7771513 撮像素子、及び、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】2025-11-10

(45)【発行日】2025-11-18

(54)【発明の名称】撮像素子、及び、撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/704 20230101AFI20251111BHJP

   H10F 39/18 20250101ALI20251111BHJP

   H04N 25/77 20230101ALI20251111BHJP

   H04N 25/531 20230101ALI20251111BHJP

   H04N 25/616 20230101ALI20251111BHJP

【ＦＩ】

H04N25/704

H10F39/18 A

H04N25/77

H04N25/531

H04N25/616

【請求項の数】 29

(21)【出願番号】P 2020217421

(22)【出願日】2020-12-25

(65)【公開番号】P2022102594

(43)【公開日】2022-07-07

【審査請求日】2023-11-01

【前置審査】

(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】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】島 徹

【審査官】廣田 健介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８６００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８９８９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２２－９９９１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２５／００－２５／７９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を電荷に変換する第１光電変換部と、
光を電荷に変換する第２光電変換部と、
前記第１光電変換部で変換された電荷と、前記第２光電変換部で変換された電荷とが転送される第１フローティングディフュージョンと、
前記第１フローティングディフュージョンと、所定電圧が供給される配線とを電気的に接続するための第１トランジスタを有し、前記第１フローティングディフュージョンの電荷を排出する第１排出部と、
前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷に基づく第１信号と、前記第１信号に対する第１信号処理に用いられる信号であって前記第１排出部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間を含む、前記第１排出部の前記第１トランジスタがオン状態のときの前記第１フローティングディフュージョンの電荷に基づく第２信号とを第１信号線に出力する第１出力部と、
前記第１信号線に出力された前記第１信号からデジタル信号に変換された第１デジタル信号と、前記第１信号線に出力された前記第２信号からデジタル信号に変換された第２デジタル信号とを用いて前記第１信号処理を行う第１信号処理部と
を備える撮像素子。

【請求項2】

請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記第１排出部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間が終了する前に、前記第１信号線への前記第２信号の出力を開始する撮像素子。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送部と、
前記第２光電変換部で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第２転送部と
を備え、
前記第１排出部は、前記第１転送部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに電荷が転送される期間が終了した後に、前記第１フローティングディフュージョンの電荷の排出を終了し、
前記第１出力部は、前記第１転送部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに電荷が転送される期間が終了した後に、前記第１信号線への前記第２信号の出力を開始する撮像素子。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１信号処理部は、前記第１信号処理として前記第１信号に含まれるノイズを低減する相関二重サンプリング処理を行う撮像素子。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とに光を射出する光学系の焦点検出に用いられる信号であって、前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷に基づく第３信号を前記第１信号線に出力する撮像素子。

【請求項6】

請求項５に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部に入射する光の一部を遮る遮光部を備える撮像素子。

【請求項7】

請求項５または請求項６に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記第３信号に対する第２信号処理に用いられる信号であって前記第１排出部により前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間を含む、前記第１排出部の前記第１トランジスタがオン状態のときの前記第１フローティングディフュージョンの電荷に基づく第４信号を前記第１信号線に出力し、
前記第１信号処理部は、前記第１信号線に出力された前記第３信号からデジタル信号に変換された第３デジタル信号と、前記第１信号線に出力された前記第４信号からデジタル信号に変換された第４デジタル信号とを用いて前記第２信号処理を行う撮像素子。

【請求項8】

請求項７に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記第１排出部により前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間が終了する前に、前記第１信号線への前記第４信号の出力を開始する撮像素子。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送部と、
前記第２光電変換部で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第２転送部と
を備え、
前記第１排出部は、前記第２転送部により前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに電荷が転送される期間が終了した後に、前記第１フローティングディフュージョンの電荷の排出を終了し、
前記第１出力部は、前記第２転送部により前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに電荷が転送される期間が終了した後に、前記第１信号線への前記第４信号の出力を開始する撮像素子。

【請求項10】

請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１信号処理部は、前記第２信号処理として前記第３信号に含まれるノイズを低減する相関二重サンプリング処理を行う撮像素子。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第２光電変換部は、列方向において前記第１光電変換部と並んで配置される撮像素子。

【請求項12】

請求項１１に記載の撮像素子において、
前記第２光電変換部は、前記列方向において前記第１光電変換部の隣に配置される撮像素子。

【請求項13】

請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部は、第１分光特性を有する第１フィルタを透過した光を電荷に変換し、
前記第２光電変換部は、前記第１分光特性を有する第２フィルタを透過した光を電荷に変換する撮像素子。

【請求項14】

請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
光を電荷に変換する光電変換部であって、行方向において前記第１光電変換部と並んで配置される第３光電変換部と、
光を電荷に変換する光電変換部であって、前記行方向において前記第２光電変換部と並んで配置される第４光電変換部と、
前記第３光電変換部で変換された電荷と、前記第４光電変換部で変換された電荷とが転送される第２フローティングディフュージョンと、
前記第２フローティングディフュージョンと前記配線とを電気的に接続するための第２トランジスタを有し、前記第２フローティングディフュージョンに転送された電荷を排出する第２排出部と、
前記第４光電変換部から前記第２フローティングディフュージョンに転送された電荷に基づく第５信号と、前記第５信号に対する第３信号処理に用いられる信号であって、前記第２排出部により前記第３光電変換部から前記第２フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間を含む、前記第２排出部の前記第２トランジスタがオン状態のときの前記第２フローティングディフュージョンの電荷に基づく第６信号とを第２信号線に出力する第２出力部と、
前記第２信号線に出力された前記第５信号からデジタル信号に変換された第５デジタル信号と、前記第２信号線に出力された前記第６信号からデジタル信号に変換された第６デジタル信号とを用いて前記第３信号処理を行う第２信号処理部と
を備える撮像素子。

【請求項15】

光を電荷に変換する第１光電変換部と、
光を電荷に変換する第２光電変換部と、
前記第１光電変換部で変換された電荷と、前記第２光電変換部で変換された電荷とが転送される第１フローティングディフュージョンと、
前記第１フローティングディフュージョンと、所定電圧が供給される配線とを電気的に接続するための第１トランジスタを有し、前記第１フローティングディフュージョンの電荷を排出する第１排出部と、
前記第２光電変換部で変換された電荷が転送されたときの前記第１フローティングディフュージョンの電圧に基づく第１信号と、前記第１信号に対する第１信号処理に用いられる信号であって、前記第１排出部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されているときの期間を含む、前記第１排出部の前記第１トランジスタがオン状態のときの前記第１フローティングディフュージョンの電圧に基づく第２信号とを第１信号線に出力する第１出力部と、
前記第１信号線に出力された前記第１信号からデジタル信号に変換された第１デジタル信号と、前記第１信号線に出力された前記第２信号からデジタル信号に変換された第２デジタル信号とを用いて前記第１信号処理を行う第１信号処理部と
を備える撮像素子。

【請求項16】

請求項１５に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記第１排出部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間が終了する前に、前記第１信号線への前記第２信号の出力を開始する撮像素子。

【請求項17】

請求項１５または請求項１６に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送部と、
前記第２光電変換部で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第２転送部と
を備え、
前記第１排出部は、前記第１転送部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに電荷が転送される期間が終了した後に、前記第１フローティングディフュージョンの電荷の排出を終了し、
前記第１出力部は、前記第１転送部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに電荷が転送される期間が終了した後に、前記第１信号線への前記第２信号の出力を開始する撮像素子。

【請求項18】

請求項１５から請求項１７のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１信号処理部は、前記第１信号処理として前記第１信号に含まれるノイズを低減する相関二重サンプリング処理を行う撮像素子。

【請求項19】

請求項１５から請求項１８のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記第１光電変換部と前記第２光電変換部とに光を射出する光学系の焦点検出に用いられる信号であって前記第１光電変換部で変換された電荷が転送された前記第１フローティングディフュージョンの電圧に基づく第３信号を前記第１信号線に出力する撮像素子。

【請求項20】

請求項１９に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部に入射する光の一部を遮る遮光部を備える撮像素子。

