(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の瞳を通過した光を分割して受光する複数の受光素子と、前記複数の受光素子の各々で発生した信号電荷をそれぞれ蓄積する複数の電荷電圧変換部とを備えた単位画素と、
少なくとも前記単位画素における前記受光素子の数以上の数が各列に設けられた複数の列出力線と、
前記単位画素における前記複数の電荷電圧変換部同士が短絡されていない状態で前記複数の電荷電圧変換部の各々をそれぞれ異なる列出力線に接続して前記複数の受光素子からの信号をそれぞれ異なる列出力線に出力する第１の読み出しモードと、前記単位画素における前記複数の電荷電圧変換部同士が短絡されていない状態で前記複数の電荷電圧変換部の各々を同一の列出力線に接続して前記複数の受光素子からの信号を前記単位画素ごとに同一の列出力線に出力する第２の読み出しモードとを切り替える切り替え手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記複数の電荷電圧変換部の各々をいずれの列出力線に接続するかを選択する選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記単位画素ごとに前記複数の電荷電圧変換部同士を短絡してそれぞれに蓄積される信号電荷を混合する混合手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記混合手段によって混合した信号電荷に対応する電位を同一の列出力線に出力する第３の読み出しモードをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の受光素子の信号電荷の発生量が少ないときは前記第２の読み出しモードを用い、前記複数の受光素子の信号電荷の発生量が多いときは前記第３の読み出しモードを用いることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の読み出しモードにおいて異なる列出力線に出力された前記複数の受光素子からの信号を平均化する平均化手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記切り替え手段は、前記第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとを、動作モードごとに切り替えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記切り替え手段は、撮影光学系のピント情報を取得する動作モードにおいて前記第１の読み出しモードに切り替え、撮影を行う動作モードにおいて前記第２の読み出しモードに切り替えることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記切り替え手段は、前記第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとを、領域ごとに切り替えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記切り替え手段は、前記第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとを、行ごとに切り替えることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記切り替え手段は、焦点検出領域に含まれる行については、前記第１の読み出しモードに切り替え、前記焦点検出領域に含まれない行については、前記第２の読み出しモードに切り替えることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第２の読み出しモードでは、２行分の単位画素の信号を同時に読み出すことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
撮影光学系の瞳を通過した光を分割して受光する複数の受光素子と、前記複数の受光素子の各々で発生した信号電荷をそれぞれ蓄積する複数の電荷電圧変換部とを備えた単位画素と、少なくとも前記単位画素における前記受光素子の数以上の数が各列に設けられた複数の列出力線とを備える撮像装置を制御する方法であって、
