(57)【要約】【課題】画像内の位置や被写体によらず、精度良く焦点検出用信号を取得することができる撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】撮像装置は、光電変換を行う複数の画素を有する撮像素子と、被写体にパルス光を投射する投光部と、前記投光部にパルス光を投射させずに、前記撮像素子の第１の領域の画素の信号を読み出し、前記投光部にパルス光を投射させ、前記撮像素子の第２の領域の画素の信号を読み出す制御回路と、前記撮像素子の前記第１の領域及び前記第２の領域の画素の信号を基に、被写体の焦点検出を行う画像処理回路とを有することを特徴とする。【選択図】図１２
2015210435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う複数の画素を有する撮像素子と、
被写体にパルス光を投射する投光部と、
前記投光部にパルス光を投射させずに、前記撮像素子の第１の領域の画素の信号を読み出し、前記投光部にパルス光を投射させ、前記撮像素子の第２の領域の画素の信号を読み出す制御回路と、
前記撮像素子の前記第１の領域及び前記第２の領域の画素の信号を基に、被写体の焦点検出を行う画像処理回路と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の領域は、前記撮像素子の中央領域であり、
前記第２の領域は、前記撮像素子の周辺領域であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の領域は、前記撮像素子の周辺領域であり、
前記第２の領域は、前記撮像素子の中央領域であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１の領域及び前記第２の領域は、相互に一部が重なっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の領域及び前記第２の領域は、撮影条件に応じて変わることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮影条件は、撮影レンズの瞳距離又は絞り値であることを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
さらに、前記撮像素子に光を結像させるための撮影レンズを有し、
前記制御回路は、前記画像処理回路により演算された距離に応じて、前記撮影レンズを駆動することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の領域のそれぞれの画素は、複数の光電変換部を有し、
前記第２の領域のそれぞれの画素は、１つの光電変換部を有することを特徴とする請求項１〜７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】
近年、電子カメラ等の撮像装置において、光の強度分布のみならず光の入射方向や距離情報をも取得可能な撮像装置が知られている。特許文献１では、撮像装置において、瞳分割方式位相差検出が可能な技術が開示されている。特許文献１によると、撮像素子の１つの画素は２つのフォトダイオード（以下、分割画素という）を有しており、各フォトダイオードは１つのマイクロレンズによって撮影レンズの異なる瞳を通過した光を受光するよう構成されている。このような分割画素を持つ撮像素子において、２つのフォトダイオードからの出力信号の波形を比較することで、撮像面位相差ＡＦが可能となる。また、２つのフォトダイオードからの出力信号を加算することで、通常の撮影画像を得ることができる。
【０００３】
また、対象物までの距離を測定する技術としては、例えば光飛行時間法（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）がある。光飛行時間法とは、対象物に対して光を投光し、その光が対象物に当たり、反射して戻ってくるまでの時間を測定して距離を測定する手法である。光の飛行速度は３×１０8ｍ／ｓｅｃと非常に高速であるが、半導体の微細化技術の向上により、これを検出できるデバイスの実現が可能となってきた。
【０００４】
特許文献２には、光飛行時間法を固体撮像素子に応用したＣＭＯＳ固体撮像素子による距離画像センサの技術が開示されている。特許文献２によると、撮像素子の単位画素は１つのフォトダイオードに対して２つのフローティングディフュージョンと２つの転送スイッチを有する。投射光のパルスタイミングに同期し、２つの転送スイッチを交互に開閉させることで、反射光により発生した電荷を１つのフォトダイオードから２つのフローティングディフュージョンへ電荷を振り分ける。その振り分けられた電荷の配分比から被写体までの距離を推定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２４９８４号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、瞳分割方式位相差検出法は、被写体の明暗を用いたコントラスト方式に比べてＡＦ（自動焦点調節）の高速化が可能であるが、苦手な条件もある。例えば、被写界深度が深い状況や、また画像周辺部などの周辺光量落ちにより十分な光を受光できない場合は、瞳分割位相差が得られにくく、精度良く焦点調節を行うことが困難である。一方、光飛行時間法では、画素単位で距離画像の取得が可能であるが、被写体が遠距離である場合、投射光が届かず、距離情報の取得が困難な場合がある。
【０００７】
本発明の目的は、画像内の位置や被写体によらず、精度良く焦点調節を行うことができる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、光電変換を行う複数の画素を有する撮像素子と、被写体にパルス光を投射する投光部と、前記投光部にパルス光を投射させずに、前記撮像素子の第１の領域の画素の信号を読み出し、前記投光部にパルス光を投射させ、前記撮像素子の第２の領域の画素の信号を読み出す制御回路と、前記撮像素子の前記第１の領域及び前記第２の領域の画素の信号を基に、被写体の焦点検出を行う画像処理回路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の領域では瞳分割方式位相差検出法を用い、第２の領域では光飛行時間法を用いることができるので、画像内の位置や被写体によらず、精度良く焦点調節を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】撮像装置の構成例を示す図である。
【図２】撮像素子の画素の配置例を示す図である。
【図３】撮影レンズの射出瞳から出た光束が単位画素に入射する概念図である。
【図４】第１の実施形態に係る単位画素の構成例を示す回路図である。
