特許 7403506 光電変換装置、撮像装置、機器及び光電変換装置の駆動方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-14

(45)【発行日】2023-12-22

(54)【発明の名称】光電変換装置、撮像装置、機器及び光電変換装置の駆動方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/60 20230101AFI20231215BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20231215BHJP

【ＦＩ】

H04N25/60

H04N25/76

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021129213

(22)【出願日】2021-08-05

(65)【公開番号】P2023023574

(43)【公開日】2023-02-16

【審査請求日】2022-06-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大下内 和樹

【審査官】三沢 岳志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０９２５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６９７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１９２６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２５／６０

Ｈ０４Ｎ ２５／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１光電変換部と、第２光電変換部と、電荷電圧変換部と、前記第１光電変換部と前記電荷電圧変換部との間に設けられた第１転送トランジスタと、前記第２光電変換部と前記電荷電圧変換部との間に設けられた第２転送トランジスタと、前記電荷電圧変換部と電源電圧端子との間に設けられたリセットトランジスタと、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とに入射光を集光するマイクロレンズと、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する出力部と、をそれぞれが含む複数の画素と、駆動部と、を備える光電変換装置であって、
前記駆動部が、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオフの状態とする第一リセット動作と、前記第一リセット動作後に前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオンし、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力する第一読み出し動作と、を含む第一動作と、
前記駆動部が、前記リセットトランジスタと前記第１転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ及び前記第１転送トランジスタをともにオフの状態とする第二リセット動作と、前記駆動部が前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオフの状態とする第三リセット動作と、前記第三リセット動作後に前記第１転送トランジスタをオンし前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力し、前記電荷電圧変換部が電荷を保持した状態で前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオンし、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力する第二読み出し動作と、を含む第二動作とを行う光電変換装置。

【請求項2】

前記駆動部は、前記リセットトランジスタをオンするときは、前記リセットトランジスタの制御ノードに第１リセット電位を供給し、前記リセットトランジスタをオフするときは、前記リセットトランジスタの前記制御ノードに第２リセット電位又は第３リセット電位を供給するように構成されており、
前記第１リセット電位は前記第２リセット電位よりも高電位であり、前記第３リセット電位は前記第２リセット電位よりも低電位であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項3】

前記駆動部は、前記第一読み出し動作及び前記第二読み出し動作をするときに、前記第３リセット電位を前記制御ノードへ供給することを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。

【請求項4】

前記第２リセット電位は前記第１リセット電位と前記第３リセット電位との中間電位であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光電変換装置。

【請求項5】

前記第一動作と前記第二動作とは水平同期信号に同期してそれぞれ繰り返し行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。

【請求項6】

前記第一リセット動作と前記第一読み出し動作とはそれぞれ１水平同期信号期間の間に行われ、前記第二リセット動作及び前記第三リセット動作と前記第二読み出し動作とはそれぞれ２水平同期信号期間の間に行われることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。

【請求項7】

前記第一リセット動作において前記第１転送トランジスタと前記第２転送トランジスタとをオフにしてから、次に前記第１転送トランジスタおよび前記第２転送トランジスタがオンする期間を含む前記第一読み出し動作において前記第１転送トランジスタと前記第２転送トランジスタとをオフにするまでの期間は４水平同期信号期間であることを特徴とする請求項５又は６に記載の光電変換装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号を処理する処理部と、を有する撮像装置。

【請求項9】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える機器であって、
前記光電変換装置に対応した光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、
前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置、および、
前記光電変換装置で得られた情報に基づいて動作する機械装置、の少なくともいずれかを備えることを特徴とする機器。

【請求項10】

第１光電変換部と、第２光電変換部と、電荷電圧変換部と、前記第１光電変換部と前記電荷電圧変換部との間に設けられた第１転送トランジスタと、前記第２光電変換部と前記電荷電圧変換部との間に設けられた第２転送トランジスタと、前記電荷電圧変換部と電源電圧端子との間に設けられたリセットトランジスタと、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とに入射光を集光するマイクロレンズと、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する出力部と、をそれぞれが含む複数の画素と、駆動部と、を備える光電変換装置を駆動する方法であって、
前記駆動部が、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオフの状態とすることと、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオンし、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力することと、を含む第一駆動方法と、
前記駆動部が、前記リセットトランジスタと前記第１転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ及び前記第１転送トランジスタをともにオフの状態とすることと、前記駆動部が前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオフの状態とすることと、前記第１転送トランジスタをオンし、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力することと、前記電荷電圧変換部が電荷を保持した状態で前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオンし、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力することと、を含む第２駆動方法と、を含む光電変換装置の駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電変換装置、撮像装置、機器及び光電変換装置の駆動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

瞳分割による焦点検出を行う光電変換装置がある。この光電変換装置は、複数の光電変換部を一組としている。この光電変換装置において、焦点検出のための焦点検出信号と撮像のための撮像信号と、をそれぞれ出力する動作と、撮像信号だけを出力する動作とを行う。特許文献１には、焦点検出信号と撮像信号とをそれぞれ読み出す領域と、撮像信号だけを読み出す領域が設けられている撮像装置が記載されている。ここでは光電変換部から、焦点検出信号と撮像信号とのそれぞれを電荷電圧変換部へ電荷を転送するときと、撮像信号を電荷電圧変換部へ電荷を転送するときとで、電荷電圧変換部へ電荷を転送する転送トランジスタを同じ条件で動作させるようにしている。特許文献１ではこのようにすることで撮像信号の特性の向上を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－９２５９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし特許文献１に開示された方法によっても、焦点検出のための焦点検出信号と撮像のための撮像信号とをそれぞれ出力するときと、撮像信号だけを出力する動作ときとの動作の違いにより、撮像信号に表れる特性に差が生じる可能性があった。本発明の目的は、瞳分割による焦点検出を行う光電変換装置において、撮像信号の画質の向上に有利な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の光電変換装置は、第１光電変換部と、第２光電変換部と、電荷電圧変換部と、前記第１光電変換部と前記電荷電圧変換部との間に設けられた第１転送トランジスタと、前記第２光電変換部と前記電荷電圧変換部との間に設けられた第２転送トランジスタと、前記電荷電圧変換部と電源電圧端子との間に設けられたリセットトランジスタと、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とに入射光を集光するマイクロレンズと、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を出力する出力部と、をそれぞれが含む複数の画素と、駆動部と、を備え、前記駆動部が、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオフの状態とする第一リセット動作と、前記第一リセット動作後に前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオンし、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力する第一読み出し動作と、を含む第一動作と、前記駆動部が、前記リセットトランジスタと前記第１転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ及び前記第１転送トランジスタをともにオフの状態とする第二リセット動作と、前記駆動部が前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオンの状態とした後に、前記リセットトランジスタ、前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをともにオフの状態とする第三リセット動作と、前記第三リセット動作後に前記第１転送トランジスタをオンし前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力し、前記電荷電圧変換部が電荷を保持した状態で前記第１転送トランジスタ及び前記第２転送トランジスタをオンし、前記電荷電圧変換部の電圧に応じた信号を前記出力部が出力する第二読み出し動作と、を含む第二動作とを行う。