【請求項21】

請求項１９または請求項２０に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記第３信号に対する第２信号処理に用いられる信号であって前記第１排出部により前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間を含む、前記第１排出部の前記第１トランジスタがオン状態のときの前記第１フローティングディフュージョンの電圧に基づく第４信号を前記第１信号線に出力し、
前記第１信号処理部は、前記第１信号線に出力された前記第３信号からデジタル信号に変換された第３デジタル信号と、前記第１信号線に出力された前記第４信号からデジタル信号に変換された第４デジタル信号とを用いて前記第２信号処理を行う撮像素子。

【請求項22】

請求項２１に記載の撮像素子において、
前記第１出力部は、前記第１排出部により前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間が終了する前に、前記第１信号線への前記第４信号の出力を開始する撮像素子。

【請求項23】

請求項２１または請求項２２に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送部と、
前記第２光電変換部で変換された電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第２転送部と
を備え、
前記第１排出部は、前記第２転送部により前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに電荷が転送される期間が終了した後に、前記第１フローティングディフュージョンの電荷の排出を終了し、
前記第１出力部は、前記第２転送部により前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに電荷が転送される期間が終了した後に、前記第１信号線への前記第４信号の出力を開始する撮像素子。

【請求項24】

請求項２１から請求項２３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１信号処理部は、前記第２信号処理として前記第３信号に含まれるノイズを低減する相関二重サンプリング処理を行う撮像素子。

【請求項25】

請求項１５から請求項２４のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第２光電変換部は、列方向において前記第１光電変換部と並んで配置される撮像素子。

【請求項26】

請求項２５に記載の撮像素子において、
前記第２光電変換部は、前記列方向において前記第１光電変換部の隣に配置される撮像素子。

【請求項27】

請求項１５から請求項２６のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第１光電変換部は、第１分光特性を有する第１フィルタを透過した光を電荷に変換し、
前記第２光電変換部は、前記第１分光特性を有する第２フィルタを透過した光を電荷に変換する撮像素子。

【請求項28】

請求項１５から請求項２７のいずれか一項に記載の撮像素子において、
光を電荷に変換する光電変換部であって、行方向において前記第１光電変換部と並んで配置される第３光電変換部と、
光を電荷に変換する光電変換部であって、行方向において前記第２光電変換部と並んで配置される第４光電変換部と、
前記第３光電変換部で変換された電荷と、前記第４光電変換部で変換された電荷とが転送される第２フローティングディフュージョンと、
前記第２フローティングディフュージョンと、前記配線とを電気的に接続するための第２トランジスタを有し、前記第２フローティングディフュージョンの電荷を排出する第２排出部と、
前記第４光電変換部で変換された電荷が転送されたときの前記第２フローティングディフュージョンの電圧に基づく第５信号と、前記第５信号に対する第３信号処理に用いられる信号であって、前記第２排出部により前記第３光電変換部から前記第２フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間を含む、前記第２排出部の前記第２トランジスタがオン状態のときの前記第２フローティングディフュージョンの電圧に基づく第６信号とを第２信号線に出力する第２出力部と、
前記第２信号線に出力された前記第５信号からデジタル信号に変換された第５デジタル信号と、前記第２信号線に出力された前記第６信号からデジタル信号に変換された第６デジタル信号とを用いて前記第３信号処理を行う第２信号処理部と
を備える撮像素子。

【請求項29】

請求項１から請求項２８のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像素子、及び、撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から焦点検出用画素を用いた焦点検出技術が知られている。従来から焦点検出の精度向上という要求があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－２６３５６８号公報

【発明の概要】

【0004】

第１の態様によると、撮像素子は、光を電荷に変換する第１光電変換部と、光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第１光電変換部で変換された電荷と、前記第２光電変換部で変換された電荷とが転送される第１フローティングディフュージョンと、前記第１フローティングディフュージョンと、所定電圧が供給される配線とを電気的に接続するための第１トランジスタを有し、前記第１フローティングディフュージョンの電荷を排出する第１排出部と、前記第２光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷に基づく第１信号と、前記第１信号に対する第１信号処理に用いられる信号であって前記第１排出部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されている期間を含む、前記第１排出部の前記第１トランジスタがオン状態のときの前記第１フローティングディフュージョンの電荷に基づく第２信号とを第１信号線に出力する第１出力部と、前記第１信号線に出力された前記第１信号からデジタル信号に変換された第１デジタル信号と、前記第１信号線に出力された前記第２信号からデジタル信号に変換された第２デジタル信号とを用いて前記第１信号処理を行う第１信号処理部とを備える。
第２の態様によると、撮像素子は、光を電荷に変換する第１光電変換部と、光を電荷に変換する第２光電変換部と、前記第１光電変換部で変換された電荷と、前記第２光電変換部で変換された電荷とが転送される第１フローティングディフュージョンと、前記第１フローティングディフュージョンと、所定電圧が供給される配線とを電気的に接続するための第１トランジスタを有し、前記第１フローティングディフュージョンの電荷を排出する第１排出部と、前記第２光電変換部で変換された電荷が転送されたときの前記第１フローティングディフュージョンの電圧に基づく第１信号と、前記第１信号に対する第１信号処理に用いられる信号であって、前記第１排出部により前記第１光電変換部から前記第１フローティングディフュージョンに転送された電荷が排出されているときの期間を含む、前記第１排出部の前記第１トランジスタがオン状態のときの前記第１フローティングディフュージョンの電圧に基づく第２信号とを第１信号線に出力する第１出力部と、前記第１信号線に出力された前記第１信号からデジタル信号に変換された第１デジタル信号と、前記第１信号線に出力された前記第２信号からデジタル信号に変換された第２デジタル信号とを用いて前記第１信号処理を行う第１信号処理部とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】第１の実施の形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。

【図2】第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。

【図4】第１の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示す図である。

【図5】第１の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。

【図6】第１の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示す図である。

【図7】第１の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。

【図8】第１の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。

【図9】変形例に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ１の構成例を示す図である。カメラ１は、撮影光学系（結像光学系）２、撮像素子３、制御部４、メモリ５、表示部６、及び操作部７を備える。撮影光学系２は、焦点調節レンズ（フォーカスレンズ）を含む複数のレンズ及び開口絞りを有し、撮像素子３に被写体像を結像する。なお、撮影光学系２は、カメラ１から着脱可能にしてもよい。

【0007】

撮像素子３は、ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子である。撮像素子３は、撮影光学系２を通過した光束を受光し、撮影光学系２により形成される被写体像を撮像する。撮像素子３には、光電変換部を有する複数の画素が二次元状（行方向及び列方向）に配置される。光電変換部は、フォトダイオード（ＰＤ）によって構成される。撮像素子３は、受光した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号を制御部４に出力する。

【0008】

撮像素子３は、撮像画素とＡＦ画素（焦点検出画素）とを有する。撮像画素は、画像生成に用いる信号を出力する。ＡＦ画素は、焦点検出に用いる信号を出力する。後述するが、ＡＦ画素は、撮像画素の一部に置換して配置され、撮像素子３の撮像面のほぼ全面に分散して配置される。なお、以下の説明では、単に画素と称する場合は、撮像画素およびＡＦ画素のいずれか一方または両方を指す。

【0009】

メモリ５は、メモリカード等の記録媒体である。メモリ５には、画像データ、制御プログラム等が記録される。メモリ５へのデータの書き込み、及びメモリ５からのデータの読み出しは、制御部４によって制御される。表示部６は、画像データに基づく画像、シャッター速度、絞り値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部７は、レリーズボタン、電源スイッチ、各種モードを切り替えるためのスイッチ等の各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に基づく信号を制御部４へ出力する。

【0010】

制御部４は、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等のプロセッサ、及びＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリによって構成され、制御プログラムに基づいてカメラ１の各部を制御する。制御部４は、撮像制御部４ａと、画像データ生成部４ｂと、焦点検出部４ｃとを有する。

