WO2024084930A1 - 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器 - Google Patents

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WO2024084930A1
WO2024084930A1 PCT/JP2023/035839 JP2023035839W WO2024084930A1 WO 2024084930 A1 WO2024084930 A1 WO 2024084930A1 JP 2023035839 W JP2023035839 W JP 2023035839W WO 2024084930 A1 WO2024084930 A1 WO 2024084930A1
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pixel
special
pixels
imaging device
solid
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PCT/JP2023/035839
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健三郎 関
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ソニーグループ株式会社
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
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    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/704—Pixels specially adapted for focusing, e.g. phase difference pixel sets

Definitions

  • This disclosure relates to a solid-state imaging device and a driving method thereof, as well as electronic equipment, and in particular to a solid-state imaging device and a driving method thereof that are capable of reading out a specific special pixel multiple times during one sequence for reading out one screen, as well as electronic equipment.
  • phase difference pixels arranged in the pixel array are generally read out once during one sequence for reading out one screen, and reading them out multiple times has not been considered.
  • the solid-state imaging device includes a pixel array section in which a plurality of pixels, including normal pixels and special pixels, are arranged two-dimensionally in a matrix, and a drive section that controls the reading of signals generated by the pixels, and the drive section controls the reading of a predetermined special pixel multiple times during a single screen readout period in which the normal pixels of the pixel array section are read out once.
  • the method of driving a solid-state imaging device is a solid-state imaging device including a pixel array section in which a plurality of pixels, including normal pixels and special pixels, are arranged two-dimensionally in a matrix, and a driving section that controls the reading of signals generated by the pixels, in which the driving section controls the reading of a predetermined special pixel multiple times during a single screen readout period in which the normal pixels of the pixel array section are read out once.
  • the electronic device includes a pixel array section in which a plurality of pixels, including normal pixels and special pixels, are arranged two-dimensionally in a matrix, and a drive section that controls the reading of signals generated by the pixels, and the drive section includes a solid-state imaging device that controls the reading of a predetermined special pixel multiple times during a single screen readout period in which the normal pixels of the pixel array section are read out once.
  • a control is performed to read out a predetermined special pixel multiple times.
  • the solid-state imaging device and electronic device may be independent devices or may be modules incorporated into other devices.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device to which the technology of the present disclosure is applied.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a pixel.
  • 1A and 1B are diagrams illustrating examples of arrangement of special pixels in a pixel array portion.
  • 2 is a diagram illustrating a first driving mode that can be performed by the solid-state imaging device of FIG. 1; 1.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a second driving mode that can be performed by the solid-state imaging device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a third driving mode that can be performed by the solid-state imaging device of FIG.
  • FIG. 11 is a diagram further explaining details of the third drive.
  • FIG. 13A to 13C are diagrams illustrating other examples of arrangement of special pixels in the pixel array portion.
  • 9 is a table for explaining readout pixels in the third driving mode in the arrangement example of FIG. 8 .
  • 9 is a diagram illustrating a third drive in the arrangement example of FIG. 8 .
  • 11 is a diagram illustrating the exposure time of a special pixel to be read out.
  • FIG. 9 is a timing chart showing a first example of multiple read driving of a special pixel line in the arrangement example of FIG. 8 .
  • 10 is a timing chart showing another first example of multiple read driving of special pixel lines in the arrangement example of FIG. 8 .
  • 9 is a timing chart showing a second example of multiple read driving of the special pixel line in the arrangement example of FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a timing chart showing a third example of multiple read driving of the special pixel line in the arrangement example of FIG. 8 .
  • FIG. 4 is a block diagram showing another example of the circuit configuration of the solid-state imaging device of FIG. 13 is a timing chart showing a fourth example of multiple read driving in the case of a double ADC configuration.
  • 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an imaging device as an electronic device to which the technology of the present disclosure is applied.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of use of an image sensor.
  • Example of schematic configuration of solid-state imaging device 2.
  • Example of pixel circuit configuration 3.
  • Example of special pixel arrangement 4.
  • First driving method (raster scan driving method) 5.
  • Second driving time-division driving
  • Third driving multiple read driving
  • Other examples of the third driving method 8.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device to which the technology of the present disclosure is applied.
  • the solid-state imaging device 1 in FIG. 1 shows the configuration of a CMOS image sensor, which is a type of solid-state imaging device that uses an X-Y addressing method.
  • a CMOS image sensor is an image sensor that is manufactured by applying or partially using a CMOS process.
  • the solid-state imaging device 1 includes a pixel array section 11 and a peripheral circuit section.
  • the peripheral circuit section includes, for example, a vertical drive section 12, a column processing section 13, a horizontal drive section 14, and a system control section 15.
  • the solid-state imaging device 1 further includes a signal processing unit 16 and a data storage unit 17.
  • the signal processing unit 16 and the data storage unit 17 may be mounted on the same substrate as the pixel array unit 11, the vertical drive unit 12, etc., or may be arranged on a separate substrate.
  • the signal processing unit 16 and the data storage unit 17 may also be configured as a DSP (Digital Signal Processor) or the like on a semiconductor chip separate from the solid-state imaging device 1.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the pixel array section 11 has a configuration in which pixels 21, each having a photoelectric conversion section (e.g., a photodiode) that generates and accumulates an electric charge according to the amount of light received, are arranged two-dimensionally in a matrix in row and column directions.
  • the row direction refers to the pixel rows of the pixel array section 11, i.e., the horizontal arrangement direction
  • the column direction refers to the pixel columns of the pixel array section 11, i.e., the vertical arrangement direction.
  • An example of the circuit configuration of the pixel 21 will be described later with reference to FIG. 2.
  • the pixel array section 11 has two types of pixels 21, normal pixels 21N and special pixels 21S, arranged in a mixed manner.
  • the normal pixels 21N are pixels that acquire and output signals for video output
  • the special pixels 21S are pixels that acquire and output signals for special purposes other than video output.
  • the purpose of the special pixels 21S is to acquire and output signals for special purposes, but the acquired signals may also be used as signals for video output.
  • Examples of the special pixels 21S include phase difference pixels that output signals for phase difference detection, detection pixels for recognition processing such as face recognition and pupil recognition, and functional pixels with specific functions.
  • Examples of functional pixels include polarization pixels that are equipped with a polarizing filter and receive only light with a specified polarization direction. The arrangement of the special pixels 21S in the pixel array section 11 will be described later with reference to FIG. 3 and the like.
  • pixel drive wiring 22 is wired in the row direction as a row signal line for each pixel row, and vertical signal lines 23 are wired in the column direction as a column signal line for each pixel column.
  • the pixel drive wiring 22 transmits a drive signal for driving the pixels 21 when reading out a signal.
  • the pixel drive wiring 22 is shown as one wire, but the number of wires is not limited to one.
  • One end of the pixel drive wiring 22 is connected to an output terminal of the vertical drive section 12 corresponding to each row.
  • the vertical drive unit 12 is composed of a shift register, an address decoder, etc., and drives each pixel 21 of the pixel array unit 11 all at once or on a row-by-row basis.
  • the vertical drive unit 12 generally has two scanning systems, a readout scanning system and a sweep scanning system, although the specific configuration is not shown in the figure.
  • the readout scanning system sequentially selects and scans the pixels 21 of the pixel array section 11 row by row in order to read out signals from the pixels 21.
  • the signals read out from the pixels 21 are analog signals.
  • the sweep scanning system performs sweep scanning on the readout row on which the readout scanning system performs readout scanning, prior to the readout scanning by the exposure time.
  • the sweep-out scan by this sweep-out scanning system sweeps out unnecessary charges from the photoelectric conversion units of the pixels 21 in the readout row, thereby resetting the photoelectric conversion units of each pixel 21. Then, by sweeping out (resetting) the unnecessary charges by this sweep-out scanning system, a so-called electronic shutter operation is performed.
  • the electronic shutter operation refers to the operation of discarding the charge in the photoelectric conversion unit and starting a new exposure (starting the accumulation of charge).
  • the signal read out by the read operation by the read scanning system corresponds to the amount of light received since the immediately preceding read operation or electronic shutter operation.
  • the period from the read timing of the immediately preceding read operation or the sweep timing of the electronic shutter operation to the read timing of the current read operation is the exposure period of pixel 21.
  • the signals output from each pixel 21 in the row selected and scanned by the vertical drive unit 12 are input to the column processing unit 13 through each vertical signal line 23 for each column.
  • the column processing unit 13 has an ADC (Analog-Digital Converter) 25 for each column of the pixel array unit 11.
  • the ADC 25 performs CDS (Correlated Double Sampling) processing and AD conversion processing.
  • the CDS processing removes pixel-specific fixed pattern noise such as reset noise and threshold variation of the amplification transistor in the pixel.
  • the AD conversion processing converts the analog pixel signal into a digital signal.
  • the digital pixel signal after AD conversion is temporarily held inside the ADC 25 until it is read out.
  • the horizontal drive unit 14 is composed of a shift register, an address decoder, etc., and sequentially selects the ADCs 25 provided on a column-by-column basis in the column processing unit 13. Through selective scanning by this horizontal drive unit 14, the pixel signals held within the ADCs 25 in the column processing unit 13 are sequentially output to the signal processing unit 16.
  • the system control unit 15 is composed of a timing generator that generates various timing signals, and controls the driving of the vertical driving unit 12, column processing unit 13, and horizontal driving unit 14 based on the various timings generated by the timing generator.
  • the signal processing unit 16 has at least an arithmetic processing function, and performs various signal processing such as arithmetic processing on the pixel signals output from the column processing unit 13.
  • the data storage unit 17 temporarily stores data necessary for the signal processing in the signal processing unit 16.
  • the pixel signals that have been signal processed in the signal processing unit 16 are converted into a predetermined format and output from the output unit 18 to the outside of the device.
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit of the pixel 21 .
  • the pixel 21 has a photodiode 31, a first transfer transistor 32, a memory section (MEM) 33, a second transfer transistor 34, an FD (floating diffusion) 35, a reset transistor 36, an amplification transistor 37, a selection transistor 38, and an emission transistor 39.
  • MEM memory section
  • FD floating diffusion
  • the photodiode 31 is a photoelectric conversion unit that generates and accumulates an electric charge (signal charge) according to the amount of light received.
  • the anode terminal of the photodiode 31 is grounded, and the cathode terminal is connected to the memory unit 33 via the first transfer transistor 32.
  • the cathode terminal of the photodiode 31 is also connected to the discharge transistor 39.
  • the first transfer transistor 32 When the first transfer transistor 32 is turned on by a transfer signal TRX, it reads out the charge generated by the photodiode 31 and transfers it to the memory unit 33.
  • the memory unit 33 is a charge holding unit that temporarily holds the charge until it is transferred to the FD 35.
  • the second transfer transistor 34 When the second transfer transistor 34 is turned on by a transfer signal TRG, it transfers the charge held in the memory unit 33 to the FD 35.
  • FD35 is a charge-voltage conversion unit that converts the charge read from memory unit 33 into a voltage.
  • reset transistor 36 When reset transistor 36 is turned on by reset signal RST, the charge held in FD35 is discharged to constant voltage source VDD, thereby resetting the potential of FD35.
  • the amplification transistor 37 outputs a pixel signal according to the potential of the FD 35. That is, the amplification transistor 37 forms a source follower circuit with the load MOS 41 as a constant current source, and a pixel signal indicating a level according to the charge held in the FD 35 is output from the amplification transistor 37 to the column processing unit 13 ( Figure 1) via the selection transistor 38.
  • the load MOS 41 is provided, for example, in the column processing unit 13.
  • the selection transistor 38 is turned on when the pixel 21 is selected by the selection signal SEL, and outputs the signal of the pixel 21 to the column processing unit 13 via the vertical signal line 23.
  • the discharge transistor 39 is turned on by the discharge signal OFG, it discharges unnecessary charges accumulated in the photodiode 31 to the constant voltage source VDD.
  • the transfer signals TRX and TRG, the reset signal RST, the selection signal SEL, and the discharge signal OFG are controlled by the vertical drive unit 12 and are supplied via the pixel drive wiring 22 ( Figure 1).
