JP4708595B2 - 撮像装置及びカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、カメラ、及び撮像装置の制御方法に関し、更に詳しくは、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過する光束を受光して瞳分割方式の焦点検出を可能とする撮像装置と、当該撮像装置を搭載したカメラ、及び当該撮像装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撮影レンズの焦点状態を検出する方式の一つとして、センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元のセンサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特開昭５５−１１１９２８号公報及び特開昭５８−２４１０５号公報に開示されている。
【０００３】
また、本出願人はデジタルスチルカメラに用いられるＣＭＯＳイメージセンサ（撮像装置）を用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置を特願平１１−３０６８１５号公報で提案している。
【０００４】
図１６は特願平１１−３０６８１５号公報で提案している、イメージセンサを用いた瞳分割方式の焦点検出方法の原理説明図、図１７はイメージセンサの画素レイアウトの一部を示す概略平面図である。イメージセンサ１０は撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。また、イメージセンサ１０の各画素は２つの光電変換領域１３α及び１３βから構成されており、各光電変換領域の撮影レンズ側に形成されたマイクロレンズ１１によって、光電変換領域１３α及び１３βは撮影レンズ５の瞳と略結像関係になるように設定されている。
【０００５】
ここで、光電変換領域１３αは撮影レンズ５の瞳の図中上方を透過する光束を受光し、光電変換領域１３βは撮影レンズ５の瞳の図中下方を透過する光束を受光する。焦点検出時は、図１７に示すように光電変換領域α及び光電変換領域βからの出力を独立して読み出し、さらに複数の画素からの出力より撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束による像が生成される。
【０００６】
撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束より生成される像を用いて焦点検出を行う方法は、特開平５−１２７０７４号公報に開示されているように公知の技術である。
【０００７】
一方、通常撮影時は、光電変換領域１３αと光電変換領域１３βの出力を画素内で加算して出力するように構成している。
【０００８】
ところでＣＭＯＳイメージセンサの露光制御として、特開平５−７５９３１号公報にはランダムアクセス型撮像素子の露光制御方法が開示されている。同公報においては、照明光量の少ない領域では露光時間を長く設定するような露光制御方法が開示されている。
【０００９】
また上記従来の焦点検出装置に用いられるＣＭＯＳイメージセンサは、電子ビューファインダ等で常時撮影画像を表示する場合、ローリングシャッタ方式にて蓄積時間制御が行われる。ローリングシャッタ方式の場合、イメージセンサの１ラインは同一蓄積時間で制御されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６に示すようにイメージセンサ１０の各光電変換領域１３α、１３βは撮影レンズ５の瞳の異なる位置を透過する光束を受光しているため、撮影画面の周辺領域ではいわゆるＣＯＳ４乗則の影響で光電変換領域１３α、１３β間で出力のアンバランスが発生する。
【００１１】
図１８に、均一輝度の被写体を見た場合のイメージセンサ１０の１ライン上での光電変換領域αと光電変換領域βの出力の例を示す。中心領域（光軸周辺）では光電変換領域αと光電変換領域βの出力差は小さいが、周辺になるに従ってより大きな出力差が発生する。図１８の領域δにおいて光電変換領域α及び光電変換領域βで検出される線像を示したものが図１９である。撮影レンズの焦点状態を検出するためには、像Ｉαと像Ｉβの相関をとらなければならないが、出力差があるために２像の一致度が低下し、焦点検出精度が低下するという欠点があった。
【００１２】
そこで特開平３-２１４１３３号公報では、撮影レンズの周辺光量低下等の光量分布情報を求めて、光電変換部にて検出された被写体像信号に対して光量分布情報に応じた処理を行って、撮影レンズのデフォーカス量を検出する焦点検出装置が開示されている。
【００１３】
しかしながら、イメージセンサの光電変換領域αと光電変換領域βからの出力差が大きい場合、光電変換領域αと光電変換領域βの出力像信号のレベルを合わせるために出力の低い光電変換領域の出力像信号を増幅すると、ノイズ成分も増幅してしまい、精度の高い焦点検出結果が得られないという欠点があった。
【００１４】
さらに撮影レンズが交換可能なデジタルカメラシステムの場合、カメラに装着される撮影レンズによって出力の特性が図１８に示すものと異なるため、その結果、撮影レンズによって焦点検出精度が変化するという欠点があった。
【００１５】
さらに図１８に示すように、同一ライン上でも画像出力を取り出す領域が異なると光電変換領域αと光電変換領域βの出力差も異なるため、焦点検出を行う領域によって焦点検出精度が変化するという欠点があった。
【００１６】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、同一画素の各光電変換領域に入射する光量が異なる場合も、各光電変換領域の出力がほぼ同等となるように制御して、焦点検出の精度を向上させることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、着脱可能な撮影レンズを介して入射する光学像を光電変換する本発明の撮像装置は、各画素内に一つのマイクロレンズを通過した光を受光する２つの光電変換手段を有し、接続された撮影レンズの光軸を含む２次元エリアに複数配された画素と、前記撮影レンズの焦点を調節する際の信号を抽出する際、前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素内の２つの光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段の電荷蓄積時間を、光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段の電荷蓄積時間よりも短くするように、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段は第１の転送パルスにより、また前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段は第２の転送パルスによりそれぞれ独立に制御する制御手段とを有する。
【００２０】
また、好適な別の一様態によれば、各画素内に一つのマイクロレンズを通過した光を受光する２つの光電変換手段を有し、接続された撮影レンズの光軸を含む２次元エリアに複数配された画素と、前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素内の２つの光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段は第１の転送パルスにより、また前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段は第２の転送パルスによりそれぞれ独立に制御する制御手段と、前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素の光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段から得られる信号に第１のゲインをかける第１の増幅手段と、前記複数の画素の光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段から出力される信号に、第１のゲインよりも大きい第２のゲインをかける第２の増幅手段とを有し、前記制御手段は、更に、接続された撮影レンズに応じて、前記第１及び第２のゲインを制御する。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、本発明のカメラは、上記いずれかの撮像装置を搭載する。
【００２２】
本発明の好適な一様態によれば、前記撮像装置の各画素の２つの光電変換領域から出力される信号に基づいて前記撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出手段を更に有し、前記制御手段は前記焦点検出手段で用いる撮像装置上の焦点検出領域の位置に応じて、前記第１及び第２のゲインを制御する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の撮像装置（以下、「イメージセンサ」と呼ぶ。）を具備した本第１の実施形態におけるカメラの概略構成図を示す。
【００２８】
図１において、図１６に示す構成と同様の構成については同じ参照番号を付す。１０はイメージセンサ（撮像装置）で、デジタルスチルカメラの本体（以下、「カメラ本体」と呼ぶ。）１の撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。カメラ本体１には、カメラ全体を制御するＣＰＵ２０、イメージセンサ１０を駆動制御するイメージセンサ制御回路２１、イメージセンサ１０により撮像した画像信号を画像処理する画像処理回路２４、画像処理された画像信号を表示する液晶表示素子９と、それを駆動する液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子９に表示された被写体像を観察するための接眼レンズ３、イメージセンサ１０にて撮像された画像を記録するメモリ回路２２、画像処理回路２４にて画像処理された画像をカメラ外部に出力するためのインターフェース回路２３とが含まれている。メモリ回路２２には、撮影レンズの固有情報（開放Ｆ値、射出窓情報等）も記憶されている。
【００２９】
撮影レンズ５はカメラ本体１に対して着脱可能であり、便宜上２枚のレンズ５a、５bで図示しているが、実際は多数枚のレンズで構成され、カメラ本体１のＣＰＵ２０から送られてくる焦点調節情報を電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０にて受信し、その焦点調節情報に基づいて撮影レンズ駆動機構５１によって合焦状態に調節される。また５３は絞り装置で、絞り駆動機構５２によって所定の絞り値に絞り込まれるようになっている。また、ＣＰＵ２０は焦点検出も行う。
【００３０】
図２は、本発明の第１の実施形態においてイメージセンサ１０に用いられるＣＭＯＳイメージセンサの１画素の断面図である。同図において、１１７はｐ型ウェル、１１８はＭＯＳのゲート絶縁膜であるＳｉＯ2膜である。１２６α及び１２６βは表面ｐ＋であり、ｎ層１２５α及び１２５βとでそれぞれ光電変換部１０１α及び１０１βを構成する。１２０α及び１２０βは光電変換部１０１α及び１０１β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部（以下、「ＦＤ部」と呼ぶ。）１２１へ転送するための転送ゲートである。また、１２９はカラーフィルタ、１３０はマイクロレンズで、マイクロレンズ１３０は撮影レンズ５の瞳とイメージセンサ１０の光電変換部１０１とが略共役になるような形状及び位置に形成されている。
【００３１】
また光電変換部１０１α及び１０１βは、ＦＤ部１２１を挟んで２つの領域、α領域とβ領域（以下、それぞれ「光電変換領域α、光電変換領域β」と呼ぶ。）とにそれぞれ形成されており、さらに各光電変換領域α及び光電変換領域βで発生した光電荷をそれぞれＦＤ部１２１へ転送する転送ゲート１２０α、１２０βが形成されている。
【００３２】
通常撮影時は、光電変換領域αと光電変換領域βで発生した光電荷が各転送ゲート１２０α、１２０βを介してＦＤ部１２１に転送され、加算されるように制御される。一方、撮影レンズ５の焦点状態を検出する際は、光電変換領域α及び光電変換領域βからのＦＤ部１２１への光電荷の転送は独立して行われ、光電荷が加算されないように転送ゲート１２０α及び１２０βが制御される。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサ１０の１ラインを概略的に示した平面図で、図中網掛けされた中央の画素は、撮影レンズ５の光軸上にある画素を示している。イメージセンサ１０の各画素中の２つの光電変換領域α、βは、撮影レンズ５の光軸上にある画素に近い側の光電変換領域と、遠い側の光電変換領域とがそれぞれ独立に制御可能であるように構成されている。
【００３４】
すなわち、各画素中の２つの光電変換領域のうち、図中の中心画素の左側にある画素における中心画素に近い光電変換領域βと、中心画素の右側にある画素における中心画素に近い光電変換領域αとが同じタイミングで制御されるようになっている。同様に、各画素中の２つの光電変換領域のうち、図３の中心画素の左側において中心画素から遠い光電変換領域αと、中心画素の右側にある画素における中心画素から遠い光電変換領域βとが同じタイミングで制御されるようになっている。
