撮像装置およびその制御方法
【課題】撮像素子１００を用いて位相差を検出する場合に、該撮像素子からの信号の読出し時間の増加を抑える。
【解決手段】撮像装置は、マイクロレンズ２５０と該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂとを有する画素２００が複数配置された撮像素子１００と、画素の信号として、２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作および該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作を行う信号読出し手段１０８と、第２の読出し動作により２つの被写体像の位相差を検出する位相差検出手段１０８とを有する。位相差検出が行われる場合には、複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行う。
【解決手段】撮像装置は、マイクロレンズ２５０と該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂとを有する画素２００が複数配置された撮像素子１００と、画素の信号として、２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作および該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作を行う信号読出し手段１０８と、第２の読出し動作により２つの被写体像の位相差を検出する位相差検出手段１０８とを有する。位相差検出が行われる場合には、複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用いた位相差検出方式の焦点検出を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差検出方式の焦点検出では、撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された一対の像の位相差を検出することで、撮影光学系の焦点状態を検出する。このような位相差検出方式の焦点検出を、被写体像を光電変換して画像を生成するための撮像素子を用いて行う撮像装置が特許文献１に開示されている。この撮像装置に用いられる撮像素子は、画素ごとに１つのマイクロレンズと２つの光電変換部とを有している。そして、２つの光電変換部の信号を別々に読み出すことで上記２つの像に対応した一対の像信号を得ることができ、該一対の像信号の位相差の検出を行うことができる。また、２つの光電変換部の信号を加算することで、画像を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８３４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にて開示された撮像装置では、画素ごとに２つの光電変換部から別々に位相差検出用の信号を読み出す必要があるため、１画素当りの信号読出し時間が、１つの光電変換部の信号を読み出す場合に比べて倍増する。
【０００５】
そこで、本発明は、撮像素子を用いて位相差を検出する場合に、該撮像素子からの信号の読出し時間の増加を抑えることができるようにした撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての撮像装置は、マイクロレンズと該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部とを有する画素が複数配置された撮像素子と、画素の信号として、２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作および該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作を行う信号読出し手段と、第２の読出し動作により読み出した画素の信号を用いて２つの被写体像の位相差を検出する位相差検出手段とを有する。位相差検出手段による位相差の検出が行われる場合には、信号読出し手段は、複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の一側面としての撮像素子駆動方法は、マイクロレンズと該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部とを有する画素が複数配置された撮像素子を備え、画素の信号として、２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作と、該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作を行い、該第２の読出し動作により読み出した画素の信号を用いて２つの被写体像の位相差を検出する撮像装置に適用される。該撮像素子駆動方法は、位相差の検出が行われる場合には、複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行って位相差を検出するので、信号読出し時間の増加を抑えつつ、良好な位相差の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１である撮像装置の撮像部の構成を示すブロック図。
【図２】上記撮像装置に用いられる撮像素子の画素の構成を示す図。
【図３】上記撮像素子の電気回路を示す図。
【図４】上記撮像素子の加算読出し動作タイミングを示す図。
【図５】上記撮像素子の独立読出し動作タイミングを示す図。
【図６】上記撮像装置において第１の位相差検出モードで独立読出し動作を行う画素を示す図。
【図７】本発明の実施例３である撮像装置の撮像部の構成を示すブロック図。
【図８】上記撮像装置において第２の位相差検出モードで独立読出し動作を行う画素を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１には、本発明の実施例１であるデジタルカメラである撮像装置の構成を示している。この撮像装置は、不図示の撮影光学系が交換可能に又は一体的に設けられる。
【００１２】
撮像素子１００は、撮影光学系により形成される被写体像を光電変換する光電変換素子である。撮像素子１００は、それぞれ２つの光電変換部を有する画素が複数行×複数列で二次元配置された画素部１０１と、該画素部１０１のうち１つの画素行を選択する垂直走査回路１０２と、該画素部１０１のうち１つの画素列を選択する水平走査回路１０４とを有する。また、撮像素子１００は、垂直走査回路１０２により選択された画素行から信号（画素信号）を読み出す読出し回路１０３と、読出し回路１０３が読み出した画素信号を撮像素子１００の外部に出力する出力回路１０５とを有する。
【００１３】
水平走査回路１０４は、通常読出し用水平走査回路１０４ａと選択読出し用水平走査回路１０４ｂとを含み、後述する加算読出し動作と独立読出し動作において使用する回路を切り替える。また、出力回路１０５は、読出し回路１０３からの画素信号を増幅するゲインアンプ等を含む。
【００１４】
ＴＧ（タイミングジェネレータ）１０７は、撮像素子１００を駆動するための制御信号を生成する。該ＴＧ１０７は、信号処理部１０８からの制御指令に応じて、撮像素子１００の駆動を制御するとともに、信号処理部１０８に基準クロックを供給する。撮像素子１００（出力回路１０５）からの出力信号（アナログ信号）は、ＡＤ変換器１０６によりデジタル信号に変換されて、信号処理部１０８に転送される。
