(57)【要約】【課題】焦点検出機能を有する固体撮像装置において、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下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】複数の光電変換部が設けられた画素領域であって、複数の光電変換部の一部の光電変換部には、瞳分割された一部の光が入射し、複数の光電変換部の他の光電変換部には瞳分割された他の光が入射する画素領域と、光電変換部から読み出された信号を所定の増幅率で増幅して出力する信号読み出し部とを有し、所定の増幅率が、光電変換部が画素領域において位置する場所に応じて変更される。【選択図】図５
2017011514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換部が設けられた画素領域であって、前記複数の光電変換部の一部の光電変換部には、瞳分割された一部の光が入射し、前記複数の光電変換部の他の光電変換部には瞳分割された他の光が入射する画素領域と、
前記光電変換部から読み出された信号を所定の増幅率で増幅して出力する信号読み出し部とを有し、
前記所定の増幅率が、前記光電変換部が前記画素領域において位置する場所に応じて変更されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の光電変換部は、前記画素領域の中央部から離間した部分に配置され、瞳分割された信号を検出可能な一対の第１の光電変換部及び第２の光電変換部と、前記画素領域の前記中央部に配置され、瞳分割された信号を検出可能な一対の第３の光電変換部及び第４の光電変換部とを含み、
前記第１の光電変換部から読み出された信号と前記第２の光電変換部から読み出された信号とを異なる増幅率で増幅し、前記第３の光電変換部から読み出された信号と前記第４の光電変換部から読み出された信号とを同じ増幅率で増幅するように前記所定の増幅率が設定されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複数の光電変換部は複数列に渡って配され、
前記信号読み出し部は、前記複数の光電変換部の各列に接続して設けられた列増幅部を有し、
前記列増幅部の増幅率を変更することにより、前記所定の増幅率が変更されることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記複数の光電変換部は複数列に渡って配され、
前記信号読み出し部は、前記複数の光電変換部の各列に接続して設けられ、前記光電変換部から読み出された信号を一時的に保持する保持容量を有し、
前記保持容量の容量値を変更することにより、前記所定の増幅率が変更され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】
前記信号読み出し部は、出力する信号を増幅する出力アンプを有し、
前記出力アンプの増幅率を変更することにより、前記所定の増幅率が変更されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記信号読み出し部は、前記複数の光電変換部から読み出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部を有し、
前記アナログ信号を前記デジタル信号に変換する際のゲインを変更することにより、前記所定の増幅率が変更され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７】
前記一部の光電変換部と、前記他の光電変換部とを有する画素を有し、
前記一部の光電変換部から読み出された信号と前記他の光電変換部から読み出された信号とを加算した信号に基づいて画像用信号を生成する際には、前記一部の光電変換部から読み出された信号と前記他の光電変換部から読み出された信号とを同じ増幅率で増幅することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
第１の瞳領域の光を検出する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子において生成された信号電荷が転送される第１のフローティングディフュージョン部とを有する第１の画素と、
前記第１の画素と対をなす焦点検出用画素であって、前記第１の瞳領域とは異なる第２の瞳領域の光を検出する第２の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子において生成された信号電荷が転送される第２のフローティングディフュージョン部とを有する第２の画素とを有し、
前記第１のフローティングディフュージョン部の容量値と、前記第２のフローティングディフュージョン部の容量値とが異なっている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置が出力する前記第１の画素の信号と前記第２の画素の信号とに基づいて焦点検出用信号を生成する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１０】
複数の光電変換部が設けられた画素領域であって、前記複数の光電変換部の一部の光電変換部には、瞳分割された一部の光が入射し、前記複数の光電変換部の他の光電変換部には瞳分割された他の光が入射する画素領域を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部から読み出された信号を、前記光電変換部が前記画素領域において位置する場所に応じて増幅率を変更して、増幅することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出機能を有する固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、画像形成用の信号を取得するための撮像用画素と、オートフォーカス（ＡＦ）用の信号を取得するためのＡＦ用画素とを含み、画像用信号とＡＦ用信号とを同時に取得しうる固体撮像装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、各画素が２つの光電変換部を有し、これら２つの光電変換部からの１対の出力信号をＡＦ用信号として用い、これら２つの光電変換部からの出力信号を加算して画像用信号として用いる固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２２８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の固体撮像装置では、ＡＦ用画素を画素領域の中央部から離間した場所に配置した場合、対となる２つのＡＦ用画素のうち、一方のＡＦ用画素からの出力信号レベルが低下することがあった。この結果、位相差信号の検出精度が低下し、ＡＦ精度が悪化することがあった。
【０００６】
本発明の目的は、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下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】
【０００７】