  • a high-level discharge signal OFG is supplied to the discharge transistor 39, turning the transistor 39 on, discharging the charge stored in the photodiode 31 to the constant voltage source VDD and resetting the photodiode 31.
  • the discharge transistor 39 is turned off by a low-level discharge signal OFG, and exposure begins for all pixels.
  • the first transfer transistor 32 When a predetermined exposure time has elapsed, in all pixels of the pixel array section 11, the first transfer transistor 32 is turned on by the transfer signal TRX, and the charge stored in the photodiode 31 is transferred to the memory section 33.
  • the charges held in the memory units 33 of the pixels 21 are read out to the column processing unit 13 in sequence, row by row.
  • the second transfer transistors 34 of the pixels 21 in the readout row are first turned on by a transfer signal TRG, and the charges held in the memory units 33 are transferred to the FD 35.
  • the selection transistor 38 is turned on by a selection signal SEL, and a signal indicating a level corresponding to the charges held in the FD 35 is output from the amplification transistor 37 via the selection transistor 38 to the column processing unit 13.
  • the pixel 21 having the pixel circuit described above is capable of performing a global shutter type operation (imaging) in which the exposure time is set to be the same for all pixels in the pixel array section 11, and after exposure is completed, the charge is temporarily stored in the memory section 33, and the charge is read out from the memory section 33 in sequence on a row-by-row basis.
  • imaging a global shutter type operation
  • the circuit configuration of the pixel 21 is not limited to the configuration shown in FIG. 2.
  • the solid-state imaging device 1 can perform raster scan driving to read pixel signals from each pixel 21 arranged two-dimensionally in a matrix, starting from the first row, in order, row by row, without distinguishing between the normal pixels 21N and the special pixels 21S.
  • the solid-state imaging device 1 can also be driven to read out only the pixel signals of the normal pixels 21N or only the pixel signals of the special pixels 21S among the pixels 21 in the pixel array section 11.
  • the solid-state imaging device 1 can be driven to read out a specific special pixel 21S multiple times during a one-screen readout period (hereinafter also referred to as a 1V period) in which one screen constituting a frame image is read out.
  • FIG. 3 shows an example (first example) of the arrangement of special pixels 21S in the pixel array section 11.
  • the pixel array section 11 is configured such that some of the normal pixels 21N arranged two-dimensionally in a matrix are replaced with special pixels 21S. More specifically, the rows of the pixel array section 11 include rows in which only normal pixels 21N are arranged (hereinafter also referred to as normal pixel lines) and rows in which normal pixels 21N and special pixels 21S are arranged (hereinafter also referred to as special pixel lines). In the example of FIG. 3, the special pixel lines are arranged at intervals of two rows, sandwiching two normal pixel lines. Furthermore, when focusing on one special pixel line, the normal pixels 21N and the special pixels 21S are arranged alternately in the row direction.
  • special pixels 21S there are three different types (kinds) of special pixels 21S, namely, type a, type b, and type c.
  • special pixels 21S of the same type are arranged, and special pixels 21S of different types are arranged in different rows.
  • special pixel 21Sa represents type a special pixel 21S
  • special pixel 21Sb represents type b special pixel 21S
  • special pixel 21Sc represents type c special pixel 21S.
  • the special pixel line of type a special pixel 21Sa, the special pixel line of type b special pixel 21Sb, and the special pixel line of type c special pixel 21Sc are arranged repeatedly in that order in the column direction.
  • the first set of special pixel lines of type a special pixels 21Sa, type b special pixels 21Sb, and type c special pixels 21Sc is called the first group of special pixel lines
  • the second set of special pixel lines of type a special pixels 21Sa, type b special pixels 21Sb, and type c special pixels 21Sc is called the second group of special pixel lines
  • a predetermined number of groups of special pixel lines are arranged in the pixel array section 11.
  • the difference in the type of the special pixel 21S can be the arrangement or area of the light-shielding film formed above the photodiode, the direction of pupil division, etc.
  • the difference in the type of the special pixel 21S can be the polarization direction of the light received.
  • the arrangement of the special pixels 21S in the pixel array section 11 shown in FIG. 3 is merely one example, and arrangements of the special pixels 21S other than the example shown in FIG. 3 are of course possible.
  • the number of spaces between special pixel lines in the column direction and the number of spaces between special pixels 21S in one special pixel line in the row direction can be set arbitrarily.
  • the number of types (kinds) of special pixels 21S is not limited to three.
  • raster scan driving which is a first driving mode that the solid-state imaging device 1 can perform with respect to the pixel arrangement of the pixel array unit 11 shown in Fig. 3, will be described with reference to Fig. 4.
  • the special pixel 21S will be described as a phase difference pixel.
  • the solid-state imaging device 1 reads out each pixel 21 of the pixel array section 11 by raster scan driving as the first driving. Specifically, the solid-state imaging device 1 reads out all pixels 21 of the pixel array section 11 row by row, starting from the first row, without distinguishing between normal pixels 21N and special pixels 21S.
  • a frame image FN for video output is generated using pixel signals read out from the normal pixels 21N of the pixel array section 11, and an in-plane phase difference signal AF is generated using phase difference signals read out from the special pixels 21S of the pixel array section 11.
  • the solid-state imaging device 1 outputs 60 frame images FN per second in the order of frame images FN1, FN2, FN3, FN4, ....
  • the solid-state imaging device 1 also performs focus detection using in-plane phase difference signals AF1, AF2, AF3, AF4, ... obtained simultaneously with the frame images FN1, FN2, FN3, FN4, ...
  • the dots in the diamond shape representing the frame image FN represent the special pixels 21S.
  • the timing at which focus detection processing can be started using the in-plane phase difference signal AF read out from the special pixels 21S is approximately the same as the completion of readout of all pixels 21 in the pixel array section 11.
  • time-division driving which is a second driving mode that can be performed by the solid-state imaging device 1, will be described with reference to FIG.
  • the solid-state imaging device 1 performs driving to read out the special pixels 21S and driving to read out the normal pixels 21N of all the pixels 21 in the pixel array section 11 in a time-division manner. Specifically, first, the solid-state imaging device 1 sequentially reads out the phase difference signals of the special pixels 21S of all the pixels 21 in the pixel array section 11 in row units. After the reading of the special pixels 21S is completed, the solid-state imaging device 1 sequentially reads out the pixel signals of the normal pixels 21N in row units. In the first frame period, after the in-plane phase difference signal AF1' is output, the pixel signals of the normal pixels 21N constituting the frame image FN1' are output.
  • the pixel signals of the normal pixels 21N constituting the frame image FN2' are output.
  • the pixel signals of the normal pixels 21N constituting the frame image FN3' are output. The same applies below.
  • focus detection processing using the in-plane phase difference signal AF' can be started before the pixel signal of normal pixel 21N is read out.
  • Multiple read driving is a driving method in which a specific special pixel 21S to be read out is read out multiple times.
  • the read operation of the special pixel 21S that does not need to be read out is performed, and the phase difference signal read out from the special pixel 21S that does not need to be read out is supplied to the ADC 25, causing the ADC 25 to operate unnecessarily.
  • the special pixel 21S to be read out can only be read out once.
  • the phase difference signal of a specific type of special pixel 21S (e.g., type a special pixel 21Sa) among the three types of special pixels 21S, namely type a special pixel 21Sa, type b special pixel 21Sb, and type c special pixel 21Sc
  • the phase difference signal of the one type of special pixel 21S to be read out is read out multiple times without reading out the phase difference signals of the other types of special pixels 21S (e.g., type b special pixel 21Sb and type c special pixel 21Sc).
  • phase difference signal is read out for type a special pixel 21Sa, but it is not necessary to read out the phase difference signal for type b special pixel 21Sb and type c special pixel 21Sc.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the phase difference signal of the type a special pixel 21Sa three times during one frame period (1V period).
  • the solid-state imaging device 1 reads out the pixel signals of each normal pixel 21N in the pixel array section 11 that generates the frame image FN1 in a line-sequential manner using a raster scan method, and reads out the a-type special pixel 21Sa three times for the same pixel before reading out the normal pixel line in the final row, and outputs three in-plane phase difference signals AFa1-1, AFa1-2, and AFa1-3.
  • the pixel signals of each normal pixel 21N in the pixel array section 11 that generates the frame image FN2 in a line-sequential manner using a raster scan method and reads out the a-type special pixel 21Sa three times for the same pixel before reading out the normal pixel line in the final row, and outputs three in-plane phase difference signals AFa2-1, AFa2-2, and AFa2-3.
  • the pixel signals of each normal pixel 21N in the pixel array section 11 that generates the frame image FN3 are read out line-sequentially using the raster scan method, and before the last row of normal pixels is read out, the a-type special pixel 21Sa is read out three times for the same pixel, and three in-plane phase difference signals AFa3-1, AFa3-2, and AFa3-3 are output. The same process is repeated below.
  • the special pixel 21Sa to be read can be read out at a read speed three times faster than in raster scan drive.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N of each row in column-parallel in both raster scan driving and multiple readout driving.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N and the special pixels 21Sa-1 in the third row in column parallel.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N of each row in column-parallel in both raster scan driving and multiple readout driving.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixel 21N in the sixth row and the first group type b special pixel 21Sb-1 in the sixth row in column parallel.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixel 21N in the sixth row and the second group type a special pixel 21Sa-2 in the twelfth row in column parallel. That is, when reading out the special pixel 21S, instead of reading out the first group type b special pixel 21Sb-1 in the sixth row, the second group type a special pixel 21Sa-2 in the twelfth row is read out.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N of each row in column-parallel in both raster scan driving and multiple readout driving.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixel 21N of the 9th row and the c-type special pixel 21Sc-1 of the first group in the 9th row in column parallel.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixel 21N of the 9th row and the a-type special pixel 21Sa-3 of the third group in the 21st row in column parallel.
  • the special pixel 21S when reading out the special pixel 21S, instead of reading out the c-type special pixel 21Sc-1 of the first group in the 9th row, the a-type special pixel 21Sa-3 of the third group in the 21st row is read out.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N of each row in column-parallel in both raster scan driving and multiple readout driving.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixel 21N of the 12th row and the a-type special pixel 21Sa-2 of the second group in the 12th row in column parallel.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixel 21N of the 12th row and the a-type special pixel 21Sa-4 of the fourth group in the 30th row in column parallel.
  • the a-type special pixel 21Sa-4 of the fourth group in the 30th row is read out instead of the a-type special pixel 21Sa-2 of the second group in the 12th row.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N of each row in column-parallel in both the raster scan driving and multiple readout driving modes.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N in the 15th row and the second group type b special pixels 21Sb-2 in the 15th row in column parallel.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N in the 15th row and the fifth group type a special pixels 21Sa-5 in the 39th row in column parallel.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N of each row in column-parallel in both raster scan driving and multiple readout driving.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixel 21N in the 18th row and the second group type c special pixel 21Sc-2 in the 18th row in column parallel.
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixel 21N in the 18th row and the sixth group type a special pixel 21Sa-6 in the 48th row in column parallel.
  • the readout rows of the pixel array section 11 are physical pixel rows, and the 19th row and onwards are read out according to the same rules.
  • the solid-state imaging device 1 reads out only the special pixel 21Sa to be readout first by sequentially selecting the special pixel line in which the special pixel 21Sa to be readout is arranged when reading out the special pixel 21S. Since the readout of the special pixels 21Sb and 21Sc that do not need to be readout is skipped, the readout row of the special pixel 21Sa reaches the last row of the pixel array section 11 earlier than the readout row of the normal pixel 21N.
  • the special pixel line in which the special pixel 21Sa to be readout is arranged is selected again sequentially from the top row of the pixel array section 11. Since the readout of the special pixel 21S of the special pixel line of the b type special pixel 21Sb and the special pixel line of the c type special pixel 21Sc is skipped, the special pixel line of the a type special pixel 21Sa is read out three times.
  • the multiple readout driving which is the third driving method of the solid-state imaging device 1, will be described with reference to FIGS. 8 to 10, taking different arrangement patterns of the special pixels 21S as examples.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example (second example) of the arrangement of special pixels 21S, which is different from the example of the arrangement of special pixels 21S shown in FIG. 3. Note that due to space limitations, only the special pixel line in the pixel array section 11 is shown in FIG. 8.
