WO2025253786A1 - 光検出装置、光検出システム、および電子機器 - Google Patents

光検出装置、光検出システム、および電子機器

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WO2025253786A1
WO2025253786A1 PCT/JP2025/014894 JP2025014894W WO2025253786A1 WO 2025253786 A1 WO2025253786 A1 WO 2025253786A1 JP 2025014894 W JP2025014894 W JP 2025014894W WO 2025253786 A1 WO2025253786 A1 WO 2025253786A1
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photoelectric conversion
signal
conversion element
floating diffusion
transistor
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信宏 河合
哲司 山口
史彦 古閑
秀晃 富樫
泰一郎 渡部
智弘 大久保
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/704—Pixels specially adapted for focusing, e.g. phase difference pixel sets
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors

Definitions

  • This disclosure relates to a light detection device, a light detection system, and an electronic device.
  • An imaging device has been proposed that includes phase difference pixels having two photoelectric conversion units, two charge storage units, and two MOS transistors as switching elements (Patent Document 1).
  • a photodetector includes a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, each having a photoelectric conversion film that photoelectrically converts light, a first floating diffusion electrically connected to the first photoelectric conversion element, and a second floating diffusion electrically connected to the second photoelectric conversion element, and a readout circuit capable of outputting a signal based on charge accumulated in the first floating diffusion.
  • the readout circuit has a first transistor electrically connecting the first floating diffusion and the second floating diffusion.
  • a photodetection system includes a photodetector and a computing device.
  • the photodetector includes a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, each having a photoelectric conversion film for photoelectrically converting light, a first floating diffusion electrically connected to the first photoelectric conversion element, and a second floating diffusion electrically connected to the second photoelectric conversion element.
  • the photodetector also includes a readout circuit capable of outputting a signal based on charge accumulated in the first floating diffusion, and an AD conversion circuit capable of performing AD conversion.
  • the readout circuit has a first transistor electrically connecting the first floating diffusion and the second floating diffusion, and is capable of outputting a first signal based on charge converted by the first photoelectric conversion element and a second signal based on charge converted by the first photoelectric conversion element and charge converted by the second photoelectric conversion element.
  • an electronic device includes a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, each having a photoelectric conversion film that photoelectrically converts light, a first floating diffusion electrically connected to the first photoelectric conversion element, and a second floating diffusion electrically connected to the second photoelectric conversion element, and is equipped with a readout circuit capable of outputting a signal based on charge accumulated in the first floating diffusion.
  • the readout circuit has a first transistor electrically connecting the first floating diffusion and the second floating diffusion.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of an imaging device that is an example of a photodetection device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a pixel unit of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a pixel of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of an imaging device that is an example of a photodetection device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a pixel unit of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the operation of the imaging device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a timing chart illustrating an example of the operation of the imaging device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a timing chart illustrating an example of the operation of the imaging device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another example of a cross-sectional configuration of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating another example of a circuit configuration of a pixel of an imaging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the configuration of an imaging device according to the first modification of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of an imaging device according to the first modification of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining an example of a planar configuration of an imaging device according to the first modification of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to the second modification of the present disclosure.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to Modification 3 of the present disclosure.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to Modification 3 of the present disclosure.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to the fourth modification of the present disclosure.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to the fourth modification of the present disclosure.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to the fifth modification of the present disclosure.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to Modification 5 of the present disclosure.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to Modification 5 of the present disclosure.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to Modification 5 of the present disclosure.
  • FIG. 23 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to Modification 5 of the present disclosure.
  • FIG. 24 is a diagram for explaining an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to the fifth modification of the present disclosure.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to the sixth modification of the present disclosure.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to the sixth modification of the present disclosure.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to the sixth modification of the present disclosure.
  • FIG. 28 is a timing chart showing an example of the operation of the imaging device according to the seventh modification of the present disclosure.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to Modification 8 of the present disclosure.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to Modification 8 of the present disclosure.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to a ninth modification of the present disclosure.
  • FIG. 32 is a timing chart showing an example of the operation of the imaging device according to the ninth modification of the present disclosure.
  • FIG. 33A is a diagram for explaining a configuration example of an imaging device according to a tenth modification of the present disclosure.
  • FIG. 33B is a diagram for explaining a configuration example of an imaging device according to Modification 10 of the present disclosure.
  • FIG. 34 is a block diagram showing an example of the configuration of an electronic device.
  • FIG. 34 is a block diagram showing an example of the configuration of an electronic device.
  • 35A is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a light detection system.
  • FIG. 35B is a schematic diagram illustrating an example of the overall configuration of the light detection system.
  • FIG. 36 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system.
  • FIG. 37 is an explanatory diagram showing an example of the installation positions of the outside-vehicle information detection unit and the imaging unit.
  • FIG. 38 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system.
  • FIG. 39 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head and the CCU.
  • Embodiment Fig. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of an imaging device, which is an example of a photodetector according to an embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 2 is a diagram showing an example of a pixel unit of the imaging device according to the embodiment.
  • the photodetector is a device capable of detecting incident light.
  • the imaging device 1, which is an example of a photodetector, has a plurality of pixels PX each having a photoelectric conversion unit (photoelectric conversion element) and is configured to photoelectrically convert incident light to generate a signal.
  • the imaging device 1 can generate a signal by receiving light that has passed through an optical system (not shown) including an optical lens, for example.
  • the imaging device 1 is configured, for example, using a semiconductor substrate (e.g., a silicon substrate) on which multiple pixels PX are provided.
  • a semiconductor substrate e.g., a silicon substrate
  • Each pixel PX of the imaging device 1 includes, for example, a photodiode (PD) as a photoelectric conversion unit, and is configured to be able to photoelectrically convert light.
  • the imaging device 1 has, as an imaging area, a region (pixel unit 100) in which multiple pixels PX are arranged two-dimensionally in a matrix.
  • the pixel unit 100 can also be considered a pixel array in which multiple pixels PX are arranged.
  • the imaging device 1 captures incident light (image light) from a subject to be measured via an optical system including an optical lens.
  • the imaging device 1 captures an image of the subject formed by the optical lens.
  • the imaging device 1 can generate pixel signals by photoelectrically converting the received light (e.g., visible light, infrared light, etc.).
  • the imaging device 1, which is a light detection device, is a device that can receive incident light and generate a signal, and can also be called a light receiving device.
  • the imaging device 1 can be configured as an image sensor.
  • the imaging device 1 is, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor.
  • the imaging device 1 can have a structure (layered structure) formed by stacking multiple semiconductor layers.
  • the imaging device 1 can be used in various electronic devices, such as digital still cameras, video cameras, and mobile phones.
  • the direction of light incident from the subject is the Z-axis direction
  • the left-right direction on the paper surface perpendicular to the Z-axis direction is the X-axis direction
  • the up-down direction on the paper surface perpendicular to the Z-axis and X-axis directions is the Y-axis direction.
  • directions may be indicated based on the direction of the arrow in Figure 2.
  • the imaging device 1 includes a pixel section 100 (pixel array), a vertical drive circuit 111, a signal processing circuit 112, a horizontal drive circuit 113, an output circuit 114, a control circuit 115, and an input/output terminal 116.
  • the imaging device 1 is also provided with, for example, a plurality of control lines L1 and a plurality of signal lines L2.
  • the control line L1 is a signal line capable of transmitting signals that control the pixels PX, and is connected to the vertical drive circuit 111 and the pixels PX of the pixel section 100.
  • the pixel section 100 has multiple control lines L1 wired for each pixel row made up of multiple pixels PX lined up in the horizontal direction (row direction).
  • the control line L1 is configured to transmit control signals for reading out signals from the pixels PX.
  • the multiple control lines L1 for each pixel row of the imaging device 1 include, for example, wiring that transmits signals that control selection transistors, wiring that transmits signals that control reset transistors, etc.
  • the control lines L1 can also be considered drive lines (pixel drive lines) that transmit signals that drive the pixels PX.
  • Signal line L2 is a signal line capable of transmitting signals from pixels PX, and is connected to the pixels PX of the pixel unit 100 and the signal processing circuit 112. In the pixel unit 100, for example, one or more signal lines L2 are wired for each pixel column made up of multiple pixels PX lined up in the vertical direction (column direction).
  • Signal line L2 is a vertical signal line configured to transmit signals output from pixels PX.
  • multiple signal lines L2 may be provided for one pixel column.
  • the imaging device 1 may have multiple signal lines L2 for each pixel column.
  • the vertical drive circuit 111 is configured to be able to drive each pixel PX of the pixel section 100.
  • the vertical drive circuit 111 is made up of multiple circuits including, for example, a buffer, a shift register, an address decoder, etc.
  • the vertical drive circuit 111 generates signals for driving the pixels PX and outputs them to each pixel PX of the pixel section 100 via control line L1.
  • the vertical drive circuit 111 is controlled by the control circuit 115, and controls the pixels PX of the pixel section 100.
  • the vertical drive circuit 111 generates, for example, signals to control the selection transistors of the pixels PX, signals to control the reset transistors, etc., and supplies these to each pixel PX via control line L1.
  • the vertical drive circuit 111 can also control the reading of pixel signals from each pixel PX.
  • the vertical drive circuit 111 can also be considered a pixel control unit configured to be able to control each pixel PX.
  • the signal processing circuit 112 is configured to be able to perform signal processing of input pixel signals.
  • the signal processing circuit 112 has, for example, a load circuit, an AD (Analog-Digital) conversion circuit, a horizontal selection switch, etc.
  • the load circuit is configured from a current source capable of supplying current to the amplification transistor of the pixel PX.
  • the signal processing circuit 112 may have an amplifier circuit configured to amplify signals read out from the pixels PX via the signal lines L2.
  • a load circuit, amplifier circuit, AD conversion circuit, etc. may be provided for each of the multiple signal lines L2, for example.
  • a load circuit, amplifier circuit, AD conversion circuit, etc. may be provided for each pixel column of the pixel unit 100.
  • the signals output from each pixel PX selected and scanned by the vertical drive circuit 111 are input to the signal processing circuit 112 via signal line L2.
  • the signal processing circuit 112 can perform signal processing such as AD conversion of the pixel PX signals and CDS (Correlated Double Sampling).
  • the horizontal drive circuit 113 is composed of, for example, a buffer, a shift register, an address decoder, etc.
  • the horizontal drive circuit 113 is configured to be able to drive the horizontal selection switches of the signal processing circuit 112.
  • the horizontal drive circuit 113 drives each horizontal selection switch of the signal processing circuit 112 in sequence while scanning them.
  • the signals of each pixel PX transmitted through each signal line L2 are processed by the signal processing circuit 112 and output in sequence to the horizontal signal line 121 by selective scanning by the horizontal drive circuit 113.
  • the output circuit 114 is configured to perform signal processing on the input signal and output the signal.
  • the output circuit 114 performs signal processing on pixel signals input sequentially from the signal processing circuit 112 via the horizontal signal line 121, and outputs the processed pixel signals.
  • the output circuit 114 can perform, for example, buffering, black level adjustment, column variation correction, and various types of digital signal processing.
  • the control circuit 115 is configured to be able to control each part of the imaging device 1.
  • the control circuit 115 receives externally provided clocks, data instructing the operating mode, etc., and can also output data such as internal information of the imaging device 1.
  • the control circuit 115 has, for example, a timing generator configured to be able to generate various timing signals.
  • the control circuit 115 controls the driving of peripheral circuits such as the vertical drive circuit 111, signal processing circuit 112, and horizontal drive circuit 113 based on various timing signals (pulse signals, clock signals, etc.) generated by the timing generator.
  • the input/output terminals 116 exchange signals with the outside.
  • the vertical drive circuit 111, signal processing circuit 112, horizontal drive circuit 113, horizontal signal line 121, output circuit 114, control circuit 115, etc. may be provided on a single semiconductor substrate, or may be provided separately on multiple semiconductor substrates.
  • the imaging device 1 may have a structure (a stacked structure) formed by stacking multiple substrates.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the cross-sectional configuration of an imaging device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the circuit configuration of a pixel of an imaging device according to an embodiment.
  • imaging device 1 has, for example, a light receiving layer 20, a wiring layer 130, a semiconductor layer 110, and a wiring layer 120.
  • Imaging device 1 has a configuration in which light receiving layer 20, wiring layer 130, semiconductor layer 110, and wiring layer 120 are stacked in the Z-axis direction.
  • the pixels PX of the imaging device 1 have multiple photoelectric conversion units 11 (photoelectric conversion units 11a and 11b in Figure 3).
  • the photoelectric conversion units 11 are configured to receive light and generate signals.
  • each pixel PX of the imaging device 1 for example, multiple photoelectric conversion units 11 are arranged adjacent to each other.
  • pixel PX has photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b.
  • Photoelectric conversion unit 11b is provided next to photoelectric conversion unit 11a.
  • Photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b each have a photoelectric conversion film 22 and are configured to be able to generate electric charge through photoelectric conversion. It can also be said that a pixel having photoelectric conversion unit 11a and a pixel having photoelectric conversion unit 11b are provided.
  • circuit diagrams in Figure 4 and other figures use a diode symbol representing a photodiode to represent the photoelectric conversion unit 11, and schematically show an example of reading out holes as carriers to the floating diffusion.
  • the connection relationship of the diode i.e., the connection relationship of the photoelectric conversion unit 11
  • the connection relationship of the photoelectric conversion unit 11 is not limited to the example shown, and can be determined appropriately depending on the carriers (signal charges).
  • the semiconductor layer 110 has opposing surfaces 11S1 and 11S2.
  • Surface 11S2 of the semiconductor layer 110 is the surface opposite to surface 11S1.
  • the semiconductor layer 110 is composed of a semiconductor substrate, for example, a Si (silicon) substrate.
  • the semiconductor layer 110 may be an SOI (Silicon On Insulator) substrate, a SiGe (Silicon Germanium) substrate, a SiC (Silicon Carbide) substrate, or the like, or may be formed using other semiconductor materials.
  • the semiconductor layer 110 may also be made of a III-V group compound semiconductor material, etc.
  • Surface 11S1 of semiconductor layer 110 is the light-receiving surface (light incident surface).
  • Surface 11S2 of semiconductor layer 110 is the element formation surface on which elements such as transistors are formed. Gate electrodes, gate insulating films (e.g., gate oxide films), etc. are provided on surface 11S2 of semiconductor layer 110. Note that surface 11S2 is the surface on which various circuit elements such as transistors, capacitance elements, or resistance elements are provided, and can also be called the circuit surface.
  • a light receiving layer 20 and a wiring layer 130 are provided on the surface 11S1 side of the semiconductor layer 110.
  • a wiring layer 120 is provided on the surface 11S2 side of the semiconductor layer 110.
  • a lens 91, light receiving layer 20, etc. are provided on the side where light from the optical system is incident, and a wiring layer 120 is provided on the side opposite the side where the light is incident.
  • the wiring layer 120 includes, for example, a conductor film and an insulating film, and has multiple wirings and vias.
  • the wiring layer 120 is a multi-layer wiring layer, and includes, for example, two or more layers of wiring, or three or more layers of wiring.
  • the wiring layer 120 has a configuration in which multiple wirings are stacked with an insulating film interposed between them as an interlayer insulating film (interlayer insulating layer).
  • the wiring of the wiring layer 120 is formed using a metal material such as aluminum (Al), tungsten (W), or copper (Cu).
  • the wiring of the wiring layer 120 may also be made of polysilicon (Poly-Si) or other conductive materials.
  • the interlayer insulating film is formed using, for example, silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), or the like.
  • a readout circuit 15 (see FIG. 4) configured to be able to output a signal based on photoelectrically converted charges is provided for each pixel PX in the semiconductor layer 110 and wiring layer 120.
  • the transistors RST, AMP, SEL, floating diffusion FDA, floating diffusion FDB, etc. of the readout circuit 15 are provided on the surface 11S2 side of the semiconductor layer 110.
  • the above-mentioned vertical drive circuit 111, signal processing circuit 112, horizontal drive circuit 113, horizontal signal line 121, output circuit 114, control circuit 115, etc. may be provided on a substrate separate from the semiconductor layer 110, or on the semiconductor layer 110 and wiring layer 120.
  • the lens 91 is a lens that focuses light and is an optical element also known as an on-chip lens.
  • the lens 91 is made of, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.
  • the lens 91 may also be made of other light-transmitting materials.
  • the lens 91 is provided, for example, above the photoelectric conversion unit 11a and the photoelectric conversion unit 11b for each pixel PX.
  • Lens 91 Light from the subject to be measured enters lens 91 (lens unit) via an optical system such as an imaging lens.
  • Lens 91 guides the incident light toward photoelectric conversion units 11a and 11b.
  • photoelectric conversion units 11a and 11b each photoelectrically convert the light incident via lens 91.
  • Each of photoelectric conversion units 11a and 11b can absorb the incident light and generate an electric charge.
  • one lens 91 is provided for each of the photoelectric conversion units 11a and 11b.
  • the photoelectric conversion units 11a and 11b receive light that has passed through different regions of an optical system, such as an imaging lens, and perform pupil division.
  • Phase difference data can be obtained by using a signal based on the charges converted by photoelectric conversion unit 11a and a signal based on the charges converted by photoelectric conversion unit 11b. Using the phase difference data makes it possible to perform phase difference AF (Auto Focus).
  • Pixels PX of the imaging device 1 are pixels that can be used for phase difference detection, and can also be called phase difference pixels (or phase difference detection pixels).
  • the photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b of each pixel PX include a photoelectric conversion film 22 and an upper electrode 23. Furthermore, the photoelectric conversion unit 11a has a lower electrode 24a, and the photoelectric conversion unit 11b has a lower electrode 24b.
  • the photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b, each having a photoelectric conversion film 22, can also be referred to as a photoelectric conversion region.
  • the photoelectric conversion film 22 generates electric charges through photoelectric conversion.
  • the photoelectric conversion film 22 photoelectrically converts incident light and can generate electric charges according to the amount of light received.
  • the photoelectric conversion film 22 can also be called a photoelectric conversion layer.
  • the photoelectric conversion film 22 (photoelectric conversion layer) is, for example, a photoelectric conversion film made of an organic material.
  • each pixel PX is provided with a photoelectric conversion film 22 made of an organic semiconductor material.
  • a photoelectric conversion film made of an inorganic material may also be disposed as the photoelectric conversion film 22.
  • the material of the photoelectric conversion film 22 can be selected, for example, depending on the wavelength range of the incident light to be measured.
  • the upper electrode 23 is, for example, an electrode common to the photoelectric conversion film 22 of multiple pixels PX, and is provided on one side of the photoelectric conversion film 22.
  • a lower electrode 24a and a lower electrode 24b are provided for the photoelectric conversion film 22.
  • the lower electrode 24a and the lower electrode 24b are provided on the other side of the photoelectric conversion film 22 for each pixel PX.
  • the lower electrodes 24a and 24b are electrodes used to read out the charges converted by the photoelectric conversion film 22.
  • the upper electrode 23 and the lower electrode 24a are arranged with the photoelectric conversion film 22 sandwiched between them.
  • the lower electrode 24a and the lower electrode 24b are each provided facing the upper electrode 23, with a portion of the photoelectric conversion film 22 sandwiched between them.
  • the upper electrode 23 is an electrode above the photoelectric conversion film 22, and the lower electrodes 24a and 24b are electrodes below the photoelectric conversion film 22.
  • the upper electrode 23 is an electrode common to multiple pixels PX and can also be called a common electrode.
  • the lower electrodes 24a and 24b can also be called readout electrodes.
  • the upper electrode 23, lower electrode 24a, and lower electrode 24b are electrically connected to circuits provided in the semiconductor layer 110 and wiring layer 120, for example, via different wiring, electrodes, etc.
  • the lower electrode 24a and the lower electrode 24b are provided on the wiring layer 130.
  • the wiring layer 130 is provided on the surface 11S1 of the semiconductor layer 110.
  • the wiring layer 130 includes, for example, a conductor film and an insulating film, and has multiple wirings and electrodes, etc.
  • the wiring layer 130 may be a multi-layer wiring layer, and may have a configuration in which multiple wirings are stacked.
  • the wiring layer 130 has, for example, an insulating film such as an oxide film, nitride film, or oxynitride film as an interlayer insulating film.
  • the insulating film of the wiring layer 130 may be made of, for example, silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), or silicon oxynitride (SiON), or may be made of other materials that transmit the light to be measured.
  • the above-mentioned upper electrode 23, lower electrode 24a, and lower electrode 24b are each, for example, transparent electrodes and may be made of ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), tin oxide (SnO), zinc oxide (ZnO), etc.
  • the upper electrode 23, lower electrode 24a, and lower electrode 24b may also be made of other metal oxides, or may be made using other transparent conductive materials.
  • the upper electrode 23, the lower electrode 24a, and the lower electrode 24b may be formed using a tin oxide-based material such as antimony (Sb)-doped tin oxide (ATO) or fluorine (F)-doped tin oxide (FTO).
  • a tin oxide-based material such as antimony (Sb)-doped tin oxide (ATO) or fluorine (F)-doped tin oxide (FTO).
  • ATO antimony
  • F fluorine
  • the upper electrode 23, the lower electrode 24a, and the lower electrode 24b may also be formed using a zinc oxide-based material.
  • the upper electrode 23, the lower electrode 24a, and the lower electrode 24b may be made of, for example, aluminum zinc oxide (AZO), gallium zinc oxide (GZO), indium zinc oxide (IZO), indium gallium zinc oxide (IGZO), etc.
  • the upper electrode 23, the lower electrode 24a, and the lower electrode 24b may be made of CuI, InSbO4 , ZnMgO, CuInO2 , MgIN2O4 , CdO , ZnSnO3 , TiO2 , a spinel oxide, an oxide having a YbFe2O4 structure, etc.
  • the upper electrode 23, the lower electrode 24a, or the lower electrode 24b may be made of, for example, an alkali metal (lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), etc.), an alkaline earth metal (magnesium (Mg), calcium (Ca), etc.), etc.
  • an alkali metal lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), etc.
  • an alkaline earth metal magnesium (Mg), calcium (Ca), etc.
  • the upper electrode 23, the lower electrode 24a, or the lower electrode 24b may be formed using a metal material such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), iron (Fe), cobalt (Co), or molybdenum (Mo).
  • a metal material such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), iron (Fe), cobalt (Co), or molybdenum (Mo).
  • the upper electrode 23, the lower electrode 24a, and the lower electrode 24b may be constructed using conductive materials such as impurity-containing polysilicon, carbon-based materials, oxide semiconductors, carbon nanotubes, and graphene.
  • the upper electrode 23, the lower electrode 24a, and the lower electrode 24b may also be formed using an organic material (e.g., a conductive polymer) such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polystyrene sulfonate [PEDOT/PSS].
  • a conductive polymer such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polystyrene sulfonate [PEDOT/PSS].
  • the photoelectric conversion film 22 may absorb, for example, 60% or more of light of a predetermined wavelength included at least in the visible light range to the near-infrared range, and perform charge separation.
  • the photoelectric conversion film 22 absorbs light of some or all wavelengths in the visible light range of 400 nm or more and less than 1300 nm, and the near-infrared light range.
