特許 5899653 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5899653

(24)【登録日】2016年3月18日

(45)【発行日】2016年4月6日

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/369 20110101AFI20160324BHJP

   H04N 5/374 20110101ALI20160324BHJP

   H04N 5/353 20110101ALI20160324BHJP

   G02B 7/34 20060101ALI20160324BHJP

   G03B 13/36 20060101ALI20160324BHJP

【ＦＩ】

   H04N5/335 690

   H04N5/335 740

   H04N5/335 530

   G02B7/34

   G03B13/36

【請求項の数】8

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2011-105193(P2011-105193)

(22)【出願日】2011年5月10日

(65)【公開番号】特開2012-238951(P2012-238951A)

(43)【公開日】2012年12月6日

【審査請求日】2014年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100072718

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 史旺

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(72)【発明者】

【氏名】村田 寛信

【審査官】 鈴木 肇

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０８５５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９３５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４１３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８８０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８６９４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ５／３０ − ５／３７８

Ｈ０４Ｎ ５／２２２− ５／２５７

Ｈ０１Ｌ ２１／３３９

Ｈ０１Ｌ ２７／１４ −２７／１４８

Ｈ０１Ｌ ２９／７６２

Ｇ０２Ｂ ７／２８ − ７／４０

Ｇ０３Ｂ ３／００ − ３／１２

Ｇ０３Ｂ １３／３０ −１３／３６

Ｇ０３Ｂ ２１／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換部と、電極を有し前記電極に印加される電圧により制御され前記第１光電変換部から転送される電荷を蓄積するメモリ部と、電極を有し前記電極に印加される電圧により制御され前記第１光電変換部から前記メモリ部に電荷を転送する第１の転送部と、前記メモリ部から増幅部に電荷を転送する第２の転送部と、前記メモリ部を遮光する遮光部とを有する複数の焦点検出用画素と、
入射光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換部を有する複数の撮像用画素と、
前記焦点検出用画素および前記撮像用画素が配置された画素アレイとを備え、
前記第１光電変換部は、前記第２光電変換部より小さく、
前記メモリ部は、前記焦点検出用画素の前記遮光部で遮光された領域であって、前記第１光電変換部がない領域にのみ配置され、
前記メモリ部の電極および前記第１の転送部の電極には共通の信号電圧が印加される撮像装置。

【請求項2】

請求項１記載の撮像装置において、
前記遮光部は、前記撮像用画素の前記第２光電変換部と比べて前記焦点検出用画素の前記第１光電変換部が半分となるように前記焦点検出用画素の受光領域を遮光する撮像装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２記載の撮像装置において、
前記第１光電変換部と前記メモリ部は同じ導電型の半導体領域である撮像装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記撮像用画素および前記焦点検出用画素の動作を制御する制御部を備えている撮像装置。

【請求項5】

請求項４記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記焦点検出用画素の露光時間と前記撮像用画素の露光時間とをそれぞれ独立に制御する撮像装置。

【請求項6】

請求項４記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記画素アレイで異なる行に配置された複数の前記焦点検出用画素の露光タイミングが互いに同じになるように、前記焦点検出用画素の動作を制御する撮像装置。

【請求項7】

入射光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換部と、前記第１光電変換部から転送される電荷を蓄積するメモリ部と、前記第１光電変換部から前記メモリ部に電荷を転送する第１の転送部と、前記メモリ部から増幅部に電荷を転送する第２の転送部と、前記メモリ部を遮光する遮光部とを有する複数の焦点検出用画素と、
入射光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換部を有する複数の撮像用画素と、
前記焦点検出用画素および前記撮像用画素が配置された画素アレイと、
前記撮像用画素および前記焦点検出用画素の動作を制御する制御部とを備え、
前記第１光電変換部は、前記第２光電変換部より小さく、
前記メモリ部は、前記焦点検出用画素の前記遮光部で遮光された領域であって、前記第１光電変換部がない領域にのみ配置され、
前記制御部は、前記画素アレイで異なる行に配置された複数の前記焦点検出用画素の露光タイミングが互いに同じになるように、前記焦点検出用画素の動作を制御する撮像装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記第２の転送部は、前記増幅部のフローティングディフュージョンに電荷を転送する撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動焦点調節機能（ＡＦ機能）を有するビデオカメラやデジタルカメラが広く一般に普及している。この種のデジタルカメラには、ＣＭＯＳ型の撮像装置やＣＣＤ型の撮像装置が用いられる。例えば、ＣＭＯＳ型の撮像装置は、複数の画素が２次元行列状に配置された画素アレイを有している。各画素は、光信号を電気信号に変換する光電変換部を有している。また、デジタルカメラは、撮像用の画素アレイとは別に、焦点検出を実施するための専用の焦点検出素子を有する場合もある。なお、撮像用の画素と焦点検出用の画素とを混在して配置した撮像装置も提案されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４０２７１１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＣＭＯＳ型の撮像装置では、選択された行毎にシャッタ動作を行うローリングシャッタ方式が用いられる場合が多い。このため、特許文献１の構成では、複数の焦点検出用の画素の露光タイミングを互いに同一にすることは、困難である。焦点検出用の画素の露光タイミングが複数の焦点検出用の画素で互いに異なる場合、焦点検出精度が低下するおそれがある。また、撮像用の画素と焦点検出用の画素とが同じ行に配置されている場合、撮像用の画素を適切な露光時間で露光しているときに、焦点検出用の画素を適切な露光時間で露光することは、困難である。焦点検出用の画素を適切な露光時間で露光できない場合、焦点検出精度が低下する。

【0005】

本発明の目的は、焦点検出用の画素の露光タイミングを適切に制御可能な撮像装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

撮像装置の一例は、複数の焦点検出用画素および複数の撮像用画素が配置された画素アレイを有している。各焦点検出用画素は、入射光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換部と、電極を有し電極に印加される電圧により制御され第１光電変換部から転送される電荷を蓄積するメモリ部と、電極を有し電極に印加される電圧により制御され第１光電変換部からメモリ部に電荷を転送する第１の転送部と、メモリ部から増幅部に電荷を転送する第２の転送部と、メモリ部を遮光する遮光部とを有している。また、各撮像用画素は、入射光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換部を有している。また、第１光電変換部は、第２光電変換部より小さく、メモリ部は、焦点検出用画素の遮光部で遮光された領域であって、第１光電変換部がない領域にのみ配置される。また、メモリ部の電極および第１の転送部の電極には共通の信号電圧が印加される。
撮像装置の他の例は、複数の焦点検出用画素および複数の撮像用画素が配置された画素アレイと、撮像用画素および焦点検出用画素の動作を制御する制御部とを有している。各焦点検出用画素は、入射光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換部と、第１光電変換部から転送される電荷を蓄積するメモリ部と、第１光電変換部からメモリ部に電荷を転送する第１の転送部と、メモリ部から増幅部に電荷を転送する第２の転送部と、メモリ部を遮光する遮光部とを有している。また、各撮像用画素は、入射光を光電変換して電荷を生成する第２光電変換部を有している。また、第１光電変換部は、第２光電変換部より小さく、メモリ部は、焦点検出用画素の遮光部で遮光された領域であって、第１光電変換部がない領域にのみ配置される。また、制御部は、画素アレイで異なる行に配置された複数の焦点検出用画素の露光タイミングが互いに同じになるように、焦点検出用画素の動作を制御する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、焦点検出用の画素の露光タイミングを適切に制御可能な撮像装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態における撮像装置の概要を示す図である。

【図2】図１に示した撮像用画素および焦点検出用画素の概要を示す図である。

【図3】図２に示した撮像用画素のＡ−Ａ’線に沿う断面を示す図である。

【図4】図２に示した焦点検出用画素のＢ−Ｂ’線に沿う断面を示す図である。

【図5】図１に示した制御部の概要を示す図である。

【図6】図１に示した撮像用画素の構成の一例を示す図である。

【図7】図１に示した焦点検出用画素の構成の一例を示す図である。

【図8】図６に示した撮像用画素の動作の一例を示す図である。

【図9】図７に示した焦点検出用画素の動作の一例を示す図である。

【図10】図７に示した焦点検出用画素の動作の別の例を示す図である。

【図11】図５に示した画素アレイの動作の一例を示す図である。

【図12】図５に示した画素アレイの動作の別の例を示す図である。

【図13】複数の行に焦点検出用画素が配置された画素アレイの動作の一例を示す図である。

【図14】焦点検出用画素の露光が１フレーム中に複数回実施されるときの画素アレイの動作の一例を示す図である。

【図15】焦点検出用画素の露光が複数フレームをまたいで実施されるときの画素アレイの動作の一例を示す図である。

【図16】相関二重サンプリングが実施されるときの画素アレイの動作の一例を示す図である。

【図17】相関二重サンプリングが実施されるときの画素アレイの動作の別の例を示す図である。

【図18】フローティングディフュージョンをリセットするときの撮像用画素の各部のポテンシャルの一例を示す図である。

【図19】フローティングディフュージョンをリセットするときの焦点検出用画素の各部のポテンシャルの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

【0010】

図１は、本発明の一実施形態を示している。図１の網掛け部分は、図２で説明する焦点検出用画素ＰＸＦ内のメモリ部ＭＵを示している。この実施形態の撮像装置ＩＭＵは、例えば、ＣＭＯＳ型の撮像装置であり、デジタルカメラに搭載される。例えば、撮像装置ＩＭＵは、画素アレイＡＲＹおよび制御部ＣＮＴを有している。

