JP2024073685A - 光電変換装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良質な高ダイナミックレンジの動画を取得し得る光電変換装置を提供する。【解決手段】光電変換装置は、光電変換により電荷を生じる光電変換部と、光電変換部から電荷を転送可能に構成された第１乃至第４電荷保持部と、第１乃至第４電荷保持部から転送される電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素と、複数の画素を制御する制御回路と、を有する。制御回路は、一のフレームの間に、光電変換部に蓄積された電荷を第１及び第２電荷保持部のうちの一方に転送する転送動作を、第１及び第２電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、複数の画素において同時に行い、当該一のフレームの間に、複数の画素の各々から、第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換装置及びその駆動方法に関する。

ＣＭＯＳイメージセンサなどの光電変換装置として、各画素が信号電荷を一時的に保持する電荷保持部を有し、光電変換部から電荷保持部への電荷転送を総ての画素で一斉に行う、いわゆるグローバルシャッタ機能を備えた光電変換装置が提案されている。グローバルシャッタ機能を用いることで、光電変換部での信号蓄積タイミングを総ての画素で揃えることができ、動きの速い被写体を撮影する場合における被写体像の歪みを抑制することができる。

また、光電変換装置における別の技術として、信号電荷の蓄積時間が異なる複数の画像信号を合成して高ダイナミックレンジの画像を生成する技術が提案されている。例えば、１つの光電変換部に対して複数の電荷保持部を設け、これら電荷保持部に異なる蓄積時間で信号電荷を蓄積するように構成することで、信号電荷の蓄積時間が異なる複数の画像信号を取得することができる。特許文献１には、グローバルシャッタ機能を備えた光電変換装置において前述の方法により高ダイナミックレンジの画像を生成するための技術が開示されている。

米国特許出願公開第２０１３／０１３５４８６号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、各画素の電荷保持部に蓄積されている信号電荷に基づく信号を読み出している間は電荷保持部に次のフレームの信号電荷を蓄積することができなかった。そのため、フレームとフレームとの間に信号電荷を蓄積できない期間が生じ、シームレスな動画を取得できないことがあった。

本発明の目的は、良質な高ダイナミックレンジの動画を取得し得る光電変換装置及びその駆動方法を提供することにある。

本明細書の一開示によれば、光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から電荷を転送可能に構成された第１電荷保持部、第２電荷保持部、第３電荷保持部及び第４電荷保持部と、前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から転送される電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素と、前記複数の画素を制御する制御回路と、を有し、前記制御回路は、一のフレームの間に、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部のうちの一方に転送する転送動作を、前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、前記複数の画素において同時に行い、前記一のフレームの間に、前記複数の画素の各々から、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う光電変換装置が提供される。

本明細書の他の一開示によれば、光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から電荷を転送可能に構成された第１電荷保持部、第２電荷保持部、第３電荷保持部及び第４電荷保持部と、前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から転送される電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素を有する光電変換装置の駆動方法であって、一のフレームの間に、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部のうちの一方に転送する転送動作を、前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、前記複数の画素において同時に行い、前記一のフレームの間に、前記複数の画素の各々から、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う光電変換装置の駆動方法が提供される。

本発明によれば、良質な高ダイナミックレンジの動画を取得することができる。

本発明の第１実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。 本発明の第１実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図（その１）である。 本発明の第１実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図（その２）である。 本発明の第２実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。 本発明の第２実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図（その１）である。 本発明の第２実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図（その２）である。 本発明の第３実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。 １つの画素に含まれる２つの光電変換部の配置例を示す概略図である。 本発明の第４実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。 本発明の第５実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。 本発明の第６実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第７実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。 本発明の第８実施形態による機器の概略構成を示すブロック図である。

以下、図面を用いて本発明に係る実施形態を説明する。なお、以下に述べる各実施形態では、光電変換装置の一例として撮像装置を中心に説明する。ただし、各実施形態は、撮像装置に限られるものではなく、光電変換装置の他の例にも適用可能である。例えば、測距装置（焦点検出やＴＯＦ（Time Of Flight）を用いた距離測定等の装置）、測光装置（入射光量の測定等の装置）などがある。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。図３及び図４は、本実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図である。

はじめに、本実施形態による光電変換装置の概略構成について、図１及び図２を用いて説明する。

本実施形態による光電変換装置は、図１に示すように、画素部１０と、垂直走査回路２０と、読み出し回路３０と、水平走査回路４０と、出力回路５０と、制御回路６０と、を有する。画素部１０は、垂直走査回路２０及び読み出し回路３０に接続されている。読み出し回路３０は、水平走査回路４０及び出力回路５０に接続されている。制御回路６０は、垂直走査回路２０、読み出し回路３０及び水平走査回路４０に接続されている。

画素部１０には、複数の行及び複数の列をなすように行列状に配された複数の画素１２が設けられている。複数の画素１２の各々は、フォトダイオード等の光電変換素子からなる光電変換部を含み、入射光の光量に応じた画素信号を出力する。画素部１０に配される画素アレイの行数及び列数は、特に限定されるものではない。なお、画素部１０には、入射光の光量に応じた画素信号を出力する有効画素のほか、光電変換部が遮光されたオプティカルブラック画素や、信号を出力しないダミー画素などが配置されていてもよい。

画素部１０の各行には、第１の方向（図１において横方向）に延在して、制御線１４が配されている。制御線１４の各々は、第１の方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線１４の延在する第１の方向は、行方向或いは水平方向と呼ぶことがある。制御線１４の各々は、複数の信号線を含み得る。制御線１４は、垂直走査回路２０に接続されている。

画素部１０の各列には、第１の方向と交差する第２の方向（図１において縦方向）に延在して垂直出力線１６が配されている。垂直出力線１６の各々は、第２の方向に並ぶ画素１２に接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。垂直出力線１６の延在する第２の方向は、列方向或いは垂直方向と呼ぶことがある。垂直出力線１６は、読み出し回路３０に接続されている。

垂直走査回路２０は、制御回路６０からの制御信号を受け、画素１２を駆動するための制御信号を生成し、制御線１４を介して画素１２に出力する機能を備える制御回路である。垂直走査回路２０には、シフトレジスタやアドレスデコーダといった論理回路が用いられ得る。垂直走査回路２０は、各行の制御線１４に順次制御信号を出力し、画素部１０の画素１２を行単位で順次駆動する。行単位で画素１２から読み出された信号は、画素部１０の各列に配された垂直出力線１６を介して読み出し回路３０に入力される。

読み出し回路３０は、画素１２から読み出された信号に対して所定の処理、例えば、増幅処理や加算処理等の信号処理を実施する機能を備える。読み出し回路３０は、信号保持部、列アンプ、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、加算回路等を含み得る。また、読み出し回路３０は、必要に応じてＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路等のその他の処理回路を更に含んでもよい。

水平走査回路４０は、制御回路６０からの制御信号を受け、読み出し回路３０で処理された信号を列毎に順次、出力回路５０に転送するための制御信号を生成し、読み出し回路３０に出力する機能を備える制御回路である。水平走査回路４０には、シフトレジスタやアドレスデコーダといった論理回路が用いられ得る。出力回路５０は、バッファアンプや差動増幅器などから構成され、水平走査回路４０によって選択された列の信号を増幅して出力するための回路部である。出力回路５０は、画素信号に対して所定の信号処理、例えば補正処理やＨＤＲ合成処理を行う信号処理部を更に有していてもよい。

制御回路６０は、垂直走査回路２０、読み出し回路３０及び水平走査回路４０に、それらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給する機能を備える。なお、垂直走査回路２０、読み出し回路３０及び水平走査回路４０に供給する制御信号の少なくとも一部は、光電変換装置１００の外部から供給してもよい。

各々の画素１２は、図２に示すように、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１Ｌ１，Ｍ１Ｌ２，Ｍ１Ｓ１，Ｍ１Ｓ２，Ｍ３Ｌ１，Ｍ３Ｌ２，Ｍ３Ｓ１，Ｍ３Ｓ２と、を有する。また、各々の画素１２は、リセットトランジスタＭ４と、増幅トランジスタＭ５と、選択トランジスタＭ６と、電荷排出トランジスタＭ７と、を更に有する。光電変換部ＰＤは、光電変換素子、例えばフォトダイオードにより構成され得る。各トランジスタは、信号電荷として例えば電子を用いる場合、Ｎ型ＭＯＳトランジスタによって構成され得る。なお、各トランジスタは必ずしもＮ型ＭＯＳトランジスタである必要はなく、各トランジスタをＰ型ＭＯＳトランジスタによって構成し、信号電荷として正孔を用いるようにしてもよい。

光電変換部ＰＤは、アノードが接地ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ｌ１，Ｍ１Ｌ２，Ｍ１Ｓ１，Ｍ１Ｓ２及び電荷排出トランジスタＭ７の各々のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｌ１のドレインは、転送トランジスタＭ３Ｌ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｌ１のドレインと転送トランジスタＭ３Ｌ１のソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１）としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｌ２のドレインは、転送トランジスタＭ３Ｌ２のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｌ２のドレインと転送トランジスタＭ３Ｌ２のソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２）としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｓ１のドレインは、転送トランジスタＭ３Ｓ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｓ１のドレインと転送トランジスタＭ３Ｓ１のソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１）としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｓ２のドレインは、転送トランジスタＭ３Ｓ２のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｓ２のドレインと転送トランジスタＭ３Ｓ２のソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２）としての機能を備える。

転送トランジスタＭ３Ｌ１，Ｍ３Ｌ２，Ｍ３Ｓ１，Ｍ３Ｓ２の各々のドレインは、リセットトランジスタＭ４のソース及び増幅トランジスタＭ５のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ３Ｌ１，Ｍ３Ｌ２，Ｍ３Ｓ１，Ｍ３Ｓ２のドレイン、リセットトランジスタＭ４のソース及び増幅トランジスタＭ５のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散（フローティングディフュージョン）部ＦＤである。浮遊拡散部ＦＤ部は、容量成分（浮遊拡散容量）を含み、電荷保持部としての機能を備える。

リセットトランジスタＭ４のドレイン、増幅トランジスタＭ５のドレイン及び電荷排出トランジスタＭ７のドレインは、電源電圧線（電圧ＶＤＤ）に接続されている。なお、リセットトランジスタＭ４のドレインに供給される電圧、増幅トランジスタＭ５のドレインに供給される電圧、電荷排出トランジスタＭ７のドレインに供給される電圧は、何れか２つ又は３つが同じでもよいし、総てが異なっていてもよい。増幅トランジスタＭ５のソースは、選択トランジスタＭ６のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ６のソースは、垂直出力線１６に接続されている。

制御線１４の各々は、転送トランジスタＭ１Ｌ１，Ｍ１Ｌ２，Ｍ１Ｓ１，Ｍ１Ｓ２，Ｍ３Ｌ１，Ｍ３Ｌ２，Ｍ３Ｓ１，Ｍ３Ｓ２、リセットトランジスタＭ４、選択トランジスタＭ６及び電荷排出トランジスタＭ７のゲートの各々に接続された１１本の信号線を含む。転送トランジスタＭ１Ｌ１のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ＿Ｌ１が出力される。転送トランジスタＭ１Ｌ２のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ＿Ｌ２が出力される。転送トランジスタＭ１Ｓ１のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ＿Ｓ１が出力される。転送トランジスタＭ１Ｓ２のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ＿Ｓ２が出力される。転送トランジスタＭ３Ｌ１のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｌ１が出力される。転送トランジスタＭ３Ｌ２のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｌ２が出力される。転送トランジスタＭ３Ｓ１のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｓ１が出力される。転送トランジスタＭ３Ｓ２のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｓ２が出力される。リセットトランジスタＭ４のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＲＥＳが出力される。選択トランジスタＭ６のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＳＥＬが出力される。電荷排出トランジスタＭ７のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＯＦＧが出力される。各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンとなり、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフとなる。