【００３５】
図４は本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサ１０の概略回路構成図である。なお、図４では、図面の簡略化のために２列×２行の２次元エリアセンサを示しているが、実際は数百万画素の画素から構成されている。
【００３６】
図４において、１０１は光電変換部、１０３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、１０４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、１０５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、１０６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ、１０７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタ、１０８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１１０は暗出力蓄積容量ＣＴＮ、１１１は明出力蓄積容量ＣＴＳ、１１２は水平転送ＭＯＳトランジスタ、１１３は水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、１１４は差動増幅器である。１１５は水平走査回路、１１６は垂直走査回路で、図１に示すイメージセンサ制御回路２１を構成している。
【００３７】
図４において、１ライン目の左の画素（第０画素）は図３に示す左端の画素に相当し、１ライン目の右の画素（第ｉ画素）は図３における右端の画素に相当している。また、撮影レンズ５の光軸は第０画素と第ｉ画素との間に存在する。
【００３８】
そして、各画素における、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換部、例えば第０画素の光電変換部１０１β０と第ｉ画素の光電変換部１０１αｉ に対応する転送スイッチ１０３β０と転送スイッチ１０３αｉは、同じ制御パルスΦＴＸα０により制御されるように構成されている。また、各画素における、撮影レンズ５の光軸から遠い側の光電変換部、例えば第０画素の光電変換部１０１α０と第ｉ画素の光電変換部１０１βｉに対応する転送スイッチ１０３α０と転送スイッチ１０３βｉは、同じ制御パルスΦＴＸβ０により制御されるように構成されている。
【００３９】
次に図５のタイミングチャートを用いてイメージセンサ１０の動作を説明する。本発明のＣＭＯＳイメージセンサ１０を有するカメラ１は、イメージセンサ１０により撮影された画像を常時液晶表示素子９にて観察可能なように構成されているため、ローリングシャッタ方式の蓄積制御が行われる。
【００４０】
図５はイメージセンサ１０で焦点検出を行う際の第０ラインのタイミングチャートを示している。撮影レンズ５の焦点状態の検出を行う場合、各画素の光電変換領域α及び光電変換領域βのそれぞれの出力から得られる２つの画像の相関演算を行い、２つの画像の像ずれ量から撮影レンズ５の焦点状態を検出するが、設定された焦点検出領域で２つの画像の出力がほぼ同等になるように光電変換領域α及び光電変換領域βの蓄積時間が設定されている。実際には、１画素中の２つの光電変換領域のうち、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域よりも、撮影レンズ５の光軸から遠い側の光電変換領域の蓄積時間が長くなるように制御パルスΦＴＸα０及びΦＴＸβ０が制御される。制御パルスΦＴＸα０及びΦＴＸβ０は垂直走査回路１１６にて生成される。
【００４１】
まず撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域の光電荷の読み出しが実行される。制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ、第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとしＦＤ部１２１のリセットを止め、ＦＤ部１２１をフローティング状態にし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦＴＮαをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０に出力させる。ここで、第０ラインの第０画素部の暗電圧は蓄積容量１１０β０に出力され、第ｉ画素部の暗電圧は蓄積容量１１０αｉに出力される。
【００４２】
次に、第０ラインの撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域の出力を行うため、制御パルスΦＴＸα０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を導通し、光発生キャリアをＦＤ部１２１に転送する。フォトダイオードの光電変換部１０１からの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳαをハイとして蓄積容量１１１に出力する。ここで、第０ラインの第０画素部の光出力は蓄積容量１１１β０に出力され、第ｉ画素部の光出力は蓄積容量１１１αｉに出力される。この時点で第０ラインの各画素の撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０と１１１に蓄積される。
【００４３】
つぎに、撮影レンズ５の光軸から近い側の光電変換領域の蓄積時間を撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の蓄積時間に対して相対的にΔｔだけ短く蓄積制御するために、最初に制御パルスΦＴＸα０をハイとしたΔｔ時間後、再度制御パルスΦＴＸα０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を導通し、Δｔ時間に発生し蓄積された光電荷をＦＤ部１２１に転送する。このとき、制御パルスΦＲ０をハイとしておけば、ＦＤ部１２１の電荷は消滅する。さらに、制御パルスΦＴＸα０をローとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を閉じれば、撮影レンズの光軸から近い側の光電変換領域にて光電荷の再蓄積が開始され、再度光電荷の読み出しが行われるまで光電荷は蓄積される。
【００４４】
引き続き撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の光電荷の読み出しが実行される。制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ、第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとしＦＤ部１２１のリセットを止め、ＦＤ部１２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦＴＮβをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０に出力させる。ここで、第０ラインの第０画素部の暗電圧は蓄積容量１１０α０に出力され、第ｉ画素部の暗電圧は蓄積容量１１０βｉに出力される。
【００４５】
次に、第０ラインの各画素の撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の出力を行うため、制御パルスΦＴＸβ０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を導通し、光電荷をＦＤ部１２１に転送する。フォトダイオードの光電変換部１０１からの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳβをハイとして蓄積容量１１１に出力する。ここで、第０ラインの第０画素部の光出力は蓄積容量１１１α０に出力され、第ｉ画素部の光出力は蓄積容量１１１βｉに出力される。この時点で第０ラインの各画素の撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０と１１１に蓄積される。制御パルスΦＴＸβ０をローとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を閉じれば、撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域に光電荷の蓄積が開始され、再度光電荷の読み出しが行われるまで光電荷は蓄積される。
【００４６】
なお、光電変換部１０１にて発生した光電荷は、まず各画素において撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域から蓄積容量１１１に読み出し、その後で撮影レンズ５の光軸に遠い側の光電変換領域から蓄積容量１１１に読み出しを行うように制御するが、イメージセンサ１０から外部への出力はそのあとの信号の並べ替え処理を行わないで済むように、各画素の光電変換領域の分割方向が同じ方向の光電変換領域から順次出力されるように水平走査回路１１５が制御する。
【００４７】
イメージセンサ１０から外部への出力は、制御パルスΦＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１１５の水平転送ＭＯＳトランジスタ１１２への走査タイミング信号により水平出力線に出力される。水平走査回路１１５は、各画素の光電変換領域のうちまず光電変換領域αの光出力を出力するように走査タイミング信号を発生させる。その結果、蓄積容量１１１α０から順次蓄積容量１１１αｉまでの蓄積容量がイメージセンサの外部に出力される。引き続き、水平走査回路１１５は、各画素の光電変換領域のうち光電変換領域βの光出力を出力するように走査タイミング信号を発生させる。その結果、蓄積容量１１１β０から順次蓄積容量１１１βｉまでの蓄積容量がイメージセンサ１０の外部に出力される。このとき、差動増幅器１１４によって蓄積容量１１０と１１１の差動出力Ｖｏｕｔをとるため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。
【００４８】
イメージセンサ１０からの出力は、焦点検出処理を行うＣＰＵ２０にて焦点検出用画像信号として整形される。
【００４９】
図６は、均一輝度の被写体を撮影したときの、第０ラインの各画素の光電変換領域α及びβの出力を示したものである。撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域とでΔｔ０の蓄積時間差を設けたため、図中の焦点検出領域δ１及びδ２での各光電変換領域からの出力はほぼ同等になっている。
【００５０】
図７は例えば被写体が１本線の場合に、図６の焦点検出領域δ１及びδ２で検出される焦点検出用の画像の例を示したものである。焦点検出用画像信号ＩαとＩβの出力はほぼ同等で、その結果２つの像信号の相関の度合いが高くなり、精度の高い焦点検出を行うことが可能となっている。
【００５１】
イメージセンサ１０から出力された焦点検出用信号に基づいて、ＣＰＵ２０により撮影レンズ５の焦点状態が精度良く検出されると、ＣＰＵ２０はカメラ本体１と撮影レンズ５の間に設けられた電気接点２６を介して撮影レンズ５のデフォーカス情報をレンズＣＰＵ５０に送信する。レンズＣＰＵ５０はカメラ本体１のＣＰＵ２０から受けたデフォーカス情報を撮影レンズ駆動量に変換してレンズ駆動機構５１の送信し、撮影レンズ５の焦点状態を調節する。
【００５２】
ところで上記第０ラインと異なるラインで、図６の焦点検出領域δ１及びδ２とは異なる領域で焦点検出を行おうとする場合、イメージセンサ１０の各画素の撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と、遠い側の光電変換領域とで受光光量差が異なってくるため、異なった蓄積時間制御が必要となる。
【００５３】
たとえば、図８に示すように撮影レンズ５の光軸に対して焦点検出領域δ１及びδ２よりも外側の焦点検出領域δ３及びδ４で焦点検出を行おうとする場合、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域との受光光量差はより大きくなるため、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域に対して遠い側の光電変換領域の蓄積時間をより長くするように制御される。
【００５４】
図９は、図８の焦点検出領域δ３及びδ４での撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域との出力信号とをほぼ同等にするための、第ｊラインのタイミングチャートを示したものである。このときのイメージセンサの回路構成は図４と同様である。
【００５５】
図９において、図５の第０ラインのタイミングチャートと異なるのは各制御パルスの時間である。第ｊラインの焦点検出領域は撮影レンズ５の光軸に対してより外側に設定されているため、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域との蓄積時間の比が、
