(57)【要約】【課題】信号の出力に要する時間を短縮する。【解決手段】固体撮像装置１０００は、第１光電変換部および第２光電変換部を有する受光画素と第３光電変換部および第４光電変換部を有する遮光画素とを含む画素アレイと、画素アレイからの信号を処理する処理部とを備える。前記処理部は、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部および前記第４光電変換部の電荷に応じた信号を出力する信号出力期間において、（ａ）前記第１光電変換部の電荷に応じた画素信号、（ｂ）前記第１光電変換部の電荷と前記第２光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた加算画素信号、および、（ｃ）前記第３光電変換部の電荷と前記第４光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた加算基準信号を出力し、（ｄ）前記第３光電変換部の電荷に応じた基準信号および前記第４光電変換部の電荷に応じた基準信号を出力しない。【選択図】図１
2014216795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光電変換部および第２光電変換部を有する受光画素と第３光電変換部および第４光電変換部を有する遮光画素とを含む画素アレイと、前記画素アレイからの信号を処理する処理部とを備える固体撮像装置であって、
前記処理部は、
前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部および前記第４光電変換部の電荷に応じた信号を出力する信号出力期間において、
（ａ）前記第１光電変換部の電荷に応じた画素信号、（ｂ）前記第１光電変換部の電荷と前記第２光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた加算画素信号、および、（ｃ）前記第３光電変換部の電荷と前記第４光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた加算基準信号を出力し、
（ｄ）前記第３光電変換部の電荷に応じた基準信号および前記第４光電変換部の電荷に応じた基準信号を出力しない、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記処理部は、
前記第１光電変換部の電荷に応じた信号を保持する第１保持部と、
前記第１光電変換部の電荷と前記第２光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた信号を保持する第２保持部と、
前記第３光電変換部の電荷に応じた信号を保持する第３保持部と、
前記第３光電変換部の電荷と前記第４光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた信号を保持する第４保持部と、を含み、
前記第１保持部によって保持された信号に応じた信号を前記画素信号として出力し、前記第２保持部によって保持された信号に応じた信号を前記加算画素信号として出力し、前記第４保持部によって保持された信号に応じた信号を前記加算基準信号として出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記受光画素は、第１フローティングディフュージョンと、前記第１光電変換部の電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送部と、前記第２光電変換部の電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第２転送部と、前記第１フローティングディフュージョンの電位に応じた信号を出力する第１増幅部と、を含み、前記第１増幅部は、前記加算画素信号の生成のために、前記第１光電変換部の電荷と前記第２光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた信号を出力し、
前記遮光画素は、第２フローティングディフュージョンと、前記第３光電変換部の電荷を前記第２フローティングディフュージョンに転送する第３転送部と、前記第４光電変換部の電荷を前記第２フローティングディフュージョンに転送する第４転送部と、前記第２フローティングディフュージョンの電位に応じた信号を出力する第２増幅部と、を含み、前記第２増幅部は、前記加算基準信号の生成のために、前記第３光電変換部の電荷と前記第４光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
第１光電変換部および第２光電変換部を有する受光画素と第３光電変換部および第４光電変換部を有する遮光画素とを含む画素アレイと、前記画素アレイからの信号を処理する処理部とを備える固体撮像装置であって、
前記処理部は、
前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部および前記第４光電変換部の電荷に応じた信号を出力する信号出力期間において、
（ａ）前記第１光電変換部の電荷に応じた画素信号、（ｂ）前記第１光電変換部の電荷に応じた信号と前記第２光電変換部の電荷に応じた信号とを加算した加算画素信号、および、（ｃ）前記第３光電変換部の電荷に応じた信号と前記第４光電変換部の電荷に応じた信号とを加算した加算基準信号を出力し、
（ｄ）前記第３光電変換部の電荷に応じた基準信号および前記第４光電変換部の電荷に応じた基準信号を出力しない、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記処理部は、
前記第１光電変換部の電荷に応じた信号を保持する第１保持部と、
前記第１光電変換部の電荷に応じた信号と前記第２光電変換部の電荷に応じた信号とを加算した信号を保持する第２保持部と、
前記第３光電変換部の電荷に応じた信号を保持する第３保持部と、
前記第３光電変換部の電荷に応じた信号と前記第４光電変換部の電荷に応じた信号とを加算した信号を保持する第４保持部と、を含み、
前記第１保持部によって保持された信号に応じた信号を前記画素信号として出力し、前記第２保持部によって保持された信号に応じた信号を前記加算画素信号として出力し、前記第４保持部によって保持された信号に応じた信号を前記加算基準信号として出力する、
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記受光画素は、前記第１光電変換部の電荷に応じた信号および前記第２光電変換部の電荷に応じた信号をそれぞれ出力し、
前記処理部は、前記受光画素からの前記第１光電変換部の電荷に応じた信号および前記第２光電変換部の電荷に応じた信号を加算する加算部を更に含む、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記加算部は、
前記第１光電変換部の信号が出力される列信号線に一端が接続された第１入力キャパシタと、
前記第２光電変換部の信号が出力される列信号線に一端が接続され、前記第１入力キャパシタの他端に他端が接続された第２入力キャパシタと、
前記第１入力キャパシタの他端および前記第２入力キャパシタの他端が第１入力端子に接続され、基準電圧が第２入力端子に供給される演算増幅器と、
前記演算増幅器の前記第１入力端子と出力端子との間に接続された帰還キャパシタと、を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記処理部は、
前記受光画素のノイズレベルに応じた信号をそれぞれ保持する第１ノイズレベル保持部および第２ノイズレベル保持部を更に含み、
前記第１保持部によって保持された信号と前記第１ノイズレベル保持部によって保持された信号との差分に応じた信号を前記画素信号として出力し、
前記第２保持部によって保持された信号と前記第２ノイズレベル保持部によって保持された信号との差分に応じた信号を前記加算画素信号として出力する、
ことを特徴とする請求項２または５に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記処理部は、
前記遮光画素のノイズレベルに応じた信号をそれぞれ保持する第３ノイズレベル保持部および第４ノイズレベル保持部を更に含み、