【図５】第１の実施形態に係る単位画素の構成例を示す図である。
【図６】撮像素子の読み出し回路を説明するための図である。
【図７】撮像素子の第１の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図８】撮像素子の第２の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図９】撮像素子の第２の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図１０】投射光と反射光のタイミングチャートである。
【図１１】距離画像取得方法を切り替える例を示す図である。
【図１２】撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。
【図１３】距離画像取得方法を切り替える例を示す図である。
【図１４】第２の実施形態に係る撮像素子の画素配置例を示す図である。
【図１５】第２の実施形態に係る単位画素の構成例を示す回路図である。
【図１６】第２の実施形態に係る単位画素の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１００の構成例を示すブロック図である。撮影レンズ１０１を通過した光は、レンズ絞り１１４により露光量が調節されて撮影レンズ１０１の焦点位置近傍に結像する。マイクロレンズアレイ１０２は、複数のマイクロレンズ１１３から構成されており、撮影レンズ１０１の焦点位置近傍に配置されることで、撮影レンズ１０１の異なる瞳領域を通過した光を瞳領域毎に分割して出射する。撮像素子１０３は、ＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子である。撮像素子１０３は、１つのマイクロレンズ１１３に対して撮像素子１０３の複数の画素が対応するように配置することで、マイクロレンズ１１３で瞳領域毎に分割して出射された光を、分割情報を保ったまま受光し、データ処理可能な画像信号に変換する。
【００１２】
アナログ信号処理回路（ＡＦＥ）１０４は、撮像素子１０３から出力される画像信号に対して、相関二重サンプリング処理、信号増幅、基準レベル調整、Ａ／Ｄ変換処理等を行う。デジタル信号処理回路（ＤＦＥ）１０５は、アナログ信号処理回路１０４から出力される画像信号に対して、基準レベル調整等のデジタル画像処理を行う。
【００１３】
画像処理回路１０６は、デジタル信号処理回路１０５から出力された画像信号に対して、後述するＡ像及びＢ像の相関演算や焦点検出、又は所定の画像処理や欠陥補正等を行う。メモリ回路１０７及び記録回路１０８は、画像処理回路１０６から出力された画像信号等を記録保持する不揮発性メモリ又はメモリカード等の記録媒体である。
【００１４】
制御回路１０９は、撮影レンズ１０１、撮像素子１０３、画像処理回路１０６、操作回路１１０、表示回路１１１及び発光装置１１２等の撮像装置全体を統括的に駆動・制御する。操作回路１１０は、撮像装置１００に備え付けられた操作部からの信号を入力し、制御回路１０９に対してユーザの命令を出力する。表示回路１１１は、撮影後の画像やライブビュー画像、各種設定画面等を表示する。
【００１５】
発光装置１１２は、制御回路１０９からの命令に同期し、信号ＰＬＩＧＨＴ（図７〜図１０）に応じて、被写体にパルス光を投射する投光部である。
【００１６】
次に、撮影レンズ１０１、マイクロレンズアレイ１０２及び撮像素子１０３の関係と、画素の定義、及び瞳分割方式位相差検出法の原理を説明する。図２は、撮像素子１０３及びマイクロレンズ１１３を図１の光軸Ｚ方向から見た図である。本実施形態では、マイクロレンズアレイ１０２を形成する個々のマイクロレンズ１１３を１つの画素と定義し、これを単位画素２００とする。また、単位画素２００は、１つのマイクロレンズ１１３に対して複数の分割画素２０１Ａ及び２０１Ｂが対応するように配置されている。なお、本実施形態では、単位画素２００は、Ｘ軸方向に２個の分割画素２０１Ａ及び２０１Ｂを有する。撮像素子１０３は、２次元行列状に配置された複数の単位画素２００を有し、図２では５行５列の単位画素２００を示す。
【００１７】
図３は、撮影レンズ１０１から出射された光が１つのマイクロレンズ１１３を通過して単位画素２００で受光される様子を光軸Ｚに対して垂直方向（Ｙ軸方向）から見た図である。撮影レンズ１０１の射出瞳３０２及び３０３を通過した光は、光軸Ｚを中心として単位画素２００に入射する。瞳領域３０２を通過する光束は、マイクロレンズ１１３を通して、分割画素２０１Ａで受光される。瞳領域３０３を通過する光束は、マイクロレンズ１１３を通して、分割画素２０１Ｂで受光される。したがって、分割画素２０１Ａ及び２０１Ｂは、それぞれ撮影レンズ１０１の異なる射出瞳３０２及び３０３の光を受光している。
【００１８】
撮像素子１０３は、Ｘ軸方向に並ぶ複数の単位画素２００の分割画素２０１Ａの信号を取得し、これらの出力信号群で構成した被写体像をＡ像とする。同様に、撮像素子１０３は、Ｘ軸方向に並ぶ複数の単位画素２００の分割画素２０１Ｂの信号を取得し、これらの出力信号群で構成した被写体像をＢ像とする。画像処理回路１０６は、Ａ像及びＢ像に対して相関演算を実施し、像のずれ量（瞳分割位相差）を検出する。さらに、画像処理回路１０６は、像のずれ量に対して、撮影レンズ１０１の焦点位置と撮影レンズ１０１の光学系から決まる変換係数を乗じることで、画像内の任意の被写体位置に対応した焦点位置を算出する。制御回路１０９は、算出された焦点位置情報を基に、撮影レンズ１０１のフォーカスを制御することにより、瞳分割位相差ＡＦ（自動焦点調節）が可能となる。また、画像処理回路１０６は、Ａ像信号及びＢ像信号を加算することにより、Ａ＋Ｂ像信号を生成し、Ａ＋Ｂ像信号を通常の撮影画像に用いることができる。
【００１９】
図４は、単位画素２００の構成例を示す回路図である。図４の左半分の回路は分割画素２０１Ａに対応し、図４の右半分の回路は分割画素２０１Ｂに対応する。単位画素２００は、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂを有する。フォトダイオード４０１Ａには、２つの転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｃが接続される。フォトダイオード４０１Ｂには、２つの転送スイッチ４０２Ｂ及び４０２Ｄが接続される。転送スイッチ４０２Ａ〜４０２Ｄには、それぞれ、フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄが接続される。フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄには、それぞれ、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄ及びソースフォロアアンプ４０５Ａ〜４０５Ｄが接続される。ソースフォロアアンプ４０５Ａ〜４０５Ｄには、それぞれ、セレクトスイッチ４０６Ａ〜４０６Ｄが接続される。リセットスイッチ４０４Ａ及び４０４Ｂ並びにソースフォロアアンプ４０５Ａ及び４０５Ｂのドレインは、基準電位（ＶＤＤ）４０８を共有している。リセットスイッチ４０４Ｃ及び４０４Ｄ並びにソースフォロアアンプ４０５Ｃ及び４０５Ｄのドレインは、基準電位４０８を共有している。
