JP7161317B2 - 撮像装置、撮像システム及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム及び移動体に関する。

特許文献１は、１つの画素に複数の光電変換部を設けることにより、撮像及び位相差検出方式の焦点検出を行うことが可能な撮像装置を開示している。特許文献１の撮像装置は、複数の光電変換部のうちの一部のみの光電変換部に基づく信号を出力する個数を少なくすることにより、信号の取得を高速化する構成を備えている。

特開２０１３－２１１８３３号公報

特許文献１に記載されているような撮像装置において、更なる高機能化が求められている。そこで、本発明は、他の構成により更なる高機能化を実現し得る撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、入射光のうちの瞳分割された一部の光が入射される第１の光電変換部と、前記入射光のうちの瞳分割された他の一部の光が入射される第２の光電変換部と、入力ノードを有し、前記入力ノードに転送された電荷に基づく信号を出力する増幅部と、制御信号に応じて前記入力ノードの容量値を変化させる容量制御部と、を各々が含むとともに、複数の行及び複数の列にわたって配された複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を、前記複数の画素の列ごとに読み出す読み出し回路と、を有し、前記複数の画素の各々は、一のフレーム期間において、前記第１の光電変換部で生成された電荷に基づく第１の信号と、前記第２の光電変換部で生成された電荷に少なくとも基づく第２の信号とを出力可能であり、前記複数の画素は、同一の行の互いに異なる列に配された第１の画素及び第２の画素を含み、前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の一方を得るために電荷を蓄積している蓄積時間と、前記第２の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の対応する一方を得るために電荷を蓄積している蓄積時間とは互いに異なり、前記第１の画素の前記容量制御部に第１の制御信号を供給する第１の制御信号線と、前記第２の画素の前記容量制御部に、前記第１の制御信号線により供給される前記第１の制御信号とは異なる第２の制御信号を供給する第２の制御信号線と、を有し、前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記入力ノードの容量値と、前記第２の画素の前記入力ノードの容量値とは、互いに異なる値に制御されることを特徴とする撮像装置が提供される。

本発明の他の一観点によれば、入射光のうちの瞳分割された一部の光が入射される第１の光電変換部と、前記入射光のうちの瞳分割された他の一部の光が入射される第２の光電変換部と、入力ノードを有し、前記入力ノードに転送された電荷に基づく信号を出力する増幅部と、制御信号に応じて前記入力ノードの容量値を変化させる容量制御部と、を各々が含むとともに、複数の行及び複数の列にわたって配された複数の画素と、前記複数の画素から出力される信号を、前記複数の画素の列ごとに読み出す読み出し回路と、を有し、前記複数の画素の各々は、一のフレーム期間において、前記第１の光電変換部で生成された電荷に基づく第１の信号と、前記第１の光電変換部で生成された電荷及び前記第２の光電変換部で生成された電荷に基づく第２の信号とを出力可能であり、前記複数の画素は、同一の行の互いに異なる列に配された第１の画素及び第２の画素を含み、前記一のフレーム期間において、前記第１の画素は、前記第１の信号及び前記第２の信号を個別に出力し、前記一のフレーム期間において、前記第２の画素は、前記第１の画素に供給される制御信号とは異なる制御信号に応じて、前記第１の信号を出力せず、前記第２の信号を出力し、前記第１の画素の前記容量制御部に第１の制御信号を供給する第１の制御信号線と、前記第２の画素の前記容量制御部に、前記第１の制御信号線により供給される前記第１の制御信号とは異なる第２の制御信号を供給する第２の制御信号線と、を有し、前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記入力ノードの容量値と、前記第２の画素の前記入力ノードの容量値とは、互いに異なる値に制御されることを特徴とする撮像装置が提供される。

本発明の他の観点によれば、上述のいずれかの撮像装置を有する撮像システム及び移動体が提供される。

本発明によれば、更なる高機能化を実現し得る撮像装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る画素アレイの構成を示す回路図である。 本発明の第１実施形態に係る画素アレイの断面模式図である。 本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。 本発明の第３実施形態に係る画素アレイの構成を示す回路図である。 本発明の第３実施形態に係るカラーフィルタの配列図である。 本発明の第４実施形態に係る画素アレイの構成を示す回路図である。 本発明の第５実施形態に係る画素アレイの構成を示す回路図である。 本発明の第６実施形態に係る画素アレイの構成を示す回路図である。 本発明の第６実施形態に係る撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。 本発明の第７実施形態に係る撮像システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第８実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。複数の図面にわたって対応する要素には共通の符号を付し、その説明を省略又は簡略化することがある。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、画素アレイ１０、垂直走査回路２０、読み出し回路３０、水平走査回路４０、タイミングジェネレータ（以下、ＴＧと呼称する）５０、デジタルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰと呼称する）６０及び出力回路７０を有する。

画素アレイ１０は、複数の行及び複数の列にわたって配された複数の画素１１を有する。複数の画素１１の各々は、入射される光に応じた電荷を生成する光電変換部を複数個有する。

垂直走査回路２０は、複数の画素１１の各々から信号を出力させるための複数の制御信号を出力する回路である。複数の制御信号は、画素アレイ１０の行ごとに設けられた制御信号線群１２を介して画素１１に供給される。なお、図１において、各行に対応する制御信号線群１２は１本のみにより図示されているが、実際には制御信号線群１２は複数本の制御信号線により構成される。

画素１１から出力される信号は、画素アレイ１０の列ごとに設けられた垂直出力線１３を介して、読み出し回路３０に入力される。読み出し回路３０は、画素１１から出力された信号を列ごとに読み出して、増幅、ＡＤ変換、相関二重サンプリング等の処理を行う回路である。

水平走査回路４０は、読み出し回路３０において処理された信号を列ごとに順次ＤＳＰ６０に転送させるための制御信号を読み出し回路３０に供給する回路である。ＤＳＰ６０は、入力された信号に対し、所定のデジタル信号処理を行い、出力回路７０に出力する。出力回路７０は、ＤＳＰ６０から入力された信号を撮像装置１００の外部に出力する。

ＴＧ５０は、垂直走査回路２０、読み出し回路３０及び水平走査回路４０に対し、動作タイミングの制御等のための制御信号を供給する回路である。図１では、垂直走査回路２０、読み出し回路３０及び水平走査回路４０を制御する制御信号はＴＧ５０から供給されるように図示されているが、当該制御信号の一部又は全部は撮像装置１００の外部から供給されてもよい。

図２は、本実施形態に係る画素アレイ１０の構成を示す回路図である。図２には、画素アレイ１０のうちの３行×４列に配された１２個の画素１１ａ、１１ｂが図示されているが、一般的には画素アレイ１０は、更に多くの画素１１ａ、１１ｂを含み得る。以下の説明では、図２に示されている３行は、画素アレイ１０の中のｎ－１行目、ｎ行目及びｎ＋１行目であるものとし、図２に示されている４列は、画素アレイ１０の中のｍ－１列目、ｍ列目、ｍ＋１列目及びｍ＋２列目であるものとする。