前記第４保持部によって保持された信号と前記第４ノイズレベル保持部によって保持された信号との差分に応じた信号を前記加算基準信号として出力する、
ことを特徴とする請求項２または５に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、各画素が一対のフォトダイオードを有し、瞳分割方式で焦点を検出する撮像素子が記載されている。該撮像素子は、第１読み出しモードおよび第２読み出しモードを有する。第１読み出しモードでは、撮像によって生成された画像を記録するために、全画素から一対のフォトダイオードの加算出力信号が読み出される。第２読み出しモードでは、液晶表示素子に画像を表示するために全画素から一対のフォトダイオードの加算出力信号が読み出されるとともに、焦点検出のために各画素の一方のフォトダイオードの出力信号（単独出力信号）が読み出される。なお、特許文献１では、画素の暗電流検出のための遮光画素の信号の読み出しについては考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体撮像装置は、一般に、基準信号を得るための遮光画素（オプティカルブラック画素）が配列された遮光画素領域（オプティカルブラック画素領域）を有する。遮光画素領域は、撮像面に形成される光学像を検出するための受光画素（有効画素）が配列された受光画素領域に隣接するように配置される。つまり、固体撮像装置の画素アレイは、受光画素領域と遮光画素領域とを含む。固体撮像装置から出力される１フレーム分の信号は、受光画素領域の信号と、遮光領域の信号とを含む。
【０００５】
ところで、瞳分割方式で焦点を検出する固体撮像装置では、各受光画素を構成する一対の光電変換部のうちの一方の信号を出力する際に遮光画素を構成する一対の光電変換部のうちの一方の信号も出力すると、全信号の出力に要する時間が長くなる。
【０００６】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、信号の出力に要する時間を短縮するために有利な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの側面は、第１光電変換部および第２光電変換部を有する受光画素と第３光電変換部および第４光電変換部を有する遮光画素とを含む画素アレイと、前記画素アレイからの信号を処理する処理部とを備える固体撮像装置に係り、前記処理部は、前記第１光電変換部、前記第２光電変換部、前記第３光電変換部および前記第４光電変換部の電荷に応じた信号を出力する信号出力期間において、（ａ）前記第１光電変換部の電荷に応じた画素信号、（ｂ）前記第１光電変換部の電荷と前記第２光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた加算画素信号、および、（ｃ）前記第３光電変換部の電荷と前記第４光電変換部の電荷とを加算した電荷に応じた加算基準信号を出力し、（ｄ）前記第３光電変換部の電荷に応じた基準信号および前記第４光電変換部の電荷に応じた基準信号を出力しない、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信号の出力に要する時間を短縮するために有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の固体撮像装置の構成を示す図。
【図２】画素アレイの構成を例示する図。
【図３】非出力モードにおける固体撮像装置の動作を例示的に説明する図。
【図４】本発明の第２実施形態の固体撮像装置の構成を示す図。
【図５】本発明の１つの実施形態のカメラの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。
【００１１】
図１には、本発明の第１実施形態の固体撮像装置１０００の構成が示されている。固体撮像装置１０００は、画素アレイＰＡと、画素アレイＰＡからの信号を処理する処理部ＳＰとを備える。図２に例示的に示されるように、画素アレイＰＡは、複数の受光画素（有効画素）ＥＰが配列された受光画素領域ＥＰＡと、複数の遮光画素（オプティカルブラック画素）ＯＢＰが配列された遮光画素領域ＯＢＰとを含む。受光画素ＥＰは、撮像レンズによって受光画素領域ＥＰＡに形成された光学像を検出するための画素であるとともに、撮像レンズのデフォーカス量を位相差検出方式で検出するための画素でもある。遮光画素ＯＢＰは、遮光された画素であって、基準信号（オプティカルブラックレベル）を発生するための画素である。複数の受光画素ＥＰは、受光画素領域ＥＰＡにおいて、複数行および複数列を構成するように配列される。複数の遮光画素ＯＢＰは、遮光画素領域ＯＢＰＡにおいて、複数行および複数列を構成するように配列される。固体撮像装置１０００は、その他、画素アレイＰＡにおける行を選択する行選択部（不図示）を備えている。
【００１２】
図１では、複数の受光画素ＥＰのうち１つの受光画素ＥＰのみが示され、また、複数の遮光画素ＯＢＰのうち１つの遮光画素ＯＢのみが示されている。受光画素ＥＰは、第１光電変換部１０２ａおよび第２光電変換部１０２ｂを含む。受光画素ＥＰはまた、第１フローティングディフュージョン（以下、フローティングディフュージョンをＦＤと記載する。）１０４１と、第１光電変換部１０２ａの電荷を第１ＦＤ１０４１に転送する第１転送部１０３ａと、第２光電変換部１０２ｂの電荷を第１ＦＤ１０４１に転送する第２転送部１０３ｂとを含みうる。第１ＦＤ１０４１の電位は、第１ＦＤ１０４１に転送されてきた電荷の量に応じた電位となる。
【００１３】
受光画素ＥＰはまた、第１ＦＤ１０４１の電位に応じた信号を列信号線１１１１に出力する増幅部１０５１と、第１ＦＤ１０４１の電位をリセットするリセット部１０６１とを含みうる。増幅部１０５１は、列信号線１１１１に接続された定電流源１１２１とともにソースフォロワ回路を構成する。受光画素ＥＰはまた、受光画素ＥＰを選択状態にするための選択部１０７１を含んでもよい。選択部１０７１を設ける代わりに、第１ＦＤ１０４１の電位によって受光画素ＥＰを選択状態または非選択状態に制御してもよい。
【００１４】
図示されていないが、第１光電変換部１０２ａおよび第２光電変換部１０２ｂを含む１つの受光画素ＥＰに対して１つのマイクロレンズが設けられている。複数の受光画素ＥＰのそれぞれの第１光電変換部１０２ａに蓄積された電荷に基づく信号と、複数の受光画素ＥＰのそれぞれの第２光電変換部１０２ｂに蓄積された電荷に基づく信号とから撮像レンズのデフォーカス量を示す位相差情報を得ることができる。このデフォーカス量が許容範囲に収まるように撮像レンズのフォーカシングレンズを駆動することによって焦点を固体撮像装置１０００の撮像面に合わせることができる。
【００１５】
遮光画素ＯＢＰは、遮光されていることを除いて、受光画素ＥＰと同様の構成を有しうる。遮光画素ＯＢＰは、第３光電変換部１０２ｃおよび第４光電変換部１０２ｄを含む。遮光画素ＯＢＰはまた、第２ＦＤ１０４２と、第３光電変換部１０２ｃの電荷を第２ＦＤ１０４２に転送する第３転送部１０３ｃと、第４光電変換部１０２ｄの電荷を第２ＦＤ１０４２に転送する第４転送部１０３ｄとを含みうる。第２ＦＤ１０４２の電位は、第２ＦＤ１０４２に転送されてきた電荷の量に応じた電位となる。
【００１６】
遮光画素ＯＢＰはまた、第２ＦＤ１０４２の電位に応じた信号を列信号線１１１２に出力する増幅部１０５２と、第２ＦＤ１０４２の電位をリセットするリセット部１０６２とを含みうる。増幅部１０５２は、列信号線１１１２に接続された定電流源１１２２とともにソースフォロワ回路を構成する。遮光画素ＯＢＰはまた、遮光画素ＯＢＰを選択状態にするための選択部１０７２を含んでもよい。選択部１０７２を設ける代わりに、第２ＦＤ１０４２の電位によって遮光画素ＯＢＰを選択状態または非選択状態に制御してもよい。
【００１７】
受光画素ＥＰの第１転送部１０３ａおよび遮光画素ＯＢＰの第３転送部１０３ｃは、行選択部によって駆動される第１転送信号ＰＴＸＡがアクティブレベルになることによって電荷の転送動作を行う。受光画素ＥＰの第２転送部１０３ｂおよび遮光画素ＯＢＰの第４転送部１０３ｄは、行選択部によって駆動される第１転送信号ＰＴＸＢがアクティブレベルになることによって電荷の転送動作を行う。リセット部１０６１、１０６２は、行選択部によって駆動されるリセット信号ＰＲＥＳがアクティブレベルになることによってＦＤ１０４１、１０４２の電位をリセット電位にリセットする。選択部１０７１、１０７２は、行選択部によって駆動される選択信号ＰＳＥＬがアクティブレベルになることによって、選択部１０７１、１０７２が属する画素を選択状態にする。
