JP6946045B2 - 焦点検出装置及び撮像システム - Google Patents

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Description

本発明は、焦点検出装置及び撮像システムに関する。
撮影レンズを介して入射する光を固体撮像装置と焦点検出装置との間で選択的に切り換えて撮像と焦点検出とを行う撮像システムが知られている。このような撮像システムに用いられる焦点検出装置としては、被写体像の位相差検出を行うことで焦点検出を行うものが知られている。被写体像の位相差は撮影レンズから入射した光束を分割し２次結像レンズを用いて再結像した２つの像の間隔に基づいて検出することができ、検出した位相差から合焦のための撮影レンズの駆動方向と量と求めることができる。
固体撮像装置の多画素化及び高速化に伴い、焦点検出装置にも高精度化及び高速化が求められている。特許文献１には、光電変換装置のリニアセンサを千鳥配置することで焦点検出精度を向上した焦点検出装置が記載されている。
特開２００５−３００８４４号公報
しかしながら、特許文献１に記載の焦点検出装置は、２つのリニアセンサの位置を並び方向に相対的にずらして配置することで焦点検出精度を向上するものであり、焦点検出精度は２つのリニアセンサのずらし量とずらす方向とに依存していた。また、一般的に、画素ピッチを縮小すれば焦点検出精度を向上することはできるが、画素数が増加して焦点検出速度が低下するため、焦点検出精度の向上と焦点検出速度の高速化とを両立することは困難であった。
本発明の目的は、焦点検出精度の向上と焦点検出速度の高速化とを両立しうる焦点検出装置を提供することにある。
本発明の一観点によれば、フィールドレンズと、前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、前記光電変換装置は、複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、前記画素領域に配された複数の前記出力線に接続された信号処理部と、を有し、前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、前記信号処理部は、前記出力線の信号を順次選択して出力するように構成されており、前記画素領域は、前記第１の方向において分割された複数の分割領域を含み、前記複数の分割領域は、前記第１焦点検出領域対および前記第２焦点検出領域対を含む第１の分割領域を含み、前記信号処理部は、前記第１の分割領域に含まれる第１行の画素の信号を読み出し、その後、他の分割領域の画素からの信号を読み出す前に、前記第１の分割領域に含まれる第２行の画素の信号を読み出す焦点検出装置が提供される。
また、本発明の他の一観点によれば、フィールドレンズと、前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、前記光電変換装置は、複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、前記画素領域は、前記第２の方向において分割された、複数の分割領域を含み、前記複数の分割領域は、前記第１焦点検出領域対が配された第１の分割領域と、前記第２焦点検出領域対のうちの一方の焦点検出領域が配された第２の分割領域と、前記第２焦点検出領域対のうちの他方の焦点検出領域が配された第３の分割領域とを含む焦点検出装置が提供される。
また、本発明の他の一観点によれば、フィールドレンズと、前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、前記光電変換装置は、複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、前記画素制御部は、前記画素領域に配された前記複数の制御線のうち、前記第１焦点検出領域対又は前記第２焦点検出領域対を構成する前記画素に接続された前記制御線のみを選択するように構成されている焦点検出装置が提供される。
また、本発明の他の一観点によれば、フィールドレンズと、前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、前記光電変換装置は、複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、前記光電変換装置は、前記画素領域に配された複数の前記出力線に接続された信号処理部を更に有し、前記信号処理部は、前記画素領域に配された前記複数の出力線のうち、前記第１焦点検出領域対又は前記第２焦点検出領域対を構成する前記画素に接続された前記出力線のみを選択するように構成されている焦点検出装置が提供される。
また、本発明の他の一観点によれば、フィールドレンズと、前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、前記光電変換装置は、複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、前記第１の方向は前記画素領域の短辺方向であり、前記第２の方向は前記画素領域の長辺方向である焦点検出装置が提供される。
また、本発明の他の一観点によれば、フィールドレンズと、前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、前記光電変換装置は、複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、前記複数の行の数が、前記複数の列の数よりも多い焦点検出装置が提供される。
また、本発明の他の一観点によれば、第１の方向に配された複数の制御線と、前記第１の方向と交差する第２の方向に配された複数の出力線と、前記複数の制御線と前記複数の出力線との交差部にそれぞれ設けられ、前記制御線に供給される制御信号に応じて光電変換部で生成された電荷に基づく信号を前記出力線に出力する複数の画素とを有する画素領域であって、前記第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含む画素領域を有する光電変換装置の駆動方法であって、前記画素領域を、前記第１焦点検出領域対が配された第１の分割領域と、前記第２焦点検出領域対のうちの一方の焦点検出領域が配された第２の分割領域と、前記第２焦点検出領域対のうちの他方の焦点検出領域が配された第３の分割領域とに分割し、前記第１の分割領域、前記第２の分割領域及び前記第３の分割領域毎に、前記画素からの信号の読み出しを行う光電変換装置の駆動方法が提供される。
本発明によれば、焦点検出精度の向上と焦点検出速度の高速化とを両立することができる。
第１実施形態による焦点検出装置の概略構成を示す斜視図である。 第１実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す回路図である。 第１実施形態による光電変換装置の画素領域の構成例を示す図である。 第１実施形態による光電変換装置の画素領域の他の構成例を示す図である。 第１実施形態による光電変換装置における分割領域と焦点検出領域との関係を示す概略図である。 第１実施形態による光電変換装置の画素領域の他の構成例を示す図である。 第２実施形態による光電変換装置の画素領域の構成例を示す図である。 第２実施形態による光電変換装置における分割領域と焦点検出領域との関係を示す概略図である。 第３実施形態による光電変換装置における分割領域と焦点検出領域との関係を示す概略図（その１）である。 第３実施形態による光電変換装置における分割領域と焦点検出領域との関係を示す概略図（その２）である。 第４実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による焦点検出装置について、図１乃至図７を用いて説明する。
はじめに、本実施形態による焦点検出装置の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による焦点検出装置の概略構成を示す斜視図である。