【0011】

撮像制御部４ａは、撮像素子３を制御する信号を撮像素子３に供給して、撮像素子３の動作を制御する。撮像制御部４ａは、表示部６に被写体のスルー画像（ライブビュー画像）を表示する場合や、動画撮影を行う場合に、撮像素子３に所定周期のフレーム毎に繰り返し被写体像を撮像させて信号を出力させる。撮像制御部４ａは、撮像素子３の画素を行単位で順次選択して、選択した画素から信号を読み出す、いわゆるローリングシャッタ方式の読み出し制御を行う。

【0012】

撮像制御部４ａは、撮像素子３を制御して、ＡＦ画素が配置された画素の行（以下、ＡＦ画素行と称する）からの信号の読み出しと、ＡＦ画素が配置されていない画素の行（以下、撮像画素行と称する）からの信号の読み出しとを分けて行う処理を行う。また、撮像制御部４ａは、ＡＦ画素行の信号読み出しと撮像画素行の信号読み出しとを分けて行わずに、画素行を順次選択して、各画素の信号を読み出す処理も行う。

【0013】

撮像制御部４ａは、例えば、表示部６にスルー画像を表示する場合や動画撮影を行う場合に、ＡＦ画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行う。また、撮像制御部４ａは、高解像度の静止画撮影を行う場合には、ＡＦ画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行わずに、画素行を順次選択して信号を読み出す処理を行う。

【0014】

画像データ生成部４ｂは、撮像素子３の撮像画素から出力される信号に各種の画像処理を行って、画像データ（静止画像データ、動画像データ）を生成する。画像処理には、階調変換処理、色補間処理等の画像処理が含まれる。なお、画像データ生成部４ｂは、ＡＦ画素から出力される信号も用いて、画像データを生成するようにしてもよい。

【0015】

焦点検出部４ｃは、撮影光学系２の自動焦点調節（ＡＦ）に必要な焦点検出処理を行う。焦点検出部４ｃは、撮影光学系２による像が撮像素子３の撮像面上に合焦（結像）するためのフォーカスレンズの合焦位置（合焦位置までのフォーカスレンズの移動量）を検出する。焦点検出部４ｃは、撮像素子３の一対のＡＦ画素（ＡＦ画素対）から出力される第１及び第２の信号を用いて、位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する。

【0016】

焦点検出部４ｃは、撮影光学系２の射出瞳の第１の領域を通過した第１の光束による像を撮像して生成した第１の信号と第２の領域を通過した第２の光束による像を撮像して生成した第２の信号とを相関演算して、像ズレ量を算出する。焦点検出部４ｃは、この像ズレ量を所定の換算式に基づきデフォーカス量に換算する。焦点検出部４ｃは、算出したデフォーカス量に基づいて、合焦位置までのフォーカスレンズの移動量を算出する。移動量に応じてフォーカスレンズが駆動されることにより、焦点調節が自動で行われる。このように、制御部４は、撮影光学系２による被写体の像が撮像素子３に合焦するようフォーカスレンズの位置を制御する。

【0017】

図２は、第１の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。撮像素子３は、画素が二次元状（行方向及び列方向）に設けられた画素部（画素領域）１００と、供給部３０と、読み出し制御部４０と、複数の処理部５０（処理部５０ａ～処理部５０ｈ）とを有する。撮像素子３の画素部１００には、複数の撮像画素１０及びＡＦ画素１３（１３ａ、１３ｂ）が配置される。図２においては、左上隅の画素を第１行第１列の撮像画素１０（１，１）とし、右下隅の画素を第１６行第８列の撮像画素１０（１６，８）として、１６行８列の計１２８個の画素を図示している。なお、撮像素子３に配置される画素の数及び配置は、図示した例に限られない。

【0018】

撮像画素１０には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の異なる分光特性を有する３つのカラーフィルタ（色フィルタ）４１のいずれかが設けられる。撮像画素１０には、入射した光のうち第１の波長域の光（赤（Ｒ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタ４１を有する画素（以下、Ｒ画素と称する）と、入射した光のうち第２の波長域の光（緑（Ｇ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタ４１を有する画素（以下、Ｇ画素と称する）と、入射した光のうち第３の波長域の光（青（Ｂ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタ４１を有する画素（以下、Ｂ画素と称する）とが含まれる。Ｒ画素１０と、Ｇ画素１０と、Ｂ画素１０とは、ベイヤー配列に従って配置されている。

【0019】

第１のＡＦ画素１３ａ及び第２のＡＦ画素１３ｂは、上述のようにベイヤー配列されたＲ、Ｇ、Ｂの撮像画素１０の一部に置換して配置される。図２に示す例では、第１のＡＦ画素１３ａ及び第２のＡＦ画素１３ｂには、入射した光のうち第２の波長域の光（緑（Ｇ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタ４１が配置される。なお、第１及び第２のＡＦ画素１３ａ、１３ｂの各々が有するカラーフィルタは、第１の波長域の光（赤（Ｒ）の光）または第３の波長域の光（青（Ｂ）の光）を分光する分光特性を有するカラーフィルタであってもよい。また、第１及び第２のＡＦ画素１３ａ、１３ｂは、入射した光のうち第１及び第２及び第３の波長域の光を分光する分光特性を有するフィルタを有していてもよい。あるいは、第１及び第２のＡＦ画素１３ａ、１３ｂには、カラーフィルタを配置しなくてもよい。

【0020】

第１のＡＦ画素１３ａ及び第２のＡＦ画素１３ｂは、それぞれ、光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部４３を有する。第１のＡＦ画素１３ａと第２のＡＦ画素１３ｂとは、その遮光部４３の位置が異なる。第１のＡＦ画素１３ａ及び第２のＡＦ画素１３ｂの各々の遮光部４３は、撮影光学系２の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光が光電変換部に入射するように配置される。これにより、第１のＡＦ画素１３ａの光電変換部は、撮影光学系２の射出瞳の第１及び第２の領域のうちの第１の領域を通過した光束を受光する。第２のＡＦ画素１３ｂの光電変換部は、撮影光学系２の射出瞳の第１及び第２の領域のうちの第２の領域を通過した光束を受光する。

【0021】

撮像素子３は、図２に示すように、Ｇ画素１０とＢ画素１０とが左右方向、即ち行方向に交互に配置される画素群（第１の撮像画素行）４０１と、Ｒ画素１０とＧ画素１０とが行方向に交互に配置される画素群（第２の撮像画素行）４０２とを有する。また、撮像素子３は、Ｇ画素１０と第１のＡＦ画素１３ａとが行方向に交互に配置される画素群（第１のＡＦ画素行）４０３ａと、Ｇ画素１０と第２のＡＦ画素１３ｂとが行方向に交互に配置される画素群（第２のＡＦ画素行）４０３ｂとを有する。第１の撮像画素行４０１、第２の撮像画素行４０２、第１のＡＦ画素行４０３ａ、及び第２のＡＦ画素行４０３ｂは、それぞれ、上下方向、即ち列方向に複数配置される。

【0022】

撮像素子３では、水平方向（行方向）に配置された複数の画素１０毎に、垂直信号線２５が設けられる。垂直方向（列方向）に並んだ複数の画素の列である画素列に対して、垂直信号線２５が設けられるともいえる。複数の垂直信号線２５（図２では垂直信号線２５ａ～垂直信号線２５ｈ）の各々に対して、後述する電流源と処理部５０が設けられる。

【0023】

供給部３０は、カメラ１の撮像制御部４ａによって制御され、各画素に所定の電圧（電位）を供給する。後述するが、供給部３０は、供給部３５（図３参照）を介して、撮像画素１０及びＡＦ画素１３に電源電圧ＶＤＤを供給する。

【0024】

読み出し制御部４０は、タイミングジェネレータを含む複数の回路により構成される。読み出し制御部４０は、撮像制御部４ａによって制御され、後述する信号ＴＸ、信号ＲＳＴ、信号ＳＥＬなどの信号を各画素に供給して、各画素の動作を制御する。読み出し制御部４０は、画素の各トランジスタのゲートに信号を供給して、トランジスタをオン状態（接続状態、導通状態、短絡状態）又はオフ状態（切断状態、非導通状態、開放状態、遮断状態）とする。各画素の信号は、その画素に接続された垂直信号線２５に出力される。

