WO2024075492A1 - 固体撮像装置及び比較装置 - Google Patents

Abstract

［課題］高速かつ高性能な信号の比較をする。 ［解決手段］固体撮像素子は、比較回路と、第 1 スイッチと、第 2 スイッチと、第 3 スイッチと、第 1 キャパシタと、第 2 キャパシタと、を備える。比較回路は、非反転入力端子と、反転入力端子を備える。第 1 スイッチは、前記反転入力端子に接続される。第 2 スイッチは、前記反転入力端子に接続され、前記第 1 スイッチと異なるタイミングで制御される。第 3 スイッチは、前記比較回路の出力端子と、前記反転入力端子との間に接続される。第 1 キャパシタは、一端が前記第 1 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に参照信号が印加される。第 2 キャパシタは、一端が前記第 2 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に前記参照信号が印加される。

Description

固体撮像装置及び比較装置

　本開示は、固体撮像装置及び比較装置に関する。

　イメージセンサにおいてカラム ADC (Analog to Digital Converter) を設けて、画素のカラムごとに AD 変換をする技術が広く利用されている。 AD 変換を高速化したり、グローバルシャッタに対応させたりする場合において、画素からの出力をアナログ信号ではなく、差動増幅回路を画素内に内蔵することによりコンパレータの出力にする手段が、信号転送を高速化する手段として利用されることがある。

　このような手法においては、フォトダイオードから出力される電荷を直接容量にサンプリングするため、容量値を大きくすることが困難であり、サンプリングスイッチによる kT/C ノイズの影響が大きい。また、差動増幅回路を自動的にリセットすることが困難である。この結果、差動入力回路のオフセット及びリセット電圧のばらつきをキャンセルすることができず、リセット電圧のレンジを大きく取る、すなわち、リセット電圧読み込みの時間を長くする必要があり、結果的に AD 変換の時間を長くするか、又は、 AD 変換の時間を短くする代わりにダイナミックレンジが低下するといった問題がある。

米国特許出願公開第2016/0360138号明細書

　そこで、本開示では、高速かつ高性能な信号の比較を実現する。なお、本開示の実施形態により解決しようとする課題は、さらに限定されないいくつかの例として、実施形態において記載した効果に対応する課題、とすることもできる。すなわち、本開示の実施形態の説明において記載された効果のうち任意の少なくとも 1 つに対応する課題を本開示における解決しようとする課題とすることができる。

　一実施形態によれば、固体撮像装置は、比較回路と、第 1 スイッチと、第 2 スイッチと、第 3 スイッチと、第 1 キャパシタと、第 2 キャパシタと、を備える。
　比較回路は、非反転入力端子と、反転入力端子を備える。
　第 1 スイッチは、前記反転入力端子に接続される。
　第 2 スイッチは、前記反転入力端子に接続され、前記第 1 スイッチと異なるタイミングで制御される。
　第 3 スイッチは、前記比較回路の出力端子と、前記反転入力端子との間に接続される。
　第 1 キャパシタは、一端が前記第 1 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に参照信号が印加される。
　第 2 キャパシタは、一端が前記第 2 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に前記参照信号が印加される。

　前記比較回路は、
　　前記非反転入力端子と制御端子が接続され、一端が正側電源電圧と接続される、第 1 トランジスタと、
　　前記反転入力端子と制御端子が接続される、一端が前記第 1 トランジスタの他端と接続され、他端が前記第 3 スイッチと接続されるとともに当該他端から出力信号を出力する、第 2 トランジスタと、
　を備えてもよい。

　前記非反転入力端子は、画素回路におけるフローティングディフュージョン領域と接続されてもよい。

　前記第 3 スイッチは、
　　信号のサンプリングのタイミングでオンしてもよい。

　前記フローティングディフュージョン領域のリセットレベルのサンプリングのタイミングにおいて、
　　前記第 1 スイッチは、オンし、
　　前記第 2 スイッチは、オフ状態を継続し、
　　前記第 1 キャパシタは、前記リセットレベルに基づいた信号を、前記比較回路及び前記第 3 スイッチを介して前記参照信号の基準値を基準電位としてサンプリングしてもよく、
　前記第 1 スイッチは、前記第 1 キャパシタがサンプリングした後にオフしてもよい。

　受光素子から出力される信号レベルのサンプリングのタイミングにおいて、
　　前記第 1 スイッチは、オフ状態を継続し、
　　前記第 2 スイッチは、前記サンプリングのタイミングでオンし、
　　前記第 2 キャパシタは、前記信号レベルを、前記フローティングディフュージョン、前記比較回路及び前記第 3 スイッチを介して前記参照信号の基準値を基準電位としてサンプリングしてもよく、
　前記第 2 スイッチは、前記第 2 キャパシタがサンプリングした後にオフしてもよい。

　前記第 3 スイッチは、
　　信号の比較のタイミングでオフしてもよい。

　前記フローティングディフュージョン領域のリセットレベルの読み込みのタイミングにおいて、
　　前記第 1 スイッチは、オンし、
　　前記第 2 スイッチは、オフ状態を継続し、
　　前記前記第 1 キャパシタの他端に、前記参照信号としてランプ信号が入力され、
　　前記第 1 スイッチは、前記比較回路の出力する信号が反転した後にオフしてもよい。

　受光素子から出力される信号レベルの読み込みのタイミングにおいて、
　　前記第 1 スイッチは、オフ状態を継続し、
　　前記第 2 スイッチは、オンし、
　　前記第 2 キャパシタの他端に、前記参照信号としてランプ信号が入力され、
　　前記第 2 スイッチは、前記比較回路の出力する信号が反転した後にオフしてもよい。

