(57)【要約】【課題】  焦点制御信号等のシステム制御用信号の読み出しを撮像信号の読み出しと同時に行えるようにした固体撮像装置及びそれを用いた撮像システムを提供する。【解決手段】  光電変換素子を含む画素を複数２次元状に配列した画素部11と、画素部内の特定位置に設定された焦点制御信号用画素６からの信号を出力するのに用いる焦点制御信号用の垂直信号線10，垂直走査回路９，転送スイッチ13，水平走査回路８及び焦点制御信号読み出し部７と、焦点制御信号用画素以外の撮像用画素１からの信号を出力するのに用いる撮像信号用の垂直信号線５，垂直走査回路４，転送スイッチ12，水平走査回路３及び撮像信号読み出し部２とを備えて固体撮像装置を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型半導体からなる共通ウェルと、該共通ウェル内に形成された前記第１の導電性半導体とは異なる第２の導電型半導体とからなる光電変換素子を含む画素が複数、２次元状に配列されてなる画素部と、
前記画素部内の複数の特定位置に設定されたシステム制御用画素からの信号が出力される第１の垂直信号線と、
前記第１の垂直信号線に信号を出力する前記システム制御用画素に係る行を選択する第１の垂直走査回路と、
前記システム制御用画素に係る信号を外部に出力する第１の信号読み出し部と、
前記第１の垂直信号線と前記第１の信号読み出し部とを接続する第１の転送スイッチと、
前記システム制御用画素に係る列に対応する前記第１の垂直信号線を選択し、前記第１の転送スイッチを駆動する第１の水平走査回路と、
前記第１の垂直信号線とは別体に設けられ、前記システム制御用画素を除く前記画素部の全ての画素を撮像用画素として、少なくともこの撮像用画素からの信号が出力される第２の垂直信号線と、
前記第２の垂直信号線に信号を出力する前記撮像用画素に係る行を選択する第２の垂直走査回路と、
前記撮像用画素に係る信号を外部に出力する第２の信号読み出し部と、
前記第２の垂直信号線と前記第２の信号読み出し部とを接続する第２の転送スイッチと、
前記撮像用画素に係る列に対応する前記第２の垂直信号線を選択し、前記第２の転送スイッチを駆動する第２の水平走査回路とを有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記画素の前記共通ウェルを電気的に一定電位に固定するウェル電位固定手段を更に有し、前記システム制御用画素は前記ウェル電位固定手段を備えた画素であることを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に係る固体撮像装置と、前記固体撮像装置の画素部に被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像装置の第１の信号読み出し部から供給される信号に基づき、前記光学系の焦点距離を制御するシステム制御手段とを有する撮像システム。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に係る固体撮像装置と、前記固体撮像装置の画素部に被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像装置の第１の信号読み出し部から供給される信号に基づき、前記被写体像に係る露光を制御するシステム制御手段を有する撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、撮像信号とシステム制御用信号とを同時に読み出すことが可能な固体撮像装置及び、それを用いた撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開平６−１４１２２５号公報に示されているように、２次元に配列された光電変換素子を有する画素と、読み出す画素行を任意に指定するためのＶ方向アドレスレジスタと、画素信号を読み出すための画素列に共通に接続された垂直信号線と、Ｖ方向アドレスレジスタにより選択された画素行から読み出す画素信号を任意に選択するためのＨ方向アドレスレジスタを備えた固体撮像素子において、Ｖ方向アドレスレジスタ及びＨ方向アドレスレジスタへの制御により画素部の任意の位置の画素からの画素信号を読み出すことができ、読み出す画素を限定することで、その画素信号を用いた焦点制御を高速で行うことができるように構成したものが知られている。