【発明の効果】

【0006】

瞳分割による焦点検出を行う光電変換装置において、撮像信号の画質の向上に有利な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】撮像装置の構成の一例。

【図2】画素の構成の一例。

【図3】実施例１の画素の駆動タイミングを示す図。

【図4】実施例１の画素の駆動タイミングを示す図。

【図5】実施例1の画素アレイの構成の一例。

【図6】実施例１の撮像装置の駆動タイミングを示す図。

【図7】撮像装置の駆動タイミングの比較例。

【図8】実施例２の画素の駆動タイミングを示す図。

【図9】実施例２の画素の駆動タイミングを示す図。

【図10】実施例２の撮像装置の駆動タイミングを示す図。

【図11】機器への適用例。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0009】

また以下に述べる各実施形態では、光電変換装置の一例として、撮像装置を中心に説明する。ただし、実施形態は撮像装置に限られるものではなく、光電変換装置を使う他の例にも適用可能である。適用可能な例には、測距装置（焦点検出やＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を用いた距離測定等の装置）、測光装置（入射光量の測定等の装置）などがある。

【0010】

（実施形態１）
光電変換装置を使用した撮像装置の構成について図１により説明する。画素アレイ１００には、行列状に複数並んで配置された画素１０１で構成される。垂直走査回路１０７は、タイミングジェネレータ１０８（以下、「ＴＧ１０８」と表記する）から出力された信号に基づいて、画素１０１を順次走査する。垂直走査回路１０７は画素を行毎に駆動する駆動部として機能する。画素アレイ１００の最後の行まで走査することで１フレームの画像に対応する信号を得ることができる。画素１０１からは、ノイズレベルのアナログ信号であるノイズ信号と、入射光を光電変換して生成した電荷に基づくアナログ信号である光電変換信号が垂直信号線１０２を介して出力される。光電変換信号としては、焦点検出用に用いられる焦点検出信号と、画像形成用に用いられる撮像信号が画素１０１から出力される。図１では、４行×５列の画素１０１を示しているが、実際には、もっと多数の行及び列に渡って画素１０１、垂直信号線１０２が設けられている。

【0011】

読み出し回路１０３は各列の垂直信号線１０２に対応して設けられている。読み出し回路１０３は、画素１０１から出力される信号を、垂直信号線１０２を介して読み出す。読み出した信号にはノイズ信号および光電変換信号が含まれる。読み出し回路１０３は、垂直信号線１０２を介して、画素１０１に電流を供給する電流供給部２０７を有する。なお、読み出し回路１０３には、アナログ信号を一時的に保持するメモリ部、画素からのアナログ信号を増幅する列アンプ部、アナログ信号をデジタル信号へと変換するＡＤ変換部などが含まれていても良い。

【0012】

信号保持部１０４は、読み出し回路１０３から出力される信号を保持する。水平走査回路１０５は、各列の信号保持部１０４を順次走査する。これにより、各列の信号保持部１０４が保持した信号が、各列の信号保持部１０４から順次、信号処理部（以下「ＤＳＰ」と表記）１０６に転送される。ＤＳＰ１０６は、各列の信号保持部１０４から出力された信号を処理し、処理した信号を撮像装置の外部に出力する。ＴＧ１０８は、読み出し回路１０３,信号保持部１０４、水平走査回路１０５、ＤＳＰ１０６、垂直走査回路１０７の動作を制御する。

【0013】

画素アレイ１００に配置された画素１０１と読み出し回路１０３とについて図２により説明する。なお、ここでは読み出し回路１０３の１列分の回路に含まれる電流供給部２０７が示されている。画素１０１は複数の光電変換部を有しうる。本実施形態では光電変換部が２つの例を示す。

【0014】

画素１０１の光電変換部２０１ａ及び２０１ｂは入射光に基づく電荷を生成する。トランジスタ２０２ａ及び２０２ｂは、光電変換部２０１ａ及び２０１ｂと電荷電圧変換部（以下、「ＦＤ部」と表記する。）２０３との間の電気的経路にそれぞれ設けられている。トランジスタ２０２ａは、光電変換部２０１ａからＦＤ部２０３への電荷の転送のオンとオフとを制御する転送トランジスタである。トランジスタ２０２ｂは、光電変換部２０１ｂからＦＤ部２０３への電荷の転送のオンとオフとを制御する転送トランジスタである。

【0015】

光電変換部で生成された電荷は、転送トランジスタ２０２ａ及び２０２ｂによってＦＤ部２０３に転送される。ＦＤ部２０３は電荷信号を電圧信号に変換する。画素１０１は、入射光を集光するマイクロレンズと色に対応したカラーフィルタを有しうる。

【0016】

トランジスタ２０４は、一方の主ノードがＦＤ部２０３に電気的に接続され、他方の主ノードには電源電圧端子から電源電圧ＶＤＤが与えられている。トランジスタ２０４はオン又はオフすることによりＦＤ部２０３の電位をリセットするリセットトランジスタである。

【0017】

トランジスタ２０５の入力ノードはＦＤ部２０３に電気的に接続され、一方の主ノードには電源電圧端子から電源電圧ＶＤＤが与えられる。他方の主ノードには、トランジスタ２０６の一方の主ノードとトランジスタ２０４の一方の主ノードが電気的に接続されている。トランジスタ２０５は、ＦＤ部２０３の電位に基づくアナログ信号を増幅して垂直信号線１０２へ出力する出力部として機能する増幅トランジスタである。

【0018】

トランジスタ２０６の他方の主ノードには垂直信号線１０２が電気的に接続されている。トランジスタ２０６は、増幅トランジスタ２０５と、垂直信号線１０２との導通、非導通を切り替える選択トランジスタである。