　複数の受光素子に接続されてもよい。

　前記複数の受光素子のそれぞれに対して、前記第 1 スイッチ、前記第 1 キャパシタ、前記第 2 スイッチ及び前記第 2 キャパシタを備えてもよい。

　一実施形態によれば、比較装置は、比較回路と、第 1 スイッチと、第 2 スイッチと、第 3 スイッチと、第 1 キャパシタと、第 2 キャパシタと、を備える。
　比較回路は、非反転入力端子と、反転入力端子を備える。
　第 1 スイッチは、前記反転入力端子に接続される。
　第 2 スイッチは、前記反転入力端子に接続され、前記第 1 スイッチと異なるタイミングで制御される。
　第 3 スイッチは、前記比較回路の出力端子と、前記反転入力端子との間に接続される。
　第 1 キャパシタは、一端が前記第 1 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に参照信号が印加される。
　第 2 キャパシタは、一端が前記第 2 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に前記参照信号が印加される。

一実施形態に係る画素回路の一例を示す図。 一実施形態に係る画素回路のタイミングチャートの一例を示す図。 一実施形態に係る画素回路の一例を示す図。 一実施形態に係る画素回路の接続の一例を示す図。 一実施形態に係る画素回路の一例を示す図。 一実施形態に係る半導体チップの実装の一例を示す図。 一実施形態に係る半導体チップの実装の一例を示す図。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

　以下、図面を参照して本開示における実施形態の説明をする。図面は、説明のために用いるものであり、実際の装置における各部の構成の形状、サイズ、又は、他の構成とのサイズの比等が図に示されている通りである必要はない。また、図面は、簡略化して書かれているため、図に書かれている以外にも実装上必要な構成は、適切に備えるものとする。

　(第 1 実施形態)
　図1は、一実施形態に係る画素回路の一例を示す図である。画素回路 1 は、受光素子 P と、転送スイッチ Trg と、リセットスイッチ Rst と、 FD キャパシタ Cfd と、比較回路 Cmp と、第 1 スイッチ Sw1 と、第 1 キャパシタ C1 と、第 2 スイッチ Sw2 と、第 2 キャパシタ C2 と、第 3 スイッチ Sw3 と、を備える。画素回路 1 は、受光した光の強度に応じた信号を、デジタルのタイミング信号へと変換して出力する。画素回路 1 は、例えば、固体撮像装置の受光部において採用することができる。

　受光素子 P は、例えば、フォトダイオードを備える。受光素子 P は、受光領域に入射した光を光電変換によりアナログ信号へと変換し、入射した光の強度に基づいた信号を出力する。

　転送スイッチ Trg は、受光素子 P の出力端子 (カソード) とフローティングディフュージョン領域 FD との間に接続される。転送スイッチ Trg は、受光素子 P が出力する信号を適切なタイミングでフローティングディフュージョン領域 FD へと転送するスイッチである。転送スイッチ Trg がオンするタイミングでフローティングディフュージョン領域 FD に受光素子 P が変換したアナログ信号が転送される。

　リセットスイッチ Rst は、正側の電源電圧 VDD とフローティングディフュージョン領域 FD との間に接続される。フローティングディフュージョン領域 FD を適切なタイミングで電源電圧 VDD によりリセットするスイッチである。リセットスイッチ Rst がオンするタイミングでフローティングディフュージョン領域 FD の電位が所定の電位 (リセットレベル) にリセットされる。

　FD キャパシタ Cfd は、フローティングディフュージョン領域 FD と負側の電源電圧 (例えば、接地電位) との間に接続される。 FD キャパシタ Cfd は、フローティングディフュージョン領域 FD に流入してくる電流又はフローティングディフュージョン領域 FD から流出する電流により充放電され、フローティングディフュージョン領域 FD の電位を適切に定義する容量である。

　転送スイッチ Trg 及びリセットスイッチ Rst により、この FD キャパシタ Cfd の電荷を充放電することで、フローティングディフュージョン領域 FD の電位が決定される。

　比較回路 Cmp は、非反転入力端子がフローティングディフュージョン領域 FD と接続され、反転入力端子が第 1 スイッチ Sw1 及び第 2 スイッチ Sw2 と接続され、出力端子が第 3 スイッチ Sw3 を介して負帰還の状態で接続される。比較回路 Cmp は、サンプリングモードと、コンパレータモードと、の 2 つのモードで駆動する。

　サンプリングモードにおいて、比較回路 Cmp は、非反転入力端子から入力される信号に基づいた電流を反転入力端子側へと帰還する。この帰還した電流により、それぞれの容量は、フローティングディフュージョン領域 FD の電位をサンプリングする。

　コンパレータモードにおいて、比較回路 Cmp は、負帰還をすることなく非反転入力端子がフローティングディフュージョン領域 FD と接続され、このフローティングディフュージョン領域 FD の電圧を、反転入力端子から入力される参照電圧と比較して、比較結果をデジタル信号に変換して出力する。この出力信号は、カウンタ等の外部の回路において信号が反転するタイミングが取得され、受光素子 P が変換した入射光の強度を、デジタル値として取得することができる。

　第 1 スイッチ Sw1 は、第 1 キャパシタ C1 と比較回路 Cmp の反転入力端子との間に接続される。第 2 スイッチ Sw2 は、第 2 キャパシタ C2 と比較回路 Cmp の反転入力端子との間に接続される。