【0011】

画素アレイＡＲＹは、例えば、マイクロレンズおよびカラーフィルタを介して入射される光の量に応じた電気信号（以下、画像信号とも称する）を生成する複数の撮像用画素ＰＸＩと、複数の焦点検出用画素ＰＸＦとを有している。例えば、複数の撮像用画素ＰＸＩは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇｒ、Ｇｂ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタをそれぞれ有し、ベイヤー配列で配置されている。なお、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇｒ、Ｇｂ）、青色（Ｂ）のカラーフィルタをそれぞれ有する撮像用画素ＰＸＩの配列は、ベイヤー配列に限定されない。

【0012】

焦点検出用画素ＰＸＦは、例えば、公知の瞳分割方式による自動焦点検出処理に用いられる信号を生成するための画素であり、行方向（図１の横方向）に延在する焦点検出領域ＦＤＡ（図１の破線で囲んだ領域）に配置される。なお、焦点検出用画素ＰＸＦが配置される焦点検出領域ＦＤＡは、列方向（図１の縦方向）に延在して設けられてもよいし、複数設けられてもよい。

【0013】

制御部ＣＮＴは、例えば、画素アレイＡＲＹの撮像用画素ＰＸＩおよび焦点検出用画素ＰＸＦの動作を制御する。なお、制御部ＣＮＴは、撮像装置ＩＭＵとは別に設けられてもよい。すなわち、撮像装置ＩＭＵは、図１の構成から制御部ＣＮＴが省かれた構成でもよい。

【0014】

図２は、図１に示した撮像用画素ＰＸＩおよび焦点検出用画素ＰＸＦの概要を示している。なお、図２は、画素アレイＡＲＹの撮像面側（後述する図３、図４の上側）から見た撮像用画素ＰＸＩおよび焦点検出用画素ＰＸＦを示している。また、図２では、図を見やすくするために、配線やカラーフィルタ等の記載を省略している。図２の網掛け部分は、メモリ部ＭＵを示している。

【0015】

撮像用画素ＰＸＩは、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤａと、画像信号を読み出すための回路部ＣＩＲＵとを有している。例えば、フォトダイオードＰＤａは、マイクロレンズＭＬＮおよび開口部ＡＰを介して入射される光を光電変換して電荷を生成する。なお、例えば、開口部ＡＰ以外の回路部ＣＩＲＵ等の領域では、マイクロレンズＭＬＮを介して入射される光は、図３に示す遮光部ＭＳ等により遮蔽される。

【0016】

回路部ＣＩＲＵは、例えば、後述する図６、図７に示す転送トランジスタＭＴＲ、増幅トランジスタＭＡＭ、画素選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤを有している。例えば、撮像用画素ＰＸＩでは、回路部ＣＩＲＵの転送トランジスタＭＴＲは、フォトダイオードＰＤａに隣接して配置される。また、例えば、焦点検出用画素ＰＸＦでは、回路部ＣＩＲＵの転送トランジスタＭＴＲは、メモリ部ＭＵに隣接して配置される。なお、回路部ＣＩＲＵの配置は、この例に限定されない。

【0017】

焦点検出用画素ＰＸＦは、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤｂと、フォトダイオードＰＤｂから転送される電荷を蓄積するメモリ部ＭＵと、画像信号を読み出すための回路部ＣＩＲＵとを有している。例えば、フォトダイオードＰＤｂは、マイクロレンズＭＬＮおよび開口部ＡＰを介して入射される光を光電変換して電荷を生成する。なお、例えば、開口部ＡＰ以外のメモリ部ＭＵ等の領域では、マイクロレンズＭＬＮを介して入射される光は、図４に示す遮光部ＭＳ等により遮蔽される。

【0018】

焦点検出用画素群ＰＸＦＧは、例えば、行方向（図２の横方向）に配置された一対の焦点検出用画素ＰＸＦにより構成され、行方向に瞳分割した一対の像を生成する。例えば、焦点検出用画素群ＰＸＦＧ（一対の焦点検出用画素ＰＸＦ）から生成される一対の像の像ずれ量を検出することにより、デフォーカス量が算出される。

【0019】

ここで、例えば、焦点検出用画素群ＰＸＦＧのうちの左側の焦点検出用画素ＰＸＦでは、フォトダイオードＰＤｂおよびメモリ部ＭＵがマイクロレンズＭＬＮの左半分および右半分にそれぞれ配置される。また、例えば、焦点検出用画素群ＰＸＦＧのうちの右側の焦点検出用画素ＰＸＦでは、フォトダイオードＰＤｂおよびメモリ部ＭＵは、マイクロレンズＭＬＮの右半分および左半分にそれぞれ配置される。

【0020】

図３は、図２に示した撮像用画素ＰＸＩのＡ−Ａ’線に沿う断面を示している。なお、図３では、配線等の記載を省略している。例えば、フォトダイオードＰＤａは、ｐ型の半導体基板ＳＵＢの受光面側（図３では上側）に形成されたｎ型の半導体領域ＮＡ１を有している。なお、フォトダイオードＰＤａの導電型は、この例に限定されない。半導体基板ＳＵＢに形成された絶縁部ＩＳは、例えば、互いに隣接するフォトダイオードＰＤａ間を絶縁するための領域である。また、例えば、半導体基板ＳＵＢ上に設けられたゲート層ＧＬＹには、上述した図２に示した回路部ＣＩＲＵのトランジスタのゲート電極等が形成される。

【0021】

そして、ゲート層ＧＬＹ上には、複数の層を有する配線層ＭＬＹが設けられる。例えば、遮光部ＭＳは、配線層ＭＬＹの最下層（半導体基板ＳＵＢ側の層）に金属膜等で形成され、フォトダイオードＰＤａ以外の領域（絶縁部ＩＳ等）に対応する位置に配置される。すなわち、フォトダイオードＰＤａ上には、開口部ＡＰが形成される。なお、遮光部ＭＳは、配線層ＭＬＹの最下層以外に形成されてもよいし、配線と兼用されてもよい。例えば、配線は、遮光部ＭＳが設けられる層と別の層に形成されてもよいし、遮光部ＭＳが設けられる層と同じ層に形成されてもよい。

【0022】

配線層ＭＬＹ上には、カラーフィルタとして機能する光学フィルタＯＦＬが配置される。図３では、緑色（Ｇｂ）および青色（Ｂ）のカラーフィルタとしてそれぞれ機能する光学フィルタＯＦＬが交互に配置されている。光学フィルタＯＦＬ上には、平坦層ＰＬＹが形成されている。そして、平坦層ＰＬＹ上にマイクロレンズＭＬＮが配置されている。例えば、撮像用画素ＰＸＩでは、フォトダイオードＰＤａは、マイクロレンズＭＬＮ、光学フィルタＯＦＬ（カラーフィルタ）および開口部ＡＰを通過した光を受ける。

【0023】

図４は、図２に示した焦点検出用画素ＰＸＦのＢ−Ｂ’線に沿う断面を示している。なお、図４では、配線等の記載を省略している。例えば、フォトダイオードＰＤｂは、ｐ型の半導体基板ＳＵＢの受光面側（図４では上側）に形成されたｎ型の半導体領域ＮＡ１を有している。

【0024】

メモリ部ＭＵは、フォトダイオードＰＤｂから転送される電荷を蓄積する蓄積部ＭＥＭと、フォトダイオードＰＤｂの電荷を蓄積部ＭＥＭに転送するメモリ転送部ＭＴＸとを有している。例えば、メモリ転送部ＭＴＸは、ｐ型の半導体基板ＳＵＢに形成されたｎ型の半導体領域ＮＡ２と、ゲート層ＧＬＹに形成されたゲート電極ＧＴの一部（領域ＮＡ２上の部分のゲート電極ＧＴ）とを有している。

【0025】

また、例えば、メモリ転送部ＭＴＸは、領域ＮＡ１、ＮＡ２間に形成されるｐ型の半導体領域ＰＡ１と、ゲート電極ＧＴの一部（領域ＰＡ１上の部分のゲート電極ＧＴ）と有している。すなわち、メモリ転送部ＭＴＸは、蓄積部ＭＥＭとフォトダイオードＰＤｂとの間に形成される。なお、絶縁部ＩＳは、互いに隣接する領域ＮＡ１間と、互いに隣接する領域ＮＡ２間とにそれぞれ形成される。すなわち、領域ＮＡ１、ＰＡ１、ＮＡ２は、絶縁部ＩＳ間に形成される。

【0026】

ここで、例えば、フォトダイオードＰＤｂの領域ＮＡ１、メモリ転送部ＭＴＸの領域ＰＡ１および蓄積部ＭＥＭの領域ＮＡ２の不純物濃度は、互いに異なる。領域ＮＡ１、ＰＡ１、ＮＡ２の不純物濃度は、例えば、後述する図９、図１０に示すポテンシャルの関係を実現するように、それぞれ設定される。例えば、ゲート電極ＧＴの電圧が接地電圧ＧＮＤのときの蓄積部ＭＥＭのポテンシャルがフォトダイオードＰＤｂのポテンシャルとフローティングディフュージョンＦＤのポテンシャルとの間に位置するように、領域ＮＡ１、ＮＡ２の不純物濃度は、それぞれ設定される。なお、領域ＰＡ１の不純物濃度は、半導体基板ＳＵＢの不純物濃度と異なっていてもよいし、半導体基板ＳＵＢの不純物濃度と同じでもよい。

