JP7091080B2 - 装置、システム、および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、装置、システム、および移動体に関する。

特許文献１は、行列状に配置された光電変換部と、所定のゲインに従って動作する画素信号増幅部を備える固体撮像素子を開示する。特許文献１には、画素信号増幅部が光電変換部からの出力を二つの読出しゲインで処理することにより、ダイナミックレンジの広い信号読み出しを可能とすることが記載されている。また、特許文献２には、撮像装置における一つの画素に複数の光電変換部を配置することにより、撮像面で焦点検出を行うことが記載されている。

特開２００５－１７５５１７号公報 特開２００１－１２４９８４号公報

特許文献１に記載の構成によればダイナミックレンジが拡大された画像を得ることが可能であるが、ゲイン調整部が単一であるため、フレームレートが低下してしまうという課題が生じる。また、特許文献２に記載の構成によれば焦点検出のための信号を得ることが可能であるが、画素から後段への出力は時間順次で行われるため、フレームレートが低下してしまう。

したがって、上記二つの技術を組み合わせて、撮像面で焦点検出を行うとともにダイナミックレンジの広い信号読み出しを行おうとすると、著しくフレームレートが低下してしまうという課題が生じる。加えて、二つの技術を組み合わせた際に生じる信号読み出し時のノイズに関して、十分に考察がなされているとは言えなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、撮像面での焦点検出とダイナミックレンジの拡大を行う際のフレームレート低下を抑制できるような撮像装置を提供することにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
第１の光電変換部および第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部および前記第２の光電変換部に共通に接続される電荷検出部と、前記電荷検出部の電位に応じた画素信号を出力する回路と、
前記画素信号を保持する、第１のサンプルホールド容量および第２のサンプルホールド容量と、
前記第１のサンプルホールド容量または前記第２のサンプルホールド容量に保持される前記画素信号を増幅するアンプと、
前記アンプのゲインを制御する制御部であって、第１モードと第２モードで制御を行う制御部と、
を備え、
前記画素信号は、
前記電荷検出部をリセット時における前記電荷検出部の電位に応じた第１信号、
前記第１の光電変換部の電荷に基づく第１成分と、前記電荷検出部のノイズに基づくノイズ成分とを含む第２信号、または、
前記第１成分と、前記第２の光電変換部の電荷に基づく第２成分と、前記電荷検出部のノイズに基づくノイズ成分とを含む第３信号のいずれかであり、
前記制御部は、
前記第１モードにおいては、前記第１信号、前記第１のサンプルホールド容量に保持される前記第２信号、および、前記第２のサンプルホールド容量に保持される前記第３信号を、前記アンプが第１ゲインで増幅するように制御し、
前記第２モードにおいては、前記第２のサンプルホールド容量に保持される第３信号を前記アンプが第２ゲインで増幅し、前記第１のサンプルホールド容量に保持される前記第３信号を前記アンプが前記第２ゲインよりも低い第３ゲインで増幅するように制御する、
ことを特徴とする装置である。

本発明によれば、撮像面での焦点検出とダイナミックレンジの拡大を行う際のフレームレート低下を抑制できるような撮像装置を提供することができる。

実施例１における撮像装置のブロック図 実施例１における画素回路図 実施例１で撮像及び焦点検出を行う場合の駆動タイミング図 実施例１でダイナミックレンジを拡大する場合の駆動タイミング図 実施例２における撮像装置のブロック図 実施例３における撮像装置のブロック図 実施例３における画素回路図 実施例４における撮像装置のブロック図 実施例５における増幅部回路図 実施例６における増幅部回路図 画素部に含まれる画素の概略構成図 撮像装置を利用した撮像システムの概略構成ブロック図 撮像装置を利用したシステム及び移動体を示す図

以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
以下、図面を参照しながら実施例１の撮像装置について説明する。

（装置構成）
図１は本実施例の撮像装置の模式図である。図１に示す撮像装置１００は同一の半導体基板上に構成されている。撮像装置１００は、画素１０が行列状に配置された画素部１を有している。本実施例の撮像装置１００は概略、垂直の画素列に対して１本の垂直出力線、２つの並列のサンプルホールド容量、および、１つのアンプおよび後段回路を備える。

図２は画素１０の回路図を示している。それぞれの画素１０には、２つのフォトダイオードＰＤＡ、ＰＤＢが配置されている。これにより、画素１０を用いて焦点検出および撮
像を行うことが可能になる。焦点検出においては、画素内に配置された２つのフォトダイオードそれぞれの信号を用いてフォトダイオード間の位相差を取得し、この位相差情報を用いて焦点位置を検出する。入射光を光電変換して信号電荷を蓄積するフォトダイオードＰＤＡおよびＰＤＢは、第１の光電変換部および第２の光電変換部とも呼べる。以下の各実施例において、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢは等価であり、交換可能である。なお、２つのフォトダイオードＰＤＡ、ＰＤＢは別々の画素１０に含まれてもよい。

またフォトダイオードＰＤＡ，ＰＤＢは、電荷を蓄積する共通の電荷検出部ＦＤを共有する。電荷検出部ＦＤは、複数のフォトダイオードに共通に接続され、フォトダイオードから転送された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部である。電荷検出部ＦＤはフローティングディフュージョン構造を有する。ＴＸＡ，ＴＸＢは転送パルスｐＴＸＡ，ｐＴＸＢによって制御される、電荷の読み出し用の転送トランジスタである。ＲＥＳはリセットパルスｐＲＥＳによって制御されるリセットトランジスタである。ＳＦはソースフォロワ回路を構成する増幅トランジスタであり、ＦＤの電荷と電圧に応じた信号を出力する。ＳＥＬは選択パルスｐＳＥＬによって制御される行選択トランジスタである。画素１０が行列状に配置されているため、画素１０に含まれる転送トランジスタＴＸＡ，ＴＸＢ、リセットトランジスタＲＥＳ、増幅トランジスタ、行選択トランジスタＳＥＬもまた、行列状に配列されている。