前記単位画素における前記複数の電荷電圧変換部同士が短絡されていない状態で前記複数の電荷電圧変換部の各々をそれぞれ異なる列出力線に接続して前記複数の受光素子からの信号をそれぞれ異なる列出力線に出力する第１の読み出しモードと、前記単位画素における前記複数の電荷電圧変換部同士が短絡されていない状態で前記複数の電荷電圧変換部の各々を同一の列出力線に接続して前記複数の受光素子からの信号を前記単位画素ごとに同一の列出力線に出力する第２の読み出しモードとを切り替える切り替え工程を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等の撮像装置は、高機能化に向けて進歩が著しい。特に固体撮像素子の分野においては、いわゆる像面位相差方式によるピント情報の取得が行われて、オートフォーカス（以下、ＡＦと称する）の高速化に貢献している。位相差検出によるピント情報を取得する代表的な方法を以下に説明する。すなわち、撮影光学系の瞳の一部を通過した光を第１の受光素子で受光し、第１の受光素子が受光する撮影光学系の瞳を除く瞳領域を通過した光を第２の受光素子で受光し、２像の像ずれ量を相関演算等により求める。その２像の像ずれ量を用いれば、フォーカシングレンズを動かす方向と量が分かるので、高速なＡＦを行うことが可能となる。
【０００３】
ここで像面位相差方式とは、撮影光学系の瞳を分割して受光する受光素子を、撮像画像を得る固体撮像素子上の撮像面に配置した方式である。このような像面位相差方式を実現する固体撮像素子には、現在、大きく分けて２種類の画素構成が採用されている。第１の画素構成は、撮影光学系の瞳の一部を通過した光を受光する画素と、この瞳を除く瞳領域を通過した光を受光する画素とを、全瞳領域を通過した光を受光する撮像用画素の中に特定のパターンで配置した構成である。また、第２の画素構成は、撮影光学系の瞳をＮ分割（Ｎは２以上の整数）するＮ個の受光素子を一つの単位画素内に配置した構成である。
【０００４】
第１の画素構成は、画素の遮光構造等によって受光する瞳領域を規定することができ製造も比較的容易であるが、撮像用画素の一部を置き換えるようにして配置するので、撮像用画素としては使用できない。そこで、その配置により欠損した信号を近接する撮像用画素から補間する必要がある。
【０００５】
一方、第２の画素構成は、単位画素内を素子分離等により複数の受光素子に分割するため製造は困難となるが、同一構造の画素が撮像用画素を構成するので画素ごとの不均一性が生じない。また、分割された受光素子からの信号を加算もしくは平均化することで本来の撮像画像を取得することもできる。しかし、撮像用の画素数のＮ倍の受光素子が存在することになるため、全ての受光素子からの信号を独立に読み出すためには時間がかかる。
【０００６】
これに対し、特許文献１に記載の技術では、複数の垂直出力線を持つ構成によりこの問題を解決することが提案されている。特許文献１では、単位画素内に含まれる複数の受光素子からの信号を対応する複数の垂直出力線を介して読み出すにあたり、１つの単位画素を構成する受光素子の信号をまとめて読み出す場合、同一の水平出力線を介して読み出す構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−０９０１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術の延長上では、分割された受光素子からの信号を、単位画素につき複数設けられた垂直出力線の各々に読み出す際、各受光素子の信号をいずれか一方の垂直出力線を介して読み出すことしかできない。そのため、複数行の画素の信号を同時に読み出すことはできず、読み出し時間の短縮にはつながらない。
