(57)【要約】【課題】  全画素情報を用いた撮像信号と、撮像の条件を決めるためのＡＦ等の制御用信号とを並行して取得可能な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】  緑色成分の光に対応した信号を出力する画素(1) と、緑色成分と赤色成分の光に対応した信号を出力する画素(2) と、緑色成分と青色成分の光に対応した信号を出力する画素(3) とを２次元に配列して画素部100 を構成し、第１の垂直走査回路101 の選択制御により、画素(1) からの緑色成分信号と画素(2) からの赤色成分信号と画素(3) からの青色成分信号を第１の出力端子111 から撮像信号として出力させ、第２の垂直走査回路102 の選択制御により、画素(2) ，(3) の緑色成分信号を第２の出力端子112 から制御用信号として並行して出力させるように構成する。【選択図】        図１
2009124369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を備えた画素が複数、行列状に２次元に配列された画素部であって、輝度成分に本質的に関わる第１の色成分に係る第１の画素信号を垂直信号線に出力する第１の前記画素、及び前記第１の色成分又は前記第１の色成分とは異なる第２の色成分のいずれか一方の色成分に係る画素信号を選択して前記垂直信号線に出力することが可能な第２の前記画素を有する画素部と、
前記垂直信号線の出力を列毎に順次選択して出力する第１の水平信号出力回路及び該第１の水平信号出力回路とは異なる第２の水平信号出力回路と、
第１のタイミングにて取得された前記第１の画素からの画素信号と前記第２の色成分に係る前記第２の画素からの画素信号とを前記第１の水平信号出力回路から出力させる第１の動作モード制御と、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングにて取得された前記第１の画素からの画素信号と前記第１の色成分に係る前記第２の画素からの画素信号とを前記第２の水平信号出力回路から出力させる第２の動作モード制御とを行う制御部とを有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記画素部は、前記第１及び第２の色成分とは異なる第３の色成分に係る画素信号を前記垂直信号線に出力する第３の前記画素を更に有し、前記制御部は、前記第１の動作モード制御において、前記第３の画素からの画素信号を出力させ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】
前記画素部は、前記第１の色成分として緑色成分が、前記第２の色成分として青色成分及び赤色成分の少なくとも一方が設定されてい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４】
前記請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置と、
前記第１の動作モード制御にて出力された画素信号に基づき、撮像画像を生成する処理を実行する画像処理回路と、
前記第２の動作モード制御にて出力された画素信号に基づき、撮像の条件を設定する撮像条件設定回路と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、固体撮像装置に関し、特に、画像形成用の撮像信号と撮像条件を決めるためのＡＦ（自動焦点）やＡＥ（自動露出）制御用の信号を得る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】
近年、被写体を光学的に結像させる光学系と、光学的被写体像を電気信号に変換する固体撮像素子と、撮像された被写体画像を記録する記録部と、撮影された画像を表示する表示部とを具備したデジタルカメラが、銀塩カメラやビデオカメラと同様に画像記録又は画像表示手段として一般的に用いられている。特に、一眼レフタイプのデジタルカメラにおいては、銀塩カメラと同様に静止画像を即座に撮るニーズが強いことから、レリーズスイッチを押してから撮影までの時間が短いことが要求される。
【０００３】
このような理由から、一眼レフタイプのデジタルカメラにおいては、ＡＦとかＡＥといったカメラ撮影系の制御用信号を生成するには、固体撮像素子とは別の専用センサが用いられている。しかしながら、このような構成の方式では、以下に述べるような問題が発生する。すなわち、撮影光束とＡＦ，ＡＥ検出光束が別々の光路を通るため、各構成部材の部品精度誤差や各構成部材の取り付け誤差や各構成部材の材質が異なることによる温度変化時の形状誤差により、ＡＦ，ＡＥ精度を下げるという問題が発生する。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、特許文献１開示の技術を、図10と図11を用いて簡単に説明する。図10はカラーフィルター配列を示す図で、図11の（Ａ），（Ｂ）は画素の断面構造を示す図である。この文献開示の固体撮像装置は、固体撮像素子上に、撮像を行うためのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各フィルターを持った画素（図10内のＲ，Ｇ，Ｂと表示している画素）以外に、カラーフィルターを持たないＡＦ専用の画素（図10内のＳ１，Ｓ２と表示している画素）を有している。この２つのＡＦ専用画素Ｓ１，Ｓ２の内、一方のＡＦ専用画素（第１の位相センサ）Ｓ１は、図11の（Ａ）に示すように画素の中心から一方に偏った開口部201aを持つ遮光層201 を備え、他方のＡＦ専用画素（第２の位相センサ）Ｓ２は、図11の（Ｂ）に示すように画素Ｓ１とは反対側に画素中心から等距離の場所に開口202aを持つ遮光層202 を備えている。
