(57)【要約】【課題】焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制しうる固体撮像装置及びその駆動方法を提供する。【解決手段】複数の画素行を構成する複数の画素と、画素行ごとに、光電変換部のリセット動作と、光電変換部から保持部への電荷転送を含み、光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う走査回路と、を有する。複数の画素行は、複数の撮像行と複数の焦点検出行とを含み、走査回路は、複数の撮像行からの信号の後に複数の焦点検出行の信号が出力されるように、複数の撮像行の撮像走査と、複数の焦点検出行の焦点検出走査とを独立して実行する。走査回路は、複数の焦点検出行のそれぞれにおけるリセット動作が、当該リセット動作が行われる焦点検出行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する撮像行における電荷転送の期間に重ならないように、焦点検出走査を実行する。【選択図】図１０
2018186394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素行を構成するように配され、それぞれが、光電変換により電荷を生成する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のいずれかで生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部とを含む複数の画素と、
前記複数の画素に対して、前記画素行ごとに、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う走査回路と、を有し、
前記複数の画素行は、撮像信号を取得する複数の撮像行と、焦点検出用信号を取得する複数の焦点検出行と、を含み、
前記走査回路は、前記複数の撮像行からの信号の後に前記複数の焦点検出行の信号が出力されるように、前記複数の撮像行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う撮像走査と、前記複数の焦点検出行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う焦点検出走査とを独立して実行し、
前記複数の画素行は、少なくとも１つの画素行をそれぞれが含み、前記保持部を単位とする複数の単位画素行を構成し、
前記走査回路は、前記複数の焦点検出行のそれぞれにおける前記リセット動作が、当該リセット動作が行われる焦点検出行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する撮像行における、前記電荷転送の期間に重ならないように、前記焦点検出走査を実行する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記リセット動作が行われる前記焦点検出行の属する単位画素行の画素の保持部と、当該リセット動作が行われる前記焦点検出行の属する単位画素行の隣の単位画素行の画素の保持部とが、隣り合っている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記走査回路は、前記複数の焦点検出行のいずれかに対して前記リセット動作を行うリセット期間と、当該リセット動作が行われる焦点検出行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する撮像行に対して前記読み出し動作を行う読み出し期間とが一致している場合に、前記焦点検出行の前記リセット動作を、前記撮像行に属する前記画素の前記保持部の電位が固定されている期間に実行する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記複数の画素行は、隣り合う２つの画素行ごとに前記単位画素行を構成しており、それぞれの前記単位画素行を構成する前記２つの画素行のうちの一方に属する画素と他方に属する画素とが、前記保持部及び前記増幅部を共有している
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記走査回路は、前記複数の焦点検出行のそれぞれに対して前記リセット動作を行うリセット期間と、当該リセット動作が行われる焦点検出行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する撮像行に対して前記読み出し動作を行う読み出し期間とが一致しないように、前記焦点検出行の前記リセット期間をシフトする
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記走査回路は、前記複数の焦点検出行のうち、前記隣の単位画素行に属する撮像行の前記読み出し期間に前記リセット期間が一致する前記焦点検出行の前記リセット期間を選択的にシフトする
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記焦点検出行に対する前記リセット期間と、当該リセット動作が行われる焦点検出行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する撮像行に対する前記読み出し期間とが一致しないように、前記焦点検出行に属する前記画素の蓄積時間が、２水平期間に相当する間隔以上の間隔で設定されている
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項８】
隣り合う前記焦点検出行における前記リセット期間の間隔が、奇数行分に相当する間隔に設定されており、
前記焦点検出走査を実行するタイミングが、前記焦点検出行に対する前記リセット期間と、前記リセット動作が行われる焦点検出行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する撮像行に対する前記読み出し期間とが一致する焦点検出走査のタイミングに対して、奇数行分ずらしたタイミングに設定されている
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記走査回路は、前記複数の焦点検出行のうち最初に走査される前記焦点検出行よりも前の行に位置する前記撮像行の前記読み出し期間が完了した後に前記焦点検出走査が開始されるように、前記複数の焦点検出行の前記リセット期間を一律にシフトする
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記走査回路は、前記複数の焦点検出行のうち最後に走査される前記焦点検出行の前記リセット期間が完了した後に前記焦点検出行よりも後の行に位置する前記撮像行の前記読み出し期間が開始するように、前記複数の焦点検出行の前記リセット期間を一律にシフトする
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記焦点検出行の間引き率が、前記撮像行の間引き率の半分である
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記リセット期間及び前記読み出し期間は、走査する行を選択するための制御信号の間隔で規定される期間である
ことを特徴とする請求項３又は５記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記走査回路は、一の撮像行に対する前記読み出し動作と、他の撮像行に対する前記読み出し動作とを同時に実行し、前記一の撮像行に属する画素から読み出した画素信号と、前記他の撮像行に属する画素から読み出した画素信号とを、同じ出力線に出力する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記走査回路は、一の撮像行に対する前記読み出し動作と、他の撮像行に対する前記読み出し動作とを同時に実行し、前記一の撮像行に属する画素から読み出した画素信号と、前記他の撮像行に属する画素から読み出した画素信号とを、同じ列に配された別々の出力線に出力する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
少なくとも前記焦点検出行に属する前記複数の画素のうちの一部の画素の前記複数の光電変換部は、瞳分割された一部の光を光電変換する第１の光電変換部と、瞳分割された他の光を光電変換する第２の光電変換部とを含む
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
複数の画素行を構成するように配され、それぞれが、光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部とを含む複数の画素と、
前記複数の画素に対して、前記画素行ごとに、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う走査回路と、を有し、
前記複数の画素行は、撮像信号を取得する複数の撮像行と、焦点検出用信号を取得する複数の焦点検出行と、を含み、
前記走査回路は、前記複数の撮像行からの信号の後に前記複数の焦点検出行の信号が出力されるように、前記複数の撮像行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う撮像走査と、前記複数の焦点検出行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う焦点検出走査とを独立して実行し、
前記複数の画素行は、少なくとも１つの画素行をそれぞれが含み、前記保持部を単位とする複数の単位画素行を構成し、
前記走査回路は、前記複数の撮像行のそれぞれに対して前記読み出し動作が行われる際に、当該読み出し動作が行われる撮像行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する焦点検出行に対して前記リセット動作を行わないように、前記焦点検出走査を実行する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１７】
複数の画素行を構成するように配され、それぞれが、光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部とを含む複数の画素と、
前記複数の画素に対して、前記画素行ごとに、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う走査回路と、を有し、
前記複数の画素行は、撮像信号を取得する複数の撮像行と、焦点検出用信号を取得する複数の焦点検出行と、を含み、
前記複数の画素行は、複数の画素行をそれぞれが含み、前記複数の画素行の画素により共有された前記保持部を単位とする複数の単位画素行を構成し、
前記走査回路は、前記複数の撮像行からの信号の後に前記複数の焦点検出行の信号が出力されるように、前記複数の撮像行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う撮像走査と、前記複数の焦点検出行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う焦点検出走査とを独立して実行し、
前記走査回路は、第１の期間に、第１の単位画素行に含まれる撮像行に対する前記読み出し動作と、前記第１の単位画素行の隣の第２の単位画素行に含まれる焦点検出行に対する前記リセット動作とを並行して行い、
前記走査回路は、前記第１の期間において、前記第２の単位画素行に含まれる焦点検出行に対する前記リセット動作を終了した後に、前記第２の単位画素行に含まれる前記リセット部をオフにすることで前記第２の単位画素行に含まれる前記保持部をフローティングにする動作を行い、
前記走査回路は、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記第２の単位画素行に含まれる撮像行に対して前記読み出し動作を行う
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の前記画素から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１９】
移動体であって、
請求項１乃至１７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、固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラや電子スチルカメラなどの撮像システムにおいて、撮影時のフォーカス（ピント、焦点）調整を自動的に行うオートフォーカス（ＡＦ）機能が広く普及している。ＡＦ機能を備えた装置としては、撮像信号と焦点検出用信号との両方の取得が可能な撮像装置が知られている。特許文献１には、撮像用に行を間引いて走査する撮像走査と、焦点検出用に撮像走査で走査されていない行の少なくとも一部を走査する焦点検出走査とを行うことにより、撮像信号と焦点検出用信号との両方を取得する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２０１０−２１９９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、撮像走査と焦点検出走査とを実行することにより撮像信号と焦点検出用信号とを取得する撮像装置では、焦点検出行の動作に起因して、撮像行から読み出した撮像信号にノイズが重畳することがあった。
【０００５】
本発明の目的は、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制しうる固体撮像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】
【０００６】
