JP2010014788A - 撮像素子、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子内に配置された焦点検出用画素の出力に基づいて位相差方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、撮影シーケンスに応じた適切な画素出力の読み出しを行う。
【解決手段】ＣＰＵ２２は、撮像素子１７に対してモード１、モード２またはモード３を設定する。モード１を設定した場合、第１の画素群を構成する焦点検出用画素から出力される焦点検出信号と、第３の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号とを撮像素子１７から読み出し、ＡＦ処理、ＡＥ処理およびライブビュー画像の表示を行う。モード２を設定した場合、第３の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号のみを撮像素子１７から読み出し、ＡＥ処理とライブビュー画像の表示を行う。モード３を設定した場合、第２の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号のみを撮像素子１７から読み出し、ＡＥ処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子と、撮像素子を備えた撮像装置に関する。

従来、コントラスト方式のオートフォーカスを速い周期で行うために、撮像素子において二次元状に配列された画素のうち所定領域内の画素の出力のみをオートフォーカス用の情報として読み出す固体撮像素子が知られている（特許文献１参照）。また、位相差方式による焦点検出信号を出力する焦点検出用画素を撮像素子内に配置し、この焦点検出用画素の出力に基づいて位相差方式のオートフォーカスを行う撮像装置が知られている（特許文献２参照）。

特開２００７−１５０６４３号公報 特開２００７−２８２１０９号公報

特許文献１に開示される画素出力の読み出し方法は、コントラスト方式のオートフォーカスを行う撮像装置において適用されるものである。したがって、特許文献２に開示される撮像装置のように、撮像素子内に配置された焦点検出用画素の出力に基づいて位相差方式のオートフォーカスを行う撮像装置に対してこれを適用しても、撮影シーケンスに応じた適切な画素出力の読み出しを行うことができない。

本発明による撮像素子は、光学系を介した光に基づいて画像信号を出力する撮像用画素と、光学系を介した光に基づいて位相差方式による焦点検出信号を出力する焦点検出用画素とを有する撮像素子であって、複数の焦点検出用画素よりなる第１の画素群と、複数の撮像用画素よりなる第２の画素群と、第２の画素群を包含し、さらに第２の画素群を構成しない複数の撮像用画素をも含む第３の画素群とが配置され、第１の画素群を構成する複数の焦点検出用画素から出力される焦点検出信号と第３の画素群を構成する複数の撮像用画素から出力される画像信号とを読み出す第１モードと、第３の画素群を構成する複数の撮像用画素から出力される画像信号のみを読み出す第２モードと、第２の画素群を構成する複数の撮像用画素から出力される画像信号のみを読み出す第３モードとのうちの何れか１つのモードをフレーム単位の信号読み出しモードとして択一的に設定可能である。

本発明によれば、撮像素子内に配置された焦点検出用画素の出力に基づいて位相差方式のオートフォーカスを行う撮像装置において、撮影シーケンスに応じた適切な画素出力の読み出しを行うことができる。

図１は、本発明の一実施の形態による撮像素子を適用したカメラの構成を示すブロック図である。図１に示すカメラは、カメラ本体１とレンズ部２によって構成される。レンズ部２は、撮影光学系３および５と、レンズ駆動機構４と、絞り６とを有する。この撮影光学系３，５を構成するレンズ３は、焦点調節レンズとして働く。

カメラ本体１は、メインミラー７、サブミラー８、焦点検出装置９、ファインダースクリーン１０、ペンタプリズム１１、接眼レンズ１２、接眼部１３、測光レンズ１４、測光センサ１５、液晶ディスプレイ１６、撮像素子１７、シャッター１８、ライブビュー切換スイッチ１９、画像処理部２１、ＣＰＵ２２およびメモリ２３を有する。シャッター１８には、先幕１８ａと後幕１８ｂが設けられている。

レンズ駆動機構４は、ＣＰＵ２２の制御に応じて焦点調節レンズ３を光軸方向に移動させる。焦点調節レンズ３が移動することにより、撮影光学系の焦点調節状態が変化する。被写体からの光束は、焦点光学系３，５を介してカメラ本体１内に導かれる。この光束の一部は、ハーフミラーであるメインミラー７によって反射され、残りはメインミラー７を透過する。