【0019】

転送トランジスタ２０２ａ、２０２ｂ、リセットトランジスタ２０４及び選択トランジスタ２０６の制御ノードには、垂直走査回路１０７から、それぞれ信号ｐｔｘａ、信号ｐｔｘｂ、信号ｐｒｅｓ、信号ｐｓｅｌが供給される。なお、転送トランジスタ２０２ａ、２０２ｂ、リセットトランジスタ２０４及び選択トランジスタ２０６の制御ノードに高電位（Ｈｉ）が入力されたときそれぞれのトランジスタはオンになるものとする。転送トランジスタ２０２ａ、２０２ｂ及びリセットトランジスタ２０４がともにオンのときに、光電変換部２０１ａ及び２０１ｂとＦＤ部とはリセットされる。一方、制御ノードに低電位（Ｌｏ）が入力されたときにそれぞれのトランジスタはオフになるものとする。電流供給部２０７である電流源は、垂直信号線１０２を介して、画素１０１の増幅トランジスタ２０５に電流を供給する。

【0020】

増幅トランジスタ２０５は、垂直信号線１０２に接続された電流供給部２０７から供給される電流と、電源電圧ＶＤＤとによってソースフォロワ動作を行う。画素１０１の増幅トランジスタ２０５の出力は、選択トランジスタ２０６により、垂直信号線１０２との接続を切り替えることができる。

【0021】

このような構成により、画素１０１から焦点検出信号と撮像信号を得ることが可能である。焦点検出信号を得る際は、光電変換部２０１ａまたは２０１ｂで生じた信号電荷のみをＦＤ部２０３に転送するとよい。２次元に行列状に配置された画素１０１から片方の光電変換部の信号のみを読むことで、焦点検出信号を得る。

【0022】

一方で、撮像信号を得る際は、光電変換部２０１ａ及び２０１ｂの信号をＦＤ部２０３に転送し混合することで撮像信号として読み出す。ここで焦点検出信号として、光電変換部２０１ａおよび２０１ｂ両方の信号がそれぞれ必要な場合には、撮像信号から、読み出した片方の光電変換部の信号を減算すればよい。なお、画素におけるトランジスタの構成は、２つ以上の画素でリセットトランジスタ２０４や増幅トランジスタ２０５を共有するなど任意の構成が適用可能である。

【0023】

次に撮像装置の駆動タイミングについて図３及び図４により説明する。図３のｔ３００～ｔ３１５までの時間では、撮像用の撮像信号を得る第一動作を示す。ここでは［ｎ］は行列状に複数並んで配置された画素１０１のｎ行目を意味し、ｎ行目の画素からノイズ信号と撮像信号を垂直信号線１０２を介して読み出す場合の駆動タイミングを示す。

【0024】

図４のｔ４００～ｔ４２２までの時間では、焦点検出用の焦点検出信号と撮像用の撮像信号の両方を得ることができる第二動作を示す、ここでは［ｍ］は行列状に複数並んで配置された画素１０１のｍ行目を意味する。図４は行列状に複数並んで配置された画素１０１のｍ行目の画素からノイズ信号と焦点検出信号と撮像信号を垂直信号線１０２を介して読み出す場合の駆動タイミングを示す。

【0025】

また垂直走査回路１０７は水平同期信号（以下、「信号ＨＤ」と表記する。）によって制御され、信号ＨＤがＨｉからＬｏになることで、第一動作および第二動作のリセット動作と信号読み出し動作の開始が制御される。

【0026】

リセット動作とは、光電変換装置の光電変換部やＦＤ部をリセットする動作を含む。信号読み出し動作とは、ノイズ信号、焦点検出信号、撮像信号を画素１０１から読み出す動作を含む。

【0027】

リセット動作から、信号読み出し動作までに期間が、光電変換部２０１ａ及び光電変換部２０１ｂに電荷が蓄積される期間、すなわち蓄積時間である。水平同期信号ＨＤの間隔の単位を１水平同期信号期間（１Ｈ）としたとき、図３および図４では、蓄積時間が４水平同期信号期間（４Ｈ）となる場合の駆動方法のタイミングを示している。

【0028】

第一動作について図３により説明する。時刻ｔ３００において、信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の光電変換装置のリセット動作が開始される。時刻ｔ３０１において、信号ｐｒｅｓ［ｎ］がＬｏからＨｉになり、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３がリセットされる。

【0029】

時刻ｔ３０２に、信号ｐｔｘａ［ｎ］および信号ｐｔｘｂ［ｎ］をＨｉとする。転送トランジスタ２０２ａがオンし、光電変換部２０１ａの電荷がリセットされる。また、転送トランジスタ２０２ｂがオンし、光電変換部２０１ｂの電荷がリセットされる。時刻ｔ３０３に、信号ｐｔｘａ［ｎ］および信号ｐｔｘｂ［ｎ］をＬｏとする。転送トランジスタ２０２ａがオフし、光電変換部２０１ａの電荷のリセットが終了する。転送トランジスタ２０２ｂがオフし、光電変換部２０１ｂの電荷のリセットが終了する。

【0030】

時刻ｔ３０４において、信号ｐｒｅｓ［ｎ］がＨｉからＬｏになり、リセットトランジスタ２０４をオフする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットが終了する。時刻ｔ３０５において、信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の第一動作でのリセット動作が終了する。

【0031】

時刻ｔ３０６、時刻ｔ３０７、時刻ｔ３０８それぞれにおいて信号ＨＤがＬｏになる。時刻ｔ３０８において信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の光電変換装置に対する第一動作における信号読み出し動作が開始される。なお本実施形態ではこのようなタイミングで画素を駆動することにより、リセット動作から信号読み出し動作までの期間が４Ｈとなるため、蓄積時間は４Ｈとなる。

【0032】

時刻ｔ３０８において、信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の第一動作の信号読み出し動作が開始される。また、時刻ｔ３０８において、信号ｐｒｅｓ［ｎ］がＬｏからＨｉになり、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。

【0033】

時刻ｔ３０９で信号ｐｓｅｌ［ｎ］がＨｉとなり、ｎ行目の選択トランジスタ２０６がオンする。これにより、ｎ行目の画素１０１の増幅トランジスタ２０５が選択トランジスタ２０６を介して、垂直信号線１０２に電気的に接続される。

【0034】

時刻ｔ３１０において、ｐｒｅｓ［ｎ］がＨｉからＬｏになり、リセットトランジスタ２０４をオフする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットが解除される。ｎ行目の画素１０１からは、リセットされたＦＤ部２０３の電位に基づくノイズ信号が垂直信号線１０２を介して出力される。

【0035】

時刻ｔ３１０～３１１の間に、ｎ行目のノイズ信号は垂直信号線１０２を介して読み出し回路１０３により読み出され、信号保持部１０４に保持される。時刻ｔ３１１に、信号ｐｔｘａ［ｎ］および信号ｐｔｘｂ［ｎ］をＨｉとする。転送トランジスタ２０２ａがオンし、光電変換部２０１ａの信号がＦＤ部２０３に転送される。また、転送トランジスタ２０２ｂがオンし、光電変換部２０１ｂの信号がＦＤ部２０３に転送される。光電変換部２０１ａ及び２０１ｂの信号がＦＤ部２０３に転送され混合することで画素１０１の撮像信号が得られる。