【０００５】
このとき、固体撮像素子上に像を結ぶカメラレンズが固体撮像素子上でピントが合っているならば、画素Ｓ１（第１の位相センサ）を含む行の画素Ｓ１群からの像信号と、画素Ｓ２（第２の位相センサ）を含む行の画素Ｓ２群の信号群からの像信号は一致する。しかし、ピントを結ぶ点が固体撮像素子のイメージ面よりも前方もしくは後方にあるならば、画素Ｓ１を含む行の画素Ｓ１群からの像信号と、画素Ｓ２を含む画素Ｓ２群の信号群からの像信号との間に位相差が生じる。このような固体撮像素子上で瞳分割する位相差方式であれば、固体撮像素子とＡＦセンサとが同一部材であるので、上記で説明した固体撮像素子とＡＦセンサを別構成にしたことに因る誤差要因はなくなる。
【０００６】
また、撮像素子の光電変換手段上に結像された被写体像から得られる映像信号を演算処理して合焦点を求めるＡＦ装置の一つとして、合焦の度合いを示す値が大きくなる方向に撮影レンズを移動させ、ピーク位置を検出したら、そこでレンズ移動を停止するように構成された、所謂、山登り方式と呼称される方式がある。この山登り方式では、像のピントが合ってくると映像信号中の高周波成分であるコントラスト情報が増える点に着目し、バンドパスフィルタ等により映像信号から取り出したその高周波成分を、合焦の度合いを示す信号として検出している。
【０００７】
この方式では、撮影レンズの繰り出し、又は繰り込みながらコントラスト情報（コントラスト値）を得て、その値が最大となる位置を求めるようにしている。したがって、ＡＦ動作を高速化するためには、撮像素子からの映像信号読み出しスピードを高速に、すなわちフレームレートを上げる必要がある。
【０００８】
そのため、特許文献２には、ＡＦ動作時には、撮像素子から全画素の信号を読み出すのではなく、図12に示すように一部領域の画素のみから信号を読み出すことでフレームレート上げることが開示されている。図12において、301 が固体撮像素子の撮像領域であり、複数の画素302 が並んでいる。312 はＡＦエリアであり、その内のハッチングを施した画素311 のみ読み出すことで高速化を図っている。
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献２】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】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１開示のものにおいては、ＡＦ用の信号を得るために一部の画素をＡＦ専用として、他の画素と構成を別にしているので、そのＡＦ専用の画素の情報は撮像信号としては使用できず、画像の品質が落ちてしまう。また、特許文献２においては、ＡＦ用の信号を高速に得ることはできるが、撮像動作とＡＦ用信号取得の動作を分けて行わなければならず、連写のように続けて撮影を行う場合には、撮影間の時間が長くなってしまう。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、全画素情報を用いた撮像信号と、撮像の条件を決めるためのＡＦやＡＥ等の制御用信号とを並行して取得可能な固体撮像装置、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、光電変換素子を備えた画素が複数、行列状に２次元に配列された画素部であって、輝度成分に本質的に関わる第１の色成分に係る第１の画素信号を垂直信号線に出力する第１の前記画素、及び前記第１の色成分又は前記第１の色成分とは異なる第２の色成分のいずれか一方の色成分に係る画素信号を選択して前記垂直信号線に出力することが可能な第２の前記画素を有する画素部と、前記垂直信号線の出力を列毎に順次選択して出力する第１の水平信号出力回路及び該第１の水平信号出力回路とは異なる第２の水平信号出力回路と、第１のタイミングにて取得された前記第１の画素からの画素信号と前記第２の色成分に係る前記第２の画素からの画素信号とを前記第１の水平信号出力回路から出力させる第１の動作モード制御と、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングにて取得された前記第１の画素からの画素信号と前記第１の色成分に係る前記第２の画素からの画素信号とを前記第２の水平信号出力回路から出力させる第２の動作モード制御とを行う制御部とを有して固体撮像装置を構成するものである。
【００１２】