本発明の一観点によれば、複数の画素行を構成するように配され、それぞれが、光電変換により電荷を生成する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のいずれかで生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部とを含む複数の画素と、前記複数の画素に対して、前記画素行ごとに、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う走査回路と、を有し、前記複数の画素行は、撮像信号を取得する複数の撮像行と、焦点検出用信号を取得する複数の焦点検出行と、を含み、前記走査回路は、前記複数の撮像行からの信号の後に前記複数の焦点検出行の信号が出力されるように、前記複数の撮像行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う撮像走査と、前記複数の焦点検出行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う焦点検出走査とを独立して実行し、前記複数の画素行は、少なくとも１つの画素行をそれぞれが含み、前記保持部を単位とする複数の単位画素行を構成し、前記走査回路は、前記複数の焦点検出行のそれぞれにおける前記リセット動作が、当該リセット動作が行われる焦点検出行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する撮像行における、前記電荷転送の期間に重ならないように、前記焦点検出走査を実行する固体撮像装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一観点によれば、複数の画素行を構成するように配され、それぞれが、光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部とを含む複数の画素と、前記複数の画素に対して、前記画素行ごとに、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う走査回路と、を有し、前記複数の画素行は、撮像信号を取得する複数の撮像行と、焦点検出用信号を取得する複数の焦点検出行と、を含み、前記走査回路は、前記複数の撮像行からの信号の後に前記複数の焦点検出行の信号が出力されるように、前記複数の撮像行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う撮像走査と、前記複数の焦点検出行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う焦点検出走査とを独立して実行し、前記複数の画素行は、少なくとも１つの画素行をそれぞれが含み、前記保持部を単位とする複数の単位画素行を構成し、前記走査回路は、前記複数の撮像行のそれぞれに対して前記読み出し動作が行われる際に、当該読み出し動作が行われる撮像行の属する単位画素行の隣の単位画素行に属する焦点検出行に対して前記リセット動作を行わないように、前記焦点検出走査を実行する固体撮像装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の更に他の一観点によれば、複数の画素行を構成するように配され、それぞれが、光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を保持する保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に基づく画素信号を出力する増幅部と、前記光電変換部をリセットするリセット部とを含む複数の画素と、前記複数の画素に対して、前記画素行ごとに、前記画素の前記光電変換部のリセット動作と、前記光電変換部で生じた電荷を前記保持部へ転送する電荷転送を含み、前記光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号の読み出し動作とを行う走査回路と、を有し、前記複数の画素行は、撮像信号を取得する複数の撮像行と、焦点検出用信号を取得する複数の焦点検出行と、を含み、前記複数の画素行は、複数の画素行をそれぞれが含み、前記複数の画素行の画素により共有された前記保持部を単位とする複数の単位画素行を構成し、前記走査回路は、前記複数の撮像行からの信号の後に前記複数の焦点検出行の信号が出力されるように、前記複数の撮像行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う撮像走査と、前記複数の焦点検出行に対して前記リセット動作および前記読み出し動作を行う焦点検出走査とを独立して実行し、前記走査回路は、第１の期間に、第１の単位画素行に含まれる撮像行に対する前記読み出し動作と、前記第１の単位画素行の隣の第２の単位画素行に含まれる焦点検出行に対する前記リセット動作とを並行して行い、前記走査回路は、前記第１の期間において、前記第２の単位画素行に含まれる焦点検出行に対する前記リセット動作を終了した後に、前記第２の単位画素行に含まれる前記リセット部をオフにすることで前記第２の単位画素行に含まれる前記保持部をフローティングにする動作を行い、前記走査回路は、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記第２の単位画素行に含まれる撮像行に対して前記読み出し動作を行う固体撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制し、画質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態による固体撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。
【図３】第１実施形態による固体撮像装置における撮像光学系の概念図である。
【図４】第１実施形態による固体撮像装置の垂直走査回路の構成例を示す図である。
【図５】第１実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行の動作を示す模式図（その１）である。
【図６】撮像走査及びＡＦ走査のタイミングを示す模式図（その１）である。
【図７】撮像走査及びＡＦ走査のタイミングを示す模式図（その２）である。
【図８】リセット動作、撮像行の読み出し動作及びＡＦ行の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図９】第１実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行の動作を示す模式図（その２）である。
【図１０】参考例による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図１１】第１実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図１２】第１実施形態の変形例による固体撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。
【図１３】第２実施形態による固体撮像装置におけるカラーフィルタの配置例を示す概略図である。
【図１４】第２実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行の動作を示す模式図（その１）である。
【図１５】第２実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行の動作を示す模式図（その２）である。
【図１６】第２実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図１７】第３実施形態による固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図１８】第３実施形態による固体撮像装置の垂直走査回路の構成例を示す図である。
【図１９】第３実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行の動作を示す模式図である。
【図２０】第３実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図２１】第４実施形態による固体撮像装置におけるカラーフィルタの配置例を示す概略図である。
【図２２】全画素読み出しモードにおける各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【図２３】参考例による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【図２４】第４実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【図２５】第４実施形態の変形例による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【図２６】第５実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【図２７】第６実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図（その１）である。
【図２８】第６実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図（その２）である。
【図２９】第７実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【図３０】第８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３１】第９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】
【００１１】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図１乃至図１２を用いて説明する。
【００１２】
はじめに、本実施形態による固体撮像装置の構造について、図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、第１実施形態による固体撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。図３は、本実施形態による固体撮像装置における撮像光学系の概念図である。図４は、本実施形態による固体撮像装置の垂直走査回路の構成例を示す図である。
【００１３】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図１に示すように、画素領域１０と、垂直走査回路２０と、列読み出し回路３０と、水平走査回路４０と、出力回路５０と、制御回路６０とを有している。
【００１４】
画素領域１０には、複数行及び複数列に渡ってマトリクス状に配された複数の単位画素１２が設けられている。図１には、単位画素行Ｖ１から単位画素行Ｖｎまでのｎ個の単位画素行を含む画素領域１０を示している。それぞれの単位画素行は、行方向に１列に配された複数の単位画素１２を含む。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。また、画素領域１０には、撮像信号や焦点検出用信号を検出する単位画素１２のほかに、遮光されたオプティカルブラック画素や信号を出力しないダミー画素等の他の画素（図示せず）が配置されていてもよい。
【００１５】
画素領域１０の画素アレイの各単位画素行には、第１の方向（図１において横方向、一例では水平方向）に延在して、制御信号線１４が配されている。制御信号線１４は、第１の方向に並ぶ単位画素１２にそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。本明細書では、制御信号線１４の延在する第１の方向を、行方向と表記することがある。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、一例では垂直方向）に延在して、垂直出力線１６が配されている。垂直出力線１６は、第２の方向に並ぶ単位画素１２にそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。本明細書では、垂直出力線の延在する第２の方向を、列方向と表記することがある。
【００１６】
各単位画素行の制御信号線１４は、垂直走査回路２０に接続されている。垂直走査回路２０は、単位画素１２から画素信号を読み出す際に単位画素１２内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、制御信号線１４を介して単位画素１２に供給する回路部である。各列の垂直出力線１６の一端は、列読み出し回路３０に接続されている。単位画素１２から読み出された画素信号は、垂直出力線１６を介して列読み出し回路３０に入力される。列読み出し回路３０は、単位画素１２から読み出された画素信号に対して所定の信号処理、例えば増幅処理やＡＤ変換処理等の信号処理を実施する回路部である。列読み出し回路３０は、差動増幅回路、サンプルホールド回路、ＡＤ変換回路等を含み得る。
【００１７】
水平走査回路４０は、列読み出し回路３０で処理された画素信号を列毎に順次、出力回路５０に転送するための制御信号を、列読み出し回路３０に供給する回路部である。出力回路５０は、バッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列読み出し回路３０から読み出された画素信号を固体撮像装置１００の外部の信号処理部に出力するための回路部である。制御回路６０は、垂直走査回路２０、列読み出し回路３０、水平走査回路４０及び出力回路５０の動作やその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。制御回路６０は、垂直走査回路２０、列読み出し回路３０、水平走査回路４０及び出力回路５０の動作やそのタイミングを制御する制御信号の少なくとも一部は、固体撮像装置１００の外部から供給してもよい。
【００１８】
それぞれの単位画素１２は、例えば図２に示す回路により構成され得る。図２に示す単位画素１２は、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２と、転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１，ＭＡ２，ＭＢ２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とを含む。
【００１９】
光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２は、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＤＡ１は、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＭＡ１のソースに接続されている。光電変換部ＤＢ１は、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＭＢ１のソースに接続されている。光電変換部ＤＡ２は、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＭＡ２のソースに接続されている。光電変換部ＤＢ２は、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＭＢ２のソースに接続されている。