ここで、図２における画素１１ａ、１１ｂは、図１における画素１１に対応するものであり、画素１１ａと画素１１ｂとの相違点は、制御信号線群１２に対する接続関係である。図２に示されているように、同一の列において、画素１１ａと画素１１ｂは交互に配されている。また、同一の行においても、画素１１ａと画素１１ｂは交互に配されている。

ｎ行ｍ－１列目に配された画素１１ａ（第１の画素）と、ｎ行ｍ列目に配された画素１１ｂ（第２の画素）の構成について説明する。他の画素１１ａ、１１ｂは同様の構成であるため、説明を省略する。

まず、画素１１ａの構成について説明する。画素１１ａは、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、リセットトランジスタＭ６、増幅トランジスタＭ７、選択トランジスタＭ８を有する。

光電変換部ＰＤＡ（第１の光電変換部）、光電変換部ＰＤＢ（第２の光電変換部）は、例えばフォトダイオードにより構成される。光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢのアノードは、接地電圧線に接続されている。光電変換部ＰＤＡのカソードは、転送トランジスタＭ１Ａのソースに接続され、光電変換部ＰＤＢのカソードは、転送トランジスタＭ１Ｂのソースに接続されている。光電変換部ＰＤＡと光電変換部ＰＤＢには撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光が入射される。言い換えると、光電変換部ＰＤＡには、入射光のうちの瞳分割された一部の光が入射され光電変換部ＰＤＢには、入射光のうちの瞳分割された他の一部の光が入射される。

転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂのドレインは、リセットトランジスタＭ６のソース及び増幅トランジスタＭ７のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂのドレイン、リセットトランジスタＭ６のソース及び増幅トランジスタＭ７のゲートが相互に接続されているノードは、浮遊拡散領域ＦＤである。浮遊拡散領域ＦＤは、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂにより転送された電荷を保持する機能を有する。

リセットトランジスタＭ６のドレイン及び増幅トランジスタＭ７のドレインは、電源電圧線ＶＤＤに接続されている。増幅トランジスタＭ７のソースは、選択トランジスタＭ８のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ８のソースは、垂直出力線１３に接続されている。

次に、画素１１ａの構成について説明する。画素１１ｂは、画素１１ａに隣接して配されている画素である。例えば、同一のｎ行目において、画素１１ｂは、画素１１ａが配されているｍ－１列目の隣の列であるｍ列目に配されている。画素１１ｂは、光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ、転送トランジスタＭ２Ａ、Ｍ２Ｂ、リセットトランジスタＭ６、増幅トランジスタＭ７、選択トランジスタＭ８を有する。転送トランジスタＭ２Ａ、Ｍ２Ｂと制御信号線群１２との接続関係を除き、画素１１ｂ内の素子の接続関係は画素１１ａと同様であるため説明を省略する。

画素アレイ１０の各行には、行方向（図２において横方向）に延在する制御信号線群１２が配されている。各行の制御信号線群１２は、制御信号線ＴＸ１Ａ、ＴＸ１Ｂ、ＴＸ２Ａ、ＴＸ２Ｂ、ＲＥＳ、ＳＥＬを含む。

制御信号線ＴＸ１Ａは、同一行に並ぶ画素１１ａの転送トランジスタＭ１Ａのゲートにそれぞれ接続され、これらの画素１１ａに共通の信号線をなしている。制御信号線ＴＸ１Ｂは、行方向に並ぶ画素１１ａの転送トランジスタＭ１Ｂのゲートにそれぞれ接続され、これらの画素１１ａに共通の信号線をなしている。

制御信号線ＴＸ２Ａは、同一行に並ぶ画素１１ｂの転送トランジスタＭ２Ａのゲートにそれぞれ接続され、これらの画素１１ｂに共通の信号線をなしている。制御信号線ＴＸ２Ｂは、行方向に並ぶ画素１１ｂの転送トランジスタＭ２Ｂのゲートにそれぞれ接続され、これらの画素１１ｂに共通の信号線をなしている。

制御信号線ＲＥＳは、行方向に並ぶ画素１１ａ、１１ｂのリセットトランジスタＭ６のゲートにそれぞれ接続され、これらの画素１１ａ、１１ｂに共通の信号線をなしている。制御信号線ＳＥＬは、行方向に並ぶ画素１１ａ、１１ｂの選択トランジスタＭ８のゲートにそれぞれ接続され、これらの画素１１ａ、１１ｂに共通の信号線をなしている。

なお、図２においては、各制御信号線の名称に、対応する行番号をそれぞれ付すことにより（例えば、ＴＸ１Ａ（ｍ）、ＴＸ１Ａ（ｍ＋１））、各行の制御信号線を区別している。この表記方法は、図３以降においても同様に適用される。

制御信号線ＴＸ１Ａ、ＴＸ１Ｂ、ＴＸ２Ａ、ＴＸ２Ｂ、ＲＥＳ、ＳＥＬは、垂直走査回路２０に接続されている。制御信号線ＴＸ１Ａには、垂直走査回路２０から、転送トランジスタＭ１Ａを制御するための制御信号ｐＴＸ１Ａが出力される。制御信号線ＴＸ１Ｂには、垂直走査回路２０から、転送トランジスタＭ１Ｂを制御するための制御信号ｐＴＸ１Ｂが出力される。制御信号線ＴＸ２Ａには、垂直走査回路２０から、転送トランジスタＭ２Ａを制御するための制御信号ｐＴＸ２Ａが出力される。制御信号線ＴＸ２Ｂには、垂直走査回路２０から、転送トランジスタＭ２Ｂを制御するための制御信号ｐＴＸ２Ｂが出力される。制御信号線ＲＥＳには、垂直走査回路２０から、リセットトランジスタＭ６を制御するための制御信号ｐＲＥＳが出力される。制御信号線ＳＥＬには、垂直走査回路２０から、選択トランジスタＭ８を制御するための制御信号ｐＳＥＬが出力される。

典型例では、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号が出力されると対応するトランジスタがオンとなり、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号が出力されると対応するトランジスタがオフとなる。垂直走査回路２０は、ＴＧ５０から出力された所定のタイミング信号に応じて、これらの制御信号を供給する。垂直走査回路２０には、シフトレジスタ、アドレスデコーダ等の論理回路が用いられる。

画素アレイ１０の各列には、列方向（図２において縦方向）に延在する垂直出力線１３が配されている。垂直出力線１３は、列方向に並ぶ画素１１ａ、１１ｂの選択トランジスタＭ８のソースにそれぞれ接続され、これらの画素１１ａ、１１ｂに共通の信号線をなしている。なお、画素１１ａ、１１ｂの選択トランジスタＭ８は、省略されていてもよい。この場合、垂直出力線１３は、増幅トランジスタＭ７のソースに接続される。垂直出力線１３の各々には、不図示の電流源が接続されている。