光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１Ｌ１は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１に転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｌ１は、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１が保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｌ２は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２に転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｌ２は、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２が保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｓ１は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１に転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｓ１は、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１が保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｓ２は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２に転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｓ２は、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２が保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。

増幅トランジスタＭ５は、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ６を介して図示しない電流源からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成している。これにより増幅トランジスタＭ５は、浮遊拡散部ＦＤの電位に応じた信号を、選択トランジスタＭ６を介して垂直出力線１６に出力する。この意味で、浮遊拡散部ＦＤ、増幅トランジスタＭ５及び選択トランジスタＭ６は、浮遊拡散部ＦＤが保持する電荷の量に応じた信号を出力する出力部を構成するものといえる。なお、図２には４つの転送部（転送トランジスタＭ３Ｌ１，Ｍ３Ｌ２，Ｍ３Ｓ１，Ｍ３Ｓ２）が１つの浮遊拡散部ＦＤ或いは出力部を共有する構成を示しているが、４つの転送部の各々に対して個別に浮遊拡散部ＦＤ或いは出力部を接続する構成としてもよい。

リセットトランジスタＭ４は、オンになることにより浮遊拡散部ＦＤを電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットするリセット動作を行うリセット部としての機能を備える。電荷排出トランジスタＭ７は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を排出するオーバーフロードレイン部としての機能を備える。或いは、電荷排出トランジスタＭ７は、オンになることにより光電変換部ＰＤを電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットするリセット動作を行うリセット部としての機能を備える、とも言える。選択トランジスタＭ６は、増幅トランジスタＭ５のソース電圧に応じた信号を画素信号として垂直出力線１６に出力するか否かを選択する選択部としての機能を備える。

次に、本実施形態による光電変換装置の駆動方法について、図３及び図４を用いて説明する。図３は画素の露光動作に関わる駆動を示すタイミング図であり、図４は画素信号の読み出し動作に関わる駆動を示すタイミング図である。

図３には、第（２Ｎ－１）フレーム及び第２Ｎフレームに転送トランジスタＭ１Ｌ１，Ｍ１Ｌ２，Ｍ１Ｓ１，Ｍ１Ｓ２及び電荷排出トランジスタＭ７に供給される制御信号ＧＳ＿Ｌ１，ＧＳ＿Ｌ２，ＧＳ＿Ｓ１，ＧＳ＿Ｓ２，ＯＦＧの時間変化を示している。ここで、Ｎは１以上の整数である。各制御信号がハイレベルのとき、対応するトランジスタがアクティブ（オン状態）となる。なお、本実施形態ではグローバルシャッタ方式の駆動を行うため、露光動作に関わる駆動及びそのタイミングは総ての行の画素１２において同時である。ここで、「同時」とは、各行を同時に駆動するように設計されていることを意味し、製造による誤差や、設計上のレイアウトに基づく差異があってもよい。すなわち、全行一括でグローバルに各行のトランジスタを駆動したいという意図があれば、各行の駆動線の長さが異なることなどに起因した信号遅延があったとしても、「同時」という文言を満たす。

各フレームでは、複数回（Ｋｓ回）の蓄積期間Ｔｓと、複数回（Ｋｌ回）の蓄積期間Ｔｌと、が実行される。蓄積期間Ｔｓは電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１又は電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２に信号電荷を蓄積するための期間であり、蓄積期間Ｔｌは電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１又は電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２に信号電荷を蓄積するための期間である。以下、Ｋｓ回のうちのｉ回目の蓄積期間Ｔｓ_ｉ及び（ｉ＋１）回目の蓄積期間Ｔｓ_ｉ＋１の動作と、Ｋｌ回のうちのｊ回目の蓄積期間Ｔｌ_ｊ及び（ｊ＋１）回目の蓄積期間Ｔｌ_ｊ＋１の動作について、図３を用いて説明する。ここで、ｉは、１以上、Ｋｓ－２以下の整数である。ｊは、１以上、Ｋｌ－１以下の整数である。なお、回数Ｋｓ，Ｋｌは１フレーム期間内におけるトータルの蓄積時間等に応じて適宜設定が可能であり、また、回数Ｋｓ，Ｋｌは同じであってもよいし異なっていてもよい。

まず、奇数フレーム（第（２Ｎ－１）フレーム）における露光動作について説明する。奇数フレームでは、光電変換部ＰＤで生じた信号電荷を電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１，ＭＥＭ＿Ｓ１に蓄積し、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２，ＭＥＭ＿Ｓ２に蓄積されている信号電荷に基づく信号の読み出しを行う。

時刻ｔ１０の直前において、制御信号ＯＦＧはハイレベルであるものとする。電荷排出トランジスタＭ７は、ハイレベルの制御信号ＯＦＧを受けてオンになっており、光電変換部ＰＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされている。

時刻ｔ１０において、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオフになり、光電変換部ＰＤのリセット状態が解除される。すなわち、制御信号ＯＦＧがハイレベルからローレベルへと遷移するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｓ_ｉの開始時刻となる。電荷排出トランジスタＭ７がオフの間に光電変換部ＰＤへの光子の入射によって生じた信号電荷は、光電変換部ＰＤに蓄積される。

時刻ｔ１０の後の所定のタイミングから時刻ｔ１１までの期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＧＳ＿Ｓ１をハイレベルに制御する。これにより、転送トランジスタＭ１Ｓ１がオンになり、光電変換部ＰＤに蓄積されている信号電荷が電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１へと転送される。転送トランジスタＭ１Ｓ１がオフになる時刻ｔ１１が、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｓ_ｉの終了時刻となる。すなわち、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間が、信号電荷の蓄積期間Ｔｓ_ｉである。

時刻ｔ１１の後、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオンになり、光電変換部ＰＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。

続く時刻ｔ１２において、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオフになり、光電変換部ＰＤのリセット状態が解除される。すなわち、制御信号ＯＦＧがハイレベルからローレベルへと遷移するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｌ_ｊの開始時刻となる。電荷排出トランジスタＭ７がオフの間に光電変換部ＰＤへの光子の入射によって生じた信号電荷は、光電変換部ＰＤに蓄積される。

なお、ここでは電荷排出トランジスタＭ７をオンにすることにより光電変換部ＰＤをリセットしているが、転送時に信号電荷が光電変換部ＰＤに残存しないような構成の場合には、電荷排出トランジスタＭ７による光電変換部ＰＤのリセットを省略してもよい。その場合、転送トランジスタ（ここでは転送トランジスタＭ１Ｓ１）がオフになるタイミング（時刻ｔ１１）が、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｌ_ｊの開始時刻となる。その他の蓄積期間Ｔｓ，Ｔｌについても同様である。光電変換部ＰＤから電荷保持部ＭＥＭへの信号電荷の完全転送は、光電変換部ＰＤ、転送トランジスタＭ１、電荷保持部ＭＥＭ等のポテンシャル設計により実現可能である。

時刻ｔ１２の後の所定のタイミングから時刻ｔ１３までの期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＧＳ＿Ｌ１をハイレベルに制御する。これにより、転送トランジスタＭ１Ｌ１がオンになり、光電変換部ＰＤに蓄積されている信号電荷が電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１へと転送される。転送トランジスタＭ１Ｌ１がオフになる時刻ｔ１３が、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｌ_ｊの終了時刻となる。すなわち、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間が、信号電荷の蓄積期間Ｔｌ_ｊである。

この後、時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までの期間と同様にして、蓄積期間Ｔｓと蓄積期間Ｔｌとが所定の回数、繰り返し行われる。例えば図３に示すように、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の期間には蓄積期間Ｔｓ_ｉ＋１が行われ、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７の期間には蓄積期間Ｔｌ_ｊ＋１が行われ、時刻ｔ１８からは蓄積期間Ｔｓ_ｉ＋２が行われる。

このようにして、奇数フレームには、Ｋｓ回の蓄積期間ＴｓとＫｌ回の蓄積期間Ｔｌとが実行される。これにより、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１には、蓄積期間Ｔｓ_１から蓄積期間Ｔｓ_ＫｓまでのＫｓ個の期間の長さを合計した長さの蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔの間に光電変換部ＰＤで生成された信号電荷が保持される。また、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１には、蓄積期間Ｔｌ_１から蓄積期間Ｔｌ_ＫｌまでのＫｌ個の期間の長さを合計した長さの蓄積期間Ｔｌｏｎｇの間に光電変換部ＰＤで生成された信号電荷が保持される。

次に、偶数フレーム（第２Ｎフレーム）における露光動作について説明する。偶数フレームでは、光電変換部ＰＤで生じた信号電荷を電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２，ＭＥＭ＿Ｓ２に蓄積し、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１，ＭＥＭ＿Ｓ１に蓄積されている信号電荷に基づく信号の読み出しを行う。

時刻ｔ２０の直前において、制御信号ＯＦＧはハイレベルであるものとする。電荷排出トランジスタＭ７は、ハイレベルの制御信号ＯＦＧを受けてオンになっており、光電変換部ＰＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされている。

時刻ｔ２０において、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオフになり、光電変換部ＰＤのリセット状態が解除される。すなわち、制御信号ＯＦＧがハイレベルからローレベルへと遷移するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｓ_ｉの開始時刻となる。電荷排出トランジスタＭ７がオフの間に光電変換部ＰＤへの光子の入射によって生じた信号電荷は、光電変換部ＰＤに蓄積される。

時刻ｔ２０の後の所定のタイミングから時刻ｔ２１までの期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＧＳ＿Ｓ２をハイレベルに制御する。これにより、転送トランジスタＭ１Ｓ２がオンになり、光電変換部ＰＤに蓄積されている信号電荷が電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２へと転送される。転送トランジスタＭ１Ｓ２がオフになる時刻ｔ２１が、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｓ_ｉの終了時刻となる。すなわち、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの期間が、信号電荷の蓄積期間Ｔｓ_ｉである。

時刻ｔ２１の後、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオンになり、光電変換部ＰＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。

続く時刻ｔ２２において、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオフになり、光電変換部ＰＤのリセット状態が解除される。すなわち、制御信号ＯＦＧがハイレベルからローレベルへと遷移するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｌ_ｊの開始時刻となる。電荷排出トランジスタＭ７がオフの間に光電変換部ＰＤへの光子の入射によって生じた信号電荷は、光電変換部ＰＤに蓄積される。

時刻ｔ２２の後の所定のタイミングから時刻ｔ２３までの期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＧＳ＿Ｌ２をハイレベルに制御する。これにより、転送トランジスタＭ１Ｌ２がオンになり、光電変換部ＰＤに蓄積されている信号電荷が電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２へと転送される。転送トランジスタＭ１Ｌ２がオフになる時刻ｔ２３が、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｌ_ｊの終了時刻となる。すなわち、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの期間が、信号電荷の蓄積期間Ｔｌ_ｊである。

この後、時刻ｔ２０から時刻ｔ２３までの期間と同様にして、蓄積期間Ｔｓと蓄積期間Ｔｌとが所定の回数、繰り返し行われる。例えば図３に示すように、時刻ｔ２４から時刻ｔ２５の期間には蓄積期間Ｔｓ_ｉ＋１が行われ、時刻ｔ２６から時刻ｔ２７の期間には蓄積期間Ｔｌ_ｊ＋１が行われ、時刻ｔ２８からは蓄積期間Ｔｓ_ｉ＋２が行われる。

