JP6478600B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。

ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を用いて撮影する撮像装置が提案されている。このような撮像装置においては、撮像素子で光学像を電気信号に変換する過程において、画像の画質劣化の原因となる様々なノイズが発生する。代表的なノイズとして、画素および読み出し回路のリセットノイズ、画素領域において発生する暗電流などの撮像動作を行う度に変動するランダムノイズがある。また、撮像装置は、その内部又は近傍に、撮像素子の電源電圧を周期的に変動させるノイズ源となり得る要素を多数有している。これらのノイズ源が撮像素子の信号読み出し中に動作すると、その電源変動および電磁波などによって、撮像素子に供給される電源電圧が変動する。これらのノイズ源は、各々の機器および部品毎に特定の周波数で駆動されるため、撮像素子の電源電圧が周期的に変動して、周期的な横縞状のノイズとして画像に現われる。

特許文献１は、周期的に変動するノイズ源に起因する横縞ノイズに対して、ノイズ源の周波数と撮像素子を駆動する駆動タイミング変更することで、横縞ノイズを軽減する撮像装置を開示している。また、特許文献２は、１つの画素に２つのフォトダイオード（ＰＤ）を有する撮像素子を備える撮像装置を開示している。

特開２０１０−５０６３６号公報 特開２００１−１２４９８４号公報

特許文献２の撮像装置を適用し、第１のＰＤから得られるＡ像信号と、第１および第２のＰＤから得られるＡ＋Ｂ像信号を得ることができる。Ａ＋Ｂ像信号は撮影画像用の信号に用いることができる。また、Ａ＋Ｂ像信号とＡ像信号との差分により、Ｂ像信号を得ることができ、得られたＢ像信号とＡ像信号との位相差に基づいて、焦点状態を検出することができる。

特許文献２が開示する撮像装置では、撮影画像用の信号読み出しと、焦点状態の検出用の信号読み出しとを時系列で実施する必要がある。この際、撮像素子の電源電圧を周期的に変動させるノイズ源が動作すると、撮影画像用の信号に加えて、焦点状態の検出用の信号に対しても横縞ノイズが発生してしまう。したがって、焦点状態の検出用の信号に横縞ノイズが発生した場合、焦点状態の検出精度が低下してしまう。特許文献１が開示する撮像装置では、画素に２つのＰＤを設けた撮像素子の信号読み出しは考慮されていないので、撮影画像用の信号と焦点状態の検出用の信号の両方に対して横縞ノイズを軽減することは困難である。

本発明は、撮影画像用の信号と焦点状態の検出用の信号の双方について、横縞ノイズを軽減することができる撮像装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態の撮像装置は、一つのマイクロレンズに対して撮像光学系の射出瞳の分割された異なる領域を通過した光束を光電変換して画像信号を生成する第１、第２の光電変換部を有する画素部を備える撮像素子と、前記画素部が有する光電変換部から画像信号を読み出す制御手段とを備える。前記制御手段は、リセット信号を読み出すタイミングと前記第１の光電変換部から第１の画像信号を読み出すタイミングとの時間差である第１の除去動作のタイミング、および前記リセット信号を読み出すタイミングと前記第１および第２の光電変換部から第２の画像信号を読み出すタイミングとの時間差である第２の除去動作のタイミングが、画像信号の読み出し動作中に発生するノイズ源の周波数と所定の関係となるように制御する。

本発明の撮像装置によれば、撮影画像用の信号と焦点状態の検出用の信号の双方について、横縞ノイズを軽減することができる。

瞳分割方式に基づく焦点検出を説明する図である。 撮像装置の全体ブロック図である。 撮像素子の単位画素の回路図の一例である。 撮像素子の読み出し回路の一例を示す図である。 画素信号を読み出す駆動制御とタイミングを説明する図である。 Ｂ像信号における横縞のノイズの影響を説明する図である。

