(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有し、撮像信号を出力する複数の撮像画素と、
入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有し、焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素と、
前記撮像画素による電荷蓄積の期間と前記焦点検出画素による電荷蓄積の期間とを時間的に少なくとも一部重複させる蓄積制御手段と、
前記撮像画素から出力された前記撮像信号に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する画像生成手段と、
１フレームのうち、前記撮像画素による電荷蓄積の期間と前記焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが一部重複する期間で発光して被写体を照明する照明手段と、
前記照明手段による照明が行われたフレームにおいて前記焦点検出画素から出力された前記焦点検出信号に基づいて、撮影光学系の焦点調節を行う調節手段とを備え、
前記蓄積制御手段は、前記照明手段が発光している期間中に、前記撮像画素の電荷蓄積を中断させることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記撮像画素と前記焦点検出画素とは同一の撮像素子に含まれ、
前記画像生成手段は、前記撮像画素から出力された前記撮像信号に基づき前記連続する複数フレームの画像データを生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記画像生成手段により生成された前記画像データを動画情報として記憶媒体に記録する記録制御手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１または３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記画像生成手段により生成された前記画像データを逐次表示する表示制御手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記蓄積制御手段は、全ての前記撮像画素の電荷蓄積の期間と前記焦点検出画素の電荷蓄積の期間とを一致させることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記撮像画素および前記焦点検出画素は水平および垂直方向に行列状に二次元配列され、
前記蓄積制御手段は、行ごとに前記光電変換素子の電荷蓄積の期間を所定期間ずつ重複させることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素の周囲に位置する複数の前記撮像画素の撮像信号に基づき、前記焦点検出画素の位置における撮像信号を補間処理により作成する補間手段をさらに備え、
前記画像生成手段は、前記撮像画素の撮像信号と前記補間手段により作成された撮像信号とを用いて前記画像データを生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記複数の焦点検出画素は、前記撮像画素が受光する光束に対して互いに相補的な光束を受光する一対の第１焦点検出画素と第２焦点検出画素とを含み、
前記調節手段は、前記第１焦点検出画素が出力する焦点検出信号と前記第２焦点検出画素が出力する第２焦点検出信号との相対的な位相を検出し、前記位相に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
水平および垂直方向に行列状に二次元配列され、撮影光学系を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有する複数の撮像画素と、
前記撮像画素とともに二次元配列され、前記撮影光学系を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有する複数の焦点検出画素と、
行ごとに前記光電変換素子の電荷蓄積の期間を所定時間ずつ重複させる蓄積制御手段と、
全ての行のそれぞれについて前記撮像画素による電荷蓄積の期間と前記焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが重複する期間のうち、全ての行に共通する期間内で前記撮像画素の電荷蓄積を一時的に中断させる蓄積中断手段と、
前記撮像画素および前記焦点検出画素に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする撮像素子。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像データを一定周期で生成して被写体を連続的に撮像する撮像装置が知られている。このような撮像装置では、複数回の撮像に１回の割合で補助光を照射して自動焦点調節を行うとともに、補助光非照射時の画像データを動画データとして記録する（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６３５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、自動焦点調節の期間と撮像の期間とが重複しているので、補助光発光時に撮像された画像データに補助光の影響が発生することを避けるために、補助光照射時の画像データを動画データとして記録していない。このため、動画記録時に補助光が照射された場合のフレームレートが、補助光が非照射の場合のフレームレートに比べて低下し、動画品質が悪化するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明による撮像装置は、入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有し、撮像信号を出力する複数の撮像画素と、入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有し、焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素と、撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とを時間的に少なくとも一部重複させる蓄積制御手段と、撮像画素から出力された撮像信号に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する画像生成手段と、１フレームのうち、撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが一部重複する期間で発光して被写体を照明する照明手段と、照明手段による照明が行われたフレームにおいて焦点検出画素から出力された焦点検出信号に基づいて、撮影光学系の焦点調節を行う調節手段とを備え、蓄積制御手段は、照明手段が発光している期間中に、撮像画素の電荷蓄積を中断させることを特徴とする。
