(57)【要約】【課題】単位画素内の一部の光電変換部の信号の読み出し時間の増大を抑制しつつ、単位画素の信号を精度よく補正することができる撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】撮像装置は、各々が複数の光電変換部を含む行列状の複数の単位画素を有する画素領域と、画素領域内の第１の領域（８０２）の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、第１の領域の他の単位画素内の全ての光電変換部の混合信号を読み出し、画素領域内の第２の領域（８０３）の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、第２の領域の他の単位画素内の全ての光電変換部の混合信号を読み出す読み出し制御部と、第１の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を基に、第２の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を補正し、第１の領域の単位画素の全ての光電変換部の混合信号を基に、第２の領域の単位画素の全ての光電変換部の混合信号を補正する補正部を有する。【選択図】図８
2018019139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が複数の光電変換部を含む行列状の複数の単位画素を有する画素領域と、
前記画素領域内の第１の領域の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第１の領域の他の単位画素内のすべての光電変換部の混合信号を読み出し、前記画素領域内の第２の領域の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第２の領域の他の単位画素内のすべての光電変換部の混合信号を読み出す読み出し制御部と、
前記第１の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を基に、前記第２の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を補正し、前記第１の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を基に、前記第２の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を補正する補正部と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の領域では、前記光電変換部が遮光され、前記第２の領域では、前記光電変換部が遮光されていないことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の領域は、前記一部の光電変換部の信号が読み出される行と、前記すべての光電変換部の混合信号が読み出される行とを有し、
前記第２の領域は、前記一部の光電変換部の信号が読み出される行と、前記すべての光電変換部の混合信号が読み出される行とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１の領域で前記一部の光電変換部の信号が読み出される行の数は、前記第２の領域で前記一部の光電変換部の信号が読み出される行の数より多いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記読み出し制御部は、前記画素領域内の第３の領域の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第３の領域の他の単位画素内のすべての光電変換部の混合信号を読み出し、
前記補正部は、前記第３の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を基に、前記第２の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を補正し、前記第３の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を基に、前記第２の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記読み出し制御部は、前記第１の領域の単位画素内の前記一部の光電変換部の信号とは別の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第２の領域の単位画素内の前記一部の光電変換部の信号とは別の一部の光電変換部の信号を読み出し、
前記補正部は、前記第１の領域の単位画素の前記別の一部の光電変換部の信号を基に、前記第２の領域の単位画素の前記別の一部の光電変換部の信号を補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記読み出し制御部は、同一行の前記第１の領域の単位画素と前記第２の領域の単位画素に対して、異なる配線で読み出し制御信号を供給することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記読み出し制御部は、
前記第１の領域の単位画素に読み出し制御信号を供給する第１の読み出し制御部と、
前記第２の領域の単位画素に読み出し制御信号を供給する第２の読み出し制御部とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数の光電変換部は、第１の光電変換部と第２の光電変換部を有し、
前記第１の領域は、
前記読み出し制御部に対して、前記第１の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続され、前記第２の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続されない第１の単位画素と、
前記読み出し制御部に対して、前記第２の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続され、前記第１の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続されない第２の単位画素とを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の単位画素と前記第２の単位画素は、異なる行に設けられることを特徴とする請求項９記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の光電変換部は、第１の光電変換部と第２の光電変換部を有し、
前記第１の領域は、
前記読み出し制御部に対して、前記第１の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続され、前記第２の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続されない第１の単位画素と、
前記読み出し制御部に対して、前記第２の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続され、前記第１の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続されない第２の単位画素と、
前記読み出し制御部に対して、前記第１の光電変換部の読み出し制御信号の配線と前記第２の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続される第３の単位画素とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第１の単位画素と前記第２の単位画素と前記第３の単位画素は、同一の行に設けられることを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記読み出し制御部は、前記画素領域内の第３の領域の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第３の領域の他の単位画素内のすべての光電変換部の混合信号を読み出し、
前記補正部は、前記第３の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を基に、前記第２の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を補正し、前記第３の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を基に、前記第２の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を補正し、
