(57)【要約】【課題】撮像装置において、撮影レンズに対する焦点調節の精度を向上する。【解決手段】撮像装置は、撮影レンズと、撮像センサと、第１の画素群の信号と第２の画素群の信号とを用いて行方向の視野での前記撮影レンズの合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、第３の画素群の信号と第４の画素群の信号とを用いて列方向の視野での前記撮影レンズの合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、画素配列に形成された前記被写体の像の動きを検出する動き検出手段と、前記動き検出手段により前記被写体の像の動きが検出された場合、前記第１の焦点検出手段の検出結果を第１の重みで用い前記第２の焦点検出手段の検出結果を前記第１の重みより低い第２の重みで用いることにより前記撮影レンズを制御し、前記動き検出手段により前記被写体の像の動きが検出されなかった場合、前記第１の焦点検出手段の検出結果と前記第２の焦点検出手段の検出結果とをそれぞれ第３の重みで用いることにより前記撮影レンズを制御する合焦手段とを備える。【選択図】図９
2010271499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズと、
前記撮影レンズにより被写体の像が形成される画素配列であって、複数の画素が行方向及び列方向に配列され、前記複数の画素が、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第１の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部であり前記第１の射出瞳領域に対する行方向に偏った第２の射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第２の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第３の射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第３の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部であり前記第３の射出瞳領域に対する列方向に偏った第４の射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第４の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第５の画素群とを含む画素配列と、前記画素配列における行を順次に選択する選択手段と、前記選択手段により選択された行の画素から信号を読み出す読み出し手段とを有する撮像センサと、
前記読み出し手段により読み出された前記第１の画素群の信号と前記第２の画素群の信号とを用いて行方向の視野での前記撮影レンズの合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、
前記読み出し手段により読み出された前記第３の画素群の信号と前記第４の画素群の信号とを用いて列方向の視野での前記撮影レンズの合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、
前記画素配列に形成された前記被写体の像の動きを検出する動き検出手段と、
前記動き検出手段により前記被写体の像の動きが検出された場合、前記第１の焦点検出手段の検出結果を第１の重みで用い前記第２の焦点検出手段の検出結果を前記第１の重みより低い第２の重みで用いることにより前記撮影レンズを制御し、前記動き検出手段により前記被写体の像の動きが検出されなかった場合、前記第１の焦点検出手段の検出結果と前記第２の焦点検出手段の検出結果とをそれぞれ第３の重みで用いることにより前記撮影レンズを制御する合焦手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像センサは、ＣＭＯＳイメージセンサであり、
前記撮像センサでは、前記選択手段が、前記画素配列における各行の画素に順次に信号の蓄積動作を行わせ、その後、前記読み出し手段が、前記画素配列における各行の画素から順次に前記蓄積動作による信号を読み出す
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の画素群と前記第２の画素群とは、前記画素配列における互いに行方向にずれた位置に配されており、
前記第３の画素群と前記第４の画素群とは、前記画素配列における互いに列方向にずれた位置に配されており、
前記第１の焦点検出手段は、前記第１の画素群の信号から得られる像と前記第２の画素群の信号から得られる像とを比較することにより、行方向の視野での前記撮影レンズの合焦状態を検出し、
前記第２の焦点検出手段は、前記第３の画素群の信号から得られる像と前記第４の画素群の信号から得られる像とを比較することにより、列方向の視野での前記撮影レンズの合焦状態を検出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１の画素群における各画素は、第１の光電変換部を含み、
前記第２の画素群における各画素は、第２の光電変換部を含み、
前記第３の画素群における各画素は、第３の光電変換部を含み、
前記第４の画素群における各画素は、第４の光電変換部を含み、
前記第１の光電変換部の受光領域の中心は、画素の中心に対して行方向の第１の側にシフトしており、
前記第２の光電変換部の受光領域の中心の画素の中心に対する相対位置は、前記第１の光電変換部の受光領域の中心の画素の中心に対する相対位置に対して行方向の第２の側にシフトしており、
前記第３の光電変換部の受光領域の中心は、画素の中心に対して列方向の第３の側にシフトしており、
前記第４の光電変換部の受光領域の中心の画素の中心に対する相対位置は、前記第３の光電変換部の受光領域の中心の画素の中心に対する相対位置に対して列方向の第４の側にシフトしている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮影レンズは、移動可能な光学素子を含み、
前記撮像装置は、前記移動可能な光学素子を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記動き検出手段は、前記駆動手段が前記移動可能な光学素子を駆動していることを検出することにより、前記画素配列に形成された前記被写体の像の動きを検出する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記動き検出手段は、前記撮像装置の振れを検出することにより、前記画素配列に形成された前記被写体の像の動きを検出する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記動き検出手段は、複数のフレーム期間における前記読み出し手段により前記画素配列から読み出された複数フレームの画像信号を比較して前記被写体の動きを検出することにより、前記画素配列に形成された前記被写体の像の動きを検出する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズの焦点状態を検出する方式の一つとして、撮像センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元のセンサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特許文献１に記載されている。特許文献１の装置では、撮像センサを構成する各画素の光電変換部が複数に分割されており、分割された光電変換部がマイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の異なる領域を受光するように構成している。
【０００３】
また、近年デジタルスチルカメラやデジタルビデオカムコーダなどの撮像装置では、画素配列の多画素化に伴い画像信号を高速に読み出し可能なＣＭＯＳイメージセンサが使用されている。
【０００４】
本出願人は、ＣＭＯＳイメージセンサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置を特許文献２に開示している。特許文献２のＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサを構成する多数の画素のうち一部の画素において、撮影レンズの焦点状態を検出するために光電変換部が２つに分割された構成になっている。光電変換部は、マイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の所定領域を受光するように構成されている。図１２に、特許文献２の図４と同様の図面を示す。
【０００５】
図１２に示された画素配列ＰＡにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれベイヤー配列のＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素であって焦点検出に使用されない画素を示している。一方、ベイヤー配列のＧ画素に相当する画素位置の一部には、光電変換部が２分割された焦点検出用画素群が配置されている。図１２では、焦点検出用画素群の光電変換部が白地で示されている。