本実施形態による焦点検出装置１００は、図１に示すように、光電変換装置１０と、フィールドレンズ３０と、２次結像レンズ３２，３４，３６，３８とを有する。光電変換装置１０は、焦点検出領域４２，４４，４６，４８を含む画素領域１２を有する。フィールドレンズ３０は、撮影レンズ１１０の予定結像面の近傍に配置されている。２次結像レンズ３２，３４，３６，３８は、フィールドレンズ３０を通過した光束を焦点検出領域４２，４４，４６，４８に再結像するように配置されている。
ここでは説明の簡略化のため、撮影レンズ１１０の光軸の延長線上に光電変換装置１０の撮像面が位置している場合を想定し、図１に示す座標系を用いて説明するものとする。すなわち、被写体からの光束は、概ね−Ｚ方向に沿って伝搬し、撮影レンズ１１０、フィールドレンズ３０及び２次結像レンズ３２，３４，３６，３８を介して光電変換装置１０に入射する。Ｘ−Ｙ平面は、光電変換装置１０の撮像面と平行である。光電変換装置１０の撮像面において、Ｘ方向は例えば水平方向であり、Ｙ方向は例えば垂直方向である。
撮影レンズ１１０上に、図１に示すように、４つの瞳位置１１２，１１４，１１６，１１８を想定する。瞳位置１１２，１１４は、Ｙ方向に沿った方向において、撮影レンズ１１０の中心に対して対称の位置である。瞳位置１１６，１１８は、Ｘ方向に沿った方向において、撮影レンズ１１０の中心に対して対称な位置である。
被写体からの光束のうち撮影レンズ１１０の瞳位置１１２を通過した光束は、フィールドレンズ３０及び２次結像レンズ３２を介して光電変換装置１０に導かれ、焦点検出領域４２に入射する。これにより、瞳位置１１２を通過した光束は、フィールドレンズ３０及び２次結像レンズ３２により定まる結像倍率で再結像され、焦点検出領域４２に被写体の像を形成する。また、被写体からの光束のうち撮影レンズ１１０の瞳位置１１４を通過した光束は、フィールドレンズ３０及び２次結像レンズ３４を介して光電変換装置１０に導かれ、焦点検出領域４４に入射する。これにより、瞳位置１１４を通過した光束は、フィールドレンズ３０及び２次結像レンズ３４により定まる結像倍率で再結像され、焦点検出領域４４に被写体像を形成する。
光電変換装置１０の撮像面は、撮影レンズ１１０に対して、不図示の固体撮像装置の撮像面と光学的に等価な位置に配されており、焦点検出領域４２，４４は、固体撮像装置の撮像面に露光される画面の一部或いはそれに等しい視野を有している。この構成により、固体撮像装置と同等の視野において、Ｙ方向に視差を持った一対の画像を得ることができる。
同様に、被写体からの光束のうち撮影レンズ１１０の瞳位置１１６，１１８を通過した光束が、フィールドレンズ３０及び２次結像レンズ３６，３８を介して光電変換装置１０の焦点検出領域４６，４８に被写体像を形成する。これにより、Ｘ方向に視差を持った一対の画像を得ることができる。
これら視差を持った一対の画像に基づき公知の相関演算を行うことで、画像に写る物体までの距離やデフォーカス量を測定することができる。
なお、本明細書では、所定方向に視差を持った一対の画像を取得するための２つの焦点検出領域を、焦点検出領域対と表記することがある。例えば、図１の例では、焦点検出領域４２，４４が一つの焦点検出領域対を構成し、焦点検出領域４６，４８が別の焦点検出領域対を構成する。
次に、本実施形態による光電変換装置の構造について、図２及び図３を用いてより詳細に説明する。図２は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示す回路図である。
本実施形態による光電変換装置１０は、図２に示すように、画素領域１２と、行選択回路２０と、読み出し回路２２と、列選択回路２４と、出力回路２６と、制御回路２８とを有している。
画素領域１２には、行方向（図２においてＸ方向）に延在する複数の制御線１４と、列方向（図２においてＹ方向）に延在する複数の出力線１６とが配されている。制御線１４は、たとえば、画素Ｐに含まれるトランジスタのゲートに接続された配線である。出力線１６は、典型的には、画素Ｐの増幅トランジスタまたは選択トランジスのドレインまたはソースに接続された配線である。複数の制御線１４と複数の出力線１６との交差部には、それぞれ画素Ｐが設けられている。複数の画素Ｐは、複数行及び複数列に渡って行列状に配されている。それぞれの画素Ｐは、入射光をその光量に応じた電荷に変換する光電変換素子を含む。画素領域１２に配される画素アレイの行数及び列数は、特に限定されるものではない。
１つの制御線１４に、１つの行に含まれる複数の画素Ｐの少なくとも一部が接続される。また、１つの出力線１６に、１つの列に含まれる複数の画素Ｐの少なくとも一部が接続される。各行の制御線１４は、行方向に並ぶ画素Ｐにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。また、各列の出力線１６は、列方向に並ぶ画素Ｐにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。本明細書では、１つの制御線１４に接続された複数の画素Ｐの配列する方向を、行方向と呼ぶ。また、本明細書では、１つの出力線１６に接続された複数の画素Ｐの配列する方向を、列方向と呼ぶ。
制御線１４は、行選択回路２０に接続されている。行選択回路２０は、それぞれの画素Ｐから信号を読み出す際に画素Ｐ内の読み出し回路２２を駆動するための制御信号を、画素アレイの行毎に設けられた制御線１４を介して画素Ｐに供給する駆動回路である。行選択回路２０は、シフトレジスタやアドレスデコーダを用いて構成することができる。画素Ｐから読み出された信号は、画素アレイの列毎に設けられた出力線１６を介して読み出し回路２２に入力される。
読み出し回路２２は、画素Ｐから読み出された信号に対して所定の処理、例えば、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling）処理や、増幅処理等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路２２は、信号保持部、ＣＤＳ回路、列アンプ等を含み得る。
列選択回路２４は、読み出し回路２２において処理された信号を列単位で順次、出力回路２６に転送するための制御信号を、読み出し回路２２に供給する回路部である。列選択回路２４は、シフトレジスタやアドレスデコーダを用いて構成することができる。出力回路２６は、バッファアンプや差動増幅器などから構成され、列選択回路２４によって選択された列の信号を増幅して出力するための回路部である。
なお、本明細書では、行選択回路２０をその機能面に着目して、画素制御部と呼ぶことがある。また、読み出し回路２２、列選択回路２４及び出力回路２６を包括して信号処理部と呼ぶことがある。
制御回路２８は、行選択回路２０、読み出し回路２２及び列選択回路２４に、それらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。行選択回路２０、読み出し回路２２及び列選択回路２４に供給する制御信号の一部又は総ては、光電変換装置１０の外部から供給してもよい。
図３は、画素領域１２を構成する画素回路の一例を示す回路図である。図３には、画素領域１２を構成する画素Ｐのうち、３行×３列に配列された９個の画素Ｐを示しているが、画素領域１２を構成する画素Ｐの数は、特に限定されるものではない。
複数の画素Ｐの各々は、光電変換部ＰＤと、転送トランジスタＭ１，Ｍ２と、リセットトランジスタＭ３と、増幅トランジスタＭ４と、選択トランジスタＭ５と、オーバーフロートランジスタＭ６を含む。光電変換部ＰＤは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤのフォトダイオードは、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソース及びオーバーフロートランジスタＭ６のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、転送トランジスタＭ２のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインと転送トランジスタＭ２のソースとの接続ノードは、容量成分を含み、電荷の保持部Ｃ１を構成する。図３には、保持部Ｃ１を、当該ノードに一方の端子が接続された容量素子で表している。保持部Ｃ１を構成する容量素子の他方の端子は、接地されている。