（実施例１）
図１は、本実施形態の撮像装置による、瞳分割方式に基づく焦点検出を説明する図である。
図１には、撮像装置が備える撮影レンズの射出瞳から出た光束が撮像素子の単位画素に入射した状態が示されている。１００は単位画素であり、単位画素１００は、第１のフォトダイオード１０１Ａおよび第２のフォトダイオード１０１Ｂを有する。３０２はカラーフィルタである。３０３はマイクロレンズである。３０４は撮影レンズの射出瞳を示す。

マイクロレンズ３０３を有する画素に対して、射出瞳から出た光束の中心を光軸３０５とする。射出瞳を通過した光は、光軸３０５を中心として単位画素１００に入射する。３０６，３０７は、撮影レンズの射出瞳の一部領域を示す。

図１に示すように、瞳領域３０６を通過する光束は、マイクロレンズ３０３を通して、フォトダイオード１０１Ａで受光され、瞳領域３０７を通過する光束は、マイクロレンズ３０３を通して、フォトダイオード１０１Ｂで受光される。したがって、フォトダイオード１０１Ａと１０１Ｂは、それぞれ撮影レンズの射出瞳の別々の領域の光を受光している。すなわち、撮像素子は、一つのマイクロレンズに対して撮像光学系の射出瞳の分割された異なる領域を通過した光束を光電変換して画像信号を生成する第１、第２の光電変換部を有する画素部を備える。フォトダイオード１０１Ａと１０１Ｂの信号を比較することで位相差の検知が可能となる。

フォトダイオード１０１Ａから得られる信号をＡ像信号、フォトダイオード１０１Ｂから得られる信号をＢ像信号と定義する。Ａ像信号とＢ像信号を足し合わせた信号をＡ＋Ｂ像信号と定義する。Ａ＋Ｂ像信号は撮影画像用の信号となる。

図２は、本実施形態の撮像装置の全体ブロック図である。
撮像装置は、撮影レンズ１１１０乃至レンズ駆動回路１１０９を備える。撮影レンズ１１１０は、被写体の光学像を撮像素子１１０１に結像させる。レンズ駆動回路１１０９によって撮影レンズ１１１０が駆動することによって、ズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などが行われる。

撮像素子１１０１は、撮影レンズ１１１０で結像された被写体を画像信号として取り込む。撮像素子１１０１には、図１で示した単位画素１００がアレイ状に配置されている。信号処理回路１１０３は、撮像素子１１０１が出力する画像信号に各種の補正を行ったり、データを圧縮したりする。

また、信号処理回路１１０３は、撮像素子１１０１から読み出されるＡ像信号とＡ＋Ｂ像信号からＢ像信号の生成も行う。全体制御・演算回路１１０４は、Ａ像信号とＢ像信号との位相差に基づいて、焦点状態を検出することができる。タイミング発生回路１１０２は、撮像素子１１０１に対して駆動タイミング信号を出力する。

全体制御・演算回路１１０４は、撮像装置全体を制御する。メモリ回路１１０５は、画像データを一時的に記憶する。表示回路１１０６は、各種情報や撮影画像を表示する。操作回路１１０８は、撮像装置が備える操作部材を用いたユーザの操作入力を電気的に受け付ける。

電源回路１１０７は、電池などから供給された電圧を所望の電圧に変換するＤＣ／ＤＣ回路を有し、撮像装置で必要な電圧を必要な期間だけ、各部に供給する。ＤＣ／ＤＣ回路は、ＤＣ／ＤＣ駆動用クロックＣＬＫ＿ＤＣＤＣに基づいて駆動が行われる。

図２に示す撮像装置では、電圧変換を行うためのＤＣ／ＤＣ回路、レンズおよび絞り等のアクチュエータを駆動するためのレンズ駆動回路等を備える。つまり、撮像装置は、その内部又は近傍に撮像素子の電源電圧を周期的に変動させるノイズ源となり得る要素を多数有している。これらのノイズ源が撮像素子の信号読み出し中に動作すると、その電源変動および電磁波などによって撮像素子に供給される電源電圧が変動する。これらのノイズ源は、各々の機器および部品毎に特定の周波数で駆動されるため、撮像素子の電源電圧が周期的に変動して、周期的な横縞状のノイズとして画像に現われる。