【００１５】
信号処理部１０８は、外部メモリ１０９と接続されており、この外部メモリ１０９を使用して信号処理を行い、画像信号を生成する。信号処理部１０８によって生成された画像信号は、記録メディア１１０に書き込まれたり、表示部１１１に静止画像あるいは動画像として出力されたり、ビデオ信号に変換された上でビデオ出力端子１１２から出力されたりする。また、信号処理部１０８は、撮像素子１００と接続されており、撮像素子１００の駆動を制御するための制御信号を撮像素子１００に送る。
【００１６】
さらに、信号処理部１０８は、撮像素子１００から読み出した信号を用いて後述する位相差の検出（つまりは、撮影光学系の焦点検出）を行い、該位相差に基づいて不図示の撮影レンズのフォーカス制御を行う。信号処理部１０８は、水平走査回路１０４（通常読出し用水平走査回路１０４ａおよび選択読出し用水平走査回路１０４ｂ）とともに、信号読出し手段を構成する。また、信号処理部１０８は、位相差検出手段およびフォーカス制御手段に相当する。
【００１７】
図２には、撮像素子１００の１つの画素を示している。画素２００は。１つのマイクロレンズ２５０と、２つの光電変換部（第１の光電変換部および第２の光電変換部）２０１ａ，２０１ｂとを有する。マイクロレンズ２５０は、撮影レンズの射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束を、第１の光電変換部２０１ａと第２の光電変換部２０１ｂに導く作用を有する。複数の画素２００上には、撮影レンズの射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの（一対の）被写体像が形成される。該複数の画素２００の第１の光電変換部２０１ａから読み出された信号により一対の被写体像のうち一方の被写体像に対応する像信号が生成され、第２の光電変換部２０１ｂから読み出された信号により他方の被写体像に対応する像信号が生成される。これら一対の像信号は、前述した信号処理部１０８により読み込まれる。
【００１８】
図３には、撮像素子１００における、例えば１９２０列×１０８０行の画素を含む画素部１０１のうち、２行（第ｊ画素行および第ｊ＋１画素行）×２列（第ｉ画素列および第ｉ＋１画素列）の画素を示している。以下、第ｊ画素行の画素を例に挙げて説明する。
【００１９】
画素２００には、前述した第１および第２の光電変換部２０１ａ，２０１ｂと、転送スイッチ２０２ａ，２０２ｂと、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域２０３と、リセットスイッチ２０４とが設けられている。また、画素２００には、ソースフォロアアンプ２０５と、行選択スイッチ２０６も設けられている。
【００２０】
転送スイッチ２０２ａのゲートは、制御信号ΦＴＸＡ(ｊ)に接続され、転送スイッチ２０２ｂのゲートは、制御信号ΦＴＸＢ(ｊ)に接続されている。リセットスイッチ２０４は、ΦＲ(ｊ)に接続されている。また、行選択スイッチ２０６のゲートは、垂直走査回路１０２からの行選択信号ΦＳ(ｊ)に接続されている。制御信号ΦＴＸＡ(ｊ)，ΦＴＸＢ(ｊ)，ΦＲ(ｊ)および行選択信号ΦＳ(ｊ)は、第ｊ画素行の画素に対して接続されている。同様に、制御信号ΦＴＸＡ(ｊ＋１)，ΦＴＸＢ(ｊ＋１)，ΦＲ(ｊ＋１)および行選択信号ΦＳ(ｊ＋１)は、第ｊ＋１画素行の画素に対して接続されている。
【００２１】
また、画素列ごとに垂直信号線２０８が用意されており、該垂直信号線２０８は、読出し回路１０３内の負荷電流源２０９および転送スイッチ２１０ａ，２１０ｂに接続されている。
【００２２】
転送スイッチ２１０ａのゲートは、制御信号φＴＮに接続され、転送スイッチ２１０ｂのゲートは、制御信号φＴＳに接続されている。また、転送スイッチ２１２ａおよび転送スイッチ２１２ｂのゲートは、水平走査回路１０４から出力される制御信号に接続されている。
【００２３】
蓄積容量部２１１ａは、転送スイッチ２１０ａがオン状態で転送スイッチ２１２ａがオフ状態にあるときに、垂直信号線２０８の出力を蓄積することができる。同様に、蓄積容量部２１１ｂは、転送スイッチ２１０ｂがオン状態で転送スイッチ２１２ｂがオフ状態にあるときに、垂直信号線２０８の出力を蓄積することができる。
【００２４】
水平走査回路１０４の列選択信号ΦＰＨ(ｉ)により第ｉ画素列の転送スイッチ２１２ａおよび転送スイッチ２１２ｂをオン状態にすることで、蓄積容量部２１１ａおよび蓄積容量部２１１ｂの出力がそれぞれ、別の水平出力線を介して出力回路１０５に転送される。
【００２５】
信号処理部１０８は、このような構成を有する撮像素子からの信号読出し動作として、加算読出し動作（第１の読出し動作）と独立読出し動作（第２の読出し動作）とを切り替えて行う。
【００２６】
まず、加算読出し動作について、図４を用いて説明する。図４には、加算読出し動作における撮像素子１００の第ｊ画素行の動作タイミングを示している。時刻Ｔ１において、リセット信号ΦＲ(ｊ)がアクティブになる。次に、時刻Ｔ２において、ΦＴＸＡ(ｊ)とΦＴＸＢ(ｊ)がアクティブになると、第ｊ画素行の画素の第１の光電変換部２０１ａおよび第２の光電変換部２０１ｂがリセットされる。
【００２７】
次に、時刻Ｔ３で制御信号ΦＴＸＡ(ｊ)とΦＴＸＢ(ｊ)がネゲートされると、第１の光電変換部２０１ａおよび第２の光電変換部２０１ｂは電荷蓄積を開始する。
【００２８】
続いて、時刻Ｔ４で行選択信号ΦＳ(ｊ)がアクティブとなると、行選択スイッチ２０６がオン状態となって垂直信号線２０８に接続され、ソースフォロアアンプ２０５が動作状態となる。
【００２９】
次に、時刻Ｔ５でリセット信号ΦＲ(ｊ)がネゲートされた後、時刻Ｔ６で制御信号ΦＴＮがアクティブになると、転送スイッチ２１０ａがオン状態となり、リセット解除後の信号出力が垂直信号線２０８に出力されて蓄積容量部２１１ａに現れる。
【００３０】
次に、時刻Ｔ７でΦＴＮがネゲートされ、蓄積容量部２１１ａにこの信号出力が保持された後、時刻Ｔ８でΦＴＸＡ(ｊ)とΦＴＸＢ(ｊ)がアクティブになると、第１の光電変換部２０１ａおよび第２の光電変換部２０１ｂの電荷が、ＦＤ領域２０３に転送される。このとき、２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂの電荷が同じＦＤ領域２０３に転送されるので、該２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂの電荷が加算された信号が垂直信号線２０８に出力される。
【００３１】
続いて時刻Ｔ９でΦＴＸＡ(ｊ)とΦＴＸＢ(ｊ)がネゲートされた後、時刻Ｔ１０でΦＴＳがアクティブになると、転送ゲート２１０ｂがオン状態になり、蓄積容量部２１１ｂに出力が現れる。
【００３２】
次に時刻Ｔ１１でΦＴＳがネゲートされ、蓄積容量２１１ｂにこの信号出力が保持された後、時刻Ｔ１２で行選択信号ΦＳ(ｊ)がネゲートされる。
【００３３】
この後、水平走査回路１０４の列選択信号ΦＰＨ(ｉ)によって第１画素列から最終画素列までの転送スイッチ２０９ａ，２０９ｂが順にアクティブにされ、蓄積容量部２１１ａ，２１１ｂの信号がそれぞれ別の水平出力線で出力回路１０５に転送される。