本発明の一観点によれば、複数の光電変換部が設けられた画素領域であって、前記複数の光電変換部の一部の光電変換部には、瞳分割された一部の光が入射し、前記複数の光電変換部の他の光電変換部には瞳分割された他の光が入射する画素領域と、前記光電変換部から読み出された信号を所定の増幅率で増幅して出力する信号読み出し部とを有し、前記所定の増幅率が、前記光電変換部が前記画素領域において位置する場所に応じて変更されることを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一観点によれば、第１の瞳領域の光を検出する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子において生成された信号電荷が転送される第１のフローティングディフュージョン部とを有する第１の画素と、前記第１の画素と対をなす焦点検出用画素であって、前記第１の瞳領域とは異なる第２の瞳領域の光を検出する第２の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子において生成された信号電荷が転送される第２のフローティングディフュージョン部とを有する第２の画素とを有し、前記第１のフローティングディフュージョン部の容量値と、前記第２のフローティングディフュージョン部の容量値とが異なっていることを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の更に他の一観点によれば、複数の光電変換部が設けられた画素領域であって、前記複数の光電変換部の一部の光電変換部には、瞳分割された一部の光が入射し、前記複数の光電変換部の他の光電変換部には瞳分割された他の光が入射する画素領域を有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記光電変換部から読み出された信号を、前記光電変換部が前記画素領域において位置する場所に応じて増幅率を変更して、増幅することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下を抑制し、ＡＦ精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素構成を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による固体撮像装置のＡＦ用画素の構造を示す平面図及び断面図である。
【図４】ＡＦ用画素からの出力信号の例を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第３実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第４実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第５実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第５実施形態による固体撮像装置の動作を説明する図である。
【図１０】本発明の第６実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の第６実施形態による固体撮像装置の画素の構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の第７実施形態による撮像システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態に係る固体撮像装置及びその駆動方法、並びに撮像システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［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回路図である。図２は、本実施形態による固体撮像装置の画素構成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のＡＦ用画素の構造を示す平面図及び断面図である。図４は、ＡＦ用画素からの出力信号を示すグラフである。
【００１４】
はじめに、本実施形態による固体撮像装置１００の構造について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００１５】
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、水平転送回路５０と、水平走査回路７０とを有している。なお、本明細書において、列読み出し回路３０及び水平転送回路５０を含む信号処理回路部は、信号読み出し部と表記することもある。
【００１６】
画素領域１０には、複数行及び複数列に渡って行列状に配された複数の画素Ｐが設けられている。図１には、説明の簡略化のために、画素Ｐが３列×６行の行列状に配された画素領域１０を示しているが、画素領域１０を構成する行及び列の数は、特に限定されるものではない。また、図１には説明の便宜上、列番号をｘ、行番号をｙとして、各画素にＰｘｙの符号を付記している。例えば、第１列、第４行に位置する画素ＰはＰ１４と表記し、第３列、第５行に位置する画素Ｐは、Ｐ３５と表記している。
【００１７】
それぞれの画素Ｐは、図２に示すように、光電変換素子１２、転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４を有している。光電変換素子１２は、例えばフォトダイオードである。光電変換素子１２のアノードは接地電圧線に接続され、光電変換素子１２のカソードは転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、フローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」と表記する）を構成する。図には、ＦＤ部の寄生容量を、浮遊拡散容量１４として表記している。なお、浮遊拡散容量１４の容量値は、転送トランジスタＭ１のドレイン及びリセットトランジスタＭ２のソースを構成する拡散層の接合容量と増幅トランジスタＭ３のゲート容量との和になる。リセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源電圧線に接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、選択トランジスタＭ４のドレインに接続されている。
【００１８】
画素領域１０の各列には、列方向に延在する垂直出力線１６がそれぞれ配されている。垂直出力線１６は、列方向に並ぶ画素Ｐｘｙの選択トランジスタＭ４のソースにそれぞれ接続されており、これら画素Ｐｘｙに共通の信号線をなしている。垂直出力線１６には、電流源１８と、列読み出し回路３０とが接続されている。電流源１８の一例が、図２に示すトランジスタＭ５である。
【００１９】
画素領域１０の各行には、行方向に延在する制御信号線２２がそれぞれ配されている。それぞれの制御信号線２２は、行方向に並ぶ画素Ｐｘｙに共通の信号線をなしている。制御信号線２２は、垂直走査回路２０に接続されている。それぞれの制御信号線２２は、転送ゲート信号線、リセット信号線及び行選択信号線（いずれも不図示）を含む。転送ゲート信号線は、垂直走査回路２０から画素Ｐに転送ゲート信号ＰＴＸを出力するためのものであり、対応する画素Ｐの転送トランジスタＭ１のゲートに接続される。リセット信号線は、垂直走査回路２０から画素Ｐにリセット信号ＰＲＥＳ出力するためのものであり、対応する画素ＰのリセットトランジスタＭ２のゲートに接続される。行選択信号線は、垂直走査回路２０から画素Ｐに行選択信号ＰＳＥＬを出力するためのものであり、対応する画素Ｐの選択トランジスタＭ４のゲートに接続される。