メインミラー７で反射された光束は、ファインダースクリーン１０上に被写体像を投影する。この被写体像は、ペンタプリズム１１において反射された後、接眼レンズ１２を介して接眼部１３へ導かれる。撮影者であるユーザは、接眼部１３を覗くことにより、光学ファインダー像として被写体像を視認することができる。

また、ファインダースクリーン１０上に投影された被写体像は、ペンタプリズム１１において反射された後、測光レンズ１４を介して測光センサ１５へも導かれる。測光センサ１５は、被写体像の明るさに応じた測光信号をＣＰＵ２２へ出力する。ＣＰＵ２２は、測光センサ１５から出力された測光信号に基づいて、被写体像の明るさ、すなわち撮影光学系３，５を介した光の明るさを求める。

一方、メインミラー７を透過した光束は、サブミラー８で反射され、焦点検出装置９へ導かれる。焦点検出装置９は、周知の瞳分割による位相差検出方式により、撮影光学系３，５の焦点調節状態を検出する。すなわち、焦点検出装置９は、撮影光学系３，５の射出瞳の異なる領域を通過する光束による一対の像のずれ量を検出する。このずれ量の検出結果は、焦点検出信号として焦点検出装置９からＣＰＵ２２へ出力される。ＣＰＵ２２は、焦点検出装置９から出力された焦点検出信号に基づいてデフォーカス量を算出し、レンズ駆動機構４を制御して焦点調節レンズ３の位置を調節する。

撮影時には、絞り６が所定の絞り値に調節されると共に、メインミラー７およびサブミラー８が上方に跳ね上げられ、撮影光路から退避される。この状態で、シャッター１８が所定の露光時間だけ開かれることにより、撮影光学系３，５を介した光束が撮像素子１７に導かれ、撮像素子１７上に被写体像が結像される。撮像素子１７は、この被写体像を撮像し、画像処理部２１へ画像信号を出力する。なお、絞り６およびシャッター１８の動作はＣＰＵ２２によって制御される。

画像処理部２１は、撮像素子１７から出力される画像信号に基づいて所定の画像処理を実行し、撮像画像を生成する。この撮像画像はＣＰＵ２２へ出力され、ＣＰＵ２２の制御により、液晶ディスプレイ１６に表示されると共に、図示しない記録媒体に記録される。

ＣＰＵ２２は、上記で説明したような様々な制御を実行する。メモリ２３は、画像処理部２１とＣＰＵ２２がそれぞれ行う処理や制御の作業エリアとして用いられ、その処理や制御の内容に応じて様々な情報を一時的に記憶する。

ライブビュー切換スイッチ１９は、通常の撮影モードとライブビューモードを切り換えるためのスイッチである。ユーザの操作によってライブビュー切換スイッチ１９が「ＯＦＦ」側にセットされている場合は、通常の撮影モードがカメラ本体１に対して設定される。このとき、前述のような撮影動作がカメラ本体１において行われる。すなわち、図示しないシャッターボタン（レリーズボタン）の操作によりユーザが撮影指示を行う前には、メインミラー７およびサブミラー８が撮影光路上に配置される。この状態で、ファインダースクリーン１０上に投影される被写体像による光学ファインダー像がユーザに提供されると共に、焦点検出装置９から出力される焦点検出信号に基づいて撮影光学系の焦点調節が行われる。シャッターボタンの操作によりユーザが撮影指示を行うと、メインミラー７およびサブミラー８が撮影光路から退避され、撮像素子１７から出力される画像信号に基づいて生成された撮像画像が記録媒体に記録される。