光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢは、光電変換により入射光に応じた電荷を生成するとともに、生成された電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ２Ａは、光電変換部ＰＤＡに蓄積された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送する。転送トランジスタＭ１Ｂ、Ｍ２Ｂは、光電変換部ＰＤＢに蓄積された電荷を浮遊拡散領域ＦＤに転送する。

リセットトランジスタＭ６は、浮遊拡散領域ＦＤ及び光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢの電位をリセットする。選択トランジスタＭ８は、垂直出力線１３に信号を出力する画素１１ａ、１１ｂを選択する。増幅トランジスタＭ７は、ドレインに電源電圧が供給され、ソースに選択トランジスタＭ８を介して電流源からバイアス電流が供給される構成となっている。これにより、増幅トランジスタＭ７は、浮遊拡散領域ＦＤに接続されたゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。このようにして、増幅トランジスタＭ７は、入射光によって生じた電荷に基づく出力信号ＰｉｘＯｕｔを、垂直出力線１３に出力する。なお、図２においては、出力信号ＰｉｘＯｕｔに、対応する列番号をそれぞれ付すことにより（例えば、ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１），ＰｉｘＯｕｔ（ｍ））、各列の出力信号を区別している。この表記方法は、図３以降においても同様に適用される。

図３は、本実施形態に係る画素アレイ１０の断面模式図である。図３に示される断面図には、配線層１４、光電変換層１５、遮光部形成層１６、カラーフィルタ形成層１７及びマイクロレンズ形成層１８が図示されている。光電変換層１５は、シリコン基板等の半導体基板により構成されている。光電変換層１５内には、フォトダイオード等の光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢが形成されている。

図３に示されるように光電変換層１５の下方（基板の表側）には配線層１４が形成されている。また、光電変換層１５の上方（基板の裏側）には遮光部形成層１６、カラーフィルタ形成層１７及びマイクロレンズ形成層１８がこの順に形成されている。

配線層１４は、制御信号線群１２、垂直出力線１３等の配線が形成される層である。遮光部形成層１６は、複数の遮光部ＬＳが形成される層である。カラーフィルタ形成層１７は、複数のカラーフィルタＣＦが形成される層である。マイクロレンズ形成層１８は複数のマイクロレンズＭＬが形成される層である。なお、各層の間には不図示の平坦化層が更に形成されていてもよい。

遮光部ＬＳは、平面視において画素間に対応する位置に配されており、入射光が隣の画素に入射されにくくする機能を有する。これにより、混色の影響により画質劣化が軽減される。カラーフィルタＣＦは、画素１１ａ、１１ｂの各々に対応して配されており、入射光に対して所定の分光特性を有する。これにより、カラーフィルタＣＦは、入射光のうちの特定の波長の光を透過させる機能を有する。マイクロレンズＭＬは、画素１１ａ、１１ｂの各々に対応して配されており、入射光を光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢに集光させることにより感度を向上させる機能を有する。

上述の構成により、画素１１ａ、１１ｂは、マイクロレンズ形成層１８側から入射された光を受光して電気信号を出力する。すなわち、本実施形態の撮像装置１００は、配線層１４が設けられている面と反対側の面に照射された光を検出可能な、いわゆる裏面照射型のイメージセンサである。裏面照射型では、入射光が通過する側とは反対側に配線を形成することができるため、配線の設計自由度が高い。本実施形態の撮像装置１００は、制御信号線の本数が多くなりやすいため、配線設計の容易性及び素子面積低減の観点から裏面照射型を採用することが望ましい。しかしながら、撮像装置１００の構成は、裏面照射型に限られるものではなく、配線層１４が設けられている面から照射された光を検出可能な表面照射型であってもよい。

図４（ａ）は、本実施形態に係る撮像装置１００の駆動方法を示すタイミング図である。図４（ａ）は、撮像装置１００の１フレーム期間におけるｎ行目の画素１１ａ、１１ｂに関する制御信号及び出力信号が示されている。より具体的には、図４（ａ）には、ｎ行目の画素１１ａ、１１ｂに供給される制御信号ｐＳＥＬ（ｎ）、ｐＲＥＳ（ｎ）、ｐＴＸ１Ａ（ｎ）、ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）、ｐＴＸ２Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）が示されている。また、図４（ａ）には、ｍ－１行目の垂直出力線１３から出力される出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）と、ｍ行目の垂直出力線１３から出力されるＰｉｘＯｕｔ（ｍ）とが示されている。図４（ａ）を参照しつつ、撮像装置１００の動作を説明する。

時刻ｔ１１よりも前の期間において、制御信号ｐＳＥＬ（ｎ）はローレベルであり、選択トランジスタＭ８はオフになっており、ｎ行目の画素１１ａ、１１ｂは非選択状態である。また、同期間において、制御信号ｐＲＥＳ（ｎ）はハイレベルであり、リセットトランジスタＭ６はオンになっており、浮遊拡散領域ＦＤはリセット状態の電位になっている。また、制御信号ｐＴＸ１Ａ（ｎ）、ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）、ｐＴＸ２Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）はいずれもローレベルである。

時刻ｔ１１において、制御信号ｐＴＸ１Ａ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ１Ａがオンになる。その後時刻ｔ１２において、制御信号ｐＴＸ１Ａ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ１Ａがオフになる。この動作により、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡがリセットされる。そして、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡは、時刻ｔ１２から入射光に基づく電荷の蓄積を開始する。

時刻ｔ１３において、制御信号ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ１Ｂがオンになる。その後時刻ｔ１４において、制御信号ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ１Ｂがオフになる。この動作により、画素１１ａの光電変換部ＰＤＢがリセットされる。そして、画素１１ａの光電変換部ＰＤＢは、時刻ｔ１４から入射光に基づく電荷の蓄積を開始する。

時刻ｔ１５において、制御信号ｐＴＸ２Ａ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ２Ａがオンになる。その後時刻ｔ１６において、制御信号ｐＴＸ２Ａ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ２Ａがオフになる。この動作により、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡがリセットされる。そして、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡは、時刻ｔ１６から入射光に基づく電荷の蓄積を開始する。

時刻ｔ１７において、制御信号ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ２Ｂがオンになる。その後時刻ｔ１８において、制御信号ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ２Ｂがオフになる。この動作により、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＢがリセットされる。そして、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＢは、時刻ｔ１８から入射光に基づく電荷の蓄積を開始する。

時刻ｔ１８の後、制御信号ｐＳＥＬ（ｎ）がハイレベルになり、選択トランジスタＭ８がオンになる。これにより、ｎ行目の画素１１ａ、１１ｂが選択された状態となる。その後の時刻ｔ１９において、制御信号ｐＲＥＳ（ｎ）がローレベルになり、リセットトランジスタＭ６がオフになる。

この動作に伴って浮遊拡散領域ＦＤの電位が微小変動するため、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）、ＰｉｘＯｕｔ（ｍ）もわずかに変化する。この電位の変化量はリセットを行うごとにばらつくため、ノイズとなり得る。そこで、時刻ｔ１９と時刻ｔ２０の間の期間において、読み出し回路３０は、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）、ＰｉｘＯｕｔ（ｍ）をノイズ信号として読み出す。入射光に基づく光信号とノイズ信号との差分を取得する相関二重サンプリングを行うことにより、リセットレベルのばらつきに起因するノイズが除去され得る。