  • the photoelectric conversion film 22 is composed of, for example, two or more organic materials that function as p-type semiconductors or n-type semiconductors, and has a junction surface between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor (p/n junction surface).
  • the photoelectric conversion film 22 may have a laminated structure (p-type semiconductor layer/n-type semiconductor layer) of a layer made of a p-type semiconductor (p-type semiconductor layer) and a layer made of an n-type semiconductor (n-type semiconductor layer), a laminated structure (p-type semiconductor layer/bulk hetero layer) of a p-type semiconductor layer and a mixed layer of p-type and n-type semiconductors (bulk hetero layer), or a laminated structure (n-type semiconductor layer/bulk hetero layer) of an n-type semiconductor layer and a bulk hetero layer.
  • the photoelectric conversion film 22 may also be formed solely from a mixed layer of p-type and n-type semiconductors (bulk hetero layer).
  • a p-type semiconductor for example, is a hole transport material that functions relatively as an electron donor, while an n-type semiconductor is an electron transport material that functions relatively as an electron acceptor.
  • the photoelectric conversion film 22 provides a site where excitons (electron-hole pairs) generated upon light absorption separate into electrons and holes; specifically, the electron-hole pairs separate into electrons and holes at the interface (p/n junction) between the electron donor and electron acceptor.
  • Examples of p-type semiconductors include naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, tetracene derivatives, pentacene derivatives, quinacridone derivatives, thiophene derivatives, thienothiophene derivatives, benzothiophene derivatives, benzothienobenzothiophene (BTBT) derivatives, dinaphthothienothiophene (DNTT) derivatives, dianthracenothienothiophene (DATT) derivatives, benzobisbenzothiophene (BBBT) derivatives, thienothiophene derivatives, Examples of p-type semiconductors include thienoacene-based materials such as dibenzothienobisbenzothiophene (TBBT) derivatives, dibenzothienobisbenzothiophene (DBTBT) derivatives, dithienobenzod
  • p-type semiconductors include triphenylamine derivatives, carbazole derivatives, picene derivatives, chrysene derivatives, fluoranthene derivatives, phthalocyanine derivatives, subphthalocyanine derivatives, subporphyrazine derivatives, metal complexes with heterocyclic compounds as ligands, polythiophene derivatives, polybenzothiadiazole derivatives, and polyfluorene derivatives.
  • n-type semiconductors include fullerenes and derivatives thereof, such as higher fullerenes such as fullerene C60 , fullerene C70 , and fullerene C74 , and endohedral fullerenes.
  • substituents contained in fullerene derivatives include halogen atoms, linear, branched, or cyclic alkyl groups or phenyl groups, groups having linear or fused aromatic compounds, groups having halides, partial fluoroalkyl groups, perfluoroalkyl groups, silylalkyl groups, silylalkoxy groups, arylsilyl groups, arylsulfanyl groups, alkylsulfanyl groups, arylsulfonyl groups, alkylsulfonyl groups, arylsulfide groups, alkylsulfide groups, amino groups, alkylamino groups, arylamino groups, hydroxy groups, alkoxy groups, acylamino groups, acyloxy groups, carbonyl groups, carboxy groups, carboxamido groups, carboalkoxy groups, acyl groups, sulfonyl groups, cyano groups, nitro groups, groups having chalcogenides, phos,
  • fullerene derivatives include fullerene fluorides, PCBM fullerene compounds, fullerene polymers, etc.
  • n-type semiconductors include organic semiconductors and optically transparent inorganic metal oxides that have higher HOMO levels and LUMO levels than p-type semiconductors.
  • N-type organic semiconductors include, for example, heterocyclic compounds containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms.
  • Specific examples include organic molecules, organometallic complexes, subphthalocyanine derivatives, quinacridone derivatives, cyanine derivatives, and merocyanine derivatives, which have, as part of their molecular skeleton, pyridine derivatives, pyrazine derivatives, pyrimidine derivatives, triazine derivatives, quinoline derivatives, quinoxaline derivatives, isoquinoline derivatives, acridine derivatives, phenazine derivatives, phenanthroline derivatives, tetrazole derivatives, pyrazole derivatives, imidazole derivatives, thiazole derivatives, oxazole derivatives, imidazole derivatives, benzimidazole derivatives, benzotriazole derivatives, benzoxazole derivatives, carbazole derivatives, benzofuran derivatives, dibenzofuran derivatives, subporphy
  • the photoelectric conversion film 22 may also be composed of an organic material, known as a dye material, that absorbs light in a specific wavelength range while transmitting light in other wavelength ranges.
  • a dye material that absorbs light in a specific wavelength range while transmitting light in other wavelength ranges.
  • the p-type and n-type semiconductors may be materials that are optically transparent in the visible light range. This allows the photoelectric conversion film 22 to selectively convert light in the wavelength range absorbed by the dye material.
  • the imaging device 1 has a through electrode 40.
  • the through electrode 40 is a connection electrode (connection portion) that connects circuits (elements) provided on different layers.
  • the through electrode 40 is provided so as to penetrate the semiconductor layer 110.
  • the through electrode 40 is a structure provided within the semiconductor layer 110 so as to penetrate the semiconductor layer 110.
  • a plurality of through electrodes 40 are provided for each pixel PX.
  • the through electrodes 40 are formed, for example, from below the photoelectric conversion unit 11a or 11b to reach the surface 11S2 of the semiconductor layer 110.
  • the through electrodes 40 extend in the Z-axis direction and are formed to reach into the wiring layer 120.
  • the through electrode 40 electrically connects the photoelectric conversion unit 11a or the photoelectric conversion unit 11b to the circuit provided on the surface 11S2 side of the semiconductor layer 110.
  • the lower electrode 24a of the photoelectric conversion unit 11a is electrically connected to the readout circuit 15 via the through electrode 40a.
  • the lower electrode 24b of the photoelectric conversion unit 11b is electrically connected to the readout circuit 15 via the through electrode 40b.
  • the charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11a are transferred by the lower electrode 24a via the through-electrode 40a to the floating diffusion FDA of the readout circuit 15.
  • the charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11b are transferred by the lower electrode 24b via the through-electrode 40b to the floating diffusion FDB of the readout circuit 15.
  • the floating diffusion FDA and the floating diffusion FDB each store the transferred charge.
  • the floating diffusions FDA and FDB are each configured to include, for example, a semiconductor region provided in the semiconductor layer 110.
  • the through electrode 40 is made of, for example, tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), etc.
  • the through electrode 40 may also be formed using cobalt (Co), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), etc.
  • the through electrode 40 may also be made of other metal materials.
  • the pixel PX of the imaging device 1 has the above-mentioned photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b, and a readout circuit 15.
  • the readout circuit 15 has floating diffusions FDA and FDB, transistors AMP, SEL, RST, and BIN.
  • the readout circuit 15 is configured to be able to output a signal based on the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11 (photoelectric conversion units 11a and 11b).
  • the readout circuit 15 is configured to be able to read out, for example, a signal based on the charge accumulated in the floating diffusion FDA, i.e., a signal based on the voltage of the floating diffusion FDA, to the signal line L2.
  • Transistors AMP, SEL, RST, and BIN are each MOS transistors (MOSFETs) having gate, source, and drain terminals.
  • transistors AMP, SEL, RST, and BIN are each composed of NMOS transistors.
  • the transistor of pixel PX may also be composed of a PMOS transistor.
  • the floating diffusion FDA and floating diffusion FDB are each storage units configured to store transferred charges.
  • the floating diffusion FDA stores charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11a.
  • the floating diffusion FDB stores charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11b.
  • the floating diffusion FDA accumulates the transferred charge and converts it into a voltage that corresponds to the capacity of the floating diffusion FDA.
  • the floating diffusion FDB accumulates the transferred charge and converts it into a voltage that corresponds to the capacity of the floating diffusion FDB.
  • the floating diffusions FDA and FDB can also be considered holding units that can hold the transferred charge.
  • the transistor AMP is configured to generate and output a signal based on the charge accumulated in the floating diffusion FDA. As shown in Figure 4, the gate of the transistor AMP is electrically connected to the floating diffusion FDA, and the voltage converted by the floating diffusion FDA is input.
  • the drain of transistor AMP is connected to a power supply line that supplies a power supply voltage (power supply voltage VDD in the example shown in Figure 4).
  • the source of transistor AMP is connected to signal line L2 via transistor SEL.
  • Transistor AMP is an amplifying transistor that can generate a signal based on the voltage of the floating diffusion FDA and output it to signal line L2.
  • Transistor SEL is configured to be able to control the output of a pixel signal.
  • transistor SEL is electrically connected in series with transistor AMP.
  • Transistor SEL is controlled by signal SSEL, and is configured to be able to output a signal from transistor AMP to signal line L2.
  • Transistor SEL is a selection transistor, and can control the output timing of the pixel signal.
  • Transistor SEL is configured to be able to output a signal based on the charge converted by photoelectric conversion unit 11.
  • Transistor SEL can output a pixel signal of pixel PX to signal line L2.
  • Transistor SEL may be electrically connected between the power supply line that supplies power supply voltage VDD and transistor AMP. Transistor SEL may also be omitted if necessary.
  • Transistor RST is configured to be able to reset the voltage of the floating diffusion FDA.
  • transistor RST is electrically connected to a power supply line that supplies power supply voltage VDD and is configured to reset the charge.
  • Transistor RST is controlled by signal SRST, and can reset the charge accumulated in the floating diffusion FDA and reset the voltage of the floating diffusion FDA.
  • transistor RST electrically connects the power supply line and the floating diffusion FDA, and can discharge the charge accumulated in the floating diffusion FDA.
  • Transistor RST can also reset the charge accumulated in the floating diffusion FDB via transistor BIN, and reset the voltage of the floating diffusion FDB.
  • Transistor RST is a reset transistor.
  • Transistor BIN is configured to be able to electrically connect floating diffusion FDA and floating diffusion FDB. Transistor BIN is controlled by signal SBIN to electrically connect or disconnect floating diffusion FDA and floating diffusion FDB. Transistor BIN can also be called a binning element (or binning transistor).
  • a transistor BIN is provided for every two photoelectric conversion units 11 (photoelectric conversion units 11a, 11b) adjacent in the row direction (or column direction).
  • transistor BIN is in the off state, the floating diffusion FDA and floating diffusion FDB are electrically disconnected, and the charge photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11a is accumulated in the floating diffusion FDA.
  • transistor BIN When transistor BIN is on, the charges photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b are accumulated and added in floating diffusion FDA and floating diffusion FDB. When transistor BIN is on, the charges photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b are added, and a pixel signal based on the added charges can be read out.
  • the vertical drive circuit 111 (see Figure 1) of the imaging device 1 supplies control signals to the gates of transistors BIN, SEL, RST, etc. of each pixel PX via the control line L1 described above, turning the transistors on (conductive) or off (non-conductive).
  • the multiple control lines L1 for each pixel row of the imaging device 1 include, for example, a wiring line that transmits a signal SBIN that controls a transistor BIN, a wiring line that transmits a signal SSEL that controls a transistor SEL, and a wiring line that transmits a signal SRST that controls a transistor RST.
  • Transistors BIN, SEL, RST, etc. are controlled to be turned on and off by the vertical drive circuit 111.
  • the vertical drive circuit 111 controls the readout circuit 15 of each pixel PX, causing each pixel PX to output a pixel signal based on the charge generated by the photoelectric conversion unit 11 to the signal line L2.
  • the vertical drive circuit 111 can control the reading out of the pixel signal of each pixel PX to the signal line L2.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example configuration of an imaging device according to an embodiment.
  • the signal processing circuit 112 of the imaging device 1 has, for example, an AD conversion circuit 50, a memory 65, and an arithmetic circuit 80.
  • the AD conversion circuit 50 (AD conversion unit) is configured to be able to perform AD conversion, and can output pixel signals converted into digital signals.
  • the AD conversion circuit 50 is an ADC (Analog to Digital Converter).
  • the AD conversion circuit 50 is configured to convert input analog signals into digital signals.
  • the AD conversion circuit 50 performs AD conversion processing on analog pixel signals input from each pixel PX via signal line L2.
  • An AD conversion circuit 50 is provided for each of the multiple signal lines L2, for example.
  • An AD conversion circuit 50 can be provided for each pixel column of the pixel unit 100.
  • the AD conversion circuit 50 includes, for example, a comparison circuit 55 and a counter 60.
  • the AD conversion circuit 50 is configured to convert input pixel signals into digital signals with a predetermined number of bits.
  • One example of the AD conversion circuit 50 is a single-slope ADC.
  • the comparison circuit 55 is configured, for example, as a comparator circuit, and is configured to be able to compare the pixel signal with a reference signal (reference signal).
  • the comparison circuit 55 (comparison unit) can compare the pixel signal, which is the analog signal to be converted, with the reference signal to be compared.
  • the comparison circuit 55 compares the signal output from the pixel PX with a reference signal whose voltage (potential) changes (for example, a ramp signal whose signal level changes over time), and outputs an output signal that is the comparison result.
  • the output signal from the comparison circuit 55 is a signal that indicates the magnitude relationship between the signal output from the pixel PX and the reference signal.
  • the counter 60 of the AD conversion circuit 50 is configured to count in response to the input signal. Based on the input clock signal and the output signal from the comparison circuit 55, the counter 60 (counter circuit) measures the time until the comparison result in the comparison circuit 55 is inverted, and can output a signal indicating the count value to the memory 65.
  • Memory 65 is a storage unit (storage circuit) and is configured, for example, by a latch (latch circuit). Memory 65 can store (hold) a digital signal indicating a count value corresponding to the period from when comparison by comparison circuit 55 begins until the comparison result is inverted (changed) as a pixel signal after AD conversion. The pixel signals output sequentially from each pixel PX are converted into digital signals by AD conversion in AD conversion circuit 50.
  • the AD conversion circuit 50 performs AD conversion on the pixel signal from pixel PX and outputs a pixel signal (pixel signal PA) that is a digital signal based on the charge converted by the photoelectric conversion unit 11a of pixel PX.
  • the AD conversion circuit 50 can also output a pixel signal (pixel signal SigAB) that is a digital signal based on the charge converted by the photoelectric conversion unit 11a and the charge converted by the photoelectric conversion unit 11b.
  • the arithmetic circuit 80 is configured to acquire pixel signals from the pixels PX and perform arithmetic processing.
  • the arithmetic circuit 80 is configured to include, for example, logic circuits and memory.
  • the arithmetic circuit 80 is configured to generate a pixel signal (pixel signal PB) based on the charges converted by the photoelectric conversion unit 11b, based on the pixel signals PA and SigAB from the AD conversion circuit 50.
  • the arithmetic circuit 80 may, for example, perform a subtraction process between the pixel signal SigAB and the pixel signal PA to generate and output a pixel signal PB corresponding to the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11b.
  • the arithmetic circuit 80 may include a processor and memory. Also, for example, the arithmetic circuit 80 may be provided outside the imaging device 1.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the operation of an imaging device according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart illustrating an example of the operation of an imaging device according to an embodiment. The timing chart shown in FIG. 7 shows the control signals (signal SSEL, signal SRST, signal SBIN) supplied to pixels PX of the imaging device 1, with time on the horizontal axis.
  • Figure 7 a transistor to which a high-level control signal is input is turned on, and a transistor to which a low-level control signal is input is turned off.
  • Figure 7 also shows a schematic representation of the pixel signal that is read out from pixel PX and AD converted.
  • signal SSEL goes high.
  • transistor SEL of pixel PX shown in FIG. 4 goes on.
  • the charge photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11a is accumulated in floating diffusion FDA.
  • transistor SEL is in the on state, so a signal corresponding to the voltage of the floating diffusion FDA, i.e., a signal based on the charge converted by the photoelectric conversion unit 11a, is output as signal PDA to signal line L2 by transistor AMP.
  • Signal PDA is a signal corresponding to the charge transferred from photoelectric conversion unit 11a when floating diffusion FDA and floating diffusion FDB are electrically disconnected.
  • Signal PDA output to signal line L2 is converted into a digital signal by AD conversion in AD conversion circuit 50 of signal processing circuit 112.
  • Signal processing circuit 112 stores the converted digital signal PDA in memory 65.
  • signal SBIN goes high.
  • transistor BIN of pixel PX turns on, electrically connecting floating diffusion FDB and floating diffusion FDA to each other.
  • the charges photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11a and the charges photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11b are stored in floating diffusion FDA and floating diffusion FDB. In this case, the charges generated by photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b are added together in floating diffusion FDA and floating diffusion FDB.
  • transistor SEL is in the on state, so a signal corresponding to the voltage of floating diffusion FDA, i.e., a signal based on the charges converted by photoelectric conversion unit 11a and the charges converted by photoelectric conversion unit 11b, is output as signal PDAB to signal line L2 by transistor AMP.
  • Signal PDAB is a signal corresponding to the charge transferred from photoelectric conversion units 11a and 11b when floating diffusion FDA and floating diffusion FDB are electrically connected.
  • Signal PDAB output to signal line L2 is converted into a digital signal by AD conversion in AD conversion circuit 50.
  • signal SRST goes high.
  • transistor RST of pixel PX goes on. This causes the charge in floating diffusions FDA and FDB to be discharged, and the voltages of floating diffusions FDA and FDB to be reset.
  • transistor SEL is in the on state, so a signal corresponding to the voltages of floating diffusions FDA and FDB after reset is output as signal RSAB to signal line L2 by transistor AMP.
  • Signal RSAB can also be thought of as a signal that indicates the reset level (reference level) of floating diffusion FDA and floating diffusion FDB when floating diffusion FDA and floating diffusion FDB are electrically connected.
  • Signal RSAB is input to AD conversion circuit 50 via signal line L2.
  • the AD conversion circuit 50 for example, sets the above-mentioned signal PDAB as the initial value for down-counting, and performs AD conversion processing on the signal RSAB.
  • the AD conversion circuit 50 generates a digital signal indicating the difference between the signals PDAB and RSAB (PDAB-RSAB), and outputs this to the arithmetic circuit 80 as the pixel signal SigAB.
  • the signal processing circuit 112 reads the signal PDA stored in the memory 65 and writes it back to the counter 60 of the AD conversion circuit 50.
  • the signal PDA is set as the initial value for down-counting.
  • signal SBIN goes low.
  • transistor BIN of pixel PX turns off, electrically disconnecting floating diffusion FDB from floating diffusion FDA.
  • signal SRST goes high, resetting the voltage of floating diffusion FDA. Furthermore, because transistor SEL is on, a signal corresponding to the voltage of floating diffusion FDA after reset is output as signal RSA by transistor AMP to signal line L2.
  • Signal RSA can also be thought of as a signal that indicates the reset level (reference level) of floating diffusion FDA when floating diffusion FDA and floating diffusion FDB are electrically disconnected.
  • Signal RSA is input to AD conversion circuit 50 via signal line L2.
  • the AD conversion circuit 50 performs AD conversion processing on the signal RSA using the signal PDA as the initial value for down-counting.
  • the AD conversion circuit 50 generates a digital signal indicating the difference between the signals PDA and RSA (PDA-RSA) and outputs this to the arithmetic circuit 80 as the pixel signal PA.
  • the arithmetic circuit 80 uses the pixel signal SigAB and pixel signal PA output from the AD conversion circuit 50 to generate a pixel signal PB as a signal component corresponding to the amount of charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11b. In this way, the imaging device 1 can obtain a pixel signal PA corresponding to the charge converted by the photoelectric conversion unit 11a and a pixel signal PB corresponding to the charge converted by the photoelectric conversion unit 11b.
  • the calculation circuit 80 is configured to calculate the pixel signal PB using the ratio between the capacitance value CA of the floating diffusion FDA when the transistor BIN is in the off state and the capacitance value CAB of the floating diffusions FDA and FDB when the transistor BIN is in the on state.
  • PB (PDAB-RSAB) ⁇ CAB / CA -PA...(1)
  • the arithmetic processing can be performed taking into account differences in conversion gain, making it possible to accurately determine the pixel signal PB.
  • the signal processing circuit 112 calculates the pixel signals PA and PB of each pixel PX using, for example, the calculation circuit 80.
  • the signal processing circuit 112 outputs the pixel signals PA and PB to the output circuit 114 via the horizontal signal line 121.
  • the output circuit 114 can output the pixel signals of each pixel PX to the outside of the imaging device 1.
  • FIG. 8 is a timing chart showing an example of the operation of the imaging device according to the embodiment. The example of the operation of the imaging device 1 will be further described with reference to the timing chart of FIG. 8.
  • the example shown in FIG. 8 shows a case where a pixel signal (pixel signal PAB) corresponding to the charge obtained by adding together the charge converted by the photoelectric conversion unit 11a and the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11b is calculated.
  • pixel signal PAB pixel signal
  • Signal SBIN is at a high level, and transistor BIN is turned on.
  • the charges converted by photoelectric conversion unit 11a and the charges converted by photoelectric conversion unit 11b are stored in floating diffusions FDA and FDB.
  • floating diffusions FDA and FDB the charges photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b are added together.
  • signal SSEL goes high, turning on transistor SEL of pixel PX.
  • a signal corresponding to the voltage of floating diffusion FDA i.e., a signal based on the charges converted by photoelectric conversion unit 11a and photoelectric conversion unit 11b, is output as signal PDAB to signal line L2 by transistor AMP.
  • Signal PDAB output to signal line L2 is converted into a digital signal by AD conversion circuit 50.
  • signal SRST goes high.
  • transistor RST of pixel PX goes on. This causes the charge in floating diffusions FDA and FDB to be discharged, and the voltages of floating diffusions FDA and FDB to be reset.
  • transistor SEL is in the on state, so a signal corresponding to the voltages of floating diffusions FDA and FDB after reset is output as signal RSAB to signal line L2 by transistor AMP.
  • Signal RSAB is input to the AD conversion circuit 50 via signal line L2.
  • the AD conversion circuit 50 for example, sets the above-mentioned signal PDAB as the initial value for down-counting, and performs AD conversion processing on the signal RSAB.
  • the AD conversion circuit 50 generates a digital signal indicating the difference between the signals PDAB and RSAB (PDAB-RSAB), and outputs this to the arithmetic circuit 80 as the pixel signal SigAB.
  • PAB (PDAB-RSAB) ⁇ C AB /C A ...(2)
  • the imaging device 1 can obtain the pixel signal PAB corresponding to the charge obtained by adding the charge converted by the photoelectric conversion unit 11a and the charge converted by the photoelectric conversion unit 11b.
  • the imaging device 1 is provided with a transistor BIN that can electrically connect the floating diffusion FDA and the floating diffusion FDB. Compared to providing two MOS transistors as switch elements for each pixel, the number of elements and wiring can be reduced.
  • the imaging device 1 can have a structure that is advantageous for miniaturizing pixels.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the cross-sectional configuration of an imaging device according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the circuit configuration of a pixel of an imaging device according to an embodiment.
  • Each pixel PX of the imaging device 1 may have a photoelectric conversion unit 11s, as in the examples shown in FIGS. 9 and 10.
  • multiple photoelectric conversion units 11s are provided along surfaces 11S1 and 11S2 of the semiconductor layer 110.