画素１０はそれぞれ、入射光の強度に応じて光電変換された電荷に基づく信号電荷を、垂直走査回路１５の走査に従い、垂直出力線１１を介して、画素信号として増幅部２０に出力する。本実施例では１本の垂直出力線に対し、フォトダイオードの数（２つ）に対応する数である、２つのサンプルホールド容量２０３Ａ、２０３Ｂが存在する。以下、サンプルホールド容量のことを単に、容量２０３Ａ，容量２０３Ｂとも呼ぶ。また垂直出力線のことを単に、出力線とも呼ぶ。画素１０から出力される光電変換信号には、信号電荷に基づくものに加えてノイズ信号を含まれる。

垂直走査回路１５はタイミングジェネレータ（以下ＴＧ）７０から出力される信号に基づいて、画素部１の行ごとの走査を行う。ＴＧ７０は、スイッチ切り替えや制御パルス出力を行う、制御部として機能することができる。また、撮像装置に、ＴＧ７０とは別に、あるいはＴＧ７０と協働して制御部として機能する処理回路を設けても良い。

増幅部２０は画素信号を増幅して、比較回路３０１を有する比較部３０に出力する。増幅部２０は、比較部３０と画素部１との間の電気的経路に設けられている。増幅部２０にはスイッチ２０１，２０２，および２０４、ならびに、サンプルホールド容量２０４、ゲイン可変アンプ２０５が含まれる。アンプのゲインは、既存の任意の制御回路を制御部として用いることで変更できる。例えばＴＧ７０がゲインを設定しても良い。以下の各実施例において、同じ画素列に接続され、並列に配置された複数のサンプルホールド容量は等価であり、交換可能である。サンプルホールド容量２０４は、第１のサンプルホールド容量２０４Ａと第２のサンプルホールド容量２０４Ｂを含む。

参照信号供給部２５は参照信号Ｖｒを各列の比較部３０に出力する。
比較部３０は、増幅部２０が出力する信号と参照信号Ｖｒとを比較する。そして、比較結果を示す比較結果信号を、デジタル値としてメモリ部５０に出力する。比較部３０は、ＡＤ変換部として機能する。

メモリ部５０は第１メモリ５０１、第２メモリ５０２、第３メモリ５０３を有する。
カウンタ４０はクロック信号ＣＬＫを計数したカウント信号を、第１メモリ５０１、第２メモリ５０２、第３メモリ５０３に出力する。
ＴＧ７０は、撮像装置の各ブロックに信号を出力する。ＴＧは例えば、第１メモリ５０
１、第２メモリ５０２、第３メモリ５０３にそれぞれのメモリへの書き込みを可能とするための信号Ｍ１＿Ｅｎ、Ｍ２＿Ｅｎ、Ｍ３＿Ｅｎを出力する。

水平走査回路６０は各列の第１メモリ５０１、第２メモリ５０２、第３メモリ５０３が保持したデジタル信号を順次ＤＳＰ８０に出力させる。ＤＳＰ８０（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）は、処理部として機能し、各列の第１メモリ５０１、第２メモリ５０２、第３メモリ５０３から出力された信号を処理し、出力回路９０に出力する。出力回路９０はＴＧ７０が出力する信号に基づいて、撮像装置の外部に信号を出力する。

（第１モードにおける駆動制御）
図３Ａに示す駆動タイミング図を参照しながら、図１に示した撮像装置のうち撮像面の焦点検出が可能な第１モードにおける画素の動作について説明する。図３におけるＯｕｔ＿Ｖｌｉｎｅは、垂直出力線１１が出力する信号（画素信号）を示す。Ｏｕｔ＿Ａｍｐは、増幅部２０が出力する信号を示す。Ｖｒは参照信号供給部２５が出力する参照信号である。参照信号Ｖｒは単位時間当たりある変化量で電位が変化する信号である。

時刻ｔａ１に先立って選択パルスｐＳＥＬにより特定行の画素１０が選択される。
時刻ｔａ１において、画素１０からノイズ信号に相当する信号が出力される。このとき、スイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂはすべて導通されており、容量２０３Ａ、２０３Ｂにノイズ信号が蓄積される。

時刻ｔａ２より参照電圧Ｖｒのランプアップとカウンタ４０のカウントが開始される。この時スイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂは非導通となっており、スイッチ２０４Ａのみが導通されている。そのため、増幅部２０からは、容量２０３Ａに蓄積された信号にある所定のゲイン（ここでは８倍）が掛けられた信号が、Ｏｕｔ＿Ａｍｐとして出力される。比較器３０は参照電圧ＶｒとＯｕｔ＿Ａｍｐを比較し、Ｏｕｔ＿Ａｍｐよりも参照電圧Ｖｒが大きくなったタイミングで、カウント信号値を第１メモリ５０１に書き込む。すなわち、所定の８倍のゲインを第１ゲインとし、ノイズに対応する画素信号をノイズ信号とすると、第１メモリ５０１は、ノイズ信号に第１ゲインが掛かった信号値を保持する。

時刻ｔａ３において、参照電圧Ｖｒとカウンタ４０がリセットされるとともに、画素１０から転送パルスｐＴＸＡがＨｉｇｈとなり、フォトダイオードＰＤＡの光電変換信号が出力される。この時スイッチ２０１、２０２Ａが導通されており、容量２０３ＡにＰＤＡの信号電荷に基づく信号とノイズ信号が蓄積される。なお以降、ＰＤＡの信号電荷に基づく信号を「第１画素信号」と呼ぶことがある。また、容量２０３Ａに蓄積された、ノイズ信号と第１画素信号が加算された信号を「第１加算信号」と呼ぶことがある。

時刻ｔａ４より参照電圧Ｖｒのランプアップとカウンタ４０のカウントが開始される。この時スイッチ２０１、２０２Ａは非導通となっており、スイッチ２０４Ａのみが導通されている。そのため、増幅部２０からは、容量２０３Ａに蓄積された信号に、ある所定のゲイン（ここでも８倍）が掛けられた信号が、Ｏｕｔ＿Ａｍｐとして出力される。比較部３０は参照電圧ＶｒとＯｕｔ＿Ａｍｐを比較し、Ｏｕｔ＿Ａｍｐよりも参照電圧Ｖｒが大きくなったタイミングで、カウント信号値を第２メモリ５０２に書き込む。すなわち、第２メモリ５０２は、第１加算信号（ノイズ信号と第１画素信号を加算した信号）に第１ゲインが掛かった信号値を保持する。