【0025】

処理部５０は、アナログ／デジタル変換部（ＡＤ変換部）を含んで構成される。処理部５０は、各画素から垂直信号線２５を介して入力されるアナログ信号である画素の信号を、デジタル信号に変換する。なお、処理部５０は、垂直信号線２５を介して入力される画素の信号を所定のゲイン（増幅率）で増幅するアンプ部を有していてもよい。この場合、処理部５０は、アンプ部により増幅された画素の信号をデジタル信号に変換するようにしてもよい。

【0026】

処理部５０は、デジタル信号に変換された画素の信号を、不図示の信号処理部に出力する。信号処理部は、入力された画素の信号に対して、相関二重サンプリング、信号量を補正する処理等の信号処理を行った後に、処理後の信号を制御部４に出力する。

【0027】

図３は、第１の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。各画素（ＡＦ画素１３、撮像画素１０）は、それぞれ光電変換部１１と接続部１２とを含んで構成される。列方向で隣り合う２つの画素のうち、一方の画素（ＡＦ画素１３）は、光電変換部１１ａと接続部１２ａを有し、他方の画素（撮像画素１０）は、光電変換部１１ｂと接続部１２ｂを有する。光電変換部１１（１１ａ、１１ｂ）は、フォトダイオードＰＤであり、入射した光を電荷に変換し、光電変換された電荷を蓄積する。

【0028】

撮像素子３は、図３において破線２０で示すように、隣り合う２つの画素がフローティングディフュージョン（ＦＤ）１４と、接続部１５と、増幅部１６と、選択部１７とを共有する構成となる。なお、本実施の形態にあっては、隣り合う２つの撮像画素１０の回路構成は、図３に示すＡＦ画素１３及び撮像画素１０の回路構成とそれぞれ同一である。図３に示す例では、接続部１２ａ、接続部１２ｂ、及び接続部１５は、それぞれ、接続および切断を切り替える切替部（スイッチ部）であるともいえる。

【0029】

供給部３５は、撮像素子３のうち、電源電圧ＶＤＤを接続部１５及び増幅部１６に供給（印加）する部分（配線、電極等）である。供給部３５は、供給部３０（図２参照）から電源電圧ＶＤＤが与えられる。なお、供給部３５を供給部３０の一部としてもよい。

【0030】

接続部１２ａは、信号ＴＸ１により制御されるトランジスタＭ１ａから構成され、光電変換部１１ａとＦＤ１４とを電気的に接続又は切断する。接続部１２ａは、転送部１２ａであり、光電変換部１１ａで光電変換された電荷をＦＤ１４に転送する。

【0031】

接続部１２ｂは、信号ＴＸ２により制御されるトランジスタＭ１ｂから構成され、光電変換部１１ｂとＦＤ１４とを電気的に接続又は切断する。接続部１２ｂは、転送部１２ｂであり、光電変換部１１ｂで光電変換された電荷をＦＤ１４に転送する。トランジスタＭ１ａ、Ｍ１ｂは、それぞれ転送トランジスタである。ＦＤ１４の容量Ｃは、ＦＤ１４に転送された電荷を蓄積（保持）して、容量値で除算した電圧に変換する。ＦＤ１４は、蓄積部１４であり、光電変換部１１で生成された電荷を蓄積する。

【0032】

増幅部１６は、ゲート（端子）がＦＤ１４に接続されるトランジスタＭ３から構成され、ＦＤ１４の容量Ｃに蓄積された電荷による信号を増幅して出力する。トランジスタＭ３のドレイン（端子）及びソース（端子）は、それぞれ、電源電圧ＶＤＤを供給する供給部３５、選択部１７に接続される。増幅部１６は、電流源２６を負荷電流源として、ソースフォロワ回路の一部として機能する。トランジスタＭ３は、増幅トランジスタである。増幅部１６と選択部１７とは、光電変換部１１により生成された電荷に基づく信号を生成し出力する出力部を構成する。

【0033】

接続部１５は、信号ＲＳＴにより制御されるトランジスタＭ２から構成され、供給部３５とＦＤ１４とを電気的に接続又は切断する。接続部１５は、供給部３５とＦＤ１４とを接続することによって、ＦＤ１４により蓄積された電荷を供給部３５に排出する。接続部１５は、排出部（リセット部）１５であり、ＦＤ１４に蓄積された電荷を排出し、ＦＤ１４の電圧をリセットする。トランジスタＭ２は、リセットトランジスタである。

【0034】

選択部１７は、信号ＳＥＬにより制御されるトランジスタＭ４から構成され、増幅部１６と垂直信号線２５とを電気的に接続又は切断する。選択部１７のトランジスタＭ４は、オン状態の場合に、増幅部１６からの信号を垂直信号線２５に出力する。トランジスタＭ４は、選択トランジスタである。

【0035】

電流源２６は、垂直信号線２５を介して各画素に接続される。電流源２６は、画素から信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を垂直信号線２５と各画素の増幅部１６及び選択部１７とに供給する。

【0036】

撮像素子３では、画素の光電変換部１１に蓄積された電荷の排出（リセット動作）と、画素から信号を読み出す動作（読み出し動作）とが行われる。図３に示すＡＦ画素１３に対するリセット動作では、転送部１２ａとＦＤ１４と接続部１５を介して、光電変換部１１ａに蓄積された電荷が供給部３５に排出される。撮像画素１０に対するリセット動作では、転送部１２ｂとＦＤ１４と接続部１５を介して、光電変換部１１ｂに蓄積された電荷が供給部３５に排出される。

【0037】

本実施の形態では、撮像制御部４ａは、ローリングシャッタ方式の読み出し制御を行う。撮像素子３の撮像画素行およびＡＦ画素行は、読み出し制御部４０によって順次選択される。撮像素子３では、リセット動作と読み出し動作とが、例えば最上行から最下行に向かって行毎に走査しながら行われる。撮像制御部４ａは、読み出し制御部４０を制御して、全ての画素行を順次選択して各画素の信号を読み出す第１の読み出し処理と、ＡＦ画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行う第２の読み出し処理とを行う。

【0038】

図４は、第１の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示す図であり、第１の読み出し処理を行って画素の信号を読み出す場合の動作例を示している。縦軸は、画素行を示し、横軸は、各画素行のリセット動作及び読み出し動作が行われるタイミング（時刻ｔ）を示す。図４では、リセット動作及び読み出し動作が行われる画素行の遷移を模式的に示している。

【0039】

読み出し制御部４０は、撮像制御部４ａにより第１の読み出し処理が指示された場合、図４に示すように、画素行を順次選択して各画素から信号を出力させる。図２に示す例の場合、読み出し制御部４０は、第１行目から第１６行目に向かって、画素行を順次選択する。読み出し制御部４０は、選択した画素行の各画素から信号を垂直信号線２５に出力させる。以下に、第１の読み出し処理の場合の信号の読み出し方法の一例について説明する。

【0040】

読み出し制御部４０は、第１行目の第１の撮像画素行４０１の画素であるＧ画素１０（１，１）～Ｂ画素１０（１，８）の転送部１２ａをオン状態とする。また、読み出し制御部４０は、第１行目以外の他の行の画素の転送部１２（転送部１２ａ、転送部１２ｂ）をオフ状態とする。これにより、第１行目のＧ画素１０（１，１）～Ｂ画素１０（１，８）において、それぞれの光電変換部１１ａで光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。第１行目のＧ画素１０（１，１）～Ｂ画素１０（１，８）の各々の信号は、各々の画素の選択部１７を介して、それぞれ垂直信号線２５ａ～垂直信号線２５ｈに出力される。