  • the special pixel line with special pixel line number "1" has a first type special pixel 21S of the first group arranged therein, and the special pixel 21S of this special pixel line is described as special pixel 21S(1,1).
  • i represents type
  • j represents group.
  • the special pixel line with special pixel line number "2” has a second type special pixel 21S(2,1) of the first group arranged therein.
  • the special pixel line with special pixel line number "3” has a third type special pixel 21S(3,1) of the first group arranged therein.
  • the special pixel line with special pixel line number "4" has a fourth type special pixel 21S(4,1) of the first group arranged therein.
  • the special pixel line with special pixel line number "8” has an eighth type special pixel 21S(8,1) of the first group arranged therein.
  • the special pixel line with special pixel line number "9” has the first type special pixel 21S (1,2) of the second group arranged.
  • the special pixel line with special pixel line number "10” has the second type special pixel 21S (2,2) of the second group arranged.
  • the special pixel line with special pixel line number "11” has the third type special pixel 21S (3,2) of the second group arranged.
  • the special pixel line with special pixel line number "12” has the fourth type special pixel 21S (4,2) of the second group arranged.
  • the special pixel line with special pixel line number "16" has the eighth type special pixel 21S (8,2) of the second group arranged, and the special pixel line with special pixel line number "17" has the first type special pixel 21S (1,3) of the third group arranged.
  • the special pixel line with special pixel line number "16" has the eighth type special pixel 21S (8,2) of the second group arranged
  • the special pixel line with special pixel line number "17” has the first type special pixel 21S (1,3) of the third group arranged. The same applies below.
  • FIG. 9 is a table that explains the readout pixels for multiple readout drive in the second arrangement example of the special pixel 21S when the special pixel 21S to be readout is the first type special pixel 21S(1,j).
  • the solid-state imaging device 1 reads out the first type of special pixel 21S(1,1) of the first group arranged in the special pixel line with special pixel line number "1".
  • the special pixel line with special pixel line number "2" has the second type special pixel 21S (2,1) of the first group arranged therein, but the solid-state imaging device 1 reads out the first type special pixel 21S (1,2) of the second group for the special pixel 21S.
  • the third type special pixel 21S (3,1) of the first group is arranged in the special pixel line with special pixel line number "3", but the solid-state imaging device 1 reads out the first type special pixel 21S (1,3) of the third group for the special pixel 21S.
  • the readout row of the pixel array section 11 becomes a special pixel line
  • the first type special pixel 21S (1,j) to be read out is selected and read out in sequence.
  • the readout row of the pixel array section 11 becomes a special pixel line with special pixel line number "48”
  • the special pixel line with special pixel line number "48” has an eighth type special pixel 21S (8,6) of the sixth group arranged therein, but the solid-state imaging device 1 reads out the first type special pixel 21S (1,48) of the 48th group as the special pixel 21S.
  • the seventh group's first type special pixel 21S (1,7) is arranged in the special pixel line with special pixel line number "49", but the solid-state imaging device 1 performs a second read of the first group's first type special pixel 21S (1,1) for the special pixel 21S.
  • the special pixel line with special pixel line number "50” has the second type special pixel 21S (2,7) of the seventh group arranged in it, but the solid-state imaging device 1 performs a second readout of the first type special pixel 21S (1,2) of the second group for the special pixel 21S.
  • the first type special pixels 21S(1,j) to be readout are sequentially selected and read out.
  • the 8th type special pixel 21S (8,48) of the 48th group is arranged in the special pixel line with special pixel line number "384", but the solid-state imaging device 1 performs the 8th readout of the 1st type special pixel 21S (1,48) of the 48th group for the special pixel 21S.
  • the eighth readout of the first type special pixel 21S (1,48) of the 48th group is performed, the last row of the normal pixel lines of the pixel array section 11 is readout, and the readout of the pixel array section 11 for one frame period is completed.
  • the special pixel 21S to be read out in the pixel array section 11 is read out eight times in one frame period during which one frame image FN is generated, as shown in FIG. 10.
  • the special pixels 21S to be read out in the pixel array unit 11 are read out a total of four times per pixel. Therefore, if there are N types of special pixels 21S (N>0, an integer) and there are M types of special pixels 21S to be read out (M>0, N>M, an integer), the number of reads per pixel will be N/M times in total, and the read speed will also be N/M times that of normal pixels 21N.
  • one special pixel 21S to be read out in the pixel array unit 11 is read out eight times. Therefore, as shown in Fig. 11, if the exposure time of the normal pixel 21N is T N and the exposure time T S of the special pixel 21S to be read out is the same for all eight times, the exposure time T S for one exposure is 1/8 or less of the exposure time T N of the normal pixel 21N (T S ⁇ T N /8).
  • FIG. 12 is a timing chart showing an example of multiple readout driving of a special pixel line in the second arrangement example of the special pixels 21S described with reference to FIG.
  • the color filters of each pixel 21 of the pixel array section 11 are arranged in a Bayer array
  • the special pixel line is set to a GbB row in which Gb pixels with Gb (green) color filters and B pixels with B (blue) color filters are arranged alternately in the row direction in the Bayer array
  • the special pixel 21S is arranged at a pixel position that would normally correspond to a B pixel.
  • the Gb pixel and the special pixel 21S(1,1) are read out in the same one-row readout period (hereinafter also referred to as the 1H period).
  • the exposure time of the Gb pixel is the exposure time T N of the normal pixel 21N
  • the exposure time of the special pixel 21S(1,1) is the exposure time T S which is 1/8 or less of the exposure time T N.
  • the Gb pixel and the special pixel 21S(1,2) are read out in the same 1H period.
  • the exposure time of the Gb pixel is the exposure time TN of the normal pixel 21N
  • the exposure time of the special pixel 21S(1,2) is the exposure time TS .
  • the Gb pixel and the special pixel 21S(1,3) are read out in the same 1H period.
  • the exposure time of the Gb pixel is the exposure time TN of the normal pixel 21N
  • the exposure time of the special pixel 21S(1,3) is the exposure time TS .
  • the readout of the normal pixels 21N of the special pixel line and the readout of the special pixels 21S to be read out are performed in the same 1H period, and the exposure time Ts of the special pixels 21S can be controlled independently of the exposure time Tn of the normal pixels 21N .
  • Fig. 13 shows an example in which the first exposure time T S1 is controlled to be long, and the second and subsequent exposure times T S2 are controlled to be shorter than the first exposure time T S1 .
  • the solid-state imaging device 1 reads out the normal pixels 21N of the special pixel line and the special pixels 21S to be read out in the same 1H period.
  • the readout of the normal pixels 21N of the special pixel line and the readout of the special pixels 21S to be read out may be performed in different 1H periods.
  • FIG. 14 is a timing chart showing the second multiple readout drive that can be performed by the solid-state imaging device 1.
  • the solid-state imaging device 1 is driven to read out the normal pixel 21N of the special pixel line and the special pixel 21S to be read out in different one-row readout periods (1H periods).
  • the Gb pixel which is the normal pixel 21N of the special pixel line of special pixel line number "1" is read out.
  • the Gb pixel which is the normal pixel 21N of the special pixel line of special pixel line number "2" is read out.
  • the Gb pixel which is the normal pixel 21N of the special pixel line of special pixel line number "3" is read out.
  • FIG. 15 is a timing chart showing the third multiple readout driving that the solid-state imaging device 1 can perform.
  • the third multiple read drive is common to the second multiple read drive of FIG. 14 in that the normal pixels 21N and the special pixels 21S are read out in different 1H periods when reading out the special pixel line.
  • the third multiple read drive differs from the second multiple read drive of FIG. 14 in that two rows of the special pixels 21S to be read out are read out in the 1H period when the special pixels 21S are read out.
  • the exposure time T S of the special pixels 21 S is shorter than the exposure time T N of the normal pixels 21 N and can be read out at high speed, it is also possible to drive so as to read out the special pixels 21 S of two special pixel rows in a 1H period.
  • Example of a solid-state imaging device with double ADC configuration In the embodiment described above, as explained with reference to FIG. 1, the column processing section 13 of the solid-state imaging device 1 has one ADC 25 for one pixel column.
  • the column processing unit 13 of the solid-state imaging device 1 can also be configured as a double ADC configuration in which two ADCs 25 are provided for one pixel column.
  • FIG. 16 shows another circuit configuration of the solid-state imaging device 1, which is a block diagram of the pixel array section 11 and column processing section 13 having a double ADC configuration in which two ADCs 25 are provided for one pixel column in the column processing section 13.
  • two vertical signal lines 23A and 23B are wired for one pixel column in the pixel array section 11.
  • the pixels 21 in odd-numbered rows are connected to the vertical signal line 23A
  • the pixels 21 in even-numbered rows are connected to the vertical signal line 23B.
  • two ADCs 25A and 25B are provided for one pixel column.
  • ADC 25A is connected to the vertical signal line 23A
  • ADC 25B is connected to the vertical signal line 23B via a switch 26.
  • the switch 26 switches between ADC 25A and ADC 25B as the output destination of the signal transmitted through vertical signal line 23B.
  • the system control unit 15 connects the switch 26 to the ADC 25B side and outputs the signal transmitted through the vertical signal line 23B to the ADC 25B.
  • the system control unit 15 connects the switch 26 to the ADC 25A side and outputs the signal transmitted through the vertical signal line 23B to the ADC 25A.
  • ADC 25A or ADC 25B as the signal output destination only for the signal transmitted through the vertical signal line 23B
  • a configuration may be used in which it is possible to switch (select) on a row-by-row basis whether the signal is output to ADC 25A or ADC 25B for each of the signal transmitted through the vertical signal line 23A and the signal transmitted through the vertical signal line 23B.
  • the solid-state imaging device 1 may be configured to have three or more ADCs 25 for one pixel column.
  • FIG. 17 is a timing chart showing the fourth multiple readout driving in the case where the solid-state imaging device 1 has a double ADC configuration and is driven in the double ADC mode.
  • the solid-state imaging device 1 is driven to simultaneously read out the special pixels 21S of the two special pixel lines at the read timing of the special pixel line.
  • the special pixel 21S (1,1) and the special pixel 21S (1,2) which is the next special pixel 21S to be read, are simultaneously read out and AD converted.
  • the Gb pixel which is the normal pixel 21N of the special pixel line of special pixel line number "1" is read out and output to one of the two ADCs 25 in the same column.
  • the solid-state imaging device 1 having a double ADC configuration can execute the above-mentioned first to third multiple read drives in single ADC mode.
  • the solid-state imaging device 1 having a double ADC configuration can also execute the above-mentioned first to third multiple read drives in double ADC mode by simultaneously reading out pixel signals from two rows in a 1H period and outputting them to two ADCs 25 in the same column, thereby simultaneously performing AD conversion.
  • the solid-state imaging device 1 includes a pixel array section 11 in which the pixels 21, including normal pixels 21N and special pixels 21S, are arranged two-dimensionally in a matrix, and a vertical drive section 12 that controls the reading of signals generated by the pixels 21, and the vertical drive section 12 controls the reading of the special pixels 21S to be read out multiple times during a one-screen readout period (1V period) in which all normal pixels 21N of the pixel array section 11 are read out once.
  • This allows the special pixels 21S of the type to be read out to be read out multiple times during one sequence in which one screen is read out. This improves the detection accuracy of the signal of the special pixel 21S to be read out, thereby improving the focus accuracy and recognition accuracy, and improving the image quality of the captured image.
  • the technology of the present disclosure is not limited to application to solid-state imaging devices. That is, the technology of the present disclosure is applicable to imaging devices such as digital still cameras and video cameras, portable terminal devices having imaging functions, copiers using solid-state imaging devices in image reading units, and other electronic devices that use solid-state imaging devices in image capture units (photoelectric conversion units).
  • the solid-state imaging device may be formed as a single chip, or may be a module having an imaging function in which the imaging unit and the signal processing unit or optical system are packaged together.
