(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１及び第２の方向に行列状に配置され、光学系を通過した光束を受光して撮像用の画素信号を出力する複数の撮像画素と、
前記第１の方向の一つの行において前記撮像画素の一部を置き換えて互いに交互に配列され、前記光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束をそれぞれ受光して第１及び第２の焦点検出用の画素信号をそれぞれ生成する複数の第１及び第２の焦点検出画素と、
前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素が配置されない行と前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素が配置された行とを、行ピッチよりも大きい一定の間引きピッチで、前記第２の方向に順次走査して、前記撮像画素の画素信号または前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を読み出す第１の走査回路と、
前記第１の走査回路によって走査され読み出された一行分の撮像画素の画素信号または第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を保持する保持部と、
前記保持部に保持された一行分の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれない場合には、前記保持部に保持された一行分の画素信号を第１の画素ピッチで順次走査して読み出すための第１の読出し信号と、前記保持部に保持された一行分の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれる場合には、前記保持部に保持された一行分の画素信号を、前記第１の画素ピッチより短い第２の画素ピッチで順次走査して読み出すための第２の読出し信号とを発生する第２の走査回路と、
前記第１読出し信号または前記第２読出し信号による水平方向の走査に応じて前記保持部に保持された１行分の画素信号を順次出力する出力回路と、を備え、
前記第２の走査回路が発生する前記第１の読出し信号に応じて読み出された前記撮像画素の画素信号は画像表示に用いられるとともに、前記第２の走査回路が発生する前記第２の読出し信号に応じて読み出された前記第１の焦点検出画素の画素信号と前記第２の焦点検出画素の画素信号は前記光学系の焦点調節状態の検出に用いられることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第２の走査回路の前記第２の読出し信号は、前記保持部に保持された一行分の画素信号について、前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号のみを前記第２の画素ピッチで読み出し、
前記第２の画素ピッチは、前記第１の方向に配列された隣接する撮像画素の画素ピッチに等しいことを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第２の走査回路の前記第２の読出し信号は、前記保持部に保持された一行分の画素信号について、前記撮像画素の画素信号と前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号とを前記第２の画素ピッチで読み出し、
前記第２の画素ピッチは、前記第１の方向に配列された隣接する撮像画素の画素ピッチよりも大きいことを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像素子において、
前記第２の読出し信号が前記保持部に保持された一行分の画素信号を読み出す画素信号の総数は、前記第１の読出し信号が前記保持部に保持された一行分の画素信号を読み出す画素信号の総数以下に制限されることを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像素子において、
前記第１の焦点検出画素は、マイクロレンズとその背後に配置される第１光電変換部とを有し、前記第２の焦点検出画素は、マイクロレンズとその背後に配置される前記第１光電変換部と対になる第２光電変換部とを有することを特徴とする撮像素子。
【請求項６】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像素子において、
前記撮像画素は、受光する光の分光特性が異なる複数種類の撮像画素からなることを特徴とする撮像素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子の電荷蓄積と前記画素信号の読み出しを制御する制御手段と、
前記撮像素子の前記第１の焦点検出画素と前記第２の焦点検出画素から出力される画素信号により前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記第１の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第１の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力すると共に、前記第２の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第２の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力する補間手段と、
前記撮像画素から出力される前記画素信号と前記補間手段から出力される前記補間信号とに基づき画像を表示する画像表示手段と、を更に備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記第1の走査回路が前記一定の間引きピッチで走査し、かつ前記第２の走査回路が前記第１の読出し信号及び前記第２の読出し信号で読み出す間引き読み出しモードと、全ての撮像画素の画素信号及び全ての第1及び第２の焦点検出画素の画素信号を読み出す全画素読み出しモードとを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の撮像装置において、
前記焦点検出手段により検出された焦点調節状態にしたがって前記光学系の焦点調節を行う焦点調節手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
光学系を通過した光束を受光して撮像用の画素信号をそれぞれ出力する複数の撮像画素が第１の方向に配列されて構成される画素列が、前記第１の方向と異なる第２の方向に複数列並置され、前記光学系の瞳の一対の領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光して焦点検出用の画素信号を出力する第１及び第２の焦点検出画素が、前記複数の画素列の少なくとも一つの画素列の複数の撮像画素の一部を置き換えて互いに交互に配列されている撮像素子と、
前記複数の画素列を、前記第２の方向における前記画素列の配列ピッチよりも大きい一定の間引きピッチで、前記第２の方向に順次走査して、前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素を含まない画素列と前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素を含む画素列とについて複数の画素信号を読み出す第１の走査回路と、
前記第１の走査回路によって走査された１画素列分の複数の画素信号を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれない場合に、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号を所定の間引き画素ピッチで順次走査して読み出すための第１の読み出し信号と、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれる場合に、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号から前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を間引きなしで順次走査して読み出すための第２の読み出し信号とを出力する第２の走査回路と、
前記第１の読み出し信号及び前記第２の読み出し信号による走査によって読み出された複数の画素信号を順次出力する出力回路と、
前記第２の読み出し信号に応じて読み出された前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号に基づき前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記第１の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第１の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力すると共に、前記第２の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第２の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力する補間手段と、