図３は、撮像素子の単位画素の回路図の一例である。
単位画素１００は、第１のフォトダイオード１０１Ａ、第２のフォトダイオード１０１Ｂ、第１の転送スイッチ１０２Ａ、第２の転送スイッチ１０２Ｂを備える。また、単位画素１００は、フローティングディフュージョン１０３、増幅部１０４、リセットスイッチ１０５、選択スイッチ１０６を備える。

フォトダイオード１０１Ａ、１０１Ｂは、同一のマイクロレンズを通過した光を受光し、その受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部として機能する。転送スイッチ１０２Ａ、１０２Ｂは、それぞれフォトダイオード１０１Ａ、１０１Ｂで発生した電荷を共通のフローティングディフュージョン領域１０３に転送する。転送スイッチ１０２Ａ、１０２Ｂは、それぞれ転送パルス信号ＰＴＸＡ、ＰＴＸＢによって制御される。

フローティングディフュージョン１０３は、フォトダイオード１０１Ａおよび１０１Ｂから転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。増幅部１０４は、ソースフォロワＭＯＳトランジスタであり、フローティングディフュージョン１０３に保持した電荷に基づく電圧信号を増幅して、画素信号として出力する。リセットスイッチ１０５は、リセットパルス信号ＰＲＥＳによって制御され、フローティングディフュージョン１０３の電位を基準電位ＶＤＤにリセットする。選択スイッチ１０６は、垂直選択パルス信号ＰＳＥＬによって制御され、増幅部１０４で増幅された画素信号を垂直出力線１０７に出力する。なお、ＶＤＤ１０８は共通電源である。

図４は、撮像素子の読み出し回路の一例を示す図である。
画素領域２００には、複数の単位画素１００が行列状に配置されている。なお、説明を簡略化するために、８×４画素で示してあるが、実際の画素数はさらに多数である。また、単位画素１００には、複数色のカラーフィルタが設けられている。赤色カラーフィルタが設けられ、赤色光を撮像する画素をＲ画素と表記する。緑色カラーフィルタが設けられ、緑色光を撮像する画素をＧ画素と表記する。また、青色カラーフィルタが設けられ、青色光を撮像する画素をＢ画素と表記する。上記３色のカラーフィルタをそれぞれ有する各画素は、ベイヤー配列に従って配置される。

２０１は垂直シフトレジスタであり、各行の画素毎に駆動信号線２２２を通して、駆動パルスが送出される。駆動信号線２２２は、簡略化のため、各行毎に１本ずつ図示してあるが、実際には各行毎に複数の駆動信号線が接続される。同じ列の単位画素１００は、共通の垂直出力線１０７に接続されており、各画素からの信号は、垂直出力線１０７を介して共通の読み出し回路２０３に入力される。そして、読み出し回路２０３で処理された信号は、水平シフトレジスタ２２０により順次出力アンプ２２１に出力される。２０２は垂直出力線１０７に接続される電流源負荷である。

次に、読み出し回路２０３の具体的な回路構成を説明する。２０４はクランプ容量Ｃ０を示す。２０５はフィードバック容量Ｃｆを示す。２０６はオペアンプを示す。２０７は基準電圧Ｖｒｅｆを供給する基準電圧源を示す。２２３はフィードバック容量Ｃｆの両端をショートさせるためのスイッチを示す。スイッチ２２３は、ＰＣ０Ｒ信号で制御される。２０８、２０９、２１０、２１１は、信号電圧を保持するための容量であり、２０８を容量ＣＴＳＡＢ、２１０を容量ＣＴＳＡ、２０９および２１１を容量ＣＴＮと表記する。２１２、２１３、２１４、２１５は容量への書き込みを制御するスイッチを示す。スイッチ２１２はＰＴＳＡＢ信号で制御され、スイッチ２１０はＰＴＳＡ信号で制御される。