請求項９に記載の発明による撮像素子は、水平および垂直方向に行列状に二次元配列され、撮影光学系を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有する複数の撮像画素と、撮像画素とともに二次元配列され、撮影光学系を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子を有する複数の焦点検出画素と、行ごとに光電変換素子の電荷蓄積の期間を所定時間ずつ重複させる蓄積制御手段と、全ての行のそれぞれについて撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが重複する期間のうち、全ての行に共通する期間内で撮像画素の電荷蓄積を一時的に中断させる蓄積中断手段と、撮像画素および焦点検出画素に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、撮像装置は、照明手段が撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが一部重複する期間で発光している期間中には、撮像画素の電荷蓄積を中断させて画像データを生成できる。
さらに、本発明によれば、全ての行のそれぞれについて撮像画素による電荷蓄積の期間と焦点検出画素による電荷蓄積の期間とが重複する期間のうち、全ての行に共通する期間内で撮像画素の電荷蓄積を一時的に中断させて画像データを生成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態によるカメラの構成を示す横断面図
【図２】交換レンズの撮影画面上における焦点検出位置の一例を示す図
【図３】焦点検出エリア近傍における撮像素子の画素配列を拡大して示す図
【図４】撮像画素が受光する撮影光束を説明する図
【図５】焦点検出画素が受光する焦点検出光束を説明する図
【図６】第１の実施の形態における撮像素子の回路構成を説明する図
【図７】第１の実施の形態における撮像画素の詳細回路構成図
【図８】第１の実施の形態における焦点検出画素の詳細回路構成図
【図９】第１の実施の形態における撮像画素の回路構成に対応する断面構造図
【図１０】第１の実施の形態における焦点検出画素の回路構成に対応する断面構造図
【図１１】第１の実施の形態における撮像素子の動作タイミングチャート
【図１２】第１の実施の形態における撮像画素の電位分布を説明する図
【図１３】デジタルカメラの撮像動作を説明するフローチャート
【図１４】第１の実施の形態における撮像素子の動作を示す模式図
【図１５】第２の実施の形態における撮像素子の回路構成を説明する図
【図１６】第２の実施の形態における撮像画素の断面構造を説明する図
【図１７】第２の実施の形態における撮像素子の動作のタイミングチャート
【図１８】第２の実施の形態における撮像画素の電位分布を説明する図
【図１９】第２の実施の形態における撮像素子の動作を示す模式図
【図２０】変形例における撮像素子の部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
−第1の実施の形態−
第１の実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式デジタルカメラを例に挙げて説明する。図１は、第１の実施の形態のカメラの構成を示すカメラの横断面図である。第１の実施の形態のデジタルカメラ２０１は、交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。
【０００９】
交換レンズ２０２は、レンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は、不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節と絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信とを行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。
【００１０】
カメラボディ２０３は、撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９などを備えている。撮像素子２１２には、撮像画素が二次元状（行と列）に配置されるとともに、焦点検出位置に対応した部分に焦点検出用画素が組み込まれている。この撮像素子２１２については詳細を後述する。
【００１１】
ボディ駆動制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の駆動制御および撮像素子２１２からの画素信号の読み出しと、焦点検出画素の画素信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ２０２の焦点調節とを繰り返し行うとともに、画像信号の処理と記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６との通信を行い、レンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行う。
【００１２】
液晶表示素子２１６は電気的なビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２から読み出されたスルー画像を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像を記録する画像ストレージである。
【００１３】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、撮像画素および焦点検出画素の画素信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１４】
ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の焦点検出画素からの画素信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ出力する。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の撮像画素の画像信号を処理して画像を生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２から読み出されたスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ出力し、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を出力して、絞り２１１の開口制御を行う。
【００１５】
レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、レンズ駆動制御装置２０６は、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値とを検出し、これらのレンズ位置と絞り値とに応じてレンズ情報を演算したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからレンズ位置と絞り値とに応じたレンズ情報を選択する。
【００１６】
レンズ駆動制御装置２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。
【００１７】