時刻ｔａ４におけるＯｕｔ＿Ａｍｐの出力レベルは、後述するＰＤＡからの画素信号およびＰＤＢからの画素信号を合わせた場合の飽和信号量に対して、半分程度の信号量である。そのため、後述する場合よりもＡＤ変換時間を短くして、処理を高速化できる。また
は、ＡＤ変換時間を変えずに、参照電圧Ｖｒの単位時間当たりの変化量を小さくして、より高精度にＡＤ変換を行ってもよい。

時刻ｔａ５において、画素１０から転送パルスｐＴＸＡとｐＴＸＢが両方Ｈｉｇｈとなり、フォトダイオードＰＤＡおよびＰＤＢの光電変換信号が出力される。この時スイッチ２０１、２０２Ｂが導通されており、容量２０３ＢにＰＤＡとＰＤＢを合わせた信号電荷に基づく信号とノイズ信号が蓄積される。なお以降、フォトダイオードＰＤＢの信号電荷に基づく信号を「第２画素信号」と呼ぶことがある。また、容量２０３Ｂに蓄積された、ノイズ信号、第１画素信号、および第２画素信号が加算された信号を「第２加算信号」と呼ぶことがある。

時刻ｔａ６に先立って参照電圧Ｖｒとカウンタ４０がリセットされる。
時刻ｔａ６より参照電圧Ｖｒのランプアップとカウンタ４０のカウントが開始される。この時スイッチ２０１、２０２Ｂは非導通となっており、スイッチ２０４Ｂのみが導通されている。そのため、増幅部２０からは、容量２０３Ｂに蓄積された信号に、ある所定のゲイン（ここでも８倍）が掛けられた信号が、Ｏｕｔ＿Ａｍｐとして出力される。比較部３０は参照電圧ＶｒとＯｕｔ＿Ａｍｐを比較し、Ｏｕｔ＿Ａｍｐよりも参照電圧Ｖｒが大きくなったタイミングで、カウント信号値を第３メモリ５０３に書き込む。すなわち、第３メモリ５０３は、第２加算信号（ノイズ信号、第１画素信号および第２画素信号を加算した信号）に第１ゲインが掛かった信号値を保持する。

このあと、ＤＳＰ８０は、第１メモリ５０１と第２メモリ５０２に保持された値の差分から、ノイズが除去されたフォトダイオードＰＤＡの信号（すなわち、第１ゲインが掛かった第１画素信号）を取得できる。また、ＤＳＰ８０は、第２メモリ５０２と第３メモリ５０３に保持された値の差分から、ノイズが除去されたフォトダイオードＰＤＢの信号（すなわち、第１ゲインが掛かった第２画素信号）を取得できる。よって、これらの信号を用いることで、焦点検出処理が可能になる。

ここで、フォトダイオードＰＤＡに蓄積された電荷に基づく第１画素信号と、ＰＤＢに蓄積された電荷に基づく第２画素信号を合わせたものを第３加算信号とする。第３加算信号は、画素１０から直接取り出すことはできないため、ＤＳＰ８０におけるノイズ低減が必要になる。ＤＳＰ８０は、第１メモリ５０１と第３メモリ５０３に保持された値の差分から、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた画素１０としての信号（すなわち、第１ゲインが掛かった第３加算信号）を取得できる。言い換えると、図３Ａが示す第１モードの制御では、焦点検知のための信号取得だけでなく、ゲインが一定ではあるものの、通常の撮像のための信号取得も可能である。

（第２モードにおける駆動制御）
次に、図３Ｂに示す駆動タイミング図を参照しながら、図１に示した撮像装置のうちダイナミックレンジを拡大可能な画素の動作について説明する。図３Ｂの符号は図３Ａの符号と同様である。

時刻ｔｂ１に先立って選択パルスｐＳＥＬにより特定行の画素１０が選択される。
時刻ｔｂ１において、画素１０からノイズ信号に相当する信号が出力される。このとき、スイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂはすべて導通されており、容量２０３Ａ、２０３Ｂにノイズ信号が蓄積される。

時刻ｔｂ２より参照電圧Ｖｒのランプアップとカウンタ４０のカウントが開始される。この時スイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂは非導通となっており、スイッチ２０４Ａのみが導通されている。そのため、増幅部２０からは、容量２０３Ａに蓄積された信号にあ
る所定のゲイン（ここでは８倍）が掛けられた信号が、Ｏｕｔ＿Ａｍｐとして出力される。比較器３０は参照電圧ＶｒとＯｕｔ＿Ａｍｐを比較し、Ｏｕｔ＿Ａｍｐよりも参照電圧Ｖｒが大きくなったタイミングで、カウント信号値が第１メモリ５０１に書き込む。すなわち、所定の８倍のゲインを第２ゲインとし、ノイズに対応する画素信号をノイズ信号とすると、第１メモリ５０１は、ノイズ信号に第２ゲインが掛かった信号値を保持する。なお、ここでの第２ゲインは８倍であり、第１モードにおける第１ゲインと同じであるが、これに限定されない。

次に時刻ｔｂ３において、参照電圧Ｖｒとカウンタ４０がリセットされるとともに、画素１０から転送パルスｐＴＸＡとｐＴＸＢとが両方Ｈｉｇｈとなり、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた画素１０としての光電変換信号が出力される。この時スイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂはすべて導通されているため、容量２０３Ａ、２０３Ｂに、ＰＤＡとＰＤＢを合わせた画素１０としての信号電荷に基づく信号とノイズ信号が蓄積される。したがって、上述の第２加算信号に対応する値が、容量２０３Ａと２０３Ｂの両方に保持される。