【0027】

半導体基板ＳＵＢ上には、ゲート層ＧＬＹが形成される。上述したように、蓄積部ＭＥＭおよびメモリ転送部ＭＴＸのゲート電極ＧＴは、ゲート層ＧＬＹに形成される。例えば、蓄積部ＭＥＭおよびメモリ転送部ＭＴＸのゲート電極ＧＴは、互いに共通に設けられている。なお、蓄積部ＭＥＭおよびメモリ転送部ＭＴＸのゲート電極ＧＴは、互いに分離して設けられてもよい。また、例えば、ゲート層ＧＬＹには、蓄積部ＭＥＭおよびメモリ転送部ＭＴＸのゲート電極ＧＴとは別に、上述した図２に示した回路部ＣＩＲＵのトランジスタのゲート電極等が形成される。

【0028】

そして、ゲート層ＧＬＹ上には、複数の層を有する配線層ＭＬＹが設けられる。例えば、遮光部ＭＳは、配線層ＭＬＹの最下層（半導体基板ＳＵＢ側の層）に金属膜等で形成され、フォトダイオードＰＤｂ以外の領域（メモリ部ＭＵ、絶縁部ＩＳ等）に対応する位置に配置される。すなわち、フォトダイオードＰＤｂ上には、開口部ＡＰが形成される。このように、焦点検出用画素ＰＸＦは、メモリ部ＭＵを遮光する遮光部ＭＳを有している。なお、遮光部ＭＳは、配線層ＭＬＹの最下層以外に形成されてもよいし、配線と兼用されてもよい。例えば、配線は、遮光部ＭＳが設けられる層と別の層に形成されてもよいし、遮光部ＭＳが設けられる層と同じ層に形成されてもよい。

【0029】

配線層ＭＬＹ上には、例えば、青色の波長から赤色の波長までの光を透過する光学フィルタＯＦＬ（ＣＬＲ）が配置される。光学フィルタＯＦＬ上には、平坦層ＰＬＹが形成されている。そして、平坦層ＰＬＹ上にマイクロレンズＭＬＮが配置されている。例えば、焦点検出用画素ＰＸＦでは、フォトダイオードＰＤｂは、マイクロレンズＭＬＮ、光学フィルタＯＦＬ（ＣＬＲ）および開口部ＡＰを通過した光を受ける。また、フォトダイオードＰＤｂで生成された電荷は、例えば、ゲート電極ＧＴを制御することにより、メモリ転送部ＭＴＸを介して蓄積部ＭＥＭに転送される。したがって、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦのフォトダイオードＰＤｂで生成された電荷を蓄積部ＭＥＭに蓄積できる。

【0030】

なお、フォトダイオードＰＤｂ、メモリ転送部ＭＴＸおよび蓄積部ＭＥＭ等の半導体の導電型は、この例に限定されない。

【0031】

図５は、図１に示した制御部ＣＮＴの概要を示している。なお、図５は、ｎ行ｍ列の画素アレイＡＲＹの撮像用画素ＰＸＩおよび焦点検出用画素ＰＸＦの動作を制御する制御部ＣＮＴの概要を示している。例えば、焦点検出用画素ＰＸＦは、４行目の２列目から“ｍ−１”列目に配置されている。

【0032】

制御部ＣＮＴは、例えば、垂直走査回路ＶＳＣおよびタイミングジェネレータＴＧを有している。垂直走査回路ＶＳＣは、制御信号ＲＳＴ、ＴＲ、ＳＥＬを用いて、画素アレイＡＲＹの撮像用画素ＰＸＩを行毎に制御する。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、制御信号ＲＳＴ（１）、ＴＲ（１）、ＳＥＬ（１）を制御し、１行目の撮像用画素ＰＸＩを制御する。また、例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、制御信号ＲＳＴ（４）、ＴＲ（４）、ＳＥＬ（４）を制御し、４行目の１列目およびｍ列目の撮像用画素ＰＸＩを制御する。

【0033】

さらに、垂直走査回路ＶＳＣは、制御信号ＲＳＴ＿ｆ、ＴＲ＿ｆ、ＴＸ＿ｆ、ＳＥＬ＿ｆを用いて、画素アレイＡＲＹの焦点検出用画素ＰＸＦを、撮像用画素ＰＸＩとは独立に制御する。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、制御信号ＲＳＴ＿ｆ（４）、ＴＲ＿ｆ（４）、ＴＸ＿ｆ（４）、ＳＥＬ＿ｆ（４）を制御し、４行目の焦点検出用画素ＰＸＦを制御する。以下、制御信号ＲＳＴ、ＲＳＴ＿ｆをリセット信号ＲＳＴとも称する。また、制御信号ＴＲ、ＴＲ＿ｆを転送信号ＴＲとも称する。制御信号ＳＥＬ、ＳＥＬ＿ｆを選択信号ＳＥＬとも称する。さらに、制御信号ＴＸ＿ｆをメモリ転送信号ＴＸ＿ｆとも称する。

【0034】

タイミングジェネレータＴＧは、例えば、垂直走査回路ＶＳＣに駆動クロック等を供給し、垂直走査回路ＶＳＣの制御信号ＲＳＴ、ＴＲ、ＳＥＬ、ＲＳＴ＿ｆ、ＴＲ＿ｆ、ＴＸ＿ｆ、ＳＥＬ＿ｆの出力タイミングを制御する。なお、タイミングジェネレータＴＧは、撮像装置ＩＭＵとは別に設けられてもよい。すなわち、撮像装置ＩＭＵは、図５の構成からタイミングジェネレータＴＧが省かれた構成でもよい。

【0035】

ここで、画素アレイＡＲＹは、各画素（撮像用画素ＰＸＩおよび焦点検出用画素ＰＸＦ）の出力信号ＯＵＴを出力するための垂直信号線ＶＬを有している。例えば、列方向（図の縦方向）に配置された複数の画素（撮像用画素ＰＸＩおよび焦点検出用画素ＰＸＦ）は、列毎に設けられた垂直信号線ＶＬに接続されている。また、各垂直信号線ＶＬには、各画素からの出力信号ＯＵＴを読み出すために、後述する図６、図７に示す定電流源ＣＳが接続されている。

【0036】

図６は、図１に示した撮像用画素ＰＸＩの構成の一例を示している。撮像用画素ＰＸＩは、フォトダイオードＰＤａおよび回路部ＣＩＲＵを有している。回路部ＣＩＲＵは、例えば、転送トランジスタＭＴＲ、増幅トランジスタＭＡＭ、画素選択トランジスタＭＳＥ、リセットトランジスタＭＲＳおよびフローティングディフュージョンＦＤ（フローティングディフュージョン領域）を有している。例えば、回路部ＣＩＲＵ内に形成されるトランジスタＭＴＲ、ＭＡＭ、ＭＳＥ、ＭＲＳは、全てｎＭＯＳトランジスタである。

【0037】

フォトダイオードＰＤａは、アノードが接地され、カソードが転送トランジスタＭＴＲのソースに接続されている。転送トランジスタＭＴＲは、ゲートに印加される転送信号ＴＲが高レベルの期間にオンし、フォトダイオードＰＤａに蓄積されている信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。

【0038】

フローティングディフュージョンＦＤは、フォトダイオードＰＤａから転送される電荷を蓄積する寄生容量が形成される領域（トランジスタＭＴＲのドレイン領域、トランジスタＭＴＲ、ＭＡＭ間の配線領域、トランジスタＭＡＭのゲート領域、リセットトランジスタＭＲＳのソース領域等）である。したがって、フォトダイオードＰＤａから転送された信号電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される。

【0039】

増幅トランジスタＭＡＭは、ソースが画素選択トランジスタＭＳＥのドレインに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続され、ゲートが転送トランジスタＭＴＲのドレインに接続されている。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷に応じた電圧は、増幅トランジスタＭＡＭのゲートに入力される。そして、増幅トランジスタＭＡＭは、例えば、ゲートの電圧から増幅トランジスタＭＡＭの閾値電圧分降下した電圧を、ソースから出力する。このように、増幅トランジスタＭＡＭは、フローティングディフュージョンＦＤに転送された信号電荷に応じた信号を生成する。

【0040】

画素選択トランジスタＭＳＥは、ゲートに印加される選択信号ＳＥＬが高レベルの期間にオンし、ソースに接続された垂直信号線ＶＬと増幅トランジスタＭＡＭのソースとの間を導通させる。したがって、画素選択トランジスタＭＳＥがオンの期間では、増幅トランジスタＭＡＭと、画素選択トランジスタＭＳＥと、垂直信号線ＶＬに接続された定電流源ＣＳとにより、ソースフォロア回路が構成される。これにより、画素選択トランジスタＭＳＥにより選択された撮像用画素ＰＸＩの信号が、垂直信号線ＶＬに出力される。

【0041】

リセットトランジスタＭＲＳは、ソースが増幅トランジスタＭＡＭのゲートに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続されている。例えば、リセットトランジスタＭＲＳは、ゲートに印加されるリセット信号ＲＳＴが高レベルの期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤの電荷をリセットする。