転送トランジスタＭ２のドレインは、リセットトランジスタＭ３のソース及び増幅トランジスタＭ４のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ２のドレイン、リセットトランジスタＭ３のソース及び増幅トランジスタＭ４のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散（フローティングディフュージョン：ＦＤ）部である。ＦＤ部は、容量成分（浮遊拡散容量）を含み、電荷の保持部Ｃ２を構成する。図３には、保持部Ｃ２を、ＦＤ部に一方の端子が接続された容量素子で表している。保持部Ｃ２を構成する容量素子の他方の端子は、接地されている。
リセットトランジスタＭ３のドレイン、増幅トランジスタＭ４のドレイン及びオーバーフロートランジスタＭ６のドレインは、電源電圧線（ＶＤＤ）に接続されている。なお、リセットトランジスタＭ３のドレインに供給される電圧、増幅トランジスタＭ４のドレインに供給される電圧、オーバーフロートランジスタＭ６のドレインに供給される電圧は、何れか２つ又は３つが同じであってもよいし、総て異なっていてもよい。増幅トランジスタＭ４のソースは、選択トランジスタＭ５のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ５のソースは、出力線１６に接続されている。
図３の画素構成の場合、画素領域１２に配されたそれぞれの制御線１４は、信号線ＴＸ１，ＴＸ２，ＯＦＧ，ＲＥＳ，ＳＥＬを含む。信号線ＴＸ１は、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ１のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。信号線ＴＸ２は、対応する行に属する画素Ｐの転送トランジスタＭ２のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。信号線ＲＥＳは、対応する行に属する画素ＰのリセットトランジスタＭ３のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。信号線ＳＥＬは、対応する行に属する画素Ｐの選択トランジスタＭ５のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。信号線ＯＦＧは、対応する行に属する画素ＰのオーバーフロートランジスタＭ６のゲートにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。なお、図３には、各制御線の名称に、対応する行番号をそれぞれ付記している（例えば、ＴＸ１（ｎ−１），ＴＸ１（ｎ），ＴＸ１（ｎ＋１））。
信号線ＴＸ１には、行選択回路２０から、転送トランジスタＭ１を制御するための駆動パルスである制御信号が出力される。信号線ＴＸ２には、行選択回路２０から、転送トランジスタＭ２を制御するための駆動パルスである制御信号が出力される。信号線ＲＥＳには、行選択回路２０から、リセットトランジスタＭ３を制御するための駆動パルスである制御信号が出力される。信号線ＳＥＬには、行選択回路２０から、選択トランジスタＭ５を制御するための駆動パルスである制御信号が出力される。信号線ＯＦＧには、行選択回路２０から、オーバーフロートランジスタＭ６を制御するための駆動パルスである制御信号が出力される。各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、行選択回路２０からハイレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオンとなる。また、行選択回路２０からローレベルの制御信号が供給されると対応するトランジスタがオフとなる。
画素領域１２の各列に配された出力線１６は、列方向に並ぶ画素Ｐの選択トランジスタＭ５のソースにそれぞれ接続され、これら画素Ｐに共通の信号線をなしている。なお、画素Ｐの選択トランジスタＭ５は、省略してもよい。この場合、出力線１６は、増幅トランジスタＭ４のソースに接続される。出力線１６には、電流源１８が接続されている。
光電変換部ＰＤは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。オーバーフロートランジスタＭ６は、光電変換部ＰＤを電源電圧線の電圧に応じた所定の電位にリセットする。転送トランジスタＭ１は、光電変換部ＰＤが保持する電荷を保持部Ｃ１に転送する。保持部Ｃ１は、光電変換部ＰＤで生成された電荷を、光電変換部ＰＤとは異なる場所で保持する。転送トランジスタＭ２は、保持部Ｃ１が保持する電荷を保持部Ｃ２に転送する。保持部Ｃ２は、保持部Ｃ１から転送された電荷を保持するとともに、増幅部の入力ノード（増幅トランジスタＭ４のゲート）でもあるＦＤ部の電圧を、保持部Ｃ２の容量と転送された電荷の量とに応じた電圧に設定する。リセットトランジスタＭ３は保持部Ｃ２を、電源電圧線ＶＤＤの電圧に応じた所定の電位にリセットするリセット部である。選択トランジスタＭ５は、出力線１６に信号を出力する画素Ｐを選択する。増幅トランジスタＭ４は、ドレインに電源電圧が供給され、ソースに選択トランジスタＭ５を介して電流源１８からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ４は、入射光によって生じた電荷に基づく信号ＶＯＵＴを、出力線１６に出力する。なお、図３には、信号ＶＯＵＴに、対応する列番号をそれぞれ付記している（Ｖｏｕｔ（ｍ−１），Ｖｏｕｔ（ｍ），Ｖｏｕｔ（ｍ＋１））。
図３に示す画素構成によれば、保持部Ｃ１が電荷を保持している間に光電変換部ＰＤで生じた電荷は、光電変換部ＰＤに蓄積することができる。これにより、複数の画素Ｐの間で露光期間が一致するような撮像動作、いわゆるグローバル電子シャッタ動作を行うことが可能となる。焦点検出用信号を出力する光電変換装置１０の複数の画素Ｐにおいて露光期間が一致することにより、焦点検出精度を向上することができる。なお、電子シャッタとは、入射光によって生じた電荷の蓄積を電気的に制御することである。グローバル電子シャッタ動作を行わない場合は、保持部Ｃ１、ならびに、転送トランジスタＭ１またはＭ２を省略してもよい。
図４は、画素領域１２の構成例をより詳細に示した図である。ここでは一例として、画素領域１２の短辺方向であるＹ方向に１２個の画素Ｐが、画素領域１２の長辺方向であるＸ方向に２５個の画素Ｐが、それぞれ配列されている場合を例示している。図４においては、Ｙ方向の並びを行、Ｘ方向の並びを列と定義する。つまり、画素領域１２には、１２行×２５列の画素Ｐが配置されている。本明細書では、特定の場所の画素Ｐについて説明する場合、画素の符号Ｐに行番号と列番号とを付記するものとする。例えば、１行１列目の画素は画素Ｐ１-１、３行１列目の画素は画素Ｐ３−１、１２行２５列目の画素はＰ１２−２５と表すものとする。
画素領域１２は少なくとも一対の焦点検出領域を含む。より多くの測距点を得る、あるいは、複数の方向の輪郭を検知するために、画素領域１２は複数対の焦点検出領域を含みうる。一対の焦点検出領域４２，４４は、一例として、各々４行３列の画素アレイで構成された領域として示されている。焦点検出領域４２，４４において、光学的に対をなす画素Ｐは、例えば、画素Ｐ２−１３と画素Ｐ１１−１３や、画素Ｐ５−１３と画素Ｐ８−１３等であり、Ｙ方向の視差検出に用いられる。焦点検出領域４２，４４において、光学的に対をなす画素Ｐは、共通の出力線１６に接続されている。