前記出力回路から出力される前記撮像画素の画素信号と前記補間手段から出力される前記補間信号とに基づき画像を表示する画像表示手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
光学系を通過した光束を受光して撮像用の画素信号をそれぞれ出力する複数の撮像画素が第１の方向に配列されて構成される画素列が、前記第１の方向に直交する第２の方向に複数列、並置され、前記光学系の瞳の一対の領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光して焦点検出用の画素信号を出力する第１及び第２の焦点検出画素が、前記複数の画素列の少なくとも二つの画素列の複数の撮像画素の一部を置き換えて互いに交互に配列されている撮像素子と、
前記複数の画素列を、前記第２の方向における前記画素列の配列ピッチよりも大きい一定の間引きピッチで、前記第２の方向に順次走査して、前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素を含まない画素列と前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素を含む画素列とについて複数の画素信号を読み出す第１の走査回路と、
前記第１の走査回路によって走査された１画素列分の複数の画素信号を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれない場合に、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号を第１の画素ピッチで順次走査して読み出すための第１の読み出し信号と、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれる場合に、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号を前記第１の画素ピッチよりも小さい第２の画素ピッチで順次走査して前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を読み出すための第２の読み出し信号とを出力する第２の走査回路と、
前記第１の読み出し信号及び前記第２の読み出し信号による走査によって読み出された複数の画素信号を順次出力する出力回路と、
前記第２の読み出し信号に応じて読み出された前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号に基づき前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
前記第１の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第１の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力すると共に、前記第２の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第２の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力する補間手段と、
前記出力回路から出力される前記撮像画素の画素信号と前記補間手段から出力される前記補間信号とに基づき画像を表示する画像表示手段と、を備え、
前記二つの画素列は、前記第２の方向に前記一定の間引きピッチの２倍以上離れていることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
第１及び第２の方向に行列状に配置され、光学系を通過した光束を受光して撮像用の画素信号を出力する複数の撮像画素と、
前記第１の方向の一つの行において前記撮像画素の一部を置き換えて配列され、前記光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束をそれぞれ受光して第１及び第２の焦点検出用の画素信号をそれぞれ生成する複数の第１及び第２の焦点検出画素と、
前記撮像画素のみが配列された行と前記第１及び第２の焦点検出画素が配置された行とを、一定の行ピッチで、前記第２の方向に順次走査して、前記撮像画素の画素信号または前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を読み出す第１の走査回路と、
前記第１の走査回路によって走査され読み出された一行分の撮像画素の画素信号または第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を保持する保持部と、
前記保持部に保持された一行分の画素信号に前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれない場合には、前記保持部に保持された一行分の画素信号を第１の画素ピッチで順次走査して読み出すための第１の読出し信号と、前記保持部に保持された一行分の画素信号に前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれる場合には、前記保持部に保持された一行分の画素信号を、前記第１の画素ピッチより短い第２の画素ピッチで順次走査して読み出すための第２の読出し信号とを発生する第２の走査回路と、
前記第１読出し信号または前記第２読出し信号による水平方向の走査に応じて前記保持部に保持された１行分の画素信号を順次出力する出力回路と、を備え、
前記第２の走査回路が発生する前記第１の読出し信号に応じて読み出された前記撮像画素の画素信号は画像表示に用いられるとともに、前記第２の走査回路が発生する前記第２の読出し信号に応じて読み出された前記第１の焦点検出画素の画素信号と前記第２の焦点検出画素の画素信号は前記光学系の焦点調節状態の検出に用いられ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】
本発明は撮像素子と撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次元状に配列された撮像画素の一部を焦点検出画素に置き換えた撮像素子を用いて撮像と焦点検出を行う撮像装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この装置では、高解像度の静止画を得るために撮像素子上のすべてのラインの信号を読み出す静止画撮影モードと、ＥＶＦ（Electronic View Finder；電子ビューファインダー）表示（スルー画によるライブビュー表示）や動画撮影のために撮像素子上のラインを間引いて信号を読み出す間引きモードと、撮影光学系の焦点検出を行うために焦点検出画素が含まれるラインの信号を読み出す測距モードとを有し、静止画撮影時には、最初に間引きモードでＥＶＦ表示を行って撮影構図を決定し、次に測距モードに切り換えて撮影光学系のＡＦ（Auto Focus；自動焦点調節）を行い、最後に静止画撮影モードに切り換えて撮像を行っている。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の撮像装置では、間引きモードと測距モードとを切り換えてライブビュー表示とＡＦ動作とを交互に行っているため、ライブビュー表示における画像更新間隔が長くなって特に移動被写体に対する表示性能が低下するとともに、ＡＦ間隔が長くなってＡＦレスポンスが低下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の発明の撮像素子は、互いに直交する第１及び第２の方向に行列状に配置され、光学系を通過した光束を受光して撮像用の画素信号を出力する複数の撮像画素と、前記第１の方向の一つの行において前記撮像画素の一部を置き換えて互いに交互に配列され、前記光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束をそれぞれ受光して第１及び第２の焦点検出用の画素信号をそれぞれ生成する複数の第１及び第２の焦点検出画素と、前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素が配置されない行と前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素が配置された行とを、行ピッチよりも大きい一定の間引きピッチで、前記第２の方向に順次走査して、前記撮像画素の画素信号または前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を読み出す第１の走査回路と、前記第１の走査回路によって走査され読み出された一行分の撮像画素の画素信号または第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を保持する保持部と、前記保持部に保持された一行分の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれない場合には、前記保持部に保持された一行分の画素信号を第１の画素ピッチで順次走査して読み出すための第１の読出し信号と、前記保持部に保持された一行分の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれる場合には、前記保持部に保持された一行分の画素信号を、前記第１の画素ピッチより短い第２の画素ピッチで順次走査して読み出すための第２の読出し信号とを発生する第２の走査回路と、前記第１読出し信号または前記第２読出し信号による水平方向の走査に応じて前記保持部に保持された１行分の画素信号を順次出力する出力回路と、を備え、前記第２の走査回路が発生する前記第１の読出し信号に応じて読み出された前記撮像画素の画素信号は画像表示に用いられるとともに、前記第２の走査回路が発生する前記第２の読出し信号に応じて読み出された前記第１の焦点検出画素の画素信号と前記第２の焦点検出画素の画素信号は前記光学系の焦点調節状態の検出に用いられることを特徴とする。