  • FIG. 18 is a block diagram showing an example of the configuration of an imaging device as an electronic device to which the technology disclosed herein is applied.
  • the imaging device 100 in FIG. 18 comprises an optical section 101 consisting of a group of lenses etc., a solid-state imaging device (imaging device) 102 which employs the configuration of the solid-state imaging device 1 in FIG. 1, and a DSP (Digital Signal Processor) circuit 103 which is a camera signal processing circuit.
  • the imaging device 100 also comprises a frame memory 104, a display section 105, a recording section 106, an operation section 107, and a power supply section 108.
  • the DSP circuit 103, frame memory 104, display section 105, recording section 106, operation section 107, and power supply section 108 are interconnected via a bus line 109.
  • the optical unit 101 takes in incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the solid-state imaging device 102.
  • the solid-state imaging device 102 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the optical unit 101 into an electrical signal on a pixel-by-pixel basis and outputs it as a pixel signal.
  • the solid-state imaging device 1 in FIG. 1 can be used, that is, a solid-state imaging device that has a pixel array unit 11 in which two types of pixels 21, normal pixels 21N and special pixels 21S, are arranged in a mixed manner, and that can execute driving that controls the reading of the special pixels 21S to be read out multiple times during one screen readout period (1V period).
  • the display unit 105 is composed of a thin display such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electro Luminescence) display, and displays moving images or still images captured by the solid-state imaging device 102.
  • the recording unit 106 records the moving images or still images captured by the solid-state imaging device 102 on a recording medium such as a hard disk or semiconductor memory.
  • the operation unit 107 issues operation commands for the various functions of the imaging device 100 under the operation of a user.
  • the power supply unit 108 appropriately supplies various types of power to these devices as operating power sources for the DSP circuit 103, frame memory 104, display unit 105, recording unit 106, and operation unit 107.
  • the detection accuracy of the special pixel 21S to be read out is improved. This makes it possible to improve the focus accuracy and recognition accuracy, and to achieve high image quality in imaging devices 100 such as video cameras, digital still cameras, and even camera modules for mobile devices such as mobile phones.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of use of an image sensor using the above-described solid-state imaging device 1.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of use of an image sensor using the above-described solid-state imaging device 1.
  • the above-mentioned solid-state imaging device 1 can be used as an image sensor in various cases, for example, to sense light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-rays, as follows:
  • - Devices that take images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • - Devices for traffic purposes such as in-vehicle sensors that take images of the front and rear of a car, the surroundings, and the interior of the car for safe driving such as automatic stopping and for recognizing the driver's state, surveillance cameras that monitor moving vehicles and roads, and distance measuring sensors that measure the distance between vehicles, etc.
  • - Devices for home appliances such as TVs, refrigerators, and air conditioners that take images of users' gestures and operate devices in accordance with those gestures
  • - Devices for medical and healthcare purposes such as endoscopes and devices that take images of blood vessels by receiving infrared light
  • - Devices for security purposes such as surveillance cameras for crime prevention and cameras for person authentication
  • - Devices for beauty purposes such as skin measuring devices that take images of the skin and microscopes that take images of the scalp
  • - Devices for sports purposes such as action cameras and wearable cameras for sports purposes, etc.
  • - Devices for agricultural purposes such as cameras
  • the technology of the present disclosure can have the following configurations.
  • a pixel array unit in which a plurality of pixels including normal pixels and special pixels are two-dimensionally arranged in a matrix;
  • a drive unit that controls reading of a signal generated by the pixel, the drive section performs control to read out a predetermined one of the special pixels a plurality of times during a single screen readout period in which the normal pixels of the pixel array section are read out once.
  • There are multiple types of special pixels The solid-state imaging device according to (1), wherein the driving section performs control to read out a predetermined type of the special pixels from among a plurality of types of the special pixels in the pixel array section a plurality of times.
  • the driving section skips reading out the special pixels other than those to be read out when a readout row of the pixel array section is a row including the special pixels.
  • the driving section controls an exposure time of a predetermined special pixel to be read out independently of an exposure time of the normal pixel.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (7), wherein the exposure time for each of the predetermined special pixels that is read out a plurality of times is the same.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (7), wherein the exposure times of the specific special pixel that is read out a plurality of times include different times.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (14), further comprising a plurality of ADCs for one pixel column.
  • the special pixel is a phase difference pixel.
  • the special pixels are detection pixels for recognition processing.
  • the solid-state imaging device is a functional pixel having a specific function.
  • a solid-state imaging device comprising: a pixel array section in which a plurality of pixels, including normal pixels and special pixels, are two-dimensionally arranged in a matrix; and a drive section that controls reading of signals generated by the pixels; a driving method for a solid-state imaging device, the driving section performing control to read out a predetermined one of the special pixels a plurality of times during a single screen readout period in which the normal pixels of the pixel array section are read out once.
  • a pixel array unit in which a plurality of pixels including normal pixels and special pixels are two-dimensionally arranged in a matrix;
  • a drive unit that controls reading of a signal generated by the pixel The electronic device includes a solid-state imaging device, and the driving unit controls the reading of a predetermined special pixel multiple times during a single screen readout period in which the normal pixels of the pixel array unit are read out once.
  • 1 solid-state imaging device 11 pixel array section, 12 vertical drive section, 13 column processing section, 14 horizontal drive section, 15 system control section, 21 pixel, 21N normal pixel, 21S (21Sa, 21Sb, 21Sc) special pixel, 22 pixel drive wiring, 23 vertical signal line, 100 imaging device, 102 solid-state imaging device, AF in-plane phase difference signal, AFa1-1 in-plane phase difference signal, AFa2-1 in-plane phase difference signal, AFa3-1 in-plane phase difference signal, FN frame image, XVS vertical synchronization signal