【００２０】
フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂは、同一のマイクロレンズ１１３を通過した光を受光し、光電変換により、その受光量に応じた電荷を生成する光電変換部である。転送スイッチ４０２Ａは、フォトダイオード４０１Ａで発生した電荷をフローティングディフュージョン４０３Ａに転送する。転送スイッチ４０２Ｂは、フォトダイオード４０１Ｂで発生した電荷をフローティングディフュージョン４０３Ｂに転送する。転送スイッチ４０２Ｃは、フォトダイオード４０１Ａで発生した電荷をフローティングディフュージョン４０３Ｃに転送する。転送スイッチ４０２Ｄは、フォトダイオード４０１Ｂで発生した電荷をフローティングディフュージョン４０３Ｄに転送する。転送スイッチ４０２Ａ〜４０２Ｄは、それぞれ、転送パルス信号ＰＴＸＡ〜ＰＴＸＤによって制御される。
【００２１】
フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄは、それぞれ、転送スイッチ４０２Ａ〜４０２Ｄにより転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部である。リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄは、それぞれ、フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄの電位を基準電位４０８にリセットする。リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄは、リセットパルス信号ＰＲＥＳによって制御される。
【００２２】
ソースフォロアアンプ４０５Ａ〜４０５Ｄは、それぞれ、ＭＯＳトランジスタを有するソースフォロア回路であり、フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄに保持された電荷に基づく電圧を増幅して、画素信号として出力する。セレクトスイッチ４０６Ａ〜４０６Ｄは、それぞれ、ソースフォロアアンプ４０５Ａ〜４０５Ｄで増幅された画素信号を垂直出力線４０７Ａ〜４０７Ｄに出力する。垂直出力線４０７Ａ〜４０７Ｄは、同じ列の複数の単位画素２００で共有される。セレクトスイッチ４０６Ａ〜４０６Ｄは、セレクトパルス信号ＰＳＥＬによって制御される。
【００２３】
図５は、単位画素２００の構成例を示すレイアウト図である。図４で説明したように、フォトダイオード４０１Ａは、その両端に２つの転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｃを有する。フォトダイオード４０１Ｂは、その両端に２つの転送スイッチ４０２Ｂ及び４０２Ｄを有する。フォトダイオード４０１Ａの電荷は、転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｃのどちらによっても転送可能である。フォトダイオード４０１Ｂの電荷は、転送スイッチ４０２Ｂ及び４０２Ｄのどちらによっても転送可能である。転送スイッチ４０２Ａ〜４０２Ｄには、それぞれ、フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄが接続されている。
【００２４】
図６は、撮像素子１０３の構成例を示す図である。撮像素子１０３は、複数の単位画素２００が行列状に配置されている。なお、図６においては、４行３列の計１２個の単位画素２００を図示するが、実際は数百万又は数千万の単位画素２００で構成される。また、単位画素２００は、ベイヤー配列に従って並べられ、それぞれ一般に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが設けられる。ここでは、投射光として用いられる赤外光や反射光の受光効率を上げることを目的として、赤外フィルタや透明フィルタを形成した単位画素２００を配置してもよい。垂直シフトレジスタ６０１は、各行の単位画素２００毎に接続される信号線６０２を介して、単位画素２００の行を選択及び駆動する。単位画素２００のフローティングディフュージョン６０３Ａ〜６０３Ｄで変換された信号は、それぞれ、垂直出力線４０７Ａ〜４０７Ｄを通り、列回路６０３に入力される。
【００２５】
次に、列回路６０３の構成例を説明する。オペアンプ６１０には、基準電圧６１１が入力される。また、オペアンプ６１０の他方の入力端子には、クランプ容量６０８とフィードバック容量６０９が接続される。フィードバック容量６０９の両端をショートさせるためのスイッチ６１２は、リセット信号ＰＣ０Ｒで制御される。容量６１３及び６１４は、電圧を保持する。スイッチ６１５及び６１６は、それぞれ、オペアンプ６１０の出力電圧を容量６１３及び６１４へ書き込むためのスイッチである。スイッチ６１５は信号ＰＴＳで、スイッチ６１６は信号ＰＴＮで制御される。スイッチ６１７及び６１８は、それぞれ、水平シフトレジスタ６０４からの信号を入力し、水平出力線６０５及び６０６を介して、出力アンプ６０７に信号を出力するためのスイッチである。列回路６０３で処理された信号は、水平シフトレジスタ６０４により、水平出力線６０５及び６０６を通り、出力アンプ６０７に転送される。スイッチ６１７は、水平シフトレジスタ６０４の信号ＰＨＳで制御され、スイッチ６１８は水平シフトレジスタ６０４の信号ＰＨＮで制御される。出力アンプ６０７は、水平出力線６０５の電圧及び水平出力線６０６の電圧の差分を出力する。
【００２６】
図７は、撮像装置の第１の駆動方法を示すタイミングチャートである。第１の駆動方法は、通常撮像モードの画素信号読み出し又は瞳分割方式位相差検出モードの画素信号読み出しの駆動方法である。２つのフォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂで発生した電荷は、それぞれ１つずつのフローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｂに読み出される。
【００２７】
