JP2018078401A - 撮像素子、その制御方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】位相差検出方式とコントラスト検出方式とを組み合わせた焦点検出をより高速に行うことが可能な撮像素子及びその制御方法を得る。【解決手段】撮像光学系により集光された光を受光する複数の撮像画素と、撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束を受光する複数の位相差検出画素と、撮像画素から撮像信号を読み出し、位相差検出画素から位相差信号を読み出す回路部と、撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出するコントラスト評価値算出部と、撮像信号の読み出しが完了する前に、位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する位相差評価値算出部と、コントラスト評価値を算出するか否かを位相差評価値に応じて判定する判定部と、を備える。【選択図】図１１

Description

本発明は、焦点検出機能を有する撮像素子に関するものである。

近年のスチルカメラやビデオカメラは、自動焦点検出（ＡＦ）機能を有していることが一般的である。迅速なＡＦを実現するためには、高いフレームレートで焦点検出用の信号を読み出す必要がある。しかし、焦点検出用の信号を高いフレームレートで読み出した場合には、固体撮撮像素子の後段に位置する信号処理部へのデータ転送量の増加を招く。そこで、ＡＦ評価値を検出するＡＦ評価値検出部を固体撮像素子の内部に設け、当該ＡＦ評価値検出部によって検出されたＡＦ評価値を外部に出力する固体撮像素子が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１５−１２４８９号公報

ところで、ＡＦ方式として、位相差検出方式によるＡＦ、即ち、位相差ＡＦと、コントラスト検出方式によるＡＦ、即ち、コントラストＡＦとを組み合わせることで、合焦動作の高速化と高精度化を両立したいわゆるハイブリッドＡＦが知られている。ハイブリッドＡＦでは、位相差ＡＦを用いて合焦動作の粗調整を行った後で、コントラストＡＦを用いて合焦動作の微調整を行うことが一般的である。しかし、位相差ＡＦ及びコントラストＡＦを行うための評価値を算出するためには、撮像画像を生成するための撮像信号の読み出しの完了を待つ必要があり、ハイブリッドＡＦの開始が遅くなってしまうという課題があった。

特許文献１では、このようなハイブリッドＡＦ技術については考慮されていない。そこで出願人は、位相差検出方式とコントラスト検出方式とを組み合わせた焦点検出を高速化する方法について検討を行った。

本発明に係る撮像素子は、撮像光学系により集光された光を受光する複数の撮像画素と、撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束を受光する複数の位相差検出画素と、撮像画素から撮像信号を読み出し、位相差検出画素から位相差信号を読み出す回路部と、撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出するコントラスト評価値算出部と、撮像信号の読み出しが完了する前に、位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する位相差評価値算出部と、コントラスト評価値を算出するか否かを位相差評価値に応じて判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る撮像素子の制御方法は、撮像光学系により集光された光を受光する複数の撮像画素と、撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束を受光する複数の位相差検出画素と、撮像画素から撮像信号を読み出し、位相差検出画素から位相差信号を読み出す回路部と、を備える撮像素子の制御方法であって、撮像信号の読み出しが完了する前に、位相差信号に基づいて位相差評価値を算出するステップと、撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出するか否かを、位相差評価値に応じて判定するステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、位相差検出方式とコントラスト検出方式とを組み合わせた焦点検出をより高速に行うことが可能な撮像素子及びその制御方法を得ることができる。

第１実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る撮像素子の構成を斜視図と共に示す概略図である。 第１実施形態に係る撮像素子における画素の構成を示す概略図である。 第１実施形態に係る撮像素子における撮像画素の構造を示す模式図である。 第１実施形態に係る撮像素子における位相差検出画素の構造を示す模式図である。 第１実施形態に係る撮像素子における画素アレイ上の焦点検出領域を示す模式図である。 第１実施形態に係る撮像素子における焦点検出用の一対の位相差信号の例を示す概略図である。 第１実施形態に係る撮像素子における位相差信号のシフト量と相関量との関係を示す図である。 第１実施形態に係る撮像素子における位相差信号のシフト量と相関変化量との関係を示す図である。 第１実施形態に係る撮像素子における副画素の配置を示す模式図である。 第１実施形態に係る撮像素子の制御方法を示すタイミングチャートである。 第１実施形態に係る撮像素子の制御方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る撮像素子における撮像素子の構成を示す概略図である。 第２実施形態に係る撮像素子の制御方法を示すタイミングチャートである。 第２実施形態に係る撮像素子の制御方法を示すフローチャートである。 従来の撮像装置におけるハイブリッドＡＦの例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、同じ機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略又は簡潔にすることもある。

図１６は、従来の撮像装置におけるハイブリッドＡＦの例を示すタイミングチャートである。ハイブリッドＡＦでは、前述のように、まず位相差検出方式を用いて焦点検出を行った後で、コントラスト検出方式を用いて焦点検出を行う。撮像素子には、撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束を受光する複数の位相差検出画素が、画素アレイ上の一部の領域に配置されている。以下、図１６を参照しながら従来のハイブリッドＡＦについて説明する。

例えばユーザ操作により静止画連写モードが開始すると、静止画連写モードであることを示す静止画連写制御信号がＨＩＧＨに設定される。これにより、メカニカルシャッタが開かれると同時に、画素の蓄積電荷がリセットされて、画素における露光が開始する（時刻Ｔ０）。その後、所定の露光期間が経過すると、メカニカルシャッタが閉じられて被写体からの光が遮光され、画素における露光が終了する（時刻ＴＦ０）。

次に、通常の撮像画素からの読み出しが開始される（時刻ＴＦ０）。全ての撮像画素から撮像信号が読み出されると、続いて位相差検出画素からの読み出しが開始される。全ての位相差検出画素から位相差信号が読み出されると（時刻ＴＦ１）、撮像素子は、位相差信号に基づいて位相差評価値を算出するとともに、撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出する（期間ＴＦ１〜ＴＦ２）。

次に、撮像素子は、算出した位相差評価値及びコントラスト評価値を、撮像信号に付加する形で撮像素子の外部の制御部へ出力する（期間ＴＦ２〜ＴＦ３）。制御部は、位相差評価値及びコントラスト評価値に基づいてフォーカスレンズを駆動し、合焦動作を行う（期間ＴＦ３〜ＴＦ４）。合焦動作が完了すると、時刻Ｔ０のときと同様にして、次の静止画撮影のために画素における露光動作を開始する（時刻ＴＦ４）。

このように、従来のハイブリッドＡＦでは、撮像画像を生成するための撮像信号の読み出し完了を待って、位相差評価値及びコントラスト評価値の算出を開始しているため、ハイブリッドＡＦが完了するまでに時間を要してしまうという課題があった。この結果、例えば静止画連写における連写速度が低下してしまう。後述の実施形態では、ハイブリッドＡＦをより高速化する方法について説明する。