（ｔ０−Δｔ０）／ｔ０ ＞ （ ｔｊ−Δｔｊ）／ｔｊ
【００５６】
を満足するように、垂直走査回路１１６は各制御パルスを制御する。
また図１６から明らかなように、カメラ本体１に装着される撮影レンズ５の開放Ｆ値及び射出窓によって、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域の受光光量差が変化する。図１０はカメラ本体１に装着される撮影レンズによってイメージセンサ１０の各光電変換領域の蓄積時間比を設定するためのフローチャートである。以下、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
カメラ本体１のＣＰＵ２０は、撮影レンズ５との電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０と通信を試みる（ステップＳ２０１）。カメラ１に撮影レンズ５が装着されていてレンズＣＰＵ５０と通信可能であれば（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、カメラＣＰＵ２０は装着された撮影レンズ５の種類（ＩＤ）を確認する（ステップＳ２０２）。装着された撮影レンズの種類が確認されると、ＣＰＵ２０はメモリ回路２２に記憶された撮影レンズの開放Ｆ値及び射出窓情報等の固有情報を確認する（ステップＳ２０３）。さらに、カメラＣＰＵ２０は装着されている撮影レンズ５の開放Ｆ値、射出窓の位置、射出窓の径及びイメージセンサ１０上の焦点検出領域の位置等の情報を用いて、焦点検出に用いるイメージセンサ１０の各光電変換領域が受光する受光光束の撮影レンズ５の瞳上での重心位置を算出する（ステップＳ２０４）。さらにカメラＣＰＵ２０は、光電変換領域α及びβが受光する受光光束の撮影レンズ５の瞳上での重心位置と光電変換領域α及びβとをそれぞれ結ぶ直線と、イメージセンサ１０の垂線とのなす角度θα及びθβを算出する（ステップＳ２０４）（図１６参照）。ここで、光電変換領域αと光電変換領域βの受光光量比は、ほぼ
COS４(θα）： COS４(θβ）
【００５８】
となる。
たとえば、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域が光電変換領域αで撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域が光電変換領域βの場合に、図９に示したタイミングチャートでイメージセンサ１０が蓄積制御される場合、ＣＰＵ２０は
【００５９】
（ ｔｊ−Δｔｊ）／ｔｊ ＝ COS４(θβ）／ COS４(θα）
以上のように設定された蓄積時間比でイメージセンサ１０の蓄積時間が制御されると、所定の焦点検出領域での２つの焦点検出用画像信号の出力レベルはほぼ同等となり、２つの焦点検出用画像信号を用いた焦点検出は精度の高い結果が得られることになる。
【００６０】
ここで、撮影レンズの開放Ｆ値及び射出窓情報等の固有情報がカメラ本体１に設けられたメモリ回路２２に記憶されている例を示したが、レンズＣＰＵ５０に付随したメモリ回路に記憶するシステムにしても構わない。
【００６１】
なお図１１は、イメージセンサ１０で通常の撮像を行う際の第０ラインのタイミングチャートである。通常撮像時は、光電変換領域α及びβにて発生した光電荷が同時にＦＤ部１２１に転送され、加算されてイメージセンサ１０の外に出力されるように構成されている。
【００６２】
図１１において、垂直走査回路１１６からのタイミング出力によって、制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ、第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとしＦＤ部１２１のリセットを止め、ＦＤ部１２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦTNβをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０α又は１１０βのいずれか導通した方に出力させる。
【００６３】
次に、第０ラインの各画素の２つの光電変換領域α及びβの出力を行うため、制御パルスΦＴＸα０及びΦＴＸβ０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３α及び１０３βを導通する。この時光電変換部１０１α及び１０１βにて発生した光電荷はＦＤ部１２１に転送される。フォトダイオードの光電変換部１０１α及び１０１βからの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳβをハイとして蓄積容量１１０α又は１１１βのいずれか導通した方に出力する。この時点で第０ラインの各画素の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０α又は１１０βと１１１α又は１１１βにそれぞれ蓄積されることになる。さらに制御パルスΦＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１１５の水平転送ＭＯＳトランジスタ１１２への走査タイミング信号により水平出力線に画素の暗出力と光出力とが出力される。このとき、蓄積容量１１０αと１１１α、または１１０βと１１１βに蓄積された電荷に対して差動増幅器１１４によって差動出力Voutをとるため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。
【００６４】
引き続き水平走査回路１１５による各画素の水平転送ＭＯＳトランジスタへの走査タイミング信号によって、各画素のモニタ出力が検出される。さらに垂直走査回路１１６は同様に、次のラインの出力を行うことにより、イメージセンサ１０の全画素を出力する。
【００６５】
また本第１の実施形態においては、通常撮像時は各画素の２つの光電変換領域の蓄積時間が同じになるように制御する例を示したが、図１２のタイミングチャートに示すようにカメラに装着されるレンズによっては撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と撮影レンズの光軸に遠い側の光電変換領域との蓄積時間が異なるように制御して各画素内で加算して出力することにより、光軸から離れた位置における光量低下による出力のアンバランスを極力小さくすることも有効である。
【００６６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態においては、図１９に示す画像信号Ｉα及びＩβの信号差を、光電変換領域α及び光電変換領域βでの蓄積時間を異ならせることにより調整したが、本第２の実施形態では得られる画像信号Ｉα及びＩβに異なるゲインを掛けることによって調整する。
【００６７】
なお、本第２の実施形態おけるカメラの概略構成は第１の実施形態において図１を参照して説明したものと同様であるので、説明を省略する。図１３は本発明の第２の実施形態におけるイメージセンサ１０の回路構成図である。なお、図１３では、図面の簡略化のために２列×２行の２次元エリアセンサを示しているが、実際は数百万画素の画素から構成されている。また、図１３において、図４の構成と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。
【００６８】
図１３に示す構成では、水平方向の出力系が２系統あるところが図４と異なり、１１４Ｌ及び１１４Ｈは差動増幅器である。また、図４に示す構成とは異なり、各画素の光電変換領域αはΦＴＸαｉにより制御され、光電変換領域βはΦＴＸβｉにより制御される。すなわち、図１７に示す配線となっている。１１５’は水平走査回路１１５’及び垂直走査回路１１６は、図１に示すイメージセンサ制御回路２１を構成している。
【００６９】
図１３において、１ライン目の左の画素（第０画素）は図１７に示す左端の画素に相当し、１ライン目の右の画素（第ｉ画素）は図３における右端の画素に相当している。また、撮影レンズ５の光軸は第０画素と第ｉ画素との間に存在する。
【００７０】
そして、各画素における、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換部、例えば第０画素の光電変換部１０１β０と第ｉ画素の光電変換部１０１αｉの光出力は低ゲインの差動増幅器１１４Ｌを介して出力されるように構成されている。また、各画素における、撮影レンズ５の光軸から遠い側の光電変換部、例えば第０画素の光電変換部１０１α０と第ｉ画素の光電変換部１０１βｉは高ゲインの差動増幅器１１４Ｈにて出力されるように構成されている。
【００７１】
次に図１４のタイミングチャートを用いてイメージセンサ１０の動作を説明する。本発明のＣＭＯＳイメージセンサ１０を有するカメラ１は、イメージセンサ１０により撮影された画像を常時液晶表示素子９にて観察可能なように構成されているため、ローリングシャッタ方式の蓄積制御が行われる。
【００７２】
図１４はイメージセンサ１０で焦点検出を行う際の第０ラインのタイミングチャートを示している。撮影レンズ５の焦点状態の検出を行う場合、各画素の光電変換領域α及び光電変換領域βのそれぞれの出力から得られる２つの画像の相関演算を行い、２つの画像の像ずれ量から撮影レンズ５の焦点状態を検出するが、設定された焦点検出領域で２つの画像の出力がほぼ同等になるように差動増幅器１１４Ｌ及び１１４Ｈのゲインが設定されている。実際には、１画素中の２つの光電変換領域のうち、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域から得られる信号に与えるゲインよりも、撮影レンズ５の光軸から遠い側の光電変換領域のゲインが高くなるように設定する。
【００７３】
まず各画素の２つに分割された光電変換領域のうち、分割方向が同じ方向の、例えば光電変換領域αの光電荷の読み出しが実行される。制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ、第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとしＦＤ部１２１のリセットを止めＦＤ部１２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦTNαをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０αに出力させる。
【００７４】
次に、光電変換領域αの出力を行うため、制御パルスΦＴＸα０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３αを導通し、光電変換部１０１αの光発生キャリアをＦＤ部１２１に転送する。フォトダイオードの光電変換部１０１αからの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳαをハイとして蓄積容量１１１αに出力する。この時点で光電変換領域αの暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０αと１１１αに蓄積される。制御パルスΦＴＸα０をローとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３αを閉じれば、光電変換領域αに光電荷の蓄積が開始され、再度光電荷の読み出しが行われるまで光電荷は蓄積される。
【００７５】
引き続き光電変換領域βの光電荷の読み出しが実行される。制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとし、ＦＤ部１２１のリセットを止め、ＦＤ部１２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦTNβをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０βに出力させる。
【００７６】
次に、第０ラインの各画素の光電変換領域βの出力を行うため、制御パルスΦＴＸβ０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３βを導通し、光電変換部１０１βの光電荷をＦＤ部１２１に転送する。フォトダイオードの光電変換部１０１βからの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳβをハイとして蓄積容量１１１βに出力する。この時点で第０ラインの各画素の撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０βと１１１βに蓄積される。制御パルスΦＴＸβ０をローとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３βを閉じれば、光電変換領域βに光電荷の蓄積が開始され、再度光電荷の読み出しが行われるまで光電荷は蓄積される。
【００７７】
イメージセンサから外部への出力は、制御パルスΦＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１１５の水平転送ＭＯＳトランジスタ１１２への走査タイミング信号により水平出力線に出力される。
【００７８】