請求項１０の発明の撮像装置は、光学系を通過した光束を受光して撮像用の画素信号をそれぞれ出力する複数の撮像画素が第１の方向に配列されて構成される画素列が、前記第１の方向と異なる第２の方向に複数列並置され、前記光学系の瞳の一対の領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光して焦点検出用の画素信号を出力する第１及び第２の焦点検出画素が、前記複数の画素列の少なくとも一つの画素列の複数の撮像画素の一部を置き換えて互いに交互に配列されている撮像素子と、前記複数の画素列を、前記第２の方向における前記画素列の配列ピッチよりも大きい一定の間引きピッチで、前記第２の方向に順次走査して、前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素を含まない画素列と前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素を含む画素列とについて複数の画素信号を読み出す第１の走査回路と、前記第１の走査回路によって走査された１画素列分の複数の画素信号を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれない場合に、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号を所定の間引き画素ピッチで順次走査して読み出すための第１の読み出し信号と、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれる場合に、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号から前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を間引きなしで順次走査して読み出すための第２の読み出し信号とを出力する第２の走査回路と、前記第１の読み出し信号及び前記第２の読み出し信号による走査によって読み出された複数の画素信号を順次出力する出力回路と、前記第２の読み出し信号に応じて読み出された前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号に基づき前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、前記第１の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第１の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力すると共に、前記第２の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第２の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力する補間手段と、前記出力回路から出力される前記撮像画素の画素信号と前記補間手段から出力される前記補間信号とに基づき画像を表示する画像表示手段と、を備えることを特徴とする。
請求項１１の発明の撮像装置は、光学系を通過した光束を受光して撮像用の画素信号をそれぞれ出力する複数の撮像画素が第１の方向に配列されて構成される画素列が、前記第１の方向に直交する第２の方向に複数列、並置され、前記光学系の瞳の一対の領域を通過した一対の光束をそれぞれ受光して焦点検出用の画素信号を出力する第１及び第２の焦点検出画素が、前記複数の画素列の少なくとも二つの画素列の複数の撮像画素の一部を置き換えて互いに交互に配列されている撮像素子と、前記複数の画素列を、前記第２の方向における前記画素列の配列ピッチよりも大きい一定の間引きピッチで、前記第２の方向に順次走査して、前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素を含まない画素列と前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素を含む画素列とについて複数の画素信号を読み出す第１の走査回路と、前記第１の走査回路によって走査された１画素列分の複数の画素信号を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれない場合に、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号を第１の画素ピッチで順次走査して読み出すための第１の読み出し信号と、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号に前記交互配列の第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれる場合に、前記保持部に保持された前記１画素列分の複数の画素信号を前記第１の画素ピッチよりも小さい第２の画素ピッチで順次走査して前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を読み出すための第２の読み出し信号とを出力する第２の走査回路と、前記第１の読み出し信号及び前記第２の読み出し信号による走査によって読み出された複数の画素信号を順次出力する出力回路と、前記第２の読み出し信号に応じて読み出された前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号に基づき前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、前記第１の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第１の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力すると共に、前記第２の焦点検出画素の位置における撮像用の画素信号を、当該第２の焦点検出画素の周囲に位置する前記撮像画素の画素信号であって前記出力回路から出力された画像信号で補間して補間信号を出力する補間手段と、前記出力回路から出力される前記撮像画素の画素信号と前記補間手段から出力される前記補間信号とに基づき画像を表示する画像表示手段と、を備え、前記二つの画素列は、前記第２の方向に前記一定の間引きピッチの２倍以上離れていることを特徴とする。
請求項１２の発明の撮像素子は、第１及び第２の方向に行列状に配置され、光学系を通過した光束を受光して撮像用の画素信号を出力する複数の撮像画素と、前記第１の方向の一つの行において前記撮像画素の一部を置き換えて配列され、前記光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束をそれぞれ受光して第１及び第２の焦点検出用の画素信号をそれぞれ生成する複数の第１及び第２の焦点検出画素と、前記撮像画素のみが配列された行と前記第１及び第２の焦点検出画素が配置された行とを、一定の行ピッチで、前記第２の方向に順次走査して、前記撮像画素の画素信号または前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を読み出す第１の走査回路と、前記第１の走査回路によって走査され読み出された一行分の撮像画素の画素信号または第１及び第２の焦点検出画素の画素信号を保持する保持部と、前記保持部に保持された一行分の画素信号に前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれない場合には、前記保持部に保持された一行分の画素信号を第１の画素ピッチで順次走査して読み出すための第１の読出し信号と、前記保持部に保持された一行分の画素信号に前記第１及び第２の焦点検出画素の画素信号が含まれる場合には、前記保持部に保持された一行分の画素信号を、前記第１の画素ピッチより短い第２の画素ピッチで順次走査して読み出すための第２の読出し信号とを発生する第２の走査回路と、前記第１読出し信号または前記第２読出し信号による水平方向の走査に応じて前記保持部に保持された１行分の画素信号を順次出力する出力回路と、を備え、前記第２の走査回路が発生する前記第１の読出し信号に応じて読み出された前記撮像画素の画素信号は画像表示に用いられるとともに、前記第２の走査回路が発生する前記第２の読出し信号に応じて読み出された前記第１の焦点検出画素の画素信号と前記第２の焦点検出画素の画素信号は前記光学系の焦点調節状態の検出に用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ライブビュー画像の更新間隔とＡＦ間隔を共に短縮することができ、快適なライブビュー表示と素早いＡＦを同時に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
