JP3592147B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置及びその制御方法及び撮像装置及び光電変換セルの基本配列及び記憶媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータで画像を扱う用途が飛躍的に増大している。ここにおいて、コンピュータに画像を取り込むためのデジタルカメラの製品化が活発になっている。このようなデジタルカメラの発展動向として、静止画像を扱うデジタルスチルカメラは多画素化への方向性をより鮮明にしており、通常動画像用（ビデオムービー）カメラの撮像素子の画素数が２５万から４０万画素であるのに対し、８０万画素（ＸＧＡクラス）の撮像素子を搭載するカメラが普及しており、さらに最近では１００万画素から１５０万画素程度のものが多く世に出されている。さらに、交換レンズタイプの高級機では、２００万画素、４００万画素、６００万画素といった高画素撮像素子を用いたカメラも製品化されるにいたっている。
【０００３】
カメラのＡＦ、ＡＥといったカメラ撮影系の制御は、ビデオムービーカメラでは、ビデオレートで連続的に出力される撮像素子の出力信号を用いておこなっており、このためＡＦではＴＶ−ＡＦ（山登り方式、コントラスト方式）を行っている。
【０００４】
一方で、デジタルスチルカメラでは、画素数、カメラの動作方法により様々な方法がとられる。一般にビデオムービーで用いる２５万画素から４０万画素クラスでは、多くのものはカメラに搭載されるカラー液晶表示器（最近は２インチ程度のＴＦＴ液晶が多く用いられている）にセンサからの繰返し読み出し信号（画像）を表示すること（以下ファインダーモード、あるいはＥＶＦモード）から、基本的にビデオムービーカメラと動作が同じであり、このためにビデオと同様な方式がとられることが多い。
【０００５】
しかしながら、８０万画素クラス以上の撮像素子をもつデジタルスチルカメラ（以下高画素デジタルスチルカメラ）においては、ファインダーモード時の撮像素子の動作は、ファインダーレートを早くする（ビデオレートに近づける）ために液晶表示器に表示するために必要な信号ライン、あるいは画素以外はなるべく間引かれるような駆動方法がとられる。
【０００６】
また、１００万画素を越えるような本格的なデジタルスチルカメラでは、銀塩カメラ同様に静止画像を即座にとるニーズがつよいことから、レリーズスイッチを押してから撮影までの時間が短いことが要求される。
【０００７】
このような理由で、高画素デジタルスチルカメラでは様々なＡＦ、ＡＥ方式がとられる。以下、その例を述べる。
（１）ＡＦに関して
（ａ）撮像素子とは別にＡＦのためのセンサをもつ。そして、ＡＦ方式としては、銀塩カメラで用いられるような位相差方式、コントラスト方式、距離計方式、アクティブ方式等がある。
【０００８】
（ｂ）撮像素子そのものの出力を利用する。なお、この場合、撮像素子の全画素を読み出すのでは時間がかかりすぎること、また、測距のためには、全画素の情報を必要としないことから、撮像素子の特定領域のみ（但し、その領域内の信号は間引かない）の信号を用いた山登り方式、位相差方式が行われる。
（２）ＡＥに関して
（ａ）撮像素子とは別にＡＥ用のセンサをもつ。
【０００９】
（ｂ）撮像素子そのものの出力を利用する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来例の高画素デジタルスチルカメラにおいては以下の問題がある。
【００１１】
まず、ＡＦでいうと、撮像素子以外にＡＦのためのセンサを持つ場合、そのセンサに像を結ぶためのレンズ系、また、それぞれのＡＦ方式を実現するための機構（たとえば、アクティブ方式では赤外光の発生部と投影のためのレンズと受光センサと受光レンズ、赤外投光の移動機構であり、位相差方式では測距センサへの結像レンズ、位相差を設けるためのメガネレンズ等）が必要となり、カメラの大きさを大きくすることとなり、当然コスト高となる。また、撮像素子への光学系とＡＦセンサへの光学系の経路の差、またそれぞれの光学系を構成するモールド部材等の製造誤差、温度による膨張などの要因による誤差など、撮像素子そのものを使うＡＦに対して誤差要因が増えることとなる。このような誤差成分は、交換レンズ式のデジタルスチルカメラではレンズ固定のデジタルスチルカメラよりも大きくなる。
【００１２】
このために、撮像素子の出力そのものを使うＡＦ方式が模索されることとなる。このうち、山登り方式は合焦までの時間が長くなる欠点がある。このために、本願出願人は、既に、撮像素子へ結像するためのレンズ系に、光軸に対して対称の位置に瞳位置を移動させる機構を設けることで、夫々の瞳を通って結ばれた像の位相差からデフォーカス量を求めて、レンズのフォーカスをあわせる方式を提案している（特開平９−４３５０７号公報）。この方法によって、早い速度で精度の高いＡＦが実現されている（ＡＦのためには、撮像素子中の特定の数ラインが読み出され、その他は高速にクリアされるので、信号読み出しに時間はかからない）。ただし、この方式では瞳移動のための機構が必要になり、そのための体積とコストが要求される。
【００１３】
ＡＥに関しても同様のことがいえる。撮像素子以外にＡＥセンサを持つ場合、ＡＥセンサのための機構部が必要になるのである。次に、撮像素子そのものの信号電荷を使う場合であるが、撮像素子のダイナミックレンジが低いことから、絞り径か、シャッタースピードを変えての複数回の測光のための撮像駆動が必要になる。このために、本撮影までの時間が長くなるという問題、また、絞りを逐次動かすことでの消費電力の増加といった問題点がある。
【００１４】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、カメラの機構部を増やすことなく、かつ、消費電力を増すことなく、精度の高いＡＦ、ＡＥができる固体撮像装置及びその制御方法及び撮像装置及び光電変換セルの基本配列及び記憶媒体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された固体撮像装置において、前記光電変換セル群のうちの少なくとも一部が、測距のための信号を出力するように構成され、前記測距のための信号を出力する前記少なくとも一部の光電変換セルは、周囲を画像信号を形成するための信号を出力する複数の光電変換セルに囲まれていることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第１の行と、該第１の行に隣接する第２の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴としている。
【００２３】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第１の行と、該第１の行の上下に隣接する第２の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列と第２の光電変換セルを含む基本的な配列とを交互に配置した配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴としている。
【００２５】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列と第２の光電変換セルを含む基本的な配列を交互に配置した第１の行と、該第１の行に隣接する第１の行とは逆に第１の基本配列と第２の基本配列を配した第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴としている。
【００２６】
また、この発明に係わる固体撮像装置において、前記第１の光電変換セルのつながりにより出力される信号と前記第２の光電変換セルのつながりにより出力される信号との位相差から、撮像素子に被写体像を結ぶための光学系のフォーカスを調整することを特徴としている。
【００２７】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測光のための信号を出力するように構成されており、前記測光のための信号を出力する光電変換セルは、光電変換部の上部に特定の開口部を有する遮光膜層を有し、前記撮像領域には、測光のための信号を出力する複数の光電変換セルであって、互いに開口率の異なる前記開口部を有する光電変換セルが任意の場所に配置されていることを特徴としている。
【００２８】
また、この発明に係わる固体撮像装置において、前記開口率の異なる光電変換セルのそれぞれの出力に基づいて露出制御を行うことを特徴としている。
【００３３】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配置された固体撮像装置において、２次元画像を形成するための輝度信号、又は輝度信号と色信号を生成するための信号を出力する第１の光電変換セルと、焦点検出を行うための信号又は測光のための信号を出力する第２の光電変換セルと、前記第１の光電変換セルから出力される信号と前記第２の光電変換セルから出力される信号の両者を含む信号を読み出す第１の読み出しモードと、前記第２の光電変換セルから読み出される信号は含まずに第１の光電変換セルから読み出される信号を含む信号を読み出す第２の読み出しモードとを切り換える切り換え手段とを具備することを特徴としている。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
（第１の実施形態）
まず最初に、本発明の第１の実施形態の基本となる画素配列に関して、図１と図１２を用いて説明する。図１は撮像素子の画素配列を示したものである。図１２は通常の画素配列を示したものである。
【００４９】
図１２を説明する。ここに示されたものは２画素×２画素を基本単位とするエリアセンサの基本単位部の色配列である。ここで、（ａ）はベイヤ配列である。（ｂ）はベイヤ配列を補色フィルターに適用したものである。以下では、（ａ）を純色ベイヤ配列、（ｂ）を補色ベイヤ風配列とよぶ。（ｃ）は補色３色にＧを加えたものである（Ｇ込補色配列）。
【００５０】
通常知られる画素配列としては、このほかに２画素×４画素単位の補色市松配列があり、これはビデオムービーカメラ用のセンサとして最もよく使われる。また、本願出願人より提案されている色配列として２画素×８画素の補色市松がある（特開平９−４６７１５号公報）。
【００５１】
ここで、２画素×４画素、２画素×８画素の色配列は動画像（インターレース走査を行うビデオ）を扱うエリアセンサとしては優位であるが、スチル画像を扱うカメラとしては２画素×２画素の方が信号処理を簡易化でき、かつ、高画質の画像を得ることができる。以下では、２画素×２画素で説明するが、２画素×４画素、２画素×８画素の色配列をもつエリアセンサにも適用できるものである。
【００５２】
一実施形態の基本画素配列である図１について説明する。（ａ）は純色ベイヤ配列の場合、（ｂ）は補色ベイヤ風配列、またはＧ込補色配列の場合である。
【００５３】
ここで、Ｓの部分は、ＡＦのための測距あるいは、ＡＥのための測光データを読み出すための、機能センサセルである。本実施形態のセンサは撮像素子そのもののなかにＡＦ、ＡＥのためのセンサとしての機能をもつ画素を構成することで、カメラのＡＦのための測距、ＡＥのための測光を撮像素子そのものからの信号を読み出すことで行うことを可能ならしめる。これによって、高精度のＡＦ、ＡＥを可能ならしめる。また、撮像素子そのものの信号を使った従来のＡＥのように測光のための所要時間が長くなるようなこともない。そして、別にセンサを持つ場合に必要な機構部が無くせることで、カメラを小型で低価格のものとすることができる。
【００５４】
次に、本実施形態におけるＡＦのための測距のためのデータを検知するための画素と、その画素を配したエリアセンサについて説明する。
【００５５】
高画素デジタルスチルカメラ用の撮像素子としては、主にインターライン型ＣＣＤかフルフレーム型ＣＣＤが使われる。このうちインターライン型ＣＣＤは２／３インチ光学系以下の低価格なカメラ、フルフレーム型ＣＣＤは１インチ光学系以上の高価格なカメラに用いられることが多い。この両者の違いでもっとも大きいのは、インターライン型ＣＣＤは、撮像素子に光が入射していても撮像された信号電荷を読み出すことが可能であるが、フルフレームＣＣＤでは、撮像素子の前面に設けられるメカニカルシャッタを閉じないと信号電荷の読み出しができないことである。
【００５６】
しかしながら、本願発明者は、すでにこの解決方法として、フルフレームＣＣＤのイメージエリアと水平ＣＣＤの間にわずかのライン分の電荷を蓄積するためのストレージ部を設ける構造の改良フルフレーム型ＣＣＤと、それによるメカニカルシャッタを開いた状態でのＡＦ、ＡＥのための部分読み出し駆動方法を提案している。また、インターライン型ＣＣＤでのＡＦ、ＡＥのためのイメージエリア内の部分的に必要な部分のみを高速に読み出す方法（すなわち、必要な部分以外の信号電荷の高速クリアの方法）も提案している。これにより、イメージエリア内に配された測距、測光画素を含む領域の信号電荷をメカニカルシャッタを何度も開閉することなく短時間に読みだすことがインターライン型ＣＣＤでも、フルフレーム型ＣＣＤ（但し、改良型）でもおこなうことができる。以下、改良型のフルフレーム型ＣＣＤを用いた一実施形態について説明するが、インターライン型にも適用できるものである。
【００５７】
図１１は改良型のフルフレーム型ＣＣＤエリアセンサの構造図である。
【００５８】
１はｍ行×ｎ列（以下、縦の並びを列、横の並びを行と呼ぶ）画素のイメージエリアであり、感光するｎ本の垂直ＣＣＤにより構成される。
【００５９】
ここで、ＶＣＣＤは通常、２〜４相駆動、あるいはバーチャルフェーズのような疑似１相駆動ＣＣＤから構成される。この領域のＣＣＤの転送のためのパルスがΦＶＩである（当然のことながら、擬似１相駆動ＣＣＤでは１種類のパルスのみ、２相であれば２相の電極に与える２種類のパルスというようにＶＣＣＤの構成により加えられるパルスの種類は異なる。以下、ストレージ部も水平ＣＣＤも同様であるが、説明を簡易ならしめるためにパルス記号は１つだけを記載する）。
【００６０】
２はイメージエリアｎ列中の任意のｏ列を蓄積するための部分ストレージエリアである。ｏはｎの数パーセント程度の行が蓄積できるように構成される。したがって、このメモリ部による撮像素子のチップ面積の増加分は極めて微量である。この領域のＣＣＤの転送のためのパルスがΦＶＳである。そして、この領域は上部に遮光のためのアルミ層が形成される。
【００６１】
３はイメージエリア１で光電変換された信号電荷の一行ずつを受け取り出力アンプ４に出力するための水平ＣＣＤであり、ΦＳはこれの転送パルスである。
【００６２】
４は水平ＣＣＤ３から転送されてくる各画素の信号電荷を電圧信号に変換するための出力アンプで、通常フローティングディフュージョンアンプが構成される。
【００６３】
５は水平ＣＣＤと不図示のチャネルストップ（ドレインバリア）をはさんで形成される不要電荷の掃き捨てのための水平ドレインであり、部分読み出し時における不要領域画素の信号電荷は水平ＣＣＤからチャネルストップをこえてここに排出される。なお、水平ＣＣＤと水平ドレインの間のドレインバリア上に電極を設け、これに与える電圧を変えることで不要電荷の掃き捨てを効率的にすることもなされる。
【００６４】
基本的にこの構成は通常のフルフレームＣＣＤにわずかのストレージ領域を設けたものであり、これにより任意の場所の部分読み出しを可能とするのである。
【００６５】
以下、画素構造を説明するが、ここでは便宜上、バーチャルフェーズの場合で説明する。
【００６６】
図１３にイメージエリアの画素構造を示す。（ａ）は上部からみた構造図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面の構造とポテンシャルプロフィールである。
【００６７】
図１３において、２０１は光透過性のあるポリシリコンで形成されるクロックゲート電極であり、この電極下の半導体表面がクロックフェーズ領域である。クロックフェーズ領域はイオンの打ち込みにより２領域に分けられ、その一方が、クロックバリア領域２０２であり、もう一方がクロックバリアよりもポテンシャルが高くなるようにイオンを打ち込むことで形成されるクロックウエル領域２０３である。
【００６８】
２０４は半導体表面にＰ＋層を形成することでチャネルポテンシャルを固定するためのバーチャルゲートであり、この領域がバーチャルフェーズ領域である。この領域もまた、Ｐ＋層より深い層にＮ型イオンを打ち込むことで２領域にわけられ、その一方がバーチャルバリア領域２０５、もう一方がバーチャルウエル領域２０６である。２０７は電極と半導体の間にもうけられる酸化膜などによる絶縁層である。２０８は各ＶＣＣＤのチャネルを分離するためのチャネルストップである。
【００６９】
なお、ここでは図示しなかったが、強い光が入射した場合に電荷が隣接画素にあふれて擬似信号となるブルーミング現象の防御の機能が付加される。その代表的な方法は横形オーバーフロードレインを設ける方法である。
【００７０】
すなわち、各ＶＣＣＤに接してＮ＋層よりなるドレインが設けられ、オーバーフロードレインと電荷転送チャネルとの間にはオーバーフロードレインバリアが設けられる。オーバーフロードレインバリアの高さを超える電荷はドレインに掃き捨てられることになるのである。ドレインバリアの高さはイオンのうちこみにより固定されるか、オーバーフロードレインバリア上に電極（オーバードレインバリア電極）を構成することで、ドレイン電極に加える電圧（ＶＯＤ）の値の制御によりドレインバリアの高さを変えるようにされる。
【００７１】
ＶＣＣＤの転送はクロック電極２０２に任意のパルスを加えることでクロックフェーズ相のポテンシャルをバーチャル層のポテンシャルに対して上下に動かすことで電荷を水平ＣＣＤの方向へ転送する。（図１３（ｂ）→○で電荷の移動の概念を示す。）
以上はイメージ部の画素構造であるが、ストレージ部の画素構造もこれに準ずる。ただし、この領域は、画素上部がアルミ遮光されているため、ブルーミングを防御する必要がないのでオーバーフロードレインは省かれる。Ｈ−ＣＣＤも、また、バーチャルフェーズ構造とされるがＶＣＣＤからの電荷をうけとり、かつそれを水平に転送することができるようにクロック相領域とバーチャルフェーズ相領域のレイアウトを構成する。
【００７２】
さて、図１１に示されたイメージ部のＣＣＤセルの上部にはカラーフィルタが設けられる。また、カラーフィルタとＣＣＤセルの間には、各色の混色を防止するためのメタル遮光層が設けられる。図１４がその構造図である。
【００７３】
２０９は半導体表面の保護層である。２１０は混色防止のためのメタル層である。但し、これは色フィルタと同様の材料で作られる黒の色素層で構成されることもある。２１１は色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層、２１２は純色のいずれかの色か補色のいずれかの色のカラーフィルタ層、２１３はフィルタ層を保護する保護層である。
【００７４】
さて、上記のフルフレームＣＣＤにＡＦのための測距用の画素を構成した場合の配列を図２に示す。通常のベイヤ配列のセンサにＳ１の機能画素を複数もつラインとＳ２の機能画素をもつラインが並んで構成される。
【００７５】
ここで、Ｓ１とＳ２の画素構成を説明する。
【００７６】
図３にＳ１の画素構造を示す。（ａ）は上部からみた図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面である。この画素はフィルタ層はもたず、最上部にマイクロレンズ２１６が構成される。２１５はマイクロレンズを形成するための平面を構成するための平滑層であり、色画素の２１３に相当する（当然、２１３と同一工程でつくられる）。この画素で特徴的なのは色画素の混色防止遮光メタルの同一平面上に、画素の光電変換エリアの中心部から一方に偏った（偏心した）開口部を有する遮光層を構成したところにある。
【００７７】
図４はＳ２の断面構造図である。Ｓ１とは反対方向に画素中心から同距離のところに開口部をもつ。
【００７８】
１００万画素を越えるエリアセンサにとっては、図２の配列で、Ｓ１の行とＳ２の行はほとんど同一ラインとして近似の像がマイクロレンズ上に結像される。いま撮像素子に像を結ぶカメラレンズが撮像素子上でピントがあっているのであれば、Ｓ１を含む行のＳ１群からの像信号と、Ｓ２を含む行のＳ２群の信号群からの像信号は一致する。もし、ピントを結ぶ点が撮像素子のイメージ面よりも前方か後方にあるならば、Ｓ１を含む行のＳ１群からの像信号と、Ｓ２を含む行のＳ２群の信号群からの像信号の位相差が生じる。そして、結像点が前の場合と後の場合では位相のずれ方向が逆になるのである。
【００７９】
これは、原理的には、先に上げた特開平０９−０４３５０７号公報の瞳分割位相差ＡＦと同じである。Ｓ１の光電変換部からカメラレンズを見た場合と、Ｓ２の光電変換部からカメラレンズをみた場合とでは、あたかも光学中心に対して瞳が左右に分割したように見える。
【００８０】
図５にピントずれによる像ずれの概念図を示す。ここではＳ１とＳ２を合一させＡ、Ｂの点で示した。また、わかりやすくするために各機能画素の間の色画素も省いて、あたかも機能画素がならんでいるように示している。
【００８１】
被写体の特定点からの光は、Ａにとっての瞳を通って該当のＡ点にはいる光線束（ΦＬａ）と、Ｂにとっての瞳を通って該当のＢ点に入る光線束（ΦＬｂ）に分けられる。この２つの光束は、もともと１点より発したものであるから、もしカメラレンズのピントが撮像素子面上にあっていれば同一マイクロレンズで括られる１点に到達することとなる（ａ）。しかし、たとえばｘ手前であれば、２θｘだけたがいにずれるのである（ｂ）。仮に、−ｘであれば、到達点は逆方向にずれる。
【００８２】
この原理に基づき、Ａの並びでできる像（光の強弱による信号線）とＢの並びによりできる像はカメラレンズのフォーカスがあっていれば一致し、そうでなければずれることとなる。
【００８３】
本実施形態の撮像素子は、この原理に基づき、開口位置の異なるマイクロレンズをもった画素を基本配列のなかに組み込み、第１の開口をもつ画素（Ｓ１）を含む基本配列の行と第２の開口をもつ画素（Ｓ２）を含む基本配列の行を隣接してならべる領域を設けたのである。この領域のＳ１群からの行像信号とＳ２群からの行像信号のずれ分を演算してカメラレンズのフォーカスのずれ分をもとめ、カメラのフォーカスを動かしてやればオートフォーカスが可能になる。
【００８４】
さて、このようなＳ１群、Ｓ２群よりなる測距画素を有する領域は撮像エリア全てにある必要はない。また行全てに行き渡る必要はない。たとえば、図１０に示されるように数ポイントに測距領域を埋め込めばよい。
【００８５】
そして、測距のための信号を撮像素子から読み出す場合は測距のための信号の含まれるラインだけを読み出し、他の不要な電荷は高速にクリアすればよい。
【００８６】
先にのべた改良型フルフレーム型ＣＣＤの画像取り込みモードを図１５のタイミング図を用いて、測距領域部分を読む部分読み出しモードを図１６のタイミング図を用いてそれぞれ以下に説明する。
【００８７】
図１１のセンサを用いた通常の撮影では、最初、撮像素子の前面に設けられるメカニカルシャッターは閉じられており、まず、ΦＶＩ、ΦＶＳ、ΦＳに高速なパルスを加えることで、イメージエリア、ストレージエリアの電荷をクリアドレイン５に掃き捨てるクリア動作が行われる（Ｔｃｌｅａｒ）。
【００８８】
このときのΦＶＩ、ΦＶＳ、ΦＳのパルス数はＶＣＣＤの転送段数ｎ＋ｏ以上のパルスが加えられ、イメージエリア、ストレージエリア内の電荷を水平ＣＣＤを通して、水平ドレイン及びフローティングディフュジョンアンプの先のクリアドレインに排出する。水平ＣＣＤと水平ドレインの間にゲートがある撮像素子であれば、このクリア期間中のみゲートを開けるようにしておけばより効率的な不要電荷排出を行うことができる。
【００８９】
クリア動作が終了すると、直ちに、メカニカルシャッタは開かれ適正露光量を得るための時間に達するとシャッタは閉じられる。この期間を露光時間（または蓄積時間）とする（Ｔｓｔｏｒａｇｅ）。蓄積時間中Ｖ−ＣＣＤは停止される（ΦＶＩ、ΦＶＳはＬｏｗレベル）。
【００９０】
センサ面に入射する光（センサ前面の結像レンズを通過してセンサ表面に結像される像光）に応じて発生する信号電荷は各画素内のバーチャルウエルに集積される。そして、オーバーフロードレインバリアの障壁の高さをこえる電荷量になると、それ以上発生する電荷はオーバーフロードレインに捨てられる。ストレージ部は遮光されているので、各画素は信号電荷のない空の状態である。