【００１８】
処理部ＳＰは、列信号線１１１１、１１１２ごとに設けられた列アンプＡＭＰと、列信号線１１１１、１１１２ごとに設けられた保持ブロックＳＴとを含みうる。処理部ＳＰはまた、列選択部１３４と、出力アンプ１３３と、保持ブロックＳＴに保持された信号を出力アンプ１３３に伝送する水平信号線１３１、１３２とを含みうる。
【００１９】
受光画素ＥＰから列信号線１１１１に出力された信号は、列信号線１１１１に対して設けられた列アンプＡＭＰによって増幅され、列信号線１１１１に対して設けられた保持ブロックＳＴの保持部１２３１、１２４１、１２５１、１２６１によって保持される。遮光画素ＯＢＰから列信号線１１１２に出力された信号は、列信号線１１１２に対して設けられた列アンプＡＭＰによって増幅され、列信号線１１１２に対して設けられた保持ブロックＳＴの保持部１２３２、１２４２、１２５２、１２６２によって保持される。
【００２０】
列アンプＡＭＰは、第１入力端子、第２入力端子および出力端子を有する演算増幅器１１６と、入力キャパシタ１１４と、帰還キャパシタ１１５と、スイッチ１１７とを含む。入力キャパシタ１１４の一端は、列信号線１１１１（１１１２）に接続され、他端は、演算増幅器１１６の第１入力端子に接続されている。演算増幅器１１６の第２入力端子には、基準電圧１１８が供給される。帰還キャパシタ１１５は、演算増幅器１１６の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ１１７は、演算増幅器１１６の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ１１７は、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒ（図３参照）によって制御される。スイッチ１１７がオンした状態では、列アンプＡＭＰは、ユニティゲインバッファとして動作する。スイッチ１１７がオフした状態では、列アンプＡＭＰは、反転増幅器として動作する。反転増幅器として動作するときの列アンプＡＭＰの増幅率は、入力キャパシタ１１４の容量値をＣ０、帰還キャパシタ１１５の容量値をＣｆとすると、−Ｃ０／Ｃｆである。
【００２１】
保持部１２３１は、受光画素ＥＰのノイズレベルに応じた信号（以下、Ｎ信号）を保持する第１ノイズレベル保持部であり、保持部１２４１は、受光画素ＥＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）を保持する第２ノイズレベル保持部である。保持部１２３１、１２４１には、書き込み信号ＰＴＮによって制御されるスイッチ１１９１、１２０１を介して、受光画素ＥＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）が同時に書き込まれうる。保持部１２５１は、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷に応じた信号（以下、Ａ信号）を保持する第１保持部である。保持部１２６１は、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷と第２光電変換部１０２ｂの電荷とを加算した電荷に応じた信号（以下、ＡＢ信号）を保持する第２保持部である。保持部１２５１には、書き込み信号ＰＴＳＡによって制御されるスイッチ１２１１を介して、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷に応じた信号（Ａ信号）が書き込まれる。保持部１２６１には、書き込み信号ＰＴＳＡＢによって制御されるスイッチ１２２１を介して、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷と受光画素ＥＰの第２光電変換部１０２ｂの電荷とを加算した電荷に応じた信号（ＡＢ信号）が書き込まれる。
【００２２】
Ａ信号には、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷に応じた信号のほかに、受光画素ＥＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）が含まれる。ＡＢ信号には、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷に応じた信号（Ａ信号）および受光画素ＥＰの第２光電変換部１０２ｂの電荷に応じた信号（以下、Ｂ信号）のほかに、受光画素ＥＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）が含まれる。
【００２３】
保持部１２３１によって保持された信号（Ｎ信号）は、列選択部１３４によって駆動される水平転送信号ＨｅＡｉによって制御されるスイッチ１２７１を介して水平信号線１３１に転送される。保持部１２５１によって保持された信号（Ａ信号）は、列選択部１３４によって駆動される水平転送信号ＨｅＡｉによって制御されるスイッチ１２９１を介して水平信号線１３２に転送される。水平転送信号ＨｅＡｉにおけるｉは、画素アレイＰＡの受光画素領域ＥＰＡのための複数の列信号線１１１１のうちの１つを特定する。例えば、受光画素領域ＥＰＡの第１列の列信号線１１１１の水平転送信号は、ＨｅＡ１であり、受光画素領域ＥＰＡの第ｎ列の列信号線１１１１の水平転送信号は、ＨｅＡｎである。
【００２４】
保持部１２４１によって保持された信号（Ｎ信号）は、列選択部１３４によって駆動される水平転送信号ＨｅＡＢｉによって制御されるスイッチ１２８１を介して水平信号線１３１に転送される。保持部１２６１によって保持された信号（ＡＢ信号）は、列選択部１３４によって駆動される水平転送信号ＨｅＡＢｉによって制御されるスイッチ１３０１を介して水平信号線１３２に転送される。水平転送信号ＨｅＡＢｉにおけるｉは、画素アレイＰＡの受光画素領域ＥＰＡのための複数の列信号線１１１１のうちの１つを特定する。例えば、受光画素領域ＥＰＡの第１列の列信号線１１１１の水平転送信号は、ＨｅＡＢ１であり、受光画素領域ＥＰＡの第ｎ列の列信号線１１１１の水平転送信号は、ＨｅＡＢｎである。
【００２５】
出力アンプ１３３は、水平信号線１３１、１３２に転送された信号の差分に応じた信号、より具体的には、該差分を増幅した信号を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。例えば、水平転送信号ＨｅＡｉがアクティブレベルに駆動されたときは、出力アンプ１３３は、Ａ信号とＮ信号との差分（即ちＡ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した画素信号（以下、Ａ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。水平転送信号ＨｅＡＢｉがアクティブレベルに駆動されたときは、出力アンプ１３３は、ＡＢ信号とＮ信号との差分（即ちＡＢ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した加算画素信号（以下、ＡＢ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。
【００２６】