  • the photoelectric conversion units 11s of each pixel PX are embedded in the semiconductor layer 110.
  • the photoelectric conversion units 11s are photodiodes (PD) that convert incident light into electric charges.
  • photoelectric conversion unit 11a In the example shown in FIG. 9, light from the subject to be measured is incident on the photoelectric conversion unit 11a, photoelectric conversion unit 11b, and photoelectric conversion unit 11s of pixel PX via lens 91.
  • photoelectric conversion unit 11a or photoelectric conversion unit 11b For example, light that has passed through photoelectric conversion unit 11a or photoelectric conversion unit 11b is incident on the photoelectric conversion unit 11s of pixel PX.
  • the photoelectric conversion unit 11s can generate electric charge by photoelectrically converting light that passes through the lens 91 and photoelectric conversion unit 11a (or photoelectric conversion unit 11b).
  • the readout circuit 15 of the pixel PX is configured to be able to output a signal based on the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11s.
  • the readout circuit 15 has a transistor TG.
  • the transistor TG is a transfer transistor and is configured to be able to transfer the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11s.
  • Transistor TG is controlled by signal STG to electrically connect or disconnect the photoelectric conversion unit 11s and the floating diffusion FDA. Transistor TG can transfer the charge accumulated after photoelectric conversion in the photoelectric conversion unit 11s to the floating diffusion FDA.
  • the imaging device 1 is capable of obtaining pixel signals based on the charges converted by the photoelectric conversion unit 11a, pixel signals based on the charges converted by the photoelectric conversion unit 11b, and pixel signals based on the charges converted by the photoelectric conversion unit 11s.
  • Each of the photoelectric conversion units 11a, 11b, and 11s may be configured to receive visible light and perform photoelectric conversion, or may be configured to receive infrared light (e.g., near-infrared light) and perform photoelectric conversion.
  • the photoelectric conversion units 11a, 11b, and 11s may be configured to generate electric charges by photoelectric conversion of visible light in different wavelength ranges.
  • the photoelectric conversion units 11a and 11b may be configured to generate electric charges by photoelectric conversion of visible light in different wavelength ranges.
  • the photoelectric conversion unit 11s may be configured to generate electric charges by photoelectric conversion of infrared light.
  • each pixel PX By using the pixel signals of each pixel PX, it is possible to generate visible images (e.g., RGB images), infrared images (IR images), etc.
  • visible images e.g., RGB images
  • IR images infrared images
  • the wavelength ranges to which each of the photoelectric conversion units 11a, 11b, and 11s is sensitive can be set arbitrarily.
  • the photodetector includes a first photoelectric conversion element (photoelectric conversion unit 11 a) and a second photoelectric conversion element (photoelectric conversion unit 11 b), each having a photoelectric conversion film (photoelectric conversion film 22) that photoelectrically converts light, a first floating diffusion (floating diffusion FDA) electrically connected to the first photoelectric conversion element, and a second floating diffusion (floating diffusion FDB) electrically connected to the second photoelectric conversion element, and a readout circuit (readout circuit 15) capable of outputting a signal based on charge accumulated in the first floating diffusion.
  • the readout circuit has a first transistor (transistor BIN) that can electrically connect the first floating diffusion and the second floating diffusion.
  • the photodetector (image capture device 1) is provided with a transistor BIN that can electrically connect the floating diffusion FDA and the floating diffusion FDB. This allows the image capture device 1 to have a structure that is advantageous for miniaturizing pixels. It is possible to realize a photodetector that is advantageous for miniaturization.
  • the transistor BIN may be provided as a thin film transistor (TFT).
  • the transistor BIN may be formed as a thin film transistor (TFT) on the wiring layer 130.
  • TFT thin film transistor
  • transistor BIN may be provided in wiring layer 120. This reduces the number of elements on surface 11S2 of semiconductor layer 110, enabling further miniaturization.
  • transistor BIN has a gate electrode 14, an insulating film 16 as a gate insulating film, and a semiconductor region 17 which is a region where a channel is formed (channel region).
  • transistor BIN has a source electrode and a drain electrode.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the planar configuration of an imaging device according to Variation 1.
  • the through-electrode 40 may be positioned away from the optical center of the lens 91 in the pixel PX. This makes it possible to suppress a decrease in sensitivity to incident light.
  • the through-electrode 40 may also be positioned so as to be at approximately equal distances from the optical centers of the lenses 91 in multiple surrounding pixels PX. In this case, optical symmetry can be ensured.
  • the semiconductor region 17 (channel region) of the transistor BIN may be formed so as to be located on the axis of the optical center of the lens 91.
  • the semiconductor region 17 may also be provided so as to be located at approximately equal distances from each of the lower electrodes 24a and 24b.
  • the semiconductor region 17 may be disposed so as to be located in the center of the pixel PX.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to Modification 2.
  • the pixel PX may have a capacitance C1.
  • the capacitance C1 is provided for the floating diffusion FDB as a capacitance for adjusting the coefficient (C AB /C A ), for example.
  • the capacitance C1 is formed of, for example, a wiring capacitance, a diffusion capacitance, etc.
  • the capacitance C1 may be an MIM capacitance, a MOS capacitance, etc., and may be formed as a capacitive element.
  • (2-3. Modification 3) 15 is a diagram illustrating an example of the configuration of a pixel of an imaging device according to Modification 3.
  • the pixel PX may have a transistor OFGB.
  • the transistor OFGB is, for example, electrically connected to a floating diffusion FDB and configured to be able to discharge overflowing charges.
  • One of the source and drain of transistor OFGB for example the source of transistor OFGB, is electrically connected to floating diffusion FDB.
  • the other of the source and drain of transistor OFGB for example the drain of transistor OFGB, is electrically connected, for example, to a potential line to which a predetermined potential (voltage) is supplied, or to a capacitive element.
  • the vertical drive circuit 111 can set the potential in the overflow path formed by transistor OFGB.
  • the vertical drive circuit 111 can control the voltage supplied to the gate of transistor OFGB and drain overflowing charge.
  • the gate of transistor OFGB can be made to function equivalent to transistor RST, i.e., it can reset the floating diffusion FDB.
  • the pixel PX may have a transistor OFGA, as shown in FIG. 16.
  • the transistor OFGA is electrically connected to the floating diffusion FDA and is configured to be able to discharge overflowing charges.
  • the vertical drive circuit 111 controls the voltage supplied to the gate of the transistor OFGA, allowing the overflowing charges to be discharged.
  • the readout circuit 15 may include a transistor FDG.
  • the transistor FDG is configured to be able to electrically connect the floating diffusion FDA and the transistor RST.
  • the transistor FDG is controlled by a signal SFDG to electrically connect or disconnect the floating diffusion FDA and the transistor RST.
  • Transistor FDG When transistor FDG is turned on, the capacitance added to the floating diffusion FDA of pixel PX increases, switching the conversion gain when converting charge to voltage.
  • Transistor FDG is a switching transistor used to set the conversion gain. Transistor FDG can change the conversion gain by switching the capacitance connected to the gate of transistor AMP.
  • Transistor FDG may be electrically connected in series with transistor RST, or may be electrically connected in parallel with transistor RST.
  • pixel PX may have a capacitance C2 connected to transistor FDG.
  • Capacitor C2 may be composed of, for example, wiring capacitance, diffusion capacitance, etc.
  • Capacitor C2 may be an MIM capacitance, a MOS capacitance, etc., and may be configured as a capacitive element.
  • the transistor FDG may be configured to electrically connect the floating diffusion FDA and the capacitor C2.
  • the transistor FDG is controlled by a signal SFDG to electrically connect or disconnect the floating diffusion FDA and the capacitor C2. By switching the connection state of the capacitor C2, it is possible to change the conversion gain.
  • Pixel PX may have a photoelectric conversion unit 11c and a photoelectric conversion unit 11d provided in a semiconductor layer 110. Photoelectric conversion unit 11d is provided adjacent to photoelectric conversion unit 11c.
  • Readout circuit 15 of pixel PX may include transistor TGA and transistor TGB.
  • Transistor TGA is configured to be able to transfer the charge photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11c to the floating diffusion FDA.
  • Transistor TGB is configured to be able to transfer the charge photoelectrically converted by photoelectric conversion unit 11d to the floating diffusion FDA.
  • Transistors TGA and TGB are each transfer transistors.
  • Photoelectric conversion unit 11c is provided in semiconductor layer 110 so as to be located, for example, below photoelectric conversion unit 11a. Furthermore, photoelectric conversion unit 11d is provided in semiconductor layer 110 so as to be located below photoelectric conversion unit 11b. As schematically indicated by the arrows in Figure 19, photoelectric conversion unit 11c receives light that has passed through photoelectric conversion unit 11a and generates electric charges through photoelectric conversion.
  • photoelectric conversion unit 11d receives light that has passed through photoelectric conversion unit 11b and generates electric charges through photoelectric conversion.
  • photoelectric conversion unit 11c and photoelectric conversion unit 11d receive light that has passed through different regions of an optical system such as an imaging lens, and perform pupil division. Note that the arrangement direction of photoelectric conversion units 11a and 11b may be different from the arrangement direction of photoelectric conversion units 11c and 11d.
  • the photoelectric conversion units 11a and 11b may be arranged adjacent to each other in the horizontal direction (X-axis direction), as shown in FIG. 20, for example. Also, the photoelectric conversion units 11a and 11b may be arranged adjacent to each other in the vertical direction (Y-axis direction), as shown in FIG. 21, for example.
  • a pixel PX may have two or more photoelectric conversion units 11, for example, four photoelectric conversion units 11 (photoelectric conversion units 11a to 11d in the example shown in Figures 22 and 23). Furthermore, as shown in Figure 23, a pixel PX may have multiple transistors BIN, for example, transistor BINB, transistor BINC, and transistor BIND.
  • Transistor BINC is configured to be able to electrically connect the floating diffusion FDA and the floating diffusion FDC. Transistor BINC is controlled by signal SBINC to electrically connect or disconnect the floating diffusion FDA and the floating diffusion FDC.
  • Transistor BINB is configured to be able to electrically connect floating diffusion FDA and floating diffusion FDB.
  • Transistor BINB is controlled by signal SBINB, and electrically connects or disconnects floating diffusion FDA and floating diffusion FDB.
  • transistor BIND is configured to be able to electrically connect floating diffusion FDA and floating diffusion FDD.
  • Transistor BIND is controlled by signal SBIND to electrically connect or disconnect floating diffusion FDA and floating diffusion FDD.
  • one lens 91 is provided for each of the photoelectric conversion units 11a to 11d.
  • the photoelectric conversion units 11a to 11d receive light that has passed through different regions of an optical system, such as an imaging lens, allowing pupil division to be performed.
  • a dummy transistor may be placed in addition to the three transistors BIN (transistors BINB, BINC, and BIND).
  • BIN transistors BINB, BINC, and BIND.
  • (2-6. Modification 6) 25 to 27 are diagrams illustrating an example configuration of an imaging device according to Modification 6.
  • a pixel PX of the imaging device 1 may have, for example, a photoelectric conversion unit 11s1 and a photoelectric conversion unit 11s2, as shown in Fig. 25.
  • the photoelectric conversion unit 11s2 is formed in the semiconductor layer 110 so as to be stacked on the photoelectric conversion unit 11s1.
  • photoelectric conversion unit 11s2 is located closer to the light incident side than photoelectric conversion unit 11s1.
  • Photoelectric conversion unit 11s1 and photoelectric conversion unit 11s2 each perform photoelectric conversion to generate charges according to the amount of light received.
  • the photoelectric conversion units 11s1 and 11s2 of each pixel PX can also be considered photoelectric conversion regions.
  • the photoelectric conversion units 11s1 and 11s2 can be configured to perform photoelectric conversion on light in different wavelength ranges.
  • the photoelectric conversion units 11s1 and 11s2 selectively receive and photoelectrically convert light in specific wavelength ranges, depending on, for example, the positions at which the photoelectric conversion units 11s1 and 11s2 are provided in the semiconductor layer 110, the constituent materials, etc.
  • Photoelectric conversion units 11s1 and 11s2 are located at different distances (depths) from surface 11S1 of semiconductor layer 110, and generate electric charges by absorbing light of different color wavelengths depending on the depth of incidence (penetration depth) of the light.
  • photoelectric conversion unit 11s1 is located below photoelectric conversion unit 11s2, and can generate electric charges by photoelectrically converting light that passes through photoelectric conversion unit 11s2.
  • the photoelectric conversion units 11a and 11b of pixel PX receive and photoelectrically convert light mainly in the green (G) wavelength range from light from the subject being measured.
  • Photoelectric conversion unit 11s2 receives and photoelectrically converts light mainly in the blue (B) wavelength range.
  • photoelectric conversion unit 11s1 receives and photoelectrically converts light mainly in the red (R) wavelength range.
  • Each pixel PX of the imaging device 1 can generate a pixel signal for the R component, a pixel signal for the G component, and a pixel signal for the B component.
  • the imaging device 1 is able to obtain RGB pixel signals.
  • the imaging device 1 may have a light receiving layer 30 having a photoelectric conversion unit 11c, as shown in FIG. 26, for example.
  • the light receiving layer 30 having the photoelectric conversion unit 11c is provided so as to be stacked on the light receiving layer 20 having the photoelectric conversion units 11a and 11b.
  • the photoelectric conversion unit 11c of each pixel PX includes a photoelectric conversion film 32, an upper electrode 33, and a lower electrode 34, and is configured to be able to generate charges by photoelectric conversion.
  • the photoelectric conversion unit 11c may be configured to photoelectrically convert light in a wavelength range different from that of the photoelectric conversion units 11a and 11b.
  • the photoelectric conversion unit 11c of pixel PX receives and photoelectrically converts light mainly in the blue (B) wavelength range from the light from the subject being measured.
  • the photoelectric conversion units 11a and 11b receive and photoelectrically convert light mainly in the green (G) wavelength range.
  • the photoelectric conversion unit 11s receives and photoelectrically converts light mainly in the red (R) wavelength range.
  • the imaging device 1 may have a filter 92, as in the example shown in FIG. 27.
  • the filter 92 is configured to selectively transmit light of a specific wavelength range from the incident light.
  • the filter 92 is, for example, an RGB color filter, a filter that transmits infrared light (IR pass filter), etc.
  • the filter 92 is provided above the photoelectric conversion unit 11s, for example, for each pixel PX or for each set of pixels PX. In the example shown in FIG. 27, the filter 92 is provided in the wiring layer 130 and is located above the photoelectric conversion unit 11s.
  • the photoelectric conversion unit 11s receives light that has passed through the lens 91, photoelectric conversion unit 11a (or photoelectric conversion unit 11b), and filter 92, and performs photoelectric conversion on the received light.
  • a pixel PX having a filter 92 that transmits red (R) light and a pixel PX having a filter 92 that transmits blue (B) light may be provided.
  • the arrangement of the filters 92 is not limited to the example described above and can be set as desired.
  • Fig. 28 is a timing chart showing an example of the operation of the imaging device according to Modification 7. An example of the operation of the imaging device 1 will be described with reference to Fig. 28, 4, 5, etc. Fig. 28 shows an example in which, in each pixel PX, an operation of resetting the floating diffusion (shutter operation) and an operation of reading out a signal corresponding to the photoelectrically converted charge (read operation) are performed alternately.
  • the period Ta from time t3 to time t7 is the period during which charge corresponding to incident light is generated and accumulated, and is the signal accumulation period (i.e., the charge accumulation period).
  • signal SBIN goes high. Also, because transistor SEL is on, a signal corresponding to the voltage of floating diffusions FDA and FDB when transistor RST is on is output to signal line L2 as signal RDAB.
  • signal SRST goes low.
  • signal SRST goes low.
  • signal SBIN goes low.
  • a signal corresponding to the voltage of floating diffusion FDA after reset is output as signal RSA to signal line L2.
  • Signal processing circuit 112 performs signal processing such as AD conversion and correlated double sampling on signals RDA, RDAB, RSAB, and RSA. For example, signal processing circuit 112 performs CDS processing to subtract signal RDA from signal RSA, and stores the CDS result (RSA-RDA) in memory 65. Signal processing circuit 112 also performs CDS processing to subtract signal RDAB from signal RSAB, and stores the CDS result (RSAB-RDAB) in memory 65.
  • signal SSEL goes high. Furthermore, signal SBIN is low, and transistor BIN is off. In this case, a signal based on the charge converted by photoelectric conversion unit 11a is output as signal PDA to signal line L2 by transistor AMP.
  • signal SBIN goes high. Also, because transistor SEL is on, a signal based on the charges converted by photoelectric conversion units 11a and 11b is output as signal PDAB to signal line L2 by transistor AMP.
  • signal SRST goes high.
  • signal SBIN goes low.
  • a signal corresponding to the voltage of floating diffusion FDA when transistor RST is on is output as signal RDA to signal line L2.
  • Signal processing circuit 112 performs signal processing such as AD conversion and correlated double sampling on signals PDA, PDAB, RDAB, and RDA. For example, signal processing circuit 112 performs CDS processing to subtract signal RDA from signal PDA, and stores the CDS result (PDA-RDA) in memory 65. Signal processing circuit 112 also performs CDS processing to subtract signal RDAB from signal PDAB, and stores the CDS result (PDAB-RDAB) in memory 65.
  • the signal processing circuit 112 calculates pixel signals PA and PAB based on the CDS results stored in the memory 65 and the following equations (3) and (4).
  • the signal processing circuit 112 calculates a pixel signal PB based on the pixel signal PAB and the following equation (5).
  • PB (PDAB-RSAB) ⁇ CAB / CA -PA...(5)
  • (2-8. Modification 8) 29 and 30 are diagrams for explaining a configuration example of an imaging device according to Modification 8.
  • the imaging device 1 may have an amplifier circuit 19.
  • the amplifier circuit 19 is configured to be able to output a voltage based on a signal output from a readout circuit 15 and a reference voltage, for example.
  • a signal based on the voltage of the floating diffusion FDA is input from the readout circuit 15 to one input of the amplifier circuit 19.
  • a reference voltage Vref is input from an external circuit to the other input of the amplifier circuit 19.
  • the amplifier circuit 19 can generate and output a voltage Vout that is a signal voltage corresponding to the voltage of the output signal of the readout circuit 15 and the reference voltage Vref.
  • the transistor RST of the pixel PX is configured to be able to reset the floating diffusion FDA based on the voltage Vout output from the amplifier circuit 19.
  • the reset operation can be performed by feeding back the voltage Vout corresponding to the output voltage of the readout circuit 15, making it possible to suppress kTC noise.
  • the periods Tb1 and Tb2 during which the signal SRST is at a high level may be set to a relatively long period, taking into account the settling time of the feedback described above. This makes it possible to effectively suppress kTC noise.
  • (2-9. Modification 9) 31 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging device according to Modification 9.
  • the pixel PX may have a plurality of output control circuits 18 (output control circuits 18a and 18b in FIG. 31).
  • the output control circuit 18 includes, for example, capacitance elements C3 and C4, transistor RES, transistor SIG, transistor RSTB, transistor AMPB, and transistor SELB.
  • the output control circuits 18a and 18b are controlled by different signals. Furthermore, for example, the output control circuit 18a is configured to output pixel signals to the signal processing circuit 112 via signal line L2a.
  • the output control circuit 18b is configured to output pixel signals to the signal processing circuit 112 via signal line L2b.
  • Figure 32 is a timing chart showing an example of the operation of an imaging device according to Variation 9.
  • signal SRST goes high.
  • signal SRSTB2 goes high, and signal SRES2 goes high. This causes transistor RSTB of output control circuit 18b to turn on, and transistor RES to turn on.
  • Signal SBIN is high, and transistor BIN is on.
  • signal SRES2 transitions from high to low.
  • a reset component corresponding to the voltage of floating diffusions FDA and FDB when transistor RST is on is held as signal RSAB in capacitive element C3 of output control circuit 18b.
  • the value of signal RSAB is determined when signal SRES2 transitions from high to low, and signal RSAB is held in capacitive element C3.
  • signal SRSTB1 goes high and signal SRES1 goes high. This causes transistor RSTB of output control circuit 18a to turn on and transistor RES to turn on. Signal SBIN is low and transistor BIN is off.
  • signal SRES1 transitions from high to low.
  • a reset component corresponding to the voltage of floating diffusion FDA when transistor RST is on is held as signal RSA in capacitive element C3 of output control circuit 18a.
  • the value of signal RSA is determined when signal SRES1 transitions from high to low, and signal RSA is held in capacitive element C3.
  • signal SRSTB1 goes high and signal SSIG1 goes high. This causes transistor RSTB of output control circuit 18a to turn on, and transistor SIG to turn on. Note that signal SBIN is low, and transistor BIN is off.
  • signal SSIG1 transitions from high to low.
  • signal PDA a signal based on the charge converted by photoelectric conversion unit 11a is held as signal PDA in capacitive element C4 of output control circuit 18a.
  • the value of signal PDA is determined at the time signal SSIG1 transitions from high to low, and signal PDA is held in capacitive element C4.
  • signal SRSTB2 goes high and signal SSIG2 goes high. This causes transistor RSTB of output control circuit 18b to turn on and transistor SIG to turn on. Furthermore, signal SBIN is high and transistor BIN is on.
  • signal SSIG2 transitions from high to low.
  • signal PDAB a signal based on the charges converted by photoelectric conversion unit 11a and the charges converted by photoelectric conversion unit 11b is held as signal PDAB in capacitive element C4 of output control circuit 18b.
  • the value of signal PDAB is determined at the time signal SSIG2 transitions from high to low, and signal PDAB is held in capacitive element C4.
  • signal RSTB1 goes high, resetting the voltage at node N1 of output control circuit 18a shown in FIG. 31. Furthermore, signal RSTB2 goes high, resetting the voltage at node N1 of output control circuit 18b.
  • signal SRES1 goes high. Also, because signal SSELB1 is high, a signal based on the voltage held in capacitive element C3 of output control circuit 18a, i.e., signal RSA, is read out to signal line L2a by transistor AMPB of output control circuit 18a.
  • signal SRES2 goes high, and a signal based on the voltage held in capacitive element C3 of output control circuit 18b, i.e., signal RSAB, is read out to signal line L2b by transistor AMPB of output control circuit 18b.
  • signals RSTB1 and RSTB2 both go high, resetting node N1.
  • signal SSIG1 goes high.
  • signal PDA a signal based on the voltage held in capacitive element C4 of output control circuit 18a, i.e., signal PDA, is read out to signal line L2a by transistor AMPB of output control circuit 18a.
  • signal SSIG2 goes high, and a signal based on the voltage held in capacitive element C4 of output control circuit 18b, i.e., signal PDAB, is read out to signal line L2b by transistor AMPB of output control circuit 18b.
  • the signal processing circuit 112 performs signal processing such as AD conversion and subtraction on the signals RSA, RSAB, PDA, and PDAB. For example, the signal processing circuit 112 performs CDS processing to subtract the signal RSA from the signal PDA, thereby obtaining a pixel signal PA indicating (PDA-RSA).
  • the signal processing circuit 112 can obtain a pixel signal PB based on the pixel signal PA and the following equation (6).