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、前記画素部は、前記第１及び第２の色成分とは異なる第３の色成分に係る画素信号を前記垂直信号線に出力する第３の前記画素を更に有し、前記制御部は、前記第１の動作モード制御において、前記第３の画素からの画素信号を出力させることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記画素部は、前記第１の色成分として緑色成分が、前記第２の色成分として青色成分及び赤色成分の少なくとも一方が設定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記請求項１〜３のいずれか１項に係る固体撮像装置と、前記第１の動作モード制御にて出力された画素信号に基づき、撮像画像を生成する処理を実行する画像処理回路と、前記第２の動作モード制御にて出力された画素信号に基づき、撮像の条件を設定する撮像条件設定回路とを有して撮像システムを構成するものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、全画素情報を用いた撮像信号と、ＡＦやＡＥ等の制御に用いる信号を並列して得ることが可能となる。請求項２に係る発明によれば、第３の色成分に係る画素信号を単独の画素から得ることができるので、より高画質な撮像信号を得ることが可能となる。請求項３に係る発明によれば、現実の単板式の固体撮像素子に用いられるカラーフィルタ、例えば、ベイヤー配列に対応が可能となる。請求項４に係る発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に係る発明における各々の特性を有する撮像システムを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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】
【００１７】
（実施例１）
まず、本発明に係る固体撮像装置の実施例１について説明する。実施例１に係る固体撮像装置の回路構成図を図１に、この固体撮像装置で用いられる１画素分の回路構成図を図２，図３に示す。図１において、100 は画素部であり、ここでは説明を簡単にするため４×４の２次元状に画素を配列した場合を示している。101 ，102 は第１の垂直走査回路、第２の垂直走査回路であり、それぞれは独立に動作し、行単位で画素を選択し、そして選択された行の画素の信号は列毎に設けられている垂直信号線103 へ出力される。
【００１８】
104 は第１の水平読み出し回路であり、第１の垂直走査回路101 もしくは第２の垂直走査回路102 により選択され、垂直信号線103 に出力された画素の信号を、取り込みパルスΦＴ１で制御する取り込みスイッチ106 を介して取り込み、その画素の信号を水平方向の並びの順で時系列に第１の出力端子111 から出力する。105 は第２の水平読み出し回路であり、第１の水平読み出し回路104 と同様に、第１の垂直走査回路101 もしくは第２の垂直走査回路102 により選択され、垂直信号線103 に出力された画素の信号を、取り込みパルスΦＴ２で制御する取り込みスイッチ107 を介して取り込み、その画素の信号を水平方向の並びの順で時系列に第２の出力端子112 から出力する。なお、取り込みパルスΦＴ１，ΦＴ２，第１の垂直走査回路101 ，第２の垂直走査回路102 ，第１の水平読み出し回路104 及び第２の水平読み出し回路105 は、制御部108 によりその動作が制御されるようになっている。
【００１９】
次に、この固体撮像装置で用いられる画素について説明する。図１に示した画素部100 において(1) で記した画素の回路構成図を図２に、図１において(2) ，(3) で記した画素の回路構成図を図３に示す。図２において、ＰＤは光電変換素子であり、ここでは緑色成分の光に対して光電変換するものである。なお、緑色成分の光に対して光電変換させるには、画素内にフォトダイオードを設け、その上部に緑色の光を透過させるフィルターを配置することで実現できる。ＭＥＭは光電変換素子ＰＤの信号を保持するメモリ素子である。ここで、メモリ素子ＭＥＭは遮光されており、画素部100 に光が入射されていても、メモリ素子ＭＥＭに保持されている信号は変化しない。
【００２０】
Ｍ１は光電変換素子ＰＤをリセットするトランジスタであり、ＰＤリセットパルスΦＲＰＤ1 により制御される。Ｍ２は光電変換素子ＰＤの信号をメモリ素子ＭＥＭへ転送するトランジスタであり、転送パルスΦＴＲ1 により制御される。Ｍ４は増幅用トランジスタであり、垂直信号線103 に設けられた不図示の負荷とでソースフォロアンプを構成する。メモリ素子ＭＥＭの信号は増幅用トランジスタＭ４により増幅され、選択トランジスタＭ５を介して垂直信号線103 に出力される。選択トランジスタＭ５は、選択パルスΦＳＥ１により制御される。Ｍ３はメモリ素子ＭＥＭ及び増幅用トランジスタＭ４の入力部をリセットするトランジスタであり、リセットパルスΦＲＭ１により制御される。
【００２１】
ここで、選択パルスΦＳＥ１，ＰＤリセットパルスΦＲＰＤ１，転送パルスΦＴＲ１，リセットパルスΦＲＭ１は、図１に示す第１の垂直走査回路101 より出力され、図１においては、行毎にそれぞれΦＳＥ１-1〜ΦＳＥ１-4，ΦＲＰＤ１-1〜ΦＲＰＤ１-4，ΦＴＲ１-1〜ΦＴＲ１-4，ΦＲＭ１-1〜ΦＲＭ１-4で示している。
【００２２】