【００９１】
シャッタが閉じられると、まず、ｏライン分の垂直転送がなされる（Ｔｃｍ）。この動作によりイメージエリアの最初のライン（ストレージ部と隣接するライン）はストレージ部の頭（Ｈ−ＣＣＤに隣接するライン）に転送される。この最初のｏライン転送は連続的になされる。次にイメージ部の最初のラインをＨ−ＣＣＤに転送する前にＨ−ＣＣＤを電荷クリアのために、一度、水平ＣＣＤの全段数分の転送をしておくこととなる（Ｔｃｈ）。これにより先のイメージ部、ストレージ部のクリア時（Ｔｓｔｏｒａｇｅ）に水平ＣＣＤに残った不要電荷分とストレージ部クリア（Ｔｃｍ）により水平ＣＣＤに集められたストレージ部の暗電流分の電荷が排出される。
【００９２】
さて、ストレージ部クリア（これはイメージ部の最初のラインの信号が水平ＣＣＤに接するＶＣＣＤの最終段まで進められる読み出しセット動作でもある）、及び、水平ＣＣＤクリアが終了するとすぐに、イメージ部の信号電荷は１ライン目から、順次Ｈ−ＣＣＤに転送され逐次ライン毎の信号が読み出される（Ｔｒｅａｄ）。このようにして読み出された信号電荷はＣＤＳ回路、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換回路よりなる前段処理回路により、デジタル信号にされ、画像信号処理される。
【００９３】
次に、本センサを用いたデジタルカメラのＡＦのための部分読み出しについて図１６のタイミング図を用いて説明する。
【００９４】
通常、フルフレーム型センサは転送時はシャッタを閉じておかなければならないことから、ＡＦ、ＡＥセンサを別に設ける。これに対し、本センサでは、シャッタを開放したままでイメージ部の一部分を単発に、あるいは繰り返し読み出すことができる。
【００９５】
まず、イメージエリア内の任意の場所のｏライン（ｎｏライン）の信号電荷をストレージエリアに蓄積し、かつ、蓄積する任意のｏラインの前段のイメージ領域（ｎｆ）の信号電荷を排出するためのｏ＋ｎｆライン分の電荷掃き捨てのための前段クリア転送が行われる（Ｔｃｆ）。これにより、前段クリアＴｃｆの前の蓄積期間（Ｔｓ）においてｎｏラインに蓄積された信号電荷はストレージエリア２に蓄積される。
【００９６】
その直後、水平ＣＣＤ内に残る前段クリアの残り電荷分を掃き捨てる水平ＣＣＤクリアをおこなう（Ｔｃｈ）。この後、ストレージ部のｎｏラインの信号電荷は１ライン毎にＨ−ＣＣＤに移され、逐次出力アンプから読み出される（Ｔｒ）。そして、ｎｏラインの信号の読み出しが終了すると撮像素子の全段のクリア動作が行われる（Ｔｃｒ）。これにより、高速の部分読み出しが終了する。そして、これを同様に繰り返せば部分読み出しの連続駆動もできる。結像の位相差を測定することでＡＦをおこなう前記の方法では、ＡＦのための読み出しのためには、イメージエリア内の数個所くらいを読み出すことがあるわけだが、たとえば、第１回の１シーケンス（Ｔｃｒ−Ｔｓ−Ｔｃｆ−Ｔｒ）でＨ−ＣＣＤ側、第２回目の１シーケンスで中間位置、図３の１シーケンスでＨ−ＣＣＤの逆側の信号を読み出すというように場所を変えた読み出しを繰り返すことで、数個所のピント位置の差を測定し、重み付けをすることもおこなわれる。
【００９７】
上記で、部分読み出しの１サイクルの動作と読み出し場所を変える方法を説明したが、１サイクルで複数個所の信号を読み出す（ストレージエリアに蓄積）することも可能である。たとえば、ストレージ部にｏ／２ラインを入れた直後、ストレージエリアの電極の電圧をＨｉｇｈとしておき（すなわち、イメージエリアからの信号電荷の転送を止める壁をつくる）、つぎに必要なｏラインまでの電荷をイメージ部のＶＣＣＤの最終段のバーチャルウエルに転送するべく、次に必要な信号までの段数分のパルスをイメージエリアの電極に加える。それにより、次に必要な信号までの間の電荷は最終段のバーチャルウエル転送され、オーバーフロードレインバリアを越える電荷分はオーバーフロードレインに排除される。次に、イメージエリア電極とストレージエリア電極に転送パルスをｏ／２パルス加えると、ストレージエリアには最初のｏ／２ラインの次に、中間部のクリア残りの無効ライン後に第２の領域の（ｏ／２）−１ライン分の信号ラインの信号が蓄積されることとなる。さらにこれを３領域取り込むのであれば、第２の信号取り込み後に第２の中間クリアをおこなって第３の領域の信号を取り込めばよい。いうまでもないが、取り込み領域が増えれば、各箇所の取り込みライン数は減ることとなる。このように１サイクルで複数箇所のデータが読み出されば、先の１サイクル毎に別の箇所を読み出すよりも早い速度でのＡＦが可能となる。
【００９８】
図６、図７、図８はＳ１、Ｓ２の配列の仕方を変えたものである。これまで述べてきた実施形態では第１の位相検知行と第２の位相検知行が僅かではあるがずれている。１００画素を越える撮像素子では実用上問題となることはないが、これらの実施形態は、位相検知行をより同一箇所に近似させようというものである。
【００９９】
図６は同一行にＳ１とＳ２を交互に配した。図７はＳ１の行をＳ２の行の上下に設けたものでＳ１による第１の行と第２の行の補間によりＳ２の行に相当するＳ１行データを作るものである。図８は図６の変形であり、Ｓ１、Ｓ２を交互にもつ行を２行にしそれぞれジグザグになるように配したものである。
【０１００】
以上のように、位相差信号を作り出すための画素群とその部分のみを読み出す駆動方法により、高速で、かつ精度の高いＡＦが可能となる。
【０１０１】
この撮像素子で本撮影の画像のＲｏｗデータ（各画素のそのままの情報）の画像処理においては、Ｓ１、Ｓ２の部分は周辺の色画素からの補間によりなされる。このことにより、画質の劣化ははとんどなく、かつ、画像取り込み以外の測距データをも読みこめる撮像素子が実現するのである。このような補間をする前提にたつと、図１のような２×２画素で３色と１機能セルだと補間が簡易で、かつ画像劣化もほとんど問題にならない。もちろん、２×４配列も可能であるが、Ｓ１行とＳ２行の距離が２×２よりも離れることとなる。
【０１０２】
以上はＡＦのための測距画素群を含む撮像素子の実施形態であるが、以上の応用として、ＡＥのための情報をえるための画素群をもつ撮像素子を構成することができる。その実施形態を以下に説明する。
【０１０３】
図９はＡＥ用画素として機能する画素の開口部である。これらの開口部はＡＦ用画素と同様にメタル遮光膜により形成される。ＡＦ画素と異なるのは開口の中心部と光電変換部の中心が一致する点である。なお、ＡＥの画素部はＡＦ用の画素のようにマイクロレンズを必ずしも必要としない。要は感度の差が明確であればよいのである。
【０１０４】
Ｓ３の感度を１としたとき、Ｓ４は１／２（すなわち１段落ち）、Ｓ５は１／４（すなわち２段落ち）、Ｓ６は１／８（すなわち３段落ち）である。これらＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を撮像エリアの任意の複数領域に、夫々複数配する。そして、それらからとれる各領域のＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６画素群の積分値と各色画素の積分値とから、現行の露出が適正レベルからどれだけずれているかを演算することができる。
【０１０５】
このように、開口のことなる画素の複数を複数領域に配することで、露出レベルを振りながら撮像素子の出力レベルを調整するＡＥの方法に対して、はるかに早い速度でのＡＥが可能となるのである。いうまでもないが、この場合も先のＡＦのときと同様に検知画素を含む領域部分のみの読み出しがなされることで、撮像素子の読み出し時間の短縮がなされる。
【０１０６】
以上は改良型のフルフレーム型ＣＣＤで説明してきたが、インターライン型ＣＣＤ撮像素子、フレームトランスファ型ＣＣＤ撮像素子、また、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子にも適用できるものである。
【０１０７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する前に、第１の実施形態のさらに改良可能な点について説明する。
【０１０８】
図１７、図１８に第１の実施形態における焦点検出の概念図を示す。ここでは説明のためＳ１及びＳ２を同一の平面上に表す。
【０１０９】
被写体の特定点からの光はＳ１にとっての瞳を通ってＳ１に入射する光束（Ｌ１）と、Ｓ２にとっての瞳を通ってＳ２に入射する光束（Ｌ２）に分けられる。この二つの光束は、カメラのピントが合っているときには、図１４に示すようにマイクロレンズ表面上の一点に集光する。そしてＳ１及びＳ２には同一の像が露光される。これにより、Ｓ１の行から読み出した映像信号と、Ｓ２の行から読み出した映像信号は同一のものとなる。
【０１１０】
一方、カメラのピントが合っていないときには、図１８に示すように、Ｌ１とＬ２はマイクロレンズ表面とは異なる位置で交差する。マイクロレンズ表面と二つの光束の交点との距離すなわちデフォーカス量がｘであったとする。また、この時に発生したＳ１の像とＳ２の像のずれ量がｎ画素分であり、センサピッチがｄ、二つの瞳の重心間の距離がＤａｆ、レンズの主点から焦点までの距離がｕであったとする。この時デフォーカス量ｘは、
ｘ＝ｎ×ｄ×ｕ／Ｄａｆ …（１）
で求められる。さらに、ｕはレンズの焦点距離ｆにほぼ等しいと考えられるので、
ｘ＝ｎ×ｄ×ｆ／Ｄａｆ …（２）
で求めればよい。
【０１１１】
図１９に撮像素子上のＳ１の行から読み出した映像信号の様子とＳ２の行から読み出した映像信号の様子を示す。Ｓ１の行から読み出した映像信号とＳ２の行から読み出した映像信号には像のずれｎ×ｄが発生する。この二つの映像信号のずれ量を求め、これよりデフォーカス量ｘを求め、さらにレンズをｘ移動すればオートフォーカスを達成することが可能となる。
【０１１２】
ところで、上記のような像のずれを発生させるためには、レンズに入射する光のうち二つの異なる瞳を通った光束Ｌ１及びＬ２を分離する必要がある。本方法は撮像素子上に瞳分離の機能を持つフォーカス検出用セルを生成することにより、瞳分離を行う。
【０１１３】
図２０に焦点検出用セルの様子を示す。２１６はマイクロレンズ、２１４は遮光膜、２０７は光電変換素子である。マイクロレンズ２１６には撮影レンズからの光が入射するが、光電変換素子２０７に入射する光は遮光膜２１４により制限され、特定の方向から入射する光束のみとなる。焦点検出セルＳ１の遮光膜と焦点検出セルＳ２の遮光膜は図２１に示すように左右（または上下）対称となるように設ける。これにより、光軸を中心として対称となる二つの瞳位置からの光束によりセンサ上に結像した像のうち、一方がＳ１の行によって光電変換され、もう一方がＳ２の行によって光電変換され、瞳位置の異なる二つの像が得られる。
【０１１４】
図２２に撮像素子の様子を示す。撮像素子上にはカラーフィルターまたはフォーカス検出用の遮光膜が構成されていて、Ｒは赤色のフィルタを持つセル、Ｇは緑色のフィルタを持つセル、Ｂは青色のフィルタを持つセル、Ｓ１及びＳ２はフォーカス検出用のセルを示す。
【０１１５】
オートフォーカス動作を行うときは撮像素子上からＳ１及びＳ２を含む行を読み出し、これによって撮像素子から出力された信号をＡ／Ｄ変換する。これによって得た各画素値よりＳ１の像とＳ２の像をそれぞれ生成し、二つの像の相関を演算することによって像のずれ量を求める。求めたずれ量に従ってレンズを移動し、オートフォーカス動作を達成する。
【０１１６】
一方、撮影を行うときは、まず、撮像素子上に被写体像を露光し、これを全画素読み出す。撮像素子から読み出した信号はＡ／Ｄ変換し、信号処理回路に入力する。信号処理回路においては、まずＳ１、Ｓ２から読み出した画素値を破棄し、代わりに周辺画素よりＳ１，Ｓ２に相当する画素値を生成し補間する。この後輝度色差信号の生成及び圧縮を行い、記録メディアに画像ファイルとして保存する。
【０１１７】
ところが、このような第１の実施形態の装置では、オートフォーカスの機能セルは撮影時には使用できず、この部分を周辺画素を用いて補間する必要がある。
【０１１８】
静止画撮影時においては補間処理は、映像信号をメモリ上に取込んだ後に行えばよいが、動画撮影時や電子ビューファインダーを動作させるときは、１秒間に３０枚ほどの画像を撮像素子から繰り返し読み出すため、処理が間に合わなくなる場合がある。
【０１１９】
第２の実施形態は、このような点を改良したものである。
【０１２０】
第２の実施形態の固体撮像装置の構成を図２３に示す。
【０１２１】
第２の実施形態では補色カラーフィルタを持つインターラインＣＣＤを例に挙げて説明をする。５０１は光電変換素子からなる画素であり、撮像素子上にマトリクス状に配置され、その表面にはカラーフィルタまたは焦点検出用のフィルタが設けられている。５０２は垂直転送ＣＣＤである。垂直転送ＣＣＤ５０２は四相駆動ＣＣＤであるが、焦点検出用の画素あるいは間引きモード時に読み出す画素をそれぞれ独立で読み出せるよう、印可される垂直転送パルスＶ１，Ｖ３を機能別に分け、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆとしてある。これらとＶ２，Ｖ４を四相駆動し、各画素に蓄積した電荷を水平転送ＣＣＤ５０３に転送する。水平転送ＣＣＤ５０３は水平転送パルスＨ１，Ｈ２により電荷を転送し、出力アンプ５０４に入力する。出力アンプは電荷量を電圧に変換し、出力端子５０５に出力する。
【０１２２】
以下に第２の実施形態の動作を説明する。本実施形態には、静止画撮影モード、間引きモード、測距モードの３種類の読み出し方法が存在する。
【０１２３】
まず静止画撮影モードについて説明する。図２４及び図２７は本実施形態において静止画像の撮影を行うときの動作を示す。撮影動作は、図２４に示す第一のフィールドと図２７に示す第二のフィールドをそれぞれ読み出し、これをメモリ上において、読み出した画素の並びが撮像素子上での画素の並びと同一になるように再配置する。これによって撮像素子上の全画素がメモリ上に転送され、撮像素子上の全画素を用いた高精細な映像を得ることが可能となる。
【０１２４】
ここでまず第一のフィールドの読み出しについて説明する。図２４は垂直転送ＣＣＤ及び図２３の画素マトリクスの中の一列の画素を示している。図２５及び図２６は垂直転送パルスの様子を示している。垂直転送パルスは低電圧、中電圧、高電圧の三種類の電圧によって構成される。
【０１２５】
まず、図２５のｔｖ１において、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆに高電圧が加えられる。これにより図２のｔｖ１に示すようにＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆにポテンシャル井戸ができると同時に、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆに設けられた読み出しゲートが開き、図２４のｔｖ１に示すように画素マトリクスの中のＹｅ、ＣｙによるラインとＹｅ、Ｓ２によるラインの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。図２４ではこのうちのＹｅ及びＳ２のみを示している。この後、ｔｖ２，ｔｖ３，ｔｖ４，ｔｖ５と時間が推移するに従って図２５に示すパルスが垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ上の電荷はポテンシャル井戸の移動に従って図２４のｔｖ２，ｔｖ３，ｔｖ４，ｔｖ５に示すように移動する。
【０１２６】
この後、図２６に示す垂直転送パルスが一水平ブランキングに付き一周期ずつ垂直転送ＣＣＤに印可され、各ラインは水平転送ＣＣＤに１ラインずつ転送される。
【０１２７】
水平転送期間には水平転送パルスＨ１，Ｈ２により、水平転送ＣＣＤ上の電荷は出力アンプ５０４に転送され、電圧値となって出力端子５０５より出力される。
【０１２８】
次に第二のフィールドの読み出しについて説明する。図２７は図２４と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクスの中の一列の画素を示している。図２８は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１２９】
図２８のｔｖ１においてはＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆに中電圧が加えられる。これにより図２７のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤにはポテンシャル井戸ができるが、読み出しゲートは開かないので画素中の電荷は垂直転送ＣＣＤには転送されない。ｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆに高電圧が加えられると、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆの読み出しゲートが開き、Ｍｇ，Ｇで構成されるラインと、Ｍｇ，Ｓ１で構成されるラインの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷はポテンシャル井戸の移動に伴って移動する。
【０１３０】
さらにこの後、図２６に示す垂直転送パルスが一水平ブランキングに付き一周期ずつ垂直転送ＣＣＤに印可され、各ラインは水平転送ＣＣＤに１ラインずつ転送される。
【０１３１】
垂直転送ＣＣＤ上の電荷は１水平ブランキング毎に水平転送ＣＣＤに順に転送され、出力アンプから出力端子へ出力される。
【０１３２】
以上のように、本実施形態は静止画撮影モードにおいては第１のフィールドと第２のフィールドの２つのフィールドを用いて撮像素子上のすべての画素を読み出す。そして、第１のフィールドと第２のフィールドは交互に繰り返す。
【０１３３】
これを用いたカメラにおいては、第１のフィールド及び第２のフィールドをすべてメモリ上に取り込み、Ｓ１，Ｓ２の補間を行う。Ｓ１は周辺のＧの画素のデータを用いて補間し、Ｓ２は周辺のＹｅの画素を用いて補間する。さらにメモリ上の画素データを信号処理し、輝度色差信号の生成、及び画像の圧縮、ファイリングを行い、撮影動作を終了する。
【０１３４】
次に間引きモードについて説明する。近年デジタルスチルカメラは高解像度化が進み、搭載される撮像素子は数百万画素を有するものが多くなっていて、これによって動画の読み出しに多くの時間を要するようになっている。例えば、１６０万画素を図２３に示すようなインターラインＣＣＤで実現した場合、４０万画素クラスのインターラインＣＣＤが１フィールドの読み出しに１／６０秒を要するのに対して、１６０万画素を読み出すには概略１／１５秒の時間を要する。
【０１３５】
これを用いてデジタルスチルカメラを作った場合、動画やビューファインダーにおいて１秒当たりのコマ数が少なく、動画の画質としては耐えられないものとなる。また、自動露出などの測光動作を行うのに要する時間が多大なものとなる。
【０１３６】
これを改善するために、本実施形態では撮像素子に間引きモードを設け、１フィールドあたりに読み出される画素数を低減する。なお、撮像素子で間引きを行う例は特開平９−４６７１５として本願出願人により出願されている。
【０１３７】
図２９は本実施形態における間引きモードの動作を示し、図２４と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクス中の一列の画素を示している。図３０は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１３８】
図３０のｔｖ１においてはＶ１Ａには高電圧、Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆには中電圧が加えられる。これにより図２９のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤのＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆにポテンシャル井戸ができる。同時にＶ１Ａの読み出しゲートが開き、Ｖ１ＡのラインからＹｅの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。次にｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ａに高電圧、Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆに中電圧が加えられると、ポテンシャル井戸の移動が起こるとともに、Ｖ３Ａの読み出しゲートが開き、Ｖ３Ａのラインの光電変換素子からＭｇの電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷は移動する。
【０１３９】
光電変換素子上の電荷を垂直転送ＣＣＤ上に転送し終わると、これらの電荷を順に水平転送ＣＣＤに転送するのであるが、間引きモードにおいては図２９に示すように、電荷が存在する井戸と空の井戸の両方が存在する。そこで、水平転送ＣＣＤに電荷を転送するに際して、水平転送ＣＣＤ上において電荷が存在するラインと空のラインが１対１で加算されるように、１水平ブランキングにおいて図２６の垂直転送パルスを２回ずつ水平転送ＣＣＤに印加する。
【０１４０】
以上のように、間引きモードにおいて読み出された画像データ中には測距用のＳ１及びＳ２のデータは含まれず、すべてが画像の生成に使うことが可能な画素となる。また、読み出し時の画素の間引きが行われることにより、静止画１枚分の読み出し時間と比較して１／４の時間で１フィールド分の画像を得ることが可能となる。
【０１４１】
これによって得た画像データを用いることにより、静止画撮影モードのような画素補間処理を行うことなく、動画あるいはビューファインダー用の画像データを生成することが可能となるのである。
【０１４２】
さらに測距モードについて説明する。図３１は本実施形態における測距モードの動作を示し、図２４と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクス中の一列の画素を示している。図３２は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１４３】
図３２のｔｖ１においてはＶ１ａｆには高電圧、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂには中電圧が加えられる。これにより図３１のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤのＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆにポテンシャル井戸ができる。同時にＶ１ａｆの読み出しゲートが開き、Ｖ１ａｆのラインから測距用セルＳ１の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。次にｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３ａｆに高電圧、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂに中電圧が加えられると、ポテンシャル井戸の移動が起こるとともに、Ｖ３ａｆの読み出しゲートが開き、Ｖ３ａｆのラインの光電変換素子から測距用セルＳ２の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷は移動する。
【０１４４】
光電変換素子上の電荷を垂直転送ＣＣＤ上に転送し終わると、これらの電荷を順に水平転送ＣＣＤに転送するのであるが、測距モードにおいては図３１に示すように、電荷が存在すると井戸と空の井戸が順に繰り返される。そこで、水平転送ＣＣＤに電荷を転送するに際して、水平転送ＣＣＤ上において電荷が存在するラインと空のラインが１対１で加算されるように、１水平ブランキングにおいて図２６の垂直転送パルスを２回ずつ水平転送ＣＣＤに印加する。
【０１４５】