  • PB (PDAB-RSAB) ⁇ CAB / CA -PA...(6)
  • FIG. 33A and 33B are diagrams for explaining a configuration example of an imaging device according to Modification 10.
  • the above-described arithmetic circuit 80 may be mounted on the imaging device 1 as in the example shown in Fig. 33A , or may be provided outside the imaging device 1 as in the example shown in Fig. 33B .
  • it may be configured as a light detection system 300 including a arithmetic device (arithmetic circuit 80) and a light detection device (imaging device 1).
  • Imaging device 1 can be applied to various electronic devices, such as imaging systems such as digital still cameras and digital video cameras, mobile phones with imaging functions, or other devices with imaging functions.
  • Figure 34 is a block diagram showing an example configuration of an electronic device.
  • electronic device 1001 is equipped with an optical system 1002, a photodetector 1003, and a DSP (Digital Signal Processor) 1004, and is configured by connecting DSP 1004, display device 1005, operation system 1006, memory 1008, recording device 1009, and power supply system 1010 via bus 1007, and is capable of capturing still and moving images.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the optical system 1002 is composed of one or more lenses, and guides image light (incident light) from the subject to the photodetector 1003, forming an image on the light-receiving surface (sensor section) of the photodetector 1003.
  • the above-described photodetector (imaging device 1) can be used as the photodetector 1003. Electrons are accumulated in the photodetector 1003 for a certain period of time in accordance with the image formed on the light-receiving surface via the optical system 1002. A signal corresponding to the electrons accumulated in the photodetector 1003 is then supplied to the DSP 1004.
  • the DSP 1004 performs various signal processing on the signal from the photodetector 1003 to acquire an image, and temporarily stores the image data in the memory 1008.
  • the image data stored in the memory 1008 is recorded in the recording device 1009 or supplied to the display device 1005 to display the image.
  • the operation system 1006 accepts various operations by the user and supplies operation signals to each block of the electronic device 1001.
  • the power supply system 1010 supplies the power necessary to drive each block of the electronic device 1001.
  • Fig. 35A is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a light detection system 2000 including a light detection device (imaging device 1).
  • Fig. 35B is a schematic diagram showing an example of the circuit configuration of the light detection system 2000.
  • the light detection system 2000 includes a light emitting device 2001 as a light source unit that emits light Lb, and a light detecting device 2002 as a light receiving unit that has a photoelectric conversion element.
  • the above-described light detection device (imaging device 1) can be used as the light detection device 2002.
  • the light detection system 2000 may further include a system control unit 2003, a light source driving unit 2004, a sensor control unit 2005, a light source side optical system 2006, and a camera side optical system 2007.
  • the light detection device 2002 can detect light La and light Lb.
  • Light La is external ambient light reflected by the subject 2100 (object to be measured) (see Figure 35A).
  • Light Lb is light emitted by the light-emitting device 2001 that is reflected by the subject 2100.
  • Light La is, for example, visible light
  • light Lb is, for example, infrared light.
  • Light La can be detected by the photoelectric conversion unit in the light detection device 2002
  • light Lb can be detected by the photoelectric conversion unit in the light detection device 2002.
  • Image information of the subject 2100 can be obtained from light La
  • distance information between the subject 2100 and the light detection system 2000 can be obtained from light Lb.
  • the optical detection system 2000 can be mounted on, for example, an electronic device such as a smartphone or a mobile object such as a car.
  • the light-emitting device 2001 can be configured using, for example, a semiconductor laser, a surface-emitting semiconductor laser, or a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser
  • the method of detecting light Lb emitted from light emitting device 2001 by light detection device 2002 can be, for example, the iTOF method, but is not limited to this.
  • the photoelectric conversion unit can measure the distance to the subject 2100 using, for example, the time-of-flight (TOF) of light.
  • TOF time-of-flight
  • the method of detecting light Lb emitted from light-emitting device 2001 by light detection device 2002 can also be, for example, a structured light method or a stereo vision method.
  • a structured light method a predetermined pattern of light is projected onto subject 2100, and the distance between light detection system 2000 and subject 2100 can be measured by analyzing the degree of distortion of that pattern.
  • stereo vision method for example, two or more cameras are used to acquire two or more images of the subject 2100 viewed from two or more different viewpoints, thereby making it possible to measure the distance between the light detection system 2000 and the subject.
  • the light emitting device 2001 and the light detection device 2002 can be synchronously controlled by the system control unit 2003.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving body, such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, or a robot.
  • Figure 36 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes multiple electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside vehicle information detection unit 12030, an inside vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • the functional configuration of the integrated control unit 12050 also includes a microcomputer 12051, an audio/video output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (Interface) 12053.
  • the drivetrain control unit 12010 controls the operation of devices related to the vehicle's drivetrain in accordance with various programs.
  • the drivetrain control unit 12010 functions as a control device for a driveforce generating device such as an internal combustion engine or drive motor that generates vehicle driveforce, a driveforce transmission mechanism that transmits driveforce to the wheels, a steering mechanism that adjusts the vehicle's steering angle, and a braking device that generates vehicle braking force.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlamps, backup lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps.
  • radio waves transmitted from a portable device that serves as a key or signals from various switches can be input to the body system control unit 12020.
  • the body system control unit 12020 accepts these radio waves or signal inputs and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.
  • the outside vehicle information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the outside vehicle information detection unit 12030 is connected to an imaging unit 12031.
  • the outside vehicle information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture images outside the vehicle and receives the captured images.
  • the outside vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing for people, cars, obstacles, signs, characters on the road surface, etc. based on the received images.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of light received.
  • the imaging unit 12031 can output the electrical signal as an image, or as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light, or may be invisible light such as infrared light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects information inside the vehicle. Connected to the in-vehicle information detection unit 12040 is, for example, a driver state detection unit 12041 that detects the driver's state.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 may calculate the driver's level of fatigue or concentration based on the detection information input from the driver state detection unit 12041, or may determine whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 can calculate control target values for the driving force generating device, steering mechanism, or braking device based on information inside and outside the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040, and output control commands to the drive system control unit 12010.
  • the microcomputer 12051 can perform cooperative control aimed at realizing the functions of an ADAS (Advanced Driver Assistance System), including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following driving based on the distance between vehicles, maintaining vehicle speed, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on information about the vehicle's surroundings acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040, thereby enabling cooperative control aimed at autonomous driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on driver operation.
  • the microcomputer 12051 can output control commands to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 can control the headlamps according to the position of a preceding vehicle or an oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and perform cooperative control aimed at preventing glare, such as switching from high beams to low beams.
  • the audio/video output unit 12052 transmits at least one audio and/or video output signal to an output device capable of visually or audibly notifying vehicle occupants or the outside of the vehicle of information.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • Figure 37 shows an example of the installation location of the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and the top of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12101 provided on the front nose and the imaging unit 12105 provided on the top of the windshield inside the vehicle cabin mainly capture images of the front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors mainly capture images of the sides of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door mainly captures images of the rear of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12105 provided on the top of the windshield inside the vehicle cabin is mainly used to detect leading vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.
  • Imaging range 12111 indicates the imaging range of imaging unit 12101 provided on the front nose
  • imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • imaging range 12114 indicates the imaging range of imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door.
  • At least one of the image capturing units 12101 to 12104 may have a function for acquiring distance information.
  • at least one of the image capturing units 12101 to 12104 may be a stereo camera consisting of multiple image capturing elements, or an image capturing element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 can calculate the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and the change in this distance over time (relative speed with respect to the vehicle 12100), thereby extracting as a preceding vehicle the three-dimensional object that is the closest three-dimensional object on the path of the vehicle 12100 and traveling in approximately the same direction as the vehicle 12100 at a predetermined speed (e.g., 0 km/h or higher). Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance that should be maintained in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic braking control (including follow-up stop control) and automatic acceleration control (including follow-up start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on driver operation.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 can classify and extract three-dimensional object data regarding three-dimensional objects into categories such as motorcycles, standard vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects, and use this data for automatic obstacle avoidance. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines the collision risk, which indicates the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or exceeds a set value and a collision is possible, it can provide driving assistance to avoid a collision by outputting an alarm to the driver via the audio speaker 12061 or the display unit 12062, or by performing forced deceleration or evasive steering via the drivetrain control unit 12010.
  • At least one of the image capturing units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize pedestrians by determining whether or not a pedestrian is present in the images captured by the image capturing units 12101 to 12104. Such pedestrian recognition is performed, for example, by extracting feature points in the images captured by the image capturing units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points that indicate the outline of an object to determine whether or not the object is a pedestrian.
  • the audio/video output unit 12052 controls the display unit 12062 to superimpose a rectangular outline on the recognized pedestrian for emphasis.
  • the audio/video output unit 12052 may also control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating the pedestrian in a desired position.
  • the technology disclosed herein can be applied to, for example, the imaging unit 12031.
  • the imaging device 1 can be applied to the imaging unit 12031.
  • the technology according to the present disclosure (Application example to endoscopic surgery system)
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
  • Figure 38 is a diagram showing an example of the general configuration of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein (the present technology) can be applied.
  • Figure 38 shows an operator (doctor) 11131 performing surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic surgery system 11000.
  • the endoscopic surgery system 11000 is composed of an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100, and a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101, a predetermined length of which is inserted from the tip into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 is configured as a so-called rigid scope having a rigid lens barrel 11101, but the endoscope 11100 may also be configured as a so-called flexible scope having a flexible lens barrel.
  • An opening into which an objective lens is fitted is provided at the tip of the tube 11101.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the tube by a light guide extending inside the tube 11101, and is then irradiated via the objective lens towards the object to be observed inside the body cavity of the patient 11132.
  • the endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
  • the camera head 11102 contains an optical system and an image sensor, and the optical system focuses reflected light (observation light) from the object being observed onto the image sensor.
  • the image sensor converts the observation light photoelectrically, generating an electrical signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image. This image signal is sent to the camera control unit (CCU) 11201 as RAW data.
  • CCU camera control unit
  • the CCU 11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), etc., and provides overall control over the operation of the endoscope 11100 and display device 11202. Furthermore, the CCU 11201 receives image signals from the camera head 11102 and performs various image processing on the image signals, such as development processing (demosaic processing), to display an image based on the image signals.
  • CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 Under the control of the CCU 11201, the display device 11202 displays an image based on the image signal that has been subjected to image processing by the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (Light Emitting Diode), and supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, etc.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode)
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • the user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user can input instructions to change the imaging conditions (type of illumination light, magnification, focal length, etc.) used by the endoscope 11100.
  • the treatment tool control device 11205 controls the operation of the energy treatment tool 11112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc.
  • the insufflation device 11206 sends gas into the body cavity of the patient 11132 via the insufflation tube 11111 to inflate the body cavity in order to ensure a clear field of view for the endoscope 11100 and to ensure working space for the surgeon.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various types of information related to the surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various types of information related to the surgery in various formats, such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 which supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, can be configured from a white light source, such as an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • a white light source such as an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • the white light source is configured from a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, making it possible to adjust the white balance of the captured image in the light source device 11203.
  • the light source device 11203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals.
  • the operation of the image sensor of the camera head 11102 in synchronization with the timing of the change in light intensity to acquire images in a time-division manner and combining these images, it is possible to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blocked-up shadows and blown-out highlights.
  • the light source device 11203 may also be configured to supply light in a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • Special light observation takes advantage of the wavelength dependence of light absorption in body tissues, and irradiates light with a narrower band than the light irradiated during normal observation (i.e., white light), thereby capturing high-contrast images of specific tissues, such as blood vessels on the surface of the mucosa, in what is known as narrow band imaging.
  • special light observation may involve fluorescence observation, in which images are obtained using fluorescence generated by irradiating excitation light.
  • Fluorescence observation can involve irradiating excitation light onto body tissue and observing the fluorescence from the tissue (autofluorescence observation), or by locally injecting a reagent such as indocyanine green (ICG) into the body tissue and irradiating the tissue with excitation light corresponding to the fluorescent wavelength of the reagent to obtain a fluorescent image.
  • the light source device 11203 may be configured to supply narrow band light and/or excitation light corresponding to such special light observation.
  • Figure 39 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in Figure 38.
  • the camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other via a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
  • Lens unit 11401 is an optical system provided at the connection point with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401. Lens unit 11401 is composed of a combination of multiple lenses, including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging unit 11402 is composed of an imaging element.
  • the imaging unit 11402 may have one imaging element (a so-called single-chip type) or multiple imaging elements (a so-called multi-chip type). If the imaging unit 11402 is composed of a multi-chip type, for example, each imaging element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and these may be combined to obtain a color image.
  • the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and left eye corresponding to 3D (dimensional) display. 3D display allows the surgeon 11131 to more accurately grasp the depth of the biological tissue at the surgical site. Note that if the imaging unit 11402 is composed of a multi-chip type, multiple lens units 11401 may be provided corresponding to each imaging element.
  • the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101, immediately after the objective lens.
  • the drive unit 11403 is composed of an actuator, and under the control of the camera head control unit 11405, moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 a predetermined distance along the optical axis. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 to be adjusted as appropriate.
  • the communication unit 11404 is composed of a communication device for sending and receiving various information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 also receives control signals from the CCU 11201 for controlling the operation of the camera head 11102, and supplies these to the camera head control unit 11405.
  • These control signals include information relating to the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value during imaging, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image.
  • the imaging conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be specified by the user as appropriate, or may be set automatically by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal.
  • the endoscope 11100 will be equipped with the so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.
  • the camera head control unit 11405 controls the operation of the camera head 11102 based on control signals received from the CCU 11201 via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is composed of a communication device for sending and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives image signals transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 transmits control signals to the camera head 11102 to control the operation of the camera head 11102.
  • Image signals and control signals can be transmitted via electrical communication, optical communication, etc.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing operations on the image signal, which is RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site, etc. by the endoscope 11100, and the display of the captured images obtained by imaging the surgical site, etc. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.
  • control unit 11413 causes the display device 11202 to display the captured image showing the surgical area, etc., based on the image signal that has been image processed by the image processing unit 11412.
  • the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition technologies.
  • the control unit 11413 can recognize surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist generated when using the energy treatment tool 11112, etc., by detecting the shape and color of the edges of objects included in the captured image.
  • the control unit 11413 may use the recognition results to superimpose various surgical support information on the image of the surgical area. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can proceed with the surgery reliably.
  • the transmission cable 11400 connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable for electrical signal communication, an optical fiber for optical communication, or a composite cable of these.
  • communication is performed wired using a transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may also be performed wirelessly.
  • the technology disclosed herein can be suitably applied to, for example, the imaging unit 11402 provided in the camera head 11102 of the endoscope 11100.
  • the technology disclosed herein can be suitably applied to the imaging unit 11402, it is possible to provide a high-definition endoscope 11100.
  • an imaging device has been described as an example, but the photodetector of the present disclosure may be, for example, one that receives incident light and converts the light into an electric charge.
  • the output signal may be a signal of image information or a signal of ranging information.
  • the photodetector (imaging device) may be applied to an image sensor, a ranging sensor, etc. Note that the present disclosure is not limited to back-illuminated image sensors, but may also be applied to front-illuminated image sensors.
  • the optical detection device disclosed herein can also be applied as a distance measurement sensor capable of measuring distance using the TOF (Time Of Flight) method.
  • the optical detection device (imaging device) can also be applied as a sensor capable of detecting events, for example, an event-driven sensor (also known as an EVS (Event Vision Sensor), EDS (Event Driven Sensor), DVS (Dynamic Vision Sensor), etc.).
  • an event-driven sensor also known as an EVS (Event Vision Sensor), EDS (Event Driven Sensor), DVS (Dynamic Vision Sensor), etc.
  • a photodetector includes a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, each having a photoelectric conversion film that photoelectrically converts light, a first floating diffusion electrically connected to the first photoelectric conversion element, and a second floating diffusion electrically connected to the second photoelectric conversion element, and a readout circuit capable of outputting a signal based on charge accumulated in the first floating diffusion.
  • the readout circuit has a first transistor that can electrically connect the first floating diffusion and the second floating diffusion. This makes it possible to realize a photodetector that is advantageous for miniaturization.
  • a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element each having a photoelectric conversion film that converts light into electricity;
  • a readout circuit including a first floating diffusion electrically connected to the first photoelectric conversion element and a second floating diffusion electrically connected to the second photoelectric conversion element, and capable of outputting a signal based on charges accumulated in the first floating diffusion;
  • the readout circuit includes a first transistor that can electrically connect the first floating diffusion and the second floating diffusion.
  • a pixel including at least one of the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element The photodetector according to (1), wherein the pixel is a pixel that can be used for phase difference detection.
  • the readout circuit is capable of outputting a first signal based on the charge converted by the first photoelectric conversion element and a second signal based on the charge converted by the first photoelectric conversion element and the charge converted by the second photoelectric conversion element.
  • the photodetector according to (4) further comprising an arithmetic circuit capable of generating a third signal based on the charge converted by the second photoelectric conversion element, based on the first signal and the second signal.
  • (6) further comprising an AD conversion circuit capable of performing AD conversion;
  • the photodetector according to (7) further comprising a through electrode provided to penetrate the semiconductor layer and capable of transferring charges converted by the first photoelectric conversion element.
  • the semiconductor layer has a first surface onto which light transmitted through the first photoelectric conversion element or the second photoelectric conversion element is incident, and a second surface opposite to the first surface;
  • the semiconductor layer has a first surface onto which light transmitted through the first photoelectric conversion element or the second photoelectric conversion element is incident, and a second surface opposite to the first surface;
  • (11) a wiring layer provided between the semiconductor layer and a layer having the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element;
  • the semiconductor layer further includes a fourth photoelectric conversion element provided adjacent to the third photoelectric conversion element, The photodetector according to (12), wherein the readout circuit includes a third transistor capable of transferring the electric charge converted by the fourth photoelectric conversion element to the first floating diffusion.
  • the third photoelectric conversion element receives light that has passed through at least one of the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element;
  • (16) further comprising an amplifier circuit capable of outputting a first voltage based on the signal output from the read circuit and a reference voltage;
  • the photodetector device according to any one of (1) to (16), wherein the readout circuit includes a fourth transistor capable of resetting a voltage of the first floating diffusion based on the first voltage output from the amplifier circuit.
  • the readout circuit has a plurality of capacitance elements capable of holding a voltage signal based on the charge accumulated in the first floating diffusion.
  • the readout circuit has a fourth transistor electrically connected between the first floating diffusion and a first potential line;
  • the photodetector device according to any one of (1) to (17), wherein the readout circuit is capable of outputting a signal based on a voltage of the first floating diffusion when the fourth transistor is in an on-state before and after a charge accumulation period.
  • a photodetector A computing device and The photodetector device a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element each having a photoelectric conversion film that converts light into electricity; a readout circuit including a first floating diffusion electrically connected to the first photoelectric conversion element and a second floating diffusion electrically connected to the second photoelectric conversion element, the readout circuit being capable of outputting a signal based on the charge accumulated in the first floating diffusion; an AD conversion circuit capable of performing AD conversion; the readout circuit has a first transistor capable of electrically connecting the first floating diffusion and the second floating diffusion, and is capable of outputting a first signal based on charges converted by the first photoelectric conversion element and a second signal based on charges converted by the first photoelectric conversion element and charges converted by the second photoelectric conversion element; The arithmetic unit is capable of generating a third signal based on the charge converted by the second photoelectric conversion element, based on the first signal and the second signal converted into digital signals by the AD conversion circuit.