照明手段２１８はボディ駆動制御装置２１４の指令に基づいて被写体を照明する手段である。低輝度時においても焦点検出が可能になるように、ボディ駆動制御装置２１４は低輝度時に照明手段２１８による照明を行うことによって焦点検出画素の画素信号レベルを上げる。なお、照明は短時間にのみ間欠的に行われる。
【００１８】
図２は、交換レンズ２０２の撮影画面上における焦点検出位置を示す図であり、後述する撮像素子２１２上の焦点検出画素列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央（光軸上）に配置された焦点検出エリア１０１に焦点検出画素が水平方向に配列される。
【００１９】
図３は、撮像素子２１２の詳細な構成を示す図であり、図３は図２における焦点検出エリア１０１の近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。撮像素子２１２には撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図３においては、水平方向の焦点検出用に撮像画素と同一の画素サイズを有する水平方向焦点検出用の焦点検出画素３１３、３１４が交互に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき水平方向の直線上に連続して配列される。
【００２０】
マイクロレンズ１０は、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズ９から画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしている。撮像画素３１０は矩形のマイクロレンズ１０、遮光マスクで受光領域を正方形に制限された光電変換部１１および色フィルタ（不図示）から構成される。色フィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類からなる。撮像素子２１には、各色フィルタを備えた撮像画素３１０がベイヤー配列されている。
【００２１】
焦点検出画素３１３、３１４には、全ての色に対して焦点検出を行うためにすべての可視光を透過する白色フィルタが設けられている。従って、焦点検出画素３１３、３１４は、緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性を有し、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括する。
【００２２】
焦点検出画素３１３は矩形のマイクロレンズ１０と、遮光マスクで受光領域を正方形の左半分（正方形を垂直線で２等分した場合の左半分）に制限された光電変換部１３と、色フィルタ（不図示）とを含んで構成される。また、焦点検出画素３１４は、矩形のマイクロレンズ１０と、後述の遮光マスクで受光領域を正方形の右半分（正方形を垂直線で２等分した場合の右半分）に制限された光電変換部１４と、色フィルタ（不図示）とを含んで構成される。焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４とをマイクロレンズ１０を重ね合わせて表示すると、遮光マスクで受光領域を制限された光電変換部１３と１４とが水平方向に並んでいる。
【００２３】
撮像画素３１０では、撮像用の光電変換部１１の上に近接して遮光マスクが形成され、光電変換部１１は遮光マスクの開口部を通過した光を受光する。遮光マスクの上には、平坦化層が形成され、その上に色フィルタが形成される。色フィルタの上には平坦化層が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部の形状が前方に投影される。光電変換部１１は、半導体回路基板上に形成される。
【００２４】
焦点検出画素３１３、３１４では、焦点検出用の光電変換部１３、１４の上に近接して遮光マスクが形成され、光電変換部１３、１４は遮光マスクの開口部を通過した光をそれぞれ受光する。遮光マスクの上には平坦化層が形成され、その上に白色フィルタが形成される。白色フィルタの上には平坦化層が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部の形状が前方に投影される。光電変換部１３、１４は半導体回路基板上に形成される。
【００２５】
図４は、撮像画素３１０が受光する撮影光束の様子を説明するための図であって、撮像画素配列の断面を示す。撮像素子２１２上に配列された全ての撮像画素３１０の光電変換部１１は、光電変換部１１に近接して配置された遮光マスクの開口部を通過した光束を受光する。開口部の形状は、各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０によって、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上の全撮像画素に共通な領域９５に投影される。
【００２６】
従って、各撮像画素３１０の光電変換部１１は、領域９５と各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０とを通過する光束７１を受光する。そして、各撮像素子３１０の光電変換部１１は、領域９５を通過して各撮像画素３１０のマイクロレンズ１０へ向う光束７１によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００２７】
図５は、焦点検出画素３１３、３１４が受光する焦点検出光束の様子を図４と比較して説明するための図であって、焦点検出画素配列の断面を示す。撮像素子２１２上に配列された全ての焦点検出画素３１０、３１４の光電変換部１３、１４は、光電変換部１３、１４に近接して配置された遮光マスクの開口部を通過した光束を受光する。開口部の形状は、各焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０によって、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上の全ての焦点検出画素３１３に共通した領域９３に投影される。同じく開口部の形状は、各焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０によって、マイクロレンズ１０から測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上の全ての焦点検出画素３１４に共通した領域９４に投影される。一対の領域９３、９４を測距瞳と呼ぶ。
【００２８】
従って、各焦点検出画素３１３の光電変換部１３は、測距瞳９３と各焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０とを通過する光束７３を受光する。そして、各焦点検出画素３１３の光電変換部１３は、測距瞳９３を通過して各焦点検出画素３１３のマイクロレンズ１０へ向う光束７３によってマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、各焦点検出画素３１４の光電変換部１４は、測距瞳９４と各焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０とを通過する光束７４を受光する。そして、各焦点検出画素３１４の光電変換部１４は、測距瞳９４を通過して各焦点検出画素３１４のマイクロレンズ１０へ向う光束７４によってマイクロレンズ１０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００２９】