【００３４】
出力回路１０５では、この２つの水平出力線の差分を算出し、これに所定ゲインを乗じた信号をＡＤ変換器１０６に出力する。信号処理部１０８は、この信号を用いて画像を生成する。
【００３５】
次に、独立読出し動作について、図５を用いて説明する。図５は、独立読出し動作における撮像素子１００の第ｊ画素行の動作タイミングを示している。時刻Ｔ１においてリセット信号ΦＲ(ｊ)がアクティブになる。次に、時刻Ｔ２においてΦＴＸＡ(ｊ)がアクティブになると、第ｊ画素行の画素の第１の光電変換部２０１ａがリセットされる。
【００３６】
次に、時刻Ｔ３で制御信号ΦＴＸＡ(ｊ)がネゲートされると、第１の光電変換部２０１ａが電荷蓄積を開始する。
【００３７】
次に、時刻Ｔ４で行選択信号ΦＳ(ｊ)がアクティブとなると、行選択スイッチ２０６がオン状態となって垂直信号線２０８に接続され、ソースフォロアアンプ２０５が動作状態となる。
【００３８】
時刻Ｔ５でリセット信号ΦＲ(ｊ)がネゲートされた後、時刻Ｔ６で制御信号ΦＴＮがアクティブになると、転送スイッチ２１０ａがオン状態となり、リセット解除後の信号出力が垂直信号線２０８に出力され、蓄積容量部２１１ａに現れる。
【００３９】
次に、時刻Ｔ７でΦＴＮがネゲートされた後、時刻Ｔ８でΦＴＸＡ(ｊ)がアクティブになると、第１の光電変換部２０１ａの電荷がＦＤ領域２０３に転送される。このとき、２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂのうち一方（ここでは第１の光電変換部２０１ａ）の電荷をＦＤ領域２０３に転送するので、第１の光電変換部２０１ａの電荷に応じた信号だけが独立して垂直信号線２０８に出力される。
【００４０】
次に、時刻Ｔ９でΦＴＸＡ(ｊ)がネゲートされた後、時刻Ｔ１０でΦＴＳがアクティブになると、転送ゲート２１０ｂがオン状態になり、蓄積容量部２１１ｂに出力が現れる。
【００４１】
続いて、時刻Ｔ１１でΦＴＳがネゲートされた後、時刻Ｔ１２で行選択信号ΦＳ(ｊ)がネゲートされる。
【００４２】
この後、水平走査回路１０４の列選択信号ΦＰＨ(ｉ)によって、第１画素列から最終画素列までの転送スイッチ２０９ａ，２０９ｂが順にアクティブにされ、蓄積容量部２１１ａ，２１１ｂの信号がそれぞれ別の水平出力線で出力回路１０５に転送される。
【００４３】
なお、ここでは第１の光電変換部２０１ａの出力を独立に読み出すための撮像素子１００の動作を説明したが、第２の光電変換部２０１ｂの出力を独立に読み出してもよい。この場合は、図５において制御信号ΦＴＸＡ(ｊ) と制御信号ΦＴＸＢ(ｊ)を入れ替えればよい。
【００４４】
また、選択された画素行の第１の光電変換部２０１ａの信号を読み出した後、水平走査回路１０４が再度第１画素列から走査するようにする。この場合には、第２の光電変換部２０１ｂの信号を読み出すようにすることで、１回の電荷蓄積動作に対して２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂの信号を独立して読み出すことが可能となる。
【００４５】
こうして、撮像素子１００から複数の画素２００のそれぞれに設けられた２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂから独立して信号読出しを行う。これにより、信号処理部１０８は、一対の被写体像に対応した一対の像信号を得ることができ、該一対の像信号に対して相関演算を行うことにより、これら一対の像信号（つまりは一対の被写体像）間の位相差を検出（算出）することができる。
【００４６】
ところで、位相差を検出するには、第１および第２の光電変換部２０１ｂのそれぞれに対して独立読出し動作を行わなければならない。しかし、独立読出し動作を行うと、加算読出し動作の約２倍の時間を要する。これにより、位相差検出に長時間がかかることになる。
【００４７】
本実施例では、独立読出し動作を行う際に、画素部１０１においてｎ列周期で配置された画素のみから信号を読み出す選択読出し方式（撮像素子駆動方法）を採用することにより、位相差検出に要する時間を短縮する。
【００４８】
図１において、ＴＧ１０７からの制御信号により、水平走査回路１０４を構成する通常読出し用水平走査回路１０４ａと選択読出し用水平走査回路１０４ｂとの間で、実際に画素からの信号読出しを行う回路が切り替えられる。切り替え方法としては、例えばＴＧ１０７の制御信号で切り替えられるようにしてもよいし、信号処理部１０８等の撮像素子１００の外部の制御装置からの信号によって切り替えられるようにしてもよい。
【００４９】
通常読出し用水平走査回路１０４ａは、画素部１０１における第１画素列から最終画素列まで１画素列ずつ順に選択する列選択信号を生成する。具体的には、通常読出し用水平走査回路１０４ａは、画像幅に相当するビットを有するシフトレジスタにより構成されており、このシフトレジスタにスタートビットを入力してＴＧ１０７からクロック信号を入力することで、１画素列ずつ順に選択する列選択信号を生成する。
【００５０】
一方、選択読出し用水平走査回路１０４ｂは、特定の開始画素列からｎ列周期（所定の配置周期）の画素列を選択する列選択信号を生成する。開始画素列をｍ列とすると、ＴＧ１０７は、ｍを０からｎ−１までの値とするように制御する。選択読出し用水平走査回路１０４ｂは、画像幅に相当するビットを持つシフトレジスタと、該シフトレジスタのビット間をバイパスするバイパス線の接続を切り替えるスイッチ群とにより構成されており、ＴＧ１０７からの制御パルスに応じてｎ列周期の列選択信号を生成する。このような選択読出し用水平走査回路１０４ｂは、シフトレジスタを通常平走査回路１０４ａと共有し、各画素列にトランジスタスイッチを設けることで、簡単に実現することができる。
【００５１】
以下、選択読出し用水平走査回路１０４ｂを用いた位相差検出を行うモードを第１の位相差検出モードと称する。
【００５２】
図６には、第１の位相差検出モードで独立読出し動作を行う画素を例示している。図６では、選択読出し用水平走査回路１０４ｂからの列選択信号により選択される画素列が、３列周期の画素列５０１〜５０６である場合を示している。独立読出し動作は、これらの画素列５０１〜５０６に対してのみ独立読出し動作を行い、他の画素列５０７〜５１１に対しては信号読出しを行わない。
【００５３】
この場合、位相差検出のために１画素当り２回の（つまりは第１および第２の光電変換部２０１ａ，２０１ｂに対する）独立読出し動作を行っても、その読み出しに要する全体の時間は、加算読出し動作を行う場合の２／３の時間となる。このため、短時間で画素部１０１の全体（ただし、３列周期の画素列）から位相差検出のための一対の像信号を得ることができる。
【００５４】
このように本実施例によれば、所定の配置周期の画素のみを選択して独立読み出し動作を行うことで、加算読出し動作を行う場合の２／ｎの時間で画素部１０１全体（ただし、所定の配置周期の画素）での独立読み出し動作を行うことができる。
【実施例２】
【００５５】
以下、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、実施例１と同様に、第１の位相差検出モードにおいてｎ列周期で画素列を選択して独立読み出し動作（選択読出し方式）を行う。ただし、動画撮影中の開始画素列を、動画撮影における画像生成周期であるフレームごとにシフトすることで、開始画素列を固定とする場合に比べて独立読出しを行う画素列を増やす。なお、本実施例の撮像装置の構成は、図１に示した実施例１の撮像装置１００と同じである。