【００２０】
転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１，ＭＡ２，ＭＢ２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ＭＡ１，ＭＢ１，ＭＡ２，ＭＢ２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、いわゆるフローティングディフュージョン（ＦＤ）ノードである。ＦＤノードが有する容量成分は、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２から転送される電荷の保持部として機能するとともに、電荷電圧変換部としても機能する。
【００２１】
リセットトランジスタＭ３のドレイン及び増幅トランジスタＭ４のドレインは、電源電圧ＶＤＤを供給する電源電圧線に接続されている。増幅トランジスタＭ４のソースは、選択トランジスタＭ５のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ５のソースは、垂直出力線１６に接続されている。垂直出力線１６の他端には、電流源１８が接続されている。
【００２２】
図２に示す単位画素１２の場合、制御信号線１４は、転送ゲート信号線ＴＸＡ１，ＴＸＢ１，ＴＸＡ２，ＴＸＢ２、リセット信号線ＲＥＳ、選択信号線ＳＥＬを含む。転送ゲート信号線ＴＸＡ１は、転送トランジスタＭＡ１のゲートに接続される。転送ゲート信号線ＴＸＢ１は、転送トランジスタＭＢ１のゲートに接続される。転送ゲート信号線ＴＸＡ２は、転送トランジスタＭＡ２のゲートに接続される。転送ゲート信号線ＴＸＢ２は、転送トランジスタＭＢ２のゲートに接続される。リセット信号線ＲＥＳは、リセットトランジスタＭ３のゲートに接続される。選択信号線ＳＥＬは、選択トランジスタＭ５のゲートに接続される。
【００２３】
光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２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ＭＡ１は、オンすることにより光電変換部ＤＡ１の電荷をＦＤノードに転送する。転送トランジスタＭＢ１は、オンすることにより光電変換部ＤＢ１の電荷をＦＤノードに転送する。転送トランジスタＭＡ２は、オンすることにより光電変換部ＤＡ２の電荷をＦＤノードに転送する。転送トランジスタＭＢ２は、オンすることにより光電変換部ＤＢ２の電荷をＦＤノードに転送する。転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１，ＭＡ２，ＭＢ２は、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２の電荷をＦＤノードに転送する電荷転送部を構成する。
【００２４】
ＦＤノードは、その容量による電荷電圧変換によって、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２から転送された電荷の量に応じた電圧となる。増幅トランジスタＭ４は、ドレインに電源電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ５を介して電流源１８からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ４は、ＦＤノードの電圧に基づく信号を、選択トランジスタＭ５を介して垂直出力線１６に出力する。リセットトランジスタＭ３は、オンすることによりＦＤノードを電源電圧ＶＤＤに応じた電圧にリセットする。この際、転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１，ＭＡ２，ＭＢ２がオンすることにより、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２のリセットも可能である。リセットトランジスタＭ３は、転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１，ＭＡ２，ＭＢ２とともに、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２をリセットするリセット部を構成する。
【００２５】
光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１の光入射方向には共通のマイクロレンズＭＬ１が配されており、瞳分割された光が光電変換部ＤＡ１と光電変換部ＤＢ１とにそれぞれ入射するようになっている。例えば、図３に示すように、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１の上にはカラーフィルタＣＦ及びマイクロレンズＭＬ１が配されている。撮像レンズの瞳７０を通過した光は、マイクロレンズＭＬ１及びカラーフィルタＣＦを通過して、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１へと入射する。このとき、光電変換部ＤＡ１には、撮像レンズの瞳７０のうちの一部の瞳領域７２ａを通過した光束が入射するようになっている。また、光電変換部ＤＢ１には、撮像レンズの瞳７０のうちの他の一部の瞳領域７２ｂを通過した光束が入射するようになっている。光電変換部ＤＡ１により取得される被写体像をＡ像、光電変換部ＤＢ１により取得される被写体像をＢ像とすると、Ａ像とＢ像との相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。すなわち、位相差方式の焦点検出が可能になる。また、光電変換部ＤＡ１で生成された電荷に基づく信号と、光電変換部ＤＢ１で生成された電荷に基づく信号とを合算した信号は、撮像信号として利用可能である。
【００２６】
同様に、光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２の光入射方向には共通のマイクロレンズＭＬ２が配されており、瞳分割された光が光電変換部ＤＡ２と光電変換部ＤＢ２とにそれぞれ入射するようになっている。このように構成することで、光電変換部ＤＡ２で生成された電荷に基づく信号と、光電変換部ＤＢ２で生成された電荷に基づく信号とを用いて、位相差方式の焦点検出が可能である。また、光電変換部ＤＡ２で生成された電荷に基づく信号と、光電変換部ＤＢ２で生成された電荷に基づく信号とを合算した信号は、撮像信号として利用可能である。
【００２７】
一例では、光電変換部ＤＡ１と光電変換部ＤＢ１とは、行方向に並べて配置される。また、光電変換部ＤＡ２と光電変換部ＤＢ２とは、行方向に並べて配置される。光電変換部ＤＡ１及び光電変換部ＤＢ１（マイクロレンズＭＬ１）と、光電変換部ＤＡ２及び光電変換部ＤＢ２（マイクロレンズＭＬ２）とは、列方向に並べて配置される。
【００２８】
なお、光電変換部ＤＡ１と光電変換部ＤＢ１、光電変換部ＤＡ２と光電変換部ＤＢ２は、列方向に並べて配置されていてもよい。また、光電変換部ＤＡ１及び光電変換部ＤＢ１（マイクロレンズＭＬ１）と、光電変換部ＤＡ２及び光電変換部ＤＢ２（マイクロレンズＭＬ２）とは、行方向に並べて配置されていてもよい。
【００２９】
光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１と光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２とは、互いに異なるマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２を通過した光に基づく信号を出力するものであり、互いに異なる画素の要素でもある。換言すると、それぞれの単位画素１２は、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１を含む瞳分割画素と、光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２を含む瞳分割画素とを有している。光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１を含む画素と、光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２を含む画素とは、ＦＤノード、リセットトランジスタＭ３、増幅トランジスタＭ４及び選択トランジスタＭ５を共有している。また、それぞれの単位画素行は、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１を含む画素が複数配された画素行と、光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２を含む画素が複数配された画素行との２つの画素行を有するといえる。この場合、画素領域１０の画素アレイに含まれる画素行の数は、２ｎ行となる。１つの単位画素行に属する画素のうち、同じ列に配された光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１を含む画素と光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２を含む画素とは、保持部（ＦＤノード）を共有している。換言すると、複数の画素行は、保持部を単位とする複数の単位画素行を構成している。
【００３０】
以下の説明において、単位画素１２の２つの画素を区別する必要のない場合には、光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１又は光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２を、光電変換部ＤＡ，ＤＢと表記することがある。また、転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１又は転送トランジスタＭＡ２，ＭＢ２を、転送トランジスタＭＡ，ＭＢと、表記することがある。
【００３１】
図４は、垂直走査回路２０の任意の第ｍ行の駆動に関わる部分の構成を示す回路図である。なお、図４の説明における１行の単位は、単位画素行ではなく、画素行である。
【００３２】
垂直走査回路２０は、図４に示すように、デコーダ部２２と、画素領域１０の画素行毎に設けられた走査回路部２４とを有している。走査回路部２４は、論理生成部２６と、論理生成部２６の出力信号や外部信号に応じて単位画素１２の制御信号を生成する論理回路とを有している。
【００３３】
制御回路６０は、デコーダ部２２及び走査回路部２４に、所定の制御信号を供給する。デコーダ部２２は、制御回路６０から供給された制御信号をもとに行アドレスを選択する。例えば、第ｍ行目の走査回路部２４には、デコーダ部２２からデコーダ信号ＤＥＣ［ｍ］が供給される。制御回路６０から総ての行の走査回路部２４に供給される複数の制御信号のうち、一定の間隔で行の選択を行うための行選択ラッチパルスは、共通配線から各行の走査回路部２４へと供給される。
【００３４】
論理生成部２６は、デコーダ部２２から供給されるデコーダ信号ＤＥＣ［ｍ］と制御回路６０から供給される行選択ラッチパルスとに応じて、配線１１１に行選択信号を出力する。走査回路部２４は、この行選択信号と外部ＰＳＥＬ信号との論理積をとり、選択信号線ＳＥＬに供給される制御信号φＳＥＬ［ｍ］を生成する。
【００３５】
また、論理生成部２６は、デコーダ信号ＤＥＣ［ｍ］と行選択ラッチパルスとに応じて、配線１１２にリセット信号を出力する。走査回路部２４は、このリセット信号と外部ＰＲＥＳＢ信号との否定論理積をとり、リセット信号線ＲＥＳに供給される制御信号φＲＥＳ［ｍ］を生成する。ここで、配線１１２に出力されるリセット信号は、配線１１１に出力される選択信号のトリガとなる行選択ラッチパルスよりも１周期前の行選択ラッチパルスのタイミングでハイレベルとなる。つまり、制御信号φＳＥＬ［ｍ］の生成よりも１行先立って制御信号φＲＥＳ［ｍ］が生成される。これは、ＦＤノードを共有する複数の画素行を読み出す場合に、これら複数の画素行で読み出し直前のＦＤノードのリセット状態を揃えるためである。
【００３６】
これを実現するための動作として、ＦＤノードを共有する画素の読み出し動作においては、総ての画素で読み出しの１水平期間前にリセット動作（以下、「予備選択動作」と呼ぶ）を行っている。なお、１水平期間は、リセット動作や読み出し動作が行われる単位期間であり、行選択ラッチパルスの間隔で規定される。
【００３７】
また、本構成では、外部から入力される外部ＰＲＥＳＢ信号として、反転パルスを例示している。この場合、外部ＰＲＥＳＢ信号がハイレベルとなる期間で、予備選択動作用の信号が配線１１２に入力されたとき及び行選択信号が配線１１１に入力されたときに、制御信号φＲＥＳ［ｍ］がローレベルになる。これにより、予備選択動作及び信号読み出し動作が可能となる。
【００３８】
また、論理生成部２６は、デコーダ信号ＤＥＣ［ｍ］と行選択ラッチパルスとに応じて、配線１１３，１１４にそれぞれシャッタ動作用信号を出力する。走査回路部２４は、配線１１３に出力されたシャッタ動作用信号と外部ＰＴＸＡ信号との論理積をとり、制御信号φＴＸＡ［ｍ］を生成する。また、走査回路部２４は、配線１１４に出力されたシャッタ動作用信号と外部ＰＴＸＢ信号との論理積をとり、制御信号φＴＸＢ［ｍ］を生成する。
【００３９】
なお、外部ＰＳＥＬ信号、外部ＰＲＥＳＢ信号、外部ＰＴＸＡ信号及び外部ＰＴＸＢ信号は、制御回路６０から供給してもよい。
【００４０】
次に、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法について、図５乃至図１１を用いて説明する。図５及び図９は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行の動作を示す模式図である。図６及び図７は、撮像走査及びＡＦ走査のタイミングを示す模式図である。図８は、リセット動作、撮像行の読み出し動作及びＡＦ行の読み出し動作を示すタイミングチャートである。図１０は、参考例による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図１１は、第１実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００４１】