【0042】

図７は、図１に示した焦点検出用画素ＰＸＦの構成の一例を示している。焦点検出用画素ＰＸＦは、フォトダイオードＰＤｂ、メモリ部ＭＵおよび回路部ＣＩＲＵを有している。焦点検出用画素ＰＸＦの回路部ＣＩＲＵの構成は、制御信号および転送トランジスタＭＴＲのソースの接続先を除いて、撮像用画素ＰＸＩの回路部ＣＩＲＵの構成と同じである。このため、回路部ＣＩＲＵについては、詳細な説明を省略する。例えば、制御信号ＲＳＴ＿ｆ、ＴＲ＿ｆ、ＳＥＬ＿ｆは、図６に示した制御信号ＲＳＴ、ＴＲ、ＳＥＬにそれぞれ対応している。

【0043】

フォトダイオードＰＤｂは、アノードが接地され、カソードがメモリ転送部ＭＴＸに接続されている。メモリ部ＭＵは、メモリ転送部ＭＴＸおよび蓄積部ＭＥＭを有している。例えば、メモリ転送部ＭＴＸは、ｎＭＯＳトランジスタであり、ドレインが蓄積部ＭＥＭに接続され、ソースがフォトダイオードＰＤｂのカソードに接続され、ゲートでメモリ転送信号ＴＸ＿ｆを受ける。以下、メモリ転送部ＭＴＸをメモリ転送トランジスタＭＴＸとも称する。例えば、メモリ転送トランジスタＭＴＸは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆが高レベルの期間にオンし、フォトダイオードＰＤｂにより生成された信号電荷を蓄積部ＭＥＭに転送する。

【0044】

蓄積部ＭＥＭは、例えば、ＭＯＳ構造で形成され、ゲート電極の下に形成されるポテンシャル井戸に電荷を蓄積する。例えば、蓄積部ＭＥＭは、フォトダイオードＰＤｂに蓄積される電荷の量より多い量の電荷を蓄積できるポテンシャル井戸を有している。なお、蓄積部ＭＥＭのゲート電極（ポテンシャル井戸上のゲート電極）は、例えば、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆにより制御される。

【0045】

この実施形態では、蓄積部ＭＥＭのゲート電極とメモリ転送トランジスタＭＴＸのゲートとが共通のメモリ転送信号ＴＸ＿ｆにより制御されるため、メモリ部ＭＵの動作の制御を簡易にできる。なお、例えば、蓄積部ＭＥＭのゲート電極とメモリ転送トランジスタＭＴＸのゲートとが互いに分離された構成では、蓄積部ＭＥＭのゲート電極は、メモリ転送トランジスタＭＴＸのゲートと異なる制御信号で制御されてもよい。

【0046】

転送トランジスタＭＴＲは、ドレインが増幅トランジスタＭＡＭのゲートに接続され、ソースが蓄積部ＭＥＭに接続され、ゲートで転送信号ＴＲ＿ｆを受ける。例えば、転送トランジスタＭＴＲは、転送信号ＴＲ＿ｆが高レベルの期間にオンし、フォトダイオードＰＤｂにより生成された信号電荷を、メモリ部ＭＵを介してフローティングディフュージョンＦＤに転送する。あるいは、例えば、転送信号ＴＲ＿ｆが高レベルの期間に、転送トランジスタＭＴＲは、蓄積部ＭＥＭに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。

【0047】

増幅トランジスタＭＡＭは、ソースが画素選択トランジスタＭＳＥのドレインに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続され、ゲートが転送トランジスタＭＴＲのドレインに接続されている。画素選択トランジスタＭＳＥは、ゲートに印加される選択信号ＳＥＬ＿ｆが高レベルの期間にオンし、垂直信号線ＶＬと増幅トランジスタＭＡＭのソースとの間を導通させる。これにより、画素選択トランジスタＭＳＥにより選択された焦点検出用画素ＰＸＦの信号が、垂直信号線ＶＬに出力される。

【0048】

リセットトランジスタＭＲＳは、ソースが増幅トランジスタＭＡＭのゲートに接続され、ドレインが電源ＶＤＤに接続されている。例えば、リセットトランジスタＭＲＳは、ゲートに印加されるリセット信号ＲＳＴ＿ｆが高レベルの期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤの電荷をリセットする。

【0049】

図８は、図６に示した撮像用画素ＰＸＩの動作の一例を示している。図中の符号ｐは、ポテンシャル（電位）を示している。なお、図中の破線は、トランジスタの状態（オン・オフ）が切り替わる前のポテンシャルを示している。

【0050】

リセット期間ＲＥＳａでは、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、高レベルに維持され、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、オン（ＯＮ）状態に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤａおよびフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷は、電源ＶＤＤに排出される。

【0051】

露光期間ＥＸＰａでは、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、低レベルに維持され、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、オフ（ＯＦＦ）状態に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤａは、入射光に応じて電荷を生成し、生成した電荷を蓄積する。

【0052】

転送期間ＴＲＡａでは、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、それぞれ高レベルおよび低レベルに維持される。したがって、転送期間ＴＲＡａでは、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、それぞれオン状態およびオフ状態に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤａに蓄積された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。なお、リセットトランジスタＭＲＳがオフ状態であるため、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、電源ＶＤＤに排出されない。

【0053】

読み出し期間ＲＥＡａでは、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、低レベルに維持され、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳはオフ状態に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤａからフローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される。さらに、読み出し期間ＲＥＡａでは、選択信号ＳＥＬが高レベルに維持され、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された信号電荷に応じた電圧が垂直信号線ＶＬに出力される。

【0054】

図９は、図７に示した焦点検出用画素ＰＸＦの動作の一例を示している。なお、図９は、蓄積部ＭＥＭに電荷を蓄積しないときの焦点検出用画素ＰＸＦの動作の一例を示している。図中の破線の意味は、上述した図８と同じである。

【0055】

リセット期間ＲＥＳｂでは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、高レベルに一定期間維持される（リセット期間ＲＥＳｂのうちの左側の図）。これにより、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳはオン（ＯＮ）状態に一定期間維持される。高レベルのメモリ転送信号ＴＸ＿ｆが蓄積部ＭＥＭのゲート電極ＧＴに印加されているため、蓄積部ＭＥＭのポテンシャルは、フォトダイオードＰＤｂのポテンシャルより電源ＶＤＤ側に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷は、少なくとも蓄積部ＭＥＭに移動する。

【0056】

メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴが高レベルに一定期間維持された後、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆは、高レベルから低レベルに変化する。そして、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、それぞれ低レベル、高レベルおよび高レベルに維持される（リセット期間ＲＥＳｂのうちの右側の図）。これにより、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、それぞれオフ（ＯＦＦ）状態、オン状態およびオン状態に維持される。

【0057】

低レベルのメモリ転送信号ＴＸ＿ｆが蓄積部ＭＥＭのゲート電極ＧＴに印加されているため、蓄積部ＭＥＭのポテンシャルは、フローティングディフュージョンＦＤのポテンシャルより接地電圧ＧＮＤ側に維持される。これにより、蓄積部ＭＥＭおよびフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷は、電源ＶＤＤに排出される。この結果、リセット期間ＲＥＳｂでは、フォトダイオードＰＤｂ、蓄積部ＭＥＭおよびフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷は、電源ＶＤＤに排出される。

【0058】

露光期間ＥＸＰｂでは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、低レベルに維持され、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳはオフ状態に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤｂは、入射光に応じて電荷を生成し、生成した電荷を蓄積する。

【0059】

転送期間ＴＲＡｂでは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、それぞれ高レベル、高レベルおよび低レベルに一定期間維持される（転送期間ＴＲＡｂのうちの左側の図）。これにより、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、それぞれオン状態、オン状態およびオフ状態に一定期間維持される。高レベルのメモリ転送信号ＴＸ＿ｆが蓄積部ＭＥＭのゲート電極ＧＴに印加されているため、蓄積部ＭＥＭのポテンシャルは、フォトダイオードＰＤｂのポテンシャルより電源ＶＤＤ側に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷は、蓄積部ＭＥＭに移動する。

【0060】

メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴがそれぞれ高レベル、高レベルおよび低レベルに一定期間維持された後、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆは、高レベルから低レベルに変化する。そして、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、それぞれ低レベル、高レベルおよび低レベルに維持される（転送期間ＴＲＡｂのうちの右側の図）。これにより、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、それぞれオフ状態、オン状態およびオフ状態に維持される。

【0061】

低レベルのメモリ転送信号ＴＸ＿ｆが蓄積部ＭＥＭのゲート電極ＧＴに印加されているため、蓄積部ＭＥＭのポテンシャルは、フローティングディフュージョンＦＤのポテンシャルより接地電圧ＧＮＤ側に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤｂから蓄積部ＭＥＭに転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに移動する。この結果、転送期間ＴＲＡｂでは、フォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。なお、リセットトランジスタＭＲＳがオフ状態であるため、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、電源ＶＤＤに排出されない。

【0062】

読み出し期間ＲＥＡｂでは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、低レベルに維持され、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、オフ状態に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤｂからフローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される。さらに、読み出し期間ＲＥＡｂでは、選択信号ＳＥＬが高レベルに維持され、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された信号電荷に応じた電圧が垂直信号線ＶＬに出力される。

【0063】

図１０は、図７に示した焦点検出用画素ＰＸＦの動作の別の例を示している。なお、図１０は、蓄積部ＭＥＭに電荷を蓄積するときの焦点検出用画素ＰＸＦの動作の一例を示している。図中の破線の意味は、上述した図８と同じである。また、図１０に示した焦点検出用画素ＰＸＦの動作では、露光期間ＥＸＰｂの後にメモリ転送期間ＭＥＴＲの動作が実施され、図９示した転送期間ＴＲＡｂの動作の代わりに転送期間ＴＲＡｃの動作が実施される。その他の動作は、図９に示した焦点検出用画素ＰＸＦの動作と同じである。このため、メモリ転送期間ＭＥＴＲおよび転送期間ＴＲＡｃについて説明する。