時刻ｔ２０において、制御信号ｐＴＸ１Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ａ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ２Ａがオンになる。その後時刻ｔ２１において、制御信号ｐＴＸ１Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ａ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ２Ａがオフになる。この動作により、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡに蓄積された電荷が画素１１ａの浮遊拡散領域ＦＤに転送される。また、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡに蓄積された電荷も画素１１ｂの浮遊拡散領域ＦＤに転送される。ここで、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡにおける電荷の蓄積時間は、時刻ｔ１２から時刻ｔ２０の間の期間Ｔ１Ａの長さに相当する。また、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡにおける電荷の蓄積時間は、時刻ｔ１６から時刻ｔ２０の間の期間Ｔ２Ａの長さに相当する。

この電荷の転送に伴って、画素１１ａ及び画素１１ｂの浮遊拡散領域ＦＤの電位は変動し、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）、ＰｉｘＯｕｔ（ｍ）も変化する。時刻ｔ２１と時刻ｔ２２の間の期間において、読み出し回路３０は、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）、ＰｉｘＯｕｔ（ｍ）を入射光に基づく光信号（Ａ信号又は第１の信号）として読み出す。同一行に配された画素１１ａ、１１ｂからの電荷の転送が同時に行われているため、読み出し回路３０は、ＴＧ５０からの制御信号に応じて、複数の列の信号の読み出しを同時に行い得る。

これにより、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡにおいて期間Ｔ１Ａに生成された電荷に基づくＡ信号と、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡにおいて期間Ｔ２Ａに生成された電荷に基づくＡ信号とが取得される。

時刻ｔ２２において、制御信号ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ１Ｂ、Ｍ２Ｂがオンになる。その後時刻ｔ２３において、制御信号ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ１Ｂ、Ｍ２Ｂがオフになる。この動作により、画素１１ａの光電変換部ＰＤＢに蓄積された電荷が画素１１ａの浮遊拡散領域ＦＤに転送される。また、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＢに蓄積された電荷も画素１１ｂの浮遊拡散領域ＦＤに転送される。ここで、画素１１ａの光電変換部ＰＤＢにおける電荷の蓄積時間は、時刻ｔ１４から時刻ｔ２２の間の期間Ｔ１Ｂの長さに相当する。また、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＢにおける電荷の蓄積時間は、時刻ｔ１８から時刻ｔ２２の間の期間Ｔ２Ｂの長さに相当する。

この電荷の転送に伴って、画素１１ａ及び画素１１ｂの浮遊拡散領域ＦＤの電位は変動し、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）、ＰｉｘＯｕｔ（ｍ）も変化する。時刻ｔ２３と時刻ｔ２４の間の期間において、読み出し回路３０は、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）、ＰｉｘＯｕｔ（ｍ）を入射光に基づく光信号（Ａ＋Ｂ信号又は第２の信号）として読み出す。この処理においても、同一行に配された画素１１ａ、１１ｂからの電荷の転送が同時に行われているため、読み出し回路３０は、ＴＧ５０からの制御信号に応じて、複数の列の信号の読み出しを同時に行い得る。なお、読み出される光信号は、光電変換部ＰＤＡで蓄積された電荷と光電変換部ＰＤＢで蓄積された電荷を加算したものに相当する信号である。

これにより、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡにおいて期間Ｔ１Ａに生成された電荷と、画素１１ａの光電変換部ＰＤＢにおいて期間Ｔ１Ｂに生成された電荷との両方に基づくＡ＋Ｂ信号が取得される。また、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡにおいて期間Ｔ２Ａに生成された電荷と、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＢにおいて期間Ｔ２Ｂに生成された電荷との両方に基づくＡ＋Ｂ信号が取得される。

時刻ｔ２４において、制御信号ｐＲＥＳ（ｎ）がハイレベルになり、リセットトランジスタＭ６がオンになる。これにより、浮遊拡散領域ＦＤはリセット状態に戻り、ｎ行目の画素１１ａ、１１ｂからの読み出しの処理が終了する。

撮像装置１００の外部の信号処理回路等によりＡ＋Ｂ信号とＡ信号の差分を取得することにより、Ｂ信号が取得される。Ａ信号とＢ信号は、撮像光学系の異なる瞳領域を通過した光（すなわち瞳分割された光）により生じた電荷に基づく信号であるため、位相差焦点検出に用いられ得る焦点検出信号である。また、Ａ＋Ｂ信号は、画像の生成に用いられる撮像信号である。このようにして、本実施形態の撮像装置１００は、一のフレーム期間内に焦点検出信号と撮像信号を並行して取得可能である。

また、本実施形態の撮像装置１００において、画素１１ａにおける電荷の蓄積時間（期間Ｔ１Ａ、Ｔ１Ｂの長さ）は、画素１１ｂにおける電荷の蓄積時間（期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂの長さ）よりも大きい。これにより、焦点検出信号及び撮像信号のそれぞれを２種類の蓄積時間により生成することができる。焦点検出及び撮像におけるダイナミックレンジは、飽和電荷量等による制限が存在するが、２種類の蓄積時間で信号を取得し、輝度に応じてこれらを適宜使い分ける処理を行うことによりダイナミックレンジを拡大することができる。

以上のように、本実施形態によれば、画素１１ａと画素１１ｂとで蓄積時間が異なる信号を出力させることにより、ダイナミックレンジの拡大に適した焦点検出信号及び撮像信号を取得することができる。したがって、更なる高機能化を実現し得る撮像装置１００が提供される。

図２において、画素１１ａと画素１１ｂは、同一行内において交互に配列されている。また、画素１１ａと画素１１ｂは、同一列内においても交互に配列されている。このような配置とすることにより、同一行内又は同一行列内に画素１１ａと画素１１ｂを画素アレイ１０内に均一な密度で配置することができる。しかしながら、画素１１ａと画素１１ｂの配列方法は図２に示すものに限られるものではなく、例えば、２行ごと又は２列ごとに画素１１ａと画素１１ｂが入れ替わるようなパターンであってもよい。

また、上記の読み出し方法の変形例として、Ａ信号の読み出しとＢ信号の読み出しとの間に、リセット動作を行ってもよい。このような駆動によれば、Ａ信号とＢ信号とを独立に得ることができる。そして、撮像装置１００の外部の信号処理回路等によりＡ信号とＢ信号の和を取得することにより、Ａ＋Ｂ信号が取得される。

［第２実施形態］
図４（ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態において、第１実施形態と異なる点は、各制御信号が供給されるタイミングである。画素１１ａ、１１ｂの回路構成、撮像装置１００のブロック等、各制御信号の供給タイミング以外の点については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。図４（ｂ）は、本実施形態に係る撮像装置１００の駆動方法を示すタイミング図である。図４（ｂ）を参照しつつ、撮像装置１００の動作を説明する。