一方、ライブビュー切換スイッチ１９が「ＯＮ」側にセットされている場合は、ライブビューモードがカメラ本体１に対して設定される。このライブビューモードは、撮影前に被写体の画像をリアルタイムで液晶ディスプレイ１６に表示するための撮影モードである。すなわち、シャッターボタンの操作によりユーザが撮影指示を行う前に、メインミラー７およびサブミラー８が撮影光路から退避されると共に、シャッター１８が開放される。この状態で、撮像素子１７から出力される画像信号に基づいて、画像処理部２１によりリアルタイムで撮像画像が生成され、ＣＰＵ２２の制御により液晶ディスプレイ１６に表示される。このとき表示される画像を、以下ではライブビュー画像と称する。なお、液晶ディスプレイ１６にライブビュー画像が表示されているときには、光学ファインダー像を見ることはできない。シャッターボタンの操作によりユーザが撮影指示を行うと、撮像画像が記録媒体に記録される。

図２は、ライブビューモードが設定されたときの様子を示す図である。この図において、メインミラー７およびサブミラー８は撮影光路から退避されており、シャッター１８は開放されている。したがって、撮影光学系を介してカメラ本体１内に導かれた光束は、メインミラー７とサブミラー８によって反射されたりシャッター１８によって遮られたりすることなく、撮像素子１７に到達する。この光束に基づいて撮像素子１７により被写体像が撮像され、生成された撮像画像がライブビュー画像としてリアルタイムで液晶ディスプレイ１６に表示される。

なお、以上説明したライブビューモードでは、サブミラー８が撮影光路から退避されているため、焦点検出装置９において焦点調節状態を検出することができない。そこで本実施の形態では、画像信号を出力するための撮像用画素の他に、位相差方式による焦点検出を行うための焦点検出用画素を撮像素子１７において配置しておく。この焦点検出用画素から焦点検出信号を出力することで、ライブビューモード時の焦点調節を実現する。

また、ライブビューモードでは、メインミラー７が撮影光路から退避されているため、測光センサ１５において測光信号を出力することができない。そのためＣＰＵ２２は、撮像素子１７から出力される画像信号に基づいて、被写体像の明るさを検出する。このとき、撮像素子１７に配置された撮像用画素の全部を用いずに、一部の撮像用画素からのみ画像信号を出力する。

図３は、カメラ本体１における制御システムの構成を示す図である。この制御システムにおいて、ＣＰＵ２２は、撮影モード設定部２２ａ、信号読み出しモード設定部２２ｂ、焦点調節演算部２２ｃ、測光演算部２２ｄ、レンズ駆動制御部２２ｅ、シャッター駆動制御部２２ｆ、絞り駆動制御部２２ｇ、撮影画像記録制御部２２ｈ、ＬＣＤ駆動部２２ｉ、および操作検出部２２ｊの各機能ブロックを仮想的に有している。

撮影モード設定部２２ａは、カメラ本体１に対して撮影モードの設定を行う機能ブロックである。すなわち、撮影モード設定部２２ａは、ライブビュー切換スイッチ１９の状態に応じて、通常の撮影モードまたはライブビューモードのいずれかを設定し、その設定に応じた動作をカメラ本体１の各部に対して指示する。

信号読み出しモード設定部２２ｂは、撮像素子１７からの信号読み出しのモードを設定する機能ブロックである。前述のように撮像素子１７には、撮像用画素と焦点検出用画素とが配置されている。信号読み出しモード設定部２２ｂは、カメラ本体１の動作状態に応じて、撮像素子１７に対する信号読み出しモードを設定する。これにより、撮像素子１７が有する複数の画素のうちいずれの画素からの信号を出力するかが撮像素子１７において決定される。なお、この信号読み出しモード設定の具体的な内容については、後で詳しく説明する。

焦点調節演算部２２ｃは、焦点検出装置９、または撮像素子１７の焦点検出用画素から出力される焦点検出信号に基づいて、撮影光学系３，５の焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算する。なお前述のように、通常の撮影モードが設定されている場合は、焦点検出装置９から焦点検出信号が出力され、ライブビューモードが設定されている場合は、撮像素子１７の焦点検出用画素から焦点検出信号が出力される。

測光演算部２２ｄは、測光センサ１５から出力される測光信号、または撮像素子１７の撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、被写体像の明るさ、すなわち撮影光学系３，５を介した光の明るさを演算する。なお前述のように、通常の撮影モードが設定されている場合は、測光センサ１５から測光信号が出力され、ライブビューモードが設定されている場合は、撮像素子１７の撮像用画素から測光演算用の画像信号が出力される。