【００５６】
本実施例では、選択読出し用水平走査回路１０４ｂが、ＴＧ１０７からの制御パルスに応じてフレームごとにｍを０からｎ−１の間で順に変更する。これにより、ｎフレーム周期で開始画素列が１画素列ずつシフトされる動作が繰り返される。
【００５７】
本実施例によれば、複数のフレームにおいて独立読み出し動作を行う画素列を変更していくことで、固定された画素列に対してのみ独立読出し動作を行う場合に比べて多くの画素列からの信号を用いて一対の像信号を生成することができる。これにより、より解像度が高い像信号が得られ、位相差検出の精度をより向上させることができる。
【実施例３】
【００５８】
以下、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、実施例１，２で説明した第１の位相差検出モードに加えて、画素部１０１のうち一部の領域（部分領域：以下、読出しブロックという）に含まれる全画素列に対して独立読出し動作を行う第２の位相差検出モードを有する。
【００５９】
図７には、本実施例の撮像装置の構成を示している。撮像装置は、ブロック読出し用水平走査回路１０４ｃを有する。これ以外の構成は、図１に示した実施例１（および実施例２）の撮像装置と同じである。
【００６０】
ブロック読出し用水平走査回路１０４ｃは、独立読出しを行う後述する読出しブロックを決定するための画素列の範囲を、ＴＧ１０７からの制御信号に応じて指定する。この制御信号は、実施例１，２で説明したＴＧ１０７から出力される制御パルスに読出しブロックを指定する信号を付加したものに相当する。
【００６１】
図８には、本実施例において第２の位相差検出モードで独立読出し動作を行う画素を例示している。図８に示すように、画素部１０１のうち読出しブロック７０２に含まれる全画素列に対して独立読出し動作を行う一方、他の領域７０１，７０３に含まれる画素については信号読出し動作を行わない。これにより、独立読出し動作を行う画素数の増大を抑制しつつ、位相差検出に必要な像信号を得ることができる。読出しブロック７０２は、撮像装置のユーザが任意に選択してもよいし、後述するアルゴリズムに従って信号処理部１０８が選択してもよい。
【００６２】
本実施例では、実施例１，２で説明した画素部１０１の全体にてｎ列周期の画素列に対して独立読出し動作を行う場合に比べて、独立読出し動作に要する時間がほぼ同じであっても、独立読出し動作を行う画素を密に（小さい配置周期で）選択することができる。独立読出し動作を行う画素を密に選択することで、解像度の高い像信号を得ることができ、位相差検出の精度を向上させることができる。
【００６３】
以下、第１の位相差検出モードと第２の位相差検出モードの切り替え（第２の位相差検出モードの選択アルゴリズム）について説明する。この切り替えは、信号処理部１０８により制御される。
【００６４】
信号処理部１０８は、位相差の検出動作を開始すると、まず第１の位相差検出モードを設定して、ｎ列周期の画素列に対する独立読出し動作を行い、画素部１０１の全体から一対の像信号を取得する。この第１の位相差検出モードで取得した一対の像信号の位相差から予測される最もデフォーカス量が小さい画素列等、撮影光学系に関する所定の焦点状態に関する情報が得られた場合に、次のフレームにて第２の位相差検出モードに移行する。
【００６５】
そして、第２の位相差検出モードでは、信号処理部１０８は、最もデフォーカス量が小さいと予測された画素列を含む読出しブロックを選択して、この読出しブロック内の全画素列に対して独立読出し動作を行う。これにより、より詳細な一対の像信号を得て、それらの位相差を検出する。
【００６６】
第１の位相差検出モードで画素部１０１の全体で被写体像を捉えることにより、撮像装置の向きの変化によって画素部１０１に写る被写体像が素早く動いたときや、移動する被写体に対してフォーカス制御を行う際にピントを合わせたい位置を発見し易い。
【００６７】
また、第１の位相差検出モードよりも精度が高い位相差検出を行える第２の位相差検出モードを使用できることで、高い合焦精度を得ることができる。
【００６８】
なお、第２の位相差検出モードにおいて、読出しブロックに含まれる全画素列ではなく、ｎ列周期よりも小さい列周期の画素列のみに対して独立読出し動作を行うようにしてもよい。これによっても、本実施例において前述したのと同様の作用効果が得られる。
【００６９】
なお、第１の位相差検出モードで検出された位相差に基づくフォーカス制御（フォーカスレンズの駆動）は、行ってもよいし、行わなくてもよい。
【００７０】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
短時間で良好な位相差検出を行うことができる撮像装置を提供できる。
【符号の説明】
【００７２】
１００ 撮像素子
１０１ 画素部
１０４ａ 通常読出し用水平走査回路
１０４ｂ 選択読出し用水平走査回路
１０８ 信号処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用いた位相差検出方式の焦点検出を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相差検出方式の焦点検出では、撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された一対の像の位相差を検出することで、撮影光学系の焦点状態を検出する。このような位相差検出方式の焦点検出を、被写体像を光電変換して画像を生成するための撮像素子を用いて行う撮像装置が特許文献１に開示されている。この撮像装置に用いられる撮像素子は、画素ごとに１つのマイクロレンズと２つの光電変換部とを有している。そして、２つの光電変換部の信号を別々に読み出すことで上記２つの像に対応した一対の像信号を得ることができ、該一対の像信号の位相差の検出を行うことができる。また、２つの光電変換部の信号を加算することで、画像を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８３４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１にて開示された撮像装置では、画素ごとに２つの光電変換部から別々に位相差検出用の信号を読み出す必要があるため、１画素当りの信号読出し時間が、１つの光電変換部の信号を読み出す場合に比べて倍増する。
【０００５】