　第 3 スイッチ Sw3 は、比較回路 Cmp の出力端子と反転入力端子との間に接続される。この第 3 スイッチ Sw3 は、サンプリングのタイミングにおいてオンし、信号比較のタイミングにおいてオフする。

　これらのスイッチは、所定タイミングにおいてオン／オフし、サンプリングモードにおいては、容量への充放電、コンパレータモードにおいては、容量に充電されている電位に基づいた比較結果を出力するための動作を行う。

　第 1 キャパシタ C1 は、一端が第 1 スイッチ Sw1 と接続され、他端に参照信号が印加される。第 2 キャパシタ C2 は、一端が第 2 スイッチ Sw2 と接続され、他端に参照信号が印加される。

　図2は、一実施形態に係るタイミングチャートを示す図である。上から順に、転送スイッチ Trg 、リセットスイッチ Rst 、第 1 スイッチ Sw1 、第 2 スイッチ Sw2 及び第 3 スイッチ Sw3 のオン／オフ状態、並びに、参照信号 REF 、フローティングディフュージョン領域 FD 、領域 VN 及び出力電圧 OUT の電位の遷移を示す。

　第 3 スイッチ Sw3 がオンしている状態、すなわち、信号のサンプリングの状態において、リセットスイッチ Rst がオンし、フローティングディフュージョン領域 FD をリセットレベルに設定する。この状態においては、領域 VN は、第 3 スイッチ Sw3 を介してフローティングディフュージョン領域 FD のリセットレベルに基づいた電位となる。第 1 スイッチ Sw1 及び第 2 スイッチ Sw2 は、オフ状態を維持する。

　この状態で第 1 スイッチ Sw1 をオンすることで、第 1 キャパシタ C1 にこのリセットレベルに基づいた電位を与える。このタイミングにおいて、参照電圧 REF は、比較対象となるランプ信号の基準電圧 (初期値) を維持する。このため、第 1 キャパシタ C1 には、参照電圧 REF の基準レベルから、フローティングディフュージョン領域 FD のリセットレベル分に基づいた電位だけ引き上げられた電位となる。

　リセットレベルを読み込むための十分な時間が経過後、第 1 スイッチ Sw1 は、オフする。このタイミングにおいて、領域 FD には、第 3 スイッチ Sw3 を介してフローティングディフュージョン領域 FD のリセットレベルに基づいた電位を維持する。

　第 1 スイッチ Sw1 がオフした後、転送スイッチ Trg がオンすることで、受光素子 P から出力した信号レベルをフローティングディフュージョン領域 FD に転送する。フローティングディフュージョン領域 FD が信号レベルとなることで、比較回路 Cmp 及びオンしている第 3 スイッチ Sw3 を介して領域 VN が信号レベルに基づいた電位へと遷移する。信号の転送開始から十分な時間が経過後に、転送スイッチ Trg は、オフする。

　この状態で、第 2 スイッチ Sw2 をオンすることで、第 2 キャパシタ C2 にこの信号レベルに基づいた電位を与える。このため、第 2 キャパシタ C2 には、参照電圧 REF の基準レベルから、フローティングディフュージョン領域 FD の信号レベル分に基づいた電位だけ引き上げられた電位となる。

　信号レベルを読み込むための十分な時間が経過後、第 2 スイッチ Sw2 は、オフする。この一連の動作により、第 1 キャパシタ C1 は、リセットレベルに基づいた電位が設定され、第 2 キャパシタ C2 は、信号レベルに基づいた電位が設定される。

　画素回路 1 は、このように、比較回路 Cmp の反転入力端子側のキャパシタに、リセットレベルに基づいた電位と、信号レベルに基づいた電位と、を設定する。

　続いて、画素回路 1 は、比較回路 Cmp を比較器として動作するコンパレータモードへと遷移する。コンパレータモードにおいては、第 3 スイッチ Sw3 がオフする。すなわち、信号の比較を行うタイミングで、第 3 スイッチ Sw3 は、オフする。

　第 3 スイッチ Sw3 がオフした後、リセットスイッチ Rst がオンすることで、フローティングディフュージョン領域 FD をリセットレベルにする。

　次に、第 1 スイッチ Sw1 をオンし、参照信号 REF にランプ信号を入力する。第 1 キャパシタ C1 を反転入力端子と接続し、さらに、参照信号 REF をランプ信号とすることで、比較回路 Cmp の反転入力端子に第 1 キャパシタ C1 に蓄えられている電位を基準としたランプ信号に印加される。反転入力端子に印加される電位が非反転入力端子の電位と等しくなる、すなわち、第 1 キャパシタ C1 にサンプリングされた電圧と等しくなると、比較回路 Cmp の出力が反転し、出力電圧 VOUT が High から Low へと遷移する。

　第 1 スイッチ Sw1 は、出力電圧 VOUT が反転してから十分な時間が経過した後にオフする。この時間は、例えば、ランプ信号が所定値になるまでの時間等とすることができる。

　画素回路 1 の外部に備えられるラッチ又はカウンタ等によって、ランプ信号と同期しているカウント値を、出力電圧 VOUT が High である時間において読み込むことで、リセットレベルが検出される。