【0036】

時刻ｔ３１２に、信号ｐｔｘａ［ｎ］および信号ｐｔｘｂ［ｎ］をＬｏとする。転送トランジスタ２０２ａがオフし、光電変換部２０１ａの信号のＦＤ部２０３への転送が終了する。また、転送トランジスタ２０２ｂがオフし、光電変換部２０１ｂの信号のＦＤ部２０３への転送が終了する。ｎ行目の画素の撮像信号は、ＦＤ部で電圧に変換されて増幅トランジスタ２０５を介して垂直信号線１０２に出力される。時刻ｔ３１２～３１３の間に、ｎ行目の撮像信号は、垂直信号線１０２を介して読み出し回路１０３により読み出され、信号保持部１０４に保持される。

【0037】

時刻ｔ３１３において、信号ｐｒｅｓ［ｎ］がＬｏからＨｉになり、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。時刻ｔ３１４において、信号ｐｓｅｌ［ｎ］をＬｏとし、ｎ行目の選択トランジスタ２０６をオフする。これにより、ｎ行目の画素１０１の増幅トランジスタ２０５と垂直信号線１０２が電気的に切り離される。

【0038】

時刻ｔ３１３の後、水平走査回路１０５は信号保持部１０４を順次走査し、各列の保持されたノイズ信号及び撮像信号はＤＳＰ１０６へ出力される。撮像信号には、ノイズ信号の成分が含まれている。従って、ＤＳＰ１０６において、撮像信号からノイズ信号を差し引くことによって、ノイズ信号の低減された撮像用の信号を生成する。時刻ｔ３１５において、信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の第一動作における信号読み出し動作が終了する。

【0039】

次に、第二動作について図４により説明する。第一動作では１Ｈの期間で、リセット動作と信号読み出し動作がそれぞれ行われるのに対して、第二動作では２水平同期信号期間（２Ｈ）の期間で、リセット動作と信号読み出し動作がそれぞれ行われる。第二動作は、１Ｈ以上２Ｈ以下でもよいが、２Ｈとすることで、ＤＳＰ１０６やＴＧ１０８の回路規模が簡略化される。

【0040】

時刻ｔ４００において、信号ＨＤがＬｏになり、ｍ行目の光電変換装置に対する第二動作におけるリセット動作が開始される。時刻ｔ４０１において、信号ｐｒｅｓ［ｍ］がＬｏからＨｉになり、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３がリセットされる。

【0041】

時刻ｔ４０２に、信号ｐｔｘａ［ｍ］をＨｉとする。転送トランジスタ２０２ａがオンし、光電変換部２０１ａの電荷がリセットされる。時刻ｔ４０３に、信号ｐｔｘａ［ｍ］をＬｏとする。転送トランジスタ２０２ａがオフし、光電変換部２０１ａの電荷のリセットが終了する。

【0042】

時刻ｔ４０４において、ｐｒｅｓ［ｍ］をＨｉからＬｏとし、リセットトランジスタ２０４をオフする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットが終了する。時刻ｔ４０５において、信号ＨＤがＬｏになるが、第二動作ではｍ行目のリセット動作は継続される。

【0043】

時刻ｔ４０６において、垂直走査回路１０７は信号ｐｒｅｓ［ｍ］をＬｏからＨｉとし、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。

【0044】

時刻ｔ４０７に、信号ｐｔｘａ［ｍ］および信号ｐｔｘｂ［ｍ］をＨｉとする。転送トランジスタ２０２ａがオンし、光電変換部２０１ａの電荷がリセットされる。また、転送トランジスタ２０２ｂがオンし、光電変換部２０１ｂの電荷がリセットされる。

【0045】

時刻ｔ４０８に、信号ｐｔｘａ［ｍ］および信号ｐｔｘｂ［ｍ］をＬｏとする。転送トランジスタ２０２ａがオフし、光電変換部２０１ａの電荷のリセットが終了する。転送トランジスタ２０２ｂがオフし、光電変換部２０１ｂの電荷のリセットが終了する。時刻ｔ４０９において、信号ｐｒｅｓ［ｍ］がＨｉからＬｏになり、リセットトランジスタ２０４をオフする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットが終了する。

【0046】

時刻ｔ４１０において、信号ＨＤがＬｏになり、ｍ行目の第二動作におけるリセット動作が終了する。時刻ｔ４１１、時刻ｔ４１２において、信号ＨＤがＬｏになる。時刻ｔ４１２において、ｍ行目の第二動作における信号読み出し動作が開始される。これにより、信号リセット動作から信号読み出し動作までの期間が４Ｈとなるため、蓄積時間は４Ｈとなる。

【0047】

時刻ｔ４１２において、信号ｐｒｅｓ［ｍ］がＬｏからＨｉになり、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。時刻ｔ４１３において、信号ｐｓｅｌ［ｍ］をＨｉとし、ｍ行目の選択トランジスタ２０６がオンする。これにより、ｍ行目の画素１０１の増幅トランジスタ２０５が選択トランジスタ２０６を介して、垂直信号線１０２に電気的に接続される。

【0048】

時刻ｔ４１４において、ｐｒｅｓ［ｍ］がＨｉからＬｏになり、リセットトランジスタ２０４をオフする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットが解除される。ｍ行目の画素１０１からは、リセットされたＦＤ部２０３の電位に基づくノイズ信号が垂直信号線１０２へ出力される。

【0049】

時刻ｔ４１４～４１５の間に、ｍ行目のノイズ信号は、垂直信号線１０２を介して読み出し回路１０３により読み出され、信号保持部１０４に保持される。時刻ｔ４１５に、信号ｐｔｘａ［ｍ］をＨｉとする。転送トランジスタ２０２ａがオンし、光電変換部２０１ａの信号がＦＤ部２０３に転送される。光電変換部２０１ａと光電変換部２０１ｂの信号のうち、光電変換部２０１ａの信号のみがＦＤ部２０３に転送される。転送された信号は画素１０１の焦点検出信号として利用される。

【0050】

時刻ｔ４１６に、信号ｐｔｘａ［ｍ］をＬｏとする。転送トランジスタ２０２ａがオフし、光電変換部２０１ａの信号のＦＤ部２０３への転送が終了する。これにより、ｍ行目の焦点検出信号は、垂直信号線１０２に出力される。時刻ｔ４１６～４１７の間に、ｍ行目の焦点検出信号は、垂直信号線１０２を介して読み出し回路１０３により読み出され、信号保持部１０４に保持される。