スイッチ２１３、２１５はＰＴＮ信号で制御される。２１６、２１７、２１８、２１９は水平シフトレジスタ２２０からの信号を受けて出力アンプ２２１に信号を出力するためのスイッチを示す。スイッチ２１６、２１７は、水平シフトレジスタ２２０のＨＡＢ（ｍ）信号で制御される。また、スイッチ２１８、２１９は、ＨＡ（ｍ）信号で制御される。ｍは、制御信号線が接続されている読み出し回路の列数を示す。

容量ＣＴＳＡＢ２０８、ＣＴＳＡ２１８に書き込まれた信号は、共通出力線２２５を介して、出力アンプ２２１に出力される。また、容量ＣＴＮ２０９、２１１に書き込まれた信号は、共通出力線２２４を介して、出力アンプ２２１に出力される。

図５は、本実施形態における画素信号を読み出す駆動制御とタイミングを説明する図である。
撮像装置が備える全体制御・演算回路１１０４（図２）が、図５に示す駆動制御を実行する。時刻Ｔ＝ｔ１で転送スイッチ１０２Ａおよび１０２Ｂの制御信号であるＰＴＸＡおよびＰＴＸＢをＨ(High)とし、フォトダイオード１０１Ａ，１０１Ｂをリセットする。Ｔ＝ｔ２でＰＴＸＡおよびＰＴＸＢをＬ(Low) とし、フォトダイオード１０１Ａ、１０１Ｂに光電荷を蓄積開始する。必要時間蓄積を行った後に、Ｔ＝ｔ３で選択スイッチ１０６の制御信号であるＰＳＥＬをＨにして、増幅部１０４をＯＮする。Ｔ＝ｔ４でリセットスイッチ１０５の制御信号であるＰＲＥＳをＬとすることでフローティングディフュージョン領域１０３のリセットを解除する。このときのフローティングディフュージョン領域１０３の電位を垂直出力線１０７に増幅部１０４を介してリセット信号レベルとして読み出し、読み出し回路２０３に入力する。

読み出し回路２０３では、オペアンプ２０６が基準電圧Ｖｒｅｆの出力をバッファする状態（ＰＣ０ＲがＨでスイッチ２２３がＯＮの状態）でリセット信号レベルが入力される。その後、Ｔ＝ｔ５でＰＣ０ＲをＬとし、そのときのＶｒｅｆの出力を容量ＣＴＮ２０９、２１１へ書き込むために、Ｔ＝ｔ６でＰＴＮをＨとして、スイッチ２１３、２１５をＯＮする。そして、Ｔ＝ｔ７でＰＴＮをＬとして、スイッチ２１３、２１５をＯＦＦして書き込みを終了する。次に、Ｔ＝ｔ８でＰＴＸＡをＨとして、フォトダイオード１０１Ａの光電荷をフローティングディフュージョン領域１０３へ転送し、Ｔ＝ｔ９でＰＴＸＡをＬとする。この動作により、フォトダイオード１０１Ａに蓄積された電荷がフローティングディフュージョン領域１０３へ読み出される。そして、その変化に応じた出力が増幅部１０４および垂直出力線１０７を介して読み出し回路２０３へ供給される。

読み出し回路２０３では、クランプ容量Ｃ０（２０４，２０５）のフィードバック容量Ｃｆの比率で電圧変化に対し反転ゲインがかかり出力される。この電圧を容量ＣＴＳＡ２１０へ書き込むために、Ｔ＝ｔ１０でＰＴＳＡをＬからＨへ切り替え、スイッチ２１４をＯＮし、Ｔ＝ｔ１１でＰＴＳＡをＨからＬと切り替え、スイッチ２１４をＯＦＦし、書き込みを終了する。

次に、Ｔ＝ｔ１２で、再びＰＴＸＡをＨとすると同時に、ＰＴＸＢをＨとする。この動作により、フォトダイオード１０１Ａと１０１Ｂの双方の光電荷を同時にフローティングディフュージョン領域１０３へ読み出すことができる。フローティングディフユージョン領域１０３ヘ光電荷を読み出し後、Ｔ＝ｔ１３でＰＴＸＡ、ＰＴＸＢをＨからＬへと切り替える。読み出された電荷は、フォトダイオード１０１Ａのみを読み出した際と同様に読み出し回路２０３へ供給され、オペアンプを介して出力される。この電圧を容量ＣＴＳＡＢへ書き込むために、Ｔ＝ｔ１４でＰＴＳＡＢをＬからＨへ切り替え、スイッチ２１２をＯＮする。また、Ｔ＝ｔ１５でＰＴＳＡＢをＨからＬと切り替え、スイッチ２１２をＯＦＦし、書き込みを終了する。