（第１実施形態）
図１〜図１２を参照しながら第１実施形態に係る撮像装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図１に示す撮像装置は、撮像光学系１０１、撮像素子１０２、駆動部１０３、信号処理部１０４、圧縮伸張部１０５、制御部１０６、発光部１０７、操作部１０８、画像表示部１０９、画像記録部１１０を備えている。本実施形態の撮像装置は、例えばスチルカメラやビデオカメラ等に適用される。

撮像光学系１０１は、被写体からの光を撮像素子１０２へ集光させるための光学鏡筒、レンズ、及び光学機構部１０１１を有する。光学機構部１０１１は、駆動部１０３により駆動され、撮像光学系１０１のズーム、シャッタ、絞り値、及びフォーカスを調整する。撮像素子１０２は、行列状に配置された画素、及び画素から出力される信号を読み出すＡＤコンバータ等を有し、各画素の露光、信号読み出し、リセット等の動作を行う。撮像素子１０２としては、例えばＸＹ読み出し方式のＣＭＯＳ型イメージセンサ等が用いられる。駆動部１０３は、制御部１０６により制御され、光学機構部１０１１及び撮像素子１０２を駆動する。

撮像素子１０２内のＡＦ評価値算出部１０２１は、制御部１０６により制御され、画素から読み出した撮像信号及び位相差信号に基づいて位相差評価値及びコントラスト評価値を算出し、制御部１０６へ出力する。制御部１０６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有して構成される。制御部１０６は、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することで、撮像装置を統括的に制御する。

信号処理部１０４は、制御部１０６により制御され、撮像素子１０２から出力された撮像信号に対してホワイトバランス調整処理、色補正処理、ＡＥ（Auto Exposure）処理等の信号処理を施し、補正された信号を圧縮伸張部１０５へ出力する。圧縮伸張部１０５は、制御部１０６により制御され、補正後の撮像信号に対して符号化処理を行い、符号化された信号を制御部１０６へ出力する。圧縮伸張部１０５による撮像信号の符号化方式としては、例えば静止画を生成する場合はＪＰＥＧ（Joint Photographic Coding Experts Group）方式等が用いられる。また、動画を生成する場合はＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）方式等が用いられる。圧縮伸張部１０５は、符号化の機能に加えて復号化の機能を有していてもよい。

発光部１０７は、例えば信号処理部１０４がＡＥ処理によって被写体の輝度が低いと判断した場合に、被写体に対して光を照射する。発光部１０７としては、例えばキセノン管を用いたストロボ装置やＬＥＤ発光装置等を用いることができる。操作部１０８は、シャッタレリーズボタン等の各種操作キー、レバー、ダイヤル等を有し、ユーザによる操作に応じた信号を制御部１０６へ出力する。画像表示部１０９は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示デバイスや、表示デバイスを駆動するインタフェース回路等を有し、制御部１０６から出力される画像データを表示デバイスに表示する。画像記録部１１０は、可搬型の半導体メモリ、光ディスク、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、磁気テープ等を用いて構成され、制御部１０６から出力される符号化された画像データを記憶する。

ここで、図１に示す撮像装置における信号及びデータの流れについて簡単に説明する。撮像素子１０２の画素から読み出された撮像信号は、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）処理等が施された後、ＡＤ変換部によってデジタル化される。

デジタル化された撮像信号は、信号処理部１０４と、撮像素子１０２内のＡＦ評価値算出部１０２１とに出力される。ＡＦ評価値算出部１０２１は、撮像信号のコントラスト情報に基づいてコントラスト評価値を算出し、制御部１０６へ出力する。信号処理部１０４は、撮像信号に対して画質補正処理を施し、補正された信号を制御部１０６へ出力する。制御部１０６は、撮像信号をライブビュー画像として画像表示部１０９に表示させる。この結果、ユーザは表示されたライブビュー画像を見て画角合わせ等を行うことができる。

次に、画像表示部１０９にライブビュー画像が表示された状態で、操作部１０８のシャッタレリーズボタンが押下されると、撮像素子１０２は、撮像信号を信号処理部１０４に出力する。信号処理部１０４は、撮像信号に対して画質補正処理を施し、補正された信号を圧縮伸張部１０５へ出力する。圧縮伸張部１０５は、補正後の撮像信号を符号化し、符号化された信号を制御部１０６へ出力する。制御部１０６は、符号化された撮像信号を画像記録部１１０に静止画又は動画ファイルとして記録する。

次に、画像記録部１１０に記録された静止画又は動画ファイルが選択された状態で、操作部１０８の再生ボタンが押下されると、制御部１０６は、選択された静止画又は動画ファイルを画像記録部１１０から読み出して圧縮伸張部１０５へ出力する。圧縮伸張部１０５は、読み出された画像データを復号化して制御部１０６へ出力する。制御部１０６は復号化された画像データを、画像表示部１０９に表示させる。この結果、ユーザは記録された画像静止画又は動画を再生して見ることができる。

一方、ＡＦ評価値算出部１０２１は、位相差検出画素から出力される一対の位相差信号に対して相関演算を行い、相対的な像ずれ量を求める。そして、像ずれ量から撮像光学系１０１のデフォーカス量を算出（検出）する。制御部１０６は、デフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズを合焦近傍の位置に移動させるための駆動量を算出する。そして、駆動量に基づいて駆動部１０３を制御して光学機構部１０１１内のフォーカスレンズを駆動し、合焦動作を行う。

また、制御部１０６は、光学機構部１０１１を制御してフォーカスレンズを移動させながら、所定の周期で、ＡＦ評価値算出部１０２１からコントラスト評価値を取得する。そして、前回撮影した静止画の撮像信号に基づいて算出したコントラスト評価値よりも、今回撮影した静止画の撮像信号に基づいて算出したコントラスト評価値の方がより大きくなる方向にフォーカスレンズを駆動して合焦動作を行う。

図２は、第１実施形態に係る撮像素子１０２の構成を斜視図と共に示す概略図である。図２（ａ）は、撮像素子１０２の斜視図を示しており、図２（ｂ）は、撮像素子１０２の構成の概略図を示している。本実施形態の撮像素子１０２は、図２（ａ）に示すように、第１のチップ２０と、第１のチップ２０の上に積層された第２のチップ２１とを有して構成される。

第１のチップ２０には、複数の画素２０１が行列状に配置されている。複数の画素２０１には、行毎に、転送信号線２０３、リセット信号線２０４、及び行選択信号線２０５が接続され、列毎に、列信号線２０２が接続されている。