図５は、画素領域１０を構成する単位画素行Ｖ１から単位画素行Ｖｎのうち、単位画素行Ｖ１から単位画素行Ｖ９までの動作を模式的に示したものである。それぞれの単位画素行は、前述の通り、２つの画素行を含む。ここでは、それぞれの単位画素行の符号に枝番を付し、これらに属する２つの画素行を区別するものとする。例えば、単位画素行Ｖ１に含まれる２つの画素行については、「Ｖ１−１」、「Ｖ１−２」と表記している。単位画素行Ｖ２以降についても同様である。
【００４２】
本実施形態による固体撮像装置の駆動方法では、画素行を単位として３行周期で所定の動作を行うものとする。すなわち、画素行Ｖ１−１，Ｖ２−２，Ｖ４−１，Ｖ５−２，Ｖ７−１，Ｖ８−２は、撮像用の信号を取得する行（以下、「撮像行」と呼ぶ）である。画素行Ｖ１−２，Ｖ３−１，Ｖ４−２，Ｖ６−１，Ｖ７−２，Ｖ９−１は、信号を読み出さない行（以下、「非読み出し行」と呼ぶ）である。画素行Ｖ２−１，Ｖ３−２，Ｖ５−１，Ｖ６−２，Ｖ８−１，Ｖ９−２は、焦点検出用の信号を取得する焦点検出行（以下、「ＡＦ行」と呼ぶ）である。撮像走査及びＡＦ走査における画素行の間引き率は、いずれも１／３である。なお、画素行の間引き率とは、総ての画素行に対する読み出し動作を実行する画素行の割合である。例えば、画素行の間引き率が１／３である場合、３つの画素行当たり１つの画素行の読み出し動作が行われることを意味する。
【００４３】
図６及び図７は、撮像走査及びＡＦ走査のタイミングを示す模式図である。図６及び図７において、横軸は時間であり、縦軸は行走査方向を示している。
【００４４】
各画素行における動作は、リセット動作（「シャッタ動作」とも言う）と、読み出し動作とを含む。リセット動作は、光電変換部ＤＡ，ＤＢの電荷をリセットする動作である。光電変換部ＤＡ，ＤＢをリセットすることで電荷の蓄積が開始され、所定の蓄積時間の経過後、光電変換部ＤＡ，ＤＢの電荷をＦＤノードに転送することで電荷の蓄積期間が終了する。光電変換部ＤＡ，ＤＢからＦＤノードへの電荷の転送が、読み出し動作に対応する。この一連の動作は、撮像行及びＡＦ行において共通に行われる。
【００４５】
撮像行におけるリセット動作及び読み出し動作、ＡＦ行におけるリセット動作及び読み出し動作は、それぞれ行順次で行われる。各行のリセット動作と読み出し動作とのタイミングにより蓄積時間が決定される。このような駆動は、いわゆるローリングシャッター駆動である。
【００４６】
本明細書では、撮像行のリセット動作を行順次で行う一連の動作を、「撮像リセット走査」を呼ぶものとする。また、撮像行の読み出し動作を行順次で行う一連の動作を、「撮像リード走査」を呼ぶものとする。また、撮像リセット走査と撮像リード走査とを一括して「撮像走査」と呼ぶものとする。同様に、ＡＦ行のリセット動作を行順次で行う一連の動作を、「ＡＦリセット走査」を呼ぶものとする。また、ＡＦ行の読み出し動作を行順次で行う一連の動作を、「ＡＦリード走査」を呼ぶものとする。また、ＡＦリセット走査とＡＦリード走査とを一括して「焦点検出走査（ＡＦ走査）」と呼ぶものとする。
【００４７】
図８は、１つの画素行における基本的な動作を示すタイミングチャートである。図８（ａ）は撮像行及びＡＦ行におけるリセット動作を示し、図８（ｂ）は撮像行における読み出し動作を示し、図８（ｃ）はＡＦ行における読み出し動作を示している。
【００４８】
リセット動作では、図８（ａ）に示すように、制御信号φＳＥＬがローレベル、制御信号φＲＥＳがハイレベルの状態で、垂直走査信号φＶに応じた所定のタイミングで制御信号φＴＸＡ，φＴＸＢをハイレベルにする。これにより、転送トランジスタＭＡ，ＭＢがオンになり、光電変換部ＤＡ，ＤＢが電源電圧ＶＤＤに応じた所定の電位にリセットされる。
【００４９】
撮像行の読み出し動作では、図８（ｂ）に示すように、垂直走査信号φＶに応じた所定のタイミングで制御信号φＳＥＬをハイレベルにして、選択トランジスタＭ５をオンにする。その際、制御信号φＲＥＳはハイレベルであり、ＦＤノードはリセットされている。制御信号φＲＥＳをローレベルにした後、制御信号φＳＨｎをハイレベルにすることで、選択トランジスタＭ５を介して垂直出力線１６に出力されたリセット信号を、Ｎ信号用のサンプルホールド容量に保持する。制御信号φＳＨｎは、Ｎ信号用のサンプルホールド容量の接続と非接続とを制御するスイッチの制御信号である。次いで、制御信号φＴＸＡ，φＴＸＢを同時にハイレベルにし、光電変換部ＤＡ，ＤＢに蓄積された信号電荷をＦＤノードに転送する。その際、制御信号φＳＨｓをハイレベルにすることで、選択トランジスタＭ５を介して垂直出力線１６に出力された光信号を、Ｓ信号用のサンプルホールド容量に保持する。制御信号φＳＨｓは、Ｓ信号用のサンプルホールド容量の接続と非接続とを制御するスイッチの制御信号である。次いで、水平転送信号φＨを列毎に順次オンにして、サンプルホールド容量に保持されたＳ信号とＮ信号とを出力回路５０へと転送する。出力回路５０においてＳ信号とＮ信号との差分を算出して出力することで、Ｓ／Ｎ比の良好な画素信号を取得することができる。
【００５０】
ＡＦ行の読み出し動作では、図８（ｃ）に示すように、撮像行の読み出し動作と同様の手順で、制御信号φＴＸＡのみをハイレベルにする動作と、制御信号φＴＸＢのみをハイレベルにする動作とを別々に行う。これにより、焦点検出用信号として、光電変換部ＤＡに蓄積された信号電荷のみに基づくＡ像信号と、光電変換部ＤＢに蓄積された信号電荷のみに基づくＢ像信号とを、別々に取得することができる。
【００５１】
前述のように、リセット動作では制御信号φＳＥＬがローレベルであり、画素信号は垂直出力線１６に出力されない。したがって、リセット動作と読み出し動作とは、同じタイミングで行うことが可能である。
【００５２】
本実施形態の駆動方法において、撮像走査とＡＦ走査とは独立して実行する。図６及び図７において、撮像行のリセット動作のタイミングから読み出し動作のタイミングまでの期間が、撮像行における電荷の蓄積時間である。同様に、ＡＦ行のリセット動作のタイミングから読み出し動作のタイミングまでの期間が、ＡＦ行における電荷の蓄積時間である。なお、図６及び図７には、撮像行の読み出しを行った後にＡＦ行の読み出しを行う例を示しているが、ＡＦ行の読み出しを行った後に撮像行の読み出しを行ってもよい。
【００５３】
図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示したように、ＡＦ行の読み出し動作に必要な時間は、撮像行の読み出し動作に必要な時間よりも長くなる。典型的には、撮像行の読み出し動作には１水平期間を要するのに対して、ＡＦ行の読み出し動作には２水平期間を要する。このため、例えば図５に示すように撮像走査とＡＦ走査とを同じ画素行周期で行うような場合、ＡＦリセット走査及びＡＦリード走査を示す直線の傾きは、図６及び図７に示すように、撮像リセット走査及び撮像リード走査を示す直線の傾きよりも緩やかになる。
【００５４】
したがって、例えば図６の場合よりも撮像行及びＡＦ行の蓄積時間を短くしたような場合、図７に示すように、撮像リード走査を示す直線とＡＦリセット走査を示す直線とが交差する場合が生じうる。すなわち、近接する画素行において、撮像行の読み出し動作のタイミングとＡＦ行のリセット動作のタイミングとが一致する場合が生じうる。なお、撮像行及びＡＦ行の蓄積時間は、例えば、読み出し動作のタイミングを固定して、リセット動作のタイミングを調整することにより、制御される。
【００５５】
撮像リード走査を示す直線の傾き及びＡＦリセット走査を示す直線の傾きは、撮像行の間引き率及びＡＦ行の間引き率等によっても変化するため、これら直線が交差する原因は、蓄積時間の設定条件だけではない。
【００５６】
図９は、撮像リード走査を示す直線とＡＦリセット走査を示す直線とが交差する状態を、より具体的に示した模式図である。図９において縦方向は、図５と同様の画素行Ｖ１−１〜Ｖ９−２を示している。撮像行、非読み出し行、ＡＦ行の繰り返し周期も、図５の場合と同様である。図９において横方向は時間軸であり、走査する行を選択するための制御信号、すなわち行選択ラッチパルスの間隔（１水平期間）を基準単位として、期間Ｈ１、期間Ｈ２、…、期間Ｈ１０を定義している。
【００５７】
例えば、撮像行である画素行Ｖ１−１の画素は、期間Ｈ１，Ｈ２が信号電荷を蓄積する期間（蓄積状態）であり、期間Ｈ３が撮像信号の読み出し動作を行う期間であり、期間Ｈ４から期間Ｈ１０が信号電荷となる電荷を蓄積しない期間（非蓄積状態）である。また、ＡＦ行である画素行Ｖ２−１の画素は、期間Ｈ１が光電変換部ＤＡ，ＤＢをリセットするリセット動作を行う期間であり、期間Ｈ２から期間Ｈ１０は蓄積状態である。本明細書では、リセット動作が実行される水平期間を「リセット期間」、読み出し動作が実行される水平期間を「読み出し期間」と表記することがある。なお、非読み出し行は、総ての期間が非蓄積状態である。
【００５８】
ここで、期間Ｈ５に着目すると、撮像行である画素行Ｖ４−１では読み出し動作が行われ、ＡＦ行である画素行５−１ではリセット動作が行われている。また、期間Ｈ６に着目すると、撮像行である画素行Ｖ５−２では読み出し動作が行われ、ＡＦ行である画素行６−２ではリセット動作が行われている。すなわち、同じ期間において、撮像行に対する読み出し動作と、ＡＦ行に対するリセット動作とが並行して行われている。
【００５９】
図１０は、画素行Ｖ４−１，Ｖ４−２，Ｖ５−１，Ｖ５−２，Ｖ６−１，Ｖ６−２の期間Ｈ５及び期間Ｈ６における動作を示すタイミングチャートの一例である。
【００６０】
図１０では、単位画素行Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の選択トランジスタＭ５を駆動する制御信号を、それぞれφＳＥＬ４，φＳＥＬ５，φＳＥＬ６で表している。また、単位画素行Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６のリセットトランジスタＭ３を駆動する制御信号を、それぞれφＲＥＳ４，φＲＥＳ５，φＲＥＳ６で表している。また、画素行Ｖ４−１，Ｖ５−１，Ｖ６−１の転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１を駆動する制御信号を、それぞれφＴＸ４−１，φＴＸ５−１，φＴＸ６−１で表している。また、画素行Ｖ４−２，Ｖ５−２，Ｖ６−２の転送トランジスタＭＡ２，ＭＢ２を駆動する制御信号を、それぞれφＴＸ４−２，φＴＸ５−２，φＴＸ６−２で表している。なお、各画素行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢは、ＡＦ行の読み出し動作では図８（ｃ）に示したように別々のタイミングで動作されるが、図１０に示す範囲の動作では同じタイミングで動作されるため、図１０には１つの信号として表している。
【００６１】
行選択ラッチパルスは、図４を用いて説明した通り、制御回路６０から垂直走査回路２０に供給される。そして、垂直走査回路２０の内部において、行選択ラッチパルスとセンサの外部から供給される外部ＰＳＥＬ信号との論理をとり、各行の選択を行う。そのため、ここでは行選択ラッチパルスの立ち上がりを基準として、行選択ラッチパルスの間の期間をそれぞれ、期間Ｈ５、期間Ｈ６、期間Ｈ７と定義している。すなわち、図１０において、時刻ｔ０から時刻ｔ７までの期間が期間Ｈ５であり、時刻ｔ７から時刻ｔ１５までの期間が期間Ｈ６であり、時刻ｔ１５以降が期間Ｈ７である。
【００６２】
時刻ｔ０において、制御信号φＲＥＳ４，φＲＥＳ５，φＲＥＳ６はハイレベルになっており、単位画素行Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６のＦＤノードは、リセット状態である。
【００６３】
時刻ｔ１において、垂直走査回路２０により制御信号φＳＥＬ４がハイレベルに制御されることで、単位画素行Ｖ４の選択トランジスタＭ５がオンとなり、単位画素行Ｖ４の単位画素１２から垂直出力線１６への信号の読み出しが可能な状態となる。すなわち、単位画素行Ｖ４が選択される。
【００６４】
時刻ｔ３において、垂直走査回路２０により制御信号φＲＥＳ４がローレベルに制御されることで、単位画素行Ｖ４のＦＤノードのリセットが解除される。リセット解除後のＦＤノードの電圧に基づく画素信号は、リセット信号（Ｎ信号）として垂直出力線１６を介して出力される。
【００６５】
時刻ｔ４において、垂直走査回路２０により制御信号φＴＸ４−１がハイレベルに制御され、画素行Ｖ４−１の光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１に蓄積されている信号電荷が単位画素行Ｖ４のＦＤノードへと転送される。信号電荷の転送後のＦＤノードの電圧に基づく画素信号は、光信号（Ｓ信号）として垂直出力線１６を介して出力される。なお、画素行Ｖ４−２は非読み出し行のため、制御信号φＴＸ４−２はローレベルのまま維持される。
【００６６】
同じく時刻ｔ４において、垂直走査回路２０により制御信号φＴＸ５−１がハイレベルに制御され、画素行Ｖ５−１の光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１がリセットされる。すなわち、画素行Ｖ５−１のリセット動作が行われる。
【００６７】
時刻ｔ５において、垂直走査回路２０により制御信号φＲＥＳ４がハイレベルに制御されることで、単位画素行Ｖ４のＦＤノードの電位がリセットされる。
【００６８】
時刻ｔ６において、垂直走査回路２０により制御信号φＳＥＬ４がローレベルに制御されることで、単位画素行Ｖ４の選択トランジスタＭ５がオフとなり、単位画素行Ｖ４の単位画素１２が垂直出力線１６から切り離される。すなわち、単位画素行Ｖ４の選択が解除される。
【００６９】
時刻ｔ７から開始する期間Ｈ６では、まず、時刻ｔ８において、垂直走査回路２０により制御信号φＳＥＬ５がハイレベルに制御される。これにより、単位画素行Ｖ５の選択トランジスタＭ５がオンとなり、単位画素行Ｖ５の単位画素１２から垂直出力線１６への信号の読み出しが可能な状態となる。すなわち、単位画素行Ｖ５が選択される。
【００７０】
時刻ｔ１０において、垂直走査回路２０により制御信号φＲＥＳ５がローレベルに制御されることで、単位画素行Ｖ５のＦＤノードのリセットが解除される。リセット解除後のＦＤノードの電圧に基づく画素信号は、リセット信号（Ｎ信号）として垂直出力線１６を介して出力される。