【０００６】
また、特許文献２に開示されたＣＭＯＳイメージセンサは、縦縞の被写体を検出し易いように光電変換部が水平方向に分割された焦点検出用画素群と、横縞の被写体を検出し易いように光電変換部が垂直方向に分割された焦点検出用画素群とを有している。図１２には、光電変換部が水平方向（行方向）に分割された焦点検出用画素群として、複数の第１画素Ｐ１（１，１）〜Ｐ１（５，７）が示されている。光電変換部が垂直方向（列方向）に分割された焦点検出用画素群として、複数の第２画素Ｐ２（３，２）〜Ｐ２（７，８）が示されている。
【０００７】
このようなＣＭＯＳイメージセンサを有する撮像装置においては、撮影レンズの瞳上の水平方向にずれた第１領域及び第２領域を透過した光束を、焦点検出用画素における水平方向に分割された光電変換部がそれぞれ受ける。そして、撮影レンズの瞳上の第１領域を透過した光束により生成された像と第２領域を透過した光束により生成される像との相関演算を行って、撮影レンズの焦点状態が検出される。このとき、撮影レンズが合焦状態であれば、撮影レンズの瞳上の第１領域を透過した光束により生成された像の位相と第２領域を透過した光束により生成される像の位相とは一致する。一方、撮影レンズが合焦状態でなければ、撮影レンズの瞳上の第１領域を透過した光束により生成された像の位相と第２領域を透過した光束により生成される像の位相とはずれる。このようにして、撮影レンズの合焦状態が検出される。
【０００８】
特許文献３には、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束より生成される像の相関演算を行って焦点検出を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５８−２４１０５号公報
【特許文献２】特開２００５−１０６９９４号公報
【特許文献３】特開平５−１２７０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１３に示すＣＭＯＳイメージセンサでは、画素配列ＰＡｉにおける第１行目から第３２行目にかけて順次に信号の蓄積動作が開始され、その後、第１行目から第３２行目にかけて順次にその蓄積動作による信号が読み出される動作が行われる。すなわち、ＣＭＯＳイメージセンサでは、スリットローリングシャッタ動作が行われる。この場合、画素における信号の蓄積動作のタイミングが行ごとに異なるものとなる。
【００１１】
ここで、画素配列ＰＡｉに、横視野（行方向の視野）のＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）像を得るための横長の領域ＴＲにおける焦点検出画素群と、縦視野（列方向の視野）のＡＦ像を得るための縦長の領域ＬＲにおける焦点検出画素群とが配されているとする。なお、図１３では、便宜的に、焦点検出画素を黒い四角で示している。
【００１２】
横長の領域ＴＲでは、例えば、１２行目に位置する焦点検出用画素Ｐ２（１２，７）における信号の蓄積動作のタイミングと、１１行目に位置する焦点検出用画素Ｐ２（１１，４８）における信号の蓄積動作のタイミングとがほぼ同じである。このとき、撮像装置に対して被写体が近づいたり遠ざかったりすると、画素配列ＰＡｉ上に形成された被写体像の動きが発生する。この場合でも、焦点検出用画素Ｐ２（１２，７）の信号に示される被写体までの距離と焦点検出用画素Ｐ２（１１，４８）の信号により示される被写体までの距離とがほとんど同じになる。
【００１３】
それに対して、縦長の領域ＬＲでは、例えば、３行目に位置する焦点検出用画素Ｐ１（３，２０）における信号の蓄積動作のタイミングと、３１行目に位置する焦点検出用画素Ｐ１（３１，２４）における信号の蓄積動作のタイミングとが大きく異なる。このとき、撮像装置に対して被写体が近づいたり遠ざかったりすると、画素配列ＰＡｉ上に形成された被写体像の動きが発生する。この場合、焦点検出用画素Ｐ１（３，２０）の信号に示される被写体までの距離と焦点検出用画素Ｐ１（３１，２４）の信号により示される被写体までの距離とが大きく異なる可能性がある。
【００１４】
ここで、縦長の領域ＬＲにおける焦点検出画素群の信号から縦視野のＡＦ像を得るとともに、横長の領域ＴＲにおける焦点検出画素群の信号から横視野のＡＦ像を得る。この場合、縦視野のＡＦ像により示される被写体までの距離は、横視野のＡＦ像により示される被写体までの距離に比べて、信頼性の低いものとなる。これにより、縦視野のＡＦ像と横視野のＡＦ像とを用いて焦点調節を行うと、焦点調節の精度が低下する可能性がある。
【００１５】
一方、一律に、横視野のＡＦ像のみを用いて焦点調節を行うと、被写体によっては焦点調節を行うことができない可能性がある。
【００１６】
本発明の目的は、撮像装置において、撮影レンズに対する焦点調節の精度を向上するこことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の１つの側面に係る撮像装置は、撮影レンズと、前記撮影レンズにより被写体の像が形成される画素配列であって、複数の画素が行方向及び列方向に配列され、前記複数の画素が、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第１の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部であり前記第１の射出瞳領域に対する行方向に偏った第２の射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第２の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部である第３の射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第３の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域のうちの一部であり前記第３の射出瞳領域に対する列方向に偏った第４の射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第４の画素群と、前記撮影レンズの全射出瞳領域からの被写体の像を光電変換する第５の画素群とを含む画素配列と、前記画素配列における行を順次に選択する選択手段と、前記選択手段により選択された行の画素から信号を読み出す読み出し手段とを有する撮像センサと、前記読み出し手段により読み出された前記第１の画素群の信号と前記第２の画素群の信号とを用いて行方向の視野での前記撮影レンズの合焦状態を検出する第１の焦点検出手段と、前記読み出し手段により読み出された前記第３の画素群の信号と前記第４の画素群の信号とを用いて列方向の視野での前記撮影レンズの合焦状態を検出する第２の焦点検出手段と、前記画素配列に形成された前記被写体の像の動きを検出する動き検出手段と、前記動き検出手段により前記被写体の像の動きが検出された場合、前記第１の焦点検出手段の検出結果を第１の重みで用い前記第２の焦点検出手段の検出結果を前記第１の重みより低い第２の重みで用いることにより前記撮影レンズを制御し、前記動き検出手段により前記被写体の像の動きが検出されなかった場合、前記第１の焦点検出手段の検出結果と前記第２の焦点検出手段の検出結果とをそれぞれ第３の重みで用いることにより前記撮影レンズを制御する合焦手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、撮像装置において、撮影レンズに対する焦点調節の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置１の構成を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００の構成を示す図。
【図３】画素の構成を示す図。
【図４】本発明の第１実施形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００の画素配列ＰＡ１００のレイアウト構成を示す図。
【図５】本発明の第１実施形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００の断面構成を示す図。
【図６】ＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部に配設された焦点検出用画素の撮影レンズ５の瞳上での受光領域を説明するための図。
【図７】本発明の第１実施形態の変形例におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００ｉの構成を示す図。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００ｉの動作を示すタイミングチャート。
【図９】本発明の第１実施形態に係る撮像装置１の焦点調節動作を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る撮像装置の焦点調節動作を示すフローチャート。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る撮像装置の焦点調節動作を示すフローチャート。