以上によって測距用セルＳ１，Ｓ２を含むラインの読み出しが完了する。カメラにおいてはこの中の特定の２つのラインを選択し、Ｓ１とＳ２の位相差よりデフォーカス量を演算し、レンズを駆動することによってオートフォーカス動作を完了する。
【０１４６】
以上のように、本実施形態によれば、間引きモードの読み出しにおいて読み出される画素には測距用の画素が含まれず、なおかつ動画の生成に必要十分な画素数を読み出すことができる。
【０１４７】
これにより、測距用画素の部分の補間を行う必要が生じず、かつあらかじめ画素数が動画の生成に必要な量に間引かれているため、動画の生成処理を高速に行うことが可能となる。これにより、コマ数の多い高画質のビューファインダーや動画ファイルの撮影を実現し、さらには高速な測光動作をも実現する。
【０１４８】
以上によってデジタルスチルカメラなどの撮像装置の使い勝手を向上し、製品のコストを低減することができる。
【０１４９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の固体撮像装置を図３５に示す。第３の実施形態では純色カラーフィルタを持つインターラインＣＣＤを例に挙げて説明をする。
【０１５０】
図３５において、６０１はマトリクス状に配置された光電変換素子からなる画素であり、その表面には純色カラーフィルタまたは焦点検出用のフィルタが設けられている。６０２は垂直転送ＣＣＤである。垂直転送ＣＣＤ６０２は四相駆動ＣＣＤであるが、焦点検出用の画素あるいは間引きモード時に読み出す画素をそれぞれ独立で読み出せるよう、垂直転送パルスＶ１，Ｖ３を機能別に分け、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄとしてある。これらとＶ２，Ｖ４を四相駆動し、各画素に蓄積した電荷を水平転送ＣＣＤ６０３に転送する。水平転送ＣＣＤは水平転送パルスＨ１，Ｈ２により電荷を転送し、出力アンプ６０４に入力する。出力アンプは電荷量を電圧に変換し、出力端子６０５に出力する。
【０１５１】
以下に第３の実施形態の動作を説明する。本実施形態は、第２の実施形態と同様に、静止画撮影モード、間引きモード、測距モードの３種類の読み出し方法が存在する。
【０１５２】
まず静止画撮影モードについて説明する。図３６、図３７、図３８及び図３９は本実施形態において静止画撮影を行うときの動作を説明する。静止画撮影は、図３６に示す第一のフィールドと図３８に示す第二のフィールドをそれぞれ読み出し、これをメモリ上において、読み出した画素の並びが撮像素子上での画素の並びと同一になるように再配置する。これによって撮像素子上の全画素がメモリ上に転送され、撮像素子上の全画素を用いた高精細な映像を得ることが可能となる。
【０１５３】
ここでまず第一のフィールドの読み出しについて説明する。図３６は垂直転送ＣＣＤ及び図３５の画素マトリクスの中の一列の画素を示している。図３７及び図２６は垂直転送パルスの様子を示している。垂直転送パルスは低電圧、中電圧、高電圧の三種類の電圧によって構成される。
【０１５４】
まず、図３７のｔｖ１においてＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄに高電圧が加えられる。これにより図３６のｔｖ１に示すようにＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄにポテンシャル井戸ができると同時に、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄに設けられた読み出しゲートが開き、画素マトリクスの中のＲとＧによるラインの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。図３６ではこのうちのＲのみを示している。この後、ｔｖ２，ｔｖ３，ｔｖ４，ｔｖ５と時間が推移するに従って図３７に示すパルスが垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ上の電荷はポテンシャル井戸の移動に従って図１８のｔｖ２，ｔｖ３，ｔｖ４，ｔｖ５に示すように移動する。
【０１５５】
この後、図２６に示す垂直転送パルスが一水平ブランキングに付き一周期ずつ垂直転送ＣＣＤに印可され、各ラインは水平転送ＣＣＤに１ラインずつ転送される。
【０１５６】
水平転送期間には水平転送パルスＨ１，Ｈ２により、水平転送ＣＣＤ上の電荷が出力アンプ６０４に転送され、電圧値となって出力端子６０５より出力される。
【０１５７】
次に第２のフィールドの読み出しについて説明する。図３８は図３６と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクスの中の一列の画素を示している。図３９は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１５８】
図３９のｔｖ１においてはＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄに中電圧が加えられる。これにより図３８のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤにはポテンシャル井戸ができるが、読み出しゲートは開かないので画素中の電荷は垂直転送ＣＣＤには転送されない。ｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄに高電圧が加えられると、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄの読み出しゲートが開き、ＧとＢまたはＳ１，Ｓ２とＢで構成されるラインの電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷はポテンシャル井戸の移動に伴って移動する。
【０１５９】
さらにこの後、図２６に示す垂直転送パルスが一水平ブランキングに付き一周期ずつ垂直転送ＣＣＤに印可され、各ラインは水平転送ＣＣＤに１ラインずつ転送される。
【０１６０】
垂直転送ＣＣＤ上の電荷は１水平ブランキング毎に水平転送ＣＣＤに順に転送され、出力アンプから出力端子へ出力される。
【０１６１】
以上のように２つのフィールドを用いることによって撮像素子上のすべての画素が読み出される。
【０１６２】
これを用いたカメラでは、第１のフィールド及び第２のフィールドをすべてメモリ上に転送し終わったら、Ｓ１，Ｓ２の補間を行う。Ｓ１及びＳ２は周辺のＧの画素のデータを用いて補間する。さらにメモリ上の画素データを信号処理し、輝度・色差信号の生成、及び画像の圧縮、ファイリングを行い、撮影動作を終了する。
【０１６３】
次に間引きモードについて説明する。図４０は本実施形態における間引きモードの動作を示し、図３６と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクス中の一列の画素を示している。図４１は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１６４】
図４１のｔｖ１においてはＶ１Ｄには高電圧、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃには中電圧が加えられる。これにより図４０のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤのＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄにポテンシャル井戸ができる。同時にＶ１Ｄの読み出しゲートが開き、Ｖ１ＤのラインからＲの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。次にｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ａに高電圧、Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄに中電圧が加えられると、ポテンシャル井戸の移動が起こるとともに、Ｖ３Ａの読み出しゲートが開き、Ｖ３Ａのラインの光電変換素子からＧの電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷は移動する。
【０１６５】
光電変換素子上の電荷を垂直転送ＣＣＤ上に転送し終わると、これらの電荷を順に水平転送ＣＣＤに転送するのであるが、間引きモードにおいては図４０に示すように、電荷が存在する井戸と空の両方が存在する。そこで、水平転送ＣＣＤに電荷を転送するに際して、水平転送ＣＣＤ上において電荷が存在するラインと空のラインが１対１で加算されるように、１水平ブランキングにおいて図２６の垂直転送パルスを２回ずつ水平転送ＣＣＤに印加する。
【０１６６】
以上のように、間引きモードにおいて読み出された画像データ中には測距用のＳ１及びＳ２のデータは含まれず、すべてが画像の生成に使うことが可能な画素となる。また、読み出し時に画素の間引きが行われることにより、静止画撮影モードと比較して１／４の時間で動画１枚分の画像を得ることが可能となる。
【０１６７】
これによって得た画像データを用いることにより、静止画撮影モードのような画素補間処理を行うことなく、動画あるいはビューファインダー用の画像データを生成することが可能となるのである。
【０１６８】
さらに測距モードについて説明する。図４２は本実施形態における測距モードの動作を示し、図３６と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクス中の一列の画素を示している。図４３は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１６９】
図４３のｔｖ１においてはＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄには中電圧が加えられる。これにより図４２のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤのＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄにポテンシャル井戸ができるが、読み出しゲートは開かず、電荷は垂直転送ＣＣＤには移動しない。次にｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ｂ，Ｖ３Ｃに高電圧、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｄに中電圧が加えられると、ポテンシャル井戸の移動が起こるとともに、Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃの読み出しゲートが開き、Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃのラインの光電変換素子から測距用セルＳ１及びＳ２の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷は移動する。
【０１７０】
光電変換素子上の電荷を垂直転送ＣＣＤ上に転送し終わると、これらの電荷を順に水平転送ＣＣＤに転送するのであるが、測距モードにおいては図４２に示すように、電荷が存在する井戸と空の井戸が２ラインおきに繰り返される。そこで、水平転送ＣＣＤに電荷を転送するに際して、水平転送ＣＣＤ上において電荷が存在するラインと空のラインが１対１で加算されるように、１水平ブランキングにおいて図２６の垂直転送パルスを２回ずつ水平転送ＣＣＤに印加する。
【０１７１】
以上によって測距用セルＳ１，Ｓ２を含むラインの読み出しが完了する。カメラにおいてはこの中の特定の２つのラインを選択し、Ｓ１とＳ２の位相差よりデフォーカス量を演算し、レンズを駆動することによってオートフォーカス動作を完了する。
【０１７２】
第２の実施形態と第３の実施形態はインターラインＣＣＤを用いた例を説明したが、例えばＣ−ＭＯＳセンサのようにＸ−Ｙアドレス方式によって指定した画素を自由に読み出すことが可能な撮像素子を用いた場合においても、間引き読み出しによって使用する行（または列）と、測距用のセルが存在する行（または列）を分離することにより、同様に実現することが可能である。
【０１７３】
以上のように、本実施形態は純色カラーフィルタを持つ撮像素子において、静止画撮影モード、間引きモード及び測距モードを実現する。そして本実施形態もまた、間引きモードの読み出しにおいて読み出される画素には測距用の画素が含まれず、なおかつ動画の生成に必要十分な画素数を読み出すことができる。
【０１７４】
これにより、測距用画素の部分の補間を行う必要が生じず、かつあらかじめ画素数が動画の生成に必要な量に間引かれているため、動画の生成処理を高速に行うことが可能となる。これにより、コマ数の多い高画質のビューファインダーや動画ファイルの撮影を実現し、さらには高速な測光動作をも実現することができる。
【０１７５】
以上によってデジタルスチルカメラなどの撮像装置の使い勝手を向上し、製品のコストを低減することができる。
【０１７６】
（第４の実施形態）
図３３に第４の実施形態の撮像装置の構成を示す。第４の実施形態は、第１の実施形態の撮像素子及びこれを駆動する駆動回路を用いたデジタルスチルカメラの構成例である。
【０１７７】
図３３において、撮像素子７１０は第２の実施形態で示した撮像素子である。タイミングジェネレータ７１１は垂直転送パルスＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆ，Ｖ４及び水平転送パルスＨ１，Ｈ２をそれぞれ、静止画撮影モード、間引きモード、測距モードに応じて第２の実施形態で示したように生成する。また、タイミングジェネレータはマイクロプロセッサ７２４と制御線で接続されていて、マイクロプロセッサからの指令に応じて駆動パルスを、静止画撮影モード、間引きモード、測距モードに切り替える。
【０１７８】
撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、ＡＧＣ７１３で信号レベルの調整をされた後、Ａ／Ｄコンバータ７１４においてデジタル値に変換される。Ａ／Ｄコンバータの出力はスイッチ７２６及びメモリコントローラ７１９に接続されている。
【０１７９】
信号処理回路７１５はＡ／Ｄ変換された撮像素子の出力信号を元に、輝度・色差画像データを生成する回路である。圧縮回路７１６は、信号処理回路７１５によって生成した輝度色差画像データをＪＰＥＧなどの規格に則って圧縮処理する回路である。
【０１８０】
７２０はメモリで、ＤＲＡＭなどのメモリ素子によって構成される。メモリコントローラ７１９は、入力されるデータをメモリ７２０に記録するための制御を行ったり、メモリ７２０上のデータを他のブロックからのリクエストに応じて読み出すための制御を行う回路である。
【０１８１】
外部記録メディア７２３は、不揮発性のメモリ素子によって構成され、画像データファイルなどの保存を行う。外部記録メディア制御回路７２２は、外部記録メディアに対してデータの書き込みあるいは読み出しを制御する回路である。
【０１８２】
ディスプレイ７１８はＬＣＤなどによって構成され、撮影した静止画像や動画像を表示したり、電子ビューファインダーとして撮影前に撮像素子に入射する被写体像を表示する。
【０１８３】
撮影レンズ７２８は、マイクロプロセッサ７２４からの指令によって撮像素子に対する焦点位置を調整することが可能なレンズである。シャッタースイッチ７２５は半押しすると制御信号ＳＷ１が出力され、全押しするとＳＷ２が出力され、何も押さない状態ではＳＷ０を出力するスイッチで、測距時に半押し、撮影時に全押しして使用する。７２７はシャッターで、羽根を開閉させることにより撮像素子への光の入射を制御する。
【０１８４】
図３４に本実施形態のデジタルスチルカメラの動作の流れを示す。
【０１８５】
図３４のＳｔｅｐ１においてカメラに電源が投入される。
【０１８６】
カメラはまず電子ビューファインダーを起動する。マイクロプロセッサ７２４は、Ｓｔｅｐ２において、タイミングジェネレータが間引きモードで動作するように、制御信号を通してタイミングジェネレータに対して指令を送る。これによってタイミングジェネレータは間引きモードの駆動信号、すなわち垂直転送パルスＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆ，Ｖ４と水平転送パルスＨ１，Ｈ２を第２の実施形態の間引きモードに従って撮像素子に対して出力する。
【０１８７】
さらに、マイクロプロセッサはＳｔｅｐ３においてスイッチ７２６をａに接続するよう制御信号を送る。撮像素子７１０に露光した像は、第２の実施形態で述べたように間引きされて読み出される。撮像素子が１６０万画素であるとすると、秒３０コマ程度で画像の読み出しが行われる。また測距用のセルから読み出されるデータは存在しないので、後で述べる静止画撮影モードのような補間処理を行う必要はない。
【０１８８】
撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。
【０１８９】
信号処理回路７１５はＡ／Ｄコンバータから入力される信号より輝度・色差画像データを生成し、これを出力する。ディスプレイ制御回路７１７は信号処理回路７１５が出力する輝度・色差画像データをディスプレイ７１８に表示が可能となるように信号出力タイミングを調整し、これをディスプレイ７１８に連続して出力する。ディスプレイ７１８は入力される画像データを繰り返し表示する。これによりディスプレイ７１８には撮像素子７１０に入射している被写体像が１秒あたり約３０コマの動画として表示される。
【０１９０】
また、マイクロプロセッサはビューファインダーの動作中において、撮像素子の露光量が適正であるように、撮像素子上のすべての光電変換素子の電荷のクリアを行う電子シャッターパルスのタイミングを調整する。これによって自動露出が達成される。
【０１９１】
撮影者が電子ビューファインダーによって被写体を決定し、シャッタースイッチ７２５を半押しする。マイクロプロセッサ７２４はＳｔｅｐ４においてシャッタースイッチ７２５がＳＷ１状態であることを判断すると、処理をＳｔｅｐ５に進め、オートフォーカス動作を開始する。
【０１９２】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ５においてタイミングジェネレータを測距モードに変更する。
【０１９３】
タイミングジェネレータは駆動信号を測距モードに切り替え、垂直転送パルスＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆ，Ｖ４と水平転送パルスＨ１，Ｈ２を第２の実施形態の測距モードに従って撮像素子に対して出力する。
【０１９４】
撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。メモリコントローラ７１９はＡ／Ｄコンバータからの出力を１フィールド分、メモリ７２０に記録する。
【０１９５】
さらにメモリコントローラはメモリ上のデータから測距用セルＳ１の像とＳ２の像を位相差演算回路７２１に転送する。位相差演算回路７２１は二つのラインずれ量ｎを相関演算によって求め、出力する。マイクロプロセッサは位相差演算回路７２１が出力したずれ量ｎを読み出し、ずれ量ｎから式（２）によりデフォーカス量ｘを演算し、これに相当するレンズ駆動信号を撮影レンズ７２８に出力する。
【０１９６】
撮影レンズ７２８はレンズの位置を駆動信号に従って移動する。これによってオートフォーカス動作が完了する。
【０１９７】
ここで撮影者がシャッタースイッチ７２５を全押ししたとする。スイッチ７２５は制御信号ＳＷ２を出力する。マイクロプロセッサはＳｔｅｐ７においてシャッタースイッチの全押しを検知すると、Ｓｔｅｐ８においてタイミングジェネレータのモードを静止画撮影モードに切り替える。また、Ｓｔｅｐ９においてスイッチ７２７をｂに切り替える。
【０１９８】
タイミングジェネレータは静止画撮影モードにおいて、第２の実施形態の静止画撮影モードでの駆動パルスを生成する。タイミングジェネレータは第１のフィールドと第２のフィールドが交互に繰り返すよう駆動パルスを生成し、垂直転送パルスＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆ，Ｖ４と水平転送パルスＨ１，Ｈ２を撮像素子に対して出力する。これによって撮像素子は第１のフィールドと第２のフィールドの映像信号を交互に出力する。また、マイクロプロセッサは、電子シャッターパルスのタイミングをタイミングジェネレータに設定し、露光時間を調整する。
【０１９９】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０において静止画のキャプチャーを開始する。静止画のキャプチャーは次のように行う。まずマイクロプロセッサはメカシャッター７２７を閉じる。次にメモリコントローラにＡ／Ｄコンバータ出力の取込を指示する。撮像素子が第２の実施形態で述べた第１のフィールドを出力し始める。メモリコントローラは第１のフィールドの映像信号をＡ／Ｄコンバータから取り込み、これをメモリ７２０に記録する。このとき、メモリ上における２ラインを一組とし、メモリコントローラは組の１ライン目にＡ／Ｄコンバータから取り込んだラインを記録する。
【０２００】
第１のフィールドをメモリに記録し終わると、続いて第２のフィールドを記録する。メモリコントローラはメモリ上ラインの組のうちの２ライン目に第２のフィールドの映像信号を記録する。以上によって撮像素子上の全画素がメモリ上に撮像素子と同じ配列で記録される。
【０２０１】
次に測距用セルＳ１，Ｓ２の部分の映像信号を周辺画素を用いて補間する。マイクロプロセッサは、マイクロプロセッサ内に内蔵されたＲＯＭに記録された、測距用セルの位置パターン情報に基づいて測距用セルの位置を判断し、この部分を周辺の画素より補間する。例えば図２３のＳ１を補間するのであれば、周辺のＧの画素の値を用いて、公知のバイキュービック法などを用いて行えばよい。
【０２０２】
この後メモリコントローラはメモリ上の画像データを信号処理回路７１５に対して出力する。信号処理回路７１５は入力された画像データを輝度・色差画像データに変換する。さらに輝度・色差画像データにガンマ補正などの処理を行う。
【０２０３】
信号処理回路７１５は処理を終わったデータを順に出力する。圧縮回路７１６は信号処理回路７１５が出力したデータをＪＰＥＧなどの規格に則って圧縮処理し、これを出力する。
【０２０４】
メモリコントローラ７１９は圧縮された画像データを外部記録メディア制御回路７２２に出力することにより、外部記録メディア７２３に画像データをファイルとして記録する。
【０２０５】
以上によって静止画の撮影を完了する。この後マイクロプロセッサはＳｔｅｐ２に処理を戻し、タイミングジェネレータを間引きモードに、スイッチ７２６をａに接続し、再びビューファインダーを開始する。
【０２０６】
最後に、動画の撮影について説明する。図４４は本実施形態の装置の動画撮影の流れ図である。
【０２０７】
まず、図４４のＳｔｅｐ１００において、図示しないモードダイヤルで動画撮影が選択され、カメラに電源が投入されたとする。マイクロプロセッサはまずビューファインダーを動作させるために、Ｓｔｅｐ１０１においてタイミングジェネレータを間引きモードにセットする。さらにＳｔｅｐ１０２においてスイッチ７２６をａに接続する。これにより、ディスプレイ７１８には撮像素子に入射する像が表示され、カメラはビューファインダーの動作を行う。
【０２０８】
Ｓｔｅｐ１０３において、撮影者がシャッターを半押ししたとする。これによりシャッタースイッチ７２５はＳＷ１信号を出力する。マイクロプロセッサはこれを検知し、処理をＳｔｅｐ１０４に進める。
【０２０９】
これによってカメラはオートフォーカスを開始する。マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０４においてタイミングジェネレータを測距モードに変更する。これによりタイミングジェネレータは駆動信号を測距モードに切り替える。
【０２１０】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０５において測距用セルの読み出しを開始する。撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。メモリコントローラ７１９はＡ／Ｄコンバータからの出力を１フィールド分、メモリ７２０に記録する。