始めに、期間ＨＢＬＫについて説明する。時刻ｔ０では、信号ＰＲＥＳをハイレベルにし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオンにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｂをリセットする。時刻ｔ１では、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢをハイレベルとし、転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｂをオンし、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂもリセットする。時刻ｔ２では、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢをローレベルとし、転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｂをオフし、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂの電荷蓄積を開始する。ここで、リセットのためにオン／オフする転送スイッチは、電荷蓄積後に電荷転送に用いる転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｂに限らず、信号ＰＴＸＣ及びＰＴＸＤによる転送スイッチ４０２Ｃ及び４０２Ｄを使用してもよい。
【００２８】
蓄積開始後、時刻ｔ３では、信号ＰＳＥＬをハイレベルとし、セレクトスイッチ４０６Ａ及び４０６Ｂをオンし、ソースフォロアアンプ４０５Ａ及び４０５Ｂを動作状態とする。時刻ｔ４では、信号ＰＲＥＳをローレベルとし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオフにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｂのリセットを解除する。このときのソースフォロアアンプ４０５Ａ及び４０５Ｂの出力電圧は、それぞれ、垂直出力線４０７Ａ及び４０７Ｂにリセット信号レベル（ノイズ成分）として読み出され、列回路６０３に入力される。時刻ｔ５では、信号ＰＣ０Ｒをローレベルとし、スイッチ６１２をオフし、オペアンプ６１０のリセットを解除する。時刻ｔ６では、信号ＰＴＮをハイレベルにし、スイッチ６１６をオンにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１４への書き込みを開始する。時刻ｔ７では、信号ＰＴＮをローレベルにし、スイッチ６１６をオフにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１４への書き込みを終了する。容量６１４には、リセット信号レベルが書き込まれる。
【００２９】
次に、時刻ｔ８では、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢをハイレベルにし、転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｂをオンにし、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂに蓄積された電荷をそれぞれフローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｂに転送する。時刻ｔ１０では、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢをローレベルにし、転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｂをオフにし、上記の転送を終了する。すると、垂直出力線４０７Ａ及び４０７Ｂには、それぞれ、フローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｂの電位変動に応じた光信号レベル（光成分＋ノイズ成分）が読み出され、列回路６０３に入力される。時刻ｔ１３では、信号ＰＴＳをハイレベルにし、スイッチ６１５をオンにし、オペアンプ６１０の出力電圧の容量６１３への書き込みが開始する。時刻ｔ１４では、信号ＰＴＳをローレベルにし、スイッチ６１５をオフにし、オペアンプ６１０の出力電圧の容量６１３への書き込みが終了する。容量６１３には、光信号レベルが書き込まれる。なお、容量６１３及び６１４に信号を書き込む際、オペアンプ６１０は、クランプ容量６０８とフィードバック容量６０９の比に応じた反転ゲインの増幅を行い、電圧を出力する。
【００３０】
その後、時刻ｔ１５では、信号ＰＲＥＳをハイレベルとし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオンにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｂをリセット状態にする。
【００３１】
次に、期間ＨＳＲについて説明する。時刻ｔ１６〜ｔ１７では、信号ＰＨＳ及びＰＨＮのパルスにより、各列のスイッチ６１７及び６１８が順次オンし、各列の容量６１３及び６１４に保持された信号が順次、水平出力線６０５及び６０６に出力される。出力アンプ６０７は、水平出力線６０５及び６０６の信号の差分信号（光成分）を出力する。
【００３２】
この後、撮像装置が通常撮像モードとして駆動される場合は、画像処理回路１０６は、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂの信号を加算し、撮像画像を生成する。一方、瞳分割方式位相差検出モードでは、画像処理回路１０６は、Ａ像及びＢ像に対する相関演算を施し、デフォーカス量（焦点ずれ量）を取得する。また、この場合、デフォーカス量の取得後に、通常撮像モードにて、画像処理回路１０６は、Ａ像とＢ像の信号を加算する。なお、ここでは、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢの組み合わせを用いたが、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＤの組み合わせ、又は信号ＰＴＸＢ及びＰＴＸＣの組み合わせを用いることもできる。
【００３３】
図８は、撮像装置の第２の駆動方法を示すタイミングチャートである。第２の駆動方法は、光走行時間測距モードにおける画素信号読み出しの駆動方法である。１つのフォトダイオード４０１Ａで発生した電荷は、異なるフローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｃに読み出される。
【００３４】