レンズ駆動制御部２２ｅは、焦点調節演算部２２ｃにより演算されたデフォーカス量に基づいて、レンズ駆動機構４の動作を制御する。これにより、焦点調節レンズ３がレンズ駆動機構４によって適切な位置に移動され、撮影光学系３，５の焦点が被写体に合わせて調節される。

シャッター駆動制御部２２ｆは、測光演算部２２ｄにより演算された被写体像の明るさ等に基づいて、シャッター１８の動作を制御する。絞り駆動制御部２２ｇは、測光演算部２２ｄにより演算された被写体像の明るさ等に基づいて、絞り６の動作を制御する。これらの動作により、撮影時の露出制御が行われる。なお、ライブビューモードが設定されているときには、シャッター１８が開放される。

撮影画像記録制御部２２ｈは、撮影によって取得された撮像画像を記録媒体に記録する際の制御を行う。また、記録媒体に記録された撮像画像の読み出しも、この撮影画像記録制御部２２ｈによって行われる。

ＬＣＤ駆動部２２ｉは、液晶ディスプレイ１６に対する画像表示制御を行う。すなわち、ライブビューモードが設定されているときには、ＬＣＤ駆動部２２ｉが行う画像表示制御により、画像処理部２１によって生成されたライブビュー画像が液晶ディスプレイ１６に表示される。なお、ライブビュー画像以外を液晶ディスプレイ１６に表示する場合、たとえば記録媒体に記録された撮像画像を再生表示したり、メニュー画面を表示したりする場合にも、ＬＣＤ駆動部２２ｉが用いられる。

操作検出部２２ｊは、ライブビュー切換スイッチ１９を含む各種操作部材の操作状態、たとえばシャッターボタンの操作状態などを検出する。なお、シャッターボタンは、半押しおよび全押しの二種類の操作状態を取り得る。半押しは焦点調節指示操作に対応する操作状態であり、全押しは撮影指示操作に対応する操作状態である。すなわち、シャッターボタンが半押し状態であることが操作検出部２２ｊによって検出されると、焦点調節演算部２２ｃによりデフォーカス量が演算される。そして、レンズ駆動制御部２２ｅがレンズ駆動機構４の動作を制御することにより、撮影光学系３，５の焦点調節が行われる。また、シャッターボタンが全押し状態であることが操作検出部２２ｊによって検出されると、撮影モード設定部２２ａにより、撮影モードの設定状態に応じた撮影動作がカメラ本体１の各部に対して指示される。そして、取得された撮像画像が撮影画像記録制御部２２ｈによって記録媒体に記録される。

次に、撮像素子１７に対して設定される信号読み出しモードについて説明する。図４は、撮像素子１７における画素の配置例と、各信号読み出しモードにおいてそれぞれ読み出す画像の行との対応関係を示す図である。なお、図４では、撮像素子１７における画素のうち一部分のみを例示している。

撮像素子１７には、図４に示すように、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の各色に対応する撮像用画素がベイヤー配列に従って交互に配置されている。これらの撮像用画素には、対応する色のカラーフィルタと、フォトダイオードとがそれぞれ設けられている。カラーフィルタを透過した撮影光学系３，５からの光は、フォトダイオードにより光電変換され、光強度に応じた画像信号として出力される。こうして各撮像用画素は撮影光学系３，５を介した光に基づいて画像信号を出力する。

また、符号Ｆ１に示す行には、上記の撮像用画素以外に、符号ＦＧ１およびＦＧ２に示す焦点検出用画素も配置されている。焦点検出用画素ＦＧ１、ＦＧ２は、画素の中心から左右それぞれの方向に偏心した位置に開口部を有しており、この開口部に対応してフォトダイオードが設けられている。このような構造により、焦点検出用画素ＦＧ１およびＦＧ２のフォトダイオードは、撮影光学系３，５の瞳の異なる部分を通過した一対の光束を受光し、その光強度に応じた信号を位相差方式による焦点検出信号として出力することができる。こうして焦点検出用画素ＦＧ１、ＦＧ２は、撮影光学系３，５を介した光に基づいて位相差方式による焦点検出信号を出力する。なお、焦点検出用画素ＦＧ１、ＦＧ２には、撮像用画素とは違ってカラーフィルタが設けられていない。すなわち、焦点検出用画素はＲ，Ｇ，Ｂのいずれの色にも感度を有する。