【0041】

読み出し制御部４０は、第２行目の第２の撮像画素行４０２の画素であるＲ画素１０（２，１）～Ｇ画素１０（２，８）の転送部１２ｂをオン状態とし、第２行目以外の他の行の画素の転送部１２（転送部１２ａ、転送部１２ｂ）をオフ状態とする。これにより、第２行目のＲ画素１０（２，１）～Ｇ画素１０（２，８）において、それぞれの光電変換部１１ｂで光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。第２行目のＲ画素１０（２，１）～Ｇ画素１０（２，８）の各々の信号は、各々の画素の選択部１７を介して、それぞれ垂直信号線２５ａ～垂直信号線２５ｈに出力される。

【0042】

読み出し制御部４０は、第３行目の第１のＡＦ画素行４０３ａの画素であるＧ画素１０（３，１）～第１のＡＦ画素１３ａ（３，８）の転送部１２ａをオン状態とし、第３行目以外の他の行の画素の転送部１２（転送部１２ａ、転送部１２ｂ）をオフ状態とする。第３行目のＧ画素１０（３，１）～第１のＡＦ画素１３ａ（３，８）において、それぞれの光電変換部１１ａで光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。第３行目のＧ画素１０（３，１）～第１のＡＦ画素１３ａ（３，８）の各々の信号は、各々の画素の選択部１７を介して、それぞれ垂直信号線２５ａ～垂直信号線２５ｈに出力される。また、同様に、読み出し制御部４０は、第４行目以降の画素を、第４行、第５行、第６行、第７行の順に１行ずつ順次選択し、選択した各画素から信号を読み出す。

【0043】

このように、第１の読み出し処理では、読み出し制御部４０は、全ての画素行を順次選択し、各画素から信号を読み出す。垂直信号線２５ａ～垂直信号線２５ｈにそれぞれ出力される画素の信号は、それぞれ処理部５０ａ～処理部５０ｈによって信号処理が施された後に、制御部４に出力される。

【0044】

次に、撮像画素行の撮像画素１０の信号を読み出す場合を例にして、上述した読み出し動作について更に説明する。図５は、第１の実施の形態に係る撮像素子の画素の読み出し動作の一例を示す図である。図５に示すタイミングチャートにおいて、横軸は時刻を示しており、撮像素子３の画素に入力される制御信号を示している。図５において、ハイレベル（例えば電源電圧ＶＤＤ）の制御信号（信号ＳＥＬ、信号ＲＳＴ、信号ＴＸ）が入力されるトランジスタはオン状態となり、ローレベル（例えば接地電圧）の制御信号が入力されるトランジスタはオフ状態となる。なお、図５に示す時刻ｔ１以前において、図４に示したように読み出し動作の前のリセット動作が行われ、読み出し対象となる撮像画素行の各画素の光電変換部１１に蓄積された電荷がリセットされる。

【0045】

図５に示す時刻ｔ１では、信号ＲＳＴがハイレベルになる。信号ＲＳＴがハイレベルになることで、読み出し対象となる撮像画素行の撮像画素１０とその撮像画素行の隣のＡＦ画素行のＡＦ画素１３とで共有される接続部１５のトランジスタＭ２がオン状態になる。接続部１５がオン状態となることで、ＦＤ１４と供給部３５とが電気的に接続される。これにより、ＡＦ画素１３及び撮像画素１０で共有されるＦＤ１４の電荷がリセットされ、ＦＤ１４の電圧がリセット電圧になる。

【0046】

また、時刻ｔ１において、信号ＳＥＬがハイレベルになる。信号ＳＥＬがハイレベルになることで、ＡＦ画素１３及び撮像画素１０で共有される選択部１７のトランジスタＭ４がオン状態になる。これにより、撮像画素１０のリセット電圧に基づく信号、即ち撮像画素１０のＦＤ１４の電荷をリセットした後の信号が、増幅部１６及び選択部１７により垂直信号線２５に出力される。撮像画素１０のリセット電圧に基づく信号は、ダーク信号として、垂直信号線２５を介して処理部５０に入力される。ダーク信号は、リセット電圧に基づくアナログ信号であり、処理部５０によってデジタル信号に変換される。

【0047】

時刻ｔ２では、信号ＴＸ２がハイレベルになる。信号ＴＸ２がハイレベルになることで、撮像画素１０において、転送部１２ｂのトランジスタＭ１ｂがオン状態になり、光電変換部１１ｂとＦＤ１４とが電気的に接続される。これにより、光電変換部１１ｂで光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。また、信号ＳＥＬがハイレベルであるため、ＦＤ１４に転送された電荷に応じた信号、即ち撮像画素１０の光電変換部１１ｂで生成された電荷に基づく信号（画素信号）が、増幅部１６及び選択部１７によって垂直信号線２５に出力される。撮像画素１０の画素信号は、垂直信号線２５を介して処理部５０に入力される。画素信号は、光電変換部１１によって光電変換された電荷に基づいて生成されるアナログ信号であり、処理部５０によってデジタル信号に変換される。時刻ｔ３では、信号ＳＥＬがローレベルになり、選択部１７のトランジスタＭ４がオフ状態になる。

【0048】

処理部５０は、デジタル信号に変換されたダーク信号と画素信号とを用いて相関二重サンプリング等の信号処理を行う。撮像画素１０の画素信号は、相関二重サンプリング等の信号処理が処理部５０によって施された後に、カメラ１の制御部４に出力される。なお、第１のＡＦ画素１３ａの画素信号及び第２のＡＦ画素１３ｂの画素信号は、処理部５０による信号処理が施された後に、一対の信号（第１及び第２の信号）として制御部４に出力される。

【0049】

図６は、第１の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示す図であり、第２の読み出し処理を行って画素の信号を読み出す場合の動作例を示している。縦軸は、画素行を示し、横軸は、各画素行のリセット動作及び読み出し動作が行われるタイミング（時刻ｔ）を示す。図６では、リセット動作及び読み出し動作が行われる画素行の遷移を模式的に示している。

【0050】

読み出し制御部４０は、撮像制御部４ａにより第２の読み出し処理が指示された場合、ＡＦ画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行う。読み出し制御部４０は、図６に示すように、撮像画素行のリセット動作及び読み出し動作を行うと共に、ＡＦ画素行のリセット動作及び読み出し動作を行う。

【0051】

ＡＦ画素行（第１のＡＦ画素行４０３ａ、第２のＡＦ画素行４０３ｂ）から信号の読み出しを行う場合、読み出し制御部４０は、撮像素子３の複数のＡＦ画素行を最上行から最下行に向かって順次選択して、各画素の信号を読み出す。撮像画素行（第１の撮像画素行４０１、第２の撮像画素行４０２）から信号の読み出しを行う場合、読み出し制御部４０は、撮像素子３の複数の撮像画素行を最上行から最下行に向かって順次選択して、各画素の信号を読み出す。なお、本実施の形態では、図２に模式的に示すように、ＡＦ画素行の数は撮像画素行の数よりも少ない。図６に示す例では、リセット動作及び読み出し動作が行われるＡＦ画素行の総数が、リセット動作及び読み出し動作が行われる撮像画素行の総数よりも少なく、撮像画素行の場合よりもＡＦ画素行の場合の方が、走査に要する時間が短くなっている。

【0052】

このように、第２の読み出し処理では、ＡＦ画素行の各画素の信号が撮像画素行の各画素の信号とは別に読み出されるため、焦点検出に用いる信号を効率的に得ることができ、ＡＦのための信号処理の負担を軽減することができる。なお、読み出し制御部４０は、第２の読み出し処理が指示された場合に、撮像画素行よりも先にＡＦ画素行の各画素から信号を読み出すようにしてもよい。この場合、ＡＦ画素対の第１及び第２の信号を高速に読み出すことができ、焦点調節に要する時間を短縮することができる。また、読み出し制御部４０は、ＡＦ画素行よりも先に撮像画素行の各画素から信号を読み出すようにしてもよい。

【0053】

図６に示す例では、点線で示した枠Ｇ１内において、撮像画素行の読み出し動作が行われるタイミングと、その撮像画素行の隣のＡＦ画素行のリセット動作が行われるタイミングとが同時になる場合が生じている。また、点線の枠Ｇ２内においては、ＡＦ画素行の読み出し動作が行われるタイミングと、そのＡＦ画素行の隣の撮像画素行のリセット動作が行われるタイミングとが同時になる場合が生じている。