一実施の形態の撮像素子および撮像装置として、レンズ交換式デジタルスチルカメラを例に上げて説明する。図１は一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。一実施の形態のデジタルスチルカメラ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。
【０００８】
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、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。
【０００９】
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画素が組み込まれている。
【００１０】
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、撮像素子２１２の駆動制御と画像信号および焦点検出信号の読み出しと、焦点検出信号に基づく焦点検出演算と交換レンズ２０２の焦点調節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。
【００１１】
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による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憶する画像ストレージである。
【００１２】
交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の受光面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、画像信号と焦点検出信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。
【００１３】
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焦点検出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へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２からの画像信号を処理してメモリカード２１９に格納するとともに、撮像素子２１２からのスルー画像信号を液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、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へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。
【００１４】
レンズ駆動制御装置２０６は、レンズ情報を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値などに応じて変更する。具体的には、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の絞り値を検出し、これらのレンズ位置と絞り値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に応じたレンズ情報を選択する。
【００１５】
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。
【００１６】
図２は撮影画面上の焦点検出位置を示す図であり、後述する焦点検出画素列により焦点検出を行うときに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。この一実施の形態では、矩形の撮影画面１００内の中央に焦点検出エリア１０１が配置される。長方形で示した焦点検出エリア１０１の長手方向に、複数の焦点検出画素が直線的に配列される。
【００１７】
図３は撮像素子２１２の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子２１２上の焦点検出エリア１０１の近傍を拡大して示す。撮像素子２１２は、撮像画素３１０と焦点検出画素３１３、３１４から構成される。撮像画素３１０は水平および垂直方向に２次元状に正方格子配列されており、一方、焦点検出画素３１３、３１４は水平方向に配列されている。
【００１８】
撮像画素３１０は、図４に示すように、マイクロレンズ１０と光電変換部１１を備えている。また、焦点検出画素３１３は、図５(ａ)に示すように、マイクロレンズ１０と光電変換部１３を備えている。光電変換部１３の形状は、マイクロレンズ１０の垂直２等分線に接する左半円である。さらに、焦点検出画素３１４は、図５(ｂ)に示すように、マイクロレンズ１０と光電変換部１４を備えている。光電変換部１４の形状は、マイクロレンズ１０の垂直２等分線に接する右半円である。
【００１９】
光電変換部１３と１４は、マイクロレンズ１０を重ね合わせて表示した場合に左右水平方向に並んでおり、マイクロレンズ１０の垂直２等分線に関して対称な形状をしている。焦点検出画素３１３と焦点検出画素３１４が、水平方向（光電変換部１３と１４の並び方向）に交互に配置される。これらの撮像画素３１０と焦点検出画素３１３、３１４の分光感度特性は、図６に示すような特性となっている。
【００２０】
図７は撮像画素３１０の断面図である。撮像画素３１０には、撮像用の光電変換部１１の前方にマイクロレンズ１０が配置されており、マイクロレンズ１０により光電変換部１１が前方に投影される。光電変換部１１は半導体回路基板２９上に形成される。
【００２１】
図８(ａ)は焦点検出画素３１３の断面図である。焦点検出画素３１３には、光電変換部１３の前方にマイクロレンズ１０が配置されており、マイクロレンズ１０により光電変換部１３が前方に投影される。光電変換部１３は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。光電変換部１３はマイクロレンズ１０の光軸の片側に配置される。
【００２２】
図８(ｂ)は焦点検出画素３１４の断面図である。焦点検出画素３１４では、光電変換部１４の前方にマイクロレンズ１０が配置されており、マイクロレンズ１０により光電変換部１４が前方に投影される。光電変換部１４は半導体回路基板２９上に形成されるとともに、その上にマイクロレンズ１０が半導体イメージセンサーの製造工程により一体的かつ固定的に形成される。光電変換部１４はマイクロレンズ１０の光軸の片側で、かつ光電変換部１３の反対側に配置される。
【００２３】
図９は、マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す。図において、９０は、交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面に配置されたマイクロレンズから前方ｄの距離に設定された射出瞳である。この距離ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との間の距離などに応じて決まる距離であって、この明細書では測距瞳距離と呼ぶ。９１は交換レンズの光軸、１０ａ〜１０ｄはマイクロレンズ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂは光電変換部、３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂは焦点検出画素、７３，７４、８３，８４は焦点検出光束である。
【００２４】
また、９３は、マイクロレンズ１０ａ、１０ｃにより投影された光電変換部１３ａ、１３ｂの領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。図９では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部の形状が拡大投影された形状になる。同様に、９４は、マイクロレンズ１０ｂ、１０ｄにより投影された光電変換部１４ａ、１４ｂの領域であり、この明細書では測距瞳と呼ぶ。図９では、説明を解りやすくするために楕円形の領域で示しているが、実際には光電変換部の形状が拡大投影された形状になる。
【００２５】
図９では、隣接する４つの焦点検出画素３１３ａ、３１３ｂ、３１４ａ、３１４ｂを模式的に例示しているが、その他の焦点検出画素においても光電変換部はそれぞれ対応した測距瞳から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。焦点検出画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向、すなわち一対の光電変換部の並び方向と一致させる。
【００２６】
マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄは交換レンズ２０２（図１参照）の予定結像面近傍に配置されており、マイクロレンズ１０ａ〜１０ｄによりその背後に配置された光電変換部１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの形状がマイクロレンズ１０ａ〜１０ｃから測距瞳距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９３，９４を形成する。すなわち、投影距離ｄにある射出瞳９０上で各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９３，９４）が一致するように、各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。