【0064】

メモリ転送期間ＭＥＴＲでは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、それぞれ高レベル、低レベルおよび低レベルに一定期間維持される（メモリ転送期間ＭＥＴＲのうちの左側の図）。これにより、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、それぞれオン状態、オフ状態およびオフ状態に一定期間維持される。

【0065】

高レベルのメモリ転送信号ＴＸ＿ｆが蓄積部ＭＥＭのゲート電極ＧＴに印加されているため、蓄積部ＭＥＭのポテンシャルは、フォトダイオードＰＤｂのポテンシャルより電源ＶＤＤ側に維持される。これにより、フォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷は、蓄積部ＭＥＭに移動する。なお、転送トランジスタＭＴＲがオフ状態であるため、蓄積部ＭＥＭに転送された電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに移動しない。

【0066】

メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴがそれぞれ高レベル、低レベルおよび低レベルに一定期間維持された後、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆは、高レベルから低レベルに変化する。そして、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、低レベルに維持される（メモリ転送期間ＭＥＴＲのうちの右側の図）。これにより、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、オフ状態に維持される。この結果、蓄積部ＭＥＭに電荷が蓄積される。このように、メモリ転送期間ＭＥＴＲでは、露光期間ＥＸＰｂにフォトダイオードＰＤｂで生成された電荷が蓄積部ＭＥＭに蓄積される。以下、メモリ転送期間ＭＥＴＲのうち、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴが低レベルに維持される期間（メモリ転送期間ＭＥＴＲのうちの右側の図）を、電荷保持期間とも称する。

【0067】

転送期間ＴＲＡｃでは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、それぞれ低レベル、高レベルおよび低レベルに維持される。したがって、転送期間ＴＲＡｃでは、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、それぞれオフ状態、オン状態およびオフ状態に維持される。これにより、蓄積部ＭＥＭに蓄積された電荷（露光期間ＥＸＰｂにフォトダイオードＰＤｂで生成された電荷）は、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。なお、リセットトランジスタＭＲＳがオフ状態であるため、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、電源ＶＤＤに排出されない。

【0068】

図１１は、図５に示した画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。なお、図１１は、焦点検出用画素ＰＸＦの露光期間ＥＸＰｂが撮像用画素ＰＸＩの露光期間ＥＸＰａと同じときの画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。すなわち、図１１は、蓄積部ＭＥＭに電荷を蓄積しないときの画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。図中の星印は、焦点検出用画素ＰＸＦを含む行を示している。例えば、焦点検出用画素ＰＸＦは、４行目（Ｌ４）に配置されている。したがって、４行目（Ｌ４）では、上側に撮像用画素ＰＸＩの動作を示し、下側に焦点検出用画素ＰＸＦの動作を示している。

【0069】

垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、リセット期間ＲＥＳａ、露光期間ＥＸＰａ、転送期間ＴＲＡａ、読み出し期間ＲＥＡａの順に実施される一連の動作（上述した図８に示した動作）を、撮像用画素ＰＸＩに対して行毎に順次実施する。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、先ず、１行目（Ｌ１）の撮像用画素ＰＸＩに対して、リセット期間ＲＥＳａ、露光期間ＥＸＰａ、転送期間ＴＲＡａ、読み出し期間ＲＥＡａの順にそれぞれの動作を実施する。これにより、読み出し期間ＲＥＡａでは、１行目（Ｌ１）の各列の撮像用画素ＰＸＩの出力信号ＯＵＴ（ＯＵＴ（１）、ＯＵＴ（２）、・・・、ＯＵＴ（ｍ））が出力される。

【0070】

そして、垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、１行目（Ｌ１）のリセット期間ＲＥＳａが終了した後に、２行目（Ｌ２）の撮像用画素ＰＸＩに対して、リセット期間ＲＥＳａ、露光期間ＥＸＰａ、転送期間ＴＲＡａ、読み出し期間ＲＥＡａの順にそれぞれの動作を実施する。例えば、１行目（Ｌ１）の読み出し期間ＲＥＡａが終了した後に２行目（Ｌ２）の転送期間ＴＲＡａが開始されるように、２行目（Ｌ２）のリセット期間ＲＥＳａは、開始される。ここで、例えば、１行目（Ｌ１）のリセット期間ＲＥＳａの開始から最終行（Ｌｎ）の読み出し期間ＲＥＡａの終了までが、１フレームＦＲＭである。

【0071】

さらに、垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、リセット期間ＲＥＳｂ、露光期間ＥＸＰｂ、転送期間ＴＲＡｂ、読み出し期間ＲＥＡｂの順に実施される一連の動作（上述した図９に示した動作）を、焦点検出用画素ＰＸＦに対して実施する。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩの動作に合わせて、リセット期間ＲＥＳｂ、露光期間ＥＸＰｂ、転送期間ＴＲＡｂ、読み出し期間ＲＥＡｂのそれぞれの動作を、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦに対して実施する。

【0072】

このように、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの蓄積部ＭＥＭに電荷を蓄積しないとき、焦点検出用画素ＰＸＦの動作を撮像用画素ＰＸＩの動作に合わせて実施できるため、画素アレイＡＲＹからの信号の読み出し動作を簡易にできる。なお、垂直走査回路ＶＳＣは、図１６に示すように、転送期間ＴＲＡａ、ＴＲＡｂの前（露光期間ＥＸＰａ、ＥＸＰｂ）に選択信号ＳＥＬを高レベルにし、相関二重サンプリングのためのノイズ信号を読み出してもよい。ここで、ノイズ信号は、例えば、画素ＰＸＩ、ＰＸＦのリセットノイズ成分等を含む固定ノイズ成分を示す信号である。

【0073】

また、ノイズ信号等を読み出さない場合、各行の転送期間ＴＲＡ（ＴＲＡａ、ＴＲＡｂ）は、前の行の読み出し期間ＲＥＡ（ＲＥＡａ、ＲＥＡｂ）が終了する前に、開始されてもよい。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、各行の読み出し期間ＲＥＡの開始が前の行の読み出し期間ＲＥＡの終了とほぼ同じタイミングになるように、転送期間ＴＲＡを開始してもよい。

【0074】

図１２は、図５に示した画素アレイＡＲＹの動作の別の例を示している。なお、図１２は、焦点検出用画素ＰＸＦの露光期間ＥＸＰｂが撮像用画素ＰＸＩの露光期間ＥＸＰａより短いときの画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。すなわち、図１２は、蓄積部ＭＥＭに電荷を蓄積するときの画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。図中の星印の意味は上述した図１１と同じである。また、撮像用画素ＰＸＩの動作は、図１１と同じである。このため、焦点検出用画素ＰＸＦの動作について説明する。

【0075】

垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、リセット期間ＲＥＳｂ、露光期間ＥＸＰｂ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ、転送期間ＴＲＡｃ、読み出し期間ＲＥＡｂの順に実施される一連の動作（上述した図１０に示した動作）を、焦点検出用画素ＰＸＦに対して実施する。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦに対して、リセット期間ＲＥＳｂ、露光期間ＥＸＰｂ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ、転送期間ＴＲＡｃ、読み出し期間ＲＥＡｂの順にそれぞれの動作を実施する。

【0076】

例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａと４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃとが互いに同じタイミングになるように、メモリ転送期間ＭＥＴＲの電荷保持期間を調整する。なお、焦点検出用画素ＰＸＦのリセット期間ＲＥＳｂの動作は、撮像用画素ＰＸＩのリセット期間ＲＥＳａに合わせて実施されてもよい。このときにも、垂直走査回路ＶＳＣは、メモリ転送期間ＭＥＴＲの電荷保持期間を調整することにより、焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃを撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａに合わせることができる。このように、垂直走査回路ＶＳＣは、蓄積部ＭＥＭに電荷を蓄積することにより、焦点検出用画素ＰＸＦの露光時間（露光期間ＥＸＰｂ）と撮像用画素ＰＸＩの露光時間（露光期間ＥＸＰａ）とをそれぞれ独立に制御する。これにより、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光を、１フレームＦＲＭ内の任意のタイミングで任意の時間実施できる。

【0077】

したがって、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光期間ＥＸＰｂが撮像用画素ＰＸＩの露光期間ＥＸＰａと異なるときにも、焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃを撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａに合わせることができる。これにより、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光期間ＥＸＰｂが撮像用画素ＰＸＩの露光期間ＥＸＰａと異なるときにも、焦点検出用画素ＰＸＦの読み出し期間ＲＥＡｂを撮像用画素ＰＸＩの読み出し期間ＲＥＡａに合わせることができる。この結果、この実施形態では、画素アレイＡＲＹからの信号の読み出し動作を簡易にできる。

【0078】

なお、垂直走査回路ＶＳＣは、図１７に示すように、転送期間ＴＲＡａ、ＴＲＡｃの前（露光期間ＥＸＰａ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ）に選択信号ＳＥＬを高レベルにし、相関二重サンプリングのためのノイズ信号を読み出してもよい。この実施形態では、フローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送するタイミングが撮像用画素ＰＸＩと焦点検出用画素ＰＸＦとで互いに同じであるため、簡易にノイズ信号を読み出すことができる。

