JP2015142254A - 固体撮像装置及びその駆動方法並びにそれを用いた撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像用画素の高解像度化と焦点検出用画素の高感度化を両立することにより、画像の解像度を向上させつつ、低輝度時の焦点検出性能を改善した固体撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る固体撮像装置は、光電変換により撮像用信号を生成する、複数の撮像用画素と、光電変換により焦点検出用信号を生成する、複数の焦点検出用画素と、複数の撮像用画素によって生成された複数の撮像用信号を加算して撮像用加算信号を生成し、かつ、複数の焦点検出用画素によって生成された複数の焦点検出用信号を加算して焦点検出用加算信号を生成する加算手段と、を備え、１つの焦点検出用加算信号を生成するために加算手段によって加算される焦点検出用信号の個数は、１つの撮像用加算信号を生成するために加算手段によって加算される撮像用信号の個数よりも多いことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置を搭載する固体撮像装置及びその駆動方法並びにそれを用いた撮像システムに関する。

特許文献１には、焦点検出用画素（ＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ）用画素）が撮像面に配置された、位相差検出方式の焦点検出装置が開示されている。位相差検出方式とは、焦点検出用画素間の像間隔（位相差）を検出することによって光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出方式である。この焦点検出装置の焦点検出用画素は、光学系を通る光束を選択的に焦点検出用画素の光電変換部に導くために、光電変換部の開口部の一部を遮光する遮光層を備えている。

特許文献２には、撮像用画素の信号の増幅率と、位相差検出方式のＡＦ用画素の信号の増幅率とを互いに異ならせることで、ＡＦ用画素の信号のＳＮ比を向上させた固体撮像装置が開示されている。

特開２０１１−６０８１５号公報 特開２０１３−１０２３８３号公報

特許文献１に記載の固体撮像装置の焦点検出用画素は、開口部の一部を遮光する遮光層を備えている。これにより、焦点検出用画素の開口部が撮像用画素の開口部と比べて狭くなるため、焦点検出用画素の出力信号は撮像用画素に比べて小さくなりやすい。したがって、焦点検出を行うのに十分な感度が得られない場合がある。

このような構成において、焦点検出の感度を向上させるためには、特許文献２で開示されるようにＡＦ用画素の増幅率を大きくすることが一案として考えられる。しかしながら、増幅率を大きくした場合、画素から信号とともに出力されるノイズも増幅され得るので、ノイズの発生源によってはＳＮ比が改善しないこともある。特に低輝度時には、画素から出力される信号のＳＮ比が小さいので、焦点検出能が低下する問題が起こり得る。一方で、撮像用画素については、高感度化だけでなく、高解像度化した撮像も求められている。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像用画素の高解像度化と焦点検出用画素の高感度化を両立することである。これにより、画像の解像度を向上させつつ、低輝度時の焦点検出性能を改善することが可能な固体撮像装置及びその駆動方法を提供する。

本発明の一態様に係る固体撮像装置は、光電変換により撮像用信号を生成する、複数の撮像用画素と、光電変換により焦点検出用信号を生成する、複数の焦点検出用画素と、複数の撮像用画素によって生成された複数の撮像用信号を加算して撮像用加算信号を生成し、かつ、複数の焦点検出用画素によって生成された複数の焦点検出用信号を加算して焦点検出用加算信号を生成する加算手段と、を備え、１つの焦点検出用加算信号を生成するために加算手段によって加算される焦点検出用信号の個数は、１つの撮像用加算信号を生成するために加算手段によって加算される撮像用信号の個数よりも多いことを特徴とする。

撮像用画素の高解像度化と焦点検出用画素の高感度化を両立することにより、画像の解像度を向上させつつ、低輝度時の焦点検出性能を改善することができる。

本発明の第１の実施形態に係る画素回路構成の一部を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る画素構成の平面配置図である。 図１の画素回路の駆動タイミングを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る画素構成の平面配置図である。 本発明の第３の実施形態に係る画素構成の平面配置図である。 本発明の第４の実施形態に係る画素構成の平面配置図である。 本発明の第５の実施形態に係る画素回路構成の一部を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る撮像システムの構成を示す図である。

図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。各図面を通じて同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する構成要素についてはその説明を省略することもある。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、ＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像装置の画素構成及びその駆動方法に関するものである。図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像領域の画素回路構成を示す図であり、複数の画素が行列状に配置された画素アレイ１０のうちの一部が図示されている。画素アレイ１０は、例えば、１９２０列×１０８０行の画素行及び画素列を含む行列状をなしている。図１には、画素アレイ１０の中の６行（第ｎ画素行から第ｎ＋５画素行）×３列（第（Ｎ―１）画素列から第（Ｎ＋１）画素列）の画素回路が例示されている。