前記第１の領域は、前記画素領域の左部に設けられ、
前記第３の領域は、前記画素領域の上部に設けられることを特徴とする請求項１１又は１２記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第２の領域は、前記一部の光電変換部の信号が読み出される行と、前記すべての光電変換部の混合信号が読み出される行とを有し、
前記第３の領域は、前記一部の光電変換部の信号が読み出される行と、前記すべての光電変換部の混合信号が読み出される行とを有することを特徴とする請求項１３記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記第３の領域は、
前記読み出し制御部に対して、前記第１の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続され、前記第２の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続されない第４の単位画素と、
前記読み出し制御部に対して、前記第２の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続され、前記第１の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続されない第５の単位画素と、
前記読み出し制御部に対して、前記第１の光電変換部の読み出し制御信号の配線と前記第２の光電変換部の読み出し制御信号の配線を介して接続される第６の単位画素とを有し、
前記第４の単位画素と前記第５の単位画素と前記第６の単位画素は、同一の行に設けられることを特徴とする請求項１３記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記第１の領域は、前記第１の単位画素と前記第３の単位画素を含む行と、前記第２の単位画素と前記第３の単位画素を含む行とを有することを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項１７】
各々が複数の光電変換部を含む行列状の複数の単位画素を有する画素領域を有する撮像装置の制御方法であって、
読み出し制御部により、前記画素領域内の第１の領域の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第１の領域の他の単位画素内のすべての光電変換部の混合信号を読み出し、前記画素領域内の第２の領域の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第２の領域の他の単位画素内のすべての光電変換部の混合信号を読み出すステップと、
補正部により、前記第１の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を基に、前記第２の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を補正し、前記第１の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を基に、前記第２の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を補正するステップと
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いた撮像装置では、多機能化が進み、静止画又は動画の撮像画像の生成だけでなく、例えば焦点調節のような撮像装置の制御も撮像素子で得た被写体情報に基づいて行われるようになっている。例えば、特許文献１では、撮像素子から得た信号を用いて瞳分割方式の焦点検出が可能な技術が開示されている。特許文献１では、撮像素子の画素毎に１つのマイクロレンズと２つのフォトダイオードを備えることにより、それぞれのフォトダイオードは撮影レンズの異なる瞳を通過した光を受光する。この２つのフォトダイオードからの出力信号を比較することで焦点検出が可能となると共に、２つのフォトダイオードからの出力信号を混合することで撮像画像を生成することも可能となる。また、特許文献２では、光学的に遮光されたオプティカルブラック（ＯＢ）画素の出力値に基いてダークレベルを補正する、所謂ＯＢクランプ処理が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２４９８４号公報
【特許文献２】特開２００７−１５８８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、各画素が複数のフォトダイオードを有するので、全フォトダイオードの信号を独立に読み出すには長い時間を要し、フレームレートが下がってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、単位画素内の一部の光電変換部の信号の読み出し時間の増大を抑制しつつ、単位画素の信号を精度よく補正することができる撮像装置及び撮像装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、各々が複数の光電変換部を含む行列状の複数の単位画素を有する画素領域と、前記画素領域内の第１の領域の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第１の領域の他の単位画素内のすべての光電変換部の混合信号を読み出し、前記画素領域内の第２の領域の単位画素内の一部の光電変換部の信号を読み出し、前記第２の領域の他の単位画素内のすべての光電変換部の混合信号を読み出す読み出し制御部と、前記第１の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を基に、前記第２の領域の単位画素の一部の光電変換部の信号を補正し、前記第１の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を基に、前記第２の領域の単位画素のすべての光電変換部の混合信号を補正する補正部とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、単位画素内の一部の光電変換部の信号の読み出し時間の増大を抑制しつつ、単位画素の信号を精度よく補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】撮像素子の画素配置図である。
【図３】撮影レンズの射出瞳から出る光束と画素との関係を示す図である。
【図４】焦点調節状態と像信号の関係を示す図である。
【図５】撮像素子の構成例を示す図である。
【図６】撮像素子の１画素の構成例を示す図である。
【図７】撮像素子の各列の読み出し回路を示す図である。
【図８】画素領域の配置を示す図である。
【図９】撮像素子の転送ゲートの制御信号配線を示す図である。
【図１０】撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】撮像素子の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】ＯＢクランプ処理部の構成例を示すブロック図である。
【図１３】ＯＢクランプ処理部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】撮像素子の転送ゲートの制御信号配線を示す図である。
【図１５】撮像素子の転送ゲートの制御信号配線を示す図である。
【図１６】撮像素子から読み出す信号を示す図である。
【図１７】撮像素子の転送ゲートの制御信号配線を示す図である。
【図１８】撮像素子から読み出す信号を示す図である。
【図１９】撮像素子から読み出す信号を示す図である。
【図２０】撮像素子から読み出す信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による撮像装置１００の構成例を示す図である。撮像装置１００は、デジタルカメラ、ビデオカメラの他、スマートフォン、タブレット、工業用カメラ、医療用カメラ等に適用可能である。結像光学系の先端に配置された第１のレンズ群１０１は、光軸方向に進退可能に保持される。絞り１０２は、その開口径を調節することにより、撮影時の光量調節を行う。第２のレンズ群１０３は、第１のレンズ群１０１の進退動作と連動して変倍作用（ズーム機能）を実現する。第３のレンズ群１０４は、光軸方向の進退移動により焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ１０５は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。
【００１０】
