(57)【要約】【課題】カメラのライブビュー表示に適した信号を固体撮像装置から高速に出力する。【解決手段】固体撮像素子３には、受光量に応じたアナログ形式の画素信号をそれぞれ出力する複数の画素２０が２次元状に配列されている。垂直走査回路２１により画素２０の行を選択すると共に、水平走査回路２２により画素２０の複数の列を同時に選択すると、選択された行に属する画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号のうち、選択された複数の列に対応する画素信号を、カラム接続線３５ａにより合成する。こうして合成された画素信号を、カラムＡＤ変換回路３４によりアナログ形式からデジタル形式に変換した後、水平信号線３５ｃにより伝送して固体撮像素子３から出力する。【選択図】図２
2009130582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配列され、受光量に応じたアナログ形式の画素信号をそれぞれ出力する複数の画素と、
前記画素の行を選択する垂直走査回路と、
前記画素の列毎に設けられ、前記垂直走査回路により選択された行に属する画素から出力される前記画素信号を伝送する垂直信号線と、
前記画素の複数の列を同時に選択する水平走査回路と、
前記垂直信号線に出力された画素信号のうち、前記水平走査回路により同時に選択された複数の列に対応する画素信号を合成する合成回路と、
前記合成回路により合成された画素信号をアナログ形式からデジタル形式に変換する第１の変換回路と、
前記第１の変換回路によりデジタル形式に変換された画素信号を伝送する水平信号線とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記合成回路により合成された画素信号を前記第１の変換回路を介さずに前記水平信号線に伝送する直結信号線と、
前記第１の変換回路または前記直結信号線のいずれかを前記合成回路の接続先として選択する選択回路とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像装置において、
前記合成回路により合成され、前記直結信号線により前記第１の変換回路を介さずに前記水平信号線に伝送された画素信号を、アナログ形式からデジタル形式に変換する第２の変換回路をさらに備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の固体撮像装置において、
前記直結信号線は、所定数の前記画素の列によって構成されるグループごとに設けられており、
前記合成回路により合成され、前記直結信号線により前記第１の変換回路を介さずに前記水平信号線に伝送された画素信号を、複数の前記グループ間でさらに合成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像装置において、
前記合成回路は、所定数の前記画素の列によって構成されるグループごとに設けられており、
前記水平走査回路は、前記グループ内で前記画素の複数の列を同時に選択することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像装置において、
前記複数の画素は、前記画素信号として撮像光学系の焦点検出に用いるための信号を出力する焦点検出用画素と、前記画素信号として前記撮像光学系による像を撮像するための信号を出力する撮像用画素とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像装置において、
前記焦点検出用画素として、前記撮像光学系による射出瞳の第１の領域を通過した光束を受光するための第１の焦点検出用画素と、前記第１の領域とは異なる前記撮像光学系の第２の領域を通過した光束を受光するための第２の焦点検出用画素とを有し、
前記第１の焦点検出用画素と前記第２の焦点検出用画素とは、同一の行内に配置されており、
前記水平走査回路は、前記垂直走査回路によって前記第１の焦点検出用画素および前記第２の焦点検出用画素が配置された行が選択された場合に、前記第１の焦点検出用画素が配置された列と、前記第２の焦点検出用画素が配列された列とを同時に選択することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項２〜４のいずれか一項に記載の固体撮像装置において、
前記複数の画素は、前記画素信号として撮像光学系の焦点検出に用いるための信号を出力する焦点検出用画素と、前記画素信号として前記撮像光学系による像を撮像するための信号を出力する撮像用画素とを含み、
前記選択回路は、前記垂直走査回路によって前記焦点検出用画素が配置された行が選択された場合には、前記直結信号線を前記合成回路の接続先として選択し、前記垂直走査回路によって前記焦点検出用画素が配置されていない行が選択された場合には、前記第１の変換回路を前記合成回路の接続先として選択することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の固体撮像装置を備えた電子カメラ。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子カメラにおいて、
前記固体撮像装置からの出力信号に基づいて、撮像光学系による像をライブビュー表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびこれを用いた電子カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子カメラが広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像装置が使用されている。これらの固体撮像装置には、入射光の光量に応じて信号電荷を生成する画素がマトリクス状に複数配置されている。各画素において生成された信号電荷、又は、信号電荷に応じた電気信号は、タイミングジェネレータの指示の下に走査回路から出力される駆動信号に従って、画素の列毎に設けられた垂直信号線などを介して外部に出力される。
【０００３】
上記のような固体撮像装置により撮像された被写体像の動画像をリアルタイムで液晶モニタに表示することにより、いわゆるライブビュー表示を行うカメラが知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、各垂直信号線に対してカラムＡＤ変換回路を設け、画素の列毎にカラムＡＤ変換を行って出力信号をデジタル化することで、出力の高速化を図った固体撮像装置が知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８４９１２号公報
【特許文献２】特開２００５−８６２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、カメラにおいてライブビュー表示を行う液晶モニタの解像度は、固体撮像装置の解像度よりも低い場合が多い。このような場合、特許文献２に開示されるような固体撮像装置から出力される出力信号をそのまま用いてライブビュー表示を行うことはできず、液晶モニタの解像度に合わせて画素間で出力信号の合成処理などを行う必要があるため、カメラにおいてライブビュー表示の際に処理負荷が増大することがある。このようにライブビュー表示の際に処理負荷が増大するのを避けるため、ライブビュー表示に適した信号を固体撮像装置から高速に出力することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明による固体撮像装置は、２次元に配列され、受光量に応じたアナログ形式の画素信号をそれぞれ出力する複数の画素と、画素の行を選択する垂直走査回路と、画素の列毎に設けられ、垂直走査回路により選択された行に属する画素から出力される画素信号を伝送する垂直信号線と、画素の複数の列を同時に選択する水平走査回路と、垂直信号線に出力された画素信号のうち、水平走査回路により同時に選択された複数の列に対応する画素信号を合成する合成回路と、合成回路により合成された画素信号をアナログ形式からデジタル形式に変換する第１の変換回路と、第１の変換回路によりデジタル形式に変換された画素信号を伝送する水平信号線とを備える。
請求項２の発明は、請求項１に記載の固体撮像装置において、合成回路により合成された画素信号を第１の変換回路を介さずに水平信号線に伝送する直結信号線と、第１の変換回路または直結信号線のいずれかを合成回路の接続先として選択する選択回路とを備えるものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載の固体撮像装置において、合成回路により合成され、直結信号線により第１の変換回路を介さずに水平信号線に伝送された画素信号を、アナログ形式からデジタル形式に変換する第２の変換回路をさらに備えるものである。