時刻ｔｂ４より参照電圧Ｖｒのランプアップとカウンタ４０のカウントが開始される。この時スイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂは非導通となっており、スイッチ２０４Ａのみが導通されている。そのため、増幅部２０からは容量２０３Ａに蓄積された信号に、ある所定のゲイン（ここでは１倍）が掛けられた信号が、Ｏｕｔ＿Ａｍｐとして出力される。比較部３０は参照電圧ＶｒとＯｕｔ＿Ａｍｐを比較し、Ｏｕｔ＿Ａｍｐよりも参照電圧Ｖｒが大きくなったタイミングで、カウント信号値を第２メモリ５０２に書き込む。すなわち、所定の１倍のゲインを第３ゲインとすると、第２メモリ５０２は、第２加算信号に第３ゲインが掛かった信号値を保持する。

時刻ｔｂ４におけるＯｕｔ＿Ａｍｐの出力レベルは、後述する増幅部２０でゲインをかけた場合の飽和信号量に対して、ゲインの比の分だけ小さい。そのため、ＡＤ変換時間を短くして、処理を高速化できる。または、ＡＤ変換時間を変えずに、参照電圧Ｖｒの単位時間当たりの変化量を小さくして、より高精度にＡＤ変換を行ってもよい。

時刻ｔｂ６より、再度、参照電圧Ｖｒのランプアップとカウンタ４０のカウントが開始される。この時スイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂは非導通となっており、スイッチ２０４Ｂのみが導通されている。そのため、増幅部２０からは容量２０３Ｂに蓄積された信号に、ある所定のゲイン（ここでは８倍、すなわち上述の第２ゲインと同じ）が掛けられた信号が、Ｏｕｔ＿Ａｍｐとして出力される。比較部３０は参照電圧ＶｒとＯｕｔ＿Ａｍｐを比較し、Ｏｕｔ＿Ａｍｐよりも参照電圧Ｖｒが大きくなったタイミングで、カウント信号値を第３メモリ５０３に書き込む。すなわち、第３メモリ５０３は、第２加算信号に第２ゲインが掛かった信号値を保持する。

このあと、ＤＳＰ８０は、第１メモリ５０１と第２メモリ５０２に保持された値の差分から、ノイズが除去された状態の、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた画素１０としての信号を低ゲインで読出した信号を取得できる。なお、第１メモリ５０１に保存されたノイズ信号のゲインは８倍であり、第２メモリ５０２に保存されたノイズ信号相当分のゲインは１倍である。そのため、第２メモリ５０２に保存された信号から第１メモリ５０１に保存された信号を減算する前に、第１メモリ５０１に保存された信号をゲイン比（本実施例では８倍）で除する必要がある。なお、第１メモリ５０１にノイズ信号を保存するときのゲインを第３ゲイン（１倍）にすることで上記の除算処理を省略できるが、ノイズ信号は一般的に小さい値であるため、本実施例のように、より高いゲインで読み出すことが好ましい。
また、ＤＳＰ８０は、第１メモリ５０１と第３メモリ５０３に保持された値の差分から
、ノイズが除去された状態の、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた画素１０としての信号を高ゲインで読出した信号を取得できる。

このように第２モードにおいては、ゲインの高さが異なる複数の信号をノイズが除去された状態で読出すことができる。これらのゲインの異なる信号を組み合わせて、高輝度の被写体は低ゲインで読み出された信号から、低輝度の被写体は高ゲインで読み出された信号から、それぞれ画像化することにより、ダイナミックレンジの拡大が可能となる。

（切り替え処理）
第１モードと第２モードの切り替え処理の指示は、例えば、ＴＧ７０から、垂直走査回路１５を介して画素部１に入力される。当該指示を出力する切り替え部としては、ＤＳＰその他のプロセッサを利用できる。切り替え部は、任意の基準に基づいて切り替え処理を実行する。例えば、フレームごとに切り替え処理を行っても良い。また、フレーム単位で切り替えを行う場合でも、複数フレームに１回だけ第１モードでの制御を実行して、焦点検出用信号を読み出すようにしてもよい。また、同一フレーム内の異なる行ごとにモードを切り替えてもよい。また、必要な焦点検出の精度に合わせて、焦点検出を行う読出し行を間引いてもよい。なお、図示していないが、読出しが終わったフォトダイオードの信号を完全にリセットするためのリセット駆動を行うことで、２つのフォトダイオードの蓄積時間を完全に一致させることができる。

（効果）
以上のように、本発明の撮像装置における画素は、複数（ここでは２つ）のフォトダイオードを有する。これにより、画素からの出力として、ノイズ信号と、ノイズ信号といずれかのフォトダイオードからの画素信号の加算信号、ノイズ信号と２つのフォトダイオードからの画素信号の加算信号を切り替えることができる。また本発明において、画素からの出力を処理する増幅部は、フォトダイオードの数に対応する数のサンプルホールド容量を有する。そして、スイッチ制御によって、それぞれのサンプルホールド容量に蓄積される信号を切り替えることができる。
かかる構成により、焦点検出および通常の撮像に関する第１モード、ダイナミックレンジが拡大する画像化に関する第２モードのいずれにおいても、ノイズ信号を共通に読み出すことができる。そして、ＤＳＰ等の処理回路で差分処理を行うことで、信号読出しとＡＤ変換の回数を減らすことができる。その結果、フレームレートの低下を抑制できる。

また上記の制御によれば、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢからの読出しを同時に行うことができる。その結果、ノイズ信号をそれぞれで取得しなくとも、精度よく相関二重サンプルリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ、以下ＣＤＳ）を実行できる。さらに、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢの信号蓄積時間を完全に一致させられるので、一方のフォトダイオードに偏って信号が入射した場合などの画像劣化を最小限に抑えることが可能となる。