図３において、ＰＤ２は光電変換素子であり、ここでは緑色成分の光に対して光電変換するものである。ここで、緑色成分の光に対して光電変換させるには、上記のように画素内にフォトダイオードを設け、その上部に緑色の光を透過させるフィルターを配置することで実現できる。ＭＥＭ２は光電変換素子ＰＤ２の信号を保持するメモリ素子である。ここで、メモリ素子ＭＥＭ２は遮光されており、画素部100 に光が入射されていても、メモリ素子ＭＥＭ２に保持されている信号は変化しない。
【００２３】
Ｍ12は光電変換素子ＰＤ２をリセットするトランジスタであり、ＰＤ２リセットパルスΦＲＰＤ２により制御される。Ｍ22は光電変換素子ＰＤ２の信号をメモリ素子ＭＥＭ２へ転送するトランジスタであり、転送パルスΦＴＲ２により制御される。Ｍ42は増幅用トランジスタであり、垂直信号線103 に設けられた不図示の負荷とでソースフォロアンプを構成する。メモリ素子ＭＥＭ２の信号は増幅用トランジスタＭ42により増幅され、選択トランジスタＭ52を介して垂直信号線103 に出力される。選択トランジスタＭ52は、選択パルスΦＳＥ２により制御される。Ｍ32はメモリ素子ＭＥＭ2 及び増幅用トランジスタＭ42の入力部をリセットするトランジスタであり、リセットパルスΦＲＭ２により制御される。
【００２４】
ここで、選択パルスΦＳＥ２，ＰＤ２リセットパルスΦＲＰＤ２，転送パルスΦＴＲ２，リセットパルスΦＲＭ２は、図１に示す第２の垂直走査回路102 より出力され、図１においては、行毎にそれぞれΦＳＥ２-1〜ΦＳＥ２-4，ΦＲＰＤ２-1〜ΦＲＰＤ２-4，ΦＴＲ２-1〜ΦＴＲ２-4，ΦＲＭ２-1〜ΦＲＭ２-4で示している。
【００２５】
図３において、ＰＤ１は光電変換素子であり、画素(2) においては赤色成分の光に対して光電変換するものであり、画素(3) においては青色成分の光に対して光電変換するものである。ここで、赤色成分もしくは青色成分の光に対して光電変換させるには、画素内にフォトダイオードを設け、その上部に赤色もしくは青色の光を透過させるフィルターを配置することで実現できる。ＭＥＭ１は光電変換素子ＰＤ１の信号を保持するメモリ素子である。ここで、メモリ素子ＭＥＭ１は遮光されており、画素部100 に光が入射されていても、メモリ素子ＭＥＭ１に保持されている信号は変化しない。
【００２６】
Ｍ11は光電変換素子ＰＤ１をリセットするトランジスタであり、ＰＤ１リセットパルス（ＰＤリセットパルスと同じ）ΦＲＰＤ１により制御される。Ｍ21は光電変換素子ＰＤ１の信号をメモリ素子ＭＥＭ１へ転送するトランジスタであり、転送パルスΦＴＲ１により制御される。Ｍ41は増幅用トランジスタであり、垂直信号線103 に設けられた不図示の負荷とでソースフォロアンプを構成する。メモリ素子ＭＥＭ１の信号は増幅用トランジスタＭ41により増幅され、選択トランジスタＭ51を介して垂直信号線103 に出力される。選択トランジスタＭ51は、選択パルスΦＳＥ１により制御される。Ｍ31はメモリ素子ＭＥＭ１及び増幅用トランジスタＭ41の入力部をリセットするトランジスタであり、リセットパルスΦＲＭ１により制御される。
【００２７】
ここで、選択パルスΦＳＥ１，ＰＤ１リセットパルスΦＲＰＤ１，転送パルスΦＴＲ１，リセットパルスΦＲＭ１は、図１に示す第１の垂直走査回路101 より出力され、図１においては、行毎にそれぞれΦＳＥ１-1〜ΦＳＥ１-4，ΦＲＰＤ１-1〜ΦＲＰＤ１-4，ΦＴＲ１-1〜ΦＴＲ１-4，ΦＲＭ１-1〜ΦＲＭ１-4で示している。
【００２８】
以上説明したように、図２，図３で示した画素構成は、光電変換素子ＰＤ，ＰＤ２が緑色成分の光を、光電変換素子ＰＤ１が赤色成分もしくは青色成分の光を光電変換する以外は、同様の動作で制御され、光電変換された画素信号が垂直信号線103 に出力されることとなり、画素(1) は緑色成分の光に対応した信号を、画素(2) は緑色成分と赤色成分の光に対応した信号を、画素(3) は緑色成分と青色成分の光に対応した信号を出力することとなる。
【００２９】
次に、図１に示す実施例１に係る固体撮像装置の動作の説明に先立ち、図４，図５に示すタイミングチャートを用いて画素の動作を図２に示す画素(1) の例で説明する。図４において、時刻ｔ１でＰＤリセットパルスΦＲＰＤ１を“Ｈ”レベルとすると、光電変換素子ＰＤはリセットされ、入射光により発生する信号の蓄積を開始する。時刻ｔ２でリセットパルスΦＲＭ１を“Ｈ”レベルにし、メモリ素子ＭＥＭをリセットする。
【００３０】
その後、時刻ｔ３で転送パルスΦＴＲ１を“Ｈ”レベルにし、それまでに光電変換素子ＰＤに蓄積された信号をメモリ素子ＭＥＭに転送し、保持する。そして、時刻ｔ４で選択パルスΦＳＥ１を“Ｈ”レベルにし、メモリ素子ＭＥＭに保持している信号を増幅して垂直信号線103 に出力する。その後は、図２には示していない取り込みスイッチ106 ，第１の水平信号読出し回路104 を介して、第１の出力端子111 から信号を出力する。したがって、図２に示す画素においては、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの動作を、例えば、全画素一括に行うと、全画素の蓄積期間が同一となる。
【００３１】
