撮像装置
【課題】焦点検出時の信号読み出し制御と撮像時の信号読み出し制御とを揃える。
【解決手段】撮像装置は、第１光電変換部および第２光電変換部を含む画素と、第１光電変換部によって出力される信号と第２光電変換部によって出力される信号とが加算されて加算信号が生成されるように各画素を制御する制御部を含む撮像素子と、１画素につき第１光電変換部および第２光電変換部のうちの一方によって出力される信号を画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、撮像素子から加算信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、第１読み出し処理で読み出された信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、第２読み出し処理で読み出された加算信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを含む。
【解決手段】撮像装置は、第１光電変換部および第２光電変換部を含む画素と、第１光電変換部によって出力される信号と第２光電変換部によって出力される信号とが加算されて加算信号が生成されるように各画素を制御する制御部を含む撮像素子と、１画素につき第１光電変換部および第２光電変換部のうちの一方によって出力される信号を画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、撮像素子から加算信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、第１読み出し処理で読み出された信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、第２読み出し処理で読み出された加算信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一対の光束を受光する画素を有する撮像素子を含む撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズとその背後に配置された一対の光電変換部からなる画素を撮像素子上に一体的に形成し、該撮像素子を光学系の予定焦点面上に配置する。これにより、光学系を通る一対の光束が形成する一対の像に応じた一対の像信号を画素から出力し、この一対の像信号間の像ズレ量（位相差）を検出することによって光学系の焦点調節状態を検出する撮像装置が知られている。さらに、その一対の光電変換部の像信号を加算し、加算した画素信号を撮像信号として用いる撮像装置が知られている。
【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】
上記従来技術においては、一対の光電変換部からの信号をそれぞれ独立に読み出す第１のモードと、一対の光電変換部からの信号を各画素において加算して読み出す第２のモードとが設けられている。焦点検出を行う場合には第１のモードで動作し、撮像を行う場合には第２のモードで動作する。第１のモードでは第２のモードに比較して読み出し信号数が倍になるので、焦点検出時と撮像時とで相異なる信号読み出し制御を行う必要があり、信号読出し制御が複雑になるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１に記載の撮像装置は、複数の画素が複数の画素の各画素に入射する一対の光束の並び方向に配列して配置され、一対の光束をそれぞれ受光して信号を出力する第１光電変換部および第２光電変換部とが各画素に含まれ、第１光電変換部によって出力される信号と第２光電変換部によって出力される信号とが加算されて加算信号が生成されるように各画素を制御する制御部を含む撮像素子と、複数の画素から１画素につき第１光電変換部および第２光電変換部のうちの一方によって出力される信号を複数の画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、撮像素子から加算信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、読み出し手段による第１読み出し処理で読み出された信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、読み出し手段による第２読み出し処理で読み出された加算信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項９に記載の撮像装置は、複数の画素が、複数の画素の各画素に入射する一対の光束の並び方向に配列して配置され、一対の光束をそれぞれ受光して信号を出力する第１光電変換部および第２光電変換部とが各画素に含まれる撮像素子と、複数の画素から１画素につき第１光電変換部および第２光電変換部のうちの一方によって出力される信号を複数の画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、複数の画素から１画素につき第１光電変換部および第２光電変換部の両方によって出力される信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、読み出し手段による第１読み出し処理で読み出された信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、読み出し手段による第２読み出し処理で読み出された信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、焦点検出時の信号読み出し制御と撮像時の信号読み出し制御とを揃えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。
【図２】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図３】一対の測距瞳から各焦点検出エリアに到来する一対の焦点検出光束の関係を示す図である。
【図４】一対の測距瞳から各焦点検出エリアに到来する一対の焦点検出光束の関係を示す図である。
【図５】撮像素子の回路構成概念図である。
【図６】各画素の詳細回路図である。
【図７】ＣＤＳ回路の各列毎の詳細回路構成を示す図である。
【図８】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図９】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図１０】第１読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。
【図１１】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図１２】第２読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。
【図１３】デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。
【図１４】５×５画素の領域を示した図である。
【図１５】交換レンズの予定結像面に設定した撮影画面上における焦点検出エリアを示す図である。
【図１６】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図１７】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図１８】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図１９】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図２０】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図２１】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図２２】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２３】撮像素子の回路構成概念図である。
【図２４】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図２５】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図２６】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図２７】第３読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
−−−第１の実施の形態−−−
第１の実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式のデジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図１は第１の実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の構成を示す横断面図である。本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１は、交換レンズ２０２とカメラボディ２０３とから構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。
【０００９】
交換レンズ２０２は、レンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを有する。レンズ駆動制御装置２０６は、不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節、絞り２１１の開口径調節のための駆動制御、ならびにズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う。また後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信およびカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【００１０】
カメラボディ２０３は、撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９などを備えている。撮像素子２１２には、画素が二次元状に配置される。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【００１１】
ボディ駆動制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の駆動制御と、画素信号の読み出しと、画素信号に基づく焦点検出演算および交換レンズ２０２の焦点調節とを繰り返し行うとともに、画素信号に基づく画像データの生成処理および記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６との通信を行い、レンズ情報の受信およびカメラ情報の送信を行う。
【００１２】
液晶表示素子２１６は電気的なビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２から読み出された画像データに基づき、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像データを記憶する画像ストレージである。
【００１３】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の撮像面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、画素の出力信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１４】
ボディ駆動制御装置２１４は、図１３を用いて後述するように、撮像制御機能および焦点検出制御機能を有する。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の画素の出力信号（焦点検出信号）に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の画素の出力信号（撮像信号）を処理して画像データを生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００１５】
レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値とを検出し、これらのレンズ位置と絞り値とに応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値とに応じたレンズ情報（Ｆ値、射出瞳距離情報など）を選択する。
【００１６】
レンズ駆動制御装置２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１７】
図２は、撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２の一部を拡大て画素配列の詳細を示す。図２に示すように、撮像素子２１２には画素３１１が二次元正方格子状に稠密に配列される。矩形で示す画素３１１は、矩形のマイクロレンズ１０と、受光領域が左右水平方向に分離された一対の光電変換部１５および１６とを含む。焦点検出画素３１１は色フィルタを有している。その色フィルタには赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）、青フィルタ（Ｂ）の相異なる分光感度特性を有する３種類の色フィルタが含まれ、これら３種類の色フィルタを有する３種類の画素がベイヤー配列の配置規則によって配置されている。
【００１８】
画素３１１に入射した光束は、マイクロレンズ１０により一対の光電変換部１５および１６上に集光される。
【００１９】
図３および４は、図２に示す画素３１１の光電変換部１５および１６が受光する光束の様子を説明するための模式図であって、図２において水平方向（一対の光電変換部１５および１６の並び方向）の直線で光学系および画素配列の断面をとって示している。なお図においては画素の構造を簡略化して示している。
【００２０】
図３および４において撮像素子２１２上に配列された画素の光電変換部１５および１６は、それらに近接して配置された不図示の遮光マスクによる開口を通過した光束をそれぞれ受光する。遮光マスク開口において光電変換部１６が受光する光束が通る領域の形状は、マイクロレンズ１０によりマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した測距瞳面９０上の全画素の光電変換部１６全てに共通した領域９６に投影される。同じく遮光マスク開口において光電変換部１５が受光する光束が通る領域の形状は、マイクロレンズ１０によりマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した測距瞳面９０上の全画素の光電変換部１５全てに共通した領域９５に投影される。一対の領域９５および９６を測距瞳と呼び、これがいわゆる瞳分割方式の焦点検出における分割瞳に相当する。
【００２１】
従って各画素の光電変換部１５は、測距瞳９５と各画素のマイクロレンズ１０とを通過する光束８５を受光し、該光束８５によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また各画素の光電変換部１６は、測距瞳９６と各画素のマイクロレンズ１０とを通過する光束８６を受光し、該光束８６によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００２２】
実際は、測距瞳面９０において、光束は交換レンズの絞り開口により制限されており、最も明るい絞り開口径の場合においても、その開口径は測距瞳９５および９６を足し合わせた領域よりも小さくなるように設定される。また、図３および４において、軸９１は撮影画面の中心を通る撮像画面に対する法線であって、撮影光学系の光軸に一致している。
【００２３】
上述した一対の光電変換部１５および１６の出力を測距瞳９５および９６に対応した一対の出力グループにまとめることによって、測距瞳９５および９６をそれぞれ通過する一対の光束が画素配列上（水平方向）に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式による一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に対して一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離との比例関係に応じた変換演算を行うことによって、焦点検出位置（垂直方向）における予定結像面と現在の結像面との偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００２４】
また各画素の一対の光電変換部１５、１６の出力を加算することにより、一対の光電変換部１５、１６の代わりに１つの光電変換部を有する通常の撮像画素と同様に、撮影光束全体を受光した場合と同等な出力が得られ、これにより画像を得ることができる。
【００２５】
図５は撮像素子２１２の回路構成概念図であって、撮像素子２１２はＣＭＯＳイメージセンサーとして構成される。撮像素子２１２の回路構成を、水平方向４画素×垂直方向４画素のレイアウトに簡略化して説明する。
【００２６】
図５において、同一行、例えば第ｎ行に属する画素３１１には、垂直走査回路５０３から各画素３１１の動作を制御するために、共通の制御信号φＳｎ、φＲｎ、φＰｎ、φＱｎが供給される。各列の画素３１１の出力は、列毎に共通な垂直信号線５０１に接続されている。各垂直信号線５０１は相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）５０２に入力され、各列毎にサンプルホールドと差分処理とが行われる。ＣＤＳ回路５０２の動作は垂直走査回路５０３から出力される制御信号φＣ１、φＣ２により制御される。
【００２７】
ＣＤＳ回路５０２の各列毎の出力信号は、水平走査回路５０４から出力される制御信号φＨ１〜φＨ４により、順次出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【００２８】