【0054】

点線の枠Ｇ１内の期間において、読み出し制御部４０は、リセット電圧に基づく信号（ダーク信号）の読み出しのために、読み出し対象となる撮像画素行の各画素の接続部１５をオン状態とする。読み出し対象の撮像画素行の各画素において、撮像画素行の画素とその撮像画素行の隣のＡＦ画素行の画素とで共有される接続部１５がオン状態となる。接続部１５がオン状態になることで、ＦＤ１４と供給部３５とが電気的に接続される。これにより、撮像画素行の各画素において、ＦＤ１４の電荷が供給部３５に排出される。

【0055】

読み出し制御部４０は、ダーク信号の読み出しのために撮像画素行の各画素の接続部１５がオン状態である間に、その撮像画素行の隣のＡＦ画素行の各画素の転送部１２をオン状態とする。ＡＦ画素行の画素の転送部１２と接続部１５とが共にオン状態になることで、ＡＦ画素行の画素の光電変換部１１とＦＤ１４と供給部３５とが電気的に接続される。これにより、ＡＦ画素行の各画素において、光電変換部１１の電荷が供給部３５に排出され、光電変換部１１の電圧がリセットされる。このように、撮像画素行の読み出し動作に並行して、その撮像画素行の隣のＡＦ画素行の各画素の光電変換部１１の電荷を排出するリセット動作が行われる。

【0056】

ＡＦ画素行の各画素において光電変換部１１の電荷の排出が行われた後、読み出し制御部４０は、ＡＦ画素行の各画素の転送部１２をオフ状態とする。読み出し対象の撮像画素行の画素とＡＦ画素行の画素とで共有される接続部１５はオン状態であるため、ＦＤ１４の電圧はリセットされた状態である。読み出し対象の撮像画素行の画素とＡＦ画素行の画素とで共有される選択部１７がオン状態の場合、撮像画素行の各画素のリセット電圧に基づくダーク信号は、各々の画素の選択部１７を介して、その画素に接続された垂直信号線２５に出力される。

【0057】

撮像画素行の各画素のダーク信号の読み出しが行われた後、読み出し制御部４０は、撮像画素行の各画素の転送部１２をオン状態とする。撮像画素行の各画素において、それぞれの光電変換部１１で光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。撮像画素行の各画素の画素信号は、各々の画素の選択部１７を介して、その画素に接続された垂直信号線２５に出力される。

【0058】

上述のように、読み出し制御部４０は、ダーク信号の読み出しのために接続部１５がオン状態となる期間内に、ＡＦ画素行の画素の転送部１２をオン状態として、転送部１２及び接続部１５によってＡＦ画素行の画素の光電変換部１１と供給部３５とを接続させる。これにより、ＡＦ画素行の各画素において、光電変換部１１に蓄積された電荷が供給部３５に排出され、光電変換部１１の電圧がリセットされる。このように、本実施の形態に係る撮像素子３は、撮像画素行の読み出し動作が行われる期間においても、その撮像画素行の隣のＡＦ画素行に対するリセット動作を行うことができる。

【0059】

点線の枠Ｇ２内の期間では、読み出し制御部４０は、ダーク信号の読み出しのために、読み出し対象となるＡＦ画素行の各画素の接続部１５をオン状態とする。読み出し対象のＡＦ画素行の各画素において、ＡＦ画素行の画素とそのＡＦ画素行の隣の撮像画素行の画素とで共有される接続部１５がオン状態となる。これにより、ＡＦ画素行の各画素において、ＦＤ１４の電荷が供給部３５に排出される。

【0060】

読み出し制御部４０は、ダーク信号の読み出しのためにＡＦ画素行の各画素の接続部１５がオン状態である間に、そのＡＦ画素行の隣の撮像画素行の各画素の転送部１２をオン状態とする。撮像画素行の画素の転送部１２と接続部１５とが共にオン状態になることで、撮像画素行の画素の光電変換部１１とＦＤ１４と供給部３５とが電気的に接続される。これにより、撮像画素行の各画素において、光電変換部１１の電荷が供給部３５に排出され、光電変換部１１の電圧がリセットされる。このように、ＡＦ画素行の読み出し動作に並行して、そのＡＦ画素行の隣の撮像画素行の各画素の光電変換部１１の電荷を排出するリセット動作が行われる。

【0061】

撮像画素行の各画素において光電変換部１１の電荷の排出が行われた後、読み出し制御部４０は、撮像画素行の各画素の転送部１２をオフ状態とする。読み出し対象のＡＦ画素行の画素と撮像画素行の画素とで共有される接続部１５はオン状態であるため、ＦＤ１４の電圧はリセットされた状態である。読み出し対象のＡＦ画素行の画素と撮像画素行の画素とで共有される選択部１７がオン状態の場合、ＡＦ画素行の各画素のダーク信号は、各々の画素の選択部１７を介して、その画素に接続された垂直信号線２５に出力される。

【0062】

ＡＦ画素行の各画素のダーク信号の読み出しが行われた後、読み出し制御部４０は、ＡＦ画素行の各画素の転送部１２をオン状態とする。ＡＦ画素行の各画素において、それぞれの光電変換部１１で光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。ＡＦ画素行の各画素の画素信号は、各々の画素の選択部１７を介して、その画素に接続された垂直信号線２５に出力される。

【0063】

上述のように、読み出し制御部４０は、ダーク信号の読み出しのために接続部１５がオン状態となる期間内に、撮像画素行の画素の転送部１２をオン状態として、転送部１２及び接続部１５によって撮像画素行の画素の光電変換部１１と供給部３５とを接続させる。これにより、撮像画素行の各画素において、光電変換部１１に蓄積された電荷が供給部３５に排出され、光電変換部１１の電圧がリセットされる。このように、本実施の形態に係る撮像素子３は、ＡＦ画素行の読み出し動作が行われる期間においても、そのＡＦ画素行の隣の撮像画素行に対するリセット動作を行うことができる。

【0064】

光電変換部１１ａ（又は１１ｂ）に蓄積された電荷の排出を行う場合、転送部１２ａ（又は１２ｂ）とＦＤ１４と接続部１５を介して、光電変換部１１ａ（又は１１ｂ）に蓄積された電荷を供給部３５に排出する必要がある。また、画素の信号の読み出しを行う場合、転送部１２ｂ（又は１２ａ）を介して、光電変換部１１ｂ（又は１１ａ）で光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。このため、ＦＤ１４を共有する隣り合う２つの画素のうちの一方の画素のリセット動作と他方の画素の読み出し動作とを同時に行おうとすると、光電変換部１１ａ、１１ｂの各々で生成された電荷が混合されてしまったり、読み出し対象となる画素の光電変換部１１からＦＤ１４に転送された電荷が供給部３５に排出されてしまったりするおそれがある。読み出し動作とリセット動作との衝突が生じるともいえる。この場合、読み出し対象となる画素の光電変換部１１で光電変換された電荷に応じた信号を適切に読み出すことができなくなる。

【0065】

しかし、本実施の形態では、読み出し制御部４０は、隣り合う２つの画素のうち一方の画素のダーク信号の読み出しのために接続部１５をオン状態としている間に、他方の画素の転送部１２をオン状態として、他方の画素の光電変換部１１に蓄積された電荷の排出を行う。このため、隣り合う２つの画素の転送部１２ａ及び転送部１２ｂが共にオン状態となって、読み出し対象の画素の光電変換部１１で生成された電荷に影響を与えることを防ぐことができる。