【0051】

時刻ｔ４１７において、信号ＨＤがＬｏになるが、ｍ行目の信号読み出し動作は継続される。時刻ｔ４１８に、信号ｐｔｘａ［ｍ］および信号ｐｔｘｂ［ｍ］をＨｉとする。転送トランジスタ２０２ａがオンし、光電変換部２０１ａの信号がＦＤ部２０３に転送される。また、転送トランジスタ２０２ｂがオンし、光電変換部２０１ｂの信号がＦＤ部２０３に転送される。光電変換部２０１ａ及び２０１ｂの信号はＦＤ部２０３に転送され混合されることにより画素１０１の撮像信号となる。

【0052】

時刻ｔ４１９に、信号ｐｔｘａ［ｍ］および信号ｐｔｘｂ［ｍ］をＬｏとする。転送トランジスタ２０２ａがオフし、光電変換部２０１ａの信号のＦＤ部２０３への転送が終了する。また、転送トランジスタ２０２ｂがオフし、光電変換部２０１ｂの信号のＦＤ部２０３への転送が終了する。これにより、ｍ行目の画素の撮像信号は、垂直信号線１０２に出力される。

【0053】

時刻ｔ４１９～４２０の間に、ｍ行目の撮像信号は、垂直信号線１０２を介して読み出し回路１０３により読み出され、信号保持部１０４に保持される。時刻ｔ４２０において、信号ｐｒｅｓ［ｍ］がＬｏからＨｉになり、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。

【0054】

時刻ｔ４２１において、信号ｐｓｅｌ［ｍ］をＬｏとし、ｍ行目の選択トランジスタ２０６をオフする。これにより、ｍ行目の画素１０１の増幅トランジスタ２０５と垂直信号線１０２が電気的に切り離される。時刻ｔ４２０の後、水平走査回路１０５は信号保持部１０４を順次走査し、各列の保持したノイズ信号と焦点検出信号と撮像信号をＤＳＰ１０６に出力させる。

【0055】

焦点検出信号と撮像信号には、ノイズ信号の成分が含まれている。従って、ＤＳＰ１０６において、焦点検出信号からノイズ信号を差し引くことによって、ノイズ信号の少ない焦点検出用の信号を生成する。また、撮像信号からノイズ信号を差し引くことによって、ノイズ信号の少ない撮像用の信号を生成する。時刻ｔ４２２において、ＨＤがＬｏになり、ｍ行目の第二動作における信号読み出し動作が終了する。

【0056】

リセット動作において時刻ｔ４０２で転送トランジスタ２０２aをオンしている。時刻ｔ４０７で転送トランジスタ２０２a及び転送トランジスタ２０２ｂをオンすれば光電変換部２０１a及び２０１ｂのリセットは可能である。しかし、リセット期間と信号の読み出し期間とで、同様な転送トランジスタの駆動を行うことによって電荷電圧変換部の状態をリセット期間と読み出し期間とで近づける。また転送トランジスタの動作に起因するノイズ成分をリセット期間と読み出し期間とで近づける。このような駆動を行うことにより転送による信号の特性差を低減している。

【0057】

次に、本実施形態の光電変換装置を適用した撮像装置の駆動について図５および図６を用いて説明する。画素アレイ１００の構成の一例について図５により説明する。この例では画素１０１は行列状に配置されている。図５において水平方向で左端から垂直に並んだ画素を第１列、第２列、第３列とする。また、図５において垂直方向で上端から水平に並んだ画素を第１行、第２行、第３行とする。この例では、第１から第４行目、第６から第９行目にある画素からは第一動作により信号を読み出し、第５、第１０行目のそれぞれの画素からは第二動作により信号を読み出す。

【0058】

つまりＮを１以上の整数としたときに、Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３行目の画素に対しては、第一動作を適用して撮像信号を読み出し、Ｎ＋４行目の画素に対しては、第二動作を適用して焦点検出信号と撮像信号を読み出す。

【0059】

撮像装置の各行の画素の光電変換装置からの信号の読み出しについて図６により説明する。ここで各信号の横の記載［Ｎ］は画素アレイ１００のＮ行目の画素からの信号の読み出しに対応する各信号を示す。横軸は時間を示している。この例では、信号の蓄積時間は４Ｈである。各行の画素のリセット動作と信号読み出し動作は、順次行われる。各行のリセット動作は重ならず、また、各行の信号読み出し動作は重ならない。

【0060】

時刻ｔ６００において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ行目の第一動作におけるリセット動作が開始される。時刻ｔ６０１において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ行目の第一動作におけるリセット動作が終了し、Ｎ＋１行目の第一動作におけるリセット動作が開始される。

【0061】

時刻ｔ６０２において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋３］がＨｉからＬｏになる。これは、Ｎ＋３行目の第一動作におけるリセット動作のうち、図３で示した時刻ｔ３０４におけるＦＤ部２０３のリセット解除に対応する。

【0062】

時刻ｔ６００から４Ｈ後の時刻ｔ６０３において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ行目の第一動作の信号読み出し動作が開始される。また、Ｎ＋３行目の第一動作のリセット動作が終了し、Ｎ＋４行目の第二動作の信号リセット動作が開始される。

【0063】

時刻ｔ６０４において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］がＬｏからＨｉになる。これは、Ｎ＋４行目の第二動作におけるリセット動作のうち、図４で示した時刻ｔ４０１におけるＦＤ部２０３のリセットに対応する。

【0064】

時刻ｔ６０５において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］がＨｉからＬｏになる。これは、Ｎ＋４行目の第二動作におけるリセット動作のうち、図４で示した時刻ｔ４０４におけるＦＤ部２０３のリセット解除に対応する。

【0065】

時刻ｔ６０６において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ行目の第一動作による信号読み出し動作が終了し、Ｎ＋１行目の第一動作による信号読み出しが開始される。また、Ｎ＋４行目の第二動作における信号リセット動作は継続される。

【0066】

時刻ｔ６０７において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］がＬｏからＨｉになる。これは、Ｎ＋４行目の第二動作のリセット動作のうち、図４で示した時刻ｔ４０６におけるＦＤ部２０３のリセットに対応する。

【0067】

時刻ｔ６０８において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ＋１行目の第一動作の信号読み出し動作が終了し、Ｎ＋２行目の第一動作の信号読み出し動作が開始される。また、Ｎ＋４行目の第二動作のリセット動作が終了し、Ｎ＋５行目の第一動作のリセット動作が開始される。

【0068】

時刻ｔ６０９において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ＋３行目の第一動作の信号読み出し動作が終了し、Ｎ＋４行目の第二動作の信号読み出し動作が開始される。時刻ｔ６１０において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ＋４行目の第二動作の信号読み出し動作が終了し、Ｎ＋５行目の第一動作の信号読み出し動作が開始される。以上のような動作を任意の全行で繰り返すことで、１フレーム分の信号を得ることができる。