画素アレイ１０は撮像のための撮像用信号を出力する撮像用画素１００と位相差検出方式の焦点検出用信号を出力する焦点検出用画素２００を含む。各画素は、光電変換部１１、浮遊拡散部１２、転送トランジスタ１３、増幅トランジスタ１４、選択トランジスタ１５、リセットトランジスタ１６を含む。各トランジスタはＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴなどにより構成可能である。

撮像用画素１００の浮遊拡散部１２には複数の画素の光電変換部１１及び転送トランジスタ１３が接続されている。すなわち、複数の光電変換部１１及び転送トランジスタ１３が１組の浮遊拡散部１２、増幅トランジスタ１４、選択トランジスタ１５及び、リセットトランジスタ１６を共有している。

同様にして焦点検出用画素２００も複数の光電変換部１１及び転送トランジスタ１３が１組の浮遊拡散部１２、増幅トランジスタ１４、選択トランジスタ１５及び、リセットトランジスタ１６を共有している。

図１に示した例では、撮像用画素１００のうちの列方向に連続する２画素が、１つの浮遊拡散部１２を共有して２画素共有撮像用画素１０１を構成している。さらに、焦点検出用画素２００のうちの列方向に連続する４画素が、１つの浮遊拡散部１２を共有して４画素共有焦点検出用画素２０１を構成している。

図中では例えば第ｎ画素行には撮像用画素１００と焦点検出用画素２００が混在して配置されているが、一行すべてが焦点検出用画素２００とするよう構成してもよい。また、例えば第ｎ＋４画素行には、撮像用画素１００が配され、焦点検出用画素２００は配されていない。また、いずれの画素行においても、例えばＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｌａｃｋ）画素など、撮像用画素１００及び焦点検出用画素２００以外の画素が配されてもよい。

次に、撮像用画素１００及び焦点検出用画素２００の詳細な構成と駆動方法について説明する。光電変換部１１は光が入射されると光電変換により電荷を生成する、フォトダイオードなどの光電変換素子である。転送トランジスタ１３は光電変換部１１と浮遊拡散部１２との間に接続されており、光電変換部１１で生成された電荷を浮遊拡散部１２に転送する。浮遊拡散部１２は転送トランジスタ１３、増幅トランジスタ１４、リセットトランジスタ１６と接続されている。浮遊拡散部１２はグラウンドとの間に寄生容量として存在する等価容量２１を有しており、光電変換部１１から転送された電荷に応じた電圧を生じる。浮遊拡散部１２の電圧は増幅トランジスタ１４のゲート電極に入力される。増幅トランジスタ１４は、前段の浮遊拡散部１２の電圧に応じた出力を、選択トランジスタ１５を介して垂直出力線ＯＵＴに出力する。なお、Ｎ列目の垂直出力線をＯＵＴ（Ｎ）と表記する。このようにして、光電変換部１１で発生した電荷は電圧信号に変換され、垂直出力線ＯＵＴに出力される。リセットトランジスタ１６は浮遊拡散部１２と画素電源線との間に接続されており、オンになると浮遊拡散部１２を規定の電圧にリセットする機能を有する。選択トランジスタ１５は撮像用信号を出力する行を選択する機能を有する。

撮像用画素１００の転送トランジスタ１３のゲート電極には第１の転送制御線である、転送制御線ＴＸが接続される。焦点検出用画素２００の転送トランジスタ１３のゲート電極には第２の転送制御線である、転送制御線ＴＸｓが接続される。各転送制御線ＴＸ、ＴＸｓは行ごとに共通化されて配置されており、ｎ行目の転送制御線をＴＸ（ｎ）、ＴＸｓ（ｎ）のように表記する。転送制御線Ｔｘ又はＴｘｓを介して伝送された制御信号が転送トランジスタ１３に入力されると、転送トランジスタ１３はオン（接続）又はオフ（非接続）に制御される。

撮像用画素１００と焦点検出用画素２００との両方を含む画素行に割り当てられた転送制御線の個数と、撮像用画素１００を含み、焦点検出用画素２００を含まない画素行に割り当てられた転送制御線の個数とが等しい。例えば、第ｎ画素行に２個の転送制御線ＴＸ（ｎ）、ＴＸｓ（ｎ）が割り当てられ、第ｎ＋４画素行に２個の転送制御線ＴＸ（ｎ＋４）、ＴＸｓ（ｎ＋４）が割り当てられている。