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の固体撮像装置において、直結信号線が所定数の画素の列によって構成されるグループごとに設けられており、合成回路により合成され、直結信号線により第１の変換回路を介さずに水平信号線に伝送された画素信号を、複数のグループ間でさらに合成するものである。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像装置において、合成回路は、所定数の画素の列によって構成されるグループごとに設けられており、水平走査回路は、グループ内で画素の複数の列を同時に選択するものである。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像装置において、複数の画素は、画素信号として撮像光学系の焦点検出に用いるための信号を出力する焦点検出用画素と、画素信号として撮像光学系による像を撮像するための信号を出力する撮像用画素とを含むものである。
請求項７の発明は、請求項６に記載の固体撮像装置において、焦点検出用画素として、撮像光学系による射出瞳の第１の領域を通過した光束を受光するための第１の焦点検出用画素と、第１の領域とは異なる撮像光学系の第２の領域を通過した光束を受光するための第２の焦点検出用画素とを有し、第１の焦点検出用画素と第２の焦点検出用画素とは、同一の行内に配置されており、水平走査回路は、垂直走査回路によって第１の焦点検出用画素および第２の焦点検出用画素が配置された行が選択された場合に、第１の焦点検出用画素が配置された列と、第２の焦点検出用画素が配列された列とを同時に選択するものである。
請求項８の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の固体撮像装置において、複数の画素は、画素信号として撮像光学系の焦点検出に用いるための信号を出力する焦点検出用画素と、画素信号として撮像光学系による像を撮像するための信号を出力する撮像用画素とを含み、選択回路は、垂直走査回路によって焦点検出用画素が配置された行が選択された場合には、直結信号線を合成回路の接続先として選択し、垂直走査回路によって焦点検出用画素が配置されていない行が選択された場合には、第１の変換回路を合成回路の接続先として選択するものである。
請求項９の発明による電子カメラは、請求項１〜８のいずれか一項に記載の固体撮像装置を備える。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の電子カメラにおいて、固体撮像装置からの出力信号に基づいて、撮像光学系による像をライブビュー表示する表示手段をさらに備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、カメラのライブビュー表示に適した信号を固体撮像装置から高速に出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明による固体撮像装置について、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態による固体撮像装置を有する電子カメラ１の構成を示すブロック図である。電子カメラ１には、撮像光学系を構成する撮影レンズ２が装着される。この撮影レンズ２は、レンズ制御部２ａによってフォーカスや絞りが駆動される。撮影レンズ２による像面に対応する位置には、固体撮像素子３が配置される。
【００１０】
固体撮像素子３は、撮像制御部４の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子３から出力される信号は、被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号、または撮影レンズ２の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号のいずれかである。撮像用信号の一部は、自動露光用測光情報に用いられる場合もある。いずれにおいても信号は、信号処理部５およびＡ／Ｄ変換部６を介して処理された後、メモリ７に一旦蓄積される。メモリ７は、バス８に接続される。バス８には、レンズ制御部２ａ、撮像制御部４、マイクロプロセッサ９、焦点演算部１０、露光演算部１４、記録部１１、画像圧縮部１２、画像処理部１３、表示制御部１５なども接続される。表示制御部１５は、ライブビュー表示などのモニタ画像等を液晶表示部（ＬＣＤ）１６に表示させる。上記マイクロプロセッサ９には、レリーズボタンなどの操作部９ａが接続される。また、上記の記録部１１には記録媒体１１ａが着脱可能に装着される。固体撮像素子３、撮像制御部４および信号処理部５等によって、本発明の一実施形態による固体撮像装置が構成されている。
【００１１】
図２は、図１中の固体撮像素子３の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子３は、２次元マトリクス状に配列された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。図２において、画素数は、横に８列、縦に４行の合計３２個の画素を示している。しかし、本実施の形態では、実際の画素数はそれよりも多くなっている。もっとも、本発明では、画素数は特に限定されるものではない。
【００１２】
本実施の形態では、固体撮像素子３は、画素２０として、撮像用画素２０ｅと、焦点検出用画素（以下、「ＡＦ用画素」と称する。）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄとを有している。撮像用画素２０ｅは、撮影レンズ２による像を撮像するための信号として、撮影レンズ２によって結像される被写体像を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する。一方、焦点検出用画素２０ａ〜２０ｄは、撮影レンズ２の焦点検出に用いるための信号として、瞳分割位相差方式に従って撮影レンズ２の焦点調節状態を検出するための焦点検出用信号をそれぞれ出力する。なお、以下の説明では、これらの画素をまとめて画素２０と称することもある。
【００１３】
図２では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色にそれぞれ対応する撮像用画素２０ｅと、Ｇに対応するＡＦ用画素２０ａおよび２０ｂとを示しているが、実際にはこれらに加えて、さらにＧに対応するＡＦ用画素２０ｃと２０ｄも、固体撮像素子３に配置されている。これらの画素の具体的な回路構成や構造は、後述する。
【００１４】
画素２０は、撮影レンズ２を通過した光束を受光し、周辺回路の駆動信号に従って、その受光量に応じたアナログ形式の画素信号として、前述の撮像用信号または焦点検出用信号をそれぞれ出力する。また、全ての画素２０は、同時に光電変換部がリセットされて露光時間が同一の長さでかつ同一のタイミングとなる電子シャッタ動作が行われることも、あるいは１行ずつ読み出す電子シャッタ動作（ローリングシャッタ）も、可能となっている。
【００１５】
固体撮像素子３の周辺回路は、垂直走査回路２１、水平走査回路２２、駆動信号線２３ａ〜２３ｃおよび２４〜２６、基準信号線２７、垂直信号線２８、定電流源２９、カラムアンプ３０、前段スイッチ３１、後段スイッチ３２ａ〜３２ｃ、リセットスイッチ３３、カラムＡＤ変換回路３４、カラム接続線３５ａ、直結信号線３５ｂ、水平信号線３５ｃ、出力スイッチ３６ａおよび３６ｂ、出力アンプ３７、水平ＡＤ変換回路３８等からなる。
【００１６】
垂直走査回路２１は、画素２０を垂直方向に走査していずれかの行を選択する。水平走査回路２２は、画素２０を水平方向に走査していずれかの列を選択すると共に、画素２０からのアナログ信号をデジタル信号に変換する際のＡＤ変換方法を、後述するカラムＡＤ変換または水平ＡＤ変換のいずれかより選択する。駆動信号線２３ａ〜２３ｃは垂直走査回路２１とそれぞれ接続されており、駆動信号線２４〜２６および基準信号線２７は水平走査回路２２とそれぞれ接続されている。垂直信号線２８は、垂直走査回路２１により選択された行に属する画素２０から出力される画素信号、すなわち撮像用信号または焦点検出用信号を伝送するための信号線であり、画素２０の列毎に設けられている。垂直信号線２８の各々は、定電流源２９およびカラムアンプ３０と接続されている。カラムアンプ３０は、垂直走査回路２１によって選択された行に属する画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号（撮像用信号または焦点検出用信号）を、画素２０の列毎に増幅して出力する。前段スイッチ３１、後段スイッチ３２ａ〜３２ｃ、リセットスイッチ３３および出力スイッチ３６ａ，３６ｂは、それぞれトランジスタからなる。
