特許 7620169 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】

(24)【登録日】2025-01-15

(45)【発行日】2025-01-23

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/70 20230101AFI20250116BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20250116BHJP

   H04N 25/77 20230101ALI20250116BHJP

   G03B 13/34 20210101ALI20250116BHJP

   G02B 7/28 20210101ALI20250116BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20250116BHJP

【ＦＩ】

H04N25/70

H04N25/76

H04N25/77

G03B13/34

G02B7/28 N

G03B15/00 H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021561462

(86)(22)【出願日】2020-11-25

(86)【国際出願番号】 JP2020043885

(87)【国際公開番号】W WO2021106953

(87)【国際公開日】2021-06-03

【審査請求日】2023-10-03

(31)【優先権主張番号】P 2019213044

(32)【優先日】2019-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和元年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「動的知能システム技術による次世代バイオ・医療機器の創出」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】304023318

【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学

(73)【特許権者】

【識別番号】504145364

【氏名又は名称】国立大学法人群馬大学

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】川人 祥二

(72)【発明者】

【氏名】奥 寛雅

【審査官】堀井 康司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９１１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５０２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８４８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９５８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３２１９２７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ５／３０－５／３３

Ｈ０４Ｎ ２３／１１

Ｈ０４Ｎ ２３／２０－２３／３０

Ｈ０４Ｎ ２５／００

Ｈ０４Ｎ ２５／２０－２５／６１

Ｈ０４Ｎ ２５／６１５－２５／７９

Ｇ０３Ｂ １３／３４

Ｇ０２Ｂ ７／２８

Ｇ０３Ｂ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレーム期間において、焦点の位置が最遠点と最近点との間で周期的に変化する可変焦点レンズと、
前記可変焦点レンズの光軸に重複するように配置されて、前記可変焦点レンズを通過した光を受けると共に前記光に応じた信号を出力する画素回路部と、を備え、
前記画素回路部は、
前記光を電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部に近接して設けられた電荷読出領域と、
前記光電変換部と前記電荷読出領域との間に設けられ、前記光電変換部と前記電荷読出領域との間における電荷転送のための転送制御信号を受ける転送制御電極と、
前記光電変換部に近接すると共に前記電荷読出領域に対して離間して設けられた１又は複数の追加電荷読出領域と、
前記光電変換部と前記追加電荷読出領域との間に設けられ、前記光電変換部と前記追加電荷読出領域との間における電荷転送のための追加転送制御信号を受ける１又は複数の追加転送制御電極と、
前記光電変換部に近接して前記電荷読出領域に対して離間して設けられると共に、前記光に応じた信号の読み出しに供されない前記電荷を排出する電荷排出領域と、
前記光電変換部と前記電荷排出領域との間に設けられ、前記光電変換部と前記電荷排出領域との間における電荷転送のための排出制御信号を受ける排出制御電極と、
前記可変焦点レンズの前記焦点の位置に対応して、前記転送制御電極に前記転送制御信号を印加すると共に前記排出制御電極に前記排出制御信号を印加する制御手段と、
前記電荷読出領域に転送された電荷量に応じた前記信号を出力させる信号読出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記フレーム期間内において、撮像範囲に設定される焦点範囲に前記焦点の位置があるときに前記転送制御信号を出力する動作と、前記撮像範囲と重複しない非撮像範囲に前記焦点の位置があるときに前記排出制御信号を出力する動作と、前記撮像範囲に設定され前記焦点範囲と重複しない追加焦点範囲に前記焦点の位置があるときに前記追加転送制御信号を出力する動作と、を繰り返し、
前記信号読出手段は、前記フレーム期間の経過後に、前記電荷読出領域に転送された電荷量に応じた前記信号を出力させ、前記追加電荷読出領域に転送された電荷の量である電荷量に応じた前記信号をさらに出力させる、撮像装置。

【請求項5】

前記制御手段は、前記フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間を設定し、
前記制御手段は、前記複数のサブフレーム期間ごとに、前記撮像範囲を設定する、請求項１、３及び４の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項10】

前記可変焦点レンズは、
前記光が透過するレンズ部と、
前記レンズ部にレンズ駆動信号を提供することにより、前記レンズ部の焦点の位置を周期的に変化させるレンズ駆動部と、を含み、
前記レンズ駆動部から前記レンズ駆動信号を受けて、前記レンズ駆動信号に基づいて、前記画素回路部のための制御信号を前記画素回路部に提供する画素制御部をさらに備える、請求項１、３～９の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項11】

前記電荷読出領域は、二段転送構造を有し、
前記二段転送構造は、
前記光電変換部から前記電荷を受ける電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部から前記電荷を受けると共に前記信号読出手段に接続された浮遊拡散部と、
前記浮遊拡散部から前記電荷を受けるリセットドレインと、
前記電荷蓄積部から前記浮遊拡散部への前記電荷の転送を制御する転送ゲート電極と、
前記浮遊拡散部から前記リセットドレインへの前記電荷の転送を制御するリセットゲート電極と、により構成される、請求項１、３～１０の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項12】

前記電荷読出領域は、一段転送構造を有し、
前記一段転送構造は、
前記光電変換部から前記電荷を受ける浮遊拡散部と、
前記浮遊拡散部から前記電荷を受けるリセットドレインと、
前記浮遊拡散部から前記リセットドレインへの前記電荷の転送を制御するリセットゲート電極と、により構成される、請求項１、３～１０の何れか一項に記載の撮像装置。

【請求項13】

前記制御手段は、
前記転送制御信号を出力する動作を行い、
前記転送制御信号を出力する動作の後に、前記排出制御信号を出力する動作を行い、
前記排出制御信号を出力する動作の後に、前記追加転送制御信号を出力する動作を行い、
前記追加転送制御信号を出力する動作の後に、再び前記排出制御信号を出力する動作を行う、請求項１に記載の撮像装置。

【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】

一般に、レンズの焦点距離は、個々のレンズに固有の値である。その一方、焦点距離を変更可能な、いわゆる可変焦点レンズが知られている。例えば、特許文献１は、可変焦点レンズに関する技術を開示する。特許文献１の可変焦点レンズは、光を屈折させる要素として液体を用いる。そして、当該液体を共振振動させると、密度分布が生じる。その結果、可変焦点レンズの焦点距離は、振動の周波数により定まる速度で変動する。振動の周波数は、例えば数十Ｈｚから数百ｋＨｚの範囲である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開２０１３／０３２１９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

可変焦点レンズと画像センサとを用いた撮像装置が検討されている。液体を用いた可変焦点レンズは、共振振動により焦点距離を変化させている。従って、可変焦点レンズの焦点距離は、常に変動する。焦点の位置が変動する範囲に含まれるように撮像範囲が設定されたとき、焦点が当該撮像範囲に存在する期間の間だけ露光させる。しかし、当該撮像範囲に焦点が存在する期間は極めて短いので、露光期間も短くなる。露光期間が短い場合には、画像センサに入射する光量が十分でない。つまり、得られる画像の明るさが低くなってしまう。

【0005】

そこで、本発明は、得られる画像の明るさを高めることが可能な撮像装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態である撮像装置は、フレーム期間において、焦点の位置が最遠点と最近点との間で周期的に変化する可変焦点レンズと、可変焦点レンズの光軸に重複するように配置されて、可変焦点レンズを通過した光を受けると共に光に応じた信号を出力する画素回路部と、を備える。画素回路部は、光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部に近接して設けられた電荷読出領域と、光電変換部と電荷読出領域との間に設けられ、光電変換部と電荷読出領域との間における電荷転送のための転送制御信号を受ける転送制御電極と、光電変換部に近接して電荷読出領域に対して離間して設けられると共に、光に応じた信号の読み出しに供されない電荷を排出する電荷排出領域と、光電変換部と電荷排出領域との間に設けられ、光電変換部と電荷排出領域との間における電荷転送のための排出制御信号を受ける排出制御電極と、可変焦点レンズの焦点の位置に対応して、転送制御電極に転送制御信号を印加すると共に排出制御電極に排出制御信号を印加する制御手段と、電荷読出領域に転送された電荷量に応じた信号を出力させる信号読出手段と、を有する。制御手段は、フレーム期間内において、撮像範囲に設定される焦点範囲に焦点の位置があるときに転送制御信号を出力する動作と、撮像範囲と重複しない非撮像範囲に焦点の位置があるときに排出制御信号を出力する動作と、を繰り返す。