図６は、各画素３１１の詳細回路図である。各画素３１１が有する一対の光電変換部は一対のフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２で構成される。一対のフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２は、それぞれ転送ＭＯＳトランジスタ５１３および５１４を介して浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）ＦＤに接続されている。転送ＭＯＳトランジスタ５１３および５１４をそれぞれ制御信号φＰｎおよびφＱｎによってＯＮすることにより、一対のフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２で生成され、蓄積された電荷が浮遊拡散層ＦＤに転送される。浮遊拡散層ＦＤは増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰのゲートに接続されており、増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰは浮遊拡散層ＦＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。
【００２９】
浮遊拡散層ＦＤは、リセットＭＯＳトランジスタ５１０を介し、電源電圧Ｖｄｄに接続されている。制御信号φＲｎによりリセットＭＯＳトランジスタ５１０がＯＮすることにより、浮遊拡散層ＦＤに溜まった電荷がクリアされリセット状態となる。
【００３０】
増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰの出力は、行選択ＭＯＳトランジスタ５１２を介して垂直出力線５０１に接続されている。制御信号φＳｎにより行選択ＭＯＳトランジスタ５１２がＯＮすることにより、増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰの出力が垂直出力線５０１に出力される。
【００３１】
図６において、制御信号φＰｎにより転送ＭＯＳトランジスタ５１３をＯＮすることにより、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された電荷量に対応した信号が増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰから出力される。そのままの状態で次に制御信号φＱｎにより転送ＭＯＳトランジスタ５１４をＯＮすることにより、浮遊拡散層ＦＤにおいてフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２に蓄積された電荷量が加算され、加算された電荷量に対応し信号が増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰから出力される。
【００３２】
図７は、図５のＣＤＳ回路５０２の各列毎の詳細回路構成を示す。垂直出力線５０１はサンプル＆ホールド回路５２１（画素のリセットレベル保持用）、サンプル＆ホールド回路５２２（画素の信号レベル保持用）に入力される。垂直出力線５０１上の信号は制御信号φＣ１およびφＣ２がＯＮすることにより、サンプル＆ホールド回路５２１および５２２にサンプルホールドされる。差分回路５２３は、サンプル＆ホールド回路５２２にサンプルホールドされた信号から、サンプル＆ホールド回路５２１にサンプルホールドされた信号を差し引いて出力する。
【００３３】
図８は、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎおよびφＱｎが、各行の画素３１１にどのように接続されているのかについて、水平方向に隣接して配置された８画素を例にとって示した図である。この行の画素３１１として、緑フィルタを有する画素３１１ｇ１、３１１ｇ２、３１１ｇ３，および３１１ｇ４と、青フィルタを有する画素３１１ｂ１、３１１ｂ２、３１１ｂ３，および３１１ｂ４とが交互に配置されている。各画素の一対の光電変換部、すなわち水平方向で左側に配置された光電変換部１５および右側に配置された光電変換部１６からの信号転送は、同一の色フィルタを有する画素ごとに交互に制御信号φＰｎおよびφＱｎによって制御される。
【００３４】
緑フィルタを有する画素３１１ｇ１および３１１ｇ３の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。緑フィルタを有する画素３１１ｇ２および３１１ｇ４の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。緑フィルタを有する画素３１１ｇ１および３１１ｇ３の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。緑フィルタを有する画素３１１ｇ２および３１１ｇ４の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００３５】
青フィルタを有する画素３１１ｂ１および３１１ｂ３の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。青フィルタを有する画素３１１ｂ２および３１１ｂ４の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。青フィルタを有する画素３１１ｂ１および３１１ｂ３の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。青フィルタを有する画素３１１ｂ２および３１１ｂ４の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００３６】
撮像素子の動作には２つの動作モード、すなわち第１読み出しモードと第２読み出しモードとがある。第１読み出しモードにおいては、撮像によって生成された画像を記録するための通常の画素信号出力動作、すなわち全画素からフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２の加算出力信号を読み出す動作を行う。第２読み出しモードにおいては、焦点検出を行うために焦点検出位置に対応した行に配置された画素からは、フォトダイオードＰＤ１またはＰＤ２の一方の出力信号を読み出すとともに、それ以外の行の画素からは電子ビューファインダーに画像情報を表示するためにフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２の加算出力信号を読み出す動作を行う。撮像素子は、ボディ駆動制御装置２１４からの制御信号に応じて第１読み出しモードと第２読み出しモードとを切り替えるとともに、垂直走査回路５０３、水平走査回路５０４は読み出しモードに応じて上述した各種制御信号のタイミングを変更する。
【００３７】
図９は、第１読み出しモードにおける図５に示す撮像素子の動作タイミングチャートである。時刻ｔ０において、１行目の画素３１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ１により選択される。制御信号φＲ１は時刻ｔ０にＯＮとなり、１行目の画素３１１の浮遊拡散層ＦＤはリセットレベルにリセットされる。時刻ｔ１に制御信号φＲ１がＯＦＦするとともに、制御信号φＣ１がＯＮし、各列の画素３１１のリセットレベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。制御信号φＣ１がＯＦＦした後、時刻ｔ２に制御信号φＰ１、φＱ１が同時にＯＮとなり、浮遊拡散層ＦＤ部にて一対の光電変換部１５，１６に蓄積された電荷が加算され、加算された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。時刻ｔ３に制御信号φＰ１、φＱ１が同時にＯＦＦとなるとともに、制御信号φＣ２がＯＮし、各列の画素３１１の加算信号レベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。ＣＤＳ回路５０２はこの時点において、加算信号レベルからリセットレベルを差し引いた信号を出力する。制御信号φＣ２がＯＦＦした後、時刻ｔ４に制御信号φＳ１がＯＦＦするとともに、ＣＤＳ回路５０２の各列毎の加算信号が水平走査回路５０４から順次発せられる走査信号φＨ１〜φＨ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【００３８】
１行目の画素３１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が終了した時刻ｔ５の時点で、２行目の画素３１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ２により選択され、上述の動作と同様にして２行目の画素３１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が行われる。続いて３行目、４行目の加算信号の出力回路３３０からの出力が行われる。全ての画素３１１の加算信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【００３９】
図１０は、図８に示す画素配列において第１読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。緑フィルタを有する画素３１１ｇ１、３１１ｇ２、３１１ｇ３，および３１１ｇ４からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号との加算信号Ｇｘが読み出される。青フィルタを有する画素３１１ｂ１、３１１ｂ２、３１１ｂ３，および３１１ｂ４からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号との加算信号Ｂｘが読み出される。
【００４０】
図１１は、第２読み出しモードにおける図５に示す撮像素子２１２の動作タイミングチャートである。焦点検出位置に対応した３行目に配置された画素３１１のみ、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力し、その他の行（１行目、２行目、４行目）については第１読み出しモードと同様に各画素３１１から加算信号を読み出す。
【００４１】
１行目、２行目の画素３１１の加算信号の出力は図９のタイミングチャートと同様な動作で行われる。２行目の画素３１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が終了した時刻ｔ１０の時点で、３行目の画素３１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ３により選択される。制御信号φＲ３は時刻ｔ１０にＯＮとなり、３行目の画素３１１の浮遊拡散層ＦＤはリセットレベルにリセットされる。時刻ｔ１１に制御信号φＲ３がＯＦＦするとともに、制御信号φＣ１がＯＮし、各列の画素３１１のリセットレベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。制御信号φＣ１がＯＦＦした後、時刻ｔ１２に制御信号φＰ３がＯＮとなり、浮遊拡散層ＦＤにて各画素３１１の一対の光電変換部１５および１６の一方に蓄積された電荷が転送され、転送された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。時刻ｔ１３に制御信号φＰ３がＯＦＦとなるとともに、制御信号φＣ２がＯＮし、各列の画素３１１の一対の光電変換部１５および１６のうちの一方に蓄積された電荷量に応じた信号レベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。ＣＤＳ回路５０２はこの時点において、各画素３１１の一対の光電変換部１５および１６のうちの一方に蓄積された電荷量に応じた信号レベルからリセットレベルを差し引いた信号を出力する。制御信号φＣ２がＯＦＦした後、時刻ｔ１４に制御信号φＱ３がＯＮとなり、各画素３１１の一対の光電変換部のうちの他方に蓄積された電荷が浮遊拡散層ＦＤにて転送され、光電変換部に蓄積された電荷がクリアされる。時刻ｔ１５以降、ＣＤＳ回路５０２の各列毎の出力が水平走査回路５０４から順次発せられる走査信号φＨ１〜φＨ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【００４２】
３行目の画素３１１の信号の出力が終了すると、４行目の画素３１１の加算信号の出力が図９のタイミングチャートと同様な動作で行われる。４行目の画素３１１の加算信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【００４３】
以上の動作により３行目に配置された画素３１１においては、緑フィルタを有する画素３１１からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。また、３行目に配置された青フィルタを有する画素３１１からも、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。
【００４４】
図１２は、図８に示す画素配列において第２読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。緑フィルタを有する画素３１１ｇ１、３１１ｇ２、３１１ｇ３，および３１１ｇ４からは、光電変換部１５の単独信号Ｇａと光電変換部１６の単独信号Ｇｂとが画素の並び順に交互に読み出される。青フィルタを有する画素３１１ｂ１、３１１ｂ２、３１１ｂ３，および３１１ｂ４からは、光電変換部１５の単独信号Ｂａと光電変換部１６の単独信号Ｂｂとが画素の並び順に交互に読み出される。
【００４５】
図１１のタイミングチャートでは、３行目の画素３１１のみ、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力するとして説明した。しかし、単独信号を出力する画素行はボディ駆動制御装置２１４からの選択信号に応じて変更可能であり、垂直走査回路５０３、水平走査回路５０４は、選択された画素行に応じて上述した各種制御信号のタイミングを変更することができる。
【００４６】
図１３は、本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の撮像動作を示すフローチャートである。図１３に示す各処理ステップは、ボディ駆動制御装置２１４によって実行される。ボディ駆動制御装置２１４により、ステップＳ１００でデジタルスチルカメラ２０１の電源がオンされると、撮像素子２１２は一定周期で撮像動作を繰り返す（例えば１秒間に６０フレームを出力する）動作が開始される。ステップＳ１１０において、第２読み出しモードで１フレーム分のデータを読み出す。なお第２読み出しモードにおいて焦点検出用に一対の光電変換部のうちの一方の信号（単独信号）を読み出す行は、不図示の操作部材によりユーザーが選択した撮影画面中の一部の領域（焦点検出エリア）の、撮影画面中の垂直方向位置に対応した行である。
【００４７】
ステップＳ１２０においては、第２読み出しモードで単独信号を読み出した行に配置された画素３１１の撮像信号として、該行の上下に隣接する行の加算信号に基づく補間処理によって補間信号を生成する。この補間処理の詳細については後述する。
【００４８】
続くステップＳ１３０では、加算信号と補間信号とを表示データとして表示画像を生成し、液晶表示素子２１６にライブビュー表示させる。
【００４９】
ステップＳ１４０では、ステップＳ１１０で読み出された単独信号のうち、選択された焦点検出エリアの画面中の水平方向の領域に対応する範囲の列に配置された画素３１１の一対の画素信号（光電変換部１５の信号および光電変換部１６の信号）に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する。デフォーカス量の信頼性が低い場合またはデフォーカス量の算出が不能であった場合は焦点検出不能となる。
【００５０】
ステップＳ１５０で合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合はステップＳ１６０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００５１】
なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００５２】
ステップＳ１５０で合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１７０へ進み、シャッターボタン（不図示）の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップＳ１１０へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップＳ１８０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者により設定されたＦ値または自動設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１２に被写体輝度に応じた露光時間による撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の全画素３１１から第１読み出しモードにて加算信号を読み出し、該加算信号に所定の画像処理を施して画像データを生成する。
【００５３】
続くステップＳ１９０では、生成された画像データをメモリカード２１９に記憶させ、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００５４】
次に図１３のステップＳ１４０におけるデフォーカス量の算出、およびその算出に用いられる一般的な像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の詳細は、特開２０１０−１２９７８３号公報に開示されており、その像ズレ量に変換係数を乗じてデフォーカス量が算出される。第２読み出しモードにて単独信号が読み出された行には緑フィルタを有する画素３１１と青フィルタを有する画素３１１とが配置されていたとすると、緑フィルタを有する画素３１１のデータおよび青フィルタを有する画素３１１のデータからそれぞれデフォーカス量が算出される。
【００５５】
緑フィルタを有する画素３１１の出力信号に基づきデフォーカス量が算出され、同様にして青フィルタを有する画素３１１の出力信号に基づきデフォーカス量が算出されるので、両者を平均して、選択された焦点検出エリアの最終的なデフォーカス量とする。
【００５６】
次に図１３のステップＳ１２０で行われる補間処理の詳細について説明する。図１４は５×５画素の領域を示した図である。黒丸●で示した行（緑画素Ｇ３２およびＧ３４と青画素Ｂ３１、Ｂ３３およびＢ３５とが配置された行）から焦点検出用の単独信号が読み出される。この行の上下に配置された第ｍ行第ｎ列（ｍ＝１，２，．．．，５，ｎ＝１，２，．．．，５）の画素の緑画素、青画素、赤画素の加算信号Ｇｍｎ、Ｂｍｎ、Ｒｍｎとすれば、単独信号が読み出された３行目、２列目の緑画素の加算信号Ｇ３２は、該画素の周囲の４つの緑画素の加算信号の平均値として次式（１）のように補間される。
Ｇ３２＝（Ｇ２１＋Ｇ２３＋Ｇ４１＋Ｇ４３）／４ （１）
【００５７】
また３行目、３列目の青画素の加算信号Ｂ３３は、該画素の周囲の６つの青画素の加算信号の平均値として次式（２）のように補間される。
Ｂ３３＝（Ｂ１１＋Ｂ１３＋Ｂ１５＋Ｂ５１＋Ｂ５３＋Ｂ５５）／６ （２）
【００５８】