このようにして、偶数フレームにも、Ｋｓ回の蓄積期間ＴｓとＫｌ回の蓄積期間Ｔｌとが実行される。これにより、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２には、蓄積期間Ｔｓ_１から蓄積期間Ｔｓ_ＫｓまでのＫｓ個の期間の長さを合計した長さの蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔの間に光電変換部ＰＤで生成された信号電荷が保持される。また、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２には、蓄積期間Ｔｌ_１から蓄積期間Ｔｌ_ＫｌまでのＫｌ個の期間の長さを合計した長さの蓄積期間Ｔｌｏｎｇの間に光電変換部ＰＤで生成された信号電荷が保持される。

図４には、第（２Ｎ－１）フレーム及び第２Ｎフレームに転送トランジスタＭ３Ｌ１，Ｍ３Ｌ２，Ｍ３Ｓ１，Ｍ３Ｓ２、リセットトランジスタＭ４及び選択トランジスタＭ６に供給される制御信号ＴＸ＿Ｌ１，ＴＸ＿Ｌ２，ＴＸ＿Ｓ１，ＴＸ＿Ｓ２，ＲＥＳ，ＳＥＬの時間変化を示している。各制御信号がハイレベルのとき、対応するトランジスタがアクティブ（オン状態）となる。ここで、画素信号の読み出し動作は、行毎に順次実行される。図４には、画素部１０を構成する複数の行の各々に対応する制御信号のうち、第ｎ行の画素１２に供給される制御信号と、第（ｎ＋１）行の画素１２に供給される制御信号と、を示している。第ｎ行の画素１２に供給される制御信号にはその符号に（ｎ）を付記し、第（ｎ＋１）行の画素１２に供給される制御信号にはその符号に（ｎ＋１）を付記している。

まず、奇数フレーム（第（２Ｎ－１）フレーム）における読み出し動作について説明する。奇数フレームでは、前述のように、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２及び電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２に蓄積されている信号電荷に基づく信号の読み出し動作を行う。第（２Ｎ－１）フレームにおいて、各画素１２の電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２及び電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２には、図示しない第（２Ｎ－２）フレームにおいて蓄積された信号電荷が保持されている。なお、各フレームの読み出し動作は、前述の露光動作と並行して行うことが可能である。

時刻ｔ３０の直前において、制御信号ＴＸ＿Ｌ１（ｎ），ＴＸ＿Ｌ２（ｎ），ＴＸ＿Ｓ１（ｎ），ＴＸ＿Ｓ２（ｎ），ＳＥＬ（ｎ）はローレベルであり、制御信号ＲＥＳ（ｎ）はハイレベルであるものとする。

時刻ｔ３０において、垂直走査回路２０は、制御信号ＳＥＬ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の選択トランジスタＭ６がオンになり、第ｎ行の各列の画素１２の増幅トランジスタＭ５が選択トランジスタＭ６を介して対応する列の垂直出力線１６に接続され、画素信号の読み出しが可能な選択状態となる。このときリセットトランジスタＭ４はオンであり、浮遊拡散部ＦＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされている。これにより、垂直出力線１６には、浮遊拡散部ＦＤのリセット電位に応じた信号が出力されている。

続く時刻ｔ３１において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、リセットトランジスタＭ４がオフになり、浮遊拡散部ＦＤのリセット状態が解除される。リセットトランジスタＭ４をオフにした後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳである。こうして、垂直出力線１６には、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳが読み出される。

続く時刻ｔ３２から時刻ｔ３３の期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＴＸ＿Ｌ２（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の転送トランジスタＭ３Ｌ２がオンになり、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２に保持されていた信号電荷が浮遊拡散部ＦＤへと転送される。そして、浮遊拡散部ＦＤは電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２から転送された信号電荷の量に応じた電位となり、垂直出力線１６には浮遊拡散部ＦＤの電位に応じた電圧が出力される。時刻ｔ３３において転送トランジスタＭ３Ｌ２がオフになった後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧである。こうして、垂直出力線１６には、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２に保持されていた信号電荷に基づく画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧが読み出される。

このようにして得られるリセットレベル電圧ＶＲＥＳと信号レベル電圧ＶＳＩＧとの差分、すなわち｜ＶＳＩＧ－ＶＲＥＳ｜が、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２に保持されていた信号電荷の量に応じた物理量となる。

続く時刻ｔ３４において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２のリセットトランジスタＭ４がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。垂直出力線１６には、浮遊拡散部ＦＤのリセット電位に応じた信号が出力される。

続く時刻ｔ３５において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、リセットトランジスタＭ４がオフになり、浮遊拡散部ＦＤのリセット状態が解除される。リセットトランジスタＭ４をオフにした後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳである。こうして、垂直出力線１６には、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳが読み出される。

続く時刻ｔ３６から時刻ｔ３７の期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＴＸ＿Ｓ２（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の転送トランジスタＭ３Ｓ２がオンになり、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２に保持されていた信号電荷が浮遊拡散部ＦＤへと転送される。そして、浮遊拡散部ＦＤは電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２から転送された信号電荷の量に応じた電位となり、垂直出力線１６には浮遊拡散部ＦＤの電位に応じた電圧が出力される。時刻ｔ３３において転送トランジスタＭ３Ｓ２がオフになった後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧである。こうして、垂直出力線１６には、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２に保持されていた信号電荷に基づく画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧが読み出される。

このようにして得られるリセットレベル電圧ＶＲＥＳと信号レベル電圧ＶＳＩＧとの差分、すなわち｜ＶＳＩＧ－ＶＲＥＳ｜が、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２に保持されていた信号電荷の量に応じた物理量となる。

続く時刻ｔ３８において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２のリセットトランジスタＭ４がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。

続く時刻ｔ３９において、垂直走査回路２０は、制御信号ＳＥＬ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の選択トランジスタＭ６がオフになり、第ｎ行の選択が解除される。

また、時刻ｔ３９から続く時刻ｔ４０までの期間には、時刻ｔ３０から時刻ｔ３９の期間と同様にして、第（ｎ＋１）行の画素１２から電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２及び電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２に蓄積されている信号電荷に基づく信号の読み出しを行う。その他の行の画素１２の読み出し動作も同様である。

次に、偶数フレーム（第２Ｎフレーム）における読み出し動作について説明する。偶数フレームでは、前述のように、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１及び電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１に蓄積されている信号電荷に基づく信号の読み出し動作を行う。第２Ｎフレームにおいて、各画素１２の電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１及び電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１には、第（２Ｎ－１）フレームにおいて蓄積された信号電荷が保持されている。

時刻ｔ５０の直前において、制御信号ＴＸ＿Ｌ１（ｎ），ＴＸ＿Ｌ２（ｎ），ＴＸ＿Ｓ１（ｎ），ＴＸ＿Ｓ２（ｎ），ＳＥＬ（ｎ）はローレベルであり、制御信号ＲＥＳ（ｎ）はハイレベルであるものとする。

時刻ｔ５０において、垂直走査回路２０は、制御信号ＳＥＬ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の選択トランジスタＭ６がオンになり、第ｎ行の各列の画素１２の増幅トランジスタＭ５が選択トランジスタＭ６を介して対応する列の垂直出力線１６に接続され、画素信号の読み出しが可能な選択状態となる。このときリセットトランジスタＭ４はオンであり、浮遊拡散部ＦＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされている。これにより、垂直出力線１６には、浮遊拡散部ＦＤのリセット電位に応じた信号が出力されている。

続く時刻ｔ５１において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、リセットトランジスタＭ４がオフになり、浮遊拡散部ＦＤのリセット状態が解除される。リセットトランジスタＭ４をオフにした後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳである。こうして、垂直出力線１６には、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳが読み出される。

続く時刻ｔ５２から時刻ｔ５３の期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＴＸ＿Ｌ１（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の転送トランジスタＭ３Ｌ１がオンになり、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１に保持されていた信号電荷が浮遊拡散部ＦＤへと転送される。そして、浮遊拡散部ＦＤは電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１から転送された信号電荷の量に応じた電位となり、垂直出力線１６には浮遊拡散部ＦＤの電位に応じた電圧が出力される。時刻ｔ５３において転送トランジスタＭ３Ｌ１がオフになった後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧである。こうして、垂直出力線１６には、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１に保持されていた信号電荷に基づく画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧが読み出される。

このようにして得られるリセットレベル電圧ＶＲＥＳと信号レベル電圧ＶＳＩＧとの差分、すなわち｜ＶＳＩＧ－ＶＲＥＳ｜が、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１に保持されていた信号電荷の量に応じた物理量となる。

続く時刻ｔ５４において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２のリセットトランジスタＭ４がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。垂直出力線１６には、浮遊拡散部ＦＤのリセット電位に応じた信号が出力される。

続く時刻ｔ５５において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、リセットトランジスタＭ４がオフになり、浮遊拡散部ＦＤのリセット状態が解除される。リセットトランジスタＭ４をオフにした後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳである。こうして、垂直出力線１６には、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳが読み出される。

続く時刻ｔ５６から時刻ｔ５７の期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＴＸ＿Ｓ１（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の転送トランジスタＭ３Ｓ１がオンになり、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１に保持されていた信号電荷が浮遊拡散部ＦＤへと転送される。そして、浮遊拡散部ＦＤは電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１から転送された信号電荷の量に応じた電位となり、垂直出力線１６には浮遊拡散部ＦＤの電位に応じた電圧が出力される。時刻ｔ５３において転送トランジスタＭ３Ｓ１がオフになった後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧである。こうして、垂直出力線１６には、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１に保持されていた信号電荷に基づく画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧが読み出される。

このようにして得られるリセットレベル電圧ＶＲＥＳと信号レベル電圧ＶＳＩＧとの差分、すなわち｜ＶＳＩＧ－ＶＲＥＳ｜が、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１に保持されていた信号電荷の量に応じた物理量となる。

続く時刻ｔ５８において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２のリセットトランジスタＭ４がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。

続く時刻ｔ５９において、垂直走査回路２０は、制御信号ＳＥＬ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の選択トランジスタＭ６がオフになり、第ｎ行の選択が解除される。

続く時刻ｔ５９から時刻ｔ６０の期間には、時刻ｔ５０から時刻ｔ５９の期間と同様にして、第（ｎ＋１）行の画素１２から電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１及び電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ１に蓄積されている信号電荷に基づく信号の読み出しを行う。その他の行の画素１２の読み出し動作も同様である。

図３及び図４を用いて説明した駆動例において、蓄積期間Ｔｌｏｎｇの長さと蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔの長さとは同じでもよいが異なっていることが好ましい。蓄積期間Ｔｌｏｎｇの長さと蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔの長さとを変えることで、実効的な露光量の異なる２種類の画像を同一フレームにおいて取得することが可能となる。このように取得した２種類の画像のうちの一方の信号を蓄積期間の長さの比に応じて補正し、他方の画像の信号と組み合わせて１枚の画像に合成することで、ダイナミックレンジの広い画像（ＨＤＲ画像）を得ることができる。ＨＤＲ画像の合成処理は、光電変換装置内の信号処理部において行ってもよいし、外部の信号処理装置において行ってもよい。

また、本実施形態においては、蓄積期間ＴｓｈｏｒｔをＫｓ回の蓄積期間Ｔｓに、蓄積期間ＴｌｏｎｇをＫｌ回の蓄積期間Ｔｌに、それぞれ分割し、これらを交互に実行している。蓄積期間をこのように構成することで、信号電荷を取得する時間領域がフレーム内で偏るのを抑制し、フレーム内で分散させることができる。これにより、蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔ及び蓄積期間Ｔｌｏｎｇの各々を連続した１つの期間で実行する場合と比較して、動画撮影時のフレーム間の画像のガタつきを抑制することができる。特に、画面内を高速で移動する被写体や点滅する光源の撮影時に顕著な効果を得ることができる。また、蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔと蓄積期間Ｔｌｏｎｇとの時間的な重心の位置を近づけることができ、良質の合成画像を取得することができる。

