JP2009128892A - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作モード切り換え時の無駄時間の発生や、無効フレームの発生や、読出し周期の乱れなどを防止することができる撮像素子の提供。
【解決手段】光学系による光束を受光して受光信号を出力する第１画素３１０を二次元状に配列するとともに、光学系による光束を受光して受光信号を出力する、第１画素３１０と異なる第２画素３１３，３１４を第１画素３１０の配列中に配置した撮像素子であって、受光信号を読み出すための固定周期の読み出し信号を出力するとともに、受光信号を読み出す画素の種類に応じた所定の画素間隔に対応する周期の読み出し信号に基づいて受光信号を選択して出力する出力回路５２０，５２１，５２２を備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、撮像画素と焦点検出画素を有する撮像素子および該撮像素子を備えた撮像装置に関する。

二次元状に配列された撮像画素の一部を焦点検出画素に置き換えた撮像素子を用いて撮像と焦点検出を行う撮像装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１５６８２３号公報

上述した従来の撮像装置では、ＥＶＦ（Electronic View Finder；電子ビューファインダー）表示（スルー画によるライブビュー表示）を行うために撮像素子上のラインを間引いて信号を読み出しているが、ライブビュー表示と焦点検出動作とを並行して行う場合には、焦点検出画素の信号を読み出す測距読出しモードを焦点検出用に設け、ライブビュー用の読出しモードと測距読出しモードとを時間分割して独立に行う必要があった。

しかし、ライブビュー表示のための読出しモードで周期的に動作させるとともに、ライブビュー表示の読み出し動作の何回かに１回だけ測距のための読出しモードに切換えて動作させた場合、撮像素子の走査回路の動作モード（間引きモードや加算モード）の設定を切り換えるための無駄時間が発生したり、動作モード切換の間に無効フレームが発生したりする。そのため、ライブビュー表示用の画像情報の読出し周期が狂ってしまい、ライブビュー表示画像に乱れが生じる。

請求項１の発明は、光学系による光束を受光して受光信号を出力する第１画素を二次元状に配列するとともに、光学系による光束を受光して受光信号を出力する、第１画素と異なる第２画素を第１画素の配列中に配置した撮像素子であって、受光信号を読み出すための固定周期の読み出し信号を出力するとともに、受光信号を読み出す画素の種類に応じた所定の画素間隔に対応する周期の読み出し信号に基づいて受光信号を選択して出力する出力回路を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の撮像素子において、第１画素は、光学系の瞳のほぼ全域を通過する光束を受光し、第２画素は、光学系の瞳の異なる部分領域を通過する光束を受光するようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載の撮像素子において、第２画素は、マイクロレンズと、該マイクロレンズを介した光束を受光する第１光電変換部とから構成される第１焦点検出画素と、マイクロレンズと、該マイクロレンズを介した光束を受光する第２光電変換部とから構成される第２焦点検出画素とを交互に配列して構成され、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とによって光学系の瞳の異なる部分領域を通過する光束を受光することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像素子において、第１画素および第２画素の出力を読み出して保持するラインメモリを有し、出力回路は、ラインメモリに対して互いに異なる周期の第１読み出し信号と第２読み出し信号をそれぞれ出力する第１出力回路と第２出力回路を有し、受光信号を読み出す画素の種類に応じて第１出力回路と第２出力回路を選択する選択手段を備えることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像素子において、第１画素および第２画素の出力を読み出して保持するラインメモリを有し、出力回路は、ラインメモリに対して信号線を介して読み出し信号を出力するとともに、受光信号を読み出す画素の種類に応じて信号線を選択することにより、読み出し信号を互いに異なる周期の第１読み出し信号と第２読み出し信号として選択的に出力する選択手段を備えることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項４または５に記載の撮像素子において、選択手段は、受光信号を読み出す画素に第２画素が含まれる場合に読み出し信号の周期を変更することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項４〜６のいずれか一項に記載の撮像素子において、出力回路は、ラインメモリに第１読み出し信号が出力された場合は、ラインメモリに保持された出力を所定間隔で順次選択し、ラインメモリに第２読み出し信号が出力された場合は、ラインメモリに保持された出力を連続して順次選択することを特徴とする。
請求項８の発明による撮像装置は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像素子と、出力回路から出力される受光信号を周期的に読み出す読み出し手段と、第１読み出し信号に応じて読み出された受光信号に基づく画像を表示する表示手段と、第２読み出し信号に応じて読み出された受光信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えたことを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８に記載の撮像装置において、第２画素の近傍の第１画素で得られる前記受光信号に基づいて、第２画素の位置における画像信号を保管して求めるようにしたものである。
請求項１０の発明は、請求項８または９に記載の撮像装置において、焦点検出手段により検出された焦点調節状態に基づいて光学系の焦点調節を行う焦点調節手段を備えたものである。

本発明によれば、従来のような動作モード切り換え時の無駄時間の発生や、無効フレームの発生や、読出し周期の乱れなどを防止することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。以下では、撮像素子および撮像装置として、レンズ交換式デジタルスチルカメラを例に説明する。
−第１の実施の形態−
図１はカメラの横断面図であり、カメラの概略構成を示したものである。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。

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などを備えている。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、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節と絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、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他、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とカメラ情報の受信を行う。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。

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、撮像画素が二次元状に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出画素が組み込まれている。

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、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ２０２の焦点調節を繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、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と通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行う。

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による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を記憶する画像ストレージである。

交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の受光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、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。

ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの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からの画像信号を処理してメモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２からのスルー画像信号を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。

レンズ駆動制御装置２０６は、レンズ情報を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値などに応じて変更する。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の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値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に応じたレンズ情報を選択したりする。

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。

図２は撮影画面上の焦点検出位置を示す図であり、後述する焦点検出画素列により焦点検出を行うときに画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）の一例を示す。この一実施の形態では、矩形の撮影画面１００内の中央に焦点検出エリア１０１が配置される。長方形で示した焦点検出エリア１０１の長手方向に、複数の焦点検出画素が直線的に配列される。

図３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上の焦点検出エリア１０１の近傍を拡大して示したものである。撮像素子２１２は、撮像画素３１０と焦点検出画素３１３、３１４から構成される。撮像画素３１０は水平および垂直方向に２次元状に正方格子配列されており、一方、焦点検出画素３１３、３１４は水平方向に配列されている。

撮像画素３１０は、図４に示すように、マイクロレンズ１０と光電変換部１１を備えている。また、焦点検出画素３１３は、図５（ａ）に示すように、マイクロレンズ１０と光電変換部１３を備えている。光電変換部１３の形状は、マイクロレンズ１０の垂直２等分線に接する左半円である。さらに、焦点検出画素３１４は、図５（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１０と光電変換部１４を備えている。光電変換部１４の形状は、マイクロレンズ１０の垂直２等分線に接する右半円である。

光電変換部１３，１４は、マイクロレンズ１０を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ１０の垂直２等分線に関して対称な形状をしている。焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４は、水平方向（光電変換部１３と１４の並び方向）に交互に配置される。これらの撮像画素３１０と焦点検出画素３１３、３１４の分光感度特性は、図６に示すような特性となっている。

図７は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０には、撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置されており、マイクロレンズ１０により光電変換部１１が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。

図８（ａ）は、焦点検出画素３１３の断面図である。焦点検出画素３１３には、光電変換部１３の前方にマイクロレンズ１０が配置されており、マイクロレンズ１０により光電変換部１３が前方に投影される。光電変換部１３は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。光電変換部１３はマイクロレンズ１０の光軸の片側に配置される。

図８（ｂ）は、焦点検出画素３１４の断面図である。焦点検出画素３１４では、光電変換部１４の前方にマイクロレンズ１０が配置されており、マイクロレンズ１０により光電変換部１４が前方に投影される。光電変換部１４は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。光電変換部１４はマイクロレンズ１０の光軸の片側で、かつ光電変換部１３の反対側に配置される。