＜実施例２＞
以下、図面を参照しながら実施例２の撮像装置について説明する。先の実施例と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４は本実施例の撮像装置の模式図である。本実施例の撮像装置は概略、実施例１と同様に、垂直の画素列に対して１本の垂直出力線と、２つの並列のサンプルホールド容量を備える。実施例１と異なる点は、増幅部２０のゲイン可変アンプ２０５および、増幅部より後段の信号処理回路を２つずつ有している点である。図４に示すように、一つの画素列に対し、第１のゲイン可変アンプ２０５Ａおよび第２のゲイン可変アンプ２０５Ｂと、第１の比較器３０１Ａおよび第２の比較器３０１Ｂが存在する。

実施例１においては、増幅部２０のゲイン可変アンプ２０５以降の信号処理回路が単一であるため、ＡＤ変換は順次行う必要があり、フレームレートが制限されてしまう懸念があった。

一方、本実施例では、２つのサンプルホールド容量２０３Ａ，２０３Ｂに蓄積された信号を並列処理できる。したがって、図３Ａにおける時刻ｔａ４の信号処理と時刻ｔａ６の信号処理を並列に実行できる。また、図３Ｂにおける時刻ｔｂ４の信号処理と時刻ｔｂ６の信号処理を並列に実行できる。
したがって、焦点検出やダイナミックレンジ拡大のための信号読み出しを行った場合のフレームレートの低下をさらに抑えることができる。

＜実施例３＞
以下、図面を参照しながら実施例３の撮像装置について説明する。先の実施例と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５は本実施例の撮像装置の模式図であり、図６は本実施例の画素の回路図である。先の実施例とは概略、以下の点が異なる。すなわち、画素１０は２つの行選択トランジスタＳＥＬＡ、ＳＥＬＢを有しており、それぞれ垂直出力線１１Ａ、１１Ｂに接続されている。すなわち画素には２つの後段構成が存在する。

先の実施例においては、垂直出力線１１が単一であるため、画素１０からの信号読み出しを複数回行った場合、垂直出力線１１の信号変動時の静定までの時間を、読み出しの都度確保する必要がある。さらに、１つの垂直出力線１１に複数のサンプルホールド容量が接続されることにより信号線の寄生容量が増加し、安定した信号読み出しに必要な時間が増加する。上記の理由により、フレームレートが制限されてしまう懸念があった。

一方、本実施例では、実施例２の場合と同様に、図３Ａの時刻ｔａ４の信号処理と時刻ｔａ６の信号処理や、図３Ｂの時刻ｔｂ４の信号処理と時刻ｔｂ６の信号処理を並列に行うことができる。それに加えて、それぞれの垂直出力線１１Ａ、１１Ｂの静定までの時間を短くすることができる。
したがって、焦点検出やダイナミックレンジ拡大のための信号読み出しを行った場合のフレームレートの低下をさらに抑えることができる。

また、ノイズの読出しが１回多く必要にはなるが、フォトダイオードＰＤＡの信号とＰＤＢの信号を垂直出力線１１Ａ、１１Ｂのそれぞれに分けて出力することで、垂直出力線での信号振幅を抑制でき、読出す信号の帯域を狭くすることができる。その結果、ノイズを有効に抑制できる。
また、ＡＤ変換を行う際の信号量が、ＰＤＡとＰＤＢとを合わせた場合の飽和信号量に対して半分程度に抑えられる。したがって、ＡＤ変換時間を短くすることができる。または、ＡＤ変換時間を変えずに、参照電圧Ｖｒの単位時間当たりの変化量を小さくして、より高精度にＡＤ変換を行ってもよい。

なお、上記のようにフォトダイオードＰＤＡとＰＤＢの信号を別々に出力する場合は、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢとを画素全体の信号を得るために、後段で加算処理を行う必要がある。後段の加算部は、ＤＳＰ８０に配置してもよいし、撮像装置に配置してもよい。また、ＤＳＰ８０より以前で加算してもよい。

＜実施例４＞
以下、図面を参照しながら実施例４の撮像装置について説明する。先の実施例と同様の
機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図７は本実施例の撮像装置の模式図である。先の実施例では、信号処理の並列数が２つだった。一方本実施例では、第３のサンプルホールド容量が追加されて、３つの並列処理を行う点が異なる。すなわち本実施例では、サンプルホールド容量以降の構成が３つ並列に存在する。各サンプルホールド容量２０３Ａ～２０３Ｃには、それぞれ対応するゲイン可変アンプ２０５Ａ～２０５Ｃ、比較器３０１Ａ～３０１Ｃ、第１メモリ５０１Ａ～５０１Ｃ、第２メモリ５０２Ａ～５０２Ｃが存在する。

先の実施例までは、撮像面の焦点検知のための読出し（第１モード）と、増幅部でのゲインを異ならせるダイナミックレンジ拡大のための読出し（第２モード）とは、異なるフレームまたは異なる行で行う必要があった。
一方本実施例では、３つの画素出力信号の並列処理が可能である。したがって、同一のフレームや、同一の行の処理の際に、焦点検知のための読出しとダイナミックレンジ拡大のための読出しを両方行うことが可能となる。

具体的には、例えば、第１メモリ５０１Ａ、５０１Ｂ、５０１Ｃにノイズ信号のカウント値を記録する。また、第２メモリ５０２ＡにフォトダイオードＰＤＡの信号とノイズ信号のカウント値（第１加算信号に関連）を記録する。また、第２メモリ５０２Ｂと５０２ＣにフォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた信号とノイズ信号のカウント値（第２加算信号に関連）を記録する。また、第２メモリ５０２Ｂと５０２Ｃとでは、増幅部２０のゲインを異ならせておく。
続いて、ＤＳＰ８０でそれぞれの第２メモリと第１メモリが保持する値の差分を取ることで、先の実施例と同様に、焦点検出とダイナミックレンジ拡大のための信号とを得ることができる。本実施例によれば、フレームレートの低下を抑制しつつ、ダイナミックレンジが広い高機能で高画質な画像を取得できる。

なお、図７においては、増幅部２０の以降をすべて３並列とする例を示した。しかし、サンプルホールド容量のみを３並列としてもよい。また、画素１０の行選択トランジスタ以降をすべて３並列としてもよい。いずれの構成であっても、処理を並列に行ってフレームレートを向上させることができる。また本実施例のような３並列の構成は、上記各実施形態の回路構成とも適宜組み合わせることが可能である。

