JP5187039B2 - 固体撮像装置及びこれを用いた電子カメラ - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置及びこれを用いた電子カメラに関するものである。

近年、ＡＦ（オートフォーカス）機能（自動焦点調節機能）を有するビデオカメラや電子スチルカメラなどの電子カメラが広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型などの固体撮像素子が使用されている。これらの固体撮像素子は、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部を有する画素が二次元マトリクス状に複数配置されている。

従来は、このような電子カメラにおいて、撮像に用いる固体撮像素子とは別個に特別な焦点検出素子を設けない場合、焦点検出方式として、固体撮像素子からの画像信号を用いてＡＦを実現することができるコントラスト方式が採用されている。コントラスト方式は、レンズを少しずつ移動させて画像信号からコントラストを求め、そのコントラストが最大となるようにレンズを移動させて合焦させる方式であり、その際、コントラストが最大となるようにするための制御方法としては山登り方式等が用いられる。したがって、コントラスト方式では、原理的に、高速に合焦させることはできない。

特許文献１には、このようなコントラスト方式を採用した電子カメラにおいて、カメラの背面等に配置された液晶パネル等の表示部にライブビュー表示を表示させるカメラが開示されている。ライブビュー表示は、固体撮像素子から得られた画像信号による画像表示であり、使用者にとっては、本撮影前に被写体のフレーミング等の撮影状況を確認するのに非常に便利である。

そして、特許文献１には、被写体の輝度が低輝度の場合、ライブビュー読み出しモードと、加算読み出しモードとをフレーム毎に交互に切り換えて、ＣＣＤカラーエリアセンサからの画像信号の読み出し動作を行い、表示部は、ライブビュー読み出しモード期間で読み出されたライブビュー画像信号に基づき画像表示を行い、ＡＦ制御部は、加算読み出しモード期間で読み出された加算輝度画像信号に基づきコントラスト方式によるＡＦ制御を行うことが、開示されている。前記ライブビュー読み出しモードは、ＣＣＤカラーエリアセンサの、垂直方向に配列された複数個の光電変換素子から所定数の光電変換素子毎に間引いて電荷を読み出して、ライブビュー画像信号を生成する読み出しモードである。前記加算読み出しモードは、ＣＣＤカラーエリアセンサの、垂直方向に配列された連続する複数個の光電変換素子、または水平方向に配列された連続する複数個の光電変換素子で生成された電荷を加算して読み出して、加算輝度画像信号を生成する読み出しモードである。

したがって、特許文献１に開示された電子カメラでは、被写体の輝度が低下した場合においては、通常の読み出し動作に比較して同じ光量でも大きな出力が得られる加算輝度画像信号に基づいてコントラスト方式によるＡＦ制御を行うことにより、安定したコントラスト方式によるＡＦ制御を行うことができるようになる。また、被写体の輝度が低下した場合においても、表示部はライブビュー画像信号に基づいて画像を表示することにより被写体の色情報を得ることができるようになる。

特許文献１に開示された電子カメラでは、ライブビュー読み出しモードと加算読み出しモードとのフレーム毎の交互切り換えは、被写体の輝度が低輝度の場合にのみ行われ、被写体の輝度が比較的高い通常の場合は行われない（特許文献１の図８等）。

ところで、近年、焦点検出方式としていわゆる瞳分割位相差方式を採用し焦点検出素子としても兼用できるように構成された固体撮像素子が提案されている（例えば、下記特許文献２）。瞳分割位相差方式は、コントラスト方式と異なりレンズを試行錯誤的に動かす必要がないので、原理的に、高速に合焦させることができる。

特許文献２に開示された固体撮像素子では、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する撮像用画素とは別に、瞳分割位相差方式に従って焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を生成する焦点検出用画素（「ＡＦ用画素」とも称す。）が複数配置されている。この固体撮像素子では、ＡＦ用画素は、２分割された光電変換部を有している。このような光電変換部上に、マイクロレンズが画素に対して１対１に設けられている。２分割された光電変換部は、マイクロレンズによって撮像レンズの射出瞳と略結像関係（すなわち、略共役）となる位置に配置されている。したがって、撮像レンズの射出瞳とマイクロレンズとの間の距離はマイクロレンズの大きさに対して十分に長いことから、２分割された光電変換部は、マイクロレンズの略焦点位置に配置されていることになる。以上述べた関係から、各画素において、２分割された光電変換部の一方部分は、撮像レンズの射出瞳の一部の領域であって射出瞳の中心から所定方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。また、各ＡＦ用画素において、２分割された光電変換部の他方部分は、撮像レンズの射出瞳の一部であって射出瞳の中心から反対方向へ偏心した領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。
特開２００６−２６１９２９号公報 特開２００３−２４４７１２号公報

前記特許文献１に開示された電子カメラでは、被写体の輝度が低輝度の場合、ライブビュー表示が表示されつつＡＦ制御が行われるので、使用者はライブビュー表示で合焦状態を確認することができ、非常に好ましい。

しかしながら、前記特許文献１に開示された電子カメラでは、合焦速度の遅いコントラスト方式によりＡＦ制御を行うので、比較的近距離において比較的高速で動く被写体に対しては、焦点調節が全く追従できなくなってしまい、合焦した状態でライブビュー表示させることは不可能であった。

このように、従来は、比較的近距離において比較的高速で動く被写体をそれに追従した合焦状態でライブビュー表示させることができる電子カメラは、全く存在していなかった。しかるに、電子カメラにおいて、比較的近距離において比較的高速で動く被写体をそれに追従した合焦状態でライブビュー表示させることができれば、使用者にとってその利便性は計り知れない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、比較的近距離において比較的高速で動く被写体をそれに追従した合焦状態でライブビュー表示させることができる電子カメラ、及び、これに用いられる固体撮像装置を提供することを目的とする。

なお、特許文献２は、単に、撮像用画素とは別に瞳分割位相差方式に従ったＡＦ用画素を有する固体撮像素子を開示するに留まり、そのような固体撮像素子から、ライブビュー表示等と関連して信号を読み出す手法等について、何ら開示も示唆もしていない。また、特許文献１に開示された電子カメラにおいて行われる、ライブビュー読み出しモードと加算読み出しモードとのフレーム毎の交互切り換えは、被写体の輝度が低輝度の場合にその輝度低下を補うための特殊な動作であることは、明らかである。したがって、特許文献１の記載内容を考慮しても、特許文献２に開示された固体撮像素子から信号読み出すに際して、異なる読み出しモードをフレーム毎に切り換えるようなことは、到底想到し得ない。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像装置は、２次元状に配置された複数の画素であって、各々が、光学系により結像される被写体像による入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部を有する複数の画素と、ライブビュー表示を行うように前記複数の画素から信号を読み出す制御を行う読み出し制御手段と、を備え、前記複数の画素は、前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の撮像用画素と、瞳分割位相差方式に従って前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を出力する複数の焦点検出用画素と、を含むものである。