図９は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。図９において、９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズから前方ｄの距離に設定された射出瞳である。この距離ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。９１は交換レンズの光軸、１０ａ〜１０ｄはマイクロレンズ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂは光電変換部、３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂは焦点検出画素、７３，７４、８３，８４は焦点検出光束である。

また、９３は、マイクロレンズ１０ａ、１０ｃにより投影された光電変換部１３ａ、１３ｂの領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。図９では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部の形状が拡大投影された形状になる。同様に、９４は、マイクロレンズ１０ｂ、１０ｄにより投影された光電変換部１４ａ、１４ｂの領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。

図９では、隣接する４つの焦点検出画素３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂを模式的に例示しているが、その他の焦点検出画素においても光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向、すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致させる。

マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄは、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面近傍に配置されている。マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄは、それらの背後に配置された光電変換部１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの形状をマイクロレンズ１０ａ〜１０ｃから測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影する。その投影形状は、測距瞳９３，９４を形成する。すなわち、投影距離ｄにある射出瞳９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９３，９４）が一致するように、各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。

測距瞳９３を通過してマイクロレンズ１０ａに向う光束７３は、マイクロレンズ１０ａ上に像を形成する。光電変換部１３ａは、形成された像の光強度に対応した信号を出力する。同様に、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ１０ｃに向う光束８３は、マイクロレンズ１０ｃ上に像を形成し、光電変換部１３ｂは形成された像の光強度に対応した信号を出力する。

また、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ１０ｂに向う光束７４は、マイクロレンズ１０ｂ上に像を形成する。光電変換部１４ａは、形成された像の光強度に対応した信号を出力する。同様に、測距瞳９４を通過してマイクロレンズ１０ｄに向う光束８４は、マイクロレンズ１０ｄ上に像を形成し、光電変換部１４ｂは形成された像の光強度に対応した信号を出力する。

上述した２種類の焦点検出画素を直線状に多数配置し、各画素の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９３および測距瞳９４をそれぞれ通過した焦点検出用光束が画素列上に形成する一対の像に対して、像の強度分布に関する情報を得ることができる。この情報に対して後述する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で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。

図１０は撮像素子２１２の回路構成を示す概念図であり、撮像素子２１２を（水平方向８画素）×（垂直方向４画素）のレイアウトに簡略化して示したものである。撮像素子２１２は、ＣＭＯＳイメージセンサーとして構成される。図１０において、垂直方向の上から２行目は焦点検出画素が配置されている行であり、中央の４つの焦点検出画素３１３、３１４が複数の焦点検出画素を代表しており、左右の２つずつの撮像画素３１０が焦点検出画素の左右に配置された複数の撮像画素を代表している。垂直方向の１行目、３行目、４行目は撮像画素３１０のみが配置された行であり、焦点検出画素が配置された行の上下に配置される複数の撮像画素のみからなる行を代表している。

ラインメモリ３２０は１行分の画素の画素信号をサンプルホールドして一時的に保持するバッファであり、垂直信号線５０１に出力されている同一行の画素信号を垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＨ１に基づいてサンプルホールドする。なお、ラインメモリ３２０に保持される画素信号は制御信号ΦＳ１〜ΦＳ４の立ち上がりに同期してリセットされる。

撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４からの画素信号の出力は、垂直走査回路５０２が発する制御信号（ΦＳ１〜ΦＳ４）により行ごとに独立に制御される。制御信号（ΦＳ１〜ΦＳ４）により選択された行の画素の画素信号は垂直信号線５０１へ出力され、垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＨ１に基づいてラインメモリ３２０にサンプルホールドされる。ラインメモリ３２０に保持された画素信号は、水平走査の制御信号（ΦＶ１〜ΦＶ８）にしたがって順に出力回路３３０へ転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部へ出力される。撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４は、画素信号がサンプルホールドされた後、制御信号（ΦＲ１〜ΦＲ４）によりリセットされ、次回の画素信号のための電荷蓄積を開始する。

撮像素子２１２の動作には２つの動作モードがあり、１つは、画像情報を撮像により記録するための通常の画素信号出力動作（全画素読み出しモード）を行うものであり、もう１つは、電子ビューファインダーとして機能する液晶表示素子２１６に画像情報を表示するために、画素信号を垂直方向に間引きするとともに、水平方向間引き加算して出力する動作（間引き読み出しモード）を行うものである。全画素読み出しモードにおいては、１フレーム分の画像情報が一度に読み出される。一方、間引き読み出しモードにおいては、１フレーム分の画像情報が第１フィールドおよび第２フィールドの２つの間引き画像情報に時分割されて読み出される。

図１０では、白抜きで示された全画素が、全画素読み出しモードにおいて１フレーム分の画像情報として一度に読み出される画素である。図１１では、白抜きで示された１行目および３行目の画素が、間引き読み出しモードの第１フィールドの画像情報として読み出される画素である。図１２では、白抜きで示された２行目の４つの焦点検出画素３１３，３１４が、間引き読み出しモードの第２フィールドにおいて連続的に読み出される。

動作モードの切換は撮像素子の外部からの制御信号（Ｍｏｄｅ）により行われ、制御回路５２０は制御信号（Ｍｏｄｅ）の指示に応じて、２つの動作モードを制御するための内部制御信号ΦＸ、ΦＹを発生する。垂直走査回路５０２からは、走査信号ΦＡ１〜ΦＡ４が発生される。走査信号ΦＡ３，ΦＡ４の信号線は、制御信号ΦＳ３，ΦＳ４の信号線にそれぞれ接続されている。

一方、走査信号ΦＡ１の信号線と制御信号ΦＳ１の信号線の間にはスイッチＳＷａが、走査信号ΦＡ２の信号線と制御信号ΦＳ２の信号線の間にはスイッチＳＷｂがそれぞれ設けられ、２つのスイッチＳＷａ、ＳＷｂは制御回路５２０が発する制御信号ΦＸにより切り換えられる。制御信号ΦＸがＬｏｗの場合には、走査信号ΦＡ１の信号線と制御信号ΦＳ１の信号線とが接続されるとともに、走査信号ΦＡ２の信号線と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続される。一方、制御信号ΦＸがＨｉｇｈの場合には、走査信号ΦＡ１の信号線と信号線５１１とが接続されるとともに、信号線５１１と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続され、その結果、走査信号ΦＡ１の信号線と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続されることになる。

リセット回路５０４からは、走査信号ΦＢ１〜ΦＢ４が発生される。走査信号ΦＢ１，ΦＢ３，ΦＢ４の信号線は、制御信号ΦＲ１，ΦＲ３，ΦＲ４の信号線にそれぞれ接続されている。一方、走査信号ΦＢ２の信号線と制御信号ΦＲ２の信号線との間にはスイッチＳＷｃが設けられ、スイッチＳＷｃは制御回路５２０が発する制御信号ΦＹにより切り換えられる。制御信号ΦＹがＬｏｗの場合には、走査信号ΦＢ２の信号線と制御信号ΦＲ２の信号線とが接続される。制御信号ΦＹがＨｉｇｈの場合には、制御信号ΦＲ２の信号線は走査信号ΦＢ１の信号線に接続される。

水平走査に関しては、第１水平走査回路５２１と第２水平走査回路５２２とが設けられている。第１水平走査回路５２１が発する走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８の信号線と第２水平走査回路５２２が発する走査信号ΦＤ１〜ΦＤ８の信号線は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８により選択的に制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線に接続される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ８は、制御回路５２０が発する制御信号ΦＸにより切り換えられる。制御信号ΦＸがＬｏｗの場合には走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８の信号線と制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線とが接続され、制御信号ΦＸがＨｉｇｈの場合には走査信号ΦＤ１〜ΦＤ８の信号線と制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線とが接続される。