時刻ｔ３３以前の動作は、第１実施形態の時刻ｔ１３以前の動作と同様であるため説明を省略する。時刻ｔ３３において、制御信号ｐＴＸ２Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ２Ａ、Ｍ２Ｂがオンになる。その後時刻ｔ３４において、制御信号ｐＴＸ２Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ２Ａ、Ｍ２Ｂがオフになる。この動作により、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢが同時にリセットされる。そして、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢは、時刻ｔ３４から入射光に基づく電荷の蓄積を開始する。

時刻ｔ３５、ｔ３６の動作は、第１実施形態の時刻ｔ１３、１４の動作と同様であるため説明を省略する。また、時刻ｔ３７の前後の制御信号ｐＳＥＬ（ｎ）、ｐＲＥＳ（ｎ）の駆動及びノイズ信号の読み出しについても、第１実施形態の時刻ｔ１９の前後のこれらの動作と同様であるため説明を省略する。

時刻ｔ３８において、制御信号ｐＴＸ１Ａ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ１Ａがオンになる。その後時刻ｔ３９において、制御信号ｐＴＸ１Ａ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ１Ａがオフになる。この動作により、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡに蓄積された電荷が画素１１ａの浮遊拡散領域ＦＤに転送される。ここで、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡにおける電荷の蓄積時間は、時刻ｔ３２から時刻ｔ３８の間の期間Ｔ１Ａの長さに相当する。

この電荷の転送に伴って、画素１１ａの浮遊拡散領域ＦＤの電位は変動し、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）も変化する。時刻ｔ３９と時刻ｔ４０の間の期間において、読み出し回路３０は、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）を入射光に基づく光信号（Ａ信号）として読み出す。これにより、画素１１ａの光電変換部ＰＤＡにおいて期間Ｔ１Ａに生成された電荷に基づくＡ信号が取得される。

時刻ｔ４０において、制御信号ｐＴＸ２Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ２Ａ、Ｍ２Ｂがオンになる。その後時刻ｔ４１において、制御信号ｐＴＸ２Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ２Ａ、Ｍ２Ｂがオフになる。この動作により、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢに蓄積された電荷が画素１１ｂの浮遊拡散領域ＦＤに転送される。ここで、画素１１ｂの光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢにおける電荷の蓄積時間は、それぞれ、時刻ｔ３４から時刻ｔ４０の間の期間Ｔ２Ａ、Ｔ２Ｂの長さに相当する。本実施形態においては、転送トランジスタＭ２Ａ、Ｍ２Ｂによる転送は同時に行われるので、期間Ｔ２Ａと期間Ｔ２Ｂは同一である。

この電荷の転送に伴って、画素１１ｂの浮遊拡散領域ＦＤの電位は変動し、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ）も変化する。時刻ｔ４１と時刻ｔ４２の間の期間において、読み出し回路３０は、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ）を入射光に基づく光信号（Ａ＋Ｂ信号）として読み出す。この光信号は、光電変換部ＰＤＡで蓄積された電荷と光電変換部ＰＤＢで蓄積された電荷を加算したものに相当する信号である。

時刻ｔ４２において、制御信号ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）がハイレベルになり、転送トランジスタＭ１Ｂがオンになる。その後時刻ｔ４３において、制御信号ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）がローレベルになり、転送トランジスタＭ１Ｂがオフになる。この動作により、画素１１ａの光電変換部ＰＤＢに蓄積された電荷が画素１１ａの浮遊拡散領域ＦＤに転送される。ここで、画素１１ａの光電変換部ＰＤＢにおける電荷の蓄積時間は、時刻ｔ３６から時刻ｔ４２の間の期間Ｔ１Ｂの長さに相当する。

この電荷の転送に伴って、画素１１ａの浮遊拡散領域ＦＤの電位は変動し、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）も変化する。時刻ｔ４３と時刻ｔ４４の間の期間において、読み出し回路３０は、出力信号ＰｉｘＯｕｔ（ｍ－１）を入射光に基づく光信号（Ａ＋Ｂ信号）として読み出す。この光信号は、光電変換部ＰＤＡで蓄積された電荷と光電変換部ＰＤＢで蓄積された電荷を加算したものに相当する信号である。時刻ｔ４４の動作は、第１実施形態の時刻ｔ２４の動作と同様であるため説明を省略する。

以上のように本実施形態においては、同一行の画素１１ａ、１１ｂに対し制御信号ｐＴＸ１Ａ（ｎ）、ｐＴＸ１Ｂ（ｎ）、ｐＴＸ２Ａ（ｎ）、ｐＴＸ２Ｂ（ｎ）の４種の制御信号により電荷の転送が制御される。この制御により、画素１１ａは、Ａ信号とＡ＋Ｂ信号を個別に出力し、画素１１ｂは、Ａ＋Ｂ信号のみを出力する。画素１１ａから出力された信号に対しては、撮像装置１００の外部の信号処理回路等によりＡ＋Ｂ信号とＡ信号の差分を取得することにより、Ｂ信号が取得可能である。第１実施形態の場合と同様に、Ａ信号とＢ信号は、焦点検出信号として用いられ、Ａ＋Ｂ信号は撮像信号として用いられる。したがって、本実施形態の撮像装置１００も、第１実施形態の場合と同様に、１フレーム期間内に焦点検出信号と撮像信号を並行して取得可能である。

また、本実施形態の撮像装置１００は、画素１１ｂがＡ＋Ｂ信号のみを出力する構成であるため、読み出しの回数を削減することができる。これにより、信号処理時間の低減及び信号処理による消費電力の低減の効果が得られる。

本実施形態では、焦点検出信号を出力可能な画素の個数が少なくなるが、信号処理時間の低減及び消費電力低減の効果が得られるため、焦点検出の精度がさほど要求されない場合に好適である。

なお、図４（ｂ）において、時刻ｔ３４は、時刻ｔ３２と時刻ｔ３６の中間の時刻に設定されており、時刻ｔ４１は、時刻ｔ３９と時刻ｔ４３の中間の時刻に設定されている。これにより、画素１１ａと画素１１ｂの蓄積期間のずれ（撮影時刻のずれ）による画質への影響を低減することができる。しかしながら、この構成は必須ではなく、例えば、時刻ｔ３４を時刻ｔ３２又は時刻ｔ３６と揃えてもよく、時刻ｔ４１を時刻ｔ３９又は時刻ｔ４３と揃えてもよい。また、第１実施形態のように、画素１１ａの蓄積期間の長さと画素１１ｂの蓄積期間の長さを異ならせてもよい。この場合、第１実施形態と同様にダイナミックレンジを拡大する効果が得られる。

［第３実施形態］
図５を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態において、第１又は第２実施形態と異なる点は、制御信号線の構成である。それ以外の点については第１又は第２実施形態と同様であるため説明を省略する。図５は、本実施形態に係る画素アレイ１０の構成を示す回路図である。