【０００９】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮影光学系の瞳を分割して受光する受光素子を備えた単位画素構成からなる固体撮像素子において、読み出し時間の短縮化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係わる撮像装置は、撮影光学系の瞳を通過した光を分割して受光する複数の受光素子と、前記複数の受光素子の各々で発生した信号電荷をそれぞれ蓄積する複数の電荷電圧変換部とを備えた単位画素と、少なくとも前記単位画素における前記受光素子の数以上の数が各列に設けられた複数の列出力線と、前記単位画素における前記複数の電荷電圧変換部同士が短絡されていない状態で前記複数の電荷電圧変換部の各々をそれぞれ異なる列出力線に接続して前記複数の受光素子からの信号をそれぞれ異なる列出力線に出力する第１の読み出しモードと、前記単位画素における前記複数の電荷電圧変換部同士が短絡されていない状態で前記複数の電荷電圧変換部の各々を同一の列出力線に接続して前記複数の受光素子からの信号を前記単位画素ごとに同一の列出力線に出力する第２の読み出しモードとを切り替える切り替え手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮影光学系の瞳を分割して受光する受光素子を備えた単位画素構成からなる固体撮像素子において、読み出し時間を短縮化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像素子の単位画素の構成を示す等価回路図。
【図３】第１の実施形態における第１の読み出しモードを示すタイミングチャート。
【図４】第１の実施形態における第２の読み出しモードを示すタイミングチャート。
【図５】第１の実施形態における読み出しモードの選択方法を示すフローチャート。
【図６】第２の実施形態における第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとを実行する固体撮像素子の画素配置図。
【図７】第２の実施形態における固体撮像素子の駆動方法を示すフローチャート。
【図８】第３の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示すブロック図。
【図９】第３の実施形態における固体撮像素子の駆動方法を示すフローチャート。
【図１０】第４の実施形態に係る固体撮像素子の単位画素の構成を示す等価回路図。
【図１１】第４の実施形態における第２の読み出しモードを示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示すブロック図である。図１において、単位画素１０は、撮像面において行方向，列方向の二次元的に配置されている。単位画素１０の詳細な構成については後述する。垂直走査回路１１は、例えば行順次に単位画素１０に所定の駆動信号を与える。与えるべき駆動信号の種類およびそのタイミングについては後述する。
【００１４】
水平走査回路１２は、垂直走査回路１１が駆動した行の画素信号を記憶しているラッチを列順次に選択し、記憶されている画素信号を行出力線（水平出力線）から出力させる。第１列目，第２列目の画素列には、複数の列出力線Ｖ１１〜Ｖ１Ｎ，Ｖ２１〜Ｖ２Ｎがそれぞれ配置されている。ここで、Ｎは２以上の整数であり、１つの単位画素内に設けられている受光素子の数以上の数である。単位画素１０の画素信号は、複数設けられている列出力線の中で第Ｍ（１≦Ｍ≦Ｎ）番目の列出力線に選択的に出力することが可能である。そのための具体的な構成は単位画素１０の構成に含まれるので、詳細は後述する。なお、図１では、第１列目及び第２列目の画素列にそれぞれＮ本の列出力線が配置されていることを示しているが、第３列目以降の画素列についても、同様に１列の画素列につきＮ本ずつの列出力線が配置されている。
【００１５】
クランプ容量Ｃ１１〜Ｃ１Ｎ，Ｃ２１〜Ｃ２Ｎは、それぞれ列出力線Ｖ１１〜Ｖ１Ｎ，Ｖ２１〜Ｖ２Ｎ上の出力画素信号をクランプする。比較器ＣＭＰ１１〜ＣＭＰ１Ｎ，ＣＭＰ２１〜ＣＭＰ２Ｎは、それぞれクランプ容量Ｃ１１〜Ｃ１Ｎ，Ｃ２１〜Ｃ２Ｎにクランプされた画素信号を入力の一つとする。
【００１６】
ランプ信号発生器ＲＡＭＰ１３は、比較器ＣＭＰ１１〜ＣＭＰ１Ｎ，ＣＭＰ２１〜ＣＭＰ２Ｎの他方の入力に共通に入力されるランプ信号を発生する。比較器ＣＭＰ１１〜ＣＭＰ１Ｎ，ＣＭＰ２１〜ＣＭＰ２Ｎは、ランプ信号とクランプされた画素信号とを比較してその比較結果に応じて出力電位を変える。また、ランプ信号とは、信号発生時からの経過時間に比例してその電位が変化する信号である。
【００１７】