【００２０】
列読み出し回路３０は、図１に示すように、画素領域１０の各列に対応してそれぞれ、入力容量３２、帰還容量３４、差動増幅回路３６、トランジスタＭ６，Ｍ７，Ｍ８、保持容量３８，４０を含む。差動増幅回路３６の非反転入力端子は、入力容量３２を介して垂直出力線１６に接続されている。差動増幅回路３６の非反転入力端子と出力端子との間には、帰還容量３４が接続されている。差動増幅回路３６の反転入力端子には、電圧Ｖｒｅｆが印加されている。これにより、差動増幅回路３６、入力容量３２及び帰還容量３４を含む列増幅部が構成されている。差動増幅回路３６の出力端子は、トランジスタＭ６，Ｍ７を介して保持容量３８に、トランジスタＭ６，Ｍ８を介して保持容量４０に、それぞれ接続されている。保持容量３８，４０は、画素Ｐから読み出した信号を一時的に保持するためのものである。トランジスタＭ６，Ｍ７，Ｍ８は、それぞれ、端子１３１，１３２，１３３から制御ノードへ入力される制御信号により制御される。
【００２１】
水平転送回路５０は、差動増幅回路５２、水平出力線５４，５６、保持容量５８，６０、トランジスタＭ９，Ｍ１０，Ｍ１１，Ｍ１２を有している。トランジスタＭ９，Ｍ１０は、画素領域１０の各列に対応してそれぞれ設けられている。列読み出し回路３０の各列のトランジスタＭ７と保持容量３８との接続ノードは、トランジスタＭ９を介して水平出力線５４に接続されている。列読み出し回路３０の各列のトランジスタＭ８と保持容量４０との接続ノードは、トランジスタＭ１０を介して水平出力線５６に接続されている。水平出力線５４には、保持容量５８が接続されている。水平出力線５６には、保持容量６０が接続されている。水平出力線５４，５６は、一方が差動増幅回路５２の非反転入力端子に接続され、他方が差動増幅回路５２の反転入力端子に接続されている。水平出力線５４，５６には、また、トランジスタＭ１１，１２を介してリセット電圧Ｖｒｅｓを印加できるようになっている。各列のトランジスタＭ９，Ｍ１０の制御ノードには、水平走査回路７０が接続されている。トランジスタＭ１１，１２は、端子１３４から制御ノードへ入力される制御信号により、制御される。
【００２２】
ここで、本実施形態による固体撮像装置１００は、画素領域１０を構成する画素Ｐｘｙの少なくとも一部が、焦点検出用信号（ＡＦ用信号）を取得するための画素（ＡＦ用画素）により構成されている。ＡＦ用画素の配置には様々な態様が考えられるが、ここでは垂直方向に瞳分割を行い、一方の瞳領域の信号を第５行目の画素（画素Ｐ１５，Ｐ２５，Ｐ３５）で検出し、他方の瞳領域の信号を第６行目の画素（画素Ｐ１６，Ｐ２６，Ｐ３６）で検出するものとする。以後の説明では、第５行目に配置されるＡＦ用画素を「Ｓ１画素」と表記し、第６行目に配置されるＡＦ用画素を「Ｓ２画素」と表記するものとする。
【００２３】
Ｓ１画素及びＳ２画素は、例えば図３に示す構造を有する。光電変換素子１２であるフォトダイオードが設けられた半導体基板１１０上には、層間絶縁膜１１２及びマイクロレンズ１１４が配されている。層間絶縁膜１１２内には、Ｓ１画素部に設けられた開口部１１８と、Ｓ２画素部に設けられた開口部１２０とを含む遮光膜１１６が設けられている。なお、Ｓ１画素及びＳ２画素以外の撮像用画素部（図示せず）には、開口部１１８，１２０に対応する領域を含む１つの開口部（図示せず）が設けられている。開口部１１８，１２０は、撮像用画素における開口部の中心に対して上下対称の位置に配置されている。すなわち、開口部１１８はＳ１画素部の中心よりも下側に、開口部１２０はＳ２画素部の中心よりも上側に、それぞれ配置されている。これにより、光軸を中心として対称となる２つの瞳位置からの光束により画素Ｐ上に結像した像のうち、一方をＳ１画素で検出し、他方をＳ２画素で検出することができる。
【００２４】
なお、本明細書において、上下の方向は、一例では撮影画像の垂直方向に対応し、画素領域１０の画素配列との関係で言えば列方向である。また、左右の方向は、一例では撮影画像の水平方向に対応し、画素領域１０の画素配列との関係で言えば行方向である。
【００２５】
本実施形態による固体撮像装置１００では、対となるＳ１画素とＳ２画素のうちの少なくとも一部において、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４とＳ２画素の浮遊拡散容量１４とが異なっている。すなわち、対となるＳ１画素及びＳ２画素のうちのうちの少なくとも一部において、遮光膜１１６の開口部が画素の中心よりも画素領域１０の中心側に位置している画素における浮遊拡散容量１４の容量値が、他方の容量値よりも小さくなっている。第５列目に図３に示すＳ１画素を配置し、第６列目に図３に示すＳ２画素を配置する上述の例では、Ｓ２画素におけるＦＤ部の浮遊拡散容量１４が、Ｓ１画素におけるＦＤ部の浮遊拡散容量１４よりも小さくなっている。
【００２６】
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１乃至図４を用いて説明する。
【００２７】
まず、垂直走査回路２０から制御信号線２２を介して画素Ｐｘｙにハイレベルの転送ゲート信号ＰＴＸ及びリセット信号ＰＲＥＳを出力し、転送トランジスタＭ１及びリセットトランジスタＭ２をオンにする。これにより、光電変換素子１２に、転送トランジスタＭ１及びリセットトランジスタＭ２を介して電源電圧が印加され、光電変換素子１２の電位がリセットされる。光電変換素子１２のリセット動作を行った後、転送ゲート信号ＰＴＸ及びリセット信号ＰＲＥＳをローレベルとし、光電変換素子１２を電源電圧から切り離す。これにより、光電変換素子１２では、入射光量に応じた信号電荷の蓄積動作が開始する。
【００２８】
所定の蓄積期間が経過した後、垂直走査回路２０から制御信号線２２を介して画素Ｐｘｙにハイレベルのリセット信号ＰＲＥＳを出力し、リセットトランジスタＭ２をオンにする。これにより、ＦＤ部にリセットトランジスタＭ２を介して電源電圧が印加され、ＦＤ部、すなわち浮遊拡散容量１４の電位がリセットされる。ＦＤ部のリセット動作を行った後、リセット信号ＰＲＥＳをローレベルとし、ＦＤ部を電源電圧から切り離す。これにより、ＦＤ部のリセット動作が完了する。
【００２９】
次いで、垂直走査回路２０から制御信号２２を介してハイレベルの選択信号ＰＳＥＬを出力し、選択トランジスタＭ４をオンにする。増幅トランジスタＭ３は、選択トランジスタＭ４を介して電流源１８（トランジスタＭ５）からバイアス電流が供給された状態となり、ソースフォロワ回路を構成する。これにより、垂直出力線１６には、ＦＤ部のリセット電圧に応じた信号（リセット信号）が、選択トランジスタＭ４を介して出力される。
【００３０】
垂直出力線１６に出力されたリセット信号は、列読み出し回路３０に入力され、差動増幅回路３６により入力容量３２と帰還容量３４との容量比に応じたゲイン（増幅率）で増幅された後、トランジスタＭ６，Ｍ７を介して保持容量３８に保持される。
【００３１】