以上のようにして、第２読出しモードにより単独信号が読み出された画素については、該画素の周囲に配置された画素の加算信号に基づき補間処理により補間信号が生成される。
【００５９】
本実施の形態では、１画素に一対の光電変換部を有する画素を含む撮像素子から画素信号を読み出す場合、撮像信号（加算信号）のみを読み出す第１読み出しモード、および一部焦点検出用の信号（単独信号）を読み出す第２読み出しモードのいずれの読み出しモードにおいても、各画素から１つの信号しか読み出さない。そのため、各行の出力信号数が同一となり、読出し制御（垂直走査回路のリセット信号、行選択信号、水平走査回路の走査信号）を２つのモードで共通化することができるとともに、読み出す側においても、信号の出力順と画素の配置とが１対１に対応しているので、後処理が容易になる。
【００６０】
−−−変形例−−−
（１）上述した実施の形態では、第２読み出しモードにおいて、選択された焦点検出エリアの位置に応じて１つの行が選択され、その行において単独信号の読み出しが行われている。しかし、複数の行を同時に選択するとともに、該複数の行において単独信号の読み出しを行うようにしてもよい。
【００６１】
例えば焦点検出エリアの範囲が比較的広い場合には、焦点検出エリアの、撮影画面中の垂直方向の範囲における複数の行を選択して、該複数の行において単独信号の読み出しを行う。
【００６２】
（２）上述した実施の形態では、第２読み出しモードにおいて、選択された焦点検出エリアの位置に応じて１つの行が選択され、その行において制御信号φＰｎにより単独信号の読み出しが行われている。しかし、制御信号φＰｎの代わりに制御信号φＱｎにより単独信号の読み出しを行うようにしてもよい。
【００６３】
また制御信号φＰｎによる単独信号の読み出しと制御信号φＱｎによる単独信号の読み出しとをフレーム毎に交互におこなうようにしてもよい。フレーム毎に異なる組の信号を用いて算出されたデフォーカス量を平均することにより、より高精度な焦点検出を行うことができる。
【００６４】
（３）上述した実施の形態においては、撮像素子のすべての画素が一対の光電変換部を有するとして説明を行ったが、本発明はそれに限定されることなく、撮像素子の一部の画素が一対の光電変換部を有する構成にも適用可能である。
【００６５】
図１５は、交換レンズ２０２の予定結像面に設定した撮影画面上における焦点検出エリアの配置を示す図である。図１５は、撮像素子２１２上における一対の光電変換部を含む焦点検出画素の配列を用いた焦点検出において、撮影画面上で像がサンプリングされる領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）を示した一例である。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央（光軸上）および上下左右の５箇所に焦点検出エリア１０１〜１０５が配置される。長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が直線的に配列される。焦点検出エリア１０１、１０２、１０３、１０４、１０５においては焦点検出画素が水平方向に配列される。
【００６６】
図１６は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図１５における焦点検出エリア１０１、１０２、１０３、１０４、１０５のうちの任意の焦点検出エリアの近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。各撮像画素３１０は、１つの光電変換部１１を有している。撮像素子２１２には周知の撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図１６においては、焦点検出用に、撮像画素と同一の画素サイズを有し、かつ一対の光電変換部を有する焦点検出画素３１１が水平方向に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき水平行に直線的に連続して配列される。焦点検出画素３１１には本来その位置に配置されるべき撮像画素と同じ色の色フィルタが設けられている。
【００６７】
図１７は、緑フィルタを有する撮像画素３１０および焦点検出画素３１１と青フィルタを有する撮像画素３１０および焦点検出画素３１１とが配置された第ｎ行において、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎおよびφＱｎが、撮像画素３１０および焦点検出画素３１１にどのように接続されているのかについて、水平方向に隣接して配置された撮像画素３１０と焦点検出画素３１１との境界を含む８画素を例にとって示した図である。図１７において、最初の４画素には緑フィルタを有する撮像画素３１０ｇ１および３１０ｇ２と青フィルタを有する撮像画素３１０ｂ１および３１０ｂ２とが交互に配置されている。続く４画素には緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ１および３１１ｇ２と青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ１および３１１ｂ２とが交互に配置される。
【００６８】
撮像画素３１０の回路構成は図６と略同一である。相違点は、撮像画素３１０が２つのフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２で構成される一対の光電変換部を有する代わりに１つの光電変換部のみを有する点である。、該１つの光電変換部を構成する１つのフォトダイオードは、転送ＭＯＳトランジスタ５１５を介して浮遊拡散層ＦＤに接続される。
【００６９】
撮像画素３１０、すなわち緑画素３１０ｇ１および３１０ｇ２，ならびに青画素３１０ｂ１および３１０ｂ２の各々が有する１つの光電変換部１７からの信号転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１５を介しすべて制御信号φＰｎによって制御される。
【００７０】
焦点検出画素３１１が有する一対の光電変換部、すなわち水平方向で左側に配置された光電変換部１５および右側に配置された光電変換部１６からの信号転送は、同一の色フィルタを有する画素毎に交互に制御信号φＰｎおよびφＱｎによって制御される。
【００７１】
緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ１の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ２の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ１の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ２の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００７２】
青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ１の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ２の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ１の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ２の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００７３】
焦点検出画素３１１が配置されていない行においては、すべての撮像画素３１０からの信号転送は制御信号Ｐｎにより制御され、制御信号Ｑｎの信号線は配線されない。
【００７４】
図１７に示す撮像画素と焦点検出画素とが図５に示す４×４画素のレイアウトの３行目に２画素ずつ配列されているとした場合、１行目、２行目、４行目には撮像画素のみが配置されている。このとき、第１読み出しモードにおいては、図９と同様な撮像素子の動作タイミングチャートに応じて、全画素の信号、すなわち撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の加算信号が読み出される。ただし図９における制御信号φＱ１、φＱ２、φＱ４は不要となる。
【００７５】
以上の動作により第１読み出しモードにおいては、全画素において、撮像画素における画素信号と同等な画像信号を得ることが出来る。
【００７６】
また、第２読み出しモードにおいては、図１１と同様な撮像素子の動作タイミングチャートに応じて、撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の単独信号が読み出される。ただし図１１における制御信号φＱ１、φＱ２、φＱ４は不要となる。
【００７７】
第２読み出しモードの場合、選択された焦点検出位置に対応した行に配置された焦点検出画素３１１においては、緑フィルタを有する画素３１１からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。青フィルタを有する焦点検出画素３１１からも、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。
【００７８】
選択された焦点検出位置に対応した行に焦点検出画素３１１とともに配置された撮像画素３１０からは、光電変換部１７の信号が読み出される。第２読み出しモードの場合、選択された焦点検出位置に対応していない行に配置された撮像画素３１０および焦点検出画素３１１からは、撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の加算信号が読み出される。撮像画素３１０のみが配列された行においては、撮像画素３１０の信号が読み出される。
【００７９】
以上の動作により第２読み出しモードにおいては、撮像画素３１０からは撮像信号が読み出されるが、焦点検出画素３１１からは撮像信号と同等な画像信号が得られない。そのため、第１の実施の形態と同様に、図１３のステップＳ１２０において、ボディ駆動制御装置２１４は、第２読み出しモードで単独信号を読み出した行に配置された焦点検出画素３１１の撮像信号として、該行の上下に隣接する行の撮像画素３１０の撮像信号に基づく補間処理によって補間信号を生成する。続くステップＳ１３０では、加算信号と補間信号とを表示データとして表示画像を生成し、液晶表示素子２１６にライブビュー表示させる。
【００８０】
このように、一対の光電変換部を備えた焦点検出画素と１つの光電変換部を備えた撮像画素とを混在させた場合であっても、画素数と読み出し信号数との関係が焦点検出画素の数によらず不変であるため、信号読出し制御が複雑化しない。
【００８１】
（４）上述した変形例（３）における図１７の各画素と制御信号の信号線との接続関係に関して、焦点検出画素３１１からの単独信号の読出しは制御信号φＰｎによって制御されている。しかし、その接続関係を図１８に示す接続関係に変更することにより、焦点検出画素３１１からの単独信号の読出しを制御信号φＰｎおよびφＱｎの両方により制御することも可能である。図１８において撮像画素３１０、すなわち緑画素３１０ｇ１および３１０ｇ２，ならびに青画素３１０ｂ１および３１０ｂ２の各々が有する１つの光電変換部１７からの信号転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１５を介し制御信号φＰｎによって制御されるとともに、転送ＭＯＳトランジスタ５１５と並列して配置された転送ＭＯＳトランジスタ５１６を介し制御信号φＱｎによっても制御される。従って、焦点検出画素３１１からの単独信号の読出しを制御信号φＱｎによって制御する場合においても、撮像画素３１０から撮像信号を読み出すことができる。
【００８２】
図１８に示す撮像画素３１０と焦点検出画素３１１とが、図５に示す４×４画素のレイアウトの３行目に２画素ずつ配列されているとした場合、１行目、２行目、４行目には撮像画素のみが配置されている。このとき、第１読み出しモードにおいては、図９と同様な撮像素子の動作タイミングチャートに応じて、全画素の信号、すなわち撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の加算信号が読み出される。ただし図９における制御信号φＱ１、φＱ２、φＱ４は不要となる。
【００８３】
また、第２読み出しモードにおいては、図１９に示す撮像素子の動作タイミングチャートに応じて、撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の単独信号が読み出される。
【００８４】
図１９の動作タイミングチャートにおいては、焦点検出位置に対応した３行目に配置された焦点検出画素３１１のみ、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力し、その他の行（１行目、２行目、４行目）については第１読み出しモードと同様に各撮像画素３１０から撮像信号を読み出す。フレーム毎に焦点検出用に読み出す一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を他方の信号に入れ替える。
【００８５】
図１９の動作タイミングチャートは、制御信号φＱ１、φＱ２、φＱ４がないことを除けば図１８の動作タイミングチャートと略同一である。
【００８６】
図１９において３行目の焦点検出画素３１１の信号を読み出す場合、時刻ｔ１２に制御信号φＰ３が立ち上がり、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力する。この信号が制御信号Ｃ２によりサンプルホールドされた後の時刻ｔ１４に制御信号φＱ３が立ち上がり、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちのもう一方の信号をリセットする。
【００８７】
次のフレームにおいて３行目の焦点検出画素３１１の信号を読み出す場合、時刻ｔ３２に制御信号φＱ３が立ち上がり、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力する。この信号が制御信号Ｃ２によりサンプルホールドされた後の時刻ｔ３４に制御信号φＰ３が立ち上がり、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちのもう一方の信号をリセットする。
【００８８】
以上のように焦点検出画素３１１の一対の光線変換部１５および１６のうちの一方が、フレームごとに交互に焦点検出用の単独信号として読み出される。フレーム毎に異なる組の信号を用いて算出されたデフォーカス量を平均することにより、より高精度な焦点検出を行うことができる。
【００８９】
（５）上述した実施の形態においては、撮像素子のすべての画素が一対の光電変換部を有するとして説明を行ったが、本発明はそれに限定されることなく、撮像素子の一部の画素が一対の光電変換部を有する構成にも適用可能である。
【００９０】
例えば図２において緑フィルタを有する画素３１１のみが一対の光電変換部１５および１６を有し、赤フィルタを有する画素３１１および青フィルタを有する画素３１１の各々を、１つの光電変換部１７を有する撮像画素３１０に置き換えた場合にも本発明を適用可能である。
【００９１】
図２０はこのような場合、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎおよびφＱｎが、各行の画素にどのように接続されているのかを、図８に対応させて水平方向に隣接して配置された８画素を例にとって示した図である。
【００９２】
図２０においては、図８と異なり、青フィルタを有する撮像画素３１０は１つの光電変換部１７を有している。撮像画素３１０、すなわち青画素３１０ｂ１、３１０ｂ２、３１０ｂ３、および３１０ｂ４の各々が有する光電変換部１７からの信号転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１５を介しすべて制御信号φＰｎによって制御される。
【００９３】
以上のような構成において、図１７で示した構成において行った信号読み出し動作と同じ読出し動作を行うと、第１読み出しモードにおいては、全画素から撮像画素３１０と同等な画像信号、すなわち撮像画素３１０においては撮像信号、焦点検出画素３１１においては加算信号を得ることが出来る。
【００９４】
第２読み出しモードの場合、選択された焦点検出位置に対応した行に配置された焦点検出画素３１１においては、緑フィルタを有する画素３１１からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。青フィルタを有する撮像画素３１０からは光電変換部１７の信号が読み出される。
【００９５】
（６）上述した実施の形態においては、撮像素子のすべての画素がベイヤー配列により規定された色フィルタを有するとして説明を行ったが、本発明はそれに限定されることなく、モノクロの撮像素子にも適用可能である。
【００９６】
図２１は、モノクロの撮像素子において、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎおよびφＱｎが水平行の画素にどのように接続されているのかを、図８に対応させて水平方向に隣接して配置された４画素を例にとって示した図である。
【００９７】
図２１において、水平行には色フィルタのない画素３１１ｗ１、３１１ｗ２、３１１ｗ３，および３１１ｗ４が隣接して配置されている。各画素が有する一対の光電変換部、すなわち水平方向で左側に配置された光電変換部１５および右側に配置された光電変換部１６からの信号転送は、画素毎に交互に制御信号φＰｎおよびφＱｎによって制御される。
【００９８】
画素３１１ｗ１および３１１ｗ３の各々の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。画素３１１ｗ２および３１１ｗ４の各々の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。画素３１１ｗ１および３１１ｗ３の各々の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。画素３１１ｗ２および３１１ｗ４の各々の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００９９】
以上のような構成において、図９で示した撮像素子の動作タイミングチャートに基づいて第１読み出しモードの信号読出し動作を行うと、全画素から撮像画素３１０と同等な画像信号（加算信号）を得ることが出来る。
【０１００】
また図１１で示した撮像素子の動作タイミングチャートに基づいて第２読み出しモードの信号読出し動作を行った場合、選択された焦点検出位置に対応した行の画素３１１からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。
【０１０１】