カウンタＣＮＴ１４は、比較器ＣＭＰ１１〜ＣＭＰ１Ｎ，ＣＭＰ２１〜ＣＭＰ２Ｎの出力に共通に接続され、カウント値がリセットされてから比較器ＣＭＰ１１〜ＣＭＰ１Ｎ，ＣＭＰ２１〜ＣＭＰ２Ｎの出力電位が変化した時点までの経過時間をカウントする。ラッチ１１〜ラッチ１Ｎ，ラッチ２１〜ラッチ２Ｎは、列出力線Ｖ１１〜Ｖ１Ｎ，Ｖ２１〜Ｖ２Ｎの各々に設けられ、カウントした結果のデジタル値を格納する。水平走査回路１２が、このデジタル値を列方向に順次転送する。ラッチに記憶できる行数分の信号を１水平走査期間内に転送させるのが、本実施形態の特徴の１つである。
【００１８】
（第１の実施形態）
本実施形態では、最も単純な系として、単位画素内に撮影光学系の瞳を分割して受光する２つの受光素子を設けた場合（すなわち、Ｎ＝２）の単位画素の構成および駆動方法について説明する。
【００１９】
図２は、固体撮像素子の単位画素１０の構成を表す等価回路図の１例である。図２において、２つの受光素子１０１Ａ，１０１Ｂは、マイクロレンズ（以下ＭＬ）１００の焦点位置に配置されることで、図示しない撮影光学系の瞳を２分割して光電変換することができる。電荷電圧変換部１０２Ａ，１０２Ｂは、フローティングディフュージョンノードであり、電荷蓄積機能を有する。それぞれ受光素子１０１Ａ，１０１Ｂと転送トランジスタ１０３Ａ，１０３Ｂを介して接続されており、このトランジスタの制御線Ｔｘの電位がハイレベルとなることにより、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂの電荷が転送される。
【００２０】
また、電荷電圧変換部１０２Ａ，１０２Ｂは、リセットトランジスタ１０５Ａ，１０５Ｂを介して電源電位ＶＤＤに接続されている。そして、リセットトランジスタ１０５Ａ，１０５Ｂの制御線ＲｘＡ，ＲｘＢの電位がハイレベルとなることによって、蓄積された電荷をリセットすることができる。
【００２１】
増幅用トランジスタ１０４Ａ，１０４Ｂは、そのゲートが電荷電圧変換部１０２Ａ，１０２Ｂにそれぞれ接続されている。また、そのソースが選択トランジスタ１０６Ａ１，１０６Ａ２，１０６Ｂ１，１０６Ｂ２を介して、それぞれ列出力線Ｖ１１，Ｖ１２上の電流源と接続され、ソースフォロワ回路を構成する。
【００２２】
選択トランジスタ１０６Ａ１は、受光素子１０１Ａからの信号を列出力線Ｖ１１に伝達し、選択トランジスタ１０６Ａ２は、受光素子１０１Ａからの信号を列出力線Ｖ１２に伝達する。同様に、選択トランジスタ１０６Ｂ１は、受光素子１０１Ｂからの信号を列出力線Ｖ１１に伝達し、選択トランジスタ１０６Ｂ２は、受光素子１０１Ｂからの信号を列出力線Ｖ１２に伝達する。これらの選択トランジスタは、その制御線ＳｘＡ１，ＳｘＡ２，ＳｘＢ１，ＳｘＢ２の電位がハイレベルとなったときに受光素子の信号を伝達する。
【００２３】
次に、図３および図４を用いて、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法について説明する。図３は、１水平走査期間における第１の読み出しモードを示すタイミングチャートである。
【００２４】
本実施形態の固体撮像素子は、１水平走査期間において、ラッチ１１〜ラッチ１２およびラッチ２１〜ラッチ２２に格納できるだけのデータを転送することができる。そのため、第１の読み出しモードにおいては、受光素子１０１Ａからの信号を列出力線Ｖ１１に伝達し、受光素子１０１Ｂからの信号を列出力線Ｖ１２に伝達する。これによって記号「Ａ」を付した受光素子群の信号と記号「Ｂ」を付した受光素子群の信号とを相異なる列出力線に出力し、同時転送することができる。
【００２５】
図３の時刻ｔ１において、水平同期信号が立ち上がるとともに、選択トランジスタ１０６Ａ１，１０６Ｂ２の制御線ＳｘＡ１，ＳｘＢ２の電位が立ち上がり、時刻ｔ１０に至るまでハイレベルを維持する。一方、選択トランジスタ１０６Ａ２，１０６Ｂ１の制御線ＳｘＡ２，ＳｘＢ１の電位はローレベルを維持する。
【００２６】
時刻ｔ２から時刻ｔ３において、リセットトランジスタ１０５Ａ，１０５Ｂの制御線ＲｘＡ，ＲｘＢの電位がハイレベルとなり、電荷電圧変換部１０２Ａ，１０２Ｂを電源電位ＶＤＤにリセットする。
【００２７】