本実施形態では、制御信号線群１２は、第１実施形態で述べたものに加えて、制御信号線ＴＸ３Ａ、ＴＸ３Ｂ、ＴＸ４Ａ、ＴＸ４Ｂを更に含む。また、画素アレイ１０のｎ行目において、ｎ＋１列目には、画素１１ｃが配されており、ｎ＋２列目には、画素１１ｄが配されている。画素１１ｃは、制御信号線ＴＸ３Ａから制御信号が供給される転送トランジスタＭ３Ａと、制御信号線ＴＸ３Ｂから制御信号が供給される転送トランジスタＭ３Ｂとを有する。画素１１ｄは、制御信号線ＴＸ４Ａから制御信号が供給される転送トランジスタＭ４Ａと、制御信号線ＴＸ４Ｂから制御信号が供給される転送トランジスタＭ４Ｂとを有する。

このように、本実施形態では、転送トランジスタ用の制御信号線が１行ごとに第１実施形態又は第２実施形態の２倍の８本設けられている。これにより、同一の行に配された４つの画素１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに対して異なるタイミングで転送トランジスタＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ２Ａ、Ｍ２Ｂ、Ｍ３Ａ、Ｍ３Ｂ、Ｍ４Ａ、Ｍ４Ｂの制御を行うことができる。

本実施形態の構成は、同一行に複数の異なる色のカラーフィルタＣＦを有する配列においてより好適に用いられる。そのようなカラーフィルタＣＦの配列の例を説明する。図６は、本実施形態に係るカラーフィルタＣＦの配列図であり、画素アレイ１０内におけるカラーフィルタＣＦの色の配列を模式的に示している。図中の「Ｒ」は、主として赤色の光を透過する分光特性を有するカラーフィルタＣＦが配置されている画素（Ｒ画素）を示している。図中の「Ｇ」は、主として緑色の光を透過する分光特性を有するカラーフィルタＣＦが配置されている画素（Ｇ画素）を示している。図中の「Ｂ」は、主として青色の光を透過する分光特性を有するカラーフィルタＣＦが配置されている画素（Ｂ画素）を示している。これにより、赤色、緑色、青色の各色によるカラー画像の撮像が可能となる。図６に示されている配列はベイヤー（Bayer）配列と呼ばれる配列であるが、これは一例であり、これ以外のパターンの配列が採用されてもよい。また、補色フィルタ等、上述以外の色のカラーフィルタＣＦが用いられる配列であってもよい。

図６のようなベイヤー配列によるカラーフィルタＣＦを有する撮像装置１００においては、同一行内に２色の画素が存在する。第１実施形態又は第２実施形態の構成では、転送トランジスタ用の制御信号線の本数が１行ごとに４本であるため、各色に対して異なるタイミングで図４（ａ）又は図４（ｂ）のような駆動を行うことはできない。一方、本実施形態では、１行につき、転送トランジスタ用の制御信号線が第１実施形態又は第２実施形態の２倍の８本設けられているため、第１実施形態又は第２実施形態の駆動方法を画素の色ごとに異なるタイミングで実行することができる。

以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態又は第２実施形態と同様の駆動を行うことにより同様の効果が得られることに加え、画素の色ごとに異なるタイミングで転送トランジスタの駆動を行うことができるため、駆動方法の自由度が向上する。したがって、更なる高機能化を実現し得る撮像装置１００が提供される。

なお、上述の例では、画素の色ごとに異なるタイミングで転送させるために転送トランジスタ用の制御信号線の本数を第１実施形態又は第２実施形態よりも多くしているが、増加した制御信号線は他の目的で用いられてもよい。例えば、図４（ａ）の駆動方法を変形して、蓄積時間の種類を２種類から４種類に増加させることで、蓄積時間が異なる４種類の撮像信号及び焦点検出信号を出力させてもよい。これにより、ダイナミックレンジの拡大処理をより効果的に行うことができる。例えば、ダイナミックレンジを拡大した画像を生成するために画像を合成する処理を行う場合には、蓄積時間の種類が異なる画像の数が多いほど蓄積時間差に起因する合成後画像の不自然さが軽減される。

［第４実施形態］
図７を参照して、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態において、第３実施形態と異なる点は、２つの画素が浮遊拡散領域ＦＤを共有している点である。それ以外の点については第３実施形態と同様であるため説明を省略する。図７は、本実施形態に係る画素アレイ１０の構成を示す回路図である。

図７において、ｎ行目の画素１１ａ、１１ｅに着目すると、画素１１ｅの転送トランジスタＭ２Ａ、Ｍ２Ｂのドレインが画素１１ｅに隣接する画素１１ａの浮遊拡散領域ＦＤに接続されている。また、ｎ行目の画素１１ｃ、１１ｆに着目すると、画素１１ｆの転送トランジスタＭ４Ａ、Ｍ４Ｂのドレインが画素１１ｆに隣接する画素１１ｃの浮遊拡散領域ＦＤに接続されている。また、画素１１ｅ、１１ｆにおいては、リセットトランジスタＭ６、増幅トランジスタＭ７、選択トランジスタＭ８等が省略されている。

本実施形態の構成においては、第１乃至第３実施形態と同様の駆動が可能であるとともに、画素１１ｅ、１１ｆ内に設けられるトランジスタ等の回路部品の数を削減することができる。これにより、回路部品の占有面積を削減することができる。また、回路部品の削減により得られた面積を光電変換部ＰＤＡ、ＰＤＢ等の面積に割り当てることで、飽和電荷量を増大させることができ、撮像装置１００により撮像される画像の画質を向上することができる。したがって、更なる高機能化を実現し得る撮像装置１００が提供される。

なお、削減された回路部品の占有面積は他の用途に割り当ててもよい。例えば、後述の第６実施形態で述べる容量付加トランジスタ、容量等の浮遊拡散領域ＦＤの容量を増加させるための素子を追加してもよい。

また、図７では横方向に並ぶ２画素の浮遊拡散領域ＦＤが共有されているが、これに限られない。例えば、縦方向に並ぶ２画素の浮遊拡散領域ＦＤが共有されていてもよく、縦方向に２画素分、横方向に２画素分の合計４画素の浮遊拡散領域ＦＤが共有されていてもよい。

［第５実施形態］
図８を参照して、本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態において、第４実施形態と異なる点は、制御信号線の構成である。それ以外の点については第４実施形態と同様であるため説明を省略する。図８は、本実施形態に係る画素アレイ１０の構成を示す回路図である。

本実施形態では、第４実施形態で述べたものに対して、制御信号線群１２から制御信号線ＴＸ４Ａ、ＴＸ４Ｂが省略されている。また、画素アレイ１０のｎ行目において、ｍ列目及びｍ＋２列目には、いずれも画素１１ｅが配されている。画素１１ｅの転送トランジスタＭ２Ａには、共通の制御信号線ＴＸ２Ａから制御信号が供給される。また、画素１１ｅの転送トランジスタＭ２Ｂには、共通の制御信号線ＴＸ２Ｂから制御信号が供給される。このように本実施形態では、同一の行に含まれる４画素のうちの２つの転送トランジスタに対し共通の制御信号が供給される。