遮光画素ＯＢＰから列信号線１１１２に出力された信号は、列信号線１１１２に対して設けられた列アンプＡＭＰによって増幅され、列信号線１１１２に対して設けられた保持ブロックＳＴの保持部１２３２、１２４２、１２５２、１２６２によって保持される。ここで、保持部１２３２は、遮光画素ＯＢＰのノイズレベルに応じた信号（以下、Ｎ信号）を保持する第３ノイズレベル保持部であり、保持部１２４２は、遮光画素ＯＢＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）を保持する第４ノイズレベル保持部である。保持部１２３２、１２４２には、書き込み信号ＰＴＮによって制御されるスイッチ１１９２、１２０２を介して、遮光画素ＯＢＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）が同時に書き込まれうる。保持部１２５２は、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷に応じた信号（以下、ＯＢＡ信号）を保持する第３保持部である。保持部１２６２は、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷と第４光電変換部１０２ｄの電荷とを加算した電荷に応じた信号（以下、ＯＢＡＢ信号）を保持する第４保持部である。保持部１２５２には、書き込み信号ＰＴＳＡによって制御されるスイッチ１２１２を介して、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷に応じた信号（ＯＢＡ信号）が書き込まれる。保持部１２６２には、書き込み信号ＰＴＳＡＢによって制御されるスイッチ１２２２を介して、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷と遮光画素ＯＢＰの第４光電変換部１０２ｂの電荷とを加算した電荷に応じた信号（ＯＢＡＢ信号）が書き込まれる。
【００２７】
ＯＢＡ信号には、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷に応じた信号のほかに、遮光画素ＯＢＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）が含まれる。ＯＢＡＢ信号には、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷に応じた信号（ＯＢＡ信号）および遮光画素ＯＢＰの第４光電変換部１０２ｄの電荷に応じた信号（以下、ＯＢＢ信号）のほかに、遮光画素ＯＢＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）が含まれる。
【００２８】
第１実施形態において、固体撮像装置１０００は、保持部１２５２によって保持された信号（ＯＢＡ信号）に応じた信号（より具体的には、ＯＢＡ信号とＮ信号との差分を増幅した信号）を出力アンプ１３３から出力しない非出力モードを有する。この非出力モードでは、ＯＢＡ信号に応じた信号を出力アンプ１３３から出力しないことによって、信号の出力に要する時間を短くすることができる。ここで、焦点検出用の信号、即ち、画素を構成する一対の光電変換部のそれぞれの信号は、これらに基づいて焦点の検出が可能であれば十分であり、この信号を遮光画素ＯＢＰからの基準信号を使って補正しなくてもよい。また、焦点検出用の信号は、ＯＢＡＢ信号を用いて補正されても良い。
【００２９】
ただし、固体撮像装置１０００は、保持部１２５２によって保持された信号（ＯＢＡ信号）に応じた信号（より具体的には、ＯＢＡ信号とＮ信号との差分を増幅した信号）を出力アンプ１３３から出力する出力モードを有してもよい。出力モードにおいて、保持部１２３２によって保持された信号（Ｎ信号）は、列選択部１３４によって駆動される水平転送信号ＨｏｂＡｊによって制御されるスイッチ１２７２を介して水平信号線１３１に転送される。また、出力モードにおいて、保持部１２５２によって保持された信号（ＯＢＡ信号）は、列選択部１３４によって駆動される水平転送信号ＨｏｂＡｊによって制御されるスイッチ１２９２を介して水平信号線１３２に転送される。水平転送信号ＨｏｂＡｊにおけるｊは、画素アレイＰＡの遮光画素領域ＯＢＰＡのための複数の列信号線１１１２のうちの１つを特定する。例えば、遮光画素領域ＯＢＰＡの第１列の列信号線１１１２の水平転送信号は、ＨｏｂＡ１であり、遮光画素領域ＯＢＰＡの第ｎ列の列信号線１１１２の水平転送信号は、ＨｏｂＡｎである。
【００３０】
保持部１２４２によって保持された信号（Ｎ信号）は、列選択部１３４によって駆動される水平転送信号ＨｏｂＡＢｊによって制御されるスイッチ１２８２を介して水平信号線１３１に転送される。保持部１２６２によって保持された信号（ＯＢＡＢ信号）は、列選択部１３４によって駆動される水平転送信号ＨｏｂＡＢｊによって制御されるスイッチ１３０２を介して水平信号線１３２に転送される。水平転送信号ＨｏｂＡＢｊにおけるｊは、画素アレイＰＡの受光画素領域ＥＰＡのための複数の列信号線１１１２のうちの１つを特定する。例えば、受光画素領域ＥＰＡの第１列の列信号線１１１２の水平転送信号は、ＨｏｂＡＢ１であり、受光画素領域ＥＰＡの第ｎ列の列信号線１１１２の水平転送信号は、ＨｏｂＡＢｎである。
【００３１】
前述のように、出力アンプ１３３は、水平信号線１３１、１３２に転送された信号の差分に応じた信号、より具体的には、該差分を増幅した信号Ｖｏｕｔを出力する。例えば、水平転送信号ＨｏｂＡＢｉがアクティブレベルに駆動されたときは、出力アンプ１３３は、ＯＢＡＢ信号とＮ信号との差分（即ちＯＢＡＢ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した加算基準信号（以下、ＯＢＡＢ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。
【００３２】
固体撮像装置１０００から出力された信号を処理するプロセッサは、ＡＢ’信号をＯＢＡＢ’信号に基づいて生成される基準信号に基づいて補正し、補正された信号（以下、ＡＢ”信号）を得ることができる。また、該プロセッサは、ＡＢ’信号とＡ’信号との差分を演算することによって第２光電変換部１０２ｂの電荷に応じた信号（以下、Ｂ’信号）を得ることができる。該プロセッサは、Ａ’信号とＢ’信号とに基づいて撮像レンズのデフォーカス量を演算することができる。ここで、Ａ’信号およびＢ’信号は、遮光画素ＯＢＰからの信号に基づいて補正された信号ではないが、デフォーカス量の検出のためには、Ａ’信号とＢ’信号との相関性が分かれば十分である。また、ＯＢＡＢ’信号を用いてこれらの信号を補正した上で利用しても良い。
【００３３】
以下、図３を参照しながら非出力モードにおける固体撮像装置１０００の動作を例示的に説明する。図３において、ＰＨ信号は、列選択部１３４に供給されるクロック信号である。ＨｅＡｉ信号、ＨｅＡＢｉ信号、ＨｏｂＡｉ信号およびＨｏｂＡＢｉ信号は、該当する列を選択するときにアクティブレベル（ハイレベル）になる信号である。記述上の便宜のため、図３においては、ＨｅＡｉ信号は、ＨｅＡ１、ＨｅＡ２・・・・の論理和として示されている。同様に、ＨｅＡＢｉ信号は、ＨｅＡＢ１、ＨｅＡＢ２・・・・の論理和として示されている。同様に、ＨｏｂＡＢｉ信号は、ＨｏｂＡＢ１、ＨｏｂＡＢ２・・・・の論理和として示されている。
【００３４】
タイミングＴ２０１において、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａおよび第２光電変換部１０２ｂは光電変換によって発生した電荷を蓄積し、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃおよび第４光電変換部１０２ｄはノイズ成分としての電荷を蓄積している。また、タイミングＴ２０１において、転送部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄはオフ状態であり、リセット部１０６１、１０６２はオン状態であり、ＦＤ１０４１、１０４２がリセット電位にリセットされている。また、タイミングＴ２０１において、選択部１０７はオフ状態である。また、タイミングＴ２０１において、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒがハイレベルであり列アンプＡＭＰはユニティゲインバッファとして動作している。この状態では、基準電圧１１８をＶＣ０Ｒとすると、列アンプＡＭＰの演算増幅器１１６の第１入力端子、第２入力端子および出力端子の電位は、ＶＣ０Ｒである。また、タイミングＴ２０１において、スイッチ１１９１、１２０１、１２１１、１２２１、１１９２、１２０２、１２１２、１２２２はオフ状態である。
【００３５】
タイミングＴ２０２において、選択すべき行の行選択信号ＰＳＥＬがハイレベルに駆動され、選択部１０７１、１０７２がオンする。これによって、選択すべき行の受光画素ＥＰおよび遮光画素ＯＢＰが選択される。具体的には、選択すべき行の受光画素ＥＰの増幅部１０５１と列信号線１１１１とが接続され、選択すべき行の遮光画素ＯＢＰの増幅部１０５２と列信号線１１１２とが接続される。
【００３６】