（７）上述した実施の形態では、一対の光電変換部１５および１６が水平方向に並んだ画素３１１が水平方向に配置されており、第２読出しモードにおいては、水平方向に配列された画素３１１から単独信号の読み出しが行われている。しかし、本発明はそれに限定されることはなく、例えば一対の光電変換部が垂直方向に並んだ画素が垂直方向に配置された列から単独信号の読み出しを行っても良い。
【０１０２】
図２２は、一対の光電変換部２５および２６が垂直方向に並んだ画素４１１を有する撮像素子２１２の部分拡大図（正面図）である。各画素４１１はマイクロレンズ１０と色フィルタとを有している。
【０１０３】
図２３は、図２２に示す撮像素子２１２の回路構成概念図である。撮像素子２１２はＣＭＯＳイメージセンサーとして構成される。撮像素子２１２の回路構成を、水平方向４画素×垂直方向４画素のレイアウトに簡略化して説明する。
【０１０４】
同一の第ｎ行に属する画素４１１には、垂直走査回路５０３から各画素４１１の動作を制御するために共通の制御信号φＳｎ、φＲｎ、φＰｎが供給される。同一の第ｍ列に属する画素４１１には、列選択回路５０５から各画素４１１の動作を制御するために共通の制御信号φＺｍが供給される。
【０１０５】
各列の画素４１１の出力は列毎に共通な垂直信号線５０１に接続されており、各垂直信号線５０１は相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）５０２に入力され、各列毎にサンプルホールドと差分処理とが行われる。ＣＤＳ回路５０２の動作は垂直走査回路５０３から出力される制御信号φＣ１、φＣ２により制御される。
【０１０６】
ＣＤＳ回路５０２の各列毎の出力信号は、水平走査回路から出力される制御信号φＨ１〜φＨ４により、順次出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【０１０７】
各画素４１１の詳細回路は図６と同様であるが、制御信号φＱｎの代わりに制御信号φＺｍが供給される点が異なる。画素４１１の光電変換部２５の信号は、該制御信号φＺｍによって制御される転送ＭＯＳトランジスタ５１９と制御信号φＰｎによって制御される転送ＭＯＳトランジスタ５１７とを介して浮遊拡散層ＦＤに接続される。光電変換部２６の信号は、制御信号φＰｎによって制御される転送ＭＯＳトランジスタ５１８を介して浮遊拡散層ＦＤに接続される。
【０１０８】
制御信号φＺｍにより転送ＭＯＳトランジスタ５１９をＯＦＦにして、制御信号φＰｎにより転送ＭＯＳトランジスタ５１７，５１８をＯＮすることにより、光電変換部２６に蓄積された電荷量に応じた信号が単独信号として読み出される。また制御信号φＺｍにより転送ＭＯＳトランジスタ５１９をＯＮにして、制御信号φＰｎにより転送ＭＯＳトランジスタ５１７，５１８をＯＮすることにより、光電変換部２６に蓄積された電荷量と光電変換部２５に蓄積された電荷量とが加算された信号が加算信号として読み出される。
【０１０９】
図２４は、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎ、および列選択回路５０５の出力する制御信号φＺｎが、各列の画素４１１にどのように接続されているのかについて、垂直方向に隣接して配置された４画素を例にとって示した図である。この列の画素４１１として、緑フィルタを有する画素４１１ｇ１および４１１ｇ２と青フィルタを有する画素４１１ｂ１および４１１ｂ２とが交互に配置されている。各画素の一対の光電変換部、すなわち垂直方向で上側に配置された光電変換部２５および下側に配置された光電変換部２６からの信号転送は、同一の色フィルタを有する画素毎に交互に制御信号φＰｎおよびφＺｍによって制御される。
【０１１０】
緑フィルタを有する画素４１１ｇ１の光電変換部２５および画素４１１ｇ２の光電変換部２６からの電荷転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１７を介して制御信号φＰｎおよびφＰ（ｎ＋２）によって制御されるとともに、転送ＭＯＳトランジスタ５１９を介して制御信号φＺｍによって制御される。緑フィルタを有する画素４１１ｇ１の光電変換部２６および画素４１１ｇ２の光電変換部２５からの電荷転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１８を介して制御信号φＰｎおよびφＰ（ｎ＋２）によって制御される。
【０１１１】
青フィルタを有する画素４１１ｂ１の光電変換部２５および画素４１１ｂ２の光電変換部２６からの電荷転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１７を介して制御信号φＰ（ｎ＋１）およびφＰ（ｎ＋３）によって制御されるとともに、転送ＭＯＳトランジスタ５１９を介して制御信号φＺｍによって制御される。青フィルタを有する画素４１１ｂ１の光電変換部２６および画素４１１ｂ２の光電変換部２５からの電荷転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１８を介して制御信号φＰ（ｎ＋１）およびφＰ（ｎ＋３）によって制御される。
【０１１２】
図２５は、加算信号が読み出される第１読み出しモードにおける図２４に示す撮像素子の動作タイミングチャートである。列選択回路については、制御信号φＺ１〜φＺ４を常にＯＮに設定する。時刻ｔ２０において、１行目の画素４１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ１により選択される。制御信号φＲ１は時刻ｔ２０にＯＮとなり、１行目の画素４１１の浮遊拡散層ＦＤはリセットレベルにリセットされる。時刻ｔ２１に制御信号ΦＲ１がＯＦＦするとともに、制御信号φＣ１がＯＮし、各列の画素４１１のリセットレベルが各列毎に図２３に示すＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。制御信号φＣ１がＯＦＦした後、時刻ｔ２２に制御信号φＰ１がＯＮとなり、ＦＤ部にて一対の光電変換部２５，２６に蓄積された電荷が加算され、加算された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。時刻ｔ２３に制御信号φＰ１がＯＦＦとなるとともに、制御信号φＣ２がＯＮし、各列の画素４１１の加算信号レベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。ＣＤＳ回路５０２はこの時点において、加算信号レベルからリセットレベルを差し引いた信号を出力する。制御信号φＣ２がＯＦＦした後、時刻ｔ２４に制御信号φＳ１がＯＦＦするとともに、ＣＤＳ回路５０２の各列毎の加算信号が水平走査回路５０４から順次発せられる走査信号φＨ１〜φＨ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【０１１３】
１行目の画素４１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が終了した時刻ｔ２５の時点で、２行目の画素４１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号ΦＳ２により選択され、上述の動作と同様にして２行目の画素４１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が行われる。続いて３行目、４行目の加算信号の出力回路３３０からの出力が行われる。全ての画素４１１の加算信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【０１１４】
図２６は、加算信号と単独信号とが読み出される第２読み出しモードにおける図２４に示す撮像素子の動作タイミングチャートである。焦点検出位置に対応した３列目に配置された画素４１１のみ、焦点検出用に一対の光電変換部２５および２６のうちの一方の信号を出力し、その他の行（１列目、２列目、４列目）については第１読み出しモードと同様に各画素４１１から加算信号を読み出す。
【０１１５】
列選択回路５０５は、制御信号φＺ１、φＺ２、φＺ４を常にＯＮに設定するとともに、制御信号φＺ３を常にＯＮに設定する。時刻ｔ０において１行目の画素４１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ１により選択される。制御信号φＲ１は時刻ｔ２０にＯＮとなり、１行目の画素の浮遊拡散層ＦＤはリセットレベルにリセットされる。時刻ｔ２１に制御信号φＲ１がＯＦＦするとともに、制御信号φＣ１がＯＮし、各列の画素４１１のリセットレベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。制御信号φＣ１がＯＦＦした後、時刻ｔ２２に制御信号φＰ１がＯＮとなり、浮遊拡散層ＦＤにて１列目、２列目、４列目の画素４１１の一対の光電変換部２５および２６に蓄積された電荷が加算され、加算された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。３列目の画素４１１については、一対の光電変換部のうちの一方、例えば光電変換部２６に蓄積された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。時刻ｔ２３に制御信号φＰ１がＯＦＦとなるとともに、制御信号φＣ２がＯＮし、１列目、２列目、４列目の画素４１１の加算信号レベルと、３列目の画素４１１の単独信号レベルとが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。ＣＤＳ回路５０２はこの時点において、信号レベルからリセットレベルを差し引いた信号を出力する。制御信号φＣ２がＯＦＦした後、時刻ｔ２４に制御信号φＳ１がＯＦＦするとともに、ＣＤＳ回路５０２の各列毎の信号が水平走査回路５０４から順次発せられる走査信号φＨ１〜φＨ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【０１１６】
１行目の画素４１１の信号の出力回路３３０からの出力が終了した時刻ｔ２５の時点で、２行目の画素４１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ２により選択され、上述の動作と同様にして２行目の画素４１１の信号の出力回路３３０からの出力が行われる。この際２行目かつ３列目の画素４１１からは光電変換部２６に蓄積された電荷量に応じた単独信号が出力される。続いて３行目、４行目の信号の出力回路３３０からの出力が行われ、３行目かつ３列目の画素４１１、および４行目かつ３列目の画素４１１からは光電変換部２５に蓄積された電荷量に応じた単独信号が出力される。全ての画素４１１の信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【０１１７】
以上の動作により３列目に配置された画素４１１においては、緑フィルタを有する画素４１１からは、光電変換部２５の信号と光電変換部２６の信号とが画素４１１の並び順で交互（光電変換部２５の信号、光電変換部２６の信号、光電変換部２５の信号、光電変換部２６の信号、・・・）に出力される。また、３列目に配置された青フィルタを有する画素４１１からも、光電変換部２５の信号と光電変換部２６の信号とが画素４１１の並び順で交互（光電変換部２５の信号、光電変換部２６の信号、光電変換部２５の信号、光電変換部２６の信号、・・・）に出力される。
【０１１８】
なお単独信号を出力する画素列はボディ駆動制御装置２１４からの選択信号に応じて変更可能であり、選択された画素列に応じて列選択回路５０５は上述した制御信号φＺｍのＯＮ，ＯＦＦの設定を変更することができる。
【０１１９】
（８）上述した実施の形態では、各画素にはベイヤー配列に応じた色フィルタが配置されている。本発明はこれに限定されることはなく、例えば補色市松配列などに応じた色フィルタが配置されていても本発明を適用することが可能である。
【０１２０】
（９）上述した実施の形態では、１画素から一対の光電変換部の加算信号のみを読み出す第１読み出しモードと、１画素から一対の光電変換部の加算信号または一対の光電変換部の一方の単独信号を読み出す第２読み出しモードとの２つの読み出しモードで信号読み出しを行っている。さらに、１画素から一対の光電変換部の加算信号または一対の光電変換部の両方の単独信号を読み出す第３読み出しモードで信号読み出しを行ってもよい。第３読み出しモードにおいては、焦点検出に用いる画素３１１からは一対の光電変換部１５および１６の両方の単独信号を読み出すようにしてもよい。
【０１２１】
図２７は、図８に示す焦点検出に用いられる行の画素配列において第３読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。緑フィルタを有する画素３１１ｇ１、３１１ｇ２、３１１ｇ３，および３１１ｇ４からは、光電変換部１５の単独信号Ｇａと光電変換部１６の単独信号Ｇｂとが両方読み出される。青フィルタを有する画素３１１ｂ１、３１１ｂ２、３１１ｂ３，および３１１ｂ４からは、光電変換部１５の単独信号Ｂａと光電変換部１６の単独信号Ｂｂとが両方読み出される。
【０１２２】
第３読み出しモードの場合、焦点検出に用いる信号のピッチが第２読み出しモードの場合よりも短くなるので、焦点検出精度が向上する。そこで例えば図１３のフローチャートの撮像動作の直前、すなわちステップＳ１７０とステップＳ１８０との間において、単発的に第３読み出しモードで焦点検出用の信号を読み出して、高精度な焦点検出および焦点調節を行うこととしてもよい。このような場合には、撮像信号は光電変換部１５および１６の両方から読み出した信号を加算すれば加算信号が得られるので、焦点検出用の画素信号のみを読み出しするようにすれば、再度、撮像による画像生成のための加算信号の読み出しを省略することができ、信号読出し時間の短縮を図ることができる。
【０１２３】
（１０）撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラに限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。
【符号の説明】
【０１２４】
１０ マイクロレンズ、１１、１５、１６、２５、２６ 光電変換部、
８５、８６ 光束、９０ 測距瞳面、９１ 軸、９５、９６ 領域、
１００ 撮影画面、１０１〜１０５ 焦点検出エリア、
２０１ デジタルスチルカメラ、２０２ 交換レンズ、２０３ カメラボディ、
２０４ マウント部、２０６ レンズ駆動制御装置、
２０８ ズーミング用レンズ、２０９ レンズ、２１０ フォーカシング用レンズ、
２１１ 絞り、２１２ 撮像素子、２１３ 電気接点、
２１４ ボディ駆動制御装置、２１５ 液晶表示素子駆動回路、２１６ 液晶表示素子、
２１７ 接眼レンズ、２１９ メモリカード、
３１０ 撮像画素、３１１、４１１ 画素、３３０ 出力回路、
５０１ 垂直信号線、５０２ ＣＤＳ回路、
５０３ 垂直走査回路、５０４ 水平走査回路、５０５ 列選択回路、
５１０ リセットＭＯＳトランジスタ、５１２ 行選択ＭＯＳトランジスタ、
５１３、５１４、５１５、５１６、５１７、５１８、５１９ 転送ＭＯＳトランジスタ、
５２１、５２２ サンプル＆ホールド回路、５２３ 差分回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は一対の光束を受光する画素を有する撮像素子を含む撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズとその背後に配置された一対の光電変換部からなる画素を撮像素子上に一体的に形成し、該撮像素子を光学系の予定焦点面上に配置する。これにより、光学系を通る一対の光束が形成する一対の像に応じた一対の像信号を画素から出力し、この一対の像信号間の像ズレ量（位相差）を検出することによって光学系の焦点調節状態を検出する撮像装置が知られている。さらに、その一対の光電変換部の像信号を加算し、加算した画素信号を撮像信号として用いる撮像装置が知られている。
【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】
上記従来技術においては、一対の光電変換部からの信号をそれぞれ独立に読み出す第１のモードと、一対の光電変換部からの信号を各画素において加算して読み出す第２のモードとが設けられている。焦点検出を行う場合には第１のモードで動作し、撮像を行う場合には第２のモードで動作する。第１のモードでは第２のモードに比較して読み出し信号数が倍になるので、焦点検出時と撮像時とで相異なる信号読み出し制御を行う必要があり、信号読出し制御が複雑になるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１に記載の撮像装置は、複数の画素が複数の画素の各画素に入射する一対の光束の並び方向に配列して配置され、一対の光束をそれぞれ受光して信号を出力する第１光電変換部および第２光電変換部とが各画素に含まれ、第１光電変換部によって出力される信号と第２光電変換部によって出力される信号とが加算されて加算信号が生成されるように各画素を制御する制御部を含む撮像素子と、複数の画素から１画素につき第１光電変換部および第２光電変換部のうちの一方によって出力される信号を複数の画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、撮像素子から加算信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、読み出し手段による第１読み出し処理で読み出された信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、読み出し手段による第２読み出し処理で読み出された加算信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項９に記載の撮像装置は、複数の画素が、複数の画素の各画素に入射する一対の光束の並び方向に配列して配置され、一対の光束をそれぞれ受光して信号を出力する第１光電変換部および第２光電変換部とが各画素に含まれる撮像素子と、複数の画素から１画素につき第１光電変換部および第２光電変換部のうちの一方によって出力される信号を複数の画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、複数の画素から１画素につき第１光電変換部および第２光電変換部の両方によって出力される信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、読み出し手段による第１読み出し処理で読み出された信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、読み出し手段による第２読み出し処理で読み出された信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、焦点検出時の信号読み出し制御と撮像時の信号読み出し制御とを揃えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す横断面図である。