一方、第２のチップ２１には、ＡＤ変換部２１１、行走査回路２１２、列走査回路２１３、タイミング制御回路２１４、信号切替部２１６、及びＡＦ評価値算出部１０２１が配置されている。このように、画素２０１とその周辺回路とを、第１のチップ２０と第２のチップ２１に分けて配置することで、周辺回路の配線を細線化かつ高密度化して撮像素子１０２を高速化、小型化、高機能化することができる。

ＡＤ変換部２１１は、列信号線２０２に出力された信号をＡＤ変換して水平信号線２１５に出力する。行走査回路２１２は撮像素子１０２の各行を走査し、列走査回路２１３は撮像素子１０２の各列を走査する。タイミング制御回路２１４は、制御部１０６により制御され、行走査回路２１２及び列走査回路２１３の走査タイミングを制御する。

信号切替部２１６は、水平信号線２１５に出力されたデジタル信号を、位相差評価値算出部２１７と、コントラスト評価値算出部２１８及び信号処理部１０４とにそれぞれに振り分けて供給する。ＡＦ評価値算出部１０２１は、位相差評価値算出部２１７とコントラスト評価値算出部２１８とを有して構成され、焦点検出に用いるＡＦ評価値を検出（算出）する。位相差評価値算出部２１７及びコントラスト評価値算出部２１８については、後で詳しく説明する。

図３は、第１実施形態に係る撮像素子１０２における画素２０１の構成を示す概略図である。画素２０１は、光電変換部ＰＤ、転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４を有する。これらトランジスタとしては、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を用いることができる。

転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２、選択トランジスタＭ４の各ゲート端子には、それぞれ転送信号線２０３、リセット信号線２０４、行選択信号線２０５が接続されている。これら信号線には、行走査回路２１２から制御信号が出力され、同一行の画素２０１を同時に駆動する。このような構成により、行順次動作型のローリングシャッタ動作や、全行同時駆動型のグローバルシャッタ動作を行うことができる。選択トランジスタＭ４のソース端子には列信号線２０２が接続されている。

光電変換部ＰＤは、光電変換により生じた電荷を蓄積するフォトダイオードである。フォトダイオードのｐ型の側が接地され、ｎ型の側が転送トランジスタＭ１のソース端子に接続されている。転送トランジスタＭ１がオンされると、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷がフローティングディフュージョンＦＤへ転送される。ここで、フローティングディフュージョンＦＤとは、転送トランジスタＭ１のドレイン端子、増幅トランジスタＭ３のゲート端子、及びリセットトランジスタＭ２のソース端子の３つの端子の接続点に形成された浮遊容量領域のことをいう。

増幅トランジスタＭ３は、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷量に応じた信号を出力する。増幅トランジスタＭ３のドレイン端子には電源電圧Ｖｄｄが供給されている。選択トランジスタＭ４は、信号を読み出す画素を選択する。選択トランジスタＭ４のドレイン端子は増幅トランジスタＭ３のソース端子に接続され、選択トランジスタＭ４のソース端子は列信号線２０２に接続されている。選択トランジスタＭ４がオンされると、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷量に応じた信号が列信号線２０２に出力される。リセットトランジスタＭ２は、フローティングディフュージョンＦＤに転送された電荷をリセットする。リセットトランジスタＭ２のドレイン端子には電源電圧Ｖｄｄが供給され、リセットトランジスタＭ２のソース端子はフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。

図４は、第１実施形態に係る撮像素子１０２における撮像画素の構造を示す模式図である。ここで撮像画素とは、焦点検出用の副画素を含まない通常の画素２０１のことをいう。図４（ａ）には、撮像画素の平面図を示しており、図４（ｂ）には、図４（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図を示している。例えばベイヤー配列を採用した撮像素子１０２では、図４（ａ）に示すように、２行×２列の画素における対角２箇所にＧ（緑色）の分光感度を有する画素が配置され、他の２箇所にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素がそれぞれ配置される。

図４（ｂ）に示す撮像画素は、マイクロレンズＭＬ、カラーフィルタＣＦ、配線層ＣＬ、及び光電変換部ＰＤを有している。ここで、カラーフィルタＣＦに付した添え字は、通過させる光の色を示しており、例えば、カラーフィルタＣＦ_Ｒは赤色光（Ｒｅｄ）を通過させ、カラーフィルタＣＦ_Ｇは緑色光（Ｇｒｅｅｎ）を通過させる。同様に、不図示のカラーフィルタＣＦ_Ｂは青色光（Ｂｒｕｅ）を通過させる。光電変換部ＰＤは、図３に示すＣＭＯＳセンサの光電変換部ＰＤに対応する。配線層ＣＬは、ＣＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線である。

撮像画素のマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込めるように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤとは、マイクロレンズＭＬによって共役関係に配置されている。この結果、光電変換部ＰＤに対応した射出瞳ＥＰは大きな径を有し、光電変換部ＰＤの有効面積が大きくなり、被写体からの光束を効率良く取り込んでＳ／Ｎを向上させることができる。なお、図４（ｂ）にはＲ画素の構造を示しているが、Ｇ画素及びＢ画素も同一の構造を有する。

図５は、第１実施形態に係る撮像素子１０２における位相差検出画素の構造を示す模式図である。ここで位相差検出画素とは、焦点検出用の副画素を含む画素２０１のことをいう。図５（ａ）には、位相差検出画素の平面図を示しており、図５（ｂ）には、図５（ａ）のＢ−Ｂに沿った断面図を示している。

ＲＧＢ画素が出力するＲＧＢ信号のうち、Ｇ信号は輝度情報の主成分をなす。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ信号が欠損すると、画質劣化が認められやすい。一方、Ｒ信号又はＢ信号は、色情報を取得するための信号であるが、人間は色情報には鈍感であるため、Ｒ信号又はＢ信号は多少の欠損が生じても画質劣化に気づきにくい。そこで本実施形態では、図５（ａ）に示すように、２行×２列の４画素のうち、２つのＧ画素は通常の撮像画素として残し、Ｒ画素とＢ画素の位置に所定の比率で副画素ＳＨＡ、ＳＨＢを配置する。

本実施形態では、副画素ＳＨＡと副画素ＳＨＢが位相差検出画素を構成する。マイクロレンズＭＬ及び光電変換部ＰＤは、図４（ｂ）に示した撮像画素と概ね同一の構造を有する。本実施形態では、副画素から出力される位相差信号を、撮像画像を生成するための撮像信号としては用いないため、図５（ｂ）に示すように、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜（白色膜）のカラーフィルタＣＦ_Ｗが配置される。なお、位相差検出画素を撮像画素として用いることも可能である。この場合、位相差検出画素から出力される一対の位相差信号を加算したものが撮像信号として用いられる。