図５においては、時刻ｔ３で転送パルスΦＴＲ１が“Ｈ”レベルになるまでは図４に示した動作と同じであるが、時刻ｔ４でＰＤリセットパルスΦＲＰＤ１を“Ｈ”レベルとして光電変換素子ＰＤをリセットし、蓄積を開始する。そして、時刻ｔ５で選択パルスΦＳＥ１を“Ｈ”レベルとし、メモリ素子ＭＥＭに保持している信号を増幅して垂直信号線に出力する。以降は取り込みスイッチ106 ，第１の水平信号読出し回路104 を介して、第１の出力端子111 から信号を出力する。
【００３２】
このように、図２の画素においては、図５に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの動作を、例えば、全画素一括に行うと、光電変換素子ＰＤの信号をメモリ素子ＭＥＭに転送し、保持している間に、次の蓄積動作を全画素同時に行うこともできる。
【００３３】
次に、図１に示す実施例１に係る固体撮像装置の動作を、図６に示すタイミングチャートを用いて説明する。時刻ｔ１でＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２リセットパルスΦＲＰＤ１-1〜ΦＲＰＤ１-4，ΦＲＰＤ２-1〜ΦＲＰＤ２-4を同時に“Ｈ”レベルにして、画素部100 における全画素の光電変換素子ＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２を一括リセットし、入射光により発生する信号の蓄積を開始する。時刻ｔ２でリセットパルスΦＲＭ１-1〜ΦＲＭ１-4，ΦＲＭ２-1〜ΦＲＭ２-4を同時に“Ｈ”レベルにし、全画素のメモリ素子ＭＥＭ，ＭＥＭ１，ＭＥＭ２を一括リセットする。
【００３４】
その後、時刻ｔ３で転送パルスΦＴＲ１-1〜ΦＴＲ１-4，ΦＴＲ２-1〜ΦＴＲ２-4を同時に“Ｈ”レベルにし、それまでに光電変換素子ＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２に蓄積した信号をメモリ素子ＭＥＭ，ＭＥＭ１，ＭＥＭ２に全画素一括転送し、保持する。ここで、全画素のメモリ素子ＭＥＭ，ＭＥＭ１，ＭＥＭ２に保持する信号は、図中Ｔint1で示す期間に全画素同時期に蓄積した信号である。その後、時刻ｔ４において、ＰＤ２リセットパルスΦＲＰＤ２-1〜ΦＲＰＤ２-4を“Ｈ”レベルにして、画素部100 における画素(2) ，画素(3) の緑色成分の光を光電変換する光電変換素子ＰＤ２のみ一括リセットし、再び入射光により発生する信号の蓄積を開始する。
【００３５】
そして、時刻ｔ５で選択パルスΦＳＥ１-1を“Ｈ”レベルにし、１行目の画素(1) において光を光電変換した光電変換素子ＰＤの信号と画素(2) において赤色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ１の信号を選択し、この行の画素のメモリ素子ＭＥＭ，ＭＥＭ１に保持している信号を増幅して垂直信号線103 に出力する。このとき、取り込みパルスΦＴ１も同時に“Ｈ”レベルとして、垂直信号線103 に出力した信号を第１の水平読み出し回路104 に取り込み、水平方向の並びの順で時系列に第１の出力端子111 から出力する。図６では、この第１の出力端子111 の信号をＳig１で示している。ここで第１の出力端子111 から出力する１行目の画素(1) と画素(2) の信号は、図６においてＴint1で示す期間に蓄積した信号に対応する。
【００３６】
また、時刻ｔ6 では、選択パルスΦＳＥ２-1，ΦＳＥ２-2を“Ｈ”レベルにして、１行目の画素(2) において緑色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ２の信号と２行目の画素(3) において緑色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ２の信号とを選択し、これらの画素(2) ，(3) のメモリ素子ＭＥＭ２に保持している信号を増幅して垂直信号線103 に出力する。このとき、取り込みパルスΦＴ２を同時に“Ｈ”レベルとして、垂直信号線103 に出力した信号を第２の水平読み出し回路105 に取り込み、水平方向の並びの順で時系列に第２の出力端子112 から出力する。ここで第２の出力端子112 から出力する画素(2) ，(3) の信号は、図６においてＴint1で示す期間に蓄積した信号に対応し、図６においてＳig２で示している。
【００３７】
引き続いて、時刻ｔ７では、選択パルスΦＳＥ１-2と取り込みパルスΦＴ１を同時に“Ｈ”レベルとし、時刻ｔ８では、選択パルスΦＳＥ２-3，ΦＳＥ２-4と取り込みパルスΦＴ２を同時に“Ｈ”レベルとして、２行目の画素(1) において光を光電変換した光電変換素子ＰＤの信号と画素(3) において青色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ１の信号と、３行目の画素(2) において緑色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ２の信号と４行目の画素(3) において緑色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ２の信号とを、水平方向の並びの順で時系列に第１の出力端子111 と第２の出力端子112 からそれぞれ出力する。ここで第１の出力端子111 及び第２の出力端子112 から出力する信号は、図６においてＴint1で示す期間に蓄積した信号に対応する。