タイミングＴ２０３において、選択された行のリセット信号ＰＲＥＳがハイレベルに駆動され、選択された行の受光画素ＥＰのリセット部１０６１および選択された行の遮光画素ＯＢＰのリセット部１０６２がオフする。これによって、選択された行の受光画素ＥＰの第１ＦＤ１０４１および選択された行の遮光ＯＢＰの第２ＦＤ１０４２がフローティング状態になる。
【００３７】
タイミングＴ２０４〜Ｔ２０５の期間において、書き込み信号ＰＴＮ、ＰＴＳＡ、ＰＴＳＡＢがハイレベルに駆動され、スイッチ１１９１、１２０１、１２１１、１２２１、１１９２、１２０２、１２１２、１２２２がオンする。これによって、保持部１２３１、１２４１、１２５１、１２６１、１２３２、１２４２、１２５２、１２６２がリセットされる。より具体的には、保持部１２３１、１２４１、１２５１、１２６１、１２３２、１２４２、１２５２、１２６２は、列アンプＡＭＰの出力電圧（ＶＣ０Ｒ）が書き込まれる。
【００３８】
タイミングＴ２０６において、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒがローレベルに駆動され、スイッチ１１７がオンする。これにより、列アンプＡＭＰは、反転増幅器として動作する。
【００３９】
タイミングＴ２０７〜Ｔ２０８の期間において、書き込み信号ＰＴＮがハイレベルとなり、スイッチ１１９１、１２１１、１１９２、１２１２がオンする。これにより、保持部１２３１、１２５１、１２３２、１２５２には、Ｎ信号が書き込まれる。
【００４０】
タイミングＴ２０９〜Ｔ２１０の期間において、第１転送信号ＰＴＸＡがハイレベルに駆動され、第１光電変換部１０２ａの電荷が第１ＦＤ１０４１に転送されるとともに、第３光電変換部１０２ｂの電荷が第２ＦＤ１０４２に転送される。これにより、第１ＦＤ１０４１の電位変化に応じた信号が列信号線１１１１に出力されるとともに、第２ＦＤ１０４２の電位変化に応じた信号が列信号線１１１２に出力される。列信号線１１１１に対して設けられた列アンプＡＭＰの出力にはＡ信号が現れ、列信号線１１１２に対して設けられた列アンプＡＭＰの出力にはＯＢＡ信号が現れる。
【００４１】
タイミングＴ２１１〜Ｔ２１２の期間において、書き込み信号ＰＴＳＡがハイレベルに駆動され、スイッチ１２１１、１２１２がオンする。これにより、第１保持部１２５１にＡ信号が書き込まれ、第３保持部１２５２にＯＢＡ信号が書き込まれる。
【００４２】
タイミングＴ２１３〜Ｔ２１４の期間において、第１転送信号ＰＴＸＡおよび第２転送信号ＰＴＸＢがハイレベルに駆動され、第１転送部１０３ａおよび第２転送部１０３ｂがともにオンする。これにより、第１光電変換部１０２ａに蓄積された電荷が第１ＦＤ１０４１に転送されるとともに、第２光電変換部１０２ｂに蓄積された電荷が第１ＦＤ１０４１に転送される。即ち、第１光電変換部１０２ａの電荷と第２光電変換部１０２ｂの電荷とが第１ＦＤ１０４１において加算される。また、タイミングＴ２１３〜Ｔ２１４の期間では、第３転送部１０３ｃおよび第４転送部１０３ｄがともにオンする。これにより、第３光電変換部１０２ｃに蓄積された電荷が第２ＦＤ１０４２に転送されるとともに、第４光電変換部１０２ｄに蓄積された電荷が第２ＦＤ１０４２に転送される。即ち、第３光電変換部１０２ｃの電荷と第４光電変換部１０２ｄの電荷とが第２ＦＤ１０４２において加算される。ここで、タイミングＴ２１４は、選択された行の受光画素ＥＰおよび遮光画素ＯＢＰにおける電荷の蓄積動作の終了タイミングである。
【００４３】
タイミングＴ２１５〜Ｔ２１６の期間において、書き込み信号ＰＴＳＡＢがハイレベルに駆動され、スイッチ１２２１、１２２２がオンする。これにより、第２保持部１２６１にＡＢ信号が書き込まれ、第４保持部１２６２にＯＢＡＢ信号が書き込まれる。
【００４４】
タイミングＴ２１７において、リセット信号ＰＲＥＳがハイレベルに駆動され、リセット部１０６１、１０６２がオンし、第１ＦＤ１０４１および第２ＦＤ１０４２がリセット電位にリセットされる。また、タイミングＴ２１７において、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒがハイレベルに駆動され、列アンプＡＭＰのスイッチ１１７がオンし、列アンプＡＭＰがユニティゲインバッファ状態となる。
【００４５】
タイミング２１８において、選択されていた行の行選択信号ＰＳＥＬがローレベルに駆動され、当該行が非選択状態になる。
【００４６】
タイミングＴ２１９〜Ｔ２２２は、信号出力期間である。信号出力期間では、選択された行の受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａおよび第２光電変換部１０２ｂならびに選択された行の遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃおよび第４光電変換部１０２ｄの電荷に応じた信号が出力される。
【００４７】
タイミングＴ２１９〜Ｔ２２０の期間において、列選択部１３４は、受光画素領域ＥＰＡに関する列選択動作を行う。列選択部１３４は、ＨｅＡ１、ＨｅＡ２・・・を順にハイレベルに駆動する。これにより、保持部１２５１によって保持されていたＡ信号がスイッチ１２９１を介して水平信号線１３２に転送され、保持部１２３１によって保持されていたＮ信号がスイッチ１２７１を介して水平信号線１３１に転送される。出力アンプ１３３は、Ａ信号とＮ信号との差分（即ちＡ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した信号（Ａ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。
【００４８】
タイミングＴ２２０〜Ｔ２２１の期間において、列選択部１３４は、遮光画素領域ＯＢＰＡに関する列選択動作を行う。列選択部１３４は、ＨｏｂＡＢ１、ＨｏｂＡＢ２・・・・を順にハイレベルに駆動する。これにより、保持部１２６２によって保持されていたＯＢＡＢ信号がスイッチ１３０２を介して水平信号線１３２に転送され、保持部１２４２によって保持されていたＮ信号がスイッチ１２８２を介して水平信号線１３１に転送される。出力アンプ１３３は、ＯＢＡＢ信号とＮ信号との差分（即ちＯＢＡＢ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した信号（ＯＢＡＢ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。
【００４９】
タイミングＴ２２１〜Ｔ２２２の期間において、列選択部１３４は、受光画素領域ＥＰＡに関する列選択動作を行う。列選択部１３４は、ＨｅＡＢ１、ＨｅＡＢ２・・・・を順にハイレベルに駆動する。これにより、保持部１２６１によって保持されていたＡＢ信号がスイッチ１３０１を介して水平信号線１３２に転送され、保持部１２４１によって保持されていたＮ信号がスイッチ１２８１を介して水平信号線１３１に転送される。出力アンプ１３３は、ＡＢ信号とＮ信号との差分（即ちＡＢ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した信号（ＡＢ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。
【００５０】
ここで、非出力モードの信号出力期間では、列選択部１３４は、ＨｏｂＡｊ信号をハイレベル（アクティブレベル）に駆動しない。即ち、非出力モードの信号出力期間では、列選択部１３４は、保持部１２５２によって保持された信号（ＯＢＡ信号）を出力アンプ１３３に転送させない。つまり、非出力モードでは、処理部ＳＰは、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷に応じた基準信号（ＯＢＡ信号）を出力しない。また、非出力モードでは、処理部ＳＰは、遮光画素ＯＢＰの第４光電変換部１０２ｄの電荷に応じた基準信号も出力しない。
【００５１】
上記の実施形態では、アナログの信号を出力するが、固体撮像装置１０００にＡＤ変換器を組み込んでデジタルの信号を出力してもよい。ＡＤ変換器は、例えば、列アンプＡＭＰの出力信号をＡＤ変換するように配置されうる。保持ブロックＳＴは、ＡＤ変換されたデジタル信号を保持するように構成されうる。
【００５２】