次いで、垂直走査回路２０から制御信号２２を介してハイレベルの転送ゲート信号ＰＴＸを出力し、転送トランジスタＭ１をオンにする。これにより、光電変換素子１２において生成され、蓄積されていた信号電荷が、転送トランジスタＭ１を介してＦＤ部に転送される。これにより、ＦＤ部は、ＦＤ部に転送された信号電荷の量及び浮遊拡散容量１４に応じた電圧をリセット電圧に重畳した電圧となる。これにより、垂直出力線１６には、ＦＤ部に転送された信号電荷の量に応じた信号（光電変換信号）が、選択トランジスタＭ４を介して出力される。
【００３２】
垂直出力線１６に出力された光電変換信号は、列読み出し回路３０に入力され、差動増幅回路３６により入力容量３２と帰還容量３４との容量比に応じたゲインで増幅された後、トランジスタＭ６，Ｍ８を介して保持容量４０に保持される。
【００３３】
以上の動作が行毎に各列で同時に行われ、例えば、画素Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１からのリセット信号及び光電変換信号が、それぞれに対応した保持容量３８，４０に保持される。
【００３４】
次いで、トランジスタＭ１１，Ｍ１２を駆動し、水平出力線５４，５６の電位をリセットした後、水平走査回路７０から列毎に順次ハイレベルの制御信号を出力し、保持容量３８，４０に保持されている信号を、水平出力線５４，５６に順次読み出す。これにより、差動増幅回路５２の出力端子から出力端子１３５へと、光電変換信号とリセット信号との差分信号が出力される。水平出力線５４，５６へのリセット信号及び光電変換信号の読み出しは、トランジスタＭ９，Ｍ１０を制御する制御信号を、列毎に順次、水平走査回路７０から出力することにより行う。差動増幅回路５２により電変換信号とリセット信号との差分演算を行うことにより、画素部の増幅トランジスタＭ３の閾値電圧などの特性バラツキに起因するノイズ信号を相殺することができ、Ｓ／Ｎ比の高い出力信号を得ることができる。
【００３５】
上記一連の読み出し動作を、画素領域１０の各行について順次行い、画像用信号並びにＡＦ用信号を取得する。
【００３６】
以上の読み出し動作は、ＡＦ用画素であるＳ１画素及びＳ２画素においても同様である。しかしながら、Ｓ１画素及びＳ２画素の配置場所によっては、Ｓ１画素及びＳ２画素のうちの一方の画素から十分なレベルの出力信号を得られないことがある。
【００３７】
図４（ａ）は、画素領域１０の中央部に対となるＳ１画素及びＳ２画素を配置した場合におけるこれら画素からの出力信号レベルを示したグラフである。図示するように、画素領域１０の中央部にＳ１画素及びＳ２画素を配置した場合には、Ｓ１画素からのＳ１信号とＳ２画素からのＳ２信号は、ほぼ同じレベルであり、フロアノイズレベルｂよりも十分に大きい。したがって、Ｓ１信号のピーク信号位置とＳ２信号のピーク位置から、位相差信号ａ１を精度よく検出することができる。
【００３８】
しかしながら、Ｓ１画素及びＳ２画素の配置場所が画素領域１０の上部或いは下部に近づくほど遮光膜１１６による光のケラレが大きくなり、Ｓ１信号の出力レベルとＳ２信号の出力レベルとの差が大きくなる。すなわち、画素Ｐに入射する光の入射角の法線方向に対するずれが大きくなるのに伴って、画素領域１０の中央部よりも上側に配置されるＳ１画素ほど出力信号レベルは小さくなり、中央部よりも下側に配置されるＳ１画素ほど出力信号レベルは大きくなる。逆に、画素領域１０の中央部よりも上側に配置されるＳ２画素ほど出力信号レベルは大きくなり、中央部よりも下側に配置されるＳ２画素ほど出力信号レベルは小さくなる。
【００３９】
このため、本実施形態による固体撮像装置のように、例えば画素領域１０の下側である第５行目及び第６行目にＳ１画素及びＳ２画素を配置した場合には、Ｓ１信号及びＳ２信号は、例えば図４（ｂ）に示すようになる。すなわち、Ｓ１信号の出力レベルは図４（ａ）の場合よりも大きくなり、Ｓ２信号の出力レベルは図４（ａ）の場合よりも小さくなる。そして、Ｓ２信号の出力レベルがフロアノイズレベルｂ付近まで低下した場合には、Ｓ２信号のピーク位置を検出する際の誤差が大きくなり、位相差信号ａ２の検出精度が低下し、ひいてはＡＦ精度が悪化することになる。
【００４０】
そこで、本実施形態による固体撮像装置１００では、画素領域１０の中央部から離間した部分（以下、周辺部とも表記する）におけるＳ２画素のＦＤ部の浮遊拡散容量１４の容量値を、Ｓ１画素におけるＦＤ部の浮遊拡散容量１４の容量値よりも小さくしている。前述のように、ＦＤ部の電圧は、光電変換部１２から転送された信号電荷が浮遊拡散容量１４の容量値に応じて変換された電圧を、リセット電圧に重畳したものである。つまり、浮遊拡散容量１４が小さいほど、信号電荷の変化に伴うＦＤ部の電圧の変化、ひいては光電変換信号の出力レベルは大きくなる。
【００４１】
したがって、Ｓ２画素におけるＦＤ部の浮遊拡散容量１４の容量値を、Ｓ１画素におけるＦＤ部の浮遊拡散容量１４の容量値よりも小さくすることにより、Ｓ２画素からの出力ゲインをＳ１画素からの出力ゲインよりも大きくすることができる。これにより、例えば図４（ｃ）に示すように、Ｓ２信号の出力レベルをフロアノイズレベルｂよりも十分に大きくしてＳＮ比を向上することができ、位相差信号ａ３の検出精度を向上することができる。
【００４２】
Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４の容量値は、Ｓ２信号の出力レベルがフロアノイズレベルｂよりも十分に大きくなるように、適宜決定することが望ましい。Ｓ１信号及びＳ２信号は、これら信号のピーク信号位置を精度よく検出できれば十分であるため、必ずしもこれら信号のピーク高さが同じになる必要はない。
【００４３】
画素領域１０の中央部と下部との間に複数のＳ２画素を有する場合は、複数のＳ２画素のうち、少なくとも出力レベルの低下が位相差信号の検出精度に影響するＳ２画素についてのみ、浮遊拡散容量１４を小さくすればよい。或いは、画素領域１０の中央部のＳ２画素よりも下側のＳ２画素ほど浮遊拡散容量１４を小さくするように、連続的に或いは段階的に、浮遊拡散容量１４を変化するようにしてもよい。
【００４４】
なお、ここでは、図３に示すＳ１画素及びＳ２画素を画素領域１０の中央部よりも下側に配置した場合を例に説明したが、Ｓ１画素及びＳ２画素を画素領域１０の中央部よりも上側に配置した場合には、Ｓ１画素とＳ２画素との関係は逆になる。すなわち、この場合には、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４の容量値を、Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４の容量値よりも小さくする。
【００４５】
また、水平方向に瞳分割を行う場合には、同様にして、画素領域１０の右側においてＳ１画素及びＳ２画素のうちの一方の浮遊拡散容量１４を小さくし、画素領域１０の左側においてＳ１画素及びＳ２画素のうちの他方の浮遊拡散容量１４を小さくすればよい。
【００４６】
浮遊拡散容量１４は、前述のように、転送トランジスタＭ１のドレイン及びリセットトランジスタＭ２のソースを構成する拡散層の接合容量と増幅トランジスタＭ３のゲート容量との和になる。したがって、浮遊拡散容量１４を小さくするためには、これらトランジスタのうち一部或いは全部のトランジスタのサイズを小さくすればよい。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下を抑制し、ＡＦ精度を向上することができる。