【図１２】背景技術を説明するための図。
【図１３】課題を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１実施形態に係る撮像装置１を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１の構成を示す図である。
【００２１】
撮像装置１は、例えば、一眼レフタイプのデジタルスチルカメラである。撮像装置１は、撮影レンズ５及び本体２を備える。撮影レンズ５は、本体２に対して着脱可能に構成されている。
【００２２】
撮影レンズ５は、レンズ５ａ、ズームレンズ５ｃ、フォーカスレンズ５ｂ、絞り装置５３、レンズＣＰＵ５０、レンズ駆動機構５５、絞り駆動機構５２、レンズ駆動機構５１、振れ検出装置５４を備える。
【００２３】
レンズ５ａは、入射した光を屈折させてズームレンズ５ｃへ導く。
【００２４】
ズームレンズ（移動可能な光学素子）５ｃは、光軸ＬＡ上におけるレンズ５ａと絞り装置５３との間に配され、レンズ５ａから導かれた光を、絞り装置５３を介してフォーカスレンズ５ｂへ導く。ズームレンズは、光軸ＬＡに沿って移動可能に構成されている。
【００２５】
絞り装置５３は、光軸ＬＡ上におけるズームレンズ５ｃとフォーカスレンズ５ｂとの間に配され、ズームレンズ５ｃを通過後にフォーカスレンズ５ｂへ導かれる光の量を調節する。絞り装置５３は、撮影レンズ５における瞳面の近傍に配されている。
【００２６】
フォーカスレンズ５ｂは、光軸ＬＡ上における絞り装置５３と後述のＣＭＯＳイメージセンサ１００との間に配され、導かれた光を屈折させてＣＭＯＳイメージセンサ１００の撮像面（画素配列）に被写体の像を形成する。
【００２７】
レンズＣＰＵ５０は、電気接点２６を介して本体２から受けた指示に応じて、各種の制御動作を行う。
【００２８】
例えば、レンズＣＰＵ５０は、像倍率の変更指示を受けた場合、その指示に応じた像倍率が得られるように、レンズ駆動機構５５を制御する。これにより、レンズ駆動機構（駆動手段）５５は、その指示に応じた像倍率が得られるように、ズームレンズ５ｃを光軸ＬＡに沿って移動（駆動）する。このとき、レンズＣＰＵ５０は、ズームレンズ５ｃを駆動していることを示す情報を電気接点２６経由で本体２へ供給する。
【００２９】
例えば、レンズＣＰＵ５０は、絞り値の変更指示を受けた場合、その指示に応じた露出値が得られるように、絞り駆動機構５２を制御する。これにより、絞り駆動機構５２は、その指示に応じた絞り値が得られるように、絞り装置５３の開度を調節する。
【００３０】
例えば、レンズＣＰＵ５０は、焦点調節動作の指示（焦点調節情報）を受けた場合、その指示に応じた焦点調節動作を行うように、レンズ駆動機構５１を制御する。これにより、レンズ駆動機構５１は、フォーカスレンズ５ｂを光軸ＬＡに沿って合焦位置へ移動（駆動）する。
【００３１】
振れ検出装置５４は、振動ジャイロを含んでおり、撮像装置の振れを検出する。振れ検出装置５４は、その検出結果を、レンズＣＰＵ５０、電気接点２６経由で本体２へ供給する。
【００３２】
本体２は、ＣＭＯＳイメージセンサ（撮像センサ）１００、イメージセンサ制御回路２１、画像処理部２４、液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子９、接眼レンズ３、メモリ回路２２、及びＣＰＵ２０を含む。
【００３３】
ＣＭＯＳイメージセンサ１００は、撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。ＣＭＯＳイメージセンサ１００は、画素配列に形成された被写体の像を画像信号に変換する。ＣＭＯＳイメージセンサ１００は、その画像信号を画素配列から読み出して出力する。
【００３４】
具体的には、ＣＭＯＳイメージセンサ１００は、図２に示すように、画素配列ＰＡ１００、垂直走査回路（選択手段）１１６、読み出し回路１３０、水平走査回路１１５、及び出力アンプ１１４を含む。図２は、本発明の第１実施形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００の構成を示す図である。
【００３５】
画素配列ＰＡ１００では、複数の画素が行方向及び列方向に配列されている。複数の画素は、第１の画素群、第２の画素群、第３の画素群、第４の画素群、及び第５の画素群を含む。
【００３６】
第１の画素群は、撮影レンズ５の全射出瞳領域のうちの一部である第１の射出瞳領域（例えば、図６に示す領域Ｓα１〜Ｓα４）からの被写体の像を光電変換するための画素群である。第２の画素群は、撮影レンズ５の全射出瞳領域のうちの一部であり第１の射出瞳領域に対する行方向に偏った第２の射出瞳領域（例えば、図６に示す領域Ｓβ１〜Ｓβ４）からの被写体の像を光電変換するための画素群である。
【００３７】
また、第１の画素群は、行方向の視野（横視野、図４に示すｘ方向の測距視野）のＡＦ像を得るための行方向に配された画素の集まりである画素群（図４に示すそれぞれ行方向に配されたＰα１〜Ｐα４）である。第２の画素群は、行方向の視野（横視野、図４に示すｘ方向の測距視野）のＡＦ像を得るための行方向に配された画素の集まりである画素群（図４に示すそれぞれ行方向に配されたＰβ１〜Ｐβ４）である。第１の画素群と第２の画素群とは、画素配列ＰＡ１００における互いに行方向にずれた位置に配されている。
【００３８】
第３の画素群は、撮影レンズ５の全射出瞳領域のうちの一部である第３の射出瞳領域（例えば、図６に示す領域Ｓα１〜Ｓα４を時計回りに９０度回転させた領域）からの被写体の像を光電変換するための画素群である。第４の画素群は、撮影レンズ５の全射出瞳領域のうちの一部であり第３の射出瞳領域に対する列方向に偏った第４の射出瞳領域（例えば、図６に示す領域Ｓβ１〜Ｓβ４を時計回りに９０度回転させた領域）からの被写体の像を光電変換するための画素群である。
【００３９】
また、第３の画素群は、列方向の視野（縦視野、図４に示すｙ方向の測距視野）のＡＦ像を得るための列方向に配された画素の集まりである画素群（図４に示すそれぞれ列方向に配されたＱα１〜Ｑα４）である。第４の画素群は、列方向の視野（縦視野、図４に示すｙ方向の測距視野）のＡＦ像を得るための列方向に配された画素の集まりである画素群（図４に示すそれぞれ列方向に配されたＱβ１〜Ｑβ４）である。第３の画素群と第４の画素群とは、画素配列ＰＡ１００における互いに列方向にずれた位置に配されている。
【００４０】
第５の画素群は、撮影レンズの全射出瞳領域からの被写体の像を光電変換するための画素群である。また、第５の画素群は、画像を得るための画素の集まりである画素群であり、画素配列ＰＡ１００における第１の画素群〜第４の画素群を除いた画素群（図４でＲ，Ｇ，Ｂと示された画素群）である。
【００４１】
ここで、第１の画素群における各画素Ｐ１は、図３に示すように、第１の光電変換部１１ａ、転送部１２、電荷電圧変換部１０３、リセット部１０４、出力部１０５、及び選択部１０６を含む。図３は、画素の構成を示す図である。
【００４２】
第１の光電変換部１１ａは、受けた光に応じた電荷（信号）を発生させて蓄積する蓄積動作を行う。第１の光電変換部１１ａは、例えば、フォトダイオードである。
【００４３】
転送部１２は、第１の光電変換部１１ａの電荷を電荷電圧変換部１０３へ転送する。転送部１２は、例えば、転送トランジスタであり、垂直走査回路１１６からアクティブレベルの転送制御信号φＴＸがゲートに供給された際にオンすることにより、第１の光電変換部１１ａの電荷を電荷電圧変換部１０３へ転送する。
【００４４】
電荷電圧変換部１０３は、転送された電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部１０３は、例えば、フローティングディフュージョンである。
【００４５】
リセット部１０４は、電荷電圧変換部１０３をリセットする。リセット部１０４は、例えば、リセットトランジスタであり、垂直走査回路１１６からアクティブレベルのリセット制御信号φＲＥＳがゲートに供給された際にオンすることにより、電荷電圧変換部１０３をリセットする。
【００４６】
出力部１０５は、電荷電圧変換部１０３の電圧に応じた信号を垂直信号線ＳＬへ出力する。出力部１０５は、例えば、増幅トランジスタであり、垂直信号線ＳＬに接続された定電流源１０７とともにソースフォロワ動作を行うことにより、電荷電圧変換部１０３の電圧に応じた信号を垂直信号線ＳＬへ出力する。すなわち、出力部１０５は、リセット部１０４により電荷電圧変換部１０３がリセットされた状態で電荷電圧変換部１０３の電圧に応じたノイズ信号を垂直信号線ＳＬへ出力する。出力部１０５は、転送部１２により第１の光電変換部１１ａの電荷が電荷電圧変換部１０３へ転送された状態で電荷電圧変換部１０３の電圧に応じた光信号を垂直信号線ＳＬへ出力する。
【００４７】
選択部１０６は、画素Ｐ１を選択状態／非選択状態にする。選択部１０６は、例えば、選択トランジスタであり、垂直走査回路１１６からアクティブレベルの選択制御信号φＳＥＬがゲートに供給された際にオンすることにより、画素Ｐ１を選択状態にする。選択部１０６は、垂直走査回路１１６からノンアクティブレベルの選択制御信号φＳＥＬがゲートに供給された際にオフすることにより、画素Ｐ１を非選択状態にする。