撮像素子（撮像ユニット）１０６は、レンズ群１０１，１０３，１０４によって結像された被写体像を光電変換（撮像）して撮像信号（画素信号）を生成する。例えば、撮像素子１０６は、ベイヤー配列のＣＭＯＳイメージセンサである。ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）１０７は、撮像素子１０６から出力されるアナログ画像信号をデジタル信号（画像データ）に変換する。ＤＦＥ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）１０８は、ＡＦＥ１０７が出力する画像データに対して、所定の演算処理を行う。ＡＦＥ１０７は、アナログ−デジタル変換処理（ＡＤ変換処理）の他、撮像信号のダークレベルを調整するＯＢ（オプティカルブラック）クランプ処理を行う。このＯＢクランプ処理は、撮像素子１０６の光学的に遮光されたＯＢ画素領域の信号を参照して、撮像信号のダークレベル（暗時出力レベル）を補正する処理である。
【００１１】
ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）１０９は、ＤＦＥ１０８から出力される画像データに対して、補正処理や現像処理などを行う。また、ＤＳＰ１０９は、画像データから焦点ずれ量を算出するＡＦ（オートフォーカス）演算を行う。また、ＤＳＰ１０９は、記録媒体１１０に画像データを記録する。表示部１１１は、撮影した画像や各種メニュー画面などを表示するためのものであり、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などが使用される。ＲＡＭ１１２は、画像データなどを一時的に記憶するものであり、ＤＳＰ１０９に接続されている。タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１３は、撮像素子１０６に駆動信号を供給する。
【００１２】
ＣＰＵ（コントローラ、制御部）１１４は、ＡＦＥ１０７、ＤＦＥ１０８、ＤＳＰ１０９、ＴＧ１１３、絞り駆動回路１１５、フォーカス駆動回路１１６、及びシャッター駆動回路１２１の制御を行う。また、ＣＰＵ１１４は、ＤＳＰ１０９のＡＦ演算結果に基づいて、フォーカス駆動回路１１６を制御する。ＣＰＵ１１４の制御は、ＣＰＵ１１４がＲＯＭ１１９又はメモリに記憶されている制御プログラムを読み出して実行することで実現される。
【００１３】
絞り駆動回路１１５は、絞りアクチュエータ１１７を駆動制御することにより、絞り１０２を駆動する。フォーカス駆動回路１１６は、フォーカスアクチュエータ１１８を駆動制御することにより、第３のレンズ群１０４を光軸方向に進退移動させ、焦点調節を行う。ＲＯＭ１１９は、各種補正データ等を記憶する。シャッター駆動回路１２１は、メカニカルシャッター１２０を制御する。メカニカルシャッター１２０は、静止画撮影時において撮像素子１０６への露光量を制御する。メカニカルシャッター１２０は、ライブビュー動作時や動画撮影時においては開状態を保持し、撮像素子１０６を露光し続ける。
【００１４】
図２は、撮像素子１０６の画素配置例を示す図である。撮像素子１０６は、２次元行列状に配列された複数の単位画素２００を有する。各単位画素２００には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑又はＢ（青）のカラーフィルタがベイヤー状に配置されている。また、各単位画素２００は、それぞれ、副画素ａ及び副画素ｂを有する。副画素ａはフォトダイオード２０１ａを有し、副画素ｂはフォトダイオード２０１ｂを有する。フォトダイオード２０１ａ及び２０１ｂは、それぞれ、光電変換を行う光電変換部であり、画素信号を生成する。副画素ａ及びｂから出力される各々の画素信号は、焦点検出に利用される。また、副画素ａ及び副画素ｂから出力される画素信号を加算（混合）した合成信号（混合信号）は、画像生成用に利用される。
【００１５】
図３は、第１〜第３のレンズ群及び絞り１０１〜１０４により構成される撮影レンズの射出瞳３０３から出る光束と単位画素２００との関係を示す図である。カラーフィルタ３０１及びマイクロレンズ３０２は、複数の単位画素２００の各々の上に形成されている。撮影レンズの射出瞳３０３を通過した光は、光軸３０４を中心として、単位画素２００に入射する。撮影レンズの射出瞳３０３の一部の領域である瞳領域３０５を通過する光束は、マイクロレンズ３０２を通って、副画素ａのフォトダイオード２０１ａで受光される。一方、射出瞳３０３の他の一部の領域である瞳領域３０６を通過する光束は、マイクロレンズ３０２を通って、副画素ｂのフォトダイオード２０１ｂで受光される。したがって、副画素ａのフォトダイオード２０１ａ及び副画素ｂのフォトダイオード２０１ｂは、それぞれ、撮影レンズの射出瞳３０３の別々の領域３０５及び３０６の光を受光している。このため、副画素ａのフォトダイオード２０１ａ及び副画素ｂのフォトダイオード２０１ｂの出力信号を比較することにより、位相差方式の焦点検出が可能となる。
【００１６】
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、副画素ａにより得られる像信号波形４０１と副画素ｂにより得られる像信号波形４０２との相関関係を、異なる焦点状態について示す図である。図４（Ａ）に示すように、合焦状態から外れている場合には、副画素ａ及び副画素ｂのそれぞれにより得られる像信号波形４０１と４０２とは一致せず、大きくずれた状態となる。図４（Ｂ）に示すように、合焦状態に近づくと、像信号波形４０１と４０２とのずれは小さくなり、合焦状態では、像信号波形４０１と４０２とが重なり合うことになる。このように、副画素ａ及び副画素ｂにより得られる像信号波形４０１及び４０２のずれ量から焦点のずれ量（デフォーカス量）を検出し、焦点調節を行うことができる。
【００１７】
図５は、撮像素子１０６の構成例を示す図である。画素領域ＰＡは、２次元行列状の複数の単位画素２００を有し、複数の単位画素２００は、ｎ行×ｋ列の単位画素ｐ１１〜ｐｋｎで表される。
【００１８】
図６は、単位画素２００の構成例を示す回路図である。フォトダイオード６０１ａは、第１の光電変換部であり、副画素ａのフォトダイオード２０１ａに対応する。フォトダイオード６０１ｂは、第２の光電変換部であり、副画素ｂのフォトダイオード２０１ｂに対応する。フォトダイオード６０１ａ及び６０１ｂは、光電変換を行う光電変換部であり、入射した光を電荷に変換し、露光量に応じた電荷を蓄積する。転送ゲート６０２ａは、ゲートに印加される信号ｔｘａがハイレベルになると、フォトダイオード６０１ａに蓄積されている電荷をＦＤ部（フローティングディフュージョン部）６０３に転送する。転送ゲート６０２ｂは、ゲートに印加される信号ｔｘｂがハイレベルになると、フォトダイオード６０１ｂに蓄積されている電荷をＦＤ部６０３に転送する。ＦＤ部６０３は、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤアンプ）６０４のゲートに接続されている。ＦＤアンプ６０４は、ＦＤ部６０３の電荷量に応じた電圧を出力する。ＦＤリセットスイッチ６０５は、ゲートに印加される信号ｒｅｓがハイレベルになると、ＦＤ部６０３を電源電圧Ｖｄｄにリセットする。また、信号ｒｅｓと信号ｔｘａ，ｔｘｂとが同時にハイレベルになると、ＦＤリセットスイッチ６０５と転送ゲート６０２ａ，６０２ｂがオンし、ＦＤ部６０３経由でフォトダイオード６０１ａ及び６０１ｂが電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。画素選択スイッチ６０６は、ゲートに印加される信号ｓｅｌがハイレベルになると、ＦＤアンプ６０４の出力電圧を画素信号として出力ノードｖｏｕｔに出力する。
【００１９】
図５に示すように、垂直走査回路５０１は、単位画素２００の各スイッチを制御する複数の駆動信号ｒｅｓ，ｓｅｌ，ｔｘａ，ｔｘｂを各単位画素２００に供給する。この駆動信号の詳細については後述する。複数の単位画素２００の出力ノードｖｏｕｔは、列毎に列信号線（垂直出力線）５０２を介して、列共通の読み出し回路５０３に接続されている。
【００２０】
図７は、読み出し回路５０３の構成例を示す図である。列信号線５０２は、単位画素２００の列毎に設けられ、１列分の単位画素２００の出力ノードｖｏｕｔに接続されている。列信号線５０２には、電流源５０４が接続されている。電流源５０４と、列信号線５０２に接続された単位画素２００のＦＤアンプ６０４とは、ソースフォロワ回路を構成する。容量７０１は、容量値Ｃ１のクランプ容量である。容量７０２は、容量値Ｃ２のフィードバック容量である。演算増幅器７０３は、非反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆのノードが接続され、反転入力端子にはクランプ容量７０１が接続されている。スイッチ７０４、信号ｃｆｓにより制御され、フィードバック容量７０２の両端をショートする。転送スイッチ７０５は、信号ｔｓに応じて、演算増幅器７０３の出力信号をＳ信号保持容量７０７に転送する。転送スイッチ７０６は、信号ｔｎに応じて、演算増幅器７０３の出力信号をＮ信号保持容量７０８に転送する。後述する読み出し動作によって、Ｓ信号保持容量７０７には、副画素ａの光電変換に基づく画素信号（Ｓ信号）Ｓａ、副画素ｂの光電変換に基づく画素信号Ｓｂ、又は副画素ａ及び副画素ｂの光電変換に基づく信号を混合した混合信号Ｓａｂが記憶される。また、Ｎ信号保持容量７０８には、単位画素２００のリセット解除に基づくノイズ信号（Ｎ信号）Ｎが記憶される。Ｓ信号保持容量７０７は、読み出し回路５０３の出力ノードｖｓに接続される。Ｎ信号保持容量７０８は、読み出し回路５０３の出力ノードｖｎに接続される。