【００４８】
［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５を用いて説明する。図１乃至図４に示す第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。図５は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【００４９】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図５に示すように、列読み出し回路３０の構成が異なるほかは、図１に示す第１実施形態による固体撮像装置１００と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置１００の列読み出し回路３０は、入力容量３２に対して並列に接続可能に構成された入力容量４２を更に有している。列増幅部は、差動増幅回路３６、入力容量３２，４２、帰還容量３４、トランジスタＭ１３により構成される。入力容量４２に直列に接続されたトランジスタＭ１３の導通状態を切り替えることにより、入力容量３２に対して入力容量４２を並列に接続し、或いは、入力容量３２から入力容量４２を切り離すことができる。トランジスタＭ１３は、端子１３６から制御ノードへ入力される制御信号により、制御される。
【００５０】
第１実施形態による固体撮像装置１００では、列増幅部のゲインは、入力容量３２の容量Ｃ１と、帰還容量３４の容量Ｃ３との容量比、すなわちＣ１／Ｃ３で規定される。一方、本実施形態による固体撮像装置１００では、トランジスタＭ１３の導通状態によって、列増幅部のゲインを切り替えることができる。すなわち、トランジスタＭ１３がオフ状態のときには、差動増幅回路３６のゲインはＣ１／Ｃ３となる。これに対し、トランジスタＭ１３がオン状態のときには、差動増幅回路３６のゲインは、入力容量３２の容量Ｃ１と入力容量４２の容量Ｃ２の合成容量と、帰還容量３４の容量Ｃ３との容量比、（Ｃ１＋Ｃ２）／Ｃ３となる。この意味で、トランジスタＭ１３は、列増幅部の増幅率を制御する制御部である。例えば、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３とすると、トランジスタＭ１３をオフ状態にしたときの差動増幅回路３６のゲインは１となり、トランジスタＭ１３をオン状態にしたときの差動増幅回路３６のゲインは２となる。
【００５１】
したがって、Ｓ１画素からの信号読み出しの際にトランジスタＭ１３をオフ状態に設定し、Ｓ２画素からの信号読み出しの際にトランジスタＭ１３をオン状態に設定することにより、Ｓ２信号の出力レベルを大きくすることができる。これにより、例えば図４（ｃ）に示したように、Ｓ２信号の出力レベルをフロアノイズレベルｂよりも十分に大きくしてＳＮ比を向上することができ、位相差信号ａ３の検出精度を向上することができる。
【００５２】
なお、本実施形態による固体撮像装置１００では、Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４は、必ずしもＳ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくする必要はない。Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４は、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４と同じであってもよいし、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくてもよい。本実施形態による固体撮像装置１００においてＳ２画素の浮遊拡散容量１４をＳ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくすれば、相乗的な効果を得ることも可能である。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下を抑制し、ＡＦ精度を向上することができる。
【００５４】
［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について、図６を用いて説明する。図１乃至図５に示す第１及び第２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６は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【００５５】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図６に示すように、列読み出し回路３０の構成が異なるほかは、図１に示す第１実施形態による固体撮像装置１００と同様である。すなわち、本実施形態による固体撮像装置１００の列読み出し回路３０は、各列にそれぞれ、保持容量４４，４６及びトランジスタＭ１４，１５を、更に有している。保持容量４４は、トランジスタＭ１４，Ｍ６を介して差動増幅回路３６の出力端子に接続されている。保持容量４６は、トランジスタＭ１５，Ｍ６を介して差動増幅回路３６の出力端子に接続されている。トランジスタＭ１４，Ｍ１５は、それぞれ、端子１３２，１３３から制御ノードへ入力される制御信号によりトランジスタＭ７，Ｍ８と同時に制御される。
【００５６】
また、本実施形態による固体撮像装置１００の水平転送回路５０は、各列にそれぞれ、トランジスタＭ１６，１７及びＡＮＤ回路６２を、更に有している。列読み出し回路３０の各列のトランジスタＭ１４と保持容量４４との接続ノードは、トランジスタＭ１６を介して水平出力線５４に接続されている。列読み出し回路３０の各列のトランジスタＭ１５と保持容量４６との接続ノードは、トランジスタＭ１７を介して水平出力線５６に接続されている。トランジスタＭ１６，Ｍ１７の制御ノードには、ＡＮＤ回路６２の出力端子が接続されている。ＡＮＤ回路６２には、水平走査回路７０からの制御信号と、端子１４１からの制御信号とが入力される。なお、各列のＡＮＤ回路６２には、端子１４１，１４２，１４３から、それぞれ別々の制御信号が入力される。
【００５７】
本実施形態による固体撮像装置１００では、列読み出し回路３０から出力されたリセット信号は、トランジスタＭ６，Ｍ１４を介して保持容量４４にも保持される。また、列読み出し回路３０から出力された光電変換信号は、トランジスタＭ６，Ｍ１５を介して保持容量４６にも保持される。
【００５８】
そして、水平出力線５４，５６へのリセット信号及び光電変換信号の読み出しの際に、端子１４１からＡＮＤ回路６２へ入力する制御信号を適宜制御し、保持容量３８，４０，４４，４６から水平出力線５４，５６に読み出す際のゲインを決定する。保持容量３８，４０，４４，４６から水平出力線５４，５６に信号を読み出す際のゲインは、容量分割比で決まる。ここで、保持容量３８，４０の容量値がＣ４であり、保持容量４４，４６の保持容量がＣ５であり、保持容量５８，６０の容量値がＣ６であるものとする。
【００５９】