＜実施例５＞
以下、図面を参照しながら実施例５の撮像装置について説明する。先の実施例と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８は本実施例の撮像装置のうち、増幅部２０の一部を示したものであり、増幅部２０のうちゲイン可変アンプ付近の具体的な回路を示している。図８（ａ）は、基本的なスイッチ２０４とゲイン可変アンプ２０５の構成である。ゲイン可変アンプ２０５の上部のフィードバック容量を可変とすることで、増幅部２０のゲインが可変となる。ヘイン可変アンプ２０５の差動対の入力の差にゲインが掛けられた信号が、後段の回路に出力される。

図８（ａ）を用いて実施例１で述べた焦点検出のための信号処理を行う際には、まずフォトダイオードＰＤＡの信号電荷に基づく信号とノイズ信号とを、ゲイン可変アンプ２０５Ａで出力する。次に、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた信号電荷に基づく信号とノイズ信号とをゲイン可変アンプ２０５Ｂで出力する。続いて、後段の回路で両者の差分を求めることで、フォトダイオードＰＤＢに由来する信号成分をノイズが除去された状態で抽出することができる。したがって、焦点検出のための情報だけが欲しい場合であっても、後段の回路での処理が必要となっていた。

次に、本実施例の構成である図８（ｂ）を用いた場合の信号処理を説明する。図８（ａ）と異なる点は、第２のアンプであるゲイン可変アンプ２０５Ｂの差動対の負入力側にスイッチ２０６Ｂが接続されている点である。スイッチ２０６Ｂは、負入力への入力信号を、基準電源と、もう一方の、第１のアンプであるゲイン可変アンプ２０５Ａの正入力側の信号との間で選択可能にする。

本実施例ではまず、この構成を用いて、スイッチ２０６Ａを基準電源側に接続した状態で、フォトダイオードＰＤＡの信号電荷に基づく信号とノイズ信号とを、ゲイン可変アンプ２０５Ａで出力する。次に、スイッチ２０６Ｂをゲイン可変アンプ２０５Ａの正入力側に接続する。この時、ゲイン可変アンプ２０５Ｂの正入力側にはフォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた信号電荷に基づく信号とノイズ信号が、負入力側にはフォトダイオードＰＤＡの信号電荷に基づく信号とノイズ信号が入力される。その結果、ゲイン可変アンプ２０５Ｂの出力として、フォトダイオードＰＤＢの信号電荷に基づく信号を得ることができ、後段の回路での処理が不要となる。

以上の構成によれば、後段の回路での処理が簡略化できるとともに、後段の回路で重畳されるノイズ成分を抑制し、精度よく所望の信号を取り出すことが可能となる。
本構成は焦点検出のための信号に限らず用いることができる。例えば、フォトダイオードＰＤＡの信号電荷に基づく信号とノイズ信号から、ノイズ信号を取り除く際に用いてもよい。また、図８（ｂ）ではスイッチ２０６Ａ、２０６Ｂと双方に設けているが、どちらか一方のみにスイッチを設ける構成としてもよい。

＜実施例６＞
以下、図面を参照しながら実施例６の撮像装置について説明する。先の実施例と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図９は本実施例の撮像装置のうち、増幅部２０の一部を示したものであり、増幅部２０のうちサンプルホールド容量付近の具体的な構成を示している。図９（ａ）は、図１や図４と同様の基本的な構成を示す。この構成では、スイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂを適宜切り替えることでサンプルホールド容量に蓄積する信号を選択できる。

図９（ａ）を用いて実施例１で述べた焦点検出のための信号処理を行う際には、まずスイッチ２０１、２０２Ａ、２０２Ｂを接続することで容量２０３Ａ、２０３Ｂ両方にノイズ信号を蓄積する。次に、スイッチ２０２Ｂの接続を切り、容量２０３ＡのみにフォトダイオードＰＤＡの信号電荷に基づく信号とノイズ信号を蓄積する（第１加算信号）。次に、スイッチ２０２Ａの接続を切り、２０２Ｂを接続することで、容量２０３ＢにフォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた信号電荷に基づく信号とノイズ信号を蓄積する（第２加算信号）。この場合、初めにノイズ信号を蓄積した際の増幅部２０の入力にとっての負荷（すなわち容量２０３Ａと容量２０３Ｂ）と、信号電荷に基づく信号を蓄積する際の増幅部２０の入力にとっての負荷（すなわち容量２０３Ａまたは容量２０３Ｂ）とが異なる。このように負荷が異なると、ＣＤＳが精度よく行えない可能性がある。

次に、本実施例の構成である図９（ｂ）を用いた場合の信号処理を説明する。図９（ａ）と異なる点は、ダミー素子Ｄ２０２、Ｄ２０３、およびＤ２０４が追加されている点である。ダミースイッチＤ２０４の先には基準電源が接続されている。

この構成による蓄積動作を以下に説明する。ノイズ信号を蓄積する際には、スイッチ２０２Ａと２０２Ｂを接続し、ダミースイッチＤ２０２は非導通とする。次にフォトダイオードＰＤＡの信号電荷に基づく信号とノイズ信号を蓄積する際には、スイッチ２０２Ａと
ダミースイッチＤ２０２を接続し、スイッチ２０２Ｂを非導通とする。さらに、フォトダイオードＰＤＡとＰＤＢを合わせた信号電荷に基づく信号とノイズ信号を蓄積する際には、スイッチ２０２ＢとダミースイッチＤ２０２を接続し、スイッチ２０２Ａを非導通とする。このとき、いずれの蓄積動作においても増幅部２０の入力にとっての負荷は略等しくなり、ＣＤＳの精度を向上させることが可能となる。

増幅部２０の入力にとっての負荷を略等しくするために、ダミー素子Ｄ２０２～Ｄ２０４として、それぞれ、スイッチ２０２、容量２０３、スイッチ２０４と、トランジスタのゲート長、ゲート幅、容量値などの特性を示す値がなるべく近いものを用いると良い。以上の構成によれば、精度よくＣＤＳを行うことができ、より高画質な画像信号を取り出すことが可能となる。