【００１７】
カラム接続線３５ａは、上記のようにして垂直信号線２８に出力された画素信号のうち、水平走査回路２２によって選択された列に対応する画素信号を、後段スイッチ３２ａ、３２ｃおよびリセットスイッチ３３の一端に伝送する。なお、水平走査回路２２は、後述するように画素２０の複数の列を同時に選択することができる。この際には、カラム接続線３５ａにおいて、その同時に選択された複数の列に対応する画素信号が合成された後、後段スイッチ３２ａ、３２ｃおよびリセットスイッチ３３に伝送される。すなわち、カラム接続線３５ａは、画素信号を合成する合成回路として機能する。
【００１８】
直結信号線３５ｂは、垂直信号線２８に出力された画素信号をカラムＡＤ変換回路３４を介さずに水平信号線３５ｃに伝送するための信号線である。後述するように後段スイッチ３２ｃがオンされると、この直結信号線３５ｂを通って、垂直信号線２８に出力された画素信号のうち水平走査回路２２によって選択された列に対応する画素信号が、水平信号線３５ｃに伝送される。なお、上記のように水平走査回路２２によって画素２０の複数の列が同時に選択された場合は、カラム接続線３５ａにおいて合成された画素信号が、直結信号線３５ｂを通って水平信号線３５ｃに伝送される。
【００１９】
水平信号線３５ｃは、上記の直結信号線３５ｂ、またはカラムＡＤ変換回路３４を介して伝送されてきた画素信号を、固体撮像素子３からの出力信号として、固体撮像素子３の外部に向けて伝送する。なお、カラムＡＤ変換回路３４を介して水平信号線３５ｃに伝送される画素信号は、カラムＡＤ変換回路３４によってアナログ形式からデジタル形式に変換されている。一方、直結信号線３５ｂを介して水平信号線３５ｃに伝送される画素信号は、アナログ形式のままである。
【００２０】
本実施の形態では、垂直信号線２８、定電流源２９、カラムアンプ３０および前段スイッチ３１は、１つの画素２０の列に対してそれぞれ１つずつ設けられている。これに対して、後段スイッチ３２ａ〜３２ｃ、リセットスイッチ３３、カラムＡＤ変換回路３４、カラム接続線３５ａおよび直結信号線３５ｂは、１つのグループを構成する８つの画素２０の列に対してそれぞれ共通に１つ設けられている。なお、図２では、８列からなる１つのグループのみを示しているが、実際にはこれと同様の回路構成を有する多数のグループが設けられている。各前段スイッチ３１の一端は、対応するカラムアンプ３０に接続されており、他端は、カラム接続線３５ａに共通に接続されている。
【００２１】
各前段スイッチ３１のゲートには、駆動信号線２４を介して、水平走査回路２２からの駆動信号φＨ（φＨ１〜φＨ８）が入力される。これにより、各前段スイッチ３１のオンオフ動作が駆動信号φＨに応じて制御される。一方、各後段スイッチ３２ａ〜３２ｃおよび各出力スイッチ３６ａ，３６ｂのゲートには、駆動信号線２６を介して、水平走査回路２２からの駆動信号φＧ（φＧ１〜φＧ３）が入力される。これにより、各後段スイッチ３２ａ〜３２ｃおよび各出力スイッチ３６ａ，３６ｂのオンオフ動作が駆動信号φＧに応じて制御される。リセットスイッチ３３のゲートには、駆動信号線２５を介して、水平走査回路２２からの駆動信号φＲが入力される。これにより、リセットスイッチ３３のオンオフ動作が駆動信号φＲに応じて制御される。
【００２２】
後段スイッチ３２ａの他端は、カラムＡＤ変換回路３４に接続されている。カラムＡＤ変換回路３４は、後段スイッチ３２ａがオンされると、前段スイッチ３１によって選択された垂直信号線２８に接続されている画素２０の列のうち、垂直走査回路２１によって選択されている画素２０からアナログ信号として出力され、カラムアンプ３０によって増幅された後にカラム接続線３５ａを通って伝送された撮像用信号または焦点検出用信号を、デジタル信号に変換する。そして、後段スイッチ３２ｂがオンされると、それに応じて変換後のデジタル信号を水平信号線３５ｃへ出力する。このとき同時に出力スイッチ３６ａがオンされ、当該デジタル信号が固体撮像素子３から出力される。このようにカラムＡＤ変換回路３４を用いて、８列の画素２０からなるグループごとに、画素２０からの撮像用信号または焦点検出用信号をデジタル信号に変換する方法を、以下ではカラムＡＤ変換と称する。
【００２３】
上記のようにして、カラムＡＤ変換回路３４を用いたカラムＡＤ変換により、画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号のうち、水平走査回路２２によって選択された列に対応する画素信号を、アナログ形式からデジタル形式に変換して出力することができる。この際、複数の前段スイッチ３１を同時にオンすることにより、同一グループに属する画素２０の列内で、行方向に（すなわち、異なる列間で）複数の画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号を加算して出力する水平画素加算を行うこともできる。このような同一グループ内での水平画素加算を、以下ではグループ内水平画素加算と称する。あるいは、グループ内水平画素加算を行わずに、行方向の画素２０の信号を個々に読み出すこともできる。
【００２４】
すなわち、カラムＡＤ変換の際に行われるグループ内水平画素加算では、画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号のうち、水平走査回路２２が複数の前段スイッチ３１を同時にオンして選択した複数の列に対応する画素信号が、カラム接続線３５ａによって合成される。こうして合成された画素信号が、カラムＡＤ変換回路３４によってアナログ形式からデジタル形式に変換された後、水平信号線３５ｃを通って伝送され、固体撮像素子３から出力される。
【００２５】
一方、後段スイッチ３２ｃの他端は、カラムＡＤ変換回路３４を介さずに水平信号線３５に接続されている。後段スイッチ３２ｃがオンされると、前段スイッチ３１によって選択された垂直信号線２８に接続されている画素２０の列のうち、垂直走査回路２１によって選択されている画素２０からアナログ信号として出力され、カラムアンプ３０によって増幅された撮像用信号または焦点検出用信号が、カラム接続線３５ａと直結信号線３５ｂを通ってデジタル信号に変換されずにそのまま水平信号線３５ｃへ出力される。このとき同時に出力スイッチ３６ｂがオンされ、当該アナログ信号が出力アンプ３７によって増幅された後に、水平ＡＤ変換回路３８へ入力される。水平ＡＤ変換回路３８は、出力アンプ３７から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。水平ＡＤ変換回路３８によって変換されたデジタル信号は、固体撮像素子３から出力される。このように水平ＡＤ変換回路３８を用いて、画素２０から水平信号線３５へアナログ信号として出力された撮像用信号または焦点検出用信号をデジタル信号に変換する方法を、以下では水平ＡＤ変換と称する。
【００２６】
上記のようにして、水平ＡＤ変換回路３８を用いた水平ＡＤ変換により、画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号のうち、水平走査回路２２によって選択された列に対応する画素信号を、アナログ形式からデジタル形式に変換して出力することができる。この際、複数の前段スイッチ３１を同時にオンすることにより、前述したグループ内水平画素加算を行って、同一グループに属する画素２０の列内で、行方向に（すなわち、異なる列間で）複数の画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号を加算して出力することもできる。さらに、異なるグループに属する画素２０の列についても、それぞれのグループに対して設けられた前段スイッチ３１および後段スイッチ３２ｃを同時にオンことにより、行方向に（すなわち、異なる列間で）複数の画素２０の信号を加算して出力する水平画素加算を行うことができる。この際、グループ内水平画素加算を行うことでカラム接続線３５ａにおいて同一グループ内で合成された画素信号が、水平信号線３５ｃにおいて複数のグループ間でさらに合成される。このような異なるグループ間での水平画素加算を、以下ではグループ間水平画素加算と称する。あるいは、グループ内水平画素加算またはグループ間水平画素加算を行わずに、行方向の画素２０の信号を個々に読み出すこともできる。