【図２】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図３】一対の測距瞳から各焦点検出エリアに到来する一対の焦点検出光束の関係を示す図である。
【図４】一対の測距瞳から各焦点検出エリアに到来する一対の焦点検出光束の関係を示す図である。
【図５】撮像素子の回路構成概念図である。
【図６】各画素の詳細回路図である。
【図７】ＣＤＳ回路の各列毎の詳細回路構成を示す図である。
【図８】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図９】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図１０】第１読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。
【図１１】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図１２】第２読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。
【図１３】デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。
【図１４】５×５画素の領域を示した図である。
【図１５】交換レンズの予定結像面に設定した撮影画面上における焦点検出エリアを示す図である。
【図１６】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図１７】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図１８】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図１９】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図２０】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図２１】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図２２】撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。
【図２３】撮像素子の回路構成概念図である。
【図２４】各画素と制御信号線との接続を例示する図である。
【図２５】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図２６】撮像素子の動作タイミングチャートである。
【図２７】第３読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
−−−第１の実施の形態−−−
第１の実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式のデジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図１は第１の実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の構成を示す横断面図である。本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１は、交換レンズ２０２とカメラボディ２０３とから構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。
【０００９】
交換レンズ２０２は、レンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを有する。レンズ駆動制御装置２０６は、不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節、絞り２１１の開口径調節のための駆動制御、ならびにズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う。また後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信およびカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【００１０】
カメラボディ２０３は、撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９などを備えている。撮像素子２１２には、画素が二次元状に配置される。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【００１１】
ボディ駆動制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の駆動制御と、画素信号の読み出しと、画素信号に基づく焦点検出演算および交換レンズ２０２の焦点調節とを繰り返し行うとともに、画素信号に基づく画像データの生成処理および記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６との通信を行い、レンズ情報の受信およびカメラ情報の送信を行う。
【００１２】
液晶表示素子２１６は電気的なビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２から読み出された画像データに基づき、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像データを記憶する画像ストレージである。
【００１３】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の撮像面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、画素の出力信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１４】
ボディ駆動制御装置２１４は、図１３を用いて後述するように、撮像制御機能および焦点検出制御機能を有する。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の画素の出力信号（焦点検出信号）に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の画素の出力信号（撮像信号）を処理して画像データを生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００１５】
レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値とを検出し、これらのレンズ位置と絞り値とに応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値とに応じたレンズ情報（Ｆ値、射出瞳距離情報など）を選択する。
【００１６】
レンズ駆動制御装置２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１７】
図２は、撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２の一部を拡大て画素配列の詳細を示す。図２に示すように、撮像素子２１２には画素３１１が二次元正方格子状に稠密に配列される。矩形で示す画素３１１は、矩形のマイクロレンズ１０と、受光領域が左右水平方向に分離された一対の光電変換部１５および１６とを含む。焦点検出画素３１１は色フィルタを有している。その色フィルタには赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）、青フィルタ（Ｂ）の相異なる分光感度特性を有する３種類の色フィルタが含まれ、これら３種類の色フィルタを有する３種類の画素がベイヤー配列の配置規則によって配置されている。
【００１８】
画素３１１に入射した光束は、マイクロレンズ１０により一対の光電変換部１５および１６上に集光される。
【００１９】
図３および４は、図２に示す画素３１１の光電変換部１５および１６が受光する光束の様子を説明するための模式図であって、図２において水平方向（一対の光電変換部１５および１６の並び方向）の直線で光学系および画素配列の断面をとって示している。なお図においては画素の構造を簡略化して示している。
【００２０】
図３および４において撮像素子２１２上に配列された画素の光電変換部１５および１６は、それらに近接して配置された不図示の遮光マスクによる開口を通過した光束をそれぞれ受光する。遮光マスク開口において光電変換部１６が受光する光束が通る領域の形状は、マイクロレンズ１０によりマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した測距瞳面９０上の全画素の光電変換部１６全てに共通した領域９６に投影される。同じく遮光マスク開口において光電変換部１５が受光する光束が通る領域の形状は、マイクロレンズ１０によりマイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した測距瞳面９０上の全画素の光電変換部１５全てに共通した領域９５に投影される。一対の領域９５および９６を測距瞳と呼び、これがいわゆる瞳分割方式の焦点検出における分割瞳に相当する。
【００２１】
従って各画素の光電変換部１５は、測距瞳９５と各画素のマイクロレンズ１０とを通過する光束８５を受光し、該光束８５によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また各画素の光電変換部１６は、測距瞳９６と各画素のマイクロレンズ１０とを通過する光束８６を受光し、該光束８６によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００２２】
実際は、測距瞳面９０において、光束は交換レンズの絞り開口により制限されており、最も明るい絞り開口径の場合においても、その開口径は測距瞳９５および９６を足し合わせた領域よりも小さくなるように設定される。また、図３および４において、軸９１は撮影画面の中心を通る撮像画面に対する法線であって、撮影光学系の光軸に一致している。
【００２３】
上述した一対の光電変換部１５および１６の出力を測距瞳９５および９６に対応した一対の出力グループにまとめることによって、測距瞳９５および９６をそれぞれ通過する一対の光束が画素配列上（水平方向）に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式による一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に対して一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離との比例関係に応じた変換演算を行うことによって、焦点検出位置（垂直方向）における予定結像面と現在の結像面との偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００２４】
また各画素の一対の光電変換部１５、１６の出力を加算することにより、一対の光電変換部１５、１６の代わりに１つの光電変換部を有する通常の撮像画素と同様に、撮影光束全体を受光した場合と同等な出力が得られ、これにより画像を得ることができる。
【００２５】
図５は撮像素子２１２の回路構成概念図であって、撮像素子２１２はＣＭＯＳイメージセンサーとして構成される。撮像素子２１２の回路構成を、水平方向４画素×垂直方向４画素のレイアウトに簡略化して説明する。
【００２６】
図５において、同一行、例えば第ｎ行に属する画素３１１には、垂直走査回路５０３から各画素３１１の動作を制御するために、共通の制御信号φＳｎ、φＲｎ、φＰｎ、φＱｎが供給される。各列の画素３１１の出力は、列毎に共通な垂直信号線５０１に接続されている。各垂直信号線５０１は相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）５０２に入力され、各列毎にサンプルホールドと差分処理とが行われる。ＣＤＳ回路５０２の動作は垂直走査回路５０３から出力される制御信号φＣ１、φＣ２により制御される。
【００２７】
ＣＤＳ回路５０２の各列毎の出力信号は、水平走査回路５０４から出力される制御信号φＨ１〜φＨ４により、順次出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【００２８】
図６は、各画素３１１の詳細回路図である。各画素３１１が有する一対の光電変換部は一対のフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２で構成される。一対のフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２は、それぞれ転送ＭＯＳトランジスタ５１３および５１４を介して浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）ＦＤに接続されている。転送ＭＯＳトランジスタ５１３および５１４をそれぞれ制御信号φＰｎおよびφＱｎによってＯＮすることにより、一対のフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２で生成され、蓄積された電荷が浮遊拡散層ＦＤに転送される。浮遊拡散層ＦＤは増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰのゲートに接続されており、増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰは浮遊拡散層ＦＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。
【００２９】
浮遊拡散層ＦＤは、リセットＭＯＳトランジスタ５１０を介し、電源電圧Ｖｄｄに接続されている。制御信号φＲｎによりリセットＭＯＳトランジスタ５１０がＯＮすることにより、浮遊拡散層ＦＤに溜まった電荷がクリアされリセット状態となる。
【００３０】
増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰの出力は、行選択ＭＯＳトランジスタ５１２を介して垂直出力線５０１に接続されている。制御信号φＳｎにより行選択ＭＯＳトランジスタ５１２がＯＮすることにより、増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰの出力が垂直出力線５０１に出力される。
【００３１】
図６において、制御信号φＰｎにより転送ＭＯＳトランジスタ５１３をＯＮすることにより、フォトダイオードＰＤ１に蓄積された電荷量に対応した信号が増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰから出力される。そのままの状態で次に制御信号φＱｎにより転送ＭＯＳトランジスタ５１４をＯＮすることにより、浮遊拡散層ＦＤにおいてフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２に蓄積された電荷量が加算され、加算された電荷量に対応し信号が増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰから出力される。
【００３２】
図７は、図５のＣＤＳ回路５０２の各列毎の詳細回路構成を示す。垂直出力線５０１はサンプル＆ホールド回路５２１（画素のリセットレベル保持用）、サンプル＆ホールド回路５２２（画素の信号レベル保持用）に入力される。垂直出力線５０１上の信号は制御信号φＣ１およびφＣ２がＯＮすることにより、サンプル＆ホールド回路５２１および５２２にサンプルホールドされる。差分回路５２３は、サンプル＆ホールド回路５２２にサンプルホールドされた信号から、サンプル＆ホールド回路５２１にサンプルホールドされた信号を差し引いて出力する。
【００３３】
図８は、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎおよびφＱｎが、各行の画素３１１にどのように接続されているのかについて、水平方向に隣接して配置された８画素を例にとって示した図である。この行の画素３１１として、緑フィルタを有する画素３１１ｇ１、３１１ｇ２、３１１ｇ３，および３１１ｇ４と、青フィルタを有する画素３１１ｂ１、３１１ｂ２、３１１ｂ３，および３１１ｂ４とが交互に配置されている。各画素の一対の光電変換部、すなわち水平方向で左側に配置された光電変換部１５および右側に配置された光電変換部１６からの信号転送は、同一の色フィルタを有する画素ごとに交互に制御信号φＰｎおよびφＱｎによって制御される。
【００３４】
緑フィルタを有する画素３１１ｇ１および３１１ｇ３の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。緑フィルタを有する画素３１１ｇ２および３１１ｇ４の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。緑フィルタを有する画素３１１ｇ１および３１１ｇ３の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。緑フィルタを有する画素３１１ｇ２および３１１ｇ４の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００３５】
青フィルタを有する画素３１１ｂ１および３１１ｂ３の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。青フィルタを有する画素３１１ｂ２および３１１ｂ４の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。青フィルタを有する画素３１１ｂ１および３１１ｂ３の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。青フィルタを有する画素３１１ｂ２および３１１ｂ４の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００３６】
撮像素子の動作には２つの動作モード、すなわち第１読み出しモードと第２読み出しモードとがある。第１読み出しモードにおいては、撮像によって生成された画像を記録するための通常の画素信号出力動作、すなわち全画素からフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２の加算出力信号を読み出す動作を行う。第２読み出しモードにおいては、焦点検出を行うために焦点検出位置に対応した行に配置された画素からは、フォトダイオードＰＤ１またはＰＤ２の一方の出力信号を読み出すとともに、それ以外の行の画素からは電子ビューファインダーに画像情報を表示するためにフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２の加算出力信号を読み出す動作を行う。撮像素子は、ボディ駆動制御装置２１４からの制御信号に応じて第１読み出しモードと第２読み出しモードとを切り替えるとともに、垂直走査回路５０３、水平走査回路５０４は読み出しモードに応じて上述した各種制御信号のタイミングを変更する。