本発明の第２の態様による固体撮像装置は、２次元状に配置された複数の画素であって、各々が、光学系により結像される被写体像による入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部を有する複数の画素と、前記複数の画素から信号を読み出す制御を行う読み出し制御手段と、を備え、前記複数の画素は、前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の撮像用画素と、瞳分割位相差方式に従って前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を出力する複数の焦点検出用画素と、を含み、前記読み出し制御手段は、所定の動作モード時に、２つ以上の読み出しモードをフレーム毎に順次循環的に繰り返して行い、前記２つ以上の読み出しモードは、ライブビュー表示のための撮像用信号を読み出すライブビュー用読み出しモードと、前記焦点検出用信号を読み出す焦点検出用読み出しモードとを、含むものである。

本発明の第３の態様による固体撮像装置は、前記第２の態様において、前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線を備え、前記ライブビュー用読み出しモードにおいて、列方向に間引いた画素の信号読み出しが行われるものである。

本発明の第４の態様による固体撮像装置は、前記第１又は第２の態様において、前記焦点検出用読み出しモードにおいて、信号を有効に読み出すべき画素に関して、当該各画素の露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が行われるものである。

本発明の第５の態様による固体撮像装置は、前記第２乃至第４のいずれかの態様において、前記焦点検出用読み出しモードにおいて、一部の領域の画素の信号を読み出す部分読み出しが行われるものである。

本発明の第６の態様による固体撮像装置は、前記第２乃至第５のいずれかの態様において、前記２つ以上の読み出しモードは、自動露光用測光情報に用いるための撮像用信号を読み出す自動露光用読み出しモードを含むものである。

本発明の第７の態様による固体撮像装置は、前記第６の態様において、前記自動露光用読み出しモードにおいて、信号を有効に読み出すべき画素に関して、当該各画素の露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングである電子シャッタ動作が行われるものである。

本発明の第８の態様による固体撮像装置は、前記第６又は第７の態様において、前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線を備え、前記自動露光用読み出しモードにおいて、行方向の２つ以上の画素の信号を加算して読み出す水平画素加算が行われるものである。

本発明の第９の態様による固体撮像装置は、前記第６乃至第８のいずれかの態様において、前記自動露光用読み出しモードにおいて、列方向の信号読み出しに関して、連続する２行の画素の信号を読み出した後にＭ行（Ｍは偶数）の画素の信号を読み飛ばすことが繰り返されるものである。

本発明の第１０の態様による固体撮像装置は、前記第９の態様において、前記複数の画素の各々は、当該画素の前記光電変換部からの前記信号電荷を受け取って当該信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有し、前記複数の画素は、前記光電変換部が列方向に順次並んだＬ個（Ｌは２以上の偶数）の画素毎に画素ブロックをなし、前記画素ブロック毎に、当該画素ブロックに属する前記Ｌ個の画素が１組の前記電荷電圧変換部、前記増幅部、前記リセット部及び前記選択部を共有し、前記Ｍが｛Ｌ×（２＋Ｎ）−２｝（Ｎは０以上の整数）であるものである。

本発明の第１１の態様による固体撮像装置は、前記第２乃至第９のいずれかの態様において、前記複数の画素の各々は、当該画素の前記光電変換部からの前記信号電荷を受け取って当該信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有するものである。

本発明の第１２の態様による固体撮像装置は、前記第１１の態様において、前記複数の画素は、前記光電変換部が列方向に順次並んだＬ個（Ｌは２以上の整数）の画素毎に画素ブロックをなし、前記画素ブロック毎に、当該画素ブロックに属する前記Ｌ個の画素が１組の前記電荷電圧変換部、前記増幅部、前記リセット部及び前記選択部を共有したものである。

本発明の第１３の態様による固体撮像装置は、前記第２乃至第１２のいずれかの態様において、前記複数の撮像用画素には、ベイヤー配列に従って配列されたカラーフィルタが設けられたものである。

本発明の第１４の態様による電子カメラは、前記第２乃至第１３のいずれかの態様による固体撮像装置と、ライブビュー表示を行い得る表示部と、を備え、前記所定の動作モードにおいて、前記ライブビュー用読み出しモードにおいて読み出された信号に基づいて前記表示部にライブビュー表示を表示させつつ、前記焦点検出用読み出しモードにおいて読みされた信号に基づいて前記光学系の自動焦点調節を行うものである。

本発明の第１５の態様による電子カメラは、前記第６乃至第１３のいずれかの態様による固体撮像装置と、ライブビュー表示を行い得る表示部と、を備え、前記所定の動作モードにおいて、前記ライブビュー用読み出しモードにおいて読み出された信号に基づいて前記表示部にライブビュー表示を表示させつつ、前記焦点検出用読み出しモードにおいて読みされた信号に基づいて瞳分割位相差方式に従って前記光学系の自動焦点調節を行うとともに、前記自動露光用読み出しモードにおいて読みされた信号に基づいて自動露光制御を行うものである。

本発明によれば、比較的近距離において比較的高速で動く被写体をそれに追従した合焦状態でライブビュー表示させることができる電子カメラ、及び、これに用いられる固体撮像装置を提供することができる。

以下、本発明による固体撮像装置及びこれを用いた電子カメラについて、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電子カメラ１を示す概略ブロック図である。電子カメラ１には、撮影レンズ２が装着される。この撮影レンズ２は、レンズ制御部２ａによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ２の像空間には、固体撮像素子３の撮像面が配置される。

固体撮像素子３は、撮像制御部４の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子３から出力される信号は、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号、撮影レンズ２の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号のいずれかである。撮像用信号の一部は、自動露光用測光情報に用いられる場合もある。いずれにおいても信号は、信号処理部５、及びＡ／Ｄ変換部６を介して処理された後、メモリ７に一旦蓄積される。メモリ７は、バス８に接続される。バス８には、レンズ制御部２ａ、撮像制御部４、マイクロプロセッサ９、焦点演算部１０、露光演算部１４、記録部１１、画像圧縮部１２、画像処理部１３、表示制御部１５なども接続される。表示制御部１５は、ライブビュー表示などのモニタ画像等を液晶表示部（ＬＣＤ）１６に表示させる。上記マイクロプロセッサ９には、レリーズ釦などの操作部９ａが接続される。また、上記の記録部１１には記録媒体１１ａが着脱自在に装着される。固体撮像素子３、撮像制御部４及び信号処理部５等によって、本発明の一実施の形態による固体撮像装置が構成されている。