【００２１】
図５に示すように、読み出し回路５０３の出力ノードｖｓは、水平転送スイッチ５０５に接続されている。読み出し回路５０３の出力ノードｖｎは、水平転送スイッチ５０６に接続されている。各列の水平転送スイッチ５０５，５０６は、列毎に、水平走査回路５０９の出力信号ｈ１〜ｈｋによって制御される。出力信号ｈ１〜ｈｋが順にハイレベルになることにより、それぞれ、各列の水平転送スイッチ５０５，５０６が順にオンし、各列のＳ信号保持容量７０７及びＮ信号保持容量７０８の信号がそれぞれ水平出力線５０７及び５０８へ転送される。水平出力線５０７及び５０８は、差動増幅器５１０の入力端子に接続されている。差動増幅器５１０は、水平出力線５０７の画素信号と水平出力線５０８のノイズ信号との差分をとると同時に所定のゲインをかけ、最終的な出力信号を出力端子５１１へ出力する。以下、画素信号Ｓａに基づく出力端子５１１の最終出力信号を像信号Ｐａ、画素信号Ｓｂに基づく出力端子５１１の最終出力信号を像信号Ｐｂ、混合信号Ｓａｂに基づく出力端子５１１の最終出力信号を混合像信号Ｐａｂと呼ぶ。水平出力線リセットスイッチ５１２，５１３は、ゲートに印加される信号ｃｈｒｅｓがハイレベルになるとオンし、水平出力線５０７及び５０８をリセット電圧Ｖｃｈｒｅｓにリセットする。
【００２２】
図８は、撮像素子１０６の画素領域ＰＡを示す図である。画素領域ＰＡは、画素領域ＰＡの上部の垂直ＯＢ領域（第３の領域）８０１と、画素領域ＰＡの左部の水平ＯＢ領域（第１の領域）８０２と、それ以外の開口領域（第２の領域）８０３を有する。ＯＢ領域は、垂直ＯＢ領域８０１と水平ＯＢ領域８０２とを有し、遮光されている。開口領域８０３は、遮光されていない。画素領域ＰＡは、網点で示すＯＢ領域内の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃと、斜線で示す分割読み出し領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉと、ハッチなしの合算読み出し領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃとを有する。領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃでは、後述する読み出し動作によって、副画素ａと副画素ｂの混合像信号Ｐａｂが読み出される。領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉでは、後述する読み出し動作によって、像信号Ｐａと像信号Ｐｂがそれぞれ読み出される。即ち、副画素ａと副画素ｂの信号がそれぞれ独立に読み出される。水平ＯＢ領域８０２は、開口領域８０３に比べて、領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの配置比率を多く設定している。これにより、水平ＯＢ領域８０２では、ＯＢクランプ処理に使用する画素数を多く確保することができ、水平ＯＢクランプ処理の時定数を遅く設定してもダークシェーディングの変化に追従することが可能となる。分割読み出し行の配置位置については、測距枠の設定や被写体の動きに合わせてフレーム毎に変更することが可能である。この際、水平ＯＢ領域８０２の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの位置についても同様に変更することが可能である。
【００２３】
図９は、第１の実施形態による垂直走査回路５０１から画素領域ＰＡの各単位画素２００へ供給される駆動信号のうち、特に駆動信号ｔｘａ，ｔｘｂに関わる信号接続を示す図である。垂直走査回路５０１は、各単位画素２００の行に対して、駆動信号ｔｘａ，ｔｘｂとして、４本の信号ｔｘａ＿ｈｏｂ、ｔｘｂ＿ｈｏｂ、ｔｘａ＿ｖａｌ及びｔｘｂ＿ｖａｌを供給する。なお、実際には、垂直走査回路５０１は、この他に、駆動信号ｒｅｓ，ｓｅｌを供給する。水平ＯＢ領域８０２の単位画素２００は、転送ゲートの信号ｔｘａ及びｔｘｂとして、信号ｔｘａ＿ｈｏｂ及びｔｘｂ＿ｈｏｂを入力する。開口領域８０３の単位画素２００は、転送ゲートの信号ｔｘａ及びｔｘｂとして、信号ｔｘａ＿ｖａｌ及びｔｘｂ＿ｖａｌを入力する。垂直走査回路５０１は、水平ＯＢ領域８０２の単位画素２００に対して読み出し制御信号ｔｘａ＿ｈｏｂ及びｔｘｂ＿ｈｏｂを供給し、開口領域８０３の単位画素２００に対して読み出し制御信号ｔｘａ＿ｖａｌ及びｔｘｂ＿ｖａｌを供給する。垂直走査回路５０１は、同一行の水平ＯＢ領域８０２の単位画素２００と開口領域８０３の単位画素２００に対して、異なる配線で、読み出し制御信号ｔｘａ＿ｈｏｂ、ｔｘｂ＿ｈｏｂ、ｔｘａ＿ｖａｌ及びｔｘｂ＿ｖａｌを供給する。これにより、同一の単位画素２００の行内において、水平ＯＢ領域８０２の単位画素２００は、領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの単位画素２００として動作し、開口領域８０３の単位画素２００は、領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃの単位画素２００として動作することが可能となる。
【００２４】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）及び図１１（Ａ）、（Ｂ）は、撮像素子１０６の読み出し動作を示すタイミングチャートである。図１０（Ａ）は、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃである行の単位画素２００に対して行われる読み出し動作を示すタイミングチャートである。まず、信号ｃｆｓがハイレベルになり、スイッチ７０４がオンすることにより、演算増幅器７０３はバッファ状態になる。次に、信号ｓｅｌがハイレベルになり、単位画素２００の画素選択スイッチ６０６がオンする。その後、信号ｒｅｓがローレベルになり、ＦＤリセットスイッチ６０５がオフし、ＦＤ部６０３のリセットが解除される。演算増幅器７０３は、単位画素２００のリセット解除に基づくノイズ信号Ｎを出力する。続いて、信号ｃｆｓがローレベルに戻り、スイッチ７０４がオフする。その後、信号ｔｎがハイレベルになり、転送スイッチ７０６は、演算増幅器７０３が出力するノイズ信号ＮをＮ信号保持容量７０８に転送する。Ｎ信号保持容量７０８は、ノイズ信号Ｎを記憶する。
【００２５】
フォトダイオード６０１ａ及び６０１ｂは、リセット解除後に、光電変換による電荷を蓄積する。次いで、信号ｔｎがローレベルになり、転送スイッチ７０６がオフする。その後、信号ｔｓがハイレベルになり、転送スイッチ７０５がオンする。それと共に、信号ｔｘａ＿ｈｏｂ、ｔｘｂ＿ｈｏｂ、ｔｘａ＿ｖａｌ、及びｔｘｂ＿ｖａｌが全てハイレベルになり、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３の転送ゲート６０２ａと６０２ｂがオンする。この動作により、ＦＤ部６０３では、副画素ａのフォトダイオード６０１ａに蓄積されていた電荷信号及び副画素ｂのフォトダイオード６０１ｂに蓄積された電荷信号が混合される。ＦＤアンプ６０４は、画素選択スイッチ６０６を介して、ＦＤ部６０３の混合電荷信号に応じた混合信号を列信号線５０２へ出力する。演算増幅器５０３は、列信号線５０２の信号を、クランプ容量７０１の容量Ｃ１とフィードバック容量７０２の容量Ｃ２との容量比に応じたゲインで増幅し、転送スイッチ７０５を介して混合信号ＳａｂをＳ信号保持容量７０７へ出力する。Ｓ信号保持容量７０７には、混合信号Ｓａｂが記憶される。次に、信号ｔｘａ＿ｈｏｂ、ｔｘｂ＿ｈｏｂ、ｔｘａ＿ｖａｌ、及びｔｘｂ＿ｖａｌが全てローレベルになり、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３の転送ゲート６０２ａと６０２ｂがオフする。次に、信号ｔｓがローレベルになり、転送スイッチ７０５がオフする。次に、信号ｒｅｓがハイレベルになり、ＦＤリセットスイッチ６０５がオンし、ＦＤ部６０３が電源電位Ｖｄｄにリセットされる。
【００２６】