以下、図４を参照しながら本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態では、第１光電変換部の電荷と第２光電変換部の電荷をＦＤにおいて加算することによって第１光電変換部の信号と第２光電変換部の信号とを加算する。第２実施形態では、列アンプＡＭＰによって第１光電変換部の信号と第２光電変換部の信号とを加算する。なお、第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。
【００５３】
図４では、複数の受光画素ＥＰのうち１つの受光画素ＥＰのみが示され、また、複数の遮光画素ＯＢＰのうち１つの遮光画素ＯＢのみが示されている。受光画素ＥＰは、第1光電変換部１０２ａおよび第２光電変換部１０２ｂを含む。受光画素ＥＰはまた、第１ＦＤ１０４１ａ、第２ＦＤ１０４１ｂと、第１光電変換部１０２ａの電荷を第１ＦＤ１０４１ａに転送する第１転送部１０３ａと、第２光電変換部１０２ｂの電荷を第２ＦＤ１０４１ｂに転送する第２転送部１０３ｂとを含みうる。第１ＦＤ１０４１ａの電位は、第１ＦＤ１０４１ａに転送されてきた電荷の量に応じた電位となる。第２ＦＤ１０４１ｂの電位は、第２ＦＤ１０４１ｂに転送されてきた電荷の量に応じた電位となる。
【００５４】
受光画素ＥＰはまた、ＦＤ１０４１ａ、１０４１ｂの電位に応じた信号を列信号線１１１１ａ、１１１１ｂに出力する増幅部１０５１ａ、１０５１ｂと、ＦＤ１０４１ａ、ＦＤ１０４１ｂの電位をリセットするリセット部１０６１ａ、１０６１ｂとを含みうる。増幅部１０５１ａ、１０５１ｂは、列信号線１１１１ａ、１１１１ｂに接続された定電流源１１２１ａ、１１２１ｂとともにソースフォロワ回路を構成する。受光画素ＥＰはまた、受光画素ＥＰを選択状態にするための選択部１０７１ａ、１０７１ｂを含んでもよい。選択部１０７１ａを設ける代わりに、ＦＤ１０４１ａ、ＦＤ１０４１ｂの電位によって受光画素ＥＰを選択状態または非選択状態に制御してもよい。
【００５５】
図示されていないが、第１光電変換部１０２ａおよび第２光電変換部１０２ｂを含む１つの受光画素ＥＰに対して１つのマイクロレンズが設けられている。複数の受光画素ＥＰのそれぞれの第１光電変換部１０２ａに蓄積された電荷に基づく信号と、複数の受光画素ＥＰのそれぞれの第２光電変換部１０２ｂに蓄積された電荷に基づく信号とから撮像レンズのデフォーカス量を示す位相差情報を得ることができる。このデフォーカス量が許容範囲に収まるように撮像レンズのフォーカシングレンズを駆動することによって焦点を固体撮像装置１０００の撮像面に合わせることができる。
【００５６】
遮光画素ＯＢＰは、遮光されていることを除いて、受光画素ＥＰと同様の構成を有しうる。遮光画素ＯＢＰは、第３光電変換部１０２ｃおよび第４光電変換部１０２ｄを含む。遮光画素ＯＢＰはまた、第３ＦＤ１０４２ｃ、第４ＦＤ１０４２ｄと、第３光電変換部１０２ｃの電荷を第３ＦＤ１０４２ｃに転送する第３転送部１０３ｃと、第４光電変換部１０２ｄの電荷を第４ＦＤ１０４２ｄに転送する第４転送部１０３ｄとを含みうる。第３ＦＤ１０４２ｃの電位は、第３ＦＤ１０４２ｃに転送されてきた電荷の量に応じた電位となる。第４ＦＤ１０４２ｄの電位は、第４ＦＤ１０４２ｄに転送されてきた電荷の量に応じた電位となる。
【００５７】
遮光画素ＯＢＰはまた、ＦＤ１０４２ｃ、１０４２ｄの電位に応じた信号を列信号線１１１２ｃ、１１１２ｄに出力する増幅部１０５２ｃ、１０５２ｄと、ＦＤ１０４２ｃ、１０４２ｄの電位をリセットするリセット部１０６２ｃ、１０６２ｄとを含みうる。増幅部１０５２ｃ、１０５２ｄは、列信号線１１１２ｃ、１１１２ｄに接続された定電流源１１２２ｃ、１１２２ｄとともにソースフォロワ回路を構成する。遮光画素ＯＢＰはまた、遮光画素ＯＢＰを選択状態にするための選択部１０７２ｃ、１０７２ｄを含んでもよい。選択部１０７２ｃ、１０７２ｄを設ける代わりに、ＦＤ１０４２ｃ、１０４２ｄの電位によって遮光画素ＯＢＰを選択状態または非選択状態に制御してもよい。
【００５８】
受光画素ＥＰの第１転送部１０３ａおよび遮光画素ＯＢＰの第３転送部１０３ｃは、行選択部によって駆動される第１転送信号ＰＴＸＡがアクティブレベルになることによって電荷の転送動作を行う。受光画素ＥＰの第２転送部１０３ｂおよび遮光画素ＯＢＰの第４転送部１０３ｄは、行選択部によって駆動される第１転送信号ＰＴＸＢがアクティブレベルになることによって電荷の転送動作を行う。リセット部１０６１ａ、１０６１ｂ、１０６２ｃ、１０６２ｄは、行選択部によって駆動されるリセット信号ＰＲＥＳがアクティブレベルになることによって１０４１ａ、１０４１ｂ、１０４２ｃ、１０４２ｄの電位をリセット電位にリセットする。選択部１０７１ａ、１０７１ｂ、１０７２ｃ、１０７２ｄは、行選択部によって駆動される選択信号ＰＳＥＬがアクティブレベルになることによって、選択部１０７１ａ、１０７１ｂが属する画素および選択部１０７２ｃ、１０７２ｄが属する画素を選択状態にする。
【００５９】
処理部ＳＰは、列アンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ４と、保持ブロックＳＴとを含みうる。処理部ＳＰはまた、列選択部１３４と、出力アンプ１３３と、保持ブロックＳＴに保持された信号を出力アンプ１３３に伝送する水平信号線１３１、１３２とを含みうる。
【００６０】
受光画素ＥＰから列信号線１１１１ａ、１１１１ｂに出力された信号は、列信号線１１１１ａ、１１１１ｂの組みに対して設けられた列アンプＡＭＰによって増幅される。増幅された信号は、列信号線１１１１ａ、１１１１ｂに対して設けられた保持ブロックＳＴの保持部１２３１、１２４１、１２５１、１２６１によって保持される。
【００６１】
列アンプＡＭＰ１は、第１入力端子、第２入力端子および出力端子を有する演算増幅器２１１と、入力キャパシタ２０１と、帰還キャパシタ２３１と、スイッチ２２１とを含む。入力キャパシタ２０１の一端は、列信号線１１１１ａに接続され、他端は、演算増幅器２１１の第１入力端子に接続されている。演算増幅器２１１の第２入力端子には、基準電圧１１８が供給される。帰還キャパシタ２３１は、演算増幅器２１１の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ２２１は、演算増幅器２１１の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ２２１は、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒ（図３参照）によって制御される。スイッチ２２１がオンした状態では、列アンプＡＭＰ１は、ユニティゲインバッファとして動作する。スイッチ２２１がオフした状態では、列アンプＡＭＰ１は、反転増幅器として動作する。列アンプＡＭＰ１は、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷に応じた信号（Ａ信号）を出力する。
【００６２】
列アンプＡＭＰ２は、第１入力端子、第２入力端子および出力端子を有する演算増幅器２１２と、第１入力キャパシタ２０２と、第２入力キャパシタ２０３と、帰還キャパシタ２３２と、スイッチ２２２とを含む。第１入力キャパシタ２０２の一端は、列信号線１１１１ａに接続され、他端は、演算増幅器２１２の第１入力端子に接続されている。第２入力キャパシタ２０３の一端は、列信号線１１１１ｂに接続され、他端は、演算増幅器２１２の第１入力端子に接続されている。演算増幅器２１２の第２入力端子には、基準電圧１１８が供給される。帰還キャパシタ２３２は、演算増幅器２１２の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ２２２は、演算増幅器２１２の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ２２２は、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒ（図３参照）によって制御される。スイッチ２２２がオンした状態では、列アンプＡＭＰ２は、ユニティゲインバッファとして動作する。スイッチ２２２がオフした状態では、列アンプＡＭＰ２は、反転増幅器として動作する。列アンプＡＭＰ２は、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷と第２光電変換部１０２ｂの電荷とを加算した電荷に応じた信号（ＡＢ信号）を出力する加算部として機能する。