【００７１】
時刻ｔ１１において、垂直走査回路２０により制御信号φＴＸ５−２がハイレベルに制御され、画素行Ｖ５−２の光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２に蓄積されている信号電荷が単位画素行Ｖ５のＦＤノードへと転送される。信号電荷の転送後のＦＤノードの電圧に基づく画素信号は、光信号（Ｓ信号）として垂直出力線１６を介して出力される。なお、画素行Ｖ５−１は非読み出し行のため、制御信号φＴＸ５−１はローレベルのまま維持される。
【００７２】
同じく時刻ｔ１１において、垂直走査回路２０により制御信号φＴＸ６−２がハイレベルに制御され、画素行Ｖ６−２の光電変換部ＤＡ２，ＤＢ２がリセットされる。すなわち、画素行Ｖ６−２のリセット動作が行われる。
【００７３】
時刻ｔ１２において、垂直走査回路２０により制御信号φＲＥＳ５がハイレベルに制御されることで、画素行Ｖ５−２の読み出し動作が終了する。
【００７４】
時刻ｔ１３において、垂直走査回路２０により制御信号φＳＥＬ５がローレベルに制御されることで、単位画素行Ｖ５の選択トランジスタＭ５がオフとなり、単位画素行Ｖ５の単位画素１２が垂直出力線１６から切り離される。すなわち、単位画素行Ｖ５の選択が解除される。
【００７５】
ここで、画素行Ｖ５−１のリセット動作について着目すると、リセット動作を実行する期間である期間Ｈ５の時刻ｔ３から時刻ｔ５の期間において、制御信号φＲＥＳ５はローレベルになっている。これは、期間Ｈ６における画素行Ｖ５−２の読み出し動作に先立って行われる前述の予備選択動作によるものである。そのため、時刻ｔ３から時刻ｔ５の期間において、単位画素行Ｖ５に属する単位画素１２のＦＤノードはフローティング状態になっている。この状態で光電変換部ＤＡ１，ＤＢ１をリセットするために制御信号φＴＸ５−１により転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１を動作すると、転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１のゲートと容量カップリングしているＦＤノードの電位が大きく変動する。
【００７６】
ＦＤノードの電位が変動すると、その変動が近接する単位画素１２のＦＤノードに伝わり、その電位までもが変動することがある。特に、近接する単位画素行が読み出し動作中の場合、ＦＤノードの電位の変動分がノイズとして画素信号に重畳し、画質を悪化する原因となる。図１０の駆動例では、単位画素行Ｖ５の隣の単位画素行Ｖ４の画素行Ｖ４−１が読み出し動作中であり、画素行Ｖ４−１に属する画素から出力される画素信号にノイズが重畳する懸念がある。ＦＤノードの電位の変動による影響は、読み出し行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングと、リセット行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとが重なっている場合に特に顕著である。
【００７７】
同様に、期間Ｈ６に着目すると、画素行Ｖ６−２はリセット動作を実行する期間であるところ、画素行Ｖ５−２は撮像行の読み出し動作を実行する期間である。このため、画素行Ｖ６−２のリセット動作に伴うＦＤノードの電位の変動が、画素行Ｖ５−２に属する画素から出力される画素信号に影響する懸念がある。
【００７８】
このような観点から、本実施形態では、撮像行における読み出し動作とＡＦ行におけるリセット動作とが同じ水平期間に実行される場合に、例えば図１１に示すタイミングチャートに従って、固体撮像装置を駆動する。
【００７９】
図１１に示すタイミングチャートは、リセット動作時における転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動タイミングが、図１０のタイミングチャートとは異なっている。すなわち、図１１では、ＡＦ行のリセット動作のタイミングと当該ＡＦ行の隣の撮像行に属する単位画素において光電変換部ＤＡ，ＤＢからＦＤノードへ電荷を転送する電荷転送期間とが重ならないように、ＡＦ行のリセット動作のタイミングをずらしている。本実施形態では、ＡＦ行のリセット動作が行われるリセット期間の中で、リセット動作のタイミングをずらしている。
【００８０】
具体的には、画素行Ｖ５−１の転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１の制御信号φＴＸ５−１をハイレベルにするタイミングが、図１０では時刻ｔ４から時刻ｔ５の間であるのに対し、図１１では時刻ｔ１から時刻ｔ３の間である。時刻ｔ３から時刻ｔ５の期間は制御信号φＲＥＳ５がローレベルでありＦＤノードはフローティング状態であるが、時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間は制御信号φＲＥＳ５がハイレベルでありＦＤノードは電源電圧ＶＤＤに応じた電位に固定されている。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間の時刻ｔ２に転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１を駆動する場合、ＦＤノードの電位の変動を抑制することができる。これにより、期間Ｈ５に読み出し動作中の画素行Ｖ４−１に属する画素から出力される画素信号に重畳するノイズを低減し、画質を向上することができる。
【００８１】
同様に、期間Ｈ６に画素行Ｖ６−２の転送トランジスタＭＡ２，ＭＢ２を駆動するタイミングを時刻ｔ８から時刻ｔ１０の間にすることで、画素行Ｖ５−２に属する画素から出力される画素信号に重畳するノイズを低減し、画質を向上することができる。
【００８２】
ＡＦ行のリセット動作のタイミングと、当該ＡＦ行の隣の撮像行に属する単位画素において光電変換部ＤＡ，ＤＢからＦＤノードへ電荷を転送する電荷転送期間とが重ならないＡＦ行においても同様に、ＡＦ行のリセット動作のタイミングをずらしてもよい。
【００８３】
なお、本実施形態では、予備選択動作の機能を備えた垂直走査回路２０を有する固体撮像装置を例にして説明したが、同じ期間に近接する単位画素行で読み出し動作とリセット動作とを実施することによる課題は、予備選択動作を行わない場合にも起こりうる。この場合も、本実施形態と同様、読み出し行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとリセット行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとをずらすことにより、ＦＤノードの電位の変動による影響を抑制することができる。
【００８４】
また、例えば図１２に示すように、単位画素１２が１つのマイクロレンズＭＬに対応する１対の光電変換部ＤＡ，ＤＢのみを含む１つの画素で構成される場合、すなわち単位画素行が１つの画素行で構成される場合も、予備選択動作を行わない場合と同様である。本実施形態と同様、読み出し行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとリセット行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとをずらすことにより、ＦＤノードの電位の変動による影響を抑制することができる。
【００８５】
このように、本実施形態によれば、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制し、画質を向上することができる。
【００８６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図１３乃至図１６を用いて説明する。第１実施形態による固体撮像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。
【００８７】
図１３は、本実施形態による固体撮像装置におけるカラーフィルタの配置例を示す概略図である。図１４及び図１５は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行の動作を示す模式図である。図１６は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００８８】
本実施形態では、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の３色のカラーフィルタを備えた固体撮像装置に本発明を適用した例を説明する。
【００８９】
図１３は、画素領域１０の各画素に配されたカラーフィルタの配置例を示す図である。ここでは典型的なカラーフィルタの配列パターンであるベイヤー配列を用いた例を示すが、カラーフィルタの配列パターンは、特に限定されるものではない。
【００９０】
ベイヤー配列の繰り返し単位を構成する単位ブロック８０は、図１３に示すように、２行×２列の４つの画素からなる。単位ブロック内の４つの画素のうち、一方の対角方向には赤色（Ｒ）のカラーフィルタを備えた画素１２ｒと青色（Ｂ）のカラーフィルタを備えた画素１２ｂとが配され、他方の対角方向には緑色（Ｇ）のカラーフィルタを備えた画素１２ｇがそれぞれ配される。
【００９１】
画素１２ｒ，１２ｇ，１２ｂのそれぞれは、１つのマイクロレンズＭＬを共有する光電変換部ＤＡ，ＤＢを含む瞳分割画素である。図１３には、画素１２ｒ，１２ｇ，１２ｂが瞳分割画素であることを表す意味で、画素１２ｒ，１２ｇ，１２ｂのブロックに、カラーフィルタの色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）にａ，ｂの添え字を付した符号、Ｒａ，Ｒｂ，Ｇａ，Ｇｂ，Ｂａ，Ｂｂを記載している。
【００９２】
単位画素１２が図２の回路で構成される場合、単位画素行は、画素１２ｒと画素１２ｇとを含む画素行と、画素１２ｇと画素１２ｂとを含む画素行とにより構成される。例えば、単位画素行Ｖ１は、画素１２ｒと画素１２ｇとを含む画素行Ｖ１−１と、画素１２ｇと画素１２ｂとを含む画素行Ｖ１−２とにより構成され得る。単位画素行Ｖ２以降も同様である。１つの単位ブロック８０は、列方向に配された画素１２ｒと画素１２ｇとを含む単位画素１２と、列方向に配された画素１２ｇと画素１２ｂとを含む単位画素１２とを含むことになる。
【００９３】
図１４は、画素領域１０を構成する単位画素行Ｖ１から単位画素行Ｖｎのうち、単位画素行Ｖ１から単位画素行Ｖ９までの動作を模式的に示したものである。それぞれの単位画素行は、前述の通り、２つの画素行を含む。
【００９４】
本実施形態による固体撮像装置の駆動方法では、画素行を単位として３行周期で所定の動作を行うものとする。すなわち、画素行Ｖ１−１，Ｖ２−２，Ｖ４−１，Ｖ５−２，Ｖ７−１，Ｖ８−２は、第１の撮像行である。画素行Ｖ１−２，Ｖ３−１，Ｖ４−２，Ｖ６−１，Ｖ７−２，Ｖ９−１は、ＡＦ行である。画素行Ｖ２−１，Ｖ３−２，Ｖ５−１，Ｖ６−２，Ｖ８−１，Ｖ９−２は、第１の撮像行と同じ色の組のカラーフィルタを備えた画素からの信号を読み出す第２の撮像行である。すなわち、撮像走査における画素行の間引き率は２／３であり、ＡＦ走査における画素行の間引き率は１／３である。
【００９５】
例えば、画素行Ｖ１−１と画素行Ｖ２−１では、それぞれの画素１２ｒからの信号の読み出しと、それぞれの画素１２ｇからの信号の読み出しとを行う。また、画素行Ｖ２−２と画素行Ｖ３−２では、それぞれの画素１２ｇからの信号の読み出しと、それぞれの画素１２ｂからの信号の読み出しとを行う。本実施形態では、１周期に含まれる第１の撮像行と第２の撮像行の読み出し動作は、同時に行う。すなわち、同色のカラーフィルタを持つ２つの画素行の画素の信号を、同じタイミングで同じ垂直出力線１６に出力する。例えば、画素行Ｖ１−１の画素１２ｒの信号と、画素行Ｖ２−１の画素１２ｒの信号とを、同じタイミングで同じ垂直出力線に出力する。また、画素行Ｖ１−１の画素１２ｇの信号と、画素行Ｖ２−１の画素１２ｇの信号とを、同じタイミングで同じ垂直出力線に出力する。
【００９６】
図１５は、図１４に示す各画素行の動作をより具体的に示した模式図である。図１５において縦方向は、図１４と同様の画素行Ｖ１−１〜Ｖ９−２を示している。第１の撮像行、ＡＦ行、第２の撮像行の繰り返し周期も、図１４の場合と同様である。図１５において横方向は時間軸であり、行選択ラッチパルスの間隔（１水平期間）を基準単位として、期間Ｈ１、期間Ｈ２、…、期間Ｈ１０を定義している。
【００９７】
ここで、期間Ｈ３に着目すると、撮像行である画素行Ｖ１−１及び画素行Ｖ２−１では読み出し動作が行われ、ＡＦ行である画素行Ｖ３−１ではリセット動作が行われる。したがって、第１実施形態で説明したように、画素行Ｖ３−１のリセット動作によるＦＤノードの電位変動の影響が、画素行Ｖ１−１及び画素行Ｖ２−１から読み出した画素信号にノイズとして重畳する虞がある。
【００９８】
同様に、期間Ｈ４に着目すると、撮像行である画素行Ｖ２−２及び画素行Ｖ３−２では読み出し動作が行われ、ＡＦ行である画素行Ｖ４−２ではリセット動作が行われる。したがって、画素行Ｖ４−２のリセット動作によるＦＤノードの電位変動の影響が、画素行Ｖ２−２及び画素行Ｖ３−２から読み出した画素信号にノイズとして重畳する虞がある。
【００９９】
図１６は、画素行Ｖ１−１，Ｖ１−２，Ｖ２−１，Ｖ２−２，Ｖ３−１，Ｖ３−２，Ｖ４−１，Ｖ４−２の期間Ｈ２から期間Ｈ４までにおける動作を示すタイミングチャートの一例である。
【０１００】
図１６では、単位画素行Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の選択トランジスタＭ５を駆動する制御信号を、それぞれφＳＥＬ１，φＳＥＬ２，φＳＥＬ３，φＳＥＬ４で表している。また、単位画素行Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のリセットトランジスタＭ３を駆動する制御信号を、それぞれφＲＥＳ１，φＲＥＳ２，φＲＥＳ３，φＲＥＳ４で表している。また、画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１，Ｖ３−１，Ｖ４−１の転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１を駆動する制御信号を、それぞれφＴＸ１−１，φＴＸ２−１，φＴＸ３−１，φＴＸ４−１で表している。また、画素行Ｖ１−２，Ｖ２−２，Ｖ３−２，Ｖ４−２の転送トランジスタＭＡ２，ＭＢ２を駆動する制御信号を、それぞれφＴＸ１−２，φＴＸ２−２，φＴＸ３−２，φＴＸ４−２で表している。なお、各画素行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢは、ＡＦ行の読み出し動作では図８（ｃ）に示したように別々のタイミングで動作されるが、図１６に示す範囲の動作では同じタイミングで動作されるため、図１６には１つの信号として表している。