また、本実施形態の光電変換装置の画素１２は、信号電荷の蓄積を行う電荷保持部の他に、前フレームの信号電荷を保持する電荷保持部を備えている。したがって、信号電荷の蓄積を行う期間にも信号の読み出しが可能となり、各フレーム期間の中で信号電荷を取得できない時間領域を減らし、シームレスな動画を取得することができる。

このように、本実施形態によれば、良質な高ダイナミックレンジの動画を取得することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図５乃至図７を用いて説明する。第１実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図５は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。図６及び図７は、本実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図である。

本実施形態による光電変換装置は、画素１２の構成が異なるほかは、第１実施形態による光電変換装置と同様である。本実施形態では、第１実施形態の光電変換装置と異なる点を中心に説明し、第１実施形態の光電変換装置と同様の部分については適宜説明を省略する。

本実施形態の光電変換装置における各々の画素１２は、図５に示すように、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１Ｌ，Ｍ１Ｓ，Ｍ２Ｌ，Ｍ２Ｓ，Ｍ３Ｌ，Ｍ３Ｓと、を有する。また、各々の画素１２は、リセットトランジスタＭ４と、増幅トランジスタＭ５と、選択トランジスタＭ６と、電荷排出トランジスタＭ７と、を更に有する。

光電変換部ＰＤは、アノードが接地ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ｌのソース、転送トランジスタＭ１Ｓのソース及び電荷排出トランジスタＭ７のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｌのドレインは、転送トランジスタＭ２Ｌのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｌのドレインと転送トランジスタＭ２Ｌのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ２Ｌのドレインは、転送トランジスタＭ３Ｌのソースに接続されている。転送トランジスタＭ２Ｌのドレインと転送トランジスタＭ３Ｌのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｓのドレインは、転送トランジスタＭ２Ｓのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｓのドレインと転送トランジスタＭ２Ｓのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ２Ｓのドレインは、転送トランジスタＭ３Ｓのソースに接続されている。転送トランジスタＭ２Ｓのドレインと転送トランジスタＭ３Ｓのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓ）としての機能を備える。

転送トランジスタＭ３Ｌのドレイン及び転送トランジスタＭ３Ｓのドレインは、リセットトランジスタＭ４のソース及び増幅トランジスタＭ５のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ３Ｌのドレイン、転送トランジスタＭ３Ｓのドレイン、リセットトランジスタＭ４のソース及び増幅トランジスタＭ５のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散部ＦＤである。浮遊拡散部ＦＤ部は、容量成分（浮遊拡散容量）を含み、電荷保持部としての機能を備える。

リセットトランジスタＭ４のドレイン、増幅トランジスタＭ５のドレイン及び電荷排出トランジスタＭ７のドレインは、電源電圧線（電圧ＶＤＤ）に接続されている。増幅トランジスタＭ５のソースは、選択トランジスタＭ６のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ６のソースは、垂直出力線１６に接続されている。

制御線１４の各々は、転送トランジスタＭ１Ｌ，Ｍ１Ｓ，Ｍ２Ｌ，Ｍ２Ｓ，Ｍ３Ｌ，Ｍ３Ｓ、リセットトランジスタＭ４、選択トランジスタＭ６及び電荷排出トランジスタＭ７のゲートの各々に接続された９本の信号線を含む。転送トランジスタＭ１Ｌのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ１＿Ｌが出力される。転送トランジスタＭ２Ｌのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ２＿Ｌが出力される。転送トランジスタＭ３Ｌのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｌが出力される。転送トランジスタＭ１Ｓのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ１＿Ｓが出力される。転送トランジスタＭ２Ｓのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ２＿Ｓが出力される。転送トランジスタＭ３Ｓのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｓが出力される。リセットトランジスタＭ４のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＲＥＳが出力される。選択トランジスタＭ６のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＳＥＬが出力される。電荷排出トランジスタＭ７のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＯＦＧが出力される。各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンとなり、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフとなる。

光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１Ｌは、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ２Ｌは、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｌは、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｓは、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ２Ｓは、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｓは、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。リセットトランジスタＭ４、増幅トランジスタＭ５、選択トランジスタＭ６及び電荷排出トランジスタＭ７の機能及び動作は、第１実施形態の場合と同様である。

第１実施形態では、光電変換部ＰＤと浮遊拡散部ＦＤとの間に電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１，ＭＥＭ＿Ｌ２，ＭＥＭ＿Ｓ１，ＭＥＭ＿Ｓ２を並列に接続していた。これに対し、本実施形態では、光電変換部ＰＤと浮遊拡散部ＦＤとの間に、直列に接続された電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ，ＭＥＭ２＿Ｌと、直列に接続された電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓ，ＭＥＭ２＿Ｓと、を並列に接続している。画素１２の出力側から見ると、第１実施形態では浮遊拡散部ＦＤに４つの転送部が接続されていたのに対し、本実施形態では浮遊拡散部ＦＤに接続する転送部を２つに減らすことができる。したがって、本実施形態の画素構成によれば、第１実施形態の場合よりも浮遊拡散部ＦＤの容量を小さくすることができ、ノイズに強い回路構成を実現することができる。

次に、本実施形態による光電変換装置の駆動方法について、図６及び図７を用いて説明する。図６は画素の露光動作に関わる駆動を示すタイミング図であり、図７は画素信号の読み出し動作に関わる駆動を示すタイミング図である。

図６には、転送トランジスタＭ１Ｌ，Ｍ１Ｓ，Ｍ２Ｌ，Ｍ２Ｓ及び電荷排出トランジスタＭ７に供給される制御信号ＧＳ１＿Ｌ，ＧＳ１＿Ｓ，ＧＳ２＿Ｌ，ＧＳ２＿Ｓ，ＯＦＧの時間変化を示している。各制御信号がハイレベルのとき、対応するトランジスタがアクティブ（オン状態）となる。なお、本実施形態ではグローバルシャッタ方式の駆動を行うため、画素１２の露光動作に関わる駆動は総ての行の画素１２において同じである。また、本実施形態では奇数フレームの駆動と偶数フレームの駆動とは同じであるため、図６には１フレーム分（第Ｎフレーム）の駆動のみを示している。

本実施形態においても、各フレームでは、複数回（Ｋｓ回）の蓄積期間Ｔｓと、複数回（Ｋｌ回）の蓄積期間Ｔｌと、が実行される。蓄積期間Ｔｓは電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓに信号電荷を蓄積するための期間であり、蓄積期間Ｔｌは電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌに信号電荷を蓄積するための期間である。以下、Ｋｓ回のうちのｉ回目の蓄積期間Ｔｓ_ｉ、（ｉ＋１）回目の蓄積期間Ｔｓ_ｉ＋１及びＫｓ回目の蓄積期間Ｔｓ_Ｋｓと、Ｋｌ回のうちのｊ回目の蓄積期間Ｔｌ_ｊ及び（ｊ＋１）回目の蓄積期間Ｔｌ_ｊ＋１の動作について、図６を用いて説明する。ここで、ｉは、１以上、Ｋｓ－２以下の整数である。ｊは、１以上、Ｋｌ－１以下の整数である。なお、回数Ｋｓ，Ｋｌは１フレーム期間内におけるトータルの蓄積時間等に応じて適宜設定が可能であり、また、回数Ｋｓ，Ｋｌは同じであってもよいし異なっていてもよい。

時刻ｔ１０の直前において、制御信号ＯＦＧはハイレベルであるものとする。電荷排出トランジスタＭ７は、ハイレベルの制御信号ＯＦＧを受けてオンになっており、光電変換部ＰＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされている。

時刻ｔ１０において、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオフになり、光電変換部ＰＤのリセット状態が解除される。すなわち、制御信号ＯＦＧがハイレベルからローレベルへと遷移するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｓ_ｉの開始時刻となる。電荷排出トランジスタＭ７がオフの間に光電変換部ＰＤへの光子の入射によって生じた信号電荷は、光電変換部ＰＤに蓄積される。

時刻ｔ１０の後の所定のタイミングから時刻ｔ１１までの期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＧＳ１＿Ｓをハイレベルに制御する。これにより、転送トランジスタＭ１Ｓがオンになり、光電変換部ＰＤに蓄積されている信号電荷が電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓへと転送される。転送トランジスタＭ１Ｓがオフになる時刻ｔ１１が、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｓ_ｉの終了時刻となる。すなわち、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間が、信号電荷の蓄積期間Ｔｓ_ｉである。

時刻ｔ１１の後、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオンになり、光電変換部ＰＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。

続く時刻ｔ１２において、垂直走査回路２０は、制御信号ＯＦＧをハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、電荷排出トランジスタＭ７がオフになり、光電変換部ＰＤのリセット状態が解除される。すなわち、制御信号ＯＦＧがハイレベルからローレベルへと遷移するタイミングが、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｌ_ｊの開始時刻となる。電荷排出トランジスタＭ７がオフの間に光電変換部ＰＤへの光子の入射によって生じた信号電荷は、光電変換部ＰＤに蓄積される。

時刻ｔ１２の後の所定のタイミングから時刻ｔ１３までの期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＧＳ１＿Ｌをハイレベルに制御する。これにより、転送トランジスタＭ１Ｌがオンになり、光電変換部ＰＤに蓄積されている信号電荷が電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌへと転送される。転送トランジスタＭ１Ｌがオフになる時刻ｔ１３が、光電変換部ＰＤにおける蓄積期間Ｔｌ_ｊの終了時刻となる。すなわち、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間が、信号電荷の蓄積期間Ｔｌ_ｊである。

次いで、時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までの期間と同様にして、蓄積期間Ｔｓと蓄積期間Ｔｌとが所定の回数、繰り返し行われる。例えば図６に示すように、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の期間には蓄積期間Ｔｓ_ｉ＋１が行われ、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７の期間には蓄積期間Ｔｌ_ｊ＋１が行われ、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９の期間には蓄積期間Ｔｓ_Ｋｓが行われる。

このようにして、各フレームにおいて、Ｋｓ回の蓄積期間ＴｓとＫｌ回の蓄積期間Ｔｌとが実行される。これにより、電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓには、蓄積期間Ｔｓ_１から蓄積期間Ｔｓ_ＫｓまでのＫｓ個の期間の長さを合計した長さの蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔの間に光電変換部ＰＤで生成された信号電荷が保持される。また、電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌには、蓄積期間Ｔｌ_１から蓄積期間Ｔｌ_ＫｌまでのＫｌ個の期間の長さを合計した長さの蓄積期間Ｔｌｏｎｇの間に光電変換部ＰＤで生成された信号電荷が保持される。

電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓ，ＭＥＭ１＿Ｌに蓄積された信号電荷は、電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓ，ＭＥＭ２＿Ｌに蓄積されていた第（Ｎ－１）フレームの信号電荷に基づく画素信号の読み出しが完了した後、電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓ，ＭＥＭ２＿Ｌに転送可能となる。ここでは、電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓ，ＭＥＭ２＿Ｌに蓄積されていた第（Ｎ－１）フレームの信号電荷に基づく画素信号の読み出しが、時刻ｔ１９までに完了していたものとする。

この後、時刻ｔ１９の後の所定のタイミングから時刻ｔ２０までの期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＧＳ２＿Ｌをハイレベルに制御する。これにより、転送トランジスタＭ２Ｌがオンになり、電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌに蓄積されている信号電荷が電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌへと転送される。

また、時刻ｔ１９の後の所定のタイミングから時刻ｔ２１までの期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＧＳ２＿Ｓをハイレベルに制御する。これにより、転送トランジスタＭ２Ｓがオンになり、電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓに蓄積されている信号電荷が電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓへと転送される。