また、一対の焦点検出領域４６，４８は、一例として、各々４行３列の画素アレイで構成された領域として示されている。光学的に対をなす画素Ｐは、例えば、画素Ｐ７−９と画素Ｐ７−１７や、画素Ｐ７−１１と画素Ｐ７−１５等であり、Ｘ方向の視差検出に用いられる。焦点検出領域４６，４８において、光学的に対をなす画素Ｐは、共通の制御線１４に接続されている。
図５は、画素領域１２の他の構成例を示す図である。図５に示す構成例では、Ｘ方向に対をなす焦点検出領域とＹ方向に対をなす焦点検出領域とを含む焦点検出ブロックを、Ｘ方向に３つ並べて配置している。すなわち、画素領域１２には、焦点検出領域４２，４４，４６，４８を含む焦点検出ブロックと、焦点検出領域５２，５４，５６，５８を含む焦点検出ブロックと、焦点検出領域６２，６４，６６，６８を含む焦点検出ブロックとが配されている。異なる複数の領域に焦点検出ブロックを配置することで、当該複数の領域における焦点検出がそれぞれ可能となる。
図５において、焦点検出領域４２，４４，４６，４８を含む焦点検出ブロックは、図４の場合と同様であり、９列から１７列までの領域に配されている。焦点検出領域５２，５４，５６，５８を含む焦点検出ブロックは、２列から７列までの領域に配されている。焦点検出領域６２，６４，６６，６８を含む焦点検出ブロックは、１９列から２４列までの領域配されている。
焦点検出領域５２，５４，５６，５８，６２，６４，６６，６８は、一例として、各々４行２列の画素アレイで構成された領域として示されている。焦点検出領域５２と焦点検出領域５４、焦点検出領域５６と焦点検出領域５８、焦点検出領域６２と焦点検出領域６４、焦点検出領域６６と焦点検出領域６８が、各々一対を成す焦点検出領域である。焦点検出領域５２と焦点検出領域５４、並びに、焦点検出領域６２と焦点検出領域６４は、各々Ｙ方向の視差検出に用いられる。焦点検出領域５６と焦点検出領域５８、並びに、焦点検出領域６６と焦点検出領域６８は、各々Ｘ方向の視差検出に用いられる。
図４に示す構成例の場合と同様、焦点検出領域５２と焦点検出領域５４、焦点検出領域６２と焦点検出領域６４において、光学的に対をなす画素Ｐは、共通の出力線１６に接続されている。また、焦点検出領域５６と焦点検出領域５８、焦点検出領域６６と焦点検出領域６８において、光学的に対をなす画素Ｐは、共通の制御線１４に接続されている。
次に、本実施形態による光電変換装置の駆動方法について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による光電変換装置における分割領域と焦点検出領域との関係を示す概略図である。ここでは、画素領域１２が図５に示す３つの焦点検出ブロックを有する場合を例に挙げ、光電変換装置の駆動方法を説明する。
本実施形態による光電変換装置の駆動方法では、画素領域１２の中に焦点検出ブロックに応じた分割領域を定義し、この分割領域毎に画素Ｐを駆動する。例えば、画素領域１２が図５に示すような３つの焦点検出ブロックを含む場合、画素領域１２を、図６に示すように、列を単位として行方向に３つの分割領域４０，５０，６０に分割する。分割領域４０は、焦点検出領域４２，４４，４６，４８を含む領域である。分割領域５０は、焦点検出領域５２，５４，５６，５８を含む領域である。分割領域６０は、焦点検出領域６２，６４，６６，６８を含む領域である。
行選択回路２０による画素Ｐの駆動は、通常のエリアセンサの場合と同様、行単位で順次、実行される。これにより、選択した行の各画素Ｐの信号が、出力線１６を介して読み出し回路２２へと出力される。列選択回路２４は、読み出しを行う分割領域に対応する列を順次選択し、当該列の画素信号を順次、出力信号ＳＯＵＴとして出力する。このようにすることで、総ての列の画素信号を出力する場合と比較して出力する画素信号の数が少なくなり、焦点検出用信号の高速の読み出しが可能となる。
例えば、図６の３つの分割領域４０，５０，６０のうち、分割領域４０に属する画素Ｐからの信号の読み出しを最初に実行するものとする。この場合、全体の列のうち分割領域４０が占める列はおよそ１／３であり、各行の読み出し時の列走査期間をおよそ１／３に短縮することができる。分割領域４０から得られる画素信号はＸ方向及びＹ方向の視差情報を含むものであり、分割領域４０からの画素信号の読み出し完了までの時間を短縮することによって、焦点検出演算をより早い時期に開始することができる。これにより、撮影レンズの自動焦点調節等に迅速にフィードバックすることができる。
分割領域５０，６０からの画素信号の読み出しは、必要に応じて、分割領域４０からの画素信号の読み出しの後に行えばよい。分割領域５０，６０からの画素信号の読み出しは、分割領域４０から取得した焦点検出用信号に基づく焦点検出演算と並行して行うことが可能である。
また、図４の構成例のように焦点検出ブロックが１つの場合も、分割領域４０からの読み出しと同様、焦点検出領域４２，４４，４６，４８が配置された列に属する画素からの画素信号の読み出しを選択的に実行することで、同様の効果を得ることができる。
上述の動作を実行するために、列選択回路２４は、分割領域４０，５０，６０に属する画素Ｐの画素信号をそれぞれ選択的に読み出すことができるように構成されている。例えば、デコーダを用いて列選択回路２４を構成した場合には、入力されたアドレス情報に応じて、分割領域４０，５０，６０のいずれかに対応する列の信号を選択的に出力することができる。また、シフトレジスタを用いて列選択回路２４を構成する場合には、分割領域４０に対応した列選択回路と分割領域５０に対応した列選択回路と、分割領域６０に対応した列選択回路とを設ければよい。
なお、それぞれの分割領域に属する画素Ｐは、別々に駆動するようにしてもよい。例えば、図６に示すような３つの分割領域４０，５０，６０を有する場合、図７に示すように、分割領域の数に対応する３組の制御線１４１，１４２，１４３を各行に配置する。制御線１４１は、分割領域４０の画素Ｐに接続される制御線１４である。制御線１４２は、分割領域５０の画素Ｐに接続される制御線１４である。制御線１４３は、分割領域６０の画素Ｐに接続される制御線１４である。このようにすることで、分割領域４０，５０，６０の画素Ｐの露光期間や読み出し動作を独立に制御することが可能となる。
このような動作を実行する場合、行選択回路２０は、列選択回路２４と同様、分割領域４０，５０，６０に属する画素Ｐの画素信号をそれぞれ選択的に読み出すことができるように構成する。例えば、デコーダを用いて行選択回路２０を構成した場合には、入力されたアドレス情報に応じて、分割領域４０，５０，６０に対応する制御線１４１，１４２，１４３のいずれかを選択的に駆動することができる。また、シフトレジスタを用いて行選択回路２０を構成する場合には、制御線１４１を駆動する行選択回路と、制御線１４２を駆動する行選択回路と、制御線１４３を駆動する行選択回路とを設ければよい。
上述したように、本実施形態による光電変換装置では、Ｙ方向の視差検出に対応した焦点検出領域を構成する一対の画素Ｐは、共通の出力線１６に接続されている。また、Ｘ方向の視差検出に対応した焦点検出領域を構成する一対の画素Ｐは、共通の制御線１４に接続されている。したがって、光学的な条件で決まる焦点検出領域に対して、より多くの画素Ｐを配置することができ、撮影画像の分解能を向上することができる。また、画素制御部及び信号処理部を共通化できるため、焦点検出領域を広げたりより多くの焦点検出領域を設けたりすることができる。これにより、焦点検出精度を向上することができる。
また、本実施形態による光電変換装置では、分割領域４０，５０，６０毎に画素信号を出力することができる。これにより、画素領域１２の全体の画素信号を順次出力する場合と比較して、情報を取得したい領域の視差情報をより早く取得することができ、焦点検出速度を向上することができる。
なお、本実施形態では、画素領域１２を３つの分割領域４０，５０，６０に分ける例を示したが、分割領域の数は３つに限定されるものではない。例えば、焦点検出領域が配置されていない列を別の分割領域に設定し、読み出す列数を減らすことにより、焦点検出速度の更なる向上が可能である。