【0007】

撮像装置は、可変焦点レンズを備えている。この可変焦点レンズは、フレーム期間において、焦点の位置が最遠点と最近点との間で周期的に変化する。そして、電荷転送制御手段は、焦点の位置が撮像範囲であるときに光電変換部において生じた電荷を電荷読出領域に転送する。電荷転送制御手段は、焦点の位置が非撮像範囲であるときに電荷を電荷排出領域に転送する。さらに、電荷転送制御手段は、電荷読出領域への転送と電荷排出領域への転送と、をフレーム期間において繰り返す。その結果、これらの転送動作が繰り返されるごとに、焦点の位置が撮像範囲であるときに得られる電荷は、電荷読出領域に蓄積される。つまり、１回の転送動作において転送される電荷量がわずかであっても、転送動作を繰り返すことにより、電荷読出領域に蓄積される電荷量が増加する。従って、電荷量の増加によれば、得られる画像の明るさを高めることができる。

【0008】

一形態における撮像装置の画素回路部は、光電変換部に近接すると共に電荷読出領域に対して離間して設けられた１又は複数の追加電荷読出領域と、光電変換部と追加電荷読出領域との間に設けられ、光電変換部と追加電荷読出領域との間における電荷転送のための追加転送制御信号を受ける１又は複数の追加転送制御電極と、をさらに有してもよい。制御手段は、フレーム期間内において、撮像範囲に設定され焦点範囲と重複しない追加焦点範囲に焦点の位置があるときに追加転送制御信号を出力する動作をさらに行ってもよい。信号読出手段は、追加電荷読出領域に転送された電荷の量である電荷量に応じた信号をさらに出力させてもよい。この構成によれば、撮像範囲に複数の焦点範囲を設定することが可能になる。従って、焦点の合った鮮明な画像を得ることができる。

【0009】

一形態における撮像装置の制御手段は、光電変換部から電荷読出領域へ電荷の転送を許可する期間の長さ及び光電変換部から１又は複数の追加電荷読出領域へ電荷の転送を許可する期間の長さのそれぞれが互いに等しくなるように、転送制御信号及び追加転送制御信号を生成してよい。この構成によれば、一定の時間間隔で転送動作を切り替える。従って、電荷転送制御手段による制御を簡素化することができる。

【0010】

一形態における撮像装置の制御手段は、光電変換部から電荷読出領域へ電荷の転送を許可している期間に焦点の位置が変化する量及び光電変換部から１又は複数の追加電荷読出領域へ電荷の転送を許可している期間に焦点の位置が変化する量のそれぞれが互いに等しくなるように、転送制御信号及び追加転送制御信号を生成してよい。この構成によれば、それぞれの焦点範囲の長さを一定にすることができる。

【0011】

一形態における撮像装置の制御手段は、フレーム期間に含まれる複数のサブフレーム期間を設定してもよい。制御手段は、複数のサブフレーム期間ごとに、撮像範囲を設定してよい。この構成によれば、撮像範囲に含まれる焦点範囲を細かく設定することができる。

【0012】

一形態において、複数のサブフレーム期間ごとに設定される撮像範囲は、互いに重複しなくてよい。この構成によれば、撮像範囲を広げることができる。

【0013】

一形態において、複数のサブフレーム期間ごとに設定される撮像範囲は、互いに重複してよい。この構成によれば、撮像範囲に含まれる焦点範囲をさらに細かく設定することができる。

【0014】

一形態における撮像装置の制御手段は、焦点の位置の変化における一周期の間に、転送制御信号を出力する動作を２回行ってよい。この構成によれば、電荷読出手段に転送される電荷量が増加する。従って、得られる画像の明るさをさらに高めることができる。

【0015】

一形態における撮像装置の制御手段は、焦点の位置の変化における一周期の間に、転送制御信号を出力する動作を１回行ってよい。この構成によれば、可変焦点レンズの焦点の位置の周期的な動きと、画素回路部における転送動作との同期条件を緩やかにすることができる。

【0016】

一形態における撮像装置の可変焦点レンズは、光が透過するレンズ部と、レンズ部にレンズ駆動信号を提供することにより、レンズ部の焦点の位置を周期的に変化させるレンズ駆動部と、を含んでもよい。レンズ駆動部からレンズ駆動信号を受けて、レンズ駆動信号に基づいて、画素回路部のための制御信号を画素回路部に提供する画素制御部をさらに備えてよい。この構成によれば、レンズ部の動作と、画素回路部の動作と、を同期させることができる。

【0017】

一形態における撮像装置の電荷読出領域は、二段転送構造を有してもよい。二段転送構造は、光電変換部から電荷を受ける電荷蓄積部と、電荷蓄積部から電荷を受けると共に信号読出手段に接続された浮遊拡散部と、浮遊拡散部から電荷を受けるリセットドレインと、電荷蓄積部から浮遊拡散部への電荷の転送を制御する転送ゲート電極と、浮遊拡散部からリセットドレインへの電荷の転送を制御するリセットゲート電極と、により構成されてよい。この構成によれば、浮遊拡散部のリセット動作に起因するノイズを低減することができる。

【0018】

一形態における撮像装置の電荷読出領域は、一段転送構造を有してもよい。電荷読出領域は、一段転送構造を有してもよい。一段転送構造は、光電変換部から電荷を受ける浮遊拡散部と、浮遊拡散部から電荷を受けるリセットドレインと、浮遊拡散部からリセットドレインへの電荷の転送を制御するリセットゲート電極と、により構成されてよい。この構成によれば、電荷読出領域の構成を単純化することができる。つまり、画素回路部の構成を簡易にできる。

【0019】

一形態における撮像装置の制御手段は、転送制御信号を出力する動作を行い、転送制御信号を出力する動作の後に、排出制御信号を出力する動作を行い、排出制御信号を出力する動作の後に、追加転送制御信号を出力する動作を行い、追加転送制御信号を出力する動作の後に、再び排出制御信号を出力する動作を行ってもよい。この構成によれば、それぞれの焦点範囲を離散的に狭い範囲に設定することができる。その結果、異なる焦点からの光が平均化される焦点範囲が狭くなるので、それぞれの焦点範囲の画像の鮮明度を高めることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、得られる画像の明るさを高めることが可能な撮像装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、実施形態の撮像装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、図１に示す撮像センサの構成を示す図である。

【図3】図３は、図２に示す画素への信号線の接続の様子を示す図である。

【図4】図４は、図２に示す画素の構成を示す図である。

【図5】図５は、図４に示す画素の主要部を拡大して示す図である。

【図6】図６は、可変焦点レンズの動作と焦点範囲との関係を示す図である。

【図7】図７は、撮像装置の動作を説明するための図である。

【図8】図８の（ａ）部は、実施形態の撮像装置における焦点の変動を示すグラフである。図８の（ｂ）部は実施形態の動作を示すタイミングチャートである。

【図9】図９の（ａ）部は、変形例１の撮像装置における焦点の変動を示すグラフである。図９の（ｂ）部は変形例１の動作を示すタイミングチャートである。

【図10】図１０の（ａ）部及び（ｃ）部は、変形例２の撮像装置における焦点の変動を示すグラフである。図１０の（ｂ）部及び（ｄ）部は変形例２の動作を示すタイミングチャートである。

【図11】図１１の（ａ）部及び（ｃ）部は、変形例３の撮像装置における焦点の変動を示すグラフである。図１１の（ｂ）部及び（ｄ）部は変形例３の動作を示すタイミングチャートである。

【図12】図１２は、変形例３の撮像装置における撮像範囲を説明するための図である。

【図13】図１３の（ａ）部は、変形例４の撮像装置における焦点の変動を示すグラフである。図１３の（ｂ）部は変形例４の動作を示すタイミングチャートである。

【図14】図１４の（ａ）部は、変形例５の撮像装置における焦点の変動を示すグラフである。図１４の（ｂ）部は変形例５の動作を示すタイミングチャートである。

【図15】図１５は、変形例６の撮像装置が備える画素の主要部を拡大して示す図である。

【図16】図１６は、変形例７の撮像センサの構成を示す図である。

【図17】図１７は、図１６に示す画素の構成を示す図である。

【図18】図１８の（ａ）部は、可変焦点レンズの焦点位置と焦点範囲とを示すグラフである。図１８の（ｂ）部は、図１６及び図１７に示す画素の動作を示すタイミングチャートである。

【図19】図１９は、変形例８の撮像装置の撮像範囲を示す図である。

【図20】図２０の（ａ）部は、変形例８の撮像装置における焦点の変動を示すグラフである。図２０の（ｂ）部は変形例８の動作を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0023】