なお、ここでは電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌから電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌへの電荷転送と電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｓから電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓへの電荷転送とを別々のタイミングで行っているが、これらは同時に行ってもよい。電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ，ＭＥＭ１＿Ｓから電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌ，ＭＥＭ２＿Ｓへの電荷転送を終えると、電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ，ＭＥＭ１＿Ｓは空の状態となる。これにより、電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ，ＭＥＭ１＿Ｓへの次フレーム（第（Ｎ＋１）フレーム）の信号電荷の蓄積が可能となる。

図７には、転送トランジスタＭ３Ｌ，Ｍ３Ｓ、選択トランジスタＭ６及びリセットトランジスタＭ４に供給される制御信号ＴＸ＿Ｌ，ＴＸ＿Ｓ，ＳＥＬ，ＲＥＳの時間変化を示している。各制御信号がハイレベルのとき、対応するトランジスタがアクティブ（オン状態）となる。ここで、画素信号の読み出し動作は、行毎に順次実行される。図７には、画素部１０を構成する複数の行の各々に対応する制御信号のうち、第ｎ行の画素１２に供給される制御信号と、第（ｎ＋１）行の画素１２に供給される制御信号と、を示している。第ｎ行の画素１２に供給される制御信号にはその符号に（ｎ）を付記し、第（ｎ＋１）行の画素１２に供給される制御信号にはその符号に（ｎ＋１）を付記している。

各フレームでは、各行の画素１２の電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌ，ＭＥＭ２＿Ｓに蓄積されている信号電荷に基づく信号の読み出しを行ごとに順次実行する。第Ｎフレームの開始時刻において、各画素１２の電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌ，ＭＥＭ２＿Ｓには、第（Ｎ－１）フレームの蓄積期間Ｔｌｏｎｇ，Ｔｓｈｏｒｔの間に蓄積された信号電荷がそれぞれ保持されている。

時刻ｔ３０の直前において、制御信号ＴＸ＿Ｌ（ｎ），ＴＸ＿Ｓ（ｎ），ＳＥＬ（ｎ）はローレベルであり、制御信号ＲＥＳ（ｎ）はハイレベルであるものとする。

時刻ｔ３０において、垂直走査回路２０は、制御信号ＳＥＬ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の選択トランジスタＭ６がオンになり、第ｎ行の各列の画素１２の増幅トランジスタＭ５が選択トランジスタＭ６を介して対応する列の垂直出力線１６に接続され、画素信号の読み出しが可能な選択状態となる。このときリセットトランジスタＭ４はオンであり、浮遊拡散部ＦＤは電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされている。これにより、垂直出力線１６には、浮遊拡散部ＦＤのリセット電位に応じた信号が出力されている。

続く時刻ｔ３１において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、リセットトランジスタＭ４がオフになり、浮遊拡散部ＦＤのリセット状態が解除される。リセットトランジスタＭ４をオフにした後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳである。こうして、垂直出力線１６には、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳが読み出される。

続く時刻ｔ３２から時刻ｔ３３の期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＴＸ＿Ｌ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の転送トランジスタＭ３Ｌがオンになり、電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌに保持されていた信号電荷が浮遊拡散部ＦＤへと転送される。そして、浮遊拡散部ＦＤは電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌから転送された信号電荷の量に応じた電位となり、垂直出力線１６には浮遊拡散部ＦＤの電位に応じた電圧が出力される。時刻ｔ３３において転送トランジスタＭ３Ｌがオフになった後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧである。こうして、垂直出力線１６には、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ２に保持されていた信号電荷に基づく画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧが読み出される。

このようにして得られるリセットレベル電圧ＶＲＥＳと信号レベル電圧ＶＳＩＧとの差分、すなわち｜ＶＳＩＧ－ＶＲＥＳ｜が、電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌに保持されていた信号電荷の量に応じた物理量となる。

続く時刻ｔ３４において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２のリセットトランジスタＭ４がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。垂直出力線１６には、浮遊拡散部ＦＤのリセット電位に応じた信号が出力される。

続く時刻ｔ３５において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、リセットトランジスタＭ４がオフになり、浮遊拡散部ＦＤのリセット状態が解除される。リセットトランジスタＭ４をオフにした後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳである。こうして、垂直出力線１６には、画素１２のリセットレベル電圧ＶＲＥＳが読み出される。

続く時刻ｔ３６から時刻ｔ３７の期間において、垂直走査回路２０は、制御信号ＴＸ＿Ｓ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の転送トランジスタＭ３Ｓがオンになり、電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓに保持されていた信号電荷が浮遊拡散部ＦＤへと転送される。そして、浮遊拡散部ＦＤは電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓから転送された信号電荷の量に応じた電位となり、垂直出力線１６には浮遊拡散部ＦＤの電位に応じた電圧が出力される。時刻ｔ３３において転送トランジスタＭ３Ｓがオフになった後に整定する垂直出力線１６の電圧が、画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧである。こうして、垂直出力線１６には、電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓに保持されていた信号電荷に基づく画素１２の信号レベル電圧ＶＳＩＧが読み出される。

このようにして得られるリセットレベル電圧ＶＲＥＳと信号レベル電圧ＶＳＩＧとの差分、すなわち｜ＶＳＩＧ－ＶＲＥＳ｜が、電荷保持部ＭＥＭ＿Ｓ２に保持されていた信号電荷の量に応じた物理量となる。

続く時刻ｔ３８において、垂直走査回路２０は、制御信号ＲＥＳ（ｎ）をローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２のリセットトランジスタＭ４がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧ＶＤＤに応じた電位にリセットされる。

続く時刻ｔ３９において、垂直走査回路２０は、制御信号ＳＥＬ（ｎ）をハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、第ｎ行の画素１２の選択トランジスタＭ６がオフになり、第ｎ行の選択が解除される。

また、時刻ｔ３９から続く時刻ｔ４０の期間には、時刻ｔ３０から時刻ｔ３９の期間と同様にして、第（ｎ＋１）行の画素１２から電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌ及び電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｓに蓄積されている信号電荷に基づく信号の読み出しを行う。その他の行の画素１２の読み出し動作も同様である。

図６及び図７を用いて説明した駆動例において、蓄積期間Ｔｌｏｎｇの長さと蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔの長さとは同じでもよいが異なっていることが好ましい。蓄積期間Ｔｌｏｎｇの長さと蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔの長さとを変えることで、実効的な露光量の異なる２種類の画像を同一フレームにおいて取得することが可能となる。このように取得した２種類の画像のうちの一方の信号を蓄積期間の長さの比に応じて補正し、他方の画像の信号と組み合わせて１枚の画像に合成することで、ダイナミックレンジの広い画像を得ることができる。

また、本実施形態においても、蓄積期間ＴｓｈｏｒｔをＫｓ回の蓄積期間Ｔｓに、蓄積期間ＴｌｏｎｇをＫｌ回の蓄積期間Ｔｌに、それぞれ分割し、これらを交互に実行している。蓄積期間をこのように構成することで、信号電荷を取得する時間領域がフレーム内で偏るのを抑制し、フレーム内で分散させることができる。これにより、蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔ及び蓄積期間Ｔｌｏｎｇの各々を連続した１つの期間で実行する場合と比較して、動画撮影時のフレーム間の画像のガタつきを抑制することができる。特に、画面内を高速で移動する被写体や点滅する光源の撮影時に顕著な効果を得ることができる。また、蓄積期間Ｔｓｈｏｒｔと蓄積期間Ｔｌｏｎｇとの時間的な重心の位置を近づけることができ、良質の合成画像を取得することができる。

また、本実施形態の光電変換装置の画素１２は、信号電荷の蓄積を行う電荷保持部の他に、前フレームの信号電荷を保持する電荷保持部を備えている。したがって、信号電荷の蓄積を行う期間にも信号の読み出しが可能となり、各フレーム期間の中で信号電荷を取得できない時間領域を減らし、シームレスな動画を取得することができる。

このように、本実施形態によれば、良質な高ダイナミックレンジの動画を取得することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図８及び図９を用いて説明する。第１又は第２実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図８は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。図９は、１つの画素に含まれる２つの光電変換部の配置例を示す概略図である。

本実施形態による光電変換装置は、画素１２の構成が異なるほかは、第１又は第２実施形態による光電変換装置と同様である。本実施形態では、第１又は第２実施形態の光電変換装置と異なる点を中心に説明し、第１又は第２実施形態の光電変換装置と同様の部分については適宜説明を省略する。

本実施形態の光電変換装置における各々の画素１２は、光電変換部ＰＤ、転送トランジスタＭ１Ｌ，Ｍ１Ｓ，Ｍ２Ｌ，Ｍ２Ｓ、Ｍ３Ｌ，Ｍ３Ｓ及び電荷排出トランジスタＭ７で構成される第２実施形態の回路ブロックと同様の回路ブロックを２組有している。すなわち、本実施形態の画素１２は、図８に示すように、光電変換部ＰＤＡ、転送トランジスタＭ１ＬＡ，Ｍ１ＳＡ，Ｍ２ＬＡ，Ｍ２ＳＡ、Ｍ３ＬＡ，Ｍ３ＳＡ及び電荷排出トランジスタＭ７Ａを含む第１回路ブロックを有する。また、本実施形態の画素１２は、光電変換部ＰＤＢ、転送トランジスタＭ１ＬＢ，Ｍ１ＳＢ，Ｍ２ＬＢ，Ｍ２ＳＢ、Ｍ３ＬＢ，Ｍ３ＳＢ及び電荷排出トランジスタＭ７Ｂを含む第２回路ブロックを更に有する。

光電変換部ＰＤＡは、アノードが接地ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１ＬＡのソース、転送トランジスタＭ１ＳＡのソース及び電荷排出トランジスタＭ７Ａのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１ＬＡのドレインは、転送トランジスタＭ２ＬＡのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１ＬＡのドレインと転送トランジスタＭ２ＬＡのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ１＿ＬＡ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ２ＬＡのドレインは、転送トランジスタＭ３ＬＡのソースに接続されている。転送トランジスタＭ２ＬＡのドレインと転送トランジスタＭ３ＬＡのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ２＿ＬＡ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ１ＳＡのドレインは、転送トランジスタＭ２ＳＡのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１ＳＡのドレインと転送トランジスタＭ２ＳＡのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ１＿ＳＡ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ２ＳＡのドレインは、転送トランジスタＭ３ＳＡのソースに接続されている。転送トランジスタＭ２ＳＡのドレインと転送トランジスタＭ３ＳＡのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ２＿ＳＡ）としての機能を備える。

光電変換部ＰＤＢは、アノードが接地ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１ＬＢのソース、転送トランジスタＭ１ＳＢのソース及び電荷排出トランジスタＭ７Ｂのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１ＬＢのドレインは、転送トランジスタＭ２ＬＢのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１ＬＢのドレインと転送トランジスタＭ２ＬＢのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ１＿ＬＢ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ２ＬＢのドレインは、転送トランジスタＭ３ＬＢのソースに接続されている。転送トランジスタＭ２ＬＢのドレインと転送トランジスタＭ３ＬＢのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ２＿ＬＢ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ１ＳＢのドレインは、転送トランジスタＭ２ＳＢのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１ＳＢのドレインと転送トランジスタＭ２ＳＢのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ１＿ＳＢ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ２ＳＢのドレインは、転送トランジスタＭ３ＳＢのソースに接続されている。転送トランジスタＭ２ＳＢのドレインと転送トランジスタＭ３ＳＢのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ２＿ＳＢ）としての機能を備える。

転送トランジスタＭ３ＬＡ，Ｍ３ＳＡ，Ｍ３ＬＢ，Ｍ３ＳＢの各々のドレインは、リセットトランジスタＭ４のソース及び増幅トランジスタＭ５のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ３ＬＡ，Ｍ３ＳＡ，Ｍ３ＬＢ，Ｍ３ＳＢの各々のドレイン、リセットトランジスタＭ４のソース及び増幅トランジスタＭ５のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散部ＦＤである。浮遊拡散部ＦＤ部は、容量成分（浮遊拡散容量）を含み、電荷保持部としての機能を備える。