【００２７】
すなわち、水平ＡＤ変換の際に行われるグループ内水平画素加算では、画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号のうち、水平走査回路２２が複数の前段スイッチ３１を同時にオンして選択した複数の列に対応する画素信号が、カラム接続線３５ａによって合成される。こうして合成された画素信号が、直結信号線３５ｂにより、カラムＡＤ変換回路３４を介さずに水平信号線３５ｃに伝送される。この画素信号が水平信号線３５ｃを通って出力アンプ３７および水平ＡＤ変換回路３８へ伝送され、水平ＡＤ変換回路３８によってアナログ形式からデジタル形式に変換された後、固体撮像素子３から出力される。
【００２８】
さらに、水平ＡＤ変換の際に行われるグループ間水平画素加算では、カラム接続線３５ａによって合成され、直結信号線３５ｂによりカラムＡＤ変換回路３４を介さずに水平信号線３５ｃに伝送された画素信号が、水平信号線３５ｃによってさらに複数のグループ間で合成される。こうして合成された画素信号が水平信号線３５ｃを通って出力アンプ３７および水平ＡＤ変換回路３８へ伝送され、水平ＡＤ変換回路３８によってアナログ形式からデジタル形式に変換された後、固体撮像素子３から出力される。
【００２９】
リセットスイッチ３３の他端には、基準信号線２７を介して、水平走査回路２２から基準電圧Vrefが入力される。この基準電圧Vrefは、カラムＡＤ変換回路３４または出力アンプ３７への入力電圧をリセットするために用いられる。前段スイッチ３１によって選択される画素２０の列（すなわち、カラムアンプ３０）が切り替えられる前には、リセットスイッチ３３がオンされることにより、カラムＡＤ変換回路３４または出力アンプ３７への入力電圧、すなわちカラム接続線３５ａの電圧が、基準電圧Vrefに一旦リセットされる。その後、前段スイッチ３１が切り替えられることにより、異なる画素２０の列が選択される。このようにして、前に選択していた列に属する画素２０からの信号が混合されてしまうのを防いでいる。
【００３０】
以上説明したように、水平走査回路２２が後段スイッチ３２ａまたは３２ｃのいずれか一方をオンさせるように制御することにより、カラムＡＤ変換または水平ＡＤ変換のいずれかのＡＤ変換方法が選択される。カラムＡＤ変換を選択する場合は、後段スイッチ３２ａをオンして後段スイッチ３２ｃをオフすることにより、カラム接続線３５ａをカラムＡＤ変換回路３４に接続する。一方、水平ＡＤ変換を選択する場合は、後段スイッチ３２ａをオフして後段スイッチ３２ｃをオンすることにより、カラム接続線３５ａを直結信号線３５ｂに接続する。すなわち、水平走査回路２２は、後段スイッチ３２ａおよび３２ｃの動作を制御することにより、カラムＡＤ変換回路３４または直結信号線３５ｂのいずれかをカラム接続線３５ａの接続先として選択する選択回路としても動作する。そして、垂直走査回路２１が選択した行に属し、かつ水平走査回路２２が前段スイッチ３１を制御して選択した列に属する画素２０から画素信号として出力される撮像用信号または焦点検出用信号が、カラムＡＤ変換回路３４または水平ＡＤ変換回路３８のいずれか一方によってデジタル信号に変換され、固体撮像素子３から出力される。
【００３１】
なお、カラムＡＤ変換または水平ＡＤ変換のいずれのＡＤ変換方法であっても、複数の前段スイッチ３１を同時にオンすることにより、グループ内で行方向に複数の画素２０の信号を加算して出力するグループ内水平画素加算を行うことができる。さらに、水平ＡＤ変換が選択された場合には、異なるグループに属する複数の後段スイッチ３２ｃを同時にオンさせると共に、それぞれのグループでいずれかの前段スイッチ３１をオンすることにより、異なるグループ間で行方向に複数の画素２０の信号を加算して出力するグループ間水平画素加算を行うこともできる。なお、グループ内水平画素加算を行う場合はカラムＡＤ変換を選択し、グループ間水平画素加算を行う場合は水平ＡＤ変換を選択するのが好ましい。
【００３２】
なお、同一グループ内に属する画素２０の列の数は、上記のように８列に限らず、任意の列数を設定することができる。すなわち、グループ内水平画素加算によって水平画素加算し得る画素数は、上記の例に限らず、所望の数に設定することができる。グループ間水平画素加算についても水平画素加算し得る画素数を所望の数に設定できることは言うまでもない。また、水平画素加算を選択的に行い得るようにする回路構成は、前述した構成に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００３３】
各画素２０は、いずれの画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅであっても、ほぼ同一の回路構成を有している。図３は、図１中の固体撮像素子３の画素２０を示す回路図である。
【００３４】
各画素２０は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、フォトダイオードＰＤ、フローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、転送トランジスタＴＸ、リセットトランジスタＲＥＳおよび選択トランジスタＳＥＬを有している。フォトダイオードＰＤは、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部として動作する。フローティングディフュージョンＦＤは、フォトダイオードＰＤによって蓄積された信号電荷を受け取って、その信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部として動作する。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する増幅部として動作する。転送トランジスタＴＸは、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する電荷転送部として動作する。リセットトランジスタＲＥＳは、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするリセット部として動作する。選択トランジスタＳＥＬは、当該画素２０を選択するための選択部として動作する。これらの各部は、図３に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素２０のトランジスタＡＭＰ，ＴＸ，ＲＥＳ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図３においてＶｄｄは電源電圧である。
【００３５】
転送トランジスタＴＸのゲートは、画素２０の行毎に設けられた駆動信号線２３ａに接続されている。この駆動信号線２３ａを介して、垂直走査回路２１から転送トランジスタＴＸに駆動信号φＴＸが供給される。リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、画素２０の行毎に設けられた駆動信号線２３ｃに接続されている。この駆動信号線２３ｃを介して、垂直走査回路２１からリセットトランジスタＲＥＳに駆動信号φＲＳＴが供給される。選択トランジスタＳＥＬのゲートは、画素２０の行毎に設けられた駆動信号線２３ｂに接続されている。この駆動信号線２３ｂを介して、垂直走査回路２１から選択トランジスタＳＥＬに駆動信号φＳＥＬが供給される。
【００３６】
フォトダイオードＰＤは、入射光の光量（被写体光）に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタＴＸは、駆動信号φＴＸのＨレベル期間にオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＥＳは、駆動信号φＲＳＴのＨレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤをリセットする。
【００３７】