【０１０１】
図１６において、時刻ｔ０から時刻ｔ５までの期間が期間Ｈ２であり、時刻ｔ５から時刻ｔ１４までの期間が期間Ｈ３であり、時刻ｔ１４から時刻ｔ２３までの期間が期間Ｈ４であり、時刻ｔ２３以降が期間Ｈ５である。
【０１０２】
時刻ｔ０において、制御信号φＲＥＳ１，φＲＥＳ２，φＲＥＳ３，φＲＥＳ４はハイレベルになっており、単位画素行Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のＦＤノードは、リセット状態である。期間Ｈ２において、単位画素行Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は非選択であり、制御信号φＳＥＬ１，φＳＥＬ２，φＳＥＬ３，φＳＥＬ４は、ローレベルのままである。
【０１０３】
期間Ｈ２は、画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１の読み出し動作が行われる期間Ｈ３よりも１水平期間前の期間であり、予備選択動作が行われる。すなわち、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間において制御信号φＲＥＳ１，φＲＥＳ２はローレベルとなり、この間、単位画素行Ｖ１，Ｖ２のＦＤノードのリセットが解除される。その後、時刻ｔ３において制御信号φＲＥＳ１，φＲＥＳ２は再びハイレベルとなり、単位画素行Ｖ１，Ｖ２のＦＤノードのリセットが行われる。
【０１０４】
また、期間Ｈ３は、画素行Ｖ２−２，Ｖ３−２の読み出し動作が行われる期間Ｈ４よりも１水平期間前の期間であり、予備選択動作が行われる。すなわち、時刻ｔ９から時刻ｔ１２の期間において制御信号φＲＥＳ２，φＲＥＳ３はローレベルとなり、この間、単位画素行Ｖ２，Ｖ３のＦＤノードのリセットが解除される。その後、時刻ｔ１２において制御信号φＲＥＳ２，φＲＥＳ３は再びハイレベルとなり、単位画素行Ｖ２，Ｖ３のＦＤノードのリセットが行われる。
【０１０５】
予備選択動作を行うことにより、ＦＤノードを共有する画素において、読み出し直前のＦＤノードのリセット状態を揃えることができる。例えば、画素行Ｖ２−１の読み出し動作の前におけるＦＤノードのリセット時間（時刻ｔ３から時刻ｔ９）と、画素行Ｖ２−２の読み出し動作の前におけるＦＤノードのリセット時間（時刻ｔ１２から時刻ｔ１６）とを揃えることができる。したがって、画素行Ｖ２−１に属する画素の信号と、画素行Ｖ２−２に属する画素の信号とを、同じ電位のＦＤノードのもとで読み出すことができる。
【０１０６】
期間Ｈ３では、画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１の読み出し動作と、画素行Ｖ３−１のリセット動作とが行われる。この際、画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１に属する画素からの読み出し動作を行うタイミングと、画素行Ｖ３−１のリセット動作における制御信号φＴＸ３−１の駆動タイミングとは、第１実施形態の場合と同様、互いに異なるように設定されている。すなわち、制御信号φＴＸ１−１，φＴＸ２−１は、制御信号φＲＥＳ１，φＲＥＳ２がローレベルの期間である時刻ｔ１０から時刻ｔ１１の間に駆動する。これに対し、制御信号φＴＸ３−１は、制御信号φＲＥＳ３がハイレベルでありＦＤノードの電位がリセット電位に固定されている期間である時刻ｔ７から時刻ｔ８の間に駆動する。このようにすることで、リセット動作に伴うＦＤノードの電位の変動を抑制し、読み出し動作を行っている画素から出力される画素信号に重畳するノイズを低減することができ、ひいては画質を向上することができる。
【０１０７】
期間Ｈ４では、画素行Ｖ２−２，Ｖ３−２の読み出し動作と、画素行Ｖ４−２のリセット動作とが行われる。この場合も、画素行Ｖ２−２，Ｖ３−２に属する画素からの読み出し動作を行うタイミングと、画素行Ｖ４−２のリセット動作における制御信号φＴＸ４−２の駆動タイミングとは、第１実施形態の場合と同様、互いに異なるように設定されている。すなわち、制御信号φＴＸ２−２，φＴＸ３−２は、制御信号φＲＥＳ２，φＲＥＳ３がローレベルの期間である時刻ｔ１８から時刻ｔ２１の間に駆動する。これに対し、制御信号φＴＸ４−２は、制御信号φＲＥＳ４がハイレベルでありＦＤノードの電位がリセット電位に固定されている期間である時刻ｔ１６から時刻ｔ１７の間に駆動する。このようにすることで、リセット動作に伴うＦＤノードの電位の変動を抑制し、読み出し動作を行っている画素から出力される画素信号に重畳するノイズを低減することができ、ひいては画質を向上することができる。
【０１０８】
なお、本実施形態では、予備選択動作の機能を備えた垂直走査回路２０を有する固体撮像装置を例にして説明したが、同じ期間に近接する単位画素行で読み出し動作とリセット動作とを実施することによる課題は、予備選択動作を行わない場合でも起こりうる。この場合も、本実施形態と同様、読み出し行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとリセット行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとをずらすことにより、ＦＤノードの電位の変動による影響を抑制することができる。
【０１０９】
また、例えば図１２に示すように、単位画素１２が１つのマイクロレンズＭＬに対応する１対の光電変換部ＤＡ，ＤＢのみを含む１つの画素で構成される場合、すなわち単位画素行が１つの画素行で構成される場合も、予備選択動作を行わない場合と同様である。本実施形態と同様、読み出し行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとリセット行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとをずらすことにより、ＦＤノードの電位の変動による影響を抑制することができる。
【０１１０】
このように、本実施形態によれば、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制し、画質を向上することができる。
【０１１１】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図１７乃至図２０を用いて説明する。第１実施形態による固体撮像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。
【０１１２】
図１７は、本実施形態による固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。図１８は、本実施形態による固体撮像装置の垂直走査回路の構成例を示す図である。図１９は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行の動作を示す模式図である。図２０は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【０１１３】
本実施形態による固体撮像装置は、単位画素１２の回路構成が、図２に示す第１実施形態による固体撮像装置の単位画素１２とは異なっている。すなわち、本実施形態による固体撮像装置の単位画素１２は、図１７に示すように、増幅トランジスタＭ４のソースにドレインが接続された２つの選択トランジスタＭ５１，Ｍ５２を有している。選択トランジスタＭ５１，Ｍ５２のゲートは、それぞれ選択信号線ＳＥＬ１，ＳＥＬ２に接続されている。選択トランジスタＭ５１，Ｍ５２のソースは、それぞれ垂直出力線１６１，１６２に接続されている。このような構成とすることにより、異なる２つの単位画素行の信号を垂直出力線１６１，１６２にそれぞれ出力することが可能となり、２つの単位画素行を並列して読み出すことができる。
【０１１４】
図１８は、図１７に示す単位画素１２を駆動するための垂直走査回路２０の一例を示す回路図である。図４に示す垂直走査回路２０と共通する部分については説明を省略する。図１８に示す垂直走査回路２０では、論理生成部２６から、選択トランジスタＭ５１に対する行選択信号が配線１１１に出力され、選択トランジスタＭ５２に対する行選択信号が配線１１５に出力される。走査回路部２４は、配線１１１を介して出力される行選択信号と外部ＰＳＥＬ信号との論理積をとり、選択信号線ＳＥＬ１に供給される制御信号φＳＥＬ１［ｍ］を生成する。また、走査回路部２４は、配線１１５を介して出力される行選択信号と外部ＰＳＥＬ信号との論理積をとり、選択信号線ＳＥＬ２に供給される制御信号φＳＥＬ２［ｍ］を生成する。
【０１１５】
図１９は、各画素行の動作を具体的に示した模式図である。図１９において縦方向は、図１４と同様の画素行Ｖ１−１〜Ｖ９−２を示している。第１の撮像行、ＡＦ行、第２の撮像行の繰り返し周期も、図１４の場合と同様である。図１９において横方向は時間軸であり、行選択ラッチパルスの間隔（１水平期間）を基準単位として、期間Ｈ１、期間Ｈ２、…、期間Ｈ１０を定義している。
【０１１６】
ここで、期間Ｈ３に着目すると、撮像行である画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１，Ｖ４−１，Ｖ５−１において読み出し動作が行われ、ＡＦ行である画素行Ｖ３−１，Ｖ６−１ではリセット動作が行われる。読み出し動作では、画素行Ｖ１−１の画素からの信号と画素行Ｖ２−１の画素からの信号とを垂直出力線１６１に出力し、画素行Ｖ４−１の画素からの信号と画素行Ｖ５−１の画素からの信号とを垂直出力線１６２に出力する。このような場合も、画素行Ｖ３−１，Ｖ６−１のリセット動作によるＦＤノードの電位変動の影響が、画素行Ｖ１−１及び画素行Ｖ２−１から読み出した画素信号や画素行Ｖ４−１及び画素行Ｖ５−１から読み出した画素信号にノイズとして重畳する虞がある。
【０１１７】
同様に、期間Ｈ４に着目すると、撮像行である画素行Ｖ２−２，Ｖ３−２，Ｖ５−２，Ｖ６−２において読み出し動作が行われ、ＡＦ行である画素行Ｖ４−２，Ｖ７−２ではリセット動作が行われる。読み出し動作では、画素行Ｖ２−２の画素からの信号と画素行Ｖ３−２の画素からの信号とを垂直出力線１６１に出力し、画素行Ｖ５−２の画素からの信号と画素行Ｖ６−２の画素からの信号とを垂直出力線１６２に出力する。したがって、画素行Ｖ４−２，Ｖ７−２のリセット動作によるＦＤノードの電位変動の影響が、画素行Ｖ２−２及び画素行Ｖ３−２から読み出した画素信号や画素行Ｖ５−２及び画素行Ｖ６−２から読み出した画素信号にノイズとして重畳する虞がある。
【０１１８】
図２０は、画素行Ｖ１−１，Ｖ１−２，Ｖ２−１，Ｖ２−２，Ｖ３−１，Ｖ３−２，Ｖ４−１，Ｖ４−２，Ｖ５−１，Ｖ５−２，Ｖ６−１，Ｖ６−２，Ｖ７−１，Ｖ７−２の期間Ｈ２から期間Ｈ４までにおける動作を示すタイミングチャートの一例である。
【０１１９】
図２０では、単位画素行Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の選択トランジスタＭ５１を駆動する制御信号を、φＳＥＬ１−１，φＳＥＬ２−１，φＳＥＬ３−１で表している。単位画素行Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７の選択トランジスタＭ５２を駆動する制御信号は、φＳＥＬ４−２，φＳＥＬ５−２，φＳＥＬ６−２，φＳＥＬ７−２で表している。単位画素行Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７のリセットトランジスタＭ３を駆動する制御信号は、φＲＥＳ１，φＲＥＳ２，φＲＥＳ３，φＲＥＳ４，φＲＥＳ５，φＲＥＳ６，φＲＥＳ７で表している。画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１，Ｖ３−１，Ｖ４−１，Ｖ５−１，Ｖ６−１，Ｖ７−１の転送トランジスタＭＡ１，ＭＢ１を駆動する制御信号は、φＴＸ１−１，φＴＸ２−１，φＴＸ３−１，φＴＸ４−１，φＴＸ５−１，φＴＸ６−１，φＴＸ７−１で表している。画素行Ｖ１−２，Ｖ２−２，Ｖ３−２，Ｖ４−２，Ｖ５−２，Ｖ６−２，Ｖ７−２の転送トランジスタＭＡ２，ＭＢ２を駆動する制御信号は、φＴＸ１−２，φＴＸ２−２，φＴＸ３−２，φＴＸ４−２，φＴＸ５−２，φＴＸ６−２，φＴＸ７−２で表している。なお、各画素行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢは、ＡＦ行の読み出し動作では図８（ｃ）に示したように別々のタイミングで動作されるが、図２０に示す範囲の動作では同じタイミングで動作されるため、図２０には１つの信号として表している。
【０１２０】
図２０において、時刻ｔ０から時刻ｔ５までの期間が期間Ｈ２であり、時刻ｔ５から時刻ｔ１４までの期間が期間Ｈ３であり、時刻ｔ１４から時刻ｔ２３までの期間が期間Ｈ４であり、時刻ｔ２３以降が期間Ｈ５である。
【０１２１】
本実施形態による駆動方法では、期間Ｈ３に読み出し動作が行われる画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１，Ｖ４−１，Ｖ５−１に対して、期間Ｈ２の時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間において予備選択動作が行われる。同様に、期間Ｈ４に読み出し動作が行われる画素行Ｖ２−２，Ｖ３−２，Ｖ５−２，Ｖ６−２に対して、期間Ｈ３の時刻ｔ９から時刻ｔ１２の期間において予備選択動作が行われる。
【０１２２】
期間Ｈ３では、画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１，Ｖ４−１，Ｖ５−１に対する読み出し動作と、期間Ｈ４の読み出し動作に先立って行われる予備選択動作が行われる中、画素行Ｖ３−１，Ｖ６−１ではリセット動作が行われる。また、期間Ｈ４では、画素行Ｖ２−２，Ｖ３−２，Ｖ５−２，Ｖ６−２に対する読み出し動作が行われる中、画素行Ｖ４−２，Ｖ７−２ではリセット動作が行われる。
【０１２３】