【００４８】
なお、第２の画素群における各画素Ｐ２は、第１の光電変換部１１ａに代えて第２の光電変換部１１ｂを含む点で、第１の画素群における各画素Ｐ１と異なる。第３の画素群における各画素Ｐ３は、第１の光電変換部１１ａに代えて第３の光電変換部１１ｃを含む点で、第１の画素群における各画素Ｐ１と異なる。第４の画素群における各画素Ｐ４は、第１の光電変換部１１ａに代えて第４の光電変換部１１ｄを含む点で、第１の画素群における各画素Ｐ１と異なる。第５の画素群における各画素Ｐ５は、第１の光電変換部１１ａに代えて第５の光電変換部１１ｅを含む点で、第１の画素群における各画素Ｐ１と異なる。
【００４９】
第１の光電変換部１１ａの受光領域（例えば、図４に示す画素Ｐα１における白色の領域）の中心の画素内における相対位置は、第５の光電変換部１１ｅの受光領域の中心の画素内における相対位置に対して行方向（ｘ方向）の第１の側（左側）にシフトしている。これにより、第１の光電変換部１１ａは、撮影レンズ５の瞳領域における中心から行方向（ｘ方向）の第１の側（左側）に偏った第１の領域の光を受け、第５の光電変換部１１ｅは、撮影レンズ５の瞳領域における中心を含む領域の光を受ける。
【００５０】
第２の光電変換部１１ｂの受光領域（例えば、図４に示す画素Ｐβ１における白色の領域）の中心の画素内における相対位置は、第１の光電変換部１１ａの受光領域の中心の画素内における相対位置に対して行方向（ｘ方向）の第２の側（右側）にシフトしている。これにより、第２の光電変換部１１ｂは、撮影レンズ５の瞳領域における第１の領域から行方向（ｘ方向）の第２の側（右側）に偏った第２の領域の光を受ける。
【００５１】
第３の光電変換部１１ｃの受光領域（例えば、図４に示す画素Ｑα１における白色の領域）の中心の画素内における相対位置は、第５の光電変換部１１ｅの受光領域の中心の画素内における相対位置に対して列方向（ｙ方向）の第３の側（上側）にシフトしている。これにより、第３の光電変換部１１ｃは、撮影レンズ５の瞳領域における中心から列方向（ｙ方向）の第３の側（上側）に偏った第３の領域の光を受ける。
【００５２】
第４の光電変換部１１ｄの受光領域（例えば、図４に示す画素Ｑβ１における白色の領域）の中心の画素内における相対位置は、第３の光電変換部１１ａの受光領域の中心の画素内における相対位置に対して列方向（ｙ方向）の第４の側（下側）にシフトしている。これにより、第４の光電変換部１１ｄは、撮影レンズ５の瞳領域における第３の領域から列方向（ｙ方向）の第４の側（下側）に偏った第４の領域の光を受ける。
【００５３】
図２に示す垂直走査回路１１６は、画素配列ＰＡ１００を垂直方向（列方向）に走査することにより、画素配列ＰＡ１００における信号を読み出すべき行（読み出し行）を順次に選択する。具体的には、垂直走査回路１１６は、画素配列ＰＡ１００における最上の行の画素から最下の行の画素まで順次に信号の蓄積動作を行わせ、その後、最上の行の画素から最下の行の画素まで順次に信号が読み出されるようにする。
【００５４】
読み出し回路１３０は、垂直走査回路１１６により選択された行における各列の画素から信号（ノイズ信号、光信号）を読み出し、読み出した各列の信号を一時的に保持する。具体的には、読み出し回路１３０は、上記の信号の蓄積動作が開始された後に、画素配列ＰＡ１００における最上の行の画素から最下の行の画素まで順次に上記の蓄積動作による信号（光信号）を読み出す。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ１００のスリットローリングシャッタ動作が実現される。ここで、画素配列ＰＡ１００における各行の画素では、信号の蓄積タイミングが互いに異なるものとなる。
【００５５】
読み出し回路１３０は、転送スイッチ１３３，１３４、ＣＴＮ１３７、ＣＴＳ１３８、及び転送スイッチ１３５，１３６を含む（図７参照）。転送スイッチ１３３は、アクティブレベルの制御信号φＴＮがゲートに供給された際にオンすることにより、垂直信号線ＳＬに出力されたノイズ信号をＣＴＮ１３７へ転送する。その後、転送スイッチ１３３がオフすることにより、ＣＴＮ１３７は、転送されたノイズ信号を一時的に保持する。転送スイッチ１３４は、アクティブレベルの制御信号φＴＳがゲートに供給された際にオンすることにより、垂直信号線ＳＬに出力された光信号をＣＴＳ１３８へ転送する。その後、転送スイッチ１３４がオフすることにより、ＣＴＳ１３８は、転送された光信号を一時的に保持する。転送スイッチ１３５は、水平走査回路１１５からアクティブレベルの水平走査信号がゲートに供給された際にオンすることにより、ＣＴＮ１３７に保持されたノイズ信号を水平信号線１３７経由で出力アンプ１１４へ転送する。転送スイッチ１３６は、水平走査回路１１５からアクティブレベルの水平走査信号がゲートに供給された際にオンすることにより、ＣＴＳ１３８に保持された光信号を水平信号線１３８経由で出力アンプ１１４へ転送する。
【００５６】
なお、水平信号線１３７及び水平信号線１３８には、リセットスイッチ１１３が設けられている。リセットスイッチ１１３は、アクティブレベルの制御信号φＨｃがゲートに供給された際にオンすることにより、水平信号線１３７及び水平信号線１３８の電位をリセット電位ＶＨｃにリセットする。
【００５７】
水平走査回路１１５は、読み出し回路１３０を水平方向（行方向）に走査することにより、読み出し回路１３０に保持された各列の信号（ノイズ信号、光信号）を順次に出力アンプ１１４へ転送する。すなわち、水平走査回路１１５は、読み出し回路１３０における各列の転送スイッチ１３５，１３６のゲートへ順次にアクティブレベルの水平走査信号を供給する。
【００５８】
出力アンプ１１４は、転送された信号（ノイズ信号、光信号）に基づいて画像信号を生成して出力する。例えば、出力アンプ１１４は、ノイズ信号と光信号との差分をとることによりノイズが除去された画像信号を得るＣＤＳ処理を行うことにより、画像信号を生成して出力する。
【００５９】
図１に示すイメージセンサ制御回路２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１００を駆動制御する。例えば、イメージセンサ制御回路２１は、垂直走査回路１１６、読み出し回路１３０、及び水平走査回路１１５を駆動するための信号を生成してそれぞれへ供給する。
【００６０】
画像処理部２４は、ＣＭＯＳイメージセンサ１００から出力された画像信号を受ける。画像処理部２４は、受けた画像信号に対して所定の画像処理を行う。
【００６１】
例えば、画像処理部２４は、受けた画像信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換することにより、画像信号（デジタル信号）を生成する。画像処理部２４は、生成した画像信号（デジタル信号）に対して各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。
【００６２】
そして、画像処理部２４は、画像データから表示用の画像信号（アナログ信号）を生成し、生成した表示用の画像信号を液晶表示素子駆動回路２５へ供給する。あるいは、画像処理部２４は、画像データから記録用の圧縮画像データを生成し、生成した記録用の圧縮画像データをメモリ回路２２へ供給する。あるいは、画像処理部２４は、画像データをインターフェース回路２３へ供給する。
【００６３】
液晶表示素子駆動回路２５は、表示用の画像信号を画像処理部２４から受ける。液晶表示素子駆動回路２５は、受けた表示用の画像信号に応じた画像、すなわち被写体像を液晶表示素子９上に表示する。
【００６４】
接眼レンズ３は、液晶表示素子９に表示された被写体像を観察する可能な位置に配されている。
【００６５】
メモリ回路２２は、記録用の圧縮画像データを画像処理部２４から受ける。メモリ回路２２は、受けた記録用の圧縮画像データを所定の記録媒体に記録する。所定の記録媒体は、本体２に対して着脱可能に接続された外部記録媒体であってもよいし、本体２内に固定的に配された内部記録媒体であってもよい。
【００６６】
インターフェース回路２３には、パーソナルコンピュータなどの外部機器が着脱可能に接続される。また、インターフェース回路２３は、画像データを画像処理部２４から受ける。インターフェース回路２３は、受けた画像データを、接続された外部機器へ出力する。
【００６７】
ＣＰＵ２０は、撮像装置１の各部を全体的に制御する。
【００６８】
例えば、ＣＰＵ２０は、撮影レンズ５の焦点調節を行うための焦点調節動作を制御する。具体的には、ＣＰＵ２０は、焦点調節部２０ａを含む。焦点調節部２０ａは、焦点調節動作を制御する。焦点調節部２０ａは、第１の焦点検出部２０ａ１、第２の焦点検出部２０ａ２、動き検出部２０ａ３、及び合焦部２０ａ４を含む。
【００６９】