増幅トランジスタＡＭＰは、そのドレインが電源電圧Ｖｄｄに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、そのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続されている。これにより、定電流源２９を負荷とするフォースフォロワ回路が構成されている。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧値に応じて、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線２８に読み出し電流を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、駆動信号φＳＥＬのＨレベル期間にオンし、増幅トランジスタＡＭＰのソースを垂直信号線２８に接続する。
【００３８】
垂直走査回路２１は、撮像制御部４からの駆動パルス（図示せず）を受けて、画素２０の行毎に、駆動信号φＳＥＬ、φＲＳＴおよびφＴＸをそれぞれ出力することにより、画素２０の行を選択する。水平走査回路２２は、撮像制御部４からの駆動パルス（図示せず）を受けて、駆動信号φＨ１〜φＨ８，φＧ１〜φＧ３およびφＲを出力することにより、前段スイッチ３１を制御して画素２０の列を選択すると共に、後段スイッチ３２ａ〜３２ｃおよび出力スイッチ３６ａ，３６ｂを制御してカラムＡＤ変換または水平ＡＤ変換のいずれかのＡＤ変換方法を選択する。
【００３９】
図４は、図１中の固体撮像素子３の有効画素領域を模式的に示す概略平面図である。図４では、理解を容易にするため、有効画素領域には２０×２０個の画素２０が存在するものとしている。図４において、被写界内（撮影レンズ２による像面内）に予め設定された焦点検出領域に対応する画素の範囲を太線で囲んでいる。本実施の形態では、図４に示すように、固体撮像素子３の有効画素領域には、中央に配置された十字状をなす２つの焦点検出領域と、左右に配置されてそれぞれ上下に延びる２つの焦点検出領域と、上下に配置されてそれぞれ左右に延びる２つの焦点検出領域とにそれぞれ対応して、ＡＦ用画素２０ａ〜２０ｄが設けられている。ＡＦ用画素２０ａ，２０ｂは焦点検出領域の同一行に配列され、ＡＦ用画素２０ｃ，２０ｄは焦点検出領域の同一列に配列される。撮影時やライブビュー表示の際には、電子カメラ１において、焦点検出領域のいずれかが焦点調節の対象として選択される。この選択された焦点検出領域に対応する範囲内に配置されたＡＦ用画素から出力される焦点検出用信号に基づいて、撮影レンズ２の焦点調節状態が検出され、焦点調節が行われる。なお、図４に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。ＸＹ平面と平行な平面が固体撮像素子３の撮像面（受光面）と一致している。Ｘ軸方向の並びを行、Ｙ軸方向の並びを列とする。なお、入射光は図３の紙面手前側から奥側に入射する。これらの点は、後述する図においても同様である。
【００４０】
本実施の形態では、いずれの画素２０にもベイヤー配列に従ってカラーフィルタが設けられている。なお、カラーフィルタの配列は必ずしもベイヤー配列に限定されるものではない。図４では、当該画素に設けられたカラーフィルタの色を、符号Ｒ，Ｇ，Ｂとして示している。Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色である。また、当該画素に設けられたカラーフィルタの色を区別しないで分類すると、固体撮像素子３は、１種類の撮像用画素２０ｅと、４種類のＡＦ用画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとを有している。図２および４では、ＡＦ用画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにはそれぞれ対応する符号ａ，ｂ，ｃまたはｄを付しているが、撮像用画素２０ｅにはいずれの符号も付していない。したがって、例えば図２および４において、「Ｒ」は赤色カラーフィルタが設けられた撮像用画素２０ｅを意味し、「Ｇａ」は緑色カラーフィルタが設けられたＡＦ用画素２０ａを意味する。
【００４１】
図４において、「Ｇａ」で示されるＡＦ用画素２０ａと、「Ｇｂ」で示されるＡＦ用画素２０ｂとは、いずれも緑に対応している。これらのＡＦ用画素２０ａ，２０ｂは、同一の行内に、「Ｒ」または「Ｂ」で示される撮像用画素２０ｅ、すなわち赤または青に対応する撮像用画素２０ｅを間に挟んで、交互に配置されている。また、「Ｇｃ」で示されるＡＦ用画素２０ｃと、「Ｇｄ」で示されるＡＦ用画素２０ｄとは、いずれも緑に対応している。これらのＡＦ用画素２０ｃ，２０ｄは、同一の列内に、「Ｒ」または「Ｂ」で示される撮像用画素２０ｅ、すなわち赤または青に対応する撮像用画素２０ｅを間に挟んで、交互に配置されている。
【００４２】
なお、図４では、ＡＦ用画素２０ａと２０ｂ、およびＡＦ用画素２０ｃと２０ｄが、１つの撮像用画素２０ｅを間に挟んで交互に配置されている例を示しているが、これらのＡＦ用画素の間に２つ以上の撮像用画素を挟むようにしてもよい。すなわち、固体撮像素子３において、ＡＦ用画素２０ａと２０ｂ、またはＡＦ用画素２０ｃと２０ｄは、１つ以上の撮像用画素２０ｅを間に挟んで交互に配置されている。
【００４３】
図５（ａ）は撮像用画素２０ｅの主要部を模式的に示す概略平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。撮像用画素２０ｅは、光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤ上にオンチップで形成されたマイクロレンズ４２と、フォトダイオードＰＤの光入射側に設けられたＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のいずれかのカラーフィルタ５０とを備えている。また図５（ｂ）に示すように、マイクロレンズ４２の略焦点面には、遮光部としての金属層等の遮光層４３が形成されている。遮光層４３は、必要に応じて配線層を兼ねる。遮光層４３には、撮像用画素２０ｅにおいて、当該撮像用画素２０ｅのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形の開口４３ａが形成されている。撮像用画素２０ｅのフォトダイオードＰＤは、開口４３ａを通過した光を全て有効に受光し得る大きさを有している。なお、遮光層４３とマイクロレンズ４２との間や、基板４４と遮光層４３との間には、層間絶縁膜等が形成されている。
【００４４】
本実施の形態では、撮像用画素２０ｅにおいて、マイクロレンズ４２の略焦点面に配置された遮光層４３に開口４３ａが形成されている。これにより、撮像用画素２０ｅのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２による射出瞳においてその中心から実質的に偏心していない領域を通過した光束を受光して光電変換する。なお、この領域は、開口４３ａのマイクロレンズ４２による投影像に相当する。
【００４５】
図６（ａ）はＡＦ用画素２０ａの主要部を模式的に示す概略平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）中のＸ３−Ｘ４線に沿った概略断面図である。図６（ａ），（ｂ）において、図５（ａ）および（ｂ）と同一または対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。この点は、後述する図７、８および９についても同様である。
【００４６】
ＡＦ用画素２０ａが撮像用画素２０ｅと異なる所は、ＡＦ用画素２０ａにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０ａのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）の左側（−Ｘ側）に、その約半分の大きさの長方形の開口４３ｂが形成されている点のみである。なお、ＡＦ用画素２０ａのフォトダイオードＰＤは、撮像用画素２０ｅのフォトダイオードＰＤと同じ大きさを有している。このように本実施の形態では開口４３ｂは開口４３ａの半分であるが、これに限定されない。たとえば、開口４３ｂは、当該ＡＦ用画素２０ａのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）の左側（−Ｘ側）に、その４０％程度または６０％程度の大きさの正方形の開口としてもよい。なお、ＡＦ用画素２０ａの開口４３ｂは、ＡＦ用画素２０ｂの後述する開口４３ｃと同じ大きさを有することが好ましく、またＡＦ用画素２０ｃの後述する開口４３ｄは、ＡＦ用画素２０ｄの後述する開口４３ｅと同じ大きさを有することが好ましい。
【００４７】