【００３８】
次に、時刻ｔ９でリセットパルスΦＲＭ２-1〜ΦＲＭ２-4を“Ｈ”レベルして、画素部100 における画素(2) と画素(3) のメモリ素子ＭＥＭ２を一括リセットする。その後、時刻ｔ10で転送パルスΦＴＲ２-1〜ＴＲ２-4を“Ｈ”レベルにして、画素部100 における画素(2) と画素(3) において緑色成分の光を光電変換する光電変換素子ＰＤ２に蓄積した信号をメモリ素子ＭＥＭ２に一括転送し、保持する。ここで、メモリ素子ＭＥＭ２に保持する信号は、図６におけるＴint2で示す期間に蓄積した信号である。その後、時刻ｔ11において、ＰＤ２リセットパルスΦＲＰＤ２-1〜ΦＲＰＤ２-4を“Ｈ”レベルにして、画素(2) と画素(3) の緑色成分の光を光電変換する光電変換素子ＰＤ２のみ一括リセットし、再再度、入射光により発生する信号の蓄積を開始する。
【００３９】
次に、時刻ｔ12では、選択パルスΦＳＥ１-3と取り込みパルスΦＴ１を同時に“Ｈ”レベルとし、時刻ｔ13では、選択パルスΦＳＥ２-1，ΦＳＥ２-2と取り込みパルスΦＴ２を同時に“Ｈ”レベルとして、３行目の画素(1) において光を光電変換した光電変換素子ＰＤの信号と画素(2) において赤色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ１の信号と、１行目の画素(2) において緑色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ２の信号と２行目の画素(3) において緑色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ２の信号とを、水平方向の並びの順で時系列に第１の出力端子111 と第２の出力端子112 からそれぞれ出力する。ここで第１の出力端子111 から出力する３行目の画素の信号は、図６においてＴint1で示す期間に蓄積した信号に対応し、第２の出力端子112 から出力する１行目と２行目の光電変換素子ＰＤ２の信号は、図６においてＴint2で示す期間に蓄積した信号に対応する。
【００４０】
そして、時刻ｔ14では、選択パルスΦＳＥ１-4と取り込みパルスΦＴ１を同時に“Ｈ”レベルとし、時刻ｔ15では、選択パルスΦＳＥ２-3，ΦＳＥ２-4と取り込みパルスΦＴ２を同時に“Ｈ”レベルとして、４行目の画素(1) において光を光電変換した光電変換素子ＰＤの信号と画素(3) において青色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ１の信号と、3 行目の画素(2) において緑色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ２の信号と４行目の画素(3) において緑色成分の光を光電変換した光電変換素子ＰＤ２の信号とを、水平方向の並びの順で時系列に第１の出力端子111 と第２の出力端子112 からそれぞれ出力する。ここで第１の出力端子111 から出力する４行目の画素の信号は、図６においてＴint1で示す期間に蓄積した信号に対応し、第２の出力端子112 から出力する３行目と４行目の光電変換素子ＰＤ２の信号は、図６においてＴint2で示す期間に蓄積した信号に対応する。
【００４１】
以上説明したように、本実施例の固体撮像装置においては、図６においてＴint1で示す期間に全画素同時に蓄積した緑色成分、赤色成分、青色成分を含む全画素の信号を第１の出力端子111 から、図６においてＴint1で示す期間以降の入射光に対応する画素部100 における画素(2) と画素(3) において緑色成分の光を光電変換する光電変換素子ＰＤ２の信号を第２の出力端子112 から同時に得ることができる。したがって、１個の固体撮像装置で、光の３原色からなる全画素情報を用いた撮像を行いながら、同時に時刻ｔ16以降に行われる撮像の条件を決めるためのＡＦやＡＥ等の制御信号を得ることができる。
【００４２】
本実施例では、次の撮像条件を決めるための制御信号を、撮像のための赤色成分の信号を得る画素(2) と青色成分の信号を得る画素(3) から取得するようにしたが、画素(2) もしくは画素(3) のいずれか一方から取得するようにしてもかまわない。また、制御信号は、画素部100 内の画素(2) ，画素(3) の全てから取得する必要はなく、画素部100 内の一部領域の画素(2) 及び画素(3) から繰り返し取得することにより、１枚の撮像信号を得る間に取得する制御信号の出力回数を増加させることが可能となる。
【００４３】
また、本発明に用いる画素は、実施例に用いた構成の画素に限定されない。例えば、光電変換素子からメモリ素子への信号の転送を完全転送できる構成であれば、転送と同時に光電変換素子がリセットされることとなるので、光電変換素子をリセットするトランジスタをなくすことができる。更に、画素(2) ，画素(3) のそれぞれから、赤色成分と緑色成分の信号、青色成分と緑色成分の信号を得る画素構成も本実施例に限定されない。例えば、特定の波長域のみ吸収する膜を積層して構成することも可能である。また、フォトダイオードを積層して構成することも可能である。