一対の焦点検出画素３１３、３１４が受光する光束７３、７４が通過する射出瞳９０上の測距瞳９３と９４とを統合した領域は、撮像画素３１０が受光する光束７１が通過する射出瞳９０上の領域９５と一致する。すなわち、射出瞳９０上において、光束７３、７４は光束７１に対して相補的な関係になっている。
【００３０】
上述した一対の焦点検出画素３１３、３１４を交互にかつ直線状に多数配置し、各焦点検出画素の光電変換部の出力を測距瞳９３および測距瞳９４に対応した一対の出力グループにまとめることによって、測距瞳９３と測距瞳９４とをそれぞれ通過する一対の光束が焦点検出画素配列上（垂直方向）に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して、たとえば特開２００７−３３３７２０号公報に開示されている公知の像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、焦点検出位置（垂直方向）における予定結像面と結像面との偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００３１】
次に、本実施の形態におけるデジタルカメラ２０１が備える撮像素子２１２の詳細について説明する。図６は、撮像素子２１２の回路構成を示す概念図である。撮像素子２１２は、ＣＭＯＳイメージセンサとして構成されている。説明の都合上、図６では、撮像素子２１２の回路構成を、水平方向８画素×垂直方向４画素のレイアウトに簡略化して示す。また、図６は、図２の水平方向の焦点検出エリア１０１に対応して描かれており、水平方向に焦点検出画素３１３、３１４が同一の行に配置されている様子を示す。
【００３２】
図６では、垂直方向において２行目は焦点検出画素３１３、３１４が配置された行であり、中央の４つの焦点検出画素３１３、３１４が複数の焦点検出画素を代表して示し、左右の２つずつの撮像画素３１０が焦点検出画素３１３、３１４の左右に配置された複数の画素を代表して示す。また、図６では、垂直方向において１行目、３行目、４行目は撮像画素３１０のみが配置された行であり、焦点検出画素３１３、３１４が配置された行の上下の複数の撮像画素のみからなる行を代表して示す。
【００３３】
撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４は、受光した光量に応じた電荷を発生する光電変換部（フォトダイオード：ＰＤ）と、光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部（ＦＤ）と、ＦＤに蓄積された電荷量に応じた画素信号を出力するアンプ（ＡＭＰ）とを基本構成として備える。図６において、ラインメモリ３２０は1行分の画素の画素信号をサンプルホールドして一時的に保持するバッファであり、垂直信号線５０１に出力されている同一行の画素信号を垂直走査回路が発する制御信号φＨ１に基づいてサンプルホールドする。なお、ラインメモリ３２０に保持される画素信号は制御信号φＳ１〜φＳ４の立ち上がりに同期してリセットされる。
【００３４】
撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４からの画素信号の出力は垂直走査回路が発生する制御信号（φＳ１〜φＳ４）により行ごとに独立して制御される。制御信号（φＳ１〜φＳ４）により選択された行の画素の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。ラインメモリ３２０に保持された画素信号は水平走査回路が発生する制御信号（φＶ１〜φＶ８）により、順次出力回路３３０に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。
【００３５】
撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４は、画素信号がサンプルホールドされた後、垂直走査回路が発生する制御信号（φＲ１〜φＲ４）によりリセットされ、制御信号φＲ１〜φＲ４の立ち下りで次回の画素信号のための電荷蓄積を開始する。垂直走査回路が発生する制御信号φＴ１〜φＴ４は撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４のフォトダイオードとフローティングディフュージョン部との間のゲートを制御するための信号である。この制御信号φＲ１〜φＲ４によりフォトダイオードで生成された電荷がフローティングディフュージョン部に転送されるか否かが行毎に制御される。リセット回路が発生する制御信号φＵは撮像画素３１０にのみ共通に接続され、フォトダイオードで生成された電荷を破棄するために使用される。
【００３６】
制御信号φＳｙｎｃは垂直同期信号であって、フレーム毎に外部（ボディ駆動制御装置２１４）に出力される。入力信号Ｇｘは外部（ボディ駆動制御装置２１４）からのリセット回路への入力信号であって、後述するように低輝度時に制御信号φＵの発生を要求する信号である。リセット回路は入力信号Ｇｘに応じて制御信号φＵを発生する。制御信号φＵは外部（ボディ駆動制御装置２１４）にも出力される。
【００３７】
図７は、図６に示す撮像素子２１２の撮像画素３１０の詳細回路図である。図７に示すように、光電変換部１１はフォトダイオード（ＰＤ）で構成される。ＰＤと浮遊拡散層（フローティングディフュージョン：ＦＤ）とは制御信号φＴｎ（φＴ１〜φＴ４）により制御されるＭＯＳトランジスタ５１１を介して連結される。そして、ＰＤで生成された電荷は制御信号φＴｎ（φＴ１〜φＴ４）によりＭＯＳトランジスタ５１１がＯＮとされた期間にＦＤに転送される。ＦＤは増幅ＭＯＳトランジスタ（ＡＭＰ）のゲートに接続されており、ＡＭＰはＦＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。
【００３８】
ＦＤはリセットＭＯＳトランジスタ５１０を介し電源電圧Ｖｄｄに接続されている。ＦＤは制御信号φＲｎ（φＲ１〜φＲ４）によってリセットＭＯＳトランジスタ５１０がＯＮすることにより、ＦＤに溜まった電荷がクリアされてリセット状態となる。ＡＭＰの出力は行選択ＭＯＳトランジスタ５１２を介して垂直出力線５０１に接続されている。制御信号φＳｎ（φＳ１〜φＳ４）によって行選択ＭＯＳトランジスタ５１２がＯＮすることにより、ＡＭＰの出力が垂直出力線５０１に出力される。ＰＤはＭＯＳトランジスタ５１３を介して電源電圧Ｖｄｄに接続されている。制御信号φＵによりＭＯＳトランジスタ５１３がＯＮすることにより、ＰＤで生成した電荷がクリアされる。
【００３９】
図８は、図６に示す撮像素子２１２の焦点検出用画素３１３、３１４の詳細回路図である。図８に示す焦点検出用画素３１３、３１４の回路図は、図７に示した撮像画素３１０の回路図と基本的に同一である。しかし、焦点検出用画素３１３、３１４は、制御信号φＵにより制御されるＭＯＳトランジスタ５１３を備えない点で撮像画素３１０とは異なる。
【００４０】