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
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Abstract

本開示は、１画面を読み出す１シーケンス中に所定の特殊画素を複数回読み出すことができるようにする固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器に関する。 固体撮像装置は、通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部とを備え、駆動部は、画素アレイ部の通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の特殊画素を複数回読み出す制御を行う。本開示は、例えば、固体撮像装置等に適用できる。

Description

固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器
　本開示は、固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器に関し、特に、１画面を読み出す１シーケンス中に所定の特殊画素を複数回読み出すことができるようにした固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器に関する。
　複数の画素が行列状に配列された画素アレイ部に、映像出力用の画素である通常画素と、焦点検出用の位相差画素とを配置した撮像素子が知られている。このような撮像素子において、通常画素の信号を読み出す第１の期間と、位相差画素の信号を読み出す第２の期間とを分けて駆動することにより、位相差検出終了までの時間を短縮し、撮像開始から合焦完了までの時間を短くすることで合焦のレスポンスを向上させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３－２２３０５４号公報
　固体撮像装置では、一般に、画素アレイ部内に配置された位相差画素のような特殊画素の読み出しは、１画面を読み出す１シーケンス中に１回であり、複数回読み出すことは考えられていなかった。
　本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、１画面を読み出す１シーケンス中に所定の特殊画素を複数回読み出すことができるようにするものである。
　本開示の第１の側面の固体撮像装置は、通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部とを備え、前記駆動部は、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う。
　本開示の第２の側面の固体撮像装置の駆動方法は、通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部とを備える固体撮像装置の、前記駆動部が、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う。
　本開示の第３の側面の電子機器は、通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部とを備え、前記駆動部は、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う固体撮像装置を備える。
　本開示の第１ないし第３の側面においては、通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部の通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の特殊画素を複数回読み出す制御が行われる。
　固体撮像装置及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
本開示の技術を適用した固体撮像装置の概略構成を示す図である。 画素の等価回路を示す図である。 画素アレイ部における特殊画素の配置例を示す図である。 図１の固体撮像装置が実行可能な第１の駆動を説明する図である。 図１の固体撮像装置が実行可能な第２の駆動を説明する図である。 図１の固体撮像装置が実行可能な第３の駆動を説明する図である。 第３の駆動の詳細をさらに説明する図である。 画素アレイ部における特殊画素のその他の配置例を示す図である。 図８の配置例における第３の駆動の読み出し画素を説明するテーブルである。 図８の配置例における第３の駆動を説明する図である。 読み出し対象の特殊画素の露光時間を説明する図である。 図８の配置例における特殊画素ラインの第１の複数回読み出し駆動例を示すタイミングチャートである。 図８の配置例における特殊画素ラインの他の第１の複数回読み出し駆動例を示すタイミングチャートである。 図８の配置例における特殊画素ラインの第２の複数回読み出し駆動例を示すタイミングチャートである。 図８の配置例における特殊画素ラインの第３の複数回読み出し駆動例を示すタイミングチャートである。 図１の固体撮像装置のその他の回路構成例を示すブロック図である。 ダブルADC構成の場合の第４の複数回読み出し駆動例を示すタイミングチャートである。 本開示の技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサの使用例を説明する図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本開示の技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像装置の概略構成例
２．画素の回路構成例
３．特殊画素の配置例
４．第１の駆動（ラスタースキャン駆動）
５．第２の駆動（時分割駆動）
６．第３の駆動（複数回読み出し駆動）
７．第３の駆動の他の例
８．ダブルADC構成の固体撮像装置例
９．まとめ
１０．電子機器への適用例
＜１．固体撮像装置の概略構成例＞
　図１は、本開示の技術を適用した固体撮像装置の概略構成を示す図である。
　図１の固体撮像装置１は、例えばX-Yアドレス方式の固体撮像装置の一種であるCMOSイメージセンサの構成を示している。CMOSイメージセンサとは、CMOSプロセスを応用して、または、部分的に使用して製造されるイメージセンサである。
　固体撮像装置１は、画素アレイ部１１と周辺回路部とを備える。周辺回路部は、例えば、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、水平駆動部１４、及び、システム制御部１５を備える。
　固体撮像装置１は、さらに、信号処理部１６及びデータ格納部１７を備えている。信号処理部１６及びデータ格納部１７は、画素アレイ部１１、垂直駆動部１２等と同じ基板上に搭載しても構わないし、別の基板上に配置するようにしても構わない。また、信号処理部１６及びデータ格納部１７は、固体撮像装置１とは別の半導体チップに、DSP（Digital Signal Processor）等で構成されてもよい。
　画素アレイ部１１は、受光した光量に応じた電荷を生成し、かつ、蓄積する光電変換部（例えばフォトダイオード）を有する画素２１が行方向及び列方向の行列状に２次元配置された構成を有する。ここで、行方向とは、画素アレイ部１１の画素行、すなわち水平方向の配列方向を言い、列方向とは、画素アレイ部１１の画素列、すなわち垂直方向の配列方向を言う。画素２１の回路構成例については、図２を参照して後述する。
　画素アレイ部１１には、通常画素２１Nと特殊画素２１Sの２種類の画素２１が混在して配置されている。通常画素２１Nは、映像出力用の信号を取得して出力する画素であり、特殊画素２１Sは、映像出力以外の特殊用途の信号を取得して出力する画素である。なお、特殊画素２１Sは、特殊用途の信号を取得して出力することを目的とするが、取得した信号を映像出力用の信号として利用してもよい。特殊画素２１Sの例としては、例えば、位相差検出用の信号を出力する位相差画素、顔認識や瞳認識等の認識処理のための検波用画素、特定の機能を備える機能画素などが挙げられる。機能画素には、例えば、偏光フィルタを備えて所定の偏光方向の光のみを受光する偏光用画素などがある。画素アレイ部１１内の特殊画素２１Sの配置については、図３等を参照して後述する。
　画素アレイ部１１には、画素行ごとに行信号線としての画素駆動配線２２が行方向に沿って配線され、画素列ごとに列信号線としての垂直信号線２３が列方向に沿って配線されている。画素駆動配線２２は、画素２１から信号を読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図１では、画素駆動配線２２について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動配線２２の一端は、垂直駆動部１２の各行に対応した出力端に接続されている。
　垂直駆動部１２は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素アレイ部１１の各画素２１を全画素同時あるいは行単位等で駆動する。垂直駆動部１２は、システム制御部１５とともに、画素アレイ部１１の各画素２１の動作を制御する駆動部を構成している。垂直駆動部１２は、具体的な構成については図示を省略するが、一般的に、読出し走査系と掃出し走査系の２つの走査系を有する。
　読出し走査系は、画素２１から信号を読み出すために、画素アレイ部１１の画素２１を行単位で順に選択走査する。画素２１から読み出される信号はアナログ信号である。掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対して、その読出し走査よりも露光時間分だけ先行して掃出し走査を行う。
　この掃出し走査系による掃出し走査により、読出し行の画素２１の光電変換部から不要な電荷が掃き出されることによって各画素２１の光電変換部がリセットされる。そして、この掃出し走査系による不要電荷を掃き出す（リセットする）ことにより、所謂電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換部の電荷を捨てて、新たに露光を開始する（電荷の蓄積を開始する）動作のことを言う。
　読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に受光した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、画素２１における露光期間となる。
　垂直駆動部１２によって選択走査された行の各画素２１から出力される信号は、列ごとに垂直信号線２３の各々を通してカラム処理部１３に入力される。カラム処理部１３は、画素アレイ部１１の列ごとにADC(Analog-Digital Converter)２５を有している。ADC２５は、CDS(Correlated Double Sampling；相関２重サンプリング)処理及びAD変換処理を実行する。CDS処理により、リセットノイズや画素内の増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有の固定パターンノイズが除去される。AD変換処理により、アナログの画素信号がデジタル信号に変換される。AD変換後のデジタルの画素信号は、読み出されるまでの間、ADC２５内部で一時的に保持される。
　水平駆動部１４は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部１３において列単位に設けられたADC２５を順番に選択する。この水平駆動部１４による選択走査により、カラム処理部１３においてADC２５内部で保持されていた画素信号が順番に信号処理部１６へ出力される。
　システム制御部１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータなどによって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミングを基に、垂直駆動部１２、カラム処理部１３、及び、水平駆動部１４などの駆動制御を行う。
　信号処理部１６は、少なくとも演算処理機能を有し、カラム処理部１３から出力される画素信号に対して演算処理等の種々の信号処理を行う。データ格納部１７は、信号処理部１６での信号処理に当たって、その処理に必要なデータを一時的に格納する。信号処理部１６において信号処理された画素信号は、所定のフォーマットに変換され、出力部１８から装置外部へ出力される。
＜２．画素の回路構成例＞
　図２は、画素２１の等価回路を示している。
　画素２１は、フォトダイオード３１、第１転送トランジスタ３２、メモリ部（MEM）３３、第２転送トランジスタ３４、FD(フローティングディフュージョン)３５、リセットトランジスタ３６、増幅トランジスタ３７、選択トランジスタ３８、及び排出トランジスタ３９を有する。
　フォトダイオード３１は、受光量に応じた電荷（信号電荷）を生成し、蓄積する光電変換部である。フォトダイオード３１のアノード端子が接地されているとともに、カソード端子が第１転送トランジスタ３２を介してメモリ部３３に接続されている。また、フォトダイオード３１のカソード端子は、排出トランジスタ３９とも接続されている。
　第１転送トランジスタ３２は、転送信号TRXによりオンされたとき、フォトダイオード３１で生成された電荷を読み出し、メモリ部３３に転送する。メモリ部３３は、FD３５に電荷を転送するまでの間、一時的に電荷を保持する電荷保持部である。第２転送トランジスタ３４は、転送信号TRGによりオンされたとき、メモリ部３３に保持されている電荷をFD３５に転送する。
　FD３５は、メモリ部３３から読み出された電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部である。リセットトランジスタ３６は、リセット信号RSTによりオンされたとき、FD３５に保持されている電荷が定電圧源VDDに排出されることで、FD３５の電位をリセットする。
　増幅トランジスタ３７は、FD３５の電位に応じた画素信号を出力する。すなわち、増幅トランジスタ３７は定電流源としての負荷MOS４１とソースフォロワ回路を構成し、FD３５に保持されている電荷に応じたレベルを示す画素信号が、増幅トランジスタ３７から選択トランジスタ３８を介してカラム処理部１３（図１）に出力される。負荷MOS４１は、例えば、カラム処理部１３内に設けられている。
　選択トランジスタ３８は、選択信号SELにより画素２１が選択されたときオンされ、画素２１の信号を、垂直信号線２３を介してカラム処理部１３に出力する。排出トランジスタ３９は、排出信号OFGによりオンされたとき、フォトダイオード３１に蓄積されている不要電荷を定電圧源VDDに排出する。転送信号TRX及びTRG、リセット信号RST、選択信号SEL、並び排出信号OFGは、垂直駆動部１２によって制御され、画素駆動配線２２（図１）を介して供給される。
　画素２１の動作について簡単に説明する。
　まず、露光開始前に、Highレベルの排出信号OFGが排出トランジスタ３９に供給されることにより排出トランジスタ３９がオンされ、フォトダイオード３１に蓄積されている電荷が定電圧源VDDに排出され、フォトダイオード３１がリセットされる。
　フォトダイオード３１のリセット後、排出トランジスタ３９が、Lowレベルの排出信号OFGによりオフされると、全画素で露光が開始される。
　予め定められた所定の露光時間が経過すると、画素アレイ部１１の全画素において、転送信号TRXにより第１転送トランジスタ３２がオンされ、フォトダイオード３１に蓄積されていた電荷が、メモリ部３３に転送される。
　第１転送トランジスタ３２がオフされた後、各画素２１のメモリ部３３に保持されている電荷が、行単位に、順次、カラム処理部１３に読み出される。読み出し動作としては、まず、読出し行の画素２１の第２転送トランジスタ３４が転送信号TRGによりオンされ、メモリ部３３に保持されている電荷が、FD３５に転送される。そして、選択トランジスタ３８が選択信号SELによりオンされることで、FD３５に保持されている電荷に応じたレベルを示す信号が、増幅トランジスタ３７から選択トランジスタ３８を介してカラム処理部１３に出力される。
　以上のような画素回路を有する画素２１は、露光時間を画素アレイ部１１の全画素で同一に設定し、露光終了後は電荷をメモリ部３３に一時的に保持しておいて、メモリ部３３から行単位に順次電荷を読み出すグローバルシャッタ方式の動作（撮像）が可能である。
　なお、画素２１の回路構成としては、図２に示した構成に限定されるものではなく、例えば、メモリ部３３を持たず、いわゆるローリングシャッタ方式による動作を行う回路構成を採用することもできる。
＜３．特殊画素の配置例＞
　固体撮像装置１の画素アレイ部１１には、上述したように、通常画素２１Nと特殊画素２１Sの２種類の画素２１が行列状に２次元配置されている。固体撮像装置１は、行列状に２次元配置された各画素２１に対して、通常画素２１Nと特殊画素２１Sの区別なく、第１行目から順次、行単位に画素信号を読み出すラスタースキャン駆動が可能である。また、固体撮像装置１は、画素アレイ部１１の各画素２１のうち、通常画素２１Nの画素信号のみを読み出したり、特殊画素２１Sの画素信号のみを読み出す駆動も可能である。さらに、固体撮像装置１は、フレーム画像を構成する一画面を読み出す一画面読み出し期間（以下、１V期間ともいう。）において、特定の特殊画素２１Sについて複数回読み出す駆動が可能である。