始めに、期間ＨＢＬＫについて説明する。時刻ｔ０では、信号ＰＲＥＳをハイレベルにし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオンにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｃをリセットする。時刻ｔ１では、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＣをハイレベルとし、転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｃをオンにし、フォトダイオード４０１Ａもリセットする。時刻ｔ２では、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＣをローレベルとし、転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｃをオフにし、フォトダイオード４０１Ａの電荷蓄積を開始する。
【００３５】
蓄積開始後、時刻ｔ３では、信号ＰＳＥＬをハイレベルとし、セレクトスイッチ４０６Ａ及び４０６Ｃをオンにし、ソースフォロアアンプ４０５Ａ及び４０５Ｃを動作状態とする。時刻ｔ４では、信号ＰＲＥＳをローレベルとし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオフにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｃのリセットを解除する。このときのソースフォロアアンプ４０５Ａ及び４０５Ｃの出力信号は、それぞれ、垂直出力線４０７Ａ及び４０７Ｃにリセット信号レベル（ノイズ成分）として読み出され、列回路６０３に入力される。時刻ｔ５では、信号ＰＣ０Ｒをローレベルとし、スイッチ６１２をオフにし、オペアンプ６１０のリセットを解除する。時刻ｔ６では、信号ＰＴＮをハイレベルとし、スイッチ６１６をオンにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１４への書き込みを開始する。時刻ｔ７では、信号ＰＴＮをローレベルとし、スイッチ６１６をオフにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１４への書き込みを終了する。容量６１４には、リセット信号レベルが書き込まれる。
【００３６】
次に、時刻ｔ８では、信号ＰＴＸＡをハイレベルとし、転送スイッチ４０２Ａをオンにし、フォトダイオード４０１Ａに蓄積された光電荷をフローティングディフュージョン４０３Ａに転送開始する。その後、時刻ｔ９では、信号ＰＬＩＧＨＴをハイレベルとし、発光装置１１２が赤外線の投光を開始する。時刻ｔ１０では、信号ＰＴＸＡをローレベルとするのと同時に信号ＰＴＸＣをハイレベルとし、転送スイッチ４０２Ａをオフにし、転送スイッチ４０２Ｃをオンにする。これにより、フォトダイオード４０１Ａに蓄積された電荷のフローティングディフュージョン４０３Ｃへの転送が開始する。時刻ｔ１１では、信号ＰＬＩＧＨＴをローレベルとし、発光装置１１２は赤外線の投光を終了する。時刻ｔ１２では、信号ＰＴＸＣをローレベルとし、転送スイッチ４０２Ｃをオフにし、転送を終了する。
【００３７】
垂直出力線４０７Ａ及び４０７Ｃには、それぞれ、フローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｃの電位変動に応じた光信号レベル（光成分＋ノイズ成分）が読み出され、列回路６０３に入力される。時刻ｔ１３では、信号ＰＴＳをハイレベルとし、スイッチ４１５をオンにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１３への書き込みを開始する。時刻ｔ１４では、信号ＰＴＳをローレベルとし、スイッチ４１５をオフにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１３への書き込みを終了する。容量６１３には、光信号レベルが書き込まれる。なお、容量６１３及び６１４に信号を書き込む際、オペアンプ６１０は、クランプ容量６０８とフィードバック容量６０９の比に応じた反転ゲインで増幅し、信号を出力する。
【００３８】
その後、時刻ｔ１５では、信号ＰＲＥＳをハイレベルとし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオンにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｃをリセット状態にする。
【００３９】
次に、期間ＨＳＲについて説明する。時刻ｔ１６〜ｔ１７では、信号ＰＨＳ及びＰＨＮのパルスにより、各列のスイッチ６１７及び６１８が順次オンし、各列の容量６１３及び６１４に保持された信号が順次、水平出力線６０５及び６０６に出力される。出力アンプ６０７は、水平出力線６０５及び６０６の信号の差分信号（光成分）を出力する。この後、画像処理回路１０６は、後述するように読み出された信号の比を基に、反射光の投射光に対する遅延時間を算出し、被写体までの距離を演算する。
【００４０】
図９は、撮像装置の第２の駆動方法の他の例を示すタイミングチャートである。フォトダイオード４０１Ａに加えて、フォトダイオード４０１Ｂも同時に使用して読み出す。
【００４１】
始めに、期間ＨＢＬＫについて説明する。時刻ｔ０では、信号ＰＲＥＳをハイレベルにし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオンにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄをリセットする。時刻ｔ１では、信号ＰＴＸＡ〜ＰＴＸＤをハイレベルとし、転送スイッチ４０２Ａ〜４０２Ｄをオンにし、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂもリセットする。時刻ｔ２では、信号ＰＴＸＡ〜ＰＴＸＤをローレベルとし、転送スイッチ４０２Ａ〜４０２Ｄをオフにし、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂの電荷蓄積を開始する。
【００４２】
蓄積開始後、時刻ｔ３では、信号ＰＳＥＬをハイレベルとし、セレクトスイッチ４０６Ａ〜４０６をオンにし、ソースフォロアアンプ４０５Ａ〜４０５Ｄを動作状態とする。時刻ｔ４では、信号ＰＲＥＳをローレベルとし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオフにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄのリセットを解除する。このときのソースフォロアアンプ４０５Ａ〜４０５Ｄの出力信号は、垂直出力線４０７Ａ〜４０７Ｄにリセット信号レベル（ノイズ成分）として読み出され、列回路６０３に入力される。時刻ｔ５では、信号ＰＣ０Ｒをローレベルとし、スイッチ６１２をオフにし、オペアンプ６１０のリセットを解除する。時刻ｔ６では、信号ＰＴＮをハイレベルにし、スイッチ６１６をオンにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１４への書き込みを開始する。時刻ｔ７では、信号ＰＴＮをローレベルにし、スイッチ６１６をオフにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１４への書き込みを終了する。容量６１４には、リセット信号レベルが書き込まれる。