リセットトランジスタ１６のゲート電極にはリセット制御線ＲＥＳが接続され、リセット制御信号が供給される。リセット制御信号が供給されると、リセットトランジスタ１６はオン又はオフに制御される。選択トランジスタ１５のゲート電極には選択制御線ＳＥＬが接続され、選択制御信号が供給される。選択制御信号が供給されると、選択トランジスタ１５はオン又はオフに制御される。転送制御線ＴＸ、Ｔｘｓと同様に、ｎ行目のリセット制御線ＲＥＳ及び選択制御線ＳＥＬをＲＥＳ（ｎ）及びＳＥＬ（ｎ）のように表記する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る画素構成の平面配置図である。図１の回路と同様の構成要素については説明を省略する。また、リセット制御線ＲＥＳ及び選択制御線ＳＥＬは図示していない。

焦点検出用画素２００の光電変換部１１はその上面の一部（図中では左側）が遮光膜２０２で覆われている。遮光膜２０２はアルミニウムなどの光を透過しにくい又は透過しない材料を薄膜として形成したものである。遮光膜２０２は光電変換部１１の受光面と、受光面上部に形成されたマイクロレンズ（不図示）との間に配置されている。ただし、遮光膜２０２はマイクロレンズの上部に配置されていても良い。撮像用画素１００の光電変換部１１は、遮光部で覆われていないか、あるいは、焦点検出用画素２００の光電変換部１１の遮光層２０２で覆われた一部よりも小さい面積の部分が遮光部で覆われる。

浮遊拡散部１２を共有する複数の焦点検出用画素２０１において、各画素に形成されている遮光膜２０２は、すべて光電変換部の同じ側を遮光している。すなわち、図２においてはすべて左側が遮光されている。これにより、焦点検出用画素２００の右側を通過する光束のみが光電変換部１１に結像し、第１の焦点検出用信号が焦点検出用画素２００から出力される。画素アレイ１０は、図２とは逆に右側のみが遮光された、不図示の焦点検出用画素をさらに有している。この画素においては、左側を通過した光束のみが光電変換部１１に結像し、第２の焦点検出用信号が出力される。このようにして異なる光学系を経由した２種類の焦点検出用信号を得ることができ、これらの位相差を比較することにより焦点検出が行われる。

以上述べたように、焦点検出用画素２００は光電変換部１１の半分を遮光膜２０２で遮光することにより、焦点検出を実現している。しかしながら、光電変換部１１の半分が覆われていることにより入射する光量が少なくなるので、焦点検出用画素２００は撮像用画素１００に比べて１画素当たりの感度が低い。

本実施形態では、焦点検出用画素２００は同じ側を遮光している画素同士に浮遊拡散部１２が共有されている構成を採用している。よって、複数の焦点検出用画素２００の光電変換部１１から出力された電荷を、浮遊拡散部１２において加算することができる。つまり、複数の焦点検出用信号が加算される構成となっている。複数の焦点検出用信号が加算されたことによって生成される信号を、焦点検出用加算信号と呼ぶ。また、撮像用画素１００についても同様の構成により、複数の撮像用画素１００の光電変換部１１から出力された電荷を、浮遊拡散部１２において加算することができる。つまり、複数の撮像用信号が加算される構成となっている。複数の撮像用信号が加算されたことによって生成される信号を、撮像用加算信号とよぶ。

焦点検出用画素２００においては、同じ側を遮光した４画素の出力信号が加算されて１つの焦点検出用加算信号が生成される。これに対し、撮像用画素１００においては、２画素の出力信号が加算されて、１つの撮像用加算信号が生成される。すなわち、焦点検出用画素２００の加算数は４であり、撮像用画素１００の加算数は２である。よって、１画素当たりの感度が低い焦点検出用画素２００の画素の方が、多くの信号を加算して出力するように加算する信号の個数が設定されている。このことにより、上述の理由により感度が低いという問題が低減又は解決され、焦点検出用画素２００の高感度化が実現される。なお、本明細書において、ｎ個の画素の信号が加算されて１つの信号を構成している場合、「加算数がｎである」と呼ぶ。また、ｎ個の画素の浮遊拡散部１２が電気的に接続され、複数の画素に共有されている状態を「共有数がｎである」と呼ぶ。加算又は共有がされていない状態を、それぞれ「加算数が１」又は「共有数が１」と表現することもある。