そこで、本発明は、撮像素子を用いて位相差を検出する場合に、該撮像素子からの信号の読出し時間の増加を抑えることができるようにした撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての撮像装置は、マイクロレンズと該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部とを有する画素が複数配置された撮像素子と、画素の信号として、２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作および該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作を行う信号読出し手段と、第２の読出し動作により読み出した画素の信号を用いて２つの被写体像の位相差を検出する位相差検出手段とを有する。位相差検出手段による位相差の検出が行われる場合には、信号読出し手段は、複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の一側面としての撮像素子駆動方法は、マイクロレンズと該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部とを有する画素が複数配置された撮像素子を備え、画素の信号として、２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作と、該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作を行い、該第２の読出し動作により読み出した画素の信号を用いて２つの被写体像の位相差を検出する撮像装置に適用される。該撮像素子駆動方法は、位相差の検出が行われる場合には、複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行って位相差を検出するので、信号読出し時間の増加を抑えつつ、良好な位相差の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１である撮像装置の撮像部の構成を示すブロック図。
【図２】上記撮像装置に用いられる撮像素子の画素の構成を示す図。
【図３】上記撮像素子の電気回路を示す図。
【図４】上記撮像素子の加算読出し動作タイミングを示す図。
【図５】上記撮像素子の独立読出し動作タイミングを示す図。
【図６】上記撮像装置において第１の位相差検出モードで独立読出し動作を行う画素を示す図。
【図７】本発明の実施例３である撮像装置の撮像部の構成を示すブロック図。
【図８】上記撮像装置において第２の位相差検出モードで独立読出し動作を行う画素を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１には、本発明の実施例１であるデジタルカメラである撮像装置の構成を示している。この撮像装置は、不図示の撮影光学系が交換可能に又は一体的に設けられる。
【００１２】
撮像素子１００は、撮影光学系により形成される被写体像を光電変換する光電変換素子である。撮像素子１００は、それぞれ２つの光電変換部を有する画素が複数行×複数列で二次元配置された画素部１０１と、該画素部１０１のうち１つの画素行を選択する垂直走査回路１０２と、該画素部１０１のうち１つの画素列を選択する水平走査回路１０４とを有する。また、撮像素子１００は、垂直走査回路１０２により選択された画素行から信号（画素信号）を読み出す読出し回路１０３と、読出し回路１０３が読み出した画素信号を撮像素子１００の外部に出力する出力回路１０５とを有する。
【００１３】
水平走査回路１０４は、通常読出し用水平走査回路１０４ａと選択読出し用水平走査回路１０４ｂとを含み、後述する加算読出し動作と独立読出し動作において使用する回路を切り替える。また、出力回路１０５は、読出し回路１０３からの画素信号を増幅するゲインアンプ等を含む。
【００１４】
ＴＧ（タイミングジェネレータ）１０７は、撮像素子１００を駆動するための制御信号を生成する。該ＴＧ１０７は、信号処理部１０８からの制御指令に応じて、撮像素子１００の駆動を制御するとともに、信号処理部１０８に基準クロックを供給する。撮像素子１００（出力回路１０５）からの出力信号（アナログ信号）は、ＡＤ変換器１０６によりデジタル信号に変換されて、信号処理部１０８に転送される。
【００１５】
信号処理部１０８は、外部メモリ１０９と接続されており、この外部メモリ１０９を使用して信号処理を行い、画像信号を生成する。信号処理部１０８によって生成された画像信号は、記録メディア１１０に書き込まれたり、表示部１１１に静止画像あるいは動画像として出力されたり、ビデオ信号に変換された上でビデオ出力端子１１２から出力されたりする。また、信号処理部１０８は、撮像素子１００と接続されており、撮像素子１００の駆動を制御するための制御信号を撮像素子１００に送る。
【００１６】
さらに、信号処理部１０８は、撮像素子１００から読み出した信号を用いて後述する位相差の検出（つまりは、撮影光学系の焦点検出）を行い、該位相差に基づいて不図示の撮影レンズのフォーカス制御を行う。信号処理部１０８は、水平走査回路１０４（通常読出し用水平走査回路１０４ａおよび選択読出し用水平走査回路１０４ｂ）とともに、信号読出し手段を構成する。また、信号処理部１０８は、位相差検出手段およびフォーカス制御手段に相当する。
【００１７】
図２には、撮像素子１００の１つの画素を示している。画素２００は。１つのマイクロレンズ２５０と、２つの光電変換部（第１の光電変換部および第２の光電変換部）２０１ａ，２０１ｂとを有する。マイクロレンズ２５０は、撮影レンズの射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束を、第１の光電変換部２０１ａと第２の光電変換部２０１ｂに導く作用を有する。複数の画素２００上には、撮影レンズの射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの（一対の）被写体像が形成される。該複数の画素２００の第１の光電変換部２０１ａから読み出された信号により一対の被写体像のうち一方の被写体像に対応する像信号が生成され、第２の光電変換部２０１ｂから読み出された信号により他方の被写体像に対応する像信号が生成される。これら一対の像信号は、前述した信号処理部１０８により読み込まれる。
【００１８】
図３には、撮像素子１００における、例えば１９２０列×１０８０行の画素を含む画素部１０１のうち、２行（第ｊ画素行および第ｊ＋１画素行）×２列（第ｉ画素列および第ｉ＋１画素列）の画素を示している。以下、第ｊ画素行の画素を例に挙げて説明する。
【００１９】
画素２００には、前述した第１および第２の光電変換部２０１ａ，２０１ｂと、転送スイッチ２０２ａ，２０２ｂと、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域２０３と、リセットスイッチ２０４とが設けられている。また、画素２００には、ソースフォロアアンプ２０５と、行選択スイッチ２０６も設けられている。
【００２０】
転送スイッチ２０２ａのゲートは、制御信号ΦＴＸＡ(ｊ)に接続され、転送スイッチ２０２ｂのゲートは、制御信号ΦＴＸＢ(ｊ)に接続されている。リセットスイッチ２０４は、ΦＲ(ｊ)に接続されている。また、行選択スイッチ２０６のゲートは、垂直走査回路１０２からの行選択信号ΦＳ(ｊ)に接続されている。制御信号ΦＴＸＡ(ｊ)，ΦＴＸＢ(ｊ)，ΦＲ(ｊ)および行選択信号ΦＳ(ｊ)は、第ｊ画素行の画素に対して接続されている。同様に、制御信号ΦＴＸＡ(ｊ＋１)，ΦＴＸＢ(ｊ＋１)，ΦＲ(ｊ＋１)および行選択信号ΦＳ(ｊ＋１)は、第ｊ＋１画素行の画素に対して接続されている。
【００２１】
また、画素列ごとに垂直信号線２０８が用意されており、該垂直信号線２０８は、読出し回路１０３内の負荷電流源２０９および転送スイッチ２１０ａ，２１０ｂに接続されている。
【００２２】
転送スイッチ２１０ａのゲートは、制御信号φＴＮに接続され、転送スイッチ２１０ｂのゲートは、制御信号φＴＳに接続されている。また、転送スイッチ２１２ａおよび転送スイッチ２１２ｂのゲートは、水平走査回路１０４から出力される制御信号に接続されている。