　以下では、画素アレイ部１１における特殊画素２１Sの配置の説明とともに、固体撮像装置１が実行可能な各種の駆動について説明する。
　図３は、画素アレイ部１１における特殊画素２１Sの配置例（第１配置例）を示す図である。
　画素アレイ部１１は、行列状に２次元配置された通常画素２１Nの一部が、特殊画素２１Sに置き換えられた構成とされている。より具体的には、画素アレイ部１１の行には、通常画素２１Nのみが配置された行（以下、通常画素ラインとも称する。）と、通常画素２１Nと特殊画素２１Sが配置された行（以下、特殊画素ラインとも称する。）とがある。図３の例では、特殊画素ラインが、２つの通常画素ラインを挟む２行間隔で配置されている。また、１つの特殊画素ラインに注目すると、通常画素２１Nと特殊画素２１Sとが行方向に交互に配置されている。
　また、特殊画素２１Sには、ａ種、ｂ種、ｃ種のタイプ（種類）の異なる３種類の特殊画素２１Sがあり、特殊画素２１Sが配置された行には、同一種類の特殊画素２１Sが配列されており、種類の異なる特殊画素２１Sは異なる行に配列されている。図３の例において、特殊画素２１Saはａ種の特殊画素２１Sを表し、特殊画素２１Sbはｂ種の特殊画素２１Sを表し、特殊画素２１Scはｃ種の特殊画素２１Sを表す。２行おきに配置された特殊画素ラインにおいて、ａ種の特殊画素２１Saの特殊画素ライン、ｂ種の特殊画素２１Sbの特殊画素ライン、ｃ種の特殊画素２１Scの特殊画素ラインが、その順で列方向に繰り返し配列されている。ここで、ラスタースキャン駆動で一画面の画素信号を最初に読み出す左上の画素を開始位置として、１つ目のａ種の特殊画素２１Saの特殊画素ライン、ｂ種の特殊画素２１Sbの特殊画素ライン、及び、ｃ種の特殊画素２１Scの特殊画素ラインのセットを、第１群の特殊画素ラインと称し、２つ目のａ種の特殊画素２１Saの特殊画素ライン、ｂ種の特殊画素２１Sbの特殊画素ライン、及び、ｃ種の特殊画素２１Scの特殊画素ラインのセットを、第２群の特殊画素ラインと称し、以下同様に、画素アレイ部１１において所定個数群の特殊画素ラインが配置されている。
　特殊画素２１Sの種類の違いは、例えば、特殊画素２１Sが位相差画素である場合には、フォトダイオード上方に形成された遮光膜の配置や面積、瞳分割の方向などが異なるものとすることができる。また例えば、特殊画素２１Sが偏光用画素である場合には、特殊画素２１Sの種類の違いは、受光する光の偏光方向が異なるものとすることができる。
　なお、図３で示した画素アレイ部１１内の特殊画素２１Sの配置はあくまで一例であり、図３で示した例以外の特殊画素２１Sの配置も勿論可能である。言い換えれば、特殊画素ラインどうしの列方向の間隔数、一つの特殊画素ラインにおける行方向の特殊画素２１Sの間隔数については任意に設定することができる。また、特殊画素２１Sのタイプ（種類）の数も３種類に限定されない。
＜４．第１の駆動（ラスタースキャン駆動）＞
　次に、図３で示した画素アレイ部１１の画素配置に対して、固体撮像装置１が実行可能な第１の駆動であるラスタースキャン駆動について、図４を参照して説明する。なお、以下の例では、特殊画素２１Sが位相差画素である場合の例を用いて説明する。
　固体撮像装置１は、第１の駆動として、ラスタースキャン駆動により、画素アレイ部１１の各画素２１を読み出す。具体的には、固体撮像装置１は、画素アレイ部１１の全画素２１を、通常画素２１Nと特殊画素２１Sの区別なく、第１行目から順次、行単位に読み出す。画素アレイ部１１の通常画素２１Nから読み出した画素信号を用いて、映像出力用のフレーム画像FNが生成され、画素アレイ部１１の特殊画素２１Sから読み出した位相差信号を用いて、面内位相差信号AFが生成される。
　図４において、垂直同期信号XVSの周波数が60Hzであるとすると、固体撮像装置１は、フレーム画像FN１、FN２、FN３、FN４、・・・の順で、１秒間に６０枚のフレーム画像FNを出力する。また、固体撮像装置１は、フレーム画像FN１、FN２、FN３、FN４、・・・と同時に得られる面内位相差信号AF１、AF２、AF３、AF４、・・・を用いてフォーカス検波を行う。
　図４において、フレーム画像FNを表す菱形の図形内のドットは、特殊画素２１Sを表す。ラスタースキャン駆動では、特殊画素２１Sから読み出した面内位相差信号AFを用いてフォーカス検波処理を開始することができるタイミングは、画素アレイ部１１の全画素２１の読み出し終了とほぼ同じタイミングである。
＜５．第２の駆動（時分割駆動）＞
　次に、図５を参照して、固体撮像装置１が実行可能な第２の駆動である時分割駆動について説明する。
　第２の駆動としての時分割駆動では、固体撮像装置１は、画素アレイ部１１の全画素２１のうち、特殊画素２１Sを読み出す駆動と、通常画素２１Nを読み出す駆動を時分割で行う。具体的には、初めに、固体撮像装置１は、画素アレイ部１１の全画素２１のうち、特殊画素２１Sの位相差信号を行単位に順次読み出す。特殊画素２１Sの読み出し終了後、固体撮像装置１は、通常画素２１Nの画素信号を行単位に順次読み出す。第１フレーム期間においては、面内位相差信号AF１’が出力された後、フレーム画像FN１’を構成する通常画素２１Nの画素信号が出力される。第２フレーム期間においては、面内位相差信号AF２’が出力された後、フレーム画像FN２’を構成する通常画素２１Nの画素信号が出力される。第３フレーム期間においては、面内位相差信号AF３’が出力された後、フレーム画像FN３’を構成する通常画素２１Nの画素信号が出力される。以下同様である。
　時分割駆動では、通常画素２１Nの画素信号を読み出す前に、面内位相差信号AF’を用いたフォーカス検波処理を開始することができる。
＜６．第３の駆動（複数回読み出し駆動）＞
　次に、図６を参照して、固体撮像装置１が実行可能な第３の駆動である複数回読み出し駆動について説明する。
　複数回読み出し駆動は、読み出し対象の特定の特殊画素２１Sについて複数回読み出す駆動である。上述したラスタースキャン駆動や時分割駆動では、読み出しが不要な種類の特殊画素２１Sがある場合でも、読み出し不要の特殊画素２１Sの読み出し動作を行っており、読み出し不要の特殊画素２１Sから読み出された位相差信号はADC２５へ供給され、ADC２５が無駄に動いている状態となっている。また、読み出し対象の特殊画素２１Sは１回の読み出ししかできない。
　固体撮像装置１の複数回読み出し駆動では、ａ種の特殊画素２１Sa、ｂ種の特殊画素２１Sb、及び、ｃ種の特殊画素２１Scの３種類の特殊画素２１Sのうち、特定の１種類の特殊画素２１S（例えば、ａ種の特殊画素２１Sa）の位相差信号のみを取得したい場合に、他の種類の特殊画素２１S（例えば、ｂ種の特殊画素２１Sbとｃ種の特殊画素２１Sc）の位相差信号の読み出しをせずに、読み出し対象の１種類の特殊画素２１Sの位相差信号が複数回読み出される。
　例えば、ａ種の特殊画素２１Sa、ｂ種の特殊画素２１Sb、及び、ｃ種の特殊画素２１Scの３種類の特殊画素２１Sのうち、ａ種の特殊画素２１Saについては位相差信号を読み出し、ｂ種の特殊画素２１Sbとｃ種の特殊画素２１Scについては位相差信号の読み出しが不要である場合について説明する。
　画素アレイ部１１内の特殊画素２１Sのうち、ａ種の特殊画素２１Saが読み出し対象画素であり、ｂ種の特殊画素２１Sbとｃ種の特殊画素２１Scが読み出し不要画素である場合、固体撮像装置１は、１フレーム期間（１V期間）に、ａ種の特殊画素２１Saの位相差信号を３回読み出す。
　具体的には、固体撮像装置１は、図６に示されるように、第１フレーム期間において、フレーム画像FN１を生成する画素アレイ部１１内の各通常画素２１Nの画素信号をラスタースキャン方式で線順次に読み出し、最終行の通常画素ラインを読み出すまでの間に、ａ種の特殊画素２１Saを同一画素について３回読み出し、３個の面内位相差信号AFa１－１、AFa１－２、及び、AFa１－３を出力する。次の第２フレーム期間において、フレーム画像FN２を生成する画素アレイ部１１内の各通常画素２１Nの画素信号をラスタースキャン方式で線順次に読み出し、最終行の通常画素ラインを読み出すまでの間に、ａ種の特殊画素２１Saを同一画素について３回読み出し、３個の面内位相差信号AFa２－１、AFa２－２、及び、AFa２－３を出力する。次の第３フレーム期間において、フレーム画像FN３を生成する画素アレイ部１１内の各通常画素２１Nの画素信号をラスタースキャン方式で線順次に読み出し、最終行の通常画素ラインを読み出すまでの間に、ａ種の特殊画素２１Saを同一画素について３回読み出し、３個の面内位相差信号AFa３－１、AFa３－２、及び、AFa３－３を出力する。以下同様である。
　複数回読み出し駆動では、読み出し対象の特殊画素２１Saを、ラスタースキャン駆動の３倍の読み出し速度で読み出すことができる。
　図７を参照して、複数回読み出し駆動の詳細についてさらに説明する。図７では、ラスタースキャン駆動と比較しながら、複数回読み出し駆動について説明する。
　図７の左側には、画素アレイ部１１のうち、特殊画素ラインのみが図示されている。図７の右側には、画素アレイ部１１の各物理画素行において、ラスタースキャン駆動と複数回読み出し駆動の読み出し画素を説明するテーブルが示されている。
　画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第１行、第２行である場合、第１行、第２行の各行は通常画素ラインであるので、固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動と複数回読み出し駆動のいずれの場合も、各行の通常画素２１Nを列並列に読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第３行である場合、第３行には、通常画素２１Nと、第１群のａ種の特殊画素２１Sa-1とが、交互に配列されている。固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動と複数回読み出し駆動のいずれの場合も、第３行の通常画素２１Nと、特殊画素２１Sa-1とを列並列に読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第４行、第５行である場合、第４行、第５行の各行は通常画素ラインであるので、固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動と複数回読み出し駆動のいずれの場合も、各行の通常画素２１Nを列並列に読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第６行である場合、第６行には、通常画素２１Nと、第１群のｂ種の特殊画素２１Sb-1とが、交互に配列されている。固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動の場合、第６行の通常画素２１Nと、第６行の第１群のｂ種の特殊画素２１Sb-1を列並列に読み出す。一方、複数回読み出し駆動の場合、固体撮像装置１は、第６行の通常画素２１Nと、第１２行の第２群のａ種の特殊画素２１Sa-2を列並列に読み出す。すなわち、特殊画素２１Sの読み出しについては、第６行の第１群のｂ種の特殊画素２１Sb-1を読み出す代わりに、第１２行の第２群のａ種の特殊画素２１Sa-2が読み出される。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第７行、第８行である場合、第７行、第８行の各行は通常画素ラインであるので、固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動と複数回読み出し駆動のいずれの場合も、各行の通常画素２１Nを列並列に読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第９行である場合、第９行には、通常画素２１Nと、第１群のｃ種の特殊画素２１Sc-1とが、交互に配列されている。固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動の場合、第９行の通常画素２１Nと、第９行の第１群のｃ種の特殊画素２１Sc-1を列並列に読み出す。一方、複数回読み出し駆動の場合、固体撮像装置１は、第９行の通常画素２１Nと、第２１行の第３群のａ種の特殊画素２１Sa-3を列並列に読み出す。すなわち、特殊画素２１Sの読み出しについては、第９行の第１群のｃ種の特殊画素２１Sc-1を読み出す代わりに、第２１行の第３群のａ種の特殊画素２１Sa-3が読み出される。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第１０行、第１１行である場合、第１０行、第１１行の各行は通常画素ラインであるので、固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動と複数回読み出し駆動のいずれの場合も、各行の通常画素２１Nを列並列に読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第１２行である場合、第１２行には、通常画素２１Nと、第２群のa種の特殊画素２１Sa-2とが、交互に配列されている。固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動の場合、第１２行の通常画素２１Nと、第１２行の第２群のａ種の特殊画素２１Sa-2を列並列に読み出す。一方、複数回読み出し駆動の場合、固体撮像装置１は、第１２行の通常画素２１Nと、第３０行の第４群のａ種の特殊画素２１Sa-4を列並列に読み出す。第１２行の第２群のa種の特殊画素２１Sa-2については、物理画素行が第６行の読み出しのときに既に読み出しが終わっているため、第１２行の第２群のａ種の特殊画素２１Sa-2を読み出す代わりに、第３０行の第４群のａ種の特殊画素２１Sa-4が読み出される。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第１３行、第１４行である場合、第１３行、第１４行の各行は通常画素ラインであるので、固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動と複数回読み出し駆動のいずれの場合も、各行の通常画素２１Nを列並列に読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第１５行である場合、第１５行には、通常画素２１Nと、第２群のｂ種の特殊画素２１Sb-2とが、交互に配列されている。固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動の場合、第１５行の通常画素２１Nと、第１５行の第２群のｂ種の特殊画素２１Sb-2を列並列に読み出す。一方、複数回読み出し駆動の場合、固体撮像装置１は、第１５行の通常画素２１Nと、第３９行の第５群のａ種の特殊画素２１Sa-5を列並列に読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第１６行、第１７行である場合、第１６行、第１７行の各行は通常画素ラインであるので、固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動と複数回読み出し駆動のいずれの場合も、各行の通常画素２１Nを列並列に読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第１８行である場合、第１８行には、通常画素２１Nと、第２群のｃ種の特殊画素２１Sc-2とが、交互に配列されている。固体撮像装置１は、ラスタースキャン駆動の場合、第１８行の通常画素２１Nと、第１８行の第２群のｃ種の特殊画素２１Sc-2を列並列に読み出す。一方、複数回読み出し駆動の場合、固体撮像装置１は、第１８行の通常画素２１Nと、第４８行の第６群のａ種の特殊画素２１Sa-6を列並列に読み出す。
　画素アレイ部１１の読み出し行が物理画素行で第１９行以降についても同様の規則で読み出される。
　以上のように、複数回読み出し駆動の場合、固体撮像装置１は、画素アレイ部１１の読み出し行が特殊画素ラインである場合に、特殊画素２１Sの読み出しについては、読み出し対象の特殊画素２１Saが配置された特殊画素ラインを順次選択することにより、読み出し対象の特殊画素２１Saのみを先に読み出していく。読み出し不要の特殊画素２１Sb、２１Scの読み出しはスキップされるので、特殊画素２１Saの読み出し行は、通常画素２１Nの読み出し行よりも早く、画素アレイ部１１の最終行に到達する。画素アレイ部１１の最終行に到達すると、再度、画素アレイ部１１の先頭行から、読み出し対象の特殊画素２１Saが配置された特殊画素ラインが順次選択される。ｂ種の特殊画素２１Sbの特殊画素ラインと、ｃ種の特殊画素２１Scの特殊画素ラインの特殊画素２１Sの読み出しはスキップされるので、ａ種の特殊画素２１Saの特殊画素ラインは３回読み出されることになる。
＜７．第３の駆動の他の例＞
　次に、図８ないし図１０を参照して、特殊画素２１Sの異なる配列パターンを例に、固体撮像装置１の第３の駆動である複数回読み出し駆動について説明する。
　図８は、図３で示した特殊画素２１Sの配置例と異なる、その他の特殊画素２１Sの配置例（第２配置例）を示す図である。なお、図８では、紙面の制約上、画素アレイ部１１内の特殊画素ラインのみが示されている。