【0069】

光電変換装置からの信号の読み出しについて、図６に示した例に対する比較例について図７により説明する。図６で示したタイミングと異なる点は、図６では、時刻ｔ６０５において信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］がＨｉからＬｏになり、時刻ｔ６０７において、ＬｏからＨｉになる遷移がある。しかし図７において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］は、時刻ｔ７０５と時刻ｔ７０７において遷移しない。それ以外は、図６と図7は同じである。

【0070】

信号ｐｒｅｓは、高電位（Ｈｉ）や低電位（Ｌｏ）に遷移するが、このときのＨｉ電位をＤＶＤＤＨとしＬｏ電位をＧＮＤ（０Ｖ）とする。時刻ｔ６０２において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋３］がＨｉからＬｏになり遷移し、つまりＤＶＤＤＨからＧＮＤとなる。時刻ｔ６０４において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］がＬｏからＨｉになり遷移し、つまりＧＮＤからＤＶＤＤＨとなる。この遷移するとき、ＤＶＤＤＨの電位が変動する。このＤＶＤＤＨの電位の変動を受けて、時刻ｔ６０３からのＮ行目の撮像信号の読み出し動作では、Ｎ行目の撮像信号は変動する。これはたとえば、Ｎ行目の画素のＦＤ部２０３の電位の状態が変わることが一因と考えられる。同様にｐｒｅｓ[Ｎ＋４]の時刻ｔ６０５におけるＨｉからＬｏへの遷移及び時刻ｔ６０７におけるＬｏからＨｉへの遷移を受けてＮ＋１行目の撮像信号は変動する。

【0071】

一方、時刻ｔ７０２から１Ｈ後の時刻ｔ７０５と、時刻ｔ７０４から１Ｈ後の時刻ｔ７０７においては、いずれの行における信号リセット動作において、ｐｒｅｓの遷移が発生しない。そのため、ＤＶＤＤＨの電位も変動しない。これにより、時刻ｔ７０６からの読み出し動作では、Ｎ＋１行目の撮像信号はＤＶＤＤＨの変動による影響を受けない。

【0072】

Ｎ行目の信号読み動作の直前に行われる第一動作のリセット動作と、Ｎ＋１行目の信号読み動作の直前に行われる第二動作のリセット動作において、信号ｐｒｅｓの駆動が異なると、ＤＶＤＤＨの遷移に伴って発生するノイズの量に差が生じる。このため図７の比較例では、Ｎ行目とＮ＋１行目の撮像信号に出力差が生じる。比較例の場合は、画像としては、５行周期の横縞が生じる。

【0073】

一方、図６の例では、時刻ｔ６０５において、ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］がＨｉからＬｏになり、つまりＤＶＤＤＨからＧＮＤとなる。時刻ｔ６０７において、ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］がＬｏからＨｉに遷移し、つまりＧＮＤからＤＶＤＤＨとなる。遷移するとき、ＤＶＤＤＨの電位が変動する。これにより、Ｎ＋１行目の撮像信号がＮ行目と同様な影響を受ける。

【0074】

以上のように、Ｎ行目の信号読み動作の直前に行われる第一動作のリセット動作と、Ｎ＋１行目の信号読み動作の直前に行われる第二動作のリセット動作において、信号ｐｒｅｓの駆動を同じにすることで重畳する変動ノイズの量を低減できる。これにより、Ｎ行目とＮ＋１行目の撮像信号に表れる出力差が低減する。得られる画像としては、５行周期の横縞が低減できる。

【0075】

本実施例では、蓄積時間の周期が４Ｈの場合について説明した。蓄積時間の周期が３Ｈの場合には、Ｎ＋１行目とＮ＋２行目の撮像信号に出力差が発生する。言い換えると、撮像信号の出力差は、蓄積時間によって発生する行が変化することになる。また、蓄積時間によっては、第一動作による撮像信号と第二動作による撮像信号の出力差も発生する。この実施形態では、第一動作を行う画素の行と第二動作を行う画素の行のそれぞれのリセットの駆動を同様にすることで撮像信号のばらつくのを低減することができる。いずれの場合においても、本実施形態の画素の駆動のやり方により、撮像信号の出力差を低減できる。

【0076】

なお、信号ｐｒｅｓのＬｏ電位をＧＮＤ（グラウンドレベル）として説明したが、リセットトランジスタ２０４がオフする電位であれば、ＧＮＤでなくてもよい。

【0077】

また、本実施例で説明したタイミングの場合、撮像時の読み出し動作からリセット動作までの期間が、第一動作で読み出す行と第二動作で読み出す行とでは、１Ｈの差が発生する。光電変換部に蓄積された電荷が多い場合には、隣接する行への電荷の漏れ量に影響を与え、出力差が生じる場合がある。そのため、第二の読み出し方法の信号リセット動作において、時刻ｔ４０２から時刻ｔ４０３における光電変換部２０１ａの電荷のリセットを行わない方がノイズの低減には有利な場合がある。

【0078】

（実施形態２）
実施形態１では、信号ｐｒｅｓがＨｉとＬｏの２値の場合について説明した。本実施例では信号ｐｒｅｓ信号を３値とした場合について述べる。信号ｐｒｅｓが３値の場合の第一動作について図８により説明する。信号ｐｒｅｓが３値の場合の第二動作について図９により説明する。信号ｐｒｅｓ以外の、信号ｐｔｘａ、信号ｐｔｘｂ、信号ｐｓｅｌは、図３を用いた実施例１と同じである。そのため、主に信号ｐｒｅｓについて説明する。信号ｐｒｅｓ信号を３値とするが、電荷電圧変換部のリセット電位は電源電圧に近い電位であるために、３値のうちの中間の電位レベルを信号ｐｒｅｓとしてリセットトランジスタへ与えたときであってもリセットトランジスタはオフ状態を保つことができる。

【0079】

信号ｐｒｅｓの３値は一番高い高電位（Ｈｉ）をＤＶＤＤＨ１、ＤＶＤＤＨ１の次に高い中間電位（Ｍｉｄ）をＤＶＤＤＨ２、一番低い低電位（Ｌｏ）をＧＮＤレベルとする。電位間の関係はＤＶＤＤＨ１＞ＤＶＤＤＨ２＞ＧＮＤの関係とする。

【0080】

時刻ｔ８００において、信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の第一動作のリセット動作が開始される。このとき信号ｐｒｅｓ［ｎ］の電位はＤＶＤＤＨ２である。時刻ｔ８０１において、垂直走査回路１０７からの信号ｐｒｅｓ［ｎ］の電位がＤＶＤＤＨ２からＤＶＤＤＨ１になる。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。