本動作により、容量ＣＴＳＡＢ２０８とＣＴＮ２０９の差電圧をとることで、フォトダイオード１０１Ａおよび１０１Ｂからの出力信号の和であるＡ＋Ｂ信号が得られる。このＡ＋Ｂ像信号は撮影画像となる。また、容量ＣＴＳＡ２１０とＣＴＮ２１１の差電圧をとることにより、フォトダイオード１０１Ａからの出力信号であるＡ像信号が得られる。このＡ像信号から撮影レンズの瞳の一部を透過する光束の情報が得られる。さらに、Ａ＋Ｂ像信号とＡ像信号の差をとることにより、フォトダイオード１０１Ｂからの出力信号であるＢ像信号が得られる。このＢ像信号からはＡ像信号とは異なる瞳領域を透過する光束の情報が得られる。これら２つの光束の情報から距離情報を得ることができる。

次に、Ｔ＝ｔ１６でＰＲＥＳをＨとして、フローティングディフュージョン領域１０３をリセット状態にする。その後、容量ＣＴＳＡ２１０、ＣＴＮ２１１に保持された信号はＴ＝ｔ１７からＴ＝ｔ１８の間に、水平シフトレジスタ２２０の駆動パルスＨＡ（ｍ）が読み出し回路毎に、順次、Ｌ、Ｈ、Ｌとなる。それに伴い、スイッチ２１８、２１９が、順次、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦとなる。スイッチ２１８、２１９が、順次、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦとなった列の容量ＣＴＳＡ２１０、ＣＴＮ２１１に保持された信号は、共通出力線２２５、２２４へ読み出され、出力アンプ２２１で差電圧として出力される。この差電圧がＡ像信号となる。

次に、Ｔ＝ｔ１８からＴ＝ｔ１９の間に、水平シフトレジスタ２２０の駆動パルスＨＡＢ（ｍ）が読み出し回路毎に、順次、Ｌ、Ｈ、Ｌとなり、それに伴い、スイッチ２１６、２１７が、順次、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦとなる。スイッチ２１６、２１７が、順次、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦとなった列の容量ＣＴＳＡＢ２０８、ＣＴＮ２０９に保持された信号は共通出力線２２５、２２４へそれぞれ読み出され、出力アンプ２２１で差電圧として出力される。この差電圧がＡ＋Ｂ像信号となる。以上の動作が各行毎に順次行われ、Ａ像信号、Ａ＋Ｂ像信号の読み出しが完了する。出力されたＡ像信号とそれに対応する位置のＡ＋Ｂ像信号の差をとることでＢ像信号を得ることができる。したがって、このＡ像信号とＢ像信号から焦点検出動作が可能である。

次に、上記で説明した撮像読み出し動作中に、周期的に変動するノイズが混入した場合の影響について説明する。なお、以下の説明では、撮像装置の内部の周期的に変動するノイズ源として電源回路１１０７のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作の場合を例として説明するが、ノイズ源は、ＤＣ／ＤＣコンバータに限られない。

ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動クロックＣＬＫ＿ＤＣＤＣの駆動周波数をｆ（ＭＨｚ）とする。ＤＣ／ＤＣの駆動の影響により、撮像素子の読み出し時にｆ（ＭＨｚ）のノイズが混入した場合を考える。