時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、上記のリセットを解除した電荷電圧変換部１０２Ａ，１０２Ｂの電位（リセット電位）をランプ信号発生器ＲＡＭＰ１３からのランプ信号と比較する。そして、電荷電圧変換部のリセット電位とランプ信号の電位が逆転するまでカウンタＣＮＴ１４によってダウンカウントする。すなわち、受光素子１０１Ａのリセット信号（Ｎ信号）が伝達された列出力線Ｖ１１および受光素子１０１Ｂのリセット信号（Ｎ信号）が伝達された列出力線Ｖ１２の電位をＡＤ変換して、ラッチ１１およびラッチ１２に一時格納する。
【００２８】
次に、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの間、転送トランジスタ１０３Ａ，１０３Ｂの制御線Ｔｘの電位がハイレベルとなり、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂの信号電荷が電荷電圧変換部１０２Ａ，１０２Ｂに転送される。
【００２９】
時刻ｔ８から時刻ｔ９までの間、上記の信号電荷を転送した電荷電圧変換部１０２Ａ，１０２Ｂの電位をランプ信号発生器ＲＡＭＰ１３からのランプ信号と比較する。そして、カウンタＣＮＴ１４によって、先にラッチ１１，１２に一時格納した信号電荷転送前のデジタル値を開始点としてアップカウントして電荷電圧変換部の電位をデジタル値に変換し、再びラッチ１１およびラッチ１２に格納する。ラッチ１１，１２の各々に格納されたデジタル値は、先にラッチに一時格納したデジタル値がダウンカウントされたものであることから、光信号電荷に対応するデジタル値を出力するものであることが理解できる。
【００３０】
時刻ｔ１０において、２つの選択制御線ＳｘＡ１，ＳｘＢ２がローとなって選択を解除する。時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間、水平走査回路１２が水平走査信号を発生し、ラッチ１１，１２に格納されたデジタル値を列方向に順次転送する。
【００３１】
一方、図４は、１水平走査期間における第２の読み出しモードを示すタイミングチャートである。第２の読み出しモードにおいては、受光素子１０１Ａからの信号と受光素子１０１Ｂからの信号を同一の列出力線Ｖ１１に伝達し、各列出力線上で出力を平均化する。このことにより列出力線Ｖ１２が余剰となるので、別の読み出し行から受光素子１０１Ａおよび受光素子１０１Ｂの信号を伝達するように制御する。すなわち２行分の画素信号の同時読み出しが可能となる。
【００３２】
図４において、図３との差異は、時刻ｔ１から時刻ｔ１０において、選択制御線ＳｘＢ２の電位がハイレベルになるのではなく、選択制御線ＳｘＢ１の電位がハイレベルになる点である。これにより、この期間中、２つの増幅用トランジスタ１０４Ａ，１０４Ｂがそのソースを共に同一の列出力線Ｖ１１に接続した状態になるため、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂの信号電荷に対応した電位を平均化した電位を出力することとなる。
【００３３】
余剰となった列出力線Ｖ１２には、別の行から同時読み出しができる。すなわち、２行同時に読み出す別の行に関しては、時刻ｔ１から時刻ｔ１０において選択制御線ＳｘＡ２，ＳｘＢ２の電位をハイレベルとし、選択制御線ＳｘＡ１，ＳｘＢ１の電位をローレベルとする。これにより、この期間中、２つの増幅用トランジスタ１０４Ａ，１０４Ｂがそのソースを共に同一の列出力線Ｖ１２に接続した状態になるため、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂの信号電荷に対応した電位を平均化した電位を出力することとなる。本実施形態の固体撮像素子は、以上２つの読み出しモードを備える。
【００３４】
これら２つの読み出しモードの切り替え方法について、以下説明する。
【００３５】
図５は、本実施形態の２つの読み出しモードのいずれを適用するかを選択する方法を説明するフローチャートである。
【００３６】
ステップＳ５０１において、固体撮像素子に駆動モードを設定する。ステップＳ５０２において、動作モードがＡＦモード（撮影光学系のピント情報を取得する動作モード）であるか否かを判定する。ＡＦモードであった場合は、ステップＳ５０３に進み、選択制御線ＳｘＡ１，ＳｘＢ２をハイとして受光素子１０１Ａおよび受光素子１０１Ｂからの信号を独立に読み出す第１の読み出しモードを適用する。ここで言うＡＦモードとは、例えばライブビューなどと称される、撮影しようとする画角を表示装置などでモニタリングしながらピント合わせを行う動作モードも含まれる。これにより、専用のＡＦセンサーを設けなくとも本撮影にかかるピント情報を取得することができる。