  • a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element each having a photoelectric conversion film that converts light into electricity;
  • a readout circuit including a first floating diffusion electrically connected to the first photoelectric conversion element and a second floating diffusion electrically connected to the second photoelectric conversion element, and capable of outputting a signal based on charges accumulated in the first floating diffusion;
  • the readout circuit includes a first transistor capable of electrically connecting the first floating diffusion and the second floating diffusion.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本開示の一実施形態の光検出装置は、光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、前記第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路とを備える。前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと前記第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有する。

Description

光検出装置、光検出システム、および電子機器
　本開示は、光検出装置、光検出システム、および電子機器に関する。
　２つの光電変換部と、２つの電荷保持部と、スイッチ素子としての２つのＭＯＳトランジスタとを有する位相差画素を備えた撮像装置が提案されている（特許文献１）。
特開２０１６－５８５５９号公報
　光を検出する装置では、微細化に対応可能であることが望ましい。
　微細化に有利な光検出装置を提供することが望まれる。
　本開示の一実施形態の光検出装置は、光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路とを備える。読み出し回路は、第１フローティングディフュージョンと第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有する。
　本開示の一実施形態の光検出システムは、光検出装置と、演算装置とを備える。光検出装置は、光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路と、ＡＤ変換を実行可能なＡＤ変換回路とを有する。読み出し回路は、第１フローティングディフュージョンと第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有し、第１光電変換素子で変換された電荷に基づく第１信号と、第１光電変換素子で変換された電荷及び第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第２信号とを出力可能である。演算装置は、ＡＤ変換回路によりデジタル信号に変換された第１信号及び第２信号に基づいて、第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第３信号を生成可能である。
　本開示の一実施形態の電子機器は、光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路とを備える。読み出し回路は、第１フローティングディフュージョンと第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有する。
図１は、本開示の実施の形態に係る光検出装置の一例である撮像装置の概略構成の一例を示すブロック図である。 図２は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の画素部の一例を示す図である。 図３は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の断面構成の一例を説明するための図である。 図４は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の画素の回路構成の一例を説明するための図である。 図５は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図６は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の動作例を説明するための図である。 図７は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。 図８は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。 図９は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の断面構成の別の例を説明するための図である。 図１０は、本開示の実施の形態に係る撮像装置の画素の回路構成の別の例を説明するための図である。 図１１は、本開示の変形例１に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図１２は、本開示の変形例１に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図１３は、本開示の変形例１に係る撮像装置の平面構成の一例を説明するための図である。 図１４は、本開示の変形例２に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図１５は、本開示の変形例３に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図１６は、本開示の変形例３に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図１７は、本開示の変形例４に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図１８は、本開示の変形例４に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図１９は、本開示の変形例５に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図２０は、本開示の変形例５に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図２１は、本開示の変形例５に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図２２は、本開示の変形例５に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図２３は、本開示の変形例５に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図２４は、本開示の変形例５に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。 図２５は、本開示の変形例６に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図２６は、本開示の変形例６に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図２７は、本開示の変形例６に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図２８は、本開示の変形例７に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。 図２９は、本開示の変形例８に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図３０は、本開示の変形例８に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図３１は、本開示の変形例９に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図３２は、本開示の変形例９に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。 図３３Ａは、本開示の変形例１０に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図３３Ｂは、本開示の変形例１０に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。 図３４は、電子機器の構成例を示すブロック図である。 図３５Ａは、光検出システムの全体構成の一例を模式的に表したものである。 図３５Ｂは、光検出システムの全体構成の一例を模式的に表したものである。 図３６は、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。 図３７は、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。 図３８は、内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 図３９は、カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　１．実施の形態
　２．変形例
　３．適用例
　４．応用例
＜１．実施の形態＞
　図１は、本開示の実施の形態に係る光検出装置の一例である撮像装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図２は、実施の形態に係る撮像装置の画素部の一例を示す図である。光検出装置は、入射する光を検出可能な装置である。光検出装置の一例である撮像装置１は、光電変換部（光電変換素子）を有する複数の画素ＰＸを有し、入射した光を光電変換して信号を生成するように構成される。撮像装置１は、例えば、光学レンズを含む光学系（不図示）を透過した光を受光して信号を生成し得る。
　撮像装置１は、例えば、複数の画素ＰＸが設けられた半導体基板（例えばシリコン基板）を用いて構成される。撮像装置１の各画素ＰＸは、例えば光電変換部としてフォトダイオード（ＰＤ）を含み、光を光電変換可能に構成される。撮像装置１は、図２に示す例のように、複数の画素ＰＸが行列状に２次元配置された領域（画素部１００）を、撮像エリアとして有する。画素部１００は、複数の画素ＰＸが配置される画素アレイともいえる。
　撮像装置１は、光学レンズを含む光学系を介して、計測対象としての被写体からの入射光（像光）を取り込む。撮像装置１は、光学レンズにより形成される被写体の像を撮像する。撮像装置１は、受光した光（例えば可視光、赤外光等）を光電変換して画素信号を生成し得る。光検出装置である撮像装置１は、入射した光を受光して信号を生成可能な装置であり、受光装置ともいえる。
　撮像装置１（光検出装置）は、一例として、イメージセンサとして構成され得る。撮像装置１は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。撮像装置１は、複数の半導体層を積層して構成された構造（積層構造）を有し得る。撮像装置１は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話等、各種の電子機器に利用可能である。
　なお、図２に示すように、被写体からの光の入射方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交する紙面左右方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する紙面上下方向をＹ軸方向とする。以降の図において、図２の矢印の方向を基準として方向を表記する場合もある。
　撮像装置１は、一例として、図１に示す例のように、画素部１００（画素アレイ）、垂直駆動回路１１１、信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、出力回路１１４、制御回路１１５、及び入出力端子１１６等を有する。また、撮像装置１には、例えば、複数の制御線Ｌ１と、複数の信号線Ｌ２が設けられる。
　制御線Ｌ１は、画素ＰＸを制御する信号を伝えることが可能な信号線であり、垂直駆動回路１１１と画素部１００の画素ＰＸとに接続される。図１に示す例では、画素部１００には、水平方向（行方向）に並ぶ複数の画素ＰＸにより構成される画素行ごとに、複数の制御線Ｌ１が配線される。制御線Ｌ１は、画素ＰＸからの信号読み出しのための制御信号を伝送するように構成される。
　撮像装置１の画素行ごとの複数の制御線Ｌ１には、一例として、選択トランジスタを制御する信号を伝送する配線、リセットトランジスタを制御する信号を伝送する配線等が含まれる。制御線Ｌ１は、画素ＰＸを駆動する信号を伝送する駆動線（画素駆動線）ともいえる。
　信号線Ｌ２は、画素ＰＸからの信号を伝えることが可能な信号線であり、画素部１００の画素ＰＸと信号処理回路１１２とに接続される。画素部１００には、例えば、垂直方向（列方向）に並ぶ複数の画素ＰＸにより構成される画素列ごとに、１つ又は複数の信号線Ｌ２が配線される。
　信号線Ｌ２は、垂直信号線であり、画素ＰＸから出力される信号を伝送するように構成される。撮像装置１では、１つの画素列に対して、複数の信号線Ｌ２が設けられてよい。撮像装置１は、画素列ごとに複数の信号線Ｌ２を有し得る。
　垂直駆動回路１１１は、画素部１００の各画素ＰＸを駆動可能に構成される。垂直駆動回路１１１は、例えば、バッファ、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等を含む複数の回路によって構成される。垂直駆動回路１１１は、画素ＰＸを駆動するための信号を生成し、制御線Ｌ１を介して画素部１００の各画素ＰＸへ出力する。垂直駆動回路１１１は、制御回路１１５により制御され、画素部１００の画素ＰＸの制御を行う。
　垂直駆動回路１１１は、例えば、画素ＰＸの選択トランジスタを制御する信号、リセットトランジスタを制御する信号等を生成し、制御線Ｌ１によって各画素ＰＸに供給する。垂直駆動回路１１１は、各画素ＰＸから画素信号を読み出す制御を行い得る。垂直駆動回路１１１は、各画素ＰＸを制御可能に構成された画素制御部ともいえる。
　信号処理回路１１２は、入力される画素の信号の信号処理を実行可能に構成される。信号処理回路１１２は、例えば、負荷回路、ＡＤ(Analog Digital)変換回路、水平選択スイッチ等を有する。負荷回路は、一例として、画素ＰＸの増幅トランジスタに電流を供給可能な電流源により構成される。負荷回路は、例えば、画素ＰＸの増幅トランジスタと共にソースフォロア回路を構成する。
　信号処理回路１１２は、信号線Ｌ２を介して画素ＰＸから読み出される信号を増幅するように構成された増幅回路を有していてもよい。負荷回路、増幅回路、及びＡＤ変換回路等は、例えば、複数の信号線Ｌ２の各々に対して設けられる。画素部１００の画素列ごとに、負荷回路、増幅回路、及びＡＤ変換回路等が設けられ得る。
　垂直駆動回路１１１によって選択走査された各画素ＰＸから出力される信号は、信号線Ｌ２を介して信号処理回路１１２に入力される。信号処理回路１１２は、画素ＰＸの信号のＡＤ変換、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング)等の信号処理を行い得る。
　水平駆動回路１１３は、例えば、バッファ、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等によって構成される。水平駆動回路１１３は、信号処理回路１１２の水平選択スイッチを駆動可能に構成される。水平駆動回路１１３は、信号処理回路１１２の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動する。各信号線Ｌ２を通して伝送される各画素ＰＸの信号は、信号処理回路１１２により信号処理が施され、水平駆動回路１１３による選択走査によって順に水平信号線１２１に出力される。
　出力回路１１４は、入力される信号に対して信号処理を行い、信号を出力するように構成される。出力回路１１４は、信号処理回路１１２から水平信号線１２１を介して順次入力される画素の信号に対して信号処理を行い、処理後の画素の信号を出力する。出力回路１１４は、例えば、バッファリング、黒レベル調整、列ばらつき補正、及び各種デジタル信号処理等を行い得る。
　制御回路１１５は、撮像装置１の各部を制御可能に構成される。制御回路１１５は、外部から与えられるクロック、動作モードを指令するデータ等を受け取り、また、撮像装置１の内部情報等のデータを出力し得る。制御回路１１５は、例えば、各種のタイミング信号を生成可能に構成されたタイミングジェネレータを有する。
　制御回路１１５は、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号（パルス信号、クロック信号等）に基づき、垂直駆動回路１１１、信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３等の周辺回路の駆動制御を行う。入出力端子１１６は、外部との信号のやり取りを行うものである。
　なお、垂直駆動回路１１１、信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、水平信号線１２１、出力回路１１４、制御回路１１５等は、１つの半導体基板に設けられてもよく、複数の半導体基板に分けて設けられてもよい。撮像装置１は、複数の基板を積層して構成された構造（積層構造）を有していてもよい。
　図３は、実施の形態に係る撮像装置の断面構成の一例を説明するための図である。また、図４は、実施の形態に係る撮像装置の画素の回路構成の一例を説明するための図である。撮像装置１は、例えば、図３に示す例のように、受光層２０と、配線層１３０と、半導体層１１０と、配線層１２０を有する。撮像装置１は、受光層２０と配線層１３０と半導体層１１０と配線層１２０とがＺ軸方向に積層された構成を有する。
　撮像装置１の画素ＰＸは、複数の光電変換部１１（図３では、光電変換部１１ａ、光電変換部１１ｂ）を有する。光電変換部１１（光電変換素子）は、光を受光して信号を生成するように構成される。撮像装置１の各画素ＰＸでは、それぞれ、例えば、複数の光電変換部１１が互いに隣り合うように配置される。
　図３及び図４に示す例では、画素ＰＸは、光電変換部１１ａと光電変換部１１ｂを有する。光電変換部１１ｂは、光電変換部１１ａの隣に設けられる。光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂは、それぞれ、光電変換膜２２を有し、光電変換により電荷を生成可能に構成される。光電変換部１１ａを有する画素と、光電変換部１１ｂを有する画素とが設けられるともいえる。
　なお、図４等の回路図では、説明のために、光電変換部１１をフォトダイオードとしてのダイオードのシンボルを用いて表し、フローティングディフュージョンへキャリアとして正孔（ホール）を読み出す場合の一例を模式的に表している。しかし、ダイオードの接続関係（即ち光電変換部１１の接続関係）は、図示した例に限られず、キャリア（信号電荷）に応じて適宜定められ得る。
　半導体層１１０は、図３に示すように、対向する面１１Ｓ１及び面１１Ｓ２を有する。半導体層１１０の面１１Ｓ２は、面１１Ｓ１とは反対側の面である。半導体層１１０は、半導体基板、例えばＳｉ（シリコン）基板により構成される。
　なお、半導体層１１０は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）基板、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板等であってもよく、他の半導体材料を用いて形成されてもよい。半導体層１１０は、ＩＩＩ－Ｖ族の化合物半導体材料等により構成されてもよい。
　半導体層１１０の面１１Ｓ１は、受光面（光入射面）である。半導体層１１０の面１１Ｓ２は、トランジスタ等の素子が形成される素子形成面である。半導体層１１０の面１１Ｓ２には、ゲート電極、ゲート絶縁膜（例えばゲート酸化膜）等が設けられる。なお、面１１Ｓ２は、トランジスタ、容量素子、又は抵抗素子等の各種の回路素子が設けられる面であり、回路面ともいえる。
　図３に示す例では、半導体層１１０の面１１Ｓ１側に、受光層２０及び配線層１３０が設けられる。半導体層１１０の面１１Ｓ２側には、配線層１２０が設けられる。光学系からの光が入射する側にレンズ９１及び受光層２０等が設けられ、光が入射する側とは反対側に配線層１２０が設けられる。
　配線層１２０は、例えば、導体膜および絶縁膜を含み、複数の配線およびビア等を有する。配線層１２０は、多層配線層であり、例えば２層以上、又は３層以上の配線を含む。配線層１２０は、層間絶縁膜（層間絶縁層）としての絶縁膜を介して、複数の配線が積層された構成を有する。
　配線層１２０の配線は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いて形成される。配線層１２０の配線は、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、その他の導電材料を用いて構成されてもよい。層間絶縁膜は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等を用いて形成される。
　半導体層１１０及び配線層１２０には、例えば、光電変換された電荷に基づく信号を出力可能に構成された読み出し回路１５（図４参照）が、画素ＰＸ毎に設けられる。一例として、半導体層１１０の面１１Ｓ２側には、読み出し回路１５のトランジスタＲＳＴ、トランジスタＡＭＰ、トランジスタＳＥＬ、フローティングディフュージョンＦＤＡ、フローティングディフュージョンＦＤＢ等が設けられる。
　なお、上述した垂直駆動回路１１１、信号処理回路１１２、水平駆動回路１１３、水平信号線１２１、出力回路１１４、制御回路１１５等（図１参照）は、半導体層１１０とは別の基板、又は、半導体層１１０及び配線層１２０に設けられ得る。
　レンズ９１は、光を集光するレンズであり、オンチップレンズとも呼ばれる光学部材である。レンズ９１は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、及び酸窒化シリコン等により構成される。なお、レンズ９１は、光を透過する他の材料を用いて形成されてもよい。レンズ９１は、例えば、画素ＰＸ毎に、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂの上方に設けられる。
　レンズ９１（レンズ部）には、撮像レンズ等の光学系を介して、計測対象である被写体からの光が入射する。レンズ９１は、入射する光を光電変換部１１ａ，１１ｂ側へ導く。撮像装置１では、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂは、それぞれ、レンズ９１を介して入射する光を光電変換する。光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂの各々は、入射する光を吸収して電荷を生成し得る。
　撮像装置１では、例えば、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂに対して、１つのレンズ９１が設けられる。撮像装置１では、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂによって、撮像レンズ等の光学系の互いに異なる領域を通過した光が受光され、瞳分割が行われる。
　光電変換部１１ａで変換された電荷に基づく信号、光電変換部１１ｂで変換された電荷に基づく信号を用いることで、位相差データ（位相差情報）を得ることができる。位相差データを用いることで、位相差ＡＦ（Auto Focus）を行うことが可能となる。撮像装置１の画素ＰＸは、位相差検出に利用可能な画素であり、位相差画素（又は位相差検出画素）ともいえる。
　各画素ＰＸの光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂは、図３に示す例のように、光電変換膜２２と、上部電極２３とを含む。また、光電変換部１１ａは、下部電極２４ａを有し、光電変換部１１ｂは、下部電極２４ｂを有する。光電変換膜２２を有する光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂは、それぞれ、光電変換領域ともいえる。
　光電変換膜２２は、光電変換により電荷を生成する。光電変換膜２２は、入射する光を光電変換し、受光量に応じた電荷を生成し得る。光電変換膜２２は、光電変換層ともいえる。光電変換膜２２（光電変換層）は、例えば、有機材料からなる光電変換膜である。
　撮像装置１では、例えば、各画素ＰＸに、有機半導体材料により形成される光電変換膜２２が設けられる。なお、光電変換膜２２として、無機材料を用いて構成された光電変換膜を配置してもよい。光電変換膜２２の材料は、例えば、計測対象とする入射光の波長域に応じて選択され得る。
　上部電極２３は、例えば、複数の画素ＰＸの光電変換膜２２に共通の電極であり、光電変換膜２２の一方の面側に設けられる。各画素ＰＸでは、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂが、光電変換膜２２に対して設けられる。下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、画素ＰＸ毎に、光電変換膜２２の他方の面側に設けられる。下部電極２４ａ，２４ｂは、光電変換膜２２で変換された電荷の読み出しに用いられる電極である。
　図３に示す例では、上部電極２３及び下部電極２４ａ（又は下部電極２４ｂ）は、光電変換膜２２を挟んで配置される。下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂの各々は、光電変換膜２２の一部を挟んで、上部電極２３に対向するように設けられる。上部電極２３は、光電変換膜２２の上部の電極であり、下部電極２４ａ，２４ｂは、光電変換膜２２の下部の電極である。
　上部電極２３は、複数の画素ＰＸに共通の電極であり、共通電極ともいえる。下部電極２４ａ，２４ｂは、読み出し電極ともいえる。上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、例えば、それぞれ互いに異なる配線、電極等を介して、半導体層１１０及び配線層１２０に設けられた回路に電気的に接続される。
　図３に示す例では、下部電極２４ａと下部電極２４ｂは、配線層１３０に設けられる。配線層１３０は、半導体層１１０の面１１Ｓ１上に設けられる。配線層１３０は、例えば、導体膜および絶縁膜を含み、複数の配線および電極等を有する。配線層１３０は、多層配線層であってよく、複数の配線が積層された構成を有し得る。
　配線層１３０は、例えば、層間絶縁膜として、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜等の絶縁膜を有する。配線層１３０の絶縁膜は、一例として、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等を用いて構成されてよく、計測対象とする光を透過する他の材料を用いて構成されてもよい。
　上述した上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、例えば、それぞれ透明な電極であり、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、酸化錫（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等により構成され得る。上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、他の金属酸化物により構成されてもよく、他の透明導電材料を用いて構成されてもよい。
　上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、アンチモン（Ｓｂ）がドープ（添加）された酸化錫（ＡＴＯ）、フッ素（Ｆ）がドープされた酸化錫（ＦＴＯ）等の酸化スズ系材料を用いて形成されてもよい。上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、酸化亜鉛系材料を用いて形成されてもよい。
　上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、例えば、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）等により構成されてもよい。また、上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、ＣｕＩ、ＩｎＳｂＯ４、ＺｎＭｇＯ、ＣｕＩｎＯ２、ＭｇＩＮ２Ｏ４、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ３、ＴｉＯ２、スピネル形酸化物、ＹｂＦｅ２Ｏ４構造を有する酸化物等を用いて形成されてもよい。
　上部電極２３、下部電極２４ａ、又は下部電極２４ｂは、透明性を要しない場合、例えば、アルカリ金属（リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）等）、アルカリ土類金属（マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）等）等により構成されてもよい。また、上部電極２３、下部電極２４ａ、又は下部電極２４ｂは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属材料を用いて形成されてもよい。
　上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、不純物を含有したポリシリコン、炭素系材料、酸化物半導体、カーボンナノチューブ、グラフェン等の導電性材料を用いて構成されてもよい。また、上部電極２３、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂは、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］といった有機材料（例えば導電性高分子）を用いて形成されてもよい。
　光電変換膜２２は、少なくとも可視光領域から近赤外領域に含まれる所定の波長の光を、例えば６０％以上吸収して電荷分離するものであってよい。光電変換膜２２は、例えば、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ未満の可視光領域および近赤外光領域の一部または全ての波長の光を吸収する。光電変換膜２２は、例えば、ｐ型半導体またはｎ型半導体として機能する有機材料を２種以上含んで構成されており、ｐ型半導体とｎ型半導体との接合面（ｐ／ｎ接合面）を有している。