【００４３】
次に、時刻ｔ８では、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢをハイレベルとし、転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｂをオンにし、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂに蓄積された電荷をそれぞれフローティングディフュージョン４０３Ａ及び４０３Ｂに転送開始する。その後、時刻ｔ９では、信号ＰＬＩＧＨＴをハイレベルとし、発光装置１１２は、赤外線の投光を開始する。時刻ｔ１０では、信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＢをローレベルとするのと同時に、信号ＰＴＸＣ及びＰＴＸＤをハイレベルとする。転送スイッチ４０２Ａ及び４０２Ｂはオフし、転送スイッチ４０２Ｃ及び４０２Ｄはオンし、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂに蓄積された電荷をそれぞれフローティングディフュージョン４０３Ｃ及び４０３Ｄに転送開始する。時刻ｔ１１では、信号ＰＬＩＧＨＴをローレベルとし、発光装置１１２は、投光を終了する。時刻ｔ１２では、信号ＰＴＸＣ及びＰＴＸＤをローレベルとし、転送スイッチ４０２Ｃ及び４０２Ｄをオフにし、上記の転送を終了する。
【００４４】
ソースフォロアアンプ４０５Ａ〜４０５Ｄの出力信号は、それぞれ、垂直出力線６０７Ａ〜６０７Ｄに光信号レベル（光成分＋ノイズ成分）として読み出され、列回路４０３に入力される。時刻ｔ１３では、信号ＰＴＳをハイレベルにし、スイッチ６１５をオンにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１３への書き込みを開始する。時刻ｔ１４では、信号ＰＴＳをローレベルにし、スイッチ６１５をオフにし、オペアンプ６１０の出力信号の容量６１３への書き込みを終了する。容量６１３には、光信号レベルが書き込まれる。なお、容量６１３及び６１４に信号を書き込む際、オペアンプ６１０は、クランプ容量６０８とフィードバック容量６０９の比に応じた反転ゲインで増幅し、信号を出力する。
【００４５】
その後、時刻ｔ１５では、信号ＰＲＥＳをハイレベルとし、リセットスイッチ４０４Ａ〜４０４Ｄをオンにし、フローティングディフュージョン４０３Ａ〜４０３Ｄをリセット状態にする。
【００４６】
次に、期間ＨＳＲについて説明する。時刻ｔ１６〜ｔ１７では、信号ＰＨＳ及びＰＨＮのパルスにより、各列のスイッチ６１７及び６１８が順次オンし、各列の容量６１３及び６１４に保持された信号が順次、水平出力線６０５及び６０６に出力される。出力アンプ６０７は、水平出力線６０５及び６０６の信号の差分信号（光成分）を出力する。
【００４７】
図１０は、図８（図９）のタイミングチャートの一部を示すものであり、光走行時間法の測距の原理を説明するための図である。時刻ｔ８では、信号ＰＴＸＡ（及びＰＴＸＢ）による転送スイッチ４０２Ａ（及び４０２Ｂ）をオンにする。時刻ｔ１０では、信号ＰＴＸＡ（及びＰＴＸＢ）による転送スイッチ４０２Ａ（及び４０２Ｂ）をオフにするのと同時に信号ＰＴＸＣ（及びＰＴＸＤ）による転送スイッチ４０２Ｃ（及び４０２Ｄ）をオンにする。時刻ｔ１２では、信号ＰＴＸＣ（及びＰＴＸＤ）による転送スイッチ４０２Ｃ（及び４０２Ｄ）をオフにする。ここで転送スイッチ４０２Ａ（及び４０２Ｂ）と転送スイッチ４０２Ｃ（及び４０２Ｄ）のオン期間は等しく、それぞれのオン期間中の時刻ｔ９及びｔ１１では、発光装置１１２は、信号ＰＬＩＧＨＴによりパルス光を投射する。パルス光は、被写体により反射し、撮像装置は反射光を入射する。
【００４８】
撮像装置から被写体までの距離がゼロならば、反射光は、信号ＰＬＩＧＨＴと同じタイミングで受光され、信号ＰＴＸＡ（及びＰＴＸＢ）により転送された画素信号と信号ＰＴＸＣ（及びＰＴＸＤ）により転送された画素信号は等しい信号として出力される。しかし撮像装置から被写体までの距離がゼロでない場合、図１０のように、反射光は（ｔ９ａ−ｔ９）分だけ遅れて受光される。その結果、信号ＰＴＸＡ（及びＰＴＸＢ）により転送される画素信号は、（ｔ１０−ｔ９ａ）の期間に受光した反射光の信号であり、信号ＰＴＸＣ（及びＰＴＸＤ）により転送される画素信号は、（ｔ１１ａ−ｔ１０）の期間に受光した反射光の信号である。両者には、偏りが生じる。画像処理回路１０６は、これらの画素信号の比を基に反射光の投射光に対する遅延時間を推定することができ、その遅延時間と光速との積から被写体までの距離を算出することができる。
【００４９】
以上のように、図６の撮像素子１０３は、図７及び図８（図９）に示したタイミングチャートで駆動することにより、瞳分割方式位相差検出法の第１の駆動方法と光飛行時間法の第２の駆動方法の２つの駆動方法で駆動することができる。
【００５０】
瞳分割方式位相差検出法では、光学的な諸条件によって位相差検出が困難な場合が考えられる。例えば、絞り開放での撮影においては、撮像素子１０３の周辺の画素は周辺光量落ちにより出力が小さくなる。更に、光の入射角が大きくＡ像とＢ像においても入射角差の影響があり、精度良い相関演算が困難になる。すなわち、画像内で位相差検出が困難な領域が生じる。そこで、上述の問題を踏まえ、画像内の領域によって撮像素子の駆動方法を切り替える駆動方法を、以下、説明する。
【００５１】
図１１は、画像内で撮像素子の駆動方法を切り替える切り替え位置の例を示す図である。なお、撮像素子１０３において、Ｘ軸方向の画素数をＨ、Ｙ軸方向の画素数をＶとし、左上の画素の座標を（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）とする。Ｘ＝０〜Ｘ１−１の領域１１０１及びＸ＝Ｘ２〜Ｈ−１の領域１１０３では、光飛行時間法の第２の駆動方法により駆動し、Ｘ＝Ｘ１〜Ｘ２−１の領域１１０２では、瞳分割方式位相差検出法の第１の駆動方法により駆動する。領域１１０２は、撮像素子１０３の中央領域である。領域１１０１及び１１０３は、撮像素子１０３の周辺領域である。
【００５２】
図１２は、撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。ステップＳ１２０１では、制御回路１０９は、ユーザの操作に基づく操作回路１１０の信号に応じて、又は自動的に、静止画撮影又は動画撮影等のモード設定、感度、絞り値などの撮影条件設定を行う。
