(57)【要約】【課題】対をなす像データに重畳するパターンノイズの影響を抑制しうる光電変換装置及びその駆動方法を提供する。【解決手段】光電変換装置は、光電変換部を含む複数の画素が複数の行及び複数の列に渡って配された画素領域と、複数の画素に制御信号を供給する画素制御部と、を有する。画素領域は、第１乃至第４の読み出し領域を有し、第１の読み出し領域の第１の画素と第２の読み出し領域の第２の画素とは、同じ行の互いに異なる列に配され、第３の読み出し領域の第３の画素と第４の読み出し領域の第４の画素とは、同じ列の互いに異なる行に配され、第３の画素が属する行と第４の画素が属する行との間に、第１の画素及び第２の画素が属する行が配されている。画素制御部は、第１の期間に第１の画素及び第２の画素の画素信号を同時に読み出す動作を行い、第１の期間とは異なる第２の期間に第３の画素及び第４の画素の画素信号を同時に読み出す動作を行う。【選択図】図１
2020123824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を各々が含む複数の画素が複数の行及び複数の列に渡って配された画素領域と、
前記複数の画素に制御信号を供給する画素制御部と、を有し、
前記画素領域は、第１の読み出し領域と、第２の読み出し領域と、第３の読み出し領域と、第４の読み出し領域と、を有し、
前記第１の読み出し領域に属する第１の画素と前記第２の読み出し領域に属する第２の画素とは、同じ行であって、かつ、互いに異なる列に配され、
前記第３の読み出し領域に属する第３の画素と前記第４の読み出し領域に属する第４の画素とは、同じ列であって、かつ、互いに異なる行に配され、
前記第３の画素が属する行と前記第４の画素が属する行との間に、前記第１の画素及び前記第２の画素が属する行が配され、
前記画素制御部は、第１の期間において前記第１の画素の画素信号と前記第２の画素の画素信号とを同時に読み出す動作を行い、前記第１の期間とは異なる第２の期間において前記第３の画素の画素信号と前記第４の画素の画素信号とを同時に読み出す動作を行うように構成されている
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記複数の行の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する行の前記画素に接続された複数の第１の制御線と、
前記複数の列の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する列の前記画素に接続された複数の第２の制御線と、
前記複数の列の各々に少なくとも１つが配され、前記画素制御部から前記第１の制御線を介して供給される前記制御信号に応じて、それぞれに対応する列の前記画素からの信号を出力する複数の第１の出力線と、
前記複数の行の各々に少なくとも１つが配され、前記画素制御部から前記第２の制御線を介して供給される前記制御信号に応じて、それぞれに対応する行の前記画素からの信号を出力する複数の第２の出力線と、を更に有する
ことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記画素制御部は、前記第１の画素の画素信号と前記第２の画素の画素信号とを、各々に対応する列の前記第１の出力線を介してそれぞれ読み出し、前記第３の画素の画素信号と前記第４の画素の画素信号とを、各々に対応する行の前記第２の出力線を介してそれぞれ読み出す動作を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項２記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記複数の行の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する行の前記画素に接続された複数の第１の制御線と、
前記複数の行の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する列の前記画素に接続された複数の第２の制御線と、
前記複数の列の各々に少なくとも１つが配され、前記画素制御部から前記第１の制御線を介して供給される前記制御信号に応じて、それぞれに対応する列の前記画素からの信号を出力する複数の第１の出力線と、
前記複数の列の各々に少なくとも１つが配され、前記画素制御部から前記第２の制御線を介して供給される前記制御信号に応じて、それぞれに対応する列の前記画素からの信号を出力する複数の第２の出力線と、を更に有する
ことを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記画素制御部は、前記第１の画素の画素信号と前記第２の画素の画素信号とを、各々に対応する列の前記第１の出力線を介してそれぞれ読み出し、前記第３の画素の画素信号を対応する列の前記第１の出力線を介して読み出し、前記第４の画素の画素信号を対応する列の前記第２の出力線を介して読み出す動作を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記複数の第１の出力線及び前記複数の第２の出力線に接続された読み出し回路を更に有する
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記読み出し回路は、ＡＤ変換部を有する
ことを特徴とする請求項６記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記読み出し回路は、前記複数の第１の出力線に接続された第１の読み出し回路と、前記複数の第２の出力線に接続された第２の読み出し回路と、を有する
ことを特徴とする請求項６又は７記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記複数の画素の各々は、
前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を増幅する増幅部と、
前記第１の制御線に供給される前記制御信号に応じて前記増幅部で増幅された信号を前記第１の出力線に出力する第１の選択トランジスタと、
前記第２の制御線に供給される前記制御信号に応じて前記増幅部で増幅された信号を前記第２の出力線に出力する第２の選択トランジスタと、を有する
ことを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記第１の読み出し領域及び前記第２の読み出し領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対を構成し、
前記第３の読み出し領域及び前記第４の読み出し領域は、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対を構成する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記第１の読み出し領域、前記第２の読み出し領域、前記第３の読み出し領域及び前記第４の読み出し領域の各々は、行及び列が連続する複数の前記画素からなるブロックによって構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
光電変換部を各々が含む複数の画素が複数の行及び複数の列に渡って配された画素領域と、
前記複数の行の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する行の前記画素に接続された複数の第１の制御線と、
前記複数の列の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する列の前記画素に接続された複数の第２の制御線と、
前記複数の第１の制御線及び前記複数の第２の制御線に接続され、前記複数の第１の制御線及び前記複数の第２の制御線に前記画素を制御する制御信号を供給する画素制御部と、
前記複数の列の各々に配され、前記画素制御部から前記第１の制御線を介して供給される前記制御信号に応じて、それぞれに対応する列の前記画素からの信号を出力する複数の第１の出力線と、
前記複数の行の各々に配され、前記画素制御部から前記第２の制御線を介して供給される前記制御信号に応じて、それぞれに対応する行の前記画素からの信号を出力する複数の第２の出力線と、を有し、
前記画素領域は、第１の読み出し領域と、第２の読み出し領域と、第３の読み出し領域と、第４の読み出し領域と、を有し、
前記第１の読み出し領域に属する第１の画素と前記第２の読み出し領域に属する第２の画素とは、同じ行であって、かつ、互いに異なる列に配され、
前記第３の読み出し領域に属する第３の画素と前記第４の読み出し領域に属する第４の画素とは、同じ列であって、かつ、互いに異なる行に配され、
前記第３の画素が属する行と前記第４の画素が属する行との間に、前記第１の画素及び前記第２の画素が属する行が配されている
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項１３】
前記画素制御部は、前記第１の画素の画素信号と、前記第２の画素の画素信号と、前記第３の画素の画素信号と、前記第４の画素の画素信号とを同時に読み出す動作を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載の光電変換装置。
【請求項１４】
光電変換部を各々が含む複数の画素が複数の行及び複数の列に渡って配された画素領域を有し、前記画素領域が、第１の読み出し領域と、第２の読み出し領域と、第３の読み出し領域と、第４の読み出し領域と、を有し、前記第１の読み出し領域に属する第１の画素と前記第２の読み出し領域に属する第２の画素とが、同じ行であって、かつ、互いに異なる列に配され、前記第３の読み出し領域に属する第３の画素と前記第４の読み出し領域に属する第４の画素とが、同じ列であって、かつ、互いに異なる行に配され、前記第３の画素が属する行と前記第４の画素が属する行との間に、前記第１の画素及び前記第２の画素が属する行が配された光電変換装置の駆動方法であって、
第１の期間において、前記第１の画素の画素信号と前記第２の画素の画素信号とを同時に読み出し、
前記第１の期間とは異なる第２の期間において、前記第３の読み出し領域に属する画素の画素信号と前記第４の読み出し領域に属する画素の画素信号とを同時に読み出す
ことを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
【請求項１５】
光電変換部を各々が含む複数の画素が複数の行及び複数の列に渡って配された画素領域を有し、前記画素領域が、第１の読み出し領域と、第２の読み出し領域と、第３の読み出し領域と、第４の読み出し領域と、を有し、前記第１の読み出し領域に属する第１の画素と前記第２の読み出し領域に属する第２の画素とが、同じ行であって、かつ、互いに異なる列に配され、前記第３の読み出し領域に属する第３の画素と前記第４の読み出し領域に属する第４の画素とが、同じ列であって、かつ、互いに異なる行に配され、
前記第３の画素が属する行と前記第４の画素が属する行との間に、前記第１の画素及び前記第２の画素が属する行が配された光電変換装置の駆動方法であって、
前記第１の画素の画素信号と、前記第２の画素の画素信号と、前記第３の画素の画素信号と、前記第４の画素の画素信号と、を同時に読み出す
ことを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
【請求項１６】