＜変形例＞
以上の各実施例においては、画素部１から出力されたアナログの電気信号である画素信号に対して増幅部２０におけるサンプルホールドを行い、その後に比較部３０による処理結果をデジタル値としてメモリ部５０に出力していた。しかし、サンプルホールドの対象はアナログ信号に限られず、ＡＤ変換を行った後のデジタル信号に対して行っても良い。この場合は撮像装置において、サンプルホールド容量の前段にデジタル信号を出力する回路が設けられる。

そのような構成であっても、画素１０に対して複数のサンプルホールド容量を配置し、上記各実施例と同様にスイッチを用いてノイズ信号と、フォトダイオードＰＤＡおよびＰＤＡに由来するデジタル信号の蓄積を切り替えることで、本発明の効果は得られる。

以上各実施例では、本発明にかかる撮像装置の回路構成および駆動方法と、それによる効果について説明した。すなわち、本発明によれば、撮像面で焦点検出を行うことが可能な固体撮像装置において、フレームレートの低下を抑制しつつ、ダイナミックレンジの広い信号読み出しが可能になる。

＜別の実施形態＞
以上、具体的な実施例を挙げて本発明の説明を行ったが、本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の目的および範囲から離脱することなく、様々な変形や組み合わせが可能である。以下、本発明の様々な適用例や変形例について説明する。

（複数の基板を用いる例）
例えば本発明は、同一の基板に信号処理回路が形成されている場合に限定されない。すなわち、複数の基板を用いて撮像装置を形成する構成に本発明を適用してもよい。さらには、焦点検出のための信号とダイナミックレンジ拡大のための信号とを異なる基板で処理してもよい。

（画素部の構成例）
図１０を用いて、画素１０の構成について説明する。図１０（ａ）は、画素部１における一つの画素１０を、撮像装置の基板の主面に正対する方向から見たときの概略図である。一つの画素１０は、一つのマイクロレンズ１０２を備える。マイクロレンズは例えば、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィにより形成できる。また、画素１０に含まれるフォトダイオードＰＤＡ、ＰＤＢを透過視した様子を破線で示す。かかる画素１０をアレイ状に配列することにより、画素部１が構成される。

図１０（ｂ）は、画素部１の一部の断面図である。一つの画素１０では、基板に設けられたフォトダイオードの上部にはカラーフィルタ１０４とマイクロレンズ１０２が設けら
れている。カラーフィルタ１０４には、例えば、緑、青、赤の三色をベイヤー配列したパターンを利用できる。カラーフィルタの色材料は、顔料や染料、またはそれらをハイブリッドしたものを利用できる。

（撮像システムへの適用例）
本発明の撮像システムへの適用例を、図１１の概略構成ブロック図を用いて説明する。
上記各実施例で述べた固体撮像装置（以下、まとめて撮像装置１０００と呼ぶ）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としては、特に限定されるものではないが、例えば、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。

撮像システム３０００は、撮像光学系３０２０、ＣＰＵ３１００、レンズ制御部３１２０、撮像装置制御部３１４０、画像処理部３１６０、絞りシャッタ制御部３１８０、表示部３２００、操作スイッチ３２２０、記録媒体３２４０を備える。
撮像光学系３０２０は、被写体の光学像を形成するための光学系であり、レンズ群、絞り３０４０等を含む。絞り３０４０は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう機能を備えるほか、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。レンズ群及び絞り３０４０は、光軸方向に沿って進退可能に保持されており、これらの連動した動作によって変倍機能（ズーム機能）や焦点調節機能を実現する。撮像光学系３０２０は、撮像システムに一体化されていてもよいし、撮像システムへの装着が可能な撮像レンズでもよい。

撮像光学系３０２０の像空間には、その撮像面が位置するように撮像装置１０００が配置されている。撮像装置１０００は、上記実施例で説明した固体撮像装置であり、ＣＭＯＳセンサ（画素領域）とその周辺回路（周辺回路領域）とを含んで構成される。撮像装置１０００は、複数の光電変換部を有する画素が２次元配置され、これらの画素に対してカラーフィルタが配置されることで、２次元単板カラーセンサを構成している。撮像装置１０００は、撮像光学系３０２０により結像された被写体像を光電変換し、画像信号や焦点検出信号として出力する。

レンズ制御部３１２０は、撮像光学系３０２０のレンズ群の進退駆動を制御して変倍操作や焦点調節を行うためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成されている。絞りシャッタ制御部３１８０は、絞り３０４０の開口径を変化して（絞り値を可変として）撮影光量を調節するためのものであり、その機能を実現するように構成された回路や処理装置により構成される。

ＣＰＵ３１００は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラ内の制御装置であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を含む。ＣＰＵ３１００は、ＲＯＭ等に記憶されたコンピュータプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御し、撮像光学系３０２０の焦点状態の検出（焦点検出）を含むＡＦ、撮像、画像処理、記録等の一連の撮影動作を実行する。ＣＰＵ３１００は、信号処理部でもある。

撮像装置制御部３１４０は、撮像装置１０００の動作を制御するとともに、撮像装置１０００から出力された信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ３１００に送信するためのものであり、それら機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。Ａ／Ｄ変換機能は、撮像装置１０００が備えていてもかまわない。画像処理部３１６０は、Ａ／Ｄ変換された信号に対してγ変換やカラー補間等の画像処理を行って画像信号を生成するため
のものであり、その機能を実現するように構成された回路や制御装置により構成される。表示部３２００は、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の表示装置であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態等を表示する。操作スイッチ３２２０は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。記録媒体３２４０は、撮影済み画像等を記録するためのものであり、撮像システムに内蔵されたものでもよいし、メモリカード等の着脱可能なものでもよい。

このようにして、各実施例による撮像装置１０００を適用した撮像システム３０００を構成することにより、高精度の焦点調節が可能であり且つ被写界深度の深い画像を取得しうる高性能の撮像システムを実現することができる。