【００５３】
ステップＳ１２０２では、制御回路１０９は、通常の撮像画像を取得するか、あるいは焦点検出を行うのかを判定する。焦点検出を行う場合はステップＳ１２０５に進む。撮像画像を取得する場合はステップＳ１２０３に進む。
【００５４】
ステップＳ１２０３では、撮像素子１０３は、制御回路１０９の制御の下、第１の駆動方法（通常撮像モード）により画像信号を読み出す。その後、ステップＳ１２０４では、画像処理回路１０６は、ステップＳ１２０３で読み出された画像信号に対し、所定の画像処理を施し、画像信号をメモリ回路１０７、記録回路１０８及び表示回路１１１に出力する。
【００５５】
ステップＳ１２０５では、撮像素子１０３は、制御回路１０９の制御の下、焦点検出用信号取得のため、図７の第１の駆動方法により、領域１１０２の信号を読み出す。なお、全画素の信号を第１の駆動方法により読み出し、後段のステップで焦点検出用信号を生成する際に、領域１１０２に対応する画素のデータのみを使用してもよい。しかし、スキップ読み出しにより領域１１０２のみの信号を読み出す方が、高速に信号を読み出すことができるため、より好適である。ここで、スキップ読み出しとは、水平シフトレジスタ６０４の制御により、所望の列の信号のみを出力アンプ６０７に読み出すことである。所望の列の信号のみを読み出すことで、信号読み出し時間の短縮が可能となる。第１の駆動方法により、領域１１０２のみの画素の信号を読み出し、後述のステップＳ１２０６では、第２の駆動方法により、領域１１０１及び１１０３のみの画素の信号を読み出す。これにより、１フレーム辺り２種類の駆動方法で２回画素信号を読み出しているものの、通常の１フレームの読み出し時間相当で画素の信号を得ることができる。
【００５６】
続いて、ステップＳ１２０６では、撮像素子１０３は、制御回路１０９の制御の下、焦点検出用信号取得のため、図８又は図９の第２の駆動方法により、領域１１０１及び１１０３の信号を読み出す。なお、ステップＳ１２０５と同様に、全画素の信号を第２の駆動方法により読み出し、後段のステップで焦点検出を行う際に、領域１１０１及び１１０３に対応する画素のデータのみを使用してもよい。ただし、スキップ読み出しにより領域１１０１及び１１０３のみの信号を読み出す方が、高速に信号を読み出すことができるため、より好適である。また、図９で示したタイミングチャートに従い、フォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂの両方の信号を読み出す方が大きい信号量を得ることができるため、より好適である。
【００５７】
次に、ステップＳ１２０７では、画像処理回路１０６は、ステップＳ１２０５及びＳ１２０６で読み出された画像信号に対し、所定の画像処理を施し、画像信号をメモリ回路１０７、記録回路１０８及び表示回路１１１に出力する。つまり、図１１の領域１１０１及び１１０３では、第２の駆動方法により読み出したデータを用いて焦点調節情報を生成する。そして、領域１１０２では、第１の駆動方法により読み出したデータを用いて焦点調節情報を生成する。
【００５８】
なお、領域の切り替わり部は、第１の駆動方法と第２の駆動方法の両方により焦点調節情報を生成してもよい。例えば、図１１において、Ｘ＝Ｘ１−α〜Ｘ１＋αの領域、及びＸ＝Ｘ２−α〜Ｘ２＋αの領域を第１及び第２の駆動方法で焦点調節情報を生成する。そして、第１の駆動方法により、Ｘ＝Ｘ１＋α〜Ｘ２−αの領域の画素信号を読み出す。そして、第２の駆動方法により、Ｘ＝０〜Ｘ１−α、Ｘ＝Ｘ２＋α〜Ｈ−１の領域の画素信号を読み出す。すなわち、Ｘ＝０〜Ｘ１＋αの領域及びＸ＝Ｘ２−α〜Ｈ−１の領域では、第２の駆動方法により画素信号を読み出し、Ｘ＝Ｘ１−α〜Ｘ２＋αの領域では、第１の駆動方法により画素信号を読み出す。この場合、第１の駆動方法で読み出す領域と第２の駆動方法で読み出す領域は、相互に一部が重なっている。
【００５９】
ステップＳ１２０７では、画像処理回路１０６は、それぞれの領域の画素信号より焦点調節情報を生成すれば、駆動方法を切り替える領域付近はオーバーラップして焦点調節情報を取得でき、より精度良く焦点調節を行うことができる。
【００６０】
ステップＳ１２０８では、制御回路１０９は、撮影終了の有無を判定し、継続ならばステップＳ１２０９に進む。一方、終了ならば一連の動作を終了する。
【００６１】
ステップＳ１２０９では、画像処理回路１０６は、ステップＳ１２０７で得られた焦点調節情報を基に焦点検出を行い、レンズ駆動量を算出する。次に、ステップＳ１２１０では、制御回路１０９は、撮影レンズ１０１を上記のレンズ駆動量、駆動することにより、フォーカス駆動を行う。すなわち、焦点調節を行う。その後、ステップＳ１２０１に戻り、上記の動作を繰り返す。
【００６２】
以上のように、ステップＳ１２０５では、制御回路１０９は、発光装置１１２にパルス光を投射させずに、撮像素子１０３の第１の領域１１０２の画素の信号を読み出す。ステップＳ１２０６では、制御回路１０９は、発光装置１１２にパルス光を投射させ、撮像素子１０３の第２の領域１１０１及び１１０３の画素の信号を読み出す。ステップＳ１２０９では、画像処理回路１０６は、撮像素子１０３の第１の領域１１０２及び第２の領域１１０１，１１０３の画素の信号を基に、被写体の焦点検出を行う。ステップＳ１２１０では、制御回路１０９は、画像処理回路１０６により演算された距離に応じて、撮影レンズ１０１を駆動することで焦点調節を行う。
【００６３】
図１３は、画像内で撮像素子の駆動方法を切り替える切り替え位置の他の例を示す図である。図１１では、画像の長辺方向の方が周辺光量落ちの影響が大きいため、領域を列でのみ区切ったが、短辺方向も長辺方向ほどではないものの周辺光量落ちはある。そのため、図１３に示した通り、行方向でも撮像素子の駆動方法を切り替えてもよい。撮像素子１０３において、座標（Ｘ，Ｙ）＝（Ｘ１，Ｙ１）〜（Ｘ２−１，Ｙ２−１）の領域１３０２は、瞳分割方式位相差検出法の第１の駆動方法で焦点検出用信号を取得し、それ以外の領域１３０１は、光飛行時間法の第２の駆動方法で焦点検出用信号を取得する。なお、領域１１０２と領域１１０１，１１０３は、一意に決めてもよいが、撮影レンズ１０１の瞳距離又は撮影時の絞り値等の撮影条件に応じて変えてもよい。
【００６４】
以上のように、画像内の領域によって撮像素子の駆動方法を切り替えることにより、画像内の位置によらず精度良く焦点調節を行うことができる。なお、撮像素子１０３の構成は、瞳分割方式位相差検出法と光飛行時間法の両方の駆動を行える構成であればよく、本実施形態に示した構成に限るものではない。また、本実施形態では、瞳分割方式位相差検出法で駆動する領域と光飛行時間方法で駆動する領域とを分けて信号の読み出しを行ったが、読み出し方法はこれに限定されるものではない。