前記光電変換装置は、前記複数の行の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する行の前記画素に接続された複数の第１の制御線と、前記複数の列の各々に配され、それぞれに対応する列の前記画素からの信号を出力する複数の第１の出力線と、を更に有し、
前記第１の制御線を介して供給する制御信号により前記第１の画素及び前記第２の画素を駆動し、前記第１の画素の画素信号と前記第２の画素の画素信号とを、前記複数の第１の出力線に同時に読み出す
ことを特徴とする請求項１４又は１５記載の光電変換装置の駆動方法。
【請求項１７】
前記光電変換装置は、前記複数の列の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する列の前記画素に接続された複数の第２の制御線と、前記複数の行の各々に配され、それぞれに対応する行の前記画素からの信号を出力する複数の第２の出力線と、を更に有し、
前記第２の制御線を介して供給する制御信号により、前記第３の画素及び前記第４の画素を駆動し、前記第３の画素の画素信号と前記第４の画素の画素信号とを、各々に対応する行の前記第２の出力線に同時に読み出す
ことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置の駆動方法。
【請求項１８】
前記光電変換装置は、前記複数の行の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する行の前記画素に接続された複数の第２の制御線と、前記複数の列の各々に配され、それぞれに対応する列の前記画素からの信号を出力する複数の第２の出力線と、を更に有し、
前記第２の制御線を介して供給する制御信号により前記第３の画素及び前記第４の画素を駆動し、前記第３の画素の画素信号を対応する列の前記第１の出力線に、前記第４の画素の画素信号を対応する列の前記第２の出力線に、同時に読み出す
ことを特徴とする請求項１６記載の光電変換装置の駆動方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
被写体の光学像を画像信号として出力する固体撮像装置と、
前記光電変換装置の出力信号に基づき、前記被写体までの距離を算出する演算部と、
前記演算部で算出された前記距離に基づき、前記被写体の前記光学像が前記固体撮像装置の撮像面に合焦するように光学系を制御する制御信号を出力する制御部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項２０】
移動体であって、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の光電変換素子を２次元に配列した光電変換装置は、デジタルカメラの撮像素子や測距、マシンビジョン、画像認識のためのセンシング素子として広く使用されている。高機能化のために、光電変換装置には多様な読み出し方法が適用されている。その１つとして、一対の光電変換素子群から得られた像データを利用することが提案されている。特許文献１には、エリアセンサに設けられた一対の光電変換素子群から得られた像データの相関演算結果を用いて位相差検出型のオートフォーカスを行う固体撮像装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２５８６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エリアセンサからの像データの読み出し動作中に電源の変動等が生じると、ランダムな縞状のパターンノイズが像データに重畳することがある。一対の光電変換素子群から得られた像データを利用する場合、両者に異なる量のノイズが重畳されると信号処理の精度が低下する可能性がある。
【０００５】
例えば、位相差検出型のオートフォーカスセンサは、基準部と参照部から出力される２つの像データの相関演算を行い、位相ずれ量を算出して、三角測距の原理を用いることで被写体までの距離を測定する。そのため、これら２つの像データに異なるパターンノイズが重畳されると、相関演算の結果が不確かなものになり、結果としてオートフォーカスの合焦精度が低下することがあった。
【０００６】
本発明の目的は、対をなす像データに重畳するパターンノイズの影響を抑制しうる光電変換装置及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、光電変換部を各々が含む複数の画素が複数の行及び複数の列に渡って配された画素領域と、前記複数の画素に制御信号を供給する画素制御部と、を有し、前記画素領域は、第１の読み出し領域と、第２の読み出し領域と、第３の読み出し領域と、第４の読み出し領域と、を有し、前記第１の読み出し領域に属する第１の画素と前記第２の読み出し領域に属する第２の画素とは、同じ行であって、かつ、互いに異なる列に配され、前記第３の読み出し領域に属する第３の画素と前記第４の読み出し領域に属する第４の画素とは、同じ列であって、かつ、互いに異なる行に配され、前記第３の画素が属する行と前記第４の画素が属する行との間に、前記第１の画素及び前記第２の画素が属する行が配され、前記画素制御部は、第１の期間において前記第１の画素の画素信号と前記第２の画素の画素信号とを同時に読み出す動作を行い、前記第１の期間とは異なる第２の期間において前記第３の画素の画素信号と前記第４の画素の画素信号とを同時に読み出す動作を行うように構成されている光電変換装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の更に他の一観点によれば、光電変換部を各々が含む複数の画素が複数の行及び複数の列に渡って配された画素領域と、前記複数の行の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する行の前記画素に接続された複数の第１の制御線と、前記複数の列の各々に少なくとも１つが配されるように、それぞれが対応する列の前記画素に接続された複数の第２の制御線と、前記複数の列の各々に配され、前記画素制御部から前記第１の制御線を介して供給される前記制御信号に応じて、それぞれに対応する列の前記画素からの信号を出力する複数の第１の出力線と、前記複数の行の各々に配され、前記画素制御部から前記第２の制御線を介して供給される前記制御信号に応じて、それぞれに対応する行の前記画素からの信号を出力する複数の第２の出力線と、前記複数の第１の制御線及び前記複数の第２の制御線に接続され、前記複数の第１の制御線及び前記複数の第２の制御線に前記画素を制御する制御信号を供給する画素制御部と、を有し、前記画素領域は、第１の読み出し領域と、第２の読み出し領域と、第３の読み出し領域と、第４の読み出し領域と、を有し、前記第１の読み出し領域に属する第１の画素と前記第２の読み出し領域に属する第２の画素とは、同じ行であって、かつ、互いに異なる列に配され、前記第３の読み出し領域に属する第３の画素と前記第４の読み出し領域に属する第４の画素とは、同じ列であって、かつ、互いに異なる行に配され、前記第３の画素が属する行と前記第４の画素が属する行との間に、前記第１の画素及び前記第２の画素が属する行が配されている光電変換装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の更に他の一観点によれば、光電変換部を各々が含む複数の画素が複数の行及び複数の列に渡って配された画素領域を有し、前記画素領域が、第１の読み出し領域と、第２の読み出し領域と、第３の読み出し領域と、第４の読み出し領域と、を有し、前記第１の読み出し領域に属する第１の画素と前記第２の読み出し領域に属する第２の画素とが、同じ行であって、かつ、互いに異なる列に配され、前記第３の読み出し領域に属する第３の画素と前記第４の読み出し領域に属する第４の画素とが、同じ列であって、かつ、互いに異なる行に配され、前記第３の画素が属する行と前記第４の画素が属する行との間に、前記第１の画素及び前記第２の画素が属する行が配された光電変換装置の駆動方法であって、第１の期間において、前記第１の画素の画素信号と前記第２の画素の画素信号とを同時に読み出し、前記第１の期間とは異なる第２の期間において、前記第３の読み出し領域に属する画素の画素信号と前記第４の読み出し領域に属する画素の画素信号とを同時に読み出す光電変換装置の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、対をなす像データに重畳するパターンノイズの影響を抑制し、オートフォーカスの合焦精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による光電変換装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光電変換装置の画素領域に配置される基準部と参照部との位置関係を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図（その１）である。
【図５】本発明の第１実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図（その２）である。
【図６】本発明の第２実施形態による光電変換装置の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態による光電変換装置の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図９】本発明の第４実施形態による光電変換装置の概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の第５実施形態による光電変換装置の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態による光電変換装置の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第６実施形態による撮像装置の光学系の配置例を示す概略図である。
【図１４】本発明の第７実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す回路図である。図３は、本実施形態による光電変換装置の画素領域に配置される基準部と参照部との位置関係を模式的に示す図である。図４及び図５は、本実施形態による光電変換装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【００１３】
はじめに、本実施形態による光電変換装置の概略構成について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００１４】
本実施形態による光電変換装置は、図１に示すように、画素領域１０と、画素制御回路２０と、読み出し回路３０，５０と、制御回路７０と、を有する。
【００１５】
画素領域１０には、複数の行及び複数の列に渡って行列状に配された複数の画素Ｐが設けられている。それぞれの画素Ｐは、入射光をその光量に応じた電荷に変換する光電変換部を含む。図１にはそれぞれの画素を符号「Ｐ」に行番号及び列番号を付記した符号により表している。例えば、第２行第３列に配された画素Ｐには、「Ｐ２３」の符号を付している。なお、図１には、ｋ行×ｎ列の画素アレイを示しているが、画素領域１０に配される画素アレイの行数及び列数は、特に限定されるものではない。
【００１６】