ＡＦ用画素２０ａにおいて、遮光層４３には、−Ｘ側の位置に開口４３ｂが形成されている。これにより、ＡＦ用画素２０ａのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２による射出瞳においてその中心から＋Ｘ方向へ実質的に偏心した領域を通過した光束を選択的に受光して光電変換する。
【００４８】
図７（ａ）はＡＦ用画素２０ｂの主要部を模式的に示す概略平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＸ５−Ｘ６線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０ｂが撮像用画素２０ｅと異なる所は、ＡＦ用画素２０ｂにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０ｂのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）の右側（＋Ｘ側）に、その約半分の大きさの長方形の開口４３ｃが形成されている点のみである。これにより、ＡＦ用画素２０ｂのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２による射出瞳においてその中心から−Ｘ方向へ実質的に偏心した領域を通過した光束を選択的に受光して光電変換する。
【００４９】
図８（ａ）はＡＦ用画素２０ｃの主要部を模式的に示す概略平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０ｃが撮像用画素２０ｅと異なる所は、ＡＦ用画素２０ｃにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０ｃのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）の上側（＋Ｙ側）に、その約半分の大きさの長方形の開口４３ｄが形成されている点のみである。これにより、ＡＦ用画素２０ｃのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２の射出瞳においてその中心から−Ｙ方向へ実質的に偏心した領域を通過した光束を選択的に受光して光電変換する。
【００５０】
図９（ａ）はＡＦ用画素２０ｄの主要部を模式的に示す概略平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）中のＹ３−Ｙ４線に沿った概略断面図である。ＡＦ用画素２０ｄが撮像用画素２０ｅと異なる所は、ＡＦ用画素２０ｄにおいて、遮光層４３には、当該ＡＦ用画素２０ｄのマイクロレンズ４２の光軸Ｏに対して同心の正方形（開口４３ａと同じ大きさの正方形）の下側（−Ｙ側）に、その約半分の大きさの長方形の開口４３ｅが形成されている点のみである。これにより、ＡＦ用画素２０ｄのフォトダイオードＰＤは、撮影レンズ２の射出瞳においてその中心から＋Ｙ方向へ実質的に偏心した領域を通過した光束を選択的に受光して光電変換する。
【００５１】
以上説明したように、ＡＦ用画素２０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび２０ｄは、それぞれ撮影レンズ２による射出瞳の異なる領域を通過した光束を受光して光電変換する。これにより、各ＡＦ用画素から焦点検出用信号がそれぞれ出力される。なお、ＡＦ用画素２０ａが光束を受光する領域と、ＡＦ用画素２０ｂが光束を受光する領域とは、撮影レンズ２による射出瞳に対して左右の位置関係を有している。一方、ＡＦ用画素２０ｃが光束を受光する領域と、ＡＦ用画素２０ｄが光束を受光する領域とは、撮影レンズ２による射出瞳に対して上下の位置関係を有している。
【００５２】
図１０は、固体撮像素子３から撮像用信号と焦点検出用信号を読み出す際に、垂直走査回路２１と水平走査回路２２がそれぞれ出力する各駆動信号の例を示すタイミングチャートである。なお、ここでは図２に示すように８列の画素２０からなる１つのグループについての例を説明するが、前述のように実際には、同様の回路構成を有する多数のグループが固体撮像素子３に設けられている。
【００５３】
垂直走査回路２１は、最初にφＴＸ１〜φＴＸ４においてパルス状にＨレベルの信号を出力する。これにより、各画素２０において露光が開始され、フォトダイオードＰＤに受光量に応じた電荷が蓄積される。所定の露光時間が経過したら、垂直走査回路２１は、φＲＳＴ１〜φＲＳＴ４をＨレベルからＬレベルに変化させた後、再びφＴＸ１〜φＴＸ４においてパルス状にＨレベルの信号を出力する。これにより、各画素２０において露光が終了され、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。
【００５４】
上記のようにして各画素２０の露光を終了したら、垂直走査回路２１は、φＳＥＬ１をＬレベルからＨレベルに変化させ、画素２０の１行目を選択する。
【００５５】
垂直走査回路２１によって画素２０の１行目が選択されると、水平走査回路２２は、最初にφＨ１およびφＨ５においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、対応する前段スイッチ３１をオンして、画素２０の１列目および５列目を選択する。その結果、１行目の１列目に位置するＡＦ用画素２０ａと、１行目の５列目に位置するＡＦ用画素２０ａとが、同時に選択される。
【００５６】
その後、水平走査回路２２は、φＧ２においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、後段スイッチ３２ｃと出力スイッチ３６ｂをオンする。これにより、上記のようにして同時に選択された２つのＡＦ用画素２０ａからの焦点検出用信号がグループ内水平画素加算によってカラム接続線３５ａで合成された後、直結信号線３５ｂを経由して水平信号線３５ｃに出力される。この合成後の焦点検出用信号が水平ＡＤ変換回路３８においてデジタル信号に変換され、固体撮像素子３から出力される。なお、このときさらにグループ間水平画素加算を行うようにしてもよい。こうして焦点検出用信号を出力したら、水平走査回路２２は、φＲにおいてパルス状にＨレベルの信号を出力した後、φＧ２においてパルス状にＨレベルの信号を出力する。これにより、出力電圧が基準電圧Vrefにリセットされ、基準電圧Vrefにおける信号が固体撮像素子３から出力される。この信号を先に出力された焦点検出用信号と比較することにより、ノイズ成分を除去することができる。なお、焦点検出用信号を出力する前に、基準電圧Vrefにおける信号を固体撮像素子３から出力してもよい。
【００５７】
続いて、水平走査回路２２は、φＨ３およびφＨ７においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、対応する前段スイッチ３１をオンして、画素２０の３列目および７列目を選択する。その結果、１行目の３列目に位置するＡＦ用画素２０ｂと、１行目の７列目に位置するＡＦ用画素２０ｂとが、同時に選択される。
【００５８】
その後、水平走査回路２２は、上記と同様にφＧ２においてパルス状にＨレベルの信号を出力し、後段スイッチ３２ｃと出力スイッチ３６ｂをオンする。これにより、同時に選択された２つのＡＦ用画素２０ｂからの焦点検出用信号がグループ内水平画素加算によって合成された後、水平ＡＤ変換回路３８においてデジタル信号に変換され、固体撮像素子３から出力される。なお、このときさらにグループ間水平画素加算を行うようにしてもよい。こうして焦点検出用信号を出力したら、水平走査回路２２は、φＲにおいてパルス状にＨレベルの信号を出力した後、φＧ２においてパルス状にＨレベルの信号を出力する。これにより、出力電圧が基準電圧Vrefにリセットされ、前述したようなノイズ成分除去用の信号が固体撮像素子３から出力される。
【００５９】
以上説明したように、画素２０の１行目では、ＡＦ用画素２０ａとＡＦ用画素２０ｂとが、それぞれ同時に２つずつ選択される。そして、選択された２つのＡＦ用画素２０ａからの焦点検出用信号が合成されて固体撮像素子３から出力されると共に、選択された２つのＡＦ用画素２０ｂからの焦点検出用信号が合成して固体撮像素子３から出力される。なお、ここではＡＦ用画素２０ａとＡＦ用画素２０ｂとが同一の行内に２つずつ配置されており、この２つをそれぞれ同時に選択する例を説明した。しかし、これよりも多くのＡＦ用画素を同一の行内にそれぞれ配置してもよい。この場合、配置されているＡＦ用画素の数に応じて、２つを超える複数のＡＦ用画素を同時に選択することができる。
【００６０】