第１の焦点検出部２０ａ１は、読み出し回路１３０（図２参照）により読み出された第１の画素群（図４に示すＰα１〜Ｐα４）の信号と第１の画素群（図４に示すＰβ１〜Ｐβ４）の信号とをＣＭＯＳイメージセンサ１００から受ける。第１の焦点検出部２０ａ１は、第１の画素群の信号から行方向の視野での第１のＡＦ像を生成し、第２の画素群の信号から行方向の視野での第２のＡＦ像を生成する。第１の焦点検出部２０ａ１は、第１のＡＦ像と第２のＡＦ像とを比較して、すなわち、第１のＡＦ像と第２のＡＦ像との行方向における第１のずれ量を求めることにより、行方向の視野での撮影レンズ５の合焦状態を検出する。第１の焦点検出部２０ａ１は、その検出結果を合焦部２０ａ４へ供給する。
【００７０】
第２の焦点検出部２０ａ２は、読み出し回路１３０（図２参照）により読み出された第３の画素群（図４に示すＱα１〜Ｑα４）の信号と第４の画素群（図４に示すＱβ１〜Ｑβ４）の信号とをＣＭＯＳイメージセンサ１００から受ける。第２の焦点検出部２０ａ２は、第３の画素群の信号から列方向の視野での第３のＡＦ像を生成し、第４の画素群の信号から列方向の視野での第４のＡＦ像を生成する。第２の焦点検出部２０ａ２は、第３のＡＦ像と第４のＡＦ像とを比較して、すなわち、第３のＡＦ像と第４のＡＦ像との列方向における第２のずれ量を求めることにより、列方向の視野での撮影レンズ５の合焦状態を検出する。第２の焦点検出部２０ａ２は、その検出結果を合焦部２０ａ４へ供給する。
【００７１】
動き検出部２０ａ３は、ズームレンズ５ｃを駆動していることを示す情報を、レンズＣＰＵ５０から電気接点２６経由で受ける。動き検出部２０ａ３は、ズームレンズ５ｃを駆動していることを示す情報を受けた場合、レンズ駆動機構５５がズームレンズ５ｃを光軸ＬＡに沿って移動（駆動）していると判断する。すなわち、動き検出部２０ａ３は、レンズ駆動機構５５がズームレンズ５ｃを駆動していることを検出することにより、画素配列ＰＡ１００（図２参照）に形成された被写体の像の動きを検出する。動き検出部２０ａ３は、その検出結果を合焦部２０ａ４へ供給する。
【００７２】
合焦部２０ａ４は、動き検出部２０ａ３により被写体の像の動きが検出された場合、第１の焦点検出部２０ａ１の検出結果を第１の重みで用い第２の焦点検出部２０ａ２の検出結果を第１の重みより低い第２の重みで用いることにより撮影レンズ５を制御する。
【００７３】
具体的には、合焦部２０ａ４は、上記の第１のずれ量に第１の重みをかけた値と上記の第２のずれ量に第２の重みをかけた値とを用いることにより、撮影レンズ５におけるフォーカスレンズ５ｂの合焦位置を演算する。合焦部２０ａ４は、演算した合焦位置の情報を含む焦点調節動作の指示（焦点調節情報）を、電気接点２６経由でレンズＣＰＵ５０へ供給する。これにより、レンズＣＰＵ５０は、レンズ駆動機構５１を介してフォーカスレンズ５ｂを合焦位置へ移動（駆動）する。
【００７４】
また、合焦部２０ａ４は、動き検出部２０ａ３により被写体の像の動きが検出されなかった場合、第１の焦点検出部２０ａ１の検出結果と第２の焦点検出部２０ａ２の検出結果とを第３の重みで用いることにより撮影レンズ５を制御する。なお、第３の重みは、第１の重みと同じであっても良い。
【００７５】
具体的には、合焦部２０ａ４は、上記の第１のずれ量に第３の重みをかけた値と上記の第２のずれ量に第３の重みをかけた値とを用いることにより、撮影レンズ５におけるフォーカスレンズ５ｂの合焦位置を演算する。合焦部２０ａ４は、演算した合焦位置の情報を含む焦点調節動作の指示（焦点調節情報）を、電気接点２６経由でレンズＣＰＵ５０へ供給する。これにより、レンズＣＰＵ５０は、レンズ駆動機構５１を介してフォーカスレンズ５ｂを合焦位置へ移動（駆動）する。
【００７６】
ここで、レンズ駆動機構５５がズームレンズ５ｃを駆動している場合、等価的に、被写体とＣＭＯＳイメージセンサとの距離方向の位置関係が時間的に変化し、ＣＭＯＳイメージセンサの画素配列上における被写体の像が動く。
【００７７】
それに対して、本実施形態では、次のような動作を行う。動き検出部２０ａ３により被写体の像の動きが検出され、列方向の視野での焦点検出結果の信頼性が低くなったと判断される場合に、列方向の視野での焦点検出結果を行方向の視野での焦点検出結果より低い重み付けで用いて焦点調節を行う。これにより、撮像装置において、撮影レンズにより画素配列に形成された被写体の像に動きがある場合でも、撮影レンズに対する焦点調節の精度が低下することを抑制できる。
【００７８】
また、動き検出部２０ａ３により被写体の像の動きが検出されず、列方向の視野での焦点検出結果の信頼性が低くなっていないと判断される場合に、列方向の視野での焦点検出結果を行方向の視野での焦点検出結果と同じ重み付けで用いて焦点調節を行う。これにより、撮像装置において、撮影レンズにより画素配列に形成された被写体の像に動きがない場合に、撮影レンズに対する焦点調節の精度を向上できる。
【００７９】
すなわち、撮像装置において、撮影レンズに対する焦点調節の精度を向上することができる。
【００８０】
次に、ＣＭＯＳイメージセンサ１００の画素配列ＰＡ１００のレイアウト構成を、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第１実施形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００の画素配列ＰＡ１００のレイアウト構成を示す図である。図４には、画素配列ＰＡ１００が１６行×１６列の画素で構成される場合が例示されている。実際には、例えば、画素ピッチが２μｍ、有効画素数が横３０００列×縦２０００行＝６００万画素、画面配列のサイズが横６ｍｍ×縦４ｍｍになる。
【００８１】
図中１３１、１３２は配線である。配線１３１及び１３２で区切られた領域が１画素を示しており、１画素中に書かれた「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は、第５の光電変換部１１ｅの上方に配され、赤の成分の光を透過するカラーフィルタを含む。「Ｇ」の文字の書かれた画素は、第５の光電変換部１１ｅの上方に配され、緑の成分の光を透過するカラーフィルタを含む。「Ｂ」の文字の書かれた画素は、第５の光電変換部１１ｅの上方に配され、青の成分の光を透過するカラーフィルタを含む。また、「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字が書かれた各画素は、撮影レンズ５の全瞳領域を受光するように構成されている。
【００８２】
カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１絵素は「Ｒ」「Ｂ」の画素と２つの「Ｇ」の画素から構成される。本実施形態では、撮像装置を構成するイメージセンサはベイヤ配列における「Ｒ」あるいは「Ｂ」であるべき画素の一部に、撮影レンズ５の一部の瞳領域を受光する焦点検出用画素（第１の画素群〜第４の画素群における画素）が割り当てられている。
【００８３】
図中、Ｐα１、Ｐβ１、Ｐα２、Ｐβ２、Ｐα３、Ｐβ３、Ｐα４、Ｐβ４は、撮影レンズ５の合焦状態を検出するための画素であり、配線１３１にて図中ｘ方向の開口が制限されている。本実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部に配設される焦点検出用画素は、配線１３１にて制限される開口のｘ方向の開口中心位置が画素中心に対して異なる８種類が設定されている。そして、同一の配線開口を有する焦点検出用画素が、図中＋ｘ方向に４画素周期で配列され横（ｘ）方向の測距視野（横視野）を形成している。本実施形態の撮像装置では、焦点検出用画素Ｐα１、Ｐβ１、Ｐα２、Ｐβ２、Ｐα３、Ｐβ３、Ｐα４、Ｐβ４とそれと同一の配線開口を有する焦点検出用画素群で生成された像に基づいて、撮影レンズ５の合焦状態が検出される。特に、配線開口が図中ｘ方向に偏位した焦点検出用画素群を用いると、ＣＭＯＳイメージセンサ１００上で図中ｘ方向にコントラストのある被写体像に対して良好な焦点検出が可能である。
【００８４】
例えば、配線１３１＿１と配線１３１＿２とで決まる開口が画素中心に対して＋ｘ方向に偏位した焦点検出用画素Ｐα１に対して、ｘ方向に４画素隣接した位置に同様の配線開口を有する焦点検出用画素が配設されている。
【００８５】
また、焦点検出用画素Ｐα１に対して斜めに隣接する位置に、配線１３１＿３と配線１３１＿４とで決まる開口が画素中心と略一致する焦点検出用画素Ｐβ１が配設されている。さらに、焦点検出用画素Ｐβ１に対して、ｘ方向に４画素隣接した位置に同様の配線開口を有する焦点検出用画素が配設されている。
【００８６】
配線１３１で決まる開口の位置がそれぞれ異なる焦点検出用画素Ｐα２、Ｐβ２、焦点検出用画素Ｐα３、Ｐβ３及び焦点検出用画素Ｐα４、Ｐβ４も同様に配設されている。
【００８７】
次に、ＣＭＯＳイメージセンサ１００の断面構成を、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第１実施形態におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００の断面構成を示す図である。図５は、図４のＡ−Ａ‘面の断面図である。
【００８８】
図５の右側の画素は、撮影レンズ５の全瞳領域を受光可能な画素を示し、図中左側の画素は、撮影レンズ５の一部の瞳領域からの光束を受光可能な焦点検出用画素を示している。以下では、右側の画素が画素Ｐ５（図３参照）であり、左側の画素が画素Ｐ１（図３参照）である場合を例示的に説明する。