本実施形態においても第３及び第４実施形態と同様に駆動方法の自由度が向上する効果が得られる。転送トランジスタ用の制御信号線の本数が第３実施形態及び第４実施形態よりも少ないため、自由度向上の効果は劣るものの、第３実施形態及び第４実施形態に比べて制御信号線の本数を少なくすることができる。したがって、更なる高機能化を実現し得る撮像装置１００が提供される。

本実施形態の構成では、例えば、ベイヤー配列中の同一行のＲ画素に対して異なる転送トランジスタ用の制御信号線を割り当てることができる。この場合、第２実施形態の駆動方法を適用すれば、同一行のＲ画素のうちの一部から焦点検出信号と撮像信号を出力させ、他の一部から撮像信号のみを出力させる駆動が可能となる。なお、本例におけるＲ画素は、Ｇ画素又はＢ画素に置き換えられてもよい。

［第６実施形態］
図９、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照して、本発明の第６実施形態を説明する。第６実施形態において、第１及び第２実施形態と異なる点は、容量付加トランジスタＭ９（容量制御部）と容量Ｃが画素１１ｈ、１１ｇの各々に設けられている点である。それ以外の点については第１及び第２実施形態と同様であるため説明を省略する。図９は、本実施形態に係る画素アレイ１０の構成を示す回路図である。

画素１１ｈ、１１ｇの各々において、浮遊拡散領域ＦＤと、リセットトランジスタＭ６の間のノードには、容量付加トランジスタＭ９と容量Ｃが設けられている。容量付加トランジスタＭ９のソースは、浮遊拡散領域ＦＤに接続されており、ドレインは、容量Ｃの一端及びリセットトランジスタＭ６のソースに接続されている。容量Ｃの他端は、接地電圧線に接続されている。

各行の制御信号線群１２は、制御信号線ＡＰＰ１（第１の制御信号線）と制御信号線ＡＰＰ２（第２の制御信号線）を更に含む。制御信号線ＡＰＰ１は、同一行に並ぶ画素１１ｇの容量付加トランジスタＭ９のゲートにそれぞれ接続され、これらの画素１１ｇに共通の信号線をなしている。制御信号線ＡＰＰ２は、同一行に並ぶ画素１１ｈの容量付加トランジスタＭ９のゲートにそれぞれ接続され、これらの画素１１ｈに共通の信号線をなしている。

制御信号線ＡＰＰ１、ＡＰＰ２は、垂直走査回路２０に接続されている。制御信号線ＡＰＰ１、ＡＰＰ２には、垂直走査回路２０から、容量付加トランジスタＭ９を制御するための制御信号ｐＡＰＰ１、ｐＡＰＰ２がそれぞれ出力される。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照して、容量付加トランジスタＭ９の動作を説明する。図１０（ａ）は、第１実施形態の図４（ａ）に対応する動作を示すタイミング図であり、図１０（ｂ）は、第２実施形態の図４（ｂ）に対応する動作を示すタイミング図である。制御信号ｐＡＰＰ１、ｐＡＰＰ２以外の制御信号については第１実施形態又は第２実施形態と同一であるため、重複する説明を省略する。

図１０（ａ）の時刻ｔ１８以前の期間において、制御信号ｐＲＥＳ（ｎ）、ｐＡＰＰ１（ｎ）、ｐＡＰＰ２（ｎ）は、いずれもハイレベルであり、画素１１ｈ、１１ｇのリセットトランジスタＭ６、容量付加トランジスタＭ９は、オンになっている。これにより、時刻ｔ１８以前の期間においては、浮遊拡散領域ＦＤ、容量Ｃがリセットされている。

図１０（ａ）の時刻ｔ１９以後の期間において、制御信号ｐＲＥＳ（ｎ）、ｐＡＰＰ２（ｎ）はローレベルであり、制御信号ｐＡＰＰ１（ｎ）はハイレベルである。そのため、画素１１ｈ、１１ｇのリセットトランジスタＭ６はオフになっており、画素１１ｇの容量付加トランジスタＭ９はオンになっており、画素１１ｈの容量付加トランジスタＭ９はオフになっている。したがって、時刻ｔ１９以後の期間において、画素１１ｇの浮遊拡散領域ＦＤは容量Ｃが接続されている状態であるが、画素１１ｈの浮遊拡散領域ＦＤは容量Ｃが接続されていない状態である。すなわち、画素１１ｇの浮遊拡散領域ＦＤは容量値が増大されるが、画素１１ｈの浮遊拡散領域ＦＤは容量値が増大されない。

このように、本実施形態の図１０（ａ）の駆動方法では、第１実施形態と同様に同一列の画素ごとに蓄積時間を変えることに加え、浮遊拡散領域ＦＤの容量値の増大の有無を変えるような駆動が実現される。これにより、ダイナミックレンジの拡大をより効果的に実現することができる。なお、本例の駆動方法は、図１０（ａ）とは逆に、時刻ｔ１９以後の期間において、画素１１ｇの容量付加トランジスタＭ９はオフになり、画素１１ｈの容量付加トランジスタＭ９はオンになるものであってもよい。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）と同様の制御信号ｐＲＥＳ（ｎ）、ｐＡＰＰ１（ｎ）、ｐＡＰＰ２（ｎ）による駆動を第２実施形態の駆動方法に組み合わせたものである。この構成においては、例えば、浮遊拡散領域ＦＤの容量値を増加させることで飽和電荷量を大きくすることができるため、高輝度な被写体に対する撮影又は焦点検出を行う際の信号の飽和が生じにくくなる効果が得られる。したがって、本実施形態によれば、更なる高機能化を実現し得る撮像装置１００が提供される。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）においては、制御信号ｐＡＰＰ１（ｎ）、ｐＡＰＰ２（ｎ）のレベルは、基本的にハイレベルとなっており、ローレベルにする必要があるときにローレベルに変化させる駆動方法となっている。しかしながら、制御信号ｐＡＰＰ１（ｎ）、ｐＡＰＰ２（ｎ）のレベルを、基本的にローレベルとし、ハイレベルにする必要があるときにハイレベルに変化させる駆動方法であってもよい。

また、本実施形態においては、画素１１ｇと画素１１ｈの蓄積時間を揃えてもよい。一方で、画素１１ｇの容量付加トランジスタＭ９がオンであり、画素１１ｈの容量付加トランジスタＭ９がオフであるように制御する。このような制御により、蓄積時間を変えることなく、色に応じて異なるゲインの焦点検出信号又は撮像信号を得ることができる。

［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１１を用いて説明する。第１乃至第６実施形態による撮像装置１００と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略しあるいは簡潔にする。図１１は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。

上述の第１乃至第６実施形態で述べた撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１１には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。

図１１に例示した撮像システム２００は、撮像装置１００、被写体の光学像を撮像装置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、撮像装置１００に光を集光する光学系である。撮像装置１００は、第１乃至第６実施形態で説明した撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。

撮像システム２００は、また、撮像装置１００より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、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。信号処理部２０８は、撮像装置１００が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置１００とは別の半導体基板に形成されていてもよい。