下記の式（１) で表現される、周波数ｆ、初期位相θの正弦波のノイズが撮像素子の読み出し時に混入した場合の影響を説明する。
式（１）において、ｔは時刻を表す。

図５において、ｔ１からｔ１９の期間に相当する１水平期間をＤとする。また、ＰＴＮがＬとなり、リセットレベルが保持容量ＣＴＮ２０９に保持されるタイミングｔ７と、ＰＴＳＡがＬとなり、フォトダイオード１０１Ａの画像信号（焦点検出用のＡ像信号）が保持容量ＣＴＳＡに保持されるタイミングｔ１１との時間差をΔｔ１とする。Δｔ１は、フォトダイオード１０１Ａから読み出される第１の画像信号（Ａ像信号）からノイズ成分を除去する第１の除去動作のタイミングに対応する。言い換えると、Δｔ１は、第１の除去動作に用いる第１の画像信号を取得するタイミングと第１の除去動作に用いるノイズ成分を取得するタイミングとの時間差に対応する。

また、リセットレベルが保持されるタイミングｔ７とＰＴＳＡＢがＬとなり、フォトダイオード１０１Ａおよび１０１Ｂからの出力信号の和である撮影画像用のＡ＋Ｂ像信号が保持容量ＣＴＳＡＢに保持されるタイミングｔ１５との時間差をΔｔ２とする。Δｔ２は、フォトダイオード１０１Ａおよび１０１Ｂから読み出される第２の画像信号（Ａ＋Ｂ像信号）からノイズ成分を除去する第２の除去動作のタイミングに対応する。言い換えると、Δｔ２は、第２の除去動作に用いる第２の画像信号を取得するタイミングと第２の除去動作に用いるノイズ成分を取得するタイミングとの時間差に対応する。

焦点検出用のＡ像信号および、撮影画像用のＡ＋Ｂ像信号に対して、読み出し動作時に混入した周波数ｆのノイズ信号のｎ行目の差分検出時での影響を、それぞれＬＡ（ｎ）、ＬＡＢ（ｎ）とすると、ＬＡ（ｎ）、ＬＡＢ（ｎ）は、式（２）、式（３）で表現される。

また、式（２）、（３）は、三角関数の公式を用いて、式（４）、（５）に変形される。
式（４）、（５）より、ノイズ周波数ｆ、初期位相θのノイズ源が読み出し動作中に混入した場合、行数ｎの値に応じてＬＡ（ｎ），ＬＡＢ（ｎ）が変動し、横縞状のノイズが発生する。

実施例１の撮像装置が備える全体制御・演算回路１１０４は、焦点検出用のＡ像信号に対して、Δｔ１が、式（６）を満足するように制御する。
Δｔ１が式（６）を満足する場合、式（４）の値はゼロとなり、差分検出後の周波数ｆのノイズ信号の影響は抑制される。すなわち、Ａ像信号に発生する横縞ノイズを抑制することが可能である。

また、全体制御・演算回路１１０４は、撮影用のＡ＋Ｂ像信号に対して、Δｔ２が式（７）を満足するように制御する。
Δｔ２が式（７）を満足する場合、式（５）の値はゼロとなり、差分検出後の周波数ｆのノイズ信号の影響は抑制されているので、Ａ＋Ｂ像信号に発生する横縞ノイズの影響を抑制することが可能である。

すなわち、全体制御・演算回路１１０４は、Δｔ１およびΔｔ２が、画像信号の読み出し動作中に発生するノイズ源の周波数と所定の関係となるように制御する。具体的には、全体制御・演算回路１１０４は、Δｔ１とΔｔ２とのそれぞれが、ノイズ源の周波数の逆数の整数倍となるように制御する。これにより、Ａ＋Ｂ像信号とＡ像信号の差分から算出されるＢ像信号に対しても、周波数ｆのノイズ信号の影響を抑制することが可能となる。その結果、周期的なノイズ変動による撮影画像用のＡ＋Ｂ像信号の画質劣化を抑制することが可能となる。さらに、焦点検出用のＡ像信号及び、Ｂ像信号を用いて実施する焦点検出動作において、横縞ノイズの影響を軽減することが可能となり、焦点検出精度の低下を抑制することが可能となる。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例１の撮像装置は、撮影画像用のＡ＋Ｂ像信号の読み出しタイミングΔｔ２と焦点検出用の読み出しタイミングΔｔ１のそれぞれに対して、最適なタイミングを設定する。しかし、Δｔ１、Δｔ２を最適なタイミングに設定してしまうと、１水平期間Ｄが長くなり、読み出し時間が延びてしまう。静止画の連写速度や、動画のフレームレートにより、許容できる読み出し時間には制約があり、実施例１で示した最適なタイミングに設定できない。