ここで、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域からの蓄積容量、例えば第０画素の光電変換部１０１β０の蓄積容量１１１β０及び第ｉ画素の光電変換部１０１αｉの蓄積容量１１１αｉは、低ゲインの差動増幅器１１４Ｌにて出力されるように構成されている。一方、撮影レンズ５の光軸に遠い側の光電変換領域からの蓄積容量、例えば第０画素の光電変換部１０１α０の蓄積容量１１１α０及び第ｉ画素の光電変換部１０１βｉの蓄積容量１１１βｉは、高ゲインの差動増幅器１１４Ｈにて出力されるように構成されている。
【００７９】
さらに水平走査回路１１５は、各画素の光電変換領域のうち、まず光電変換領域αの光出力を出力するように走査タイミング信号を発生させる。その結果、蓄積容量１１１α０から順次蓄積容量１１１αｉまでの蓄積容量がイメージセンサ１０の外部に出力される。引き続き、水平走査回路１１５は、各画素の光電変換領域のうち光電変換領域βの光出力を出力するように走査タイミング信号を発生させる。その結果、蓄積容量１１１β０から順次蓄積容量１１１βｉまでの蓄積容量がイメージセンサ１０の外部に出力される。このとき、蓄積容量１１０αと１１１α、または蓄積容量１１０βと１１１βを差動増幅器１１４Ｌ又は１１４Ｈによって差動出力VoutＬまたはVoutＨをとるため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。
【００８０】
イメージセンサ１０からの出力は、焦点検出を行うＣＰＵにて焦点検出用画像信号に整形される。撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域に対して遠い側の光電変換領域の出力ゲインが高く設定されているため、各光電変換領域からの出力はほぼ同等となる。その結果、焦点検出に用いる２つの像信号ＩαとＩβの相関の度合いが高くなり精度の高い焦点検出を行うことが可能となっている。
【００８１】
イメージセンサ１０から出力された焦点検出用信号に基づいて、ＣＰＵ２０により撮影レンズ５の焦点状態が精度良く検出されると、ＣＰＵ２０はカメラ本体１と撮影レンズ５の間に設けられた電気接点２６を介して撮影レンズ５のデフォーカス情報をレンズＣＰＵ５０に送信する。レンズＣＰＵ５０はカメラ本体１のＣＰＵ２０から受けたデフォーカス情報を撮影レンズ駆動量に変換してレンズ駆動機構５１の送信し、撮影レンズ５の焦点状態を調節する。
【００８２】
また図１６から明らかなように、カメラ本体１に装着される撮影レンズ５の開放Ｆ値及び射出窓によって、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域の受光光量差が変化する。図１５はカメラ本体１に装着される撮影レンズによって差動増幅器１１４Ｌ及び１１４Ｈのゲイン比（ＧＬ：ＧＨ）を設定するためのフローチャートである。以下、図１５のフローチャートを参照して説明する。
【００８３】
カメラ本体１のＣＰＵ２０は、撮影レンズ５との電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０と通信を試みる（ステップＳ２０１）。カメラ１に撮影レンズ５が装着されていてレンズＣＰＵ５０と通信可能であれば（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、カメラＣＰＵ２０は装着された撮影レンズ５の種類（ＩＤ）を確認する（ステップＳ２０２）。装着された撮影レンズの種類が確認されると、ＣＰＵ２０はメモリ回路２２に記憶された撮影レンズの開放Ｆ値及び射出窓情報等の固有情報を確認する（ステップＳ２０３）。さらに、カメラＣＰＵ２０は装着されている撮影レンズ５の開放Ｆ値、射出窓の位置、射出窓の径及びイメージセンサ１０上の焦点検出領域の位置等の情報を用いて、焦点検出に用いるイメージセンサ１０の各光電変換領域が受光する受光光束の撮影レンズ５の瞳上での重心位置を算出する（ステップＳ２０４）。さらにカメラＣＰＵ２０は、光電変換領域α及びβが受光する受光光束の撮影レンズ５の瞳上での重心位置と光電変換領域α及びβとをそれぞれ結ぶ直線と、イメージセンサ１０の垂線とのなす角度θα及びθβを算出する（ステップＳ２０４）（図１６参照）。ここで、光電変換領域αと光電変換領域βの受光光量比は、ほぼ
COS４(θα）： COS４(θβ）
【００８４】
となる。
たとえば、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域が光電変換領域αで撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域が光電変換領域βの場合に、図１４に示すタイミングチャートでイメージセンサ１０が蓄積制御される場合、ＣＰＵ２０は
ＧＬ／ＧＨ ＝ COS４(θβ）／ COS４(θα）
【００８５】
を満足するようにゲイン比を設定する（ステップＳ３０６）。
以上のように設定されたゲイン比でイメージセンサ１０の差動増幅器１１４Ｌ及び１１４Ｈのゲインが制御されると、所定の焦点検出領域での２つの焦点検出用画像信号の出力レベルはほぼ同等となり、２つの焦点検出用画像信号を用いた焦点検出は精度の高い結果が得られることになる。
【００８６】
ここで、撮影レンズの開放Ｆ値及び射出窓情報等の固有情報がカメラ本体１に設けられたメモリ回路２２に記憶されている例を示したが、レンズＣＰＵ５０に付随したメモリ回路に記憶するシステムに記憶しても構わない。
【００８７】
なお、本第２の実施形態において通常画像を撮像する場合のタイミングチャート及び駆動制御は、図１１を参照して上述したものと同様である。
【００８８】
【他の実施形態】
上記第１及び第２の実施形態においては、１画素中の光電変換領域を水平方向に分割して各光電変換領域の蓄積時間を制御する例を示したが、１画素中の光電変換領域を垂直方向に分割してもよく、その場合にも撮影レンズ光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域とをそれぞれ独立して制御可能なように構成するのが望ましい。
【００８９】
また本第１及び第２の実施形態では、撮像装置（イメージセンサ）を撮影レンズの１次結像面に配置した例を示したが、２次結像光学系の２次結像面に配置した構成でも有効であることは言うまでもない。
【００９０】
また、第１及び第２の実施形態においては、イメージセンサ１０がＣＭＯＳイメージセンサの場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、ＣＣＤイメージセンサであってもよい。
【００９１】
なお、以上の実施の形態のソフト構成とハード構成は、適宜置き換えることができるものである。
【００９２】
なお、本発明は、以上の各実施の形態、または、それら技術要素を必要に応じて組み合わせるようにしてもよい。
【００９３】
また、本発明は、特許請求の範囲の構成、または、実施形態の構成の全体若しくは一部が、１つの装置を形成するものであっても、他の装置と結合するようなものであっても、装置を構成する要素となるようなものであってもよい。
【００９４】
また、本発明は、ビデオカメラ、ビデオスチルカメラ、撮影レンズ交換可能なカメラ、一眼レフカメラ、レンズシャッタカメラ、監視カメラなど、種々の形態の撮像装置、更には、それら撮像装置に適用される装置、方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体などの媒体、そして、これらを構成する要素に対しても適用できるものである。
【００９５】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。ここでプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯなどが考えられる。
【００９６】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同一画素の各光電変換領域に入射する光量が異なる場合も各光電変換領域の出力がほぼ同等となるように制御するため、焦点検出の精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるカメラの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるイメージセンサの１画素の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの１ラインを示す概略平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの回路構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における焦点検出時のイメージセンサの駆動タイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの出力を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの出力画像を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの出力を説明する図である。
【図９】本発明の第１の実施形態における焦点検出時のイメージセンサの駆動タイミングチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施形態における焦点検出のための蓄積時間比決定処理のフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施形態における通常撮影時のイメージセンサ駆動の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の第１の実施形態における通常撮影時のイメージセンサ駆動の別の例を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施形態におけるイメージセンサの回路構成図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態における焦点検出時のイメージセンサの駆動タイミングチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施形態における焦点検出のためのゲイン比決定処理のフローチャートである。
【図１６】従来の瞳分割方式の焦点検出方法の原理説明図である。
【図１７】従来のイメージセンサの１ラインを示す概略平面図である。
【図１８】従来のイメージセンサの出力を説明する図である。
【図１９】イメージセンサの出力画像を説明する図である。
【符号の説明】
１ カメラ本体
３ 接眼レンズ
５ 撮影レンズ
９ 液晶表示素子
１０ イメージセンサ
２０ ＣＰＵ
２１ イメージセンサ制御回路
２２ メモリ回路
２３ インターフェ−ス回路
２４ 画像処理回路
２５ 液晶表示素子駆動回路
２６ 電気接点
５０ レンズＣＰＵ
５１ 撮影レンズ駆動機構
５２ 絞り駆動機構
５３ 絞り装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置、カメラ、及び撮像装置の制御方法に関し、更に詳しくは、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過する光束を受光して瞳分割方式の焦点検出を可能とする撮像装置と、当該撮像装置を搭載したカメラ、及び当該撮像装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撮影レンズの焦点状態を検出する方式の一つとして、センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元のセンサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特開昭５５−１１１９２８号公報及び特開昭５８−２４１０５号公報に開示されている。
【０００３】
また、本出願人はデジタルスチルカメラに用いられるＣＭＯＳイメージセンサ（撮像装置）を用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置を特願平１１−３０６８１５号公報で提案している。
【０００４】
図１６は特願平１１−３０６８１５号公報で提案している、イメージセンサを用いた瞳分割方式の焦点検出方法の原理説明図、図１７はイメージセンサの画素レイアウトの一部を示す概略平面図である。イメージセンサ１０は撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。また、イメージセンサ１０の各画素は２つの光電変換領域１３α及び１３βから構成されており、各光電変換領域の撮影レンズ側に形成されたマイクロレンズ１１によって、光電変換領域１３α及び１３βは撮影レンズ５の瞳と略結像関係になるように設定されている。
【０００５】
ここで、光電変換領域１３αは撮影レンズ５の瞳の図中上方を透過する光束を受光し、光電変換領域１３βは撮影レンズ５の瞳の図中下方を透過する光束を受光する。焦点検出時は、図１７に示すように光電変換領域α及び光電変換領域βからの出力を独立して読み出し、さらに複数の画素からの出力より撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束による像が生成される。
【０００６】