このように、本実施形態によれば、焦点検出精度の向上と焦点検出速度の高速化とを両立することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による焦点検出装置について、図８及び図９を用いて説明する。図１乃至図７に示す第１実施形態による焦点検出装置と同様の構成要素には同様の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図８は、本実施形態による光電変換装置の画素領域の構成例を示す図である。図９は、本実施形態による光電変換装置における分割領域と焦点検出領域との関係を示す概略図である。
本実施形態による焦点検出装置は、光電変換装置１０の構成が異なるほかは、第１実施形態による焦点検出装置と同様である。
最初に、説明で用いる方向の定義について、第１実施形態と異なる点を説明する。前述の第１実施形態の説明においては、制御線１４の延びる方向がＸ方向である。すなわち、１つの行に含まれる複数の画素Ｐは、Ｘ方向に沿って配列されている。また、第１の実施形態の説明においては、出力線１６の延びる方向がＹ方向である。すなわち、１つの列に含まれる複数の画素Ｐは、Ｙ方向に沿って配列されている。
これに対して、本実施形態においては、制御線１４の延びる方向がＹ方向である。すなわち、１つの行に含まれる複数の画素Ｐは、Ｙ方向に沿って配列されている。また、本実施形態においては、出力線１６の延びる方向がＸ方向である。すなわち、１つの列に含まれる複数の画素Ｐは、Ｘ方向に沿って配列されている。なお、第１実施形態の行ならびに列に関する説明は、同様に本実施形態に適用される。
本実施形態の光電変換装置１０において、行選択回路２０は、Ｙ方向に延在する制御線１４に接続されており、Ｘ方向に並ぶ複数の行から信号を読み出す対象を選択する。読み出し回路２２は、Ｘ方向に延在する出力線１６に接続されている。列選択回路２４は、読み出し回路２２に接続され、Ｙ方向に並ぶ複数の列から信号を読み出す対象を選択する。
図８は、本実施形態による光電変換装置１０の画素領域１２の構成例を詳細に示した図である。ここでは一例として、Ｙ方向に１２の画素Ｐが、Ｘ方向に２５の画素Ｐが、それぞれ配列されている場合を例示している。図８において、Ｘ方向の並びを行、Ｙ方向の並びを列と定義する。つまり、画素領域１２には、２５行×１２列の画素Ｐが配置されている。
中央の焦点検出ブロックの一対の焦点検出領域４２，４４は、一例として、各々３行４列の画素アレイで構成された領域として示されている。一対の焦点検出領域４２，４４は、Ｙ方向の視差検出に用いられる。焦点検出領域４２，４４において、光学的に対をなす画素Ｐは、共通の制御線１４に接続されている。また、一対の焦点検出領域４６，４８は、一例として、各々３行４列の画素アレイで構成された領域として示されている。一対の焦点検出領域４６，４８は、Ｘ方向の視差検出に用いられる。焦点検出領域４６，４８において、光学的に対をなす画素Ｐは、共通の出力線１６に接続されている。
他の焦点検出ブロックの焦点検出領域５２，５４，５６，５８，６２，６４，６６，６８も、焦点検出領域４２，４４，４６，４８と同様である。これら焦点検出領域５２，５４，５６，５８，６２，６４，６６，６８は、一例として、２行４列の画素アレイで構成された領域で表されている。焦点検出領域５２及び焦点検出領域５４と、焦点検出領域６２及び焦点検出領域６４とが、それぞれＹ方向の視差検出に用いられる。また、焦点検出領域５６及び焦点検出領域５８と、焦点検出領域６６及び焦点検出領域６８とが、それぞれＸ方向の視差検出に用いられる。
本実施形態の光電変換装置は、行と列の定義は入れ替わっているが、Ｘ方向及びＹ方向に対する焦点検出領域４２，４４，４６，４８，５２，５４，５６，５８，６２，６４，６６，６８の配置は、第１実施形態の光電変換装置の場合と同様である。
次に、本実施形態による光電変換装置の駆動方法について、図９を用いて説明する。ここでは、画素領域１２が図８に示す３つの焦点検出ブロックを有する場合を例に挙げ、光電変換装置の駆動方法を説明する。
本実施形態による光電変換装置の駆動方法では、画素領域１２の中に焦点検出ブロックに応じた分割領域を定義し、この分割領域毎に画素Ｐを駆動する。例えば、画素領域１２が図８に示すような３つの焦点検出ブロックを含む場合、画素領域１２を、図９に示すように、行を単位として３つの分割領域４０，５０，６０に分割する。分割領域４０は、焦点検出領域４２，４４，４６，４８を含む領域である。分割領域５０は、焦点検出領域５２，５４，５６，５８を含む領域である。分割領域６０は、焦点検出領域６２，６４，６６，６８を含む領域である。
行選択回路２０による画素Ｐの駆動は、分割領域毎に、行単位で順次、実行される。これにより、選択した行の各画素Ｐの信号が、出力線１６を介して読み出し回路２２へと出力される。列選択回路２４は、通常のエリアセンサの場合と同様、列を順次選択し、選択した列の画素信号を順次、出力信号ＳＯＵＴとして出力する。このようにすることで、総ての行の画素信号を出力する場合と比較して出力する画素信号の数が少なくなり、焦点検出用信号の高速の読み出しが可能となる。
例えば、図９の３つの分割領域４０，５０，６０のうち、分割領域４０に属する画素Ｐからの信号の読み出しを最初に実行するものとする。この場合、全体の行のうち分割領域４０が占める行はおよそ１／３であり、行走査期間をおよそ１／３に短縮することができる。分割領域４０から得られる画素信号はＸ方向及びＹ方向の視差情報を含むものであり、分割領域４０からの画素信号の読み出し完了までの時間を短縮することによって、焦点検出演算をより早い時期に開始することができる。これにより、撮影レンズの自動焦点調節等に迅速にフィードバックすることができる。
分割領域５０，６０からの画素信号の読み出しは、必要に応じて、分割領域４０からの画素信号の読み出しの後に行えばよい。分割領域５０，６０からの画素信号の読み出しは、分割領域４０から取得した焦点検出用信号に基づく焦点検出演算と並行して行うことが可能である。
上述したように、本実施形態による光電変換装置では、Ｘ方向の視差検出に対応した焦点検出領域を構成する一対の画素Ｐは、共通の出力線１６に接続されている。また、Ｙ方向の視差検出に対応した焦点検出領域を構成する一対の画素Ｐは、共通の制御線１４に接続されている。したがって、光学的な条件で決まる焦点検出領域に対して、より多くの画素Ｐを配置することができ、分解能を向上することができる。また、画素制御部（行選択回路２０）及び信号処理部（読み出し回路２２、列選択回路２４）を共通化できるため、焦点検出領域を広げたりより多くの焦点検出領域を設けたりすることができる。これにより、焦点検出精度を向上することができる。
更に、本実施形態による光電変換装置では、Ｘ方向の視差検出に用いられる焦点検出領域は、焦点検出領域毎に制御線１４が独立している。また、Ｙ方向の視差検出に用いられる焦点検出領域は、対をなす焦点検出領域毎に制御線１４が独立している。そして、Ｘ方向の視差検出に用いられる焦点検出領域とＹ方向の視差検出に用いられる焦点検出領域とに共通する制御線１４は存在しない。つまり、対をなす焦点検出領域毎に画素Ｐの露光期間や画素信号の読み出し動作を制御することが可能である。したがって、各々の焦点検出領域に対応する被写体の明暗に応じて適切な露光時間を設定することができ、焦点検出精度を向上することが可能となる。
また、分割領域４０，５０，６０は行で分割されているため、行選択回路２０により行を選択する順番を制御するだけで、各々の分割領域の信号を順次出力することができる。したがって、第１実施形態の場合よりも回路規模を小さくすることができる。