図１に示すように、撮像装置１は、可変焦点レンズ１０と、撮像センサ１５と、を有する。

【0024】

可変焦点レンズ１０は、撮像センサ１５に撮像対象の像を結像する。可変焦点レンズ１０は、焦点の位置が最遠点と最近点との間で周期的に変化する。可変焦点レンズ１０は、レンズ部１１と、レンズ駆動部１２と、を有する。レンズ駆動部１２は、レンズ部１１にレンズ駆動信号を提供する。その結果、レンズ部１１の焦点の位置は、周期的に変化する。このような可変焦点レンズ１０として、例えば、米国特許出願公開２０１３／０３２１９２７号公報に開示されたレンズを用いてもよい。

【0025】

〔撮像センサ〕
撮像センサ１５は、撮像対象物の像を得る。撮像センサ１５は、画素回路部２０と、画素制御部５０と、画像処理部６０と、を有する。画素回路部２０は、画素制御部５０に接続される。画素回路部２０は、画素制御部５０から提供される制御信号に応じて動作する。ここでいう動作とは、例えば、露光動作及び転送動作を含む。また、画素回路部２０は、画像処理部６０に接続される。画素回路部２０は、出力信号を画像処理部６０に提供する。画素回路部２０は、画素アレイ２１と周辺回路２５とを有する。画素アレイ２１及び周辺回路２５は、同一の半導体チップに設けられている。

【0026】

〔画素制御部〕
可変焦点レンズ１０の動作と画素回路部２０の動作とは互いに同期する。そこで、画素制御部５０は、可変焦点レンズ１０から参照信号を受ける。参照信号の周波数は、レンズ駆動信号の周波数と一致する。一方、参照信号の位相とレンズ駆動信号の位相の差分は、ゼロであってもよいし、所定の値を含んでもよい。例えば、参照信号は、レンズ駆動信号そのものであってもよい。そして、画素制御部５０は、参照信号に基づいて生成した制御信号を画素回路部２０に提供する。

【0027】

〔画像処理部〕
画像処理部６０は、画素回路部２０から提供された信号を利用して、合成画像を生成する。画像処理部６０は、画素回路部２０から得た信号を利用して、第１～第４の部分画像を生成する。この部分画像とは、異なる焦点位置においてそれぞれ取得される画像をいう。さらに、画像処理部６０は、第１～第４の部分画像を利用して、合成画像を生成する。

【0028】

〔画素回路部〕
画素回路部２０は、可変焦点レンズ１０の光軸に重複するように配置される。そして、画素回路部２０は、可変焦点レンズ１０を通過した光を受けると共に光に応じた信号を出力する。図２に示すように、画素回路部２０の画素アレイ２１は、複数の画素２２を有する。複数の画素２２は、二次元状に配置されている。画素２２は、光電変換部ＰＤと、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、バッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と、ドレインＤＲ（電荷排出領域）と、を含む。

【0029】

ここで、電荷読出領域Ｒ１は、請求項でいう電荷読出領域である。また、電荷読出領域Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、請求項でいう追加電荷読出領域である。ドレインＤＲは、請求項でいう電荷排出領域である。

【0030】

周辺回路２５は、ゲート制御回路２６（制御手段）と、読出回路２７（信号読出手段）と、ＡＤ変換回路２８と、を有する。ゲート制御回路２６及び読出回路２７は、画素制御部５０及び画素アレイ２１にそれぞれ接続されている。具体的には、ゲート制御回路２６及び読出回路２７は、画素アレイ２１の画素２２のそれぞれと接続されている。ゲート制御回路２６及び読出回路２７は、画素アレイ２１を制御するための各種信号を画素２２に出力する。

【0031】

ゲート制御回路２６は、画素制御部５０からの信号に基づいて動作する。そして、画素制御部５０は、レンズ駆動部１２からの参照信号に基づいて動作する。つまり、ゲート制御回路２６は、レンズ駆動部１２からの参照信号に基づいて動作する。一方、読出回路２７は、レンズ駆動部１２からの参照信号に基づいて動作してもよい。また、読出回路２７は、参照信号に基づくことなく動作してもよい。つまり、読出回路２７は、参照信号とは別の基準信号に基づいて動作することもできる。

【0032】

ＡＤ変換回路２８は、画素アレイ２１に接続されている。ＡＤ変換回路２８は、画素アレイ２１から受ける出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。ＡＤ変換回路２８は、折り畳み積分型の変換回路部２８ａと、巡回型の変換回路２８ｂと、を有してもよい。ＡＤ変換回路２８は、折り畳み積分型の変換回路部２８ａ及び巡回型の変換回路２８ｂを含む回路ユニットを備えている。回路ユニットは、列ごとに設けられている。画素アレイ２１の出力は、折り畳み積分型の変換回路部２８ａの入力に接続されている。そして、折り畳み積分型の変換回路部２８ａの出力は、巡回型の変換回路２８ｂの入力に接続されている。巡回型の変換回路２８ｂの出力は、画像処理部６０に接続されている。ＡＤ変換回路２８は、デジタル信号に変換された出力信号を画像処理部６０に出力する。

【0033】

このようなＡＤ変換回路２８は、折り畳み積分型のＡＤ変換動作を行う。折り畳み積分型のＡＤ変換動作によれば、ダイナミックレンジを拡大することができる。さらに、Ｋ回の折り畳み積分型のＡＤ変換動作によれば、画素２２の信号成分がＫ倍される。一方、ランダムノイズ成分が√Ｋ倍（Ｋの平方根）される。従って、Ｓ／Ｎ比を√Ｋ倍に改善することができる。

【0034】

また、ＡＤ変換回路２８は、上記の折り畳み積分型の変換回路部２８ａと、巡回型の変換回路２８ｂと、をそれぞれ別の回路として備えてもよい。この場合には、折り畳み積分型の変換動作と、巡回型の変換動作と、を並列して行うことが可能である。換言すると、パイプライン処理を適用することができる。その結果、ＡＤ変換動作を高速化することができる。

【0035】

一方、ＡＤ変換回路２８は、ひとつの回路において、スイッチによって回路構成を変更することにより、上記の折り畳み積分型の変換回路部２８ａと、巡回型の変換回路２８ｂと、を実現してもよい。この構成によれば、ＡＤ変換回路２８をシングルエンド構成とすることができる。

【0036】

なお、ＡＤ変換回路２８は、相関二重サンプリング回路（いわゆるＣＤＳ回路）を備えていてもよい。ＣＤＳ回路は、後述する電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４におけるリセット動作に起因するノイズを低減する。ＣＤＳ回路は、画素２２から提供される信号からリセットレベルの成分を除いた信号を出力する。ＣＤＳ回路は、画素アレイ２１の出力を受ける。ＣＤＳ回路は、折り畳み積分型の変換回路部２８ａに処理後の信号を出力する。

【0037】

なお、半導体チップにおけるゲート制御回路２６、読出回路２７及びＡＤ変換回路２８の配置には特に制限はない。ゲート制御回路２６、読出回路２７及びＡＤ変換回路２８は、画素回路部２０の構成などに応じて適宜設定してよい。

【0038】

より詳細には、図３に示すように、画素２２には、複数の信号線が接続されている。画素２２の転送制御電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４及び排出制御電極ＥＤは、信号線を介してゲート制御回路２６と接続されている。転送制御電極Ｅ１は、制御信号ＴＧ１を受ける。転送制御電極Ｅ２は、制御信号ＴＧ２を受ける。転送制御電極Ｅ３は、制御信号ＴＧ３を受ける。転送制御電極Ｅ４は、制御信号ＴＧ４を受ける。排出制御電極ＥＤは、制御信号ＴＤを受ける。

【0039】

画素２２の電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、電源線を介して電源２９と接続されている。電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、電源線から電圧ＶＤＤを受ける。また、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、信号線を介してゲート制御回路２６と接続されている。電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、ゲート制御回路２６から制御信号ＲＴ、ＴＸを受ける。さらに、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、信号線を介してバッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４とそれぞれ接続されている。バッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、ＡＤ変換回路２８に接続されている。

【0040】

ドレインＤＲは、電源線を介して電源２９と接続されている。ドレインＤＲは、電源線から電圧ＶＤＤを受ける。

【0041】

バッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、信号線を介して読出回路２７にそれぞれ接続されている。バッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、読出回路２７から制御信号ＳＥＬを受ける。

【0042】

図４は、画素２２の構成を示す図である。画素２２は、光検出部２２ａと、アンプユニット２２ｂと、を有する。光検出部２２ａは、光を受けて電荷を発生させる。当該電荷は、アンプユニット２２ｂを介してＡＤ変換回路２８に電圧として出力される。