【０２１１】
さらにメモリコントローラはメモリ上に記録された測距用セルＳ１の像と同じくＳ２の像を位相差演算回路７２１に転送する。マイクロプロセッサは位相差演算回路より二つのラインのずれ量を読み出し、さらにずれ量からデフォーカス量を演算し、これに相当するレンズ駆動信号を撮影レンズ７２８に出力する。
【０２１２】
撮影レンズ７２８は、駆動信号に従ってレンズの位置を移動する。これによってオートフォーカス動作が完了する。
【０２１３】
この後マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０６においてプロセッサに内蔵されたタイマの値を０にリセットする。
【０２１４】
次に、Ｓｔｅｐ１０７において撮影者がシャッターを全押ししたとする。これによりシャッタースイッチはＳＷ２信号を出力する。マイクロプロセッサはこれを検知すると処理をＳｔｅｐ１０８に進め、動画の取込を開始する。
【０２１５】
まずＳｔｅｐ１８において、タイマーのカウント値が評価基準値を超えているかどうか評価される。ここではタイマーの評価基準値を０．２秒とする。ここではタイマーの値は０．２秒に達しておらず、マイクロプロセッサは処理をＳｔｅｐ１０９に進めるとする。
【０２１６】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０９においてタイミングジェネレータを間引きモードに設定する。これにより、タイミングジェネレータは間引きモードの駆動パルスを発生し、撮像素子７１０は間引かれた画素データを出力する。撮像素子の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。
【０２１７】
信号処理７１５はＡ／Ｄコンバータから入力される信号より輝度・色差画像データを生成し、これを出力する。信号処理７１５の出力はディスプレイ制御回路７１７と圧縮回路７１６に入力される。ディスプレイ制御回路はビューファインダー時と同様に入力された輝度色差信号をディスプレイ７１８に表示させる。同時に圧縮回路７１６は入力された輝度・色差信号を圧縮処理し、これをメモリコントローラに出力する。
【０２１８】
メモリコントローラ７１９は圧縮された画像データを外部記憶メディア制御回路７２２に出力することにより、外部記憶メディア７２３に画像データをファイルとして記録する。
【０２１９】
マイクロプロセッサは処理をＳｔｅｐ１０７に戻す。Ｓｔｅｐ１０７はシャッタースイッチの全押し状態が続けられているか、または放されたかを判定する。カメラはシャッタースイッチが全押しされている間は動画の撮影を続ける。ここではシャッタースイッチは全押しされ続けていたとする。これによってマイクロプロセッサは処理をＳｔｅｐ１０８に進める。
【０２２０】
ここではＳｔｅｐ１０８において、タイマのカウントが０．２秒を超えていたとする。マイクロプロセッサはこれを検知し処理をＳｔｅｐ１０４に戻し、タイミングジェネレータを再び測距モードに切り替え、Ｓｔｅｐ１０５において再びオートフォーカスを行う。その後Ｓｔｅｐ１０６にてタイマをリセットする。上記の処理によってカメラは動画撮影中において断続的にオートフォーカスを繰り返し、被写体像が動いても合焦状態に追従することが可能となる。
【０２２１】
この後、Ｓｔｅｐ１０７においてシャッターが全押しされ続け、Ｓｔｅｐ１０８においてタイマが０．２秒に満たなかったとする。マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０９において再びタイミングジェネレータを間引きモードに戻し、Ｓｔｅｐ１１０において動画のキャプチャーを再開する。また、Ｓｔｅｐ１０９において、すでにタイミングジェネレータが間引きモードにセットされている場合は、タイミングジェネレータはすでに行われている設定を変更せずにそのまま動作する。
【０２２２】
以上のループによって、カメラはシャッターを全押しされている間は動画を撮影し続け、かつ０．２秒に一回の割合で動画撮影に割り込んでオートフォーカス動作を行う。これによって被写体像に焦点が合い続けた状態で動画の撮影が行われる。
【０２２３】
また、動画をキャプチャーする際に測距用のセルＳ１，Ｓ２は読み出されないので、画素の補間を行う必要が生じず、コマ数が多い高品質な動画を撮影することが可能となる。
【０２２４】
ところで、デジタルスチルカメラは、撮影する画像の解像度をユーザが選択することが可能なように構成されたものが多い。本実施形態ではすでに静止画撮影について述べており、これにおいては最高解像度の画像を撮影することが可能である。
【０２２５】
本実施形態の撮像装置において、より低い解像度の画像を撮影する場合には、図３４に述べた処理においてＳｔｅｐ８でタイミングジェネレータを静止画撮影モードにセットしているところを、タイミングジェネレータを間引きモードにセットするように変更する。そしてこれまでに述べた静止画撮影の処理を同様に行うことによって、解像度の低い画像データファイルを生成することが可能となる。
【０２２６】
これにより、低い解像度の画像を撮影する場合においても、撮像素子出力に、測距用のセルは撮像素子から読み出されずに画像生成のための信号のみが読み出される。これによって測距用セル部分の補間を行う必要が生じず、短時間で静止画の生成を行うことが可能となる。これによって連写速度が向上し、デジタルスチルカメラの性能が向上する。
【０２２７】
本実施形態は第２の実施形態に示した撮像素子を使った場合について説明をしたが、第３の実施形態に示した撮像素子やその他類似する撮像素子を使った場合においても、タイミングジェネレータの発生する駆動パルスをカメラの動作に応じて切り替えることにより、同様の効果を得ることが可能である。
【０２２８】
以上に示したように、本実施形態に述べた撮像装置は、撮像素子上にオートフォーカス用のセルを持つ撮像素子を使用することによって、高速で高精度なオートフォーカスが実現される。また撮像素子上にオートフォーカス用のセルを持つ撮像素子を使用するにも関わらず、カメラシステムのコストを増大することなく、コマ数の多い高品質のビューファインダーを表示することや同様に高品質の動画の撮影を可能とする。また、コマ数の多いビューファインダーによって、ビューファインダー中の測光動作を高速に行うことが可能となる。さらには、低解像度静止画による連写を高速に行うことも可能とすることができる。
【０２２９】
そして、これらの効果を持つ優れたデジタルスチルカメラなどの撮像装置を低コストにて実現することができる。
【０２３０】
（第５の実施形態）
第５の実施形態の撮像装置の構成を図４６に示す。なお、この第５の実施形態の撮像装置の構成は、図３３に示した第４の実施形態の構成と共通する部分が多いので、同一機能部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【０２３１】
第４の実施形態においては、タイミングジェネレータ７１１は全画素を読み出す駆動モードによる撮像素子駆動信号のみを出力する。一方、本実施形態の装置は、撮像素子に間引き読み出しモードを設けられない場合において、動画像やビューファインダーの品質を向上させるものである。
【０２３２】
図４５に本実施形態のデジタルスチルカメラの動作の流れを示す。図４５のＳｔｅｐ２００においてカメラに電源が投入される。
【０２３３】
カメラはまず電子ビューファインダーを起動する。マイクロプロセッサ７２４は、Ｓｔｅｐ２０１においてスイッチ８３０をａに接続するよう制御信号を送る。
【０２３４】
撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。
【０２３５】
Ａ／Ｄコンバータの出力は、ライン間引き回路８２９において、ライン間引きされる。撮像素子７１０は第２および第３の実施形態に示したように、間引き時に画像信号生成に用いる行と測距用のセルが含まれる行を別のラインに配置した撮像素子である。ライン間引き回路は、例えば図２３に示した間引きモード時に読み出される行のみを出力するように構成する。これによりライン間引き回路８２９の出力には測距用セルの出力は含まれない。
【０２３６】
また、ライン間引き回路８２９にはメモリを用いた画素レート変換回路が内蔵され、ライン間引き回路の出力には連続した画像信号が出力される。
【０２３７】
信号処理回路７１５はライン間引き回路から入力される信号より輝度・色差画像データを生成し、これを出力する。ディスプレイ制御回路７１７は信号処理回路７１５が出力する輝度・色差画像データをディスプレイ７１８に表示が可能となるように信号出力タイミングを調整し、これをディスプレイ７１８に連続して出力する。ディスプレイ７１８は入力される画像データを繰り返し表示する。これによりディスプレイ７１８には撮像素子７１０に入射している被写体像が１秒あたり約３０コマの動画として表示される。
【０２３８】
また、マイクロプロセッサはビューファインダーの動作中において、撮像素子の露光量が適正であるように、撮像素子上のすべての光電変換素子の電荷のクリアを行う電子シャッターパルスのタイミングを調整する。これによって自動露出が達成される。
【０２３９】
撮影者が電子ビューファインダーによって被写体を決定し、シャッタースイッチ７２５を半押しする。マイクロプロセッサ７２４はＳｔｅｐ２０２においてシャッタースイッチ７２５がＳＷ１状態であることを判断すると、処理をＳｔｅｐ２０３に進め、オートフォーカス動作を開始する。
【０２４０】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ２０３においてスイッチ８３１をｂに接続する。そしてＳｔｅｐ２０４においてマイクロプロセッサはメモリコントローラに指令を出し、メモリコントローラがＡ／Ｄコンバータからの出力を１フィールド分、メモリ７２０に記録する。
【０２４１】
さらにメモリコントローラはメモリ上に記録された測距用セルＳ１の像と同じくＳ２の像を位相差演算回路７２１に転送する。マイクロプロセッサは位相差演算回路より二つのラインのずれ量を読み出し、さらにずれ量からデフォーカス量を演算し、これに相当するレンズ駆動信号を撮影レンズ７２８に出力する。
【０２４２】
撮影レンズ７２８は、駆動信号に従ってレンズの位置を移動する。これによってオートフォーカス動作が完了する。
【０２４３】
ここで撮影者がシャッタースイッチ７２５を全押ししたとする。スイッチ７２５は制御信号ＳＷ２を出力する。マイクロプロセッサはＳｔｅｐ２０５においてシャッタースイッチの全押しを検知すると、Ｓｔｅｐ２０６においてスイッチ８３０をｂに切り替える。
【０２４４】
さらにマイクロプロセッサはＳｔｅｐ２０７において静止画のキャプチャーを開始する。マイクロプロセッサはメカシャッター７２７を閉じ、次にメモリコントローラにＡ／Ｄコンバータ出力の取り込みを指示する。撮像素子が第２の実施形態で述べた第１のフィールドを出力し始める。メモリコントローラは第１のフィールドの映像信号をＡ／Ｄコンバータから取り込み、これをメモリに記録する。このとき、メモリ上における２ラインを一組とし、メモリコントローラは組の１ライン目にＡ／Ｄコンバータから取り込んだラインを記録する。
【０２４５】
第１のフィールドをメモリに記録し終わると、続いて第２のフィールドを記録する。メモリコントローラはメモリ上ラインの組のうちの２ライン目に第２のフィールドのラインの映像信号を記録する。以上によって撮像素子上の全画素がメモリ上に撮像素子と同じ配列で記録される。
【０２４６】
次に測距用セルＳ１，Ｓ２の部分の映像信号を周辺画素を用いて補間する。マイクロプロセッサは、マイクロプロセッサ内に内蔵されたＲＯＭに記録された測距用セルの位置パターン情報に基づいて測距用セルの位置を判断し、この部分を周辺の画素より補間する。例えば図２３のＳ１を補間するのであれば、周辺のＧの画素の値を用いて、公知のバイキュービック法などを用いて行えばよい。
【０２４７】
この後メモリコントローラはメモリ上の画像データを信号処理回路７１５に対して出力する。信号処理回路７１５は入力された画像データを輝度色差画像データに変換する。さらに輝度色差画像データにガンマ補正などの処理を行う。
【０２４８】
信号処理回路１５は処理を終わったデータを順に出力する。圧縮回路７１６は信号処理回路７１５が出力したデータをＪＰＥＧなどの規格に則って圧縮処理し、これを出力する。
【０２４９】
メモリコントローラ７１９は圧縮された画像データを外部記録メディア制御回路７２２に出力することにより、外部記録メディア７２３に画像データをファイルとして記録する。
【０２５０】
以上によって静止画のキャプチャーを完了する。この後マイクロプロセッサはＳｔｅｐ２０１に処理を戻し、再びビューファインダーの動作を開始する。
【０２５１】
以上のように、ライン間引き回路を用いて測距用のセルを含むラインを間引くことによって、ビューファインダー動作を測距用セルの補間を行わずに達成することができる。また、同様に動画撮影時、低解像度静止画撮影時においても同様にライン間引き回路を用いて測距用のセルを含むラインを間引くことにより、第４の実施形態と同様に動画の生成や低解像度静止画の生成を高速に行うことが可能となる。
【０２５２】
以上に説明したように、本実施形態に述べた撮像装置は、撮像素子上にオートフォーカス用のセルを持つ撮像素子を使用した撮像装置において、撮像素子の駆動信号を特殊とすることなく、動画撮影時やビューファインダー時に測距用のセルの補間を行う必要をなくすることが可能となる。
【０２５３】
本実施形態は、第４の実施形態と比較すると多くのコマ数は望めないが、測距用セルの補間を必要としない分、低コスト低消費電力を実現しながら、ビューファインダーの表示や動画の撮影を可能とすることができる。また、低解像度静止画による連写を高速に行うことも可能とすることができる。
【０２５４】
ところで、撮像素子上に自動露出用等オートフォーカス以外の用途の機能セルを設ける場合は、オートフォーカス用のセルが位置するライン上にこれを設けることによって同様の効果を得ることが可能となる。
【０２５５】
【他の実施形態】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ，インタフェイス機器，リーダ，プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機，ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【０２５６】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【０２５７】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０２５８】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどを用いることができる。
【０２５９】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０２６０】
さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０２６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、撮像素子の画素のうちに、わずかの、本来の画像情報取り込み以外の測距、測光等のための機能画素を設けることで、本来の撮像面おいて、撮像素子そのもので、ＡＦ、ＡＥのための情報が得られるようになる。これにより、これまで、撮像素子とは別にセンサをもっていたカメラに対し、はるかに小型で、低価格なカメラを提供することが可能となる。また、ＡＦ，ＡＥのための動作時間も短くてすみ、撮影者のシャッターチャンスを拡大することが出来る。また、極めて高い精度のＡＦ、ＡＥが可能となるので、ミス撮影で必要な画像を失うことも大幅に少なくできる。
【０２６２】
また、動画やビューファインダー時に読み出される画素には測距用の画素が含まれず、なおかつ動画の生成に必要十分な画素数を読み出すことが可能な撮像素子を実現することができる。
【０２６３】
これを使用する撮像装置は、測距用画素の部分の補間を行う必要が生じず、かつあらかじめ画素数が動画の生成に必要な量に間引かれているため、動画の生成処理を高速に行うことが可能である。これにより、コマ数の多い高画質のビューファインダーや動画ファイルの撮影や、高速な測光動作が可能であり、かつ低コストで優れた撮像装置が実現される。
【０２６４】
また、撮像装置上で動作する処理が簡略化されるため、装置の消費電力が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の固体撮像装置の基本画素配列図である。
【図２】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素を含む画素配列図である。
【図３】本発明の一実施形態の固体撮像装置の第１の位相の検知のための画素の構造図である。
【図４】本発明の一実施形態の固体撮像装置の第２の位相の検知のための画素の構造図である。
【図５】本発明の一実施形態の固体撮像装置のフォーカスずれ検知の原理図である。
【図６】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素を含む画素配列図である。
【図７】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素を含む画素配列図である。
【図８】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素を含む画素配列図である。
【図９】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測光のための画素の構成図である。
【図１０】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素をもつ領域の配置図である。
【図１１】固体撮像装置の構成図である。
【図１２】固体撮像装置の通常領域の基本画素配列図である。
【図１３】固体撮像装置の画素構造図である。
【図１４】固体撮像装置の画素構造図である。
【図１５】固体撮像装置の画像読み出しタイミング図である。
【図１６】固体撮像装置の測距、測光データ読み出しタイミング図である。
【図１７】第１の実施形態における焦点検出の概念を示す図である。
【図１８】第１の実施形態における焦点検出の概念を示す図である。
【図１９】第１の実施形態における像のずれを示す図である。
【図２０】第１の実施形態における焦点検出用セルを示す図である。
【図２１】遮光膜を示す図である。
【図２２】第１の実施形態の撮像素子の構成を示す図である。
【図２３】第２の実施形態の撮像素子の構成を示す図である。
【図２４】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図２５】第２の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図２６】第２および第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図２７】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図２８】第２の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図２９】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図３０】第２の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図３１】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図３２】第２の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図３３】第４の実施形態における撮像装置の構成例を示した図である。
【図３４】第４の実施形態における撮像装置の処理の流れ図である。
【図３５】第３の実施形態の撮像素子の構成を示す図である。
【図３６】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図３７】第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図３８】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図３９】第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図４０】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図４１】第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図４２】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図４３】第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図４４】第４の実施形態における撮像装置の処理の流れ図である。
【図４５】第５の実施形態における撮像装置の処理の流れ図である。
【図４６】第５の実施形態における撮像装置の構成例を示した図である。
【符号の説明】
Ｒ レッド
Ｇ グリーン
Ｂ ブルー
Ｃｙ シアン
Ｙｅ イエロー
Ｍｇ マゼンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置及びその制御方法及び撮像装置及び光電変換セルの基本配列及び記憶媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータで画像を扱う用途が飛躍的に増大している。ここにおいて、コンピュータに画像を取り込むためのデジタルカメラの製品化が活発になっている。このようなデジタルカメラの発展動向として、静止画像を扱うデジタルスチルカメラは多画素化への方向性をより鮮明にしており、通常動画像用（ビデオムービー）カメラの撮像素子の画素数が２５万から４０万画素であるのに対し、８０万画素（ＸＧＡクラス）の撮像素子を搭載するカメラが普及しており、さらに最近では１００万画素から１５０万画素程度のものが多く世に出されている。さらに、交換レンズタイプの高級機では、２００万画素、４００万画素、６００万画素といった高画素撮像素子を用いたカメラも製品化されるにいたっている。
【０００３】
カメラのＡＦ、ＡＥといったカメラ撮影系の制御は、ビデオムービーカメラでは、ビデオレートで連続的に出力される撮像素子の出力信号を用いておこなっており、このためＡＦではＴＶ−ＡＦ（山登り方式、コントラスト方式）を行っている。
【０００４】
一方で、デジタルスチルカメラでは、画素数、カメラの動作方法により様々な方法がとられる。一般にビデオムービーで用いる２５万画素から４０万画素クラスでは、多くのものはカメラに搭載されるカラー液晶表示器（最近は２インチ程度のＴＦＴ液晶が多く用いられている）にセンサからの繰返し読み出し信号（画像）を表示すること（以下ファインダーモード、あるいはＥＶＦモード）から、基本的にビデオムービーカメラと動作が同じであり、このためにビデオと同様な方式がとられることが多い。
【０００５】
しかしながら、８０万画素クラス以上の撮像素子をもつデジタルスチルカメラ（以下高画素デジタルスチルカメラ）においては、ファインダーモード時の撮像素子の動作は、ファインダーレートを早くする（ビデオレートに近づける）ために液晶表示器に表示するために必要な信号ライン、あるいは画素以外はなるべく間引かれるような駆動方法がとられる。
【０００６】
また、１００万画素を越えるような本格的なデジタルスチルカメラでは、銀塩カメラ同様に静止画像を即座にとるニーズがつよいことから、レリーズスイッチを押してから撮影までの時間が短いことが要求される。
【０００７】
このような理由で、高画素デジタルスチルカメラでは様々なＡＦ、ＡＥ方式がとられる。以下、その例を述べる。
（１）ＡＦに関して
（ａ）撮像素子とは別にＡＦのためのセンサをもつ。そして、ＡＦ方式としては、銀塩カメラで用いられるような位相差方式、コントラスト方式、距離計方式、アクティブ方式等がある。