【0079】

また、ノイズ信号等を読み出さない場合、各行の転送期間ＴＲＡ（ＴＲＡａ、ＴＲＡｃ）は、前の行の読み出し期間ＲＥＡ（ＲＥＡａ、ＲＥＡｂ）が終了する前に、開始されてもよい。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、各行の読み出し期間ＲＥＡの開始が前の行の読み出し期間ＲＥＡの終了とほぼ同じタイミングになるように、転送期間ＴＲＡを開始してもよい。

【0080】

図１３は、複数の行に焦点検出用画素ＰＸＦが配置された画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。なお、図１３は、４行目（Ｌ４）および７行目（Ｌ７）に焦点検出用画素ＰＸＦが配置された画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。図中の星印の意味は上述した図１１と同じである。また、撮像用画素ＰＸＩの動作は、図１１と同じである。このため、焦点検出用画素ＰＸＦの動作について説明する。なお、例えば、焦点検出用画素ＰＸＦの露光期間ＥＸＰｂは、撮像用画素ＰＸＩの露光期間ＥＸＰａより短い。

【0081】

垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、リセット期間ＲＥＳｂ、露光期間ＥＸＰｂ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ、転送期間ＴＲＡｃ、読み出し期間ＲＥＡｂの順に実施される一連の動作（上述した図１０に示した動作）を、４行目（Ｌ４）および７行目（Ｌ７）の焦点検出用画素ＰＸＦに対して実施する。

【0082】

例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａと４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃとが互いに同じタイミングになるように、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦのメモリ転送期間ＭＥＴＲの電荷保持期間を調整する。さらに、垂直走査回路ＶＳＣは、４行目（Ｌ４）および７行目（Ｌ７）の焦点検出用画素ＰＸＦのそれぞれの露光期間ＥＸＰｂが互いに同じタイミングになるように、７行目（Ｌ７）の焦点検出用画素ＰＸＦに対して、リセット期間ＲＥＳｂの動作を開始する。そして、垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、７行目（Ｌ７）の撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａと７行目（Ｌ７）の焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃとが互いに同じタイミングになるように、７行目（Ｌ７）の焦点検出用画素ＰＸＦのメモリ転送期間ＭＥＴＲの電荷保持期間を調整する。

【0083】

このように、垂直走査回路ＶＳＣは、蓄積部ＭＥＭに電荷を蓄積することにより、互いに異なる行に配置された焦点検出用画素ＰＸＦの露光タイミングが互いに同じになるように、各行の焦点検出用画素ＰＸＦの動作を制御する。すなわち、焦点検出用画素ＰＸＦが複数の行に配置されたときにも、垂直走査回路ＶＳＣは、複数の焦点検出用画素ＰＸＦの露光タイミングが互いに同じになるように、複数の焦点検出用画素ＰＸＦの動作を制御する。

【0084】

これにより、この実施形態では、焦点検出時の露光を互いに異なる行に配置された焦点検出用画素ＰＸＦで同時に実施できる。この結果、この実施形態では、焦点検出精度を向上できる。さらに、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦが複数の行に配置されたときにも、焦点検出用画素ＰＸＦの読み出し期間ＲＥＡｂを撮像用画素ＰＸＩの読み出し期間ＲＥＡａに簡易に合わせることができるため、画素アレイＡＲＹからの信号の読み出し動作を簡易にできる。

【0085】

なお、垂直走査回路ＶＳＣは、焦点検出用画素ＰＸＦが複数の行に配置されたときにも、図１７に示すように、転送期間ＴＲＡａ、ＴＲＡｃの前（露光期間ＥＸＰａ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ）に選択信号ＳＥＬを高レベルにし、相関二重サンプリングのためのノイズ信号を読み出してもよい。この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦが複数の行に配置されたときにも、互いに同じ行に配置された焦点検出用画素ＰＸＦおよび撮像用画素ＰＸＩのそれぞれの転送期間ＴＲＡｃ、ＴＲＡａを互いに合わせることができる。したがって、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦが複数の行に配置されたときにも、簡易にノイズ信号を読み出すことができる。

【0086】

また、ノイズ信号等を読み出さない場合、各行の転送期間ＴＲＡ（ＴＲＡａ、ＴＲＡｃ）は、前の行の読み出し期間ＲＥＡ（ＲＥＡａ、ＲＥＡｂ）が終了する前に、開始されてもよい。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、各行の読み出し期間ＲＥＡの開始が前の行の読み出し期間ＲＥＡの終了とほぼ同じタイミングになるように、転送期間ＴＲＡを開始してもよい。

【0087】

図１４は、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が１フレームＦＲＭ中に複数回実施されるときの画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。図中の星印の意味は上述した図１１と同じである。また、撮像用画素ＰＸＩの動作は、図１１と同じである。このため、焦点検出用画素ＰＸＦの動作について説明する。なお、例えば、焦点検出用画素ＰＸＦの露光期間ＥＸＰｂは、撮像用画素ＰＸＩの露光期間ＥＸＰａより短い。

【0088】

垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦに対して、リセット期間ＲＥＳｂ、露光期間ＥＸＰｂ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ、転送期間ＴＲＡｃ、読み出し期間ＲＥＡｂ、露光期間ＥＸＰｂ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ、転送期間ＴＲＡｃ、読み出し期間ＲＥＡｂの順にそれぞれの動作を実施する。なお、１フレームＦＲＭ中に実施される焦点検出用画素ＰＸＦの露光の回数は、２回に限定されない。この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの独立露光および独立読み出しが可能であるため、焦点検出用画素ＰＸＦの任意時間の露光を、１フレームＦＲＭ内で複数回実施できる。

【0089】

例えば、図１４の動作では、焦点検出用画素ＰＸＦの信号（焦点検出に用いられる信号）は、１フレームＦＲＭ中に複数回出力される。したがって、この実施形態では、１フレームＦＲＭ中に複数回の焦点検出を実施でき、高速な焦点検出を実現できる。なお、垂直走査回路ＶＳＣは、１回目のメモリ転送期間ＭＥＴＲおよび転送期間ＴＲＡｃの動作を実施する代わりに、転送期間ＴＲＡｂの動作を実施してもよい。また、垂直走査回路ＶＳＣは、上述した図９に示した動作と上述した図１０に示した動作とを１フレームＦＲＭ中に順に実施してもよい。あるいは、垂直走査回路ＶＳＣは、上述した図９や図１０に示した動作を１フレームＦＲＭ中に複数回繰り返し実施してもよい。

【0090】

ここで、例えば、焦点検出用画素ＰＸＦのフォトダイオードＰＤｂに蓄積される電荷の量より多い量の電荷を十分に蓄積できるポテンシャル井戸を焦点検出用画素ＰＸＦの蓄積部ＭＥＭが有しているとき、１回目の転送期間ＴＲＡｃおよび読み出し期間ＲＥＡｂの動作は、省かれてもよい。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦに対して、リセット期間ＲＥＳｂ、露光期間ＥＸＰｂ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ、露光期間ＥＸＰｂ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ、転送期間ＴＲＡｃ、読み出し期間ＲＥＡｂの順にそれぞれの動作を実施してもよい。この場合、フォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷が溢れる前に、フォトダイオードＰＤｂの電荷を蓄積部ＭＥＭに転送できる。この結果、この実施形態では、フォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷が溢れることを防止でき、焦点検出精度を向上できる。例えば、この実施形態では、高輝度の被写体の焦点検出および高照度の環境下での焦点検出を精度よく実施できる。

【0091】

また、垂直走査回路ＶＳＣは、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａと４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃとが互いに同じタイミングになるように、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦの２回目のメモリ転送期間ＭＥＴＲの電荷保持期間を調整する。これにより、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が１フレームＦＲＭ中に複数回実施されるときにも、画素アレイＡＲＹからの信号の読み出し動作を簡易にできる。

【0092】

また、垂直走査回路ＶＳＣは、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が１フレームＦＲＭ中に複数回実施されるときにも、図１７に示すように、転送期間ＴＲＡａ、ＴＲＡｃの前（露光期間ＥＸＰａ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ）に選択信号ＳＥＬを高レベルにし、相関二重サンプリングのためのノイズ信号を読み出してもよい。この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が１フレームＦＲＭ中に複数回実施されるときにも、焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃを撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａに合わせることができる。したがって、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が１フレームＦＲＭ中に複数回実施されるときにも、簡易にノイズ信号を読み出すことができる。

【0093】

なお、ノイズ信号等を読み出さない場合、各行の転送期間ＴＲＡ（ＴＲＡａ、ＴＲＡｃ）は、前の行の読み出し期間ＲＥＡ（ＲＥＡａ、ＲＥＡｂ）が終了する前に、開始されてもよい。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、各行の読み出し期間ＲＥＡの開始が前の行の読み出し期間ＲＥＡの終了とほぼ同じタイミングになるように、転送期間ＴＲＡを開始してもよい。

【0094】

図１５は、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が複数フレームＦＲＭをまたいで実施されるときの画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。図中の星印の意味は上述した図１１と同じである。また、撮像用画素ＰＸＩの動作は、図１１と同じである。このため、焦点検出用画素ＰＸＦの動作について説明する。なお、例えば、焦点検出用画素ＰＸＦの露光期間ＥＸＰｂは、撮像用画素ＰＸＩの露光期間ＥＸＰａより長い。