このように、本実施形態によれば、焦点検出精度の向上と焦点検出速度の高速化とを両立することができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による焦点検出装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１乃至図８に示す第１及び第２実施形態による焦点検出装置と同様の構成要素には同様の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１０及び図１１は、本実施形態による光電変換装置における分割領域と焦点検出領域との関係を示す概略図である。Ｘ方向、および、Ｙ方向の定義は、第２実施形態と同じである。
本実施形態による焦点検出装置は、光電変換装置１０における画素領域１２の分割領域の設定範囲が異なるほかは、第２実施形態による焦点検出装置と同様である。すなわち、本実施形態の光電変換装置は、画素領域１２が、Ｘ方向の視差検出に用いられる１つの焦点検出領域を含む分割領域と、Ｙ方向の視差検出に用いられる対をなす２つの焦点検出領域を含む分割領域とに分けられている。
第２実施形態との関係で説明すると、分割領域４０は、焦点検出領域４２，４４を含む分割領域４０１と、焦点検出領域４６を含む分割領域４０２と、焦点検出領域４８を含む分割領域４０３とに、更に分割されている。また、分割領域５０は、焦点検出領域５２，５４を含む分割領域５０１と、焦点検出領域５６を含む分割領域５０２と、焦点検出領域５８を含む分割領域５０３とに、更に分割されている。また、分割領域６０は、焦点検出領域６２，６４を含む分割領域６０１と、焦点検出領域６６を含む分割領域６０２と、焦点検出領域６８を含む分割領域６０３とに、更に分割されている。
このように構成することで、Ｙ方向の視差検出に用いられる対をなす２つの焦点検出領域の画素Ｐからの画素信号のみを先に出力することができる。特に、Ｙ方向の視差検出に用いられる対をなす２つの焦点検出領域は、同じ行に配されており、画素Ｐの露光期間や画素信号の読み出し動作を同時に制御することができる。例えば、図８に示す画素構成であれば、１２行から１４行までの制御線１４を駆動するだけで、焦点検出領域４２，４４に属する画素Ｐの露光期間や画素信号の読み出し動作を制御することができる。したがって、Ｙ方向の焦点検出演算を更に早い時期に開始することが可能となり、撮影レンズの自動焦点調節等に迅速にフィードバックすることができる。
Ｘ方向の視差検出に用いられる焦点検出領域の画素Ｐからの画素信号の読み出しは、必要に応じて、Ｙ方向の視差検出に用いられる焦点検出領域の画素Ｐからの画素信号の読み出しの後に行えばよい。Ｘ方向の視差検出に用いられる焦点検出領域の画素Ｐからの画素信号の読み出しは、Ｙ方向の視差検出に用いられる焦点検出領域の画素Ｐから取得した焦点検出用信号に基づく焦点検出演算と並行して行うことが可能である。
また、分割領域４０１，５０１，６０１の画素Ｐからの画素信号の読み出しを、分割領域４０２，４０３，５０２，５０３，６０２，６０３の画素Ｐからの画素信号の読み出しよりも先に行うことも有効である。このように構成することで、例えば被写体に対して広範囲の焦点検出演算が必要な場合などに、第１及び第２実施形態の場合よりも高速に焦点検出を行うことが可能となる。
図１１は、分割領域の他の設定例である。図１１では、図１０の構成において、焦点検出領域と重ならない行を含む領域を、焦点検出領域を含む分割領域から除外している。図１１において、分割領域７２，７４，７６，７８が、焦点検出領域と重ならない行を含む領域である。行選択回路２０は、分割領域４０１，４０２，４０３，５０１，５０２，５０３，６０１，６０２，６０３に対応した行を選択できるように構成されている。また、行選択回路２０は、分割領域４０１，４０２，４０３，５０１，５０２，５０３，６０１，６０２，６０３毎に画素Ｐの露光期間や画素信号の読み出し動作を制御できるように構成されている。また、列選択回路２４は、焦点検出領域に対応した列８２が選択できるように構成されている。このように構成することで、焦点検出領域を含む行からの画素信号のみで出力信号ＳＯＵＴを構成することができ、更なる焦点検出速度の向上が可能となる。
このように、本実施形態によれば、焦点検出精度の向上と焦点検出速度の高速化とを両立することができる。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による撮像システムについて、図１２を用いて説明する。図１乃至図１１に示す第１乃至第３実施形態による焦点検出装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１２は、本実施形態による撮像システムの構成例を示すブロック図である。
本実施形態による撮像システム２００は、図１２に示すように、バリア２０１と、レンズ２０２と、絞り２０３と、固体撮像装置２０４と、ＡＦセンサ２０５とを有している。レンズ２０２は、被写体の光学像を結像するための光学系である。バリア２０１は、レンズ２０２のプロテクトを行うものである。絞り２０３は、レンズ２０２を通過する光の光量を調整するためのものである。固体撮像装置２０４は、レンズで結像された被写体の光学像を画像信号として取得するためのものである。ＡＦセンサ２０５は、第１乃至第３実施形態で説明した焦点検出装置１００である。
また、撮像システム２００は、アナログ信号処理装置２０６、Ａ／Ｄ変換器２０７、デジタル信号処理部２０８を更に有している。アナログ信号処理装置２０６は、固体撮像装置２０４やＡＦセンサ２０５から出力された信号を処理するためのものである。Ａ／Ｄ変換器２０７は、アナログ信号処理装置２０６から出力された信号をアナログデジタル変換するためのものである。デジタル信号処理部２０８は、Ａ／Ｄ変換器２０７から出力された画像データに対して各種の補正を行い或いはデータを圧縮する処理を行うためのものである。
また、撮像システム２００は、メモリ部２０９、外部Ｉ／Ｆ回路２１０、タイミング発生部２１１、全体制御・演算部２１２、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１３を更に有している。メモリ部２０９は、画像データを一時記憶するためのものである。外部Ｉ／Ｆ回路２１０は、外部コンピュータ２１５などの外部機器と通信するためのものである。タイミング発生部２１１は、デジタル信号処理部２０８などに各種タイミング信号を出力するためのものである。全体制御・演算部２１２は、各種演算とカメラ全体を制御するためのものである。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１３は、取得した画像データを記録し、又は画像データの読み出しを行うための半導体メモリなどの着脱可能な記録媒体２１４との間でデータのやりとりを行うためのものである。
バリア２０１がオープンされると、被写体からの光学像がレンズ２０２及び絞り２０３を介してＡＦセンサ２０５に入射される。全体制御・演算部２１２は、ＡＦセンサ２０５からの出力信号をもとに、前記した位相差検出の手法により被写体までの距離を算出する。その後、全体制御・演算部２１２は、演算結果に基づいてレンズ２０２を駆動し、再び合焦しているか否かを判断し、合焦していないと判断したときには、再びレンズ２０２を駆動するオートフォーカス制御を行う。
次いで、合焦が確認された後に、固体撮像装置２０４による電荷蓄積動作が開始される。固体撮像装置２０４の電荷蓄積動作が終了すると、固体撮像装置２０４から出力された画像信号は、アナログ信号処理装置２０６で所定の処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換器２０７でアナログデジタル変換される。アナログデジタル変換された画像信号は、デジタル信号処理部２０８を介して全体制御・演算部２１２によってメモリ部２０９に書き込まれる。
その後、メモリ部２０９に蓄積されたデータは、全体制御・演算部２１２の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部２１３を介して記録媒体２１４に記録される。或いは、メモリ部２０９に蓄積されたデータは、外部Ｉ／Ｆ回路２１０を介して、直接に外部コンピュータ２１５などに入力してもよい。