図２は、図１中の固体撮像素子３の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子３は、２次元マトリクス状に配置された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。図２において、画素数は、横に８列縦に４行の３２個の画素を示している。しかし、本実施の形態では、画素数はそれよりもはるかに多くなっている。もっとも、本発明では、画素数は特に限定されるものではない。

本実施の形態では、固体撮像素子３は、画素として、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する撮像用画素２０ｅと、瞳分割位相差方式に従って撮影レンズ２の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を出力する焦点検出用画素（以下、「ＡＦ用画素」と称する。）２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとを有しているが、図２ではそれらのいずれであるかを区別することなく、符号２０で示している。その具体的な回路構成や構造は、後述する。これらの画素２０は、周辺回路の駆動信号に従って、撮像用信号又は焦点検出用信号を出力する。また、すべての画素２０は、同時に光電変換部がリセットされて露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が行われることも、１行ずつ読み出す所謂ローリングシャッタによる電子シャッタ動作も可能となっている。

周辺回路は、垂直走査回路２１、水平走査回路２２、これらと接続されている駆動信号線２３〜２７、画素２０からの信号を受け取る垂直信号線２８、垂直信号線２８に接続される定電流源２９及びカラムアンプ３０、トランジスタからなる前段スイッチ３１及び後段スイッチ３２、カラムアンプ３０から出力される信号を前段スイッチ３１及び後段スイッチ３２を介して受け取る水平信号線３３、出力アンプ３４等からなる。

本実施の形態では、前段スイッチ３１は、垂直信号線２８（ひいてはカラムアンプ３０）に対して１対１に設けられている。これに対し、後段スイッチ３２は、行方向の４本ずつの垂直信号線２８のグループ毎に（すなわち、４個の前段スイッチ毎に）設けられている。各前段スイッチ３の一端が対応するカラムアンプ３０に接続され、同じグループに属する４つの前段スイッチ３１の他端が共通に接続されて当該グループに対応する後段スイッチ３２の一端に接続されている。各後段スイッチ３２の他端は水平信号線３３に接続されている。前段スイッチ３１のゲートは、異なるグループの対応するもの同士が共通に接続されて水平走査回路２２から駆動信号φＨを受ける。各後段スイッチ３２のゲートはそれぞれ水平走査回路２２から駆動信号φＧを受ける。本実施の形態では、このような構成によって、水平走査回路２２からの駆動信号φＨ，φＧを変更することで、行方向の４つの画素２０の信号をそれぞれ加算して読み出す水平画素加算を行うことも、水平画素加算を行わずに行方向の画素の信号を個々に読み出すこともできるようになっている。水平画素加算し得る画素数は、前記４つを所望の数に変えれば所望の数に設定し得る。なお、水平画素加算を選択的に行い得るようにする回路構成が、前述した構成に限定されるものではないことは、言うまでもない。

なお、本実施の形態では、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）は、図１中の信号処理部５に設けられ、信号が出力アンプ３４を介して固体撮像素子３の外部に出力された後に信号処理部５で相関二重サンプリング処理が行われるようになっている。もっとも、ＣＤＳ回路を固体撮像素子３に搭載してもよいことは、言うまでもない。ＣＤＳ回路を固体撮像素子３に搭載する場合、当該ＣＤＳ回路をカラムアンプ３０を用いた構成とすることも可能である。

各画素２０は、いずれの画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅであっても、同一の回路構成を有している。図３は、図１中の固体撮像素子３の画素２０を示す回路図である。

各画素２０は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤと、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタＡＭＰと、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタＴＸと、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタＲＥＳと、当該画素２０を選択するための選択部としての選択トランジスタＳＥＬとを有し、図３に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素２０のトランジスタＡＭＰ，ＴＸ，ＲＥＳ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図３において、Ｖｄｄは電源電圧である。

転送トランジスタＴＸのゲートは、行毎に、垂直走査回路２１からの転送トランジスタＴＸを制御する制御信号φＴＸを転送トランジスタＴＸに供給する制御線２４に、接続されている。リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、行毎に、垂直走査回路２１からのリセットトランジスタＲＥＳを制御する制御信号φＲＳＴをリセットトランジスタＲＥＳに供給する制御線２３に、接続されている。選択トランジスタＳＥＬのゲートは、行毎に、垂直走査回路２１からの選択トランジスタＳＥＬを制御する制御信号φＳＥＬを選択トランジスタＳＥＬに供給する制御線２５に、接続されている。

フォトダイオードＰＤは、入射光の光量（被写体光）に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタＴＸは、転送パルス（制御信号）φＴＸのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＥＳは、リセットパルス（制御信号）φＲＳＴのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤをリセットする。

増幅トランジスタＡＭＰは、そのドレインが電源電圧Ｖｄｄに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、そのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続され、定電流源２９を負荷とするフォースフォロア回路を構成している。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧値に応じて、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線２８に読み出し電流を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、選択パルス（制御信号）φＳＥＬのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタＡＭＰのソースを垂直信号線２８に接続する。

垂直走査回路２１は、撮像制御部４からの駆動パルス（図示せず）を受けて、画素２０の行毎に、選択パルスφＳＥＬ、リセットパルスφＲＳＴ及び転送パルスφＴＸをそれぞれ出力する。また、水平走査回路２２は、撮像制御部４からの駆動パルス（図示せず）を受けて、制御信号φＨ１〜φＨ４，φＧ１，φＧ２を出力する。

図４は、図１中の固体撮像素子３の有効画素領域を模式的に示す概略平面図である。図４では、理解を容易にするため、有効画素領域には１６×１６個の画素２０が存するものとしている。図４において、焦点検出領域は太線で囲んでいる。本実施の形態では、図４に示すように、固体撮像素子３の有効画素領域には、中央に配置された十字状をなす２つの焦点検出領域と、左右に配置されてそれぞれ上下に延びる２つの焦点検出領域と、上下に配置されてそれぞれ左右に延びる２つの焦点検出領域とが、設けられている。なお、図４に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。ＸＹ平面と平行な平面が固体撮像素子３の撮像面（受光面）と一致している。Ｘ軸方向の並びを行、Ｙ軸方向の並びを列とする。なお、入射光は図３の紙面手前側から奥側に入射する。これらの点は、後述する図についても同様である。