【０００８】
（ｂ）撮像素子そのものの出力を利用する。なお、この場合、撮像素子の全画素を読み出すのでは時間がかかりすぎること、また、測距のためには、全画素の情報を必要としないことから、撮像素子の特定領域のみ（但し、その領域内の信号は間引かない）の信号を用いた山登り方式、位相差方式が行われる。
（２）ＡＥに関して
（ａ）撮像素子とは別にＡＥ用のセンサをもつ。
【０００９】
（ｂ）撮像素子そのものの出力を利用する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来例の高画素デジタルスチルカメラにおいては以下の問題がある。
【００１１】
まず、ＡＦでいうと、撮像素子以外にＡＦのためのセンサを持つ場合、そのセンサに像を結ぶためのレンズ系、また、それぞれのＡＦ方式を実現するための機構（たとえば、アクティブ方式では赤外光の発生部と投影のためのレンズと受光センサと受光レンズ、赤外投光の移動機構であり、位相差方式では測距センサへの結像レンズ、位相差を設けるためのメガネレンズ等）が必要となり、カメラの大きさを大きくすることとなり、当然コスト高となる。また、撮像素子への光学系とＡＦセンサへの光学系の経路の差、またそれぞれの光学系を構成するモールド部材等の製造誤差、温度による膨張などの要因による誤差など、撮像素子そのものを使うＡＦに対して誤差要因が増えることとなる。このような誤差成分は、交換レンズ式のデジタルスチルカメラではレンズ固定のデジタルスチルカメラよりも大きくなる。
【００１２】
このために、撮像素子の出力そのものを使うＡＦ方式が模索されることとなる。このうち、山登り方式は合焦までの時間が長くなる欠点がある。このために、本願出願人は、既に、撮像素子へ結像するためのレンズ系に、光軸に対して対称の位置に瞳位置を移動させる機構を設けることで、夫々の瞳を通って結ばれた像の位相差からデフォーカス量を求めて、レンズのフォーカスをあわせる方式を提案している（特開平９−４３５０７号公報）。この方法によって、早い速度で精度の高いＡＦが実現されている（ＡＦのためには、撮像素子中の特定の数ラインが読み出され、その他は高速にクリアされるので、信号読み出しに時間はかからない）。ただし、この方式では瞳移動のための機構が必要になり、そのための体積とコストが要求される。
【００１３】
ＡＥに関しても同様のことがいえる。撮像素子以外にＡＥセンサを持つ場合、ＡＥセンサのための機構部が必要になるのである。次に、撮像素子そのものの信号電荷を使う場合であるが、撮像素子のダイナミックレンジが低いことから、絞り径か、シャッタースピードを変えての複数回の測光のための撮像駆動が必要になる。このために、本撮影までの時間が長くなるという問題、また、絞りを逐次動かすことでの消費電力の増加といった問題点がある。
【００１４】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、カメラの機構部を増やすことなく、かつ、消費電力を増すことなく、精度の高いＡＦ、ＡＥができる固体撮像装置及びその制御方法及び撮像装置及び光電変換セルの基本配列及び記憶媒体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された固体撮像装置において、前記光電変換セル群のうちの少なくとも一部が、測距のための信号を出力するように構成され、前記測距のための信号を出力する前記少なくとも一部の光電変換セルは、周囲を画像信号を形成するための信号を出力する複数の光電変換セルに囲まれていることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第１の行と、該第１の行に隣接する第２の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴としている。
【００２３】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第１の行と、該第１の行の上下に隣接する第２の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列と第２の光電変換セルを含む基本的な配列とを交互に配置した配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴としている。
【００２５】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列と第２の光電変換セルを含む基本的な配列を交互に配置した第１の行と、該第１の行に隣接する第１の行とは逆に第１の基本配列と第２の基本配列を配した第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴としている。
【００２６】
また、この発明に係わる固体撮像装置において、前記第１の光電変換セルのつながりにより出力される信号と前記第２の光電変換セルのつながりにより出力される信号との位相差から、撮像素子に被写体像を結ぶための光学系のフォーカスを調整することを特徴としている。
【００２７】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測光のための信号を出力するように構成されており、前記測光のための信号を出力する光電変換セルは、光電変換部の上部に特定の開口部を有する遮光膜層を有し、前記撮像領域には、測光のための信号を出力する複数の光電変換セルであって、互いに開口率の異なる前記開口部を有する光電変換セルが任意の場所に配置されていることを特徴としている。
【００２８】
また、この発明に係わる固体撮像装置において、前記開口率の異なる光電変換セルのそれぞれの出力に基づいて露出制御を行うことを特徴としている。
【００３３】
また、本発明に係わる固体撮像装置は、光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配置された固体撮像装置において、２次元画像を形成するための輝度信号、又は輝度信号と色信号を生成するための信号を出力する第１の光電変換セルと、焦点検出を行うための信号又は測光のための信号を出力する第２の光電変換セルと、前記第１の光電変換セルから出力される信号と前記第２の光電変換セルから出力される信号の両者を含む信号を読み出す第１の読み出しモードと、前記第２の光電変換セルから読み出される信号は含まずに第１の光電変換セルから読み出される信号を含む信号を読み出す第２の読み出しモードとを切り換える切り換え手段とを具備することを特徴としている。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００４８】
（第１の実施形態）
まず最初に、本発明の第１の実施形態の基本となる画素配列に関して、図１と図１２を用いて説明する。図１は撮像素子の画素配列を示したものである。図１２は通常の画素配列を示したものである。
【００４９】
図１２を説明する。ここに示されたものは２画素×２画素を基本単位とするエリアセンサの基本単位部の色配列である。ここで、（ａ）はベイヤ配列である。（ｂ）はベイヤ配列を補色フィルターに適用したものである。以下では、（ａ）を純色ベイヤ配列、（ｂ）を補色ベイヤ風配列とよぶ。（ｃ）は補色３色にＧを加えたものである（Ｇ込補色配列）。
【００５０】
通常知られる画素配列としては、このほかに２画素×４画素単位の補色市松配列があり、これはビデオムービーカメラ用のセンサとして最もよく使われる。また、本願出願人より提案されている色配列として２画素×８画素の補色市松がある（特開平９−４６７１５号公報）。
【００５１】
ここで、２画素×４画素、２画素×８画素の色配列は動画像（インターレース走査を行うビデオ）を扱うエリアセンサとしては優位であるが、スチル画像を扱うカメラとしては２画素×２画素の方が信号処理を簡易化でき、かつ、高画質の画像を得ることができる。以下では、２画素×２画素で説明するが、２画素×４画素、２画素×８画素の色配列をもつエリアセンサにも適用できるものである。
【００５２】
一実施形態の基本画素配列である図１について説明する。（ａ）は純色ベイヤ配列の場合、（ｂ）は補色ベイヤ風配列、またはＧ込補色配列の場合である。
【００５３】
ここで、Ｓの部分は、ＡＦのための測距あるいは、ＡＥのための測光データを読み出すための、機能センサセルである。本実施形態のセンサは撮像素子そのもののなかにＡＦ、ＡＥのためのセンサとしての機能をもつ画素を構成することで、カメラのＡＦのための測距、ＡＥのための測光を撮像素子そのものからの信号を読み出すことで行うことを可能ならしめる。これによって、高精度のＡＦ、ＡＥを可能ならしめる。また、撮像素子そのものの信号を使った従来のＡＥのように測光のための所要時間が長くなるようなこともない。そして、別にセンサを持つ場合に必要な機構部が無くせることで、カメラを小型で低価格のものとすることができる。
【００５４】
次に、本実施形態におけるＡＦのための測距のためのデータを検知するための画素と、その画素を配したエリアセンサについて説明する。
【００５５】
高画素デジタルスチルカメラ用の撮像素子としては、主にインターライン型ＣＣＤかフルフレーム型ＣＣＤが使われる。このうちインターライン型ＣＣＤは２／３インチ光学系以下の低価格なカメラ、フルフレーム型ＣＣＤは１インチ光学系以上の高価格なカメラに用いられることが多い。この両者の違いでもっとも大きいのは、インターライン型ＣＣＤは、撮像素子に光が入射していても撮像された信号電荷を読み出すことが可能であるが、フルフレームＣＣＤでは、撮像素子の前面に設けられるメカニカルシャッタを閉じないと信号電荷の読み出しができないことである。
【００５６】
しかしながら、本願発明者は、すでにこの解決方法として、フルフレームＣＣＤのイメージエリアと水平ＣＣＤの間にわずかのライン分の電荷を蓄積するためのストレージ部を設ける構造の改良フルフレーム型ＣＣＤと、それによるメカニカルシャッタを開いた状態でのＡＦ、ＡＥのための部分読み出し駆動方法を提案している。また、インターライン型ＣＣＤでのＡＦ、ＡＥのためのイメージエリア内の部分的に必要な部分のみを高速に読み出す方法（すなわち、必要な部分以外の信号電荷の高速クリアの方法）も提案している。これにより、イメージエリア内に配された測距、測光画素を含む領域の信号電荷をメカニカルシャッタを何度も開閉することなく短時間に読みだすことがインターライン型ＣＣＤでも、フルフレーム型ＣＣＤ（但し、改良型）でもおこなうことができる。以下、改良型のフルフレーム型ＣＣＤを用いた一実施形態について説明するが、インターライン型にも適用できるものである。
【００５７】
図１１は改良型のフルフレーム型ＣＣＤエリアセンサの構造図である。
【００５８】
１はｍ行×ｎ列（以下、縦の並びを列、横の並びを行と呼ぶ）画素のイメージエリアであり、感光するｎ本の垂直ＣＣＤにより構成される。
【００５９】
ここで、ＶＣＣＤは通常、２〜４相駆動、あるいはバーチャルフェーズのような疑似１相駆動ＣＣＤから構成される。この領域のＣＣＤの転送のためのパルスがΦＶＩである（当然のことながら、擬似１相駆動ＣＣＤでは１種類のパルスのみ、２相であれば２相の電極に与える２種類のパルスというようにＶＣＣＤの構成により加えられるパルスの種類は異なる。以下、ストレージ部も水平ＣＣＤも同様であるが、説明を簡易ならしめるためにパルス記号は１つだけを記載する）。
【００６０】
２はイメージエリアｎ列中の任意のｏ列を蓄積するための部分ストレージエリアである。ｏはｎの数パーセント程度の行が蓄積できるように構成される。したがって、このメモリ部による撮像素子のチップ面積の増加分は極めて微量である。この領域のＣＣＤの転送のためのパルスがΦＶＳである。そして、この領域は上部に遮光のためのアルミ層が形成される。
【００６１】
３はイメージエリア１で光電変換された信号電荷の一行ずつを受け取り出力アンプ４に出力するための水平ＣＣＤであり、ΦＳはこれの転送パルスである。
【００６２】
４は水平ＣＣＤ３から転送されてくる各画素の信号電荷を電圧信号に変換するための出力アンプで、通常フローティングディフュージョンアンプが構成される。
【００６３】
５は水平ＣＣＤと不図示のチャネルストップ（ドレインバリア）をはさんで形成される不要電荷の掃き捨てのための水平ドレインであり、部分読み出し時における不要領域画素の信号電荷は水平ＣＣＤからチャネルストップをこえてここに排出される。なお、水平ＣＣＤと水平ドレインの間のドレインバリア上に電極を設け、これに与える電圧を変えることで不要電荷の掃き捨てを効率的にすることもなされる。
【００６４】
基本的にこの構成は通常のフルフレームＣＣＤにわずかのストレージ領域を設けたものであり、これにより任意の場所の部分読み出しを可能とするのである。
【００６５】
以下、画素構造を説明するが、ここでは便宜上、バーチャルフェーズの場合で説明する。
【００６６】
図１３にイメージエリアの画素構造を示す。（ａ）は上部からみた構造図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面の構造とポテンシャルプロフィールである。
【００６７】
図１３において、２０１は光透過性のあるポリシリコンで形成されるクロックゲート電極であり、この電極下の半導体表面がクロックフェーズ領域である。クロックフェーズ領域はイオンの打ち込みにより２領域に分けられ、その一方が、クロックバリア領域２０２であり、もう一方がクロックバリアよりもポテンシャルが高くなるようにイオンを打ち込むことで形成されるクロックウエル領域２０３である。
【００６８】
２０４は半導体表面にＰ＋層を形成することでチャネルポテンシャルを固定するためのバーチャルゲートであり、この領域がバーチャルフェーズ領域である。この領域もまた、Ｐ＋層より深い層にＮ型イオンを打ち込むことで２領域にわけられ、その一方がバーチャルバリア領域２０５、もう一方がバーチャルウエル領域２０６である。２０７は電極と半導体の間にもうけられる酸化膜などによる絶縁層である。２０８は各ＶＣＣＤのチャネルを分離するためのチャネルストップである。
【００６９】
なお、ここでは図示しなかったが、強い光が入射した場合に電荷が隣接画素にあふれて擬似信号となるブルーミング現象の防御の機能が付加される。その代表的な方法は横形オーバーフロードレインを設ける方法である。
【００７０】
すなわち、各ＶＣＣＤに接してＮ＋層よりなるドレインが設けられ、オーバーフロードレインと電荷転送チャネルとの間にはオーバーフロードレインバリアが設けられる。オーバーフロードレインバリアの高さを超える電荷はドレインに掃き捨てられることになるのである。ドレインバリアの高さはイオンのうちこみにより固定されるか、オーバーフロードレインバリア上に電極（オーバードレインバリア電極）を構成することで、ドレイン電極に加える電圧（ＶＯＤ）の値の制御によりドレインバリアの高さを変えるようにされる。
【００７１】
ＶＣＣＤの転送はクロック電極２０２に任意のパルスを加えることでクロックフェーズ相のポテンシャルをバーチャル層のポテンシャルに対して上下に動かすことで電荷を水平ＣＣＤの方向へ転送する。（図１３（ｂ）→○で電荷の移動の概念を示す。）
以上はイメージ部の画素構造であるが、ストレージ部の画素構造もこれに準ずる。ただし、この領域は、画素上部がアルミ遮光されているため、ブルーミングを防御する必要がないのでオーバーフロードレインは省かれる。Ｈ−ＣＣＤも、また、バーチャルフェーズ構造とされるがＶＣＣＤからの電荷をうけとり、かつそれを水平に転送することができるようにクロック相領域とバーチャルフェーズ相領域のレイアウトを構成する。
【００７２】
さて、図１１に示されたイメージ部のＣＣＤセルの上部にはカラーフィルタが設けられる。また、カラーフィルタとＣＣＤセルの間には、各色の混色を防止するためのメタル遮光層が設けられる。図１４がその構造図である。
【００７３】
２０９は半導体表面の保護層である。２１０は混色防止のためのメタル層である。但し、これは色フィルタと同様の材料で作られる黒の色素層で構成されることもある。２１１は色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層、２１２は純色のいずれかの色か補色のいずれかの色のカラーフィルタ層、２１３はフィルタ層を保護する保護層である。
【００７４】
さて、上記のフルフレームＣＣＤにＡＦのための測距用の画素を構成した場合の配列を図２に示す。通常のベイヤ配列のセンサにＳ１の機能画素を複数もつラインとＳ２の機能画素をもつラインが並んで構成される。
【００７５】
ここで、Ｓ１とＳ２の画素構成を説明する。
【００７６】
図３にＳ１の画素構造を示す。（ａ）は上部からみた図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面である。この画素はフィルタ層はもたず、最上部にマイクロレンズ２１６が構成される。２１５はマイクロレンズを形成するための平面を構成するための平滑層であり、色画素の２１３に相当する（当然、２１３と同一工程でつくられる）。この画素で特徴的なのは色画素の混色防止遮光メタルの同一平面上に、画素の光電変換エリアの中心部から一方に偏った（偏心した）開口部を有する遮光層を構成したところにある。
【００７７】
図４はＳ２の断面構造図である。Ｓ１とは反対方向に画素中心から同距離のところに開口部をもつ。
【００７８】
１００万画素を越えるエリアセンサにとっては、図２の配列で、Ｓ１の行とＳ２の行はほとんど同一ラインとして近似の像がマイクロレンズ上に結像される。いま撮像素子に像を結ぶカメラレンズが撮像素子上でピントがあっているのであれば、Ｓ１を含む行のＳ１群からの像信号と、Ｓ２を含む行のＳ２群の信号群からの像信号は一致する。もし、ピントを結ぶ点が撮像素子のイメージ面よりも前方か後方にあるならば、Ｓ１を含む行のＳ１群からの像信号と、Ｓ２を含む行のＳ２群の信号群からの像信号の位相差が生じる。そして、結像点が前の場合と後の場合では位相のずれ方向が逆になるのである。
【００７９】
これは、原理的には、先に上げた特開平０９−０４３５０７号公報の瞳分割位相差ＡＦと同じである。Ｓ１の光電変換部からカメラレンズを見た場合と、Ｓ２の光電変換部からカメラレンズをみた場合とでは、あたかも光学中心に対して瞳が左右に分割したように見える。
【００８０】
図５にピントずれによる像ずれの概念図を示す。ここではＳ１とＳ２を合一させＡ、Ｂの点で示した。また、わかりやすくするために各機能画素の間の色画素も省いて、あたかも機能画素がならんでいるように示している。
【００８１】
被写体の特定点からの光は、Ａにとっての瞳を通って該当のＡ点にはいる光線束（ΦＬａ）と、Ｂにとっての瞳を通って該当のＢ点に入る光線束（ΦＬｂ）に分けられる。この２つの光束は、もともと１点より発したものであるから、もしカメラレンズのピントが撮像素子面上にあっていれば同一マイクロレンズで括られる１点に到達することとなる（ａ）。しかし、たとえばｘ手前であれば、２θｘだけたがいにずれるのである（ｂ）。仮に、−ｘであれば、到達点は逆方向にずれる。
【００８２】
この原理に基づき、Ａの並びでできる像（光の強弱による信号線）とＢの並びによりできる像はカメラレンズのフォーカスがあっていれば一致し、そうでなければずれることとなる。
【００８３】
本実施形態の撮像素子は、この原理に基づき、開口位置の異なるマイクロレンズをもった画素を基本配列のなかに組み込み、第１の開口をもつ画素（Ｓ１）を含む基本配列の行と第２の開口をもつ画素（Ｓ２）を含む基本配列の行を隣接してならべる領域を設けたのである。この領域のＳ１群からの行像信号とＳ２群からの行像信号のずれ分を演算してカメラレンズのフォーカスのずれ分をもとめ、カメラのフォーカスを動かしてやればオートフォーカスが可能になる。
【００８４】
さて、このようなＳ１群、Ｓ２群よりなる測距画素を有する領域は撮像エリア全てにある必要はない。また行全てに行き渡る必要はない。たとえば、図１０に示されるように数ポイントに測距領域を埋め込めばよい。
【００８５】
そして、測距のための信号を撮像素子から読み出す場合は測距のための信号の含まれるラインだけを読み出し、他の不要な電荷は高速にクリアすればよい。
【００８６】
先にのべた改良型フルフレーム型ＣＣＤの画像取り込みモードを図１５のタイミング図を用いて、測距領域部分を読む部分読み出しモードを図１６のタイミング図を用いてそれぞれ以下に説明する。
【００８７】
図１１のセンサを用いた通常の撮影では、最初、撮像素子の前面に設けられるメカニカルシャッターは閉じられており、まず、ΦＶＩ、ΦＶＳ、ΦＳに高速なパルスを加えることで、イメージエリア、ストレージエリアの電荷をクリアドレイン５に掃き捨てるクリア動作が行われる（Ｔｃｌｅａｒ）。
【００８８】
このときのΦＶＩ、ΦＶＳ、ΦＳのパルス数はＶＣＣＤの転送段数ｎ＋ｏ以上のパルスが加えられ、イメージエリア、ストレージエリア内の電荷を水平ＣＣＤを通して、水平ドレイン及びフローティングディフュジョンアンプの先のクリアドレインに排出する。水平ＣＣＤと水平ドレインの間にゲートがある撮像素子であれば、このクリア期間中のみゲートを開けるようにしておけばより効率的な不要電荷排出を行うことができる。
【００８９】
クリア動作が終了すると、直ちに、メカニカルシャッタは開かれ適正露光量を得るための時間に達するとシャッタは閉じられる。この期間を露光時間（または蓄積時間）とする（Ｔｓｔｏｒａｇｅ）。蓄積時間中Ｖ−ＣＣＤは停止される（ΦＶＩ、ΦＶＳはＬｏｗレベル）。
【００９０】
センサ面に入射する光（センサ前面の結像レンズを通過してセンサ表面に結像される像光）に応じて発生する信号電荷は各画素内のバーチャルウエルに集積される。そして、オーバーフロードレインバリアの障壁の高さをこえる電荷量になると、それ以上発生する電荷はオーバーフロードレインに捨てられる。ストレージ部は遮光されているので、各画素は信号電荷のない空の状態である。
【００９１】
シャッタが閉じられると、まず、ｏライン分の垂直転送がなされる（Ｔｃｍ）。この動作によりイメージエリアの最初のライン（ストレージ部と隣接するライン）はストレージ部の頭（Ｈ−ＣＣＤに隣接するライン）に転送される。この最初のｏライン転送は連続的になされる。次にイメージ部の最初のラインをＨ−ＣＣＤに転送する前にＨ−ＣＣＤを電荷クリアのために、一度、水平ＣＣＤの全段数分の転送をしておくこととなる（Ｔｃｈ）。これにより先のイメージ部、ストレージ部のクリア時（Ｔｓｔｏｒａｇｅ）に水平ＣＣＤに残った不要電荷分とストレージ部クリア（Ｔｃｍ）により水平ＣＣＤに集められたストレージ部の暗電流分の電荷が排出される。
【００９２】
さて、ストレージ部クリア（これはイメージ部の最初のラインの信号が水平ＣＣＤに接するＶＣＣＤの最終段まで進められる読み出しセット動作でもある）、及び、水平ＣＣＤクリアが終了するとすぐに、イメージ部の信号電荷は１ライン目から、順次Ｈ−ＣＣＤに転送され逐次ライン毎の信号が読み出される（Ｔｒｅａｄ）。このようにして読み出された信号電荷はＣＤＳ回路、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換回路よりなる前段処理回路により、デジタル信号にされ、画像信号処理される。
【００９３】
次に、本センサを用いたデジタルカメラのＡＦのための部分読み出しについて図１６のタイミング図を用いて説明する。
【００９４】
通常、フルフレーム型センサは転送時はシャッタを閉じておかなければならないことから、ＡＦ、ＡＥセンサを別に設ける。これに対し、本センサでは、シャッタを開放したままでイメージ部の一部分を単発に、あるいは繰り返し読み出すことができる。
【００９５】
まず、イメージエリア内の任意の場所のｏライン（ｎｏライン）の信号電荷をストレージエリアに蓄積し、かつ、蓄積する任意のｏラインの前段のイメージ領域（ｎｆ）の信号電荷を排出するためのｏ＋ｎｆライン分の電荷掃き捨てのための前段クリア転送が行われる（Ｔｃｆ）。これにより、前段クリアＴｃｆの前の蓄積期間（Ｔｓ）においてｎｏラインに蓄積された信号電荷はストレージエリア２に蓄積される。
【００９６】