Ｓ１信号を読み出す際には、水平走査回路７０からハイレベルの制御信号を入力し、端子１４１からローレベルの制御信号を入力する。これにより、トランジスタＭ９，Ｍ１０はオンになり、トランジスタＭ１６，Ｍ１７はオフのままである。つまり、Ｓ１信号を保持する保持容量の水平出力線５４，５６側から見た容量値は、Ｃ４である。したがって、保持容量３８から水平出力線５４への読み出しゲイン並びに保持容量４０から水平出力線５６への読み出しゲインは、ともに、Ｃ４／（Ｃ４＋Ｃ６）となる。
【００６０】
一方、Ｓ２信号を読み出す際には、水平走査回路７０からハイレベルの制御信号を入力し、端子１４１からもハイレベルの制御信号を入力する。これにより、トランジスタＭ９，Ｍ１０はオンになり、トランジスタＭ１６，Ｍ１７もオンになる。つまり、Ｓ２信号を保持する保持容量の水平出力線５４，５６側から見た容量値は、容量値は、Ｃ４＋Ｃ５である。したがって、保持容量３８，４４から水平出力線５４への読み出しゲイン並びに保持容量４０，４６から水平出力線５６への読み出しゲインは、ともに、（Ｃ４＋Ｃ５）／（Ｃ４＋Ｃ５＋Ｃ６）となる。
【００６１】
この意味で、トランジスタＭ１６，Ｍ１７及びＡＮＤ回路６２は、水平出力線５４，５６に信号を読み出す際の保持容量の容量値を変えることにより増幅率を制御する制御部である。
【００６２】
例えば、Ｃ４＝Ｃ５＝Ｃ６であるとすると、Ｓ１信号を読み出す際の読み出しゲインは１／２であるのに対し、Ｓ２信号を読み出す際の読み出しゲインは２／３となり、Ｓ２信号の読み出しゲインをＳ１信号の読み出しゲインよりも大きくすることができる。これにより、例えば図４（ｃ）に示したように、Ｓ２信号の出力レベルをフロアノイズレベルｂよりも十分に大きくしてＳＮ比を向上することができ、位相差信号ａ３の検出精度を向上することができる。
【００６３】
第２列又は第３列の画素Ｐから信号を読み出す際には、端子１４１に制御信号を入力するのに変えて、端子１４２又は端子１４３へ制御信号を入力する。その他は、第１列目の読み出し動作と同様である。
【００６４】
なお、本実施形態による固体撮像装置１００では、Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４は、必ずしもＳ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくする必要はない。Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４は、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４と同じであってもよいし、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくてもよい。本実施形態による固体撮像装置１００においてＳ２画素の浮遊拡散容量１４をＳ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくすれば、相乗的な効果を得ることも可能である。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下を抑制し、ＡＦ精度を向上することができる。
【００６６】
［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７を用いて説明する。図１乃至図６に示す第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。図７は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。
【００６７】
本実施形態による固体撮像装置１００は、差動増幅回路５２の出力端子に接続して、出力用回路８０を更に有している。出力用回路８０は、差動増幅回路８８と、入力容量８２，８４と、帰還容量８６と、トランジスタＭ１８とを有している。この出力用回路８０は、固体撮像装置１００から出力する信号を増幅する出力アンプである。
【００６８】
差動増幅回路８８の非反転入力端子は、入力容量８２を介して差動増幅回路５２の出力端子に接続されている。差動増幅回路８８の非反転入力端子と出力端子との間には、帰還容量８６が接続されている。入力容量８４は、入力容量８２に対して並列に接続可能に構成されている。入力容量８４に直列に接続されたトランジスタＭ１８の導通状態を切り替えることにより、入力容量８２に対して入力容量８４を並列に接続し、或いは、入力容量８２から入力容量８４を切り離すことができる。トランジスタＭ１８は、端子１３７から制御ノードへ入力される制御信号により制御される。
【００６９】
差動増幅回路８８のゲインは、入力容量と帰還容量の比で決まる。ここで、入力容量８２、入力容量８４、帰還容量８６の容量値が、それぞれ、Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９であるものとする。
【００７０】
Ｓ１信号を読み出す際には、トランジスタＭ１８をオフ状態とする。これにより、差動増幅回路８８のゲインは、Ｃ７／Ｃ９となる。一方、Ｓ２信号を読み出す際には、トランジスタＭ１９をオン状態とする。これにより、差動増幅回路８８のゲインは、（Ｃ７＋Ｃ８）／Ｃ９となる。
【００７１】
この意味で、トランジスタＭ１９は、固体撮像装置１００から出力する信号の増幅率を制御する制御部である。
【００７２】
例えば、Ｃ７＝Ｃ８＝Ｃ９であるとすると、Ｓ１信号を読み出す際のゲインは１であるのに対し、Ｓ２信号を読み出す際のゲインは２となり、Ｓ２信号を読み出す際のゲインをＳ１信号を読み出す際のゲインよりも大きくすることができる。これにより、例えば図４（ｃ）に示したように、Ｓ２信号の出力レベルをフロアノイズレベルｂよりも十分に大きくしてＳＮ比を向上することができ、位相差信号ａ３の検出精度を向上することができる。
【００７３】
なお、本実施形態による固体撮像装置１００では、Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４は、必ずしもＳ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくする必要はない。Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４は、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４と同じであってもよいし、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくてもよい。本実施形態による固体撮像装置１００においてＳ２画素の浮遊拡散容量１４をＳ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくすれば、相乗的な効果を得ることも可能である。
【００７４】
このように、本実施形態によれば、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下を抑制し、ＡＦ精度を向上することができる。
【００７５】
［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について、図８及び図９を用いて説明する。図１乃至図７に示す第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。図８は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。図９は、本発明の第５実施形態による固体撮像装置の動作を説明する図である。