図９は、図７に示す撮像素子２１２の撮像画素３１０の詳細回路図に対応した、撮像画素３１０の断面構造を簡略化して示す図である。図９に示すように、撮像画素３１０には、Ｐ型半導体基板上にＰ層、Ｎ＋層からなる埋め込みフォトダイオード（ＰＤ）が形成され、その隣にＮ＋層からなるフローティングディフュージョン（ＦＤ）が形成される。ＰＤとＦＤとに隣接してさらにＮ＋層が形成され、電源電圧Ｖｄｄに接続される。ＦＤはＡＭＰのゲートに接続される。ＦＤとＰＤとの間にＭＯＳトランジスタ５１１のゲート５１２が配置され、制御信号φＴｎが接続される。ＦＤとＦＤに隣接するＮ＋層との間にＭＯＳトランジスタ５１０のゲート５２０が配置され、制御信号φＲｎが接続される。ＰＤとＰＤに隣接するＮ＋層との間にＭＯＳトランジスタ５１３のゲート５２３が配置され、制御信号φＵが接続される。なお、図９では説明の都合上相関２重サンプリングを考慮していない構成を示したが、相関２重サンプリングを行う場合には、ＦＤとＰＤとの間に電荷を一時的に格納する蓄積領域を設ければよい。
【００４１】
図１０は、図８に示す撮像素子２１２の焦点検出画素３１３、３１４の詳細回路図に対応した焦点検出画素３１３、３１４の断面構造を示す図である。図９に示す焦点検出用画素３１３、３１４の断面構造は、図９に示した撮像画素３１０の断面構造と基本的に同一である。しかし、焦点検出用画素３１３、３１４は、ＰＤに隣接するＮ＋層および制御信号φＵにより制御されるＭＯＳトランジスタ５１３のゲート５２３を備えない点で撮像画素３１０とは異なる。
【００４２】
図１１は図６に示す撮像素子２１２の動作タイミングチャートを示し、図１２は撮像素子２１２の動作を示す電位分布図である。ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、行ごとに光電変換素子の電荷蓄積の期間を所定期間ずつ重複させる、いわゆるローリングシャッタ動作（ライン露光）により画素のリセット、露光、信号の読み出しが以下のように各行毎に順次行われる。
【００４３】
撮像素子２１２から全画素の信号出力（１フレーム分の画像信号の出力）の開始に同期して時刻ｔ０に垂直同期信号φＳｙｎｃ（ＯＮ）が発せられる。垂直同期信号φＳｙｎｃに同期して時刻ｔ０に垂直走査回路は制御信号φＳ１（ＯＮ）、制御信号φＴ１（ＯＦＦ）を発する。１行目の撮像画素３１０は制御信号φＳ１（ＯＮ）により選択され、選択された１行目の撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。また、制御信号φＴ１（ＯＦＦ）により、画素信号出力時にはＦＤはＰＤから切り離される。このとき、撮像画素３１０は図１２（ａ）に示す電位分布状態にあり、ＦＤ部に蓄積された電荷５２０に対応した画素信号が垂直信号線５０１に出力される。
【００４４】
垂直走査回路から時刻ｔ１に発生される制御信号φＨ１により垂直信号線５０１に出力された１行目の画素信号はラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された１行目の撮像画素３１０の画素信号は水平走査回路から順次発せられる制御信号φＶ１〜φＶ８にしたがって出力回路に転送され、出力回路３３０で設定された増幅度で増幅されて外部に出力される。
【００４５】
１行目の撮像画素３１０の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点（時刻ｔ２）で、リセット回路は制御信号φＲ１（ＯＮ）、垂直走査回路は制御信号φＳ１（ＯＮ）、制御信号φＴ１（ＯＮ）を発する。制御信号φＲ１（ＯＮ）により１行目の撮像画素３１０がリセットされる。このとき、撮像画素３１０は図１２（ｂ）に示す電位分布状態にあり、ＰＤおよびＦＤに蓄積された電荷が電源電圧Ｖｄｄに吸い込まれ、ＦＤは電源電圧にリセットされる。
【００４６】
時刻ｔ３にリセット回路は制御信号φＲ１（ＯＦＦ）を発し、制御信号φＲ１の立ち下がりで１行目の撮像画素の次の電荷蓄積が開始される。このとき、撮像画素３１０は図１２（ｃ）に示す電位分布状態にあり、時刻ｔ３以降にＰＤで生成された電荷がＦＤに蓄積されていく。１行目の撮像画素３１０の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４は垂直走査回路が発する制御信号φＳ２、φＴ２により選択され、選択された撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４の画素信号は垂直信号線５０１に出力される。
【００４７】
以下、同様にして２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４の画素信号の保持および撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４のリセット、画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。続いて、３行目、４行目の撮像画素３１０の画素信号の保持および撮像画素３１０のリセット、撮像画素３１０の画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。全ての画素の画素信号の出力が終了すると、再び１行目に戻って上記動作が周期的に繰り返される。
【００４８】
ｎ行目の撮像画素３１０および焦点検出用画素３１３、３１４のリセット動作は制御信号φＲｎの立ち上がりから立ち下がりまでの時間に行われる。ｎ行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４の露光動作は、制御信号φＲｎの立ち下がりから、制御信号φＳｎの立ち上がりまでの時間（露光時間、電化蓄積期間）に行われる。そして、ｎ行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４の画素信号の読み出し動作は、制御信号φＳｎの立ち上がりから制御信号φＳｎ＋１の立ち上がりまでの時間に行われる。
【００４９】
以上は通常の動作フローについて説明した。次に低輝度時に焦点検出画素３１３、３１４の出力レベルを増加させるためのパルス的な照明を行う場合の動作について説明する。低輝度時に外部（ボディ駆動制御装置２１４）から制御信号φＵの発生を要求する信号Ｇｘが撮像素子２１２に入力された場合、撮像素子２１２は図１１において焦点検出画素３１３、３１４を含む行の電荷蓄積期間中の時刻ｔ４と時刻ｔ５との間、リセット回路は制御信号φＵ（ＯＮ）、垂直走査回路は制御信号φＴｎ（ＯＦＦ）を発する。このとき、撮像画素３１０は図１２（ｄ）に示す電位分布状態にあり、ＰＤとＦＤとは切り離されるとともに、時刻ｔ４と時刻ｔ５との間にＰＤで生成された電荷は電源電圧Ｖｄｄに吸い込まれて破棄される。
【００５０】
ボディ駆動制御装置２１４は、制御信号φＵ（ＯＮ）に同期して時刻ｔ４と時刻ｔ５との間に照明手段をパルス的に動作させ、被写体を照明する。撮像画素３１０においては時刻ｔ４と時刻ｔ５との間にＰＤで発生した電荷は破棄されることになる。一方、焦点検出画素３１３、３１４においては、時刻ｔ４と時刻ｔ５との間に発生した電荷はＰＤ内に蓄積されることになる。時刻ｔ５においてリセット回路は制御信号φＵ（ＯＦＦ）、垂直走査回路は制御信号φＴｎ（ＯＮ）を発し、撮像画素３１０を時刻ｔ４以前の電荷蓄積状態に戻して、電荷蓄積を続行する。従って、図１１のフレーム２における電荷蓄積に応じた画像出力においては、撮像画素３１０は照明手段による照明の影響がない画素信号を出力し、焦点検出画素３１３、３１４は照明手段による照明により出力レベルが増加した画素信号を出力することとなる。