【００６３】
列アンプＡＭＰ３は、第１入力端子、第２入力端子および出力端子を有する演算増幅器２１３と、入力キャパシタ２０４と、帰還キャパシタ２３３と、スイッチ２２３とを含む。入力キャパシタ２０４の一端は、列信号線１１１２ｃに接続され、他端は、演算増幅器２１３の第１入力端子に接続されている。演算増幅器２１３の第２入力端子には、基準電圧１１８が供給される。帰還キャパシタ２３３は、演算増幅器２１３の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ２２３は、演算増幅器２１３の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ２２３は、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒ（図３参照）によって制御される。スイッチ２２３がオンした状態では、列アンプＡＭＰ３は、ユニティゲインバッファとして動作する。スイッチ２２３がオフした状態では、列アンプＡＭＰ３は、反転増幅器として動作する。列アンプＡＭＰ３は、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷に応じた信号（ＯＢＡ信号）を出力する。
【００６４】
列アンプＡＭＰ４、第１入力端子、第２入力端子および出力端子を有する演算増幅器２１４と、第１入力キャパシタ２０５と、第２入力キャパシタ２０５と、帰還キャパシタ２３４と、スイッチ２２４とを含む。第１入力キャパシタ２０５の一端は、列信号線１１１２ｃに接続され、他端は、演算増幅器２１４の第１入力端子に接続されている。第２入力キャパシタ２０５の一端は、列信号線１１１２ｄに接続され、他端は、演算増幅器２１４の第１入力端子に接続されている。演算増幅器２１４の第２入力端子には、基準電圧１１８が供給される。帰還キャパシタ２３４は、演算増幅器２１４の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ２２４は、演算増幅器２１４の第１入力端子と出力端子との間に接続されている。スイッチ２２４は、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒ（図３参照）によって制御される。スイッチ２２４がオンした状態では、列アンプＡＭＰ４は、ユニティゲインバッファとして動作する。スイッチ２２４がオフした状態では、列アンプＡＭＰ４は、反転増幅器として動作する。列アンプＡＭＰ４は、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃの電荷と第４光電変換部１０２ｄの電荷とを加算した電荷に応じた信号（ＯＢＡＢ信号）を出力する加算部として機能する。
【００６５】
保持部１２３１は、受光画素ＥＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）を保持する第１ノイズレベル保持部であり、保持部１２４１は、受光画素ＥＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）を保持する第２ノイズレベル保持部である。保持部１２３１、１２４１には、書き込み信号ＰＴＮによって制御されるスイッチ１１９１、１２０１を介して、受光画素ＥＰのノイズレベルに応じた信号（Ｎ信号）が同時に書き込まれうる。保持部１２５１は、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷に応じた信号（Ａ信号）を保持する第１保持部である。保持部１２６１は、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷と第２光電変換部１０２ｂの電荷とを加算した電荷に応じた信号（ＡＢ信号）を保持する第２保持部である。保持部１２５１には、書き込み信号ＰＴＳＡによって制御されるスイッチ１２１１を介して、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷に応じた信号（Ａ信号）が書き込まれる。保持部１２６１には、書き込み信号ＰＴＳＡＢによって制御されるスイッチ１２２１を介して、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａの電荷と受光画素ＥＰの第２光電変換部１０２ｂの電荷とを加算した電荷に応じた信号（ＡＢ信号）が書き込まれる。
【００６６】
以下、図３を参照しながら非出力モードにおける第２実施形態の固体撮像装置１０００の動作を例示的に説明する。
【００６７】
タイミングＴ２０１において、受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａおよび第２光電変換部１０２ｂは光電変換によって発生した電荷を蓄積し、遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃおよび第４光電変換部１０２ｄはノイズ成分としての電荷を蓄積している。また、タイミングＴ２０１において、転送部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄはオフ状態であり、リセット部１０６１、１０６２はオン状態であり、ＦＤ１０４１、１０４２がリセット電位にリセットされている。また、タイミングＴ２０１において、選択部１０７はオフ状態である。また、タイミングＴ２０１において、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒがハイレベルであり列アンプＡＭＰはユニティゲインバッファとして動作している。この状態では、基準電圧１１８をＶＣ０Ｒとすると、列アンプＡＭＰの演算増幅器１１６の第１入力端子、第２入力端子および出力端子の電位は、ＶＣ０Ｒである。また、タイミングＴ２０１において、スイッチ１１９１、１２０１、１２１１、１２２１、１１９２、１２０２、１２１２、１２２２はオフ状態である。
【００６８】
タイミングＴ２０２において、選択すべき行の行選択信号ＰＳＥＬがハイレベルに駆動され、選択部１０７１ａ、１０７１ｂ、１０７２ｃ、１０７２ｄがオンする。これによって、選択すべき行の受光画素ＥＰおよび遮光画素ＯＢＰが選択される。具体的には、選択すべき行の受光画素ＥＰの増幅部１０５１ａと列信号線１１１１ａとが接続され、選択すべき行の受光画素ＥＰの増幅部１０５１ｂと列信号線１１１１ｂとが接続される。また、選択すべき行の遮光画素ＯＢＰの増幅部１０５２ｃと列信号線１１１２ｃとが接続され、選択すべき行の遮光画素ＯＢＰの増幅部１０５２ｄ列信号線１１１２ｄと接続される。
【００６９】
タイミングＴ２０３において、選択された行のリセット信号ＰＲＥＳがハイレベルに駆動され、選択された行の受光画素ＥＰのリセット部１０６１ａ、１０６１ｂがオフする。また、選択された行の遮光画素ＯＢＰのリセット部１０６２ｃ、１０６２ｄがオフする。これによって、選択された行の受光画素ＥＰのＦＤ１０４１ａ、１０４１ｂおよび選択された行の遮光ＯＢＰのＦＤ１０４２ｃ、１０４２ｄがフローティング状態になる。
【００７０】
タイミングＴ２０４〜Ｔ２０５の期間において、書き込み信号ＰＴＮ、ＰＴＳＡ、ＰＴＳＡＢがハイレベルに駆動され、スイッチ１１９１、１２０１、１２１１、１２２１、１１９２、１２０２、１２１２、１２２２がオンする。これによって、保持部１２３１、１２４１、１２５１、１２６１、１２３２、１２４２、１２５２、１２６２がリセットされる。より具体的には、保持部１２３１、１２４１、１２５１、１２６１、１２３２、１２４２、１２５２、１２６２は、列アンプＡＭＰの出力電圧（ＶＣ０Ｒ）が書き込まれる。
【００７１】
タイミングＴ２０６において、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒがローレベルに駆動され、スイッチ１１７がオンする。これにより、列アンプＡＭＰの各アンプは、反転増幅器として動作する。
【００７２】
タイミングＴ２０７〜Ｔ２０８の期間において、書き込み信号ＰＴＮがハイレベルとなり、スイッチ１１９１、１２１１、１１９２、１２１２がオンする。これにより、保持部１２３１、１２５１、１２３２、１２５２には、Ｎ信号が書き込まれる。
【００７３】