【００７６】
第１乃至第４実施形態では、センサ信号をアナログ信号として出力する固体撮像装置を例に説明した。しかしながら、本発明は、チップ内にＡＤ変換部を内蔵し、センサ信号をデジタル信号として出力する固体撮像装置にも適用可能である。本実施形態では、センサ信号をデジタル信号として出力する固体撮像装置への適用例について説明する。
【００７７】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図８に示すように、列読み出し回路３０の各列に、比較器９０、列メモリ９２、トランジスタＭ１９，Ｍ２０を有している。また、ランプ信号発生回路９４、カウンタ回路９６、タイミングジェネレータ９８を更に有している。列読み出し回路３０を構成するこれら要素が、ＡＤ変換部を構成している。
【００７８】
比較器９０の一方の入力端子は、垂直出力線１６に接続されている。垂直出力線１６と比較器９０との間に、第１乃至第４実施形態と同様の列増幅部を設けてもよい。比較器９０の他方の入力端子は、トランジスタＭ１９を介して、また、トランジスタＭ２０を介して、ランプ信号発生回路９４に接続されている。トランジスタＭ１９，Ｍ２０は、それぞれ、端子１３８，１３９から制御ノードへ入力される制御信号により制御される。
【００７９】
比較器９０の出力端子は、列メモリ９２に接続されている。列メモリ９２には、カウンタ回路９６が接続されている。列メモリ９２は、水平出力線５４に接続されている。水平走査回路７０は、列メモリ９２に接続されている。水平出力線５４には、出力用回路８０が接続されている。垂直走査回路２０、ランプ信号発生回路９４及びカウンタ回路９６には、タイミングジェネレータ９８が接続されている。
【００８０】
画素Ｐから出力される画素信号は、垂直出力線１６を介して比較器９０の一方の入力端子に入力される。比較器９０の他方の入力端子には、ランプ信号発生回路９４から、所定の傾きをもったランプ信号が入力されるようになっている。ランプ信号発生回路９４は、例えば図９に示すような、傾きの異なる２つのランプ信号１５１，１５２を出力する。ランプ信号発生回路９４は、タイミングジェネレータ９８からカウンタ回路９６へのクロックパルス１５６の出力と同期して、ランプ信号１５１，１５２が立下がり始めるように設計されている。ランプ信号発生回路９４から出力されるランプ信号１５１，１５２は、トランジスタＭ１９，Ｍ２０によっていずれか一方が選択され、比較器９０の他方の入力端子に入力される。カウンタ回路９６は、タイミングジェネレータ９８から入力されるクロックパルス１５６を計数し、その値を列メモリ９２に出力する。
【００８１】
比較器９０は、画素Ｐから出力される画素信号１５３と、ランプ信号１５１，１５２との信号レベルの比較を行う。そして、比較器９０は、画素信号１５３とランプ信号１５１，１５２との大小関係が入れ替わったときに、出力信号の信号レベルを変化する。比較器９０からの出力信号の変化を検知した列メモリ９２は、このタイミングでラッチされたカウンタ回路９６からの出力値（カウント値１５４，１５５）をデジタルコードとして記録する。その後、水平走査回路７０を動作し、各列の列メモリ９２に記録されているコードが、出力用回路８０を介して出力端子１３５ら出力される。なお、出力用回路８０における処理には、光電変換信号成分からノイズ信号成分を差し引く差分処理などが含まれる。
【００８２】
このような、センサ信号をデジタル信号として出力する固体撮像装置１００において出力信号の増幅率を変更するためには、ランプ信号１５１，１５２の傾きを変えればよい。ランプ信号の傾きがなだらかなほど、比較器９０の出力信号が反転するまでのカウント値が大きくなり、すなわちゲインを大きくすることができる。
【００８３】
したがって、Ｓ１信号の読み出しの際に用いるランプ信号をランプ信号１５１とし、Ｓ２信号の読み出しの際に用いるランプ信号をランプ信号１５２とすることで、Ｓ２信号を読み出す際のゲインをＳ１信号を読み出す際のゲインよりも大きくすることができる。これにより、例えば図４（ｃ）に示したように、Ｓ２信号の出力レベルをフロアノイズレベルｂよりも十分に大きくしてＳＮ比を向上することができ、位相差信号ａ３の検出精度を向上することができる。
【００８４】
なお、本実施形態による固体撮像装置１００では、Ｓ２画素におけるＦＤ部の浮遊拡散容量１４の容量値は、必ずしもＳ１画素におけるＦＤ部の浮遊拡散容量１４の容量値よりも小さくする必要はない。Ｓ２画素の浮遊拡散容量１４は、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４と同じであってもよいし、Ｓ１画素の浮遊拡散容量１４よりも小さくてもよい。
【００８５】
このように、本実施形態によれば、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下を抑制し、ＡＦ精度を向上することができる。
【００８６】
［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について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１乃至図９に示す第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。図１０は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示す回路図である。図１１は、本実施形態による固体撮像装置の画素の構造を示す断面図である。
【００８７】
第１実施形態では、図２に示す回路構成を有する画素Ｐを用い、Ｓ１信号とＳ２信号とを別々の画素Ｐ（Ｓ１画素及びＳ２画素）から出力する構成とした例を示した。しかしながら、画素Ｐは必ずしも図２に示す画素回路により構成する必要はなく、例えば図１０に示すように、各画素Ｐが２つのサブピクセルを有する構成としてもよい。２つのサブピクセルを有する画素Ｐは、これらサブピクセルから一対のＡＦ用信号を検出可能であるとともに、２つのサブピクセルからの信号を合算することで画像用信号を検出することもできる。
【００８８】
図１０には、各画素Ｐが、２つの光電変換素子Ｄａ，Ｄｂを有している。光電変換素子Ｄａは転送トランジスタＭａを介してＦＤ部に接続されており、光電変換素子Ｄｂは転送トランジスタＭｂを介してＦＤ部に接続されている。これら光電変換素子Ｄａ，Ｄｂを異なる瞳領域に配置することで、光電変換素子Ｄａから出力される信号と光電変換素子Ｄｂから出力される信号とを一対のＡＦ用信号として用いることができる。また、光電変換素子Ｄａから出力される信号と光電変換素子Ｄｂから出力される信号とを合算することで、画像用信号を取得することができる。
【００８９】
図１１は、２つの光電変換素子Ｄａ，Ｄｂを有する画素Ｐの断面構造を模式的に表した図である。マイクロレンズアレイは、画素領域１０の各画素Ｐへの光の入射角の違いを考慮して、画素アレイに対して縮小して配置される。このため、画素領域１０の周辺部においては、１つの画素Ｐを構成する２つの光電変換素子Ｄａ，Ｄｂに対してマイクロレンズ１１４はずらして配置される。図１１の例は、画素領域１０の右端の画素Ｐの模式図であり、マイクロレンズ１１４は、光電変換素子Ｄａ，Ｄｂに対して左側にずらして配置されている。
【００９０】