撮影レンズの異なる瞳位置を透過した光束より生成される像を用いて焦点検出を行う方法は、特開平５−１２７０７４号公報に開示されているように公知の技術である。
【０００７】
一方、通常撮影時は、光電変換領域１３αと光電変換領域１３βの出力を画素内で加算して出力するように構成している。
【０００８】
ところでＣＭＯＳイメージセンサの露光制御として、特開平５−７５９３１号公報にはランダムアクセス型撮像素子の露光制御方法が開示されている。同公報においては、照明光量の少ない領域では露光時間を長く設定するような露光制御方法が開示されている。
【０００９】
また上記従来の焦点検出装置に用いられるＣＭＯＳイメージセンサは、電子ビューファインダ等で常時撮影画像を表示する場合、ローリングシャッタ方式にて蓄積時間制御が行われる。ローリングシャッタ方式の場合、イメージセンサの１ラインは同一蓄積時間で制御されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１６に示すようにイメージセンサ１０の各光電変換領域１３α、１３βは撮影レンズ５の瞳の異なる位置を透過する光束を受光しているため、撮影画面の周辺領域ではいわゆるＣＯＳ４乗則の影響で光電変換領域１３α、１３β間で出力のアンバランスが発生する。
【００１１】
図１８に、均一輝度の被写体を見た場合のイメージセンサ１０の１ライン上での光電変換領域αと光電変換領域βの出力の例を示す。中心領域（光軸周辺）では光電変換領域αと光電変換領域βの出力差は小さいが、周辺になるに従ってより大きな出力差が発生する。図１８の領域δにおいて光電変換領域α及び光電変換領域βで検出される線像を示したものが図１９である。撮影レンズの焦点状態を検出するためには、像Ｉαと像Ｉβの相関をとらなければならないが、出力差があるために２像の一致度が低下し、焦点検出精度が低下するという欠点があった。
【００１２】
そこで特開平３-２１４１３３号公報では、撮影レンズの周辺光量低下等の光量分布情報を求めて、光電変換部にて検出された被写体像信号に対して光量分布情報に応じた処理を行って、撮影レンズのデフォーカス量を検出する焦点検出装置が開示されている。
【００１３】
しかしながら、イメージセンサの光電変換領域αと光電変換領域βからの出力差が大きい場合、光電変換領域αと光電変換領域βの出力像信号のレベルを合わせるために出力の低い光電変換領域の出力像信号を増幅すると、ノイズ成分も増幅してしまい、精度の高い焦点検出結果が得られないという欠点があった。
【００１４】
さらに撮影レンズが交換可能なデジタルカメラシステムの場合、カメラに装着される撮影レンズによって出力の特性が図１８に示すものと異なるため、その結果、撮影レンズによって焦点検出精度が変化するという欠点があった。
【００１５】
さらに図１８に示すように、同一ライン上でも画像出力を取り出す領域が異なると光電変換領域αと光電変換領域βの出力差も異なるため、焦点検出を行う領域によって焦点検出精度が変化するという欠点があった。
【００１６】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、同一画素の各光電変換領域に入射する光量が異なる場合も、各光電変換領域の出力がほぼ同等となるように制御して、焦点検出の精度を向上させることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、着脱可能な撮影レンズを介して入射する光学像を光電変換する本発明の撮像装置は、各画素内に一つのマイクロレンズを通過した光を受光する２つの光電変換手段を有し、接続された撮影レンズの光軸を含む２次元エリアに複数配された画素と、前記撮影レンズの焦点を調節する際の信号を抽出する際、前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素内の２つの光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段の電荷蓄積時間を、光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段の電荷蓄積時間よりも短くするように、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段は第１の転送パルスにより、また前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段は第２の転送パルスによりそれぞれ独立に制御する制御手段とを有する。
【００２０】
また、好適な別の一様態によれば、各画素内に一つのマイクロレンズを通過した光を受光する２つの光電変換手段を有し、接続された撮影レンズの光軸を含む２次元エリアに複数配された画素と、前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素内の２つの光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段は第１の転送パルスにより、また前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段は第２の転送パルスによりそれぞれ独立に制御する制御手段と、前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素の光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段から得られる信号に第１のゲインをかける第１の増幅手段と、前記複数の画素の光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段から出力される信号に、第１のゲインよりも大きい第２のゲインをかける第２の増幅手段とを有し、前記制御手段は、更に、接続された撮影レンズに応じて、前記第１及び第２のゲインを制御する。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、本発明のカメラは、上記いずれかの撮像装置を搭載する。
【００２２】
本発明の好適な一様態によれば、前記撮像装置の各画素の２つの光電変換領域から出力される信号に基づいて前記撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出手段を更に有し、前記制御手段は前記焦点検出手段で用いる撮像装置上の焦点検出領域の位置に応じて、前記第１及び第２のゲインを制御する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の撮像装置（以下、「イメージセンサ」と呼ぶ。）を具備した本第１の実施形態におけるカメラの概略構成図を示す。
【００２８】
図１において、図１６に示す構成と同様の構成については同じ参照番号を付す。１０はイメージセンサ（撮像装置）で、デジタルスチルカメラの本体（以下、「カメラ本体」と呼ぶ。）１の撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。カメラ本体１には、カメラ全体を制御するＣＰＵ２０、イメージセンサ１０を駆動制御するイメージセンサ制御回路２１、イメージセンサ１０により撮像した画像信号を画像処理する画像処理回路２４、画像処理された画像信号を表示する液晶表示素子９と、それを駆動する液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子９に表示された被写体像を観察するための接眼レンズ３、イメージセンサ１０にて撮像された画像を記録するメモリ回路２２、画像処理回路２４にて画像処理された画像をカメラ外部に出力するためのインターフェース回路２３とが含まれている。メモリ回路２２には、撮影レンズの固有情報（開放Ｆ値、射出窓情報等）も記憶されている。
【００２９】
撮影レンズ５はカメラ本体１に対して着脱可能であり、便宜上２枚のレンズ５a、５bで図示しているが、実際は多数枚のレンズで構成され、カメラ本体１のＣＰＵ２０から送られてくる焦点調節情報を電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０にて受信し、その焦点調節情報に基づいて撮影レンズ駆動機構５１によって合焦状態に調節される。また５３は絞り装置で、絞り駆動機構５２によって所定の絞り値に絞り込まれるようになっている。また、ＣＰＵ２０は焦点検出も行う。
【００３０】
図２は、本発明の第１の実施形態においてイメージセンサ１０に用いられるＣＭＯＳイメージセンサの１画素の断面図である。同図において、１１７はｐ型ウェル、１１８はＭＯＳのゲート絶縁膜であるＳｉＯ2膜である。１２６α及び１２６βは表面ｐ＋であり、ｎ層１２５α及び１２５βとでそれぞれ光電変換部１０１α及び１０１βを構成する。１２０α及び１２０βは光電変換部１０１α及び１０１β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部（以下、「ＦＤ部」と呼ぶ。）１２１へ転送するための転送ゲートである。また、１２９はカラーフィルタ、１３０はマイクロレンズで、マイクロレンズ１３０は撮影レンズ５の瞳とイメージセンサ１０の光電変換部１０１とが略共役になるような形状及び位置に形成されている。
【００３１】
また光電変換部１０１α及び１０１βは、ＦＤ部１２１を挟んで２つの領域、α領域とβ領域（以下、それぞれ「光電変換領域α、光電変換領域β」と呼ぶ。）とにそれぞれ形成されており、さらに各光電変換領域α及び光電変換領域βで発生した光電荷をそれぞれＦＤ部１２１へ転送する転送ゲート１２０α、１２０βが形成されている。
【００３２】
通常撮影時は、光電変換領域αと光電変換領域βで発生した光電荷が各転送ゲート１２０α、１２０βを介してＦＤ部１２１に転送され、加算されるように制御される。一方、撮影レンズ５の焦点状態を検出する際は、光電変換領域α及び光電変換領域βからのＦＤ部１２１への光電荷の転送は独立して行われ、光電荷が加算されないように転送ゲート１２０α及び１２０βが制御される。
【００３３】
図３は、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサ１０の１ラインを概略的に示した平面図で、図中網掛けされた中央の画素は、撮影レンズ５の光軸上にある画素を示している。イメージセンサ１０の各画素中の２つの光電変換領域α、βは、撮影レンズ５の光軸上にある画素に近い側の光電変換領域と、遠い側の光電変換領域とがそれぞれ独立に制御可能であるように構成されている。
【００３４】
すなわち、各画素中の２つの光電変換領域のうち、図中の中心画素の左側にある画素における中心画素に近い光電変換領域βと、中心画素の右側にある画素における中心画素に近い光電変換領域αとが同じタイミングで制御されるようになっている。同様に、各画素中の２つの光電変換領域のうち、図３の中心画素の左側において中心画素から遠い光電変換領域αと、中心画素の右側にある画素における中心画素から遠い光電変換領域βとが同じタイミングで制御されるようになっている。
【００３５】
図４は本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサ１０の概略回路構成図である。なお、図４では、図面の簡略化のために２列×２行の２次元エリアセンサを示しているが、実際は数百万画素の画素から構成されている。
【００３６】
図４において、１０１は光電変換部、１０３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、１０４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、１０５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、１０６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ、１０７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタ、１０８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１１０は暗出力蓄積容量ＣＴＮ、１１１は明出力蓄積容量ＣＴＳ、１１２は水平転送ＭＯＳトランジスタ、１１３は水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、１１４は差動増幅器である。１１５は水平走査回路、１１６は垂直走査回路で、図１に示すイメージセンサ制御回路２１を構成している。
【００３７】
図４において、１ライン目の左の画素（第０画素）は図３に示す左端の画素に相当し、１ライン目の右の画素（第ｉ画素）は図３における右端の画素に相当している。また、撮影レンズ５の光軸は第０画素と第ｉ画素との間に存在する。
【００３８】
そして、各画素における、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換部、例えば第０画素の光電変換部１０１β０と第ｉ画素の光電変換部１０１αｉ に対応する転送スイッチ１０３β０と転送スイッチ１０３αｉは、同じ制御パルスΦＴＸα０により制御されるように構成されている。また、各画素における、撮影レンズ５の光軸から遠い側の光電変換部、例えば第０画素の光電変換部１０１α０と第ｉ画素の光電変換部１０１βｉに対応する転送スイッチ１０３α０と転送スイッチ１０３βｉは、同じ制御パルスΦＴＸβ０により制御されるように構成されている。