【００２７】
光電変換部１３ａは測距瞳９３を通過し、マイクロレンズ１０ａに向う光束７３によりマイクロレンズ１０ａ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部１３ｂは測距瞳９３を通過し、マイクロレンズ１０ｃに向う光束８３によりマイクロレンズ１０ｃ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、光電変換部１４ａは測距瞳９４を通過し、マイクロレンズ１０ｂに向う光束７４によりマイクロレンズ１０ｂ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、光電変換部１４ｂは測距瞳９４を通過し、マイクロレンズ１０ｄに向う光束８４によりマイクロレンズ１０ｄ上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００２８】
上述した２種類の焦点検出画素を直線状に多数配置し、各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をそれぞれ通過する焦点検出用光束が画素列上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。この情報に対して後述する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に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。
【００２９】
図１０は撮像素子２１２の回路構成を示す概念図であり、撮像素子２１２を水平方向８画素×垂直方向３画素のレイアウトに簡略化して示す。一実施の形態の撮像素子２１２はＣＭＯＳイメージセンサーとして構成される。図１０において、上から２行目の中央には４個の焦点検出画素３１３，３１４（図中に白丸で示す）が配置されており、これらの４個の焦点検出画素３１３、３１４により、撮像素子２１２上の撮像画素と焦点検出画素とが混在する行の複数の焦点検出画素を代表して示す。また、これら４個の焦点検出画素３１３，３１４の左右に２個ずつ撮像画素３１０（図中に黒色の正方形で示す）が配置されており、これら４個の撮像画素３１０により、撮像素子２１２上の撮像画素と焦点検出画素とが混在する行の複数の撮像画素を代表して示す。一方、上から１行目と３行目は、撮像画素３１０（図中に白色と黒色の正方形で示す）のみが配置された行であり、撮像素子２１２上の焦点検出画素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。
【００３０】
図において、ラインメモリ３２０（図中に白色の正方形で示す）は１行分の画素から出力される画素信号を一時的に保持するバッファである。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５０２が発する制御信号（ΦＳ１〜ΦＳ３）により行ごとに独立に制御される。制御信号（ΦＳ１〜ΦＳ３）により選択された行の画素の画素信号は垂直信号線５０１へ出力され、ラインメモリ３２０は垂直信号線５０１に出力されている同一行の画素信号を垂直走査回路５０２が発する制御信号ΦＨ１にしたがってラッチする。ラインメモリ３２０に保持された画素信号は、水平走査回路５０３が発する制御信号（ΦＶ１〜ΦＶ８）にしたがって順次、出力回路３３０へ転送され、出力回路３３０で予め設定された増幅度で増幅されて外部へ出力される。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〜ΦＳ３の立ち上がりに同期してリセットされる。
【００３１】
水平走査回路５０３には動作モード切替のためのＭｏｄｅ信号が外部から入力されており、Ｍｏｄｅ信号のレベル（ハイレベルまたはローレベル）に応じて制御信号（ΦＶ１〜ΦＶ８）の発生パターンを変更し、通常の画素信号出力動作（全画素読み出しモード）と、画素信号を間引きして出力する動作（間引き読み出しモード）を切り換える。
【００３２】
図１１は、撮像素子２１２の撮像画素３１０と焦点検出画素３１３，３１４の詳細な回路図である。これらの画素の光電変換部はフォトダイオードＰＤで構成される。フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷は、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）ＦＤに蓄積される。フローティングディフュージョンＦＤは増幅ＭＯＳトランジスターＡＭＰのゲートに接続されており、このトランジスターＡＭＰはフローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を発生する。
【００３３】
フローティングディフュージョンＦＤ部リセットＭＯＳトランジスター５１０を介して電源Ｖｄｄに接続されており、制御信号ΦＲｎ（ΦＲ１〜ΦＲ３）によりリセットＭＯＳトランジスター５１０がＯＮすると、フローティングディフュージョンＦＤおよびフォトダイオードＰＤに溜まった電荷がクリアされリセット状態となる。トランジスターＡＭＰの出力は行選択ＭＯＳトランジスター５１２を介して垂直出力線５０１へ接続されており、制御信号ΦＳｎ（ΦＳ１〜ΦＳ３）により行選択ＭＯＳトランジスター５１２がＯＮすると、トランジスターＡＭＰの出力が垂直信号線５０１へ出力される。
【００３４】
図１２は、図１０に示す撮像素子２１２の通常動作モードの動作を示すタイミングチャートである。外部からローレベルのＭｏｄｅ信号が入力されると、撮像素子２１２は通常動作モード（全画素読み出しモード）で動作する。図１０に示すように、１行目の撮像画素３１０は垂直走査回路５０２から発せられる制御信号ΦＳ１により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号は垂直信号線５０１へ出力される。制御信号ΦＳ１と同期して発せられる制御信号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５０３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３３０へ転送され、出力回路３３０により予め設定された増幅度で増幅されて外部へ出力される。
【００３５】
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で、リセット回路５０４（図１０参照）から発せられる制御信号ΦＲ１により１行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ１の立ち下がりで１行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。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５０２が発する制御信号ΦＳ２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へ出力される。以下、１行目の画素の動作と同様に、２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４において画素信号の保持、画素のリセット、画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。
【００３６】
続いて３行目の撮像画素３１０において画素信号の保持、画素リセット、画素信号の出力および次の電荷蓄積の開始が行われる。すべての画素の画素信号の出力が終了したらふたたび１行目へ戻り、上述した動作が周期的に繰り返される。
【００３７】
なお、制御信号ΦＲ１〜ΦＲ３のパルス幅を変更することによって、撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の電荷蓄積時間（露光時間）を調整することができる。図１２に示すタイミングチャートでは、１行目から３行目の画素の電荷蓄積と画素信号出力を周期的に繰り返す動作例を示したが、これらの動作を単発的に１周期のみ行うこともできる。このような通常動作モード（全画素読み出しモード）は撮影時に実行される。
【００３８】
図１３は、図１０に示す撮像素子２１２の間引き読み出しモードの動作を示すタイミングチャートである。外部からハイレベルのＭｏｄｅ信号が入力されると、撮像素子２１２は間引き読み出しモードで動作する。間引き読み出しモードでは、撮像画素３１０のみの行（図１０に示す例では１行目と３行目）については、水平方向に１つ置きの画素の画像信号が間引きされて読み出され、焦点検出画素３１３，３１４を含む行（図１０に示す例では２行目）については、焦点検出画素３１３，３１４の画素信号が間引きなしで連続に読み出される。
【００３９】