【００３７】
図９は、第１読み出しモードにおける図５に示す撮像素子の動作タイミングチャートである。時刻ｔ０において、１行目の画素３１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ１により選択される。制御信号φＲ１は時刻ｔ０にＯＮとなり、１行目の画素３１１の浮遊拡散層ＦＤはリセットレベルにリセットされる。時刻ｔ１に制御信号φＲ１がＯＦＦするとともに、制御信号φＣ１がＯＮし、各列の画素３１１のリセットレベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。制御信号φＣ１がＯＦＦした後、時刻ｔ２に制御信号φＰ１、φＱ１が同時にＯＮとなり、浮遊拡散層ＦＤ部にて一対の光電変換部１５，１６に蓄積された電荷が加算され、加算された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。時刻ｔ３に制御信号φＰ１、φＱ１が同時にＯＦＦとなるとともに、制御信号φＣ２がＯＮし、各列の画素３１１の加算信号レベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。ＣＤＳ回路５０２はこの時点において、加算信号レベルからリセットレベルを差し引いた信号を出力する。制御信号φＣ２がＯＦＦした後、時刻ｔ４に制御信号φＳ１がＯＦＦするとともに、ＣＤＳ回路５０２の各列毎の加算信号が水平走査回路５０４から順次発せられる走査信号φＨ１〜φＨ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【００３８】
１行目の画素３１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が終了した時刻ｔ５の時点で、２行目の画素３１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ２により選択され、上述の動作と同様にして２行目の画素３１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が行われる。続いて３行目、４行目の加算信号の出力回路３３０からの出力が行われる。全ての画素３１１の加算信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【００３９】
図１０は、図８に示す画素配列において第１読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。緑フィルタを有する画素３１１ｇ１、３１１ｇ２、３１１ｇ３，および３１１ｇ４からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号との加算信号Ｇｘが読み出される。青フィルタを有する画素３１１ｂ１、３１１ｂ２、３１１ｂ３，および３１１ｂ４からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号との加算信号Ｂｘが読み出される。
【００４０】
図１１は、第２読み出しモードにおける図５に示す撮像素子２１２の動作タイミングチャートである。焦点検出位置に対応した３行目に配置された画素３１１のみ、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力し、その他の行（１行目、２行目、４行目）については第１読み出しモードと同様に各画素３１１から加算信号を読み出す。
【００４１】
１行目、２行目の画素３１１の加算信号の出力は図９のタイミングチャートと同様な動作で行われる。２行目の画素３１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が終了した時刻ｔ１０の時点で、３行目の画素３１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ３により選択される。制御信号φＲ３は時刻ｔ１０にＯＮとなり、３行目の画素３１１の浮遊拡散層ＦＤはリセットレベルにリセットされる。時刻ｔ１１に制御信号φＲ３がＯＦＦするとともに、制御信号φＣ１がＯＮし、各列の画素３１１のリセットレベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。制御信号φＣ１がＯＦＦした後、時刻ｔ１２に制御信号φＰ３がＯＮとなり、浮遊拡散層ＦＤにて各画素３１１の一対の光電変換部１５および１６の一方に蓄積された電荷が転送され、転送された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。時刻ｔ１３に制御信号φＰ３がＯＦＦとなるとともに、制御信号φＣ２がＯＮし、各列の画素３１１の一対の光電変換部１５および１６のうちの一方に蓄積された電荷量に応じた信号レベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。ＣＤＳ回路５０２はこの時点において、各画素３１１の一対の光電変換部１５および１６のうちの一方に蓄積された電荷量に応じた信号レベルからリセットレベルを差し引いた信号を出力する。制御信号φＣ２がＯＦＦした後、時刻ｔ１４に制御信号φＱ３がＯＮとなり、各画素３１１の一対の光電変換部のうちの他方に蓄積された電荷が浮遊拡散層ＦＤにて転送され、光電変換部に蓄積された電荷がクリアされる。時刻ｔ１５以降、ＣＤＳ回路５０２の各列毎の出力が水平走査回路５０４から順次発せられる走査信号φＨ１〜φＨ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【００４２】
３行目の画素３１１の信号の出力が終了すると、４行目の画素３１１の加算信号の出力が図９のタイミングチャートと同様な動作で行われる。４行目の画素３１１の加算信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【００４３】
以上の動作により３行目に配置された画素３１１においては、緑フィルタを有する画素３１１からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。また、３行目に配置された青フィルタを有する画素３１１からも、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。
【００４４】
図１２は、図８に示す画素配列において第２読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。緑フィルタを有する画素３１１ｇ１、３１１ｇ２、３１１ｇ３，および３１１ｇ４からは、光電変換部１５の単独信号Ｇａと光電変換部１６の単独信号Ｇｂとが画素の並び順に交互に読み出される。青フィルタを有する画素３１１ｂ１、３１１ｂ２、３１１ｂ３，および３１１ｂ４からは、光電変換部１５の単独信号Ｂａと光電変換部１６の単独信号Ｂｂとが画素の並び順に交互に読み出される。
【００４５】
図１１のタイミングチャートでは、３行目の画素３１１のみ、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力するとして説明した。しかし、単独信号を出力する画素行はボディ駆動制御装置２１４からの選択信号に応じて変更可能であり、垂直走査回路５０３、水平走査回路５０４は、選択された画素行に応じて上述した各種制御信号のタイミングを変更することができる。
【００４６】
図１３は、本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の撮像動作を示すフローチャートである。図１３に示す各処理ステップは、ボディ駆動制御装置２１４によって実行される。ボディ駆動制御装置２１４により、ステップＳ１００でデジタルスチルカメラ２０１の電源がオンされると、撮像素子２１２は一定周期で撮像動作を繰り返す（例えば１秒間に６０フレームを出力する）動作が開始される。ステップＳ１１０において、第２読み出しモードで１フレーム分のデータを読み出す。なお第２読み出しモードにおいて焦点検出用に一対の光電変換部のうちの一方の信号（単独信号）を読み出す行は、不図示の操作部材によりユーザーが選択した撮影画面中の一部の領域（焦点検出エリア）の、撮影画面中の垂直方向位置に対応した行である。
【００４７】
ステップＳ１２０においては、第２読み出しモードで単独信号を読み出した行に配置された画素３１１の撮像信号として、該行の上下に隣接する行の加算信号に基づく補間処理によって補間信号を生成する。この補間処理の詳細については後述する。
【００４８】
続くステップＳ１３０では、加算信号と補間信号とを表示データとして表示画像を生成し、液晶表示素子２１６にライブビュー表示させる。
【００４９】
ステップＳ１４０では、ステップＳ１１０で読み出された単独信号のうち、選択された焦点検出エリアの画面中の水平方向の領域に対応する範囲の列に配置された画素３１１の一対の画素信号（光電変換部１５の信号および光電変換部１６の信号）に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する。デフォーカス量の信頼性が低い場合またはデフォーカス量の算出が不能であった場合は焦点検出不能となる。
【００５０】
ステップＳ１５０で合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合はステップＳ１６０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００５１】
なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００５２】
ステップＳ１５０で合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１７０へ進み、シャッターボタン（不図示）の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップＳ１１０へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップＳ１８０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者により設定されたＦ値または自動設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１２に被写体輝度に応じた露光時間による撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の全画素３１１から第１読み出しモードにて加算信号を読み出し、該加算信号に所定の画像処理を施して画像データを生成する。
【００５３】
続くステップＳ１９０では、生成された画像データをメモリカード２１９に記憶させ、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。
【００５４】
次に図１３のステップＳ１４０におけるデフォーカス量の算出、およびその算出に用いられる一般的な像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の詳細は、特開２０１０−１２９７８３号公報に開示されており、その像ズレ量に変換係数を乗じてデフォーカス量が算出される。第２読み出しモードにて単独信号が読み出された行には緑フィルタを有する画素３１１と青フィルタを有する画素３１１とが配置されていたとすると、緑フィルタを有する画素３１１のデータおよび青フィルタを有する画素３１１のデータからそれぞれデフォーカス量が算出される。
【００５５】
緑フィルタを有する画素３１１の出力信号に基づきデフォーカス量が算出され、同様にして青フィルタを有する画素３１１の出力信号に基づきデフォーカス量が算出されるので、両者を平均して、選択された焦点検出エリアの最終的なデフォーカス量とする。
【００５６】
次に図１３のステップＳ１２０で行われる補間処理の詳細について説明する。図１４は５×５画素の領域を示した図である。黒丸●で示した行（緑画素Ｇ３２およびＧ３４と青画素Ｂ３１、Ｂ３３およびＢ３５とが配置された行）から焦点検出用の単独信号が読み出される。この行の上下に配置された第ｍ行第ｎ列（ｍ＝１，２，．．．，５，ｎ＝１，２，．．．，５）の画素の緑画素、青画素、赤画素の加算信号Ｇｍｎ、Ｂｍｎ、Ｒｍｎとすれば、単独信号が読み出された３行目、２列目の緑画素の加算信号Ｇ３２は、該画素の周囲の４つの緑画素の加算信号の平均値として次式（１）のように補間される。
Ｇ３２＝（Ｇ２１＋Ｇ２３＋Ｇ４１＋Ｇ４３）／４ （１）
【００５７】
また３行目、３列目の青画素の加算信号Ｂ３３は、該画素の周囲の６つの青画素の加算信号の平均値として次式（２）のように補間される。
Ｂ３３＝（Ｂ１１＋Ｂ１３＋Ｂ１５＋Ｂ５１＋Ｂ５３＋Ｂ５５）／６ （２）
【００５８】
以上のようにして、第２読出しモードにより単独信号が読み出された画素については、該画素の周囲に配置された画素の加算信号に基づき補間処理により補間信号が生成される。
【００５９】
本実施の形態では、１画素に一対の光電変換部を有する画素を含む撮像素子から画素信号を読み出す場合、撮像信号（加算信号）のみを読み出す第１読み出しモード、および一部焦点検出用の信号（単独信号）を読み出す第２読み出しモードのいずれの読み出しモードにおいても、各画素から１つの信号しか読み出さない。そのため、各行の出力信号数が同一となり、読出し制御（垂直走査回路のリセット信号、行選択信号、水平走査回路の走査信号）を２つのモードで共通化することができるとともに、読み出す側においても、信号の出力順と画素の配置とが１対１に対応しているので、後処理が容易になる。
【００６０】
−−−変形例−−−
（１）上述した実施の形態では、第２読み出しモードにおいて、選択された焦点検出エリアの位置に応じて１つの行が選択され、その行において単独信号の読み出しが行われている。しかし、複数の行を同時に選択するとともに、該複数の行において単独信号の読み出しを行うようにしてもよい。
【００６１】
例えば焦点検出エリアの範囲が比較的広い場合には、焦点検出エリアの、撮影画面中の垂直方向の範囲における複数の行を選択して、該複数の行において単独信号の読み出しを行う。
【００６２】
（２）上述した実施の形態では、第２読み出しモードにおいて、選択された焦点検出エリアの位置に応じて１つの行が選択され、その行において制御信号φＰｎにより単独信号の読み出しが行われている。しかし、制御信号φＰｎの代わりに制御信号φＱｎにより単独信号の読み出しを行うようにしてもよい。
【００６３】
また制御信号φＰｎによる単独信号の読み出しと制御信号φＱｎによる単独信号の読み出しとをフレーム毎に交互におこなうようにしてもよい。フレーム毎に異なる組の信号を用いて算出されたデフォーカス量を平均することにより、より高精度な焦点検出を行うことができる。
【００６４】
（３）上述した実施の形態においては、撮像素子のすべての画素が一対の光電変換部を有するとして説明を行ったが、本発明はそれに限定されることなく、撮像素子の一部の画素が一対の光電変換部を有する構成にも適用可能である。
【００６５】
図１５は、交換レンズ２０２の予定結像面に設定した撮影画面上における焦点検出エリアの配置を示す図である。図１５は、撮像素子２１２上における一対の光電変換部を含む焦点検出画素の配列を用いた焦点検出において、撮影画面上で像がサンプリングされる領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）を示した一例である。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央（光軸上）および上下左右の５箇所に焦点検出エリア１０１〜１０５が配置される。長方形で示す焦点検出エリアの長手方向に、焦点検出画素が直線的に配列される。焦点検出エリア１０１、１０２、１０３、１０４、１０５においては焦点検出画素が水平方向に配列される。
【００６６】
図１６は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、図１５における焦点検出エリア１０１、１０２、１０３、１０４、１０５のうちの任意の焦点検出エリアの近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。各撮像画素３１０は、１つの光電変換部１１を有している。撮像素子２１２には周知の撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図１６においては、焦点検出用に、撮像画素と同一の画素サイズを有し、かつ一対の光電変換部を有する焦点検出画素３１１が水平方向に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき水平行に直線的に連続して配列される。焦点検出画素３１１には本来その位置に配置されるべき撮像画素と同じ色の色フィルタが設けられている。
【００６７】
図１７は、緑フィルタを有する撮像画素３１０および焦点検出画素３１１と青フィルタを有する撮像画素３１０および焦点検出画素３１１とが配置された第ｎ行において、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎおよびφＱｎが、撮像画素３１０および焦点検出画素３１１にどのように接続されているのかについて、水平方向に隣接して配置された撮像画素３１０と焦点検出画素３１１との境界を含む８画素を例にとって示した図である。図１７において、最初の４画素には緑フィルタを有する撮像画素３１０ｇ１および３１０ｇ２と青フィルタを有する撮像画素３１０ｂ１および３１０ｂ２とが交互に配置されている。続く４画素には緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ１および３１１ｇ２と青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ１および３１１ｂ２とが交互に配置される。
【００６８】
撮像画素３１０の回路構成は図６と略同一である。相違点は、撮像画素３１０が２つのフォトダイオードＰＤ１およびＰＤ２で構成される一対の光電変換部を有する代わりに１つの光電変換部のみを有する点である。、該１つの光電変換部を構成する１つのフォトダイオードは、転送ＭＯＳトランジスタ５１５を介して浮遊拡散層ＦＤに接続される。
【００６９】
撮像画素３１０、すなわち緑画素３１０ｇ１および３１０ｇ２，ならびに青画素３１０ｂ１および３１０ｂ２の各々が有する１つの光電変換部１７からの信号転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１５を介しすべて制御信号φＰｎによって制御される。
【００７０】
