接続され、
    前記信号出力取得部は、前記第２のモードにおいて、前記第２の信号を用いて前記第１の信号を補正する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  7. 光電変換装置であって、
    第１の光電変換部と、
    前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
    前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
    前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
    前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
    前記フローティングディフュージョンと固定電位とを接続するリセットトランジスタと、
    前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積容量接続トランジスタと、
    を有し、
    前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
    前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記第１の転送トランジスタおよび前記リセットトランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
    ことを特徴とする光電変換装置。
  8. 前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記第１のモードにおける前記第１の光電変換部の信号電荷の蓄積時に前記第１の転送トランジスタに印加される電圧よりも０．３Ｖ以上高い電圧を前記第１の転送トランジスタに印加することにより、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出することを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  9. 前記光電変換装置は、前記第２のモードにおいて、前記リセットトランジスタをオンすることにより前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出することを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  10. 前記光電変換装置は、前記フローティングディフュージョンが保持する信号電荷に基づく信号出力を取得する信号出力取得部に接続され、
    前記信号出力取得部は、前記第２のモードにおいて、前記第２の信号を用いて前記第１の信号を補正する
    ことを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
  11. 光電変換装置であって、
    第１の光電変換部と、
    前記第１の光電変換部から転送される信号電荷を保持するフローティングディフュージョンと、
    前記フローティングディフュージョンに接続された増幅トランジスタと、
    前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送を制御する第１の転送トランジスタと、
    前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンへの前記信号電荷の転送経路を介して前記第１の光電変換部と接続された第１の蓄積容量部と、
    前記第１の光電変換部と固定電位とを接続するオーバーフロードレイントランジスタと、
    前記フローティングディフュージョンと前記第１の蓄積容量部とを接続する第１の蓄積容量接続トランジスタと、
    を有し、
    前記光電変換装置は、第１のモードにおいて、前記第１の光電変換部の容量を超える信号電荷が前記第１の蓄積容量部に保持され、前記第１の光電変換部から前記フローティングディフュージョンに転送された信号電荷と、前記第１の蓄積容量部に保持された信号電荷とに基づく第１の信号を出力し、
    前記光電変換装置は、第２のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続しない状態で前記オーバーフロードレイントランジスタによって、前記第１の光電変換部で発生した電荷を前記固定電位に排出した後、前記第１の蓄積容量部と前記フローティングディフュージョンとを接続して、少なくとも前記第１の蓄積容量部で発生した暗電荷に基づく第２の信号を出力する
    ことを特徴とする光電変換装置。
  12. 前記光電変換装置は、前記第１の蓄積容量接続トランジスタをオンにして前記第１の蓄積容量部が前記フローティングディフュージョンと接続された状態で、前記第１の蓄積容量部の信号電荷を前記フローティングディフュージョンから前記増幅トランジスタを介して出力することを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。
  13. 前記光電変換装置は、前記フローティングディフュージョンが保持する信号電荷に基づく信号出力を取得する信号出力取得部に接続され、
    前記信号出力取得部は、前記第２のモードにおいて、前記第２の信号を用いて前記第１の信号を補正する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。
  14. 前記光電変換装置は、前記第１のモードおよび前記第２のモードの少なくとも一方のモードにおいて、前記第１の蓄積容量部の信号電荷を読み出すリセットレベルの取得を省略することを特徴とする請求項１、７、１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  15. 前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記光電変換装置の画素部の一部の行では前記第２のモードで駆動し、その他の行では前記第１のモードで駆動し、
    前記光電変換装置は、撮像フレームごとに前記第２のモードで駆動される行を変更することを特徴とする請求項１、７、１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  16. 前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記光電変換装置の画素部の一部の行では前記第１のモードおよび前記第２のモードで駆動し、その他の行では前記第１のモードで駆動し、
    前記光電変換装置は、撮像フレームごとに前記第１のモードおよび前記第２のモードで駆動される行を変更する
    ことを特徴とする請求項１、７、１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  17. 前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記光電変換装置の画素部のすべての行で前記第１のモードと前記第２のモードとを交互に駆動することを特徴とする請求項１、７、１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  18. 前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記第１のモードでは、前記光電変換装置の画素部の一部の行のみを対象に前記第１の信号を出力することを特徴とする請求項１、７、１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  19. 前記光電変換装置は、同一の撮像フレームにおいて、前記第１のモードでは、一部の行のみを対象に前記フローティングディフュージョンの信号電荷をラインメモリに転送し、前記ラインメモリに転送された信号電荷に基づいて前記第１の信号を出力することを特徴とする請求項１、７、１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  20. 請求項１、７、１１のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置から出力される信号を取得する信号出力取得部と、
    を有することを特徴とする撮像システム。
  21. 前記第２の信号を記憶するメモリをさらに有し、
    前記信号出力取得部は、前記メモリに記憶された前記第２の信号を取得して前記第１の信号を補正する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の撮像システム。
  22. 前記第１のモードにおける前記第１の光電変換部の信号電荷の蓄積時間が、前記第２のモードにおける前記第１の光電変換部の信号電荷の蓄積時間よりも長く、
    前記信号出力取得部は、前記蓄積時間の差に基づいて前記第２の信号を増幅する処理を行う
    ことを特徴とする請求項２０に記載の撮像システム。
  23. 前記信号出力取得部は、前記撮像システムの外部からのトリガ信号に応じて前記第２のモードに切り替えることを特徴とする請求項２０に記載の撮像システム。
  24. 請求項１、７、１１のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える機器であって、
    前記光電変換装置に対応した光学装置、
    前記光電変換装置を制御する制御装置、
    前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、および、
    前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかをさらに備える
    ことを特徴とする機器。
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