図５（ｂ）に示す位相差検出画素は、ｘ方向の瞳分割を行う。副画素ＳＨＡの配線層ＣＬの開口部ＯＰ_ＨＡは右側（−ｘ方向）に偏っており、副画素ＳＨＡの光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬの左側（＋ｘ方向）の射出瞳領域（第１の瞳領域）ＥＰ_ＨＡを通過した光束を受光する。一方、副画素ＳＨＢの配線層ＣＬの開口部ＯＰ_ＨＢは左側（＋ｘ方向）に偏っており、副画素ＳＨＢの光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬの右側（−ｘ方向）の射出瞳領域（第２の瞳領域）ＥＰ_ＨＢを通過した光束を受光する。

ｘ方向に規則的に配列された複数の副画素ＳＨＡ（第１の画素群）で取得した被写体像をＡ像（第１の像）とする。また、ｘ方向に規則的に配列された複数の副画素ＳＨＢ（第２の画素群）で取得した被写体像をＢ像（第２の像）とする。Ａ像とＢ像の相対位置ずれ量（位相差）を検出することで、被写体に対する撮影光学系ＴＬのデフォーカス量を演算することができる。

ここで、再び、図２（ｂ）を参照しながら、撮像素子１０２の動作について説明する。列信号線２０２に出力された撮像信号及び位相検出信号は、ＡＤ変換部２１１によってデジタル化される。デジタル化された位相検出信号及び撮像信号は、水平信号線２１５を介して信号切替部２１６へ出力される。信号切替部２１６は、列信号線２０２を介して読み出された信号の出力先を切り替える。信号切替部２１６によって、位相差信号は位相差評価値算出部２１７へ出力され、撮像信号はコントラスト評価値算出部２１８及び信号処理部１０４へ出力される。

位相差評価値算出部２１７は、位相差信号に基づいて相関演算を行い、位相差評価値を算出する。一方、コントラスト評価値算出部２１８は、撮像信号に基づいてコントラスト演算を行い、コントラスト評価値を算出する。算出された位相差評価値及びコントラスト評価値は、撮像画素からの撮像信号の読み出しが完了したタイミングで、撮像信号に付加する形で、信号処理部１０４を介して制御部１０６へ出力される。

次に、図６〜図９を参照しながら、位相差方式による焦点検出について説明する。図６は、第１実施形態に係る撮像素子１０２における画素アレイ６０１上の焦点検出領域６０２を示す模式図である。図６に示す焦点検出領域６０２は、位相差方式による焦点検出を行うことが可能な画素領域を示している。また、焦点検出領域６０２の両側のシフト領域６０３は、相関演算に必要な領域である。すなわち、位相差方式による焦点検出のためには、焦点検出領域６０２とシフト領域６０３とを合わせた画素領域６０４が必要となる。図６に示すｐ、ｑ、ｓ、ｔは、水平方向（ｘ軸方向）における座標を表し、このうち、ｐとｑはそれぞれ画素領域６０４の始点と終点のｘ座標を、ｓとｔはそれぞれ焦点検出領域６０２の始点と終点のｘ座標を表している。

図７は、第１実施形態に係る撮像素子１０２における焦点検出用の一対の位相差信号７０１、７０２の例を示す概略図である。図７（ａ）には、フィルタ処理を行った後の一対の位相差信号のうちの、一方の位相差信号７０１を実線で示し、他方の位相差信号７０２を破線で示している。なお、図７（ａ）に示す位相差信号７０１、７０２は、厳密には、ｘ方向に配列された複数の副画素ＳＨＡ、ＳＨＢから得られるｘ方向に沿った一対の被写体像を示しているが、以下の説明ではこのような一対の被写体像を位相差信号７０１、７０２と称する。

一対の位相差信号７０１、７０２の相関量を算出する際には、位相差信号７０１、７０２を、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、互いに逆方向にそれぞれ１画素ずつシフトさせる。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す位相差信号７０１、７０２を、図７（ｂ）に示す矢印の方向にそれぞれシフトさせた結果を示している。一方、図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す位相差信号７０１、７０２を、図７（ｂ）とは逆の、図７（ｃ）に示す矢印の方向にそれぞれシフトさせた結果を示している。

位相差評価値算出部２１７は、一対の位相差信号７０１、７０２を、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように１画素ずつシフトさせながら、焦点検出領域６０２における位相差信号７０１と位相差信号７０２の差の絶対値の和を算出する。相関量ＣＯＲは、シフト量ｉ、最小シフト量ｐ−ｓ、最大シフト量ｑ−ｔ、焦点検出領域６０２の開始座標ｓ、焦点検出領域６０２の終了座標ｔ、を用いて下式（１）で与えられる。

図８は、第１実施形態に係る撮像素子１０２における位相差信号のシフト量ｉと相関量ＣＯＲとの関係を示す図である。横軸はシフト量ｉを示し、縦軸は相関量ＣＯＲを示している。図８（ａ）に示す相関量ＣＯＲは、シフト量ｉに応じて変化し、極値８０２、８０３においてその変化量がゼロとなっている。図８（ｂ）には、極値８０２、８０３のうちの値が小さいほうの極値８０２付近を拡大して示している。単位シフト量ｉ当たりの相関変化量ΔＣＯＲは、シフト量ｉ、最小シフト量ｐ−ｓ、最大シフト量ｑ−ｔ、焦点検出領域６０２の開始座標ｓ、焦点検出領域６０２の終了座標ｔ、を用いて下式（２）で与えられる。
ΔＣＯＲ［ｉ］＝ＣＯＲ［ｉ−１］−ＣＯＲ［ｉ＋１］
｛（ｐ−ｓ＋１）＜（ｑ−ｔ−１）｝ （２）

図９は、第１実施形態に係る撮像素子１０２における位相差信号のシフト量ｉと相関変化量ΔＣＯＲとの関係を示す図である。横軸はシフト量ｉを示し、縦軸は単位シフト量ｉ当たりの相関変化量ΔＣＯＲを示している。図９（ａ）に示す相関変化量ΔＣＯＲは、シフト量ｉに応じて変化し、極値８０２、８０３においてその値がマイナスからプラスに変化している。相関変化量ΔＣＯＲがゼロとなる点をゼロクロスと呼び、一対の位相差信号７０１、７０２の一致度が最も高くなる。ゼロクロスを与えるシフト量ｉが像ずれ量となる。

位相差評価値算出部２１７は、ゼロクロスを与えるシフト量ｉを、フォーカスレンズの駆動量を算出するための位相差評価値として制御部１０６へ出力する。図９（ｂ）には、ゼロクロスを与える極値８０２付近を拡大して示している。ゼロクロスを与えるシフト量ｉ＝α＋βは、整数部分β（＝ｋ−１）と小数部分αとに分けられる。像ずれ量の小数部分αは、図９（ｂ）に示す三角形ＡＢＣと三角形ＡＤＥとの相似関係から、下式（３）で算出される。
ＡＢ：ＡＤ＝ＢＣ：ＤＥ
ΔＣＯＲ［ｋ−１］：ΔＣＯＲ［ｋ−１］−ΔＣＯＲ［ｋ］＝α：ｋ−（ｋ−１）
α＝ΔＣＯＲ［ｋ−１］／（ΔＣＯＲ［ｋ−１］−ΔＣＯＲ［ｋ］） （３）