【００３９】
次に図５のタイミングチャートを用いてイメージセンサ１０の動作を説明する。本発明のＣＭＯＳイメージセンサ１０を有するカメラ１は、イメージセンサ１０により撮影された画像を常時液晶表示素子９にて観察可能なように構成されているため、ローリングシャッタ方式の蓄積制御が行われる。
【００４０】
図５はイメージセンサ１０で焦点検出を行う際の第０ラインのタイミングチャートを示している。撮影レンズ５の焦点状態の検出を行う場合、各画素の光電変換領域α及び光電変換領域βのそれぞれの出力から得られる２つの画像の相関演算を行い、２つの画像の像ずれ量から撮影レンズ５の焦点状態を検出するが、設定された焦点検出領域で２つの画像の出力がほぼ同等になるように光電変換領域α及び光電変換領域βの蓄積時間が設定されている。実際には、１画素中の２つの光電変換領域のうち、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域よりも、撮影レンズ５の光軸から遠い側の光電変換領域の蓄積時間が長くなるように制御パルスΦＴＸα０及びΦＴＸβ０が制御される。制御パルスΦＴＸα０及びΦＴＸβ０は垂直走査回路１１６にて生成される。
【００４１】
まず撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域の光電荷の読み出しが実行される。制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ、第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとしＦＤ部１２１のリセットを止め、ＦＤ部１２１をフローティング状態にし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦＴＮαをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０に出力させる。ここで、第０ラインの第０画素部の暗電圧は蓄積容量１１０β０に出力され、第ｉ画素部の暗電圧は蓄積容量１１０αｉに出力される。
【００４２】
次に、第０ラインの撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域の出力を行うため、制御パルスΦＴＸα０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を導通し、光発生キャリアをＦＤ部１２１に転送する。フォトダイオードの光電変換部１０１からの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳαをハイとして蓄積容量１１１に出力する。ここで、第０ラインの第０画素部の光出力は蓄積容量１１１β０に出力され、第ｉ画素部の光出力は蓄積容量１１１αｉに出力される。この時点で第０ラインの各画素の撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０と１１１に蓄積される。
【００４３】
つぎに、撮影レンズ５の光軸から近い側の光電変換領域の蓄積時間を撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の蓄積時間に対して相対的にΔｔだけ短く蓄積制御するために、最初に制御パルスΦＴＸα０をハイとしたΔｔ時間後、再度制御パルスΦＴＸα０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を導通し、Δｔ時間に発生し蓄積された光電荷をＦＤ部１２１に転送する。このとき、制御パルスΦＲ０をハイとしておけば、ＦＤ部１２１の電荷は消滅する。さらに、制御パルスΦＴＸα０をローとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を閉じれば、撮影レンズの光軸から近い側の光電変換領域にて光電荷の再蓄積が開始され、再度光電荷の読み出しが行われるまで光電荷は蓄積される。
【００４４】
引き続き撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の光電荷の読み出しが実行される。制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ、第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとしＦＤ部１２１のリセットを止め、ＦＤ部１２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦＴＮβをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０に出力させる。ここで、第０ラインの第０画素部の暗電圧は蓄積容量１１０α０に出力され、第ｉ画素部の暗電圧は蓄積容量１１０βｉに出力される。
【００４５】
次に、第０ラインの各画素の撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の出力を行うため、制御パルスΦＴＸβ０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を導通し、光電荷をＦＤ部１２１に転送する。フォトダイオードの光電変換部１０１からの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳβをハイとして蓄積容量１１１に出力する。ここで、第０ラインの第０画素部の光出力は蓄積容量１１１α０に出力され、第ｉ画素部の光出力は蓄積容量１１１βｉに出力される。この時点で第０ラインの各画素の撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０と１１１に蓄積される。制御パルスΦＴＸβ０をローとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３を閉じれば、撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域に光電荷の蓄積が開始され、再度光電荷の読み出しが行われるまで光電荷は蓄積される。
【００４６】
なお、光電変換部１０１にて発生した光電荷は、まず各画素において撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域から蓄積容量１１１に読み出し、その後で撮影レンズ５の光軸に遠い側の光電変換領域から蓄積容量１１１に読み出しを行うように制御するが、イメージセンサ１０から外部への出力はそのあとの信号の並べ替え処理を行わないで済むように、各画素の光電変換領域の分割方向が同じ方向の光電変換領域から順次出力されるように水平走査回路１１５が制御する。
【００４７】
イメージセンサ１０から外部への出力は、制御パルスΦＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１１５の水平転送ＭＯＳトランジスタ１１２への走査タイミング信号により水平出力線に出力される。水平走査回路１１５は、各画素の光電変換領域のうちまず光電変換領域αの光出力を出力するように走査タイミング信号を発生させる。その結果、蓄積容量１１１α０から順次蓄積容量１１１αｉまでの蓄積容量がイメージセンサの外部に出力される。引き続き、水平走査回路１１５は、各画素の光電変換領域のうち光電変換領域βの光出力を出力するように走査タイミング信号を発生させる。その結果、蓄積容量１１１β０から順次蓄積容量１１１βｉまでの蓄積容量がイメージセンサ１０の外部に出力される。このとき、差動増幅器１１４によって蓄積容量１１０と１１１の差動出力Ｖｏｕｔをとるため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。
【００４８】
イメージセンサ１０からの出力は、焦点検出処理を行うＣＰＵ２０にて焦点検出用画像信号として整形される。
【００４９】
図６は、均一輝度の被写体を撮影したときの、第０ラインの各画素の光電変換領域α及びβの出力を示したものである。撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域とでΔｔ０の蓄積時間差を設けたため、図中の焦点検出領域δ１及びδ２での各光電変換領域からの出力はほぼ同等になっている。
【００５０】
図７は例えば被写体が１本線の場合に、図６の焦点検出領域δ１及びδ２で検出される焦点検出用の画像の例を示したものである。焦点検出用画像信号ＩαとＩβの出力はほぼ同等で、その結果２つの像信号の相関の度合いが高くなり、精度の高い焦点検出を行うことが可能となっている。
【００５１】
イメージセンサ１０から出力された焦点検出用信号に基づいて、ＣＰＵ２０により撮影レンズ５の焦点状態が精度良く検出されると、ＣＰＵ２０はカメラ本体１と撮影レンズ５の間に設けられた電気接点２６を介して撮影レンズ５のデフォーカス情報をレンズＣＰＵ５０に送信する。レンズＣＰＵ５０はカメラ本体１のＣＰＵ２０から受けたデフォーカス情報を撮影レンズ駆動量に変換してレンズ駆動機構５１の送信し、撮影レンズ５の焦点状態を調節する。
【００５２】
ところで上記第０ラインと異なるラインで、図６の焦点検出領域δ１及びδ２とは異なる領域で焦点検出を行おうとする場合、イメージセンサ１０の各画素の撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と、遠い側の光電変換領域とで受光光量差が異なってくるため、異なった蓄積時間制御が必要となる。
【００５３】
たとえば、図８に示すように撮影レンズ５の光軸に対して焦点検出領域δ１及びδ２よりも外側の焦点検出領域δ３及びδ４で焦点検出を行おうとする場合、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域との受光光量差はより大きくなるため、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域に対して遠い側の光電変換領域の蓄積時間をより長くするように制御される。
【００５４】
図９は、図８の焦点検出領域δ３及びδ４での撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域との出力信号とをほぼ同等にするための、第ｊラインのタイミングチャートを示したものである。このときのイメージセンサの回路構成は図４と同様である。
【００５５】
図９において、図５の第０ラインのタイミングチャートと異なるのは各制御パルスの時間である。第ｊラインの焦点検出領域は撮影レンズ５の光軸に対してより外側に設定されているため、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域との蓄積時間の比が、
（ｔ０−Δｔ０）／ｔ０ ＞ （ ｔｊ−Δｔｊ）／ｔｊ
【００５６】
を満足するように、垂直走査回路１１６は各制御パルスを制御する。
また図１６から明らかなように、カメラ本体１に装着される撮影レンズ５の開放Ｆ値及び射出窓によって、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域の受光光量差が変化する。図１０はカメラ本体１に装着される撮影レンズによってイメージセンサ１０の各光電変換領域の蓄積時間比を設定するためのフローチャートである。以下、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
カメラ本体１のＣＰＵ２０は、撮影レンズ５との電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０と通信を試みる（ステップＳ２０１）。カメラ１に撮影レンズ５が装着されていてレンズＣＰＵ５０と通信可能であれば（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、カメラＣＰＵ２０は装着された撮影レンズ５の種類（ＩＤ）を確認する（ステップＳ２０２）。装着された撮影レンズの種類が確認されると、ＣＰＵ２０はメモリ回路２２に記憶された撮影レンズの開放Ｆ値及び射出窓情報等の固有情報を確認する（ステップＳ２０３）。さらに、カメラＣＰＵ２０は装着されている撮影レンズ５の開放Ｆ値、射出窓の位置、射出窓の径及びイメージセンサ１０上の焦点検出領域の位置等の情報を用いて、焦点検出に用いるイメージセンサ１０の各光電変換領域が受光する受光光束の撮影レンズ５の瞳上での重心位置を算出する（ステップＳ２０４）。さらにカメラＣＰＵ２０は、光電変換領域α及びβが受光する受光光束の撮影レンズ５の瞳上での重心位置と光電変換領域α及びβとをそれぞれ結ぶ直線と、イメージセンサ１０の垂線とのなす角度θα及びθβを算出する（ステップＳ２０４）（図１６参照）。ここで、光電変換領域αと光電変換領域βの受光光量比は、ほぼ
COS４(θα）： COS４(θβ）
【００５８】
となる。
たとえば、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域が光電変換領域αで撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域が光電変換領域βの場合に、図９に示したタイミングチャートでイメージセンサ１０が蓄積制御される場合、ＣＰＵ２０は
【００５９】