その直後、水平ＣＣＤ内に残る前段クリアの残り電荷分を掃き捨てる水平ＣＣＤクリアをおこなう（Ｔｃｈ）。この後、ストレージ部のｎｏラインの信号電荷は１ライン毎にＨ−ＣＣＤに移され、逐次出力アンプから読み出される（Ｔｒ）。そして、ｎｏラインの信号の読み出しが終了すると撮像素子の全段のクリア動作が行われる（Ｔｃｒ）。これにより、高速の部分読み出しが終了する。そして、これを同様に繰り返せば部分読み出しの連続駆動もできる。結像の位相差を測定することでＡＦをおこなう前記の方法では、ＡＦのための読み出しのためには、イメージエリア内の数個所くらいを読み出すことがあるわけだが、たとえば、第１回の１シーケンス（Ｔｃｒ−Ｔｓ−Ｔｃｆ−Ｔｒ）でＨ−ＣＣＤ側、第２回目の１シーケンスで中間位置、図３の１シーケンスでＨ−ＣＣＤの逆側の信号を読み出すというように場所を変えた読み出しを繰り返すことで、数個所のピント位置の差を測定し、重み付けをすることもおこなわれる。
【００９７】
上記で、部分読み出しの１サイクルの動作と読み出し場所を変える方法を説明したが、１サイクルで複数個所の信号を読み出す（ストレージエリアに蓄積）することも可能である。たとえば、ストレージ部にｏ／２ラインを入れた直後、ストレージエリアの電極の電圧をＨｉｇｈとしておき（すなわち、イメージエリアからの信号電荷の転送を止める壁をつくる）、つぎに必要なｏラインまでの電荷をイメージ部のＶＣＣＤの最終段のバーチャルウエルに転送するべく、次に必要な信号までの段数分のパルスをイメージエリアの電極に加える。それにより、次に必要な信号までの間の電荷は最終段のバーチャルウエル転送され、オーバーフロードレインバリアを越える電荷分はオーバーフロードレインに排除される。次に、イメージエリア電極とストレージエリア電極に転送パルスをｏ／２パルス加えると、ストレージエリアには最初のｏ／２ラインの次に、中間部のクリア残りの無効ライン後に第２の領域の（ｏ／２）−１ライン分の信号ラインの信号が蓄積されることとなる。さらにこれを３領域取り込むのであれば、第２の信号取り込み後に第２の中間クリアをおこなって第３の領域の信号を取り込めばよい。いうまでもないが、取り込み領域が増えれば、各箇所の取り込みライン数は減ることとなる。このように１サイクルで複数箇所のデータが読み出されば、先の１サイクル毎に別の箇所を読み出すよりも早い速度でのＡＦが可能となる。
【００９８】
図６、図７、図８はＳ１、Ｓ２の配列の仕方を変えたものである。これまで述べてきた実施形態では第１の位相検知行と第２の位相検知行が僅かではあるがずれている。１００画素を越える撮像素子では実用上問題となることはないが、これらの実施形態は、位相検知行をより同一箇所に近似させようというものである。
【００９９】
図６は同一行にＳ１とＳ２を交互に配した。図７はＳ１の行をＳ２の行の上下に設けたものでＳ１による第１の行と第２の行の補間によりＳ２の行に相当するＳ１行データを作るものである。図８は図６の変形であり、Ｓ１、Ｓ２を交互にもつ行を２行にしそれぞれジグザグになるように配したものである。
【０１００】
以上のように、位相差信号を作り出すための画素群とその部分のみを読み出す駆動方法により、高速で、かつ精度の高いＡＦが可能となる。
【０１０１】
この撮像素子で本撮影の画像のＲｏｗデータ（各画素のそのままの情報）の画像処理においては、Ｓ１、Ｓ２の部分は周辺の色画素からの補間によりなされる。このことにより、画質の劣化ははとんどなく、かつ、画像取り込み以外の測距データをも読みこめる撮像素子が実現するのである。このような補間をする前提にたつと、図１のような２×２画素で３色と１機能セルだと補間が簡易で、かつ画像劣化もほとんど問題にならない。もちろん、２×４配列も可能であるが、Ｓ１行とＳ２行の距離が２×２よりも離れることとなる。
【０１０２】
以上はＡＦのための測距画素群を含む撮像素子の実施形態であるが、以上の応用として、ＡＥのための情報をえるための画素群をもつ撮像素子を構成することができる。その実施形態を以下に説明する。
【０１０３】
図９はＡＥ用画素として機能する画素の開口部である。これらの開口部はＡＦ用画素と同様にメタル遮光膜により形成される。ＡＦ画素と異なるのは開口の中心部と光電変換部の中心が一致する点である。なお、ＡＥの画素部はＡＦ用の画素のようにマイクロレンズを必ずしも必要としない。要は感度の差が明確であればよいのである。
【０１０４】
Ｓ３の感度を１としたとき、Ｓ４は１／２（すなわち１段落ち）、Ｓ５は１／４（すなわち２段落ち）、Ｓ６は１／８（すなわち３段落ち）である。これらＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を撮像エリアの任意の複数領域に、夫々複数配する。そして、それらからとれる各領域のＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６画素群の積分値と各色画素の積分値とから、現行の露出が適正レベルからどれだけずれているかを演算することができる。
【０１０５】
このように、開口のことなる画素の複数を複数領域に配することで、露出レベルを振りながら撮像素子の出力レベルを調整するＡＥの方法に対して、はるかに早い速度でのＡＥが可能となるのである。いうまでもないが、この場合も先のＡＦのときと同様に検知画素を含む領域部分のみの読み出しがなされることで、撮像素子の読み出し時間の短縮がなされる。
【０１０６】
以上は改良型のフルフレーム型ＣＣＤで説明してきたが、インターライン型ＣＣＤ撮像素子、フレームトランスファ型ＣＣＤ撮像素子、また、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子にも適用できるものである。
【０１０７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する前に、第１の実施形態のさらに改良可能な点について説明する。
【０１０８】
図１７、図１８に第１の実施形態における焦点検出の概念図を示す。ここでは説明のためＳ１及びＳ２を同一の平面上に表す。
【０１０９】
被写体の特定点からの光はＳ１にとっての瞳を通ってＳ１に入射する光束（Ｌ１）と、Ｓ２にとっての瞳を通ってＳ２に入射する光束（Ｌ２）に分けられる。この二つの光束は、カメラのピントが合っているときには、図１４に示すようにマイクロレンズ表面上の一点に集光する。そしてＳ１及びＳ２には同一の像が露光される。これにより、Ｓ１の行から読み出した映像信号と、Ｓ２の行から読み出した映像信号は同一のものとなる。
【０１１０】
一方、カメラのピントが合っていないときには、図１８に示すように、Ｌ１とＬ２はマイクロレンズ表面とは異なる位置で交差する。マイクロレンズ表面と二つの光束の交点との距離すなわちデフォーカス量がｘであったとする。また、この時に発生したＳ１の像とＳ２の像のずれ量がｎ画素分であり、センサピッチがｄ、二つの瞳の重心間の距離がＤａｆ、レンズの主点から焦点までの距離がｕであったとする。この時デフォーカス量ｘは、
ｘ＝ｎ×ｄ×ｕ／Ｄａｆ …（１）
で求められる。さらに、ｕはレンズの焦点距離ｆにほぼ等しいと考えられるので、
ｘ＝ｎ×ｄ×ｆ／Ｄａｆ …（２）
で求めればよい。
【０１１１】
図１９に撮像素子上のＳ１の行から読み出した映像信号の様子とＳ２の行から読み出した映像信号の様子を示す。Ｓ１の行から読み出した映像信号とＳ２の行から読み出した映像信号には像のずれｎ×ｄが発生する。この二つの映像信号のずれ量を求め、これよりデフォーカス量ｘを求め、さらにレンズをｘ移動すればオートフォーカスを達成することが可能となる。
【０１１２】
ところで、上記のような像のずれを発生させるためには、レンズに入射する光のうち二つの異なる瞳を通った光束Ｌ１及びＬ２を分離する必要がある。本方法は撮像素子上に瞳分離の機能を持つフォーカス検出用セルを生成することにより、瞳分離を行う。
【０１１３】
図２０に焦点検出用セルの様子を示す。２１６はマイクロレンズ、２１４は遮光膜、２０７は光電変換素子である。マイクロレンズ２１６には撮影レンズからの光が入射するが、光電変換素子２０７に入射する光は遮光膜２１４により制限され、特定の方向から入射する光束のみとなる。焦点検出セルＳ１の遮光膜と焦点検出セルＳ２の遮光膜は図２１に示すように左右（または上下）対称となるように設ける。これにより、光軸を中心として対称となる二つの瞳位置からの光束によりセンサ上に結像した像のうち、一方がＳ１の行によって光電変換され、もう一方がＳ２の行によって光電変換され、瞳位置の異なる二つの像が得られる。
【０１１４】
図２２に撮像素子の様子を示す。撮像素子上にはカラーフィルターまたはフォーカス検出用の遮光膜が構成されていて、Ｒは赤色のフィルタを持つセル、Ｇは緑色のフィルタを持つセル、Ｂは青色のフィルタを持つセル、Ｓ１及びＳ２はフォーカス検出用のセルを示す。
【０１１５】
オートフォーカス動作を行うときは撮像素子上からＳ１及びＳ２を含む行を読み出し、これによって撮像素子から出力された信号をＡ／Ｄ変換する。これによって得た各画素値よりＳ１の像とＳ２の像をそれぞれ生成し、二つの像の相関を演算することによって像のずれ量を求める。求めたずれ量に従ってレンズを移動し、オートフォーカス動作を達成する。
【０１１６】
一方、撮影を行うときは、まず、撮像素子上に被写体像を露光し、これを全画素読み出す。撮像素子から読み出した信号はＡ／Ｄ変換し、信号処理回路に入力する。信号処理回路においては、まずＳ１、Ｓ２から読み出した画素値を破棄し、代わりに周辺画素よりＳ１，Ｓ２に相当する画素値を生成し補間する。この後輝度色差信号の生成及び圧縮を行い、記録メディアに画像ファイルとして保存する。
【０１１７】
ところが、このような第１の実施形態の装置では、オートフォーカスの機能セルは撮影時には使用できず、この部分を周辺画素を用いて補間する必要がある。
【０１１８】
静止画撮影時においては補間処理は、映像信号をメモリ上に取込んだ後に行えばよいが、動画撮影時や電子ビューファインダーを動作させるときは、１秒間に３０枚ほどの画像を撮像素子から繰り返し読み出すため、処理が間に合わなくなる場合がある。
【０１１９】
第２の実施形態は、このような点を改良したものである。
【０１２０】
第２の実施形態の固体撮像装置の構成を図２３に示す。
【０１２１】
第２の実施形態では補色カラーフィルタを持つインターラインＣＣＤを例に挙げて説明をする。５０１は光電変換素子からなる画素であり、撮像素子上にマトリクス状に配置され、その表面にはカラーフィルタまたは焦点検出用のフィルタが設けられている。５０２は垂直転送ＣＣＤである。垂直転送ＣＣＤ５０２は四相駆動ＣＣＤであるが、焦点検出用の画素あるいは間引きモード時に読み出す画素をそれぞれ独立で読み出せるよう、印可される垂直転送パルスＶ１，Ｖ３を機能別に分け、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆとしてある。これらとＶ２，Ｖ４を四相駆動し、各画素に蓄積した電荷を水平転送ＣＣＤ５０３に転送する。水平転送ＣＣＤ５０３は水平転送パルスＨ１，Ｈ２により電荷を転送し、出力アンプ５０４に入力する。出力アンプは電荷量を電圧に変換し、出力端子５０５に出力する。
【０１２２】
以下に第２の実施形態の動作を説明する。本実施形態には、静止画撮影モード、間引きモード、測距モードの３種類の読み出し方法が存在する。
【０１２３】
まず静止画撮影モードについて説明する。図２４及び図２７は本実施形態において静止画像の撮影を行うときの動作を示す。撮影動作は、図２４に示す第一のフィールドと図２７に示す第二のフィールドをそれぞれ読み出し、これをメモリ上において、読み出した画素の並びが撮像素子上での画素の並びと同一になるように再配置する。これによって撮像素子上の全画素がメモリ上に転送され、撮像素子上の全画素を用いた高精細な映像を得ることが可能となる。
【０１２４】
ここでまず第一のフィールドの読み出しについて説明する。図２４は垂直転送ＣＣＤ及び図２３の画素マトリクスの中の一列の画素を示している。図２５及び図２６は垂直転送パルスの様子を示している。垂直転送パルスは低電圧、中電圧、高電圧の三種類の電圧によって構成される。
【０１２５】
まず、図２５のｔｖ１において、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆに高電圧が加えられる。これにより図２のｔｖ１に示すようにＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆにポテンシャル井戸ができると同時に、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆに設けられた読み出しゲートが開き、図２４のｔｖ１に示すように画素マトリクスの中のＹｅ、ＣｙによるラインとＹｅ、Ｓ２によるラインの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。図２４ではこのうちのＹｅ及びＳ２のみを示している。この後、ｔｖ２，ｔｖ３，ｔｖ４，ｔｖ５と時間が推移するに従って図２５に示すパルスが垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ上の電荷はポテンシャル井戸の移動に従って図２４のｔｖ２，ｔｖ３，ｔｖ４，ｔｖ５に示すように移動する。
【０１２６】
この後、図２６に示す垂直転送パルスが一水平ブランキングに付き一周期ずつ垂直転送ＣＣＤに印可され、各ラインは水平転送ＣＣＤに１ラインずつ転送される。
【０１２７】
水平転送期間には水平転送パルスＨ１，Ｈ２により、水平転送ＣＣＤ上の電荷は出力アンプ５０４に転送され、電圧値となって出力端子５０５より出力される。
【０１２８】
次に第二のフィールドの読み出しについて説明する。図２７は図２４と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクスの中の一列の画素を示している。図２８は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１２９】
図２８のｔｖ１においてはＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆに中電圧が加えられる。これにより図２７のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤにはポテンシャル井戸ができるが、読み出しゲートは開かないので画素中の電荷は垂直転送ＣＣＤには転送されない。ｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆに高電圧が加えられると、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆの読み出しゲートが開き、Ｍｇ，Ｇで構成されるラインと、Ｍｇ，Ｓ１で構成されるラインの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷はポテンシャル井戸の移動に伴って移動する。
【０１３０】
さらにこの後、図２６に示す垂直転送パルスが一水平ブランキングに付き一周期ずつ垂直転送ＣＣＤに印可され、各ラインは水平転送ＣＣＤに１ラインずつ転送される。
【０１３１】
垂直転送ＣＣＤ上の電荷は１水平ブランキング毎に水平転送ＣＣＤに順に転送され、出力アンプから出力端子へ出力される。
【０１３２】
以上のように、本実施形態は静止画撮影モードにおいては第１のフィールドと第２のフィールドの２つのフィールドを用いて撮像素子上のすべての画素を読み出す。そして、第１のフィールドと第２のフィールドは交互に繰り返す。
【０１３３】
これを用いたカメラにおいては、第１のフィールド及び第２のフィールドをすべてメモリ上に取り込み、Ｓ１，Ｓ２の補間を行う。Ｓ１は周辺のＧの画素のデータを用いて補間し、Ｓ２は周辺のＹｅの画素を用いて補間する。さらにメモリ上の画素データを信号処理し、輝度色差信号の生成、及び画像の圧縮、ファイリングを行い、撮影動作を終了する。
【０１３４】
次に間引きモードについて説明する。近年デジタルスチルカメラは高解像度化が進み、搭載される撮像素子は数百万画素を有するものが多くなっていて、これによって動画の読み出しに多くの時間を要するようになっている。例えば、１６０万画素を図２３に示すようなインターラインＣＣＤで実現した場合、４０万画素クラスのインターラインＣＣＤが１フィールドの読み出しに１／６０秒を要するのに対して、１６０万画素を読み出すには概略１／１５秒の時間を要する。
【０１３５】
これを用いてデジタルスチルカメラを作った場合、動画やビューファインダーにおいて１秒当たりのコマ数が少なく、動画の画質としては耐えられないものとなる。また、自動露出などの測光動作を行うのに要する時間が多大なものとなる。
【０１３６】
これを改善するために、本実施形態では撮像素子に間引きモードを設け、１フィールドあたりに読み出される画素数を低減する。なお、撮像素子で間引きを行う例は特開平９−４６７１５として本願出願人により出願されている。
【０１３７】
図２９は本実施形態における間引きモードの動作を示し、図２４と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクス中の一列の画素を示している。図３０は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１３８】
図３０のｔｖ１においてはＶ１Ａには高電圧、Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆには中電圧が加えられる。これにより図２９のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤのＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆにポテンシャル井戸ができる。同時にＶ１Ａの読み出しゲートが開き、Ｖ１ＡのラインからＹｅの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。次にｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ａに高電圧、Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆに中電圧が加えられると、ポテンシャル井戸の移動が起こるとともに、Ｖ３Ａの読み出しゲートが開き、Ｖ３Ａのラインの光電変換素子からＭｇの電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷は移動する。
【０１３９】
光電変換素子上の電荷を垂直転送ＣＣＤ上に転送し終わると、これらの電荷を順に水平転送ＣＣＤに転送するのであるが、間引きモードにおいては図２９に示すように、電荷が存在する井戸と空の井戸の両方が存在する。そこで、水平転送ＣＣＤに電荷を転送するに際して、水平転送ＣＣＤ上において電荷が存在するラインと空のラインが１対１で加算されるように、１水平ブランキングにおいて図２６の垂直転送パルスを２回ずつ水平転送ＣＣＤに印加する。
【０１４０】
以上のように、間引きモードにおいて読み出された画像データ中には測距用のＳ１及びＳ２のデータは含まれず、すべてが画像の生成に使うことが可能な画素となる。また、読み出し時の画素の間引きが行われることにより、静止画１枚分の読み出し時間と比較して１／４の時間で１フィールド分の画像を得ることが可能となる。
【０１４１】
これによって得た画像データを用いることにより、静止画撮影モードのような画素補間処理を行うことなく、動画あるいはビューファインダー用の画像データを生成することが可能となるのである。
【０１４２】
さらに測距モードについて説明する。図３１は本実施形態における測距モードの動作を示し、図２４と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクス中の一列の画素を示している。図３２は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１４３】
図３２のｔｖ１においてはＶ１ａｆには高電圧、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂには中電圧が加えられる。これにより図３１のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤのＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆにポテンシャル井戸ができる。同時にＶ１ａｆの読み出しゲートが開き、Ｖ１ａｆのラインから測距用セルＳ１の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。次にｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３ａｆに高電圧、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂに中電圧が加えられると、ポテンシャル井戸の移動が起こるとともに、Ｖ３ａｆの読み出しゲートが開き、Ｖ３ａｆのラインの光電変換素子から測距用セルＳ２の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷は移動する。
【０１４４】
光電変換素子上の電荷を垂直転送ＣＣＤ上に転送し終わると、これらの電荷を順に水平転送ＣＣＤに転送するのであるが、測距モードにおいては図３１に示すように、電荷が存在すると井戸と空の井戸が順に繰り返される。そこで、水平転送ＣＣＤに電荷を転送するに際して、水平転送ＣＣＤ上において電荷が存在するラインと空のラインが１対１で加算されるように、１水平ブランキングにおいて図２６の垂直転送パルスを２回ずつ水平転送ＣＣＤに印加する。
【０１４５】
以上によって測距用セルＳ１，Ｓ２を含むラインの読み出しが完了する。カメラにおいてはこの中の特定の２つのラインを選択し、Ｓ１とＳ２の位相差よりデフォーカス量を演算し、レンズを駆動することによってオートフォーカス動作を完了する。
【０１４６】
以上のように、本実施形態によれば、間引きモードの読み出しにおいて読み出される画素には測距用の画素が含まれず、なおかつ動画の生成に必要十分な画素数を読み出すことができる。
【０１４７】
これにより、測距用画素の部分の補間を行う必要が生じず、かつあらかじめ画素数が動画の生成に必要な量に間引かれているため、動画の生成処理を高速に行うことが可能となる。これにより、コマ数の多い高画質のビューファインダーや動画ファイルの撮影を実現し、さらには高速な測光動作をも実現する。
【０１４８】
以上によってデジタルスチルカメラなどの撮像装置の使い勝手を向上し、製品のコストを低減することができる。
【０１４９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の固体撮像装置を図３５に示す。第３の実施形態では純色カラーフィルタを持つインターラインＣＣＤを例に挙げて説明をする。
【０１５０】
図３５において、６０１はマトリクス状に配置された光電変換素子からなる画素であり、その表面には純色カラーフィルタまたは焦点検出用のフィルタが設けられている。６０２は垂直転送ＣＣＤである。垂直転送ＣＣＤ６０２は四相駆動ＣＣＤであるが、焦点検出用の画素あるいは間引きモード時に読み出す画素をそれぞれ独立で読み出せるよう、垂直転送パルスＶ１，Ｖ３を機能別に分け、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄ，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄとしてある。これらとＶ２，Ｖ４を四相駆動し、各画素に蓄積した電荷を水平転送ＣＣＤ６０３に転送する。水平転送ＣＣＤは水平転送パルスＨ１，Ｈ２により電荷を転送し、出力アンプ６０４に入力する。出力アンプは電荷量を電圧に変換し、出力端子６０５に出力する。
【０１５１】
以下に第３の実施形態の動作を説明する。本実施形態は、第２の実施形態と同様に、静止画撮影モード、間引きモード、測距モードの３種類の読み出し方法が存在する。
【０１５２】
まず静止画撮影モードについて説明する。図３６、図３７、図３８及び図３９は本実施形態において静止画撮影を行うときの動作を説明する。静止画撮影は、図３６に示す第一のフィールドと図３８に示す第二のフィールドをそれぞれ読み出し、これをメモリ上において、読み出した画素の並びが撮像素子上での画素の並びと同一になるように再配置する。これによって撮像素子上の全画素がメモリ上に転送され、撮像素子上の全画素を用いた高精細な映像を得ることが可能となる。