第１乃至第３実施形態において説明したように、これまでの実施形態に示した焦点検出装置１００を用いてＡＦセンサ２０５を構成することにより、焦点検出精度を向上しつつ焦点検出速度を高速化することができる。したがって、このＡＦセンサ２０５を用いた本実施形態の撮像システムによれば、より高精細な画像を迅速に取得することが可能となる。
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
また、第１乃至第３実施形態の光電変換装置１０において、画素Ｐを構成する画素回路は、図３に示すものに限定されるものではない。例えば、画素Ｐは、必ずしもグローバル電子シャッタ動作に対応した構成を有する必要はなく、転送トランジスタＭ２及びオーバーフロートランジスタＭ６はなくてもよい。この場合、光電変換部ＰＤに蓄積された電荷は、転送トランジスタＭ１によりＦＤ部（保持部Ｃ２）へと転送される。
また、上記第１乃至第３実施形態では、画素領域１２に焦点検出領域の対を２つ又は６つ配置する例を示したが、画素領域１２に配置する焦点検出領域の対の数はこれに限定されるものではない。また、画素領域１２を分割する分割領域の数も、上記実施形態の例に限定されるものではない。
また、上記第４実施形態に示した撮像システムは、本発明の焦点検出装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の焦点検出装置を適用可能な撮像システムは図１２に示した構成に限定されるものではない。
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。
Ｐ…画素
１０…光電変換装置
１２…画素領域
１４…制御線
１６…出力線
２０…行選択回路
２２…読み出し回路
２４…列選択回路
３０…フィールドレンズ
３２，３４，３６，３８…２次結像レンズ
４２，４４，４６，４８，５２，５４，５６，５８，６２，６４，６６，６８…焦点検出領域
４０，４０１，４０２，４０３，５０，５０１，５０２，５０３，６０，６０１，６０２，６０３…分割領域
１００…焦点検出装置
１１０…撮影レンズ
１１２，１１４，１１６，１１８…瞳位置

Claims (15)

  1. フィールドレンズと、
    前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、
    前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、
    前記光電変換装置は、
    複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、
    それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、
    それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、
    前記画素領域に配された複数の前記出力線に接続された信号処理部と、を有し、
    前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、
    前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、
    前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、
    前記信号処理部は、前記出力線の信号を順次選択して出力するように構成されており、
    前記画素領域は、前記第１の方向において分割された複数の分割領域を含み、
    前記複数の分割領域は、前記第１焦点検出領域対および前記第２焦点検出領域対を含む第１の分割領域を含み、
    前記信号処理部は、前記第１の分割領域に含まれる第１行の画素の信号を読み出し、その後、他の分割領域の画素からの信号を読み出す前に、前記第１の分割領域に含まれる第２行の画素の信号を読み出す
    ことを特徴とする焦点検出装置。
  2. １つの行に含まれる複数の前記画素は、前記複数の分割領域毎に異なる前記制御線に接続されている
    ことを特徴とする請求項１記載の焦点検出装置。
  3. 前記複数の分割領域は、さらに、第２の分割領域および第３の分割領域を含み、
    前記第１の分割領域は、前記第２の分割領域と前記第３の分割領域との間に配されている
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
  4. 前記複数の行の数が、前記複数の列の数よりも少ない
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
  5. フィールドレンズと、
    前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、
    前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、
    前記光電変換装置は、
    複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、
    それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、
    それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、
    前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、
    前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、
    前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、
    前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、
    前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、
    前記画素領域は、前記第２の方向において分割された、複数の分割領域を含み、
    前記複数の分割領域は、前記第１焦点検出領域対が配された第１の分割領域と、前記第２焦点検出領域対のうちの一方の焦点検出領域が配された第２の分割領域と、前記第２焦点検出領域対のうちの他方の焦点検出領域が配された第３の分割領域とを含む
    ことを特徴とする焦点検出装置。
  6. 前記画素制御部は、前記第１の分割領域に配された前記第１焦点検出領域対の前記画素からの信号の読み出しを行った後、前記第２の分割領域及び前記第３の分割領域に配された前記第２焦点検出領域対の前記画素からの信号の読み出しを行うように構成されている
    ことを特徴とする請求項５記載の焦点検出装置。
  7. 前記第１の分割領域は、前記第２の分割領域と前記第３の分割領域との間に配される
    ことを特徴とする請求項５または６に記載の焦点検出装置。
  8. フィールドレンズと、
    前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、
    前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、
    前記光電変換装置は、
    複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、
    それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、
    それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、
    前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、