撮像素子２１２が全画素読み出しモードに設定された場合には、垂直方向に連続的に行走査が行われ、水平方向にも連続的に列走査が行われる。一方、撮像素子２１２が間引き読み出しモードに設定された場合、第１フィールドに関しては、垂直方向の行走査では焦点検出画素３１３，３１４を含む行が間引かれるような行間引きが行われ、水平方向の列走査では加算間引きが行われる。また、第２フィールドに関しては、垂直方向の行走査では焦点検出画素３１３，３１４を含む行が選択される行間引きが行われる。水平方向の列走査においては、焦点検出画素３１３，３１４を含む列に対しては連続読み出しが行なわれ、焦点検出画素３１３，３１４を含まない列に対しては水平方向に加算間引きが行われる。

上述したような間引き読み出しモードにおいて、垂直走査回路５０２、リセット回路５０４、第１水平走査回路５２１および第２水平走査回路５２２は、第１フィールド、第２フィールドに関わらず同一の動作を行う。すなわち、第１フィールドにおいても、第２フィールドにおいても、垂直走査回路５０２は同一パターンの走査信号ΦＡ１〜ΦＡ４を発生し、リセット回路５０４は同一パターンの走査信号ΦＢ１〜ΦＢ４を発生し、第１水平走査回路５２１は同一パターンの走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８を発生し、第２水平走査回路５２２は同一パターンの走査信号ΦＤ１〜ΦＤ８を発生する。

そして、第１フィールドおよび第２フィールドにおける画素の制御信号（ΦＳ１〜ΦＳ４、ΦＲ１〜ΦＲ４、ΦＶ１〜ΦＶ８）に関する走査パターンの切換は、制御回路５２０が発生する制御信号ΦＸ、ΦＹによるスイッチＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷ１〜ＳＷ８の切り換えだけで行われる。なお、制御回路５２０は間引き読み出しモード時に出力される画素信号が第１フィールドのものか第２フィールドのものかを識別するための識別信号を外部に出力する。

図１３は、図１０〜１２に示す撮像素子２１２の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３，３１４の詳細な回路図である。これらの画素の光電変換部はフォトダイオードＰＤで構成される。フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷は、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）ＦＤに蓄積される。フローティングディフュージョンＦＤは増幅ＭＯＳトランジスタＡＭＰのゲートに接続されており、このトランジスタＡＭＰはフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。

フローティングディフュージョンＦＤはリセットＭＯＳトランジスタ５１０を介して電源Ｖｄｄに接続されており、制御信号ΦＲｎ（ΦＲ１〜ΦＲ４）によりリセットＭＯＳトランジスタ５１０がＯＮすると、フローティングディフュージョンＦＤおよびフォトダイオードＰＤに溜まった電荷がクリアされリセット状態となる。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へ接続されており、制御信号ΦＳｎ（ΦＳ１〜ΦＳ４）により行選択ＭＯＳトランジスタ５１２がＯＮすると、トランジスタＡＭＰの出力が垂直信号線５０１へ出力される。

次に、図１４、１５のタイミングチャートを用いて、全画素読み出しモードおよび間引き読み出しモードにおける第１フィールド、第２フィールドの読み出し動作について説明する。

図１４は、図１０に示す全画素読み出しモードの動作を示すタイミングチャートである。全画素読み出しモードにおいては、制御回路５２０は、外部から入力されるＭｏｄｅ信号の指示に応じて制御信号ΦＸ、ΦＹをＬｏｗとする。図１０に示すように、制御信号ΦＸがＬｏｗとされると、スイッチＳＷａにより走査信号ΦＡ１の信号線と制御信号ΦＳ１の信号線とが接続されるとともに、スイッチＳＷｂにより走査信号ΦＡ２の信号線と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続される。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８により、走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８の信号線と制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線とが接続される。一方、制御信号ΦＹがＬｏｗとされると、走査信号ΦＢ２の信号線と制御信号ΦＲ２の信号線とが接続される。

図１４に示すように、１行目の撮像画素３１０は垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＳ１（＝ΦＡ１）により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。制御信号ΦＳ１と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により、垂直信号線５０１に出力された１行目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された１行目の撮像画素３１０の画素信号は、第１水平走査回路５２１から順次発せられる走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８（＝制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８）にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。

１行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４から発せられる制御信号ΦＲ１により１行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ１の立ち下がりで１行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。１行目の撮像画素３１０の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で、２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４は垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＳ２（＝ΦＡ２）により選択され、選択された撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の画素信号は垂直信号線５０１へ出力される。以下同様にして、２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の画素信号の保持および各画素のリセット、画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。

続いて３行目、４行目の撮像画素３１０の画素信号の保持および撮像画素３１０のリセット、撮像画素３１０の画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が順に行われる。このようにして全ての画素の画素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。なお、制御信号ΦＲ１〜ΦＲ４のパルス幅を変更することにより、撮像画素および焦点検出画素の電荷蓄積時間（露光時間）を調整することが可能である。図１４では、１行目から４行目の電荷蓄積および画素信号出力を周期的に繰り返すタイミングチャートとなっているが、単発的に１周期のみ行うようすることも可能である。そのような単発的な通常動作モード（全画素読み出しモード）は、撮影時に行われる。

図１５は、図１１，１２に示す間引き読み出しモードの動作を示すタイミングチャートである。間引き読み出しモードにおいては、図１５に示すように、第１フィールドの読み出しと第２フィールドの読み出しとが交互に繰り返し行われる。第１フィールドの場合、読み出される１行目、３行目の画素は撮像画素３１０のみから成り、撮像画素の画素信号が加算間引きにより読み出される。第２フィールドの場合、１行目の代わりに焦点検出画素３１３，３１４を含む２行目を読み出すとともに、第１フィールドの場合と同様に撮像画素３１０のみの行である３行目を読み出す。その場合、焦点検出画素３１０を含む２行目においては、焦点検出画素３１３，３１４の画素信号が加算なしで連続的に読み出され、３行目においては第１フィールドの読み出しと同様に撮像画素３１０の画素信号が加算間引き読み出される。

まず、第１フィールドにおいては、制御回路５２０は制御信号ΦＸをＬｏｗとし、制御信号ΦＹをＨｉｇｈとする。図１１に示すように、制御信号ΦＸがＬｏｗとされると、スイッチＳＷａにより走査信号ΦＡ１の信号線と制御信号ΦＳ１の信号線とが接続されるとともに、スイッチＳＷｂにより走査信号ΦＡ２の信号線と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続される。すなわち、ΦＡ１＝Ｓ１、ΦＡ２＝ΦＳ２の状態とされる。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８により、走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８の信号線と制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線とが接続され、ΦＣ１＝ΦＶ１，ΦＣ２＝ΦＶ２，ΦＣ３＝ΦＶ３，ΦＣ４＝ΦＶ４，ΦＣ５＝ΦＶ５，ΦＣ６＝ΦＶ６，ΦＣ７＝ΦＶ７，ΦＣ８＝ΦＶ８の状態とされる。一方、制御信号ΦＹがＨｉｇｈとされると、走査信号ΦＢ１の信号線と制御信号ΦＲ２の信号線とが接続され、ΦＢ１＝Ｒ２の状態とされる。

１行目の撮像画素３１０は垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＳ１（＝ΦＡ１）により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。そして、制御信号ΦＳ１と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により、垂直信号線５０１に出力された１行目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された１行目の撮像画素３１０の画素信号は、第１水平走査回路５２１が発する制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８（＝ΦＣ１〜ΦＣ８）にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。

図１５に示すように、制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の走査パターンとしては、まず、制御信号ΦＶ１とΦＶ３のパルスが発生されて、１列目の撮像画素３１０の画素信号と３列目の撮像画素３１０の画素信号が加算されて出力される。次に、制御信号ΦＶ２とΦＶ４のパルスが発生されて、２列目の撮像画素３１０の画素信号と４列目の撮像画素３１０の画素信号が加算されて出力される。さらに、制御信号ΦＶ５とΦＶ７のパルスが発生されて、５列目の撮像画素３１０の画素信号と７列目の撮像画素３１０の画素信号が加算されて出力される。最後に、制御信号ΦＶ６とΦＶ８のパルスが発生されて、６列目の撮像画素３１０の画素信号と８列目の撮像画素３１０の画素信号が加算されて出力される。このように、１行目の画素信号の出力数は４つとなり連続的に読み出す場合（出力数８）に比較して間引きされている。