実施例２の撮像装置は、周期的なノイズの影響を極力回避し、かつ、読み出し時間の増大も抑制可能な構成をとる。
実施例２では、実施例１で示した式（４）、（５）は、式（８）、（９）に変形される。

式（８）、（９）より、Ａ像信号の横縞ノイズの位相θＡ、Ａ＋Ｂ像信号の横縞ノイズの位相θＡＢは、それぞれ、式（１０）、（１１）となる。

また、Ａ像信号の横縞ノイズの振幅ＧＡおよび、Ａ＋Ｂ像信号の横縞ノイズの振幅ＧＡＢは、それぞれ、式（１２）、（１３）となる。

式（１０）、（１１）より、横縞ノイズの位相θＡ、θＡＢは、ノイズ源の初期位相θ、周波数ｆ、Ａ＋Ｂ像信号の読み出しタイミングΔｔ２およびＡ像信号の読み出しタイミングΔｔ１により決定される。

ここで、焦点検出用のＢ像信号に関しては、Ａ＋Ｂ像信号とＡ像信号の差分により取得しており、Ｂ像信号の横縞ノイズは、Ａ＋Ｂ像信号の横縞ノイズとＡ像信号の横縞ノイズの差分ＬＡＢ（ｎ）−ＬＡ（ｎ）となる。したがって、Ａ＋Ｂ像信号とＡ像信号の横縞ノイズの位相関係によって、Ｂ像信号の横縞ノイズは増幅されてしまう場合と、軽減される場合とがある。

図６は、Ａ＋Ｂ像信号の横縞ノイズとＡ像信号の横縞ノイズとの位相関係によるＢ像信号における横縞ノイズの影響を説明する図である。
Ａ＋Ｂ像信号の横縞ノイズの位相をθＡＢ、Ａ像信号の横縞ノイズの位相をθＡと記述する。また、式（８）、（９）により求められるＡ像信号およびＡ＋Ｂ像信号の横縞ノイズ成分をＬＡ（ｎ）、ＬＡＢ（ｎ）と記述する。

図６（Ａ）は、θＡとθＡＢとの位相差が０となる場合を示す。この時、式（１２）、（１３）で示される横縞ノイズの振幅ＧＡとＧＡＢとが一致している場合には、ＬＡ（ｎ）＝ＬＡＢ（ｎ）となり、Ｂ像の横縞成分はゼロとなる。

ここで、ＧＡとＧＡＢとが一致しない場合においても、ＬＡ（ｎ）とＬＡＢ（ｎ）とが同一の位相の場合は、Ｂ像信号の横縞ノイズの振幅は、Ａ＋Ｂ像の横縞ノイズの振幅、Ａ像信号の横縞ノイズの振幅よりも小さい値に抑制することができる。

図６（Ｂ）は、θＡとθとの位相差がπである場合、すなわち、θ２＝θ１＋πである場合を示す。この時、式（１２）、（１３）で示される横縞ノイズの振幅ＧＡとＧＡＢが一致している場合には、ＬＡ（ｎ）＝−ＬＡＢ（ｎ）となり、Ｂ像の横縞成分は、Ａ像およびＡ＋Ｂ像の２倍の振幅の横縞となってしまう。

ＧＡとＧＢとが一致しない場合においても、ＬＡ（ｎ）とＬＡＢ（ｎ）は反転の位相となるので、Ｂ像信号の横縞ノイズの振幅は、Ａ＋Ｂ像の横縞ノイズの振幅およびＡ像信号の横縞ノイズの振幅よりも大きい値となってしまう。したがって、撮像装置は、θＡとθＡＢとの位相差がゼロとなるように、位相を制御する。これにより、Ｂ像信号の横縞ノイズの振幅を抑制することが可能となる。