【0081】

時刻ｔ８０４において、垂直走査回路１０７からの信号ｐｒｅｓ［ｎ］がＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２になる。これにより、ＦＤ部２０３のリセットが終了する。時刻ｔ８０５において、信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の第一動作のリセット動作が終了する。時刻ｔ８０８において、信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の第一動作の撮像信号の読み出しが開始される。また、信号ｐｒｅｓ［ｎ］の電位がＤＶＤＤＨ２からＤＶＤＤＨ１になる。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。

【0082】

時刻ｔ８１０において、信号ｐｒｅｓ［ｎ］の電位がＤＶＤＤＨ１からＧＮＤになり、リセットトランジスタ２０４をオフする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットが解除される。時刻ｔ８１３において、信号ｐｒｅｓ［ｎ］の電位がＧＮＤからＤＶＤＤＨ１になり、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。時刻ｔ８１５において、信号ＨＤがＬｏになり、ｎ行目の第一動作の信号読み出し動作が終了する。信号ｐｒｅｓ［ｎ］の電位がＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２になる。

【0083】

時刻ｔ９００において、信号ＨＤがＬｏになり、ｍ行目の第二動作のリセット動作が開始される。このとき信号ｐｒｅｓ［ｍ］の電位はＤＶＤＤＨ２である。時刻ｔ９０１において、垂直走査回路１０７からの信号ｐｒｅｓ［ｍ］の電位がＤＶＤＤＨ２からＤＶＤＤＨ１になる。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。時刻ｔ９０４において、垂直走査回路１０７からの信号ｐｒｅｓ［ｍ］の電位はＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２となる。

【0084】

時刻ｔ９０５において、信号ＨＤがＬｏになるが、ｍ行目の信号リセット動作は継続される。時刻ｔ９０６において、垂直走査回路１０７は信号ｐｒｅｓ［ｍ］の電位をＤＶＤＤＨ２からＤＶＤＤＨ１とする。時刻ｔ９０４から時刻ｔ９０６の間に、リセットトランジスタ２０４の制御ノードであるゲートの電位がＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２とし、ｔ９０６からｔ９０９の間は再度ゲートの電位をＤＶＤＤＨ２からＤＶＤＤＨ１とする。ｔ９０９で信号ｐｒｅｓ[ｍ]の電位はＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２となる。

【0085】

時刻ｔ９１０において、信号ＨＤがＬｏになり、ｍ行目の第二動作のリセット動作が終了する。時刻ｔ９１２において、信号ＨＤがＬｏになり、ｍ行目の第二動作の信号読み出し動作が開始される。また、信号ｐｒｅｓ［ｍ］の電位がＤＶＤＤＨ２からＤＶＤＤＨ１になり、ＦＤ部２０３はリセットされる。

【0086】

時刻ｔ９１４において、信号ｐｒｅｓ［ｍ］の電位がＤＶＤＤＨ１からＧＮＤとなる。これにより、ＦＤ部２０３のリセットが解除される。時刻ｔ９２０において、信号ｐｒｅｓ［ｍ］の電位がＧＮＤからＤＶＤＤＨ１になり、リセットトランジスタ２０４をオンする。これにより、ＦＤ部２０３のリセットがされる。時刻ｔ９２２において、信号ＨＤがＬｏになり、ｍ行目の第二の読み出し方法の信号読み出し動作が終了する。このとき、信号ｐｒｅｓ［ｍ］の電位がＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２に制御される。

【0087】

図１０は、画素アレイ１００における行ごとの動作を示した本実施例のタイミング図である。横軸は時間を示しており、縦方向は図５に示す画素アレイ１００の行に対応している。蓄積時間は４Ｈである。Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３行目は、図８で示した第一動作により、撮像信号を読み出し、Ｎ＋４行目は、図９で示した第二動作により、焦点検出信号と撮像信号を読み出す。

【0088】

各行の信号リセット動作と信号読み出し動作は、順次行われる。各行の信号リセット動作は重ならず、また、各行の信号読み出し動作は重ならない。時刻ｔ１０００において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ行目の第一動作の信号リセット動作が開始される。

【0089】

時刻ｔ１００１において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ行目の第一動作のリセット動作が終了し、Ｎ＋１行目の第一動作のリセット動作が開始される。時刻ｔ１００２において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋３］の電位がＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２になる。これは、Ｎ＋３行目の第一動作のリセット動作のうち、図８で示した時刻ｔ８０４におけるＦＤ部２０３のリセット解除に対応する。

【0090】

時刻ｔ１０００から４Ｈ後の時刻ｔ１００３において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ行目の第一動作の信号読み出し動作が開始される。また、Ｎ＋３行目の第一動作のリセット動作が終了し、Ｎ＋４行目の第二動作のリセット動作が開始される。

【0091】

時刻ｔ１００４において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］の電位がＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２になる。これは、Ｎ＋４行目の第二動作のリセット動作のうち、図９で示した時刻ｔ９０１におけるＦＤ部２０３のリセットに対応する。

【0092】

時刻ｔ１００５において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］の電位がＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２になる。これは、Ｎ＋４行目の第二動作のリセット動作のうち、図９で示した時刻ｔ９０４におけるＦＤ部２０３のリセット解除に対応する。

【0093】

時刻ｔ１００６において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ行目の第一動作の信号読み出し動作が終了し、Ｎ＋１行目の第一動作の信号読み出し動作が開始される。また、Ｎ＋４行目の第一動作のリセット動作は継続される。

【0094】

時刻ｔ１００７において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］の電位がＤＶＤＤＨ２からＤＶＤＤＨ１になる。これは、Ｎ＋４行目の第二動作のリセット動作のうち、図９で示した時刻ｔ９０６におけるＦＤ部２０３のリセットに対応する。

【0095】

時刻ｔ１００８において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ＋１行目の第一動作が終了し、Ｎ＋２行目の第一動作が開始される。また、Ｎ＋４行目の第二動作のリセット動作が終了し、Ｎ＋５行目の第一動作のリセット動作が開始される。

【0096】

時刻ｔ１００９において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ＋３行目の第一動作の撮像信号の読み出し動作が終了し、Ｎ＋４行目の第二動作の読み出し動作が開始される。時刻ｔ１０１０において、信号ＨＤがＬｏになると、Ｎ＋４行目の第二動作が終了し、Ｎ＋５行目の第一動作の撮像信号の読み出し動作が開始される。以上のような動作を任意の全行で繰り返すことで、１フレーム分の信号を得ることができる。