　図８に示される特殊画素２１Sの第２配置例では、特殊画素２１Sのタイプが第１種から第８種まで８種類あり、画素アレイ部１１内に、８種類の特殊画素２１Sの特殊画素ラインが、列方向に４８セット（４８群）配列されている。
　ここで、画素アレイ部１１の特殊画素ラインのみに注目すると、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインには、第１群の第１種の特殊画素２１Sが配置されており、この特殊画素ラインの特殊画素２１Sを、特殊画素２１S（1,1）のように記述する。特殊画素２１S（i,j）のiは種を表し、ｊは群を表す。特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインには、第１群の第２種の特殊画素２１S（2,1）が配置されている。特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインには、第１群の第３種の特殊画素２１S（3,1）が配置されている。特殊画素ライン番号“４”の特殊画素ラインには、第１群の第４種の特殊画素２１S（4,1）が配置されている。以下同様に、特殊画素ライン番号“８”の特殊画素ラインには、第１群の第８種の特殊画素２１S（8,1）が配置されている。
　続いて、特殊画素ライン番号“９”の特殊画素ラインには、第２群の第１種の特殊画素２１S（1,2）が配置されている。特殊画素ライン番号“１０”の特殊画素ラインには、第２群の第２種の特殊画素２１S（2,2）が配置されている。特殊画素ライン番号“１１”の特殊画素ラインには、第２群の第３種の特殊画素２１S（3,2）が配置されている。特殊画素ライン番号“１２”の特殊画素ラインには、第２群の第４種の特殊画素２１S（4,2）が配置されている。以下同様に、特殊画素ライン番号“１６”の特殊画素ラインには、第２群の第８種の特殊画素２１S（8,2）が配置され、特殊画素ライン番号“１７”の特殊画素ラインには、第３群の第１種の特殊画素２１S（1,3）が配置されている。以下同様である。
　図９は、読み出し対象の特殊画素２１Sを第１種の特殊画素２１S（1,ｊ）とした場合の、特殊画素２１Sの第２配置例における、複数回読み出し駆動の読み出し画素を説明するテーブルである。
　画素アレイ部１１の読み出し行が、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインである場合、固体撮像装置１は、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインに配列された第１群の第１種の特殊画素２１S（1,1）を読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が、特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインである場合、特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインには第１群の第２種の特殊画素２１S（2,1）が配列されているが、固体撮像装置１は、特殊画素２１Sについては、第２群の第１種の特殊画素２１S（1,2）を読み出す。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が、特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインである場合、特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインには第１群の第３種の特殊画素２１S（3,1）が配列されているが、固体撮像装置１は、特殊画素２１Sについては、第３群の第１種の特殊画素２１S（1,3）を読み出す。
　以下同様に、画素アレイ部１１の読み出し行が特殊画素ラインとなった場合に、読み出し対象の第１種の特殊画素２１S（1,ｊ）が、順次、選択され、読み出される。そして、画素アレイ部１１の読み出し行が、特殊画素ライン番号“４８”の特殊画素ラインとなった場合、特殊画素ライン番号“４８”の特殊画素ラインには第６群の第８種の特殊画素２１S（8,6）が配列されているが、固体撮像装置１は、特殊画素２１Sについては、第４８群の第１種の特殊画素２１S（1,48）を読み出す。
　以上により、画素アレイ部１１に配列された第１群から第４８群の全ての第１種の特殊画素２１S（1,ｊ）が１回読み出された。次の特殊画素２１Sについての読み出しから、画素アレイ部１１に配列された第１種の特殊画素２１S（1,ｊ）の２回目の読み出しが開始される。
　すなわち、次の画素アレイ部１１の読み出し行が、特殊画素ライン番号“４９”の特殊画素ラインとなった場合、特殊画素ライン番号“４９”の特殊画素ラインには第７群の第１種の特殊画素２１S（1,7）が配列されているが、固体撮像装置１は、特殊画素２１Sについては、第１群の第１種の特殊画素２１S（1,1）の２回目の読み出しを行う。
　次に、画素アレイ部１１の読み出し行が、特殊画素ライン番号“５０”の特殊画素ラインとなった場合、特殊画素ライン番号“５０”の特殊画素ラインには第７群の第２種の特殊画素２１S（2,7）が配列されているが、固体撮像装置１は、特殊画素２１Sについては、第２群の第１種の特殊画素２１S（1,2）の２回目の読み出しを行う。
　以下同様に、画素アレイ部１１の読み出し行が特殊画素ラインとなった場合に、読み出し対象の第１種の特殊画素２１S（1,ｊ）が、順次、選択され、読み出される。
　そして、画素アレイ部１１の読み出し行が、特殊画素ライン番号“３８４”の特殊画素ラインとなった場合、特殊画素ライン番号“３８４”の特殊画素ラインには第４８群の第８種の特殊画素２１S（8,48）が配列されているが、固体撮像装置１は、特殊画素２１Sについては、第４８群の第１種の特殊画素２１S（1,48）の８回目の読み出しを行う。
　第４８群の第１種の特殊画素２１S（1,48）の８回目の読み出しを行った後、画素アレイ部１１の通常画素ラインの最終行が読み出され、１フレーム期間の画素アレイ部１１の読み出しが終了する。
　以上のように、特殊画素２１Sのタイプが第１種から第８種まで８種類あり、そのうちの１種類を読み出し対象画素とした場合、図１０に示されるように、１枚のフレーム画像FNを生成する１フレーム期間において、画素アレイ部１１内の読み出し対象の特殊画素２１Sは８回読み出される。
　また例えば、８種類の特殊画素２１Sのうち、所定の２種類の特殊画素２１Sを読み出し対象画素とした場合、画素アレイ部１１内の読み出し対象の特殊画素２１Sは一画素当たり計４回読み出される。従って、特殊画素２１Sの種類がN（N＞０の整数）種類で、読み出し対象の特殊画素２１Sの種類がM（M＞０の整数、N＞M）種類の場合、読み出し回数は、一画素当たり計N/M回となり、読み出し速度も、通常画素２１NのN/M倍となる。
（特殊画素の露光時間）
　次に、読み出し対象の特殊画素２１Sに割り当てられる露光時間について説明する。
　上述したように、１枚のフレーム画像FNを生成する１フレーム期間において、画素アレイ部１１内の読み出し対象の１つの特殊画素２１Sは８回読み出される。従って、図１１に示されるように、通常画素２１Nの露光時間をTNとし、読み出し対象の特殊画素２１Sの露光時間TSが８回とも同一である場合、１回の露光時間TSは、通常画素２１Nの露光時間TNの1/8以下となる（TS ≦ TN/8）。
（第１の複数回読み出し駆動）
　図１２は、図８で説明した特殊画素２１Sの第２配置例における特殊画素ラインの複数回読み出し駆動例を示すタイミングチャートである。
　図８で説明した特殊画素２１Sの第２配置例において、画素アレイ部１１の各画素２１のカラーフィルタがベイヤ配列で配置されており、特殊画素ラインが、ベイヤ配列においてGb（緑）のカラーフィルタが配置されたGb画素と、B(青)のカラーフィルタが配置されたB画素とが行方向に交互に配列されるGbB行に設定されており、本来、B画素に相当する画素位置に、特殊画素２１Sが配置されているとする。
　この場合、図１２に示されるように、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインの読み出し時は、Gb画素と特殊画素２１S（1,1）が、同一の１行読み出し期間（以下、１H期間とも称する。）で読み出される。Gb画素の露光時間は、通常画素２１Nの露光時間TNであり、特殊画素２１S（1,1）の露光時間は、露光時間TNの1/8以下の露光時間TSである。
　次の特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインの読み出し時は、Gb画素と特殊画素２１S（1,2）が、同一の１H期間で読み出される。Gb画素の露光時間は、通常画素２１Nの露光時間TNであり、特殊画素２１S（1,2）の露光時間は、露光時間TSである。
　次の特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインの読み出し時は、Gb画素と特殊画素２１S（1,3）が、同一の１H期間で読み出される。Gb画素の露光時間は、通常画素２１Nの露光時間TNであり、特殊画素２１S（1,3）の露光時間は、露光時間TSである。
　このように、特殊画素ラインの通常画素２１Nの読み出しと、読み出し対象の特殊画素２１Sの読み出しが、同一の１H期間で行われ、特殊画素２１Sの露光時間TSは、通常画素２１Nの露光時間TNとは独立に制御することができる。
　上述した例では、計８回読み出される１つの特殊画素２１Sの各回の露光時間TSが同一である場合について説明したが、図１３に示されるように、各回の露光時間TSを異なる時間に制御することもできる。例えば、図１３では、１回目の露光時間TS１を長く、２回目以降の露光時間TS２を、１回目の露光時間TS１よりも短く制御した例が示されている。
（第２の複数回読み出し駆動）
　図１２を参照して説明した読み出し駆動を、第１の複数回読み出し駆動と称することとすると、第１の複数回読み出し駆動において、固体撮像装置１は、特殊画素ラインの通常画素２１Nの読み出しと、読み出し対象の特殊画素２１Sの読み出しを、同一の１H期間で行った。以下では、特殊画素ラインの通常画素２１Nの読み出しと、読み出し対象の特殊画素２１Sの読み出しを、異なる１H期間で行ってもよい。
　図１４は、固体撮像装置１が実行可能な第２の複数回読み出し駆動を示すタイミングチャートである。
　第２の複数回読み出し駆動では、固体撮像装置１は、特殊画素ラインの通常画素２１Nの読み出しと、読み出し対象の特殊画素２１Sの読み出しを、異なる１行読み出し期間（１H期間）で行うように駆動する。図１４の例では、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて特殊画素２１S（1,1）を読み出した次の１H期間に、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出されている。また、特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて特殊画素２１S（1,2）を読み出した次の１H期間に、特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出されている。同様に、特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて特殊画素２１S（1,3）を読み出した次の１H期間に、特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出されている。
（第３の複数回読み出し駆動）
　図１５は、固体撮像装置１が実行可能な第３の複数回読み出し駆動を示すタイミングチャートである。
　第３の複数回読み出し駆動は、特殊画素ラインの読み出しにおいて通常画素２１Nと特殊画素２１Sを異なる１H期間に読み出す点で、図１４の第２の複数回読み出し駆動と共通する。ただし、第３の複数回読み出し駆動は、特殊画素２１Sを読み出す１H期間において、読み出し対象の特殊画素２１Sの２行分を読み出す点で、図１４の第２の複数回読み出し駆動と相違する。
　図１５の例では、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて、特殊画素２１S（1,1）と、次の読み出し対象の特殊画素２１Sである特殊画素２１S（1,2）が読み出されている。読み出し対象の特殊画素２１S（1,1）と特殊画素２１S（1,2）の２行の読み出しは、時分割で行われる。そして、次の１H期間に、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出される。
　次の特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて、次の読み出し対象の特殊画素２１Sである特殊画素２１S（1,3）と特殊画素２１S（1,4）が読み出される。そして、次の１H期間に、特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出される。
　次の特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて、次の読み出し対象の特殊画素２１Sである特殊画素２１S（1,5）と特殊画素２１S（1,6）が読み出される。そして、次の１H期間に、特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出される。
　このように、特殊画素２１Sの露光時間TSが通常画素２１Nの露光時間TNよりも短く、高速に読み出すことができるため、１H期間に、特殊画素ライン２行分の特殊画素２１Sを読み出すように駆動することもできる。
＜８．ダブルADC構成の固体撮像装置例＞
　上述した実施の形態では、図１を参照して説明したように、固体撮像装置１のカラム処理部１３が、１つの画素列に対して１つのADC２５を有する構成について説明した。
　しかしながら、固体撮像装置１のカラム処理部１３の構成として、図１６に示されるように、１つの画素列に対して２つのADC２５が設けられるダブルADC構成も採用することができる。
　図１６は、固体撮像装置１のその他の回路構成であって、カラム処理部１３において１つの画素列に対して２つのADC２５を設けたダブルADC構成の画素アレイ部１１とカラム処理部１３のブロック図である。
　ダブルADC構成の固体撮像装置１では、画素アレイ部１１において、１つの画素列に対して２つの垂直信号線２３A及び２３Bが配線されており、例えば、奇数行の画素２１は垂直信号線２３Aに接続され、偶数行の画素２１は垂直信号線２３Bに接続されている。また、カラム処理部１３においては、１つの画素列に対して２つのADC２５A及び２５Bが設けられている。ADC２５Aは垂直信号線２３Aと接続されており、ADC２５Bはスイッチ２６を介して垂直信号線２３Bと接続されている。スイッチ２６は、垂直信号線２３Bを伝送する信号の出力先として、ADC２５AまたはADC２５Bを切り替える。
　例えば、１つの画素列に対して２つのADC２５を動作させるダブルADCモードでは、システム制御部１５は、スイッチ２６をADC２５B側に接続させ、垂直信号線２３Bを伝送する信号をADC２５Bへ出力させる。一方、１つの画素列に対して１つのADC２５のみを動作させる単一ADCモードでは、システム制御部１５は、スイッチ２６をADC２５A側に接続させ、垂直信号線２３Bを伝送する信号をADC２５Aへ出力させる。なお、垂直信号線２３Bを伝送する信号のみについて、信号出力先としてADC２５AまたはADC２５Bを選択するのではなく、垂直信号線２３Aを伝送する信号と垂直信号線２３Bを伝送する信号のそれぞれについて、信号をADC２５AまたはADC２５Bのどちらへ出力させるかを行単位に切り替え（選択）できる構成としてもよい。また、固体撮像装置１は、１つの画素列に対して３つ以上のADC２５を設けた構成としてもよい。
（第４の複数回読み出し駆動）
　図１７は、固体撮像装置１がダブルADC構成を有し、ダブルADCモードで駆動する場合の第４の複数回読み出し駆動を示すタイミングチャートである。
　第４の複数回読み出し駆動では、固体撮像装置１は、特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて、２行の特殊画素ラインの特殊画素２１Sを同時に読み出すように駆動する。図１７の例では、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて、特殊画素２１S（1,1）と、次の読み出し対象の特殊画素２１Sである特殊画素２１S（1,2）が、同時に読み出され、AD変換される。そして、次の１H期間に、特殊画素ライン番号“１”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出され、同列の２つのADC２５の一方へ出力される。
　次の特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて、次の読み出し対象の特殊画素２１Sである特殊画素２１S（1,3）と特殊画素２１S（1,4）が、同時に読み出され、AD変換される。そして、次の１H期間に、特殊画素ライン番号“２”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出され、同列の２つのADC２５の一方へ出力される。