    前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、
    前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、
    前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、
    前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、
    前記画素制御部は、前記画素領域に配された前記複数の制御線のうち、前記第１焦点検出領域対又は前記第２焦点検出領域対を構成する前記画素に接続された前記制御線のみを選択するように構成されている
    ことを特徴とする焦点検出装置。
  9. フィールドレンズと、
    前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、
    前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、
    前記光電変換装置は、
    複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、
    それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、
    それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、
    前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、
    前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、
    前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、
    前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、
    前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、
    前記光電変換装置は、前記画素領域に配された複数の前記出力線に接続された信号処理部を更に有し、
    前記信号処理部は、前記画素領域に配された前記複数の出力線のうち、前記第１焦点検出領域対又は前記第２焦点検出領域対を構成する前記画素に接続された前記出力線のみを選択するように構成されている
    ことを特徴とする焦点検出装置。
  10. フィールドレンズと、
    前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、
    前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、
    前記光電変換装置は、
    複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、
    それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、
    それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、
    前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、
    前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、
    前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、
    前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、
    前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、
    前記第１の方向は前記画素領域の短辺方向であり、前記第２の方向は前記画素領域の長辺方向である
    ことを特徴とする焦点検出装置。
  11. フィールドレンズと、
    前記フィールドレンズを通過した光束を結像し、撮影レンズの異なる瞳位置を通過した光束による一対の像を形成する２次結像レンズと、
    前記一対の像を検出する少なくとも一つの焦点検出領域対を含む画素領域を有する光電変換装置と、を含む焦点検出装置であって、
    前記光電変換装置は、
    複数の行および複数の列の行列を構成するように、前記画素領域に配された複数の画素と、
    それぞれが対応する行の少なくとも一部の画素に制御信号を供給する複数の制御線と、
    それぞれに対応する列の少なくとも一部の画素からの信号が出力される複数の出力線と、
    前記画素領域に配された複数の前記制御線に接続された画素制御部と、を有し、
    前記光電変換装置の前記画素領域は、第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第１の方向と交差する第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含み、
    前記第１焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第１の方向に沿って配された共通の前記制御線に接続されており、
    前記第２焦点検出領域対において、焦点検出のための信号を出力する対となる前記画素は、前記第２の方向に沿って配された共通の前記出力線に接続されており、
    前記画素制御部は、前記制御線を順次選択して前記制御信号を供給するように構成されており、
    前記複数の行の数が、前記複数の列の数よりも多い
    ことを特徴とする焦点検出装置。
  12. 前記画素領域に、前記第１焦点検出領域対及び前記第２焦点検出領域対をそれぞれが含む複数のブロックが配されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の焦点検出装置と、
    被写体の光学像を画像信号として取得する固体撮像装置と、
    前記焦点検出装置の出力信号に基づき、前記被写体までの距離を算出する演算部と、
    前記演算部で算出された前記距離に基づき、前記被写体の前記光学像が前記固体撮像装置の撮像面に合焦するように光学系を制御する制御信号を出力する制御部と
    を有することを特徴とする撮像システム。
  14. 第１の方向に配された複数の制御線と、前記第１の方向と交差する第２の方向に配された複数の出力線と、前記複数の制御線と前記複数の出力線との交差部にそれぞれ設けられ、前記制御線に供給される制御信号に応じて光電変換部で生成された電荷に基づく信号を前記出力線に出力する複数の画素とを有する画素領域であって、前記第１の方向の視差を検出するための第１焦点検出領域対と、前記第２の方向の視差を検出するための第２焦点検出領域対とを含む画素領域を有する光電変換装置の駆動方法であって、
    前記画素領域を、前記第１焦点検出領域対が配された第１の分割領域と、前記第２焦点検出領域対のうちの一方の焦点検出領域が配された第２の分割領域と、前記第２焦点検出領域対のうちの他方の焦点検出領域が配された第３の分割領域とに分割し、前記第１の分割領域、前記第２の分割領域及び前記第３の分割領域毎に、前記画素からの信号の読み出しを行う
    ことを特徴とする光電変換装置の駆動方法。
  15. 前記第１の分割領域に配された前記第１焦点検出領域対の前記画素からの信号の読み出しを行った後、前記第２の分割領域及び前記第３の分割領域に配された前記第２焦点検出領域対の前記画素からの信号の読み出しを行う
    ことを特徴とする請求項１４記載の光電変換装置の駆動方法。
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