１行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ１、ΦＲ２（＝ΦＢ１）により１行目の撮像画素３１０および２行目の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３，３１４がリセットされ、制御信号ΦＲ１、ΦＲ２の立ち下がりで１行目の撮像画素３１０および２行目の撮像画素３１と焦点検出画素３１３，３１４の次の電荷蓄積が開始される。

１行目の撮像画素３１０の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で、３行目の撮像画素３１０は垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＳ３（＝ΦＡ３）により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。そして、制御信号ΦＳ３と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により垂直信号線５０１に出力された３行目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された３行目の撮像画素３１０の画素信号は、第１水平走査回路５２１が発する制御信号ΦＶ１〜Ｖ８（ΦＣ１〜ΦＣ８）にしたがって１行目と同様に加算間引きされて出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。

３行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ３（＝ΦＢ３）により３行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ３の立ち下がりで３行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。以上で、第１フィールドの画素信号読出し動作が終了する。

引き続いて、第２フィールドの画素信号の読出しに移行する。第１フィールドの３行目の撮像画素３１０の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で、制御回路５２０は制御信号ΦＸをＨｉｇｈとし、制御信号ΦＹをＨｉｇｈとする。図１２に示すように、制御信号ΦＸがＨｉｇｈとされると、スイッチＳＷａにより走査信号ΦＡ１の信号線と信号線５１１とが接続されるとともに、スイッチＳＷｂにより信号線５１１と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続される。すなわち、ΦＡ１＝ΦＳ２の状態とされる。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８により、走査信号ΦＤ１〜ΦＤ８の信号線と制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線とが接続され、ΦＤ１＝ΦＶ１，ΦＤ２＝ΦＶ２，ΦＤ３＝ΦＶ３，ΦＤ４＝ΦＶ４，ΦＤ５＝ΦＶ５，ΦＤ６＝ΦＶ６，ΦＤ７＝ΦＶ７，ΦＤ８＝ΦＶ８の状態とされる。制御信号ΦＹがＨｉｇｈとされると、走査信号ΦＢ１の信号線と制御信号ΦＲ２の信号線とが接続され、ΦＢ１＝Ｒ２の状態とされる。

第２フィールドにおいては、１行目の代わりに２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４が垂直走査回路５０２から発せられる制御信号ΦＳ２（＝ΦＡ１）により選択される。選択された撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の画素信号は、垂直信号線５０１に出力される。そして、制御信号ΦＳ２と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により、垂直信号線５０１に出力された２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。

ラインメモリ３２０に保持された２行目の画素信号は、第２水平走査回路５２２が発する制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８（ΦＤ１〜ΦＤ８）にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の走査パターンは、全画素読み出しモード時の走査パターンと同様に制御信号パルスが順次１つずつ連続的に発生するが、制御信号ΦＶ３〜ΦＶ６のみが発生する。これにより４つの焦点検出画素３１３，３１４の画素信号が加算されずに連続的に出力される。第２フィールドの２行目の出力数４と第１フィールドの１行目の出力数４は数を揃えているので、出力動作タイミングが狂うこともなく、同一のシーケンスで画素信号を読み出すことができる。

２行目の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ１、ΦＲ２（＝ΦＢ１）により１行目の撮像画素３１０および２行目の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３，３１４がリセットされ、制御信号ΦＲ１、ΦＲ２の立ち下がりで１行目の撮像画素３１０および２行目の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３，３１４の次の電荷蓄積が開始される。

２行目の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で、制御回路５２０は制御信号ΦＸをＬｏｗとし、制御信号ΦＹをＨｉｇｈとする。図１２に示すように、制御信号ΦＸがＬｏｗとされると、スイッチＳＷａにより走査信号ΦＡ１の信号線と制御信号ΦＳ１の信号線とが接続されるとともに、スイッチＳＷｂにより走査信号ΦＡ２の信号線と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続される。すなわち、ΦＡ１＝Ｓ１、ΦＡ２＝ΦＳ２の状態とされる。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８により、走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８の信号線と制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線とが接続され、ΦＣ１＝ΦＶ１，ΦＣ２＝ΦＶ２，ΦＣ３＝ΦＶ３，ΦＣ４＝ΦＶ４，ΦＣ５＝ΦＶ５，ΦＣ６＝ΦＶ６，ΦＣ７＝ΦＶ７，ΦＣ８＝ΦＶ８の状態とされる。一方、制御信号ΦＹがＨｉｇｈとされると、走査信号ΦＢ１の信号線と制御信号ΦＲ２の信号線とが接続され、ΦＢ１＝Ｒ２の状態とされる。

このように、制御回路５２０は制御信号ΦＸ＝Ｌｏｗ、制御信号ΦＹ＝Ｈｉｇｈとされたならば、引き続いて３行目の画素信号の出力が行われる。３行目の撮像画素３１０は垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＳ３（＝ΦＡ３）により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。そして、制御信号ΦＳ３と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により、垂直信号線５０１に出力された３行目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された３行目の撮像画素３１０の画素信号は、第１水平走査回路５２１が発する制御信号ΦＶ１〜Ｖ８（ΦＣ１〜ΦＣ８）にしたがって第１フィールドの１行目および３行目と同様に加算間引きされて出力回路３３０に転送された後、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。

３行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ３（＝ΦＢ３）により３行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ３の立ち下がりで３行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。以上で第２フィールドの画素信号読出し動作が終了し、再び第１フィールドの画素信号読出し動作に戻って上記動作が周期的に繰り返される。

図１６〜図１９は、図１に示したデジタルスチルカメラの動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、カメラの電源が投入されると図１６のステップ１００から電源ＯＮ時の動作を開始し、ステップ１１０で図１７に示す間引き読み出しモードサブルーチンへジャンプする。

図１７は、撮像素子２１２の間引き読み出しモードサブルーチンの動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップ２００から撮像素子２１２の読み出し動作を開始する。ステップ２１０で撮像素子２１２を間引き読み出しモードに設定し、このモードでの繰り返し撮像動作を開始させる。続くステップ２２０では、図１８に示す画素データ読み出し割り込みの発生を待機する。

図１８は、画素データ読み出し割り込み処理を示すフローチャートである。図１７のステップ２２０で画素データ読み出し割り込みが発生すると、ボディ駆動制御装置２１４は、画素データ読み出し割り込み処理を開始する。撮像素子２１２は、画素信号を出力する際、フィールドの画像情報の最初の画素信号を出力する直前に、ボディ駆動制御装置２１４に対し画素データ読み出し割り込みを発生する。撮像素子２１２が周期動作を行っている場合には、この割り込みが周期的に発生し、ボディ駆動制御装置２１４はステップ３００から処理を開始する。ステップＳ３００の割り込み処理動作は、撮像素子２１２が間引き読み出しモードで周期動作する時のみに起動する。

ステップ３１０では、撮像素子２１２から間引き読み出しモードで画素データを読み込む。
すなわち、第１フィールドに関する割り込み処理が行われている場合には第１フィールドの画素データが読み込まれ、第２フィールドに関する割り込み処理が行われている場合には第２フィールドの画素信号が読み込まれる。続くステップ３２０では、ステップ３１０で読み込んだ画素信号が奇数および偶数のいずれのフィールドであるかに応じて補間処理を行い、補間処理後の画像をＥＶＦとして機能する液晶表示素子２１６に表示する。

図２０は、第１フィールドと第２フィールドにおける画素信号の読出し動作を模式的に表した図であり、（ａ）は第１フィールドの場合を、（ｂ）が第２フィールドの場合を示す。図の縦方向および横方向が画素配列の垂直方向および水平方向に対応しており、横方向の実線９１は垂直間引きで読み出される行を示し、破線９２は垂直間引きで読み出されない行を示している。各行における画素信号読み出しの走査方向は左から右であり、縦方向の行の走査方向は上から下である。また、図２０（ａ）の中央部の太い実線９３は、焦点検出画素３１３，３１４が配置されている部分を示している。