　続いて、画素回路 1 は、信号レベルを読み込む。信号レベルの読み込みにおいて、第 2 スイッチ Sw2 がオンし、参照信号 REF にランプ信号を入力する。第 2 キャパシタ C2 を反転入力端子と接続し、さらに、参照信号 REF をランプ信号とすることで、比較回路 Cmp の反転入力端子に第 2 キャパシタ C2 に蓄えられている電位を基準としたランプ信号が印加される。上記と同様に、反転入力端子に印加される電位が非反転入力端子の電位と等しくなると、出力電圧 VOUT が High から Low へと遷移する。

　第 2 スイッチ Sw2 は、出力電圧 VOUT が反転してから十分な時間が経過した後にオフする。この時間は、例えば、ランプ信号が所定値になるまでの時間等とすることができる。

　画素回路 1 の外部に備えられるラッチ又はカウンタ等によって、ランプ信号と同期しているカウント値を、出力電圧 VOUT がHigh である時間において読み込むことで、信号レベルが検出される。この信号レベルとリセットレベルとの差を取ることで、ノイズを除去した信号レベルのデジタル信号を取得することができる。

　以上のように、本実施形態によれば、固体撮像装置は、比較回路 Cmp の出力を画素回路 1 の出力とすることができる。画素回路内において比較をすることで、画素ごとに高速に、かつ、ダイナミックレンジを落とさない状態で適切な比較信号を出力することができる。画素回路の外部に配置される ADC においては、ランプ信号に同期させたカウンタを読み込むことで、適切に受光素子に入射する光の強度に基づいた信号を取得することができる。

　(第 2 実施形態)
　図3は、一実施形態に係る画素回路の一実装例を示す図である。画素回路 1 は、受光素子 P を備える画素チップと、比較回路 Cmp の出力をする論理チップと、に分かれて実装されていてもよい。

　画素チップは、例えば、画素アレイの受光領域を含み、受光素子とアナログ信号を適切に出力するための回路を備える。論理チップは、例えば、信号のサンプリングと、比較を実行して、 High/Low のデジタル信号を出力電圧として出力する回路と、その後の処理を実行する ADC 、信号処理回路、画像処理回路、記憶回路及び入出力インタフェース等を備えるチップである。

　転送スイッチ Trg 及びリセットスイッチ Rst は、それぞれ n 型 MOSFET で形成されていてもよい。ゲートに適切なタイミングで適切な電圧が印加されることで、上記のフローティングディフュージョン領域 FD のリセット及び信号転送の処理を実行する。

　受光素子 P の出力端 (例えば、カソード) 側には、転送トランジスタ Trg とともに、排出トランジスタ Ofg が備えられてもよい。排出トランジスタ Ofg は、受光素子 P の出力端側に蓄積した電荷を適切なタイミングで排出するトランジスタである。排出トランジスタ Ofg は、例えば、 n 型 MOSFET で形成されていてもよい。排出トランジスタ Ofg は、適切なタイミングでゲートに適切な電圧が印加されることで、受光素子 P の出力端に蓄積した電荷を排出し、リセットする。

　比較回路 Cmp は、第 1 トランジスタ M1 と、第 2 トランジスタ M2 と、第 3 トランジスタ M3 と、を備える。

　第 1 トランジスタ M1 は、例えば、 n 型 MOSFET であり、ゲートが比較回路 Cmp の非反転入力端子として動作する。第 1 トランジスタ M1 は、例えば、ドレインが正側の電源電圧 VDD と接続される。

　第 2 トランジスタ M2 は、例えば、 p 型 MOSFET であり、ゲートが比較回路 Cmp の反転入力端子として動作する。第 1 トランジスタ M2 は、例えば、ソースが第 1 トランジスタ M1 のソースと接続され、ドレインが比較回路 Cmp の出力端子と接続される。

　第 3 トランジスタ M3 は、例えば、 n 型 MOSFET であり、ドレインが第 2 トランジスタ M2 のドレインと接続され、ソースが負側の電源電圧 (例えば、接地電圧) と接続され、ゲートにバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は、例えば、画素アレイにおけるラインの選択に用いられる信号であってもよい。すなわち、第 3 トランジスタ M3 のゲートに印加される電圧により、比較回路 Cmp からの出力が制御されてもよい。

　第 1 スイッチ Sw1 、第 2 スイッチ Sw2 及び第 3 スイッチ Sw3 は、それぞれ、例えば、 n 型 MOSFET であってもよい。これらのスイッチは、それぞれ、適切なタイミングでゲートに駆動制御をする信号が印加され、上記の動作を実行する。

　一例としての図3の構成によれば、サンプリングモードにおいて、第 3 スイッチ Sw3 をオンすることで、比較回路 Cmp は、フローティングディフュージョン領域 FD の電圧を入力とするボルテージフォロアとして動作する。この結果、出力インピーダンスを下げることができ、第 1 スイッチ Sw1 及び第 2 スイッチ Sw2 の負荷によらず、第 1 キャパシタ C1 及び第 2 キャパシタ C2 に適切な信号を維持することができ、これらのスイッチに起因する kT/C ノイズを低減することができる。また、この回路構成によれば、ボルテージフォロアと、コンパレータとを兼用することができるため、回路の面積を小さく維持することも可能である。

　また、サンプリングモードにおいて、リセットレベルが第 1 キャパシタ C1 に保持され、この保持された電位をコンパレータモードで読み出すことができる。すなわち、リセットされた状態からリセットレベルの読み込みが可能となる。このため、リセットレベルの読み込みの前に、再度の回路の充電状態のオートゼロ設定を行うことなく信号の比較を始めることができる。この結果、オートゼロ実行の時間を追加することなく AD 変換時間の短縮及びダイナミックレンジの拡大を実現することができる。