本実施の形態では、いずれの画素２０にもベイヤー配列に従ってカラーフィルタが設けられている。図４では、当該画素に設けられたカラーフィルタの色を、符号Ｒ，Ｇ，Ｂとして示している。Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色である。また、当該画素に設けられたカラーフィルタの色を区別しないで分類すると、固体撮像素子３は、１種類の撮像用画素２０ｅと、４種類のＡＦ用画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとを有している。図４では、ＡＦ用画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにはそれぞれ符号ａ，ｂ，ｃ，ｄを付している。また、撮像用画素２０ｅには、いずれの符号ａ，ｂ，ｃ，ｄも付していない。したがって、例えば、図４において、「Ｒ」は赤色カラーフィルタが設けられた撮像用画素２０ｅを意味し、「Ｇａ」は緑色カラーフィルタが設けられたＡＦ用画素２０ａを意味する。

図５（ａ）は撮像用画素２０ｅの主要部を模式的に示す概略平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。撮像用画素２０ｅは、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤ上にオンチップで形成されたマイクロレンズ４２と、フォトダイオードＰＤの光入射側に設けられたＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のいずれかのカラーフィルタ５０とを備えている。また、図５に示すように、マイクロレンズ４２の略焦点面には、遮光部としての金属層等の遮光層４３が形成されている。遮光層４３は、必要に応じて配線層を兼ねる。遮光層４３には、撮像用画素２０ｅにおいて、当該撮像用画素２０ｅのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形の開口４３ａが形成されている。画素２０ｅのフォトダイオードＰＤは、開口４３ａを通過した光を全て有効に受光し得る大きさを有している。なお、遮光層４３とマイクロレンズ４２との間や、基板４４と遮光層４３との間には、層間絶縁膜等が形成されている。

本実施の形態では、画素２０ｅにおいて、マイクロレンズ４２の略焦点面に配置された遮光層４３に前記開口４３ａが形成されていることによって、画素２０ｅのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２の射出瞳の中心から実質的に偏心していない前記射出瞳の領域（開口４３ａのマイクロレンズ４２による投影像に相当）からの光束を受光して光電変換することになる。

図６（ａ）はＡＦ用画素２０ａの主要部を模式的に示す概略平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面図である。図６において、図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。この点は、後述する図７乃至図９についても同様である。

ＡＦ用画素２０ａが撮像用画素２０ｅと異なる所は、ＡＦ用画素２０ａにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０ａのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど右側（＋Ｘ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｂが形成されている点のみである。なお、画素２０ａのフォトダイオードＰＤは、画素２０ｅのフォトダイオードＰＤと同じ大きさを有している。このように本実施の形態では開口４３ｂは開口４３ａの半分であるが、これに限定されず、例えば、開口４３ｂは、当該ＡＦ用画素２０ａのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）の右側（＋Ｘ側）４０％程度又は６０％程度の大きさの長方形の開口としてもよい。なお、ＡＦ用画素２０ａの開口４３ｂはＡＦ用画素２０ｂの後述する開口４３ｃと同じ大きさを有することが好ましく、ＡＦ用画素２０ｃの後述する開口４３ｄはＡＦ用画素２０ｄの後述する開口４３ｅと同じ大きさを有することが好ましい。

画素２０ａにおいて、遮光層４３に前記開口４３ｂが形成されていることによって、画素２０ａのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２の射出瞳の中心から−Ｘ方向へ実質的に偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。

図７（ａ）はＡＦ用画素２０ｂの主要部を模式的に示す概略平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＸ５−Ｘ６線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０ｂが撮像用画素２０ｅと異なる所は、ＡＦ用画素２０ｂにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０ｂのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど左側（−Ｘ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｃが形成されている点のみである。これによって、画素２０ｂのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２の射出瞳の中心から＋Ｘ方向へ実質的に偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。

図８（ａ）はＡＦ用画素２０ｃの主要部を模式的に示す概略平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０ｃが撮像用画素２０ｅと異なる所は、ＡＦ用画素２０ｃにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０ｃのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど上側（＋Ｙ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｄが形成されている点のみである。これによって、画素２０ｃのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２の射出瞳の中心から−Ｙ方向へ実質的に偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。

図９（ａ）はＡＦ用画素２０ｄの主要部を模式的に示す概略平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＹ３−Ｙ４線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０ｄが撮像用画素２０ｅと異なる所は、ＡＦ用画素２０ｄにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０ｄのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）のちょうど下側（−Ｙ側）半分の大きさの長方形の開口４３ｅが形成されている点のみである。これによって、画素２０ｄのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２の射出瞳の中心から＋Ｙ方向へ実質的に偏心した前記射出瞳の領域からの光束を選択的に受光して光電変換することになる。

なお、カラーフィルタ５０の配列は必ずしもベイヤー配列に限定されるものではない。また、カラー撮像用として構成する場合であっても、ＡＦ用画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄには必ずしもカラーフィルタ５０を設ける必要はない。

図１０は、本実施の形態による電子カメラ１の所定動作モード時の、固体撮像素子３からの信号読み出し状況を模式的に示すタイミングチャートである。本実施の形態による電子カメラ１は、図１０に示すように、ライブビュー表示のための撮像用信号を固体撮像素子３から読み出すライブビュー用読み出しモードと、焦点検出用信号を固体撮像素子３から読み出す焦点検出用読み出しモード（「ＡＦ読み出しモード」とも称す。）と、自動露光用測光情報に用いるための撮像用信号を固体撮像素子３から読み出す自動露光用読み出しモード（「ＡＥ読み出しモード」とも称す。）とを、フレーム毎に順次循環的に繰り返して行う。例えば、ライブビュー用読み出しフレームは約１／４０秒、ＡＦ読み出しフレームは約１／１００秒、ＡＥ読み出しフレームは約１／２００秒とすることができる。なお、これらの読み出しモードの順序は、図１０に示す例に限定されるものではない。これらの読み出しモードの具体例について、以下に説明する。

今、各画素２０が図４に示すように配置されているものとすると、ライブビュー用読み出しモードでは、撮像制御部４による制御下で、例えば、図４中の右側に○印を付したように、列方向に間引いて画素２０を読み出し、２行ずつ読み飛ばして１，４，７，１０，１３，１６行目を読み出す。このように読み飛ばす行数は偶数であることが好ましい。これは、ベイヤー読み出しを保持するためである。なお、ライブビュー用読み出しモードでは、列方向に間引いた画素２０の信号読み出しを行うことが、高速に信号を読み出すために好ましいが、全行の画素２０の信号を読み出してもよい。