【0066】

また、他方の画素の光電変換部１１に蓄積された電荷の排出が行われた後、読み出し制御部４０は、他方の画素の転送部１２をオフ状態とした後に接続部１５をオフ状態とする。この場合、他方の画素の光電変換部１１とＦＤ１４とが電気的に切断された後に、ＦＤ１４と供給部３５とが電気的に切断される。これにより、他方の画素の転送部１２及び接続部１５のオン状態からオフ状態への切り替えに起因して生じるフィードスルーのＦＤ１４への影響を低減することが可能となる。転送部１２に入力される信号ＴＸの信号レベルの変化の影響を受けてＦＤ１４の電圧が変動することを抑制し、ダーク信号へのノイズの混入を抑制することができる。なお、読み出し制御部４０は、必ずしも他方の画素の転送部１２をオフ状態とした後に接続部１５をオフ状態とする必要はなく、他方の画素の転送部１２と接続部１５とを同時にオフ状態としてもよい。

【0067】

このように、本実施の形態では、ＦＤ１４を共有する構成となる隣り合う画素のうち、一方の画素の読み出し動作が行われるタイミングと他方の画素のリセット動作が行われるタイミングとが同時となっても、画素の信号の品質が低下することを抑制することが可能となる。撮像素子３は、読み出し動作とリセット動作との衝突を回避することができ、読み出し対象となる画素の光電変換部１１で光電変換された電荷に応じた信号を適切に読み出すことができる。

【0068】

撮像素子３は、隣り合う２つの画素のうち一方の画素の信号の読み出しのためのＦＤ１４の電荷の排出と、他方の画素の光電変換部１１に蓄積された電荷の排出とを、同時に（並列に）行うことができる。このため、撮像素子３は、一方の画素の信号の読み出しと他方の画素の電荷の排出とを別々の期間で行う場合と比較して、画素の信号の読み出し及び画素の電荷の排出に要する時間を短縮することができる。撮影のフレームレートが低下することを防ぐことができる。

【0069】

図７は、図６の点線枠Ｇ１内の期間における撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。図７は、読み出し対象となる撮像画素行の各画素と、その撮像画素行の隣のＡＦ画素行の各画素とに入力される制御信号を示している。図７に示すタイミングチャートにおいて、縦軸は信号の電圧レベルを示し、横軸は時刻を示している。図７において、ハイレベル（例えば電源電圧ＶＤＤ）の制御信号（信号ＳＥＬ、信号ＲＳＴ、信号ＴＸ）が入力されるトランジスタはオン状態となり、ローレベル（例えば接地電圧）の制御信号が入力されるトランジスタはオフ状態となる。以下では、図３に示すＡＦ画素行のＡＦ画素１３と撮像画素行の撮像画素１０を例にして、図６の点線枠Ｇ１内の期間における撮像素子３の動作例について説明する。

【0070】

図７に示す時刻ｔ１０では、信号ＲＳＴがハイレベルであるため、読み出し対象となる撮像画素行の撮像画素１０とその撮像画素行の隣のＡＦ画素行のＡＦ画素１３とで共有される接続部１５のトランジスタＭ２がオン状態である。時刻ｔ１１では、信号ＴＸ１がハイレベルになることで、転送部１２ａのトランジスタＭ１ａがオン状態になる。信号ＲＳＴ及び信号ＴＸ１が共にハイレベルであるため、供給部３５とＦＤ１４と光電変換部１１ａとが電気的に接続される。これにより、ＡＦ画素１３の光電変換部１１ａの電荷が排出され、光電変換部１１ａの電圧がリセットされる。

【0071】

時刻ｔ１２において、信号ＴＸ１がローレベルになることで、転送部１２ａのトランジスタＭ１ａがオフ状態になる。信号ＲＳＴがハイレベルであるため、撮像画素１０及びＡＦ画素１３で共有されるＦＤ１４の電荷はリセットされる。

【0072】

時刻ｔ１３では、信号ＳＥＬがハイレベルになる。信号ＳＥＬがハイレベルになることで、撮像画素１０及びＡＦ画素１３で共有される選択部１７のトランジスタＭ４がオン状態になる。撮像画素１０のリセット電圧に基づく信号、即ち撮像画素１０のＦＤ１４の電荷をリセットした後の信号（ダーク信号）は、増幅部１６及び選択部１７により垂直信号線２５に出力される。撮像画素１０のダーク信号は、垂直信号線２５を介して処理部５０に入力され、デジタル信号に変換される。

【0073】

時刻ｔ１４において、信号ＴＸ２がハイレベルになる。信号ＴＸ２がハイレベルになることで、撮像画素１０において、転送部１２ｂのトランジスタＭ１ｂがオン状態になり、光電変換部１１ｂとＦＤ１４とが電気的に接続される。これにより、光電変換部１１ｂで光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。また、信号ＳＥＬがハイレベルであるため、撮像画素１０の光電変換部１１ｂで生成された電荷に基づく画素信号が、増幅部１６及び選択部１７によって垂直信号線２５に出力される。撮像画素１０の画素信号は、垂直信号線２５を介して処理部５０に入力され、デジタル信号に変換される。処理部５０は、デジタル信号に変換されたダーク信号と画素信号とを用いて相関二重サンプリング等の信号処理を行った後に、処理後の信号を制御部４に出力する。

【0074】

図８は、図６の点線枠Ｇ２内の期間における撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。図８は、読み出し対象となるＡＦ画素行の各画素と、そのＡＦ画素行の隣の撮像画素行の各画素とに入力される制御信号を示している。以下では、図３に示すＡＦ画素行のＡＦ画素１３と撮像画素行の撮像画素１０を例にして、図６の点線枠Ｇ２内の期間における撮像素子３の動作例について説明する。

【0075】

図８に示す時刻ｔ２０では、信号ＲＳＴがハイレベルであるため、読み出し対象となるＡＦ画素行のＡＦ画素１３とそのＡＦ画素行の隣の撮像画素行の撮像画素１０とで共有される接続部１５のトランジスタＭ２がオン状態である。時刻ｔ２１では、信号ＴＸ２がハイレベルになることで、転送部１２ｂのトランジスタＭ１ｂがオン状態になる。信号ＲＳＴ及び信号ＴＸ２が共にハイレベルであるため、供給部３５とＦＤ１４と光電変換部１１ｂとが電気的に接続される。これにより、撮像画素１０の光電変換部１１ｂの電荷が排出され、光電変換部１１ｂの電圧がリセットされる。

【0076】

時刻ｔ２２において、信号ＴＸ２がローレベルになることで、転送部１２ｂのトランジスタＭ１ｂがオフ状態になる。信号ＲＳＴがハイレベルであるため、ＡＦ画素１３及び撮像画素１０で共有されるＦＤ１４の電荷はリセットされる。

【0077】

時刻ｔ２３では、信号ＳＥＬがハイレベルになる。信号ＳＥＬがハイレベルになることで、ＡＦ画素１３及び撮像画素１０で共有される選択部１７のトランジスタＭ４がオン状態になる。ＡＦ画素１３のリセット電圧に基づく信号、即ちＡＦ画素１３のＦＤ１４の電荷をリセットした後の信号（ダーク信号）は、増幅部１６及び選択部１７により垂直信号線２５に出力される。ＡＦ画素１３のダーク信号は、垂直信号線２５を介して処理部５０に入力され、デジタル信号に変換される。

【0078】

時刻ｔ２４において、信号ＴＸ１がハイレベルになる。信号ＴＸ１がハイレベルになることで、ＡＦ画素１３において、転送部１２ａのトランジスタＭ１ａがオン状態になり、光電変換部１１ａとＦＤ１４とが電気的に接続される。これにより、光電変換部１１ａで光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。また、信号ＳＥＬがハイレベルであるため、ＡＦ画素１３の光電変換部１１ａで生成された電荷に基づく画素信号が、増幅部１６及び選択部１７によって垂直信号線２５に出力される。ＡＦ画素１３の画素信号は、垂直信号線２５を介して処理部５０に入力され、デジタル信号に変換される。処理部５０は、デジタル信号に変換されたダーク信号と画素信号とを用いて相関二重サンプリング等の信号処理を行った後に、処理後の信号を制御部４に出力する。