次に、水平走査回路５０９の出力信号ｈ１がハイレベルになることにより、第１列の水平転送スイッチ５０５及び５０６がオンする。これにより、第１列では、Ｓ信号保持容量７０７の混合信号Ｓａｂ及びＮ信号保持容量７０８のノイズ信号Ｎが水平出力線５０７及び５０８に転送される。差動増幅器５１０は、水平出力線５０７の混合信号Ｓａｂと水平出力線５０８のノイズ信号Ｎとの差分を出力端子５１１に出力する。水平走査回路５０９は、各列の選択信号ｈ１、ｈ２、・・・、ｈｋを順次ハイレベルにすることにより、各列のＳ信号保持容量７０７の混合信号Ｓａｂ及びＮ信号保持容量７０８のノイズ信号Ｎが水平出力線５０７及び５０８に順次転送される。これにより、出力端子５１１は、１行分の混合像信号Ｐａｂを出力する。なお、信号ｈ１〜ｈｋによって各列の信号が読み出される毎に、信号ｃｈｒｅｓがハイレベルになり、水平出力線リセットスイッチ５１２及び５１３がオンし、一旦、水平出力線５０７及び５０８がリセット電圧Ｖｃｈｒｅｓのレベルにリセットされる。以上が、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３が共に領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃである行における読み出し動作である。これにより、１行分の混合像信号Ｐａｂが読み出されることになる。
【００２７】
図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）は、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３が共に領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉである行の単位画素２００に対して行われる読み出し動作のタイミングチャートである。図１０（Ｂ）は、画素信号Ｓａを読み出す動作を示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）と異なり、副画素ａの信号のみを読み出すため、信号ｔｘｂ＿ｈｏｂ及びｔｘｂ＿ｖａｌをハイレベルにせず、信号ｔｘａ＿ｈｏｂ及びｔｘａ＿ｖａｌのみをハイレベルにする。この動作により、該当行の１行分の像信号Ｐａを読み出すことができる。
【００２８】
図１０（Ｂ）による像信号Ｐａの読み出しが終了すると、続いて、図１０（Ｃ）による像信号Ｐｂの読み出しに移る。図１０（Ｃ）は、図１０（Ｂ）に対して、副画素ｂの信号のみを読み出すため、副画素ｂの転送ゲート６０２ｂのみをオンする点だけが異なる。このため、信号ｔｘａ＿ｈｏｂ及びｔｘａ＿ｖａｌをハイレベルにせず、信号ｔｘｂ＿ｈｏｂ及びｔｘｂ＿ｖａｌのみをハイレベルにする。この動作により、該当行の１行分の像信号Ｐｂを読み出すことができる。本実施形態では、図１０（Ｂ）の動作を行った後、同一行に対して続けて図１０（Ｃ）の動作を行うことにより、同一画素の像信号Ｐａと像信号Ｐｂを取得する。
【００２９】
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、水平ＯＢ領域８０２が領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉであり、開口領域８０３が領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃである行に対して行われる読み出し動作のタイミングチャートである。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、共に開口領域８０３では混合像信号Ｐａｂを取得することは同じであり、水平ＯＢ領域８０２の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの動作が異なる。
【００３０】
図１１（Ａ）は、水平ＯＢ領域８０２では像信号Ｐａを読み出す場合のタイミングチャートである。図１１（Ａ）は、図１０（Ａ）と異なり、水平ＯＢ領域８０２の副画素ｂの信号を読み出さないため、信号ｔｘｂ＿ｈｏｂをローレベルのままにしている。一方、図１１（Ｂ）は、水平ＯＢ領域８０２では像信号Ｐｂを読み出す場合のタイミングチャートである。図１１（Ｂ）では、水平ＯＢ領域８０２の副画素ａの信号を読み出さないため、信号ｔｘａ＿ｈｏｂをローレベルのままにする。
【００３１】
図１２は、ＯＢクランプ処理部１１００の構成例を示すブロック図である。ＯＢクランプ処理部１１００は、ＡＦＥ１０７の内部に設けられる。ＯＢクランプ処理部１１００には、ＡＦＥ１０７でＡＤ変換処理されてデジタルデータに変換された後の像信号が入力される。ＯＢ信号抽出部１１０１は、垂直ＯＢ領域８０１又は水平ＯＢ領域８０２のデータが入力されたタイミングで、垂直ＯＢ領域８０１又は水平ＯＢ領域８０２の画素（ＯＢ画素）の信号を抽出する。ＯＢ信号抽出部１１０１は、ＯＢクランプ処理に使用するＯＢ画素の信号を１画素ずつ、誤差量算出部１１０２に出力する。なお、ＯＢ信号抽出部１１０１は、複数のＯＢ画素の平均値を取得し、その平均値を誤差量算出部１１０２に出力してもよい。誤差量算出部１１０２は、予め設定されているダークレベルの補正目標値（クランプレベル）とＯＢ信号抽出部１１０１から出力される現在のＯＢ画素の出力レベルとの差分を取って、誤差量を算出する。フィードバックゲイン乗算部１１０３は、誤差量算出部１１０２により算出された誤差量に対して、フィードバックゲイン切替部１１０４から入力されるフィードバックゲイン（ＯＢクランプ処理の追従時定数）を乗算する。演算結果が発振しないよう、フィードバックゲインは１よりも小さい値に設定される。また、フィードバックゲインは、ノイズやキズなどに過度に敏感に反応しないよう、センサ特性などに応じて適切に予め適切に調整されたゲインが設定される。フィードバックゲイン切替部１１０４は、取り扱うＯＢ画素の座標位置に応じて、予め設定されたフィードバックゲイン１（時定数１）とフィードバックゲイン２（時定数２）から一方を選択して、フィードバックゲイン乗算部１１０３へ出力する。例えば、フィードバックゲイン切替部１１０４は、垂直ＯＢ領域８０１では、大きな暗電流量に高速に追従するために、フィードバックゲイン１として設定された高い時定数を選択する。また、フィードバックゲイン切替部１１０４は、水平ＯＢ領域８０２では、ノイズやキズへの敏感度を抑制するために、フィードバックゲイン２として設定された低い時定数を選択する。この選択は、この限りでなく、また切り替えるフィードバックゲインも２種類だけでなく、もっと多くてもよい。
【００３２】
補正値算出部１１０５は、フィードバックゲイン乗算部１１０３の演算結果を積分し、ＯＢクランプ補正値を算出する。補正値算出部１１０５は、Ｐａ積分部１１０５ａ、Ｐｂ積分部１１０５ｂ、Ｐａｂ積分部１１０５ｃ、及び補正値切替部１１０５ｄを有する。Ｐａ積分部１１０５ａ、Ｐｂ積分部１１０５ｂ及びＰａｂ積分部１１０５ｃは、像信号Ｐａ、Ｐｂ及びＰａｂの別に、フィードバックゲイン乗算部１１０３の演算結果を積分する。補正値切替部１１０５ｄは、Ｐａ積分部１１０５ａ、Ｐｂ積分部１１０５ｂ及びＰａｂ積分部１１０５ｃの積分値のいずれに応じたＯＢクランプ補正値を補正部１１０６に出力する。補正部１１０６は、ＯＢクランプ処理部１１００の入力データから、補正値算出部１１０５が出力するＯＢクランプ補正値を減算することにより、像信号に対する補正処理を行い、補正結果を出力する。補正値切替部１１０５ｄは、補正対象の画素が像信号Ｐａ、Ｐｂ又はＰａｂのいずれであるかに応じて、それに対応し、Ｐａ積分部１１０５ａ、Ｐｂ積分部１１０５ｂ又はＰａｂ積分部１１０５ｃの値のいずれかに応じたＯＢクランプ補正値を出力する。補正値切替部１１０５ｄは、像信号Ｐａに対してはＰａ積分部１１０５ａの値に基いて補正値を出力、像信号Ｐｂに対してはＰｂ積分部１１０５ｂの値に基いて補正値を出力、混合像信号Ｐａｂに対してはＰａｂ積分部１１０５ｃの値に基づいて補正値を出力する。
【００３３】
最初に説明したＯＢ信号抽出部１１０１は、補正部１１０６の出力のうちのＯＢ画素の信号を抽出する。これによって、補正処理を繰り返すうちに、ＯＢ画素の信号レベルとクランプレベルとの誤差量が次第に縮小され、最終的に補正結果のＯＢ画素の出力（ダークレベル）はクランプレベルと一致するように収束する。
【００３４】
図１３は、撮像素子１０６の出力信号とＯＢクランプ処理部１１００の動作を示すタイミングチャートであり、撮像素子１０６からの出力信号と前述した補正値算出部１１０５の動作を時系列状に記載したものである。縦方向は、撮像素子１０６の垂直座標に対応する。ただし、説明の簡略化のため、行数はかなり省略して記載している。以下、撮像装置１００の制御方法を説明する。
【００３５】
像信号１２０１は、最初の読み出し行である垂直座標ｙ＝０の行の信号読み出しの像信号Ｐａｂを示す。図８に示すように、ｙ＝０は領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃであるため、撮像素子１０６から混合像信号Ｐａｂが１行分出力される。ｙ＝１も同じである。補正値算出部１１０５は、撮像素子１０６の出力信号に対応して、像信号Ｐａｂ用の補正値を出力する。以降、補正値算出部１１０５の出力は、その期間に撮像素子１０６から出力されている像信号に対応して、像信号Ｐａｂ、Ｐａ又はＰｂ用の補正信号を切替えて出力する。