また、像ずれ量の整数部分βは、下式（４）で算出される。
β＝ｋ−１ （４）

図９（ａ）に示すように、相関変化量ΔＣＯＲのゼロクロスが複数存在する場合は、相関変化量ΔＣＯＲの変化率（以下「急峻性」という）が最も大きいゼロクロスのシフト量ｉを、位相差評価値として制御部１０６へ出力する。急峻性は焦点検出の行い易さを表す指標であり、急峻性が大きいほど精度よく焦点検出を行うことができる。急峻性maxderは、下式（５）で与えられる。
maxder＝｜ΔＣＯＲ［ｋ−１］｜＋｜ΔＣＯＲ［ｋ］｜ （５）

次に、位相差評価値の信頼性の算出方法について説明する。評価値信頼性は、一対の位相差信号７０１、７０２の一致度fnclvlによって定義される。一致度fnclvlは、像ずれ量の精度を表す指標であり、値が大きいほど焦点検出の精度がよいことを示す。一致度fnclvlは、図８（ｂ）に示す極値８０２の大きさの逆数として、下式（６）で算出される。
（ａ）： ｜ΔＣＯＲ［ｋ−１］｜×２≦maxderのとき、
fnclvl＝４／（ＣＯＲ［ｋ−１］＋ΔＣＯＲ［ｋ−１］）
（ｂ）： ｜ΔＣＯＲ［ｋ−１］｜×２＞maxderのとき、
fnclvl＝４／（ＣＯＲ［ｋ］−ΔＣＯＲ［ｋ］） （６）

次に、本実施形態の撮像装置におけるハイブリッドＡＦについて説明する。図１０は、第１実施形態に係る撮像素子１０２における副画素の配置を示す模式図である。本実施形態の撮像装置では、位相差信号７０１、７０２を出力する副画素ＳＨＡ、ＳＨＢと、通常の撮像画素とが、例えば図１０に示すように、撮像素子１０２に行列状に配置されている。図１０では、同じ画素配置が８行周期で繰り返され、画素配置の各周期内において、第１行〜第２行に副画素ＳＨＡ、ＳＨＢ、および撮像画素が配置され、第３行〜第８行に撮像画素が配置されている。

本実施形態の行走査回路２１２は、まず副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置された位相差検出行を走査した後に、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置されていない撮像行を走査する。具体的には、操作部１０８等の操作により撮影が開始すると、まず、位相差検出行である第１行、第２行、第９行、第１０行、…、を順次走査する。その後、撮像行である第３〜８行、第１１〜１６行、…、を順次走査する。このように、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置された位相差検出行から行走査を開始することで、撮像画像を生成するための撮像信号の読み出しの完了を待たずに、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢから出力される焦点検出用の位相差信号７０１、７０２を取得することができる。

なお、撮像素子１０２における画素配置は、必ずしも図１０に示すような８行周期には限定されず、周期的でなくてもよい。本実施形態の撮像素子１０２では、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置された位相差検出行と、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置されていない撮像行とが、それぞれ少なくとも１行以上存在していればよい。

図１１は、第１実施形態に係る撮像素子１０２の制御方法を示すタイミングチャートである。前述のように、本実施形態のハイブリッドＡＦでは、まず副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置された位相差検出行を走査した後に、通常の撮像画素のみが配置された撮像行を走査する。

例えばユーザにより操作部１０８が操作されて静止画連写モードが開始すると、制御部１０６は、静止画連写モードであることを示す静止画連写制御信号をＨＩＧＨにする（時刻Ｔ０）。これにより、光学機構部１０１１のメカニカルシャッタが開かれると同時に、画素２０１の蓄積電荷がリセットされて、画素２０１における露光が開始する。その後、所定の露出条件を満たすように設定された露光期間が経過すると、光学機構部１０１１のメカニカルシャッタが閉じられて被写体からの光が遮光され、画素２０１における露光が終了する（時刻ＴＦ０）。

ＡＦ評価値算出部１０２１は、まず、位相差検出方式を用いて焦点検出を行う。ＡＦ評価値算出部１０２１の位相差評価値算出部２１７は、位相差ＡＦに必要な位相差評価値を算出するために、位相差信号の読み出しを開始する（時刻ＴＦ０）。全ての位相差検出画素から位相差信号が読み出されると（時刻ＴＦ１）、続いて撮像画素からの撮像信号の読み出しが開始される。位相差評価値算出部２１７は、撮像画素から撮像信号が読み出されている間に、位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する（期間ＴＦ１〜ＴＦ２）。その後、算出した位相差評価値に基づいて、被写体への合焦が可能であるか否かを判定するための評価値信頼性を算出する（期間ＴＦ２〜ＴＦ３）。

撮像素子１０２の不図示の判定部は、算出された評価値信頼性が所定の閾値以上である場合は、位相差検出方式を用いた焦点検出により被写体への合焦が可能であると判定する。そして、全ての撮像画素から撮像信号が読み出された後で、位相差評価値を撮像信号に付加する形で、信号処理部１０４を介して制御部１０６へ出力する（期間ＴＦ４〜ＴＦ５）。制御部１０６は、位相差評価値に基づいて光学機構部１０１１のフォーカスレンズを駆動し、合焦動作を行う（期間ＴＦ５〜ＴＦ７）。合焦動作が完了すると、時刻Ｔ０のときと同様にして、次の静止画撮影のために画素２０１における露光動作を開始する（時刻ＴＦ７）。

一方、撮像素子１０２の不図示の判定部は、算出された評価値信頼性が所定の閾値未満である場合は、位相差検出方式を用いた焦点検出だけでは被写体への合焦が難しいと判定する。そこで、ＡＦ評価値算出部１０２１は、続いてコントラスト検出方式を用いた焦点検出を行う。なお、不図示の判定部は、位相差評価値算出部２１７であってもよいし、コントラスト評価値算出部２１８であってもよい。あるいは、図２（ｂ）に示す第２のチップ２１に設けられた周辺回路（回路部）であってもよい。

ここで、ＡＦ評価値算出部１０２１のコントラスト評価値算出部２１８の動作について説明する前に、コントラストＡＦについて簡単に説明する。コントラストＡＦでは、光学機構部１０１１を制御してフォーカスレンズを移動させながら、所定の周期でコントラスト評価値を算出する。そして、前回撮影した静止画の撮像信号に基づいて算出したコントラスト評価値よりも、今回撮影した静止画の撮像信号に基づいて算出したコントラスト評価値の方がより大きくなる方向にフォーカスレンズを駆動して合焦動作を行う。コントラストＡＦにおいてフォーカスレンズの駆動方向を決定するためには、少なくとも２つの異なる時刻におけるコントラスト評価値が必要となる。