【００２３】
蓄積容量部２１１ａは、転送スイッチ２１０ａがオン状態で転送スイッチ２１２ａがオフ状態にあるときに、垂直信号線２０８の出力を蓄積することができる。同様に、蓄積容量部２１１ｂは、転送スイッチ２１０ｂがオン状態で転送スイッチ２１２ｂがオフ状態にあるときに、垂直信号線２０８の出力を蓄積することができる。
【００２４】
水平走査回路１０４の列選択信号ΦＰＨ(ｉ)により第ｉ画素列の転送スイッチ２１２ａおよび転送スイッチ２１２ｂをオン状態にすることで、蓄積容量部２１１ａおよび蓄積容量部２１１ｂの出力がそれぞれ、別の水平出力線を介して出力回路１０５に転送される。
【００２５】
信号処理部１０８は、このような構成を有する撮像素子からの信号読出し動作として、加算読出し動作（第１の読出し動作）と独立読出し動作（第２の読出し動作）とを切り替えて行う。
【００２６】
まず、加算読出し動作について、図４を用いて説明する。図４には、加算読出し動作における撮像素子１００の第ｊ画素行の動作タイミングを示している。時刻Ｔ１において、リセット信号ΦＲ(ｊ)がアクティブになる。次に、時刻Ｔ２において、ΦＴＸＡ(ｊ)とΦＴＸＢ(ｊ)がアクティブになると、第ｊ画素行の画素の第１の光電変換部２０１ａおよび第２の光電変換部２０１ｂがリセットされる。
【００２７】
次に、時刻Ｔ３で制御信号ΦＴＸＡ(ｊ)とΦＴＸＢ(ｊ)がネゲートされると、第１の光電変換部２０１ａおよび第２の光電変換部２０１ｂは電荷蓄積を開始する。
【００２８】
続いて、時刻Ｔ４で行選択信号ΦＳ(ｊ)がアクティブとなると、行選択スイッチ２０６がオン状態となって垂直信号線２０８に接続され、ソースフォロアアンプ２０５が動作状態となる。
【００２９】
次に、時刻Ｔ５でリセット信号ΦＲ(ｊ)がネゲートされた後、時刻Ｔ６で制御信号ΦＴＮがアクティブになると、転送スイッチ２１０ａがオン状態となり、リセット解除後の信号出力が垂直信号線２０８に出力されて蓄積容量部２１１ａに現れる。
【００３０】
次に、時刻Ｔ７でΦＴＮがネゲートされ、蓄積容量部２１１ａにこの信号出力が保持された後、時刻Ｔ８でΦＴＸＡ(ｊ)とΦＴＸＢ(ｊ)がアクティブになると、第１の光電変換部２０１ａおよび第２の光電変換部２０１ｂの電荷が、ＦＤ領域２０３に転送される。このとき、２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂの電荷が同じＦＤ領域２０３に転送されるので、該２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂの電荷が加算された信号が垂直信号線２０８に出力される。
【００３１】
続いて時刻Ｔ９でΦＴＸＡ(ｊ)とΦＴＸＢ(ｊ)がネゲートされた後、時刻Ｔ１０でΦＴＳがアクティブになると、転送ゲート２１０ｂがオン状態になり、蓄積容量部２１１ｂに出力が現れる。
【００３２】
次に時刻Ｔ１１でΦＴＳがネゲートされ、蓄積容量２１１ｂにこの信号出力が保持された後、時刻Ｔ１２で行選択信号ΦＳ(ｊ)がネゲートされる。
【００３３】
この後、水平走査回路１０４の列選択信号ΦＰＨ(ｉ)によって第１画素列から最終画素列までの転送スイッチ２０９ａ，２０９ｂが順にアクティブにされ、蓄積容量部２１１ａ，２１１ｂの信号がそれぞれ別の水平出力線で出力回路１０５に転送される。
【００３４】
出力回路１０５では、この２つの水平出力線の差分を算出し、これに所定ゲインを乗じた信号をＡＤ変換器１０６に出力する。信号処理部１０８は、この信号を用いて画像を生成する。
【００３５】
次に、独立読出し動作について、図５を用いて説明する。図５は、独立読出し動作における撮像素子１００の第ｊ画素行の動作タイミングを示している。時刻Ｔ１においてリセット信号ΦＲ(ｊ)がアクティブになる。次に、時刻Ｔ２においてΦＴＸＡ(ｊ)がアクティブになると、第ｊ画素行の画素の第１の光電変換部２０１ａがリセットされる。
【００３６】
次に、時刻Ｔ３で制御信号ΦＴＸＡ(ｊ)がネゲートされると、第１の光電変換部２０１ａが電荷蓄積を開始する。
【００３７】
次に、時刻Ｔ４で行選択信号ΦＳ(ｊ)がアクティブとなると、行選択スイッチ２０６がオン状態となって垂直信号線２０８に接続され、ソースフォロアアンプ２０５が動作状態となる。
【００３８】
時刻Ｔ５でリセット信号ΦＲ(ｊ)がネゲートされた後、時刻Ｔ６で制御信号ΦＴＮがアクティブになると、転送スイッチ２１０ａがオン状態となり、リセット解除後の信号出力が垂直信号線２０８に出力され、蓄積容量部２１１ａに現れる。
【００３９】
次に、時刻Ｔ７でΦＴＮがネゲートされた後、時刻Ｔ８でΦＴＸＡ(ｊ)がアクティブになると、第１の光電変換部２０１ａの電荷がＦＤ領域２０３に転送される。このとき、２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂのうち一方（ここでは第１の光電変換部２０１ａ）の電荷をＦＤ領域２０３に転送するので、第１の光電変換部２０１ａの電荷に応じた信号だけが独立して垂直信号線２０８に出力される。
【００４０】
次に、時刻Ｔ９でΦＴＸＡ(ｊ)がネゲートされた後、時刻Ｔ１０でΦＴＳがアクティブになると、転送ゲート２１０ｂがオン状態になり、蓄積容量部２１１ｂに出力が現れる。
【００４１】
続いて、時刻Ｔ１１でΦＴＳがネゲートされた後、時刻Ｔ１２で行選択信号ΦＳ(ｊ)がネゲートされる。
【００４２】
この後、水平走査回路１０４の列選択信号ΦＰＨ(ｉ)によって、第１画素列から最終画素列までの転送スイッチ２０９ａ，２０９ｂが順にアクティブにされ、蓄積容量部２１１ａ，２１１ｂの信号がそれぞれ別の水平出力線で出力回路１０５に転送される。
【００４３】
なお、ここでは第１の光電変換部２０１ａの出力を独立に読み出すための撮像素子１００の動作を説明したが、第２の光電変換部２０１ｂの出力を独立に読み出してもよい。この場合は、図５において制御信号ΦＴＸＡ(ｊ) と制御信号ΦＴＸＢ(ｊ)を入れ替えればよい。
【００４４】
また、選択された画素行の第１の光電変換部２０１ａの信号を読み出した後、水平走査回路１０４が再度第１画素列から走査するようにする。この場合には、第２の光電変換部２０１ｂの信号を読み出すようにすることで、１回の電荷蓄積動作に対して２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂの信号を独立して読み出すことが可能となる。
【００４５】
こうして、撮像素子１００から複数の画素２００のそれぞれに設けられた２つの光電変換部２０１ａ，２０１ｂから独立して信号読出しを行う。これにより、信号処理部１０８は、一対の被写体像に対応した一対の像信号を得ることができ、該一対の像信号に対して相関演算を行うことにより、これら一対の像信号（つまりは一対の被写体像）間の位相差を検出（算出）することができる。
【００４６】
ところで、位相差を検出するには、第１および第２の光電変換部２０１ｂのそれぞれに対して独立読出し動作を行わなければならない。しかし、独立読出し動作を行うと、加算読出し動作の約２倍の時間を要する。これにより、位相差検出に長時間がかかることになる。
【００４７】
本実施例では、独立読出し動作を行う際に、画素部１０１においてｎ列周期で配置された画素のみから信号を読み出す選択読出し方式（撮像素子駆動方法）を採用することにより、位相差検出に要する時間を短縮する。