焦点検出画素３１１が有する一対の光電変換部、すなわち水平方向で左側に配置された光電変換部１５および右側に配置された光電変換部１６からの信号転送は、同一の色フィルタを有する画素毎に交互に制御信号φＰｎおよびφＱｎによって制御される。
【００７１】
緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ１の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ２の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ１の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。緑フィルタを有する焦点検出画素３１１ｇ２の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００７２】
青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ１の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ２の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ１の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。青フィルタを有する焦点検出画素３１１ｂ２の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００７３】
焦点検出画素３１１が配置されていない行においては、すべての撮像画素３１０からの信号転送は制御信号Ｐｎにより制御され、制御信号Ｑｎの信号線は配線されない。
【００７４】
図１７に示す撮像画素と焦点検出画素とが図５に示す４×４画素のレイアウトの３行目に２画素ずつ配列されているとした場合、１行目、２行目、４行目には撮像画素のみが配置されている。このとき、第１読み出しモードにおいては、図９と同様な撮像素子の動作タイミングチャートに応じて、全画素の信号、すなわち撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の加算信号が読み出される。ただし図９における制御信号φＱ１、φＱ２、φＱ４は不要となる。
【００７５】
以上の動作により第１読み出しモードにおいては、全画素において、撮像画素における画素信号と同等な画像信号を得ることが出来る。
【００７６】
また、第２読み出しモードにおいては、図１１と同様な撮像素子の動作タイミングチャートに応じて、撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の単独信号が読み出される。ただし図１１における制御信号φＱ１、φＱ２、φＱ４は不要となる。
【００７７】
第２読み出しモードの場合、選択された焦点検出位置に対応した行に配置された焦点検出画素３１１においては、緑フィルタを有する画素３１１からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。青フィルタを有する焦点検出画素３１１からも、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。
【００７８】
選択された焦点検出位置に対応した行に焦点検出画素３１１とともに配置された撮像画素３１０からは、光電変換部１７の信号が読み出される。第２読み出しモードの場合、選択された焦点検出位置に対応していない行に配置された撮像画素３１０および焦点検出画素３１１からは、撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の加算信号が読み出される。撮像画素３１０のみが配列された行においては、撮像画素３１０の信号が読み出される。
【００７９】
以上の動作により第２読み出しモードにおいては、撮像画素３１０からは撮像信号が読み出されるが、焦点検出画素３１１からは撮像信号と同等な画像信号が得られない。そのため、第１の実施の形態と同様に、図１３のステップＳ１２０において、ボディ駆動制御装置２１４は、第２読み出しモードで単独信号を読み出した行に配置された焦点検出画素３１１の撮像信号として、該行の上下に隣接する行の撮像画素３１０の撮像信号に基づく補間処理によって補間信号を生成する。続くステップＳ１３０では、加算信号と補間信号とを表示データとして表示画像を生成し、液晶表示素子２１６にライブビュー表示させる。
【００８０】
このように、一対の光電変換部を備えた焦点検出画素と１つの光電変換部を備えた撮像画素とを混在させた場合であっても、画素数と読み出し信号数との関係が焦点検出画素の数によらず不変であるため、信号読出し制御が複雑化しない。
【００８１】
（４）上述した変形例（３）における図１７の各画素と制御信号の信号線との接続関係に関して、焦点検出画素３１１からの単独信号の読出しは制御信号φＰｎによって制御されている。しかし、その接続関係を図１８に示す接続関係に変更することにより、焦点検出画素３１１からの単独信号の読出しを制御信号φＰｎおよびφＱｎの両方により制御することも可能である。図１８において撮像画素３１０、すなわち緑画素３１０ｇ１および３１０ｇ２，ならびに青画素３１０ｂ１および３１０ｂ２の各々が有する１つの光電変換部１７からの信号転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１５を介し制御信号φＰｎによって制御されるとともに、転送ＭＯＳトランジスタ５１５と並列して配置された転送ＭＯＳトランジスタ５１６を介し制御信号φＱｎによっても制御される。従って、焦点検出画素３１１からの単独信号の読出しを制御信号φＱｎによって制御する場合においても、撮像画素３１０から撮像信号を読み出すことができる。
【００８２】
図１８に示す撮像画素３１０と焦点検出画素３１１とが、図５に示す４×４画素のレイアウトの３行目に２画素ずつ配列されているとした場合、１行目、２行目、４行目には撮像画素のみが配置されている。このとき、第１読み出しモードにおいては、図９と同様な撮像素子の動作タイミングチャートに応じて、全画素の信号、すなわち撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の加算信号が読み出される。ただし図９における制御信号φＱ１、φＱ２、φＱ４は不要となる。
【００８３】
また、第２読み出しモードにおいては、図１９に示す撮像素子の動作タイミングチャートに応じて、撮像画素３１０の信号および焦点検出画素３１１の単独信号が読み出される。
【００８４】
図１９の動作タイミングチャートにおいては、焦点検出位置に対応した３行目に配置された焦点検出画素３１１のみ、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力し、その他の行（１行目、２行目、４行目）については第１読み出しモードと同様に各撮像画素３１０から撮像信号を読み出す。フレーム毎に焦点検出用に読み出す一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を他方の信号に入れ替える。
【００８５】
図１９の動作タイミングチャートは、制御信号φＱ１、φＱ２、φＱ４がないことを除けば図１８の動作タイミングチャートと略同一である。
【００８６】
図１９において３行目の焦点検出画素３１１の信号を読み出す場合、時刻ｔ１２に制御信号φＰ３が立ち上がり、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力する。この信号が制御信号Ｃ２によりサンプルホールドされた後の時刻ｔ１４に制御信号φＱ３が立ち上がり、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちのもう一方の信号をリセットする。
【００８７】
次のフレームにおいて３行目の焦点検出画素３１１の信号を読み出す場合、時刻ｔ３２に制御信号φＱ３が立ち上がり、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちの一方の信号を出力する。この信号が制御信号Ｃ２によりサンプルホールドされた後の時刻ｔ３４に制御信号φＰ３が立ち上がり、焦点検出用に一対の光電変換部１５および１６のうちのもう一方の信号をリセットする。
【００８８】
以上のように焦点検出画素３１１の一対の光線変換部１５および１６のうちの一方が、フレームごとに交互に焦点検出用の単独信号として読み出される。フレーム毎に異なる組の信号を用いて算出されたデフォーカス量を平均することにより、より高精度な焦点検出を行うことができる。
【００８９】
（５）上述した実施の形態においては、撮像素子のすべての画素が一対の光電変換部を有するとして説明を行ったが、本発明はそれに限定されることなく、撮像素子の一部の画素が一対の光電変換部を有する構成にも適用可能である。
【００９０】
例えば図２において緑フィルタを有する画素３１１のみが一対の光電変換部１５および１６を有し、赤フィルタを有する画素３１１および青フィルタを有する画素３１１の各々を、１つの光電変換部１７を有する撮像画素３１０に置き換えた場合にも本発明を適用可能である。
【００９１】
図２０はこのような場合、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎおよびφＱｎが、各行の画素にどのように接続されているのかを、図８に対応させて水平方向に隣接して配置された８画素を例にとって示した図である。
【００９２】
図２０においては、図８と異なり、青フィルタを有する撮像画素３１０は１つの光電変換部１７を有している。撮像画素３１０、すなわち青画素３１０ｂ１、３１０ｂ２、３１０ｂ３、および３１０ｂ４の各々が有する光電変換部１７からの信号転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１５を介しすべて制御信号φＰｎによって制御される。
【００９３】
以上のような構成において、図１７で示した構成において行った信号読み出し動作と同じ読出し動作を行うと、第１読み出しモードにおいては、全画素から撮像画素３１０と同等な画像信号、すなわち撮像画素３１０においては撮像信号、焦点検出画素３１１においては加算信号を得ることが出来る。
【００９４】
第２読み出しモードの場合、選択された焦点検出位置に対応した行に配置された焦点検出画素３１１においては、緑フィルタを有する画素３１１からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。青フィルタを有する撮像画素３１０からは光電変換部１７の信号が読み出される。
【００９５】
（６）上述した実施の形態においては、撮像素子のすべての画素がベイヤー配列により規定された色フィルタを有するとして説明を行ったが、本発明はそれに限定されることなく、モノクロの撮像素子にも適用可能である。
【００９６】
図２１は、モノクロの撮像素子において、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎおよびφＱｎが水平行の画素にどのように接続されているのかを、図８に対応させて水平方向に隣接して配置された４画素を例にとって示した図である。
【００９７】
図２１において、水平行には色フィルタのない画素３１１ｗ１、３１１ｗ２、３１１ｗ３，および３１１ｗ４が隣接して配置されている。各画素が有する一対の光電変換部、すなわち水平方向で左側に配置された光電変換部１５および右側に配置された光電変換部１６からの信号転送は、画素毎に交互に制御信号φＰｎおよびφＱｎによって制御される。
【００９８】
画素３１１ｗ１および３１１ｗ３の各々の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＰｎによって制御される。画素３１１ｗ２および３１１ｗ４の各々の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＰｎによって制御される。画素３１１ｗ１および３１１ｗ３の各々の光電変換部１６は、転送ＭＯＳトランジスタ５１４を介して制御信号φＱｎによって制御される。画素３１１ｗ２および３１１ｗ４の各々の光電変換部１５は、転送ＭＯＳトランジスタ５１３を介して制御信号φＱｎによって制御される。
【００９９】
以上のような構成において、図９で示した撮像素子の動作タイミングチャートに基づいて第１読み出しモードの信号読出し動作を行うと、全画素から撮像画素３１０と同等な画像信号（加算信号）を得ることが出来る。
【０１００】
また図１１で示した撮像素子の動作タイミングチャートに基づいて第２読み出しモードの信号読出し動作を行った場合、選択された焦点検出位置に対応した行の画素３１１からは、光電変換部１５の信号と光電変換部１６の信号とが画素３１１の並び順で交互（光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、光電変換部１５の信号、光電変換部１６の信号、・・・）に出力される。
【０１０１】
（７）上述した実施の形態では、一対の光電変換部１５および１６が水平方向に並んだ画素３１１が水平方向に配置されており、第２読出しモードにおいては、水平方向に配列された画素３１１から単独信号の読み出しが行われている。しかし、本発明はそれに限定されることはなく、例えば一対の光電変換部が垂直方向に並んだ画素が垂直方向に配置された列から単独信号の読み出しを行っても良い。
【０１０２】
図２２は、一対の光電変換部２５および２６が垂直方向に並んだ画素４１１を有する撮像素子２１２の部分拡大図（正面図）である。各画素４１１はマイクロレンズ１０と色フィルタとを有している。
【０１０３】
図２３は、図２２に示す撮像素子２１２の回路構成概念図である。撮像素子２１２はＣＭＯＳイメージセンサーとして構成される。撮像素子２１２の回路構成を、水平方向４画素×垂直方向４画素のレイアウトに簡略化して説明する。
【０１０４】
同一の第ｎ行に属する画素４１１には、垂直走査回路５０３から各画素４１１の動作を制御するために共通の制御信号φＳｎ、φＲｎ、φＰｎが供給される。同一の第ｍ列に属する画素４１１には、列選択回路５０５から各画素４１１の動作を制御するために共通の制御信号φＺｍが供給される。
【０１０５】
各列の画素４１１の出力は列毎に共通な垂直信号線５０１に接続されており、各垂直信号線５０１は相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）５０２に入力され、各列毎にサンプルホールドと差分処理とが行われる。ＣＤＳ回路５０２の動作は垂直走査回路５０３から出力される制御信号φＣ１、φＣ２により制御される。
【０１０６】
ＣＤＳ回路５０２の各列毎の出力信号は、水平走査回路から出力される制御信号φＨ１〜φＨ４により、順次出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【０１０７】
各画素４１１の詳細回路は図６と同様であるが、制御信号φＱｎの代わりに制御信号φＺｍが供給される点が異なる。画素４１１の光電変換部２５の信号は、該制御信号φＺｍによって制御される転送ＭＯＳトランジスタ５１９と制御信号φＰｎによって制御される転送ＭＯＳトランジスタ５１７とを介して浮遊拡散層ＦＤに接続される。光電変換部２６の信号は、制御信号φＰｎによって制御される転送ＭＯＳトランジスタ５１８を介して浮遊拡散層ＦＤに接続される。
【０１０８】
制御信号φＺｍにより転送ＭＯＳトランジスタ５１９をＯＦＦにして、制御信号φＰｎにより転送ＭＯＳトランジスタ５１７，５１８をＯＮすることにより、光電変換部２６に蓄積された電荷量に応じた信号が単独信号として読み出される。また制御信号φＺｍにより転送ＭＯＳトランジスタ５１９をＯＮにして、制御信号φＰｎにより転送ＭＯＳトランジスタ５１７，５１８をＯＮすることにより、光電変換部２６に蓄積された電荷量と光電変換部２５に蓄積された電荷量とが加算された信号が加算信号として読み出される。
【０１０９】
図２４は、垂直走査回路５０３の出力する制御信号φＰｎ、および列選択回路５０５の出力する制御信号φＺｎが、各列の画素４１１にどのように接続されているのかについて、垂直方向に隣接して配置された４画素を例にとって示した図である。この列の画素４１１として、緑フィルタを有する画素４１１ｇ１および４１１ｇ２と青フィルタを有する画素４１１ｂ１および４１１ｂ２とが交互に配置されている。各画素の一対の光電変換部、すなわち垂直方向で上側に配置された光電変換部２５および下側に配置された光電変換部２６からの信号転送は、同一の色フィルタを有する画素毎に交互に制御信号φＰｎおよびφＺｍによって制御される。
【０１１０】
緑フィルタを有する画素４１１ｇ１の光電変換部２５および画素４１１ｇ２の光電変換部２６からの電荷転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１７を介して制御信号φＰｎおよびφＰ（ｎ＋２）によって制御されるとともに、転送ＭＯＳトランジスタ５１９を介して制御信号φＺｍによって制御される。緑フィルタを有する画素４１１ｇ１の光電変換部２６および画素４１１ｇ２の光電変換部２５からの電荷転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１８を介して制御信号φＰｎおよびφＰ（ｎ＋２）によって制御される。
【０１１１】
青フィルタを有する画素４１１ｂ１の光電変換部２５および画素４１１ｂ２の光電変換部２６からの電荷転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１７を介して制御信号φＰ（ｎ＋１）およびφＰ（ｎ＋３）によって制御されるとともに、転送ＭＯＳトランジスタ５１９を介して制御信号φＺｍによって制御される。青フィルタを有する画素４１１ｂ１の光電変換部２６および画素４１１ｂ２の光電変換部２５からの電荷転送は、転送ＭＯＳトランジスタ５１８を介して制御信号φＰ（ｎ＋１）およびφＰ（ｎ＋３）によって制御される。
【０１１２】
図２５は、加算信号が読み出される第１読み出しモードにおける図２４に示す撮像素子の動作タイミングチャートである。列選択回路については、制御信号φＺ１〜φＺ４を常にＯＮに設定する。時刻ｔ２０において、１行目の画素４１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ１により選択される。制御信号φＲ１は時刻ｔ２０にＯＮとなり、１行目の画素４１１の浮遊拡散層ＦＤはリセットレベルにリセットされる。時刻ｔ２１に制御信号ΦＲ１がＯＦＦするとともに、制御信号φＣ１がＯＮし、各列の画素４１１のリセットレベルが各列毎に図２３に示すＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。制御信号φＣ１がＯＦＦした後、時刻ｔ２２に制御信号φＰ１がＯＮとなり、ＦＤ部にて一対の光電変換部２５，２６に蓄積された電荷が加算され、加算された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。時刻ｔ２３に制御信号φＰ１がＯＦＦとなるとともに、制御信号φＣ２がＯＮし、各列の画素４１１の加算信号レベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。ＣＤＳ回路５０２はこの時点において、加算信号レベルからリセットレベルを差し引いた信号を出力する。制御信号φＣ２がＯＦＦした後、時刻ｔ２４に制御信号φＳ１がＯＦＦするとともに、ＣＤＳ回路５０２の各列毎の加算信号が水平走査回路５０４から順次発せられる走査信号φＨ１〜φＨ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【０１１３】