一方、撮像用画素１００は、鮮明な画像を得るために、高解像度であることが要求される。撮像用画素１００は２画素のみの加算であり、撮像用画素１００の加算数は焦点検出用画素２００よりも少なく抑えられている。よって、複数の画素からの信号加算により画像の鮮明さが損なわれることを抑制している。以上の理由により、本実施形態に係る固体撮像装置は、撮像用画素の高解像度化と焦点検出用画素の高感度化が両立されており、画像の解像度を向上させつつ、低輝度時の焦点検出性能を改善している。

図３は、図１の画素回路の駆動タイミングを示すタイミングチャートである。図１に示す画素回路の制御パルスの一例を説明する。いずれの制御パルスもハイレベルのときにトランジスタがオンになることを意味するものとする。また、制御パルスの供給タイミングの制御は不図示のタイミング制御部により行われる。この実施形態では、画素に供給する制御パルスによって信号の加算を行う。そのため、制御パルスの供給部が加算手段の一例である。

時刻Ｔ１において全画素のＴＸとＴＸｓがローレベルからハイレベルへ遷移し、時刻Ｔ２において全画素のＴＸ、ＴＸｓがハイレベルからローレベルへ遷移する。また、時刻Ｔ１からＴ２の期間において、全画素のＰＳＥＬはすべてローレベルであり、ＰＲＥＳはすべてハイレベルである。すなわち、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の期間において、転送トランジスタ１３がオンであり、選択トランジスタ１５がオフであり、リセットトランジスタ１６がオンである。この動作により、光電変換部１１に蓄積されている電子が浮遊拡散部１２を介してリセットトランジスタ１６のドレインに排出され、画素回路のリセットが行われる。次いで、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３は、光電変換部１１が露光され、電子が生成される露光期間３０１である。

時刻Ｔ４において、ｎ行目及び（ｎ＋１）行目の撮像用画素１００のＴＸ（ｎ）、ＴＸ（ｎ＋１）がローレベルからハイレベルへ遷移し、時刻Ｔ５においてＴＸ（ｎ）、ＴＸ（ｎ＋１）がハイレベルからローレベルへ遷移する。この動作によりｎ行目及び（ｎ＋１）行目の転送トランジスタ１３がオンになり、撮像用画素１００から浮遊拡散部１２へ、露光期間３０１に生成された電子が転送される。これにより、複数の撮像用画素１００の光電変換部１１から並行して浮遊拡散部１２に電子が転送され、ｎ行目及び（ｎ＋１）行目の撮像用画素１００からの信号出力が加算される。

同様にして時刻Ｔ４において、ｎ行目から（ｎ＋３）行目の焦点検出用画素２００のＴＸｓ（ｎ）、ＴＸｓ（ｎ＋１）、ＴＸｓ（ｎ＋２）、ＴＸｓ（ｎ＋３）がローレベルからハイレベルへ遷移する。そして、時刻Ｔ５においてＴＸｓ（ｎ）、ＴＸｓ（ｎ＋１）、ＴＸｓ（ｎ＋２）、ＴＸｓ（ｎ＋３）がハイレベルからローレベルへ遷移する。この動作によりｎ行目から（ｎ＋３）行目の転送トランジスタ１３がオンになり、焦点検出用画素２００から浮遊拡散部１２へ、露光期間３０１に生成された電子が転送される。これにより、複数の焦点検出用画素２００の光電変換部１１から並行して浮遊拡散部１２に電子が転送され、ｎ行目から（ｎ＋３）行目の焦点検出用画素２００からの信号出力が加算される。

時刻Ｔ６において、（ｎ＋２）行目と（ｎ＋３）行目の撮像用画素１００のＴＸ（ｎ＋２） とＴＸ（ｎ＋３）がローレベルからハイレベルへ遷移し、時刻Ｔ７においてＴＸ（ｎ＋２）とＴＸ（ｎ＋３）がハイレベルからローレベルへ遷移する。この動作によりＴＸ（ｎ＋２）行目とＴＸ（ｎ＋３）行目の転送トランジスタ１３がオンになり、撮像用画素１００から浮遊拡散部１２へ、露光期間３０１に生成された電子が転送される。これにより、（ｎ＋２）行目と（ｎ＋３）行目の撮像用画素１００からの信号出力が加算される。