【００３６】
像信号１２０２は、ｙ＝２の垂直ＯＢ領域８０１の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの行の像信号Ｐａを示す。このｙ＝２の行では、まず、図１０（Ｂ）に示した動作によって、撮像素子１０６は、１行分の像信号Ｐａを出力する。この間、補正値算出部１１０５は、垂直ＯＢ領域８０１のクランプのために、Ｐａ積分部１１０５ａによる積分動作を行う。
【００３７】
続いて、像信号１２０３に示すように、同じくｙ＝２の行から図１０（Ｃ）に示した動作によって、撮像素子１０６は、１行分の像信号Ｐｂを出力する。この間、補正値算出部１１０５は、Ｐｂ積分部１１０５ｂによる積分動作を行う。ｙ＝３でも同様である。
【００３８】
ｙ＝４及びｙ＝５では、再び、垂直ＯＢ領域８０１は領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃとなり、撮像素子１０６は、像信号Ｐａｂを出力する。ここでは、ｙ＝０〜５が垂直ＯＢ領域８０１であるものとする。補正値算出部１１０５は、Ｐａｂ積分部１１０５ｃによる積分動作を行う。
【００３９】
ｙ＝６以降では、１行分の信号中に水平ＯＢ領域８０２の信号と開口領域８０３の信号が含まれることになる。補正値算出部１１０５は、水平ＯＢ領域８０２のデータ期間のみ積分動作を行う。これ以降、前述したように、フィードバックゲイン切替部１１０４は、選択する時定数を変更する。フィードバックゲイン切替部１１０４は、垂直ＯＢ領域８０１で使用する時定数に対し、水平ＯＢ領域８０２では、より敏感度を抑えた低い時定数を選択する。ｙ＝６及びｙ＝７では、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３は、領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃであり、像信号Ｐａｂを出力する。
【００４０】
ｙ＝８では、水平ＯＢ領域８０２は領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉであり、開口領域８０３は領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃである。像信号１２０４は、水平ＯＢ領域８０２の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの像信号Ｐａであり、撮像素子１０６は像信号Ｐａを出力する。像信号１２０５は、開口領域８０３の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃの像信号Ｐａｂであり、撮像素子１０６は像信号Ｐａｂを出力する。補正値算出部１１０５は、やはり水平ＯＢ領域８０２のデータ期間のみ積分動作を行うが、この場合、水平ＯＢ領域８０２からは像信号Ｐａが出力されているため、Ｐａ積分部１１０５ａによる積分動作を行う。また、像信号１２０４と１２０５の境界では、水平ＯＢ領域８０２から開口領域８０３へと撮像素子１０６の出力信号が切り替わり、補正値算出部１１０５は、像信号Ｐａ用の補正値から像信号Ｐａｂ用の補正値に出力を切り替える。
【００４１】
続くｙ＝９では、像信号１２０６は、水平ＯＢ領域８０２の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの像信号Ｐｂであり、撮像素子１０６は像信号Ｐｂを出力する。像信号１２０７は、開口領域８０３の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃの像信号Ｐａｂであり、撮像素子１０６は像信号Ｐａｂを出力する。像信号１２０６の期間では、補正値算出部１１０５は、Ｐｂ積分部１１０５ｂによる積分動作を行う。以降、各行の水平ＯＢ領域８０２のデータ期間では、そこで読み出される像信号の種類に応じた積分部が動作する。
【００４２】
その後、ｙ＝１０及びｙ＝１１では、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３は領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃであり、撮像素子１０６は、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３の像信号Ｐａｂを出力する。
【００４３】
ｙ＝１２では、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３は、領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉである。像信号１２０８は、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３の像信号Ｐａであり、撮像素子１０６は、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３の像信号Ｐａを出力する。その後、像信号１１０９は、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３の像信号Ｐｂであり、撮像素子１０６は、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３の像信号Ｐｂを出力する。ｙ＝１３も同様である。
【００４４】
以上のように、水平ＯＢ領域８０２の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの行の数は、開口領域８０３の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの行の数より多い。これにより、ＯＢクランプ処理部１１００のＯＢクランプ処理の精度を向上させることができる。
【００４５】
本実施形態では、焦点検出用の像信号Ｐａ及びＰｂの取得による読み出し時間の増大を抑制しつつも、像信号Ｐａ及び像信号Ｐｂに対するＯＢクランプ処理に十分な数のＯＢ画素の信号を使用することができる。このため、ＯＢクランプ処理の時定数を低くしてノイズやキズの影響による誤補正も防ぎつつ、垂直方向のダークシェーディングも精度よく補正でき、良好な画質の画像を得ることができる。
【００４６】
なお、本実施形態においては、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３が共に領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉである行を、モードや撮影条件などによって自由に配置することが可能である。フレーム毎にその位置を変更するようにしてもよい。
【００４７】
また、ＯＢクランプ処理では、垂直ＯＢ領域８０１では各行のＯＢ画素の信号の全てを、また水平ＯＢ領域８０２でも各行のＯＢ画素の信号の全てを補正値の算出に使用するようにしているが、これに限られるものではない。各行のＯＢ画素のうちの一部を補正値の算出に使用するようにしてもよい。
【００４８】
像信号Ｐａ／Ｐｂ／Ｐａｂの境界を水平ＯＢ領域８０２と開口領域８０３の境界として説明したが、その境界を水平ＯＢ領域８０２内に設けるようにし、水平ＯＢ領域８０２の画素の一部が信号ｔｘａ＿ｖａｌ，ｔｘｂ＿ｖａｌで制御されるようにしてもよい。
【００４９】
以上のように、垂直ＯＢ領域（第３の領域）８０１及び水平ＯＢ領域（第１の領域）８０２では、フォトダイオード６０１ａ及び６０１ｂが遮光されている。開口領域（第２の領域）８０３では、フォトダイオード６０１ａ及び６０１ｂが遮光されていない。
【００５０】
垂直走査回路５０１は、読み出し制御部であり、画素領域ＰＡ内の垂直ＯＢ領域８０１の単位画素２００内の一部のフォトダイオード６０１ａの信号Ｐａ及び別の一部のフォトダイオード６０１ｂの信号Ｐｂを読み出す。また、垂直走査回路５０１は、垂直ＯＢ領域８０１の他の単位画素２００内のすべてのフォトダイオード６０１ａ及び６０１ｂの混合像信号Ｐａｂを読み出す。
【００５１】
また、垂直走査回路５０１は、画素領域ＰＡ内の水平ＯＢ領域８０２の単位画素２００内の一部のフォトダイオード６０１ａの信号Ｐａ及び別の一部のフォトダイオード６０１ｂの信号Ｐｂを読み出す。また、垂直走査回路５０１は、水平ＯＢ領域８０２の他の単位画素２００内のすべてのフォトダイオード６０１ａ及び６０１ｂの混合像信号Ｐａｂを読み出す。
【００５２】
また、垂直走査回路５０１は、画素領域ＰＡ内の開口領域８０３の単位画素２００内の一部のフォトダイオード６０１ａの信号Ｐａ及び別の一部のフォトダイオード６０１ｂの信号Ｐｂを読み出す。また、垂直走査回路５０１は、開口領域８０３の他の単位画素２００内のすべてのフォトダイオード６０１ａ及び６０１ｂの混合像信号Ｐａｂを読み出す。