画素領域１０の画素アレイの各行には、第１の方向（図１において横方向）に延在して、制御線１２と出力線１８とが配されている。制御線１２は、第１の方向に並ぶ画素Ｐに接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。また、出力線１８は、第１の方向に並ぶ画素Ｐに接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。なお、第１の方向は、行方向と呼ぶことがある。
【００１７】
また、画素領域１０の画素アレイの各列には、第１の方向と交差する第２の方向（図１において縦方向）に延在して、制御線１４と、出力線１６と、が配されている。制御線１４は、第２の方向に並ぶ画素Ｐに接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。また、出力線１６は、第２の方向に並ぶ画素Ｐに接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。なお、第２の方向は、列方向と呼ぶことがある。
【００１８】
本実施形態では、複数の制御線１４は、複数の列に対応して配される。すなわち、複数の制御線１４のそれぞれは、複数の列のうちの対応する１列に接続される。また、複数の出力線１８は、複数の行に対応して配される。すなわち、複数の出力線１８のそれぞれは、複数の行のうちの対応する１行に接続される。しかし、本実施形態の変形例としては、複数の制御線１４は複数の行に対応して配され、複数の出力線１８は複数の列に対応して配されてもよい。この変形例では、複数の制御線１２が複数の列に対応して配され、複数の出力線１６が複数の行に対応して配される。
【００１９】
各行の制御線１２及び各列の制御線１４は、画素制御回路２０に接続されている。画素制御回路２０は、画素Ｐから信号を読み出す際に画素Ｐ内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御線１２，１４を介して画素Ｐに供給する画素制御部である。画素制御回路２０は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路によって構成され得る。画素Ｐから読み出される信号は、画素Ｐ内の読み出し回路の駆動態様に応じて、対応する列の出力線１６又は対応する行の出力線１８へと出力される。
【００２０】
なお、簡単のため、図１は、ｎ本の制御線１４が１つのバス配線で画素制御回路２０に接続される様を示している。実際には、制御線１２と同様に、各制御線１４は他の制御線１４とは独立に制御信号を伝達する。また、後述の通り、１つの画素Ｐが制御される複数の対象を含む場合、図１で１つの行に対応して配された制御線１２は、複数の制御線を含みうる。本実施形態では、１つの列に対応して配された制御線１４は１つの制御線で構成される。しかし、必要に応じて、１つの列に対応して配された制御線１４は複数の制御線を含みうる。
【００２１】
各列の出力線１６は、読み出し回路３０に接続されている。これにより、画素Ｐから出力線１６に出力された信号は、読み出し回路３０に入力されるようになっている。また、各行の出力線１８は、読み出し回路５０に接続されている。これにより画素Ｐから出力線１８に出力された信号は、読み出し回路５０に入力されるようになっている。
【００２２】
読み出し回路３０，５０は、画素Ｐから読み出された信号に対して所定の処理、例えば、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）処理、増幅処理、アナログデジタル変換等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路３０，５０は、信号保持部、ＣＤＳ回路、列アンプ等を含み得る。読み出し回路３０，５０は、所定の処理を行った後の画素信号を、光電変換装置１００内或いは光電変換装置１００の外部の信号処理部（図示せず）に出力する。
【００２３】
制御回路７０は、画素制御回路２０、読み出し回路３０，５０に、これらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。なお、画素制御回路２０、読み出し回路３０，５０に供給される制御信号の一部又は総ては、光電変換装置１００の外部から供給してもよい。
【００２４】
各々の画素Ｐは、図２に示すように、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１，Ｍ２と、リセットトランジスタＭ３と、増幅トランジスタＭ４と、選択トランジスタＭ５，Ｍ６と、電荷排出トランジスタＭ７と、を有する。
【００２５】
光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソース及び電荷排出トランジスタＭ７のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、転送トランジスタＭ２のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインと転送トランジスタＭ２のソースとの間の接続ノードは、容量成分を含み、この容量成分による電荷保持部ＭＥＭを構成する。図２には、電荷保持部ＭＥＭの容量成分を、当該ノードに接続された容量素子で表している。
【００２６】
転送トランジスタＭ２のドレインは、リセットトランジスタＭ３のソース及び増幅トランジスタＭ４のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ２のドレイン、リセットトランジスタＭ３のソース及び増幅トランジスタＭ４のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散部ＦＤである。浮遊拡散部ＦＤは、容量成分（浮遊拡散容量）を含み、この容量成分による電荷の保持部を構成する。図２には、浮遊拡散部ＦＤの容量成分を、ＦＤ部に接続された容量素子で表している。
【００２７】
リセットトランジスタＭ３のドレイン、増幅トランジスタＭ４のドレイン及び電荷排出トランジスタＭ７のドレインは、電源電圧ノード（電圧Ｖｄｄ）に接続されている。なお、リセットトランジスタＭ３のドレインに供給される電圧、増幅トランジスタＭ４のドレインに供給される電圧、電荷排出トランジスタＭ７のドレインに供給される電圧は、いずれか２つ又は３つが同じであってもよいし、総て異なっていてもよい。増幅トランジスタＭ４のソースは、選択トランジスタＭ５のドレイン及び選択トランジスタＭ６のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ５のソースは、出力線１６に接続されている。選択トランジスタＭ６のソースは、出力線１８に接続されている。
【００２８】
なお、トランジスタのソースとドレインの呼称は、トランジスタの導電型や着目する機能等に応じて異なることがあり、上述のソースとドレインとは逆の名称で呼ばれることもある。
【００２９】
図２の画素構成の場合、画素領域１０の各行に配された制御線１２は、制御信号ｐＴＸ１，ｐＴＸ２，ｐＲＥＳ，ｐＯＦＤ，ｐＳＥＬ１を供給する５本の信号線を含む。制御信号ｐＴＸ１を供給する信号線は、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ１のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。制御信号ｐＴＸ２を供給する信号線は、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ２のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。制御信号ｐＲＥＳを供給する信号線は、対応する行に属する画素ＰのリセットトランジスタＭ３のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。制御信号ｐＯＦＤを供給する信号線は、対応する行に属する画素Ｐの電荷排出トランジスタＭ７のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。制御信号ｐＳＥＬ１を供給する信号線は、対応する行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ５のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。
【００３０】
画素領域１０の各列に配された制御線１４は、制御信号ｐＳＥＬ２を供給する信号線を含む。制御信号ｐＳＥＬ２を供給する信号線は、対応する列に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ６のゲートに接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。各列に対応するｎ本の信号線には、画素制御回路２０からそれぞれ独立した制御信号ｐＳＥＬ２が供給される。
【００３１】
画素Ｐを構成する各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、画素制御回路２０からハイレベルの制御信号が供給されることにより、対応するトランジスタがオンになる。また、画素制御回路２０からローレベルの制御信号が供給されることにより、対応するトランジスタがオフになる。
【００３２】
画素領域１０の各列に配された出力線１６は、対応する列に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ５のソースに接続されている。また、画素領域１０の各行に配された出力線１８は、対応する行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ６のソースに接続されている。
【００３３】
光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１は、制御信号ｐＴＸ１によって制御され、オンになることにより、光電変換部ＰＤが保持する電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送する。電荷保持部ＭＥＭは、光電変換部ＰＤで生成された電荷を、光電変換部ＰＤとは異なる場所で保持する。
【００３４】
転送トランジスタＭ２は、制御信号ｐＴＸ２によって制御され、オンになることにより、電荷保持部ＭＥＭが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。浮遊拡散部ＦＤは、電荷保持部ＭＥＭから転送された電荷を保持するとともに、増幅部の入力ノード（増幅トランジスタＭ４のゲート）でもあるその電圧を、浮遊拡散部ＦＤの容量と転送された電荷の量とに応じた所定の電圧に設定する。リセットトランジスタＭ３は、制御信号ｐＲＥＳによって制御され、オンになることにより、浮遊拡散部ＦＤを電圧Ｖｄｄに応じた所定の電圧にリセットする。
【００３５】
選択トランジスタＭ５は、制御信号ｐＳＥＬ１によって制御され、オンになることにより、出力線１６に信号を出力する画素Ｐを選択する。また、選択トランジスタＭ６は、制御信号ｐＳＥＬ２によって制御され、オンになることにより、出力線１８に信号を出力する画素Ｐを選択する。増幅トランジスタＭ４は、ドレインに電圧Ｖｄｄが供給され、ソースに選択トランジスタＭ５又は選択トランジスタＭ６を介して図示しない電流源からバイアス電流が供給される構成となっている。これにより、増幅トランジスタＭ４は、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成している。増幅トランジスタＭ４は、光電変換部ＰＤへの入射光により生じた電荷に基づく信号を、選択トランジスタＭ５を介して出力線１６に、或いは、選択トランジスタＭ６を介して出力線１８に、出力する。