【００６５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態は、撮像素子１０３において、第１の駆動方法（瞳分割方式位相差検出法）で駆動する領域と、第２の駆動方法（光飛行時間法）で駆動する領域とで構成を変えることが特徴である。すなわち、それぞれの領域の駆動方法に好適な構成で撮像素子１０３を形成する。
【００６６】
図１４は、撮像素子１０３及びマイクロレンズ１１３を図１の光軸Ｚ方向から見た図である。１つのマイクロレンズ１１３を１つの画素と定義し、これを単位画素とする。各単位画素は、それぞれＸ座標とＹ座標のアドレスをもって（Ｘ，Ｙ）と表記する。ここで、Ｘ＝１、２、３の３列に配置されている中央領域の単位画素２００は、１つのマイクロレンズ１１３に対して複数の分割画素２０１Ａ及び２０１Ｂが対応するように配置されている。本実施形態では、Ｘ軸方向に２個の分割画素２０１Ａ及び２０１Ｂが配置される。また、Ｘ＝０、４に配置されている周辺領域の単位画素１４０２は、１つのマイクロレンズ１１３に対して１つの画素が対応するように配置されている。本実施形態では、２つの分割画素２０１Ａ及び２０１Ｂで構成される単位画素２００は、瞳分割方式位相差検出法に使用され、単位画素１４０２は、光飛行時間法に使用される。なお、単位画素２００の構成は、図４及び図５で説明した構成と同様である。
【００６７】
図１５は、図１４の単位画素１４０２の構成例を示す回路図である。単位画素１４０２は、１つのフォトダイオード１５０１を有する。フォトダイオード１５０１には、２つの転送スイッチ１５０２Ａ及び１５０２Ｃが接続される。転送スイッチ１５０２Ａ及び１５０２Ｃには、それぞれ、フローティングディフュージョン１５０３Ａ及び１５０３Ｃが接続される。フローティングディフュージョン１５０３Ａには、リセットスイッチ１５０４Ａ及びソースフォロアアンプ１５０５Ａが接続される。フローティングディフュージョン１５０３Ｃには、リセットスイッチ１５０４Ｃ及びソースフォロアアンプ１５０５Ｃが接続される。ソースフォロアアンプ１５０５Ａ及び１５０５Ｃには、それぞれ、セレクトスイッチ１５０６Ａ及び１５０６Ｃが接続される。リセットスイッチ１５０４Ａ，１５０４Ｃ及びソースフォロアアンプ１５０５Ａ，１５０５Ｃのドレインは、基準電位１５０８を共有している。
【００６８】
フォトダイオード１５０１は、マイクロレンズ１１３を通過した光を受光し、光電変換により、その受光量に応じた電荷を生成する光電変換部である。転送スイッチ１５０２Ａは、フォトダイオード１５０１で発生した電荷をフローティングディフュージョン１５０３Ａに転送する。転送スイッチ１５０２Ｃは、フォトダイオード１５０１で発生した電荷をフローティングディフュージョン１５０３Ｃに転送する。転送スイッチ１５０２Ａ及び１５０２Ｃは、それぞれ、転送パルス信号ＰＴＸＡ及びＰＴＸＣによって制御される。フローティングディフュージョン１５０３Ａ及び１５０３Ｃは、フォトダイオード１５０１から転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部である。
【００６９】
リセットスイッチ１５０４Ａ及び１５０４Ｃは、それぞれ、フローティングディフュージョン１５０３Ａ及び１５０３Ｃの電位を基準電位１５０８にリセットする。リセットスイッチ１５０４Ａ及び１５０４Ｃは、リセットパルス信号ＰＲＥＳによって制御される。ソースフォロアアンプ１５０５Ａは、ＭＯＳトランジスタを有するソースフォロア回路であり、フローティングディフュージョン１５０３Ａに保持された電荷に基づく電圧を増幅して、画素信号として出力する。ソースフォロアアンプ１５０５Ｃは、ＭＯＳトランジスタを有するソースフォロア回路であり、フローティングディフュージョン１５０３Ｃに保持された電荷に基づく電圧を増幅して、画素信号として出力する。
【００７０】
セレクトスイッチ１５０６Ａは、ソースフォロアアンプ１５０５Ａで増幅された画素信号を垂直出力線１５０７Ａに出力する。セレクトスイッチ１５０６Ｃは、ソースフォロアアンプ１５０５Ｃで増幅された画素信号を垂直出力線１５０７Ｃに出力する。垂直出力線１５０７Ａ及び１５０７Ｃは、同じ列の複数の単位画素１４０２で共有される。セレクトスイッチ１５０６Ａ及び１５０６Ｃは、セレクトパルス信号ＰＳＥＬによって制御される。
【００７１】
図１６は、単位画素１４０２のレイアウト例を示す図である。図１５で説明したように、フォトダイオート１５０１は、その両端に２つの転送スイッチ１５０２Ａ及び１５０２Ｃが接続される。フォトダイオード１５０１の電荷は、転送スイッチ１５０２Ａ及び１５０２Ｃのいずれによっても転送可能である。また、転送スイッチ１５０２Ａ及び１５０２Ｃには、それぞれ、フローティングディフュージョン１５０３Ａ及び１５０３Ｃが接続されている。
【００７２】
以上のように、中央領域のそれぞれの単位画素２００は、複数のフォトダイオード４０１Ａ及び４０１Ｂを有し、周辺領域のそれぞれの単位画素１４０２は、１つのフォトダイオード１５０１を有する。このような構成の撮像素子１０３を用いて、第１の実施形態で説明した駆動方法と同様の駆動方法により、画像内の位置によらず、精度良く焦点検出用信号を取得することができる。なお、本実施形態のように、距離画像を取得するための駆動方法に応じた撮像素子１０３の構成にすることにより、撮像素子１０３の回路レイアウトの効率化が図れる。
【００７３】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態においては、画像の中央領域では第１の駆動方法の瞳分割方式位相差検出法による焦点検出用信号を取得し、画像の周辺領域では第２の駆動方法の光飛行時間法による焦点検出用信号を取得する方法を説明した。しかし、画像の周辺領域に投射光が届かず、画像の周辺領域で光飛行時間法での焦点検出用信号の取得が困難な場合がある。また、画像の中央領域で大デフォーカスとなり、位相差が小さく、瞳分割方式位相差検出法が困難な場合がある。その場合、画像内の領域において、中央領域１１０２又は１３０２では第２の駆動方法による光飛行時間法を行い、周辺領域１１０１，１１０３又は１３０１では第１の駆動方法による瞳分割方式位相差検出法を行い、焦点検出用信号を取得してもよい。
【００７４】
以上のように、撮影条件に応じて、画像内の領域に応じて焦点検出用信号の取得方法を選択することにより、精度良く距離画像を取得することが可能となる。
【００７５】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１００  撮像装置、１０１  撮影レンズ、１０３  撮像素子、１０６  画像処理回路、１０９  制御回路、１１２  発光装置
【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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