図２０（ａ）に示す第１フィールドの場合、上述したステップ３２０の処理では、間引き読み出した行の画素信号に基づく画像を液晶表示素子２１６に表示する。図２０（ｂ）に示す第２フィールドの場合、上述したステップ３２０の処理では、焦点検出画素３１３，３１４が配列された行９１１の一行上の行９１０の代わりに、焦点検出画素３１３，３１４が配列された行９１１が読み出され、焦点検出画素３１３，３１４が配列された行を挟んで読み出された行９１２および行９１３の同じ列の画素信号を加算平均して、行９１０の画素信号に相当する画素信号を補間する。そして、第２フィールドで読み出された行の画素信号と補間画素信号とに基づいて、画像を液晶表示素子２１６に表示する。なお、第１フィールド、第２フィールドの識別は撮像素子に内蔵された制御回路が発する識別信号に応じて行われる。

ステップＳ３２２では、処理を行っているフィールドが第１フィールドか第２フィールドかを判定する。そして、焦点検出画素３１３，３１４を含まない第１フィールドと判定した場合にはステップＳ３７０へ進み、第２フィールドと判定した場合には、ステップＳ３３０へと進む。ステップＳ３３０では、焦点検出エリア１０１（図２参照）の一対の焦点検出画素のデータ列（図１２に示す例では、白抜き丸で示す焦点検出画素３１３，３１４の画素信号の列）に基づいて、後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理）を行い、焦点検出エリア１０１における像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。

ステップＳ３４０では、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判定する。ステップＳ３４０において合焦近傍でないと判定された場合には、ステップＳ３５０へ進む。ステップＳ３５０では、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信して、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０の合焦位置への駆動を更新し、ステップＳ３７０へ進む。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にスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動させ、ステップＳ３７０へ進む。

一方、ステップＳ３４０において合焦近傍であると判定された場合はステップＳ３６０へ進み、レリーズ操作によるシャッターレリーズがなされたか否かを判定する。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にはステップＳ３７０へ進み、シャッターレリーズがなされたと判定された場合には、図１９に示すレリーズシーケンス動作を実行する。ステップＳ３７０では、画素データ読み出し割り込み処理から図１７に示す間引き読み出しモードサブルーチンのステップＳ２２０へリターンし、次の周期の画素データ読み出し割り込みの発生を待機する。なお、画素データ読み出し割り込み処理のステップＳ３００〜Ｓ３６０の処理時間は、画素データ読み出し割り込みの発生周期よりも短くなっている。

図１９はレリーズシーケンス動作を示すフローチャートである。ステップＳ４６０において、撮像素子２１２を全画素読み出しモードに設定し、全画素読み出しモードで単発的に撮像動作させる。ステップＳ４７０では、画素データ読み出し割り込みが発生するのを待機する。画素データ読み出し割り込みが発生したならば、続くステップＳ４８０で撮像素子２１２から出力される画素信号を読み込む。ステップＳ４９０では、焦点検出画素３１３，３１４の位置の画素信号を焦点検出画素３１３，３１４の周囲にある撮像画素３１０の画素信号で補間して作成する。ステップＳ５００では、撮像画素３１０の画素信号と上記補間信号を画像データとしてメモリカード２１９へ格納する。ステップＳ５１０では、図１７に示す間引き読み出しモードサブルーチンへジャンプし、ふたたび撮像素子２１２を間引き読み出しモードに設定し、間引き読み出しモードで繰り返し撮像動作を開始させる。

次に、図１８のステップＳ３３０における像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の詳細について説明する。焦点検出画素３１３，３１４が検出する一対の像は、測距瞳がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列（Ａ１１〜Ａ１Ｍ、Ａ２１〜Ａ２Ｍ：Ｍはデータ数）に対し、次式（１）に示す相関演算を行い、相関量Ｃ(k)を演算する。
Ｃ(k)＝Σ｜Ａ１n・Ａ２n+1+k−Ａ２n+k・Ａ１n+1｜ …（１）

式（１）において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲は像ずらし量ｋに応じてＡ１n、Ａ１n+1、Ａ２n+k、Ａ２n+1+kのデータが存在する範囲に限定される。像ずらし量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。

式（１）の演算結果は、図２１（ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図２１（ａ）ではｋ＝ｋj＝２）において相関量Ｃ(k)が極小になる。この相関量Ｃ(k)の値は、相関が高いほど小さくなる。次に、次式（２）〜（５）に示す３点内挿の手法を用い、相関量を連続的とみなした場合の極小値Ｃ(ｘ)を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ …（２）
Ｃ(ｘ)＝ Ｃ(ｋj)−｜Ｄ｜ …（３）
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj+1)｝／２ …（４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj+1)−Ｃ(ｋj)，Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj)｝ …（５）

式（２）で算出されたずらし量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図２１（ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合には、内挿された相関量の極小値Ｃ(ｘ)の値が大きくなる。したがって、Ｃ(ｘ)が所定のしきい値以上の場合は算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。あるいは、Ｃ(ｘ)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ(ｘ)を除した値を用い、その値が所定値以上の場合には、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。

あるいは、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。図２１（ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋmin〜ｋmaxの間で相関量Ｃ(k)の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ(ｘ)を求めることができない。このような場合には、焦点検出不能と判定する。

なお、相関演算式としては式（１）に示した演算式に限定されず、光量バランスが崩れていても像ズレ検出精度の維持が可能な相関演算式であればどのような演算式を用いてもよい。

算出されたずらし量ｘの信頼性があると判定された場合は、次式（６）により像ズレ量ｓｈｆｔに換算する。式（６）において、ＰＹは検出ピッチである。そして、式（７）に示すように、式（６）で算出された像ズレ量に所定の変換係数ｋを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・ｘ …（６）
ｄｅｆ＝ｋ・ｓｈｆｔ …（７）

上述したように、第１の実施の形態では、間引き読み出しモード時には、第１フィールドの画像情報読み出しと第２フィールドの画像情報＋焦点検出画素信号の読み出しとを、垂直走査回路５０２、第１水平走査回路５２１、第２水平走査回路５２２、リセット回路５０４の発する各種制御信号の走査パターンを切り換えることなく周期的に行っている。例えば、第１水平走査回路５２１および第２水平走査回路５２２は、これらをまとめて一定のパターンを出力する水平走査回路と見なすことができ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８の切り換えにより第１フィールド用の信号と第２フィールド用の信号を生成するようにしている。したがって、垂直走査回路５０２、第１水平走査回路５２１、第２水平走査回路５２２、リセット回路５０４の走査パターンを変更して、加算間引きによる画像情報読み出しと連続的な焦点検出画素信号の読み出しを行う場合と比較したとき、走査パターンの変更のための設定時間が不要となる。その結果、第１フィールドと第２フィールドとの切換時に無効フレームの発生がなく、均一な周期で画像情報の表示や焦点検出を行うことができる。

なお、図１５においては、第１フィールドと第２フィールドとを繰り返す読み出しシーケンスとなっているが、複数回の第１フィールドの読み出しにつき第２フィールドの読み出しを１回行うという読み出しシーケンスでも良い。このような場合に、第２フィールドで読み出した画像情報も表示に使用すれば、第１フィールドと第２フィールドの切換のための無駄時間が発生しないので、完全に同一周期で画像表示が更新され、表示周期の乱れがなく、動きのある被写体を撮像して表示する場合にも動きが滑らかに視認される。

−第２の実施の形態−
図２２〜２４は、第２の実施の形態における撮像素子２１２の回路構成を示す概念図である。なお、図１０〜１２に示す回路構成と同一の構成要素には同一の符号を付した。撮像素子２１２はＣＭＯＳイメージセンサーとして構成され、図１０〜１２の場合と同様に、撮像素子２１２を（水平方向８画素）×（垂直方向４画素）のレイアウトに簡略化して示したものである。