【００４４】
例えば、図７の（Ａ）は、赤色成分と緑色成分の信号を得る場合の画素の光電変換素子部分の画素断面図を示したものである。ここでは、光電変換素子121 上に赤色と緑色を透過するＹｅフィルター122 を設けている。光電変換素子部分は、半導体基板123 中にフォトダイオードを積層した構成になっており、光吸収の波長依存性から、浅い位置に設けられたフォトダイオード（ＰＤ２）から緑色成分、深い位置に設けられたフォトダイオード（ＰＤ１）から赤色成分にそれぞれ対応した信号が得られる。
【００４５】
図７の（Ｂ）は、青色成分と緑色成分の信号を得る場合の画素の光電変換素子部分の画素断面図を示したものである。ここでは、光電変換素子131 上に青色と緑色を透過するＣｙフィルター132 を設けている。光電変換素子部は、図７の（Ａ）と同様に半導体基板133 中にフォトダイオードを積層した構成になっており、光吸収の波長依存性から、浅い位置に設けられたフォトダイオード（ＰＤ１）から青色成分、深い位置に設けられたフォトダイオード（ＰＤ２）から緑色成分にそれぞれ対応した信号が得られる。なお、一般的に画素に増幅素子を設けた場合、画素のノイズが増大するが、これを抑圧するための手段を、例えば水平読み出し回路内に設け、それに応じた駆動を行ってもよいことは言うまでもない。水平読み出し回路の構成は、垂直信号線に出力される画素の信号を水平方向の並びの順で時系列に出力するものであれば特に限定されない。
【００４６】
（実施例２）
本発明に係る撮像システムの実施例を実施例２として、その構成を図８に示す。図８において、１は撮像システム、２は撮影のためのレンズ装置、３は実施例１で説明した固体撮像装置であり、撮像用の全画素の信号と並列に、制御用信号を出力することが可能なものであり、ここでは、画素部の一部領域の信号のみを繰り返し出力するように動作させる。また、全画素の撮像用信号は第１の出力端子から出力され、繰り返し出力される一部画素領域の制御用信号は第２の出力端子から出力される。
【００４７】
４は、固体撮像装置３の画素部に結像された入射光に対応する固体撮像装置３の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置で、第１の出力端子と第２の出力端子にそれぞれ接続されている。５は、Ａ／Ｄ変換された画像信号を一時的に記録するメモリ装置で、上記２個のＡ／Ｄ変換装置４に対応し、２個のメモリ装置を持っている。６は、メモリ装置５に蓄えられた全画素の画像信号を処理する信号処理回路、７は、前記信号処理回路６で処理された画像信号を一時的に記憶するメモリ装置、８は、一部画素領域の信号を用いて、画像の鮮鋭度を検出し合焦状態を判別する焦点演算回路で、ここではバンドパスフィルターで抽出した画像の高周波成分を評価する。
【００４８】
９は、撮像システム１全体の制御をつかさどる制御装置で、固体撮像装置３の信号読み出しや、Ａ／Ｄ変換装置４，メモリ装置５への記録、信号処理回路６の制御等の全てをつかさどる。10は、前記焦点演算回路８で判定された合焦状態の結果に基づきレンズ２を合焦状態へと制御するレンズ制御装置である。11は、前記レンズ制御装置９からの信号を受けて、レンズ装置２を駆動するモーターを含むレンズ駆動装置である。12は、信号処理回路６で作られた画像を受け取り、記録装置13に記録することをつかさどる画像記録用制御装置である。13は、最終的な画像を記録する記録装置である。
【００４９】
以上の構成の撮像システムの動作について、図９のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１でＡＦの開始が指示される。ＡＦの開始が指示されたら、撮像システム１の制御装置９は撮像の開始を指示する（ステップＳ２）。ここでは、固体撮像装置３から出力させる制御信号用の一部の画素領域の画素についてのみ、一括リセット、蓄積、一括転送の動作を行い、第２の出力端子からレンズ２を通して集光される被写体像からの制御用信号を出力する（ステップＳ３）。第２の出力端子から出力された一部領域からの制御用信号は、制御装置９の指示でＡ／Ｄ変換され、焦点演算回路８に入力される（ステップＳ４）。焦点演算回路８では、受け取った信号を焦点演算回路８内のバンドパスフィルターを通して高周波成分を取り出し（ステップＳ５）、高周波成分の鮮鋭度を評価する（ステップＳ６）。
【００５０】
次に、上記高周波成分の鮮鋭度の評価により合焦点に達しているか否かを判定し（ステップＳ８）、合焦点に達していない場合は、制御装置９はレンズ制御装置10にレンズの駆動を指示する。レンズの駆動方向は至近方向、無限方向のどちらでもよい。レンズ制御装置10の指示に従いレンズ駆動装置11はレンズ２を動かす（ステップＳ７）。レンズ２の駆動が終了したら、制御装置９の指示に従い固体撮像装置３は、制御信号出力用の一部領域についてのみ再度撮像を行う（ステップＳ２）。撮像が終了したら、再度上記と同様に画像の鮮鋭度を再評価する（ステップＳ２〜ステップＳ６）。
【００５１】