このため、１回目の静止画を撮影する際は、静止画撮影前のライブビュー時の撮像信号に基づいて、事前にフォーカスレンズを概ね合焦させておく。次に２枚目の静止画を撮影するときは、ライブビュー時の撮像信号に基づくコントラスト評価値と、１枚目の静止画撮影時の撮像信号に基づくコントラスト評価値との差分から、フォーカスレンズの駆動方向を決定する。３枚目以降の静止画を撮影するときも同様である。

再び、図１１を参照しながら、コントラスト評価値算出部２１８の動作について説明する。コントラスト評価値算出部２１８は、全ての撮像画素から撮像信号が読み出されると（時刻ＴＦ４）、高周波成分が抽出された撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出する（期間ＴＦ４〜ＴＦ６）。撮像素子１０２は、算出されたコントラスト評価値を、信号処理部１０４を介して制御部１０６へ出力する（期間ＴＦ６〜ＴＦ８）。コントラスト評価値は、撮像信号に付加する形で出力されるため、撮像信号が読み出されてからコントラスト評価値が算出されるまではブランキング期間となる（期間ＴＦ４〜ＴＦ６）。

制御部１０６は、コントラスト評価値算出部２１８からコントラスト評価値を取得すると（時刻ＴＦ８）、コントラスト評価値に基づいて光学機構部１０１１のフォーカスレンズを駆動し、合焦動作を行う（期間ＴＦ８〜ＴＦ９）。合焦動作が完了すると、位相差ＡＦのときと同様にして、次の静止画撮影のために画素２０１における露光動作を開始する（時刻ＴＦ９）。

このように、本実施形態では、位相差信号を読み出した後で、撮像信号を読み出している。これにより、全ての撮像画素からの撮像信号の読み出しの完了を待たずに、位相差評価値を算出することができるので、ハイブリッドＡＦをより早いタイミングで開始することができる。この結果、例えば静止画の連写速度を向上させることができる。

また、本実施形態では、コントラスト評価値を算出するか否かを、前記位相差評価値に応じて判定している。これにより、位相差検出方式を用いた焦点検出により被写体への合焦が可能である場合には、コントラスト検出方式を用いた焦点検出が省略されるので、合焦動作を高速化させることができる。また、位相差検出方式を用いた焦点検出だけでは被写体への合焦が難しい場合でも、全ての撮像画素からの撮像信号の読み出しが完了すると直ぐに、コントラスト検出方式を用いた焦点検出を開始することができる。したがって、やはり合焦動作を高速化させることができる。

図１２は、第１実施形態に係る撮像素子１０２の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態の制御部１０６は、図１２に示すフローチャートに従ってハイブリッドＡＦを行う。例えばユーザにより操作部１０８が操作されて静止画連写モードが開始すると、制御部１０６は、光学機構部１０１１を制御して、メカニカルシャッタを開く（ステップＳ１２０１）。この結果、画素２０１における露光が開始する（ステップＳ１２０２）。その後、所定の露光期間が経過すると、制御部１０６は光学機構部１０１１を制御してメカニカルシャッタを閉じる（ステップＳ１２０３）。

続いて、位相差評価値算出部２１７は、位相差ＡＦに必要な位相差評価値を算出するために、位相差信号の読み出しを開始する（ステップＳ１２０４）。そして、全ての位相差検出画素からの位相差信号の読み出しが完了するまで、位相差信号の読み出しを繰り返す（ステップＳ１２０５）。全ての位相差検出画素からの位相差信号の読み出しが完了すると、撮像画素から撮像信号の読み出しが開始される（ステップＳ１２０６）。読み出された撮像信号は、コントラスト評価値算出部２１８及び信号処理部１０４へ出力される。

位相差評価値算出部２１７は、撮像信号の読み出しが完了する前に、読み出した位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する（ステップＳ１２０７）。撮像素子１０２の判定部は、位相差評価値に基づいて、一対の位相差信号の一致度である評価値信頼性fnclvlを算出し、評価値信頼性fnclvlが所定の閾値fth以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２０８）。

ステップＳ１２０８において、信頼性fnclvlが閾値fth以上であった場合（ＹＥＳ）は、撮像素子１０２の判定部は、位相差検出方式を用いた焦点検出により被写体への合焦が可能であると判定して、ステップＳ１２０９へ進む。そして、全ての撮像画素からの撮像信号の読み出しが完了するのを待つ。

撮像素子１０２は、全ての撮像画素から撮像信号が読み出されると、位相差評価値を撮像信号に付加する形で、信号処理部１０４を介して制御部１０６へ出力する（ステップＳ１２１０）。制御部１０６は、位相差評価値に基づいてフィードバック制御量を決定し、駆動部１０３を制御して光学機構部１０１１内のフォーカスレンズを駆動し、合焦動作を行う（ステップＳ１２１１）。

一方、ステップＳ１２０８において、信頼性fnclvlが閾値fth未満であった場合（ＮＯ）は、撮像素子１０２の判定部は、位相差検出方式を用いた焦点検出だけでは被写体への合焦が難しいと判定して、ステップＳ１２１２へ進む。そして、全ての撮像画素からの撮像信号の読み出しが完了するのを待つ。

コントラスト評価値算出部２１８は、全ての撮像画素から撮像信号が読み出されると、撮像信号に基づいて、コントラスト評価値を算出する（ステップＳ１２１３）。撮像素子１０２は、コントラストを撮像信号に付加する形で、信号処理部１０４を介して制御部１０６へ出力する（ステップＳ１２１４）。制御部１０６は、位相差評価値に基づいてフィードバック制御量を決定し、駆動部１０３を制御して光学機構部１０１１内のフォーカスレンズを駆動し、合焦動作を行う（ステップＳ１２１５）。

制御部１０６は、合焦動作が完了すると、例えばユーザにより操作部１０８が操作されて静止画連写モードが終了されたか否かを確認する（ステップＳ１２１６）。静止画連写モードが終了された場合は（ＹＥＳ）、ハイブリッドＡＦ処理を終了する。一方、静止画連写モードが継続中である場合は（ＮＯ）、ステップＳ１２０１へ戻って、上述のフローチャートを繰り返して次の静止画を撮影する。

以上のように、本実施形態の撮像素子は、位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する位相差評価値算出部と、撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出するコントラスト評価値算出部とを備えている。そして、撮像信号の読み出しが完了する前に、位相差信号に基づいて位相差評価値を算出するとともに、コントラスト評価値を算出するか否かを位相差評価値に応じて判定している。