【００４８】
図１において、ＴＧ１０７からの制御信号により、水平走査回路１０４を構成する通常読出し用水平走査回路１０４ａと選択読出し用水平走査回路１０４ｂとの間で、実際に画素からの信号読出しを行う回路が切り替えられる。切り替え方法としては、例えばＴＧ１０７の制御信号で切り替えられるようにしてもよいし、信号処理部１０８等の撮像素子１００の外部の制御装置からの信号によって切り替えられるようにしてもよい。
【００４９】
通常読出し用水平走査回路１０４ａは、画素部１０１における第１画素列から最終画素列まで１画素列ずつ順に選択する列選択信号を生成する。具体的には、通常読出し用水平走査回路１０４ａは、画像幅に相当するビットを有するシフトレジスタにより構成されており、このシフトレジスタにスタートビットを入力してＴＧ１０７からクロック信号を入力することで、１画素列ずつ順に選択する列選択信号を生成する。
【００５０】
一方、選択読出し用水平走査回路１０４ｂは、特定の開始画素列からｎ列周期（所定の配置周期）の画素列を選択する列選択信号を生成する。開始画素列をｍ列とすると、ＴＧ１０７は、ｍを０からｎ−１までの値とするように制御する。選択読出し用水平走査回路１０４ｂは、画像幅に相当するビットを持つシフトレジスタと、該シフトレジスタのビット間をバイパスするバイパス線の接続を切り替えるスイッチ群とにより構成されており、ＴＧ１０７からの制御パルスに応じてｎ列周期の列選択信号を生成する。このような選択読出し用水平走査回路１０４ｂは、シフトレジスタを通常平走査回路１０４ａと共有し、各画素列にトランジスタスイッチを設けることで、簡単に実現することができる。
【００５１】
以下、選択読出し用水平走査回路１０４ｂを用いた位相差検出を行うモードを第１の位相差検出モードと称する。
【００５２】
図６には、第１の位相差検出モードで独立読出し動作を行う画素を例示している。図６では、選択読出し用水平走査回路１０４ｂからの列選択信号により選択される画素列が、３列周期の画素列５０１〜５０６である場合を示している。独立読出し動作は、これらの画素列５０１〜５０６に対してのみ独立読出し動作を行い、他の画素列５０７〜５１１に対しては信号読出しを行わない。
【００５３】
この場合、位相差検出のために１画素当り２回の（つまりは第１および第２の光電変換部２０１ａ，２０１ｂに対する）独立読出し動作を行っても、その読み出しに要する全体の時間は、加算読出し動作を行う場合の２／３の時間となる。このため、短時間で画素部１０１の全体（ただし、３列周期の画素列）から位相差検出のための一対の像信号を得ることができる。
【００５４】
このように本実施例によれば、所定の配置周期の画素のみを選択して独立読み出し動作を行うことで、加算読出し動作を行う場合の２／ｎの時間で画素部１０１全体（ただし、所定の配置周期の画素）での独立読み出し動作を行うことができる。
【実施例２】
【００５５】
以下、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、実施例１と同様に、第１の位相差検出モードにおいてｎ列周期で画素列を選択して独立読み出し動作（選択読出し方式）を行う。ただし、動画撮影中の開始画素列を、動画撮影における画像生成周期であるフレームごとにシフトすることで、開始画素列を固定とする場合に比べて独立読出しを行う画素列を増やす。なお、本実施例の撮像装置の構成は、図１に示した実施例１の撮像装置１００と同じである。
【００５６】
本実施例では、選択読出し用水平走査回路１０４ｂが、ＴＧ１０７からの制御パルスに応じてフレームごとにｍを０からｎ−１の間で順に変更する。これにより、ｎフレーム周期で開始画素列が１画素列ずつシフトされる動作が繰り返される。
【００５７】
本実施例によれば、複数のフレームにおいて独立読み出し動作を行う画素列を変更していくことで、固定された画素列に対してのみ独立読出し動作を行う場合に比べて多くの画素列からの信号を用いて一対の像信号を生成することができる。これにより、より解像度が高い像信号が得られ、位相差検出の精度をより向上させることができる。
【実施例３】
【００５８】
以下、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、実施例１，２で説明した第１の位相差検出モードに加えて、画素部１０１のうち一部の領域（部分領域：以下、読出しブロックという）に含まれる全画素列に対して独立読出し動作を行う第２の位相差検出モードを有する。
【００５９】
図７には、本実施例の撮像装置の構成を示している。撮像装置は、ブロック読出し用水平走査回路１０４ｃを有する。これ以外の構成は、図１に示した実施例１（および実施例２）の撮像装置と同じである。
【００６０】
ブロック読出し用水平走査回路１０４ｃは、独立読出しを行う後述する読出しブロックを決定するための画素列の範囲を、ＴＧ１０７からの制御信号に応じて指定する。この制御信号は、実施例１，２で説明したＴＧ１０７から出力される制御パルスに読出しブロックを指定する信号を付加したものに相当する。
【００６１】
図８には、本実施例において第２の位相差検出モードで独立読出し動作を行う画素を例示している。図８に示すように、画素部１０１のうち読出しブロック７０２に含まれる全画素列に対して独立読出し動作を行う一方、他の領域７０１，７０３に含まれる画素については信号読出し動作を行わない。これにより、独立読出し動作を行う画素数の増大を抑制しつつ、位相差検出に必要な像信号を得ることができる。読出しブロック７０２は、撮像装置のユーザが任意に選択してもよいし、後述するアルゴリズムに従って信号処理部１０８が選択してもよい。
【００６２】
本実施例では、実施例１，２で説明した画素部１０１の全体にてｎ列周期の画素列に対して独立読出し動作を行う場合に比べて、独立読出し動作に要する時間がほぼ同じであっても、独立読出し動作を行う画素を密に（小さい配置周期で）選択することができる。独立読出し動作を行う画素を密に選択することで、解像度の高い像信号を得ることができ、位相差検出の精度を向上させることができる。
【００６３】
以下、第１の位相差検出モードと第２の位相差検出モードの切り替え（第２の位相差検出モードの選択アルゴリズム）について説明する。この切り替えは、信号処理部１０８により制御される。
【００６４】
信号処理部１０８は、位相差の検出動作を開始すると、まず第１の位相差検出モードを設定して、ｎ列周期の画素列に対する独立読出し動作を行い、画素部１０１の全体から一対の像信号を取得する。この第１の位相差検出モードで取得した一対の像信号の位相差から予測される最もデフォーカス量が小さい画素列等、撮影光学系に関する所定の焦点状態に関する情報が得られた場合に、次のフレームにて第２の位相差検出モードに移行する。
【００６５】
そして、第２の位相差検出モードでは、信号処理部１０８は、最もデフォーカス量が小さいと予測された画素列を含む読出しブロックを選択して、この読出しブロック内の全画素列に対して独立読出し動作を行う。これにより、より詳細な一対の像信号を得て、それらの位相差を検出する。
【００６６】
第１の位相差検出モードで画素部１０１の全体で被写体像を捉えることにより、撮像装置の向きの変化によって画素部１０１に写る被写体像が素早く動いたときや、移動する被写体に対してフォーカス制御を行う際にピントを合わせたい位置を発見し易い。