第２の実施の形態では、水平方向の走査に関して第１水平走査回路５２１のみを設けている。そして、第１水平走査回路５２１が発する走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８の信号線とグランド線５１２とは、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８により選択的に制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線に接続される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ８は制御回路５２０が発する制御信号ΦＸにより切り換えられ、制御信号ΦＸがＬｏｗの場合は走査信号と制御信号がΦＶ１＝ΦＣ１、ΦＶ２＝ΦＣ２、ΦＶ３＝ΦＣ３、ΦＶ４＝ΦＣ４、ΦＶ５＝ΦＣ５、ΦＶ６＝ΦＣ６、ΦＶ７＝ΦＣ７、ΦＶ８＝ΦＣ８となるように接続される。一方、制御信号ΦＸがＨｉｇｈの場合にはグランド線５１２と制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線とが、がΦＶ１＝ＧＮＤ（Ｌｏｗ）、ΦＶ２＝ＧＮＤ、ΦＶ３＝ΦＣ１、ΦＶ４＝ΦＣ２、ΦＶ５＝ΦＣ７、ΦＶ６＝ΦＣ８、ΦＶ７＝ＧＮＤ、ΦＶ８＝ＧＮＤとなるように接続される。

第２の実施の形態の場合も、撮像素子２１２の動作には、全画素読み出しモードと間引き読み出しモードとの２つの動作モードがある。全画素読み出しモードにおいては１フレーム分の画像情報が一度に読み出されるとともに、間引き読み出しモードにおいては１フレームが第１フィールドおよび第２フィールドの２つの間引き画像情報に時分割されて読み出される。図２２は全画素読み出しモードに設定された場合を示し、図２３，２４は間引き読み出しモードに設定された場合を示す。

撮像素子２１２が全画素読み出しモードに設定された場合には、垂直方向に連続的に行走査が行われ、水平方向にも連続的に列走査が行われる。一方、間引き読み出しモードに設定された場合、第１フィールドに関しては、垂直方向の行走査では焦点検出画素３１３，３１４を含む行が間引かれるような行間引きが行われ、水平方向の列走査では加算間引きが行われる。また、第２フィールドに関しては、垂直方向の行走査では焦点検出画素３１３，３１４を含む行が選択される行間引きが行われる。水平方向の列走査においては、焦点検出画素３１３，３１４を含む行に対しては連続読み出しが行なわれ、焦点検出画素３１３，３１４を含まない行に対しては水平方向に加算間引きが行われる。

撮像素子２１２が間引き読み出しモードに設定された場合には、第１フィールドおよび第２フィールドのいずれにおいても、垂直走査回路５０２、リセット回路５０４および第１水平走査回路５２１は同一の動作を行い、同一の走査パターンの走査信号ΦＡ１〜ΦＡ４、ΦＢ１〜ΦＢ４、ΦＣ１〜ΦＣ８をそれぞれ発生する。そして、第１フィールドおよび第２フィールドにおける画素の制御信号（ΦＳ１〜ΦＳ４、ΦＲ１〜ΦＲ４、ΦＶ１〜ΦＶ８）の走査パターンの切換は、制御回路５２０が発生する制御信号ΦＸ、ΦＹによるスイッチＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷ１〜ＳＷ８の切換だけで行われる。なお、制御回路５２０は、間引き読み出しモード時に出力される画素信号が第１フィールドのものか第２フィールドのものかを識別するための識別信号を外部に出力する。

図２５は、間引き読み出しモードにおける撮像素子２１２の動作を示すタイミングチャートである。なお、全画素読み出しモードにおいては、制御回路５２０は、外部から入力されるＭｏｄｅ信号の指示に応じて制御信号ΦＸ、ΦＹをＬｏｗとされ、全画素読み出しモードの動作タイミングチャートは図１４と同様になる。よって、全画素読み出しモードの説明は省略し、以下では、図２５のタイミングチャートについて説明する。間引き読み出しモードにおいては、図２５に示すように、第１フィールドの読み出しと第２フィールドの読み出しとが交互に繰り返し行われる。

まず、第１フィールドにおいては、図２３に示すように制御回路５２０は制御信号ΦＸをＬｏｗとし、制御信号ΦＹをＨｉｇｈとする。制御信号ΦＸがＬｏｗとされると、スイッチＳＷａにより走査信号ΦＡ１の信号線と制御信号ΦＳ１の信号線とが接続されるとともに、スイッチＳＷｂにより走査信号ΦＡ２の信号線と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続される。すなわち、ΦＡ１＝Ｓ１、ΦＡ２＝ΦＳ２の状態とされる。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８により、走査信号ΦＣ１〜ΦＣ８の信号線と制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の信号線とが接続され、ΦＣ１＝ΦＶ１，ΦＣ２＝ΦＶ２，ΦＣ３＝ΦＶ３，ΦＣ４＝ΦＶ４，ΦＣ５＝ΦＶ５，ΦＣ６＝ΦＶ６，ΦＣ７＝ΦＶ７，ΦＣ８＝ΦＶ８の状態とされる。制御信号ΦＹがＨｉｇｈとされると、走査信号ΦＢ１の信号線と制御信号ΦＲ２の信号線とが接続され、ΦＢ１＝Ｒ２の状態とされる。

図２３に示すように、１行目の撮像画素３１０は垂直走査回路が発する制御信号ΦＳ１（＝ΦＡ１）により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。制御信号ΦＳ１と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により、垂直信号線５０１に出力された１行目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された１行目の撮像画素の画素信号は、第１水平走査回路５２１が発する制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８（ΦＣ１〜ΦＣ８）にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。

図２５に示すように、制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の走査パターンは図１５の場合と同様であり、順に、１列目の撮像画素３１０の画素信号と３列目の撮像画素３１０の画素信号との加算、２列目の撮像画素３１０の画素信号と４列目の撮像画素３１０の画素信号との加算、５列目の撮像画素３１０の画素信号と７列目の撮像画素３１０の画素信号との加算、６列目の撮像画素の画素信号と８列目の撮像画素の画素信号との加算が行われる。１行目の画素信号の出力数は４つとなり連続的に読み出す場合（出力数８）に比較して間引きされている。

１行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ１、ΦＲ２（＝ΦＢ１）により１行目の撮像画素３１０および２行目の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３，３１４がリセットされ、制御信号ΦＲ１、ΦＲ２の立ち下がりで１行目の撮像画素３１０および２行目の撮像画素３１と焦点検出画素３１３，３１４の次の電荷蓄積が開始される。

１行目の撮像画素３１０の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で、３行目の撮像画素３１０は垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＳ３（＝ΦＡ３）により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。そして、制御信号ΦＳ３と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により垂直信号線５０１に出力された３行目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された３行目の撮像画素３１０の画素信号は、第１水平走査回路５２１が発する制御信号ΦＶ１〜Ｖ８（ΦＣ１〜ΦＣ８）にしたがって１行目と同様に加算間引きされて出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。

３行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ３（＝ΦＢ３）により３行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ３の立ち下がりで３行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。以上で第１フィールドの画素信号読出し動作が終了する。

引き続いて第２フィールドの画素信号の読出しに移行する。第１フィールドの３行目の撮像画素の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で、制御回路５２０はまず制御信号ΦＸをＨｉｇｈとし、ΦＹをＨｉｇｈとする。

図２４に示すように、制御信号ΦＸがＨｉｇｈとされると、スイッチＳＷａにより走査信号ΦＡ１の信号線と信号線５１１とが接続されるとともに、スイッチＳＷｂにより信号線５１１と制御信号ΦＳ２の信号線とが接続される。すなわち、ΦＡ１＝ΦＳ２の状態とされる。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８が図２３の状態から図２４の状態に切り替わり、ΦＶ１＝ＧＮＤ、ΦＶ２＝ＧＮＤ、ΦＶ３＝ΦＣ１、ΦＶ４＝ΦＣ２、ΦＶ５＝ΦＣ７、ΦＶ６＝ΦＣ８、ΦＶ７＝ＧＮＤ、ΦＶ８＝ＧＮＤの状態となる。制御信号ΦＹがＨｉｇｈとされると、走査信号ΦＢ１の信号線と制御信号ΦＲ２の信号線とが接続され、ΦＢ１＝Ｒ２の状態とされる。