このような構成により、全ての撮像画素からの撮像信号の読み出しの完了を待たずに、相差評価値を算出することができるので、ハイブリッドＡＦの開始タイミングを早めることができる。すなわち、位相差検出方式とコントラスト検出方式とを組み合わせた焦点検出をより高速に行うことができる。

また、位相差検出方式を用いた焦点検出により被写体への合焦が可能である場合には、コントラスト検出方式を用いた焦点検出を省略することができるので、焦点検出を更に高速化することができる。なお、コントラスト評価値を算出するか否かを判定する判定部は、位相差評価値算出部２１７であってもよいし、コントラスト評価値算出部２１８であってもよい。あるいは、図２（ｂ）に示す第２のチップ２１に設けられた周辺回路（回路部）であってもよい。

（第２実施形態）
次に、図１３〜図１５を参照しながら第２実施形態に係る撮像装置について説明する。第１の実施形態では、撮像素子１０２の列毎に１本の列信号線２０２を有する構成について説明した。これに対し、本実施形態では、撮像素子１０２ｂの列毎に少なくとも２本の列信号線２０２ａ、２０２ｂを有し、撮像画素からの撮像信号と位相差検出画素からの位相差信号とを並行して読み出し得る構成について説明する。

図１３は、第２実施形態に係る撮像素子１０２ｂの構成を示す概略図である。図１３に示す本実施形態の撮像素子１０２ｂは、列毎に２本の列信号線２０２ａ、２０２ｂを有している。そして、撮像素子１０２ｂの画素アレイの一方の側に、ＡＤ変換部２１１ａ、列走査回路２１３ａ、及び水平信号線２１５ａを有し、他方の側に、ＡＤ変換部２１１ｂ、列走査回路２１３ｂ、及び水平信号線２１５ｂを有している。その他の構成については、第１実施形態と概ね同じであるため説明は省略する。以下、主に第１実施形態と異なる構成について説明する。

本実施形態の撮像素子１０２ｂの第１のチップ２０には、第１の実施形態と同様に、複数の画素２０１が行列状に配置されている。これらの画素２０１のうち、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが共に配置された位相差検出行の画素２０１には、列信号線２０２ｂが接続されている。一方、通常の撮像画素のみが配置された撮像行の画素２０１には、列信号線２０２ａが接続されている。なお、必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、本実施形態では、画素アレイの全ての副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが、列信号線２０２ｂに接続されていればよい。

一方、本実施形態の撮像素子１０２ｂの第２のチップ２１には、ＡＤ変換部２１１ａ、ＡＤ変換部２１１ｂ、列走査回路２１３ａ、及び列走査回路２１３ｂが配置されている。ＡＤ変換部２１１ａは、列走査回路２１３ａにより制御され、列信号線２０２ａに出力された撮像信号をＡＤ変換して水平信号線２１５ａに出力する。同様に、ＡＤ変換部２１１ｂは、列走査回路２１３ｂにより制御され、列信号線２０２ｂに出力された撮像信号又は位相差信号をＡＤ変換して水平信号線２１５ｂに出力する。列走査回路２１３ａ及び２１３ｂは、タイミング制御回路２１４により制御される。

このような構成により、通常の撮像画素から出力される撮像信号は、列信号線２０２ａ又は列信号線２０２ｂを介して、コントラスト評価値算出部２１８及び信号処理部１０４へ出力される。一方、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢを含む位相差検出画素から出力される位相差信号は、列信号線２０２ｂを介して、信号切替部２１６へ出力される。信号切替部２１６は、列信号線２０２ｂを介して読み出された信号の出力先を切り替える。信号切替部２１６によって、撮像信号は、コントラスト評価値算出部２１８及び信号処理部１０４に出力され、位相差信号は、位相差評価値算出部２１７に出力される。

ここで、再び、図１０を参照しながら、本実施形態の撮像装置におけるハイブリッドＡＦについて説明する。本実施形態の行走査回路２１２は、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置された位相差検出行の走査と、通常の撮像画素のみが配置された撮像行の走査とを並行して行う。

具体的には、操作部１０８等の操作により撮影が開始すると、位相差検出行である第１行、第２行、第９行、第１０行、…、を順次走査する。同時に、撮像行である第３〜８行、第１１〜１６行、…、を順次走査する。このように、撮像信号と位相差信号とを、２本の列信号線２０２ａ、２０２ｂを用いて並行して読み出すことで、撮像信号及び位相差信号の読み出しを高速化することができる。

なお、撮像素子１０２ｂにおける画素配置は、必ずしも図１０に示すような８行周期には限定されず、周期的でなくてもよい。本実施形態の撮像素子１０２ｂでは、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置された位相差検出行と、副画素ＳＨＡ、ＳＨＢが配置されていない撮像行とが、それぞれ少なくとも１行以上存在していればよい。

次に、本実施形態の撮像装置におけるハイブリッドＡＦについて説明する。図１４は、第２実施形態に係る撮像素子１０２ｂの制御方法を示すタイミングチャートである。図１１に示す第１実施形態のタイミングチャートでは、位相差信号の読み出しが完了した後で撮像信号の読み出しを開始した。これに対し、図１４に示す本実施形態のタイミングチャートでは、位相差信号の読み出しと並行して撮像信号の読み出しを行う。その他の構成については、第１実施形態と概ね同じであるため説明は省略する。以下、主に第１実施形態と異なる構成について説明する。

例えばユーザにより操作部１０８が操作されて静止画連写モードが開始すると、制御部１０６は、静止画連写モードであることを示す静止画連写制御信号をＨＩＧＨにする（時刻Ｔ０）。これにより、光学機構部１０１１のメカニカルシャッタが開かれると同時に、画素２０１の蓄積電荷がリセットされて、画素２０１における露光が開始する。その後、所定の露出条件を満たすように設定された露光期間が経過すると、光学機構部１０１１のメカニカルシャッタが閉じられて被写体からの光が遮光され、画素２０１における露光が終了する（時刻ＴＦ０）。

ＡＦ評価値算出部１０２１は、まず、位相差検出方式を用いて焦点検出を行う。ＡＦ評価値算出部１０２１の位相差評価値算出部２１７は、位相差ＡＦに必要な位相差評価値を算出するために、位相差検出画素から水平信号線２１５ｂ及び信号切替部２１６を介して位相差信号の読み出しを開始する（時刻ＴＦ０）。同時に、水平信号線２１５ａを介して、撮像画素からの撮像信号の読み出しが開始される（時刻ＴＦ０）。