同様にして、時刻Ｔ８において、（ｎ＋４）行目と（ｎ＋５）行目の撮像用画素１００のＴＸ（ｎ＋４）とＴＸ（ｎ＋５）がローレベルからハイレベルへ遷移し、時刻Ｔ９においてＴＸ（ｎ＋４）とＴＸ（ｎ＋５）がハイレベルからローレベルへ遷移する。この動作によりＴＸ（ｎ＋４）行目とＴＸ（ｎ＋５）行目の転送トランジスタ１３がオンになり、撮像用画素１００から浮遊拡散部１２へ、露光期間３０１に生成された電子が転送される。これにより、（ｎ＋４）行目と（ｎ＋５）行目の撮像用画素１００からの信号出力が加算される。

上記の動作により、同一の画素行に撮像用画素１００と焦点検出用画素２００がある場合であっても、転送制御線ＴＸと転送制御線ＴＸｓにより撮像用画素１００と焦点検出用画素２００の転送を個別に制御して読み出すことができる。よって、撮像用画素１００と焦点検出用画素２００を異なる加算数とすることが可能となる。具体的には、本実施形態では、撮像用画素１００においては２画素分の信号が加算されており、焦点検出用画素２００においては４画素分の信号が加算されている。この結果、焦点検出用画素２００の加算数を撮像用画素１００の加算数よりも大きくすることで、感度が高い焦点検出用画素２００の出力を得ることができる。逆に、撮像用画素１００の加算数は焦点検出用画素２００よりも少なくされており、加算による解像度の劣化が抑えられている。以上のような画素回路構成及び駆動タイミングを採用することにより、撮像用画素の高解像度化と焦点検出用画素の高感度化が両立されており、画像の解像度を向上させつつ、低輝度時の焦点検出性能を改善した固体撮像装置が提供できる。

なお、本実施形態では、２つの撮像用画素１００が１つの増幅トランジスタ１４を共有し、４つの焦点検出用画素２００が１つの増幅トランジスタ１４を共有している。すなわち、撮像用画素１００の共有数は２であり、焦点検出用画素２００の共有数は４である。しかしながら、変形例として、撮像用画素１００の共有数と、焦点検出用画素２００の共有数とが等しくてもよい。例えば、４つの撮像用画素１００が１つの増幅トランジスタ１４を共有してもよい。このような構成においても、前述の駆動タイミングと同様にして、転送制御線ＴＸと転送制御線ＴＸｓにより撮像用画素１００と焦点検出用画素２００の転送を個別に制御することができる。これにより、素子構造上画素の共有数が同じであっても、撮像用画素１００と焦点検出用画素２００を異なる加算数として駆動することが可能であり、同様の効果を得ることができる。画素の共有数を大きくするほど、１画素あたりのトランジスタの数を低減できるため、光電変換部１１の面積を大きくすることができる。結果として、感度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。なお、第２から第４の実施形態までは、画素の共有数に関して、撮像用画素１００の共有数が１、すなわち、画素加算をしない構成であり、焦点検出用画素の共有数が２であるものとして説明する。変形例として、撮像画素の共有数と、焦点検出用画素の共有数とが等しくてもよい。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る画素構成の平面配置図である。第２の実施形態は第１の実施形態と画素の回路構成は共有数の違い以外同様である。しかし、焦点検出用画素２００がある行にだけ、焦点検出用画素２００の転送制御線ＴＸｓが配置されており、焦点検出用画素２００が無い行には転送制御線ＴＸｓが配置されていない点が差異点である。つまり、撮像用画素１００と焦点検出用画素２００との両方を含む画素行に割り当てられた転送制御線の個数が、撮像用画素１００を含み、焦点検出用画素２００を含まない画素行に割り当てられた転送制御線の個数より大きい。例えば、第ｎ画素行に１個の転送制御線ＴＸ（ｎ）が割り当てられ、第ｎ＋１画素行に２個の転送制御線ＴＸ（ｎ＋１）、ＴＸｓ（ｎ＋１）が割り当てられている。焦点検出用画素２００が無い行には焦点検出用画素２００を駆動する制御信号を送信する必要が無いので、転送制御線ＴＸｓが配置されていない場合でも図３に示したタイミングチャートに従って画素回路を駆動することができる。

本実施形態によれば、焦点検出用画素２００が無い行には転送制御線ＴＸｓが無いため、転送制御線ＴＸｓを構成する配線が入射光を遮蔽することによる光量の減少が抑制され、感度を向上させることができる。これにより、ＳＮ比の高い信号を得ることが可能となる。