【００６７】
また、第１の位相差検出モードよりも精度が高い位相差検出を行える第２の位相差検出モードを使用できることで、高い合焦精度を得ることができる。
【００６８】
なお、第２の位相差検出モードにおいて、読出しブロックに含まれる全画素列ではなく、ｎ列周期よりも小さい列周期の画素列のみに対して独立読出し動作を行うようにしてもよい。これによっても、本実施例において前述したのと同様の作用効果が得られる。
【００６９】
なお、第１の位相差検出モードで検出された位相差に基づくフォーカス制御（フォーカスレンズの駆動）は、行ってもよいし、行わなくてもよい。
【００７０】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
短時間で良好な位相差検出を行うことができる撮像装置を提供できる。
【符号の説明】
【００７２】
１００ 撮像素子
１０１ 画素部
１０４ａ 通常読出し用水平走査回路
１０４ｂ 選択読出し用水平走査回路
１０８ 信号処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズと該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部とを有する画素が複数配置された撮像素子と、
前記画素の信号として、前記２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作および該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作を行う信号読出し手段と、
前記第２の読出し動作により読み出した前記画素の信号を用いて前記２つの被写体像の位相差を検出する位相差検出手段とを有し、
前記位相差検出手段による前記位相差の検出が行われる場合には、前記信号読出し手段は、前記複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記信号読出し手段は、前記第２の読出し動作を開始する画素を、動画撮影における画像生成周期ごとに変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記信号読出し手段は、前記複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行う第１の位相差検出モードと、前記複数の画素のうち選択された部分領域に含まれる全画素または該部分領域にて前記所定の配置周期よりも小さい配置周期で配置された画素に対してのみ前記第２の読出し動作を行う第２の位相差検出モードとを有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記信号読出し手段は、前記第１の位相差検出モードでの前記第２の読出し動作を通じて得られた前記撮影光学系の焦点状態に関する情報に基づいて、前記第２の位相差検出モードでの前記第２の読出し動作を行う前記部分領域を選択することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
マイクロレンズと該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部とを有する画素が複数配置された撮像素子を備え、前記画素の信号として、前記２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作と、該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作とを行い、該第２の読出し動作により読み出した前記画素の信号を用いて前記２つの被写体像の位相差を検出する撮像装置における撮像素子駆動方法であって、
前記位相差の検出が行われる場合には、前記複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ前記第２の読出し動作を行うことを特徴とする撮像素子駆動方法。
【請求項１】
マイクロレンズと該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部とを有する画素が複数配置された撮像素子と、
前記画素の信号として、前記２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作および該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作を行う信号読出し手段と、
前記第２の読出し動作により読み出した前記画素の信号を用いて前記２つの被写体像の位相差を検出する位相差検出手段とを有し、
前記位相差検出手段による前記位相差の検出が行われる場合には、前記信号読出し手段は、前記複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記信号読出し手段は、前記第２の読出し動作を開始する画素を、動画撮影における画像生成周期ごとに変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記信号読出し手段は、前記複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ第２の読出し動作を行う第１の位相差検出モードと、前記複数の画素のうち選択された部分領域に含まれる全画素または該部分領域にて前記所定の配置周期よりも小さい配置周期で配置された画素に対してのみ前記第２の読出し動作を行う第２の位相差検出モードとを有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記信号読出し手段は、前記第１の位相差検出モードでの前記第２の読出し動作を通じて得られた前記撮影光学系の焦点状態に関する情報に基づいて、前記第２の位相差検出モードでの前記第２の読出し動作を行う前記部分領域を選択することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
マイクロレンズと該マイクロレンズを通して撮影光学系の射出瞳のうち互いに異なる領域からの光束により形成された２つの被写体像をそれぞれ光電変換する２つの光電変換部とを有する画素が複数配置された撮像素子を備え、前記画素の信号として、前記２つの光電変換部の信号を加算して読み出す第１の読出し動作と、該２つの光電変換部の信号をそれぞれ独立に読み出す第２の読出し動作とを行い、該第２の読出し動作により読み出した前記画素の信号を用いて前記２つの被写体像の位相差を検出する撮像装置における撮像素子駆動方法であって、
前記位相差の検出が行われる場合には、前記複数の画素のうち所定の配置周期で配置された画素に対してのみ前記第２の読出し動作を行うことを特徴とする撮像素子駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６８７５９（Ｐ２０１３−６８７５９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６７８９（Ｐ２０１１−２０６７８９）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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