【００３７】
ステップＳ５０２において、ＡＦモードではないと判断された場合は、ステップＳ５０４に進み、第２の読み出しモードを適用し、２行同時読み出しに必要な選択制御線を設定して読み出す。ここで言うＡＦモードではない場合とは、例えば静止画撮影を行う動作モードなどが挙げられる。
【００３８】
なお、像面位相差方式のピント情報に基づくＡＦ機能は、動画撮影中の画像の品位を保つうえでも有効な手段である。そのため、本実施形態におけるＡＦモードとは、こうした動画像の品位を保つために広く用いられる。
【００３９】
（第２の実施形態）
本実施形態では、固体撮像素子の領域毎に、第１の読み出しモードと第２の読み出しモードを適用する場合について説明する。
【００４０】
図６は、第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとを実行する固体撮像素子の画素配置を示す図である。第１の読み出しモードにおいて撮影光学系の瞳を分割する受光素子からの信号を独立に読み出すことの意義は、像面位相差方式のピント情報取得にある。このようなピント情報の取得であれば、固体撮像素子から焦点検出領域としたい一部の行を独立に読み出せばよい。そこで、第１の読み出しモードを一部の行に適用する一方、第２の読み出しモードで２行分の単位画素の信号を同時に読み出す２行同時読み出しする領域を設けることで、像面位相差方式のピント情報取得と読み出し時間の短縮を両立する。
【００４１】
図７は、読み出し行Ｎ＝１行目から開始（ステップＳ７０１）して、各行に２つの読み出しモードのいずれを適用するかを選択する方法を説明するフローチャートである。ステップＳ７０２において、Ｎ行目が第１の読み出しモード適用行であるか否かを判定する。第１の読み出しモードを適用すると判定された場合は、ステップＳ７０３に進み、第１の読み出しモードを適用して選択制御線ＳｘＡ１，ＳｘＢ２の電位をハイレベルとし、ステップＳ７０４に進んで、この行の読み出しを行う。
【００４２】
ステップＳ７０２において、Ｎ行目が第２の読み出しモード適用行であると判定された場合は、ステップＳ７０６に進み、第２の読み出しモードを適用して２行同時読み出しに必要な選択制御線を設定し、ステップＳ７０７に進んで、Ｎ行目とＮ＋１行目の読み出しを行う。
【００４３】
ステップＳ７０５およびステップＳ７０８では、読み出した行数分だけＮをインクリメントし、ステップＳ７０９に進む。すなわち、ステップＳ７０５では、Ｎを１行分だけインクリメントし、ステップＳ７０８では、Ｎを２行分インクリメントする。ステップＳ７０９に進んで、Ｎが最終行であるか否かを判定する。最終行でない場合はステップＳ７０２に戻り、同様の処理を継続する。最終行であった場合は、画像を記録し読み出しを終了する。
【００４４】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態において第１の読み出しモードを実行した場合、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂからの信号が独立に読み出される一方、これらを撮像画像として取り出すためには２つの受光素子からの信号を平均化する必要がある。そこで、本実施形態では、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂからの信号を平均化する回路を固体撮像素子に設けている。このような固体撮像素子の構成を図８に示す。また、図９に示すフローチャートを用いて、撮像画像を得るとともに、像面位相差方式のピント情報を出力可能な制御について説明する。図８において、第１の実施形態を示す図１との差異は、平均化回路５０およびバイパス経路を設けた点のみである。
【００４５】
図９において、まずステップＳ９０１で駆動モードを設定する。ステップＳ９０２において、設定された駆動モードが第１の読み出しモードであるか否かを判定する。第１の読み出しモードであると判定された場合は、ステップＳ９０３に進み、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂからの信号を独立に読み出し、位相差方式のピント情報を出力する。その一方、ステップＳ９０４において平均化回路５０をＯＮとして、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂからの信号の平均化信号も出力する。