（第３の実施形態）
以下、図５を用いて第３の実施形態について説明する。第３の実施形態と第１の実施形態との差違点は、第３の実施形態の固体撮像装置は焦点検出用画素２００の転送制御線ＴＸｓを有しない点である。その代わりに、浮遊拡散部１２を共有する複数の焦点検出用画素２００の転送トランジスタ１３のゲート電極１７に同じ転送制御線ＴＸが接続されている。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る画素構成の平面配置図である。Ｎ列目の（ｎ＋１）行目と（ｎ＋２）行目の焦点検出用画素２００が浮遊拡散部を共有している。これに加え、Ｎ列目の（ｎ＋１）行目と（ｎ＋２）行目の焦点検出用画素２００の転送トランジスタ１３のゲート電極１７がそれぞれ転送制御線ＴＸ（ｎ＋１）に接続されている。

転送制御線ＴＸ（ｎ＋１）が時刻Ｔ４にローレベルからハイレベルに遷移し、時刻Ｔ５にハイレベルからローレベルに遷移する。（ｎ＋１）行目にある焦点検出用画素２００、及び（（ｎ＋２）行目にある焦点検出用画素２００の光電変換部１１にある電荷が同時に浮遊拡散部１２に転送される。これにより、（ｎ＋１）行目と（ｎ＋２）行目の焦点検出用画素２００の信号の加算が可能となる。

本実施形態によれば、第１の実施形態と異なり焦点検出用画素２００の転送制御線ＴＸｓを持たないため、転送制御線ＴＸｓを構成する配線が入射光を遮蔽することによる光量の減少が抑制され、感度を向上させることができる。これにより、ＳＮ比の高い信号を得ることが可能となる。また、すべての画素行に転送制御線ＴＸｓが存在しないため、第２の実施形態よりも効果的にＳＮ比の高い信号を得ることが可能となる。

（第４の実施形態）
以下、図６を用いて第４の実施形態について説明する。第４の実施形態の画素回路は第３の実施形態と回路図上は同じ構成であるが、配線の接続方法が異なっている。具体的には浮遊拡散部１２を共有する複数の焦点検出用画素２００の転送トランジスタ１３において、転送トランジスタ１３のゲート電極間の接続部１８を構成する配線が導電部材により形成され、焦点検出用画素２００のゲート電極１７と共通接続されている。転送トランジスタ１３のゲート電極１７と転送トランジスタ１３のゲート電極間の接続部１８とは、同一工程で形成された同一材料の配線であることが工程簡略化の観点から好ましい。

本実施形態によれば、光電変換部１１上の配線を用いて配線を接続することが可能となるので、入射光を妨げにくい。よって、第３の実施形態のように光電変換部１１よりも上層の配線により構成される転送制御線ＴＸで接続した場合よりも、光電変換部１１に入射される光量を多くすることができる。よって、センサの感度を向上させることによりＳＮ比の高い信号を得ることが可能となる。

（第５の実施形態）
以下、図７を用いて第５の実施形態について説明する。第５の実施形態と第１の実施形態の違いは複数の浮遊拡散部同士を相互に接続する配線上に加算トランジスタ１９を設けたことである。加算トランジスタ１９がオンのとき、対応する浮遊拡散部１２が接続され、加算トランジスタ１９がオフのとき、対応する浮遊拡散部１２が非接続となる。これにより加算トランジスタをオン又はオフにスイッチングすることにより加算数を変更することが可能となり、撮影対象の輝度などの撮影条件に応じて任意の加算数を選択することができる。

この構成によれば、入力される光量が少なく、画素出力が小さくなる撮影条件であっても、撮影条件に応じて焦点検出画素の加算数を増やすことで、焦点検出画素の出力を大きくすることができる。よって、センサの感度を向上させることによりＳＮ比の高い信号を得ることが可能となる。

（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置を用いた撮像システムの構成を示す図である。撮像システム８００は、光学部８１０、固体撮像装置８２０、記録・通信部８４０、タイミング制御部８５０、システム制御部８６０、及び再生・表示部８７０を備える。固体撮像装置８２０には、第１〜第５の実施形態として前述した、撮像用画素１００及び焦点検出画素２００を備えた固体撮像装置が用いられる。