　この他、光電変換膜２２は、ｐ型半導体からなる層（ｐ型半導体層）とｎ型半導体からなる層（ｎ型半導体層）との積層構造（ｐ型半導体層／ｎ型半導体層）や、ｐ型半導体層と、ｐ型半導体とｎ型半導体との混合層（バルクヘテロ層）との積層構造（ｐ型半導体層／バルクヘテロ層）、あるいは、ｎ型半導体層とバルクヘテロ層との積層構造（ｎ型半導体層／バルクヘテロ層）としてもよい。また、光電変換膜２２を、ｐ型半導体とｎ型半導体との混合層（バルクヘテロ層）のみで形成してもよい。
　ｐ型半導体は、例えば、相対的に電子供与体として機能する正孔輸送材料であり、ｎ型半導体は、相対的に電子受容体として機能する電子輸送材料である。例えば、光電変換膜２２は、光を吸収した際に生じる励起子（電子正孔対）が電子と正孔とに分離する場を提供するものであり、具体的には、電子正孔対は、電子供与体と電子受容体との界面（ｐ／ｎ接合面）において電子と正孔とに分離する。
　ｐ型半導体としては、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン（ＢＴＢＴ）誘導体、ジナフトチエノチオフェン（ＤＮＴＴ）誘導体、ジアントラセノチエノチオフェン（ＤＡＴＴ）誘導体、ベンゾビスベンゾチオフェン（ＢＢＢＴ）誘導体、チエノビスベンゾチオフェン（ＴＢＢＴ）誘導体、ジベンゾチエノビスベンゾチオフェン（ＤＢＴＢＴ）誘導体、ジチエノベンゾジチオフェン（ＤＴＢＤＴ）誘導体、ジベンゾチエノジチオフェン（ＤＢＴＤＴ）誘導体、ベンゾジチオフェン（ＢＤＴ）誘導体、ナフトジチオフェン（ＮＤＴ）誘導体、アントラセノジチオフェン（ＡＤＴ）誘導体、テトラセノジチオフェン（ＴＤＴ）誘導体およびペンタセノジチオフェン（ＰＤＴ）誘導体に代表されるチエノアセン系材料が挙げられる。この他、ｐ型半導体としては、トリフェニルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、例えば、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体およびポリフルオレン誘導体等が挙げられる。
　ｎ型半導体としては、例えば、フラーレンＣ６０、フラーレンＣ７０、フラーレンＣ７４等の高次フラーレンや内包フラーレン等に代表されるフラーレンおよびその誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体に含まれる置換基としては、例えば、ハロゲン原子、直鎖または分岐もしくは環状のアルキル基またはフェニル基、直鎖または縮環した芳香族化合物を有する基、ハロゲン化物を有する基、パーシャルフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、シリルアルキル基、シリルアルコキシ基、アリールシリル基、アリールスルファニル基、アルキルスルファニル基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルフィド基、アルキルスルフィド基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、カルボニル基、カルボキシ基、カルボキソアミド基、カルボアルコキシ基、アシル基、スルホニル基、シアノ基、ニトロ基、カルコゲン化物を有する基、ホスフィン基、ホスホン基およびこれらの誘導体が挙げられる。具体的なフラーレン誘導体としては、例えば、フラーレンフッ化物やＰＣＢＭフラーレン化合物、フラーレン多量体等が挙げられる。この他、ｎ型半導体としては、ｐ型半導体よりもＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位が大きい有機半導体や光透過性を有する無機金属酸化物が挙げられる。
　ｎ型の有機半導体としては、例えば、窒素原子、酸素原子または硫黄原子を含有する複素環化合物が挙げられる。具体的には、例えば、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、イソキノリン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、フェナントロリン誘導体、テトラゾール誘導体、ピラゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、シアニン誘導体およびメロシアニン誘導体が挙げられる。
　光電変換膜２２は、ｐ型半導体およびｎ型半導体の他に、さらに、所定の波長域の光を吸収する一方、他の波長域の光を透過させる有機材料、所謂色素材料を含んで構成されていてもよい。光電変換膜２２をｐ型半導体、ｎ型半導体および色素材料の３種類の有機材料を用いて形成する場合には、ｐ型半導体およびｎ型半導体は、可視光領域において光透過性を有する材料であってもよい。これにより、光電変換膜２２では、色素材料が吸収する波長域の光が選択的に光電変換させるようになる。
　撮像装置１は、図３に示すように、貫通電極４０を有する。貫通電極４０は、接続電極（接続部）であり、異なる層に設けられた回路（素子）間を接続する。貫通電極４０は、一例として、半導体層１１０を貫通するように設けられる。貫通電極４０は、半導体層１１０を貫通するように、半導体層１１０内に設けられる構造体である。
　撮像装置１では、画素ＰＸ毎に、複数の貫通電極４０（図３では、貫通電極４０ａ、貫通電極４０ｂ）が設けられる。貫通電極４０は、例えば、光電変換部１１ａ又は光電変換部１１ｂの下方から、半導体層１１０の面１１Ｓ２に達するように形成される。図３に示す例では、貫通電極４０は、Ｚ軸方向に延び、配線層１２０内に達するように形成される。
　撮像装置１では、貫通電極４０によって、光電変換部１１ａ又は光電変換部１１ｂと、半導体層１１０の面１１Ｓ２側に設けられた回路とが電気的に接続される。光電変換部１１ａの下部電極２４ａは、貫通電極４０ａを介して、読み出し回路１５と電気的に接続される。光電変換部１１ｂの下部電極２４ｂは、貫通電極４０ｂを介して、読み出し回路１５と電気的に接続される。
　光電変換部１１ａで光電変換された電荷は、下部電極２４ａによって、貫通電極４０ａを介して読み出し回路１５のフローティングディフュージョンＦＤＡに転送される。光電変換部１１ｂで光電変換された電荷は、下部電極２４ｂによって、貫通電極４０ｂを介して読み出し回路１５のフローティングディフュージョンＦＤＢに転送される。
　フローティングディフュージョンＦＤＡ及びフローティングディフュージョンＦＤＢは、それぞれ、転送された電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢは、例えば、それぞれ、半導体層１１０に設けられた半導体領域を含んで構成される。
　貫通電極４０は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等によって構成される。貫通電極４０は、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）等を用いて形成されてもよい。貫通電極４０は、その他の金属材料によって構成されてもよい。
　撮像装置１の画素ＰＸは、図４に示すように、上述した光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂと、読み出し回路１５とを有する。読み出し回路１５は、一例として、フローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢと、トランジスタＡＭＰと、トランジスタＳＥＬと、トランジスタＲＳＴと、トランジスタＢＩＮとを有する。
　読み出し回路１５は、光電変換部１１（光電変換部１１ａ，１１ｂ）で光電変換された電荷に基づく信号を出力可能に構成される。読み出し回路１５は、例えば、フローティングディフュージョンＦＤＡに蓄積された電荷に基づく信号、即ちフローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に基づく信号を、信号線Ｌ２に読み出し可能に構成される。
　トランジスタＡＭＰ、トランジスタＳＥＬ、トランジスタＲＳＴ、及びトランジスタＢＩＮは、それぞれ、ゲート、ソース、ドレインの端子を有するＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。図４に示す例では、トランジスタＡＭＰ、トランジスタＳＥＬ、トランジスタＲＳＴ、及びトランジスタＢＩＮは、それぞれＮＭＯＳトランジスタにより構成される。なお、画素ＰＸのトランジスタは、ＰＭＯＳトランジスタにより構成されてもよい。
　フローティングディフュージョンＦＤＡ及びフローティングディフュージョンＦＤＢは、それぞれ、蓄積部であり、転送された電荷を蓄積可能に構成される。例えば、フローティングディフュージョンＦＤＡは、光電変換部１１ａで光電変換された電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンＦＤＢは、光電変換部１１ｂで光電変換された電荷を蓄積する。
　フローティングディフュージョンＦＤＡは、転送された電荷を蓄積し、フローティングディフュージョンＦＤＡの容量に応じた電圧に変換する。フローティングディフュージョンＦＤＢは、転送された電荷を蓄積し、フローティングディフュージョンＦＤＢの容量に応じた電圧に変換する。フローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢは、転送された電荷を保持可能な保持部ともいえる。
　トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤＡに蓄積された電荷に基づく信号を生成して出力するように構成される。図４に示すように、トランジスタＡＭＰのゲートは、フローティングディフュージョンＦＤＡと電気的に接続され、フローティングディフュージョンＦＤＡで変換された電圧が入力される。
　トランジスタＡＭＰのドレインは、電源電圧（図４に示す例では電源電圧ＶＤＤ）が供給される電源線に接続される。トランジスタＡＭＰのソースは、トランジスタＳＥＬを介して信号線Ｌ２に接続される。トランジスタＡＭＰは、増幅トランジスタであり、フローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に基づく信号を生成し、信号線Ｌ２へ出力し得る。
　トランジスタＳＥＬは、画素の信号の出力を制御可能に構成される。トランジスタＳＥＬは、例えば、図４に示す例のように、トランジスタＡＭＰに直列に電気的に接続される。トランジスタＳＥＬは、信号ＳＳＥＬにより制御され、トランジスタＡＭＰからの信号を信号線Ｌ２に出力可能に構成される。トランジスタＳＥＬは、選択トランジスタであり、画素の信号の出力タイミングを制御し得る。
　トランジスタＳＥＬは、光電変換部１１で変換された電荷に基づく信号を出力可能に構成される。トランジスタＳＥＬは、画素ＰＸの画素信号を信号線Ｌ２へ出力し得る。なお、トランジスタＳＥＬは、電源電圧ＶＤＤが与えられる電源線とトランジスタＡＭＰとの間に電気的に接続されていてもよい。また、必要に応じて、トランジスタＳＥＬを省略してもよい。
　トランジスタＲＳＴは、フローティングディフュージョンＦＤＡの電圧をリセット可能に構成される。図４に示す例では、トランジスタＲＳＴは、電源電圧ＶＤＤが与えられる電源線と電気的に接続され、電荷のリセットを行うように構成される。トランジスタＲＳＴは、信号ＳＲＳＴにより制御され、フローティングディフュージョンＦＤＡに蓄積された電荷をリセットし、フローティングディフュージョンＦＤＡの電圧をリセットし得る。
　図４に示す例では、トランジスタＲＳＴは、電源線とフローティングディフュージョンＦＤＡとを電気的に接続し、フローティングディフュージョンＦＤＡに蓄積された電荷を排出し得る。なお、トランジスタＲＳＴは、トランジスタＢＩＮを介して、フローティングディフュージョンＦＤＢに蓄積された電荷をリセットし、フローティングディフュージョンＦＤＢの電圧をリセットし得る。トランジスタＲＳＴは、リセットトランジスタである。
　トランジスタＢＩＮは、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢとを電気的に接続可能に構成される。トランジスタＢＩＮは、信号ＳＢＩＮにより制御され、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢとを電気的に接続または切断する。トランジスタＢＩＮは、ビニング素子（又はビニングトランジスタ）ともいえる。
　撮像装置１では、例えば、行方向（又は列方向）に隣り合う２つの光電変換部１１（光電変換部１１ａ，１１ｂ）毎に、トランジスタＢＩＮが設けられる。トランジスタＢＩＮがオフ状態の場合、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢとは電気的に切断され、光電変換部１１ａで光電変換された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤＡに蓄積される。
　トランジスタＢＩＮがオン状態の場合は、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢとが電気的に接続される。この場合、光電変換部１１ａで変換された電荷および光電変換部１１ｂで変換された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢに蓄積される。
　トランジスタＢＩＮがオン状態の場合、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂの各々で光電変換された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤＡと、フローティングディフュージョンＦＤＢとにおいて蓄積され加算される。トランジスタＢＩＮがオン状態となることで、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂで光電変換された電荷を加算し、加算された電荷に基づく画素信号を読み出すことができる。
　撮像装置１の垂直駆動回路１１１（図１参照）は、上述した制御線Ｌ１を介して、各画素ＰＸのトランジスタＢＩＮ、トランジスタＳＥＬ、トランジスタＲＳＴ等のゲートに制御信号を供給し、トランジスタをオン状態（導通状態）又はオフ状態（非導通状態）とする。
　撮像装置１の画素行ごとの複数の制御線Ｌ１には、一例として、トランジスタＢＩＮを制御する信号ＳＢＩＮを伝送する配線、トランジスタＳＥＬを制御する信号ＳＳＥＬを伝送する配線、トランジスタＲＳＴを制御する信号ＳＲＳＴを伝送する配線等が含まれる。
　トランジスタＢＩＮ、トランジスタＳＥＬ、トランジスタＲＳＴ等は、垂直駆動回路１１１によってオンオフ制御される。垂直駆動回路１１１は、各画素ＰＸの読み出し回路１５を制御することによって、各画素ＰＸから光電変換部１１で生成された電荷に基づく画素信号を信号線Ｌ２に出力させる。垂直駆動回路１１１は、各画素ＰＸの画素信号を信号線Ｌ２へ読み出す制御を行い得る。
　図５は、実施の形態に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。撮像装置１の信号処理回路１１２は、例えば、ＡＤ変換回路５０と、メモリ６５と、演算回路８０とを有する。ＡＤ変換回路５０（ＡＤ変換部）は、ＡＤ変換を実行可能に構成され、デジタル信号に変換された画素信号を出力し得る。ＡＤ変換回路５０は、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）である。
　ＡＤ変換回路５０は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するように構成される。ＡＤ変換回路５０は、各画素ＰＸから信号線Ｌ２を介して入力されるアナログ信号である画素の信号に対して、ＡＤ変換処理を行う。ＡＤ変換回路５０は、例えば、複数の信号線Ｌ２の各々に対して設けられる。画素部１００の画素列ごとに、ＡＤ変換回路５０が設けられ得る。
　ＡＤ変換回路５０は、例えば、比較回路５５とカウンタ６０を有する。ＡＤ変換回路５０は、入力される画素の信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換可能に構成される。ＡＤ変換回路５０は、一例として、シングルスロープＡＤＣである。
　比較回路５５は、例えば、コンパレータ回路により構成され、画素の信号と基準信号（参照信号）とを比較可能に構成される。比較回路５５（比較部）は、変換対象となるアナログ信号である画素の信号と、比較対象となる基準信号とを比較し得る。
　比較回路５５は、画素ＰＸから出力される信号と、電圧（電位）が変化する基準信号（例えば、時間経過に応じて信号レベルが変化するランプ信号）とを比較し、比較結果である出力信号を出力する。比較回路５５の出力信号は、画素ＰＸから出力される信号と基準信号との大小関係を示す信号となる。
　ＡＤ変換回路５０のカウンタ６０は、入力される信号に応じてカウント（計数）を行うように構成される。カウンタ６０（カウンタ回路）は、入力されるクロック信号と比較回路５５からの出力信号に基づき、比較回路５５での比較結果が反転するまでの時間を計測し、カウント値を示す信号を、メモリ６５へ出力し得る。
　メモリ６５は、記憶部（記憶回路）であり、例えばラッチ（ラッチ回路）により構成される。メモリ６５は、比較回路５５による比較開始から比較結果が反転する（変化する）までの期間に応じたカウント値を示すデジタル信号を、ＡＤ変換後の画素の信号として記憶（保持）し得る。各画素ＰＸから順次出力される画素信号は、ＡＤ変換回路５０におけるＡＤ変換によってデジタル信号に変換される。
　ＡＤ変換回路５０は、例えば、画素ＰＸからの画素信号に対してＡＤ変換を行い、画素ＰＸの光電変換部１１ａで変換された電荷に基づくデジタル信号となる画素信号（画素信号ＰＡ）を出力する。また、ＡＤ変換回路５０は、光電変換部１１ａで変換された電荷と光電変換部１１ｂで変換された電荷とに基づくデジタル信号となる画素信号（画素信号ＳｉｇＡＢ）を出力し得る。
　演算回路８０は、画素ＰＸの画素信号を取得し、演算処理を実行可能に構成される。演算回路８０は、例えば、ロジック回路及びメモリ等により構成される。演算回路８０は、ＡＤ変換回路５０からの画素信号ＰＡ及び画素信号ＳｉｇＡＢに基づき、光電変換部１１ｂで変換された電荷に基づく画素信号（画素信号ＰＢ）を生成するように構成される。
　演算回路８０は、例えば、画素信号ＳｉｇＡＢと画素信号ＰＡとの減算処理を行うことで、光電変換部１１ｂで光電変換された電荷に応じた画素信号ＰＢを生成して出力し得る。なお、演算回路８０は、プロセッサ及びメモリを含んでいてもよい。また、例えば、演算回路８０は、撮像装置１の外部に設けるようにしてもよい。
　図６は、実施の形態に係る撮像装置の動作例を説明するための図である。図７は、実施の形態に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。図７に示すタイミングチャートは、横軸を時刻として、撮像装置１の画素ＰＸに供給される制御信号（信号ＳＳＥＬ、信号ＳＲＳＴ、信号ＳＢＩＮ）を示している。
　図７において、ハイレベルの制御信号が入力されたトランジスタはオン状態となり、ローレベルの制御信号が入力されたトランジスタはオフ状態となる。また、図７では、画素ＰＸから読み出されＡＤ変換される画素信号を模式的に示している。
　時刻ｔ１において、信号ＳＳＥＬがハイレベルとなる。信号ＳＳＥＬがハイレベルとなることで、図４に示す画素ＰＸのトランジスタＳＥＬがオン状態となる。画素ＰＸでは、光電変換部１１ａで光電変換された電荷が、フローティングディフュージョンＦＤＡに蓄積される。
　時刻ｔ１～時刻ｔ２の期間では、トランジスタＳＥＬがオン状態であるため、フローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に応じた信号、即ち光電変換部１１ａで変換された電荷に基づく信号が、信号ＰＤＡとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。
　信号ＰＤＡは、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢが電気的に切断された状態において、光電変換部１１ａから転送される電荷に応じた信号である。信号線Ｌ２に出力される信号ＰＤＡは、信号処理回路１１２のＡＤ変換回路５０におけるＡＤ変換によって、デジタル信号に変換される。信号処理回路１１２は、デジタル信号に変換された信号ＰＤＡを、メモリ６５に記憶（格納）させる。
　時刻ｔ２において、信号ＳＢＩＮがハイレベルとなる。信号ＳＢＩＮがハイレベルとなることで、画素ＰＸのトランジスタＢＩＮがオン状態となり、フローティングディフュージョンＦＤＢとフローティングディフュージョンＦＤＡとが互いに電気的に接続される。
　光電変換部１１ａで光電変換された電荷と光電変換部１１ｂで光電変換された電荷とが、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢに蓄積される。この場合、フローティングディフュージョンＦＤＡ及びフローティングディフュージョンＦＤＢにおいて、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂの各々で生成された電荷が加算される。
　時刻ｔ２～時刻ｔ３の期間では、トランジスタＳＥＬがオン状態であるため、フローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に応じた信号、即ち、光電変換部１１ａで変換された電荷と光電変換部１１ｂで変換された電荷とに基づく信号が、信号ＰＤＡＢとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。
　信号ＰＤＡＢは、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢが電気的に接続された状態において、光電変換部１１ａ，１１ｂから転送される電荷に応じた信号である。信号線Ｌ２に出力される信号ＰＤＡＢは、ＡＤ変換回路５０におけるＡＤ変換によって、デジタル信号に変換される。
　時刻ｔ３において、信号ＳＲＳＴがハイレベルとなる。信号ＳＲＳＴがハイレベルとなることで、画素ＰＸのトランジスタＲＳＴがオン状態となる。これにより、フローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの電荷が排出され、フローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの電圧がリセットされる。
　また、時刻ｔ３～時刻ｔ４では、トランジスタＳＥＬがオン状態であるため、リセット後のフローティングディフュージョンＦＤＡ及びフローティングディフュージョンＦＤＢの電圧に応じた信号が、信号ＲＳＡＢとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。
　信号ＲＳＡＢは、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢが電気的に接続された場合の、フローティングディフュージョンＦＤＡ及びフローティングディフュージョンＦＤＢのリセットレベル（基準レベル）を示す信号ともいえる。信号ＲＳＡＢは、信号線Ｌ２を介してＡＤ変換回路５０に入力される。
　ＡＤ変換回路５０は、例えば、上述した信号ＰＤＡＢをダウンカウントの初期値として設定し、信号ＲＳＡＢのＡＤ変換処理を行う。ＡＤ変換回路５０は、信号ＰＤＡＢと信号ＲＳＡＢとの差分値（ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）を示すデジタル信号を生成し、画素信号ＳｉｇＡＢとして演算回路８０へ出力する。
　信号処理回路１１２は、メモリ６５に記憶された信号ＰＤＡを読み出し、ＡＤ変換回路５０のカウンタ６０に書き戻す処理を行う。ＡＤ変換回路５０のカウンタ６０では、信号ＰＤＡが、ダウンカウントの初期値として設定される。
　時刻ｔ４では、信号ＳＢＩＮがローレベルとなる。信号ＳＢＩＮがローレベルとなることで、画素ＰＸのトランジスタＢＩＮがオフ状態となり、フローティングディフュージョンＦＤＢとフローティングディフュージョンＦＤＡとが電気的に切断される。
　時刻ｔ５において、信号ＳＲＳＴがハイレベルとなることで、フローティングディフュージョンＦＤＡの電圧がリセットされる。また、トランジスタＳＥＬがオン状態であるため、リセット後のフローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に応じた信号が、信号ＲＳＡとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。
　信号ＲＳＡは、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢが電気的に切断された場合の、フローティングディフュージョンＦＤＡのリセットレベル（基準レベル）を示す信号ともいえる。信号ＲＳＡは、信号線Ｌ２を介してＡＤ変換回路５０に入力される。
　ＡＤ変換回路５０は、信号ＰＤＡをダウンカウントの初期値として用いて、信号ＲＳＡのＡＤ変換処理を行う。ＡＤ変換回路５０は、信号ＰＤＡと信号ＲＳＡとの差分値（ＰＤＡ―ＲＳＡ）を示すデジタル信号を生成し、画素信号ＰＡとして演算回路８０へ出力する。
　演算回路８０は、ＡＤ変換回路５０から出力される画素信号ＳｉｇＡＢと画素信号ＰＡを用いて、光電変換部１１ｂで光電変換された電荷量に応じた信号成分としての画素信号ＰＢを生成する。こうして、撮像装置１は、光電変換部１１ａで変換された電荷に対応する画素信号ＰＡと、光電変換部１１ｂで変換された電荷に対応する画素信号ＰＢを得ることができる。
　画素ＰＸでは、トランジスタＢＩＮがオン状態となることで、トランジスタＡＭＰのゲートに接続される容量が大きくなり、電荷を電圧に変換する際の変換ゲインが変わる。トランジスタＢＩＮがオン状態の場合、トランジスタＡＭＰのゲートには、フローティングディフュージョンＦＤＡの容量と、フローティングディフュージョンＦＤＢの容量等が付加される。
　演算回路８０は、トランジスタＢＩＮがオフ状態の場合のフローティングディフュージョンＦＤＡの容量値ＣＡと、トランジスタＢＩＮがオン状態の場合のフローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの容量値ＣＡＢとの比を用いて、画素信号ＰＢを演算するように構成される。
　演算回路８０は、例えば、画素信号ＳｉｇＡＢ（＝ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）と、画素信号ＰＡと、次式（１）に基づき、画素信号ＰＢを算出する。
　ＰＢ＝（ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）×ＣＡＢ／ＣＡ－ＰＡ　・・・（１）
　演算回路８０は、図６において模式的に示すように、係数ＣＡＢ／ＣＡを乗じた画素信号ＳｉｇＡＢの値（＝ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）から、画素信号ＰＡの値（ＰＤＡ―ＲＳＡ）を減じることにより、画素信号ＰＢを演算し得る。変換ゲインの違いを考慮して演算処理を行うことができ、画素信号ＰＢを精度よく求めることが可能となる。
　信号処理回路１１２は、例えば、演算回路８０によって、各画素ＰＸの画素信号ＰＡ及び画素信号ＰＢを演算する。信号処理回路１１２は、画素信号ＰＡ，ＰＢを、水平信号線１２１を介して出力回路１１４に出力する。出力回路１１４は、各画素ＰＸの画素信号を、撮像装置１の外部へ出力し得る。
　図８は、実施の形態に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。図８のタイミングチャートを参照して、撮像装置１の動作例についてさらに説明する。図８に示す例は、光電変換部１１ａで変換された電荷と光電変換部１１ｂで光電変換された電荷とを加算した電荷に応じた画素信号（画素信号ＰＡＢ）を演算する場合の例を示している。
　信号ＳＢＩＮはハイレベルであり、トランジスタＢＩＮはオン状態となる。この場合、光電変換部１１ａで変換された電荷と光電変換部１１ｂで変換された電荷とが、フローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢに蓄積される。フローティングディフュージョンＦＤＡ及びフローティングディフュージョンＦＤＢにおいて、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂの各々で光電変換された電荷が加算される。
　時刻ｔ１１において、信号ＳＳＥＬがハイレベルとなることで、画素ＰＸのトランジスタＳＥＬがオン状態となる。時刻ｔ１１～時刻ｔ１２の期間では、フローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に応じた信号、即ち、光電変換部１１ａで変換された電荷と光電変換部１１ｂで変換された電荷とに基づく信号が、信号ＰＤＡＢとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。信号線Ｌ２に出力される信号ＰＤＡＢは、ＡＤ変換回路５０によって、デジタル信号に変換される。
　時刻ｔ１２において、信号ＳＲＳＴがハイレベルとなる。信号ＳＲＳＴがハイレベルとなることで、画素ＰＸのトランジスタＲＳＴがオン状態となる。これにより、フローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの電荷が排出され、フローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの電圧がリセットされる。
　時刻ｔ１２～時刻ｔ１３では、トランジスタＳＥＬがオン状態であるため、リセット後のフローティングディフュージョンＦＤＡ及びフローティングディフュージョンＦＤＢの電圧に応じた信号が、信号ＲＳＡＢとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。信号ＲＳＡＢは、信号線Ｌ２を介してＡＤ変換回路５０に入力される。
　ＡＤ変換回路５０は、例えば、上述した信号ＰＤＡＢをダウンカウントの初期値として設定し、信号ＲＳＡＢのＡＤ変換処理を行う。ＡＤ変換回路５０は、信号ＰＤＡＢと信号ＲＳＡＢとの差分値（ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）を示すデジタル信号を生成し、画素信号ＳｉｇＡＢとして演算回路８０へ出力する。
　演算回路８０は、例えば、画素信号ＳｉｇＡＢ（＝ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）と、次式（２）に基づき、画素信号ＰＡＢを算出する。
　ＰＡＢ＝（ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）×ＣＡＢ／ＣＡ　・・・（２）
　演算回路８０は、例えば、画素信号ＳｉｇＡＢ（＝ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）に対して係数ＣＡＢ／ＣＡを乗算することにより、画素信号ＰＡＢを算出する。撮像装置１は、光電変換部１１ａで変換された電荷と光電変換部１１ｂで変換された電荷とを加算した電荷に対応する画素信号ＰＡＢを得ることができる。
　本実施の形態に係る撮像装置１では、上述のように、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢとを電気的に接続可能なトランジスタＢＩＮが設けられる。画素毎にスイッチ素子としての２つのＭＯＳトランジスタを設ける場合と比較して、素子数や配線数を低減することができる。撮像装置１は、画素の微細化に有利な構造を有することができる。