以上説明したような画素配列を有する撮像素子１７に対して、ＣＰＵ２２は、前述の信号読み出しモード設定部２２ｂの機能により、複数の信号読み出しモードの中からいずれかをカメラ本体１の動作状態に応じて択一的に設定する。撮像素子１７は、設定された信号読み出しモードに応じて、各読み出し周期において信号を読み出す画素の行を切り換える。

たとえばＣＰＵ２２は、カメラ本体１の撮影モードとしてライブビューモードが設定されているときに、モード１、モード２およびモード３の３種類の信号読み出しモードのいずれかを撮像素子１７に対して設定する。図４では、モード１〜３において読み出しの対象とされる画素の行を、符号Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｆ１，Ｌ１ＢおよびＬ１Ｒで示している。なお、この図４は、説明を簡単にするために撮像素子１７の一部（左上部）を抜粋して示したものである。撮像素子全体としては図４に示したような配列が繰り返された素子構造となる。以下の説明では、このうち行Ｆ１に属する焦点検出用画素ＦＧ１およびＦＧ２を第１の画素群と称する。また、行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒに属する撮像用画素を第２の画素群と称し、行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒに属する撮像用画素を第３の画素群と称する。すなわち第３の画素群は、第２の画素群を包含し、さらに第２の画素群を構成しない複数の撮像用画素をも含む。

モード１は、ＡＦ処理、ＡＥ処理およびライブビュー画像の表示を行うための信号読み出しモードである。モード１が設定された場合、撮像素子１７は、図４の画素のうち、行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｆ１，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒに属する画素の信号のみを出力する。すなわちモード１では、第１の画素群を構成する焦点検出用画素ＦＧ１，ＦＧ２から出力される焦点検出信号と、第３の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号とが撮像素子１７から読み出される。なお、行Ｅ１Ｒと行Ｆ１の間の２行の画素、行Ｆ１と行Ｌ１Ｂの間の行の画素、及び行Ｌ１Ｒの下の行の画素が読み出されないのは、ライブビュー画像表示では、ある割合で読み出し行を間引く間引き読み出しを行うためである。同様の読み出し動作は、図４に示されていない画素部分においても行われる。

モード１において、ＣＰＵ２２は、第１の画素群を構成する焦点検出用画素ＦＧ１，ＦＧ２から出力される焦点検出信号に基づいて、焦点調節演算部２２ｃの機能によりデフォーカス量を算出する。このデフォーカス量に基づいて、レンズ駆動制御部２２ｅの機能によりレンズ駆動機構４の動作を制御することで、焦点調節レンズ３を適切な位置に移動してＡＦ処理を行う。またＣＰＵ２２は、第２の画素群を構成する撮像用画素、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒに属する各撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、測光演算部２２ｄの機能により被写体像の明るさを演算する。この明るさに基づいて、シャッター駆動制御部２２ｆおよび絞り駆動制御部２２ｇの機能によりシャッター１８と絞り６の動作を制御してＡＥ処理を行う。モード１において、画像処理部２１は、第３の画素群を構成する撮像用画素、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒに属する各撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、ライブビュー画像を生成する。

モード２は、ＡＥ処理およびライブビュー画像の表示を行うための信号読み出しモードである。モード２が設定された場合、撮像素子１７は、図４の画素のうち、行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒに属する画素の信号のみを出力する。すなわちモード２では、第３の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号のみが撮像素子１７から読み出される。換言すれば、図４中の行Ｅ１Ｂ、Ｅ１Ｒ、Ｌ１Ｂ、Ｌ１Ｒ以外の行は間引いて読み出しが行われる。なお、同様の読み出し動作は、図４に示されていない画素部分についても同様に行われる。