リセットトランジスタＭ４のドレイン、増幅トランジスタＭ５のドレイン及び電荷排出トランジスタＭ７のドレインは、電源電圧線（電圧ＶＤＤ）に接続されている。増幅トランジスタＭ５のソースは、選択トランジスタＭ６のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ６のソースは、垂直出力線１６に接続されている。

制御線１４の各々は、転送トランジスタＭ１ＬＡ，Ｍ１ＳＡ，Ｍ１ＬＢ，Ｍ１ＳＢ，Ｍ２ＬＡ，Ｍ２ＳＡ，Ｍ２ＬＢ，Ｍ２ＳＢ，Ｍ３ＬＡ，Ｍ３ＳＡ，Ｍ３ＬＢ，Ｍ３ＳＢ、リセットトランジスタＭ４、選択トランジスタＭ６及び電荷排出トランジスタＭ７Ａ，Ｍ７Ｂのゲートの各々に接続された１６本の信号線を含み得る。

転送トランジスタＭ１ＬＡのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ１＿ＬＡが出力される。転送トランジスタＭ２ＬＡのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ２＿ＬＡが出力される。転送トランジスタＭ３ＬＡのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿ＬＡが出力される。転送トランジスタＭ１ＳＡのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ１＿ＳＡが出力される。転送トランジスタＭ２ＳＡのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ２＿ＳＡが出力される。転送トランジスタＭ３ＳＡのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿ＳＡが出力される。電荷排出トランジスタＭ７Ａのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＯＦＧＡが出力される。

転送トランジスタＭ１ＬＢのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ１＿ＬＢが出力される。転送トランジスタＭ２ＬＢのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ２＿ＬＢが出力される。転送トランジスタＭ３ＬＢのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿ＬＢが出力される。転送トランジスタＭ１ＳＢのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ１＿ＳＢが出力される。転送トランジスタＭ２ＳＢのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ２＿ＳＢが出力される。転送トランジスタＭ３ＳＢのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿ＳＢが出力される。電荷排出トランジスタＭ７Ｂのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＯＦＧＢが出力される。リセットトランジスタＭ４のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＲＥＳが出力される。選択トランジスタＭ６のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＳＥＬが出力される。

なお、第１回路ブロックと第２回路ブロックの対応するトランジスタの一部は、共通の信号線に接続してもよい。この場合、制御線１４の各々は、１１本の信号線で構成され得る。すなわち、転送トランジスタＭ１ＬＡのゲート及び転送トランジスタＭ１ＬＢのゲートには、共通の信号線を介して同じ制御信号が供給されてもよい。同様に、転送トランジスタＭ１ＳＡのゲート及び転送トランジスタＭ１ＳＢのゲートには、共通の信号線を介して同じ制御信号が供給されてもよい。転送トランジスタＭ２ＬＡのゲート及び転送トランジスタＭ２ＬＢのゲートには、共通の信号線を介して同じ制御信号が供給されてもよい。転送トランジスタＭ２ＳＡのゲート及び転送トランジスタＭ２ＳＢのゲートには、共通の信号線を介して同じ制御信号が供給されてもよい。また、電荷排出トランジスタＭ７Ａのゲート及び電荷排出トランジスタＭ７Ｂのゲートには、共通の信号線を介して同じ制御信号が供給されてもよい。このように構成することで、２つの光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢにより取得する信号の同時性を確保することができる。

上述の第１回路ブロック及び第２回路ブロックの機能及び動作は、第２実施形態と同様である。また、リセットトランジスタＭ４、増幅トランジスタＭ５、選択トランジスタＭ６及び電荷排出トランジスタＭ７の機能及び動作は、第１実施形態の場合と同様である。

図９は、１つの画素１２を構成する光電変換部ＰＤＡ及び光電変換部ＰＤＢの配置例を示す概略図である。図９（ａ）が上面図であり、図９（ｂ）が図９（ａ）のＡ－Ａ′線断面図である。光電変換部ＰＤＡ及び光電変換部ＰＤＢは、画素１２を構成する各トランジスタ（図示せず）とともに半導体層１１０に設けられる。半導体層１１０の上方には、カラーフィルタ層ＣＦなどを介してマイクロレンズＭＬが配置される。１つの画素１２を構成する光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢとは、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、１つのマイクロレンズＭＬを共有している。別の言い方をすると、光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢとは、撮像光学系に入射した光のうち互いに異なる瞳領域を通過した光を受光するように構成されている。すなわち、マイクロレンズＭＬは、撮像レンズの射出瞳のうち、第１瞳領域を通過した光を光電変換部ＰＤＡに集光し、第１瞳領域と異なる第２瞳領域を通過した光を光電変換部ＰＤＢに集光する。このように構成することで、光電変換部ＰＤＡで生成された電荷に基づく信号（Ａ像信号）と、光電変換部ＰＤＢで生成された電荷に基づく信号（Ｂ像信号）とは、測距用の位相差検出信号として利用することができる。また、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢで生成された総電荷に基づく信号（Ａ＋Ｂ像信号）は、画像生成用の信号として利用することができる。

このように、本実施形態によれば、良質な高ダイナミックレンジの動画を取得することができる。また、本実施形態によれば、各画素１２の２つの回路ブロックの出力信号に基づいて位相差検知を行うことが可能であり、被写体までの距離情報の取得やレンズの焦点合わせなどを行うことができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図１０を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１０は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。

本実施形態による光電変換装置は、画素１２の構成が異なるほかは、第１乃至第３実施形態による光電変換装置と同様である。本実施形態では、第１乃至第３実施形態の光電変換装置と異なる点を中心に説明し、第１乃至第３実施形態の光電変換装置と同様の部分については適宜説明を省略する。

本実施形態の光電変換装置における各々の画素１２は、図１０に示すように、図５に示す第２実施形態の画素１２の構成要素に加え、転送トランジスタＭ１Ｍ，Ｍ２Ｍ，Ｍ３Ｍを更に有する。転送トランジスタＭ１Ｍのソースは、光電変換部ＰＤのフォトダイオードのカソード及び電荷排出トランジスタＭ７のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｍのドレインは、転送トランジスタＭ２Ｍのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｍのドレインと転送トランジスタＭ２Ｍのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｍ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ２Ｍのドレインは、転送トランジスタＭ３Ｍのソースに接続されている。転送トランジスタＭ２Ｍのドレインと転送トランジスタＭ３Ｍのソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｍ）としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｍのドレインは、リセットトランジスタＭ４のソース及び増幅トランジスタＭ５のゲートに接続されている。画素１２の他の構成要素の接続関係は、第２実施形態において説明した通りである。

制御線１４の各々は、転送トランジスタＭ１Ｍ，Ｍ２Ｍ，Ｍ３Ｍの各々に接続された３本の信号線を更に含む。転送トランジスタＭ１Ｍのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ１＿Ｍが出力される。転送トランジスタＭ２Ｍのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ２＿Ｍが出力される。転送トランジスタＭ３Ｍのゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｍが出力される。各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンとなり、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフとなる。

転送トランジスタＭ１Ｍは、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｍに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ２Ｍは、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｍが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｍに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｍは、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｍが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。画素１２の他の構成要素の動作は、第２実施形態において説明した通りである。

第２実施形態では、１つの光電変換部ＰＤに対し、２つの電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ，ＭＥＭ１＿Ｓを、それぞれ転送トランジスタＭ１Ｌ，Ｍ１Ｓを介して並列に接続していた。これに対し，本実施形態においては、１つの光電変換部ＰＤに対し、３つの電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ，ＭＥＭ１＿Ｍ，ＭＥＭ１＿Ｓを、それぞれ転送トランジスタＭ１Ｌ，Ｍ１Ｍ，Ｍ１Ｓを介して並列に接続している。したがって、本実施形態によれば、１フレーム期間の間に、互いに異なる蓄積時間の間に蓄積された信号電荷に基づく３種類の画像を取得することが可能である。このように取得した３種類の画像を合成することで、第２実施形態と比較してダイナミックレンジを更に拡大することができる。

また、本実施形態においては、電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ，ＭＥＭ１＿Ｍ，ＭＥＭ１＿Ｓに対し、電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌ，ＭＥＭ２＿Ｍ，ＭＥＭ２＿Ｓを、それぞれ転送トランジスタＭ１Ｌ，Ｍ１Ｍ，Ｍ１Ｓを介して接続している。すなわち、画素１２は、信号電荷の蓄積に用いる電荷保持部ＭＥＭ１＿Ｌ，ＭＥＭ１＿Ｍ，ＭＥＭ１＿Ｓとは別に、電荷を保持可能な電荷保持部ＭＥＭ２＿Ｌ，ＭＥＭ２＿Ｍ，ＭＥＭ２＿Ｓを有している。これにより、本実施形態においては、前フレームの信号電荷を保持しつつ、次フレームの信号電荷の蓄積動作が可能である。これにより、信号電荷の蓄積を行う期間にも信号の読み出しが可能となり、各フレーム期間の中で信号電荷を取得できない時間領域を減らし、シームレスな動画を取得することができる。

なお、本実施形態では、１つの光電変換部ＰＤに対して３つの電荷保持部を並列に接続する構成としたが、４つ以上の電荷保持部を並列に接続する構成としてもよい。このように構成することで、ダイナミックレンジを更に拡大することができる。

このように、本実施形態によれば、良質な高ダイナミックレンジの動画を取得することができる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図１１を用いて説明する。第１乃至第４実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１１は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す等価回路図である。

本実施形態による光電変換装置は、画素１２の構成が異なるほかは、第１乃至第４実施形態による光電変換装置と同様である。本実施形態では、第１乃至第４実施形態の光電変換装置と異なる点を中心に説明し、第１乃至第４実施形態の光電変換装置と同様の部分については適宜説明を省略する。

本実施形態の光電変換装置における各々の画素１２は、図１１に示すように、図２に示す第１実施形態の画素１２の構成要素に加え、転送トランジスタＭ１Ｍ１，Ｍ１Ｍ２，Ｍ３Ｍ１，Ｍ３Ｍ２を更に有する。転送トランジスタＭ１Ｍ１のソース及び転送トランジスタＭ１Ｍ２のソースは、光電変換部ＰＤのフォトダイオードのカソード及び電荷排出トランジスタＭ７のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｍ１のドレインは、転送トランジスタＭ３Ｍ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｍ１のドレインと転送トランジスタＭ３Ｍ１のソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ＿Ｍ１）としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｍ２のドレインは、転送トランジスタＭ３Ｍ２のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｍ２のドレインと転送トランジスタＭ３Ｍ２のソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部（電荷保持部ＭＥＭ＿Ｍ２）としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｍ１のドレイン及び転送トランジスタＭ３Ｍ２のドレインは、リセットトランジスタＭ４のソース及び増幅トランジスタＭ５のゲートに接続されている。画素１２の他の構成要素の接続関係は、第１実施形態において説明した通りである。

制御線１４の各々は、転送トランジスタＭ１Ｍ１，Ｍ１Ｍ２，Ｍ３Ｍ１，Ｍ３Ｍ２の各々に接続された４本の信号線を更に含む。転送トランジスタＭ１Ｍ１のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ＿Ｍ１が出力される。転送トランジスタＭ１Ｍ２のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＧＳ＿Ｍ２が出力される。転送トランジスタＭ３Ｍ１のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｍ１が出力される。転送トランジスタＭ３Ｍ２のゲートに接続された信号線には、垂直走査回路２０から制御信号ＴＸ＿Ｍ２が出力される。各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンとなり、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフとなる。