　また、本実施の形態では、複数のスイッチ素子を設ける場合と比較して、フローティングディフュージョンに大きな寄生容量が付加されることを防ぎ、変換ゲインの悪化を抑制することができる。Ｓ／Ｎ比が低下することを抑制することができ、ノイズの少ない画素信号を得ることが可能となる。
　図９は、実施の形態に係る撮像装置の断面構成の別の例を説明するための図である。また、図１０は、実施の形態に係る撮像装置の画素の回路構成の別の例を説明するための図である。撮像装置１の各画素ＰＸは、図９及び図１０に示す例のように、光電変換部１１ｓを有し得る。
　半導体層１１０では、半導体層１１０の面１１Ｓ１及び面１１Ｓ２に沿うように、複数の光電変換部１１ｓが設けられる。半導体層１１０には、例えば、各画素ＰＸの光電変換部１１ｓが埋め込み形成される。光電変換部１１ｓは、フォトダイオード（ＰＤ）であり、入射する光を電荷に変換する。
　図９に示す例では、画素ＰＸの光電変換部１１ａ、光電変換部１１ｂ、光電変換部１１ｓには、レンズ９１を介して、計測対象である被写体からの光が入射する。画素ＰＸの光電変換部１１ｓには、例えば、光電変換部１１ａ又は光電変換部１１ｂを通過した光が入射する。図９に示す例では、光電変換部１１ｓは、レンズ９１及び光電変換部１１ａ（又は光電変換部１１ｂ）を透過する光を光電変換して電荷を生成し得る。
　画素ＰＸの読み出し回路１５は、光電変換部１１ｓで光電変換された電荷に基づく信号を出力可能に構成される。読み出し回路１５は、図１０に示す例のように、トランジスタＴＧを有する。トランジスタＴＧは、転送トランジスタであり、光電変換部１１ｓで光電変換された電荷を転送可能に構成される。
　トランジスタＴＧは、信号ＳＴＧにより制御され、光電変換部１１ｓとフローティングディフュージョンＦＤＡとを電気的に接続または切断する。トランジスタＴＧは、光電変換部１１ｓで光電変換されて蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤＡに転送し得る。
　撮像装置１は、光電変換部１１ａで変換された電荷に基づく画素信号と、光電変換部１１ｂで変換された電荷に基づく画素信号と、光電変換部１１ｓで変換された電荷に基づく画素信号を得ることが可能となる。なお、光電変換部１１ａ、光電変換部１１ｂ、及び光電変換部１１ｓの各々は、可視光を受光して光電変換するように構成されてもよく、赤外光（例えば近赤外光）を受光して光電変換するように構成されてもよい。
　光電変換部１１ａと光電変換部１１ｂと光電変換部１１ｓは、互いに異なる波長域の可視光を光電変換して電荷を生成するように構成されてよい。一例として、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂは、互いに異なる波長域の可視光を光電変換して電荷を生成するように構成されてもよい。光電変換部１１ｓは、赤外光を光電変換して電荷を生成するように構成されてもよい。
　各画素ＰＸの画素信号を用いることで、可視画像（例えばＲＧＢ画像）、赤外画像（ＩＲ画像）等を生成することが可能となる。なお、光電変換部１１ａ、光電変換部１１ｂ、及び光電変換部１１ｓの各々において感度を示す波長域は任意に設定可能である。
［作用・効果］
　本実施の形態に係る光検出装置は、光を光電変換する光電変換膜（光電変換膜２２）をそれぞれ有する第１光電変換素子（光電変換部１１ａ）及び第２光電変換素子（光電変換部１１ｂ）と、第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョン（フローティングディフュージョンＦＤＡ）と、第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョン（フローティングディフュージョンＦＤＢ）とを含み、第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路（読み出し回路１５）とを備える。読み出し回路は、第１フローティングディフュージョンと第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタ（トランジスタＢＩＮ）を有する。
　本実施の形態に係る光検出装置（撮像装置１）では、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢとを電気的に接続可能なトランジスタＢＩＮが設けられる。このため、撮像装置１は、画素の微細化に有利な構造を有することができる。微細化に有利な光検出装置を実現することが可能となる。
　次に、本開示の変形例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
＜２．変形例＞
（２－１．変形例１）
　上述した実施の形態では、撮像装置１の構成例について説明したが、撮像装置１の構成は、上述した例に限られない。図１１及び図１２は、本開示の変形例１に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。例えば、トランジスタＢＩＮは、半導体層１１０の面１１Ｓ１側に設けてもよく、半導体層１１０の面１１Ｓ２側に設けるようにしてもよい。
　トランジスタＢＩＮは、一例として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）として設けられ得る。図１１に示す例のように、トランジスタＢＩＮは、配線層１３０に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）として形成されてよい。トランジスタＢＩＮを半導体層１１０の面１１Ｓ１側に配置することで、図１１に示す例の場合のように、貫通電極４０の数を低減させることが可能となる。
　また、図１２に示す例のように、トランジスタＢＩＮを、配線層１２０に設けるようにしてもよい。半導体層１１０の面１１Ｓ２における素子数を減らしてさらに微細化することが可能となる。トランジスタＢＩＮは、図１１又は図１２に示す例のように、ゲート電極１４と、ゲート絶縁膜としての絶縁膜１６と、チャネルが形成される領域（チャネル領域）である半導体領域１７とを有する。また、例えば、トランジスタＢＩＮは、ソース電極及びドレイン電極を有する。
　図１３は、変形例１に係る撮像装置の平面構成の一例を説明するための図である。貫通電極４０は、図１３に示す例のように、画素ＰＸにおいて、レンズ９１の光学中心から離れて配置してもよい。これにより、入射光に対する感度の低下を抑制することができる。また、貫通電極４０は、周囲の複数の画素ＰＸにおける各レンズ９１の光学中心から、略等しい距離に位置するように配置してよい。この場合、光学対称性を確保することができる。
　トランジスタＢＩＮの半導体領域１７（チャネル領域）は、レンズ９１の光学中心の軸上に位置するように形成されてよい。また、半導体領域１７は、下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂの各々から略等しい距離に位置するように設けてもよい。さらに、半導体領域１７は、画素ＰＸの中央部に位置するように配置されてよい。このように撮像装置１を構成することで、光電変換部１１ａ，１１ｂの感度ばらつきを低減させることができる。
（２－２．変形例２）
　図１４は、変形例２に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。画素ＰＸは、図１４に示すように、容量Ｃ１を有していてもよい。容量Ｃ１は、例えば、上述した係数（ＣＡＢ／ＣＡ）の調整用の容量として、フローティングディフュージョンＦＤＢに対して設けられる。
　容量Ｃ１は、例えば、配線容量、拡散容量等によって構成される。容量Ｃ１は、ＭＩＭ容量、ＭＯＳ容量等であってよく、容量素子として構成されてもよい。撮像装置１では、例えば、係数ＣＡＢ／ＣＡ＝２となるように、容量Ｃ１が配置される。これにより、上述した画素信号の演算処理を簡単化することが可能となる。
（２－３．変形例３）
　図１５は、変形例３に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。画素ＰＸは、トランジスタＯＦＧＢを有していてもよい。トランジスタＯＦＧＢは、例えば、フローティングディフュージョンＦＤＢと電気的に接続され、オーバーフローする電荷を排出可能に構成される。
　トランジスタＯＦＧＢのソース及びドレインの一方、例えばトランジスタＯＦＧＢのソースは、フローティングディフュージョンＦＤＢと電気的に接続される。また、トランジスタＯＦＧＢのソース及びドレインの他方、例えばトランジスタＯＦＧＢのドレインは、一例として、所定の電位（電圧）が供給される電位線、または容量素子と電気的に接続される。
　垂直駆動回路１１１は、トランジスタＯＦＧＢのゲートを制御することによって、トランジスタＯＦＧＢにより形成されるオーバーフローパスにおける電位（ポテンシャル）を設定することができる。例えば、垂直駆動回路１１１は、トランジスタＯＦＧＢのゲートに供給される電圧を制御し、オーバーフローする電荷を排出することができる。また、トランジスタＯＦＧＢのゲートをハイレベルにすることによってトランジスタＲＳＴと同等の機能を持たせることができ、すなわちフローティングディフュージョンＦＤＢをリセットすることができる。
　なお、画素ＰＸは、図１６に示すように、トランジスタＯＦＧＡを有していてもよい。トランジスタＯＦＧＡは、フローティングディフュージョンＦＤＡと電気的に接続され、オーバーフローする電荷を排出可能に構成される。垂直駆動回路１１１は、トランジスタＯＦＧＡのゲートに供給される電圧を制御し、オーバーフローする電荷を排出させることができる。
（２－４．変形例４）
　図１７は、変形例４に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。読み出し回路１５は、トランジスタＦＤＧを有し得る。トランジスタＦＤＧは、一例として、フローティングディフュージョンＦＤＡと、トランジスタＲＳＴとを電気的に接続可能に構成される。例えば、トランジスタＦＤＧは、信号ＳＦＤＧにより制御され、フローティングディフュージョンＦＤＡとトランジスタＲＳＴとを電気的に接続または切断する。
　トランジスタＦＤＧがオン状態となることで、画素ＰＸのフローティングディフュージョンＦＤＡに付加される容量が大きくなり、電荷を電圧に変換する際の変換ゲインが切り替えられる。トランジスタＦＤＧは、変換ゲインの設定に用いる切り替えトランジスタである。トランジスタＦＤＧは、トランジスタＡＭＰのゲートに接続される容量を切り替え、変換ゲインを変更し得る。
　トランジスタＦＤＧは、トランジスタＲＳＴに電気的に直列に接続されていてもよく、トランジスタＲＳＴに電気的に並列に接続されていてもよい。図１７に示す例のように、画素ＰＸは、トランジスタＦＤＧに接続される容量Ｃ２を有していてもよい。容量Ｃ２は、例えば、配線容量、拡散容量等によって構成されてよい。容量Ｃ２は、ＭＩＭ容量、ＭＯＳ容量等であってよく、容量素子として構成されてもよい。
　トランジスタＦＤＧは、図１８に示す例のように、フローティングディフュージョンＦＤＡと、容量Ｃ２とを電気的に接続可能に構成されていてもよい。例えば、トランジスタＦＤＧは、信号ＳＦＤＧにより制御され、フローティングディフュージョンＦＤＡと容量Ｃ２とを電気的に接続または切断する。容量Ｃ２の接続状態を切り替えることで、変換ゲインを変更することが可能となる。
（２－５．変形例５）
　図１９は、変形例５に係る撮像装置の画素の構成例を説明するための図である。画素ＰＸは、半導体層１１０に設けられる光電変換部１１ｃ及び光電変換部１１ｄを有していてもよい。光電変換部１１ｄは、光電変換部１１ｃに隣り合うように設けられる。画素ＰＸの読み出し回路１５は、トランジスタＴＧＡとトランジスタＴＧＢを有し得る。
　トランジスタＴＧＡは、光電変換部１１ｃで光電変換された電荷を、フローティングディフュージョンＦＤＡに転送可能に構成される。トランジスタＴＧＢは、光電変換部１１ｄで光電変換された電荷を、フローティングディフュージョンＦＤＡに転送可能に構成される。トランジスタＴＧＡ，ＴＧＢは、それぞれ、転送トランジスタである。
　光電変換部１１ｃは、例えば、光電変換部１１ａの下方に位置するように、半導体層１１０に設けられる。また、光電変換部１１ｄは、光電変換部１１ｂの下方に位置するように、半導体層１１０に設けられる。図１９において矢印で模式的に示すように、光電変換部１１ｃは、光電変換部１１ａを透過した光を受光して、光電変換によって電荷を生成する。
　また、光電変換部１１ｄは、光電変換部１１ｂを透過した光を受光して、光電変換によって電荷を生成する。撮像装置１の各画素ＰＸでは、光電変換部１１ｃ及び光電変換部１１ｄによって、撮像レンズ等の光学系の互いに異なる領域を通過した光が受光され、瞳分割が行われる。なお、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂの並び方向と、光電変換部１１ｃ及び光電変換部１１ｄの並び方向とは異なっていてもよい。
　光電変換部１１ａと光電変換部１１ｂは、例えば、図２０に示すように、水平方向（Ｘ軸方向）に隣り合うように設けられてよい。また、光電変換部１１ａと光電変換部１１ｂは、例えば、図２１に示すように、垂直方向（Ｙ軸方向）に隣り合うように設けられてもよい。
　画素ＰＸは、２つ以上の光電変換部１１、例えば４つの光電変換部１１（図２２及び図２３に示す例では、光電変換部１１ａ～光電変換部１１ｄ）を有していてもよい。また、画素ＰＸは、図２３に示すように、複数のトランジスタＢＩＮ、例えばトランジスタＢＩＮＢ、トランジスタＢＩＮＣ、トランジスタＢＩＮＤを有し得る。
　トランジスタＢＩＮＣは、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＣとを電気的に接続可能に構成される。トランジスタＢＩＮＣは、信号ＳＢＩＮＣにより制御され、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＣとを電気的に接続または切断する。
　トランジスタＢＩＮＢは、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢとを電気的に接続可能に構成される。トランジスタＢＩＮＢは、信号ＳＢＩＮＢにより制御され、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＢとを電気的に接続または切断する。
　また、トランジスタＢＩＮＤは、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＤとを電気的に接続可能に構成される。トランジスタＢＩＮＤは、信号ＳＢＩＮＤにより制御され、フローティングディフュージョンＦＤＡとフローティングディフュージョンＦＤＤとを電気的に接続または切断する。
　撮像装置１では、例えば、光電変換部１１ａ～光電変換部１１ｄに対して、１つのレンズ９１が設けられる。撮像装置１では、光電変換部１１ａ～光電変換部１１ｄによって、撮像レンズ等の光学系の互いに異なる領域を通過した光が受光され、瞳分割を行うことができる。
　なお、図２４に示す例のように、画素ＰＸでは、３つのトランジスタＢＩＮ（トランジスタＢＩＮＢ，ＢＩＮＣ，ＢＩＮＤ）に加えて、ダミートランジスタを配置するようにしてもよい。図２４に示す例では、画素ＰＸ毎に１つのダミートランジスタを配置することで、対称性を確保することが可能となる。
（２－６．変形例６）
　図２５～図２７は、変形例６に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。撮像装置１の画素ＰＸは、例えば、図２５に示すように、光電変換部１１ｓ１及び光電変換部１１ｓ２を有し得る。光電変換部１１ｓ２は、半導体層１１０において、光電変換部１１ｓ１に積層するように形成される。
　図２５に示す例では、光電変換部１１ｓ２は、光電変換部１１ｓ１よりも光の入射側に設けられる。光電変換部１１ｓ１と光電変換部１１ｓ２の各々は、光電変換を行って受光量に応じた電荷を生成する。各画素ＰＸの光電変換部１１ｓ１，１１ｓ２は、それぞれ光電変換領域ともいえる。
　光電変換部１１ｓ１及び光電変換部１１ｓ２は、互いに異なる波長域の光を光電変換するように構成され得る。光電変換部１１ｓ１と光電変換部１１ｓ２とは、例えば、半導体層１１０において光電変換部１１ｓ１，１１ｓ２を設ける位置、構成材料などに応じて、特定の波長域の光を選択的に受光して光電変換する。
　光電変換部１１ｓ１と光電変換部１１ｓ２は、半導体層１１０の面１１Ｓ１から互いに異なる距離（深さ）に位置し、光の入射深さ（侵入深さ）に応じて、異なる色の波長の光を吸収して電荷を生成する。図２５に示す例では、光電変換部１１ｓ１は、光電変換部１１ｓ２の下方に配置され、光電変換部１１ｓ２を透過する光を光電変換して電荷を生成し得る。
　一例として、画素ＰＸの光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂは、計測対象である被写体からの光のうち、主に緑（Ｇ）の波長域の光を受光して光電変換する。光電変換部１１ｓ２は、主に青（Ｂ）の波長域の光を受光して光電変換する。また、光電変換部１１ｓ１は、主に赤（Ｒ）の波長域の光を受光して光電変換する。撮像装置１の各画素ＰＸは、Ｒ成分の画素信号、Ｇ成分の画素信号、及びＢ成分の画素信号を生成することができる。撮像装置１は、ＲＧＢの画素信号を得ることが可能となる。
　また、撮像装置１は、例えば、図２６に示すように、光電変換部１１ｃを有する受光層３０を有していてもよい。光電変換部１１ｃを有する受光層３０は、光電変換部１１ａ，１１ｂを有する受光層２０に積層するように設けられる。各画素ＰＸの光電変換部１１ｃは、図２６に示す例のように、光電変換膜３２と、上部電極３３と、下部電極３４とを含み、光電変換により電荷を生成可能に構成される。光電変換部１１ｃは、光電変換部１１ａ，１１ｂとは異なる波長域の光を光電変換するように構成され得る。
　一例として、画素ＰＸの光電変換部１１ｃは、計測対象である被写体からの光のうち、主に青（Ｂ）の波長域の光を受光して光電変換する。光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂは、主に緑（Ｇ）の波長域の光を受光して光電変換する。また、光電変換部１１ｓは、主に赤（Ｒ）の波長域の光を受光して光電変換する。
　撮像装置１は、図２７に示す例のように、フィルタ９２を有していてもよい。フィルタ９２は、入射光のうち特定の波長域の光を選択的に透過させるように構成される。フィルタ９２は、例えば、ＲＧＢのカラーフィルタ、赤外光を透過するフィルタ（IR pass filter）等である。
　フィルタ９２は、例えば、画素ＰＸ毎または複数の画素ＰＸ毎に、光電変換部１１ｓの上方に設けられる。図２７に示す例では、フィルタ９２は、配線層１３０に設けられ、光電変換部１１ｓの上方に位置する。光電変換部１１ｓは、例えば、レンズ９１と光電変換部１１ａ（又は光電変換部１１ｂ）とフィルタ９２とを透過した光を受光して光電変換する。
　一例として、光電変換部１１ａ，１１ｂが緑（Ｇ）の波長域の光を受光して光電変換する場合、赤（Ｒ）の光を透過するフィルタ９２を有する画素ＰＸ、青（Ｂ）の光を透過するフィルタ９２を有する画素ＰＸを設けるようにしてもよい。なお、フィルタ９２の配置は、上述した例に限られず、任意に設定可能である。
（２－７．変形例７）
　図２８は、変形例７に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。この図２８、図４及び図５等を参照して、撮像装置１の動作例について説明する。図２８は、各画素ＰＸにおいて、フローティングディフュージョンをリセットする動作（シャッタ動作）と、光電変換された電荷に応じた信号を読み出す動作（リード動作）とが、交互に行われる場合の例を示している。
　シャッタ動作によりフローティングディフュージョンをリセットした後に、光電変換されて蓄積された電荷に応じた画素信号が、リード動作によって読み出される。例えば、図２８に示す例では、時刻ｔ３から時刻ｔ７までの期間Ｔａは、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する期間であり、信号蓄積期間（即ち電荷蓄積期間）となる。
　時刻ｔ１において、信号ＳＳＥＬがハイレベルとなり、信号ＳＲＳＴがハイレベルとなる。これにより、トランジスタＲＳＴ（リセットトランジスタ）がオン状態の場合のフローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に応じた信号が、信号ＲＤＡとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。
　時刻ｔ２において、信号ＳＢＩＮがハイレベルとなる。また、トランジスタＳＥＬがオン状態であるため、トランジスタＲＳＴがオン状態の場合のフローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの電圧に応じた信号が、信号ＲＤＡＢとして、信号線Ｌ２に出力される。
　時刻ｔ３において、信号ＳＲＳＴがローレベルとなる。このため、リセット後のフローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの電圧に応じた信号が、信号ＲＳＡＢとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。また、時刻ｔ４では、信号ＳＢＩＮがローレベルとなる。このため、リセット後のフローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に応じた信号が、信号ＲＳＡとして、信号線Ｌ２に出力される。
　信号処理回路１１２は、信号ＲＤＡ、信号ＲＤＡＢ、信号ＲＳＡＢ、及び信号ＲＳＡに対して、ＡＤ変換、相関二重サンプリング等の信号処理を行う。例えば、信号処理回路１１２は、信号ＲＳＡから信号ＲＤＡを減算するＣＤＳ処理を行い、ＣＤＳ結果となる（ＲＳＡ－ＲＤＡ）をメモリ６５に記憶させる。また、信号処理回路１１２は、信号ＲＳＡＢから信号ＲＤＡＢを減算するＣＤＳ処理を行い、ＣＤＳ結果となる（ＲＳＡＢ－ＲＤＡＢ）をメモリ６５に記憶させる。
　時刻ｔ５において、信号ＳＳＥＬがハイレベルとなる。また、信号ＳＢＩＮはローレベルであり、トランジスタＢＩＮはオフ状態である。この場合、光電変換部１１ａで変換された電荷に基づく信号が、信号ＰＤＡとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。
　時刻ｔ６において、信号ＳＢＩＮがハイレベルとなる。また、トランジスタＳＥＬがオン状態であるため、光電変換部１１ａ及び光電変換部１１ｂで変換された電荷に基づく信号が、信号ＰＤＡＢとして、トランジスタＡＭＰによって信号線Ｌ２に出力される。
　時刻ｔ７において、信号ＳＲＳＴがハイレベルとなる。このため、トランジスタＲＳＴがオン状態の場合のフローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの電圧に応じた信号が、信号ＲＤＡＢとして、信号線Ｌ２に出力される。また、時刻ｔ８において、信号ＳＢＩＮがローレベルとなる。このため、トランジスタＲＳＴがオン状態の場合のフローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に応じた信号が、信号ＲＤＡとして、信号線Ｌ２に出力される。
　信号処理回路１１２は、信号ＰＤＡ、信号ＰＤＡＢ、信号ＲＤＡＢ、及び信号ＲＤＡに対して、ＡＤ変換、相関二重サンプリング等の信号処理を行う。例えば、信号処理回路１１２は、信号ＰＤＡから信号ＲＤＡを減算するＣＤＳ処理を行い、ＣＤＳ結果となる（ＰＤＡ－ＲＤＡ）をメモリ６５に記憶させる。また、信号処理回路１１２は、信号ＰＤＡＢから信号ＲＤＡＢを減算するＣＤＳ処理を行い、ＣＤＳ結果となる（ＰＤＡＢ－ＲＤＡＢ）をメモリ６５に記憶させる。
　信号処理回路１１２は、メモリ６５に記憶されたＣＤＳ結果と、次式（３），（４）に基づき、画素信号ＰＡと画素信号ＰＡＢを算出する。
　ＰＡ＝（ＰＤＡ－ＲＤＡ）－（ＲＳＡ－ＲＤＡ）＝ＰＤＡ－ＲＳＡ　・・・（３）
　ＰＡＢ＝（ＰＤＡＢ－ＲＤＡＢ）－（ＲＳＡＢ－ＲＤＡＢ）＝ＰＤＡＢ－ＲＳＡＢ　・・・（４）
　また、信号処理回路１１２は、画素信号ＰＡＢと次式（５）に基づき、画素信号ＰＢを算出する。
　ＰＢ＝（ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）×ＣＡＢ／ＣＡ－ＰＡ　・・・（５）
　上述のように信号読み出しと演算を行うことで、信号成分とリセット成分との差分が得られ、ｋＴＣノイズをキャンセルすることができる。
（２－８．変形例８）
　図２９及び図３０は、変形例８に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。撮像装置１は、図２９に示すように、増幅回路１９を有し得る。増幅回路１９は、例えば、読み出し回路１５から出力される信号と基準電圧とに基づく電圧を出力可能に構成される。
　図２９に示す例では、増幅回路１９の一方の入力部には、読み出し回路１５から、フローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に基づく信号が入力される。増幅回路１９の他方の入力部には、外部の回路から基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。増幅回路１９は、読み出し回路１５の出力信号の電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとに応じた信号電圧となる電圧Ｖｏｕｔを生成して出力し得る。
　画素ＰＸのトランジスタＲＳＴは、増幅回路１９から出力される電圧Ｖｏｕｔに基づき、フローティングディフュージョンＦＤＡをリセット可能に構成される。本変形例では、読み出し回路１５の出力電圧に応じた電圧Ｖｏｕｔをフィードバックさせてリセット動作を行うことができ、ｋＴＣノイズを抑制することが可能となる。
　なお、図３０のタイミングチャートの例のように、信号ＳＲＳＴがハイレベルとなる期間Ｔｂ１，Ｔｂ２は、上述のフィードバックの静定時間を考慮して、比較的長い時間に設定するようにしてよい。ｋＴＣノイズを効果的に抑制させることが可能となる。
（２－９．変形例９）
　図３１は、変形例９に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。画素ＰＸは、複数の出力制御回路１８（図３１では、出力制御回路１８ａ、出力制御回路１８ｂ）を有していてもよい。出力制御回路１８は、例えば、容量素子Ｃ３，Ｃ４、トランジスタＲＥＳ、トランジスタＳＩＧ、トランジスタＲＳＴＢ、トランジスタＡＭＰＢ、トランジスタＳＥＬＢを含んで構成される。
　出力制御回路１８ａと出力制御回路１８ｂとは、図３１に示すように、互いに異なる信号によって制御される。また、例えば、出力制御回路１８ａは、信号線Ｌ２ａを介して、信号処理回路１１２へ画素信号を出力するように構成される。出力制御回路１８ｂは、信号線Ｌ２ｂを介して、信号処理回路１１２へ画素信号を出力するように構成される。
　図３２は、変形例９に係る撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。時刻ｔ１において、信号ＳＲＳＴがハイレベルとなる。また、信号ＳＲＳＴＢ２がハイレベルとなり、信号ＳＲＥＳ２がハイレベルとなる。これにより、出力制御回路１８ｂのトランジスタＲＳＴＢがオン状態となり、トランジスタＲＥＳがオン状態となる。信号ＳＢＩＮはハイレベルであり、トランジスタＢＩＮはオン状態である。
　時刻ｔ２では、信号ＳＲＥＳ２がハイレベルからローレベルへ遷移する。これにより、トランジスタＲＳＴがオン状態の場合のフローティングディフュージョンＦＤＡ，ＦＤＢの電圧に応じたリセット成分が、信号ＲＳＡＢとして、出力制御回路１８ｂの容量素子Ｃ３に保持される。出力制御回路１８ｂでは、信号ＳＲＥＳ２がハイレベルからローレベルになったタイミングで、信号ＲＳＡＢの値が確定され、信号ＲＳＡＢが容量素子Ｃ３に保持される。
　時刻ｔ３において、信号ＳＲＳＴＢ１がハイレベルとなり、信号ＳＲＥＳ１がハイレベルとなる。これにより、出力制御回路１８ａのトランジスタＲＳＴＢがオン状態となり、トランジスタＲＥＳがオン状態となる。信号ＳＢＩＮはローレベルであり、トランジスタＢＩＮはオフ状態である。
　時刻ｔ４では、信号ＳＲＥＳ１がハイレベルからローレベルへ遷移する。これにより、トランジスタＲＳＴがオン状態の場合のフローティングディフュージョンＦＤＡの電圧に応じたリセット成分が、信号ＲＳＡとして、出力制御回路１８ａの容量素子Ｃ３に保持される。出力制御回路１８ａでは、信号ＳＲＥＳ１がハイレベルからローレベルになったタイミングで、信号ＲＳＡの値が確定され、信号ＲＳＡが容量素子Ｃ３に保持される。
　信号蓄積期間（電荷蓄積期間）において光電変換が行われた後、時刻ｔ５では、信号ＳＲＳＴＢ１がハイレベルとなり、信号ＳＳＩＧ１がハイレベルとなる。これにより、出力制御回路１８ａのトランジスタＲＳＴＢがオン状態となり、トランジスタＳＩＧがオン状態となる。なお、信号ＳＢＩＮはローレベルであり、トランジスタＢＩＮはオフ状態である。
　時刻ｔ６では、信号ＳＳＩＧ１がハイレベルからローレベルへ遷移する。これにより、光電変換部１１ａで変換された電荷に基づく信号が、信号ＰＤＡとして、出力制御回路１８ａの容量素子Ｃ４に保持される。出力制御回路１８ａでは、信号ＳＳＩＧ１がハイレベルからローレベルになったタイミングで、信号ＰＤＡの値が確定され、信号ＰＤＡが容量素子Ｃ４に保持される。
　時刻ｔ７では、信号ＳＲＳＴＢ２がハイレベルとなり、信号ＳＳＩＧ２がハイレベルとなる。これにより、出力制御回路１８ｂのトランジスタＲＳＴＢがオン状態となり、トランジスタＳＩＧがオン状態となる。また、信号ＳＢＩＮがハイレベルであり、トランジスタＢＩＮはオン状態である。
　時刻ｔ８では、信号ＳＳＩＧ２がハイレベルからローレベルへ遷移する。これにより、光電変換部１１ａで変換された電荷と光電変換部１１ｂで変換された電荷とに基づく信号が、信号ＰＤＡＢとして、出力制御回路１８ｂの容量素子Ｃ４に保持される。出力制御回路１８ｂでは、信号ＳＳＩＧ２がハイレベルからローレベルになったタイミングで、信号ＰＤＡＢの値が確定され、信号ＰＤＡＢが容量素子Ｃ４に保持される。
　時刻ｔ９において、信号ＲＳＴＢ１がハイレベルとなることで、図３１に示す出力制御回路１８ａのノードＮ１の電圧がリセットされる。また、信号ＲＳＴＢ２がハイレベルとなることで、出力制御回路１８ｂのノードＮ１の電圧がリセットされる。
　時刻ｔ１０～時刻ｔ１１において、信号ＳＲＥＳ１がハイレベルとなる。また、信号ＳＳＥＬＢ１がハイレベルであるため、出力制御回路１８ａの容量素子Ｃ３に保持された電圧に基づく信号、即ち信号ＲＳＡが、出力制御回路１８ａのトランジスタＡＭＰＢによって、信号線Ｌ２ａへ読み出される。
　また、時刻ｔ１０～時刻ｔ１１では、信号ＳＲＥＳ２がハイレベルとなるため、出力制御回路１８ｂの容量素子Ｃ３に保持された電圧に基づく信号、即ち信号ＲＳＡＢが、出力制御回路１８ｂのトランジスタＡＭＰＢによって、信号線Ｌ２ｂへ読み出される。なお、時刻ｔ１２では、信号ＲＳＴＢ１，ＲＳＴＢ２が共にハイレベルとなり、ノードＮ１のリセットが行われる。
　時刻ｔ１３～時刻ｔ１４において、信号ＳＳＩＧ１がハイレベルとなる。このため、出力制御回路１８ａの容量素子Ｃ４に保持された電圧に基づく信号、即ち信号ＰＤＡが、出力制御回路１８ａのトランジスタＡＭＰＢによって、信号線Ｌ２ａへ読み出される。