【００３６】
電荷排出トランジスタＭ７は、制御信号ｐＯＦＤによって制御され、オンになることにより、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷を電源に排出する。すなわち、電荷排出トランジスタＭ７は、オンになることにより、光電変換部ＰＤを電圧Ｖｄｄに応じた所定の電圧にリセットする。
【００３７】
図２に示す画素構成によれば、電荷保持部ＭＥＭが電荷を保持している間に光電変換部ＰＤで生じた電荷は、光電変換部ＰＤに蓄積することができる。これにより、複数の画素Ｐの間で露光期間が一致するような撮像動作、いわゆるグローバル電子シャッタ動作を行うことが可能となる。この際、電荷排出トランジスタＭ７を、総ての画素Ｐにおいて一括でオフに制御し、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷を同時に排出することで、グローバル電子シャッタ動作における露光の開始時刻を制御することが可能である。また、転送トランジスタＭ１を、総ての画素Ｐにおいて一括でオンに制御し、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷を同時に電荷保持部ＭＥＭに転送することで、グローバル電子シャッタ動作における露光の終了時刻を制御することが可能である。ここで、総ての画素Ｐが同時に露光を開始し、終了する代わりに、対となる領域の画素Ｐだけが同時に露光を行ってもよい。なお、電子シャッタとは、入射光によって生じた電荷の蓄積を電気的に制御することである。
【００３８】
このように、本実施形態による光電変換装置は、複数の画素Ｐが画素領域１０内に行列状に配されたエリアセンサである。本実施形態では、このようなエリアセンサを用いて位相差検出によりオートフォーカスを行うための焦点検出装置を構成する例を示す。
【００３９】
相差検出型の焦点検出装置においては、像データを取得するための画素領域１０が、任意の大きさの基準部と参照部とを含んでいる。そして、基準部から出力される像データと参照部から出力される像データとの相関演算を行ってこれらの間の位相ずれ量を算出し、三角測距の原理を用いて被写体までの距離を測定する。基準部と参照部は、対を成す領域である。そのため、基準部と参照部から出力されるデータは、対をなす像データである。
【００４０】
本実施形態による光電変換装置においては、図３に示すように、画素領域１０内に、対となる基準部と参照部とを２組、定義する。すなわち、第１の組として、第１の方向に沿って配された基準部１０１と参照部１０２とが定義されている。また、第２の組として、第２の方向に沿って配された基準部１０３と参照部１０４とが定義されている。
【００４１】
基準部１０１，１０３及び参照部１０２，１０４の各々は、行及び列が連続する複数の画素Ｐからなるブロックによって構成される読み出し領域である。基準部１０１と参照部１０２とが第１の方向に沿った位相差を検出するための焦点検出領域対を構成し、基準部１０３と参照部１０４とが第２の方向に沿った位相差を検出するための焦点検出領域対を構成している。基準部と参照部とを２組、定義しているのは、被写体の縦方向にも横方向にもピント位置を感知する、いわゆるクロス測距を可能にするためである。基準部１０１，１０３、参照部１０２，１０４の各々の大きさは、これらを構成する画素Ｐの数に応じて任意に決めることができる。
【００４２】
基準部１０１（第１の読み出し領域）に属する画素のうち少なくとも１つの画素（第１の画素）と、参照部１０２（第２の読み出し領域）に属する画素のうち少なくとも１つの画素（第２の画素）とは、同じ行であって、かつ、互いに異なる列に配されている。基準部１０３（第３の読み出し領域）に属する画素のうちの少なくとも１つの画素（第３の画素）と、参照部１０４（第４の読み出し領域）に属する画素のうち少なくとも１つの画素（第４の画素）とは、同じ列であって、かつ、互いに異なる行に配されている。また、第１の画素及び第２の画素が属する行は、第３の画素が属する行と第４の画素が属する行との間に配されている。
【００４３】
図１の例では、第１の方向の基準部１０１は、画素Ｐｉａ，Ｐｉｃ，Ｐｊａ，Ｐｊｃを頂点とする矩形状の領域として定義されている。第１の方向の参照部１０２は、画素Ｐｉｄ，Ｐｉｆ，Ｐｊｄ，Ｐｊｆを頂点とする矩形状の領域として定義されている。第２の方向の基準部１０３は、画素Ｐｇｂ，Ｐｇｅ，Ｐｈｂ，Ｐｈｅを頂点とする矩形状の領域として定義されている。第２の方向の参照部１０４は、画素Ｐｌｂ，Ｐｌｅ，Ｐｍｂ，Ｐｍｅを頂点とする矩形状の領域として定義されている。ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、２〜ｎ−１の間の列番号を表す整数であり、この順番で値が大きくなるものとする。また、ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｌ，ｍは、２〜ｋ−１の間の行番号を表す整数であり、この順番で値が大きくなるものとする。
【００４４】
次に、本実施形態による光電変換装置の駆動方法について、図４及び図５を用いて説明する。
【００４５】
図４は、本実施形態の光電変換装置におけるシャッタ動作を示すタイミング図である。シャッタ動作とは、光電変換部ＰＤにおける露光期間の開始と終了とを規定する動作である。図４には、画素Ｐの制御信号のうち、転送トランジスタＭ１の制御信号ｐＴＸ１と、転送トランジスタＭ２の制御信号ｐＴＸ２と、を示している。これら制御信号がハイレベルのとき、対応するトランジスタはオン状態になるものとする。また、これら制御信号がローレベルのとき、対応するトランジスタはオフ状態になるものとする。
【００４６】
時刻Ｔ１において、画素制御回路２０は、各行の制御線１２に供給している制御信号ｐＴＸ１を、ハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、総ての画素Ｐにおいて、転送トランジスタＭ１がオフになる。
【００４７】
時刻Ｔ１よりも前の期間において、光電変換部ＰＤでは、前フレームの露光が行われている。露光とは、光電変換によって生じた電荷が信号として蓄積又は保持されることを意味する。時刻Ｔ１よりも前に生じた電荷は、光電変換部ＰＤに保持されている。前フレームの露光の終了は、光電変換部ＰＤから電荷保持部ＭＥＭへ電荷を転送する転送トランジスタＭ１を、総ての画素Ｐで同時にオンからオフヘと制御する時刻Ｔ１の動作によって規定される。
【００４８】
また、時刻Ｔ１において、光電変換部ＰＤが保持していた総ての電荷が電荷保持部ＭＥＭに転送される。これにより、光電変換部ＰＤは、初期状態となり、時刻Ｔ１から新たに電荷の蓄積を開始する。このように、本実施形態では、転送トランジスタＭ１がオフすることで、光電変換部ＰＤにおける電荷の蓄積が開始する。
【００４９】
続く時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの期間において、画素制御回路２０は、各行の制御線１２に供給している制御信号ｐＴＸ１をローレベルのまま維持する。これにより、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４の間、転送トランジスタＭ１はオフ状態に維持され、この期間の間に光電変換部ＰＤで生じた電荷は光電変換部ＰＤに蓄積される。
【００５０】
時刻Ｔ１と時刻Ｔ４との間の時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の期間において、画素制御回路２０は、各行の制御線１２に供給している制御信号ｐＴＸ２を、ローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、転送トランジスタＭ２がオンになり、そのときに電荷保持部ＭＥＭが保持している電荷、すなわち前フレームの露光期間の間に生じた電荷が、電荷保持部ＭＥＭから浮遊拡散部ＦＤへと転送される。その結果、増幅部の入力ノードでもある浮遊拡散部ＦＤは、その容量と電荷保持部ＭＥＭから転送された電荷の量とに応じた電圧となる。こうして、前フレームの露光期間の間に生じた電荷に基づく信号が、増幅トランジスタＭ４から選択トランジスタＭ５のドレイン及び選択トランジスタＭ６のドレインへと出力される。
【００５１】
時刻Ｔ４において、画素制御回路２０は、各行の制御線１２に供給している制御信号ｐＴＸ１を、ローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、総ての画素Ｐにおいて、転送トランジスタＭ１がオンになる。これにより、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４の期間の間に光電変換部ＰＤで生じた電荷が、電荷保持部ＭＥＭへと転送される。つまり、時刻Ｔ４以降は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４の期間の間に生じた電荷が、電荷保持部ＭＥＭによって保持される。
【００５２】
その後、時刻Ｔ４から、次に転送トランジスタＭ１がオフになる時刻Ｔ５までの期間は、電荷保持部ＭＥＭが、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの期間に生じた電荷と、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間に生じた電荷と、の両方を保持する。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間において、転送トランジスタＭ１はオン状態のまま維持されるため、この期間の間に光電変換部ＰＤで生じた電荷は、即座に電荷保持部ＭＥＭヘと転送される。なお、光電変換部ＰＤから電荷保持部ＭＥＭに電荷を転送する期間は、任意に設定することができる。
【００５３】
次いで、時刻Ｔ５において、画素制御回路２０は、各行の制御線１２に供給している制御信号ｐＴＸ１を、ハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、総ての画素Ｐにおいて、転送トランジスタＭ１がオフになる。これにより、１フレームの露光期間が終了する。
【００５４】
本実施形態の駆動方法では、画素領域１０に配された総ての画素Ｐにおいて、時刻Ｔ１に露光が開始し、時刻Ｔ５に露光が終了する。また、時刻Ｔ５からは次のフレームの露光が開始し、以降、時刻Ｔ１から時刻Ｔ５までの動作が繰り返し実行される。
【００５５】
なお、上記駆動例では、転送トランジスタＭ１をオンからオフに制御する動作によって一の露光期間の終了時刻と次の露光期間の開始時刻とを同時に規定しているが、電荷排出トランジスタＭ７を用いることでこれらを別々に規定することもできる。例えば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ５までの期間において、電荷排出トランジスタＭ７を一時的にオンにするように制御する。このようにすることで、電荷排出トランジスタＭ７をオンからオフに制御するタイミングを、次の露光期間の開始時刻として規定することができる。電荷排出トランジスタＭ７を用いることで、露光期間の長さの設定の自由度を向上することができる。