　次の特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインの読み出しタイミングにおいて、次の読み出し対象の特殊画素２１Sである特殊画素２１S（1,5）と特殊画素２１S（1,6）が同時に読み出され、AD変換される。そして、次の１H期間に、特殊画素ライン番号“３”の特殊画素ラインの通常画素２１NであるGb画素が読み出され、同列の２つのADC２５の一方へ出力される。
　このように、固体撮像装置１がダブルADC構成を有する場合には、ダブルADCモードにおいて、読み出し対象の特殊画素２１S（1,j）の２行を同時に読み出して、同列の２つのADC２５へ出力し、AD変換を同時に行わせることができる。
　ダブルADC構成を有する固体撮像装置１は、単一ADCモードで、上述した第１ないし第３の複数回読み出し駆動を実行することができる。また、ダブルADC構成を有する固体撮像装置１は、ダブルADCモードで、上述した第１ないし第３の複数回読み出し駆動を１H期間に２行の画素信号を同時に読み出して、同列の２つのADC２５へ出力し、AD変換を同時に行わせる駆動も可能である。
＜９．まとめ＞
　以上のように、固体撮像装置１は、通常画素２１Nと特殊画素２１Sを含む画素２１が行列状に２次元配置された画素アレイ部１１と、画素２１で生成された信号の読み出しを制御する垂直駆動部１２を備え、垂直駆動部１２は、画素アレイ部１１の全ての通常画素２１Nを１回読み出す一画面読み出し期間（１V期間）に、読み出し対象の特殊画素２１Sを複数回読み出す制御を行う。これにより、１画面を読み出す１シーケンス中に、読み出し対象とされた種類の特殊画素２１Sについて複数回読み出すことができる。これにより、読み出し対象の特殊画素２１Sの信号の検出精度を向上させることができ、フォーカス精度や認識精度の向上、及び、撮像画像の高画質化を図ることができる。
＜１０．電子機器への適用例＞
　本開示の技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではない。即ち、本開示の技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像装置は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール形態であってもよい。
　図１８は、本開示の技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　図１８の撮像装置１００は、レンズ群などからなる光学部１０１、図１の固体撮像装置１の構成が採用される固体撮像装置（撮像デバイス）１０２、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路１０３を備える。また、撮像装置１００は、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６、操作部１０７、および電源部１０８も備える。DSP回路１０３、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６、操作部１０７および電源部１０８は、バスライン１０９を介して相互に接続されている。
　光学部１０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像装置１０２の撮像面上に結像する。固体撮像装置１０２は、光学部１０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像装置１０２として、図１の固体撮像装置１、即ち、通常画素２１Nと特殊画素２１Sの２種類の画素２１が混在して配置された画素アレイ部１１を有し、一画面読み出し期間（１V期間）に、読み出し対象の特殊画素２１Sを複数回読み出す制御を行う駆動を実行可能な固体撮像装置を用いることができる。
　表示部１０５は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の薄型ディスプレイで構成され、固体撮像装置１０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部１０６は、固体撮像装置１０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
　操作部１０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置１００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部１０８は、DSP回路１０３、フレームメモリ１０４、表示部１０５、記録部１０６および操作部１０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
　上述したように、固体撮像装置１０２として、上述した実施の形態を適用した固体撮像装置１を用いることで、読み出し対象とされた特殊画素２１Sの検出精度を向上させる。これにより、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置１００においても、フォーカス精度や認識精度の向上、及び、撮像画像の高画質化を図ることができる。
　＜イメージセンサの使用例＞
　図１９は、上述の固体撮像装置１を用いたイメージセンサの使用例を示す図である。
　上述の固体撮像装置１は、イメージセンサとして、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
　本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上述した実施の形態の全てまたは一部を適宜組み合わせた形態を採用することができる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
　なお、本開示の技術は、以下の構成を取ることができる。
（１）
　通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、
　前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部と
　を備え、
　前記駆動部は、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う
　固体撮像装置。
（２）
　前記特殊画素には複数の種類があり、
　前記駆動部は、前記画素アレイ部の複数の種類の前記特殊画素のうち、所定の種類の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う
　前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
　前記駆動部は、前記特殊画素の種類がN種類（N＞０）で、読み出し対象の前記特殊画素の種類がM種類（M＞０、N＞M）の場合、読み出し対象の前記特殊画素をN/M回読み出す制御を行う
　前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
　前記画素アレイ部の所定の行には同一種類の前記特殊画素が配列されており、種類の異なる前記特殊画素は異なる行に配列されている
　前記（２）または（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
　前記駆動部は、前記画素アレイ部の読み出し行が前記特殊画素を含む行である場合に、前記特殊画素の読み出しについては、読み出し対象の前記特殊画素を含む行を順次選択して、読み出し対象の前記特殊画素の信号を読み出す
　前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
　前記駆動部は、前記画素アレイ部の読み出し行が前記特殊画素を含む行である場合に、読み出し対象以外の前記特殊画素の読み出しをスキップする
　前記（１）ないし（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
　前記駆動部は、読み出し対象の所定の前記特殊画素の露光時間を、前記通常画素の露光時間とは独立に制御する
　前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
　複数回読み出される所定の前記特殊画素の各回の露光時間は、同一である
　前記（１）ないし（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
　複数回読み出される所定の前記特殊画素の各回の露光時間は、異なる時間を含む
　前記（１）ないし（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
　前記駆動部は、前記画素アレイ部の読み出し行が前記特殊画素を含む行である場合に、読み出し対象の前記特殊画素の読み出しと、読み出し行の前記通常画素の読み出しを、同一の１行読み出し期間で行う
　前記（１）ないし（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
　前記駆動部は、前記画素アレイ部の読み出し行が前記特殊画素を含む行である場合に、読み出し対象の前記特殊画素の読み出しと、読み出し行の前記通常画素の読み出しを、異なる１行読み出し期間で行う
　前記（１）ないし（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１２）
　前記駆動部は、１行読み出し期間において、読み出し対象の前記特殊画素の２行分の読み出しを行う
　前記（１１）に記載の固体撮像装置。
（１３）
　前記駆動部は、読み出し対象の前記特殊画素の２行の読み出しを時分割で行う
　前記（１２）に記載の固体撮像装置。
（１４）
　前記駆動部は、読み出し対象の前記特殊画素の２行の読み出しを同時に行う
　前記（１２）に記載の固体撮像装置。
（１５）
　１つの画素列に対して複数のADCをさらに備える
　前記（１）ないし（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１６）
　前記特殊画素は、位相差画素である
　前記（１）ないし（１５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１７）
　前記特殊画素は、認識処理のための検波用画素である
　前記（１）ないし（１６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１８）
　前記特殊画素は、特定の機能を備える機能画素である
　前記（１）ないし（１７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１９）
　通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部とを備える固体撮像装置の、
　前記駆動部が、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う
　固体撮像装置の駆動方法。
（２０）
　通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、
　前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部と
　を備え、
　前記駆動部は、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う
　固体撮像装置
　を備える電子機器。
　１　固体撮像装置，　１１　画素アレイ部，　１２　垂直駆動部，　１３　カラム処理部，　１４　水平駆動部，　１５　システム制御部，　２１　画素，　２１N　通常画素，　２１S（２１Sa、２１Sb、２１Sc）　特殊画素，　２２　画素駆動配線，　２３　垂直信号線，　１００　撮像装置，　１０２　固体撮像装置，　AF　面内位相差信号，　AFa１－１　面内位相差信号，　AFa２－１　面内位相差信号，　AFa３－１　面内位相差信号，　FN　フレーム画像，　XVS　垂直同期信号

Claims (20)

  1. 　通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、
    　前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部と
    　を備え、
    　前記駆動部は、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う
    　固体撮像装置。
  2. 　前記特殊画素には複数の種類があり、
    　前記駆動部は、前記画素アレイ部の複数の種類の前記特殊画素のうち、所定の種類の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記駆動部は、前記特殊画素の種類がN種類（N＞０）で、読み出し対象の前記特殊画素の種類がM種類（M＞０、N＞M）の場合、読み出し対象の前記特殊画素をN/M回読み出す制御を行う
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記画素アレイ部の所定の行には同一種類の前記特殊画素が配列されており、種類の異なる前記特殊画素は異なる行に配列されている
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記駆動部は、前記画素アレイ部の読み出し行が前記特殊画素を含む行である場合に、前記特殊画素の読み出しについては、読み出し対象の前記特殊画素を含む行を順次選択して、読み出し対象の前記特殊画素の信号を読み出す
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記駆動部は、前記画素アレイ部の読み出し行が前記特殊画素を含む行である場合に、読み出し対象以外の前記特殊画素の読み出しをスキップする
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記駆動部は、読み出し対象の所定の前記特殊画素の露光時間を、前記通常画素の露光時間とは独立に制御する
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 　複数回読み出される所定の前記特殊画素の各回の露光時間は、同一である
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 　複数回読み出される所定の前記特殊画素の各回の露光時間は、異なる時間を含む
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 　前記駆動部は、前記画素アレイ部の読み出し行が前記特殊画素を含む行である場合に、読み出し対象の前記特殊画素の読み出しと、読み出し行の前記通常画素の読み出しを、同一の１行読み出し期間で行う
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  11. 　前記駆動部は、前記画素アレイ部の読み出し行が前記特殊画素を含む行である場合に、読み出し対象の前記特殊画素の読み出しと、読み出し行の前記通常画素の読み出しを、異なる１行読み出し期間で行う
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  12. 　前記駆動部は、１行読み出し期間において、読み出し対象の前記特殊画素の２行分の読み出しを行う
    　請求項１１に記載の固体撮像装置。
  13. 　前記駆動部は、読み出し対象の前記特殊画素の２行の読み出しを時分割で行う
    　請求項１２に記載の固体撮像装置。
  14. 　前記駆動部は、読み出し対象の前記特殊画素の２行の読み出しを同時に行う
    　請求項１２に記載の固体撮像装置。
  15. 　１つの画素列に対して複数のADCをさらに備える
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  16. 　前記特殊画素は、位相差画素である
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  17. 　前記特殊画素は、認識処理のための検波用画素である
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  18. 　前記特殊画素は、特定の機能を備える機能画素である
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  19. 　通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部とを備える固体撮像装置の、
    　前記駆動部が、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う
    　固体撮像装置の駆動方法。
  20. 　通常画素と特殊画素を含む複数の画素が行列状に２次元配置された画素アレイ部と、
    　前記画素で生成された信号の読み出しを制御する駆動部と
    　を備え、
    　前記駆動部は、前記画素アレイ部の前記通常画素を１回読み出す一画面読み出し期間に、所定の前記特殊画素を複数回読み出す制御を行う
    　固体撮像装置
    　を備える電子機器。
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