【００５１】
図１３は、一実施の形態のデジタルカメラ（撮像装置）の撮像動作を示すフローチャートである。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップ１００でカメラの電源がオンされると、ステップ１１０以降の撮像動作を開始する。ステップ１００において撮像素子は一定周期で撮像動作を繰り返す動作モード（たとえば１秒間に６０フレームを出力する）に設定される。ステップ１１０において低輝度であった場合は、フレームに同期して要求信号Ｇｘを撮像素子に発するとともに、撮像素子が出力する制御信号φＵに応じて照明手段をパルス発光させる。低輝度か否かの判定は不図示の測光手段の出力を用いたり、撮像素子の撮像画素の出力を用いて行うことができる。また、照明手段はＬＥＤ照明でも良いし、発光時間が短い閃光照明（キセノン管）でもよい。
【００５２】
ステップ１２０では、１フレーム分の全画素データを読み出す。ステップ１３０では、焦点検出画素列の各画素位置における仮想的な撮像画素のデータを焦点検出画素の周囲の撮像画素のデータに基づいて画素補間する。たとえば、本来緑画素が配置されるべき位置に配置された焦点検出画素については、その焦点検出画素の対角方向の４つの位置に近接した４つの緑色の撮像画素のデータを平均して、焦点検出画素の位置における緑色の撮像画素のデータとする。また、本来青画素が配置されるべき位置に配置された焦点検出画素については、その焦点検出画素の上下方向の２つの位置に近接した４つの青色の撮像画素のデータを平均して、焦点検出画素の位置における青緑色の撮像画素のデータとする。このようにして補間した撮像画素データと本来の撮像画素データとを合成して今回のフレームに対応する画像データを生成する。
【００５３】
続くステップ１４０では、今回のフレームに対応する画像データを電子ビューファインダーに逐次表示（ライブビュー表示）させる。ステップ１５０では、不図示の操作手段による動画撮像の指示がなされているか否かを判定し、動画撮影の指示がなされていない場合には、そのままステップ１７０へ進む。動画撮影の指示がなされていた場合には、ステップ１６０で今回のフレームに対応する画像データを動画データとしてメモリカード２１９に記憶してステップ１７０に進む。
【００５４】
ステップ１７０では、焦点検出画素３１３、３１４のデータに基づき、公知の像ズレ検出演算処理（相関演算処理）を行いでフォーカス量を算出する。ステップ１８０では、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。デフォーカス量の信頼性が低い場合や、焦点検出不能の場合にはその旨をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０の駆動制御を更新しない。その後、ステップ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。なお、低輝度時は毎フレームに照明手段による照明を行っても良いし、ステップ１１０のように複数フレームに１回の割合で照明手段による照明を行ってもよい。
【００５５】
図１４は、上述した撮像素子２１２の動作を示す模式図であり、縦軸が行、横軸が時間を示す。各行の電荷蓄積時間は図１４の水平方向において、フレームに対応した斜線で区切られた区間となる。すなわち、各行の電荷蓄積区間は行毎に順次時間的にずれていく（ローリングシャッタ露光）。Ｎフレームにおいて全行（焦点検出画素を除く）の電荷蓄積が時刻ｔ４と時刻ｔ５との間中断される。したがって、1行目の撮像画素３１０の蓄積時間は区間５３０と５３１とを加えた時間となり、ｎ行目の撮像画素３１０の蓄積時間は区間５４０と５４１とを加えた時間となる。たとえば、フレームレートを６０フレーム／秒とすると、１フレームは約１７ｍｓとなるが、時刻ｔ４と時刻ｔ５との間を1ｍｓ以下にしておけば、照明を行った場合と行わない場合の蓄積時間の差をほとんどない。そのため、動画再生時の影響もほとんどなくなる。なお、低輝度時に全フレームで常時照明を行うようにすれば、動画再生時の影響を完全に無くすことができる。
【００５６】
以上で説明した第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）複数の撮像画素３１０は、交換レンズ２０２（レンズ２０２、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０）を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子１１を有して撮像信号を出力し、複数の焦点検出画素３１３、３１４は、交換レンズ２０２を介して入射した光束を受光して電荷蓄積する光電変換素子１３、１４を有して焦点検出信号を出力する。そして、撮像画素３１０と焦点検出画素３１３、３１４とは同一の撮像素子２１２に含まれるように構成される。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像画素３１０による電荷蓄積の期間と焦点検出画素３１３、３１４による電荷蓄積の期間とを時間的に少なくとも一部重複させ、撮像画素３１０から出力された撮像信号に基づいて、連続する複数フレームの画像データを生成する。さらに、照明手段２１８は、１フレームのうち、撮像画素３１０による電荷蓄積の期間と焦点検出画素３１３、３１４による電荷蓄積の期間とが一部重複する期間で発光して被写体を照明する。そして、ボディ駆動制御装置２１４は、照明手段２１８による照明が行われたフレームにおいて焦点検出画素３１３、３１４から出力された焦点検出信号に基づいて、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節を行うとともに、照明手段２１８が発光している期間中に、撮像画素３１０の電荷蓄積を中断させるようにした。したがって、ある１フレーム内で照明手段２１８が発光した場合であっても、照明手段２１８の発光の影響を受けていない画像データを生成することができる。その結果、照明手段２１８が発光したフレームに対応する画像データを記録しない場合と異なり、フレームレートの低下、すなわち動画像の品質低下を防ぐことができる。
【００５７】
（２）さらに、焦点検出画素３１３、３１４は、撮像画素３１０が受光する光束に対して互いに相補的な光束を受光する一対の光電変換部１３、１４を含む。そして、ボディ駆動制御装置２１４は、光電変換部１３が出力する焦点検出信号と光電変換部１４が出力する焦点検出信号との相対的な位相を検出し、検出した位相に基づいてフォーカシング用レンズ２１０の焦点調節を行うようにした。すなわち、照明手段２１８が発光している期間も焦点検出画素３１３、３１４は電荷蓄積を継続するので、照明手段２１８の発光により出力レベルが増加した画像信号を出力することができる。その結果、焦点検出精度の低下を防ぐことができる。
【００５８】