１行目の画素４１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が終了した時刻ｔ２５の時点で、２行目の画素４１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号ΦＳ２により選択され、上述の動作と同様にして２行目の画素４１１の加算信号の出力回路３３０からの出力が行われる。続いて３行目、４行目の加算信号の出力回路３３０からの出力が行われる。全ての画素４１１の加算信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【０１１４】
図２６は、加算信号と単独信号とが読み出される第２読み出しモードにおける図２４に示す撮像素子の動作タイミングチャートである。焦点検出位置に対応した３列目に配置された画素４１１のみ、焦点検出用に一対の光電変換部２５および２６のうちの一方の信号を出力し、その他の行（１列目、２列目、４列目）については第１読み出しモードと同様に各画素４１１から加算信号を読み出す。
【０１１５】
列選択回路５０５は、制御信号φＺ１、φＺ２、φＺ４を常にＯＮに設定するとともに、制御信号φＺ３を常にＯＮに設定する。時刻ｔ０において１行目の画素４１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ１により選択される。制御信号φＲ１は時刻ｔ２０にＯＮとなり、１行目の画素の浮遊拡散層ＦＤはリセットレベルにリセットされる。時刻ｔ２１に制御信号φＲ１がＯＦＦするとともに、制御信号φＣ１がＯＮし、各列の画素４１１のリセットレベルが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。制御信号φＣ１がＯＦＦした後、時刻ｔ２２に制御信号φＰ１がＯＮとなり、浮遊拡散層ＦＤにて１列目、２列目、４列目の画素４１１の一対の光電変換部２５および２６に蓄積された電荷が加算され、加算された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。３列目の画素４１１については、一対の光電変換部のうちの一方、例えば光電変換部２６に蓄積された電荷量に応じた電気信号が垂直信号線５０１に出力される。時刻ｔ２３に制御信号φＰ１がＯＦＦとなるとともに、制御信号φＣ２がＯＮし、１列目、２列目、４列目の画素４１１の加算信号レベルと、３列目の画素４１１の単独信号レベルとが各列毎にＣＤＳ回路５０２によりサンプルホールドされる。ＣＤＳ回路５０２はこの時点において、信号レベルからリセットレベルを差し引いた信号を出力する。制御信号φＣ２がＯＦＦした後、時刻ｔ２４に制御信号φＳ１がＯＦＦするとともに、ＣＤＳ回路５０２の各列毎の信号が水平走査回路５０４から順次発せられる走査信号φＨ１〜φＨ４にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて撮像素子２１２の外部に出力される。
【０１１６】
１行目の画素４１１の信号の出力回路３３０からの出力が終了した時刻ｔ２５の時点で、２行目の画素４１１は垂直走査回路５０３が発する制御信号φＳ２により選択され、上述の動作と同様にして２行目の画素４１１の信号の出力回路３３０からの出力が行われる。この際２行目かつ３列目の画素４１１からは光電変換部２６に蓄積された電荷量に応じた単独信号が出力される。続いて３行目、４行目の信号の出力回路３３０からの出力が行われ、３行目かつ３列目の画素４１１、および４行目かつ３列目の画素４１１からは光電変換部２５に蓄積された電荷量に応じた単独信号が出力される。全ての画素４１１の信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【０１１７】
以上の動作により３列目に配置された画素４１１においては、緑フィルタを有する画素４１１からは、光電変換部２５の信号と光電変換部２６の信号とが画素４１１の並び順で交互（光電変換部２５の信号、光電変換部２６の信号、光電変換部２５の信号、光電変換部２６の信号、・・・）に出力される。また、３列目に配置された青フィルタを有する画素４１１からも、光電変換部２５の信号と光電変換部２６の信号とが画素４１１の並び順で交互（光電変換部２５の信号、光電変換部２６の信号、光電変換部２５の信号、光電変換部２６の信号、・・・）に出力される。
【０１１８】
なお単独信号を出力する画素列はボディ駆動制御装置２１４からの選択信号に応じて変更可能であり、選択された画素列に応じて列選択回路５０５は上述した制御信号φＺｍのＯＮ，ＯＦＦの設定を変更することができる。
【０１１９】
（８）上述した実施の形態では、各画素にはベイヤー配列に応じた色フィルタが配置されている。本発明はこれに限定されることはなく、例えば補色市松配列などに応じた色フィルタが配置されていても本発明を適用することが可能である。
【０１２０】
（９）上述した実施の形態では、１画素から一対の光電変換部の加算信号のみを読み出す第１読み出しモードと、１画素から一対の光電変換部の加算信号または一対の光電変換部の一方の単独信号を読み出す第２読み出しモードとの２つの読み出しモードで信号読み出しを行っている。さらに、１画素から一対の光電変換部の加算信号または一対の光電変換部の両方の単独信号を読み出す第３読み出しモードで信号読み出しを行ってもよい。第３読み出しモードにおいては、焦点検出に用いる画素３１１からは一対の光電変換部１５および１６の両方の単独信号を読み出すようにしてもよい。
【０１２１】
図２７は、図８に示す焦点検出に用いられる行の画素配列において第３読み出しモードにより読み出される信号の模式図である。緑フィルタを有する画素３１１ｇ１、３１１ｇ２、３１１ｇ３，および３１１ｇ４からは、光電変換部１５の単独信号Ｇａと光電変換部１６の単独信号Ｇｂとが両方読み出される。青フィルタを有する画素３１１ｂ１、３１１ｂ２、３１１ｂ３，および３１１ｂ４からは、光電変換部１５の単独信号Ｂａと光電変換部１６の単独信号Ｂｂとが両方読み出される。
【０１２２】
第３読み出しモードの場合、焦点検出に用いる信号のピッチが第２読み出しモードの場合よりも短くなるので、焦点検出精度が向上する。そこで例えば図１３のフローチャートの撮像動作の直前、すなわちステップＳ１７０とステップＳ１８０との間において、単発的に第３読み出しモードで焦点検出用の信号を読み出して、高精度な焦点検出および焦点調節を行うこととしてもよい。このような場合には、撮像信号は光電変換部１５および１６の両方から読み出した信号を加算すれば加算信号が得られるので、焦点検出用の画素信号のみを読み出しするようにすれば、再度、撮像による画像生成のための加算信号の読み出しを省略することができ、信号読出し時間の短縮を図ることができる。
【０１２３】
（１０）撮像装置としては、上述したようなカメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラに限定されない。例えばレンズ一体型のデジタルスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。
【符号の説明】
【０１２４】
１０ マイクロレンズ、１１、１５、１６、２５、２６ 光電変換部、
８５、８６ 光束、９０ 測距瞳面、９１ 軸、９５、９６ 領域、
１００ 撮影画面、１０１〜１０５ 焦点検出エリア、
２０１ デジタルスチルカメラ、２０２ 交換レンズ、２０３ カメラボディ、
２０４ マウント部、２０６ レンズ駆動制御装置、
２０８ ズーミング用レンズ、２０９ レンズ、２１０ フォーカシング用レンズ、
２１１ 絞り、２１２ 撮像素子、２１３ 電気接点、
２１４ ボディ駆動制御装置、２１５ 液晶表示素子駆動回路、２１６ 液晶表示素子、
２１７ 接眼レンズ、２１９ メモリカード、
３１０ 撮像画素、３１１、４１１ 画素、３３０ 出力回路、
５０１ 垂直信号線、５０２ ＣＤＳ回路、
５０３ 垂直走査回路、５０４ 水平走査回路、５０５ 列選択回路、
５１０ リセットＭＯＳトランジスタ、５１２ 行選択ＭＯＳトランジスタ、
５１３、５１４、５１５、５１６、５１７、５１８、５１９ 転送ＭＯＳトランジスタ、
５２１、５２２ サンプル＆ホールド回路、５２３ 差分回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が前記複数の画素の各画素に入射する一対の光束の並び方向に配列して配置され、前記一対の光束をそれぞれ受光して信号を出力する第１光電変換部および第２光電変換部とが前記各画素に含まれ、前記第１光電変換部によって出力される前記信号と前記第２光電変換部によって出力される前記信号とが加算されて加算信号が生成されるように前記各画素を制御する制御部を含む撮像素子と、
前記複数の画素から１画素につき前記第１光電変換部および前記第２光電変換部のうちの一方によって出力される前記信号を前記複数の画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、前記撮像素子から前記加算信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記第１読み出し処理で読み出された前記信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記読み出し手段による前記第２読み出し処理で読み出された前記加算信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記撮像素子には、前記複数の画素と混在して撮像専用の撮像画素がさらに配置されるとともに、前記一対の光束を受光する第３光電変換部とが前記撮像画素に含まれ、
前記撮像画素は、前記撮像画素の各々に入射する撮像用光束を受光して撮像信号を出力し、
前記読み出し手段は、前記撮像素子から前記撮像信号を読み出し、
前記画像生成手段は、前記加算信号と前記撮像信号とに基づき前記画像を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記複数の画素および前記撮像画素は所定の色配列規則に基づいた色フィルタを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記所定の色配列規則はベイヤー配列規則であることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の周囲に配置された前記撮像画素によって出力される前記撮像信号に基づいて前記複数の画素の位置を補間する補間信号を算出する補間手段と、
前記撮像信号と前記補間信号とに基づき画像を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記一対の光束は、前記複数の画素から前記一対の光束の入射方向に所定距離だけ離れた特定面上で対をなす第１領域および第２領域を通過することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々はマイクロレンズを含むとともに、該マイクロレンズにより前記第１光電変換部と前記第１領域とが光学的に共役であるとともに、該マイクロレンズにより前記第２光電変換部と前記第２領域とが光学的に共役であることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記読み出し手段は、前記複数の画素から１画素につき前記第１光電変換部および前記第２光電変換部の両方によって出力される前記信号それぞれを読み出す第３読み出し処理を行い、
前記画像生成手段によって前記画像が生成される際、前記焦点検出手段は、前記読み出し手段による前記第３読み出し処理で読み出された前記信号に基づき、前記焦点調節状態を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
複数の画素が、前記複数の画素の各画素に入射する一対の光束の並び方向に配列して配置され、前記一対の光束をそれぞれ受光して信号を出力する第１光電変換部および第２光電変換部とが前記各画素に含まれる撮像素子と、
前記複数の画素から１画素につき前記第１光電変換部および前記第２光電変換部のうちの一方によって出力される前記信号を前記複数の画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、前記複数の画素から１画素につき前記第１光電変換部および前記第２光電変換部の両方によって出力される前記信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記第１読み出し処理で読み出された前記信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記読み出し手段による前記第２読み出し処理で読み出された前記信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
複数の画素が前記複数の画素の各画素に入射する一対の光束の並び方向に配列して配置され、前記一対の光束をそれぞれ受光して信号を出力する第１光電変換部および第２光電変換部とが前記各画素に含まれ、前記第１光電変換部によって出力される前記信号と前記第２光電変換部によって出力される前記信号とが加算されて加算信号が生成されるように前記各画素を制御する制御部を含む撮像素子と、
前記複数の画素から１画素につき前記第１光電変換部および前記第２光電変換部のうちの一方によって出力される前記信号を前記複数の画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、前記撮像素子から前記加算信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記第１読み出し処理で読み出された前記信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記読み出し手段による前記第２読み出し処理で読み出された前記加算信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記撮像素子には、前記複数の画素と混在して撮像専用の撮像画素がさらに配置されるとともに、前記一対の光束を受光する第３光電変換部とが前記撮像画素に含まれ、
前記撮像画素は、前記撮像画素の各々に入射する撮像用光束を受光して撮像信号を出力し、
前記読み出し手段は、前記撮像素子から前記撮像信号を読み出し、
前記画像生成手段は、前記加算信号と前記撮像信号とに基づき前記画像を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記複数の画素および前記撮像画素は所定の色配列規則に基づいた色フィルタを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記所定の色配列規則はベイヤー配列規則であることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の周囲に配置された前記撮像画素によって出力される前記撮像信号に基づいて前記複数の画素の位置を補間する補間信号を算出する補間手段と、
前記撮像信号と前記補間信号とに基づき画像を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記一対の光束は、前記複数の画素から前記一対の光束の入射方向に所定距離だけ離れた特定面上で対をなす第１領域および第２領域を通過することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、
前記複数の画素の各々はマイクロレンズを含むとともに、該マイクロレンズにより前記第１光電変換部と前記第１領域とが光学的に共役であるとともに、該マイクロレンズにより前記第２光電変換部と前記第２領域とが光学的に共役であることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記読み出し手段は、前記複数の画素から１画素につき前記第１光電変換部および前記第２光電変換部の両方によって出力される前記信号それぞれを読み出す第３読み出し処理を行い、
前記画像生成手段によって前記画像が生成される際、前記焦点検出手段は、前記読み出し手段による前記第３読み出し処理で読み出された前記信号に基づき、前記焦点調節状態を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
複数の画素が、前記複数の画素の各画素に入射する一対の光束の並び方向に配列して配置され、前記一対の光束をそれぞれ受光して信号を出力する第１光電変換部および第２光電変換部とが前記各画素に含まれる撮像素子と、
前記複数の画素から１画素につき前記第１光電変換部および前記第２光電変換部のうちの一方によって出力される前記信号を前記複数の画素の配列順に応じて交互に読み出す第１読み出し処理と、前記複数の画素から１画素につき前記第１光電変換部および前記第２光電変換部の両方によって出力される前記信号を読み出す第２読み出し処理とを行う読み出し手段と、
前記読み出し手段による前記第１読み出し処理で読み出された前記信号に基づき、撮影光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記読み出し手段による前記第２読み出し処理で読み出された前記信号に基づき、画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【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】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【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】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−１９１４０１（Ｐ２０１２−１９１４０１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２７１３（Ｐ２０１１−５２７１３）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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