図１１は、図２に示すように画素２０の数が４×８個である場合に、ライブビュー用読み出しモードにおいて、１行目を読み出し、２，３行目を読み飛ばし、４行目を読み出す例を示す、タイミングチャートである。この例では、水平画素加算を行わずに、行方向の全画素を読み出している。また、この例では、ローリングシャッタによる電子シャッタ動作が行われている。図１１において、期間Ｔ１は１行目の選択期間である。期間Ｔ２の終了時点から期間Ｔ３の開始時点までが、１行目の露光時間となる。期間Ｔ４，Ｔ５において読み出された信号と、期間Ｔ６，Ｔ７において読み出された信号との差分を取るＣＤＳ処理が、固体撮像素子３の外部の信号処理部５によって行われる。４行目が選択されている期間Ｔ８では、期間Ｔ１の動作と同様の動作が４行目に関して行われる。

図１１に示す例では、ライブビュー用読み出しモードにおいて、読み出し行に関して、前述したように行方向の全画素を読み出している。しかし、ライブビュー用読み出しモードにおいて、読み出し行に関して、任意の一部の列の画素だけを読み出してもよい。例えば、行方向の画素を４列毎に１列ずつ読み出してもよい。この場合には、より高速に信号を読み出すことができる。このような一部の列の画素の読み出しは、例えば、特開２００７−２０８６８５号に開示されているようなシフトレジスタ回路を用いて、水平走査回路２２を構成することにより、実現することができる。なお、ライブビュー用読み出しモードにおいて一部の行の画素を部分的に読み出すために、特開２００７−２０８６８５号に開示されているようなシフトレジスタ回路を用いて、垂直走査回路２１を構成してもよい。

ＡＦ読み出しモードでは、各画素２０が図４に示すように配置されているものとすると、例えば、図４中の右側に○印を付したように、行方向に延びた３つの焦点検出領域に対応する３，８，１４行目を読み出す。本実施の形態では、このとき、各行について、水平方向の全画素２０を読み出す。もっとも、水平方向のうち焦点検出領域に対応する列部分の画素のみを読み出すように構成することも可能である。ここでは、先のライブビュー画像等から、行方向に延びた焦点検出領域の信号を用いた方が被写体の焦点調節状態を精度良く検出し得ると判断されたものとし、撮像制御部４による制御下で、行方向に延びた３つの焦点検出領域に対応する行のみを読み出している。しかしながら、例えば、先のライブビュー画像等から、列方向に延びた焦点検出領域の信号を用いた方が被写体の焦点調節状態を精度良く検出し得ると判断されたような場合には、撮像制御部４による制御下で、６〜１１行目を部分的に読み出す。このとき、本発明では、水平方向の全画素２０を読み出す。もっとも、列部分に並んだ焦点検出領域に対応する列の部分の画素のみを読み出すように構成することも可能である。なお、被写体の状況等によっては、例えば、いずれか１つの焦点検出領域のみの信号を読み出すようにすることも可能である。また、ＡＦ読み出しモードにおいて、行方向に延びた焦点検出領域及び列方向に延びた焦点検出領域の全てについて、信号を読み出すと、より精度良く焦点調節状態を検出することができるので、好ましい。その例を、後に第３の実施の形態として説明する。

図１２は、図２に示すように画素２０の数が４×８個である場合に、ＡＦ読み出しモードにおいて、１，２行目を読み飛ばし、３行目を読み出し、４行目を読み飛ばす例を示す、タイミングチャートである。この例では、水平画素加算を行わずに、行方向の全画素を読み出している。また、この例では、全画素２０に関して、当該各画素の露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が行われる。このため、ローリングシャッタ動作の場合に比べて、同一フレームで読み出される各ＡＦ用信号間に時間差が生じないため、焦点検出の精度を大幅に高めることができる。なお、所望の焦点検出のために有効に読み出すべき画素２０のみの露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなるだけでもよい。

図１２に示す例では、ＡＦ読み出しモードにおいて、読み出し行に関して、前述したように行方向の全画素を読み出している。しかし、ＡＦ読み出しモードにおいて、読み出し行に関して、任意の一部の列の画素だけを読み出してもよい。例えば、行方向の画素について、焦点検出領域に対応する列のみを読み出してもよい。この場合には、より高速に信号を読み出すことができる。このような一部の列の画素の読み出しは、例えば、特開２００７−２０８６８５号に開示されているようなシフトレジスタ回路を用いて、水平走査回路２２を構成することにより、実現することができる。なお、ＡＦ読み出しモードにおいて一部の行の画素を部分的に読み出すために、特開２００７−２０８６８５号に開示されているようなシフトレジスタ回路を用いて、垂直走査回路２１を構成してもよい。

図１２において、全画素２０に関して、期間Ｔ１１の終了時点から期間Ｔ１２の開始時点までが露光時間となる。期間Ｔ１３は、３行目の選択期間である。期間Ｔ１４，Ｔ１５において読み出された信号と、期間Ｔ１６，Ｔ１７において読み出された信号との差分を取るＣＤＳ処理が、固体撮像素子３の外部の信号処理部５によって行われる。このとき、信号成分を取得する期間Ｔ１４，Ｔ１５とノイズ成分を取得するＴ１６，Ｔ１７の期間との間に、リセット期間Ｔ１８が存在するため、リセット期間Ｔ１８に生ずるノイズ分が残ってしまう。しかしながら、そのようなノイズ分が残っても焦点検出の精度にはほとんど影響を与えない。

ＡＥ読み出しモードでは、各画素２０が図４に示すように配置されているものとすると、例えば、図４中の右側に○印を付したように、連続する２行である１，２行目を読み出した後、偶数行である６行読み飛ばして、９，１０行目を読み出す。このように、連続する２行を読み出した後に偶数行読み飛ばすことを繰り返すと、カラーフィルタ５０がベイヤー配列に従って配列されていることから、列方向に隣り合う異なる色の画素が読み出されるので、連続して読み出す行がない場合に比べて、擬色を低減することができる。したがって、自動露光制御をより高い精度で行うことができるので、好ましい。