【００８９】
図５に示すＣＭＯＳイメージセンサ１００は、次の構成要素を備える。
【００９０】
半導体基板ＳＢには、第１の光電変換部１１ａと第５の光電変換部１１ｅとが配され、第１の光電変換部１１ａと第５の光電変換部１１ｅとの周囲にウエル１１０が形成されている。第１の光電変換部１１ａと第５の光電変換部１１ｅとは、電荷（例えば負電荷）に対応した導電型（例えばＮ型）の不純物を高濃度に含む半導体領域である。ウエル１１０は、その導電型と反対の導電型（例えばＰ型）の不純物を低濃度に含む半導体領域である。
【００９１】
光電変換部（第１の光電変換部１１ａ、第５の光電変換部１１ｅ）と配線１３１との間には層間絶縁膜１２４が配され、配線１３１と配線１３２との間には層間絶縁膜１２５が配されている。また、配線１３２の光入射側には層間絶縁膜１２３が配され、さらにパッシべーション膜１４０、平坦化層１５０が配されている。
【００９２】
平坦化層１５０の光入射側には、カラーフィルタ層１５１、１５４、平坦化層１５２及びマイクロレンズ１５３が形成されている。ここで、マイクロレンズ１５３のパワーは、撮影レンズ５の瞳と光電変換部が略共役になるように設定されている。また、ＣＭＯＳイメージセンサ１００の中央に位置する画素ではマイクロレンズ１５３は画素の中心に配設され、周辺に位置する画素では、撮影レンズ５の光軸側に偏位して配設される。
【００９３】
撮影レンズ５を透過した被写体光はＣＭＯＳイメージセンサ１００近傍に集光する。さらにＣＭＯＳイメージセンサ１００の各画素に到達した光は、マイクロレンズ１５３で屈折され光電変換部に集光する。通常の撮像に使う図中右側の画素では、入射する光を遮光しないように第１の配線１３１及び第２の配線１３２が配設されている。
【００９４】
一方、図中左側の撮影レンズ５の焦点検出を行う画素では、配線１３１の一部が光電変換部を覆うように延びている。その結果、図中左側の焦点検出用画素では、撮影レンズ５の瞳の一部を透過する光束を受光可能となっている。また、配線１３１が入射光束の一部を遮光しているために光電変換部の出力が小さくなることを防ぐために、焦点検出用画素のカラーフィルタ層１５４は光を吸収しない透過率の高い樹脂で形成されている。
【００９５】
本実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部に配設される焦点検出用画素は、マイクロレンズ１５３の位置と配線１３１の開口中心の相対位置を異ならせることによって、撮影レンズ５の瞳上の受光領域を異ならせるように構成している。
【００９６】
次に、各焦点検出用画素に対する撮影レンズ５の瞳上の受光領域を、図６を用いて説明する。図６は、ＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部に配設された焦点検出用画素の撮影レンズ５の瞳上での受光領域を説明するための図である。図６では、斜めの格子縞領域が撮影レンズ５の瞳を示し、白抜き領域が焦点検出用画素の受光領域を示している。
【００９７】
図６（ａ）は、図４のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部平面図に示した焦点検出用画素Ｐα１の、撮影レンズ５の瞳上での受光領域を示している。焦点検出用画素Ｐα１の配線１３１＿１と配線１３１＿２とで決まる開口の中心は画素の中心に対して−ｘ方向に大きく偏位している。このため、焦点検出用画素Ｐα１の光電変換部の受光可能な領域Ｓα１の中心は、撮影レンズ５の射出瞳上で光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）に対して距離＋ｘα１偏位している。
【００９８】
図６（ｂ）は、図４のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部平面図に示した焦点検出用画素Ｐβ１の、撮影レンズ５の瞳上での受光領域を示している。焦点検出用画素Ｐβ１の配線１３１＿３と配線１３１＿４とで決まる開口の中心は画素の中心に対して−ｘ方向にわずかに偏位している。このため、焦点検出用画素Ｐβ１の光電変換部の受光可能な領域Ｓβ１の中心は、撮影レンズ５の射出瞳上で光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）に対して距離＋ｘβ１偏位している。
【００９９】
図６（ｃ）は、図４のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部平面図に示した焦点検出用画素Ｐα２の、撮影レンズ５の瞳上での受光領域を示している。焦点検出用画素Ｐα２の配線１３１＿１と配線１３１＿２とで決まる開口の中心は画素の中心に対して−ｘ方向に所定量偏位している。このため、焦点検出用画素Ｐα２の光電変換部の受光可能な領域Ｓα２の中心は、撮影レンズ５の射出瞳上で光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）に対して距離＋ｘα２偏位している。
【０１００】
図６（ｄ）は、図４のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部平面図に示した焦点検出用画素Ｐβ２の、撮影レンズ５の瞳上での受光領域を示している。焦点検出用画素Ｐβ２の配線１３１＿３と配線１３１＿４とで決まる開口の中心は画素の中心と略一致しているため、焦点検出用画素Ｐβ２の光電変換部の受光可能な領域Ｓβ２の中心は、撮影レンズ５の射出瞳上で光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）と略一致している。
【０１０１】
図６（ｅ）は、図４のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部平面図に示した焦点検出用画素Ｐα３の、撮影レンズ５の瞳上での受光領域を示している。焦点検出用画素Ｐα３の配線１３１＿１と配線１３１＿２とで決まる開口の中心は画素の中心に対して−ｘ方向にわずかに偏位している。このため、焦点検出用画素Ｐα３の光電変換部の受光可能な領域Ｓα３の中心は、撮影レンズ５の射出瞳上で光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）に対して距離＋ｘα３偏位している。
【０１０２】
図６（ｆ）は、図４のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部平面図に示した焦点検出用画素Ｐβ３の、撮影レンズ５の瞳上での受光領域を示している。焦点検出用画素Ｐβ３の配線１３１＿３と配線１３１＿４とで決まる開口の中心は画素の中心に対して＋ｘ方向に所定量偏位している。このため、焦点検出用画素Ｐβ３の光電変換部の受光可能な領域Ｓβ３の中心は、撮影レンズ５の射出瞳上で光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）に対して距離−ｘβ３偏位している。
【０１０３】
図６（ｇ）は、図４のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部平面図に示した焦点検出用画素Ｐα４の、撮影レンズ５の瞳上での受光領域を示している。焦点検出用画素Ｐα４の配線１３１＿１と配線１３１＿２とで決まる開口の中心は画素の中心と略一致しているため、焦点検出用画素Ｐα４の光電変換部の受光可能な領域Ｓα４の中心は、撮影レンズ５の射出瞳上で光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）と略一致している。
【０１０４】
図６（ｈ）は、図４のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部平面図に示した焦点検出用画素Ｐβ４の、撮影レンズ５の瞳上での受光領域を示している。焦点検出用画素Ｐβ４の配線１３１＿３と配線１３１＿４とで決まる開口の中心は画素の中心に対して＋ｘ方向に大きく偏位している。このため、焦点検出用画素Ｐβ４の光電変換部の受光可能な領域Ｓβ４の中心は、撮影レンズ５の射出瞳上で光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）に対して距離−ｘβ４偏位している。
【０１０５】
同様に、本実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１００の一部に配設される焦点検出用画素の一部は、配線１３２にて制限される開口の中心位置が画素中心に対してｙ方向に異なる８種類が設定されている。図中、Ｑα１、Ｑβ１、Ｑα２、Ｑβ２、Ｑα３、Ｑβ３、Ｑα４、Ｑβ４は撮影レンズ５の合焦状態を検出するための画素で、配線１３２にて図中ｙ方向の開口が制限されている。そして、同一の配線開口を有する焦点検出用画素が、図中−ｙ方向に４画素周期で配列され縦（ｙ）方向の測距視野を形成している。
【０１０６】
本実施形態の撮像装置では、焦点検出用画素Ｑα１、Ｑβ１、Ｑα２、Ｑβ２、Ｑα３、Ｑβ３、Ｑα４、Ｑβ４とそれと同一の配線開口を有する焦点検出用画素群で生成された像に基づいて、撮影レンズ５の合焦状態が検出される。特に、配線開口が図中ｙ方向に偏位した焦点検出用画素群を用いると、ＣＭＯＳイメージセンサ１００上で図中ｙ方向にコントラストのある被写体像に対して良好な焦点検出が可能である。