【００５６】
図５は、本実施形態の光電変換装置における読み出し動作を示すタイミング図である。図５には、画素Ｐの制御信号のうち、選択トランジスタＭ５の制御信号ｐＳＥＬ１と、選択トランジスタＭ６の制御信号ｐＳＥＬ２と、リセットトランジスタＭ３の制御信号ｐＲＥＳと、転送トランジスタＭ２の制御信号ｐＴＸ２と、を示している。これら制御信号がハイレベルのとき、対応するトランジスタはオン状態になるものとする。また、これら制御信号がローレベルのとき、対応するトランジスタはオフ状態になるものとする。ここでは、第１の方向を水平方向と呼び、第２の方向を垂直方向と呼ぶものとする。
【００５７】
図５に示される制御信号に従って、画素Ｐの選択、浮遊拡散部ＦＤのリセット、ノイズ信号の読み出し、電荷の転送及び光信号の読み出しが行われ、読み出し回路３０，５０が備える図示しないＣＤＳ回路によって像データが得られる。
【００５８】
本実施形態で説明する駆動例においては、まず、第１の期間において、水平方向の基準部１０１の像データと水平方向の参照部１０２の像データとの読み出しを同時に行う。その後、第１の期間とは異なる第２の期間において、垂直方向の基準部１０３の像データと垂直方向の参照部１０４の像データとの読み出しを同時に行う。図５において、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１６が基準部１０１の像データ及び参照部１０２の像データを読み出す期間であり、時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２６が基準部１０３の像データ及び参照部１０４の像データを読み出す期間である。なお、本実施形態による光電変換装置においては、水平方向の基準部１０１の像データ、水平方向の参照部１０２の像データ、垂直方向の基準部１０３の像データ及び垂直方向の参照部１０４の像データの読み出しを同時に行うことも可能である。
【００５９】
時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間は、第ｉ行に属する画素Ｐから信号の読み出しを行う期間である。なお、第ｉ行は基準部１０１及び参照部１０２の先頭行であり、第ｊ行は基準部１０１及び参照部１０２の最終行である（図３参照）。
【００６０】
時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間において、画素制御回路２０は、第ｉ行の制御線１２に供給する制御信号ｐＳＥＬ１をハイレベルに制御する。これにより、第ｉ行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ５がオンになり、第ｉ行に属する画素Ｐが選択される。すなわち、第ｉ行に属する画素Ｐは、画素信号を、対応する列の出力線１６を介して読み出し回路３０ヘと出力できる状態となる。
【００６１】
図５の時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間のうち、制御信号ｐＲＥＳがハイレベルの期間は、浮遊拡散部ＦＤのリセット期間である。また、制御信号ｐＴＸ２がハイレベルの期間は、図４の時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に対応し、電荷保持部ＭＥＭから浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送期間である。リセット期間と転送期間との間に出力線１６に読み出される画素信号が、浮遊拡散部ＦＤのリセット電圧に応じた信号（ノイズ信号）である。また、転送期間の後に出力線１６に読み出される画素信号が、光電変換部ＰＤで生じた電荷の量に応じた信号（光信号）である。
【００６２】
第ｉ行に属する画素Ｐから読み出し回路３０へと読み出されたノイズ信号及び光信号は、読み出し回路３０が備えるＣＤＳ回路において差分処理され、第ｉ行の像データとなる。
【００６３】
次いで、第ｉ行に属する画素Ｐからの像データの読み出しと同様にして、ｉ＋１行目からｊ行目までの信号の読み出しを繰り返し行う。図５には、時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４の間に第ｉ＋１行に属する画素Ｐからの信号の読み出しを行い、時刻Ｔ１５から時刻Ｔ１６の間に第ｊ行に属する画素Ｐからの信号の読み出しを行う場合を例示している。
【００６４】
このようにして、水平方向に配された基準部１０１及び参照部１０２に属する総ての画素Ｐからの画素信号の読み出しを行い、基準部１０１の像データと参照部１０２の像データとを取得する。
【００６５】
なお、基準部１０１及び参照部１０２が配置されるｉ行目からｊ行目には基準部１０３及び参照部１０４を構成する画素Ｐは存在しないため、基準部１０１及び参照部１０２に対する読み出し動作が基準部１０３及び参照部１０４の画素Ｐに影響することはない。
【００６６】
時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの期間は、第ｂ列に属する画素Ｐから信号の読み出しを行う期間である。なお、第ｂ列は基準部１０３及び参照部１０４の先頭列であり、第ｅ列は基準部１０３及び参照部１０４の最終列である（図３参照）。
【００６７】
時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの期間において、画素制御回路２０は、第ｂ列の制御線１４に供給する制御信号ｐＳＥＬ２をハイレベルに制御する。これにより、第ｂ列に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ６がオンになり、第ｂ列に属する画素Ｐが選択される。すなわち、第ｂ列に属する画素Ｐは、画素信号を、対応する行の出力線１８を介して読み出し回路５０ヘと出力できる状態となる。
【００６８】
図５の時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの期間のうち、制御信号ｐＲＥＳがハイレベルの期間は、浮遊拡散部ＦＤのリセット期間である。また、制御信号ｐＴＸ２がハイレベルの期間は、図４の時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に対応し、電荷保持部ＭＥＭから浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送期間である。リセット期間と転送期間との間に出力線１８に読み出される画素信号が、浮遊拡散部ＦＤのリセット電圧に応じたノイズ信号である。また、転送期間の後に出力線１８に読み出される画素信号が、光電変換部ＰＤで生じた電荷の量に応じた光信号である。
【００６９】
第ｂ列に属する画素Ｐから読み出し回路５０へと読み出されたノイズ信号及び光信号は、読み出し回路５０が備えるＣＤＳ回路において差分処理され、第ｂ列の像データとなる。
【００７０】
次いで、第ｂ列に属する画素Ｐからの像データの読み出しと同様にして、ｂ＋１列目からｅ列目までの信号の読み出しを繰り返し行う。図５には、時刻Ｔ２３から時刻Ｔ２４の間に第ｂ＋１列に属する画素Ｐからの信号の読み出しを行い、時刻Ｔ２５から時刻Ｔ２６の間に第ｅ列に属する画素Ｐからの信号の読み出しを行う場合を例示している。
【００７１】
このようにして、垂直方向に配された基準部１０３及び参照部１０４に属する総ての画素Ｐからの画素信号の読み出しを行い、基準部１０３の像データと参照部１０４の像データとを取得する。
【００７２】
一般に、ＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像装置においては、行列状に配された複数の画素の信号を行単位で順次読み出すことによって全体の像データを取得することが行われている。しかしながら、このような駆動においては、像データの読み出しの際、電源電圧の変動のような経時的に変化するノイズが読み出し回路に混入すると、このノイズに起因するノイズ成分が画素信号に重畳されることによってデータの変動を引き起こすことがある。このデータの変動は行単位で発生するため、固体撮像装置から読み出される像データにおいては、ランダムに発生する水平方向の縞状のパターンノイズとして現れる。
【００７３】
図３に示す固体撮像装置において上述のような読み出し動作を行うと、水平方向に生じる上記パターンノイズは、基準部１０１，１０３及び参照部１０２，１０４の像データにそれぞれ重畳する虞がある。
【００７４】
このとき、上記パターンノイズは水平方向に発生するため、水平方向に配された基準部１０１の像データと参照部１０２の像データとには、同一量のノイズが重畳することになる。したがって、基準部１０１の像データと参照部１０２の像データとの相関演算をする際には、これらに重畳するノイズ成分はキャンセルされ、相関演算の結果に影響を与えることはない。
【００７５】
ところが、垂直方向に配された基準部１０３及び参照部１０４に対しては異なるタイミングで読み出しが行われるため、基準部１０３の像データと参照部１０４の像データとに異なる量のノイズが重畳することがある。この場合、基準部１０３の像データと参照部１０４の像データとの相関演算の精度が低下し、これによってオートフォーカスの合焦精度が低下する。
【００７６】
この点、本実施形態の光電変換装置は、図１に示すように、垂直方向に配された出力線１６に接続された読み出し回路３０と、水平方向に配された出力線１８に接続された読み出し回路５０と、を有している。したがって、水平方向に配された基準部１０１及び参照部１０２に対しては読み出し回路３０を用いて像データの読み出しを並列して行うことができ、基準部１０１の像データに重畳するノイズと参照部１０２の像データに重畳するノイズとを揃えることができる。また、垂直に配された基準部１０３及び参照部１０４に対しては読み出し回路５０を用いて像データの読み出しを並列して行うことができ、基準部１０３の像データに重畳するノイズと参照部１０４の像データに重畳するノイズとを揃えることができる。
【００７７】
したがって、本実施形態の光電変換装置によれば、水平方向及び垂直方向の両方向に対して精度の高い相関演算をすることができ、オートフォーカスの合焦精度を向上することが可能となる。
【００７８】
このように、本実施形態によれば、対をなす像データに重畳するパターンノイズの影響を抑制し、オートフォーカスの合焦精度を向上することができる。
【００７９】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００８０】
本実施形態では、読み出し回路３０，５０の具体的な構成例とその動作について説明する。その他の構成及び各々の動作は、第１実施形態による光電変換装置と同様である。
【００８１】
本実施形態による光電変換装置１００の読み出し回路３０は、図６に示すように、複数の比較回路３２と、ランプ信号発生回路３６と、カウンタ回路３８と、信号処理回路４０と、を有する。
【００８２】
複数の比較回路３２は、画素領域１０の画素アレイの各列に対応して設けられている。複数の比較回路３２の各々は、対応する列の出力線１６に接続されている。また、複数の比較回路３２の各々は、ランプ信号発生回路３６、カウンタ回路３８及び信号処理回路４０に接続されている。なお、図６では、制御回路７０の記載を省略している。
【００８３】