転送トランジスタＭ１Ｍ１は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ＿Ｍ１に転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ１Ｍ２は、オンになることにより光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭ＿Ｍ２に転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｍ１は、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ＿Ｍ１が保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。転送トランジスタＭ３Ｍ２は、オンになることにより電荷保持部ＭＥＭ＿Ｍ２が保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する転送動作を行う転送部としての機能を備える。画素１２の他の構成要素の動作は、第１実施形態において説明した通りである。

第１実施形態では、１つの光電変換部ＰＤに対し、４つの電荷保持部ＭＥＭ＿Ｌ１，ＭＥＭ＿Ｌ２，ＭＥＭ＿Ｓ１，ＭＥＭ＿Ｓ２を、それぞれ転送トランジスタＭ１Ｌ１，Ｍ１Ｌ２，Ｍ１Ｓ１，Ｍ１Ｓ２を介して並列に接続していた。これに対し、本実施形態においては、当該１つの光電変換部ＰＤに対し、更に２つの電荷保持部ＭＥＭ＿Ｍ１，ＭＥＭ＿Ｍ２を、それぞれ転送トランジスタＭ１Ｍ１，Ｍ１Ｍ２を介して並列に接続している。したがって、本実施形態によれば、電荷保持部を３個ずつ用いることで、互いに異なる蓄積時間の間に蓄積された信号電荷に基づく３種類の画像を、フレームごとに交互に取得することが可能である。このようにして各フレームで取得した３種類の画像を合成することで、第１実施形態と比較してダイナミックレンジを更に拡大することができる。また、この構成によれば、信号電荷の蓄積を行う期間にも信号の読み出しが可能となり、各フレーム期間の中で信号電荷を取得できない時間領域を減らし、シームレスな動画を取得することができる。

なお、本実施形態では、１つの光電変換部ＰＤに対して６つの電荷保持部を並列に接続する構成としたが、８つ以上の電荷保持部を並列に接続する構成としてもよい。このように構成することで、ダイナミックレンジを更に拡大することができる。

このように、本実施形態によれば、良質な高ダイナミックレンジの動画を取得することができる。

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による撮像システムについて、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。

上記第１乃至第５実施形態で述べた光電変換装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像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、撮像システムに含まれる。図１２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。

図１２に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１乃至第５実施形態のいずれかで説明した光電変換装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。

撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するデジタル信号から画像データの生成を行う。また、信号処理部２０８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。撮像装置２０１は、信号処理部２０８で処理されるデジタル信号を生成するＡＤ変換部を備えうる。ＡＤ変換部は、撮像装置２０１の光電変換部が形成された半導体層（半導体基板）に形成されていてもよいし、撮像装置２０１の光電変換部が形成された半導体層とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、信号処理部２０８が撮像装置２０１と同一の半導体基板に形成されていてもよい。

撮像システム２００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、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）２１２を有する。更に撮像システム２００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２１４、記録媒体２１４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）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。

更に撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０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、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。

撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１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２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。

このように、本実施形態によれば、第１乃至第５実施形態による光電変換装置１００を適用した撮像システムを実現することができる。

［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による撮像システム及び移動体について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。

図１３（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１乃至第５実施形態のいずれかに記載の光電変換装置１００である。撮像システム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、撮像システム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、撮像システム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。

撮像システム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、撮像システム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、撮像システム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。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１３（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム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。

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、撮像システムは、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。

［第８実施形態］
本発明の第８実施形態による機器について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態による機器の概略構成を示すブロック図である。

図１４は、光電変換装置ＡＰＲを含む機器ＥＱＰを示す模式図である。光電変換装置ＡＰＲは、第１乃至第５実施形態のいずれかの光電変換装置１００の機能を備える。光電変換装置ＡＰＲの全部又は一部が、半導体デバイスＩＣである。本例の光電変換装置ＡＰＲは、例えば、イメージセンサやＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）センサ、測光センサ、測距センサとして用いることができる。半導体デバイスＩＣは、光電変換部を含む画素回路ＰＸＣが行列状に配列された画素エリアＰＸを有する。半導体デバイスＩＣは画素エリアＰＸの周囲に周辺エリアＰＲを有することができる。周辺エリアＰＲには画素回路以外の回路を配置することができる。

光電変換装置ＡＰＲは、複数の光電変換部が設けられた第１半導体チップと、周辺回路が設けられた第２半導体チップとを積層した構造（チップ積層構造）を有していてもよい。第２半導体チップにおける周辺回路は、ぞれぞれ、第１半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第２半導体チップにおける周辺回路は、それぞれ、第１半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリクス回路とすることもできる。第１半導体チップと第２半導体チップとの接続は、貫通電極（ＴＳＶ）、銅等の導電体の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバンプによる接続、ワイヤボンディングによる接続などを採用することができる。

光電変換装置ＡＰＲは、半導体デバイスＩＣの他に、半導体デバイスＩＣを収容するパッケージＰＫＧを含みうる。パッケージＰＫＧは、半導体デバイスＩＣが固定された基体と、半導体デバイスＩＣに対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と半導体デバイスＩＣ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等の接続部材と、を含みうる。

機器ＥＱＰは、光学装置ＯＰＴ、制御装置ＣＴＲＬ、処理装置ＰＲＣＳ、表示装置ＤＳＰＬ、記憶装置ＭＭＲＹ及び機械装置ＭＣＨＮのうちの少なくともいずれかを更に備えうる。光学装置ＯＰＴは、光電変換装置としての光電変換装置ＡＰＲに対応するものであり、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置ＣＴＲＬは、光電変換装置ＡＰＲを制御するものであり、例えばＡＳＩＣなどの半導体デバイスである。処理装置ＰＲＣＳは、光電変換装置ＡＰＲから出力された信号を処理するものであり、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。処理装置ＰＲＣＳは、ＣＰＵ（中央処理装置）やＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの半導体デバイスである。表示装置ＤＳＰＬは、光電変換装置ＡＰＲ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ＭＭＲＹは、光電変換装置ＡＰＲ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ＭＭＲＹは、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、或いは、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ＭＣＨＮは、モーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。機器ＥＱＰでは、光電変換装置ＡＰＲから出力された信号を表示装置ＤＳＰＬに表示したり、機器ＥＱＰ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ＥＱＰは、光電変換装置ＡＰＲが有する記憶回路部や演算回路部とは別に、記憶装置ＭＭＲＹや処理装置ＰＲＣＳを更に備えることが好ましい。

図１４に示した機器ＥＱＰ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）などの電子機器でありうる。カメラにおける機械装置ＭＣＨＮはズーミングや合焦、シャッター動作のために光学装置ＯＰＴの部品を駆動することができる。また、機器ＥＱＰは、車両や船舶、飛行体などの輸送機器（移動体）でありうる。また、機器ＥＱＰは、内視鏡やＣＴスキャナーなどの医療機器でありうる。また、機器ＥＱＰは、内視鏡やＣＴスキャナーなどの医療機器でありうる。

輸送機器における機械装置ＭＣＨＮは移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器ＥＱＰは、光電変換装置ＡＰＲを輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助及び／又は自動化を行うものに好適である。運転（操縦）の補助及び／又は自動化のための処理装置ＰＲＣＳは、光電変換装置ＡＰＲで得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置ＭＣＨＮを操作するための処理を行うことができる。

本実施形態による光電変換装置ＡＰＲは、その設計者、製造者、販売者、購入者及び／又は使用者に、高い価値を提供することができる。そのため、光電変換装置ＡＰＲを機器ＥＱＰに搭載すれば、機器ＥＱＰの価値も高めることができる。よって、機器ＥＱＰの製造、販売を行う上で、本実施形態の光電変換装置ＡＰＲの機器ＥＱＰへの搭載を決定することは、機器ＥＱＰの価値を高める上で有利である。

［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。

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、本発明の実施形態である。

例えば、上記第３実施形態ではデュアルピクセルによる位相差検出機能を第２実施形態の構成に適用した例を示したが、デュアルピクセルによる位相差検出機能を他の実施形態に適用することも可能である。

また、上記第６及び第７実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図１２及び図１３に示した構成に限定されるものではない。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