（３）ボディ駆動制御装置２１４は、焦点検出画素３１３、３１４の周囲に位置する複数の撮像画素３１０の撮像信号に基づき、焦点検出画素３１３、３１４の位置における撮像信号を補間処理により作成し、撮像画素３１０の撮像信号と補間処理により作成された撮像信号とを用いて画像データを生成するようにした。したがって、画像データ上で色情報が欠落する領域の発生を防ぎ、画質低下を防止できる。
【００５９】
−第２の実施の形態−
図面を参照して、本発明の第２の実施の形態によるデジタルカメラを説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、撮像素子がＣＣＤイメージセンサとして構成される点で、第１の実施の形態と異なる。
【００６０】
図１５に第２の実施の形態における撮像素子２１２の回路構成の概念図を示す。図１５では、撮像素子２１２の回路構成を、水平方向８画素×垂直方向４画素のレイアウトに簡略化して示す。図１５は、図２の水平方向の焦点検出エリア１０１に対応して描かれており、水平方向に焦点検出画素３１３、３１４が同一の行に配置されている。
【００６１】
図１５では、垂直方向において２行目は焦点検出画素３１３、３１４が配置された行であり、中央の４つの焦点検出画素３１３、３１４は複数の焦点検出画素を代表して示している。また、左右の２つずつの撮像画素３１０は焦点検出画素の左右に配置された複数の撮像画素を代表して示している。垂直方向において1行目、３行目、４行目は撮像画素３１０のみが配置された行であり、焦点検出画素３１３、３１４が配置された行の上下の複数の撮像画素のみからなる行を代表して示す。
【００６２】
図１５において、各列に配置された撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４で生成された電荷は、各列に対応して設けられた垂直転送ＣＣＤに移された後、水平転送ＣＣＤの方向に順次転送される。水平転送ＣＣＤは垂直転送ＣＣＤから１行分の電荷が移されると、１行分の電荷を出力回路３３０の方向に順次転送し、出力回路３３０は電荷電圧変換を行い、各画素で蓄積された電荷量に対応した画素信号を外部に出力する。
【００６３】
転送パルス発生回路は、垂直転送ＣＣＤおよび水平転送ＣＣＤの転送動作に必要な駆動信号を垂直転送ＣＣＤおよび水平転送ＣＣＤに供給する。制御パルス発生回路は撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４の電荷蓄積制御および各画素から垂直転送ＣＣＤへの電荷移送に必要な制御信号φＴ１、φＴ２、φＴ３を全画素共通に供給する。また、制御パルス発生回路は撮像画素３１０の電荷蓄積中断に必要な制御信号φＵを全撮像画素３１０に共通に供給する。
【００６４】
制御パルス発生回路が出力する制御信号φＳｙｎｃは垂直同期信号であって、フレーム毎に外部（ボディ駆動制御装置２１４）に出力される。入力信号Ｇｘは、外部（ボディ駆動制御装置２１４）からの制御パルス発生回路への入力信号であって、後述するように低輝度時に制御信号φＵの発生を要求信号であり、制御パルス発生回路は入力信号Ｇｘに応じて制御信号φＵを発生する。制御信号φＵは外部（ボディ駆動制御装置２１４）にも出力される。
【００６５】
図１６は、図１５に示す撮像素子２１２の撮像画素３１０の断面構造を示す図である。Ｐ型半導体基板上にＰ層、Ｎ＋層からなる埋め込みフォトダイオード（ＰＤ）から形成され、その隣にＮ層からなる電荷蓄積部が形成される。電荷蓄積部に隣接してさらに垂直転送ＣＣＤを構成するＮ層が形成される。また、ＰＤに隣接してＮ＋層が形成され、電源電圧Ｖｄｄに接続される。電荷蓄積部とＰＤとの間のチャネル上にゲート６０２が配置され、制御信号φＴ１が接続される。電荷蓄積部の上にはゲート６０３が配置され、制御信号φＴ２が接続される。電荷蓄積部と垂直転送ＣＣＤとの間のチャネル上にはゲート６０４が配置され、制御信号φＴ３が接続される。垂直転送ＣＣＤ上にはゲート６０５が配置され、駆動信号φＶｘが接続される。ＰＤと隣接するＮ＋層との間のチャネル上にはゲート６０１が配置され、制御信号φＵが接続される。ゲート６０１〜６０４に制御信号φＵ、φＴ１、φＴ２、φＴ３をそれぞれ印加することにより、各ゲート下の電位レベルを変化させ、ＰＤで生成される電荷の蓄積、転送、破棄の動作を制御する。
【００６６】
焦点検出画素３１３、３１４の断面構造も、基本的には図１６に示した撮像画素３１０の断面構造と同一である。しかし、焦点検出画素３１３、３１４は、ＰＤに隣接するＮ＋層および制御信号φＵにより制御されるゲート６０１を備えない点で撮像画素３１０とは異なる。
【００６７】
図１７は図１５に示す撮像素子２１２の動作タイミングチャートであり、図１８は撮像画素３１０の動作を示す電位分布図である。ＣＣＤイメージセンサにおいては、全ての撮像画素３１０の電荷蓄積の期間と焦点検出画素３１３、３１４の電荷蓄積の期間とを一致させる、いわゆるグローバルシャッタ動作により画素のリセット、露光、信号の読み出しが全画素同時に行われる。撮像素子２１２からの全画素の信号の出力（１フレーム分の画像信号の出力）の開始に同期して、時刻ｔ０に垂直同期信号φＳｙｎｃが発せられる。垂直同期信号φＳｙｎｃに同期して、時刻ｔ０で垂直走査回路は制御信号φＴ１（ＯＦＦ）を発する。これに応じて、画素信号出力時には、電荷蓄積部はＰＤから切り離される。このとき撮像画素３１０は図１８（ａ）に示す電位分布状態にあり、ゲート６０３の下に形成された電荷蓄積部に電荷が保持される。
【００６８】
時刻ｔ１に発せられる制御信号φＴ２（ＯＦＦ）、制御信号φＴ３（ＯＮ）により、電化蓄積部に保持された電荷が垂直転送ＣＣＤ部に移送される。このとき、撮像画素３１０は図１８（ｂ）に示す電位分布状態になり、ゲート６０４直下の電位がゲート６０３直下の電位よりも低くなり、ゲート６０３直下の電荷がゲート６０４を経てゲート６０５の下の垂直転送ＣＣＤ部に流れ込む。垂直転送ＣＣＤに移送された電荷は、その後駆動信号によりフレーム期間中に水平転送ＣＣＤを経て外部に出力される。
【００６９】
時刻ｔ２で発せられる制御信号φＴ１（ＯＮ）、制御信号φＴ２（ＯＮ）、制御信号φＴ３（ＯＦＦ）により、電化蓄積部は垂直転送ＣＣＤへの電荷移送を終了し、ＰＤで生成される電荷の蓄積を開始する。このとき撮像画素３１０は図１８（ｃ）に示す電位分布状態にあり、ゲート６０４直下の電位が上がって電荷蓄積部と垂直転送ＣＣＤが切り離されるとともに、ゲート６０２直下の電位がＰＤの電位より低くなり、ＰＤで生成された電荷はゲート６０２直下を通り、ゲート６０２の電位より電位が低くなったゲート６０３直下の電荷蓄積部に蓄積される。
【００７０】
以上の動作をフレーム毎に繰り返すことにより、連続した画像データが周期的に出力される。以上の動作において、撮像画素３１０および焦点検出画素３１３、３１４の電荷蓄積は、制御信号φＲｎの立ち下がりから、制御信号φＴ１の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間（露光時間、電荷蓄積期間）に行われる。
【００７１】
以上では、通常の動作フローについて説明した。次に、低輝度時に焦点検出画素３１３、３１４の出力レベルを増加させるためのパルス的な照明を行う場合の動作について説明する。低輝度時に外部（ボディ駆動制御装置２１４）から制御信号φＵの発生を要求する信号Ｇｘが撮像素子２１２に入力された場合、撮像素子２１２は図１７において時刻ｔ４と時刻ｔ５との間、制御信号φＵ（ＯＮ）、制御信号φＴ１（ＯＦＦ）が発せられ、撮像画素３１０のＰＤで発生した電荷は電荷蓄積部に蓄積されずに破棄される。このとき、撮像画素３１０は図１８（ｄ）の電位分布状態にあり、ゲート６０２直下の電位がＰＤの電位より高くなりＰＤと電荷蓄積部とは切り離されるとともに、ゲート６０１直下の電位がＰＤの電位より低くなる。その結果、時刻ｔ４と時刻ｔ５との間にＰＤで生成された電荷は電源電圧Ｖｄｄに吸い込まれて破棄される。