第２フィールドにおいては、１行目の代わりに２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４が垂直走査回路５０２から発せられる制御信号ΦＳ２（＝ΦＡ１）により選択される。選択された撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の画素信号は、垂直信号線５０１に出力される。そして、制御信号ΦＳ２と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により、垂直信号線５０１に出力された２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。

ラインメモリ３２０に保持された２行目の画素信号は、制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８にしたがって出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。このときの制御信号ΦＶ１〜ΦＶ８の走査パターンは、全画素読み出しモード時の走査パターンと同様に制御信号パルスが順次１つずつ連続的に発生するが、制御信号ΦＶ３〜ΦＶ６のみが発生する。これにより４つの焦点検出画素の画素信号が加算されずに連続的に出力される。第２フィールドの２行目の出力数４と第１フィールドの１行目の出力数４は数を揃っているので、出力動作タイミングが狂うこともなく、同一のシーケンスで画素信号を読み出すことができる。

２行目の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ１、ΦＲ２（＝ΦＢ１）により１行目の撮像画素３１０および２行目の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３，３１４がリセットされ、制御信号ΦＲ１、ΦＲ２の立ち下がりで１行目の撮像画素３１０および２行目の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３，３１４の次の電荷蓄積が開始される。

２行目の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で、制御回路５２０は図２３に示すように制御信号ΦＸをＬｏｗとし、制御信号ΦＹをＨｉｇｈとする。これは第１フィールドの場合と同じ状態であり、ΦＡ１＝Ｓ１、ΦＡ２＝ΦＳ２、ΦＣ１＝ΦＶ１，ΦＣ２＝ΦＶ２，ΦＣ３＝ΦＶ３，ΦＣ４＝ΦＶ４，ΦＣ５＝ΦＶ５，ΦＣ６＝ΦＶ６，ΦＣ７＝ΦＶ７，ΦＣ８＝ΦＶ８、ΦＢ１＝Ｒ２の状態とされる。

このような状態とされたならば、引き続いて３行目の画素信号の出力が行われる。 ３行目の撮像画素３１０は垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＳ３（＝ΦＡ３）により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。そして、制御信号ΦＳ３と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により、垂直信号線５０１に出力された３行目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された３行目の撮像画素３１０の画素信号は、第１水平走査回路５２１が発する制御信号ΦＶ１〜Ｖ８（ΦＣ１〜ΦＣ８）にしたがって第１フィールドの１行目および３行目と同様に加算間引きされて出力回路３３０に転送された後、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。

３行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４より発せられる制御信号ΦＲ３（＝ΦＢ３）により３行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ３の立ち下がりで３行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。以上で第２フィールドの画素信号読出し動作が終了し、再び第１フィールドの画素信号読出し動作に戻って上記動作が周期的に繰り返される。なお、デジタルスチルカメラの動作のフローについては、上述した第１の実施の形態と同様なので説明は省略する。

上述した第２の実施の形態においても、間引き読み出しモード時に、第１フィールドの画像情報読み出しと第２フィールドの画像情報＋焦点検出画素信号の読み出しを、垂直走査回路５０２、第１水平走査回路５２１、リセット回路５０４の発する各種制御信号の走査パターンを切り換えることなく周期的に行っている。よって、垂直走査回路５０２、第１水平走査回路５２１、リセット回路５０４の走査パターンを変更して加算間引きによる画像情報読み出しと連続的な焦点検出画素信号の読み出しを行う場合とを比較したとき、走査パターンの変更のための設定時間が不要となる。その結果、第１フィールドと第２フィールドの切換時に無効フレームも発生することなく、均一な周期で画像情報の表示や焦点検出を行うことができる。

なお、図２５においては、第１フィールドと第２フィールドとを繰り返す読み出しシーケンスとなっているが、複数回の第１フィールドの読み出しにつき第２フィールドの読み出しを１回行うという読み出しシーケンスでも良い。このような場合に、第２フィールドで読み出した画像情報も表示に使用すれば、第１フィールドと第２フィールドの切換のための無駄時間が発生しないので、完全に同一周期で画像表示が更新され、表示周期の乱れがなく、動きのある被写体を撮像して表示する場合にも動きが滑らかに視認される。

このように、第１および第２の実施の形態では、撮像素子２１２の第１水平走査回路５２１の設定を変更することなく、撮像素子２１２から撮像画素の画素データを垂直方向に間引き走査するとともに水平方向に加算間引き読み出しているので、各フィールドの画像情報に応じてライブビュー表示を行うことができるとともに、第２フィールドで得られる焦点検出画素の画素データに基づいて迅速な焦点検出を行うことができる。

さらに、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態における第２水平走査回路５２２を省略できるので、撮像素子２１２の構成を簡素化できる。なお、垂直方向および水平方向の間引きは２：１に限定されることなく、３：１やそのほかの間引き間隔で行ってもよい。また、図１９のレリーズシーケンスにおいては、レリーズ後に即撮像動作に移行しているが、撮像前に一旦全画素読出し（あるいは部分読出し）を行って連続した焦点検出画素の画素データを読出し、該画素データに基づいて焦点検出および焦点調節を行って厳密な焦点調節を達成した後に撮像動作を行うようにしてもよい。

また、図２０（ｂ）に示した間引き読み出しモードの第２フィールドにおける画素データの読出し動作においては、焦点検出画素を含む行とその行に隣接する撮像画素の行を入れ替えて行選択しているが、図２６に示すように垂直方向の行間引きの位置を全体的に１画素ずらすようにしてもよい。

―第３の実施の形態―
第３の実施の形態では、撮像素子２１２にカラータイプの撮像素子を用いている。図２７は、カラー撮像素子２１２の詳細構成を示す正面図であり、図２に示す焦点検出エリア１０１の近傍を拡大したものである。図３に示す撮像素子２１２と比較すると、撮像画素３１０に色フィルタが設けられている点が異なっている。焦点検出画素３１３，３１４に関しては、図３に示した撮像素子２１２と同様の構造である。

各撮像画素３１０には、図２８のＲ，Ｇ，Ｂで示す分光特性を有する色フィルタのいずれかが設けられている。図２７では、赤色のフィルタが設けられた撮像画素３１０Ｒには「Ｒ」の文字を表記し、緑色のフィルタが設けられた撮像画素３１０Ｇには「Ｇ」の文字を表記し、青色のフィルタが設けられた撮像画素３１０Ｂには「Ｂ」の文字を表記した。３種類の撮像画素３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂはベイヤー配列されている。以下ではこれら撮像画素３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂのことを、それぞれ赤画素３１０Ｒ、緑画素３１０Ｇ、青画素３１０Ｂと称する。一方、焦点検出画素３１３、３１４は、青画素３１０Ｂと緑画素３１０Ｇが配置されるべき行に水平方向に交互に配列されている。

図２７のように赤画素３１０Ｒ、緑画素３１０Ｇ、青画素３１０Ｂが配列されている場合には、水平方向および垂直方向のいずれの方向に画素信号を間引きして読み出す場合においても、間引いて読み出した画素信号がベイヤー配列の順番になっていることが望ましい。例えば、行を間引いて読み出す場合には、ベイヤー配列では緑画素３１０Ｇおよび青画素３１０Ｂを含む行と赤画素３１０Ｒおよび緑画素３１０Ｇを含む行とが交互に並んでいるので、「１行目、４行目、７行目、…」や、「１行目、６行目、１１行目、…」のように偶数行置きに読み出せば良い。また、列を間引いて読み出す場合も同様であり、「１列目、４列目、７列目、…」や、「１列目、６列目、１１列目、…」のように偶数列置きに読み出せば良い。さらに、行と列の両方を間引く場合も同様である。