　(第 3 実施形態)
　前述の実施形態で説明した画素回路は、例えば、画素チップにおいて、ライン方向及びカラム方向における 2 次元のアレイ状に配置され、画素アレイを形成する。画素アレイは、例えば、ラインを選択する水平方向制御回路と、カラムを指定する垂直方向制御回路と、により受光素子が指定される。この指定された受光素子からの信号が、論理チップの回路へと転送され、 AD 変換等の処理が実行される。

　図4は、一実施形態に係る画素回路の接続の一例を示す図である。この図では、 1 カラムの画素回路だけを示しているが、この画素回路及び ADC 等の回路は、適切に 1 カラムごと、又は、複数カラムごとに備えられる。

　カラムに備えられる画素回路 1 は、それぞれにカラム単位回路 20 と接続される。カラム単位回路 20 は、カラムごとに論理チップに備えられる回路である。カラム単位回路 20 は、ラッチ／カウンタ 200 と、入力トランジスタ 202 と、電流源 204 と、を備える。

　ラッチ／カウンタ 200 は、画素回路 1 から出力される High/Low の信号に基づいてカウント値を係数して、信号レベルからリセットレベルを減算し、ノイズを除去した画素値を取得する。ラッチ／カウンタ 200 は、例えば、ランプ信号の立ち上がり (又は立ち下がり) に同期しているクロックの回数を計数することで、ランプ信号の計数値を取得し、この取得した計数値に基づいて画素値を算出する。

　入力トランジスタ 202 は、例えば、 n 型 MOSFET であり、画素回路 1 から出力された信号がゲートに印加され、 High の信号がゲートに印加されると、ドレイン電流を流し、 Low の信号がゲートに印加されると、電流源 204 から出力された電流が、ラッチ／カウンタ 200 へと流れる。

　すなわち、電流源 204 から出力された電流が、画素回路 1 からの出力が High の場合に、ラッチ／カウンタ 200 へと流れ、 Low の場合に、接地点へと流れる。この結果、ラッチ／カウンタ 200 は、電流源 204 から流れる電流に基づいて、適切な係数を実行することができる。

　なお、上記においては、カラム単位回路、すなわち、カラム ADC として動作する回路について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、この ADC として動作する回路は、画素単位の回路、複数カラム単位、又は、エリア単位の回路として備えられていてもよい。

　また、画素回路 1 と、カラム単位回路 20 との間には、それぞれスイッチが備えられていてもよい。このスイッチは、選択されたラインにおいてオンするスイッチであり、このスイッチを備えることで、選択している画素回路 1 からの出力を取得することができる。

　複数カラム単位の回路又はエリア単位の回路である場合には、このスイッチは、ライン及びカラムにより指定された場合にオンするスイッチとして動作することもできる。この動作により、これらの回路は、適切な画素からの信号を AD 変換することができる。

　(第 4 実施形態)
　図5は、一実施形態に係る画素回路 1 の一例を示す図である。前述した各実施形態においては、 1 つの受光素子に対して 1 つの比較回路を備えていたが、本開示における形態は、これに限定されるものではない。すなわち、複数の受光素子が比較回路を共有する形態であってもよい。

　比較回路 Cmp の少なくとも一部は、複数の画素 (複数の受光素子) で共有されてもよい。例えば、図5に示すように、画素 1 及び画素 2 において、比較回路 Cmp の一部のトランジスタ (第 2 トランジスタ M2 及び第 3 トランジスタ M3) が共有されてもよい。

　この図に示すように、画素ごとに、転送トランジスタ Trg 、リセットトランジスタ Rst 及び排出トランジスタ Ofg を備え、比較回路 Cmp の一部として、第 1 トランジスタ M1_1 、 M1_2 をそれぞれのフローティングディフュージョン領域 FD1 、 FD2 と接続されるように備える。

　この場合、さらに、画素を選択駆動するための選択トランジスタ Sel1 、Sel2 が、第 1 トランジスタのドレインと電源電圧との間に備えられ、それぞれの画素の駆動を制御してもよい。

　転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び排出トランジスタには、同じタイミングにおいて同じ信号が入力されてもよい。この場合、選択トランジスタを適切に駆動することで、画素 1 からの出力と、画素 2 からの出力を切り替えることができる。

　論理チップ側においては、サンプリング及び読み込みをするためのキャパシタを、画素ごとに備える。このようにキャパシタを画素ごとに備えることで、同じ相の入出力をまとめて実現することができる。

　例えば、まず、選択トランジスタ Sel1 をオン、選択トランジスタ Sel2 をオフすることで、画素 1 からの出力を有効にする。このタイミングで上記のサンプリングモードと同様に、第 1 スイッチ Sw1_1 、第 2 スイッチ Sw2_1 及び第 3 スイッチ Sw3 を制御することで、画素 1 のリセットレベルを第 1 キャパシタ C1_1にサンプリングする。

　続いて、選択トランジスタ Sel1 をオフ、選択トランジスタ Sel2 をオンし、第 1 スイッチ Sw2_2 、第 2 スイッチ Sw2_2 及び第 3 スイッチ Sw3 を制御することで、画素 2 のリセットレベルを第 1 キャパシタ C1_2 にサンプリングする。