モード２において、ＣＰＵ２２は、第３の画素群のうちで第２の画素群を構成する撮像用画素、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒに属する各撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、前述のようなＡＥ処理を行う。またモード２において、画像処理部２１は、第３の画素群を構成する撮像用画素、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒに属する各撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、ライブビュー画像を生成する。なお、このときＣＰＵ２２においてＡＦ処理は行われない。

モード３は、ＡＥ処理を行うための信号読み出しモードである。モード３が設定された場合、撮像素子１７は、図４の画素のうち、行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒに属する画素の信号のみを出力する。すなわちモード３では、第２の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号のみが撮像素子１７から読み出される。同様の読み出し動作は、図４に示されていない画素部分についても同様に行われる。

モード３において、ＣＰＵ２２は、第２の画素群を構成する撮像用画素、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒに属する各撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、前述のようなＡＥ処理を行う。なお、このときＣＰＵ２２においてＡＦ処理は行われない。また、画像処理部２１によるライブビュー画像の生成も行われない。

なお、以上説明したモード１〜３は、いずれもフレーム単位の信号読み出しモードとして設定される。ここでいうフレームとは、ライブビュー画像の更新周期であり、ライブビュー画像を表示する際の撮像素子１７からの信号読み出し周期に相当する。すなわち、モード１〜３の各信号読み出しモードの切り換えは、フレーム単位で行われる。

撮像素子１７における信号読み出しモードの切り換えは、撮像素子１７に設けられた走査回路の動作によって行われる。この走査回路は、撮像素子１７の各画素を垂直方向に走査する垂直走査回路と、撮像素子１７の各画素を水平方向に走査する水平走査回路とを有する。すなわち、垂直走査回路が選択する画素の行を切り換えることにより、信号読み出しモードの切り換えが実現される。

なお、撮像素子１７では、図４に示すような画素の配置が繰り返されている。すなわち、第１の画素群に属する複数の焦点検出用画素が、予め設定された焦点検出エリアに対応した位置に配置されている。また、第３の画素群に属する複数の撮像用画素の行が所定の間隔で配置されており、そのうち一部の行が第２の画素群として機能する。図４に示す画素の配置は一例であるため、他の配置としてもよい。

図５は、カメラ本体１の動作と信号読み出しモードの切り換えタイミングとの関係を示す図である。この図について以下に説明する。

電源が投入されると、カメラ本体１は時刻Ｔ１において、測光センサ１５における電荷の蓄積を開始する。所定時間の経過後、ＣＰＵ２２の制御により、蓄積された電荷に応じた測光信号が測光センサ１５から読み出される。ＣＰＵ２２は、測光演算部２２ｄの機能により、読み出した測光信号に基づく測光演算を行い、被写体像の明るさを演算する。このような処理を所定の周期で繰り返すことで、ＡＥ処理が行われる。

時刻Ｔ２において、ユーザがライブビュー切換スイッチ１９を「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り換えると、ＣＰＵ２２は、撮影モード設定部２２ａの機能により、撮影モードをライブビューモードに切り換える。このときＣＰＵ２２は、メインミラー７およびサブミラー８を撮影光路から退避させると共に、シャッター１８の先幕１８ａを開く。その後時刻Ｔ３において、撮像素子１７における電荷の蓄積を開始する。このときＣＰＵ２２は、信号読み出しモード設定部２２ｂの機能により、撮像素子１７に対して、前述の３種類の信号読み出しモードのうちモード２を設定する。

モード２が設定されると、撮像素子１７は、所定の蓄積時間経過後に、第３の画素群、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒに属する撮像用画素からの画像信号のみを出力する。画像処理部２１は、この画像信号を撮像素子１７から読み出して所定の画像処理を行い、測光演算用のデータおよびライブビュー画像用のデータを生成する。なお、測光演算用のデータは、第３の画素群のうちで第２の画素群を構成する撮像用画素、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒに属する各撮像用画素からの画像信号に基づいて作成される。一方、ライブビュー画像用のデータは、第３の画素群を構成する撮像用画素、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒに属する各撮像用画素からの画像信号に基づいて作成される。作成されたデータは、メモリ２３に格納される。