【0095】

フレームＦＲＭ（１）の期間では、垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩに対して露光期間ＥＸＰａの動作を実施しているときに、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦに対して、リセット期間ＲＥＳｂ、露光期間ＥＸＰｂの順にそれぞれの動作を実施する。なお、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦの露光期間ＥＸＰｂの動作は、フレームＦＲＭ（２）の途中まで継続される。

【0096】

例えば、フレームＦＲＭ（１）の最後の読み出し期間ＲＥＡａの動作が最終行（Ｌｎ）の撮像用画素ＰＸＩに対して実施された後に、フレームＦＲＭ（２）の最初のリセット期間ＲＥＳａの動作が、１行目（Ｌ１）の撮像用画素ＰＸＩに対して実施される。すなわち、垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、最終行（Ｌｎ）の読み出し期間ＲＥＡａの後に、１行目（Ｌ１）の撮像用画素ＰＸＩに対して、リセット期間ＲＥＳａ、露光期間ＥＸＰａ、転送期間ＴＲＡａ、読み出し期間ＲＥＡａの順にそれぞれの動作を実施する。

【0097】

フレームＦＲＭ（２）の期間では、垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩに対して露光期間ＥＸＰａの動作を実施しているときに、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦに対する露光期間ＥＸＰｂの動作を終了する。すなわち、垂直走査回路ＶＳＣは、例えば、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩの動作を制御しているときに、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦに対して、メモリ転送期間ＭＥＴＲ、転送期間ＴＲＡｃ、読み出し期間ＲＥＡｂの順にそれぞれの動作を実施する。

【0098】

この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの独立露光および独立読み出しが可能であるため、焦点検出用画素ＰＸＦの任意時間の露光を、複数フレームＦＲＭにまたいで実施できる。このように、この実施形態では、複数フレームＦＲＭをまたいで焦点検出用画素ＰＸＦの露光を実施することにより、撮像用画素ＰＸＩの露光時間に拘わらず、長時間の露光を焦点検出用画素ＰＸＦに対して実施できる。これにより、この実施形態では、低輝度の被写体の焦点検出および低照度の環境下での焦点検出を精度よく実施できる。

【0099】

また、フレームＦＲＭ（２）の期間では、垂直走査回路ＶＳＣは、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａと４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃとが互いに同じタイミングになるように、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦのメモリ転送期間ＭＥＴＲの電荷保持期間を調整する。これにより、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が複数フレームＦＲＭをまたいで実施されるときにも、画素アレイＡＲＹからの信号の読み出し動作を簡易にできる。なお、焦点検出用画素ＰＸＦの露光は、３フレームＦＲＭ以上またいで実施されてもよい。

【0100】

また、垂直走査回路ＶＳＣは、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が複数フレームＦＲＭをまたいで実施されるときにも、図１７に示すように、転送期間ＴＲＡａ、ＴＲＡｃの前（露光期間ＥＸＰａ、メモリ転送期間ＭＥＴＲ）に選択信号ＳＥＬを高レベルにし、相関二重サンプリングのためのノイズ信号を読み出してもよい。この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が複数フレームＦＲＭをまたいで実施されるときにも、焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃを撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａに合わせることができる。したがって、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光が複数フレームＦＲＭをまたいで実施されるときにも、簡易にノイズ信号を読み出すことができる。

【0101】

なお、ノイズ信号等を読み出さない場合、各行の転送期間ＴＲＡ（ＴＲＡａ、ＴＲＡｃ）は、前の行の読み出し期間ＲＥＡ（ＲＥＡａ、ＲＥＡｂ）が終了する前に、開始されてもよい。例えば、垂直走査回路ＶＳＣは、各行の読み出し期間ＲＥＡの開始が前の行の読み出し期間ＲＥＡの終了とほぼ同じタイミングになるように、転送期間ＴＲＡを開始してもよい。

【0102】

図１６は、相関二重サンプリングが実施されるときの画素アレイＡＲＹの動作の一例を示している。図中の三角形は、焦点検出用画素ＰＸＦを含む行（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩの動作を示している。また、星印は、焦点検出用画素ＰＸＦを含む行（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦの動作を示している。図１６の動作は、転送期間ＴＲＡ（ＴＲＡａ、ＴＲＡｂ）の前にフローティングディフュージョンＦＤをリセットしている点が図１１の動作と相違する。

【0103】

例えば、４行目（Ｌ４）の撮像用画素ＰＸＩおよび焦点検出用画素ＰＸＦでは、３行目（Ｌ３）の撮像用画素ＰＸＩの読み出し期間ＲＥＡａが終了したとき、選択信号ＳＥＬ（４）、ＳＥＬ＿ｆ（４）が低レベルから高レベルに変化する（図１６（ａ）、（ｂ））。そして、リセット信号ＲＳＴ（４）、ＲＳＴ＿ｆ（４）が高レベルに一定期間Ｔ１０維持される。これにより、リセットトランジスタＭＲＳがオンし、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされる。なお、選択信号ＳＥＬ（４）、ＳＥＬ＿ｆ（４）が高レベルに維持されているため、リセットされたフローティングディフュージョンＦＤのポテンシャルに応じた電圧（ノイズ信号）が、垂直信号線ＶＬに出力される。

【0104】

垂直信号線ＶＬに出力されたノイズ信号は、例えば、期間Ｔ２０に読み出される。なお、ノイズ信号は、リセット信号ＲＳＴ、ＲＳＴ＿ｆが高レベルの期間に読み出されてもよい。ノイズ信号が読み出された後、転送期間ＴＲＡ（ＴＲＡａ、ＴＲＡｂ）に、フォトダイオードＰＤ（ＰＤａ、ＰＤｂ）に蓄積された電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。なお、転送期間ＴＲＡでは、リセットトランジスタＭＲＳがオフ状態であるため、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、電源ＶＤＤに排出されない。

【0105】

例えば、撮像用画素ＰＸＩでは、ノイズ信号が読み出された後、転送信号ＴＲ（４）が高レベルに一定期間維持される。これにより、転送トランジスタＭＴＲがオンし、フォトダイオードＰＤａに蓄積された電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。なお、転送トランジスタＭＴＲがオンしているときにも、フォトダイオードＰＤａは露光されている。すなわち、フォトダイオードＰＤａは、転送信号ＴＲが立ち下がる（図１６（ｃ））まで露光されている。したがって、撮像用画素ＰＸＩでは、転送信号ＴＲが立ち下がるまでにフォトダイオードＰＤａに蓄積された電荷が、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。

【0106】

また、例えば、焦点検出用画素ＰＸＦでは、ノイズ信号が読み出された後、転送信号ＴＲ＿ｆ（４）およびメモリ転送信号ＴＸ＿ｆ（４）が低レベルから高レベルに変化する。これにより、転送トランジスタＭＴＲおよびメモリ転送トランジスタＭＴＸがオンし、フォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷は、少なくとも蓄積部ＭＥＭに移動する。そして、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ（４）が高レベルから低レベルに変化してから一定期間後に、転送信号ＴＲ＿ｆ（４）が高レベルから低レベルに変化する。転送トランジスタＭＴＲがオンしている期間に、蓄積部ＭＥＭの電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。

【0107】

なお、メモリ転送トランジスタＭＴＸがオンしているときにも、フォトダイオードＰＤｂは露光されている。すなわち、フォトダイオードＰＤｂは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆが立ち下がる（図１６（ｄ））まで露光されている。したがって、焦点検出用画素ＰＸＦでは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆが立ち下がるまでにフォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷が、フローティングディフュージョンＦＤに転送される。

【0108】

読み出し期間ＲＥＡ（ＲＥＡａ、ＲＥＡｂ）では、選択信号ＳＥＬ（４）、ＳＥＬ＿ｆ（４）が高レベルに維持されているため、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷に応じた電圧が垂直信号線ＶＬに出力される。

【0109】

図１７は、相関二重サンプリングが実施されるときの画素アレイＡＲＹの動作の別の例を示している。図中の三角形および星印の意味は、上述した図１６と同じである。図１７の動作は、転送期間ＴＲＡ（ＴＲＡａ、ＴＲＡｃ）の前にフローティングディフュージョンＦＤをリセットしている点が図１２の動作と相違する。なお、撮像用画素ＰＸＩの動作は、図１６に示した撮像用画素ＰＸＩの動作と同じである。このため、焦点検出用画素ＰＸＦの動作について説明する。

【0110】

例えば、４行目（Ｌ４）の焦点検出用画素ＰＸＦでは、３行目（Ｌ３）の撮像用画素ＰＸＩの読み出し期間ＲＥＡａが終了したとき、選択信号ＳＥＬ＿ｆ（４）が低レベルから高レベルに変化する（図１７（ｂ））。そして、リセット信号ＲＳＴ＿ｆ（４）が高レベルに一定期間Ｔ１０維持される。これにより、リセットトランジスタＭＲＳがオンし、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされる。なお、選択信号ＳＥＬ＿ｆ（４）が高レベルに維持されているため、リセットされたフローティングディフュージョンＦＤのポテンシャルに応じた電圧（ノイズ信号）が、垂直信号線ＶＬに出力される。

【0111】

垂直信号線ＶＬに出力されたノイズ信号は、例えば、期間Ｔ２０に読み出される。ノイズ信号が読み出された後、転送期間ＴＲＡｃにおいて、転送信号ＴＲ＿ｆ（４）が高レベルに一定期間維持される。これにより、転送トランジスタＭＴＲがオンし、蓄積部ＭＥＭの電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。なお、蓄積部ＭＥＭには、メモリ転送期間ＭＥＴＲに、フォトダイオードＰＤｂから電荷が転送されている。