位相差がゼロとなる条件は、θＡ＝θＡＢ＋２Ｎπであり、式（１０）、（１１）より、式（１４）の条件となる。

撮像装置が備える全体制御・演算回路１１０４は、撮影画像用のＡ＋Ｂ像信号の読み出しタイミングΔｔ２と、焦点検出用の読み出しタイミングΔｔ１とを、式（１４）を満足させるように決定する。つまり、全体制御・演算回路１１０４は、第１の除去動作のタイミングと第２の除去動作のタイミングとの差分が、ノイズ源の周波数の逆数の偶数倍となるように制御する。これにより、Ｂ像信号の横縞ノイズの振幅を抑制することができる。

ここで、Ａ像信号、Ａ＋Ｂ像信号の横縞ノイズの振幅は、式（１４）を満足させただけでは抑制することはできない。したがって、撮像装置は、式（１２）、（１３）で示される横縞ノイズの振幅が閾値以下となるように、Δｔ１、Δｔ２を決定する。これにより、Ａ像信号、Ａ＋Ｂ像信号、Ｂ像信号のいずれの横縞ノイズの振幅も抑制することが可能となる。その結果、撮影画像の画質劣化、焦点検出精度の低下を防止できる。

さらに、撮影画像用のＡ＋Ｂ像信号の読み出しタイミングΔｔ２および焦点検出用の読み出しタイミングΔｔ１に対する制約を、実施例１の場合における制約よりも緩和することができるので、実施例１と比較して読み出し時間の増大も抑制することが可能となる。以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（その他の実施例）
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。

１１１０ 撮影レンズ
１１０１ 撮像素子
１１０４ 全体制御・演算回路

Claims (6)

1. 一つのマイクロレンズに対して撮像光学系の射出瞳の分割された異なる領域を通過した光束を光電変換して画像信号を生成する第１、第２の光電変換部を有する画素部を備える撮像素子と、
   前記画素部が有する光電変換部から画像信号を読み出す制御手段とを備え、
   前記制御手段は、リセット信号を読み出すタイミングと前記第１の光電変換部から第１の画像信号を読み出すタイミングとの時間差である第１の除去動作のタイミング、および前記リセット信号を読み出すタイミングと前記第１および第２の光電変換部から第２の画像信号を読み出すタイミングとの時間差である第２の除去動作のタイミングが、画像信号の読み出し動作中に発生するノイズ源の周波数と所定の関係となるように制御する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記第１の除去動作のタイミング、前記第２の除去動作のタイミングのそれぞれが前記ノイズ源の周波数の逆数の整数倍となるように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記第１の光電変換部から読み出される第１の画像信号の横縞ノイズの位相と、前記第１および第２の光電変換部から読み出される第２の画像信号の横縞ノイズの位相との位相差がゼロとなるように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記第１の除去動作のタイミングと前記第２の除去動作のタイミングとの差分が、前記ノイズ源の周波数の逆数の偶数倍となるように制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記第１の光電変換部から読み出される第１の画像信号の横縞ノイズの振幅と、前記第１および第２の光電変換部から読み出される第２の画像信号の横縞ノイズの振幅とが閾値以下となるように制御する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の撮像装置。
6. 一つのマイクロレンズに対して撮像光学系の射出瞳の分割された異なる領域を通過した光束を光電変換して画像信号を生成する第１、第２の光電変換部を有する画素部を備える撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、
   前記画素部が有する光電変換部から画像信号を読み出す制御工程を有し、
   前記制御工程では、リセット信号を読み出すタイミングと前記第１の光電変換部から第１の画像信号を読み出すタイミングとの時間差である第１の除去動作のタイミング、および前記リセット信号を読み出すタイミングと前記第１および第２の光電変換部から第２の画像信号を読み出すタイミングとの時間差である第２の除去動作のタイミングが、画像信号の読み出し動作中に発生するノイズ源の周波数と所定の関係となるように制御する
   ことを特徴とする制御方法。