【0079】

このように、本実施の形態では、撮像素子３は、２つの画素のうち一方の画素の信号の読み出しのためにＦＤ１４の電荷の排出を行う期間中に、他方の画素の光電変換部１１に蓄積された電荷の排出を行うことができる。読み出し動作とリセット動作との衝突が生じることを防ぐことができ、読み出し動作によって読み出される画素の信号の品質が低下することを抑制することができる。画素の信号を用いた焦点検出の精度が低下することを防ぐことができる。

【0080】

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）撮像素子３は、光を光電変換して電荷を生成する第１光電変換部１１ａおよび第２光電変換部１１ｂと、第１光電変換部１１ａまたは第２光電変換部１１ｂで生成された電荷を蓄積する蓄積部１４と、第１光電変換部１１ａで生成された電荷を蓄積部１４に転送する第１転送部１２ａと、第２光電変換部１１ｂで生成された電荷を蓄積部１４に転送する第２転送部１２ｂと、蓄積部１４と所定の電圧を供給する供給部３５とを接続可能な接続部１５と、第１転送部１２ａにより第１光電変換部１１ａと蓄積部１４とを接続させ、接続部１５により蓄積部１４と供給部３５とを接続させた後に、第１転送部１２ａにより第１光電変換部１１ａと蓄積部１４とを切断させ、接続部１５により蓄積部１４と供給部３５とを切断させ、第２転送部１２ｂにより第２光電変換部１１ｂと蓄積部１４とを接続させる第１制御を行う制御部（読み出し制御部４０）と、を備える。このようにしたので、本実施の形態に係る撮像素子３は、光電変換部１１ａの電荷の排出とＦＤ１４の電荷の排出とを並行して行った後、光電変換部１１ｂで生成された電荷に基づく信号の読み出しを行うことができる。読み出し動作とリセット動作との衝突を回避することができ、画素の信号の品質が低下することを抑制することができる。

【0081】

（２）制御部は、第１制御において、第１光電変換部１１ａと蓄積部１４とを切断させた後に、蓄積部１４と供給部３５とを切断させる。このようにしたので、ＦＤ１４へのフィードスルーの影響を低減することができる。このため、画素の信号にノイズが混入することを抑制することができる。

【0082】

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

【0083】

（変形例１）
図９は、変形例１に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。本変形例に係る撮像素子３は、図９において破線２０で示すように、隣り合う２つの画素がＦＤ１４と、接続部１５と、増幅部１６と、選択部１７（第１の選択部１７ａ、第２の選択部１７ｂ）とを共有する構成となる。

【0084】

第１の選択部１７ａは、信号ＳＥＬａにより制御されるトランジスタＭ４ａから構成され、増幅部１６と第１の垂直信号線２５ａとを電気的に接続又は切断する。第１の選択部１７ａのトランジスタＭ４ａは、オン状態の場合に、増幅部１６からの信号を第１の垂直信号線２５ａに出力する。第２の選択部１７ｂは、信号ＳＥＬｂにより制御されるトランジスタＭ４ｂから構成され、増幅部１６と第２の垂直信号線２５ｂとを電気的に接続又は切断する。第２の選択部１７ｂのトランジスタＭ４ｂは、オン状態の場合に、増幅部１６からの信号を第２の垂直信号線２５ｂに出力する。

【0085】

第１の電流源２６ａは、第１の垂直信号線２５ａを介して各画素に接続される。第１の電流源２６ａは、画素から信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を第１の垂直信号線２５ａと各画素の増幅部１６及び第１の選択部１７ａとに供給する。第２の電流源２６ｂは、第２の垂直信号線２５ｂを介して各画素に接続される。第２の電流源２６ｂは、画素から信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を第２の垂直信号線２５ｂと各画素の増幅部１６及び第２の選択部１７ｂとに供給する。

【0086】

読み出し制御部４０は、第１の選択部１７ａをオン状態とすることにより、画素の信号を第１の垂直信号線２５ａに出力させることができる。読み出し制御部４０は、第２の選択部１７ｂをオン状態とすることで、画素の信号を第２の垂直信号線２５ｂに出力させることもできる。第１の垂直信号線２５ａ又は第２の垂直信号線２５ｂに出力された画素の信号は、処理部５０による信号処理が施された後に、カメラ１の制御部４に出力される。

【0087】

読み出し制御部４０は、二つの行のうち一方の行の各画素の第１の選択部１７ａをオン状態とすると共に、他方の行の各画素の第２の選択部１７ｂをオン状態とするようにしてもよい。この場合、二つの行のうち一方の行の画素の信号は第１の垂直信号線２５ａに出力され、他方の行の画素の信号は第２の垂直信号線２５ｂに出力される。このため、読み出し制御部４０は、２行分の画素の信号の読み出しを同時に行うことができ、２行毎に画素行を順次に選択して画素の信号を読み出すことができる。

【0088】

図９に示す例では、読み出し制御部４０は、例えば、第３行目のＡＦ画素行のリセット動作及び第４行目の撮像画素行の読み出し動作を行うと共に、第５行目の撮像画素行の読み出し動作及び第６行目の撮像画素行のリセット動作を行うようにしてもよい。読み出し制御部４０は、第３行目及び第４行目の画素で共有される接続部１５がオン状態である間に第３行目の画素の転送部１２ａをオン状態とすると共に、第５行目及び第６行目の画素で共有される接続部１５がオン状態である間に第６行目の画素の転送部１２ｂをオン状態とする。第３行目の画素の光電変換部１１ａの電荷が供給部３５に排出され、第６行目の画素の光電変換部１１ｂの電荷が供給部３５に排出される。

【0089】

その後、読み出し制御部４０は、第３行目の画素の転送部１２ａをオフ状態とすると共に、第６行目の画素の転送部１２ｂをオフ状態とする。第３行目及び第４行目の画素で共有される接続部１５はオン状態であるため、第３行目及び第４行目の画素で共有されるＦＤ１４の電圧はリセットされる。また、第５行目及び第６行目の画素で共有される接続部１５はオン状態であるため、第５行目及び第６行目の画素で共有されるＦＤ１４の電圧はリセットされる。第４行目の画素のダーク信号は、例えば、第１の選択部１７ａを介して、第１の垂直信号線２５ａに出力される。第５行目の画素のダーク信号は、例えば、第２の選択部１７ｂを介して、第２の垂直信号線２５ｂに出力される。

【0090】

第４行目及び第５行目の各画素のダーク信号の読み出しが行われた後、読み出し制御部４０は、第４行目の画素の転送部１２ｂをオン状態とすると共に、第５行目の画素の転送部１２ａをオン状態とする。第４行目及び第５行目の各画素において、それぞれの光電変換部１１で光電変換された電荷がＦＤ１４に転送される。第４行目の画素の画素信号は、第１の選択部１７ａを介して、第１の垂直信号線２５ａに出力される。第５行目の画素の画素信号は、第２の選択部１７ｂを介して、第２の垂直信号線２５ｂに出力される。

【0091】

（変形例２）
上述した実施の形態では、隣り合う２つの画素がＦＤ１４及び増幅部１６等を共有する構成とする例について説明したが、画素の構成はこれに限らない。３つの画素、又はそれ以上の画素で、ＦＤ１４等を共有する構成としても良い。例えば、４つの画素でＦＤ１４等を共有する構成としても良い。

【0092】

（変形例３）
上述した実施の形態では、光電変換部としてフォトダイオードを用いる例について説明した。しかし、光電変換部として光電変換膜（有機光電膜）を用いるようにしてもよい。

【0093】

（変形例４）
上述した実施の形態では、撮像素子３に、原色系（ＲＧＢ）のカラーフィルタを用いる場合について説明したが、補色系（ＣＭＹ）のカラーフィルタを用いるようにしてもよい。

【0094】

（変形例５）
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像素子及び撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、ＰＣに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機（ドローン、ラジコン機等）に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。

【0095】

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0096】

１…撮像装置、３…撮像素子、４ａ…撮像制御部、４ｂ…画像データ生成部、１０…撮像画素、１１…光電変換部、１２…転送部、１３…ＡＦ画素、１４…蓄積部、１５…接続部、２５…垂直信号線、３０，３５…供給部、４０…読み出し制御部、４３…遮光部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】