タイミングＴ２０９〜Ｔ２１０の期間において、第１転送信号ＰＴＸＡがハイレベルに駆動され、第１光電変換部１０２ａの電荷がＦＤ１０４１ａに転送されるとともに、第３光電変換部１０２ｂの電荷が第２ＦＤ１０４２ｃに転送される。これにより、第１ＦＤ１０４１の電位変化に応じた信号が列信号線１１１１ａに出力されるとともに、第２ＦＤ１０４２の電位変化に応じた信号が列信号線１１１２ｃに出力される。列信号線１１１１ａに対して設けられたアンプの出力（演算増幅器２１１）の出力にはＡ信号が現れ、列信号線１１１２ｃに対して設けられたアンプの出力（演算増幅器２１３の出力）にはＯＢＡ信号が現れる。
【００７４】
タイミングＴ２１１〜Ｔ２１２の期間において、書き込み信号ＰＴＳＡがハイレベルに駆動され、スイッチ１２１１、１２１２がオンする。これにより、第１保持部１２５１にＡ信号が書き込まれ、第３保持部１２５２にＯＢＡ信号が書き込まれる。
【００７５】
タイミングＴ２１３〜Ｔ２１４の期間において、第１転送信号ＰＴＸＡおよび第２転送信号ＰＴＸＢがハイレベルに駆動され、第１転送部１０３ａおよび第２転送部１０３ｂがともにオンする。これにより、第１光電変換部１０２ａに蓄積された電荷が第１ＦＤ１０４１ａに転送されるとともに、第２光電変換部１０２ｂに蓄積された電荷が第２ＦＤ１０４１ｂに転送される。このとき、列信号線１１１１ａに出力される信号と列信号線１１１１ｂに出力される信号とが、列アンプＡＭＰ２によって加算され、該アンプからはＡＢ信号が出力される。また、タイミングＴ２１３〜Ｔ２１４の期間では、第３転送部１０３ｃおよび第４転送部１０３ｄがともにオンする。これにより、第３光電変換部１０２ｃに蓄積された電荷が第３ＦＤ１０４１ｃに転送されるとともに、第４光電変換部１０２ｄに蓄積された電荷が第４ＦＤ１０４１ｄに転送される。このとき、列信号線１１１２ａに出力される信号と列信号線１１１２ｂに出力される信号とが、列アンプＡＭＰ４によって加算され、該アンプからはＯＢＡＢ信号が出力される。ここで、タイミングＴ２１４は、選択された行の受光画素ＥＰおよび遮光画素ＯＢＰにおける電荷の蓄積動作の終了タイミングである。
【００７６】
タイミングＴ２１５〜Ｔ２１６の期間において、書き込み信号ＰＴＳＡＢがハイレベルに駆動され、スイッチ１２２１、１２２２がオンする。これにより、第２保持部１２６１にＡＢ信号が書き込まれ、第４保持部１２６２にＯＢＡＢ信号が書き込まれる。
【００７７】
タイミングＴ２１７において、リセット信号ＰＲＥＳがハイレベルに駆動され、リセット部１０６１ａ、１０６１ｂ、１０６２ｃ、１０６２ｄがオンし、ＦＤ１０４１ａ、１０４１ｂ、１０４２ｃ、１０４２ｄがリセット電位にリセットされる。また、タイミングＴ２１７において、アンプ制御信号ＰＣ０Ｒがハイレベルに駆動され、列アンプＡＭＰにおける各アンプのスイッチ２２１、２２２、２２３、２２４１１７がオンし、列各アンプがユニティゲインバッファ状態となる。
【００７８】
タイミング２１８において、選択されていた行の行選択信号ＰＳＥＬがローレベルに駆動され、当該行が非選択状態になる。
【００７９】
タイミングＴ２１９〜Ｔ２２２は、信号出力期間である。信号出力期間では、選択された行の受光画素ＥＰの第１光電変換部１０２ａおよび第２光電変換部１０２ｂならびに選択された行の遮光画素ＯＢＰの第３光電変換部１０２ｃおよび第４光電変換部１０２ｄの電荷に応じた信号が出力される。
【００８０】
タイミングＴ２１９〜Ｔ２２０の期間において、列選択部１３４は、受光画素領域ＥＰＡに関する列選択動作を行う。列選択部１３４は、ＨｅＡ１、ＨｅＡ２・・・を順にハイレベルに駆動する。これにより、保持部１２５１によって保持されていたＡ信号がスイッチ１２９１を介して水平信号線１３２に転送され、保持部１２３１によって保持されていたＮ信号がスイッチ１２７１を介して水平信号線１３１に転送される。出力アンプ１３３は、Ａ信号とＮ信号との差分（即ちＡ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した信号（Ａ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。
【００８１】
タイミングＴ２２０〜Ｔ２２１の期間において、列選択部１３４は、遮光画素領域ＯＢＰＡに関する列選択動作を行う。列選択部１３４は、ＨｏｂＡＢ１、ＨｏｂＡＢ２・・・・を順にハイレベルに駆動する。これにより、保持部１２６２によって保持されていたＯＢＡＢ信号がスイッチ１３０２を介して水平信号線１３２に転送され、保持部１２４２によって保持されていたＮ信号がスイッチ１２８２を介して水平信号線１３１に転送される。出力アンプ１３３は、ＯＢＡＢ信号とＮ信号との差分（即ちＯＢＡＢ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した信号（ＯＢＡＢ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。
【００８２】
タイミングＴ２２１〜Ｔ２２２の期間において、列選択部１３４は、受光画素領域ＥＰＡに関する列選択動作を行う。列選択部１３４は、ＨｅＡＢ１、ＨｅＡＢ２・・・・を順にハイレベルに駆動する。これにより、保持部１２６１によって保持されていたＡＢ信号がスイッチ１３０１を介して水平信号線１３２に転送され、保持部１２４１によって保持されていたＮ信号がスイッチ１２８１を介して水平信号線１３１に転送される。出力アンプ１３３は、ＡＢ信号とＮ信号との差分（即ちＡＢ信号からＮ信号を除去した信号）を増幅した信号（ＡＢ’信号）を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。
【００８３】
以下、図５を参照しながら本発明の１つの実施形態のカメラ８００について説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、該固体撮像装置から出力される信号（画像）を処理する処理部とを含む。該処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。
【００８４】
カメラ８００は、例えば、光学系８１０、固体撮像装置１０００、信号処理部８３０、記録・通信部８４０、タイミング制御部８５０、システムコントローラ８６０および再生・表示部８７０を含む。光学系８１０、被写体の像を固体撮像装置１０００の画素アレイに形成する。固体撮像装置１０００は、タイミング制御部８５０からの信号に従って撮像動作を行って画像を出力する。固体撮像装置１０００から出力された画像は、信号処理部８３０に提供される。
【００８５】
信号処理部８３０は、信号処理部８３０は、固体撮像装置１０００から提供される可視光画像および赤外光画像を処理して記録・通信部８４０に提供する。赤外光画像の解像度が不十分である場合には、信号処理部８３０は、可視光画像を利用して赤外光画像の解像度を向上させうる。
【００８６】
記録・通信部８４０は、画像を再生・表示部８７０に送り、再生・表示部８７０に画像を再生し表示させる。記録・通信部８４０はまた、信号処理部８３０はまた、不図示の記録媒体に画像を記録する。
【００８７】
タイミング制御部８５０は、システムコントローラ８６０による制御に基づいて固体撮像装置１０００および信号処理部８３０の駆動タイミングを制御する。システムコントローラ８６０は、カメラ８００の動作を統括的に制御するものであり、光学系８１０、タイミング制御部８５０、記録・通信部８４０および再生・表示部８７０の駆動を制御する。システムコントローラ８６０は、例えば、不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラムなどが記録される。また、システムコントローラ８６０は、例えば、ユーザによる操作に応じてモードを設定する。
【００８８】
設定可能なモードは、可視光画像と赤外光画像とを合成して再生・表示部によって表示するモードを含みうる。選択可能なモードはまた、可視光画像と赤外光画像とを個別に再生・表示部によって表示するモードを含みうる。
【図１】
2014216795.tif 000003
【図２】
2014216795.tif 000004
【図３】
2014216795.tif 000005
【図４】
2014216795.tif 000006
【図５】
2014216795.tif 000007