また、自動露光用測光情報に用いる信号（ＡＥ信号）においては、その分解能については局所的な平均化情報があれば十分であって、分解能を高めるよりも感度が高い方が好ましい場合がある。そこで、本実施の形態では、ＡＥ読み出しモードにおいては、行方向の４つの画素２０の信号をそれぞれ加算して読み出す水平画素加算を行う。このように、本実施の形態では、色も混ぜて加算するが、色毎に水平方向の画素を加算するように構成してもよい。この場合、ベイヤー配列の単位をＲ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂと表記するとき、例えば、水平信号線３３を、色毎に２本（Ｇ１及びＧ２で１本、Ｒ及びＢで１本）を設けるか、あるいは、色毎に４本（Ｒ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂをそれぞれ１本）設けてもよい。なお、本発明では、ＡＥ読み出しモードにおいては、行方向の全画素２０の信号を水平画素加算を行うことなくそれぞれ読み出してもよい。

図１２に示す例では、ＡＥ読み出しモードにおいて、前述したように、行方向の画素２０の信号を水平画素加算して読み出している。しかし、ＡＥ読み出しモードにおいて、読み出し行に関して、任意の一部の列の画素だけを水平画素加算を行うことなく読み出してもよい。この場合にも、高速に信号を読み出すことができる。このような一部の列の画素の読み出しは、例えば、特開２００７−２０８６８５号に開示されているようなシフトレジスタ回路を用いて、水平走査回路２２を構成することにより、実現することができる。なお、ＡＥ読み出しモードにおいて一部の行の画素を部分的に読み出すために、特開２００７−２０８６８５号に開示されているようなシフトレジスタ回路を用いて、垂直走査回路２１を構成してもよい。

図１３は、図２に示すように画素２０の数が４×８個である場合に、ＡＥ読み出しモードにおいて、１，２行目を読み出し、３，４行目を読み飛ばす例を示す、タイミングチャートである。この例では、水平方向の画素２０を４つずつ加算して読み出している。また、この例では、全画素２０に関して、当該各画素の露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が行われる。このため、ローリングシャッタ動作の場合に比べて、同一フレームで読み出される各自動露光測光情報に用いる撮像用信号間に時間差が生じないため、自動露光制御の精度を大幅に高めることができる。なお、所望の露光量検出のために有効に読み出すべき画素２０のみの露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなるだけでもよい。

図１３において、全画素２０に関して、期間Ｔ２１の終了時点から期間Ｔ２２の開始時点までが露光時間となる。期間Ｔ２３は、１行目の選択期間である。期間Ｔ２４，Ｔ２５においてそれぞれ水平方向の４画素を加算して読み出された信号と、期間Ｔ２６，Ｔ２７においてそれぞれ水平方向の４画素を加算して読み出された信号との差分を取るＣＤＳ処理が、固体撮像素子３の外部の信号処理部５によって行われる。このとき、信号成分を取得する期間Ｔ２４，Ｔ２５とノイズ成分を取得するＴ２６，Ｔ２７の期間との間に、リセット期間Ｔ２８が存在するため、リセット期間Ｔ２８に生ずるノイズ分が残ってしまう。しかしながら、そのようなノイズ分が残っても露光量検出の精度にはほとんど影響を与えない。

本実施の形態による電子カメラ１では、以上説明した図１０に示すように各読み出しモードがフレーム毎に繰り返される動作モードにおいて、各ライブビュー用読み出しモードのフレームで読み出された撮像用信号が信号処理部５、Ａ／Ｄ変換部６及びメモリ７を経て表示制御部１５によって利用されて、当該撮像用信号に基づくライブビュー表示が液晶表示部１６に表示される。また、図１０に示す動作モードにおいて、各ＡＦ読み出しモードのフレームで読み出されたＡＦ用信号が信号処理部５、Ａ／Ｄ変換部６及びメモリ７を経て焦点演算部１０によって利用されて、当該ＡＦ用信号に基づいて瞳分割位相差方式に従ってデフォーカス量が算出され、そのデフォーカス量に応じて合焦状態となるようにレンズ制御部２ａが撮影レンズ２を作動させて自動焦点調節を行う。さらに、図１０に示す動作モードにおいて、各ＡＥ読み出しモードのフレームで読み出されたＡＥ用信号が信号処理部５、Ａ／Ｄ変換部６及びメモリ７を経て露光演算部１４によって利用されて、当該ＡＥ用信号に基づいて最適な露光量を演算し、レンズ制御部２ａは露光演算部１４で得られた露光量に応じた露光量となるように撮影レンズ２の絞りを調整するとともに、撮像制御部４はこの露光量に応じたシャッタ時間を設定する。

このようにして、本実施の形態による電子カメラ１は、図１０に示す動作モードにおいて、ライブビュー用読み出しモードにおいて読み出された信号に基づいて液晶表示部１６にライブビュー表示を表示させつつ、ＡＦ用読み出しモードにおいて読みされた信号に基づいて瞳分割位相差方式に従って撮影レンズ２の自動焦点調節を行うとともに、ＡＥ用読み出しモードにおいて読みされた信号に基づいて自動露光制御を行う。したがって、使用者は、合焦状態でかつ適性露出状態でライブビュー表示を見ることができる。そして、本実施の形態によれば、ライブビュー表示を表示させつつ行うＡＦ制御として瞳分割位相差方式によるＡＦ制御が行われるので、比較的近距離において比較的高速で動く被写体をそれに追従した合焦状態でライブビュー表示させることができるため、使用者にとってその利便性は計り知れない。

このような図１０に示す動作モードは、例えば、使用者が撮影モードに設定して操作部９ａのレリーズ釦の半押し操作を行うことで開始される。そして、例えば、そのレリーズ釦が全押し操作されると、本撮影が行われる。このとき、全押し操作の前に合焦状態でかつ適性露出状態となっているので、即時にシャッターを切ることができ、シャッタータイミングを逃さない。なお、本撮影時には、例えば、前述したライブビュー用読み出しモードにおいて間引きを行わずに全行読み出される。撮像制御部４によって、この撮像用信号は、メモリ７に蓄積される。その後、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａの指令に基づき、必要に応じて画像処理部１３や画像圧縮部１２にて所望の処理を行い、記録部に処理後の信号を出力させ記録媒体１１ａに記録する。なお、前述したような図１０に示す動作モードは、例えば、レリーズ釦の半押し操作を行わなくても、撮影モードに設定するだけで開始するようにしてもよい。

本撮影時、本例では電子シャッタのみで例示したが、メカシャッタと組み合わせてもよいことは、自明である。

なお、本実施の形態では、ライブビュー用の画像信号に、焦点検出画素の出力信号が含まれないので、従来どおりの精彩なライブビュー画像が得られる。また、ＡＥ行においても、ＡＦ画素の行と合致していないので、特に平均化情報に関しては高感度、高精度なＡＥ情報を得ることができる。