レンズ等の光学系である光学部８１０は、被写体からの光を固体撮像装置８２０の、複数の撮像用画素１００及び焦点検出画素２００が２次元状に配列された画素アレイ１０に結像させ、被写体の像を形成する。固体撮像装置８２０は、タイミング制御部８５０からの信号に基づくタイミングで、撮像用画素１００又は焦点検出画素２００に結像された光に応じた信号を出力する。固体撮像装置８２０から出力された信号は、映像信号処理部８３０に入力される。映像信号処理部８３０は、プログラム等によって定められた方法に従って、入力された信号の画像データへの変換等の信号処理を行う。また、映像信号処理部８３０は、固体撮像装置から出力された焦点検出用信号を処理することで、焦点調整に必要な被写体までの距離情報を取得する。映像信号処理部８３０での処理によって得られた信号は画像データとして記録・通信部８４０に送られる。記録・通信部８４０は、画像を形成するための信号を再生・表示部８７０に送り、再生・表示部８７０に動画や静止画像を再生・表示させる。記録・通信部８４０は、また、映像信号処理部８３０からの信号を受けて、システム制御部８６０と通信を行うほか、不図示の記録媒体に、画像を形成するための信号を記録する動作も行う。

システム制御部８６０は、撮像システム８００の動作を統括的に制御するものであり、光学部８１０、タイミング制御部８５０、記録・通信部８４０、及び再生・表示部８７０の駆動を制御する。また、システム制御部８６０は、例えば記録媒体である不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システム８００の動作を制御するのに必要なプログラム等が記録される。また、システム制御部８６０は、例えばユーザの操作に応じて駆動モードを切り替える信号を撮像システム８００内に供給する。具体的には、読み出す行やリセットする行の変更、電子ズームに伴う画角の変更や、電子防振に伴う画角のずらし等の切り替えを行うための信号が供給される。タイミング制御部８５０は、システム制御部８６０による制御に基づいて固体撮像装置８２０及び映像信号処理部８３０の駆動タイミングを制御する。

本実施形態に係る固体撮像装置８２０は、撮像用画素１００の高解像度化と焦点検出用画素２００の高感度化を両立している。したがって、本実施形態に係る固体撮像装置８２０を搭載することにより、高解像度な撮像と低輝度時でも良好な焦点検出が可能な撮像システム８００を実現することができる。

１００ 撮像用画素
２００ 焦点検出用画素
１１ 光電変換部
１２ 浮遊拡散部
１３ 転送トランジスタ
１４ 増幅トランジスタ
１５ 選択トランジスタ
１６ リセットトランジスタ
１９ 加算トランジスタ

Claims (15)