【００５３】
補正部１１０６は、垂直ＯＢ領域８０１の信号Ｐａ及び水平ＯＢ領域８０２の信号Ｐａを基に、開口領域８０３の信号Ｐａを補正する。また、補正部１１０６は、垂直ＯＢ領域８０１の信号Ｐｂ及び水平ＯＢ領域８０２の信号Ｐｂを基に、開口領域８０３の信号Ｐｂを補正する。また、補正部１１０６は、垂直ＯＢ領域８０１の混合像信号Ｐａｂ及び水平ＯＢ領域８０２の混合像信号Ｐａｂを基に、開口領域８０３の混合像信号Ｐａｂを補正する。
【００５４】
垂直ＯＢ領域８０１と水平ＯＢ領域８０２と開口領域８０３は、それぞれ、信号Ｐａ又はＰｂが読み出される行と、混合像信号Ｐａｂが読み出される行とを有する。図８のように、水平ＯＢ領域８０２で信号Ｐａ又はＰｂが読み出される行（Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉ）の数は、開口領域８０３で信号Ｐａ又はＰｂが読み出される行（Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉ）の数より多い。
【００５５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、図９に示すように、１行当たりに配線する転送ゲートの信号が４本必要となり、各単位画素２００に向かって光が通過する開口面積を狭めてしまい、結果として撮像素子１０６の感度を落としてしまう可能性がある。本発明の第２の実施形態では、１行当たりの信号配線面積を抑制し、開口面積を圧迫せずに済む構成を説明する。
【００５６】
図１４は、本発明の第２の実施形態による撮像素子１０６の垂直走査回路１３０１，１３０２と画素領域ＰＡへの転送ゲートの信号配線を示す図である。垂直走査回路１３０１及び１３０２は、図９及び図５の垂直走査回路５０１を画素領域ＰＡの両側に分割して配置したものである。垂直走査回路１３０１は、水平ＯＢ領域８０２の単位画素２００に転送ゲート信号ｔｘａ＿ｈｏｂ，ｔｘｂ＿ｈｏｂを供給する。垂直走査回路１３０２は、開口領域８０３の単位画素２００に転送ゲート信号ｔｘａ＿ｖａｌ，ｔｘｂ＿ｖａｌを供給する。水平走査回路１３０１は、第１の読み出し制御部であり、水平ＯＢ領域８０２の単位画素２００に読み出し制御信号ｔｘａ＿ｈｏｂ及びｔｘｂ＿ｈｏｂを供給する。水平走査回路１３０２は、第２の読み出し制御部であり、開口領域８０３の単位画素２００に読み出し制御信号ｔｘａ＿ｖａｌ及びｔｘｂ＿ｖａｌを供給する。これにより、１行当たりの転送ゲート信号の配線面積を２本分に抑制することができる。また、単位画素２００の開口面積を圧迫せずに水平ＯＢ領域８０２の像信号の読み出しと、開口領域８０３の像信号の読み出しを独立に選択することができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、画素領域ＰＡの両側の垂直走査回路１３０１及び１３０２から信号を配線することで、少ない配線面積を実現する実施形態を説明したが、第３の実施形態では、同様に、少ない配線面積を実現する他の実施形態を説明する。
【００５８】
図１５は、本発明の第３の実施形態による撮像素子１０６の垂直走査回路１４０１と画素領域ＰＡへの転送ゲートの信号配線を示す図である。垂直走査回路１４０１は、水平ＯＢ領域８０２と開口領域８０３に対して共通の転送ゲート信号ｔｘａ及びｔｘｂを供給する。垂直ＯＢ領域８０１と開口領域８０３は、領域１４０２を有する。水平ＯＢ領域８０２は、領域１４０３及び１４０４を有する。
【００５９】
領域１４０３は、水平ＯＢ領域０２を領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉとして像信号Ｐａを読み出す領域である。領域１４０３内では、各単位画素２００の転送ゲート６０２ｂに対して転送ゲート信号ｔｘｂが配線されない。このため、領域１４０３内の単位画素２００は、必ず像信号Ｐａが読み出されることになる。領域１４０３は、垂直走査回路１４０１に対して、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線を介して接続され、前フォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続されない第１の単位画素２００を有する。
【００６０】
また、領域１４０４は、水平ＯＢ領域８０２を領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉとして像信号Ｐｂを読み出す領域である。領域１４０４内では、各単位画素２００の転送ゲート６０２ａに対して転送ゲート信号ｔｘａが配線されない。このため、領域１４０４内の単位画素２００は、必ず像信号Ｐｂが読み出されることになる。領域１４０４は、垂直走査回路１４０１に対して、フォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続され、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線を介して接続されない第２の単位画素２００を有する。領域１４０３の単位画素２００と領域１４０４の単位画素２００は、異なる行に設けられる。
【００６１】
それ以外の領域については、領域１４０２のように、転送ゲート信号ｔｘａ及びｔｘｂの配線が各単位画素２００の転送ゲート６０２ａ及び６０２ｂに接続される。領域１４０２では、１行分のすべての単位画素２００をまとめて、像信号Ｐａ／像信号Ｐｂ／混合像信号Ｐａｂのいずれの信号を読み出すかを自由に制御することができる。垂直ＯＢ領域８０１は、領域１４０２のように配線される。
【００６２】
図１６は、本実施形態による画素領域ＰＡの各部からの像信号Ｐａ／Ｐｂ／Ｐａｂの読み出しの一例を１行ずつ示した図である。画素領域ＰＡは、垂直ＯＢ領域８０１と、水平ＯＢ領域８０２と、開口領域８０３とを有する。垂直ＯＢ領域８０１内の領域１５０１は、各行から像信号Ｐａ及びＰｂが読み出される。領域１５０２では、水平ＯＢ領域８０２では像信号Ｐａ又は像信号Ｐｂが読み出され、開口領域８０３では像信号Ｐａｂが読み出される。領域１５０３では、水平ＯＢ領域８０２及び開口領域８０３では共に像信号Ｐａ及びＰｂが読み出される。その他の領域では、像信号Ｐａｂが読み出される。
【００６３】
以上の構成によって、水平ＯＢ領域８０２の領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉの配置を、モードや撮影条件によって自由に設定することができなくなる。しかし、信号配線面積を抑制し、単位画素２００の開口面積を圧迫することなく、水平ＯＢ領域８０２における像信号Ｐａ及び像信号Ｐｂのデータ量を十分確保し、精度良いＯＢクランプ処理が可能となる。
【００６４】
（第４の実施形態）
図１７は、本発明の第４の実施形態による撮像素子１０６の垂直走査回路１６０１と画素領域ＰＡへの転送ゲートの信号配線を示す図である。図１８は、本実施形態による画素領域ＰＡの各部からの像信号Ｐａ、Ｐｂ及びＰａｂの読み出しの一例を示す図である。本実施形態では、各行の水平ＯＢ領域８０２に対して、像信号Ｐａを読み出す領域１６０２と、像信号Ｐｂを読み出す領域１６０３と、像信号Ｐａｂを読み出す領域１６０４とを設ける。垂直走査回路１６０１は、図１５の垂直走査回路１４０１と同じく、転送ゲート信号ｔｘａ及びｔｘｂを供給する。各行の水平ＯＢ領域８０２は、３個の領域１６０２，１６０３，１６０４に分割される。領域１６０２では、各単位画素２００に対し、信号ｔｘａの配線のみが接続される。単位画素２００内では、信号ｔｘｂの配線がグランド電位ノードに接続される。また、領域１６０３では、各単位画素２００に対し、信号ｔｘｂの配線のみが接続される。単位画素２００内では、信号ｔｘａの配線がグランド電位ノードに接続される。領域１６０４では、開口領域８０３と同じく、信号ｔｘａ及びｔｘｂの配線は、共に各単位画素２００に接続される。これにより、開口領域８０３を領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｃとして混合像信号Ｐａｂを読み出す際においても、水平ＯＢ領域８０２の領域１６０２から像信号Ｐａのみが読み出され、水平ＯＢ領域８０２の領域１６０３から像信号Ｐｂのみが読み出される。垂直ＯＢ領域８０１は、第３の実施形態の垂直ＯＢ領域８０１と同様の構成である。
【００６５】