図２７に示す撮像素子では、赤画素３１０Ｒ、緑画素３１０Ｇ、青画素３１０Ｂをベイヤー配列させたが、色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用してもよい。また、図３０では、焦点検出画素３１３，３１４には色フィルタを備えていなかったが、撮像画素３１０と同色の色フィルタの内の一つ（例えば、緑フィルタ）を備えるようにした場合でも、同様に適用することができる。

なお、上述した実施の形態では、図２に示すように画面中央に１つの焦点検出エリア１０１を配置したが、撮像素子２１２における焦点検出エリアの配置は図２に限定されることはなく、図２９のように画面中央以外に焦点検出エリア１０２〜１０５を配置しても良い。また、上述した実施の形態では、水平方向に焦点検出画素が並んでいる場合について説明したが、垂直方向に焦点検出画素が並んでいる場合にも同様に適用することができる。

さらにまた、上述した実施の形態では、ライブビュー表示の際に垂直および水平間引き読出しを行っているが、動画モードでの撮影時の垂直および水平間引き読出しに適用することにより、動画撮影と焦点検出とを同時に並行して行うようにしてもよい。

焦点検出画素３１３，３１４の光電変換部の形状については、図５に示した半円形に限らず、他の形状であっても良い。例えば、楕円や矩形や多角形にすることも可能である。また、図３に示す撮像素子２１２においては、撮像画素３１０、焦点検出画素３１１，３１４は稠密正方格子配列に配置されているが、稠密六方格子配列であってもよい。

また、本発明が適用される撮像装置としては、交換レンズとカメラボディから構成されるデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラに限定されず、レンズ一体型のデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラやビデオカメラにも適用できるし、携帯電話等に内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラや車載カメラやロボット用の視覚認識装置等にも適用できる。さらには、カメラ以外の焦点検出装置や測距装置やステレオ測距装置にも適用できる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明の一実施の形態を説明する図であり、カメラの構成を示す横断面図である。 撮影画面上の焦点検出位置を示す図である。 撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。 撮像画素の詳細を示す正面図である。 焦点検出画素の詳細を示す正面図である。 撮像画素と焦点検出画素の分光感度特性を示す図である。 撮像画素の断面図である。 焦点検出画素の断面図である。 マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図である。 撮像素子２１２の回路構成を示す概念図であり、全画素読み出し（通常動作モード）の場合を示す。 撮像素子２１２の回路構成を示す概念図であり、奇数フィールド読み出しの場合を示す。 撮像素子２１２の回路構成を示す概念図であり、偶数フィールド読み出しの場合を示す。 撮像素子の撮像画素と焦点検出画素の詳細な回路図である。 撮像素子２１２の動作タイミングチャートであり、通常動作モードの場合を示す。 撮像素子２１２の動作タイミングチャートであり、間引き読み出しモードの場合を示す。 デジタルスチルカメラの動作を示すフローチャートである。 間引き読み出しサブルーチンを示すフローチャートである。 画素データ読み出し割り込みルーチンを示すフローチャートである。 レリーズシーケンス動作を示すフローチャートである。 第１フィールドと第２フィールドにおける画素信号の読出し動作を模式的に表した図であり、（ａ）は第１フィールドの場合を、（ｂ）が第２フィールドの場合を示す。 像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の結果を判定する方法を説明する図である。 第２実施形態における撮像素子２１２の回路構成を示す概念図であり、全画素読み出しの場合を示す。 第２実施形態における撮像素子２１２の回路構成を示す概念図であり、間引き読み出しモードの第１フィールドの場合を示す。 第２実施形態における撮像素子２１２の回路構成を示す概念図であり、間引き読み出しモードの第２フィールドの場合を示す。 第２実施形態における撮像素子２１２の動作タイミングチャートであり、間引き読み出しモードの場合を示す。 間引き読み出しモードの第２フィールドにおける読出し動作の他の例を示す図である。 カラー撮像素子２１２の詳細構成を示す正面図である。 Ｒ，Ｇ，Ｂフィルタの分光特性を示す図である。 撮像素子２１２における複数の焦点検出エリア１０１〜１０５の配置を示す図である。

符号の説明

１０：マイクロレンズ、１３，１４：光電変換部、１０１〜１０５：焦点検出エリア、２０２：交換レンズ、２０６：レンズ駆動制御装置、２１２：撮像素子、２１５：液晶表示素子駆動回路、２１６：液晶表示素子、２１９：ボディ駆動制御装置、３１０：撮像画素、３１３，３１４：焦点検出画素、３３０：出力回路、５０２：垂直走査回路、５０３：水平走査回路、５２０：制御回路、５２１：第１水平走査回路、５２２：第２水平走査回路、ＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ、ＳＷ１〜ＳＷ８：スイッチ

Claims (10)

1. 光学系による光束を受光して受光信号を出力する第１画素を二次元状に配列するとともに、前記光学系による光束を受光して受光信号を出力する、前記第１画素と異なる第２画素を前記第１画素の配列中に配置した撮像素子であって、
   前記受光信号を読み出すための固定周期の読み出し信号を出力するとともに、前記受光信号を読み出す画素の種類に応じた所定の画素間隔に対応する周期の前記読み出し信号に基づいて前記受光信号を選択して出力する出力回路を備えたことを特徴とする撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記第１画素は、前記光学系の瞳のほぼ全域を通過する光束を受光し、
   前記第２画素は、前記光学系の瞳の異なる部分領域を通過する光束を受光することを特徴とする撮像素子。
3. 請求項２に記載の撮像素子において、
   前記第２画素は、マイクロレンズと、該マイクロレンズを介した光束を受光する第１光電変換部とから構成される第１焦点検出画素と、マイクロレンズと、該マイクロレンズを介した光束を受光する第２光電変換部とから構成される第２焦点検出画素とを交互に配列して構成され、
   前記第１焦点検出画素と前記第２焦点検出画素とによって前記光学系の瞳の異なる部分領域を通過する光束を受光することを特徴とする撮像素子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第１画素および第２画素の出力を読み出して保持するラインメモリを有し、
   前記出力回路は、前記ラインメモリに対して互いに異なる周期の第１読み出し信号と第２読み出し信号をそれぞれ出力する第１出力回路と第２出力回路を有し、
   前記受光信号を読み出す画素の種類に応じて前記第１出力回路と第２出力回路を選択する選択手段を備えることを特徴とする撮像素子。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記第１画素および第２画素の出力を読み出して保持するラインメモリを有し、
   前記出力回路は、前記ラインメモリに対して信号線を介して前記読み出し信号を出力するとともに、前記受光信号を読み出す画素の種類に応じて前記信号線を選択することにより、前記読み出し信号を互いに異なる周期の第１読み出し信号と第２読み出し信号として選択的に出力する選択手段を備えることを特徴とする撮像素子。
6. 請求項４または５に記載の撮像素子において、
   前記選択手段は、前記受光信号を読み出す画素に前記第２画素が含まれる場合に前記読み出し信号の周期を変更することを特徴とする撮像素子。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記出力回路は、前記ラインメモリに前記第１読み出し信号が出力された場合は、前記ラインメモリに保持された出力を所定間隔で順次選択し、前記ラインメモリに前記第２読み出し信号が出力された場合は、前記ラインメモリに保持された出力を連続して順次選択することを特徴とする撮像素子。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像素子と、
   前記出力回路から出力される前記受光信号を周期的に読み出す読み出し手段と、
   前記第１読み出し信号に応じて読み出された前記受光信号に基づく画像を表示する表示手段と、
   前記第２読み出し信号に応じて読み出された前記受光信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
9. 請求項８に記載の撮像装置において、
   前記表示手段は、前記第２画素の近傍の前記第１画素で得られる前記受光信号に基づいて、前記第２画素の位置における画像信号を保管して求めることを特徴とする撮像装置。
10. 請求項８または９に記載の撮像装置において、
    前記焦点検出手段により検出された焦点調節状態に基づいて前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段を備えることを特徴とする撮像装置。

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