【０１５３】
ここでまず第一のフィールドの読み出しについて説明する。図３６は垂直転送ＣＣＤ及び図３５の画素マトリクスの中の一列の画素を示している。図３７及び図２６は垂直転送パルスの様子を示している。垂直転送パルスは低電圧、中電圧、高電圧の三種類の電圧によって構成される。
【０１５４】
まず、図３７のｔｖ１においてＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄに高電圧が加えられる。これにより図３６のｔｖ１に示すようにＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄにポテンシャル井戸ができると同時に、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄに設けられた読み出しゲートが開き、画素マトリクスの中のＲとＧによるラインの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。図３６ではこのうちのＲのみを示している。この後、ｔｖ２，ｔｖ３，ｔｖ４，ｔｖ５と時間が推移するに従って図３７に示すパルスが垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ上の電荷はポテンシャル井戸の移動に従って図１８のｔｖ２，ｔｖ３，ｔｖ４，ｔｖ５に示すように移動する。
【０１５５】
この後、図２６に示す垂直転送パルスが一水平ブランキングに付き一周期ずつ垂直転送ＣＣＤに印可され、各ラインは水平転送ＣＣＤに１ラインずつ転送される。
【０１５６】
水平転送期間には水平転送パルスＨ１，Ｈ２により、水平転送ＣＣＤ上の電荷が出力アンプ６０４に転送され、電圧値となって出力端子６０５より出力される。
【０１５７】
次に第２のフィールドの読み出しについて説明する。図３８は図３６と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクスの中の一列の画素を示している。図３９は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１５８】
図３９のｔｖ１においてはＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄに中電圧が加えられる。これにより図３８のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤにはポテンシャル井戸ができるが、読み出しゲートは開かないので画素中の電荷は垂直転送ＣＣＤには転送されない。ｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄに高電圧が加えられると、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄの読み出しゲートが開き、ＧとＢまたはＳ１，Ｓ２とＢで構成されるラインの電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷はポテンシャル井戸の移動に伴って移動する。
【０１５９】
さらにこの後、図２６に示す垂直転送パルスが一水平ブランキングに付き一周期ずつ垂直転送ＣＣＤに印可され、各ラインは水平転送ＣＣＤに１ラインずつ転送される。
【０１６０】
垂直転送ＣＣＤ上の電荷は１水平ブランキング毎に水平転送ＣＣＤに順に転送され、出力アンプから出力端子へ出力される。
【０１６１】
以上のように２つのフィールドを用いることによって撮像素子上のすべての画素が読み出される。
【０１６２】
これを用いたカメラでは、第１のフィールド及び第２のフィールドをすべてメモリ上に転送し終わったら、Ｓ１，Ｓ２の補間を行う。Ｓ１及びＳ２は周辺のＧの画素のデータを用いて補間する。さらにメモリ上の画素データを信号処理し、輝度・色差信号の生成、及び画像の圧縮、ファイリングを行い、撮影動作を終了する。
【０１６３】
次に間引きモードについて説明する。図４０は本実施形態における間引きモードの動作を示し、図３６と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクス中の一列の画素を示している。図４１は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１６４】
図４１のｔｖ１においてはＶ１Ｄには高電圧、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃには中電圧が加えられる。これにより図４０のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤのＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄにポテンシャル井戸ができる。同時にＶ１Ｄの読み出しゲートが開き、Ｖ１ＤのラインからＲの光電変換素子上の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。次にｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ａに高電圧、Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｄに中電圧が加えられると、ポテンシャル井戸の移動が起こるとともに、Ｖ３Ａの読み出しゲートが開き、Ｖ３Ａのラインの光電変換素子からＧの電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷は移動する。
【０１６５】
光電変換素子上の電荷を垂直転送ＣＣＤ上に転送し終わると、これらの電荷を順に水平転送ＣＣＤに転送するのであるが、間引きモードにおいては図４０に示すように、電荷が存在する井戸と空の両方が存在する。そこで、水平転送ＣＣＤに電荷を転送するに際して、水平転送ＣＣＤ上において電荷が存在するラインと空のラインが１対１で加算されるように、１水平ブランキングにおいて図２６の垂直転送パルスを２回ずつ水平転送ＣＣＤに印加する。
【０１６６】
以上のように、間引きモードにおいて読み出された画像データ中には測距用のＳ１及びＳ２のデータは含まれず、すべてが画像の生成に使うことが可能な画素となる。また、読み出し時に画素の間引きが行われることにより、静止画撮影モードと比較して１／４の時間で動画１枚分の画像を得ることが可能となる。
【０１６７】
これによって得た画像データを用いることにより、静止画撮影モードのような画素補間処理を行うことなく、動画あるいはビューファインダー用の画像データを生成することが可能となるのである。
【０１６８】
さらに測距モードについて説明する。図４２は本実施形態における測距モードの動作を示し、図３６と同一の場所の垂直転送ＣＣＤ及び画素マトリクス中の一列の画素を示している。図４３は垂直転送パルスの様子を示している。
【０１６９】
図４３のｔｖ１においてはＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄには中電圧が加えられる。これにより図４２のｔｖ１に示すように垂直転送ＣＣＤのＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｄにポテンシャル井戸ができるが、読み出しゲートは開かず、電荷は垂直転送ＣＣＤには移動しない。次にｔｖ２からｔｖ３にかけてＶ３Ｂ，Ｖ３Ｃに高電圧、Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｄに中電圧が加えられると、ポテンシャル井戸の移動が起こるとともに、Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃの読み出しゲートが開き、Ｖ３Ｂ，Ｖ３Ｃのラインの光電変換素子から測距用セルＳ１及びＳ２の電荷が垂直転送ＣＣＤに移動する。この後ｔｖ４，ｔｖ５に示す電圧が垂直転送ＣＣＤに印可され、垂直転送ＣＣＤ中の電荷は移動する。
【０１７０】
光電変換素子上の電荷を垂直転送ＣＣＤ上に転送し終わると、これらの電荷を順に水平転送ＣＣＤに転送するのであるが、測距モードにおいては図４２に示すように、電荷が存在する井戸と空の井戸が２ラインおきに繰り返される。そこで、水平転送ＣＣＤに電荷を転送するに際して、水平転送ＣＣＤ上において電荷が存在するラインと空のラインが１対１で加算されるように、１水平ブランキングにおいて図２６の垂直転送パルスを２回ずつ水平転送ＣＣＤに印加する。
【０１７１】
以上によって測距用セルＳ１，Ｓ２を含むラインの読み出しが完了する。カメラにおいてはこの中の特定の２つのラインを選択し、Ｓ１とＳ２の位相差よりデフォーカス量を演算し、レンズを駆動することによってオートフォーカス動作を完了する。
【０１７２】
第２の実施形態と第３の実施形態はインターラインＣＣＤを用いた例を説明したが、例えばＣ−ＭＯＳセンサのようにＸ−Ｙアドレス方式によって指定した画素を自由に読み出すことが可能な撮像素子を用いた場合においても、間引き読み出しによって使用する行（または列）と、測距用のセルが存在する行（または列）を分離することにより、同様に実現することが可能である。
【０１７３】
以上のように、本実施形態は純色カラーフィルタを持つ撮像素子において、静止画撮影モード、間引きモード及び測距モードを実現する。そして本実施形態もまた、間引きモードの読み出しにおいて読み出される画素には測距用の画素が含まれず、なおかつ動画の生成に必要十分な画素数を読み出すことができる。
【０１７４】
これにより、測距用画素の部分の補間を行う必要が生じず、かつあらかじめ画素数が動画の生成に必要な量に間引かれているため、動画の生成処理を高速に行うことが可能となる。これにより、コマ数の多い高画質のビューファインダーや動画ファイルの撮影を実現し、さらには高速な測光動作をも実現することができる。
【０１７５】
以上によってデジタルスチルカメラなどの撮像装置の使い勝手を向上し、製品のコストを低減することができる。
【０１７６】
（第４の実施形態）
図３３に第４の実施形態の撮像装置の構成を示す。第４の実施形態は、第１の実施形態の撮像素子及びこれを駆動する駆動回路を用いたデジタルスチルカメラの構成例である。
【０１７７】
図３３において、撮像素子７１０は第２の実施形態で示した撮像素子である。タイミングジェネレータ７１１は垂直転送パルスＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆ，Ｖ４及び水平転送パルスＨ１，Ｈ２をそれぞれ、静止画撮影モード、間引きモード、測距モードに応じて第２の実施形態で示したように生成する。また、タイミングジェネレータはマイクロプロセッサ７２４と制御線で接続されていて、マイクロプロセッサからの指令に応じて駆動パルスを、静止画撮影モード、間引きモード、測距モードに切り替える。
【０１７８】
撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、ＡＧＣ７１３で信号レベルの調整をされた後、Ａ／Ｄコンバータ７１４においてデジタル値に変換される。Ａ／Ｄコンバータの出力はスイッチ７２６及びメモリコントローラ７１９に接続されている。
【０１７９】
信号処理回路７１５はＡ／Ｄ変換された撮像素子の出力信号を元に、輝度・色差画像データを生成する回路である。圧縮回路７１６は、信号処理回路７１５によって生成した輝度色差画像データをＪＰＥＧなどの規格に則って圧縮処理する回路である。
【０１８０】
７２０はメモリで、ＤＲＡＭなどのメモリ素子によって構成される。メモリコントローラ７１９は、入力されるデータをメモリ７２０に記録するための制御を行ったり、メモリ７２０上のデータを他のブロックからのリクエストに応じて読み出すための制御を行う回路である。
【０１８１】
外部記録メディア７２３は、不揮発性のメモリ素子によって構成され、画像データファイルなどの保存を行う。外部記録メディア制御回路７２２は、外部記録メディアに対してデータの書き込みあるいは読み出しを制御する回路である。
【０１８２】
ディスプレイ７１８はＬＣＤなどによって構成され、撮影した静止画像や動画像を表示したり、電子ビューファインダーとして撮影前に撮像素子に入射する被写体像を表示する。
【０１８３】
撮影レンズ７２８は、マイクロプロセッサ７２４からの指令によって撮像素子に対する焦点位置を調整することが可能なレンズである。シャッタースイッチ７２５は半押しすると制御信号ＳＷ１が出力され、全押しするとＳＷ２が出力され、何も押さない状態ではＳＷ０を出力するスイッチで、測距時に半押し、撮影時に全押しして使用する。７２７はシャッターで、羽根を開閉させることにより撮像素子への光の入射を制御する。
【０１８４】
図３４に本実施形態のデジタルスチルカメラの動作の流れを示す。
【０１８５】
図３４のＳｔｅｐ１においてカメラに電源が投入される。
【０１８６】
カメラはまず電子ビューファインダーを起動する。マイクロプロセッサ７２４は、Ｓｔｅｐ２において、タイミングジェネレータが間引きモードで動作するように、制御信号を通してタイミングジェネレータに対して指令を送る。これによってタイミングジェネレータは間引きモードの駆動信号、すなわち垂直転送パルスＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆ，Ｖ４と水平転送パルスＨ１，Ｈ２を第２の実施形態の間引きモードに従って撮像素子に対して出力する。
【０１８７】
さらに、マイクロプロセッサはＳｔｅｐ３においてスイッチ７２６をａに接続するよう制御信号を送る。撮像素子７１０に露光した像は、第２の実施形態で述べたように間引きされて読み出される。撮像素子が１６０万画素であるとすると、秒３０コマ程度で画像の読み出しが行われる。また測距用のセルから読み出されるデータは存在しないので、後で述べる静止画撮影モードのような補間処理を行う必要はない。
【０１８８】
撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。
【０１８９】
信号処理回路７１５はＡ／Ｄコンバータから入力される信号より輝度・色差画像データを生成し、これを出力する。ディスプレイ制御回路７１７は信号処理回路７１５が出力する輝度・色差画像データをディスプレイ７１８に表示が可能となるように信号出力タイミングを調整し、これをディスプレイ７１８に連続して出力する。ディスプレイ７１８は入力される画像データを繰り返し表示する。これによりディスプレイ７１８には撮像素子７１０に入射している被写体像が１秒あたり約３０コマの動画として表示される。
【０１９０】
また、マイクロプロセッサはビューファインダーの動作中において、撮像素子の露光量が適正であるように、撮像素子上のすべての光電変換素子の電荷のクリアを行う電子シャッターパルスのタイミングを調整する。これによって自動露出が達成される。
【０１９１】
撮影者が電子ビューファインダーによって被写体を決定し、シャッタースイッチ７２５を半押しする。マイクロプロセッサ７２４はＳｔｅｐ４においてシャッタースイッチ７２５がＳＷ１状態であることを判断すると、処理をＳｔｅｐ５に進め、オートフォーカス動作を開始する。
【０１９２】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ５においてタイミングジェネレータを測距モードに変更する。
【０１９３】
タイミングジェネレータは駆動信号を測距モードに切り替え、垂直転送パルスＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆ，Ｖ４と水平転送パルスＨ１，Ｈ２を第２の実施形態の測距モードに従って撮像素子に対して出力する。
【０１９４】
撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。メモリコントローラ７１９はＡ／Ｄコンバータからの出力を１フィールド分、メモリ７２０に記録する。
【０１９５】
さらにメモリコントローラはメモリ上のデータから測距用セルＳ１の像とＳ２の像を位相差演算回路７２１に転送する。位相差演算回路７２１は二つのラインずれ量ｎを相関演算によって求め、出力する。マイクロプロセッサは位相差演算回路７２１が出力したずれ量ｎを読み出し、ずれ量ｎから式（２）によりデフォーカス量ｘを演算し、これに相当するレンズ駆動信号を撮影レンズ７２８に出力する。
【０１９６】
撮影レンズ７２８はレンズの位置を駆動信号に従って移動する。これによってオートフォーカス動作が完了する。
【０１９７】
ここで撮影者がシャッタースイッチ７２５を全押ししたとする。スイッチ７２５は制御信号ＳＷ２を出力する。マイクロプロセッサはＳｔｅｐ７においてシャッタースイッチの全押しを検知すると、Ｓｔｅｐ８においてタイミングジェネレータのモードを静止画撮影モードに切り替える。また、Ｓｔｅｐ９においてスイッチ７２７をｂに切り替える。
【０１９８】
タイミングジェネレータは静止画撮影モードにおいて、第２の実施形態の静止画撮影モードでの駆動パルスを生成する。タイミングジェネレータは第１のフィールドと第２のフィールドが交互に繰り返すよう駆動パルスを生成し、垂直転送パルスＶ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ１ａｆ，Ｖ２，Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｂ，Ｖ３ａｆ，Ｖ４と水平転送パルスＨ１，Ｈ２を撮像素子に対して出力する。これによって撮像素子は第１のフィールドと第２のフィールドの映像信号を交互に出力する。また、マイクロプロセッサは、電子シャッターパルスのタイミングをタイミングジェネレータに設定し、露光時間を調整する。
【０１９９】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０において静止画のキャプチャーを開始する。静止画のキャプチャーは次のように行う。まずマイクロプロセッサはメカシャッター７２７を閉じる。次にメモリコントローラにＡ／Ｄコンバータ出力の取込を指示する。撮像素子が第２の実施形態で述べた第１のフィールドを出力し始める。メモリコントローラは第１のフィールドの映像信号をＡ／Ｄコンバータから取り込み、これをメモリ７２０に記録する。このとき、メモリ上における２ラインを一組とし、メモリコントローラは組の１ライン目にＡ／Ｄコンバータから取り込んだラインを記録する。
【０２００】
第１のフィールドをメモリに記録し終わると、続いて第２のフィールドを記録する。メモリコントローラはメモリ上ラインの組のうちの２ライン目に第２のフィールドの映像信号を記録する。以上によって撮像素子上の全画素がメモリ上に撮像素子と同じ配列で記録される。
【０２０１】
次に測距用セルＳ１，Ｓ２の部分の映像信号を周辺画素を用いて補間する。マイクロプロセッサは、マイクロプロセッサ内に内蔵されたＲＯＭに記録された、測距用セルの位置パターン情報に基づいて測距用セルの位置を判断し、この部分を周辺の画素より補間する。例えば図２３のＳ１を補間するのであれば、周辺のＧの画素の値を用いて、公知のバイキュービック法などを用いて行えばよい。
【０２０２】
この後メモリコントローラはメモリ上の画像データを信号処理回路７１５に対して出力する。信号処理回路７１５は入力された画像データを輝度・色差画像データに変換する。さらに輝度・色差画像データにガンマ補正などの処理を行う。
【０２０３】
信号処理回路７１５は処理を終わったデータを順に出力する。圧縮回路７１６は信号処理回路７１５が出力したデータをＪＰＥＧなどの規格に則って圧縮処理し、これを出力する。
【０２０４】
メモリコントローラ７１９は圧縮された画像データを外部記録メディア制御回路７２２に出力することにより、外部記録メディア７２３に画像データをファイルとして記録する。
【０２０５】
以上によって静止画の撮影を完了する。この後マイクロプロセッサはＳｔｅｐ２に処理を戻し、タイミングジェネレータを間引きモードに、スイッチ７２６をａに接続し、再びビューファインダーを開始する。
【０２０６】
最後に、動画の撮影について説明する。図４４は本実施形態の装置の動画撮影の流れ図である。
【０２０７】
まず、図４４のＳｔｅｐ１００において、図示しないモードダイヤルで動画撮影が選択され、カメラに電源が投入されたとする。マイクロプロセッサはまずビューファインダーを動作させるために、Ｓｔｅｐ１０１においてタイミングジェネレータを間引きモードにセットする。さらにＳｔｅｐ１０２においてスイッチ７２６をａに接続する。これにより、ディスプレイ７１８には撮像素子に入射する像が表示され、カメラはビューファインダーの動作を行う。
【０２０８】
Ｓｔｅｐ１０３において、撮影者がシャッターを半押ししたとする。これによりシャッタースイッチ７２５はＳＷ１信号を出力する。マイクロプロセッサはこれを検知し、処理をＳｔｅｐ１０４に進める。
【０２０９】
これによってカメラはオートフォーカスを開始する。マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０４においてタイミングジェネレータを測距モードに変更する。これによりタイミングジェネレータは駆動信号を測距モードに切り替える。
【０２１０】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０５において測距用セルの読み出しを開始する。撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。メモリコントローラ７１９はＡ／Ｄコンバータからの出力を１フィールド分、メモリ７２０に記録する。
【０２１１】
さらにメモリコントローラはメモリ上に記録された測距用セルＳ１の像と同じくＳ２の像を位相差演算回路７２１に転送する。マイクロプロセッサは位相差演算回路より二つのラインのずれ量を読み出し、さらにずれ量からデフォーカス量を演算し、これに相当するレンズ駆動信号を撮影レンズ７２８に出力する。
【０２１２】
撮影レンズ７２８は、駆動信号に従ってレンズの位置を移動する。これによってオートフォーカス動作が完了する。
【０２１３】
この後マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０６においてプロセッサに内蔵されたタイマの値を０にリセットする。
【０２１４】
次に、Ｓｔｅｐ１０７において撮影者がシャッターを全押ししたとする。これによりシャッタースイッチはＳＷ２信号を出力する。マイクロプロセッサはこれを検知すると処理をＳｔｅｐ１０８に進め、動画の取込を開始する。
【０２１５】
まずＳｔｅｐ１８において、タイマーのカウント値が評価基準値を超えているかどうか評価される。ここではタイマーの評価基準値を０．２秒とする。ここではタイマーの値は０．２秒に達しておらず、マイクロプロセッサは処理をＳｔｅｐ１０９に進めるとする。
【０２１６】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０９においてタイミングジェネレータを間引きモードに設定する。これにより、タイミングジェネレータは間引きモードの駆動パルスを発生し、撮像素子７１０は間引かれた画素データを出力する。撮像素子の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。
【０２１７】
信号処理７１５はＡ／Ｄコンバータから入力される信号より輝度・色差画像データを生成し、これを出力する。信号処理７１５の出力はディスプレイ制御回路７１７と圧縮回路７１６に入力される。ディスプレイ制御回路はビューファインダー時と同様に入力された輝度色差信号をディスプレイ７１８に表示させる。同時に圧縮回路７１６は入力された輝度・色差信号を圧縮処理し、これをメモリコントローラに出力する。
【０２１８】
メモリコントローラ７１９は圧縮された画像データを外部記憶メディア制御回路７２２に出力することにより、外部記憶メディア７２３に画像データをファイルとして記録する。
【０２１９】
マイクロプロセッサは処理をＳｔｅｐ１０７に戻す。Ｓｔｅｐ１０７はシャッタースイッチの全押し状態が続けられているか、または放されたかを判定する。カメラはシャッタースイッチが全押しされている間は動画の撮影を続ける。ここではシャッタースイッチは全押しされ続けていたとする。これによってマイクロプロセッサは処理をＳｔｅｐ１０８に進める。