位相差評価値算出部２１７は、全ての位相差検出画素から位相差信号が読み出されると（時刻ＴＦ１）、位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する（期間ＴＦ１〜ＴＦ２）。その後、位相差評価値算出部２１７は、算出した位相差評価値に基づいて、被写体への合焦が可能であるか否かを判定するための評価値信頼性を算出する（期間ＴＦ２〜ＴＦ３）。その後の処理は、図１１に示す第１実施形態のタイミングチャートと同じであるので説明は省略する。

図１５は、第２実施形態に係る撮像素子１０２ｂの制御方法を示すフローチャートである。本実施形態の制御部１０６は、図１５に示すフローチャートに従ってハイブリッドＡＦを行う。図１２に示す第１実施形態のフローチャートでは、位相差信号の読み出しが完了した後で撮像信号の読み出しを開始した。これに対し、図１５に示す本実施形態のフローチャートでは、位相差信号の読み出しと並行して撮像信号の読み出しを行う。その他の構成については、第１実施形態と概ね同じであるため説明は省略する。以下、主に第１実施形態と異なる構成について説明する。

例えばユーザにより操作部１０８が操作されて静止画連写モードが開始すると、制御部１０６は、光学機構部１０１１を制御して、メカニカルシャッタを開く（ステップＳ１２０１）。この結果、画素２０１における露光が開始する（ステップＳ１２０２）。その後、所定の露光期間が経過すると、制御部１０６は光学機構部１０１１を制御してメカニカルシャッタを閉じる（ステップＳ１２０３）。

続いて、位相差評価値算出部２１７は、位相差ＡＦに必要な位相差評価値を算出するために、位相差信号の読み出しを開始する（ステップＳ１２０４）。同時に、水平信号線２１５ａを介して、撮像画素からの撮像信号の読み出しが開始される（ステップＳ１２０６）。読み出された撮像信号は、コントラスト評価値算出部２１８及び信号処理部１０４へ出力される。そして、全ての位相差検出画素からの位相差信号の読み出しが完了するまで、位相差信号の読み出しを繰り返す（ステップＳ１２０５）。

全ての位相差検出画素からの位相差信号の読み出しが完了すると、位相差評価値算出部２１７は、撮像信号の読み出しが完了する前に、読み出した位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する（ステップＳ１２０７）。その後の処理は、図１２に示す第１実施形態のフローチャートと同じであるため説明は省略する。

以上のように、本実施形態の撮像素子は、位相差検出画素が配置された行の走査と、位相差検出画素が配置されていない行の走査とを並行して行う。これにより、撮像画素からの撮像信号の読み出しが早く完了するので、ハイブリッドＡＦをより早く開始することができる。すなわち、位相差検出方式とコントラスト検出方式とを組み合わせた焦点検出を更に高速化することができる。

（変形実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態に記載の撮像装置の構成は一例を示したものであり、本発明を適用可能な撮像装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０１ ：撮像光学系
１０２、１０２ｂ ：撮像素子
１０６ ：制御部
２０１ ：画素
２０２ ：列信号線
２１１ ：ＡＤ変換部
２１５ ：水平信号線
２１７ ：位相差評価値算出部
２１８ ：コントラスト評価値算出部
１０２１ ：ＡＦ評価値算出部

Claims (13)

1. 撮像光学系により集光された光を受光する複数の撮像画素と、
   前記撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束を受光する複数の位相差検出画素と、
   前記撮像画素から撮像信号を読み出し、前記位相差検出画素から位相差信号を読み出す回路部と、
   前記撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出するコントラスト評価値算出部と、
   前記撮像信号の読み出しが完了する前に、前記位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する位相差評価値算出部と、
   前記コントラスト評価値を算出するか否かを前記位相差評価値に応じて判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする撮像素子。
2. 一対の前記位相差信号の一致度を表す評価値信頼性が所定の閾値未満である場合に前記コントラスト評価値を算出し、前記評価値信頼性が前記閾値以上である場合には前記コントラスト評価値を算出しない
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記撮像画素及び前記位相差検出画素は行列状に配置され、
   前記回路部は、前記位相差検出画素が配置された行を走査した後に、前記位相差検出画素が配置されていない行を走査する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像素子。
4. 前記撮像画素及び前記位相差検出画素は行列状に配置され、
   前記回路部は、前記位相差検出画素が配置された行の走査と、前記位相差検出画素が配置されていない行の走査とを並行して行う
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像素子。
5. 前記位相差評価値算出部は、前記位相差検出画素が配置されていない行の走査が行われている間に、前記位相差評価値を算出する
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像素子。
6. 列毎に１本の列信号線を有し、
   前記列信号線を介して読み出された信号の出力先を切り替える信号切替部を更に有し、
   前記信号切替部は、前記撮像信号を前記コントラスト評価値算出部に出力し、前記位相差信号を前記位相差評価値算出部に出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
7. 列毎に第１の列信号線及び第２の列信号線を有し、
   前記撮像信号を前記第１の列信号線又は前記第２の列信号線を介して前記コントラスト評価値算出部に出力し、前記位相差信号を前記第２の列信号線を介して前記位相差評価値算出部に出力する
   ことを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
8. 前記コントラスト評価値を算出したときは前記コントラスト評価値を撮像素子の外部の制御部へ出力し、前記コントラスト評価値を算出しなかったときは前記位相差評価値を前記制御部へ出力する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像素子。
9. 前記位相差評価値又は前記コントラスト評価値を、前記撮像信号に付加する形で前記制御部へ出力する
   ことを特徴とする請求項８に記載の撮像素子。
10. 請求項８又は９に記載の撮像素子、前記撮像光学系、及び前記制御部、を備え、
    前記制御部は、前記位相差評価値又は前記コントラスト評価値のいずれか一方に基づいて、前記撮像光学系の合焦動作を行う
    ことを特徴とする撮像装置。
11. 撮像光学系により集光された光を受光する複数の撮像画素と、
    前記撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束を受光する複数の位相差検出画素と、
    前記撮像画素から撮像信号を読み出し、前記位相差検出画素から位相差信号を読み出す回路部と、
    を備える撮像素子の制御方法であって、
    前記撮像信号の読み出しが完了する前に、前記位相差信号に基づいて位相差評価値を算出するステップと、
    前記撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出するか否かを、前記位相差評価値に応じて判定するステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
12. 撮像光学系により集光された光を受光する複数の撮像画素と、
    前記撮像光学系の異なる瞳部分領域を通過した一対の光束を受光する複数の位相差検出画素と、
    前記撮像画素から撮像信号を読み出し、前記位相差検出画素から位相差信号を読み出す回路部と、
    を備える撮像素子において、コンピュータを、
    前記撮像信号の読み出しが完了する前に、前記位相差信号に基づいて位相差評価値を算出する手段と、
    前記撮像信号に基づいてコントラスト評価値を算出するか否かを、前記位相差評価値に応じて判定する手段と、
    して機能させることを特徴とするプログラム。
13. 請求項１２に記載のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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