（移動体への適用例）
本発明の撮像システム及び移動体について、図１２のブロック図を用いて説明する。図１２（ａ）は、車載カメラに関する撮像システム４０００の一例を示したものである。撮像システム４０００は、撮像装置４１００を有する。撮像装置４１００は、上述の各実施例に記載の固体撮像装置のいずれかである。撮像システム４０００は、撮像装置４１００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４１２０と、撮像装置４１００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４１４０を有する。また、撮像システム４０００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４１６０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４１８０と、を有する。ここで、視差取得部４１４０や距離取得部４１６０は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得部の一例である。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４１８０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）、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４０００は、車両情報取得装置４２００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４０００は、衝突判定部４１８０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ＥＣＵ４３００が接続されている。すなわち、制御ＥＣＵ４３００は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御部の一例である。また、撮像システム４０００は、衝突判定部４１８０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４４００とも接続されている。例えば、衝突判定部４１８０の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ４３００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４４００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。

本実施例では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム４０００で撮像する。図１２（ｂ）に、車両前方（撮像範囲４５００）を撮像する場合の撮像システム４０００を示した。車両情報取得装置４２００は、撮像システム４０００を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。上述の各実施例の固体撮像装置を撮像装置４１００として用いることで、撮像システム４０００は、測距の精度をより向上させることができる。

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従
して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自動車等の車両に限らず、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できる。

１０：画素，ＰＤＡ：フォトダイオード，ＦＤ：電荷検出部，８０：ＤＳＰ，１００：撮像装置，２０３：サンプルホールド容量，２０５：ゲイン可変アンプ、ＴＧ：タイミングジェネレータ

Claims (20)

1. 第１の光電変換部および第２の光電変換部と、前記第１の光電変換部および前記第２の光電変換部に共通に接続される電荷検出部と、前記電荷検出部の電位に応じた画素信号を出力する回路と、
   前記画素信号を保持する、第１のサンプルホールド容量および第２のサンプルホールド容量と、
   前記第１のサンプルホールド容量または前記第２のサンプルホールド容量に保持される前記画素信号を増幅するアンプと、
   前記アンプのゲインを制御する制御部であって、第１モードと第２モードで制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記画素信号は、
   前記電荷検出部をリセット時における前記電荷検出部の電位に応じた第１信号、
   前記第１の光電変換部の電荷に基づく第１成分と、前記電荷検出部のノイズに基づくノイズ成分とを含む第２信号、または、
   前記第１成分と、前記第２の光電変換部の電荷に基づく第２成分と、前記電荷検出部のノイズに基づくノイズ成分とを含む第３信号のいずれかであり、
   前記制御部は、
   前記第１モードにおいては、前記第１信号、前記第１のサンプルホールド容量に保持される前記第２信号、および、前記第２のサンプルホールド容量に保持される前記第３信号を、前記アンプが第１ゲインで増幅するように制御し、
   前記第２モードにおいては、前記第２のサンプルホールド容量に保持される第３信号を前記アンプが第２ゲインで増幅し、前記第１のサンプルホールド容量に保持される前記第３信号を前記アンプが前記第２ゲインよりも低い第３ゲインで増幅するように制御することを特徴とする装置。
2. 前記第１モードで得られた信号に基づいて、前記第１ゲインで増幅された、前記第１成分に応じた信号と、前記第１ゲインで増幅された、前記第２成分に応じた信号を取得するとともに、
   前記第２モードで得られた信号に基づいて、前記第２ゲインで増幅された、前記第１成分および前記第２成分に応じた信号と、前記第３ゲインで増幅された、前記第１成分と前
   記第２成分とに応じた信号とを取得する、処理部をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記制御部の動作を、前記第１モードと前記第２モードの間で切り替える切り替え部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 行列状に配置された複数の前記回路を有し、前記複数の回路からの前記画素信号はフレームごとに処理されるものであり、
   前記切り替え部は、前記第１モードと前記第２モードを、前記フレームごとに切り替えることができる
   ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 行列状に配置された複数の前記回路を有し、前記複数の回路からの前記画素信号は行ごとに処理されるものであり、
   前記切り替え部は、前記第１モードと前記第２モードを、前記行ごとに切り替えることができる
   ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
6. 前記アンプは、前記第１のサンプルホールド容量に対応する第１のアンプと、前記第２のサンプルホールド容量に対応する第２のアンプを含む
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記第２のアンプの差動対の負入力への入力信号を、基準電源と、前記第１のアンプの正入力への入力信号との間で選択可能にするスイッチをさらに備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記回路は、前記第１のサンプルホールド容量と前記第２のサンプルホールド容量にそれぞれ対応する複数の出力線に接続されている
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記画素信号を保持する第３のサンプルホールド容量をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記第１のサンプルホールド容量および前記第２のサンプルホールド容量と並列に接続されたダミー素子をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記画素信号にＡＤ変換を行うＡＤ変換部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記第２モードにおいては、前記制御部は、前記アンプが前記第１信号を前記第２ゲインで増幅するように制御する、
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記第２ゲインは、前記第１ゲインと同一である、
    ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
14. ＡＤ変換を行って得られる画素信号に対してサンプルホールドが行われる
    ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 複数のマイクロレンズをさらに備え、
    前記複数のマイクロレンズのうち少なくとも１つのマイクロレンズは、前記第１の光電変換部と前記第２の光電変換部の上に配置される
    ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記第１の光電変換部の電荷を、前記電荷検出部に転送する第１の転送トランジスタと、
    前記第２の光電変換部の電荷を、前記電荷検出部に転送する第２の転送トランジスタと、
    をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の装置と、
    前記装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
    を有することを特徴とするシステム。
18. 前記信号処理部は、
    前記第１モードでは焦点検出を行い、
    前記第２モードではダイナミックレンジの拡大を行う
    ことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
19. 前記装置は相関二重サンプリングを行う
    ことを特徴とする請求項１７または１８に記載のシステム。
20. 請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の装置と、
    前記装置から出力される信号から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得部と、
    前記距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御部と
    を有することを特徴とする移動体。

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