【0043】

光検出部２２ａは、光電変換部ＰＤと、電荷転送部３０と、を有する。光検出部２２ａは、本件発明者らが開発したラテラル電界制御電荷変調素子（LEFM : Lateral Electric Field controlled charge Modulator）の原理に基づく構造を有する。ラテラル電界制御電荷変調素子は、電荷輸送路の電界制御を、電荷輸送路の側面に設けた複数のゲートによる横方向の電界を利用することによって、高速な電子の輸送制御を行う。ラテラル電界制御電荷変調素子として、例えば、本件発明者らによる特許第６４７６１３８号に示される構成を採用することもできる。

【0044】

光電変換部ＰＤは、開口部ＡＰを介して受けた光に応じた電荷を発生させる。光電変換部ＰＤは、電荷を電荷転送部３０に提供する。

【0045】

電荷転送部３０は、光電変換部ＰＤから提供された電荷を受ける。電荷転送部３０は、電荷に基づく電圧をバッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４に提供する。電荷転送部３０は、電荷収集領域３１と、電荷振り分け部３２と、ドレイン３３と、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、を有する。

【0046】

電荷収集領域３１は、光電変換部ＰＤにおいて生じた電荷を収集する。そして、電荷振り分け部３２は、収集された電荷を電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びドレイン３３のいずれかに転送する。

【0047】

電荷振り分け部３２は、可変焦点レンズ１０の焦点Ｐの位置に応じて電荷を振り分ける。電荷振り分け部３２は、転送制御電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４（転送制御電極）と、排出制御電極ＥＤと、を有する。転送制御電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４には、信号線がそれぞれ接続されている。転送制御電極Ｅ１は、制御信号ＴＧ１を受ける。転送制御電極Ｅ２は、制御信号ＴＧ２を受ける。転送制御電極Ｅ３は、制御信号ＴＧ３を受ける。転送制御電極Ｅ４は、制御信号ＴＧ４を受ける。転送制御電極Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は、制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４に応じて、電荷収集領域３１から電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のいずれかへの電荷を転送する。

【0048】

排出制御電極ＥＤには、信号線が接続されている。排出制御電極ＥＤは、制御信号ＴＤを受ける。排出制御電極ＥＤは、信号線から提供される制御信号ＴＤに応じて、電荷収集領域３１からドレイン３３への電荷の転送を制御する。

【0049】

ドレイン３３には、電源２９が接続されている。光電変換部ＰＤが光を受けている期間において、光電変換部ＰＤは、電荷を発生し続ける。一方、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４において、電荷に対する所定の処理が行われている間には、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４への電荷の転送が禁止される。電荷に対する所定の処理とは、例えば、読出動作である。そこで、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４への電荷の転送が禁止される期間に発生した電荷を、ドレイン３３が受け入れる。つまり、ドレイン３３が電荷を受け入れている期間、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に電荷は蓄積されない。

【0050】

電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、転送された電荷に応じた電圧をバッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４にそれぞれ提供する。電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、配置及び接続構成が互いに異なるだけである。そこで、電荷読出領域Ｒ１について詳細に説明する。

【0051】

図５に示すように、電荷読出領域Ｒ１は、電荷蓄積部４１と、浮遊拡散部４２と、リセットドレイン４３と、を有する。電荷蓄積部４１は、電荷収集領域３１に隣接する。浮遊拡散部４２は、電荷蓄積部４１に隣接する。また、浮遊拡散部４２は、出力線を介してバッファアンプＡ１に接続されている。リセットドレイン４３は、浮遊拡散部４２に隣接する。リセットドレイン４３には、電源２９が接続されており、電圧ＶＤＤを受ける。

【0052】

これらの領域は、電荷を一時的に蓄積する領域である。そして、これらの領域間における電荷の転送は、いつくかの電極から与えられる電圧によって制御される。電荷読出領域Ｒ１は、転送ゲート電極４４と、リセットゲート電極４５と、を有する。転送ゲート電極４４は、信号線から提供される制御信号ＴＸに応じて、電荷蓄積部４１から浮遊拡散部４２への電荷の転送を制御する。リセットゲート電極４５は、信号線から提供される制御信号ＲＴに応じて、浮遊拡散部４２を、リセットドレイン４３を通して電圧ＶＤＤにリセットする。

【0053】

バッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、配置及び接続構成が互いに異なるだけである。そこで、バッファアンプＡ１について詳細に説明する。

【0054】

バッファアンプＡ１は、トランジスタＴＡと、トランジスタＴＳと、を有する。トランジスタＴＡのドレインは、電源２９に接続されている。トランジスタＴＡのゲートは、電荷読出領域Ｒ１の浮遊拡散部４２に接続されている。トランジスタＴＡのソースは、トランジスタＴＳに接続されている。トランジスタＴＳは、バッファアンプＡ１から出力信号を出力させるか否かのスイッチング制御を行う。トランジスタＴＳのドレインは、トランジスタＴＡのソースに接続されている。トランジスタＴＳのゲートは、制御信号ＳＥＬのための信号線に接続されている。トランジスタＴＳのソースは、ＡＤ変換回路２８のための信号線に接続されている。バッファアンプＡ１は、トランジスタＴＳのゲートに提供される制御信号ＳＥＬに応じて、浮遊拡散部４２に蓄積された電荷に対応する電圧を信号線に出力する。

【0055】

〔ゲート制御回路〕
上記のゲート制御回路２６は、画素制御部５０から提供される制御信号に応じて、画素アレイ２１に提供する制御信号を生成する。以下、図６、図７、図８及び図９を参照しながら、ゲート制御回路２６の動作について説明する。

【0056】

図６は、可変焦点レンズ１０の焦点Ｐの位置が周期的に変化する様子を概念的に示す。グラフＧ６は、時間（位相）と焦点Ｐの位置との関係を示す。グラフＧ６に示すように、焦点Ｐの位置は、時間の経過と共に周期的に変化する。例えば、焦点Ｐの位置は、時間の経過に対して正弦波状に変化する。

【0057】

可変焦点レンズ１０の焦点Ｐの位置は、最近点Ｐｃと、最遠点Ｐｄと、中央点Ｐｍにより示される。最近点Ｐｃは、可変焦点レンズ１０からの距離が最も短い点である。例えば、可変焦点レンズ１０から最近点Ｐｃまでの距離は、距離Ｌｃとして示される。最遠点Ｐｄは、可変焦点レンズ１０からの距離が最も遠い点である。例えば、可変焦点レンズ１０から最遠点Ｐｄまでの距離は、距離Ｌｄとして示される。中央点Ｐｍは、最近点Ｐｃから最遠点Ｐｄまでの距離の中央である。つまり、中央点Ｐｍから最近点Ｐｃまでの距離Ｌｍｃは、中央点Ｐｍから最遠点Ｐｄまでの距離Ｌｍｄに等しい。焦点Ｐの位置は、最近点Ｐｃから最遠点Ｐｄまでの間において周期的に変化する。

【0058】

可変焦点レンズ１０の撮像範囲Ｂは、最近点Ｐｃから最遠点Ｐｄまでの間における任意の範囲に設定できる。撮像範囲Ｂは、撮像近点Ｆｃと、撮像遠点Ｆｄとによって規定される。撮像近点Ｆｃ及び撮像遠点Ｆｄは、最近点Ｐｃと最遠点Ｐｄとの間に設定される。例えば、撮像近点Ｆｃを最近点Ｐｃの位置に設定すると共に、撮像遠点Ｆｄを最遠点Ｐｄに設定することにより、撮像範囲Ｂは、最大となる。撮像近点Ｆｃと撮像遠点Ｆｄとの設定の仕方により、種々の撮像バリエーションを実現できる。幾つかのバリエーションは、変形例１～４として後述する。本実施形態の撮像近点Ｆｃは、最近点Ｐｃと中央点Ｐｍとの間に設定する。さらに、本実施形態の撮像遠点Ｆｄは、最遠点Ｐｄと中央点Ｐｍとの間に設定する。これらの設定によれば、撮像範囲Ｂは、中央点Ｐｍを含む範囲となる。

【0059】

撮像範囲Ｂには、種々の撮像対象が存在することがある。例えば、可変焦点レンズ１０に近い側に撮像対象１００が存在する場合、可変焦点レンズ１０の焦点Ｐの位置が撮像対象１００の位置であるとき（図７の符号Ｐ１参照）に露光を行うと、撮像対象１００の明瞭な画像を得ることができる。しかし、可変焦点レンズ１０の焦点Ｐの位置が撮像対象１００の位置でないとき（図７の符号Ｐ２参照）に露光を行うと、撮像対象１００の明瞭な画像を得ることができない。従って、撮像範囲Ｂをいくつかの部分に分割する。例えば、図６に示すように、撮像範囲Ｂに４つの部分を設定する。この部分を焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４と呼ぶ。ここで、焦点範囲ＢＦ１は、請求項でいう焦点範囲である。また、焦点範囲ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４は、請求項でいう追加焦点範囲である。そして、焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４ごとに露光動作の態様を変える。露光動作とは、露光によって得られる電荷を蓄積する動作をいう。そして、露光動作の態様を変えるとは、露光によって得られる電荷を蓄積する領域を焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４ごとに異ならせることをいう。