【特許文献１】特開平６−１４１２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記公報開示の従来技術では、焦点制御のための信号として画素信号の一部を使うことにより焦点制御の高速化を図ることはできるが、焦点制御用の信号読み出しと撮像信号の読み出しは同時に行えないので、焦点制御の高速化には限界があった。本願発明は、従来技術の上記問題点を解消するためになされたもので、焦点制御信号の読み出しと撮像信号の読み出しが同時に行える固体撮像装置及びそれを用いた撮像システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題点を解消するため、請求項１に係る発明は、第１の導電型半導体からなる共通ウェルと、該共通ウェル内に形成された前記第１の導電性半導体とは異なる第２の導電型半導体とからなる光電変換素子を含む画素が複数、２次元状に配列されてなる画素部と、前記画素部内の複数の特定位置に設定されたシステム制御用画素からの信号が出力される第１の垂直信号線と、前記第１の垂直信号線に信号を出力する前記システム制御用画素に係る行を選択する第１の垂直走査回路と、前記システム制御用画素に係る信号を外部に出力する第１の信号読み出し部と、前記第１の垂直信号線と前記第１の信号読み出し部とを接続する第１の転送スイッチと、前記システム制御用画素に係る列に対応する前記第１の垂直信号線を選択し、前記第１の転送スイッチを駆動する第１の水平走査回路と、前記第１の垂直信号線とは別体に設けられ、前記システム制御用画素を除く前記画素部の全ての画素を撮像用画素として、少なくともこの撮像用画素からの信号が出力される第２の垂直信号線と、前記第２の垂直信号線に信号を出力する前記撮像用画素に係る行を選択する第２の垂直走査回路と、前記撮像用画素に係る信号を外部に出力する第２の信号読み出し部と、前記第２の垂直信号線と前記第２の信号読み出し部とを接続する第２の転送スイッチと、前記撮像用画素に係る列に対応する前記第２の垂直信号線を選択し、前記第２の転送スイッチを駆動する第２の水平走査回路とを有して固体撮像装置を構成するものである。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記画素の前記共通ウェルを電気的に一定電位に固定するウェル電位固定手段を更に有し、前記システム制御用画素は前記ウェル電位固定手段を備えた画素であることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る固体撮像装置と、前記固体撮像装置の画素部に被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像装置の第１の信号読み出し部から供給される信号に基づき、前記光学系の焦点距離を制御するシステム制御手段とを備えて撮像システムを構成するものである。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る固体撮像装置と、前記固体撮像装置の画素部に被写体像を結像する光学系と、前記固体撮像装置の第１の信号読み出し部から供給される信号に基づき、前記被写体像に係る露光を制御するシステム制御手段を備えて撮像システムを構成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、システム制御用画素からの信号出力は第１の垂直信号線を介して第１の読み出し部より、撮像用画素からの信号出力は第１の垂直信号線とは別体の第２の垂直信号線を介して第２の読み出し部より、各々出力される。これにより、システム制御用画素からの信号出力と撮像用画素からの信号出力とを、時間的に独立に読み出すことが可能となり、システム制御用画素からの信号出力に基づいたシステム制御、例えば、焦点制御や露光制御を高速に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１０】
（実施例１）