　続いて、選択トランジスタ Sel1 をオン、選択トランジスタ Sel2 をオフし、さらに転送トランジスタを駆動することでフローティングディフュージョン領域 FD1 、 FD2 にそれぞれの受光素子 P1 、 P2 により生成された信号値を読み込む。その上で、第 1 スイッチ Sw1_1 、第 2 スイッチ Sw2_1 及び第 3 スイッチ Sw3 を制御することで、画素 1 の信号レベルを第 2 キャパシタ C2_1にサンプリングする。

　続いて、選択トランジスタ Sel1 をオフ、選択トランジスタ Sel2 をオンし、第 1 スイッチ Sw1_2 、第 2 スイッチ Sw2_2 及び第 3 スイッチ Sw3 を制御することで、画素 1 の信号レベルを第 2 キャパシタ C2_2にサンプリングする。

　なお、この順番に限られず、例えば、リセットレベルのサンプリングが終わった後に、選択トランジスタの状態を変えずに画素 2 の信号レベルを第 2 キャパシタ C2_2 にサンプリングし、その後に、選択状態を制御してから画素 1 の信号レベルを第 2 キャパシタ C2_1 にサンプリングしてもよい。

　さらには、フローティングディフュージョン領域 FD を共有する形態であってもよい。

　上記においては、 2 画素における比較回路 Cmp の一部を共有する形態について説明したが、比較回路 Cmp の一部を共有する受光素子は、 3 以上であってもよい。この場合も同様に切り替えることで、それぞれの画素の信号値を適切に取得することが可能である。

　以上のように、本実施形態に係る画素回路の構成によれば、前述の各実施形態と比較して、さらに、回路面積を削減することが可能となる。この場合においても、信号値の精度を上げ、一般的な画素回路と比較した場合に、ダイナミックレンジを劣化させることなく AD 変換の時間を削減することができる。

　図6は、前述の各実施形態に係る画素回路 1 を備えるイメージセンサチップ 3 の限定されない実装例である。固体撮像装置は、異なる半導体層である第 1 半導体層 31 と、第 2 半導体層 32 によりイメージセンサチップ 3 が形成されてもよい。第 1 半導体層 31 には、画素回路 1 が 2 次元のアレイ状に配置される受光領域 300 が備えられ、第 2 半導体層 32 には、記憶回路 302 と、処理回路 304 と、が備えられる。

　例えば、第 1 半導体層 31 は、図3、図5における画素チップであり、第 2 半導体層 32 は、論理チップである。

　第 1 半導体層 31 及び第 2 半導体層 32 は、積層されて一体の半導体装置として形成され、動作する。例えば、第 1 半導体層 31 が第 2 半導体層 32 よりも受光素子に入射光を集光するための光学系に近く配置され、光学系を介した光を第 1 半導体層 31 において受光し、第 2 半導体層 32 に信号が出力される。

　図7は、上記とは別の実装例である。固体撮像素子は、異なる半導体層である第 1 半導体層 31 と、第 2 半導体層 32 と、第 3 半導体層 33 に実装されてもよい。第 1 半導体層 31 には、受光領域 300 が備えられ、第 2 半導体層 32 には、処理回路 304 が備えられ、第 3 半導体層 33 には、記憶回路 302 が備えられる。第 1 半導体層 31 、第 2 半導体層 32 及び第 3 半導体層 33 は、積層されて一体の半導体装置として形成され、動作する。例えば、第 1 半導体層 31 が光学系に最も近く配置され、光学系を介した光を第 1 半導体層 31 において受光し、第 2 半導体層 32 及び第 3 半導体層 33 の少なくとも一方に信号が出力される。

　図6、図7に示す形態の場合、半導体層は、例えば、ウェハから切り出して個片化した後に上下に重ねて貼り合わされる CoC (Chip on Chip) 方式を採用してもよい。また、いずれか 1 つの層を切り出して個片化した後にウェハと貼り合わされる CoW (Chip on Wafer) 方式を採用してもよい。あるいは、それぞれのウェア同士を貼り合わせてから個片化する WoW (Wafer on Wafer) 方式を採用してもよい。

　半導体層同士の接合には、限定されない例として、ビアホール、マイクロバンプ、マイクロパッド、プラズマ接合等を用いることができる。このような手法により、適切にそれぞれの半導体層は、電気的に接続され、信号を送受信可能に形成される。

　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

　図8は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図8に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller　Area　Network）、ＬＩＮ（Local　Interconnect　Network）、ＬＡＮ（Local　Area　Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。

　各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図8では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。

　駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock　Brake　System）又はＥＳＣ（Electronic　Stability　Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。

　駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。

　ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

　バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。

　車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time　Of　Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。

　環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light　Detection　and　Ranging、Laser　Imaging　Detection　and　Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。

　ここで、図9は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

　なお、図9には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

　車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。

　図8に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。

　また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。

　車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。

　統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal　Digital　Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。

　記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random　Access　Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard　Disc　Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。

　汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global　System　of　Mobile　communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long　Term　Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer　To　Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine　Type　Communication）端末）と接続してもよい。

　専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless　Access　in　Vehicle　Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated　Short　Range　Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle　to　Vehicle）通信、路車間（Vehicle　to　Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle　to　Home）の通信及び歩車間（Vehicle　to　Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。

　測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global　Navigation　Satellite　System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。

　ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。

　車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near　Field　Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless　USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition　Multimedia　Interface、又はＭＨＬ（Mobile　High-definition　Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。

　車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。

　統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced　Driver　Assistance　System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。

　マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。

　音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図8の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented　Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。

　なお、図8に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。

　なお、図1から図7を用いて説明した本実施形態に係る画素回路 1 を含む固体撮像装置又は当該固体撮像装置を含む電子機器の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。