１行目の撮像画素３１０は垂直走査回路５０２から発せられる制御信号ΦＳ１により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号が垂直信号線５０１へ出力される。制御信号ΦＳ１と同期して発せられる制御信号ΦＨ１により、垂直信号線５０１へ出力された１行目の画素信号がラインメモリ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、水平走査回路が発する制御信号ΦＶ１、ΦＶ３、ΦＶ５、ΦＶ７にしたがって出力回路３３０へ転送され、出力回路３３０により予め設定された増幅度で増幅されて外部へ出力される。
【００４０】
間引き読み出しモードでは制御信号ΦＶ２、ΦＶ４、ΦＶ６、ΦＶ８が発生しないので、２列目、４列目、６列目、８列目の撮像画素３１０の画素信号（図１０に黒色の正方形でしめす撮像画素３１０の信号）は間引かれ、１列目、３列目、５列目、７列目の撮像画素３１０の画素信号（図１０に白色の正方形でしめす撮像画素３１０の信号）のみが出力される。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で、リセット回路５０４から発せられる制御信号ΦＲ１により１行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ１の立ち下がりで１行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。
【００４１】
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が垂直走査回路５０２から発せられる制御信号ΦＳ２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の画素信号が垂直信号線５０１へ出力される。制御信号ΦＳ２と同期して発せられる制御信号ΦＨ１によって、垂直信号線５０１へ出力された２行目の画素信号がラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された２行目の画素の画素信号は、水平走査回路５０３から発せられる制御信号ΦＶ３、ΦＶ４、ΦＶ５、ΦＶ６にしたがって出力回路３３０へ転送され、出力回路３３０により予め設定された増幅度で増幅されて外部へ出力される。
【００４２】
間引き読み出しモードでは制御信号ΦＶ１、ΦＶ２、ΦＶ７、ΦＶ８が発生しないので、１列目、２列目、７列目、８列目の撮像画素３１０の画素信号（図１０に黒色の正方形でしめす撮像画素３２０の信号）は間引かれることになる。また、制御信号ΦＶ３、ΦＶ４、ΦＶ５、ΦＶ６が連続して発生するので、３列目、４列目、５列目、６列目の焦点検出画素３１３，３１４の画素信号（図１０に白丸で示す焦点検出画素３１３，３１４の信号）のみが出力される。２行目の画素の画素信号のラインメモリ３２０への転送が終了した時点で、リセット回路５０４から発せられる制御信号ΦＲ２により２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４がリセットされ、制御信号ΦＲ２の立ち下がりで２行目の撮像画素３１０および焦点検出画素３１３，３１４の次の電荷蓄積が開始される。
【００４３】
２行目の画素の画素信号の出力回路３３０からの出力が終了した時点で、３行目の撮像画素３１０が垂直走査回路５０２から発せられる制御信号ΦＳ３により選択され、選択された撮像画素３１０の画素信号が垂直信号線５０１へ出力される。制御信号ΦＳ３と同期して発せられる制御信号ΦＨ１によって、垂直信号線５０１へ出力された３行目の画素信号がラインメモリ３２０に一時的に保持される。ラインメモリ３２０に保持された３行目の撮像画素３１０の画素信号は、水平走査回路５０３から発せられる制御信号ΦＶ１、ΦＶ３、ΦＶ５、ΦＶ７にしたがって出力回路３３０へ転送され、出力回路３３０により予め設定された増幅度で増幅されて外部へ出力される。
【００４４】
間引き読み出しモードでは制御信号ΦＶ２、ΦＶ４、ΦＶ６、ΦＶ８が発生しないので、２列目、４列目、６列目、８列目の撮像画素の画素信号（図１０に黒色の正方形で示す撮像画素３１０の信号）は間引かれ、１列目、３列目、５列目、７列目の撮像画素３１０の画素信号（図１０に白色の正方形で示す撮像画素３１０の信号）のみが出力される。３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で、リセット回路５０４から発せられる制御信号ΦＲ３により３行目の撮像画素３１０がリセットされ、制御信号ΦＲ３の立ち下がりで３行目の撮像画素３１０の次の電荷蓄積が開始される。すべての画素の画素信号の出力が終了すると、ふたたび１行目へ戻って上述した動作が周期的に繰り返される。
【００４５】
図１２および図１３において、横軸は時間スケールであり、間引き読み出しモード時には出力する画素信号の数が全画素読み出しモードに比べて半分になるので、同一時間あたりの画素信号の出力回数が同一になるように動作させれば、間引き読み出しモード時は同一時間内で２倍のフレーム数の画像出力を行うことができ、ライブビュー表示における画像更新速度を向上させ、高品位なライブビュー表示を行うことができる。上述したように、間引き読み出しモードでは、同一フレームの読み出し動作において、撮像画素３１０のみが配置された行（図１０に示す例では１行目と３行目）では同じ行の１つ置きの撮像画素３１０の画素信号が間引きされて出力され、また、焦点検出画素３１３，３１４が配置された行（図１０に示す例では２行目）では焦点検出画素３１３，３１４の画素信号が間引かれずに連続して出力されるので、高速にライブビュー表示の更新を行いながら、間引きされていない焦点検出画素３１３，３１４の画素信号を用いた高精度な像ズレ検出演算を行う焦点検出サイクルを短縮することができる。
【００４６】
図１４〜図１７は、図１に示す一実施の形態のデジタルスチルカメラ（撮像装置）の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、カメラの電源が投入されると図１４のステップ１００から電源ＯＮ時の動作を開始し、ステップ１１０で図１５に示す撮像素子間引き読み出しサブルーチンへジャンプする。
【００４７】
図１５は、撮像素子２１２の間引き読み出しサブルーチンの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２００から撮像素子２１２の間引き読み出し動作を開始する。ステップ２１０で撮像素子２１２に間引き読み出し出力モードを設定し、このモードでの繰り返し撮像動作を開始させる。続くステップ２２０では、図１６に示す画素データ読み出し割り込みの発生を待機する。
【００４８】
図１６は、画素データ読み出し割り込み処理を示す示すフローチャートである。図１５のステップ２２０で画素データ読み出し割り込みが発生すると、ボディ駆動制御装置２１４は、画素データ読み出し割り込み処理を開始する。撮像素子２１２は、画素信号を出力する際、１フレーム分の一番最初の画素信号を出力する直前に、ボディ駆動制御装置２１４に対し画素データ読み出し割り込みを発生する。撮像素子２１２が間引き読み出しモードで周期動作を行う場合には、この割り込みが周期的に発生し、ボディ駆動制御装置２１４はステップ３００から処理を開始する。
【００４９】
ステップ３１０で撮像素子２１２から出力される画素データを読み込む。続くステップ３２０において、焦点検出画素３１３，３１４が配列された行（図１０に示す例では２行目）の撮像画素３１０の画素データを、この行の上下にある行（図１０に示す例では１行目と３行目）の撮像画素３１０の間引き画素データで補間する。つまり、焦点検出画素３１３，３１４が配列された行では撮像画素３１０の画素データは読み出されないので、これらの撮像画素３１０の画素データをそれらの周辺の撮像画素３１０の画素データを用いて補間する。次に、撮像画素３１０の間引き画素データと補間した画素データとに基づき画像を生成し、液晶表示素子２１６に表示する（ライブビュー表示）。図１０に示す例では、２行目の１、３，５，７列目の画素位置における補間画素データは、１行目の１、３，５，７列目の撮像画素３１０の画素データと、３行目の１、３，５，７列目の撮像画素３１０の画素データの平均をとる。
【００５０】
ステップ３３０では、焦点検出エリア１０１（図２参照）の一対の焦点検出画素のデータ列（図１０に示す例では、白丸で示す焦点検出画素３１３，３１４の画素データの列）に基づいて、後述する像ズレ検出演算処理（相関演算処理）を行い、焦点検出エリア１０１における像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。ステップ３４０で合焦近傍か否か、つまり算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合はステップ３５０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信して、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０の合焦位置への駆動を更新し、ステップＳ３７０へ進む。なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシングレンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動させ、ステップ３７０へ進む。
【００５１】