［第２の実施の形態］

図１４は、本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子６３を示す回路図であり、図２に対応している。図１４においても、図２と同様に、４×８個の画素２０（２×８個の画素ブロック７０）を示している。図１５は、図１４に示す固体撮像素子６３の画素ブロック７０を示す回路図である。図１４及び図１５において、図２及び図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。本実施の形態では、固体撮像素子６３において、列方向に隣り合う２つの画素２０毎に、当該２つの画素２０が１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有している。図１４及び図１５では、１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有する２つの画素２０を、画素ブロック７０として示している。また、図１５では、画素ブロック７０内の上側の画素２０のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴＸをそれぞれ符号ＰＤ１，ＴＸ１で示し、画素ブロック７０内の下側の画素２０のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴＸをそれぞれ符号ＰＤ２，ＴＸ２で示し、両者を区別している。また、転送トランジスタＴＸ１のゲート電極に供給される制御信号をφＴＸ１とし、転送トランジスタＴＸ２のゲート電極に供給される制御信号をφＴＸ２とし、両者を区別している。なお、図２及び図３ではｎは画素行を示しているが、図１４及び図１５ではｎは画素ブロック７０の行を示している。例えば、１行目の画素２０と２行目の画素２０とにより１行目の画素ブロック７０が構成され、３行目の画素２０と４行目の画素２０とにより２行目の画素ブロック７０が構成されている。

本実施の形態における固体撮像素子６３の有効画素領域を模式的に示す概略平面図も基本的に図４となり、例えば、各読み出し時に○印の画素行が読み出される。ただし、ここでは、ＡＥ読み出し時においては、２行目及び３行目の画素行を読み出すものとする。また、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、所定の動作モードにおいて、図１０に示すように各読み出しモードがフレーム毎に繰り返される。

図１６は、図１１の場合と同様に、図１４に示すように画素２０の数が４×８個（画素ブロック７０の数が２×８個）である場合に、ライブビュー用読み出しモードにおいて、１行目の画素行（１行目の画素ブロック７０の上側画素行）を読み出し、２，３行目の画素行（１行目の画素ブロック７０の下側画素行と２行目の画素ブロック７０の上側画素行）を読み飛ばし、４行目の画素行（２行目の画素ブロック７０の下側画素行）を読み出す例を示す、タイミングチャートである。この例においても、水平画素加算を行わずに行方向の全画素を読み出しているとともに、ローリングシャッタによる電子シャッタ動作が行われている。

図１７は、図１２の場合と同様に、図１４に示すように画素２０の数が４×８個（画素ブロック７０の数が２×８個）である場合に、ＡＦ読み出しモードにおいて、１，２行目の画素行（１行目の画素ブロック７０の上側画素行及び下側画素行）を読み飛ばし、３行目の画素行（２行目の画素ブロック７０の上側画素行）を読み出し、４行目の画素行（２行目の画素ブロック７０の下側画素行）を読み飛ばす例を示す、タイミングチャートである。この例においても、水平画素加算を行わずに行方向の全画素を読み出すとともに、全画素２０に関して、当該各画素の露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が行われている。

図１８は、図１３の場合とは異なり、図１４に示すように画素２０の数が４×８個（画素ブロック７０の数が２×８個）である場合に、ＡＥ読み出しモードにおいて、１行目の画素行（１行目の画素ブロック７０の上側画素行）を読み飛ばし、２，３行目の画素行（１行目の画素ブロック７０の下側画素行と２行目の画素ブロック７０の上側画素行）を読み出し、４行目の画素行（２行目の画素ブロック７０の下側画素行）を読み飛ばす例を示す、タイミングチャートである。この例においても、水平方向の画素２０を４つずつ加算して読み出すとともに、読み出すべき画素２０に関して、当該各画素の露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が行われている。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態によれば、２つの画素２０が１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有しているので、１画素当たりのトランジスタ数を削減することができ、開口率を大きくすることができる。

ところで、本実施の形態のように、光電変換部（フォトダイオード）が列方向に順次並んだＬ個（Ｌは２以上の整数。本実施の形態では、Ｌ＝２。）の画素２０毎に画素ブロック７０をなし、画素ブロック７０毎に、当該画素ブロック７０に属する前記Ｌ個の画素２０が１組のフローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、リセットトランジスタＲＥＳ及び選択トランジスタＳＥＬを共有する場合、（i）ＡＥ読み出しモードにおいて、列方向の信号読み出しに関して連続する２行の画素２０の信号を読み出した後にＭ行（Ｍは偶数）の画素の信号を読み飛ばすことが繰り返されるという条件、及び、（ii）前記Ｍが｛Ｌ×（２＋Ｎ）−２｝（Ｎは０以上の整数）であるという条件、を満たすことが好ましい。上記（i）の条件を満たすことで、列方向に隣り合う異なる色の画素が読み出されるので、連続して読み出す行がない場合に比べて、擬色を低減することができ、ひいては、自動露光制御をより高い精度で行うことができる。そして、上記（ii）の条件を満たすことで、画素ブロック７０において１組のフローティングディフュージョンＦＤ及び増幅トランジスタＡＭＰ等を共有するものでありながら、読み出すべき画素行に関して露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が可能になり、ひいては、同一フレームで読み出される各自動露光測光情報に用いる撮像用信号間に時間差が生じないため、自動露光制御の精度を大幅に高めることができる。

その理解を容易にするため、Ｌ＝２、Ｎ＝０、Ｍ＝２の例を図１９に示し、Ｌ＝２、Ｎ＝２、Ｍ＝６の例を図２０に示し、Ｌ＝２、Ｎ＝４、Ｍ＝１０の例を図２１に示している。なお、図１９乃至図２１において、各行の画素の色は、ベイヤー配列を前提とした上で、ＧとＲの交互列の色で代表した。例えば、Ｌ＝２、Ｎ＝１２、Ｍ＝２６としてもよい。また、Ｌ＝４の場合、Ｍは例えば６，１０，１４，１８のいずれかにしてもよいし、Ｌ＝６の場合、Ｍは例えば１０，１６，２２，２８のいずれかにしてもよい。