（ ｔｊ−Δｔｊ）／ｔｊ ＝ COS４(θβ）／ COS４(θα）
以上のように設定された蓄積時間比でイメージセンサ１０の蓄積時間が制御されると、所定の焦点検出領域での２つの焦点検出用画像信号の出力レベルはほぼ同等となり、２つの焦点検出用画像信号を用いた焦点検出は精度の高い結果が得られることになる。
【００６０】
ここで、撮影レンズの開放Ｆ値及び射出窓情報等の固有情報がカメラ本体１に設けられたメモリ回路２２に記憶されている例を示したが、レンズＣＰＵ５０に付随したメモリ回路に記憶するシステムにしても構わない。
【００６１】
なお図１１は、イメージセンサ１０で通常の撮像を行う際の第０ラインのタイミングチャートである。通常撮像時は、光電変換領域α及びβにて発生した光電荷が同時にＦＤ部１２１に転送され、加算されてイメージセンサ１０の外に出力されるように構成されている。
【００６２】
図１１において、垂直走査回路１１６からのタイミング出力によって、制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ、第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとしＦＤ部１２１のリセットを止め、ＦＤ部１２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦTNβをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０α又は１１０βのいずれか導通した方に出力させる。
【００６３】
次に、第０ラインの各画素の２つの光電変換領域α及びβの出力を行うため、制御パルスΦＴＸα０及びΦＴＸβ０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３α及び１０３βを導通する。この時光電変換部１０１α及び１０１βにて発生した光電荷はＦＤ部１２１に転送される。フォトダイオードの光電変換部１０１α及び１０１βからの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳβをハイとして蓄積容量１１０α又は１１１βのいずれか導通した方に出力する。この時点で第０ラインの各画素の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０α又は１１０βと１１１α又は１１１βにそれぞれ蓄積されることになる。さらに制御パルスΦＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１１５の水平転送ＭＯＳトランジスタ１１２への走査タイミング信号により水平出力線に画素の暗出力と光出力とが出力される。このとき、蓄積容量１１０αと１１１α、または１１０βと１１１βに蓄積された電荷に対して差動増幅器１１４によって差動出力Voutをとるため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。
【００６４】
引き続き水平走査回路１１５による各画素の水平転送ＭＯＳトランジスタへの走査タイミング信号によって、各画素のモニタ出力が検出される。さらに垂直走査回路１１６は同様に、次のラインの出力を行うことにより、イメージセンサ１０の全画素を出力する。
【００６５】
また本第１の実施形態においては、通常撮像時は各画素の２つの光電変換領域の蓄積時間が同じになるように制御する例を示したが、図１２のタイミングチャートに示すようにカメラに装着されるレンズによっては撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と撮影レンズの光軸に遠い側の光電変換領域との蓄積時間が異なるように制御して各画素内で加算して出力することにより、光軸から離れた位置における光量低下による出力のアンバランスを極力小さくすることも有効である。
【００６６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態においては、図１９に示す画像信号Ｉα及びＩβの信号差を、光電変換領域α及び光電変換領域βでの蓄積時間を異ならせることにより調整したが、本第２の実施形態では得られる画像信号Ｉα及びＩβに異なるゲインを掛けることによって調整する。
【００６７】
なお、本第２の実施形態おけるカメラの概略構成は第１の実施形態において図１を参照して説明したものと同様であるので、説明を省略する。図１３は本発明の第２の実施形態におけるイメージセンサ１０の回路構成図である。なお、図１３では、図面の簡略化のために２列×２行の２次元エリアセンサを示しているが、実際は数百万画素の画素から構成されている。また、図１３において、図４の構成と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。
【００６８】
図１３に示す構成では、水平方向の出力系が２系統あるところが図４と異なり、１１４Ｌ及び１１４Ｈは差動増幅器である。また、図４に示す構成とは異なり、各画素の光電変換領域αはΦＴＸαｉにより制御され、光電変換領域βはΦＴＸβｉにより制御される。すなわち、図１７に示す配線となっている。１１５’は水平走査回路１１５’及び垂直走査回路１１６は、図１に示すイメージセンサ制御回路２１を構成している。
【００６９】
図１３において、１ライン目の左の画素（第０画素）は図１７に示す左端の画素に相当し、１ライン目の右の画素（第ｉ画素）は図３における右端の画素に相当している。また、撮影レンズ５の光軸は第０画素と第ｉ画素との間に存在する。
【００７０】
そして、各画素における、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換部、例えば第０画素の光電変換部１０１β０と第ｉ画素の光電変換部１０１αｉの光出力は低ゲインの差動増幅器１１４Ｌを介して出力されるように構成されている。また、各画素における、撮影レンズ５の光軸から遠い側の光電変換部、例えば第０画素の光電変換部１０１α０と第ｉ画素の光電変換部１０１βｉは高ゲインの差動増幅器１１４Ｈにて出力されるように構成されている。
【００７１】
次に図１４のタイミングチャートを用いてイメージセンサ１０の動作を説明する。本発明のＣＭＯＳイメージセンサ１０を有するカメラ１は、イメージセンサ１０により撮影された画像を常時液晶表示素子９にて観察可能なように構成されているため、ローリングシャッタ方式の蓄積制御が行われる。
【００７２】
図１４はイメージセンサ１０で焦点検出を行う際の第０ラインのタイミングチャートを示している。撮影レンズ５の焦点状態の検出を行う場合、各画素の光電変換領域α及び光電変換領域βのそれぞれの出力から得られる２つの画像の相関演算を行い、２つの画像の像ずれ量から撮影レンズ５の焦点状態を検出するが、設定された焦点検出領域で２つの画像の出力がほぼ同等になるように差動増幅器１１４Ｌ及び１１４Ｈのゲインが設定されている。実際には、１画素中の２つの光電変換領域のうち、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域から得られる信号に与えるゲインよりも、撮影レンズ５の光軸から遠い側の光電変換領域のゲインが高くなるように設定する。
【００７３】
まず各画素の２つに分割された光電変換領域のうち、分割方向が同じ方向の、例えば光電変換領域αの光電荷の読み出しが実行される。制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ、第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとしＦＤ部１２１のリセットを止めＦＤ部１２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦTNαをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０αに出力させる。
【００７４】
次に、光電変換領域αの出力を行うため、制御パルスΦＴＸα０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３αを導通し、光電変換部１０１αの光発生キャリアをＦＤ部１２１に転送する。フォトダイオードの光電変換部１０１αからの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳαをハイとして蓄積容量１１１αに出力する。この時点で光電変換領域αの暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０αと１１１αに蓄積される。制御パルスΦＴＸα０をローとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３αを閉じれば、光電変換領域αに光電荷の蓄積が開始され、再度光電荷の読み出しが行われるまで光電荷は蓄積される。
【００７５】
引き続き光電変換領域βの光電荷の読み出しが実行される。制御パルスΦＳ０をハイとして水平選択スイッチＭＯＳトランジスタ１０６をオンさせ第０ラインの画素部を選択する。次に制御パルスΦＲ０をローとし、ＦＤ部１２１のリセットを止め、ＦＤ部１２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５のゲート・ソース間をスルーとしたのち、所定時間後制御パルスΦTNβをハイとし、ＦＤ部１２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量１１０βに出力させる。
【００７６】
次に、第０ラインの各画素の光電変換領域βの出力を行うため、制御パルスΦＴＸβ０をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３βを導通し、光電変換部１０１βの光電荷をＦＤ部１２１に転送する。フォトダイオードの光電変換部１０１βからの電荷がＦＤ部１２１に転送されることにより、ＦＤ部１２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ１０５がフローティング状態であるので、ＦＤ部１２１の電位を制御パルスΦＴＳβをハイとして蓄積容量１１１βに出力する。この時点で第０ラインの各画素の撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１１０βと１１１βに蓄積される。制御パルスΦＴＸβ０をローとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ１０３βを閉じれば、光電変換領域βに光電荷の蓄積が開始され、再度光電荷の読み出しが行われるまで光電荷は蓄積される。
【００７７】
イメージセンサから外部への出力は、制御パルスΦＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１１３を導通して水平出力線をリセットし、水平転送期間において水平走査回路１１５の水平転送ＭＯＳトランジスタ１１２への走査タイミング信号により水平出力線に出力される。
【００７８】
ここで、撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域からの蓄積容量、例えば第０画素の光電変換部１０１β０の蓄積容量１１１β０及び第ｉ画素の光電変換部１０１αｉの蓄積容量１１１αｉは、低ゲインの差動増幅器１１４Ｌにて出力されるように構成されている。一方、撮影レンズ５の光軸に遠い側の光電変換領域からの蓄積容量、例えば第０画素の光電変換部１０１α０の蓄積容量１１１α０及び第ｉ画素の光電変換部１０１βｉの蓄積容量１１１βｉは、高ゲインの差動増幅器１１４Ｈにて出力されるように構成されている。
【００７９】
さらに水平走査回路１１５は、各画素の光電変換領域のうち、まず光電変換領域αの光出力を出力するように走査タイミング信号を発生させる。その結果、蓄積容量１１１α０から順次蓄積容量１１１αｉまでの蓄積容量がイメージセンサ１０の外部に出力される。引き続き、水平走査回路１１５は、各画素の光電変換領域のうち光電変換領域βの光出力を出力するように走査タイミング信号を発生させる。その結果、蓄積容量１１１β０から順次蓄積容量１１１βｉまでの蓄積容量がイメージセンサ１０の外部に出力される。このとき、蓄積容量１１０αと１１１α、または蓄積容量１１０βと１１１βを差動増幅器１１４Ｌ又は１１４Ｈによって差動出力VoutＬまたはVoutＨをとるため、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良い信号が得られる。
【００８０】
イメージセンサ１０からの出力は、焦点検出を行うＣＰＵにて焦点検出用画像信号に整形される。撮影レンズ５の光軸に近い側の光電変換領域に対して遠い側の光電変換領域の出力ゲインが高く設定されているため、各光電変換領域からの出力はほぼ同等となる。その結果、焦点検出に用いる２つの像信号ＩαとＩβの相関の度合いが高くなり精度の高い焦点検出を行うことが可能となっている。
【００８１】
イメージセンサ１０から出力された焦点検出用信号に基づいて、ＣＰＵ２０により撮影レンズ５の焦点状態が精度良く検出されると、ＣＰＵ２０はカメラ本体１と撮影レンズ５の間に設けられた電気接点２６を介して撮影レンズ５のデフォーカス情報をレンズＣＰＵ５０に送信する。レンズＣＰＵ５０はカメラ本体１のＣＰＵ２０から受けたデフォーカス情報を撮影レンズ駆動量に変換してレンズ駆動機構５１の送信し、撮影レンズ５の焦点状態を調節する。