【0060】

例えば、焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ１にあるとき、撮像センサ１５は、電荷を電荷読出領域Ｒ１に蓄積する。焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ２にあるとき、撮像センサ１５は、電荷を電荷読出領域Ｒ２に蓄積する。焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ３にあるとき、撮像センサ１５は、電荷を電荷読出領域Ｒ３に蓄積する。焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ４にあるとき、撮像センサ１５は、電荷を電荷読出領域Ｒ４に蓄積する。なお、焦点範囲と電荷読出領域との対応関係は、上記の例示に限定されず、撮像装置の構成や動作に応じて適宜設定してよい。

【0061】

焦点Ｐの位置は、図６のグラフＧ６に示すように周期的に変化する。そうすると、焦点Ｐの位置の一周期の期間において、例えば、焦点Ｐの位置は、焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４をそれぞれ２回ずつ通過する。従って、一周期の期間において、撮像センサ１５は、焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４を通るごとに、対応する電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の何れかに電荷を振り分ける。そうすると、例えば、焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ１に存在するときに得られる電荷は、焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ１を通過するごとに蓄積される。従って、１回の露光動作（蓄積動作）で蓄積される電荷の量がわずかであったとしても、露光動作を複数回行うことにより、焦点範囲ＢＦ１に対応する画像を得るために用いる電荷の量を増やすことができる。その結果、得られる画像の明るさを高めることが可能になる。

【0062】

本実施形態では、焦点範囲ＢＦ１に対応する露光の期間Ｓ１と、焦点範囲ＢＦ２に対応する露光の期間Ｓ２と、焦点範囲ＢＦ３に対応する露光の期間Ｓ３と、焦点範囲ＢＦ４に対応する露光の期間Ｓ４と、のそれぞれの長さが互いに等しくなるように設定する。この場合には、焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ４の長さは、焦点範囲ＢＦ２、ＢＦ３の長さと異なる。

【0063】

ゲート制御回路２６は、図８のタイミングチャートに示す制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを、画素アレイ２１に提供する。なお、制御信号ＴＧ１は、転送制御信号である。また、制御信号ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４は、追加転送制御信号である。そして、制御信号ＴＤは、排出制御信号である。

【0064】

まず、ゲート制御回路２６は、位相φ１から位相φ２までの期間Ｓ２において、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に印加する。位相φ１から位相φ２までの期間Ｓ２は、焦点範囲ＢＦ２に対応する。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、電荷読出領域Ｒ２へ蓄積される。なお、「ＬＯＷ」は、電荷の転送を禁止することを意味する。「ＨＩＧＨ」は、電荷の転送を許可することを意味する。
ＴＧ１：ＬＯＷ。
ＴＧ２：ＨＩＧＨ。
ＴＧ３：ＬＯＷ。
ＴＧ４：ＬＯＷ。
ＴＤ ：ＬＯＷ。

【0065】

次に、ゲート制御回路２６は、位相φ２から位相φ３までの期間Ｓ１において、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤ（第１の制御信号）を画素アレイ２１に提供する。位相φ２から位相φ３までの期間Ｓ１は、焦点範囲ＢＦ１に対応する。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、電荷読出領域Ｒ１へ蓄積される。
ＴＧ１：ＨＩＧＨ。
ＴＧ２：ＬＯＷ。
ＴＧ３：ＬＯＷ。
ＴＧ４：ＬＯＷ。
ＴＤ ：ＬＯＷ。

【0066】

次に、ゲート制御回路２６は、位相φ３から位相φ４までの期間ＳＤにおいて、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に提供する。位相φ３から位相φ４までの期間ＳＤは、非撮像期間である。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、ドレイン３３へ排出される。
ＴＧ１：ＬＯＷ。
ＴＧ２：ＬＯＷ。
ＴＧ３：ＬＯＷ。
ＴＧ４：ＬＯＷ。
ＴＤ ：ＨＩＧＨ。

【0067】

次に、ゲート制御回路２６は、位相φ４から位相φ５までの期間Ｓ１において、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に提供する。位相φ４から位相φ５までの期間Ｓ１は、焦点範囲ＢＦ１に対応する。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、電荷読出領域Ｒ１へ再び蓄積される。
ＴＧ１：ＨＩＧＨ。
ＴＧ２：ＬＯＷ。
ＴＧ３：ＬＯＷ。
ＴＧ４：ＬＯＷ。
ＴＤ ：ＬＯＷ。

【0068】

次に、ゲート制御回路２６は、位相φ５から位相φ６までの期間Ｓ２において、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に提供する。位相φ５から位相φ６までの期間Ｓ２は、焦点範囲ＢＦ２に対応する。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、電荷読出領域Ｒ２へ再び蓄積される。
ＴＧ１：ＬＯＷ。
ＴＧ２：ＨＩＧＨ。
ＴＧ３：ＬＯＷ。
ＴＧ４：ＬＯＷ。
ＴＤ ：ＬＯＷ。

【0069】

次に、ゲート制御回路２６は、位相φ６から位相φ７までの期間Ｓ３において、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に提供する。位相φ６から位相φ７までの期間Ｓ３は、焦点範囲ＢＦ３に対応する。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、電荷読出領域Ｒ３へ蓄積される。
ＴＧ１：ＬＯＷ。
ＴＧ２：ＬＯＷ。
ＴＧ３：ＨＩＧＨ。
ＴＧ４：ＬＯＷ。
ＴＤ ：ＬＯＷ。

【0070】

次に、ゲート制御回路２６は、位相φ７から位相φ８までの期間Ｓ４において、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に提供する。位相φ７から位相φ８までの期間Ｓ４は、焦点範囲ＢＦ４に対応する。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、電荷読出領域Ｒ４へ蓄積される。
ＴＧ１：ＬＯＷ。
ＴＧ２：ＬＯＷ。
ＴＧ３：ＬＯＷ。
ＴＧ４：ＨＩＧＨ。
ＴＤ ：ＬＯＷ。

【0071】

次に、ゲート制御回路２６は、位相φ８から位相φ９までの期間ＳＤにおいて、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に提供する。位相φ８から位相φ９までの期間ＳＤは、非撮像期間である。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、ドレイン３３へ排出される。
ＴＧ１：ＬＯＷ。
ＴＧ２：ＬＯＷ。
ＴＧ３：ＬＯＷ。
ＴＧ４：ＬＯＷ。
ＴＤ ：ＨＩＧＨ。

【0072】

次に、ゲート制御回路２６は、位相φ９から位相φ１０までの期間Ｓ４において、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に提供する。位相φ９から位相φ１０までの期間Ｓ４は、焦点範囲ＢＦ４に対応する。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、電荷読出領域Ｒ４へ再び蓄積される。
ＴＧ１：ＬＯＷ。
ＴＧ２：ＬＯＷ。
ＴＧ３：ＬＯＷ。
ＴＧ４：ＨＩＧＨ。
ＴＤ ：ＬＯＷ。

【0073】

そして、ゲート制御回路２６は、位相φ１０から位相φ１までの期間Ｓ３において、以下の制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤを画素アレイ２１に提供する。位相φ１０から位相φ１までの期間は、焦点範囲ＢＦ３に対応する。この制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４、ＴＤによれば、電荷は、電荷読出領域Ｒ３へ再び蓄積される。
ＴＧ１：ＬＯＷ。
ＴＧ２：ＬＯＷ。
ＴＧ３：ＨＩＧＨ。
ＴＧ４：ＬＯＷ。
ＴＤ ：ＬＯＷ。

【0074】

上記の動作によって、焦点Ｐの位置の一周期分の露光動作が完了する。以下、上記の露光動作をフレーム期間中繰り返す。

【0075】

フレーム期間の経過後、読出回路２７によって、それぞれの電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に蓄積された電荷に対応する電圧がＡＤ変換回路２８に出力される。そして、画像処理部６０は、ＡＤ変換回路２８から出力される信号を利用して、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ごとに、画像を生成する。その結果、第１～第４の部分画像が得られる。画像処理部６０は、出力結果を部分画像としてもよいし、出力結果を部分画像が一枚の画像に合成された合成画像としてもよい。