［第３の実施の形態］

図２２は、本発明の第３の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の有効画素領域を模式的に示す概略平面図であり、図４に対応している。図２２において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、ＡＦ読み出しモードで読み出す行のみである。前記第１の実施の形態では、ＡＦ読み出しモードにおいて、図４中の右側に○印を付したように、行方向に延びた３つの焦点検出領域に対応する３，８，１４行目を読み出している。これに対し、本実施の形態では、ＡＦ読み出しモードにおいて、図２２中の右側に○印を付したように、行方向に延びた３つの焦点検出領域及び列方向に延びた３つの焦点検出領域の全てに対応する３，６〜１１，１４行目を読み出す。この場合のタイミングチャートは、前記第１の実施の形態の場合のＡＦ読み出しモードのタイミングチャートを、読み出し行に合わせて改変したものとなる。ただし、４行目までの範囲では、読み飛ばし行及び読み出し行は、本実施の形態においても前記第１の実施の形態と同じである。したがって、本実施の形態についてのＡＦ読み出しモードの４行目までタイミングチャートは、図１２と同じとなる。

本実施の形態によれば、ＡＦ読み出しモードにおいて、行方向に延びた焦点検出領域及び列方向に延びた焦点検出領域の全てについて、信号を読み出している。したがって、本実施の形態によれば、より精度良く焦点調節状態を検出することができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、前述した各実施の形態では、ライブビュー用読み出しモード、ＡＦ読み出しモード及びＡＥ読み出しモードの３つの読み出しモードが順次循環的に繰り返して行われる例を挙げたが、例えば、ライブビュー用読み出しモード及びＡＦ読み出しモードの２つの読み出しモードのみを順次循環的に繰り返して行ってもよい。この場合、例えば、固体撮像素子とは別に自動露光用測光情報を得るための検出器を設け、その検出器からの信号によって自動露光制御を行ってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る電子カメラを示す概略ブロック図である。 図１中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。 図１中の固体撮像素子の画素を示す回路図である。 図１中の固体撮像素子の有効画素領域を模式的に示す概略平面図である。 図４中の撮像用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４中の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４中の他の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４中の更に他の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図４中の更に他の所定のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。 図１に示す電子カメラの所定動作モード時の、固体撮像素子からの信号読み出し状況を模式的に示すタイミングチャートである。 図１に示す電子カメラのライブビュー用読み出しモードの動作例を示すタイミングチャートである。 図１に示す電子カメラのＡＦ読み出しモードの動作例を示すタイミングチャートである。 図１に示す電子カメラのＡＥ読み出しモードの動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子を示す回路図である。 図１４に示す固体撮像素子の画素ブロックを示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態による電子カメラのライブビュー用読み出しモードの動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態による電子カメラのＡＦ読み出しモードの動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態による電子カメラのＡＥ読み出しモードの動作例を示すタイミングチャートである。 ＡＥ読み出しモードの読み出し行の例を示す図である。 ＡＥ読み出しモードの読み出し行の他の例を示す図である。 ＡＥ読み出しモードの読み出し行の更に他の例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態による電子カメラで用いられる固体撮像素子の有効画素領域を模式的に示す概略平面図である。

符号の説明

３ 固体撮像素子
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ ＡＦ用画素
２０ｅ 撮像用画素

Claims (9)

1. ２次元状に配置された複数の画素であって、各々が、光学系により結像される被写体像による入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部を有する複数の画素と、
   前記複数の画素から信号を読み出す制御を行う読み出し制御手段と、
   を備え、
   前記複数の画素は、前記被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する複数の撮像用画素と、瞳分割位相差方式に従って前記光学系の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号を出力する複数の焦点検出用画素と、を含み、
   前記読み出し制御手段は、所定の動作モード時に、２つ以上の読み出しモードをフレーム毎に順次循環的に繰り返して行い、
   前記２つ以上の読み出しモードは、ライブビュー表示のための撮像用信号を読み出すライブビュー用読み出しモードと、前記焦点検出用信号を読み出す焦点検出用読み出しモードとを、含み、
   前記２つ以上の読み出しモードは、自動露光用測光情報に用いるための撮像用信号を読み出す自動露光用読み出しモードを含み、
   前記複数の画素の各列に対応して設けられ対応する列の前記画素の出力信号が供給される垂直信号線を備え、
   前記自動露光用読み出しモードにおいて、行方向の２つ以上の画素の信号を加算して読み出す水平画素加算が行われ、
   前記自動露光用読み出しモードにおいて、列方向の信号読み出しに関して、連続する２行の画素の信号を読み出した後にＭ行（Ｍは偶数）の画素の信号を読み飛ばすことが繰り返され、
   前記複数の画素の各々は、当該画素の前記光電変換部からの前記信号電荷を受け取って当該信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有し、
   前記複数の画素は、前記光電変換部が列方向に順次並んだＬ個（Ｌは２以上の偶数）の画素毎に画素ブロックをなし、
   前記画素ブロック毎に、当該画素ブロックに属する前記Ｌ個の画素が１組の前記電荷電圧変換部、前記増幅部、前記リセット部及び前記選択部を共有し、
   前記Ｍが｛Ｌ×（２＋Ｎ）−２｝（Ｎは０以上の整数）である、
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記ライブビュー用読み出しモードにおいて、列方向に間引いた画素の信号読み出しが行われることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記焦点検出用読み出しモードにおいて、信号を有効に読み出すべき画素に関して、当該各画素の露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が行われることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
4. 前記焦点検出用読み出しモードにおいて、一部の領域の画素の信号を読み出す部分読み出しが行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 前記自動露光用読み出しモードにおいて、信号を有効に読み出すべき画素に関して、当該各画素の露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングである電子シャッタ動作が行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. 前記複数の画素の各々は、当該画素の前記光電変換部からの前記信号電荷を受け取って当該信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。
7. 前記複数の撮像用画素には、ベイヤー配列に従って配列されたカラーフィルタが設けられたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像装置と、ライブビュー表示を行い得る表示部と、を備え、
   前記所定の動作モードにおいて、前記ライブビュー用読み出しモードにおいて読み出された信号に基づいて前記表示部にライブビュー表示を表示させつつ、前記焦点検出用読み出しモードにおいて読みされた信号に基づいて前記光学系の自動焦点調節を行うことを特徴とする電子カメラ。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像装置と、ライブビュー表示を行い得る表示部と、を備え、
   前記所定の動作モードにおいて、前記ライブビュー用読み出しモードにおいて読み出された信号に基づいて前記表示部にライブビュー表示を表示させつつ、前記焦点検出用読み出しモードにおいて読みされた信号に基づいて瞳分割位相差方式に従って前記光学系の自動焦点調節を行うとともに、前記自動露光用読み出しモードにおいて読みされた信号に基づいて自動露光制御を行うことを特徴とする電子カメラ。

Images