【００７２】
ボディ駆動制御装置２１４は制御信号φＵ（ＯＮ）に同期して時刻ｔ４と時刻ｔ５との間に照明手段をパルス的に動作させ、被写体を照明する。撮像画素３１０においては、電荷蓄積が時刻ｔ４と時刻ｔ５との間は中断され、ＰＤは時刻ｔ４と時刻ｔ５との間にＰＤで発生した電荷は破棄されることになる。一方、焦点検出画素３１３、３１４においては時刻ｔ４と時刻ｔ５との間に発生した電荷はＰＤ内に保持されることになる。
【００７３】
時刻ｔ５において、制御信号φＵ（ＯＦＦ）、制御信号φＴｎ（ＯＮ）が発せられ、撮像画素３１０は時刻ｔ４以前の電荷蓄積状態に戻って電荷蓄積を続行する。従って、図１７のフレーム２における電荷蓄積に応じた画像出力においては、撮像画素３１０は照明手段による照明の影響がない画素信号を出力し、焦点検出手段３１３、３１４は照明手段による照明により出力レベルが増加した画素信号を出力することになる。
【００７４】
図１９は、上述した撮像素子２１２の動作を示す模式図であり、縦軸が行、横軸が時間を示す。各行の電荷蓄積時間は、図１９の水平方向においてフレームに対応し垂直線で区切られた区間とする。すなわち、各行の電荷蓄積区間は全行同一である（グローバルシャッタ露光）。Ｎフレームにおいて全行（焦点検出画素を除く）の電荷蓄積が時刻ｔ４と時刻ｔ５との間中断される。したがって、１行目の撮像画素３１０の蓄積時間は区間６３０と６３１とを加えた時間となり、ｎ行目の撮像画素３１０の蓄積時間は区間６４０と６４１とを加えた時間となる。以上で説明した第２の実施の形態のデジタルカメラによれば、撮像素子２１２としてＣＣＤイメージセンサを用いた場合であっても、第１の実施の形態により得られる作用効果と同様の作用効果が得られる。
【００７５】
以上で説明した第１および第２の実施の形態のデジタルカメラを、以下のように変形できる。
（１）図３に示す撮像素子２１２の部分拡大図では、各画素に１つの光電変換部を有する一対の焦点検出画素３１３、３１４を備える例を示したが、ひとつの焦点検出画素内に一対の光電変換部を備えるようにしてもよい。図２０は、図３に対応した撮像素子２１２の部分拡大図であり、焦点検出画素３１１は一対の光電変換部を備える。
【００７６】
焦点検出画素３１１は、焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４とのペアに相当する機能を果たす。焦点検出画素３１１は、マイクロレンズ１０と一対の光電変換部１３、１４とから構成される。焦点検出画素３１１には白色フィルタが配置されており、その分光特性は光電変換を行うフォトダイオードの分光感度と、赤外カットフィルタ（不図示）の分光特性とを総合した分光特性となる。つまり、焦点検出画素３１１は緑画素、赤画素および青画素の分光特性を加算したような分光特性を有し、その感度の光波長領域は緑画素、赤画素および青画素の感度の光波長領域を包括する。
【００７７】
焦点検出画素３１１は、光電変換部１３、１４の上に近接して遮光マスクが形成され、遮光マスクの開口部を通過した光を光電変換部１３、１４は受光する。遮光マスクの上には平坦化層が形成され、その上に白色フィルタが形成される。白色フィルタの上には平坦化層が形成され、その上にマイクロレンズ１０が形成される。マイクロレンズ１０により開口部に制限された光電変換部１３、１４の形状が前方に投影されて、一対の測距瞳を形成する。光電変換部１３、１４は半導体回路基板上に形成される。
【００７８】
（２）コントラスト検出
上述した実施の形態では、焦点検出画素は瞳分割型の位相差検出に用いるための画素信号を出力したが、これに代えて、たとえばコントラスト検出方式の画素信号を出力するものであってもよい。この場合は、焦点検出画素と撮像画素の構造とは同一であり、相違点は制御信号φＵによる電荷蓄積中断を行うか行わないかのみとなる。このように、焦点検出画素の構造と撮像画素の構造とを同一にしてコントラスト検出方式で焦点検出を行う場合には、焦点検出画素の画素補間が不要となるので、画像品質が向上する。
【００７９】
（３）撮像素子２１２上に撮像画素３１０と焦点検出画素３１３、３１４とが混在して配置されるものに代えて、光路分割された被写体光の光束を受光する焦点検出センサを撮像素子とは別に備えるカメラ、すなわち従来から知られている位相差検出用センサを備えるカメラであってもよい。この場合、撮像素子は撮像画素のみから構成され、位相差検出用センサには焦点検出画素のみから構成される。そして、光学系を介して入射された被写体光をハーフミラーにより分割して、撮像素子と位相差検出用センサとに導くことにより、撮像画素の電荷蓄積の期間と焦点検出画素の電荷蓄積の期間とを重複させて撮影することができる。
【００８０】
（４）連続撮影
上述した実施の形態においては、動画撮影に本発明を適用しているが、これに限定されるものではない。たとえば連続撮影（複数回の画像フレームのうち所定回毎に画像フレームを記録する）や単独撮影（複数回の画像フレームのうち、所定のトリガに応じて１つの画像フレームを記録する）にも本発明を適用することができる。
【００８１】
（５）上述した実施の形態における撮像素子では撮像画素がベイヤー配列の色フィルタを備えた例を示したが、色フィルタの構成や配列はこれに限定されることはない。補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンダ：Ｍｇ、シアン：Ｃｙ）の配列やベイヤー配列以外の配列にも本発明を適用できる。また、色フィルタを備えないモノクロの撮像素子にも適用できる。
【００８２】
（６）上述した実施の形態においては、撮像素子と光学系との間に光学要素を配置していないが、適宜必要な光学要素を挿入することが可能である。たとえば赤外カットフィルタや光学的ローパスフィルタやハーフミラーなどを設けてもよい。
【００８３】
（７）撮像装置としては、実施の形態で説明したカメラボディに交換レンズが装着されるデジタルカメラに限定されない。たとえば、レンズ一体型のデジタルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用できる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。
【００８４】
また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。説明に用いた実施の形態および変形例は、それぞれを適宜組合わせて構成しても構わない。
【符号の説明】
【００８５】
２０６・・・レンズ駆動制御装置、  ２１２・・・撮像素子、
２１４・・・ボディ駆動制御装置、  ２１８・・・照明手段、
３１０・・・撮像画素、  ３１３、３１４・・・焦点検出画素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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