しかしながら、本実施形態においても、画素行Ｖ１−１，Ｖ２−１，Ｖ４−１，Ｖ５−１の読み出し動作を行うタイミングと、画素行Ｖ３−１，Ｖ６−１のリセット動作における制御信号φＴＸ３−１，φＴＸ６−１の駆動タイミングとは異なっている。また、画素行Ｖ２−２，Ｖ３−２，Ｖ５−２，Ｖ６−２の読み出し動作を行うタイミングと、画素行Ｖ４−２，Ｖ７−２のシャッタ動作における制御信号φＴＸ４−２，φＴＸ７−２の駆動タイミングとは異なっている。したがって、リセット動作に伴うＦＤノードの電位の変動を抑制し、読み出し動作を行っている画素から出力される画素信号に重畳するノイズを低減することができ、ひいては画質を向上することができる。
【０１２４】
なお、上記実施形態では、画素領域１０の画素アレイの各列に配置する垂直出力線１６を２本にする例を示したが、各列に配置する垂直出力線１６の数は２本に限定されるものではなく、必要に応じて３本以上にしてもよい。
【０１２５】
また、本実施形態では、予備選択動作の機能を備えた垂直走査回路２０を有する固体撮像装置を例にして説明したが、同じ期間に近接する単位画素行で読み出し動作とリセット動作とを実施することによる課題は、予備選択動作を行わない場合でも起こりうる。この場合も、本実施形態と同様、読み出し行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとリセット行の転送トランジスタＭＡ，ＭＢの駆動パルスのタイミングとをずらすことにより、ＦＤノードの電位の変動による影響を抑制することができる。
【０１２６】
このように、本実施形態によれば、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制し、画質を向上することができる。
【０１２７】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図２１乃至図２５を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による固体撮像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。
【０１２８】
図２１は、本実施形態による固体撮像装置におけるカラーフィルタの配置例を示す概略図である。図２２は、全画素読み出しモードにおける各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。図２３は、参考例による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。図２４は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。図２５は、本実施形態の変形例による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【０１２９】
本実施形態では、ベイヤー配列された３色のカラーフィルタを備え、図１２に示す回路により単位画素１２が構成された固体撮像装置の他の駆動例を示す。なお、ここでは典型的なカラーフィルタの配列パターンであるベイヤー配列を用いた例を示すが、カラーフィルタの配列パターンは、特に限定されるものではない。
【０１３０】
図２１は、画素領域１０の各画素に配されたカラーフィルタの配置例を示す図である。図２１では、図面の簡略化のため、単位画素１２が２４行×３６列のアレイ状に配された画素領域１０を示している。
【０１３１】
ベイヤー配列の繰り返し単位を構成する単位ブロック８０は、第２実施形態で説明したように、赤色（Ｒ）のカラーフィルタを備えた画素１２ｒと、緑色（Ｇ）のカラーフィルタを備えた画素１２ｇと、青色（Ｂ）のカラーフィルタを備えた画素１２ｂとを含む。単位画素１２を図１２に示す回路により構成した場合、単位画素１２は、画素１２ｒ、画素１２ｇ、画素１２ｂのいずれかである。単位画素行は、画素行と一致する。画素行は、画素１２ｒと画素１２ｇとを含む行又は画素１２ｇと画素１２ｂとを含む行である。例えば、偶数行（画素行Ｖ０，Ｖ２，…，Ｖ２２）は、画素１２ｒと画素１２ｇとを含む行であり、奇数行（画素行Ｖ１，Ｖ３，…，Ｖ２３）は、画素１２ｇと画素１２ｂとを含む行である。
【０１３２】
図２２は、全画素読み出しモードにおける各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。図２２において、横軸は時間であり、縦軸は垂直走査順序（行走査方向）である。全画素読み出しモードは、総ての画素行の総ての単位画素１２から撮像信号を読み出す読み出しモードである。
【０１３３】
図２２中、斜めの実線は撮像リード走査を表し、各画素行における読み出し動作のタイミングの遷移を示している。斜めの点線は撮像リセット走査を表し、各画素行におけるリセット動作のタイミングの遷移を示している。１つの画素行において、読み出し動作から次の読み出し動作までの間が１フレーム時間であり、リセット動作からリード動作までの間が蓄積時間である。また、図中のＲ，Ｇは、ベイヤー配列におけるその行の先頭列の色であるレッドとグリーンを示している。蓄積時間を変更する場合には、撮像リセット走査のタイミングを時間軸方向にシフトすればよい。撮像リセット走査のタイミングを制御することで、同一フレームレートにおいて蓄積時間の制御を行うことができる。フレームレートを変更する場合には、１フレーム時間を制御すればよい。
【０１３４】
図２２に示すような全画素読出しモードによる駆動は、一般的に解像度は高いが１フレーム時間が長いため、静止画撮影に用いられることが多い。一眼レフカメラの場合、一般的に撮像装置とは別に焦点検出装置が配置されており、静止画撮影時に撮像素子を用いた焦点検出が必要とされない場合が多い。一方、動画撮影時には、一般的に、静止画よりも解像度を低くしてフレームレートを高くすることが望まれる。また、動画撮影では、撮影中に焦点検出素子が使えない場合が多いため、焦点検出機能を備えた撮像装置が好適である。そのため動画撮影では、例えば図２３に示すような間引き読み出しモードが用いられる。
【０１３５】
図２３は、間引き読み出しモードにおける各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。図２３において、横軸は時間であり、縦軸は垂直走査順序である。間引き読み出しモードは、総ての画素行のうち、一部の画素行を撮像行とし、他の一部の画素行をＡＦ行として駆動するモードである。
【０１３６】
図２３の駆動例では、第２実施形態の場合と同様、撮像走査における画素行の間引き率を２／３、ＡＦ走査における画素行の間引き率を１／３としている。全画素行のうちの１／３をＡＦ行として撮像行から間引くとともに、ＡＦ行を挟んで隣り合う同じ色配列の撮像行から同時に画素信号を出力して２画素加算を行う点も、第２実施形態と同様である。このようにすることで、図２２の全画素読み出しモードに対して、撮像走査に要する時間を１／３に短縮することができ、フレームレートを高くすることが可能となる。また、２画素加算を行うことで、Ｓ／Ｎ比の向上とモアレの低減を図ることができる。撮像走査で間引かれた画素行に対しては、第１乃至第３実施形態の場合と同様、撮像走査に続いてＡＦ走査を行う。
【０１３７】
ＡＦリード走査ではＡ像信号とＢ像信号とを読み出すため、図８を用いて説明したように、ＡＦ行の読み出し期間は撮像行の読み出し期間のおよそ２倍となる。このため、図７を用いて説明したように、近接配置された画素において撮像行の読み出し動作とＡＦ行のリセット動作とが同じタイミングで行われる場合が生じうる。例えば、図２３の駆動例では、撮像行である画素行Ｖ１２及び画素行Ｖ１４の読み出し動作を行う読み出し期間中に、ＡＦ行である画素行Ｖ１３のリセット動作を行うリセット期間が行われることになる。
【０１３８】
前述のように、撮像行の読み出し動作とＡＦ行のリセット動作とが、ＦＤノードが近接する画素において行われることによって、撮像信号にノイズが重畳する場合がある。しかもこの現象は行単位で発生するので、撮像画像に横線状のノイズとして現れ、画質に大きな悪影響を及ぼすことがある。
【０１３９】
そこで、本実施形態による駆動方法では、近接配置された画素間で撮像行の読み出し期間とＡＦ行のリセット期間とが一致する虞がある場合、そのＡＦ行のリセット期間のタイミングを１行分（１水平期間）、選択的に遅らせる。例えば、図２３の駆動例の場合には、図２４に示すように、ＡＦ行のうち画素行Ｖ１３のリセット期間を、１行分（１水平期間）遅らせて実行する。近接配置された画素間で撮像行の読み出し期間とＡＦ行のリセット期間とが同時に行われないようにＡＦ行のリセット期間のタイミングを制御することで、撮像信号にノイズが重畳するのを抑制することができる。
【０１４０】
本実施形態の駆動方法を適用するためには、撮像行に近接するＡＦ行であって、当該撮像行の読み出し期間の間にリセット期間が行われるＡＦ行を検出する手段（以下、「検出手段」と表記する）が求められる。しかしながら、基本的に撮像リード走査の条件は一定なので、ＡＦリセット走査の条件が決まれば単純計算によってノイズ発生の原因となりうるＡＦ行を容易に特定することができる。
【０１４１】
ＡＦリセット走査の条件は、焦点を合わせる撮像素子上のアドレス情報と、露出制御情報とによって一意的に決まる。図２４の駆動例の場合、ＡＦ行である画素行Ｖ１３のリセット期間のタイミングを遅らせることで、画素行Ｖ１３の蓄積時間は短くなる。これにより、画素行Ｖ１３の蓄積時間が他の行に対して相対的に短くなり、特にＡＦ走査の蓄積時間が短いときには、その影響が大きくなる。このような場合、画素行Ｖ１３のリセット期間のタイミングのシフト量に応じて出力を補正するようにしてもよいし、画素行Ｖ１３の出力を焦点検出に使用しないようにしてもよい。焦点検出画像は、鑑賞目的ではないので、このような融通が利く場合が多い。
【０１４２】
なお、図２４の駆動例では、画素行Ｖ１３のリセット期間のタイミングを１行分遅らせるようにシフトしたが、１行分早めるようにシフトすることによっても同様の効果を得ることができる。また、リセット期間のタイミングをシフトする時間は、必ずしも１行分である必要はなく、例えば２行分や３行分など、任意の時間に設定することができる。リセット動作のタイミングをシフトする時間は、ＦＤノードの電位の変動による影響が及ぶ範囲等に応じて適宜設定することが望ましい。
【０１４３】
また、図２４の駆動例では、撮像行の間引き率を２／３、ＡＦ行の間引き率を１／３としたが、撮像行及びＡＦ行の間引き率の設定は、これに限定されるものではない。例えば、図２５の駆動例のように、撮像行の間引き率を２／５、ＡＦ行の間引き率を１／５に設定してもよい。この場合、５行毎に２行が非読み出し行となる。
【０１４４】
また、上記実施形態では、２画素加算を行ってＳ／Ｎ比の向上とモアレの低減を図っているが、必ずしも画素加算を行う必要はない。
【０１４５】
このように、本実施形態によれば、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制し、画質を向上することができる。
【０１４６】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図２６を用いて説明する。第１乃至第４実施形態による固体撮像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。
【０１４７】
図２６は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【０１４８】
本実施形態では、第４実施形態による固体撮像装置の他の駆動方法を示す。本実施形態の駆動方法では、図２６に示すように、隣り合うＡＦ行においてＡＦリセット動作を実行する間隔が均一ではない。通常、ＡＦリード動作ではＡ像信号とＢ像信号とを別々に読み出す観点から、例えば図２３に示すように、２行分（２水平期間）に相当する間隔で隣り合うＡＦ行のＡＦリセット動作が実行される。これに対し、本実施形態では、画素行Ｖ１のＡＦリセット動作と画素行Ｖ４のＡＦリセット動作とは１行分に相当する間隔で実行されるのに対して、画素行Ｖ４のＡＦリセット動作と画素行Ｖ７のＡＦリセット動作とは３行分に相当する間隔で実行される。画素行Ｖ７以降も同様に、１行分に相当する間隔と３行分に相当する間隔とを交互に開けて、各ＡＦ行のＡＦリセット動作が実行される。また、ＡＦリセット走査は、隣り合う画素行で撮像リード動作のタイミングとＡＦリセット動作のタイミングとが重なるＡＦリセット走査に対して、奇数行分ずらしたタイミング（図２６では１行分遅らせたタイミング）で実行する。以下、本実施形態においてこのように設定している理由について説明する。
【０１４９】
撮像条件に応じて撮像行及びＡＦ行の間引き率が決定されると、各行の撮像リード走査のタイミングとＡＦリード走査のタイミングとが決まる。各行の撮像リード走査のタイミングとＡＦリード走査のタイミングとが決まると、撮像リード走査のタイミングと重なるＡＦリセット走査のタイミングを推定することができる。例えば、図２３に示すような、画素行Ｖ１２，Ｖ１４の撮像リード動作のタイミングと画素行Ｖ１３のＡＦリセット動作のタイミングとが一致するＡＦリセット走査のタイミングを推定することができる。
【０１５０】
また、隣り合うＡＦ行のＡＦリセット動作のタイミングを、１行分（１水平期間）に相当する間隔又は３行分（３水平期間）に相当する間隔に設定する。このように設定した場合、上述の推定したＡＦリセット走査のタイミングに対して奇数行分ずらしたＡＦリセット走査においては、隣り合う画素行で撮像リード動作のタイミングとＡＦリセット動作のタイミングとが重なることはない。そこで、推定したＡＦリセット走査のタイミングに対して奇数行分ずらしたＡＦリセット走査のタイミングの中から、ＡＦ行の蓄積時間の設定に応じたＡＦリセット走査のタイミングを選択する。
【０１５１】
すなわち、本実施形態では、隣り合う前記焦点検出行におけるリセット期間の間隔を、奇数行分に相当する間隔に設定している。そして、焦点検出走査を実行するタイミングを、焦点検出行に属する画素のリセット期間と焦点検出行の隣の撮像行に属する画素の読み出し期間とが一致する焦点検出走査のタイミングに対して、奇数行分ずらしたタイミングに設定している。これにより、焦点検出行に属する画素の蓄積時間を２水平期間に相当する間隔以上の間隔で設定することにより、焦点検出行に属する画素のリセット期間と焦点検出行の隣の撮像行に属する画素の読み出し期間とが一致しないようにできる。
【０１５２】