【０１０７】
焦点検出用画素Ｑα１、Ｑβ１、Ｑα２、Ｑβ２、Ｑα３、Ｑβ３、Ｑα４、Ｑβ４の撮影レンズ５の瞳上の受光領域は、焦点検出用画素Ｐα１、Ｐβ１、Ｐα２、Ｐβ２、Ｐα３、Ｐβ３、Ｐα４、Ｐβ４の受光領域に対して９０°回転した関係にある。
【０１０８】
なお、ＣＭＯＳイメージセンサ１００ｉは、図７に示すように、画素配列ＰＡ１００に代えて画素ユニット配列ＰＵＡ１００を備えても良い。画素ユニット配列ＰＵＡ１００では、複数の画素ユニットＰＵ１１〜ＰＵ２２が行方向及び列方向に配列されている。図７では、画素ユニット配列ＰＵＡ１００が２行×２列の画素ユニットで構成される場合が例示されている。図７は、本発明の第１実施形態の変形例におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００ｉの構成を示す図である。
【０１０９】
各画素ユニットＰＵ１１〜ＰＵ２２では、図２に示す画素配列ＰＡ１００における列方向に隣接した２画素について電荷電圧変換部１０３、リセット部１０４、出力部１０５、及び選択部１０６を共通化した構成になっている。電荷電圧変換部１０３へは、転送部１２１により光電変換部１１１の電荷が転送され、転送部１２２により光電変換部１１２の電荷が転送される。
【０１１０】
次に、図７に示すＣＭＯＳイメージセンサ１００ｉの動作を、図８を用いて説明する。図８は、本発明の第１実施形態の変形例におけるＣＭＯＳイメージセンサ１００ｉの動作を示すタイミングチャートである。
【０１１１】
まず垂直走査回路１１６からのタイミング出力によって、制御信号φＬをハイとして垂直信号線ＳＬをリセットする。また制御信号φＲ０をハイとし、リセット部１０４をオンとする。
【０１１２】
時刻Ｔ０において、制御信号φＳ０をハイとし、選択部１０６をオンさせ、第１行の画素ユニットＰＵ１１，ＰＵ１２を選択する。
【０１１３】
次に、制御信号φＲ０をロウとして電荷電圧変換部１０３のリセットを完了する。電荷電圧変換部１０３をフローティング状態とし、出力部１０５のゲート・ソース間をスルーとする。出力部１０５は、電荷電圧変換部１０３の電圧に応じたノイズ信号を垂直信号線ＳＬへ出力する。
【０１１４】
時刻Ｔ１において、制御信号φＴＮをハイとし、垂直信号線ＳＬへ出力されたノイズ信号をＣＴＮ１３７へ転送させる。
【０１１５】
時刻Ｔ２において、制御信号φＴＸｏ０をハイとして転送部１２１をオンする。これにより、光電変換部１１１の電荷が電荷電圧変換部１０３へ転送される。出力部１０５は、電荷電圧変換部１０３の電圧に応じた光信号を垂直信号線ＳＬへ出力する。
【０１１６】
時刻Ｔ３において、制御信号φＴＳをハイとし、垂直信号線ＳＬへ出力された光信号をＣＴＳ１３８へ転送させる。
【０１１７】
時刻Ｔ４において、制御信号φＨＣを一時ハイとしてリセットスイッチ１１３をオンする。これにより、水平信号線１３７，１３８をリセットする。
【０１１８】
水平転送期間において、水平走査回路１１５の水平走査信号により水平信号線に画素のノイズ信号と光信号とが出力される。出力アンプ１１４は、ノイズ信号と光信号とのさ分をとることにより、画像信号を生成して出力する。
【０１１９】
そして、時刻Ｔ０〜Ｔ４における動作と同様であるが次の点で異なる動作が光電変換部１１２に対して行われる。
【０１２０】
時刻Ｔ５では、時刻Ｔ２における動作に代えて、制御信号φＴＸｅ０をハイとして転送部１２２をオンする。これにより、光電変換部１１２の電荷が電荷電圧変換部１０３へ転送される。出力部１０５は、電荷電圧変換部１０３の電圧に応じた光信号を垂直信号線ＳＬへ出力する。
【０１２１】
ここで、１行の画素ユニットが選択された期間において、光電変換部１１１の電荷が電荷電圧変換部１０３へ転送されてから、光電変換部１１２の電荷が電荷電圧変換部１０３へ転送されるまで、｜Ｔ５−Ｔ２｜の時間ずれが発生している。
【０１２２】
次に、撮像装置１の焦点調節動作を、図９を用いて説明する。図９は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１の焦点調節動作を示すフローチャートである。
【０１２３】
撮影者が不図示のシャッターレリーズスイッチの前段操作（ＳＷ１−ＯＮ）を行ったならば（ｓ２０１）、ＣＰＵ２０はイメージセンサ制御回路２１に信号を送って、ＣＭＯＳイメージセンサ１００にて撮像を行う。焦点調節部２０ａは、ＣＭＯＳイメージセンサ１００にて撮像された画像信号のうちＡＦ像信号を取得する（ｓ２０２）。
【０１２４】
ＣＰＵ２０の焦点調節部２０ａは、焦点検出用画素Ｐα１と同じ配線開口を有する焦点検出用画素群から第１の焦点検出用画像を生成し、同様に焦点検出用画素Ｐβ１と同じ配線開口を有する焦点検出用画素群から第２の焦点検出用画像を生成する。
【０１２５】
焦点調節部２０ａは、第１の焦点検出用画像と第２の焦点検出用画像に基づいて相関演算を行うことにより、焦点検出用画素Ｐα１とＰβ１とが位置する横（ｘ）方向の測距視野での撮影レンズ５の合焦状態ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿１を検出する。
【０１２６】
同様に焦点調節部２０ａは、焦点検出用画素Ｐα２とＰβ２とが位置する横（ｘ）方向の測距視野での撮影レンズ５の合焦状態ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿２を検出する。
【０１２７】
同様に焦点調節部２０ａは、焦点検出用画素Ｐα３とＰβ３とが位置する横（ｘ）方向の測距視野での撮影レンズ５の合焦状態ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿３を検出する。
【０１２８】
同様に焦点調節部２０ａは、焦点検出用画素Ｐα４とＰβ４とが位置する横（ｘ）方向の測距視野での撮影レンズ５の合焦状態ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿４を検出する。
【０１２９】
そして、焦点調節部２０ａは、焦点検出結果ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿１〜ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿４を数式１のように平均する。
【０１３０】
ｄｅｆ＿ｈｏｒ＝（ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿１  ＋  ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿２  ＋  ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿３  ＋  ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿４）/４・・・数式１
次に、ＣＰＵ２０の焦点調節部２０ａは、焦点検出用画素Ｑα１と同じ配線開口を有する焦点検出用画素群から第１の焦点検出用画像を生成し、同様に焦点検出用画素Ｑβ１と同じ配線開口を有する焦点検出用画素群から第２の焦点検出用画像を生成する。
【０１３１】
焦点調節部２０ａは、第１の焦点検出用画像と第２の焦点検出用画像に基づいて相関演算を行うことにより、焦点検出用画素Ｑα１とＱβ１とが位置する縦（ｙ）方向の測距視野での撮影レンズ５の合焦状態ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿１を検出する。
【０１３２】
同様に焦点調節部２０ａは、焦点検出用画素Ｑα２とＱβ２とが位置する縦（ｙ）方向の測距視野での撮影レンズ５の合焦状態ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿２を検出する。
【０１３３】
同様に焦点調節部２０ａは、焦点検出用画素Ｑα３とＱβ３とが位置する縦（ｙ）方向の測距視野での撮影レンズ５の合焦状態ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿３を検出する。
【０１３４】
同様に焦点調節部２０ａは、焦点検出用画素Ｑα４とＱβ４とが位置する縦（ｙ）方向の測距視野での撮影レンズ５の合焦状態ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿４を検出する。
【０１３５】
焦点調節部２０ａは、焦点検出結果ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿１〜ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿４を数式２のように平均する。
【０１３６】