【０２２０】
ここではＳｔｅｐ１０８において、タイマのカウントが０．２秒を超えていたとする。マイクロプロセッサはこれを検知し処理をＳｔｅｐ１０４に戻し、タイミングジェネレータを再び測距モードに切り替え、Ｓｔｅｐ１０５において再びオートフォーカスを行う。その後Ｓｔｅｐ１０６にてタイマをリセットする。上記の処理によってカメラは動画撮影中において断続的にオートフォーカスを繰り返し、被写体像が動いても合焦状態に追従することが可能となる。
【０２２１】
この後、Ｓｔｅｐ１０７においてシャッターが全押しされ続け、Ｓｔｅｐ１０８においてタイマが０．２秒に満たなかったとする。マイクロプロセッサはＳｔｅｐ１０９において再びタイミングジェネレータを間引きモードに戻し、Ｓｔｅｐ１１０において動画のキャプチャーを再開する。また、Ｓｔｅｐ１０９において、すでにタイミングジェネレータが間引きモードにセットされている場合は、タイミングジェネレータはすでに行われている設定を変更せずにそのまま動作する。
【０２２２】
以上のループによって、カメラはシャッターを全押しされている間は動画を撮影し続け、かつ０．２秒に一回の割合で動画撮影に割り込んでオートフォーカス動作を行う。これによって被写体像に焦点が合い続けた状態で動画の撮影が行われる。
【０２２３】
また、動画をキャプチャーする際に測距用のセルＳ１，Ｓ２は読み出されないので、画素の補間を行う必要が生じず、コマ数が多い高品質な動画を撮影することが可能となる。
【０２２４】
ところで、デジタルスチルカメラは、撮影する画像の解像度をユーザが選択することが可能なように構成されたものが多い。本実施形態ではすでに静止画撮影について述べており、これにおいては最高解像度の画像を撮影することが可能である。
【０２２５】
本実施形態の撮像装置において、より低い解像度の画像を撮影する場合には、図３４に述べた処理においてＳｔｅｐ８でタイミングジェネレータを静止画撮影モードにセットしているところを、タイミングジェネレータを間引きモードにセットするように変更する。そしてこれまでに述べた静止画撮影の処理を同様に行うことによって、解像度の低い画像データファイルを生成することが可能となる。
【０２２６】
これにより、低い解像度の画像を撮影する場合においても、撮像素子出力に、測距用のセルは撮像素子から読み出されずに画像生成のための信号のみが読み出される。これによって測距用セル部分の補間を行う必要が生じず、短時間で静止画の生成を行うことが可能となる。これによって連写速度が向上し、デジタルスチルカメラの性能が向上する。
【０２２７】
本実施形態は第２の実施形態に示した撮像素子を使った場合について説明をしたが、第３の実施形態に示した撮像素子やその他類似する撮像素子を使った場合においても、タイミングジェネレータの発生する駆動パルスをカメラの動作に応じて切り替えることにより、同様の効果を得ることが可能である。
【０２２８】
以上に示したように、本実施形態に述べた撮像装置は、撮像素子上にオートフォーカス用のセルを持つ撮像素子を使用することによって、高速で高精度なオートフォーカスが実現される。また撮像素子上にオートフォーカス用のセルを持つ撮像素子を使用するにも関わらず、カメラシステムのコストを増大することなく、コマ数の多い高品質のビューファインダーを表示することや同様に高品質の動画の撮影を可能とする。また、コマ数の多いビューファインダーによって、ビューファインダー中の測光動作を高速に行うことが可能となる。さらには、低解像度静止画による連写を高速に行うことも可能とすることができる。
【０２２９】
そして、これらの効果を持つ優れたデジタルスチルカメラなどの撮像装置を低コストにて実現することができる。
【０２３０】
（第５の実施形態）
第５の実施形態の撮像装置の構成を図４６に示す。なお、この第５の実施形態の撮像装置の構成は、図３３に示した第４の実施形態の構成と共通する部分が多いので、同一機能部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【０２３１】
第４の実施形態においては、タイミングジェネレータ７１１は全画素を読み出す駆動モードによる撮像素子駆動信号のみを出力する。一方、本実施形態の装置は、撮像素子に間引き読み出しモードを設けられない場合において、動画像やビューファインダーの品質を向上させるものである。
【０２３２】
図４５に本実施形態のデジタルスチルカメラの動作の流れを示す。図４５のＳｔｅｐ２００においてカメラに電源が投入される。
【０２３３】
カメラはまず電子ビューファインダーを起動する。マイクロプロセッサ７２４は、Ｓｔｅｐ２０１においてスイッチ８３０をａに接続するよう制御信号を送る。
【０２３４】
撮像素子７１０の出力はＣＤＳ７１２で相関二重サンプリングされ、さらにＡＧＣ７１３で振幅の調整がなされる。さらにＡ／Ｄコンバータ７１４でデジタル値に変換される。
【０２３５】
Ａ／Ｄコンバータの出力は、ライン間引き回路８２９において、ライン間引きされる。撮像素子７１０は第２および第３の実施形態に示したように、間引き時に画像信号生成に用いる行と測距用のセルが含まれる行を別のラインに配置した撮像素子である。ライン間引き回路は、例えば図２３に示した間引きモード時に読み出される行のみを出力するように構成する。これによりライン間引き回路８２９の出力には測距用セルの出力は含まれない。
【０２３６】
また、ライン間引き回路８２９にはメモリを用いた画素レート変換回路が内蔵され、ライン間引き回路の出力には連続した画像信号が出力される。
【０２３７】
信号処理回路７１５はライン間引き回路から入力される信号より輝度・色差画像データを生成し、これを出力する。ディスプレイ制御回路７１７は信号処理回路７１５が出力する輝度・色差画像データをディスプレイ７１８に表示が可能となるように信号出力タイミングを調整し、これをディスプレイ７１８に連続して出力する。ディスプレイ７１８は入力される画像データを繰り返し表示する。これによりディスプレイ７１８には撮像素子７１０に入射している被写体像が１秒あたり約３０コマの動画として表示される。
【０２３８】
また、マイクロプロセッサはビューファインダーの動作中において、撮像素子の露光量が適正であるように、撮像素子上のすべての光電変換素子の電荷のクリアを行う電子シャッターパルスのタイミングを調整する。これによって自動露出が達成される。
【０２３９】
撮影者が電子ビューファインダーによって被写体を決定し、シャッタースイッチ７２５を半押しする。マイクロプロセッサ７２４はＳｔｅｐ２０２においてシャッタースイッチ７２５がＳＷ１状態であることを判断すると、処理をＳｔｅｐ２０３に進め、オートフォーカス動作を開始する。
【０２４０】
マイクロプロセッサはＳｔｅｐ２０３においてスイッチ８３１をｂに接続する。そしてＳｔｅｐ２０４においてマイクロプロセッサはメモリコントローラに指令を出し、メモリコントローラがＡ／Ｄコンバータからの出力を１フィールド分、メモリ７２０に記録する。
【０２４１】
さらにメモリコントローラはメモリ上に記録された測距用セルＳ１の像と同じくＳ２の像を位相差演算回路７２１に転送する。マイクロプロセッサは位相差演算回路より二つのラインのずれ量を読み出し、さらにずれ量からデフォーカス量を演算し、これに相当するレンズ駆動信号を撮影レンズ７２８に出力する。
【０２４２】
撮影レンズ７２８は、駆動信号に従ってレンズの位置を移動する。これによってオートフォーカス動作が完了する。
【０２４３】
ここで撮影者がシャッタースイッチ７２５を全押ししたとする。スイッチ７２５は制御信号ＳＷ２を出力する。マイクロプロセッサはＳｔｅｐ２０５においてシャッタースイッチの全押しを検知すると、Ｓｔｅｐ２０６においてスイッチ８３０をｂに切り替える。
【０２４４】
さらにマイクロプロセッサはＳｔｅｐ２０７において静止画のキャプチャーを開始する。マイクロプロセッサはメカシャッター７２７を閉じ、次にメモリコントローラにＡ／Ｄコンバータ出力の取り込みを指示する。撮像素子が第２の実施形態で述べた第１のフィールドを出力し始める。メモリコントローラは第１のフィールドの映像信号をＡ／Ｄコンバータから取り込み、これをメモリに記録する。このとき、メモリ上における２ラインを一組とし、メモリコントローラは組の１ライン目にＡ／Ｄコンバータから取り込んだラインを記録する。
【０２４５】
第１のフィールドをメモリに記録し終わると、続いて第２のフィールドを記録する。メモリコントローラはメモリ上ラインの組のうちの２ライン目に第２のフィールドのラインの映像信号を記録する。以上によって撮像素子上の全画素がメモリ上に撮像素子と同じ配列で記録される。
【０２４６】
次に測距用セルＳ１，Ｓ２の部分の映像信号を周辺画素を用いて補間する。マイクロプロセッサは、マイクロプロセッサ内に内蔵されたＲＯＭに記録された測距用セルの位置パターン情報に基づいて測距用セルの位置を判断し、この部分を周辺の画素より補間する。例えば図２３のＳ１を補間するのであれば、周辺のＧの画素の値を用いて、公知のバイキュービック法などを用いて行えばよい。
【０２４７】
この後メモリコントローラはメモリ上の画像データを信号処理回路７１５に対して出力する。信号処理回路７１５は入力された画像データを輝度色差画像データに変換する。さらに輝度色差画像データにガンマ補正などの処理を行う。
【０２４８】
信号処理回路１５は処理を終わったデータを順に出力する。圧縮回路７１６は信号処理回路７１５が出力したデータをＪＰＥＧなどの規格に則って圧縮処理し、これを出力する。
【０２４９】
メモリコントローラ７１９は圧縮された画像データを外部記録メディア制御回路７２２に出力することにより、外部記録メディア７２３に画像データをファイルとして記録する。
【０２５０】
以上によって静止画のキャプチャーを完了する。この後マイクロプロセッサはＳｔｅｐ２０１に処理を戻し、再びビューファインダーの動作を開始する。
【０２５１】
以上のように、ライン間引き回路を用いて測距用のセルを含むラインを間引くことによって、ビューファインダー動作を測距用セルの補間を行わずに達成することができる。また、同様に動画撮影時、低解像度静止画撮影時においても同様にライン間引き回路を用いて測距用のセルを含むラインを間引くことにより、第４の実施形態と同様に動画の生成や低解像度静止画の生成を高速に行うことが可能となる。
【０２５２】
以上に説明したように、本実施形態に述べた撮像装置は、撮像素子上にオートフォーカス用のセルを持つ撮像素子を使用した撮像装置において、撮像素子の駆動信号を特殊とすることなく、動画撮影時やビューファインダー時に測距用のセルの補間を行う必要をなくすることが可能となる。
【０２５３】
本実施形態は、第４の実施形態と比較すると多くのコマ数は望めないが、測距用セルの補間を必要としない分、低コスト低消費電力を実現しながら、ビューファインダーの表示や動画の撮影を可能とすることができる。また、低解像度静止画による連写を高速に行うことも可能とすることができる。
【０２５４】
ところで、撮像素子上に自動露出用等オートフォーカス以外の用途の機能セルを設ける場合は、オートフォーカス用のセルが位置するライン上にこれを設けることによって同様の効果を得ることが可能となる。
【０２５５】
【他の実施形態】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ，インタフェイス機器，リーダ，プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機，ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【０２５６】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【０２５７】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０２５８】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，ＲＯＭなどを用いることができる。
【０２５９】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０２６０】
さらに、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０２６１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、撮像素子の画素のうちに、わずかの、本来の画像情報取り込み以外の測距、測光等のための機能画素を設けることで、本来の撮像面おいて、撮像素子そのもので、ＡＦ、ＡＥのための情報が得られるようになる。これにより、これまで、撮像素子とは別にセンサをもっていたカメラに対し、はるかに小型で、低価格なカメラを提供することが可能となる。また、ＡＦ，ＡＥのための動作時間も短くてすみ、撮影者のシャッターチャンスを拡大することが出来る。また、極めて高い精度のＡＦ、ＡＥが可能となるので、ミス撮影で必要な画像を失うことも大幅に少なくできる。
【０２６２】
また、動画やビューファインダー時に読み出される画素には測距用の画素が含まれず、なおかつ動画の生成に必要十分な画素数を読み出すことが可能な撮像素子を実現することができる。
【０２６３】
これを使用する撮像装置は、測距用画素の部分の補間を行う必要が生じず、かつあらかじめ画素数が動画の生成に必要な量に間引かれているため、動画の生成処理を高速に行うことが可能である。これにより、コマ数の多い高画質のビューファインダーや動画ファイルの撮影や、高速な測光動作が可能であり、かつ低コストで優れた撮像装置が実現される。
【０２６４】
また、撮像装置上で動作する処理が簡略化されるため、装置の消費電力が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の固体撮像装置の基本画素配列図である。
【図２】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素を含む画素配列図である。
【図３】本発明の一実施形態の固体撮像装置の第１の位相の検知のための画素の構造図である。
【図４】本発明の一実施形態の固体撮像装置の第２の位相の検知のための画素の構造図である。
【図５】本発明の一実施形態の固体撮像装置のフォーカスずれ検知の原理図である。
【図６】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素を含む画素配列図である。
【図７】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素を含む画素配列図である。
【図８】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素を含む画素配列図である。
【図９】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測光のための画素の構成図である。
【図１０】本発明の一実施形態の固体撮像装置の測距画素をもつ領域の配置図である。
【図１１】固体撮像装置の構成図である。
【図１２】固体撮像装置の通常領域の基本画素配列図である。
【図１３】固体撮像装置の画素構造図である。
【図１４】固体撮像装置の画素構造図である。
【図１５】固体撮像装置の画像読み出しタイミング図である。
【図１６】固体撮像装置の測距、測光データ読み出しタイミング図である。
【図１７】第１の実施形態における焦点検出の概念を示す図である。
【図１８】第１の実施形態における焦点検出の概念を示す図である。
【図１９】第１の実施形態における像のずれを示す図である。
【図２０】第１の実施形態における焦点検出用セルを示す図である。
【図２１】遮光膜を示す図である。
【図２２】第１の実施形態の撮像素子の構成を示す図である。
【図２３】第２の実施形態の撮像素子の構成を示す図である。
【図２４】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図２５】第２の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図２６】第２および第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図２７】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図２８】第２の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図２９】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図３０】第２の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図３１】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図３２】第２の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図３３】第４の実施形態における撮像装置の構成例を示した図である。
【図３４】第４の実施形態における撮像装置の処理の流れ図である。
【図３５】第３の実施形態の撮像素子の構成を示す図である。
【図３６】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図３７】第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図３８】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図３９】第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図４０】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図４１】第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図４２】第２の実施形態における垂直転送ＣＣＤの動作概念を示す図である。
【図４３】第３の実施形態における垂直転送パルスを示した図である。
【図４４】第４の実施形態における撮像装置の処理の流れ図である。
【図４５】第５の実施形態における撮像装置の処理の流れ図である。
【図４６】第５の実施形態における撮像装置の構成例を示した図である。
【符号の説明】
Ｒ レッド
Ｇ グリーン
Ｂ ブルー
Ｃｙ シアン
Ｙｅ イエロー
Ｍｇ マゼンタ
Claims (9)
- 光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された固体撮像装置において、
前記光電変換セル群のうちの少なくとも一部が、測距のための信号を出力するように構成され、前記測距のための信号を出力する前記少なくとも一部の光電変換セルは、周囲を画像信号を形成するための信号を出力する複数の光電変換セルに囲まれていることを特徴とする固体撮像装置。 - 光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、
前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、
前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第１の行と、該第１の行に隣接する第２の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴とする固体撮像装置。 - 光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、
前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、
前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第１の行と、該第１の行の上下に隣接する第２の光電変換セルを含む基本的な配列の並ぶ第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴とする固体撮像装置。 - 光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、
前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、
前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列と第２の光電変換セルを含む基本的な配列とを交互に配置した配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴とする固体撮像装置。 - 光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、
前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１ つの光電変換セルが測距又は測光のための信号を出力するように構成されており、
前記測距又は測光のための信号を出力する光電変換セルが、光電変換部上に配置されたマイクロレンズと、該マイクロレンズと光電変換部との間に配置された特定の開口部を有する遮光膜層とを有し、前記光電変換セルは、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して偏りをもつ第１の光電変換セルと、前記遮光膜層の開口がマイクロレンズの光学中心に対して第１の光電変換セルと逆方向に偏りをもつ第２の光電変換セルとに分類され、第１の光電変換セルを含む基本的な配列と第２の光電変換セルを含む基本的な配列を交互に配置した第１の行と、該第１の行に隣接する第１の行とは逆に第１の基本配列と第２の基本配列を配した第２の行とからなる配列を、前記撮像領域の少なくとも１つの領域に有することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第１の光電変換セルのつながりにより出力される信号と前記第２の光電変換セルのつながりにより出力される信号との位相差から、撮像素子に被写体像を結ぶための光学系のフォーカスを調整することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
- 光学系により結像される光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配列された撮像領域を有する固体撮像装置において、
前記撮像領域は、複数の色のいずれかを検知する光電変換セルの基本的な配列の繰り返しにより構成され、前記撮像領域のうちの少なくとも一部の前記基本的な配列のうちの１つの光電変換セルが測光のための信号を出力するように構成されており、
前記測光のための信号を出力する光電変換セルは、光電変換部の上部に特定の開口部を有する遮光膜層を有し、前記撮像領域には、測光のための信号を出力する複数の光電変換セルであって、互いに開口率の異なる前記開口部を有する光電変換セルが任意の場所に配置されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記開口率の異なる光電変換セルのそれぞれの出力に基づいて露出制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
- 光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元的に配置された固体撮像装置において、
２次元画像を形成するための輝度信号、又は輝度信号と色信号を生成するための信号を出力する第１の光電変換セルと、
焦点検出を行うための信号又は測光のための信号を出力する第２の光電変換セルと、
前記第１の光電変換セルから出力される信号と前記第２の光電変換セルから出力される信号の両者を含む信号を読み出す第１の読み出しモードと、前記第２の光電変換セルから読み出される信号は含まずに第１の光電変換セルから読み出される信号を含む信号を読み出す第２の読み出しモードとを切り換える切り換え手段とを具備することを特徴とする固体撮像装置。
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