【００８２】
また図１６から明らかなように、カメラ本体１に装着される撮影レンズ５の開放Ｆ値及び射出窓によって、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域の受光光量差が変化する。図１５はカメラ本体１に装着される撮影レンズによって差動増幅器１１４Ｌ及び１１４Ｈのゲイン比（ＧＬ：ＧＨ）を設定するためのフローチャートである。以下、図１５のフローチャートを参照して説明する。
【００８３】
カメラ本体１のＣＰＵ２０は、撮影レンズ５との電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０と通信を試みる（ステップＳ２０１）。カメラ１に撮影レンズ５が装着されていてレンズＣＰＵ５０と通信可能であれば（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、カメラＣＰＵ２０は装着された撮影レンズ５の種類（ＩＤ）を確認する（ステップＳ２０２）。装着された撮影レンズの種類が確認されると、ＣＰＵ２０はメモリ回路２２に記憶された撮影レンズの開放Ｆ値及び射出窓情報等の固有情報を確認する（ステップＳ２０３）。さらに、カメラＣＰＵ２０は装着されている撮影レンズ５の開放Ｆ値、射出窓の位置、射出窓の径及びイメージセンサ１０上の焦点検出領域の位置等の情報を用いて、焦点検出に用いるイメージセンサ１０の各光電変換領域が受光する受光光束の撮影レンズ５の瞳上での重心位置を算出する（ステップＳ２０４）。さらにカメラＣＰＵ２０は、光電変換領域α及びβが受光する受光光束の撮影レンズ５の瞳上での重心位置と光電変換領域α及びβとをそれぞれ結ぶ直線と、イメージセンサ１０の垂線とのなす角度θα及びθβを算出する（ステップＳ２０４）（図１６参照）。ここで、光電変換領域αと光電変換領域βの受光光量比は、ほぼ
COS４(θα）： COS４(θβ）
【００８４】
となる。
たとえば、撮影レンズの光軸に近い側の光電変換領域が光電変換領域αで撮影レンズの光軸から遠い側の光電変換領域が光電変換領域βの場合に、図１４に示すタイミングチャートでイメージセンサ１０が蓄積制御される場合、ＣＰＵ２０は
ＧＬ／ＧＨ ＝ COS４(θβ）／ COS４(θα）
【００８５】
を満足するようにゲイン比を設定する（ステップＳ３０６）。
以上のように設定されたゲイン比でイメージセンサ１０の差動増幅器１１４Ｌ及び１１４Ｈのゲインが制御されると、所定の焦点検出領域での２つの焦点検出用画像信号の出力レベルはほぼ同等となり、２つの焦点検出用画像信号を用いた焦点検出は精度の高い結果が得られることになる。
【００８６】
ここで、撮影レンズの開放Ｆ値及び射出窓情報等の固有情報がカメラ本体１に設けられたメモリ回路２２に記憶されている例を示したが、レンズＣＰＵ５０に付随したメモリ回路に記憶するシステムに記憶しても構わない。
【００８７】
なお、本第２の実施形態において通常画像を撮像する場合のタイミングチャート及び駆動制御は、図１１を参照して上述したものと同様である。
【００８８】
【他の実施形態】
上記第１及び第２の実施形態においては、１画素中の光電変換領域を水平方向に分割して各光電変換領域の蓄積時間を制御する例を示したが、１画素中の光電変換領域を垂直方向に分割してもよく、その場合にも撮影レンズ光軸に近い側の光電変換領域と遠い側の光電変換領域とをそれぞれ独立して制御可能なように構成するのが望ましい。
【００８９】
また本第１及び第２の実施形態では、撮像装置（イメージセンサ）を撮影レンズの１次結像面に配置した例を示したが、２次結像光学系の２次結像面に配置した構成でも有効であることは言うまでもない。
【００９０】
また、第１及び第２の実施形態においては、イメージセンサ１０がＣＭＯＳイメージセンサの場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、ＣＣＤイメージセンサであってもよい。
【００９１】
なお、以上の実施の形態のソフト構成とハード構成は、適宜置き換えることができるものである。
【００９２】
なお、本発明は、以上の各実施の形態、または、それら技術要素を必要に応じて組み合わせるようにしてもよい。
【００９３】
また、本発明は、特許請求の範囲の構成、または、実施形態の構成の全体若しくは一部が、１つの装置を形成するものであっても、他の装置と結合するようなものであっても、装置を構成する要素となるようなものであってもよい。
【００９４】
また、本発明は、ビデオカメラ、ビデオスチルカメラ、撮影レンズ交換可能なカメラ、一眼レフカメラ、レンズシャッタカメラ、監視カメラなど、種々の形態の撮像装置、更には、それら撮像装置に適用される装置、方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体などの媒体、そして、これらを構成する要素に対しても適用できるものである。
【００９５】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。ここでプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯなどが考えられる。
【００９６】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同一画素の各光電変換領域に入射する光量が異なる場合も各光電変換領域の出力がほぼ同等となるように制御するため、焦点検出の精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるカメラの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるイメージセンサの１画素の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの１ラインを示す概略平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの回路構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における焦点検出時のイメージセンサの駆動タイミングチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの出力を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの出力画像を説明する図である。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの出力を説明する図である。
【図９】本発明の第１の実施形態における焦点検出時のイメージセンサの駆動タイミングチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施形態における焦点検出のための蓄積時間比決定処理のフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施形態における通常撮影時のイメージセンサ駆動の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の第１の実施形態における通常撮影時のイメージセンサ駆動の別の例を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施形態におけるイメージセンサの回路構成図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態における焦点検出時のイメージセンサの駆動タイミングチャートである。
【図１５】本発明の第２の実施形態における焦点検出のためのゲイン比決定処理のフローチャートである。
【図１６】従来の瞳分割方式の焦点検出方法の原理説明図である。
【図１７】従来のイメージセンサの１ラインを示す概略平面図である。
【図１８】従来のイメージセンサの出力を説明する図である。
【図１９】イメージセンサの出力画像を説明する図である。
【符号の説明】
１ カメラ本体
３ 接眼レンズ
５ 撮影レンズ
９ 液晶表示素子
１０ イメージセンサ
２０ ＣＰＵ
２１ イメージセンサ制御回路
２２ メモリ回路
２３ インターフェ−ス回路
２４ 画像処理回路
２５ 液晶表示素子駆動回路
２６ 電気接点
５０ レンズＣＰＵ
５１ 撮影レンズ駆動機構
５２ 絞り駆動機構
５３ 絞り装置
Claims (8)
- 着脱可能な撮影レンズを介して入射する光学像を光電変換する撮像装置であって、
各画素内に一つのマイクロレンズを通過した光を受光する２つの光電変換手段を有し、接続された撮影レンズの光軸を含む２次元エリアに複数配された画素と、
前記撮影レンズの焦点を調節する際の信号を抽出する際、前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素内の２つの光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段の電荷蓄積時間を、光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段の電荷蓄積時間よりも短くするように、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段は第１の転送パルスにより、また前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段は第２の転送パルスによりそれぞれ独立に制御する制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 各画素の２つの光電変換領域が受光する受光光束の撮影レンズの瞳上での重心位置と光軸に近い側の光電変換領域及び光軸から遠い側の光電変換領域とをそれぞれ結ぶ直線と、撮像装置の垂線とのなす角度をそれぞれθ１及びθ２、光軸に近い側の光電変換領域の蓄積期間をｔ１、光軸から遠い側の光電変換領域の蓄積時間をｔ２とすると、前記制御手段は、
ｔ１／ｔ２ ＝ COS４(θ１）／ COS４(θ２）
を満足するように前記電荷蓄積時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。 - 着脱可能な撮影レンズを介して入射する光学像を光電変換する撮像装置であって、
各画素内に一つのマイクロレンズを通過した光を受光する２つの光電変換手段を有し、接続された撮影レンズの光軸を含む２次元エリアに複数配された画素と、
前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素内の２つの光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段は第１の転送パルスにより、また前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段は第２の転送パルスによりそれぞれ独立に制御する制御手段と、
前記撮影レンズの光軸を含む２次元エリア内の前記複数の画素の光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸に近い側のそれぞれの光電変換手段から得られる信号に第１のゲインをかける第１の増幅手段と、
前記複数の画素の光電変換手段のうち、前記撮影レンズの光軸から遠い側のそれぞれの光電変換手段から出力される信号に、第１のゲインよりも大きい第２のゲインをかける第２の増幅手段とを有し、
前記制御手段は、更に、接続された撮影レンズに応じて、前記第１及び第２のゲインを制御することを特徴とする撮像装置。 - 各画素の２つの光電変換領域が受光する受光光束の撮影レンズの瞳上での重心位置と光軸に近い側の光電変換領域及び光軸から遠い側の光電変換領域とをそれぞれ結ぶ直線と、撮像装置の垂線とのなす角度をそれぞれθ１及びθ２、前記第１のゲインをＧ１、前記第２のゲインをＧ２とすると、前記制御手段は、
Ｇ１／Ｇ２ ＝ COS４(θ１）／ COS４(θ２）
を満足するように前記第１及び第２のゲインを設定することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。 - 前記制御手段は、前記接続された撮影レンズのレンズ開放Ｆ値及び射出窓情報に基づいて制御することを特徴とする請求項１または３に記載の撮像装置。
- 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置を搭載したカメラ。
- 撮影レンズに着脱可能であって、
前記撮影レンズの着脱状態を検知する検知手段と、
接続された撮影レンズの情報を取得する取得手段と
を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像装置を搭載したカメラ。 - 前記撮像装置の各画素の２つの光電変換領域から出力される信号に基づいて前記撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出手段を更に有し、
前記制御手段は前記焦点検出手段で用いる撮像装置上の焦点検出領域の位置に応じて、前記第１及び第２のゲインを制御することを特徴とする請求項７に記載のカメラ。
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