ランプ信号発生回路３６は、時間の経過とともにレベルが所定値から徐々に増加し或いは低下する信号（ランプ信号）を生成する回路である。ランプ信号発生回路３６は、制御回路７０からの制御信号に応じて、生成したランプ信号を各列の比較回路３２に出力する。カウンタ回路３８は、クロック信号を計数し、計数値を示すカウント信号を、各列の比較回路３２に出力する。
【００８４】
各列の比較回路３２は、対応する列の出力線１６を介して画素Ｐから出力されるアナログ信号である画素信号とランプ信号発生回路３６から出力されるランプ信号とが入力される図示しない差動入力比較器を有する。差動入力比較器は、画素信号の信号レベルとランプ信号の信号レベルとを比較し、これら信号レベルの大小関係が反転したときに、出力信号をハイレベルからローレベル或いはローレベルからハイレベルヘと遷移する。比較回路３２は、差動入力比較器の出力信号のレベルが反転したときにカウンタ回路３８から受信しているカウント信号が示すカウント値を、画素信号のデジタルデータとして信号処理回路４０ヘと出力する。
【００８５】
信号処理回路４０は、ＣＤＳ回路等の所定の信号処理回路を有する。信号処理回路４０は、各列の比較回路３２から受信したデジタルデータに対してデジタルＣＤＳ処理等の所定の信号処理を施し、像データを生成する。
【００８６】
同様に、本実施形態による光電変換装置の読み出し回路５０は、図６に示すように、複数の比較回路５２と、ランプ信号発生回路５６と、カウンタ回路５８と、信号処理回路６０と、を有する。
【００８７】
複数の比較回路５２は、画素領域１０の画素アレイの各行に対応して設けられている。複数の比較回路５２の各々は、対応する行の出力線１８に接続されている。また、複数の比較回路５２の各々は、ランプ信号発生回路５６、カウンタ回路５８及び信号処理回路６０に接続されている。
【００８８】
ランプ信号発生回路５６は、ランプ信号を生成する回路である。ランプ信号発生回路５６は、生成したランプ信号を各行の比較回路５２に出力する。カウンタ回路５８は、クロック信号を計数し、計数値を示すカウント信号を、各行の比較回路５２に出力する。
【００８９】
各行の比較回路５２は、対応する行の出力線１８を介して画素Ｐから出力されるアナログ信号である画素信号とランプ信号発生回路５６から出力されるランプ信号とが入力される図示しない差動入力比較器を有する。差動入力比較器は、画素信号の信号レベルとランプ信号の信号レベルとを比較し、これら信号レベルの大小関係が反転したときに、出力信号をハイレベルからローレベル或いはローレベルからハイレベルヘと遷移する。比較回路５２は、差動入力比較器の出力信号のレベルが反転したときにカウンタ回路５８から受信しているカウント信号が示すカウント値を、画素信号のデジタルデータとして信号処理回路６０ヘと出力する。
【００９０】
信号処理回路６０は、ＣＤＳ回路等の所定の信号処理回路を有する。信号処理回路６０は、各列の比較回路５２から受信したデジタルデータに対してデジタルＣＤＳ処理等の所定の信号処理を施し、像データを生成する。
【００９１】
このように、読み出し回路３０，５０は、列並列でＡＤ変換を行うＡＤ変換部を有する。すなわち、本実施形態の光電変換装置は、デジタル出力方式の光電変換装置である。
【００９２】
デジタル出力方式の光電変換装置においても、第１実施形態の場合と同様、電源電圧の変動のような経時的に変化するノイズが読み出し回路に混入し、このノイズに起因するノイズ成分が画素信号に重畳することがある。具体的な例としては、ランプ信号発生回路３６，５６の電源のノイズがランプ信号にノイズとして重畳し、その結果、比較回路３２，５２から出力されるデジタルデータにノイズ成分が重畳することが挙げられる。また、カウンタ回路３８，５８の電源のノイズがカウント値に揺らぎを生じ、その結果、比較回路３２，５２から出力されるデジタルデータにノイズ成分が重畳することが挙げられる。
【００９３】
したがって、本実施形態による光電変換装置においても、第１実施形態と同様の読み出し駆動を行うことで、基準部１０１の像データに重畳するノイズと参照部１０２の像データに重畳するノイズとを揃えることができる。また、基準部１０３の像データに重畳するノイズと参照部１０４の像データに重畳するノイズとを揃えることができる。これにより、水平方向及び垂直方向の両方向に対して精度の高い相関演算をすることができ、オートフォーカスの合焦精度を向上することが可能となる。
【００９４】
このように、本実施形態によれば、対をなす像データに重畳するパターンノイズの影響を抑制し、オートフォーカスの合焦精度を向上することができる。
【００９５】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図８は、本実施形態の光電変換装置における読み出し動作を示すタイミング図である。第１及び第２実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００９６】
本実施形態の光電変換装置１００は、図７に示すように、画素制御回路２０から各画素Ｐに制御信号を供給する制御線として、第１の方向に延在する制御線１２のみを含む点で、第２の方向に延在する制御線１４を更に含む第１及び第２実施形態とは異なっている。画素領域１０の各行に配された制御線１２は、制御信号ｐＴＸ１，ｐＴＸ２，ｐＲＥＳ，ｐＯＦＤ，ｐＳＥＬ１，ｐＳＥＬ２を供給する６本の信号線を含む。すなわち、本実施形態の制御線１２は、第１及び第２実施形態で説明した５本の信号線に加え、制御信号ｐＳＥＬ２を供給する信号線を更に含む。制御信号ｐＳＥＬ２を供給する信号線は、第１及び第２実施形態では制御線１４を構成していた信号線である。制御信号ｐＳＥＬ２を供給する信号線は、対応する行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ６のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。換言すると、本実施形態の光電変換装置１００は、第１の方向に延在する複数の制御線１２と、第１の方向に延在する複数の制御線１４と、を含むとも言える。
【００９７】
また、本実施形態の光電変換装置は、図７に示すように、出力線１６と出力線１８とが平行に配されている点においても、第１及び第２実施形態とは異なっている。すなわち、出力線１６及び出力線１８は、いずれも、第２の方向（図７において縦方向）に延在するように配されている。出力線１６，１８は、第２の方向に並ぶ画素Ｐに接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。また、出力線１６，１８をこのように配置している関係で、読み出し回路３０及び読み出し回路５０は、画素領域１０を挟んで互いに第２の方向に位置するように配されている。
【００９８】
なお、第１実施形態で述べたように、複数の制御線１４は、複数の行及び複数の列のうちの一方の各々に配される。また、複数の出力線１８は、複数の行及び複数の列のうちの他方の各々に配される。本実施形態においては、複数の制御線１２の一部である複数の制御線１４は複数の行の各々に配されており、複数の出力線１８は複数の列の各々に配されている。
【００９９】
本実施形態による光電変換装置におけるその他の構成及び各々の動作は、第１又は第２実施形態による光電変換装置と同様である。なお、図７では、制御回路７０の記載を省略している。
【０１００】
次に、本実施形態による光電変換装置の駆動方法について、図８を用いて説明する。本実施形態においても、基準部１０１の像データ及び参照部１０２の像データの読み出しを読み出し回路３０で行い、基準部１０３の像データ及び参照部１０４の像データの読み出しを読み出し回路５０で行う。
【０１０１】
図８は、本実施形態の光電変換装置における読み出し動作を示すタイミング図である。図８には、画素Ｐの制御信号のうち、選択トランジスタＭ５の制御信号ｐＳＥＬ１と、選択トランジスタＭ６の制御信号ｐＳＥＬ２と、リセットトランジスタＭ３の制御信号ｐＲＥＳと、転送トランジスタＭ２の制御信号ｐＴＸ２と、を示している。これら制御信号がハイレベルのとき、対応するトランジスタはオン状態になるものとする。また、これら制御信号がローレベルのとき、対応するトランジスタはオフ状態になるものとする。
【０１０２】
図８に示される制御信号に従って、画素Ｐの選択、浮遊拡散部ＦＤのリセット、ノイズ信号の読み出し、電荷の転送及び光信号の読み出しが行われる。そして、読み出し回路３０，５０の信号処理回路４０，６０が備える図示しないＣＤＳ回路によって像データが得られる。
【０１０３】
本実施形態では、水平方向の基準部１０１の像データ及び水平方向の参照部１０２の像データの読み出しを同時に行った後、垂直方向の基準部１０３の像データ及び垂直方向の参照部１０４の像データの読み出しを同時に行う例を説明する。図８において、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１６が基準部１０１の像データ及び参照部１０２の像データを読み出す期間であり、時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２６が基準部１０３の像データ及び参照部１０４の像データを読み出す期間である。
【０１０４】
時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間は、第ｉ行に属する画素Ｐから信号の読み出しを行う期間である。なお、第ｉ行は基準部１０１及び参照部１０２の先頭行であり、第ｊ行は基準部１０１及び参照部１０２の最終行である（図３参照）。
【０１０５】
時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間において、画素制御回路２０は、第ｉ行の制御線１２に供給する制御信号ｐＳＥＬ１をハイレベルに制御する。これにより、第ｉ行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ５がオンになり、第ｉ行に属する画素Ｐが選択される。すなわち、第ｉ行に属する画素Ｐは、画素信号を、対応する列の出力線１６を介して読み出し回路３０ヘと出力できる状態となる。
【０１０６】
図８の時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間のうち、制御信号ｐＲＥＳがハイレベルの期間は、浮遊拡散部ＦＤのリセット期間である。また、制御信号ｐＴＸ２がハイレベルの期間は、図４の時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に対応し、電荷保持部ＭＥＭから浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送期間である。リセット期間と転送期間との間に出力線１６に読み出される画素信号が、浮遊拡散部ＦＤのリセット電圧に応じたノイズ信号である。また、転送期間の後に出力線１６に読み出される画素信号が、光電変換部ＰＤで生じた電荷の量に応じた光信号である。
【０１０７】
第ｉ行に属する画素Ｐから読み出し回路３０へと読み出されたノイズ信号及び光信号は、読み出し回路３０が備えるＣＤＳ回路において差分処理され、第ｉ行の像データとなる。
【０１０８】
次いで、第ｉ行に属する画素Ｐからの像データの読み出しと同様にして、ｉ＋１行目からｊ行目までの信号の読み出しを繰り返し行う。図８には、時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４の間に第ｉ＋１行に属する画素Ｐからの信号の読み出しを行い、時刻Ｔ１５から時刻Ｔ１６の間に第ｊ行に属する画素Ｐからの信号の読み出しを行う場合を例示している。