【0076】

＜作用効果＞
撮像装置１は、可変焦点レンズ１０を備えている。この可変焦点レンズ１０は、フレーム期間において、焦点Ｐの位置が最遠点Ｐｄと最近点Ｐｃとの間で周期的に変化する。そして、ゲート制御回路２６は、焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ１であるときに光電変換部ＰＤにおいて生じた電荷を電荷読出領域Ｒ１に転送すると共に、焦点Ｐの位置が非撮像範囲Ｃであるときに電荷をドレインＤＲに転送する。さらに、ゲート制御回路２６は、電荷読出領域Ｒ１への転送とドレインＤＲへの転送と、をフレーム期間において繰り返す。その結果、これらの転送動作が繰り返されるごとに、焦点Ｐの位置が焦点範囲ＢＦ１であるときに得られる電荷が電荷読出領域Ｒ１に蓄積される。つまり、１回の転送動作において転送される電荷量がわずかであっても、転送動作を繰り返すことにより、電荷読出領域Ｒ１に蓄積される電荷量が増加する。従って、電荷量の増加によれば、得られる画像の明るさを高めることができる。

【0077】

撮像装置１の画素回路部２０は、電荷読出領域Ｒ１に加えて、さらに電荷読出領域Ｒ２～Ｒ４を備えている。この構成によれば、撮像範囲Ｂに複数の焦点範囲ＢＦ１～ＢＦ４を設定することが可能になる。従って、焦点の合った鮮明な画像を得ることができる。

【0078】

ゲート制御回路２６は、光電変換部ＰＤから電荷読出領域Ｒ１へ電荷の転送を許可する期間Ｓ１と、光電変換部ＰＤから電荷読出領域Ｒ２へ電荷の転送を許可する期間Ｓ２と、が互いに等しくなるように、第１の制御信号及び第２の制御信号を生成する。この構成によれば、一定の時間間隔で転送動作を切り替える。従って、ゲート制御回路２６による制御を簡素化することができる。

【0079】

さらに、一定の時間間隔で転送動作を切り替えるということは、換言すると、焦点範囲ＢＦ１～ＢＦ４ごとの露光時間が一定ということである。撮像センサ１５に入射する光の強度が時間的に変化しないと仮定すると、露光時間が一定である場合には焦点範囲ＢＦ１～ＢＦ４ごとに得られる電荷の量は概ね一定である。電荷の量は、最終的に画像の明るさ（輝度）に対応する。つまり、焦点範囲ＢＦ１～ＢＦ４ごとに得られる画像ごとの明るさを一定にすることができる。

【0080】

ゲート制御回路２６は、焦点Ｐの位置の変化における一周期の間に、第１の制御信号を出力する動作を２回行うと共に第２の制御信号を出力する動作を２回行う。この構成によれば、ゲート制御回路２６に転送される電荷量が増加する。従って、得られる画像の明るさをさらに高めることができる。

【0081】

可変焦点レンズ１０は、光が透過するレンズ部１１と、レンズ部１１にレンズ駆動信号を提供することにより、レンズ部１１の焦点Ｐの位置を周期的に変化させるレンズ駆動部１２と、を含む。ゲート制御回路２６は、レンズ駆動部１２からレンズ駆動信号を受ける。ゲート制御回路２６は、レンズ駆動信号に基づいて、第１及び第２の制御信号を生成する。この構成によれば、レンズ部１１の動作と、画素回路部２０の動作と、を同期させることができる。

【0082】

なお、本発明は、上述した実施形態の態様に限定されるものではない。例えば、ゲート制御回路２６は、図８に示されたタイミングチャートに代えて、図９、図１０、図１１、図１２、図１３及び図１４に示すタイミングチャートに基づく制御信号を出力してもよい。

【0083】

＜変形例１＞
実施形態では、撮像範囲Ｂは、最近点Ｐｃの近傍から最遠点Ｐｄの近傍までの広い領域に設定した。つまり、撮像範囲Ｂは、可変焦点レンズ１０の最近点Ｐｃから最遠点Ｐｄまで範囲と等価とみなせる領域に設定した。撮像範囲Ｂは、最近点Ｐｃから最遠点Ｐｄまでの範囲内において、所望の態様で設定してよい。図９は、変形例１のタイミングチャートを示す。図９に示すように、撮像範囲Ｂ１は、焦点Ｐの振幅の半分より狭くてもよい。そして、撮像範囲Ｂ１は、最近点Ｐｃから中央点Ｐｍまでの間に設定してよい。そして、撮像範囲Ｂ１に含まれない焦点範囲（非撮像範囲Ｃ）では、光電変換部ＰＤにおいて生じた電荷は、全てドレインＤＲに排出する。例えば、ゲート制御回路２６は、図９に示す期間ＳＤにおいて、制御信号ＴＤをＨＩＧＨとする。このような撮像範囲Ｂ１によれば、焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４の範囲を狭くすることができる。従って、撮像対象に対してより精密に焦点を合わせることができる。つまり、より明瞭な画像を得ることができる。

【0084】

＜変形例２＞
変形例１の動作では、撮像対象に対してより精密に焦点を合わせることができる。その一方で、撮像範囲Ｂ１が制限されてしまう。そこで、変形例２では、精密な焦点合わせを維持しながら、撮像範囲を拡大することができる動作を示す。図１０は、変形例２のタイミングチャートを示す。

【0085】

変形例２では、いわゆるサブフレーム期間の概念を導入する。フレーム期間において、焦点Ｐの周期的な変動は、例えばＮ回繰り返される。ゲート制御回路２６は、Ｎ回の動作のうちｎ回において、撮像範囲Ｂ２ａを対象とした動作（図１０の（ａ）部及び図１０の（ｂ）部）を行う。この変形例１と同じタイミングチャートに示す一周期分の期間を第１のサブフレーム動作と呼ぶ。第１のサブフレーム動作がｎ回繰り返される期間を第１のサブフレーム期間と呼ぶ。さらに、ゲート制御回路２６は、残りの（Ｎ－ｎ）回において、撮像範囲Ｂ２ｂを対象とした別のタイミングチャートに示す動作（図１０の（ｃ）部及び図１０の（ｄ）部）を行う。この図１０の（ｃ）部及び図１０の（ｄ）部に示す一周期分の期間を第２のサブフレーム動作と呼ぶ。第２のサブフレーム動作がｎ回繰り返される期間を第２のサブフレーム期間と呼ぶ。

【0086】

つまり、フレーム期間は、複数回の第１のサブフレーム動作を行う第１のサブフレーム期間と、複数回の第２のサブフレーム動作を行う第２のサブフレーム期間と、を含む。

【0087】

第２のサブフレーム動作において設定される撮像範囲Ｂ２ｂは、第１のサブフレーム動作において設定される撮像範囲Ｂ２ａと重複しない。つまり、第２のサブフレーム動作では、撮像範囲Ｂ２ｂが第１のサブフレーム動作とは別の領域に設定される。図１０の（ｃ）部及び図１０の（ｄ）部に示すように、第２のサブフレーム動作の撮像範囲Ｂ２ｂは、最遠点Ｐｄから中央点Ｐｍまでの間に設定してよい。そうすると、変形例２の動作では、第１のサブフレーム動作に関する撮像範囲Ｂ２ａと、第２のサブフレーム動作に関する撮像範囲Ｂ２ｂと、を合わせた範囲が、総合的な撮像範囲Ｂ２となる。つまり、撮像範囲Ｂ２を広げることが可能であり、さらに、それぞれの撮像範囲Ｂ２ａ、Ｂ２ｂについて、撮像対象に対してより精密に焦点を合わせることができる。

【0088】

要するに、ゲート制御回路２６は、フレーム期間に含まれる第１のサブフレーム期間及び第２のサブフレーム期間を設定する。第１のサブフレーム期間では、中央点Ｐｍと最近点Ｐｃとの間に撮像範囲Ｂ２ａが設定される。第２のサブフレーム期間では、中央点Ｐｍと最遠点との間に撮像範囲Ｂ２ｂが設定される。この構成によれば、細かい焦点範囲の設定が可能である。さらに、広い撮像範囲Ｂ２を設定することが可能である。

【0089】

また、フレーム期間に設定されるサブフレーム期間の数は、２に限定されない。例えば、フレーム期間は、複数回の第１のサブフレーム動作を行う第１のサブフレーム期間と、複数回の第２のサブフレーム動作を行う第２のサブフレーム期間と、複数回の第３のサブフレーム動作を行う第３のサブフレーム期間と、を含んでもよい。