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。

上記実施形態の開示は、以下の構成及び方法を含む。
（構成１）
光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から電荷を転送可能に構成された第１電荷保持部、第２電荷保持部、第３電荷保持部及び第４電荷保持部と、前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から転送される電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素と、
前記複数の画素を制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、
一のフレームの間に、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部のうちの一方に転送する転送動作を、前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、前記複数の画素において同時に行い、
前記一のフレームの間に、前記複数の画素の各々から、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う
ことを特徴とする光電変換装置。
（構成２）
前記一のフレームにおいて前記第３電荷保持部が保持する電荷は、前記一のフレームの１つ前のフレームにおける複数回の転送動作によって前記光電変換部から前記第３電荷保持部に転送された電荷であり、
前記一のフレームにおいて前記第４電荷保持部が保持する電荷は、前記１つ前のフレームにおける複数回の転送動作によって前記光電変換部から前記第４電荷保持部に転送された電荷である
ことを特徴とする構成１記載の光電変換装置。
（構成３）
前記制御回路は、
前記光電変換部から前記第１電荷保持部に電荷を転送する前記複数回の転送動作及び前記光電変換部から前記第２電荷保持部に電荷を転送する前記複数回の転送動作と、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号とを前記複数の画素の各々から読み出す前記読み出し動作と、を行うフレームと、
前記光電変換部から前記第３電荷保持部に電荷を転送する前記複数回の転送動作及び前記光電変換部から前記第４電荷保持部に電荷を転送する前記複数回の転送動作と、前記第１電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と前記第２電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号とを前記複数の画素の各々から読み出す前記読み出し動作と、を行うフレームと、を交互に行う
ことを特徴とする構成２記載の光電変換装置。
（構成４）
前記光電変換部が保持する電荷を前記第１電荷保持部に転送する第１転送部と、
前記光電変換部が保持する電荷を前記第２電荷保持部に転送する第２転送部と、
前記光電変換部が保持する電荷を前記第３電荷保持部に転送する第３転送部と、
前記光電変換部が保持する電荷を前記第４電荷保持部に転送する第４転送部と、
前記第１電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第５転送部と、
前記第２電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第６転送部と、
前記第３電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第７転送部と、
前記第４電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第８転送部と、を更に有し、
前記出力部は、前記第５転送部、前記第６転送部、前記第７転送部又は前記第８転送部により前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から電荷が転送される浮遊拡散部を更に有する
ことを特徴とする構成２又は３記載の光電変換装置。
（構成５）
前記浮遊拡散部は、前記第５転送部、前記第６転送部、前記第７転送部及び前記第８転送部の各々に対して個別に設けられている
ことを特徴とする構成４記載の光電変換装置。
（構成６）
前記制御回路は、
前記光電変換部から前記第１電荷保持部への前記複数回の転送動作の後に、前記第１電荷保持部が保持する電荷を前記第３電荷保持部に転送する転送動作を更に行い、
前記光電変換部から前記第２電荷保持部への前記複数回の転送動作の後に、前記第２電荷保持部が保持する電荷を前記第４電荷保持部に転送する転送動作を更に行う
ことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
（構成７）
前記一のフレームにおいて前記第３電荷保持部が保持する電荷は、前記一のフレームの１つ前のフレームにおいて前記第１電荷保持部から前記第３電荷保持部に転送された電荷であり、
前記一のフレームにおいて前記第４電荷保持部が保持する電荷は、前記１つ前のフレームにおいて前記第２電荷保持部から前記第４電荷保持部に転送された電荷である
ことを特徴とする構成６記載の光電変換装置。
（構成８）
前記光電変換部が保持する電荷を前記第１電荷保持部に転送する第１転送部と、
前記光電変換部が保持する電荷を前記第２電荷保持部に転送する第２転送部と、
前記第１電荷保持部が保持する電荷を前記第３電荷保持部に転送する第３転送部と、
前記第２電荷保持部が保持する電荷を前記第４電荷保持部に転送する第４転送部と、
前記第３電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第５転送部と、
前記第４電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第６転送部と、を更に有し、
前記出力部は、前記第５転送部又は前記第６転送部により前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から電荷が転送される浮遊拡散部を更に有する
ことを特徴とする構成６又は７記載の光電変換装置。
（構成９）
前記浮遊拡散部は、前記第３転送部及び前記第４転送部の各々に対して個別に設けられている
ことを特徴とする構成８記載の光電変換装置。
（構成１０）
前記制御回路は、前記光電変換部から前記第１電荷保持部への前記転送動作と、前記光電変換部から前記第２電荷保持部への前記転送動作と、を交互に行う
ことを特徴とする構成１乃至９のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成１１）
前記複数回の転送動作によって前記第１電荷保持部に転送される電荷を蓄積するための前記光電変換部における蓄積期間の合計の長さと、前記複数回の転送動作によって前記第２電荷保持部に転送される電荷を蓄積するための前記光電変換部における蓄積期間の合計の長さと、が異なっている
ことを特徴とする構成１乃至１０のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成１２）
前記複数の画素から出力される信号を処理する信号処理部を更に有し、
前記信号処理部は、前記複数の画素の前記第１電荷保持部又は前記第３電荷保持部が保持する電荷に基づく信号と前記第２電荷保持部又は前記第４電荷保持部が保持する電荷に基づく信号とを合成し、高ダイナミックレンジの画像を生成する
ことを特徴とする構成１１記載の光電変換装置。
（構成１３）
前記複数の画素の各々は、第１光電変換部と、第２光電変換部と、前記第１光電変換部に対して設けられた前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部及び前記第４電荷保持部と、前記第２光電変換部に対して設けられた前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部及び前記第４電荷保持部と、マイクロレンズと、を有し、
前記マイクロレンズは、撮像レンズの射出瞳のうち、第１瞳領域を通過した光を前記第１光電変換部に集光し、前記第１瞳領域とは異なる第２瞳領域を通過した光を前記第２光電変換部に集光する
ことを特徴とする構成１乃至１３のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成１４）
複数の画素の各々は、前記光電変換部から電荷を転送可能に構成された第５電荷保持部及び第６電荷保持部を更に有し、
前記制御回路は、
一のフレームの間に、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部及び前記第５電荷保持部のうちのいずれかに転送する転送動作を、前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部及び前記第５電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、前記複数の画素において同時に行い、
前記一のフレームの間に、前記複数の画素の各々から、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第６電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う
ことを特徴とする構成１乃至９のいずれかに記載の光電変換装置。
（構成１５）
前記複数の画素の各々は、前記光電変換部に接続されたリセット部を更に有し、
前記光電変換部における電荷の蓄積期間は、前記リセット部による前記光電変換部のリセット動作により開始し、前記転送動作によって終了する
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の光電変換装置。
（方法１）
光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から電荷を転送可能に構成された第１電荷保持部、第２電荷保持部、第３電荷保持部及び第４電荷保持部と、前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から転送される電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素を有する光電変換装置の駆動方法であって、
一のフレームの間に、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部のうちの一方に転送する転送動作を、前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、前記複数の画素において同時に行い、
前記一のフレームの間に、前記複数の画素の各々から、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う
ことを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
（構成１６）
構成１乃至１５のいずれか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処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする撮像システム。
（構成１７）
移動体であって、
構成１乃至１５のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
（構成１８）
構成１乃至１５のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に対応する光学装置、
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に基づいて制御される機械装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、及び、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、の少なくともいずれかと
を備えることを特徴とする機器。

ＰＤ…光電変換部
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…転送トランジスタ
Ｍ４…リセットトランジスタ
Ｍ５…増幅トランジスタ
Ｍ６…選択トランジスタ
Ｍ７…電荷排出トランジスタ
ＭＥＭ…電荷保持部
ＦＤ…浮遊拡散部
１０…画素部
１２…画素
２０…垂直走査回路
６０…制御回路
１００…光電変換装置

Claims (19)

1. 光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から電荷を転送可能に構成された第１電荷保持部、第２電荷保持部、第３電荷保持部及び第４電荷保持部と、前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から転送される電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素と、
   前記複数の画素を制御する制御回路と、を有し、
   前記制御回路は、
   一のフレームの間に、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部のうちの一方に転送する転送動作を、前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、前記複数の画素において同時に行い、
   前記一のフレームの間に、前記複数の画素の各々から、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う
   ことを特徴とする光電変換装置。
2. 前記一のフレームにおいて前記第３電荷保持部が保持する電荷は、前記一のフレームの１つ前のフレームにおける複数回の転送動作によって前記光電変換部から前記第３電荷保持部に転送された電荷であり、
   前記一のフレームにおいて前記第４電荷保持部が保持する電荷は、前記１つ前のフレームにおける複数回の転送動作によって前記光電変換部から前記第４電荷保持部に転送された電荷である
   ことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
3. 前記制御回路は、
   前記光電変換部から前記第１電荷保持部に電荷を転送する前記複数回の転送動作及び前記光電変換部から前記第２電荷保持部に電荷を転送する前記複数回の転送動作と、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号とを前記複数の画素の各々から読み出す前記読み出し動作と、を行うフレームと、
   前記光電変換部から前記第３電荷保持部に電荷を転送する前記複数回の転送動作及び前記光電変換部から前記第４電荷保持部に電荷を転送する前記複数回の転送動作と、前記第１電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と前記第２電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号とを前記複数の画素の各々から読み出す前記読み出し動作と、を行うフレームと、を交互に行う
   ことを特徴とする請求項２記載の光電変換装置。
4. 前記光電変換部が保持する電荷を前記第１電荷保持部に転送する第１転送部と、
   前記光電変換部が保持する電荷を前記第２電荷保持部に転送する第２転送部と、
   前記光電変換部が保持する電荷を前記第３電荷保持部に転送する第３転送部と、
   前記光電変換部が保持する電荷を前記第４電荷保持部に転送する第４転送部と、
   前記第１電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第５転送部と、
   前記第２電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第６転送部と、
   前記第３電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第７転送部と、
   前記第４電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第８転送部と、を更に有し、
   前記出力部は、前記第５転送部、前記第６転送部、前記第７転送部又は前記第８転送部により前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から電荷が転送される浮遊拡散部を更に有する
   ことを特徴とする請求項２記載の光電変換装置。
5. 前記浮遊拡散部は、前記第５転送部、前記第６転送部、前記第７転送部及び前記第８転送部の各々に対して個別に設けられている
   ことを特徴とする請求項４記載の光電変換装置。
6. 前記制御回路は、
   前記光電変換部から前記第１電荷保持部への前記複数回の転送動作の後に、前記第１電荷保持部が保持する電荷を前記第３電荷保持部に転送する転送動作を更に行い、
   前記光電変換部から前記第２電荷保持部への前記複数回の転送動作の後に、前記第２電荷保持部が保持する電荷を前記第４電荷保持部に転送する転送動作を更に行う
   ことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
7. 前記一のフレームにおいて前記第３電荷保持部が保持する電荷は、前記一のフレームの１つ前のフレームにおいて前記第１電荷保持部から前記第３電荷保持部に転送された電荷であり、
   前記一のフレームにおいて前記第４電荷保持部が保持する電荷は、前記１つ前のフレームにおいて前記第２電荷保持部から前記第４電荷保持部に転送された電荷である
   ことを特徴とする請求項６記載の光電変換装置。
8. 前記光電変換部が保持する電荷を前記第１電荷保持部に転送する第１転送部と、
   前記光電変換部が保持する電荷を前記第２電荷保持部に転送する第２転送部と、
   前記第１電荷保持部が保持する電荷を前記第３電荷保持部に転送する第３転送部と、
   前記第２電荷保持部が保持する電荷を前記第４電荷保持部に転送する第４転送部と、
   前記第３電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第５転送部と、
   前記第４電荷保持部が保持する電荷を前記出力部に転送する第６転送部と、を更に有し、
   前記出力部は、前記第５転送部又は前記第６転送部により前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から電荷が転送される浮遊拡散部を更に有する
   ことを特徴とする請求項６記載の光電変換装置。
9. 前記浮遊拡散部は、前記第３転送部及び前記第４転送部の各々に対して個別に設けられている
   ことを特徴とする請求項８記載の光電変換装置。
10. 前記制御回路は、前記光電変換部から前記第１電荷保持部への前記転送動作と、前記光電変換部から前記第２電荷保持部への前記転送動作と、を交互に行う
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
11. 前記複数回の転送動作によって前記第１電荷保持部に転送される電荷を蓄積するための前記光電変換部における蓄積期間の合計の長さと、前記複数回の転送動作によって前記第２電荷保持部に転送される電荷を蓄積するための前記光電変換部における蓄積期間の合計の長さと、が異なっている
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
12. 前記複数の画素から出力される信号を処理する信号処理部を更に有し、
    前記信号処理部は、前記複数の画素の前記第１電荷保持部又は前記第３電荷保持部が保持する電荷に基づく信号と前記第２電荷保持部又は前記第４電荷保持部が保持する電荷に基づく信号とを合成し、高ダイナミックレンジの画像を生成する
    ことを特徴とする請求項１１記載の光電変換装置。
13. 前記複数の画素の各々は、第１光電変換部と、第２光電変換部と、前記第１光電変換部に対して設けられた前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部及び前記第４電荷保持部と、前記第２光電変換部に対して設けられた前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部及び前記第４電荷保持部と、マイクロレンズと、を有し、
    前記マイクロレンズは、撮像レンズの射出瞳のうち、第１瞳領域を通過した光を前記第１光電変換部に集光し、前記第１瞳領域とは異なる第２瞳領域を通過した光を前記第２光電変換部に集光する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
14. 複数の画素の各々は、前記光電変換部から電荷を転送可能に構成された第５電荷保持部及び第６電荷保持部を更に有し、
    前記制御回路は、
    一のフレームの間に、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部及び前記第５電荷保持部のうちのいずれかに転送する転送動作を、前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部及び前記第５電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、前記複数の画素において同時に行い、
    前記一のフレームの間に、前記複数の画素の各々から、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第６電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
15. 前記複数の画素の各々は、前記光電変換部に接続されたリセット部を更に有し、
    前記光電変換部における電荷の蓄積期間は、前記リセット部による前記光電変換部のリセット動作により開始し、前記転送動作によって終了する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
16. 光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から電荷を転送可能に構成された第１電荷保持部、第２電荷保持部、第３電荷保持部及び第４電荷保持部と、前記第１電荷保持部、前記第２電荷保持部、前記第３電荷保持部又は前記第４電荷保持部から転送される電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素を有する光電変換装置の駆動方法であって、
    一のフレームの間に、前記光電変換部に蓄積された電荷を前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部のうちの一方に転送する転送動作を、前記第１電荷保持部及び前記第２電荷保持部の各々に対してそれぞれ複数回、前記複数の画素において同時に行い、
    前記一のフレームの間に、前記複数の画素の各々から、前記第３電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、前記第４電荷保持部が保持する電荷の量に応じた信号と、を読み出す読み出し動作を行う
    ことを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
17. 請求項１乃至９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処理する信号処理装置と
    を有することを特徴とする撮像システム。
18. 移動体であって、
    請求項１乃至９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の信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする移動体。
19. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    前記光電変換装置に対応する光学装置、
    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に基づいて制御される機械装置、
    前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、及び、
    前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、の少なくともいずれかと
    を備えることを特徴とする機器。

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