ＣＰＵ２２は、メモリ２３に格納された測光演算用のデータに基づいて、測光演算部２２ｄの機能により測光演算を行い、前述のようなＡＥ処理を実行する。またＣＰＵ２２は、メモリ２３に格納されたライブビュー画像用のデータに基づいて、ＬＣＤ駆動部２２ｉの機能により、液晶ディスプレイ１６にライブビュー画像を表示させる。

ユーザが撮影モードをライブビューモードに切り換えてからシャッターボタンを操作するまでの間、撮像素子１７に対してモード２が設定され、上記のような動作が繰り返し行われる。

時刻Ｔ４においてユーザがシャッターボタンを半押し操作すると、次フレームからＣＰＵ２２は、信号読み出しモード設定部２２ｂの機能により、撮像素子１７の信号読み出しモードの設定をモード２からモード１に切り換える。モード１が設定されると、撮像素子１７は、所定の蓄積時間経過後に、第１の画素群を構成する焦点検出用画素ＦＧ１，ＦＧ２からの焦点検出信号と、第３の画素群を構成する撮像用画素からの画像信号とを出力する。画像処理部２１は、これらの信号を撮像素子１７から読み出して所定の画像処理を行い、デフォーカス量演算用のデータ、測光演算用のデータおよびライブビュー画像用のデータを生成する。なお、デフォーカス量演算用のデータは、第１の画素群を構成する焦点検出用画素ＦＧ１，ＦＧ２からの焦点検出信号に基づいて作成される。また、測光演算用のデータとライブビュー画像用のデータは、前述のモード２と同様に、第２の画素群を構成する撮像用画素からの画像信号と、第３の画素群を構成する撮像用画素からの画像信号とに基づいてそれぞれ作成される。作成されたデータは、メモリ２３に格納される。

ＣＰＵ２２は、メモリ２３に格納されたデフォーカス量演算用のデータに基づいて、焦点調節演算部２２ｃの機能によりデフォーカス量の演算を行い、焦点調節レンズ３を駆動させて前述のようなＡＦ処理を実行する。またＣＰＵ２２は、前述のモード２と同様に、測光演算用のデータに基づいてＡＥ処理を行うと共に、ライブビュー画像用のデータに基づいて液晶ディスプレイ１６にライブビュー画像を表示させる。

ユーザがシャッターボタンを半押し操作している間、撮像素子１７に対してモード２が設定され、上記のような動作が繰り返し行われる。

時刻Ｔ５においてユーザがシャッターボタンを全押し操作すると、ＣＰＵ２２は、信号読み出しモード設定部２２ｂの機能により、撮像素子１７に対する信号読み出しモードの設定をモード１からモード３に切り換える。モード３が設定されると、撮像素子１７は、所定の蓄積時間経過後に、第２の画素群、すなわち行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒに属する撮像用画素からの画像信号のみを出力する。画像処理部２１は、この画像信号を撮像素子１７から読み出して所定の画像処理を行い、測光演算用のデータを生成する。作成されたデータは、メモリ２３に格納される。なお、このときには前述のモード１の動作によって被写体に対して撮影光学系が合焦状態であると考えられるため、ＡＦ処理は行われない。また、シャッターボタンの全押し操作によりユーザから撮影指示が行われた後であるため、ライブビュー画像の更新も行われない。

ＣＰＵ２２は、前述のモード２およびモード１と同様に、メモリ２３に格納された測光演算用のデータに基づいて、測光演算部２２ｄの機能により測光演算を行い、ＡＥ処理を実行する。

ユーザがシャッターボタンを全押し操作した後は、撮像素子１７に対してモード３が設定され、上記のような動作が行われる。

なお、ユーザがシャッターボタンを全押し操作した後は、撮影時に取得する画像の正確な露出を得るために、複数回のＡＥ処理を行うことが望ましい。しかし、シャッターボタンの全押し操作から撮影までのレリーズタイムラグはなるべく小さいことが好ましい。したがって、上記のように撮像素子１７に対してモード３を設定することで、撮像素子１７において読み出し対象とする撮像用画素を間引き、第２の画素群に属する撮像用画素からの画像信号のみに基づいてＡＥ処理を行うことが有効である。