撮像システム２００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部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。更に撮像システム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。

更に撮像システム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、撮像装置１００と信号処理部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、タイミング信号等は外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置１００と、撮像装置１００から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。

撮像装置１００は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置１００から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。また、信号処理部２０８は焦点検出信号に対する信号処理を更に行ってもよい。

第１乃至第６実施形態による撮像装置１００を適用することにより、良質な画像を取得しうる撮像システム２００を実現することができる。

［第８実施形態］
本発明の第８実施形態による撮像システム及び移動体について、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を用いて説明する。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、本実施形態による撮像システム３００及び移動体の構成を示す図である。

図１２（ａ）は、車載カメラに関する撮像システム３００の一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置１００を有する。本実施形態の撮像装置１００は、上述の第１乃至第６実施形態のいずれかに記載の撮像装置１００である。撮像システム３００は、撮像装置１００により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差算出部３１４や距離計測部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。

撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１２（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、所定の動作を行うように撮像システム３００又は撮像装置１００に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。

他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

［変形実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。

また、第７及び第８実施形態に示した装置又はシステムは、本発明の撮像装置１００を適用し得る装置又はシステムの構成例を示したものであり、本発明の撮像装置１００を適用可能な装置又はシステムは図１１又は図１２に示した構成に限定されない。

また、上述に実施形態に開示されている撮像装置１００において、画素から出力される信号を処理するＤＳＰ６０等の信号処理回路は、画素が形成される基板と同一の半導体基板に形成されていてもよく、別の半導体基板に形成されていてもよい。言い換えると、撮像装置１００は１つの半導体基板により構成されていてもよく、複数の半導体基板により構成されていてもよい。

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がプログラムを読み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。

なお、上述の実施形態は、いず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。

１１ 画素
３０ 読み出し回路
１００ 撮像装置
ＰＤＡ、ＰＤＢ 光電変換部

Claims (14)

1. 入射光のうちの瞳分割された一部の光が入射される第１の光電変換部と、前記入射光のうちの瞳分割された他の一部の光が入射される第２の光電変換部と、入力ノードを有し、前記入力ノードに転送された電荷に基づく信号を出力する増幅部と、制御信号に応じて前記入力ノードの容量値を変化させる容量制御部と、を各々が含むとともに、複数の行及び複数の列にわたって配された複数の画素と、
   前記複数の画素から出力される信号を、前記複数の画素の列ごとに読み出す読み出し回路と、
   を有し、
   前記複数の画素の各々は、一のフレーム期間において、前記第１の光電変換部で生成された電荷に基づく第１の信号と、前記第２の光電変換部で生成された電荷に少なくとも基づく第２の信号とを出力可能であり、
   前記複数の画素は、同一の行の互いに異なる列に配された第１の画素及び第２の画素を含み、
   前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の一方を得るために電荷を蓄積している蓄積時間と、前記第２の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の対応する一方を得るために電荷を蓄積している蓄積時間とは互いに異なり、
   前記第１の画素の前記容量制御部に第１の制御信号を供給する第１の制御信号線と、
   前記第２の画素の前記容量制御部に、前記第１の制御信号線により供給される前記第１の制御信号とは異なる第２の制御信号を供給する第２の制御信号線と、を有し、
   前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記入力ノードの容量値と、前記第２の画素の前記入力ノードの容量値とは、互いに異なる値に制御される
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の一方を得るための電荷の蓄積が開始される時刻は、前記第２の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の対応する一方を得るための電荷の蓄積が開始される時刻と異なる
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記第１の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻は、前記第２の画素の前記第１の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻と同一である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記第１の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻は、前記第２の画素の前記第１の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻と同一であり、
   前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記第２の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻は、前記第２の画素の前記第２の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻と同一である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 入射光のうちの瞳分割された一部の光が入射される第１の光電変換部と、前記入射光のうちの瞳分割された他の一部の光が入射される第２の光電変換部と、入力ノードを有し、前記入力ノードに転送された電荷に基づく信号を出力する増幅部と、制御信号に応じて前記入力ノードの容量値を変化させる容量制御部と、を各々が含むとともに、複数の行及び複数の列にわたって配された複数の画素と、
   前記複数の画素から出力される信号を、前記複数の画素の列ごとに読み出す読み出し回路と、
   を有し、
   前記複数の画素の各々は、一のフレーム期間において、前記第１の光電変換部で生成された電荷に基づく第１の信号と、前記第１の光電変換部で生成された電荷及び前記第２の光電変換部で生成された電荷に基づく第２の信号とを出力可能であり、
   前記複数の画素は、同一の行の互いに異なる列に配された第１の画素及び第２の画素を含み、
   前記一のフレーム期間において、前記第１の画素は、前記第１の信号及び前記第２の信号を個別に出力し、
   前記一のフレーム期間において、前記第２の画素は、前記第１の画素に供給される制御信号とは異なる制御信号に応じて、前記第１の信号を出力せず、前記第２の信号を出力し、
   前記第１の画素の前記容量制御部に第１の制御信号を供給する第１の制御信号線と、
   前記第２の画素の前記容量制御部に、前記第１の制御信号線により供給される前記第１の制御信号とは異なる第２の制御信号を供給する第２の制御信号線と、を有し、
   前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記入力ノードの容量値と、前記第２の画素の前記入力ノードの容量値とは、互いに異なる値に制御される
   ことを特徴とする撮像装置。
6. 前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の一方を得るために電荷を蓄積している蓄積時間と、前記第２の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の対応する一方を得るために電荷を蓄積している蓄積時間とは同一である
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記一のフレーム期間において、前記第２の画素の前記第１の信号又は前記第２の信号を得るための電荷の蓄積が開始する時刻は、前記第１の画素の前記第１の信号を得るための電荷の蓄積が開始する時刻と、前記第１の画素の前記第２の信号を得るための電荷の蓄積が開始する時刻の中間の時刻である
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の撮像装置。
8. 前記一のフレーム期間において、前記第２の画素の前記第１の信号又は前記第２の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻は、前記第１の画素の前記第１の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻と、前記第１の画素の前記第２の信号を得るための電荷の蓄積が終了する時刻の中間の時刻である
   ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記一のフレーム期間において、前記第１の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の一方を得るために電荷を蓄積している蓄積時間と、前記第２の画素の前記第１の信号及び前記第２の信号の対応する一方を得るために電荷を蓄積している蓄積時間とは互いに異なる
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
10. 前記第１の画素及び前記第２の画素の各々は、互いに同一の分光特性を有するカラーフィルタを更に含む
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記第２の信号は、前記第１の光電変換部で生成された電荷及び前記第２の光電変換部で生成された電荷の両方に基づく
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記第１の制御信号線は、前記第２の画素の前記容量制御部には前記第１の制御信号を供給しておらず、
    前記第２の制御信号線は、前記第１の画素の前記容量制御部には前記第２の制御信号を供給していない
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
    を有することを特徴とする撮像システム。
14. 移動体であって、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
    前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
    を有することを特徴とする移動体。

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