【0090】

＜変形例３＞
変形例２では、第１のサブフレーム期間において撮像範囲Ｂ２ａ（図１０の（ａ）部参照）を設定し、第２のサブフレーム期間において撮像範囲Ｂ２ｂ（図１０の（ｃ）部参照）を設定した。これらの撮像範囲Ｂ２ａ、Ｂ２ｂは、可変焦点レンズ１０の焦点Ｐの移動方向において、互いに重複していなかった。サブフレーム期間ごとに設定される撮像範囲は、互いに重複しないものに限定されない。つまり、サブフレーム期間ごとに設定される撮像範囲は、互いに重複してもよい。この重複は、完全に一致するものでもよいし、部分的に重複するものでもよい。

【0091】

図１１及び図１２は、撮像範囲が重複する場合の例を示す。図１１の（ａ）部は、第１のサブフレーム期間における撮像範囲Ｂ２ａを示す。また、図１１の（ｂ）部は、第１のサブフレーム期間におけるタイミングチャートを示す。この第１のサブフレーム期間における動作は、変形例２と同様である。

【0092】

そして、図１１の（ｃ）部は、第２のサブフレーム期間における撮像範囲Ｂ２ａ’を示す。また、図１１の（ｄ）部は、第２のサブフレーム期間におけるタイミングチャートを示す。第１のサブフレーム期間の撮像範囲Ｂ２ａは、中央点Ｐｍから最近点Ｐｃの間に設定されている。第２のサブフレーム期間の撮像範囲Ｂ２ａ’も、中央点Ｐｍから最近点Ｐｃの間に設定されている。図１１の（ｃ）部及び図１１の（ｄ）部に示すように、第２のサブフレーム期間に繰り返される第２のサブフレーム動作では、制御信号ＴＧ１～ＴＧ４、ＴＤは、焦点Ｐの位置が中央点Ｐｍである時間から、期間ΔＳだけ遅れて出力される。そうすると、制御信号ＴＧ１～ＴＧ４に対応する焦点範囲ＢＦ１’～ＢＦ４’は、図１１の（ｃ）部に示されるように、最近点Ｐｃ寄りに設定されることになる。

【0093】

そうすると、図１２に示すように、第１のサブフレーム期間では、撮像範囲Ｂ２ａにおいて焦点範囲ＢＦ１～ＢＦ４が設定される。同様に、第２のサブフレーム期間では、撮像範囲Ｂ２ａ’において焦点範囲ＢＦ１’～ＢＦ４’が設定される。これらの焦点範囲ＢＦ１～ＢＦ４、ＢＦ１’～ＢＦ４’は、重複範囲ＢＤを構成する。そして、この重複範囲ＢＤにおいて、第１のサブフレーム期間から画像Ｑ１～Ｑ４が得られる。また、この重複範囲ＢＤにおいて、第２のサブフレーム期間から画像Ｑ１’～Ｑ４’が得られる。

【0094】

画像Ｑ１～Ｑ４が構成する撮像範囲と、画像Ｑ１’～Ｑ４’が構成する撮像範囲と、は互いに重複範囲ＢＤである。一方、この重複範囲ＢＤにおいて、画像Ｑ１～Ｑ４に対応する焦点範囲ＢＦ１～ＢＦ４と、画像Ｑ１’～Ｑ４’に対応する焦点範囲ＢＦ１’～ＢＦ４’と、は互いに異なっている。つまり、変形例３の動作によれば、同じ範囲を互いに異なる区分の焦点範囲によって、複数の画像Ｑ１～Ｑ４、Ｑ１’～Ｑ４’を得ることができる。

【0095】

つまり、変形例３のサブフレーム動作によれば、重複範囲ＢＤにおいて互いに異なる焦点範囲である複数の画像Ｑ１～Ｑ４、Ｑ１’～Ｑ４’を得ることができる。その結果、複雑な凹凸形状を有する撮像対象の撮像において、鮮明な画像を得ることが可能である。

【0096】

＜変形例４＞
焦点Ｐが一周期する間に、同一の焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４を２回通る。そして、実施形態及び変形例１、２の動作では、焦点Ｐが一周期する間にそれぞれの焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４において、２回の転送動作を行った。しかし、転送動作は、焦点Ｐが一周期する間に１回だけ行ってもよい。

【0097】

図１３の（ａ）部及び図１３の（ｂ）部は、変形例４のタイミングチャートを示す。図１３の（ａ）部に示すように、焦点Ｐの位置の変動はグラフＧ１１ａに示す正弦波であっても、可変焦点レンズ１０から得られる参照信号の波形がグラフＧ１１ｂに示すように歪む場合もあり得る。このような場合でも、焦点Ｐは同一の焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４を２回通る。しかし、１回目に通るタイミングと２回目に通るタイミングとを正確に知ったうえで、正確に転送制御を行うことは難しい。このタイミングがずれると、ある電荷読出領域に蓄積される電荷は、２つの焦点範囲に由来することが生じ得る。また、参照信号の波形に歪みが生じていないとしても、実際の焦点Ｐの変動を示す波形と、参照信号の波形との間に、位相ずれが生じた場合にも同様のことが生じ得る。

【0098】

そこで、変形例４の動作は、焦点Ｐが一周期する間に、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４への転送動作を１回だけ行う。このような動作によれば、実際の焦点Ｐの変動を示す波形と参照信号との間の意図しないずれの影響を抑制することができる。この意図しないずれとは、上述した波形の歪み及び位相ずれを含む。つまり、この構成によれば、可変焦点レンズ１０の焦点の位置の周期的な動きと、ゲート制御回路２６による転送動作との同期条件を緩やかにすることができる。

【0099】

＜変形例５＞
実施形態及び変形例１～４の動作では、光電変換部ＰＤから電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４への転送時間は、一定とした。例えば、図８の（ｂ）部に示すように、制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４を出力する期間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、互いに等しかった。つまり、実施形態及び変形例１～４の動作では、動作の基準として時間を選択した。時間は、位相として捉えてもよい。焦点Ｐの周波数に応じて、単位時間当たりの焦点Ｐの移動量が異なる。そうすると、時間を一定とした場合には、焦点Ｐの周波数に応じて焦点範囲が互いに異なる。

【0100】

例えば、動作の基準として、時間ではなく焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４を選択してもよい。つまり、変形例５では、図１４の（ａ）部に示すように、焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４が一定とする。そして、図１４の（ｂ）部に示すように、制御信号ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４を出力する期間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を調整する。従って、期間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の長さは、一定ではない。

【0101】

要するに、ゲート制御回路２６は、光電変換部ＰＤから電荷読出領域Ｒ１へ電荷の転送を許可している期間Ｓ１に焦点Ｐの位置が変化する量と、光電変換部ＰＤから電荷読出領域Ｒ２へ電荷の転送を許可している期間Ｓ２に焦点Ｐの位置が変化する量と、が互いに等しくなるように、第１の制御信号及び第２の制御信号を生成する。この構成によれば、それぞれの焦点範囲の長さを一定にすることができる。

【0102】

なお、実施形態の作用効果で述べたように、期間Ｓ１～Ｓ４のそれぞれの長さは、画像ごとの明るさに対応する。実施形態などのように、期間Ｓ１～Ｓ４のそれぞれの長さを一定にした場合には、画像ごとの明るさを一定にできる。一方、変形例５のように、焦点範囲の長さを一定とするように期間Ｓ１～Ｓ４を設定した場合には、期間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の長さは、一定ではない。その結果、画像ごとの明るさが異なることが生じ得る。そこで、変形例５では、画像の明るさの補正（輝度補正）を行ってもよい。例えば、焦点範囲ＢＦ１～ＢＦ４ごとに得られた画像に対して、期間Ｓ１～Ｓ４の長さに応じた補正係数を乗算してもよい。

【0103】

変形例１～４では、タイミングチャートに関する変形例を示した。その他の変形例として、変形例６、７に示すようなハードウェアの変形例の適用も可能である。

【0104】

＜変形例６＞
実施形態では、電荷読出領域Ｒ１等では、いわゆる二段転送構造を採用していた。例えば、図１５に示す変形例６の撮像装置１Ａのように、電荷読出領域Ｒ１ｓは、二段転送の構造に代えて、一段転送構造を採用してもよい。電荷読出領域Ｒ１ｓでは、転送ゲート電極４４が省略されている。電荷読出領域Ｒ１ｓは、電荷蓄積部４１と浮遊拡散部４２とが電気的に一体化された要素である。このような構成によれば、電荷読出領域Ｒ１ｓの構成を単純化することができる。