本発明に係る固体撮像装置は、画素部からの信号を用いて焦点制御を行い、それと同時に撮像操作を行うことができるようにしたものであるが、まず、その実施例１について説明する。図１は、実施例１に係る固体撮像装置の構成を示すブロック構成図である。この実施例に係る固体撮像装置は、２次元に配置された光電変換素子を含む画素からなる画素部11と、その画素部11の中で焦点制御に適した位置に配置されたハッチングを付して示す焦点制御信号用画素６と、焦点制御信号用画素６のみの読み出し行を選択する焦点制御信号用垂直走査回路９と、焦点制御信号用画素６からの出力信号を読み出すための焦点制御信号用垂直信号線10と、焦点制御信号用垂直走査回路９によって選択された行の画素からの画素信号を、転送スイッチ13を介して選択する焦点制御信号用水平走査回路８と、焦点制御信号用水平走査回路８によって選択された焦点制御信号用画素６の信号を読み出す焦点制御信号読み出し部７とを備え、更に画素部11から焦点制御信号用画素６を除いた全ての画素である撮像用画素１と、撮像用画素１の読み出し行を選択する撮像信号用垂直走査回路４と、撮像用画素１からの出力を読み出すための撮像信号用垂直信号線５と、撮像信号用垂直走査回路４によって選択された行の画素の画素信号を、転送スイッチ12を介して読み出すための撮像信号用水平走査回路３と、撮像信号用垂直走査回路４及び撮像信号用水平走査回路３によって選択された撮像用画素１の信号を読み出す撮像信号読み出し部２とを備えている。
【００１１】
次に、このように構成されている実施例１に係る固体撮像装置の動作について説明する。まず撮像用画素１に対する撮像信号用垂直走査回路４により、画素部11内の撮像用画素１の行位置が指定される。撮像信号用垂直走査回路４により指定された行位置に対して、撮像信号用水平走査回路３によって順次転送スイッチ12をオンすることにより、撮像用画素１からの信号を垂直信号線５を介して撮像信号読み出し部２に転送する。１行分の撮像用画素からの画素信号が全て転送された後、撮像信号用垂直走査回路４により次の行の選択を行う。この後撮像信号用水平走査回路３を同様に動作させることで、指定行の撮像用画素の画素信号を撮像信号読み出し部２に転送し、この動作を、画素部11の１行目の撮像用画素から最終行の撮像用画素まで繰り返すことで撮像用画素の信号を全部読み出すことができる。
【００１２】
焦点制御信号用画素６についても、専用の焦点制御信号用垂直走査回路９，焦点制御信号用垂直信号線10，焦点制御信号用水平走査回路８，転送スイッチ13，及び焦点制御信号読み出し部７を用い、焦点制御信号用垂直走査回路９による行選択、及び焦点制御信号用水平走査回路８による焦点制御信号読み出し部７への転送は、撮像用画素１の画素信号の読み出しと同様に行う。
【００１３】
上記のように、本実施例においては、撮像用画素１から撮像信号読み出し部２までの経路と、焦点制御信号用画素６から焦点制御信号読み出し部７までの経路は完全に物理的に独立しているため、独立に制御して読み出しが可能である。
【００１４】
次に、図１に示した上記構成の実施例１に係る固体撮像装置を用いた撮像システムを、図２に基づいて説明する。図２に示すように、固体撮像装置21から出力された焦点制御信号25は、ＡＦ検出回路22に入力される。ＡＦ検出回路22では、この焦点制御信号を元にレンズユニット24の制御量を計算し、その制御量は制御信号発生器23に転送され、制御信号発生器23からの制御信号によりレンズユニット24を駆動することで、焦点制御調整を行う。なお、固体撮像装置21の撮像用画素からの撮像信号は、出力端子26より単独に出力させるようになっている。固体撮像装置21の画素部11において撮像用画素１と焦点制御信号用画素６では、焦点制御信号用画素６の画素数が少なく、読み出し部も上記のように独立しているため、高速での焦点制御が実現できる。ここでは、撮像システムにおけるシステム制御として焦点制御について述べたが、露出制御については、焦点制御信号用などのシステム制御用画素を露出制御信号用画素として用い、露光制御信号として固体撮像装置から出力された信号を、シャッタースピード、絞り制御にフィードバックすることで実現できる。
【００１５】
（実施例２）
次に、本発明に係る固体撮像装置の実施例２について説明する。まず、実施例２における画素部の撮像用画素と焦点制御信号用画素の画素構成について説明する。図３に撮像用画素の構造を模式的に示す。図３に示すように、画素の光電変換素子の信号電荷は、Ｐウェル31と該Ｐウェル31上に配置されたＮ型層32とで形成された間に蓄積される。この電荷を転送トランジスタ33のゲート34への印加電圧をオンにすることで、電荷蓄積部（ＦＤ）35に読み出す。なお、図３において、30はＮ型基板、36は電荷蓄積部（ＦＤ）35をリセットするためのリセットトランジスタである。また、フォトダイオード部の表面のＰ+ 型不純物層は、フォトダイオードの受光部表面にはＳｉ−ＳｉＯ2 界面があり、結晶欠陥が生じやすく、読み出し電圧をかけると暗時でも電荷が発生しノイズとなるので、これを抑えるためのものである。