1. 光電変換により撮像用信号を生成する、複数の撮像用画素と、
   光電変換により焦点検出用信号を生成する、複数の焦点検出用画素と、
   前記複数の撮像用画素によって生成された複数の前記撮像用信号を加算して撮像用加算信号を生成し、かつ、前記複数の焦点検出用画素によって生成された複数の前記焦点検出用信号を加算して焦点検出用加算信号を生成する加算手段と、を備え、
   １つの前記焦点検出用加算信号を生成するために前記加算手段によって加算される前記焦点検出用信号の個数は、１つの前記撮像用加算信号を生成するために前記加算手段によって加算される前記撮像用信号の個数よりも多い、
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 光電変換により撮像用信号を生成する、複数の撮像用画素と、
   光電変換により焦点検出用信号を生成する、複数の焦点検出用画素と、
   前記複数の撮像用画素によって生成された複数の前記撮像用信号を加算せず、かつ、前記複数の焦点検出用画素によって生成された複数の前記焦点検出用信号を加算する加算手段と、を備える、
   ことを特徴とする固体撮像装置。
3. 前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素は、
   光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
   前記光電変換部から、前記電荷を電圧信号に変換する浮遊拡散部に、前記電荷を転送する転送トランジスタと、を備える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素は、
   光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
   前記光電変換部から、前記電荷を電圧信号に変換する浮遊拡散部に、前記電荷を転送する転送トランジスタと、を備え、
   前記撮像用加算信号の生成は、複数の前記撮像用画素の前記光電変換部から、前記浮遊拡散部に前記電荷を並行して転送することにより行われ、
   前記焦点検出用加算信号の生成は、複数の前記焦点検出用画素の前記光電変換部から、前記浮遊拡散部に前記電荷を並行して転送することにより行われる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
5. 前記複数の撮像用画素及び前記複数の焦点検出用画素は、行列状に配列された画素アレイを構成し、
   前記画素アレイは、前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素を含む第１の画素行と、前記撮像用画素を含み、前記焦点検出用画素を含まない第２の画素行とを有し、
   前記転送トランジスタを制御するための制御信号を伝送する、複数の転送制御線を備え、
   前記第１の画素行には、前記撮像用画素に接続された第１の転送制御線と、前記焦点検出用画素に接続された第２の転送制御線とが割り当てられ、
   前記第１の画素行に割り当てられた前記転送制御線の個数のほうが、前記第２の画素行に割り当てられた前記転送制御線の個数より多い、
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記複数の撮像用画素及び前記複数の焦点検出用画素は、行列状に配列された画素アレイを構成し、
   前記画素アレイは、前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素を含む第１の画素行と、前記撮像用画素を含み、前記焦点検出用画素を含まない第２の画素行とを有し、
   前記転送トランジスタを制御するための制御信号を伝送する、複数の転送制御線を備え、
   前記第１の画素行には、前記撮像用画素に接続された第１の転送制御線と、前記焦点検出用画素に接続された第２の転送制御線とが割り当てられ、
   前記第１の画素行に割り当てられた前記転送制御線の個数と、前記第２の画素行に割り当てられた前記転送制御線の個数とが同じである、
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の固体撮像装置。
7. 前記複数の撮像用画素及び前記複数の焦点検出用画素は、行列状に配列された画素アレイを構成し、
   行ごとに配された、前記転送トランジスタを制御するための制御信号を伝送する、転送制御線を備え、
   前記転送制御線は、第１の画素行に含まれる焦点検出用画素の転送トランジスタのゲート電極と、前記第１の行とは異なる第２の画素行にある焦点検出用画素の転送トランジスタのゲート電極とに接続されている、
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の固体撮像装置。
8. 前記複数の撮像用画素及び前記複数の焦点検出用画素は、行列状に配列された画素アレイを構成し、
   第１の画素行に含まれる焦点検出用画素の前記転送トランジスタのゲート電極と、前記第１の画素行とは異なる第２の画素行にある焦点検出用画素の前記転送トランジスタのゲート電極とが、当該ゲート電極を構成するのと同じ材料で構成された配線によって接続されている、
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の固体撮像装置。
9. 前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素は、
   光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
   前記電荷を電圧信号に変換する浮遊拡散部と、
   前記光電変換部から、前記浮遊拡散部に、前記電荷を転送する転送トランジスタと、を備え、
   前記加算手段は、前記浮遊拡散部同士を、相互に接続又は非接続に切り替え可能とする加算トランジスタを備える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
10. 前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素は、
    光電変換により電荷を生成する光電変換部と、
    前記電荷を電圧信号に変換する浮遊拡散部と、
    前記光電変換部から、前記浮遊拡散部に、前記電荷を転送する転送トランジスタと、を備え、
    前記加算手段によって信号が加算される複数の画素において、前記浮遊拡散部同士が導電部材によって相互に接続される、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
11. 前記撮像用画素からの電圧信号の読み出しと、前記焦点検出用画素からの電圧信号の読み出しとは、それぞれ異なる制御信号に基づいて行われる、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
12. 前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素は、
    前記撮像用信号または前記焦点検出用信号を増幅して出力する増幅トランジスタを備え、
    前記加算手段は、前記増幅トランジスタの前段で前記焦点検出用加算信号の生成を行う、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
13. 前記焦点検出用画素に含まれる光電変換部の一部は遮光部によって覆われ、
    前記撮像用画素に含まれる光電変換部は、遮光部に覆われていないか、または、前記焦点検出用画素に含まれる光電変換部の一部よりも小さい面積の部分が遮光部によって覆われている、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力された焦点検出用信号を処理し、被写体までの距離情報を取得する信号処理装置と、を備える、
    ことを特徴とする撮像システム。
15. 光電変換により電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部から、前記電荷を電圧信号に変換する浮遊拡散部に、前記電荷を転送する転送トランジスタとを各画素に備えた、複数の撮像用画素及び複数の焦点検出用画素を含む固体撮像装置の駆動方法であって、
    １つ又は複数の前記撮像用画素の前記光電変換部から、同一の浮遊拡散部に前記電荷を転送することで、前記１つ又は複数の撮像用画素の信号を加算すること、及び
    前記撮像用画素の信号の加算の数よりも多い個数の前記焦点検出用画素の前記光電変換部から、同一の浮遊拡散部に前記電荷を転送することで、焦点検出用画素の信号を加算すること
    を含む、固体撮像装置の駆動方法。

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