このため、特に画素領域１０の周辺部の画素Ｐにおいては、画素領域１０の中央側に配置された光電変換素子（光電変換素子Ｄａ）への入射光量は、画素領域１０の外側に配置された光電変換素子（光電変換素子Ｄｂ）への入射光量よりも小さくなる。この結果、光電変換素子Ｄｂから出力される信号の出力レベルと光電変換素子Ｄａから出力される信号の出力レベルとの関係は、第１実施形態において説明したＳ１信号の出力レベルとＳ２信号の出力レベルとの関係と同じになる。
【００９１】
したがって、第２乃至第５実施形態と同様の手法により、光電変換素子Ｄａから信号を読み出す際の出力ゲインを、光電変換素子Ｄｂから信号読み出す際の出力ゲインよりも大きくすることにより、位相差信号の検出精度を向上することができる。光電変換素子Ｄａ，Ｄｂから画像用信号を取得する際には、光電変換素子Ｄａから信号を読み出す際の出力ゲインと、光電変換素子Ｄｂから信号を読み出す際の出力ゲインとを、同じにすればよい。
【００９２】
なお、図１０に示す回路構成では、同じ列の隣接する２つの画素Ｐにおいて、画素内読み出し回路の一部（リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３及び選択トランジスタＭ４）を共用しているが、それぞれの画素に画素内読み出し回路を設けてもよい。
【００９３】
このように、本実施形態によれば、ＡＦ用画素の画素領域内における配置場所に起因する信号レベルの低下を抑制し、ＡＦ精度を向上することができる。
【００９４】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による撮像システムについて図１２を用いて説明する。図１乃至図１１に示す第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。
【００９５】
図１２は、本実施形態による撮像システムの構成を示すブロック図である。
【００９６】
上記第１乃至第６実施形態で述べた固体撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムの一例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどが挙げられる。
【００９７】
図１２に例示した撮像システム２００は、固体撮像装置１００、被写体の光学像を固体撮像装置１００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、固体撮像装置１００に光を集光する光学系である。固体撮像装置１００は、第１乃至第６実施形態で説明した固体撮像装置１００である。
【００９８】
撮像システム２００は、また、固体撮像装置１００より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部２０８を有する。出力信号処理部２０８は、固体撮像装置１００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、出力信号処理部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。
【００９９】
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バッファメモリ部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。
【０１００】
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、固体撮像装置１００と出力信号処理部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は少なくとも固体撮像装置１００と、固体撮像装置１００から出力された出力信号を処理する出力信号処理部２０８とを有すればよい。
【０１０１】
固体撮像装置１００は、焦点検出用画素が出力する信号に基づく焦点検出用信号と撮像信号とを出力信号処理部２０８に出力する。出力信号処理部２０８は、焦点検出用信号を用いて、合焦しているか否かを検出する。また、出力信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。出力信号処理部２０８が合焦していないことを検出した場合には、全体制御・演算部２１８は、合焦する方向に光学系を駆動する。再び出力信号処理部２０８は、固体撮像装置１００から出力される焦点検出用信号を用いて、再び合焦しているか否かを検出する。以下、固体撮像装置１００、出力信号処理部２０８、全体制御・演算部２１８は、合焦するまでこの動作を繰り返す。
【０１０２】
第１乃至第６実施形態による固体撮像装置１００を適用することにより、ＡＦ用画素から得られる焦点検出用信号の検出精度を向上することができる。これにより、ＡＦ精度を向上し、より高品質の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。
【０１０３】
［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。
【０１０４】
例えば、上記実施形態では、固体撮像装置１００の各部において増幅率を変更する構成を示したが、各部に設定される増幅率、２種類のみならず、３種類以上でもよい。
【０１０５】
また、上記第１乃至第６実施形態に記載の構成は、互いに独立して同様の効果を奏するものであり、これらのうちの２つ以上の実施形態の構成を任意に組み合わせて相乗的な効果を得ることも可能である。一の固体撮像装置が、増幅率を変化するための複数の手段を有し、ＡＦ用画素の配置場所に応じてこれらを使い分けるようにしてもよい。
【０１０６】
また、上記実施形態では、画像用信号を取得する画素とＡＦ用信号を取得する画素とを含む固体撮像装置について説明したが、必ずしも画像用信号を取得する画素を有する必要はない。すなわち、ＡＦ用信号を取得する用途にのみ用いられる光電変換装置であってもよい。
【０１０７】
また、上記実施形態で示した焦点検出用画素の出力は、焦点検出用に限らず、距離測定や動き検出などの計測用に用いてもよい。
【０１０８】
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】
【０１０９】
１０…画素領域
２０…垂直走査回路
３０…列読み出し回路
５０…水平転送回路
７０…水平走査回路
３２，４２…入力容量
３４…帰還容量
３６，５２…差動増幅回路
９０…比較器
９２…列メモリ
９４…ランプ信号発生回路
９６…カウンタ回路
９８…タイミングジェネレータ
【図１】
2017011514.tif 000003
【図２】
2017011514.tif 000004
【図３】
2017011514.tif 000005
【図４】
2017011514.tif 000006
【図５】
2017011514.tif 000007
【図６】
2017011514.tif 000008
【図７】
2017011514.tif 000009
【図８】
2017011514.tif 000010
【図９】
2017011514.tif 000011
【図１０】
2017011514.tif 000012
【図１１】
2017011514.tif 000013
【図１２】
2017011514.tif 000014