【００１６】
ここで、Ｐウェル31の電位は画素部周辺でＧＮＤに接続しているため、ＧＮＤ電位になっているが、画素サイズが大きくなると、撮像動作により、Ｐウェル内で電位差が生じる。これによりシェーディングが発生する。実施例２では、画素部11の電位を安定させ、シェーディングを防止する目的で、図４に示すように画素部11内の複数の画素にウェルコンタクト37を設け、このウェルコンタクト37を設けているウェルコンタクト画素６ａを、焦点制御信号用画素として用いるものである。なお、ここでウェルコンタクト画素を焦点制御信号用画素として用いているのは、通常ウェルコンタクト画素は電位を安定させるためのコンタクト領域をもつため、受光部の領域が狭められ、通常の画素よりも特性が劣ることになり、撮像用画素としては使用しないためである。
【００１７】
次に、実施例２に係る固体撮像装置の構成を図５に示すブロック構成図で説明する。画素部11は、ウェルコンタクトを設けていない画素１と適宜間隔をおいて配置したウェルコンタクトを設けたウェルコンタクト画素６ａとで構成し、ウェルコンタクトを設けていない画素１を撮像用画素として用い、ウェルコンタクト画素６ａを焦点制御信号用画素として用い、実施例１と同様に、撮像用画素１からの信号は、撮像信号用垂直走査回路４，撮像信号用垂直信号線５，撮像信号用水平走査回路３及び撮像信号読み出し部２とで出力させるようにし、焦点制御信号用画素としてのウェルコンタクト画素６ａからの信号は、焦点制御信号用垂直走査回路９，焦点制御信号用垂直信号線10，焦点制御信号用水平走査回路８及び焦点制御信号読み出し部７とで出力させるようにしている。
【００１８】
このような構成の実施例２においても、全画素を読み出す必要のある固体撮像装置を使った従来の焦点制御に比べ、高速で合焦することができ、シェーディングの発生を防止できるので、より精度良く焦点制御を実現することができる。また実施例１と同様に、撮像システムを構成した場合における露出制御については、焦点制御信号用などのシステム制御用画素としてのウェルコンタクト画素を、露光制御信号用画素として用い、露光制御信号として固体撮像装置から出力された信号をシャッタースピード、絞り制御にフィードバックすることで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施例１の構成を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置を用いた撮像システムの構成を示すブロック構成図である。
【図３】実施例２に係る固体撮像装置の画素部における撮像用画素の構成を示す概略断面図である。
【図４】同じく実施例２に係る固体撮像装置の画素部におけるウェルコンタクト画素の構成を示す概略断面図である。
【図５】実施例２に係る固体撮像装置の全体構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  撮像用画素
２  撮像信号読み出し部
３  撮像信号用水平走査回路
４  撮像信号用垂直走査回路
５  撮像信号用垂直信号線
６  焦点制御信号用画素
６ａ  ウェルコンタクト画素
７  焦点制御信号読み出し部
８  焦点制御信号用水平走査回路
９  焦点制御信号用垂直走査回路
10  焦点制御信号用垂直信号線
11  画素部
12  撮像信号用転送スイッチ
13  焦点制御信号用転送スイッチ
21  固体撮像装置
22  ＡＦ検出回路
23  制御信号発生器
24  レンズユニット
25  焦点制御信号
26  撮像信号出力端子
30  Ｎ型基板
31  Ｐウェル
32  Ｎ型層
33  転送トランジスタ
34  ゲート
35  電荷蓄積部
36  リセットトランジスタ
37  ウェルコンタクト
【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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