【００４６】
ステップＳ９０２において、設定された駆動モードが第２の読み出しモードであると判定された場合は、ステップＳ９０５に進み、平均化回路５０をＯＦＦのままとする）。これらを第１の読み出しモードで読み出した信号を合成し、もしくは第２の読み出しモードで読み出した全ての信号を出力して、撮像画像として記録し、終了する。
【００４７】
（第４の実施形態）
本実施形態は、第３の読み出しモードとして、電荷電圧変換部１０２Ａおよび電荷電圧変換部１０２Ｂを短絡することによって、受光素子１０１Ａ，１０１Ｂからの混合信号電荷に対応する電位を読み出すものである。
【００４８】
図１０に、本実施形態に適用可能な固体撮像素子の単位画素１０の構成を示す。図１０において、図２との差異は、電荷電圧変換部１０２Ａと電荷電圧変換部１０２Ｂとを短絡可能な、制御線ＦＤＡＤＤをゲートに接続した加算トランジスタ１０７を設けた点にある。
【００４９】
図１１は、本実施形態における第３の読み出しモードを実現する駆動方法を示すタイミングチャートである。図１１において、図４との差異は、選択制御線ＳｘＢ１の電位がローレベルを維持し、時刻ｔ１から時刻ｔ１０において、ＦＤＡＤＤの電位がハイレベルとなっている点である。ＦＤＡＤＤの電位がハイレベルとなっていることにより加算トランジスタ１０７をオンした状態とし、信号電荷転送前後において電荷電圧変換部１０２Ａと電荷電圧変換部１０２Ｂとを短絡することで受光素子１０１Ａの信号電荷と受光素子１０１Ｂの信号電荷を混合し、混合された信号電荷に対応する電位を列出力線Ｖ１１，Ｖ２１に読み出すことができる。なお、選択制御線はＳｘＡ１に換えてＳｘＢ１の電位をハイとしても構わない。
【００５０】
本実施形態に示した第３の読み出しモードでは、電荷変換ゲインが電荷電圧変換部１０２Ａと電荷電圧変換部１０２Ｂとの合成容量の逆数に比例するため、第１の実施形態に示した第２の読み出しモードよりも低下してしまう。一方、第１の実施形態に示した第２の読み出しモードは、受光素子１０１Ａと受光素子１０２Ｂの電位の差異が大きくなるにしたがって列出力線Ｖ１１，Ｖ２１に現れる電位が算術的な平均化電位とずれてくることが知られている。そこで、信号電荷量の発生量が多い低ＩＳＯ感度設定で本実施形態に示した第３の読み出しモードを用い、信号電荷量の発生量が少ない高ＩＳＯ感度設定で第１の実施形態に示した第２の読み出しモードを用いる、などの方法を考えることができる。
【００５１】
なお、以上の実施形態では、一貫して撮影光学系の瞳を２分割して受光する受光素子を備えた固体撮像素子を例にとって説明した。しかし、図１においてＮ本の垂直出力線を備えていることを示したように、本発明は、撮影光学系の瞳をＮ分割して受光する受光素子を備えた固体撮像素子に適用することができる。
【００５２】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、像面位相差方式によるピント情報の取得を必要とする駆動モードや領域では、各受光素子からの信号を独立して読み出す。また、ピント情報を必要としない駆動モードや領域では、単位画素毎に各受光素子からの信号を平均化した信号を出力する。そのため、複数の垂直出力線を活用した複数行同時読み出しが可能となって読み出し時間を短縮することができる。
【００５３】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０：単位画素、１１：垂直走査回路、１２：水平走査回路、１３：ランプ信号発生器、１４：カウンタ、１００：マイクロレンズ、１０１：受光素子、１０２：電荷電圧変換部、１０３：転送トランジスタ、１０４：増幅ランジスタ、１０５：リセットトランジスタ、１０６：選択トランジスタ、Ｖ：列出力線
【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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