【0105】

＜変形例７＞
実施形態の画素２２は、光電変換部ＰＤと、４個の電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、４個のバッファアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と、ドレインＤＲと、を含んでいた。電荷読出領域及びバッファアンプの数は、撮像範囲に設定される焦点範囲の数に対応する。実施形態では、撮像範囲に設定される焦点範囲の数が４個であった。従って、電荷読出領域及びバッファアンプの数は、それぞれ４個であった。

【0106】

撮像範囲に設定される焦点範囲の数は、１個であってもよいし、２個であってもよいし、３個であってもよい。また、撮像範囲に設定される焦点範囲の数は、５個以上であってもよい。例えば、撮像範囲に設定される焦点範囲の数を１個とした場合には、図１６に示すように、画素回路部２０Ａを構成する画素２２Ａは、光電変換部ＰＤと、１個の電荷読出領域Ｒ１と、１個のバッファアンプＡ１と、ドレインＤＲと、を含むものとしてよい。

【0107】

図１７に示すように、画素２２Ａは、光検出部２２ａＡと、アンプユニット２２ｂＡと、を有する。光検出部２２ａＡは、光電変換部ＰＤと、電荷転送部３０Ａと、を有する。電荷転送部３０Ａは、電荷収集領域３１と、ドレイン３３と、１か所の電荷読出領域Ｒ１と、を有する。そして、アンプユニット２２ｂＡは、１個のバッファアンプＡ１を有する。

【0108】

図１８の（ａ）部に示すように、変形例７では、撮像範囲Ｂにひとつの焦点範囲ＢＦ１が設定される。つまり、撮像範囲Ｂが焦点範囲ＢＦ１と一致する。そして、可変焦点レンズ１０の焦点の位置が焦点範囲ＢＦ１であるとき、ゲート制御回路２６は、制御信号ＴＧ１（ＨＩＧＨ）を出力すると共に制御信号ＴＤ（ＬＯＷ）を出力する。可変焦点レンズ１０の焦点の位置が非撮像範囲Ｃであるとき、ゲート制御回路２６は、制御信号ＴＧ１（ＬＯＷ）を出力すると共に制御信号ＴＤ（ＨＩＧＨ）を出力する。この制御によれば、焦点位置が１周期する間に、電荷転送部３０Ａに電荷を蓄積するタイミングが２回生じる。

【0109】

変形例７の画素２２Ａを備える撮像装置１Ａも、実施形態の撮像装置１と同様の効果を得ることができる。

【0110】

＜変形例８＞
図８の（ｂ）部に示すように、実施形態の撮像装置１は、焦点範囲ＢＦ２に対応する露光の期間Ｓ２を設けた後に、直ちに焦点範囲ＢＦ１に対応する露光の期間Ｓ１を設けた。つまり、実施形態の撮像装置１における焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４は、互いに隣接していた。焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４の設定は、互いに隣接するものに限定されない。

【0111】

図１９に示すように、可変焦点レンズ１０は、撮像範囲Ｂの内部に焦点を設定できる。変形例８では、焦点範囲ＢＦ１は、可変焦点レンズ１０に対して最も近い位置に設定される。焦点範囲ＢＦ４は、可変焦点レンズ１０に対して最も遠い位置に設定される。ここで、焦点範囲ＢＦ１と焦点範囲ＢＦ２との間には、非撮像範囲Ｃが設定される。同様に、焦点範囲ＢＦ３と焦点範囲ＢＦ４との間にも、非撮像範囲Ｃが設定され、焦点範囲ＢＦ２と焦点範囲ＢＦ３との間にも、非撮像範囲Ｃが設定される。つまり、変形例８の動作では、可変焦点レンズ１０から離れる方向に向かって、非撮像範囲Ｃ、焦点範囲ＢＦ１、非撮像範囲Ｃ、焦点範囲ＢＦ２、非撮像範囲Ｃ、焦点範囲ＢＦ３、非撮像範囲Ｃ、焦点範囲ＢＦ４及び非撮像範囲Ｃ、の順に各領域が設定されている。

【0112】

このような設定によると、焦点位置が焦点範囲ＢＦ１に存在するとき（図１９の点Ｋ１参照）に、電荷読出領域Ｒ１に電荷の転送を行う。電荷読出領域へ電荷を転送する動作は、露光動作ともいう。同様に、焦点位置が焦点範囲ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４に存在するとき（図１９の点Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４参照）に、それぞれ電荷読出領域Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に電荷の転送を行う。

【0113】

電荷読出領域へ電荷を転送する動作の継続時間（Ｓ１～Ｓ４）は、一例として２００ナノ秒から２０００ナノ秒程度である。電荷読出領域へ電荷を転送する動作の継続時間は、換言すると、露光時間である。焦点が非撮像範囲Ｃに存在するときに、電荷排出領域へ電荷を排出する動作の継続時間（ＳＤ）も同程度である。また、焦点範囲ＢＦ１に対応する露光動作が行われた後に、再び焦点範囲ＢＦ１に対応する露光動作が行われるまでの時間間隔（Ｔ_ＴＡＧ）は、一例として１４．５マイクロ秒程度である。さらに、フレーム期間（Ｔ_{ｆｒａｍｅ}）は、１０ミリ秒程度である。

【0114】

変形例８の動作をタイミングチャートを用いて説明する。図２０の（ａ）部に示すように、変形例８の撮像範囲Ｂは、最近点Ｐｃの近傍に設定される焦点範囲ＢＦ１と、中央点Ｐｍを含む焦点範囲ＢＦ２と、最遠点Ｐｄの近傍に設定される焦点範囲ＢＦ４と、焦点範囲ＢＦ２から焦点範囲ＢＦ４までの間に設定される焦点範囲ＢＦ３と、を含む。それぞれの焦点範囲ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４の間には、非撮像範囲Ｃが設定される。

【0115】

図２０の（ｂ）に示すように、まず、焦点が焦点範囲ＢＦ２に存在する期間Ｓ２において、ゲート制御回路２６は、電荷読出領域Ｒ２に電荷を転送させる。次に、焦点が焦点範囲ＢＦ２から焦点範囲ＢＦ１までの間の非撮像範囲Ｃに存在する期間ＳＤにおいて、ゲート制御回路２６は、ドレインＤＲに電荷を排出させる。次に、焦点が焦点範囲ＢＦ１に存在する期間Ｓ１において、ゲート制御回路２６は、電荷読出領域Ｒ１に電荷を転送させる。そして、焦点が焦点範囲ＢＦ１から焦点範囲ＢＦ２までの間の非撮像範囲Ｃに存在する期間ＳＤにおいて、ゲート制御回路２６は、ドレインＤＲに電荷を再び排出させる。上述のとおり、ゲート制御回路２６は、電荷読出領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４へ電荷を転送させる動作と、ドレインＤＲへ電荷を排出させる動作と、を交互に行う。

【0116】

つまり、変形例８のゲート制御回路２６は、転送制御信号を出力する動作を行い、転送制御信号を出力する動作の後に、排出制御信号を出力する動作を行い、排出制御信号を出力する動作の後に、追加転送制御信号を出力する動作を行い、追加転送制御信号を出力する動作の後に、再び排出制御信号を出力する動作を行う。この構成によれば、それぞれの焦点範囲を離散的に狭い範囲に設定することができる。その結果、異なる焦点からの光が平均化される焦点範囲が狭くなるので、それぞれの焦点範囲の画像の鮮明度を高めることができる。

【0117】

さらに、このような動作によると、例えば、電荷読出領域Ｒ２への転送動作が電荷読出領域Ｒ１への転送動作に切り替わる直前及び直後のタイミングにおいて、電荷読出領域Ｒ２へ転送されるべき電荷が、電荷読出領域Ｒ１へ転送されるという動作が発生しない。つまり、このような動作によれば、電荷読出領域Ｒ１へ転送すべき電荷と電荷読出領域Ｒ２へ転送すべき電荷を確実に分離することが可能である。

【符号の説明】

【0118】

１…撮像装置、１０…可変焦点レンズ、１１…レンズ部、１２…レンズ駆動部、１５…撮像センサ、２０…画素回路部、２１…画素アレイ、２５…周辺回路、２６…ゲート制御回路（制御手段）、２７…読出回路（信号読出手段）、５０…画素制御部、６０…画像処理部、Ｂ…撮像範囲、ＢＦ１，ＢＦ２，ＢＦ３，ＢＦ４…焦点範囲、ＤＲ…ドレイン（電荷排出領域）、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４…転送制御電極、ＥＤ…排出制御電極、Ｐ…焦点、Ｐｃ…最近点、ＰＤ…光電変換部、Ｐｄ…最遠点、Ｐｍ…中央点、Ｒ１，Ｒ１ｓ，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…電荷読出領域。

【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】

【図20】