ＡＦ用画素２０ａ，２０ｂからの焦点検出用信号が出力されたら、垂直走査回路２１は、φＳＥＬ１をＨレベルからＬレベルに変化させると共に、φＲＳＴ１をＬレベルからＨレベルに変化させることにより、１行目の選択を終了する。その後、φＳＥＬ２をＬレベルからＨレベルに変化させ、画素２０の２行目を選択する。
【００６１】
垂直走査回路２１によって画素２０の２行目が選択されると、水平走査回路２２は、φＧ１をＬレベルからＨレベルに変化させて後段スイッチ３２ａをオンした後、φＨ１、φＨ３、φＨ５およびφＨ７においてパルス状にＨレベルの信号を出力する。これにより、対応する前段スイッチ３１をオンして、画素２０の１，３，５および７列目を選択する。その結果、２行目の１，３，５および７列目にそれぞれ位置する４つの撮像用画素２０ｅが同時に選択される。図２に示すように、この４つの撮像用画素２０ｅは、いずれもＲ（赤）に対応している。
【００６２】
その後、水平走査回路２２は、φＧ３においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、後段スイッチ３２ｂと出力スイッチ３６ａをオンする。これにより、上記のようにして同時に選択された４つの撮像用画素２０ｅからの撮像用信号がグループ内水平画素加算によって合成された後、カラムＡＤ変換回路３４においてデジタル信号に変換され、固体撮像素子３から出力される。こうして撮像用信号を出力したら、水平走査回路２２は、φＲにおいてパルス状にＨレベルの信号を出力した後、φＧ３においてパルス状にＨレベルの信号を出力する。これにより、出力電圧が基準電圧Vrefにリセットされ、基準電圧Vrefにおける信号が固体撮像素子３から出力される。この信号を先に出力された撮像用信号と比較することにより、ノイズ成分を除去することができる。なお、撮像用信号を出力する前に、基準電圧Vrefにおける信号を固体撮像素子３から出力してもよい。
【００６３】
続いて、水平走査回路２２は、φＨ２、φＨ４、φＨ６およびφＨ８においてパルス状にＨレベルの信号を出力する。これにより、対応する前段スイッチ３１をオンして、画素２０の２，４，６および８列目を選択する。その結果、２行目の２，４，６および８列目にそれぞれ位置する４つの撮像用画素２０ｅが同時に選択される。図２に示すように、この４つの撮像用画素２０ｅは、いずれもＧ（緑）に対応している。
【００６４】
その後、水平走査回路２２は、上記と同様にφＧ３においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、後段スイッチ３２ｂと出力スイッチ３６ａをオンする。これにより、同時に選択された４つの撮像用画素２０ｅからの撮像用信号がグループ内水平画素加算によってカラム接続線３５ａで合成された後、カラムＡＤ変換回路３４においてデジタル信号に変換され、水平信号線３５ｃを通って固体撮像素子３から出力される。こうして撮像用信号を出力したら、水平走査回路２２は、φＲにおいてパルス状にＨレベルの信号を出力した後、φＧ３においてパルス状にＨレベルの信号を出力する。これにより、出力電圧が基準電圧Vrefにリセットされ、前述したようなノイズ成分除去用の信号が固体撮像素子３から出力される。
【００６５】
以上説明したように、画素２０の２行目では、同じ色に対応する撮像用画素２０ｅがそれぞれ同時に４つずつ選択され、その４つの撮像用画素２０ｅからの撮像用信号が合成されて固体撮像素子３から出力される。
【００６６】
撮像用画素２０ｅからの撮像用信号が出力されたら、垂直走査回路２１は、φＳＥＬ２をＨレベルからＬレベルに変化させると共に、φＲＳＴ２をＬレベルからＨレベルに変化させることにより、２行目の選択を終了する。
【００６７】
上記のようにして２行目の選択を終了したら、３行目と４行目では、２行目と同様の信号を垂直走査回路２１と水平走査回路２２からそれぞれ出力する。すなわち、垂直走査回路２１により、φＳＥＬ３をＬレベルからＨレベルに変化させ、画素２０の３行目を選択する。そして、水平走査回路２２により、φＨ１、φＨ３、φＨ５およびφＨ７においてパルス状にＨレベルの信号を出力して画素２０の１，３，５および７列目を選択し、φＧ３においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、Ｇ（緑）に対応する４つの撮像用画素２０ｅを同時に選択する。続いて、φＨ２、φＨ４、φＨ６およびφＨ８においてパルス状にＨレベルの信号を出力して画素２０の２，４，６および８列目を選択し、φＧ３においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、Ｂ（青）に対応する４つの撮像用画素２０ｅを同時に選択する。こうして３行目において撮像用画素２０ｅからの撮像用信号が出力されたら、垂直走査回路２１は、φＳＥＬ３をＨレベルからＬレベルに変化させると共に、φＲＳＴ３をＬレベルからＨレベルに変化させることにより、３行目の選択を終了する。
【００６８】
その後、垂直走査回路２１により、φＳＥＬ４をＬレベルからＨレベルに変化させ、画素２０の４行目を選択する。その後、水平走査回路２２により、φＨ１、φＨ３、φＨ５およびφＨ７においてパルス状にＨレベルの信号を出力して画素２０の１，３，５および７列目を選択し、φＧ３においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、Ｒ（赤）に対応する４つの撮像用画素２０ｅを同時に選択する。続いて、φＨ２、φＨ４、φＨ６およびφＨ８においてパルス状にＨレベルの信号を出力して画素２０の２，４，６および８列目を選択し、φＧ３においてパルス状にＨレベルの信号を出力することにより、Ｇ（緑）に対応する４つの撮像用画素２０ｅを同時に選択する。こうして４行目において撮像用画素２０ｅからの撮像用信号が出力されたら、垂直走査回路２１は、φＳＥＬ４をＨレベルからＬレベルに変化させると共に、φＲＳＴ４をＬレベルからＨレベルに変化させることにより、４行目の選択を終了する。
【００６９】
なお、上記の説明において、水平走査回路２２は、ＡＦ用画素２０ａおよびＡＦ用画素２０ｂが配置された画素２０の１行目が垂直走査回路２１によって選択された場合と、これらのＡＦ用画素が配置されていない画素２０の２〜４行目が垂直走査回路２１によって選択された場合とでは、後段スイッチ３２ａおよび３２ｃにより選択するカラム接続線３５ａの接続先を切り替えて、同時に選択する画素の列を変えている。すなわち、画素２０の１行目が選択された場合は、後段スイッチ３２ａをオフして後段スイッチ３２ｃをオンすることにより、直結信号線３５ｂをカラム接続線３５ａの接続先として選択する。この状態で、ＡＦ用画素２０ａが配置された１列目と５列目を同時に選択すると共に、ＡＦ用画素２０ｂが配置された３列目と７列目を同時に選択している。これに対して、画素２０の２〜４行目が選択された場合は、後段スイッチ３２ａをオンして後段スイッチ３２ｃをオフすることにより、カラムＡＤ変換回路３４をカラム接続線３５ａの接続先として選択する。この状態で、Ｒ（またはＧ）に対応する撮像用画素２０ｅが配置された１，３，５，７列目を同時に選択すると共に、Ｇ（またはＢ）に対応する撮像用画素２０ｅが配置された２，４，６，８列目を同時に選択している。
【００７０】
このようにすることで、ＡＦ用画素が配置された行では、撮影レンズ２による射出瞳の同じ領域を通過した光束を受光するＡＦ用画素同士を同時に選択して、それぞれの焦点検出用信号を合成できるようにしている。一方、ＡＦ用画素が配置されていない行では、同じ色に対応する撮像用画素同士を同時に選択して、それぞれの撮像用信号を合成できるようにしている。
【００７１】
以上説明したようにして、固体撮像素子３において露光後に画素２０の１〜４行目がそれぞれ選択され、固体撮像素子３から撮像用信号と焦点検出用信号が読み出される。こうした撮像用信号と焦点検出用信号の読み出しを所定のフレームレート毎に行うことにより、電子カメラ１において、たとえばライブビュー表示を行いつつ、撮影レンズ２の焦点調節を行うことができる。すなわち、固体撮像素子３から読み出した撮像用信号に基づいて、表示制御部１５の処理により、所定のフレームレートで液晶表示部１６に被写体像の動画像を表示してライブビュー表示を行う。また、固体撮像素子３から読み出した焦点検出用信号に基づいて、焦点演算部１０の処理により、撮影レンズ２の焦点調節状態を検出する。この焦点調節状態の検出結果に基づいて、レンズ制御部２ａにより、撮影レンズ２の焦点調節を行う。
【００７２】