水平ＯＢ領域８０２は、領域１６０２と領域１６０３と領域１６０４を有する。領域１６０２は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線を介して接続され、フォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続されない第１の単位画素２００を有する。領域１６０３は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続され、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線を介して接続されない第２の単位画素２００を有する。領域１６０４は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線とフォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続される第３の単位画素２００を有する。領域１６０２の単位画素２００と領域１６０３の単位画素２００と領域１６０４の単位画素２００は、同一の行に設けられる。垂直ＯＢ領域８０１と開口領域８０３は、それぞれ、信号Ｐａ又はＰｂが読み出される行と、混合像信号Ｐａｂが読み出される行とを有する。
【００６６】
本実施形態では、像信号Ｐａ及び像信号Ｐｂは、全行の水平ＯＢ領域８０２から出力されることになり、ＯＢクランプ処理で多くの画素数のデータを使用できるので、ＯＢクランプ処理の精度を向上することができる。また、開口領域８０３では、像信号Ｐａｂを出力する行では、必ず水平ＯＢ領域８０２でも像信号Ｐａｂを出力するようにできる。そのため、像信号Ｐａｂに対する補正精度をより向上し、水平ＯＢ領域８０２の信号を参照して他の補正も行うような場合には、その補正に対する影響も低減することができる。
【００６７】
領域１６０２，１６０３，１６０４の単位画素２００の数は、互いに異なっていてもよい。例えば、像信号Ｐａ及びＰｂはＯＢクランプ処理にしか使用せず、混合像信号Ｐａｂは他の補正処理にも使用する場合などには、混合像信号Ｐａｂの単位画素２００の数を多くとることで、その補正処理の精度向上を図ることができる。
【００６８】
なお、開口領域８０３が領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉである行においては、像信号Ｐａを読み出す期間と像信号Ｐｂを読み出す期間とで、同一行に対し、２回分の読み出し動作が行われる。その行の領域１６０２では、像信号Ｐａが２回読み出されることになるため、１回目の読み出しと２回目の読み出しでは暗電流成分が大きく異なる可能性がある。像信号Ｐｂを読み出す領域１６０３についても同様である。このため、このような行の２回目の読み出し時には、領域１６０２及び１６０３の信号をＯＢクランプ処理に用いないようにしてもよい。
【００６９】
また、垂直ＯＢ領域８０１は、第３の実施形態と同様の構成にするものとして説明したが、垂直ＯＢ領域８０１においても領域１６０２〜１６０４のように、水平方向に領域を分割してもよい。その場合の配置例を図１９に示す。垂直ＯＢ領域８０１は、３個の領域１７０１〜１７０３に分割される。垂直ＯＢ領域８０１内の領域１７０１〜１７０３は、それぞれ、領域１６０２〜１６０４に対応し、像信号Ｐａ、Ｐｂ又はＰａｂを読み出す領域である。領域１７０１は、像信号Ｐａを読み出す領域である。領域１７０２は、像信号Ｐｂを読み出す領域である。領域１７０３は、像信号Ｐａｂを読み出す領域である。領域１７０１〜１７０３の単位画素２００の数の配分は、領域１６０１〜１６０３とは異なるようにしてもよい。垂直ＯＢ領域８０１でのＯＢクランプ処理では暗電流成分を引き込まなければならず、また行数も水平ＯＢ領域８０２より少ないため、１行当たりのデータ数を水平ＯＢ領域８０２よりも増やすことが望ましい。
【００７０】
垂直ＯＢ領域８０１は、領域１７０１と領域１７０２と領域１７０３を有する。領域１７０１は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線を介して接続され、フォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続されない第４の単位画素２００を有する。領域１７０２は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続され、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線を介して接続されない第５の単位画素２００を有する。領域１７０３は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線とフォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続される第６の単位画素２００を有する。領域１７０１の単位画素２００と領域１７０２の単位画素２００と領域１７０３の単位画素２００は、同一の行に設けられる。
【００７１】
（第５の実施形態）
第４の実施形態では、各行の水平ＯＢ領域８０２に、像信号Ｐａのみを読み出す領域１６０２と像信号Ｐｂのみを読み出す領域１６０３をそれぞれ設けた。この構成では、撮像素子１０６のチップ面積が増大し、コストアップに繋がってしまう。そこで、本発明の第５の実施形態では、像信号Ｐａを読み出す領域と像信号Ｐｂを読み出す領域を行毎に排他的に設けることで、チップ面積の増大を抑制する構成について説明する。
【００７２】
図２０は、本発明の第５の実施形態による画素領域ＰＡの各部からの像信号Ｐａ、Ｐｂ及びＰａｂの読み出しの一例を示す図である。水平ＯＢ領域８０２では、像信号Ｐａのみを読み出す領域１８０２と、像信号Ｐｂのみを読み出す領域１８０３とを行毎に交互に配置する。それ以外は、第４の実施形態と同じである。
【００７３】
水平ＯＢ領域８０２は、領域１８０２と領域１８０３と領域１８０４を有する。領域１８０２は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線を介して接続され、フォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続されない第１の単位画素２００を有する。領域１８０３は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続され、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線を介して接続されない第２の単位画素２００を有する。領域１８０４は、垂直走査回路１６０１に対して、フォトダイオード６０１ａの読み出し制御信号ｔｘａの配線とフォトダイオード６０１ｂの読み出し制御信号ｔｘｂの配線を介して接続される第３の単位画素２００を有する。水平ＯＢ領域８０２は、領域１８０２の単位画素２００と領域１８０４の単位画素２００を含む行と、領域１８０３の単位画素２００と領域１８０４の単位画素２００を含む行とを有する。
【００７４】
以上、第１〜第５の実施形態について説明したが、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。上述の説明において、領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉにおいては、副画素ａの像信号Ｐａと副画素ｂの像信号Ｐｂを読み出す構成として説明したが、これに限られるものではない。例えば、副画素ａの像信号Ｐａと、副画素ａ及び副画素ｂの信号を混合した像信号Ｐａｂを読み出すようにしてもよい。この場合、副画素ａの像信号Ｐａを読み出した後、副画素ａの信号と副画素ｂの信号をＦＤ部６０３で混合した像信号Ｐａｂを読み出す。
【００７５】
また、水平ＯＢ領域８０２のみを領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉとする行と、水平ＯＢ領域８０２と開口領域８０３を共に領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉとする行の比率についても、上述の説明のように均等である必要はない。例えば、水平ＯＢ領域８０２のみを領域Ｒｅｇｉｏｎ＿ｉとする行を多く配置してもよい。また、それぞれの配置周期についても等間隔である必要はなく、自由に配置することが可能である。
【００７６】
また、ＯＢクランプ処理部１１００は、ＡＦＥ１０７の内部に配置されるものとして説明したが、これに限られるものではなく、例えば、撮像素子１０６の内部に配置してもよい。撮像素子１０６は、ＡＤ変換機能を含むデジタル出力タイプのセンサで構成してもよい。
【００７７】
なお、上記実施形態は、何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】
【００７８】
１００  撮像装置、５０１  垂直走査回路、ＰＡ  画素領域、８０１  垂直ＯＢ領域、８０２  水平ＯＢ領域、８０３  開口領域、１１０６  補正部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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