ｄｅｆ＿ｖｅｒ  ＝（ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿１  ＋  ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿２  ＋  ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿３  ＋  ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿４）/４・・・数式２
焦点調節部２０ａは、横（ｘ）方向の測距視野と縦（ｙ）方向の測距視野との焦点検出が終了すると（ｓ２０３）、撮影レンズ５のズームレンズ５ｃが駆動中かどうかを確認する（ｓ２０４）。
【０１３７】
ズームレンズ５ｃが駆動中であれば、ズームレンズ５ｃの駆動にともない画素配列ＰＡ１００上の被写体の像が移動する。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサ１００の読み出し開始ラインとそれ以降のラインとでは像の合焦状態が異なってくるため、縦（ｙ）方向の測距視野での合焦状態の検出結果の信頼性が低くなる。
【０１３８】
そこで、焦点調節部２０ａは、レンズ駆動機構５１を介してズームレンズ５ｃが駆動中であることを検知すると（ｓ２０４）、次のような動作を行う。焦点調節部２０ａは、縦（ｙ）方向の測距視野で検出結果に対する重みｍ＿ｖｅｒを横（ｘ）方向の測距視野で検出結果に対する重みｍ＿ｖｈｏｒに対して小さく設定する（例えば、ｍ＿ｖｅｒ  ＝  ０.２。ｍ＿ｈｏｒ  ＝  ０.８）（ｓ２０５）。
【０１３９】
あるいは、焦点調節部２０ａは、レンズ駆動機構５１を介してズームレンズ５ｃが駆動中でないことを確認すると、次のような動作を行う。焦点調節部２０ａは、縦（ｙ）方向の測距視野で検出結果に対する重みｍ＿ｖｅｒと横（ｘ）方向の測距視野で検出結果に対する重みｍ＿ｖｈｏｒとを同じに設定する（例えば、ｍ＿ｖｅｒ  ＝  ０.５。ｍ＿ｈｏｒ  ＝  ０.５）（ｓ２０６）。
【０１４０】
縦（ｙ）方向の測距視野の合焦状態の検出結果に対する重みｍ＿ｖｅｒと横（ｘ）方向の測距視野の合焦状態の検出結果に対する重みｍ＿ｖｈｏｒが設定されると、焦点調節部２０ａは、数式３に基づいて撮影レンズ５の合焦状態を算出する（ｓ２０７）。
【０１４１】
ｄｅｆ  ＝（ｍ＿ｈｏｒ  *  ｄｅｆ＿ｈｏｒ  ＋  ｍ＿ｖｅｒ  *  ｄｅｆ＿ｖｅｒ）/（ｍ＿ｈｏｒ  ＋  ｍ＿ｖｅｒ）・・・数式３
撮影レンズ５の合焦状態が算出されると（ｓ２０７）、焦点調節部２０ａは、焦点検出結果に基づいて撮影レンズ５が合焦しているか否かを判定する（ｓ２０８）。撮影レンズ５が合焦していないと判定されると（ｓ２０８）、焦点調節部２０ａは、焦点検出結果に基づいてレンズ駆動機構５１に焦点調節情報を送って、撮影レンズ５の焦点調節を行う（ｓ２０９）。
【０１４２】
一方、撮影レンズ５が合焦していると判定されると（ｓ２０８）、次の操作まで待機する（ｓ２１０）。
【０１４３】
以上のように、本実施形態によれば、ＣＭＯＳイメージセンサの画素配列上で被写体の像の動きがあった場合でも良好な焦点調節を行うことが可能となる。
【０１４４】
次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置について説明する。
【０１４５】
本実施形態に係る撮像装置は、その焦点調節動作が、図１０に示すように第１実施形態と異なる。図１０は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置の焦点調節動作を示すフローチャートである。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１４６】
ＣＰＵ２０の焦点調節部２０ａは、横（ｘ）方向の測距視野での焦点検出結果ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿１〜ｄｅｆ＿ｈｏｒ＿４を数式１のように平均する。また、焦点調節部２０ａは、焦点検出結果の重みｍ＿ｈｏｒ  ＝  １と初期設定する（ｓ２２３）。
【０１４７】
焦点調節部２０ａは、横（ｘ）方向の測距視野での撮影レンズ５の焦点検出を終了すると（ｓ２２３）、振れ検出装置５４から受けた検出結果の情報から撮像装置１が手振れを起こしているかどうかを確認する。すなわち、焦点調節部２０ａの動き検出部２０ａ３は、撮像装置１の振れを検出することにより、画素配列ＰＡ１００に形成された被写体の像の動きを検出する（ｓ２２４）。
【０１４８】
撮像装置１が手振れを起こしていれば、ＣＭＯＳイメージセンサ１００上の被写体像が移動する。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサ１００の読み出し開始ラインとそれ以降のラインとでは撮像している像が異なってくるため、縦（ｙ）方向の測距視野での合焦状態の検出結果の信頼性が低くなる。
【０１４９】
そこで、焦点調節部２０ａは、振れ検出装置５４の情報から撮像装置１が手振れを起こしていることを検知すると（ｓ２２４）、縦（ｙ）方向の測距視野での合焦状態の検出を行わずに、撮影レンズ５の合焦状態を上記数式３に基づいて算出する（ｓ２２６）。
【０１５０】
このとき、縦（ｙ）方向の測距視野での合焦状態の検出は行われていないため、重みｍ＿ｖｅｒ  ＝  ０と初期値が設定されている。
【０１５１】
あるいは、焦点調節部２０ａは、振れ検出装置５４による検出結果の情報から撮像装置１が手振れを起こしていないことを検知すると（ｓ２２４）、縦（ｙ）方向の測距視野での合焦状態の検出を行う（ｓ２２５）。
【０１５２】
焦点調節部２０ａは、焦点検出結果ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿１〜ｄｅｆ＿ｖｅｒ＿４を数式２のように平均する。また、焦点調節部２０ａは、焦点検出結果の重みｍ＿ｖｅｒ  ＝  １と初期設定する。
【０１５３】
縦（ｙ）方向の測距視野の焦点検出が終了すると（ｓ２２５）、撮影レンズ５の合焦状態を上記数式３に基づいて算出する（ｓ２２６）。
【０１５４】
次に、本発明の第３実施形態に係る撮像装置について説明する。
【０１５５】
本実施形態に係る撮像装置は、その焦点調節動作が、図１１に示すように第１実施形態と異なる。図１１は、本発明の第３実施形態に係る撮像装置の焦点調節動作を示すフローチャートである。以下では、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１５６】
撮影者によって撮像装置１の電源がＯＮされると、ＣＰＵ２０はイメージセンサ制御回路２１に信号を送って、ＣＭＯＳイメージセンサ１００にて撮像を行う。撮像された画像は画像処理部２４によって画像処理される。このとき、画像処理部２４は、撮影期間の異なる複数の画像より被写体の動きを判定して、その判定結果をＣＰＵ２０へ供給する。すなわち、焦点調節部２０ａの動き検出部２０ａ３は、画像処理部２４を介して、複数のフレーム期間における読み出し回路により画素配列から読み出された複数フレームの画像信号を比較して被写体の動きを検出する。これにより、動き検出部２０ａ３は、画素配列に形成された被写体の像の動きを検出する（ｓ２３１）。
【０１５７】
焦点調節部２０ａは、横（ｘ）方向の測距視野と縦（ｙ）方向の測距視野の焦点検出が終了すると（ｓ２３４）、画像処理部２４からの情報より被写体が動体であるかどうかを確認する（ｓ２３５）。
【０１５８】
被写体が動体であれば、ＣＭＯＳイメージセンサ１００上の被写体像が移動する。その結果、ＣＭＯＳイメージセンサ１００の読み出し開始ラインとそれ以降のラインとでは撮像している像が異なってくるため、縦（ｙ）方向の測距視野での合焦状態の検出結果の信頼性が低くなる。
【０１５９】
そこで、焦点調節部２０ａは、画像処理部２４からの情報より被写体が動体であることを検知すると（ｓ２３５）、次のような動作を行う。焦点調節部２０ａは、縦（ｙ）方向の測距視野で検出結果に対する重みｍ＿ｖｅｒを横（ｘ）方向の測距視野で検出結果に対する重みｍ＿ｖｈｏｒに対して小さく設定する（例えば、ｍ＿ｖｅｒ  ＝  ０.３。ｍ＿ｈｏｒ  ＝  ０.７）（ｓ２３７）。
【０１６０】
あるいは、焦点調節部２０ａは、画像処理部２４からの情報より被写体が動体でないことを確認すると（ｓ２３５）、次のような動作を行う。焦点調節部２０ａは、縦（ｙ）方向の測距視野で検出結果に対する重みｍ＿ｖｅｒと横（ｘ）方向の測距視野で検出結果に対する重みｍ＿ｖｈｏｒを同じに設定する（例えば、ｍ＿ｖｅｒ  ＝  ０.５。ｍ＿ｈｏｒ  ＝  ０.５）（ｓ２３６）。
【図１】
2010271499.tif 000003
【図２】
2010271499.tif 000004
【図３】
2010271499.tif 000005
【図４】
2010271499.tif 000006
【図５】
2010271499.tif 000007
【図６】
2010271499.tif 000008
【図７】
2010271499.tif 000009
【図８】
2010271499.tif 000010
【図９】
2010271499.tif 000011
【図１０】
2010271499.tif 000012
【図１１】
2010271499.tif 000013
【図１２】
2010271499.tif 000014
【図１３】
2010271499.tif 000015