【０１０９】
このようにして、水平方向に配された基準部１０１及び参照部１０２に属する総ての画素Ｐからの画素信号の読み出しを行い、基準部１０１の像データと参照部１０２の像データとを取得する。
【０１１０】
なお、基準部１０１及び参照部１０２が配置されるｉ行目からｊ行目には基準部１０３及び参照部１０４を構成する画素Ｐは存在しないため、基準部１０１及び参照部１０２に対する読み出し動作が基準部１０３及び参照部１０４の画素Ｐに影響することはない。
【０１１１】
時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの期間は、第ｇ行及び第ｌ行に属する画素Ｐから信号の読み出しを行う期間である。なお、第ｇ行は基準部１０３の先頭行であり、第ｌ行は参照部１０４の先頭行である。また、第ｈ行は基準部１０３の最終行であり、第ｍ行は参照部１０４の最終行である（図３参照）。
【０１１２】
時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの期間において、画素制御回路２０は、第ｇ行の制御線１２に供給する制御信号ｐＳＥＬ１をハイレベルに制御する。これにより、第ｇ行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ５がオンになり、第ｇ行に属する画素Ｐが選択される。すなわち、第ｇ行に属する画素Ｐは、画素信号を、対応する列の出力線１６を介して読み出し回路３０ヘと出力できる状態となる。
【０１１３】
同じく時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの期間において、画素制御回路２０は、第ｌ行の制御線１２に供給する制御信号ｐＳＥＬ２をハイレベルに制御する。これにより、第ｌ行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ６がオンになり、第ｌ行に属する画素Ｐが選択される。すなわち、第ｌ行に属する画素Ｐは、画素信号を、対応する列の出力線１８を介して読み出し回路５０ヘと出力できる状態となる。
【０１１４】
図８の時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの期間のうち、制御信号ｐＲＥＳがハイレベルの期間は、浮遊拡散部ＦＤのリセット期間である。また、制御信号ｐＴＸ２がハイレベルの期間は、図４の時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に対応し、電荷保持部ＭＥＭから浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送期間である。リセット期間と転送期間との間に出力線１６，１８に読み出される画素信号が、浮遊拡散部ＦＤのリセット電圧に応じたノイズ信号である。また、転送期間の後に出力線１６，１８に読み出される画素信号が、光電変換部ＰＤで生じた電荷の量に応じた光信号である。
【０１１５】
第ｇ行に属する画素Ｐから読み出し回路３０へと読み出されたノイズ信号及び光信号は、読み出し回路３０が備えるＣＤＳ回路において差分処理され、第ｇ行の像データとなる。また、第ｌ行に属する画素Ｐから読み出し回路５０へと読み出されたノイズ信号及び光信号は、読み出し回路５０が備えるＣＤＳ回路において差分処理され、第ｌ行の像データとなる。
【０１１６】
この際、第ｇ行に属する画素Ｐからノイズ信号を読み出すタイミングと第ｌ行に属する画素Ｐからノイズ信号を読み出すタイミングとを同じにする。また、第ｇ行に属する画素Ｐから光信号を読み出すタイミングと第ｌ行に属する画素Ｐから光信号を読み出すタイミングとを同じにする。これにより、第ｇ行に属する画素Ｐからの読み出した信号に重畳するノイズと第ｌ行に属する画素Ｐからの読み出した信号とに重畳するノイズとが経時的に変化したときの影響を低減することができる。
【０１１７】
次いで、第ｇ行及び第ｌ行に属する画素Ｐからの像データの読み出しと同様にして、ｇ＋１行目からｈ行目までの信号の読み出し及びｌ＋１行目からｍ行目までの信号の読み出しを繰り返し行う。図８には、時刻Ｔ２３から時刻Ｔ２４の間に第ｇ＋１行及び第ｌ＋１行に属する画素Ｐからの信号の読み出しを行い、時刻Ｔ２５から時刻Ｔ２６の間に第ｈ行及び第ｍ行に属する画素Ｐからの信号の読み出しを行う場合を例示している。
【０１１８】
なお、図８の駆動例では、基準部１０３については第ｇ行から第ｈ行をこの順番で読み出し、参照部１０４については第ｌ行から第ｍ行をこの順番で読み出したが、一方の領域の行を逆の順番で読み出すようにしてもよい。すなわち、基準部１０３については第ｇ行から第ｈ行をこの順番で読み出し、参照部１０４については第ｍ行から第ｌ行をこの順番で読み出すようにしてもよい。或いは、基準部１０３については第ｈ行から第ｇ行をこの順番で読み出し、参照部１０４については第ｌ行から第ｍ行をこの順番で読み出すようにしてもよい。このように構成することで、画素領域１０の中心に対して対称な場所に位置する画素Ｐを同時に読み出すことができる。
【０１１９】
このようにして、垂直方向に配された基準部１０３及び参照部１０４に属する総ての画素Ｐからの画素信号の読み出しを行い、基準部１０３の像データと参照部１０４の像データとを取得する。
【０１２０】
このように読み出し動作を行うことにより、基準部１０１の像データと参照部１０２の像データとに重畳するノイズの量、並びに、基準部１０３の像データと参照部１０４の像データとに重畳するノイズの量を、それぞれ同一にすることができる。
【０１２１】
したがって、本実施形態の光電変換装置によれば、水平方向及び垂直方向の両方向に対して精度の高い相関演算をすることができ、オートフォーカスの合焦精度を向上することが可能となる。
【０１２２】
このように、本実施形態によれば、対をなす像データに重畳するパターンノイズの影響を抑制し、オートフォーカスの合焦精度を向上することができる。
【０１２３】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。第１乃至第３実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１２４】
本実施形態では、第３実施形態による光電変換装置における読み出し回路３０，５０の機能を、１つの読み出し回路３０によって実現するように構成した光電変換装置を説明する。
【０１２５】
本実施形態の光電変換装置１００は、図９に示すように、画素制御回路２０から各画素Ｐに制御信号を供給する制御線として、第１の方向に延在する制御線１２のみを含む点で、第３実施形態と同様である。また、本実施形態の光電変換装置は、図９に示すように、出力線１６と出力線１８とが平行に配されている点においても、第３実施形態と同様である。
【０１２６】
一方、本実施形態の光電変換装置は、読み出し回路３０が、画素領域１０の画素アレイの各列に対応してそれぞれ２つの比較回路３２，３４を有している点で、２つの読み出し回路３０，５０を有する第３実施形態とは異なっている。各列に設けられた比較回路３２は、対応する列に配された出力線１６に接続されている。また、各列に設けられた比較回路３４は、対応する列に配された出力線１８に接続されている。各列の比較回路３２，３４は、ランプ信号発生回路３６、カウンタ回路３８及び信号処理回路４０に接続されている。すなわち、同じ列の比較回路３２，３４には、同じランプ信号発生回路３６から共通のランプ信号が供給され、同じカウンタ回路３８から共通のカウント信号が供給される。
【０１２７】
本実施形態による光電変換装置におけるその他の構成及び各々の動作は、第３実施形態による光電変換装置と基本的に同じである。本実施形態においては、第３実施形態で説明した読み出し回路５０の比較回路５２の機能を、読み出し回路３０の比較回路３４が実行することになる。また、第３実施形態で説明した読み出し回路５０の信号処理回路６０の機能を、読み出し回路３０の信号処理回路４０が実行することになる。なお、図９では、制御回路７０の記載を省略している。
【０１２８】
本実施形態による光電変換装置における読み出し動作は、図８に示した第３実施形態のタイミング図と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１２９】
本実施形態においても、第３実施形態と同様、基準部１０１の像データと参照部１０２の像データとに重畳するノイズの量、並びに、基準部１０３の像データと参照部１０４の像データとに重畳するノイズの量を、それぞれ同一にすることができる。また、本実施形態による光電変換装置では、１つの読み出し回路３０により基準部１０３の像データと参照部１０４の像データとを読み出すため、ランプ信号やカウント信号に重畳するノイズの影響を、第３実施形態と比較して、更に抑制することが可能である。
【０１３０】
したがって、本実施形態の光電変換装置によれば、水平方向及び垂直方向の両方向に対して精度の高い相関演算をすることができ、オートフォーカスの合焦精度を向上することが可能となる。
【０１３１】
このように、本実施形態によれば、対をなす像データに重畳するパターンノイズの影響を抑制し、オートフォーカスの合焦精度を向上することができる。
【０１３２】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による光電変換装置及びその駆動方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態による光電変換装置の構成を示す図である。第１乃至第４実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１３３】
図１０は、本実施形態の光電変換装置１００が備える、第１基板１００１、第２基板１００２を示した図である。第１基板１００１には、画素領域１０が配されている。画素領域１０には、複数の行及び複数の列に渡って行列状に配された複数の画素Ｐが設けられている。また、第２基板１００２には、画素制御回路２０と、読み出し回路３０，５０と、制御回路７０とが配されている。なお、図１０には、画素領域１０のうちの画素Ｐと、画素制御回路２０、読み出し回路３０，５０、制御回路７０のみを示しているが、他に複数の制御線１２、複数の出力線１６，１８が適宜、第１基板１００１に配される。
【０１３４】
画素制御回路２０は、画素Ｐから信号を読み出す際に画素Ｐ内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御線を介して画素Ｐに供給する画素制御部である。画素制御回路２０は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路によって構成され得る。
【０１３５】
読み出し回路３０，５０は、画素Ｐから読み出された信号に対して所定の処理、例えば、ＣＤＳ処理、増幅処理、アナログデジタル変換等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路３０，５０は、信号保持部、ＣＤＳ回路、列アンプ等を含み得る。読み出し回路３０，５０は、所定の処理を行った後の画素信号を、光電変換装置１００内或いは光電変換装置外部の信号処理部（図示せず）に出力する。
【０１３６】
制御回路７０は、画素制御回路２０、読み出し回路３０，５０に、これらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。なお、画素制御回路２０、読み出し回路３０，５０に供給される制御信号の一部又は総ては、光電変換装置１００の外部から供給してもよい。