一方、合焦近傍であると判定された場合はステップ３６０へ進み、不図示のレリーズボタンの操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判定する。シャッターレリーズ操作がなされていない場合はステップ３７０へ進み、画素データ読み出し割り込み処理から図１５に示す撮像素子間引き読み出しサブルーチンのステップ２２０へリターンし、次の周期の画素データ読み出し割り込みの発生を待機する。なお、画素データ読み出し割り込み処理のステップ３００〜３６０の処理時間は、画素データ読み出し割り込みの発生周期よりも短くなっている。また、シャッターレリーズ操作がなされた場合は図１７に示すレリーズシーケンス動作を実行する。
【００５２】
図１７はレリーズシーケンス動作を示す示すフローチャートである。ステップ４６０において、撮像素子２１２に全画素読み出しモードを設定し、全画素読み出しモードで単発的に撮像動作させる。ステップ４７０で画素データ読み出し割り込みが発生するのを待機し、続くステップ４８０で画素データ読み出し割り込みが発生したら、撮像素子２１２から出力される画素データを読み込む。ステップ４９０では焦点検出画素３１３，３１４の位置の画素データを焦点検出画素３１３，３１４の周囲にある撮像画素３１０の画素データで補間する。ステップ５００において、撮像画素３１０の画素データと上記補間データを画像データとしてメモリカード２１９へ格納する。ステップ５１０では、図１５に示す撮像素子間引き読み出しサブルーチンへジャンプし、ふたたび撮像素子２１２に間引き読み出しモードを設定し、間引き読み出しモードで繰り返し撮像動作を開始させる。
【００５３】
図１６のステップ３３０における像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の詳細について、以下に説明する。焦点検出画素が検出する一対の像は、測距瞳がレンズの絞り開口によりけられて光量バランスが崩れている可能性があるので、光量バランスに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。焦点検出画素列から読み出された一対のデータ列（Ａ１１〜Ａ１Ｍ、Ａ２１〜Ａ２Ｍ：Ｍはデータ数）に対し、下記（１）式に示す相関演算を行い、相関量Ｃ(k)を演算する。
Ｃ(k)＝Σ｜Ａ１n・Ａ２n+1+k−Ａ２n+k・Ａ１n+1｜ ・・・（１）
（１）式において、Σ演算はｎについて累積され、ｎのとる範囲は像ずらし量ｋに応じてＡ１n、Ａ１n+1、Ａ２n+k、Ａ２n+1+kのデータが存在する範囲に限定される。像ずらし量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。
【００５４】
（１）式の演算結果は、図１８(ａ)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１８(ａ)ではｋ＝ｋj＝２）において相関量Ｃ(k)が極小（小さいほど相関度が高い）になる。次に、下記（２）〜（５）式に示す３点内挿の手法を用い、連続的な相関量に対する極小値Ｃ(ｘ)を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ  ・・・（２），
Ｃ(ｘ)＝ Ｃ(ｋj)−｜Ｄ｜  ・・・（３），
Ｄ＝｛Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj+1)｝／２  ・・・（４），
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ(ｋj+1)−Ｃ(ｋj)，Ｃ(ｋj-1)−Ｃ(ｋj)｝・・・（５）
【００５５】
（２）式で算出されたずらし量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定される。図１８(ｂ)に示すように、一対のデータの相関度が低い場合には、内挿された相関量の極小値Ｃ(ｘ)の値が大きくなる。したがって、Ｃ(ｘ)が所定のしきい値以上の場合は算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。あるいは、Ｃ(ｘ)をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ(ｘ)を除した値が所定値以上の場合には、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。あるいはまた、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが所定値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたずらし量の信頼性が低いと判定し、算出されたずらし量ｘをキャンセルする。図１８(ｃ)に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋmin〜ｋmaxの間で相関量Ｃ(k)の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ(ｘ)を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。
【００５６】
なお、相関演算式としては（１）に示す演算式に限定されず、光量バランスが崩れていても像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算式であればどのような演算式を用いてもよい。
【００５７】
算出されたずらし量ｘの信頼性があると判定された場合は、下記（６）式により像ズレ量ｓｈｆｔに換算する。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・ｘ  ・・・（６）
（６）式において、ＰＹは検出ピッチである。次に、（６）により算出された像ズレ量に所定の変換係数ｋを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。
ｄｅｆ＝ｋ・ｓｈｆｔ  ・・・（７）
【００５８】
《発明の他の実施の形態》
上述した一実施の形態では、撮像素子の撮影画面中央に対応する水平方向の行に、２種類の焦点検出画素３１３と３１４を交互に配置し、間引き読み出しモードで１画面（１フレーム）分の画素信号を読み出す場合に、撮像画素のみの行では撮像画素の画素信号を水平方向に所定画素間隔で間引き読み出しを行うとともに、焦点検出画素が配置された中央の行では焦点検出画素のみを水平方向に間引きせずに連続読み出しすることによって、ライブビュー表示用の画素信号読み出しと焦点検出用の画素信号の読み出しとを同時にかつ高速に行うことを可能にしている。
【００５９】
上述した一実施の形態では、撮像画素を１画素おきに間引き読み出しするとともに、焦点検出画素を間引きせずに連続して読み出す例を示したが、このような読み出し方法に限定されず、例えば撮像画素を４画素置きに間引き読み出しするとともに、焦点検出画素を２画素おき（３画素について１画素）に間引き読み出すようにしてもよい。ただし、焦点検出画素列においては２種類の焦点検出画素が交互に配置されているので、間引き読み出しにおいても交互に２種類の焦点検出画素の画素信号が読み出されるように、焦点検出画素列が配置された行についてはＮ画素おき（Ｎは偶数）に間引き読み出しを行う。
【００６０】
焦点検出画素を間引きして読み出すことによって像ズレ検出の精度が低下するが、焦点検出画素の読み出し画素信号数が減少するので、焦点検出精度より焦点検出レスポンスを重視するような場合に適している。このような場合には、レリーズ操作が行われたときに、撮像を行う前にいったん焦点検出画素の信号を連続的に読み出し、これらの焦点検出信号に基づいて高精度な焦点検出を行うとともに、この焦点検出結果に基づいて厳密な焦点調節を行い、その後に撮像動作を行うようにしてもよい。
【００６１】
また、上記実施例においては、間引き読み出しモードで画素信号を読み出す場合には、撮像画素のみの行においては撮像画素の画素信号を所定画素間隔で間引き読み出しを行なうことによって、全画素読み出しモードで画素信号を読み出す場合に比較して１行当たりに読み出される画素信号の数を減少させているが、焦点検出画素が配置された中央の行においては焦点検出画素のみを水平方向に間引きせずに連続読み出ししているので、焦点検出画素の数が多くなると、焦点検出画素が配置された中央の行においては１行あたりの読み出し画素信号数が撮像画素のみが配列されている行の間引き読み出しモードにおける１行あたりの読み出し画素信号数より多くなってしまい、行ごとに読み出し画素信号数が変化してしまうので、読み出し制御および信号処理上、都合が悪い。
そこで、焦点検出画素の数を、撮像画素のみが配列されている行の間引き読み出しモードにおける１行当たりの読み出し画素信号数と等しくするか、それ以下の画素数にして不足分は同じ行で焦点検出画素の左右に配置されている撮像画素の画素信号を読み出すようにしてもよい。あるいは、間引き読み出しモードが設定されているときは、焦点検出画素が含まれる行から画素信号を読み出す画素の総数を、焦点検出画素が含まれない行から画素信号を読み出す画素の総数以下に制限する。
【００６２】