【0112】

例えば、メモリ転送トランジスタＭＴＸがオンしているときにも、フォトダイオードＰＤｂは露光されている。すなわち、フォトダイオードＰＤｂは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆが立ち下がる（図１７（ｄ））まで露光されている。したがって、焦点検出用画素ＰＸＦでは、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆが立ち下がるまでにフォトダイオードＰＤｂに蓄積された電荷が、蓄積部ＭＥＭを介してフローティングディフュージョンＦＤに転送される。なお、リセットトランジスタＭＲＳがオフ状態であるため、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷は、電源ＶＤＤに排出されない。

【0113】

読み出し期間ＲＥＡｂでは、選択信号ＳＥＬ＿ｆ（４）が高レベルに維持されているため、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷に応じた電圧が垂直信号線ＶＬに出力される。

【0114】

ここで、フローティングディフュージョンＦＤをリセットする構成（図１６や図１７の動作を実施する構成）では、連写等によりフレームＦＲＭが連続するとき、２番目以降のフレームＦＲＭのリセット期間ＲＥＳａ、ＲＥＳｂの動作を省略してもよい。例えば、２番目以降のフレームＦＲＭでは、前のフレームＦＲＭの転送期間ＴＲＡやメモリ転送期間ＭＥＴＲの動作により、フォトダイオードＰＤおよび蓄積部ＭＥＭがリセットされる。このため、２番目以降のフレームＦＲＭでは、各画素は、フローティングディフュージョンＦＤをリセットすることにより、リセット期間ＲＥＳの動作が実施されたときと同様の状態になる。また、フローティングディフュージョンＦＤのリセットは、メモリ転送期間ＭＥＴＲに実施されてもよい。

【0115】

図１８は、フローティングディフュージョンをリセットするときの撮像用画素ＰＸＩの各部のポテンシャルの一例を示している。図中の破線の意味は、上述した図８と同じである。

【0116】

フローティングディフュージョンをリセットするとき（例えば、図１６や図１７の期間Ｔ１０）、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、低レベルおよび高レベルにそれぞれ維持される。これにより、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、オフ状態およびオン状態にそれぞれ維持される。この結果、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷は、電源ＶＤＤに排出される。なお、転送トランジスタＭＴＲがオフ状態であるため、フォトダイオードＰＤａに蓄積された電荷は、電源ＶＤＤに排出されない。

【0117】

図１９は、フローティングディフュージョンをリセットするときの焦点検出用画素ＰＸＦの各部のポテンシャルの一例を示している。図中の破線の意味は、上述した図８と同じである。

【0118】

フローティングディフュージョンをリセットするとき（例えば、図１６や図１７の期間Ｔ１０）、メモリ転送信号ＴＸ＿ｆ、転送信号ＴＲおよびリセット信号ＲＳＴは、低レベル、低レベルおよび高レベルにそれぞれ維持される。これにより、メモリ転送トランジスタＭＴＸ、転送トランジスタＭＴＲおよびリセットトランジスタＭＲＳは、オフ状態、オフ状態およびオン状態にそれぞれ維持される。この結果、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷は、電源ＶＤＤに排出される。なお、転送トランジスタＭＴＲおよびメモリ転送トランジスタＭＴＸがオフ状態であるため、フォトダイオードＰＤｂや蓄積部ＭＥＭに蓄積された電荷は、電源ＶＤＤに排出されない。

【0119】

以上、この実施形態では、撮像装置ＩＭＵは、メモリ部ＭＵを含む焦点検出用画素ＰＸＦを有している。例えば、メモリ部ＭＵは、フォトダイオードＰＤｂから転送される電荷を蓄積する蓄積部ＭＥＭと、フォトダイオードＰＤｂの電荷を蓄積部ＭＥＭに転送するメモリ転送部ＭＴＸとを有している。これにより、この実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの露光タイミングを適切に制御でき、焦点検出精度を向上できる。

【0120】

なお、上述した実施形態では、ゲート電極ＧＴの電圧が接地電圧ＧＮＤのときの蓄積部ＭＥＭのポテンシャルがフォトダイオードＰＤｂのポテンシャルとフローティングディフュージョンＦＤのポテンシャルとの間に位置するように、領域ＮＡ１、ＮＡ２の不純物濃度がそれぞれ設定される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、ゲート電極ＧＴの電圧が接地電圧ＧＮＤのときの蓄積部ＭＥＭのポテンシャルは、フォトダイオードＰＤｂのポテンシャル以上でもよい。すなわち、蓄積部ＭＥＭのポテンシャルは、ゲート電極ＧＴの電圧が接地電圧ＧＮＤのとき、フローティングディフュージョンＦＤのポテンシャルより接地電圧ＧＮＤ側に維持され、ゲート電極ＧＴの電圧が電源ＶＤＤのとき、フォトダイオードＰＤｂのポテンシャルより電源ＶＤＤ側に維持されればよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0121】

上述した実施形態では、蓄積部ＭＥＭがゲート電極ＧＴを有する例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、蓄積部ＭＥＭは、ゲート電極ＧＴを含まずに形成されてもよい。この場合、蓄積部ＭＥＭのポテンシャルがフォトダイオードＰＤｂのポテンシャルとフローティングディフュージョンＦＤのポテンシャルとの間に位置するように、領域ＮＡ１、ＮＡ２の不純物濃度は、それぞれ設定される。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0122】

上述した実施形態では、回路部ＣＩＲＵが画素（撮像用画素ＰＸＩ、焦点検出用画素ＰＸＦ）毎に設けられる例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、転送トランジスタＭＴＲを除く回路部ＣＩＲＵは、列方向に互いに隣接する複数の画素（撮像用画素ＰＸＩ、焦点検出用画素ＰＸＦ）に共用されてもよい。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤは、複数の画素（撮像用画素ＰＸＩ、焦点検出用画素ＰＸＦ）に共用されてもよい。なお、転送トランジスタＭＴＲは、画素（撮像用画素ＰＸＩ、焦点検出用画素ＰＸＦ）毎に設けられる。この場合にも、焦点検出用画素ＰＸＦのフォトダイオードＰＤｂで生成された電荷を蓄積部ＭＥＭに蓄積できるため、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0123】

上述した実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの制御信号ＲＳＴ＿ｆ、ＴＲ＿ｆ、ＳＥＬ＿ｆが撮像用画素ＰＸＩの制御信号ＲＳＴ、ＴＲ、ＳＥＬとそれぞれ独立に制御される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、焦点検出用画素ＰＸＦの制御信号ＳＥＬ＿ｆは、撮像用画素ＰＸＩの制御信号ＳＥＬと兼用されてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0124】

上述した実施形態では、１行目から順に最終行まで撮像用画素ＰＸＩの画像信号が読み出される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、制御部ＣＮＴは、奇数行の撮像用画素ＰＸＩから画像信号を読み出した後に、偶数行の撮像用画素ＰＸＩから画像信号を読み出してもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0125】

上述した実施形態では、焦点検出用画素ＰＸＦの信号が焦点検出に用いられる例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、焦点検出用画素ＰＸＦの信号は、露出検出に用いられてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この場合、例えば、焦点検出用画素ＰＸＦの露光を１フレームＦＲＭ中に複数回実施できるため、明滅光源等による露出の定期的な変化を検出できる。さらに、この場合、図１２−図１５等で説明した動作を実施することにより、高速な露出検出、高照度の環境下での露出検出および低照度の環境下での露出検出等を実施できる。

【0126】

上述した実施形態では、フレームＦＲＭ（１）の最後の読み出し期間ＲＥＡａの動作が最終行（Ｌｎ）の撮像用画素ＰＸＩに対して実施された後に、フレームＦＲＭ（２）の最初のリセット期間ＲＥＳａの動作が、１行目（Ｌ１）の撮像用画素ＰＸＩに対して実施される例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、フレームＦＲＭ（１）の最後の読み出し期間ＲＥＡａの動作が最終行（Ｌｎ）の撮像用画素ＰＸＩに対して実施される前に、フレームＦＲＭ（２）の最初のリセット期間ＲＥＳａの動作が、１行目（Ｌ１）の撮像用画素ＰＸＩに対して実施されてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0127】

上述した実施形態では、撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａと焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃとを互いに同じタイミングにする例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、焦点検出用画素ＰＸＦの転送期間ＴＲＡｃは、撮像用画素ＰＸＩの転送期間ＴＲＡａと異なるタイミングでもよい。この場合にも、焦点検出用画素ＰＸＦの露光タイミングを適切に制御でき、焦点検出精度を向上できる。

【0128】

以上、本発明について詳細に説明してきたが、上記の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。

【産業上の利用可能性】

【0129】

撮像装置に利用できる。

【符号の説明】

【0130】

ＡＰ‥開口部；ＡＲＹ‥画素アレイ；ＣＩＲＵ‥回路部；ＣＮＴ‥制御部；ＦＤＡ‥焦点検出領域；ＩＭＵ‥撮像装置；ＭＥＭ‥蓄積部；ＭＬＮ‥マイクロレンズ；ＭＳ‥遮光部；ＭＴＸ‥メモリ転送部；ＭＵ‥メモリ部；ＰＤａ、ＰＤｂ‥フォトダイオード；ＰＸＦ‥焦点検出用画素；ＰＸＦＧ‥焦点検出用画素群；ＰＸＩ‥撮像用画素；ＴＧ‥タイミングジェネレータ；ＶＳＣ‥垂直走査回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】