　以上説明した車両制御システム７０００において、図1から図7を用いて説明した本実施形態に係る画素回路 1 を含む固体撮像装置又は当該固体撮像装置を含む電子機器は、図8に示した応用例の撮像部7410、車外情報検出部 7420 又は運転者状態検出部 7510 等、撮像を行う箇所の少なくとも一部に適用することができる。

　また、図1から図7を用いて説明した画素回路 1 の少なくとも一部の構成要素は、図8に示した統合制御ユニット７６００のためのモジュール（例えば、一つのダイで構成される集積回路モジュール）において実現されてもよい。あるいは、図6、図7を用いて説明したイメージセンサチップ 3 が、図8に示した車両制御システム７０００の複数の制御ユニットにまたがって実現されてもよい。

　前述した実施形態は、以下のような形態としてもよい。

　(1)
　非反転入力端子と、反転入力端子を備える、比較回路と、
　前記反転入力端子に接続される、第 1 スイッチと、
　前記反転入力端子に接続され、前記第 1 スイッチと異なるタイミングで制御される、第 2 スイッチと、
　前記比較回路の出力端子と、前記反転入力端子との間に接続される、第 3 スイッチと、
　一端が前記第 1 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に参照信号が印加される、第 1 キャパシタと、
　一端が前記第 2 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に前記参照信号が印加される、第 2 キャパシタと、
　を備える、固体撮像装置。

　(2)
　前記比較回路は、
　　前記非反転入力端子と制御端子が接続され、一端が正側電源電圧と接続される、第 1 トランジスタと、
　　前記反転入力端子と制御端子が接続される、一端が前記第 1 トランジスタの他端と接続され、他端が前記第 3 スイッチと接続されるとともに当該他端から出力信号を出力する、第 2 トランジスタと、
　を備える、(1)に記載の固体撮像装置。

　(3)
　前記非反転入力端子は、画素回路におけるフローティングディフュージョン領域と接続される、
　(1)又は(2)に記載の固体撮像装置。

　(4)
　前記第 3 スイッチは、
　　信号のサンプリングのタイミングでオンする、
　(3)に記載の固体撮像装置。

　(5)
　前記フローティングディフュージョン領域のリセットレベルのサンプリングのタイミングにおいて、
　　前記第 1 スイッチは、オンし、
　　前記第 2 スイッチは、オフ状態を継続し、
　　前記第 1 キャパシタは、前記リセットレベルに基づいた信号を、前記比較回路及び前記第 3 スイッチを介して前記参照信号の基準値を基準電位としてサンプリングし、
　前記第 1 スイッチは、前記第 1 キャパシタがサンプリングした後にオフする、
　(4)に記載の固体撮像装置。

　(6)
　受光素子から出力される信号レベルのサンプリングのタイミングにおいて、
　　前記第 1 スイッチは、オフ状態を継続し、
　　前記第 2 スイッチは、前記サンプリングのタイミングでオンし、
　　前記第 2 キャパシタは、前記信号レベルを、前記フローティングディフュージョン、前記比較回路及び前記第 3 スイッチを介して前記参照信号の基準値を基準電位としてサンプリングし、
　前記第 2 スイッチは、前記第 2 キャパシタがサンプリングした後にオフする、
　(4)又は(5)に記載の固体撮像装置。

　(7)
　前記第 3 スイッチは、
　　信号の比較のタイミングでオフする、
　(3)から(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。

　(8)
　前記フローティングディフュージョン領域のリセットレベルの読み込みのタイミングにおいて、
　　前記第 1 スイッチは、オンし、
　　前記第 2 スイッチは、オフ状態を継続し、
　　前記前記第 1 キャパシタの他端に、前記参照信号としてランプ信号が入力され、
　　前記第 1 スイッチは、前記比較回路の出力する信号が反転した後にオフする、
　(7)に記載の固体撮像装置。

　(9)
　受光素子から出力される信号レベルの読み込みのタイミングにおいて、
　　前記第 1 スイッチは、オフ状態を継続し、
　　前記第 2 スイッチは、オンし、
　　前記第 2 キャパシタの他端に、前記参照信号としてランプ信号が入力され、
　　前記第 2 スイッチは、前記比較回路の出力する信号が反転した後にオフする、
　(7)又は(8)に記載の固体撮像装置。

　(10)
　複数の受光素子に接続される、
　(1)から(9)のいずれかに記載の固体撮像装置。

　(11)
　前記複数の受光素子のそれぞれに対して、前記第 1 スイッチ、前記第 1 キャパシタ、前記第 2 スイッチ及び前記第 2 キャパシタを備える、
　(10)に記載の固体撮像装置。

　(12)
　非反転入力端子と、反転入力端子を備える、比較回路と、
　前記反転入力端子に接続される、第 1 スイッチと、
　前記反転入力端子に接続され、前記第 1 スイッチと異なるタイミングで制御される、第 2 スイッチと、
　前記比較回路の出力端子と、前記反転入力端子との間に接続される、第 3 スイッチと、
　一端が前記第 1 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に参照信号が印加される、第 1 キャパシタと、
　一端が前記第 2 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に前記参照信号が印加される、第 2 キャパシタと、
　を備える、比較装置。

　本開示の態様は、前述した実施形態に限定されるものではなく、想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も前述の内容に限定されるものではない。各実施形態における構成要素は、適切に組み合わされて適用されてもよい。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