　また、時刻ｔ１３～時刻ｔ１４では、信号ＳＳＩＧ２がハイレベルとなるため、出力制御回路１８ｂの容量素子Ｃ４に保持された電圧に基づく信号、即ち信号ＰＤＡＢが、出力制御回路１８ｂのトランジスタＡＭＰＢによって、信号線Ｌ２ｂへ読み出される。
　信号処理回路１１２は、信号ＲＳＡ、信号ＲＳＡＢ、信号ＰＤＡ、及び信号ＰＤＡＢに対して、ＡＤ変換、減算処理等の信号処理を行う。例えば、信号処理回路１１２は、信号ＰＤＡから信号ＲＳＡを減算するＣＤＳ処理を行い、（ＰＤＡ－ＲＳＡ）を示す画素信号ＰＡを得ることができる。
　また、信号処理回路１１２は、画素信号ＰＡと次式（６）に基づき、画素信号ＰＢを得ることができる。
　ＰＢ＝（ＰＤＡＢ―ＲＳＡＢ）×ＣＡＢ／ＣＡ－ＰＡ　・・・（６）
　上述のようにリセット成分と信号成分との減算処理によって、ｋＴＣノイズを低減した画素信号を得ることが可能となる。
（２－１０．変形例１０）
　図３３Ａ及び図３３Ｂは、変形例１０に係る撮像装置の構成例を説明するための図である。上述した演算回路８０は、図３３Ａに示す例のように撮像装置１に搭載されてもよく、図３３Ｂに示す例のように撮像装置１の外部に設けられてもよい。例えば、演算装置（演算回路８０）と光検出装置（撮像装置１）とを含む光検出システム３００として構成されてもよい。
＜３．適用例＞
（適用例１）
　上述したような光検出装置（撮像装置１）は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　図３４は、電子機器の構成例を示すブロック図である。
　図３４に示すように、電子機器１００１は、光学系１００２、光検出装置１００３、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１００４を備えており、バス１００７を介して、ＤＳＰ１００４、表示装置１００５、操作系１００６、メモリ１００８、記録装置１００９、および電源系１０１０が接続されて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
　光学系１００２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光検出装置１００３に導き、光検出装置１００３の受光面（センサ部）に結像させる。
　光検出装置１００３としては、上述した光検出装置（撮像装置１）が適用可能である。光検出装置１００３には、光学系１００２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、光検出装置１００３に蓄積された電子に応じた信号がＤＳＰ１００４に供給される。
　ＤＳＰ１００４は、光検出装置１００３からの信号に対して各種の信号処理を施して画像を取得し、その画像のデータを、メモリ１００８に一時的に記憶させる。メモリ１００８に記憶された画像のデータは、記録装置１００９に記録されたり、表示装置１００５に供給されて画像が表示されたりする。また、操作系１００６は、ユーザによる各種の操作を受け付けて電子機器１００１の各ブロックに操作信号を供給する。電源系１０１０は、電子機器１００１の各ブロックの駆動に必要な電力を供給する。
（適用例２）
　図３５Ａは、光検出装置（撮像装置１）を備えた光検出システム２０００の全体構成の一例を模式的に表したものである。図３５Ｂは、光検出システム２０００の回路構成の一例を模式的に表したものである。光検出システム２０００は、光Ｌｂを発する光源部としての発光装置２００１と、光電変換素子を有する受光部としての光検出装置２００２とを備えている。
　光検出装置２００２としては、上述した光検出装置（撮像装置１）を用いることができる。光検出システム２０００は、さらに、システム制御部２００３、光源駆動部２００４、センサ制御部２００５、光源側光学系２００６およびカメラ側光学系２００７を備えていてもよい。
　光検出装置２００２は、光Ｌａと光Ｌｂとを検出することができる。光Ｌａは、外部からの環境光が被写体２１００（測定対象物）において反射された光である（図３５Ａ参照）。光Ｌｂは、発光装置２００１において発光された光のうち、被写体２１００に反射された光である。光Ｌａは、例えば可視光であり、光Ｌｂは、例えば赤外光である。
　光Ｌａは、光検出装置２００２における光電変換部において検出可能であり、光Ｌｂは、光検出装置２００２における光電変換部において検出可能である。光Ｌａから被写体２１００の画像情報を獲得し、光Ｌｂから被写体２１００と光検出システム２０００との間の距離情報を獲得することができる。
　光検出システム２０００は、例えば、スマートフォン等の電子機器や車等の移動体に搭載することができる。発光装置２００１は、例えば、半導体レーザ、面発光半導体レーザ、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いて構成することができる。
　発光装置２００１から発光された光Ｌｂの光検出装置２００２による検出方法としては、例えばｉＴＯＦ方式を採用することができるが、これに限定されることはない。ｉＴＯＦ方式では、光電変換部は、例えば光飛行時間（Time-of-Flight；ＴＯＦ）により被写体２１００との距離を測定することができる。
　発光装置２００１から発光された光Ｌｂの光検出装置２００２による検出方法としては、例えば、ストラクチャード・ライト方式やステレオビジョン方式を採用することもできる。例えばストラクチャード・ライト方式では、あらかじめ定められたパターンの光を被写体２１００に投影し、そのパターンのひずみ具合を解析することによって光検出システム２０００と被写体２１００との距離を測定することができる。
　また、ステレオビジョン方式においては、例えば２以上のカメラを用い、被写体２１００を２以上の異なる視点から見た２以上の画像を取得することで光検出システム２０００と被写体との距離を測定することができる。なお、発光装置２００１と光検出装置２００２とは、システム制御部２００３によって同期制御することができる。
＜４．応用例＞
（移動体への応用例）
　本開示に係る技術（本技術）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、ロボット等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３６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１２０００は、通信ネットワーク１２００１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３６に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０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１２０１０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。
　ボディ系制御ユニット１２０２０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１２０２０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１２０２０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１２０２０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。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００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１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、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。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１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。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で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１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１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うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で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うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２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３６の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２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。
　図３７は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図３７では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００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等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１２１０１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１２１０５は、主として車両１２１００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１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００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１２１０４は、主として車両１２１００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１２１０５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３７には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４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１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように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うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、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について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、例えば、撮像装置１等は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、高精細な撮影画像を得ることが可能となる。移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことが可能となる。
（内視鏡手術システムへの応用例）
　本開示に係る技術（本技術）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、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図３８は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図３８では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：　Ｃａｍｅｒａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図３９は、図３８に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ　Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ　Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、内視鏡１１１００のカメラヘッド１１１０２に設けられた撮像部１１４０２に好適に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、高精細な内視鏡１１１００を提供することが可能となる。
　以上、実施の形態、変形例および適用例ならびに応用例を挙げて本開示を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した変形例は、上記実施の形態の変形例として説明したが、各変形例の構成を適宜組み合わせることができる。
　上記実施の形態等では、撮像装置を例示して説明するようにしたが、本開示の光検出装置は、例えば、入射する光を受光し、光を電荷に変換するものであればよい。出力される信号は、画像情報の信号でもよいし、測距情報の信号でもよい。光検出装置（撮像装置）は、イメージセンサ、測距センサ等に適用され得る。なお、本開示は、裏面照射型イメージセンサに限定されるものではなく、表面照射型イメージセンサにも適用可能である。
　本開示に係る光検出装置は、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式の距離計測が可能な測距センサとしても適用され得る。光検出装置（撮像装置）は、イベントを検出可能なセンサ、例えば、イベント駆動型のセンサ（ＥＶＳ（Event Vision Sensor）、ＥＤＳ（Event Driven Sensor）、ＤＶＳ（Dynamic Vision Sensor）等と呼ばれる）としても適用され得る。
　本開示の一実施形態の光検出装置は、光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路とを備える。読み出し回路は、第１フローティングディフュージョンと第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有する。このため、微細化に有利な光検出装置を実現することが可能となる。
　なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。また、本開示は以下のような構成をとることも可能である。
（１）
　光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、
　前記第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路と
　を備え、
　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと前記第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有する
　光検出装置。
（２）
　前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子の少なくとも一方を含む画素を備え、
　前記画素は、位相差検出に利用可能な画素である
　前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
　前記光電変換膜は、有機材料からなる
　前記（１）または（２）に記載の光検出装置。
（４）
　前記読み出し回路は、前記第１光電変換素子で変換された電荷に基づく第１信号と、前記第１光電変換素子で変換された電荷及び前記第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第２信号とを出力可能である
　前記（１）から（３）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（５）
　前記第１信号と前記第２信号に基づいて、前記第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第３信号を生成可能な演算回路をさらに備える
　前記（４）に記載の光検出装置。
（６）
　ＡＤ変換を実行可能なＡＤ変換回路をさらに備え、
　前記演算回路は、前記ＡＤ変換回路によりデジタル信号に変換された前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記第３信号を生成可能である
　前記（４）または（５）に記載の光検出装置。
（７）
　前記読み出し回路の少なくとも一部を有し、前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子を有する層と積層するように設けられる半導体層をさらに備える
　前記（１）から（６）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（８）
　前記半導体層を貫通するように設けられ、前記第１光電変換素子で変換された電荷を転送可能な貫通電極をさらに備える
　前記（７）に記載の光検出装置。
（９）
　前記半導体層は、前記第１光電変換素子または前記第２光電変換素子を透過した光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、
　前記第１トランジスタは、前記半導体層の前記第２面側に設けられている
　前記（７）または（８）に記載の光検出装置。
（１０）
　前記半導体層は、前記第１光電変換素子または前記第２光電変換素子を透過した光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、
　前記第１トランジスタは、薄膜トランジスタであり、前記半導体層の前記第１面側に設けられている
　前記（７）から（９）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１１）
　前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子を有する層と前記半導体層との間に設けられる配線層をさらに備え、
　前記第１トランジスタは、薄膜トランジスタであり、前記配線層に設けられている
　前記（７）から（１０）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１２）
　前記半導体層に設けられる第３光電変換素子をさらに備え、
　前記読み出し回路は、前記第３光電変換素子で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送可能な第２トランジスタを有する
　前記（７）から（１１）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１３）
　前記半導体層において、前記第３光電変換素子と隣り合うように設けられる第４光電変換素子をさらに備え、
　前記読み出し回路は、前記第４光電変換素子で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送可能な第３トランジスタを有する
　前記（１２）に記載の光検出装置。
（１４）
　前記第３光電変換素子は、前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子の少なくとも一方を透過した光を受光し、
　前記第４光電変換素子は、前記第２光電変換素子及び前記第１光電変換素子の少なくとも一方を透過した光を受光する
　前記（１３）に記載の光検出装置。
（１５）
　前記第２フローティングディフュージョンと電気的に接続され、オーバーフローする電荷を排出可能な第３トランジスタをさらに備える
　前記（１）から（１４）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１６）
　前記読み出し回路から出力される信号と基準電圧に基づく第１電圧を出力可能な増幅回路をさらに備え、
　前記読み出し回路は、前記増幅回路から出力される前記第１電圧に基づき、前記第１フローティングディフュージョンの電圧をリセット可能な第４トランジスタを有する
　前記（１）から（１６）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１７）
　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく電圧信号を保持可能な複数の容量素子を有する
　前記（１）から（１６）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１８）
　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと第１電位線との間に電気的に接続される第４トランジスタを有し、
　前記読み出し回路は、電荷蓄積期間の前後において、前記第４トランジスタがオン状態の場合の前記第１フローティングディフュージョンの電圧に基づく信号を出力可能である
　前記（１）から（１７）のいずれか１つに記載の光検出装置。
（１９）
　光検出装置と、
　演算装置と
　を備え、
　前記光検出装置は、
　光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、
　前記第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路と、
　ＡＤ変換を実行可能なＡＤ変換回路と
　を有し、
　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと前記第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有し、前記第１光電変換素子で変換された電荷に基づく第１信号と、前記第１光電変換素子で変換された電荷及び前記第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第２信号とを出力可能であり、
　前記演算装置は、前記ＡＤ変換回路によりデジタル信号に変換された前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第３信号を生成可能である
　光検出システム。
（２０）
　光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、
　前記第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路と
　を備え、
　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと前記第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有する
　電子機器。
　本出願は、日本国特許庁において２０２４年６月７日に出願された日本特許出願番号２０２４－０９３３４８号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (20)

  1. 　光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、
    　前記第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路と
    　を備え、
    　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと前記第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有する
    　光検出装置。
  2. 　前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子の少なくとも一方を含む画素を備え、
    　前記画素は、位相差検出に利用可能な画素である
    　請求項１に記載の光検出装置。
  3. 　前記光電変換膜は、有機材料からなる
    　請求項１に記載の光検出装置。
  4. 　前記読み出し回路は、前記第１光電変換素子で変換された電荷に基づく第１信号と、前記第１光電変換素子で変換された電荷及び前記第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第２信号とを出力可能である
    　請求項１に記載の光検出装置。
  5. 　前記第１信号と前記第２信号に基づいて、前記第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第３信号を生成可能な演算回路をさらに備える
    　請求項４に記載の光検出装置。
  6. 　ＡＤ変換を実行可能なＡＤ変換回路をさらに備え、
    　前記演算回路は、前記ＡＤ変換回路によりデジタル信号に変換された前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記第３信号を生成可能である
    　請求項５に記載の光検出装置。
  7. 　前記読み出し回路の少なくとも一部を有し、前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子を有する層と積層するように設けられる半導体層をさらに備える
    　請求項１に記載の光検出装置。
  8. 　前記半導体層を貫通するように設けられ、前記第１光電変換素子で変換された電荷を転送可能な貫通電極をさらに備える
    　請求項７に記載の光検出装置。
  9. 　前記半導体層は、前記第１光電変換素子または前記第２光電変換素子を透過した光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、
    　前記第１トランジスタは、前記半導体層の前記第２面側に設けられている
    　請求項７に記載の光検出装置。
  10. 　前記半導体層は、前記第１光電変換素子または前記第２光電変換素子を透過した光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、
    　前記第１トランジスタは、薄膜トランジスタであり、前記半導体層の前記第１面側に設けられている
    　請求項７に記載の光検出装置。
  11. 　前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子を有する層と前記半導体層との間に設けられる配線層をさらに備え、
    　前記第１トランジスタは、薄膜トランジスタであり、前記配線層に設けられている
    　請求項７に記載の光検出装置。
  12. 　前記半導体層に設けられる第３光電変換素子をさらに備え、
    　前記読み出し回路は、前記第３光電変換素子で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送可能な第２トランジスタを有する
    　請求項７に記載の光検出装置。
  13. 　前記半導体層において、前記第３光電変換素子と隣り合うように設けられる第４光電変換素子をさらに備え、
    　前記読み出し回路は、前記第４光電変換素子で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送可能な第３トランジスタを有する
    　請求項１２に記載の光検出装置。
  14. 　前記第３光電変換素子は、前記第１光電変換素子及び前記第２光電変換素子の少なくとも一方を透過した光を受光し、
    　前記第４光電変換素子は、前記第２光電変換素子及び前記第１光電変換素子の少なくとも一方を透過した光を受光する
    　請求項１３に記載の光検出装置。
  15. 　前記第２フローティングディフュージョンと電気的に接続され、オーバーフローする電荷を排出可能な第３トランジスタをさらに備える
    　請求項１に記載の光検出装置。
  16. 　前記読み出し回路から出力される信号と基準電圧に基づく第１電圧を出力可能な増幅回路をさらに備え、
    　前記読み出し回路は、前記増幅回路から出力される前記第１電圧に基づき、前記第１フローティングディフュージョンの電圧をリセット可能な第４トランジスタを有する
    　請求項１に記載の光検出装置。
  17. 　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく電圧信号を保持可能な複数の容量素子を有する
    　請求項１に記載の光検出装置。
  18. 　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと第１電位線との間に電気的に接続される第４トランジスタを有し、
    　前記読み出し回路は、電荷蓄積期間の前後において、前記第４トランジスタがオン状態の場合の前記第１フローティングディフュージョンの電圧に基づく信号を出力可能である
    　請求項１に記載の光検出装置。
  19. 　光検出装置と、
    　演算装置と
    　を備え、
    　前記光検出装置は、
    　光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、
    　前記第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路と、
    　ＡＤ変換を実行可能なＡＤ変換回路と
    　を有し、
    　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと前記第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有し、前記第１光電変換素子で変換された電荷に基づく第１信号と、前記第１光電変換素子で変換された電荷及び前記第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第２信号とを出力可能であり、
    　前記演算装置は、前記ＡＤ変換回路によりデジタル信号に変換された前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記第２光電変換素子で変換された電荷に基づく第３信号を生成可能である
    　光検出システム。
  20. 　光を光電変換する光電変換膜をそれぞれ有する第１光電変換素子及び第２光電変換素子と、
    　前記第１光電変換素子に電気的に接続される第１フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換素子に電気的に接続される第２フローティングディフュージョンとを含み、前記第１フローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号を出力可能な読み出し回路と
    　を備え、
    　前記読み出し回路は、前記第１フローティングディフュージョンと前記第２フローティングディフュージョンとを電気的に接続可能な第１トランジスタを有する
    　電子機器。
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