このようにすることで、第４実施形態において説明した検出手段を用いることなく、撮像リード走査される画素とＦＤが隣り合う画素でＡＦリセット走査が行われないようにＡＦリセット走査のタイミングを設定することができる。これにより、撮像画像に横線状のノイズが生じるのを防止し、画質を向上することができる。
【０１５３】
ＡＦリセット走査のタイミングを図２６のように設定した場合、ＡＦリセット動作が１行分に相当する間隔で行われる隣り合うＡＦ行では、ＡＦリード走査におけるＡ像信号及びＢ像信号の読み出しを交互に行うことが望ましい。例えば、図２６の画素行Ｖ１と画素行Ｖ４では、画素行Ｖ１の画素１２ｇのＡ像信号、画素行Ｖ４の画素１２ｒのＡ像信号、画素行Ｖ１の画素１２ｇのＢ像信号、画素行Ｖ４の画素１２ｒのＢ像信号、の順番でＡＦリードを実行する。このようにすることで、画素行Ｖ１と画素行Ｖ４との蓄積時間、ひいては総てのＡＦ行の蓄積時間を揃えることができる。
【０１５４】
なお、隣り合うＡＦ行においてＡＦリセット動作を実行する間隔や、推定したＡＦリセット走査のタイミングと実際のＡＦリセット走査との間隔は、一例であり、撮影条件等に応じて適宜変更が可能である。
【０１５５】
このように、本実施形態によれば、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制し、画質を向上することができる。
【０１５６】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図２７及び図２８を用いて説明する。第１乃至第５実施形態による固体撮像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。
【０１５７】
図２７及び図２８は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【０１５８】
本実施形態では、第４実施形態による固体撮像装置の他の駆動方法を示す。本実施形態の駆動方法が第４実施形態と異なる点は、前述の検出手段によって検出された行だけでなく、総てのＡＦ行のリセット動作のタイミングを一律にシフトしていることである。
【０１５９】
例えば、図２７に示すように、ＡＦリセット走査において最初に走査されるＡＦ行（画素行Ｖ１）のリセット動作がその一行前の撮像行（画素行Ｖ０）における読み出し動作が完了した後に開始するように、ＡＦリセット走査の開始タイミングを設定する。このようにすることで、撮像リード走査が行われる画素とＦＤノードが隣り合う画素でＡＦリセット走査が行われないようにすることができ、横線状のノイズの発生を抑制することができる。
【０１６０】
この駆動例では、ＡＦ行の蓄積時間が相対的に短くなるので、ＡＦ画像の出力低下が起こりうる。これを解決する手段としては、読み出しゲインを上げることが考えられる。例えば、ＡＦリード走査の際に、ＦＤ容量を小さくするように制御したり、図示しない列アンプのゲインを上げたりすることが考えられる。これらの場合、読み出し回路のダイナミックレンジの範囲内で、前段で可能な限りゲインを上げることが好ましい。
【０１６１】
或いは、図２８に示すように、ＡＦリセット走査において最後に走査されるＡＦ行（画素行Ｖ２２）のリセット動作がその一行後の撮像行（画素行Ｖ２３）における読み出し動作が開始される前に完了するように、ＡＦリセット走査の開始タイミングを設定する。このようにすることによっても、撮像リード走査が行われる画素とＦＤノードが隣り合う画素でＡＦリセット走査が行われないようにすることができ、横線状のノイズの発生を抑制することができる。
【０１６２】
この駆動例では、図２７の駆動例とは逆にＡＦ行の蓄積時間が相対的に長くなるので、ＡＦ画像のダイナミックレンジ低下が起こりうる。これを解決する手段としては、読出しゲインを下げることが考えられる。この場合、読み出し回路のダイナミックレンジの範囲内で、後段で可能な限りゲインを下げることが好ましい。
【０１６３】
Ｓ／Ｎ比の観点からは、画素と読み出し回路とを含む撮像素子の全体のダイナミックレンジの範囲内であれば、上記２つの駆動例のうちＡＦ行の蓄積時間を長くする図２８の駆動例の方が好ましい。蓄積時間を長くする駆動を選択する場合、ダイナミックレンジ低下が起こるかどうかを検出する検出手段を備えていることが好ましい。この検出手段が予め撮像素子のダイナミックレンジを把握しておくことで、露出制御情報から単純計算によって容易にダイナミックレンジ低下の有無を判断することができる。
【０１６４】
本実施形態の駆動方法には、第４実施形態の駆動方法に対して、ＡＦ行の蓄積時間を揃えることができるという利点もある。
【０１６５】
このように、本実施形態によれば、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制し、画質を向上することができる。
【０１６６】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図２９を用いて説明する。第１乃至第６実施形態による固体撮像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。
【０１６７】
図２９は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法における各画素行のリセット動作及び読み出し動作のタイミングを示す模式図である。
【０１６８】
本実施形態では、第４実施形態による固体撮像装置の他の駆動方法を示す。本実施形態の駆動方法が第４実施形態と異なる点は、ＡＦ行の間引き率が異なっていることである。すなわち、第４実施形態では、撮像走査における画素行の間引き率が２／３、ＡＦ走査における画素行の間引き率が１／３であったが、本実施形態では、撮像走査における画素行の間引き率が４／６、ＡＦ走査における画素行の間引き率が１／６である。撮像行では２つの画素行で同時に読み出し動作を実行するため、処理時間に観点から見ると、撮像走査における画素行の間引き率は２／６、ＡＦ走査における画素行の間引き率が１／６である。
【０１６９】
前述のように、ＡＦリード走査ではＡ像信号とＢ像信号とを読み出す必要があるので、ＡＦ走査時間は撮像走査時間の２倍必要となる。したがって、ＡＦ走査の間引き率を撮像走査の間引き率の半分（１／２倍）にすることによって、ＡＦ走査時間と撮像走査時間とを揃えることができる。その上で、撮像リード走査される画素とＦＤが隣り合う画素でＡＦリセット走査が行われないようにＡＦリセット走査のタイミングを制御することによって、横線状のノイズの発生を抑制することができる。
【０１７０】
本実施形態の駆動方法では、ＡＦ走査によってベイヤー配列におけるブルー画素の信号を読み出すことができない。そこで、必要に応じてインターレース駆動などを行い、間欠的にブルー信号を読み出すようにしてもよい。
【０１７１】
なお、本実施形態においても、第５実施形態の場合のように、ＡＦリセット走査のタイミングを２行毎に設定する制限を更に設けてもよい。このように構成することには、第４実施形態の駆動方法に対して、検出手段が不要になるという利点がある。
【０１７２】
また、本実施形態では、ＡＦ走査の間引き率を制御したが、一行当たりの読み出し時間を変えることによって同様の効果を実現することもできる。例えば、撮像走査の一行当たりの読み出し時間を、ＡＦ走査の一行当たりの読み出し時間の２倍に設定することができる。
【０１７３】
このように、本実施形態によれば、焦点検出行の動作に起因するノイズが撮像行から読み出した撮像信号に重畳するのを抑制し、画質を向上することができる。
【０１７４】
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態による撮像システムについて、図３０を用いて説明する。第１乃至第７実施形態による固体撮像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３０は、本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。
【０１７５】
上記第１乃至第７実施形態で述べた固体撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と固体撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図３０には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【０１７６】
図３０に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１乃至第７実施形態で説明した固体撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【０１７７】
撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置２０１と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【０１７８】
撮像システム２００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。さらに撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【０１７９】
さらに撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
【０１８０】
撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
【０１８１】
第１乃至第７実施形態による固体撮像装置１００を適用することにより、撮像画像に横線状のノイズのない良質な画像を取得しうる撮像システムを実現することができる。
【０１８２】
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態による撮像システム及び移動体について、図３１を用いて説明する。図３１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。
【０１８３】
図３１（ａ）は、車戴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、上記第１乃至第７実施形態のいずれかに記載の固体撮像装置１００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）の算出を行う視差算出部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計測部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、視差算出部３１４や距離計測部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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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３１（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。
【０１８６】
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。さらに、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。
【０１８７】
［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。
【０１８８】
例えば、何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形態、或いは他の実施形態の一部の構成と置換した形態も本発明の実施形態である。
【０１８９】
また、上記実施形態では、撮像行が属する単位画素行とＡＦ行が属する単位画素行とが隣り合っている場合を例にして説明したが、ＦＤノードの電位の変動の影響は、隣り合う単位画素行の範囲を超えて生じることもある。したがって、少なくともリセット動作に伴うＦＤノードの電位の変動による影響が及ぶ範囲にある単位画素行では、上記実施形態で説明した駆動方法を適用することが好ましい。
【０１９０】
また、上記実施形態では、１つの画素の２つの光電変換部ＤＡ，ＤＢで１つのマイクロレンズＭＬを共有する構成とすることで瞳分割を行ったが、遮光膜や配線層によって一部の瞳領域を遮光した光電変換部を有する２つの画素によって瞳分割を行ってもよい。
【０１９１】
また、上記実施形態では、画素領域１０に配された総ての画素を瞳分割画素としたが、必ずしも総ての画素を瞳分割画素にする必要はない。例えば、少なくともＡＦ行に属する画素の少なくとも一部が瞳分割画素であればよい。
【０１９２】
また、上記第１乃至第３実施形態では、光電変換部ＤＡ，ＤＢが非蓄積状態のとき、これらに接続された転送トランジスタＭＡ，ＭＢの制御信号φＴＸＡ，ＴＸＢをローレベルに維持しているが、必ずしもローレベルに維持する必要はない。例えば、一部の期間において、制御信号φＴＸＡ，ＴＸＢをハイレベルにしてもよい。
【０１９３】
また、撮像行及びＡＦ行の行数やアドレス設定に関しても、上記実施形態に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。
【０１９４】
また、上記実施形態に示した撮像システムは、本発明の固体撮像装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の固体撮像装置を適用可能な撮像システムは図３０及び図３１に示した構成に限定されるものではない。
【０１９５】
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】
【０１９６】
ＤＡ１，ＤＢ１，ＤＡ２，ＤＢ２…光電変換部
ＭＡ１，ＭＢ１，ＭＡ２，ＭＢ２…転送トランジスタ
Ｍ３…リセットトランジスタ
Ｍ４…増幅トランジスタ
Ｍ５…選択トランジスタ
１０…画素領域
１２…単位画素
１４…制御信号線
１６…垂直出力線
２０…垂直走査回路
６０…制御回路
１００…固体撮像装置
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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