　1: 画素回路、
　 Sw1: 第 1 スイッチ、
　 Sw2: 第 2 スイッチ、
　 Sw3: 第 3 スイッチ、
　 C1: 第 1 キャパシタ、
　 C2: 第 2 キャパシタ、
　 Cmp: 比較回路、
　  M1: 第 1 トランジスタ、
　  M2: 第 2 トランジスタ、
　  M3: 第 3 トランジスタ、
　 Trg: 転送スイッチ、
　 Rst: リセットスイッチ、
　 Ofg: 排出トランジスタ、
　 FD: フローティングディフュージョン領域、
　 Cfd: FD キャパシタ、
　 P: 受光素子、
　20: カラム単位回路、
　 200: ラッチ／カウンタ、
　 202: 入力トランジスタ、
　 204: 電流源、
　3: イメージセンサチップ、
　 31: 第 1 半導体層、
　 32: 第 2 半導体層、
　 33: 第 3 半導体層、
　 300: 受光領域、
　 302: 記憶回路、
　 304: 処理回路

Claims (12)

1. 　非反転入力端子と、反転入力端子を備える、比較回路と、
   　前記反転入力端子に接続される、第 1 スイッチと、
   　前記反転入力端子に接続され、前記第 1 スイッチと異なるタイミングで制御される、第 2 スイッチと、
   　前記比較回路の出力端子と、前記反転入力端子との間に接続される、第 3 スイッチと、
   　一端が前記第 1 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に参照信号が印加される、第 1 キャパシタと、
   　一端が前記第 2 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に前記参照信号が印加される、第 2 キャパシタと、
   　を備える、固体撮像装置。
2. 　前記比較回路は、
   　　前記非反転入力端子と制御端子が接続され、一端が正側電源電圧と接続される、第 1 トランジスタと、
   　　前記反転入力端子と制御端子が接続される、一端が前記第 1 トランジスタの他端と接続され、他端が前記第 3 スイッチと接続されるとともに当該他端から出力信号を出力する、第 2 トランジスタと、
   　を備える、請求項1に記載の固体撮像装置。
3. 　前記非反転入力端子は、画素回路におけるフローティングディフュージョン領域と接続される、
   　請求項1に記載の固体撮像装置。
4. 　前記第 3 スイッチは、
   　　信号のサンプリングのタイミングでオンする、
   　請求項3に記載の固体撮像装置。
5. 　前記フローティングディフュージョン領域のリセットレベルのサンプリングのタイミングにおいて、
   　　前記第 1 スイッチは、オンし、
   　　前記第 2 スイッチは、オフ状態を継続し、
   　　前記第 1 キャパシタは、前記リセットレベルに基づいた信号を、前記比較回路及び前記第 3 スイッチを介して前記参照信号の基準値を基準電位としてサンプリングし、
   　前記第 1 スイッチは、前記第 1 キャパシタがサンプリングした後にオフする、
   　請求項4に記載の固体撮像装置。
6. 　受光素子から出力される信号レベルのサンプリングのタイミングにおいて、
   　　前記第 1 スイッチは、オフ状態を継続し、
   　　前記第 2 スイッチは、前記サンプリングのタイミングでオンし、
   　　前記第 2 キャパシタは、前記信号レベルを、前記フローティングディフュージョン領域、前記比較回路及び前記第 3 スイッチを介して前記参照信号の基準値を基準電位としてサンプリングし、
   　前記第 2 スイッチは、前記第 2 キャパシタがサンプリングした後にオフする、
   　請求項4に記載の固体撮像装置。
7. 　前記第 3 スイッチは、
   　　信号の比較のタイミングでオフする、
   　請求項3に記載の固体撮像装置。
8. 　前記フローティングディフュージョン領域のリセットレベルの読み込みのタイミングにおいて、
   　　前記第 1 スイッチは、オンし、
   　　前記第 2 スイッチは、オフ状態を継続し、
   　　前記第 1 キャパシタの他端に、前記参照信号としてランプ信号が入力され、
   　　前記第 1 スイッチは、前記比較回路の出力する信号が反転した後にオフする、
   　請求項7に記載の固体撮像装置。
9. 　受光素子から出力される信号レベルの読み込みのタイミングにおいて、
   　　前記第 1 スイッチは、オフ状態を継続し、
   　　前記第 2 スイッチは、オンし、
   　　前記第 2 キャパシタの他端に、前記参照信号としてランプ信号が入力され、
   　　前記第 2 スイッチは、前記比較回路の出力する信号が反転した後にオフする、
   　請求項7に記載の固体撮像装置。
10. 　複数の受光素子に接続される、
    　請求項1に記載の固体撮像装置。
11. 　前記複数の受光素子のそれぞれに対して、前記第 1 スイッチ、前記第 1 キャパシタ、前記第 2 スイッチ及び前記第 2 キャパシタを備える、
    　請求項10に記載の固体撮像装置。
12. 　非反転入力端子と、反転入力端子を備える、比較回路と、
    　前記反転入力端子に接続される、第 1 スイッチと、
    　前記反転入力端子に接続され、前記第 1 スイッチと異なるタイミングで制御される、第 2 スイッチと、
    　前記比較回路の出力端子と、前記反転入力端子との間に接続される、第 3 スイッチと、
    　一端が前記第 1 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に参照信号が印加される、第 1 キャパシタと、
    　一端が前記第 2 スイッチを介して前記反転入力端子と接続され、他端に前記参照信号が印加される、第 2 キャパシタと、
    　を備える、比較装置。