再評価の結果、合焦点に達していないが画像の鮮鋭度が上がっていると判定されたら（ステップＳ８）、レンズを再度同方向に駆動する（ステップＳ７）。再評価の結果、合焦点に達しておらず画像の鮮鋭度が下がっていると判定したら、レンズを前回と逆方向に駆動する（ステップＳ７）。上記の動作を繰り返し、鮮鋭度がピークとなる位置を探し出しオートフォーカス動作は終了する。これは、所謂山登りＡＦの原理そのものである。そしてステップＳ８で鮮鋭度がピークとなり合焦と判断されたら、撮像システムは図示しない表示装置において、合焦表示を表示する（ステップＳ９）。
【００５２】
次に、撮影者からの撮影指示を待つ（ステップＳ10）。撮影指示がない場合、撮像システムはスタンバイ状態となる（ステップＳ11）。撮影指示があったら、制御装置９の指示で撮像を行う（ステップＳ12）。ここでは、実施例１において動作説明したように、固体撮像装置３の全領域について、一括リセット、蓄積、一括転送の動作を行い、その後、第１の出力端子からは、全画素領域の撮像用信号を出力し、またそれと並行して、第２の出力端子からは、制御信号用として一部領域の信号を繰り返し出力する。
【００５３】
ここで、固体撮像装置３の第１の出力端子から出力された撮像用信号は、Ａ／Ｄ変換され（ステップＳ13）、Ａ／Ｄ変換された画像信号はメモリ装置５に一旦蓄えられる（ステップＳ14）。メモリ装置５に蓄えられた画像信号は、信号処理回路６にて画像処理され（ステップＳ15）、メモリ装置７に蓄えられて、画像記録用制御装置12を通して記録装置13に記録され（ステップＳ16）、全画素情報を用いた撮像画像が得られる。一方、固体撮像装置３の第２の出力端子から出力された一部領域の制御用信号は、ステップＳ２〜ステップＳ６と同様に画像の鮮鋭度を評価され、合焦状態となり、次の撮像が可能となる（ステップＳ17〜ステップＳ23）。
【００５４】
以上説明したように、本実施例２に係る撮像システムにおいては、全画素同時に蓄積した全画素の信号を第１の出力端子から、その蓄積期間以降の入射光に対応する一部領域からの信号を第２の出力端子から同時に得ることができる。すなわち、全画素情報を用いた撮像を行いながら、次の撮像条件を決めるためのＡＦ動作を行うことができる。上記動作説明では、山登りＡＦ方式を用いて説明したが、オートフォーカスの評価方法は他の方法でもよい。なお、本実施例では、第２の出力端子から得られる制御用信号をＡＦ動作に応用した場合を説明したが、この制御用信号はＡＥ動作に応用することも可能であることは言うまでもない。また、制御用信号を出力する領域は、撮像時におけるＡＦ/ ＡＥの注目領域に設定するようにすればよい。更に、撮像システムの構成は、本実施例に限定されず、全画素情報を用いた撮像を行いながら、次の撮像の撮像条件を決めるための動作を行うことができる構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施例１の構成を示す回路構成図である。
【図２】図１に示した実施例１に係る固体撮像装置における画素(1) の構成を示す回路構成図である。
【図３】図１に示した実施例１に係る固体撮像装置における画素(2) 及び(3) の構成を示す回路構成図である。
【図４】図２に示した画素(1) の動作例を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図２に示した画素(1) の他の動作例を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】図１に示した実施例１に係る固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】図１に示した実施例１に係る固体撮像装置における画素(2) ，(3) の光電変換素子部分の構成を示す概略断面図である。
【図８】本発明に係る撮像システムの実施例を示すブロック構成図である。
【図９】図８に示した撮像システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来の固体撮像素子の画素配列を示す図である。
【図１１】図10におけるＡＦ専用画素Ｓ１，Ｓ２の構成を示す断面図である。
【図１２】従来の固体撮像素子におけるＡＦエリアを示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  撮像システム
２  レンズ
３  固体撮像素子
４  Ａ／Ｄ変換装置
５，７  メモリ装置
６  信号処理装置
８  焦点演算回路
９  制御装置
10  レンズ制御装置
11  レンズ駆動装置
12  画像記録用制御装置
13  記録装置
100   画素
101   第１の垂直走査回路
102   第２の垂直走査回路
103   垂直信号線
104   第１の水平信号読み出し回路
105   第２の水平信号読み出し回路
106 ，107   取り込みスイッチ
108   制御部
111   第１の出力端子
112   第２の出力端子
121   光電変換素子
122   Ｙｅフィルタ
123   半導体基板
131   光電変換素子
132   Ｃｙフィルタ
133   半導体基板
【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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