【0097】

本発明においては、時刻ｔ１００２や時刻１００５において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋３］と信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］の電位は、ＤＶＤＤＨ１からＤＶＤＤＨ２に遷移する。時刻ｔ１００４や時刻１００７において、信号ｐｒｅｓ［Ｎ＋４］の電位は、ＤＶＤＤＨ２からＤＶＤＤＨ１に遷移する。この遷移するとき、ＤＶＤＤＨの電位が変動するが、実施例１で説明したＧＮＤよりも、電位の高いＤＶＤＤＨ２を用いることで、変動量が低減する。そのため、Ｎ行目とＮ＋１行目の撮像信号への影響を低減することができる。

【0098】

以上のように、信号ｐｒｅｓを３値にすることで、信号読み出しの直前に行われる電位の変動量が小さくなることで重畳するノイズの量が低減する。これにより、Ｎ行目とＮ＋１行目の撮像信号に出力差が低減する。画像としては、５行周期の横縞が低減する。なお、信号ｐｒｅｓの最も低い電位ＬｏをＧＮＤレベルとしたが、リセットトランジスタ２０４がオフする電位であれば、ＧＮＤでなくてもよい。

【0099】

以上のように、実施形態１及び実施形態２によれば、ノイズ信号と撮像信号を読み出す回路と焦点検出信号を読み出す回路を同じにすることができ、焦点検出信号を一方の光電変換部から読み出して取得できる。このために読み出す回路の電流を小さくし、消費電力を低減することができる。

【0100】

また、実施形態１及び実施形態２によれば、信号読み出し動作に対して、焦点検出用の信号と撮像用の信号の両方をそれぞれ読み出すときのリセット動作と、撮像用の信号のみを読み出すときのリセット動作とのそれぞれの動作をそろえる。このためにリセット動作に起因する特性差を低減することができ、画質を向上しうる。

【0101】

以上、実施形態１及び実施形態２について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。また、図１に記載の構成が１つの半導体基板に設けられた非積層型の光電変換装置だけでなく、複数の半導体基板が積層された積層型の光電変換装置にも適用可能である。この積層型の光電変換装置の場合、第１基板には図１の画素アレイ１００が設けられてもよい。そして、別の第２基板には、図１の構成のうち、画素アレイ１００以外の構成のうちの少なくとも一部（全部を含む）を設けることができる。また、さらに別の半導体基板を積層するようにしても良い。この場合、画素アレイ１００が設けられた第１基板と、図１の構成のうち、画素アレイ１００以外の構成のうちの一部ずつが設けられた複数の基板とが積層された構成とすることができる。

【0102】

（機器への適用例）
図１１は本実施形態の半導体装置９３０を備えた機器９１９１を説明する模式図である。半導体装置９３０を備える機器９１９１について詳細に説明する。半導体装置９３０は、上述のように、半導体層を有する半導体デバイス９１０のほかに、半導体デバイス９１０を収容するパッケージ９２０を含むことができる。パッケージ９２０は、半導体デバイス９１０が固定された基体と、半導体デバイス９１０に対向するガラスなどの蓋体と、を含むことができる。パッケージ９２０は、さらに、基体に設けられた端子と半導体デバイス９１０に設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプなどの接合部材を含むことができる。半導体デバイス９１０には、実施形態１又は２で説明した光電変換装置を適用することができる。

【0103】

機器９１９１は、光学装置９４０、制御装置９５０、処理装置９６０、表示装置９７０、記憶装置９８０、機械装置９９０の少なくともいずれかを備えることができる。光学装置９４０は、半導体装置９３０に対応する。光学装置９４０は、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置９５０は、半導体装置９３０を制御する。制御装置９５０は、例えばＡＳＩＣなどの半導体装置である。

【0104】

処理装置９６０は、半導体装置９３０から出力された信号を処理する。処理装置９６０は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体装置である。表示装置９７０は、半導体装置９３０で得られた情報（画像）を表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置９８０は、半導体装置９３０で得られた情報（画像）を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置９８０は、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。

【0105】

機械装置９９０は、モーターやエンジンなどの可動部あるいは推進部を有する。機器９１９１では、半導体装置９３０から出力された信号を表示装置９７０に表示したり、機器９１９１が備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。そのために、機器９１９１は、半導体装置９３０が有する記憶回路や演算回路とは別に、記憶装置９８０や処理装置９６０をさらに備えることが好ましい。機械装置９９０は、半導体装置９３０から出力され信号に基づいて制御されてもよい。

【0106】

また、機器９１９１は、撮影機能を有する情報端末（例えばスマートフォンやウエアラブル端末）やカメラ（例えばレンズ交換式カメラ、コンパクトカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ）などの電子機器に適する。カメラにおける機械装置９９０はズーミングや合焦、シャッター動作のために光学装置９４０の部品を駆動することができる。あるいは、カメラにおける機械装置９９０は防振動作のために半導体装置９３０を移動することができる。

【0107】

また、機器９１９１は、車両や船舶、飛行体などの輸送機器であり得る。輸送機器における機械装置９９０は移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器９１９１は、半導体装置９３０を輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助および／または自動化を行うものに好適である。運転（操縦）の補助および／または自動化のための処理装置９６０は、半導体装置９３０で得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置９９０を操作するための処理を行うことができる。あるいは、機器９１９１は内視鏡などの医療機器や、測距センサなどの計測機器、電子顕微鏡のような分析機器、複写機などの事務機器、ロボットなどの産業機器であってもよい。

【0108】

上述した実施形態によれば、良好な画素特性を得ることが可能となる。従って、半導体装置の価値を高めることができる。ここでいう価値を高めることには、機能の追加、性能の向上、特性の向上、信頼性の向上、製造歩留まりの向上、環境負荷の低減、コストダウン、小型化、軽量化の少なくともいずれかが該当する。

【0109】

従って、本実施形態に係る半導体装置９３０を機器９１９１に用いれば、機器の価値をも向上することができる。例えば、半導体装置９３０を輸送機器に搭載して、輸送機器の外部の撮影や外部環境の測定を行う際に優れた性能を得ることができる。よって、輸送機器の製造、販売を行う上で、本実施形態に係る半導体装置を輸送機器へ搭載することを決定することは、輸送機器自体の性能を高める上で有利である。特に、半導体装置で得られた情報を用いて輸送機器の運転支援および／または自動運転を行う輸送機器に半導体装置９３０は好適である。

【0110】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【符号の説明】

【0111】

１０１ 画素、１０２ 垂直信号線、１０３ 読み出し回路、１０４ 信号保持部、１０５ 水平走査回路、１０６ ＤＳＰ、１０７ 垂直走査回路、 １０８ タイミングジェネレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】