なお、電子カメラ１においてライブビュー表示を行う際には、撮像用信号に加えて焦点検出用信号を用いてもよい。このとき、固体撮像素子３においてそれぞれ前述のようにして合成された２つのＡＦ用画素２０ａからの焦点検出用信号と２つのＡＦ用画素２０ｂからの焦点検出用信号とをさらに合成してもよい。こうして合成した焦点検出用信号は、１行目のＧ（緑）に対応する撮像用信号の代わりに用いることができる。さらにこのとき、垂直走査回路２１と水平走査回路２２により、１行目の２，４，６および８列目を同時に選択して、Ｂ（青）に対応する撮像用信号を読み出すようにする。この撮像用信号と、前述の合成した焦点検出用信号とに基づいて、表示制御部１５の処理により、所定のフレームレートで撮影レンズ２による被写体像を液晶表示部１６にライブビュー表示することができる。
【００７３】
以上説明した実施の形態では、固体撮像素子３において画素２０からのアナログ信号をデジタル信号に変換する際のＡＤ変換方法を、カラムＡＤ変換または水平ＡＤ変換のいずれかから選択する例を説明した。しかし、これらのＡＤ変換方法のうちいずれか一方のみを実行できるようにしてもよい。なお、カラムＡＤ変換のみを実行できるようにした場合は、図２において、直結信号線３５ｂ、出力アンプ３７および水平ＡＤ変換回路３８が不要になると共に、水平信号線３５ｃから出力スイッチ３６ｂへ分岐する配線が不要になる。一方、水平ＡＤ変換のみを実行できるようにした場合は、カラムＡＤ変換回路３４が不要になると共に、カラム接続線３５ａから後段スイッチ３２ａ，３２ｂおよびカラムＡＤ変換回路３４を介して水平信号線３５ｃにつながる配線と、水平信号線３５ｃから出力スイッチ３６ａへ分岐する配線とが不要になる。いずれの場合であっても、後段スイッチ３２ａ〜３２ｃと出力スイッチ３６ａ，３６ｂは不要であり、水平走査回路から駆動信号φＧ１〜φＧ３を出力する必要はない。
【００７４】
本実施の形態によれば、次のような作用効果を奏する。
（１）固体撮像素子３には、受光量に応じたアナログ形式の画素信号をそれぞれ出力する複数の画素２０が２次元状に配列されている。垂直走査回路２１により画素２０の行を選択すると共に、水平走査回路２２により画素２０の複数の列を同時に選択すると、選択された行に属する画素２０から垂直信号線２８に出力された画素信号のうち、選択された複数の列に対応する画素信号を、カラム接続線３５ａにより合成する。こうして合成された画素信号を、カラムＡＤ変換回路３４によりアナログ形式からデジタル形式に変換した後、水平信号線３５ｃにより伝送して固体撮像素子３から出力することとした。このようにしたので、電子カメラ１のライブビュー表示に適した信号を固体撮像装置３から高速に出力することができる。
【００７５】
（２）水平走査回路２２により、後段スイッチ３２ａおよび３２ｃの動作を制御して、カラムＡＤ変換回路３４または直結信号線３５ｂのいずれかをカラム接続線３５ａの接続先として選択することとした。このようにしたので、水平信号線３５ｃに出力される前にカラムＡＤ変換回路３４において画素信号をアナログ形式からデジタル形式に変換するカラムＡＤ変換と、カラムＡＤ変換回路３４を介さずにアナログ形式の画素信号を水平信号線３５ｃに伝送する水平ＡＤ変換とを、用途に応じて切り替えて用いることができる。
【００７６】
（３）カラム接続線３５ａにより合成され、直結信号線３５ｂによりカラムＡＤ変換回路３４を介さずに水平信号線３５ｃに伝送された画素信号を、水平ＡＤ変換回路３８によってアナログ形式からデジタル形式に変換することとした。このようにしたので、水平ＡＤ変換においても、電子カメラ１のライブビュー表示に適した信号を固体撮像装置３から高速に出力することができる。
【００７７】
（４）直結信号線３５ｂは、所定数の画素２０の列によって構成されるグループごとに設けられている。水平ＡＤ変換においてグループ間水平画素加算を行う際には、カラム接続線３５ａにより合成され、直結信号線３５ｂによりカラムＡＤ変換回路３４を介さずに水平信号線３５ｃに伝送された画素信号を、この複数のグループ間でさらに合成することとした。このようにしたので、異なるグループ間であっても、任意の列に対応する画素信号同士を合成することができる。
【００７８】
（５）また、カラム接続線３５ａも、直結信号線３５ｂと同様に、所定数の画素２０の列によって構成されるグループごとに設けられている。グループ内水平画素加算を行う際に水平走査回路２２は、このグループ内で画素２０の複数の列を同時に選択することとした。このようにしたので、同一グループ内に属する任意の列に対応する画素信号同士を合成することができる。
【００７９】
（６）複数の画素２０は、同一の行内に配置されたＡＦ用画素２０ａおよび２０ｂと、撮像用画素２０ｅとを含む。垂直走査回路２１によってＡＦ用画素２０ａおよび２０ｂが配置された行が選択された場合に、水平走査回路２２は、ＡＦ用画素２０ａが配置された列と、ＡＦ用画素２０ｂが配置された列とを同時に選択することとした。このようにしたので、ＡＦ用画素２０ａからの焦点検出用信号と、ＡＦ用画素２０ｂからの焦点検出用信号とを合成して、電子カメラ１においてライブビュー表示中に適切に焦点検出を行うための焦点検出用信号を得ることができる。
【００８０】
（７）また、水平走査回路２２は、垂直走査回路２１によってＡＦ用画素２０ａおよび２０ｂが配置された行が選択された場合には、直結信号線３５ｂをカラム接続線３５ａの接続先として選択し、これらのＡＦ用画素が配置されていない行が選択された場合には、カラムＡＤ変換回路３４をカラム接続線３５ａの接続先として選択することとした。このようにしたので、合成する画素信号が撮像用信号と焦点検出用信号のいずれであるかに応じて、その画素信号のＡＤ変換方法をカラムＡＤ変換または水平ＡＤ変換のいずれか一方に切り替えることができる。
【００８１】
（８）電子カメラ１は、表示制御部１５と液晶表示部１６により、固体撮像素子３からの出力信号に基づいて、撮影レンズ２による被写体像をライブビュー表示することとした。このようにしたので、電子カメラ１においてライブビュー表示を行うことができる。
【００８２】
以上、本発明の一実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、上記実施の形態において、垂直走査回路２１と水平走査回路２２の動作を入れ替えてもよい。すなわち、垂直走査回路２１および水平走査回路２２により、同一の列内に配置されたＡＦ用画素２０ｃとＡＦ用画素２０ｄとをそれぞれ同時に複数ずつ選択して、その複数のＡＦ用画素２０ｃ，２０ｄからの焦点検出用信号をそれぞれ合成して固体撮像素子３から出力することができる。このようにしても、上記実施の形態と同様に、電子カメラ１のライブビュー表示に適した信号を固体撮像装置３から高速に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の一実施の形態による固体撮像装置を有する電子カメラの構成を示すブロック図である。
【図２】図１中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図３】図１中の固体撮像素子の画素を示す回路図である。
【図４】図１中の固体撮像素子の有効画素領域を模式的に示す概略平面図である。
【図５】撮像用画素の主要部を模式的に示す図である。
【図６】ＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。
【図７】図６とは別の種類のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。
【図８】図６，７とは別の種類のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。
【図９】図６〜８とは別の種類のＡＦ用画素の主要部を模式的に示す図である。
【図１０】固体撮像素子から撮像用信号と焦点検出用信号を読み出す際に出力される各駆動信号の例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１  電子カメラ
２  撮影レンズ
３  固体撮像素子
１５  表示制御部
１６  液晶表示部
２１  垂直走査回路
２２  水平走査回路
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  ＡＦ用画素
２０ｅ  撮像用画素
【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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