また、上述した一実施の形態では、間引き読み出しモードで画素信号を読み出す場合に、焦点検出画素が配置された中央の行においては焦点検出画素のみを水平方向に間引きせずに連続読み出しする例を示したが、水平走査回路（図１０参照）の制御信号の発生パターンを調整することによって、焦点検出画素が配置された中央の行においては、焦点検出画素を水平方向に間引きせずに連続読み出しするとともに、同じ行で焦点検出画素の左右に配置されている撮像画素を撮像画素のみの行と同様に所定画素間隔で間引き読み出しを行なうようにしてもよい。このようにすれば、焦点検出画素の行においてはライブビュー表示の際に焦点検出画素の部分のみを画素補間すればよいことになる。
さらに、焦点検出画素が配置された行において撮像画素および焦点検出画素を所定の画素間隔（Ｎ画素おき、Ｎ：偶数）で間引き読み出しを行うとともに、この画素間隔を、撮像画素のみの行における撮像画素の画素信号を間引き読み出しする際の画素間隔と等しくするようにしてもよい。
【００６３】
上述した一実施の形態では、垂直方向（撮影画面の上下方向に対応する）については行間引き行っていないが、図１９に示すように、垂直方向でｎ行当たり１行だけ画素信号を読み出すような垂直方向の行間引きを行うようにしてもよい。図１９は垂直方向の行間引き読み出し動作を説明するための図である。撮像素子の受光面２００において、撮像画素と焦点検出画素が２次元状に配列されている。水平方向（撮影画面の左右方向に対応する）の矢印は、１行分の画素信号の読み出しを示す。破線の矢印で示す行に焦点検出画素列２０１が配列されており、この行から読み出される画素信号の一部に焦点検出画素列２０１の画素信号が含まれている。
【００６４】
図１９に示す例では、焦点検出画素が配置された破線で示す行が、行間引き時に所定行間隔で読み出される行に含まれているが、このような場合にはライブビュー表示の際に画素補間を行う必要がある。そこで、図２０に示すように、焦点検出画素が配置された破線で示す行が、所定行間隔で読み出される行の間に位置しており、図においてｎ１＋ｎ２＝ｎの関係になっている。垂直走査回路は垂直方向の走査により行間引きを行う際にはｎ行当たり１行が選択されるように制御信号を発生するが、焦点検出画素が配置されている破線で示す行については例外的に特別に制御信号を発生し、この行を選択して焦点検出画素の画素信号を読み出すようにする。このようにすれば、ライブビュー表示の際に画素補間を行う必要がなくなる。
【００６５】
撮像素子における焦点検出エリアの配置は図２に示す配置に限定されず、図２１に示すように撮影画面１００の中央以外に焦点検出エリア１０２〜１０５を配置してもよい。このような場合には、図２２に示すように画面１００の中央および左右に配置された焦点検出画素列では、垂直方向の行間引きによる水平方向の読み出しライン２１０において、焦点検出エリア１０１、１０２、１０３に対応する焦点検出画素列２０１，２０２、２０３の画素信号が水平方向に連続して読み出される。また、画面１００の上部に配置された焦点検出画素列では、垂直方向の行間引きによる水平方向の読み出しライン２１１において、焦点検出エリア１０４に対応する焦点検出画素列２０４の画素信号が水平方向に連続して読み出される。さらに、画面１００の下部に配置された焦点検出画素列では、垂直方向の行間引きによる水平方向の読み出しライン２１２において、焦点検出エリア１０５に対応する焦点検出画素列２０５の画素信号が水平方向に連続して読み出される。
【００６６】
図２３は変形例の撮像素子２１２Ａの詳細な構成を示す正面図であり、焦点検出エリアの近傍を拡大して示す。この撮像素子２１２Ａは、撮像画素３１０と焦点検出画素３１３、３１４から構成される。撮像画素３１０は水平および垂直方向に２次元状に正方格子配列され、図２４に示す分光特性の色フィルタ（赤、緑、青）を備えた３種類の赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）および青画素（Ｂ）からなり、これらの３種類の画素がベイヤー配列されている。一方、焦点検出画素３１３、３１４は、撮像画素３１０の青画素と緑画素が配置されるべき行に水平方向に交互に配列される。
【００６７】
このような撮像画素３１０においては、水平方向の間引きおよび垂直方向の間引きを行って画素信号を間引きして読み出す場合でも、間引きされた画素信号がベイヤー配列の順番になっていることが望ましい。すなわち、水平方向においては赤画素信号、緑画素信号、赤画素信号、緑画素信号、・・の順番、あるいは緑画素信号、青画素信号、緑画素信号、青画素信号、・・の順番に読み出されるとともに、垂直方向においては、赤画素信号および緑画素信号からなる行、緑画素信号および青画素信号からなる行、赤画素信号および緑画素信号からなる行、緑画素信号および青画素信号からなる行、・・の順番に読み出されるように、水平方向の間引き画素間隔および垂直方向の行間引き間隔が決定される。つまり、水平方向はｍ画素置き（ｍは０を除く偶数）に間引き読み出しを行い、垂直方向はＭ行置き（Ｍは０を除く偶数）に間引き読み出しを行う。
【００６８】
図２３に示す撮像素子２１２Ａでは、撮像画素３１０がベイヤー配列の色フィルターを備えた例を示したが、色フィルターの構成や配列はこの撮像素子２１２Ａに限定されず、補色フィルター（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用してもよい。また、図２３に示す撮像素子２１２Ａでは、焦点検出画素３１３，３１４には色フィルターを設けない例を示したが、撮像画素３１０と同色の色フィルターの内のいずれかひとつのフィルター、例えば緑フィルターを備えるようにした場合でも、本発明を適用することができる。
【００６９】
図５に示す焦点検出画素３１３，３１４では、光電変換部１３，１４の形状を半円形とした例を示したが、光電変換部の形状はこの例に限定されず、他の形状であってもよい。例えば焦点検出画素の光電変換部の形状を楕円や矩形や多角形にすることも可能である。また、図３に示す撮像素子２１２では、撮像画素と焦点検出画素を稠密正方格子配列に配置した例を示したが、稠密六方格子配列としてもよい。
【００７０】
本願発明の撮像装置はカメラボディに交換レンズを装着したデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラに限定されず、レンズ一体型のデジタルスチルカメラやフィルムスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも適用するとができる。また、携帯電話機などに内蔵される小型カメラモジュールや監視カメラ、あるいはロボット用の視覚認識装置などにも適用することができる。さらには、カメラ以外の焦点検出装置や測距装置、ステレオ測距装置にも適用することができる。
【００７１】
なお、複数の焦点検出画素からなる焦点検出画素配列が複数の行に跨って配列される場合（例えば、図３の垂直方向あるいは斜め方向に焦点検出画素配列を配置する場合）には、撮像素子の画素配列のうち、出力を間引く画素を避けて焦点検出画素を配置するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は一実施の形態のカメラの構成を示すカメラの横断面図
【図２】撮影画面上の焦点検出位置を示す図
【図３】撮像素子の詳細な構成を示す正面図
【図４】撮像画素の詳細を示す正面図
【図５】焦点検出画素の詳細を示す正面図
【図６】撮像画素と焦点検出画素の分光感度特性を示す図
【図７】撮像画素の断面図
【図８】焦点検出画素の断面図
【図９】マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図
【図１０】撮像素子の回路構成を示す概念図
【図１１】撮像素子の撮像画素と焦点検出画素の詳細な回路図
【図１２】図１０に示す撮像素子の通常動作モードの動作を示すタイミングチャート
【図１３】図１０に示す撮像素子の間引き読み出しモードの動作を示すタイミングチャート
【図１４】図１に示す一実施の形態のデジタルスチルカメラ（撮像装置）の動作を示すフローチャート
【図１５】撮像素子間引き読み出しサブルーチンを示すフローチャート
【図１６】画素データ読み出し割り込みルーチンを示すフローチャート
【図１７】シャッターレリーズ動作を示すフローチャート
【図１８】像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の結果を判定する方法を説明する図
【図１９】垂直方向の行間引き読み出し動作を説明するための図
【図２０】垂直方向の行間引き読み出し動作を説明するための図
【図２１】撮影画面の中央以外に焦点検出エリアを配置した撮像素子の焦点検出エリア配置図
【図２２】図２１に示す撮像素子の垂直方向の行間引き読み出し動作を説明するための図
【図２３】変形例の撮像素子の構成を示す正面図
【図２４】色フィルターを備えた撮像画素の分光感度特性を示す図
【符号の説明】
【００７３】
１０；マイクロレンズ、１３，１４；光電変換部、２０２；交換レンズ、２０６；レンズ駆動制御装置、２１２，２１２Ａ；撮像素子、２１５；液晶表示素子駆動回路、２１６；液晶表示素子、２１９；ボディ駆動制御装置、３１０；撮像画素、３１３，３１４；焦点検出画素、３３０；出力回路、５０２；垂直走査回路、５０３；水平走査回路
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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