【０１３７】
図１１は、平面視における、第１基板１００１が備える画素Ｐと、第２基板１００２が備える画素制御回路２０、読み出し回路３０，５０の配置を示した図である。
【０１３８】
本実施形態の撮像装置は、裏面照射型の撮像装置である。画素Ｐは、不図示の光電変換部を備える。この光電変換部と、接合面１１０１との間に制御線１２が設けられている。各行の制御線１２は、制御信号ｐＴＸ１，ｐＴＸ２，ｐＲＥＳ，ｐＯＦＤ，ｐＳＥＬ１，ｐＳＥＬ２を供給する６本の信号線を含む。制御線１２は、画素領域１０の第１の方向（図では横方向）に延在している。同様に、光電変換部と、接合面１１０１との間に、出力線１６，１８が設けられている。出力線１６，１８は、画素Ｐの第２の方向（図では縦方向）に延在している。
【０１３９】
制御線１２は、接続部１１０２を介して、第２基板１００２の画素制御回路２０と接続される。出力線１６は、接続部１１０３を介して、第２基板１００２の読み出し回路３０，５０へ接続される。出力線１８は、接続部１１０４を介して、第２基板１００２の読み出し回路５０へ接続される。これにより画素Ｐから出力線１６に出力された信号は、読み出し回路３０に入力され、画素Ｐから出力線１８に出力された信号は、読み出し回路５０に入力されるようになっている。
【０１４０】
本実施形態では、読み出し回路３０，５０が第２基板１００２に配されている。しかし、光電変換装置における機能ブロックの構成は、第３実施形態と同じである。つまり、本実施形態による光電変換装置におけるその他の構成及び各々の動作は、第３実施形態による光電変換装置と同様である。なお、図１１では制御回路７０の記載を省略している。また、本実施形態による光電変換装置における読み出し動作は、図８に示した第３実施形態のタイミング図と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１４１】
本実施形態においても、第３実施形態と同様、基準部１０１の像データと参照部１０２の像データとに重畳するノイズの量、並びに、基準部１０３の像データと参照部１０４の像データとに重畳するノイズの量を、それぞれ同一にすることができる。
【０１４２】
したがって、本実施形態の光電変換装置によれば、水平方向及び垂直方向の両方向に対して精度の高い相関演算をすることができ、オートフォーカスの合焦精度を向上することが可能となる。
【０１４３】
このように、本実施形態によれば、対をなす像データに重畳するパターンノイズの影響を抑制し、オートフォーカスの合焦精度を向上することができる。
【０１４４】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による撮像システムについて、図１２及び図１３を用いて説明する。第１乃至第５実施形態による光電変換装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１２は、本実施形態による撮像システムの構成例を示すブロック図である。図１３は、本実施形態による撮像システムにおける光学系の配置例を示す概略図である。
【０１４５】
本実施形態による撮像システム２００は、図１２に示すように、バリア２０１と、レンズ２０２と、絞り２０３と、固体撮像装置２０４と、ＡＦセンサ２０５とを有している。レンズ２０２は、被写体の光学像を結像するための光学系である。バリア２０１は、レンズ２０２のプロテクトを行うものである。絞り２０３は、レンズ２０２を通過する光の光量を調整するためのものである。固体撮像装置２０４は、レンズで結像された被写体の光学像を画像信号として取得するためのものである。ＡＦセンサ２０５は、第１乃至第４実施形態で説明した光電変換装置１００である。
【０１４６】
また、撮像システム２００は、アナログ信号処理装置２０６、Ａ／Ｄ変換器２０７、デジタル信号処理部２０８を更に有している。アナログ信号処理装置２０６は、固体撮像装置２０４やＡＦセンサ２０５から出力された信号を処理するためのものである。Ａ／Ｄ変換器２０７は、アナログ信号処理装置２０６から出力された信号をアナログデジタル変換するためのものである。デジタル信号処理部２０８は、Ａ／Ｄ変換器２０７から出力された画像データに対して各種の補正を行い或いはデータを圧縮する処理を行うためのものである。
【０１４７】
また、撮像システム２００は、メモリ部２０９、外部Ｉ／Ｆ回路２１０、タイミング発生部２１１、全体制御・演算部２１２、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１３を更に有している。メモリ部２０９は、画像データを一時記憶するためのものである。外部Ｉ／Ｆ回路２１０は、外部コンピュータ２１５などの外部機器と通信するためのものである。タイミング発生部２１１は、デジタル信号処理部２０８などに各種タイミング信号を出力するためのものである。全体制御・演算部２１２は、各種演算とカメラ全体を制御するためのものである。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１３は、取得した画像データを記録し、又は画像データの読み出しを行うための半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体２１４との間でデータのやりとりを行うためのものである。
【０１４８】
バリア２０１がオープンされると、被写体からの光学像がレンズ２０２及び絞り２０３を介してＡＦセンサ２０５に入射される。全体制御・演算部２１２は、ＡＦセンサ２０５からの出力信号をもとに、前記した位相差検出の手法により被写体までの距離を算出する。その後、全体制御・演算部２１２は、演算結果に基づいてレンズ２０２を駆動し、再び撮像面に合焦しているか否かを判断し、合焦していないと判断したときには、再びレンズ２０２を駆動するオートフォーカス制御を行う。
【０１４９】
次いで、合焦が確認された後に、固体撮像装置２０４による電荷蓄積動作が開始される。固体撮像装置２０４の電荷蓄積動作が終了すると、固体撮像装置２０４から出力された画像信号は、アナログ信号処理装置２０６で所定の処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換器２０７でアナログデジタル変換される。アナログデジタル変換された画像信号は、デジタル信号処理部２０８を介して全体制御・演算部２１２によってメモリ部２０９に書き込まれる。
【０１５０】
その後、メモリ部２０９に蓄積されたデータは、全体制御・演算部２１２の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１３を介して記録媒体２１４に記録される。或いは、メモリ部２０９に蓄積されたデータは、外部Ｉ／Ｆ回路２１０を介して、直接に外部コンピュータ２１５などに入力してもよい。
【０１５１】
図１３は、本実施形態による撮像システムにおける光学系の配置例を示す概略図である。図１３に示す光学系の配置例は、２次結像位相差検出型オートフォーカスシステムを搭載した一眼レフカメラを想定したものである。
【０１５２】
被写体像は、撮影レンズ２２２を介してカメラボディ２２０の内部に入射する。撮影レンズ２２２は、被写体像を固体撮像装置２０４上に一時結像させるためのレンズである。撮影レンズ２２２を通過した被写体像は、クイックリターンミラー２２４ヘと導かれる。クイックリターンミラー２２４は、数十％程度の透過率を有するハーフミラーである。これにより、被写体像は、フォーカルプレーンシャッタ２２６を介して固体撮像装置２０４へと導かれるとともに、ファインダースクリーン２２８を介してファインダ２３０へと導かれる。クイックリターンミラー２２４と固体撮像装置２０４との間にはサブミラー２３２が配置されており、サブミラー２３２により反射された被写体像を、反射ミラー２３４及び２次結像レンズ２３６を介してＡＦセンサ２０５に再結像できるようになっている。
【０１５３】
第１乃至第５実施形態において説明したように、これまでの実施形態に示した光電変換装置１００を用いてＡＦセンサ２０５を構成することにより、焦点検出精度を向上することができる。したがって、このＡＦセンサ２０５を用いた本実施形態の撮像システムによれば、より高精細な画像を取得することが可能となる。
【０１５４】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による撮像システム及び移動体について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【０１５５】
図１４（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、必ずしも画像の取得を目的としたものに限られず、上記第１乃至第５実施形態のいずれかに記載の光電変換装置１００を適用することも可能である。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【０１５６】
撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【０１５７】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１４（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【０１５８】
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１５９】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１６０】
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【０１６１】
また、上記実施形態では、電荷排出トランジスタＭ７を含む画素Ｐを示したが、画素Ｐは必ずしも電荷排出トランジスタＭ７を有する必要はない。この場合、前述のように、転送トランジスタＭ１をオフにするタイミングで露光期間の開始時刻を規定することができる。
【０１６２】
また、上記第１乃至第５実施形態では、本発明の光電変換装置をＡＦセンサに適用した例を示したが、本発明の光電変換装置の用途はＡＦセンサに限定されるものではない。例えば、本発明の光電変換装置は、ＡＥセンサ等に適用することも可能である。
【０１６３】
また、上記第６及び第７実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用し得る撮像システム例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図１２乃至図１４に示した構成に限定されるものではない。
【０１６４】
なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１６５】
Ｐ…画素
１０…画素領域
１２，１４…制御線
１６，１８…出力線
２０…画素制御回路
３０，５０…読み出し回路
３２，３４，５２…比較回路
３６，５６…ランプ信号発生回路
３８，５８…カウンタ回路
４０，６０…信号処理回路
７０…制御回路
１００…光電変換装置
１０１，１０３…基準部
１０２，１０４…参照部
２００，３００…撮像システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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