ＡＥ処理の実行後、ＣＰＵ２２は時刻Ｔ６において、撮影動作に入るため、シャッター駆動制御部２２ｆの機能により、まずシャッター１８の後幕１８ｂを閉じる。その後シャッター１８をチャージし、先幕１８ａが閉じて後幕１８ｂが開いた状態とする。またＣＰＵ２２は時刻Ｔ７において、絞り駆動制御部２２ｇの機能により、測光演算の結果に応じて絞り６を調節する。

撮影準備が完了したら、ＣＰＵ２２は時刻Ｔ８において、撮像素子１７の蓄積を開始すると共に、シャッター１８に対して先幕１８ａの走行を開始させる。時刻Ｔ８から所定の露光時間が経過したら、ＣＰＵ２２は時刻Ｔ９において、シャッター１８に対して後幕１８ｂの走行を開始させる。後幕１８ｂが完全に閉じたら、撮像素子１７の蓄積を停止し、画像信号の読み出しを開始する。なお、このときは前述のモード１〜３の設定時とは異なり、撮像素子１７において読み出し対象とする撮像用画素を間引かずに、全撮像用画素からの画像信号を読み出すことが好ましい。

画像処理部２１は、撮像素子１７から読み出された画像信号に対して所定の画像処理を行い、撮像画像データを生成する。その際、焦点検出用画素の部分については画像信号が得られないため、周囲の撮像用画素の情報などに基づいて補間することが好ましい。作成された撮像画像データは、メモリ２３に格納される。ＣＰＵ２２は、撮影画像記録制御部２２ｈの機能により、メモリ２３に格納された撮像画像データを記録媒体に記録する。

後幕１８ｂの走行が終了したら、ＣＰＵ２２は直ちにシャッター１８をチャージして、先幕１８ａが閉じて後幕１８ｂが開いた状態とする。その後、ライブビュー画像を再び表示できるようにするために、時刻Ｔ１０において先幕１８ａを開く。先幕１８ａが開いたら、時刻Ｔ１１において、撮像素子１７における電荷の蓄積を開始すると共に、ＣＰＵ２２から撮像素子１７に対してモード２を設定する。その後は、時刻Ｔ３以降と同様の動作を繰り返す。

なお、以上説明した実施の形態では、撮像素子１７の信号読み出しモードとして、モード１、モード２およびモード３を撮像素子１７に対して設定可能としたが、このうちいずれか１つまたは２つのモードのみを設定できるようにしてもよい。たとえば、シャッターボタンの全押し操作後に行うＡＥ処理を省略する場合は、モード３を除いて、モード１およびモード２のみを設定可能とすればよい。あるいは、他の信号読み出しモードを設定可能としてもよい。たとえば、ＡＦ処理を実行するために、第１の画素群に属する焦点検出用画素からの焦点検出信号のみを読み出すモードを設定できるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、撮像素子１７において行方向に読み出し対象とする画素を間引く例を説明したが、列方向に間引いてもよい。あるいは、行方向と列方向の両方について間引いてもよい。

以上説明した実施の形態および各種の変形例によれば、次の作用効果を奏する。
（１）撮像素子１７には、行Ｆ１に属する焦点検出用画素ＦＧ１，ＦＧ２よりなる第１の画素群と、行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒに属する複数の撮像用画素よりなる第２の画素群と、行Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒ，Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｒに属する複数の撮像用画素よりなる第３の画素群とが配置されている。この撮像素子１７は、第１の画素群を構成する焦点検出用画素ＦＧ１，ＦＧ２から出力される焦点検出信号と第３の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号とを読み出すモード１と、第３の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号のみを読み出すモード２と、第２の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号のみを読み出すモード３との少なくとも何れか１つのモードを、フレーム単位の信号読み出しモードとして設定可能である。このようにしたので、撮像素子１７内に配置された焦点検出用画素の出力に基づいて位相差方式のオートフォーカスを行うカメラ本体１において、撮影シーケンスに応じた適切な画素出力の読み出しを行うことができる。

（２）ＣＰＵ２２は、信号読み出しモード設定部２２ｂにより、撮像素子１７に対して、モード１、モード２またはモード３のいずれかを設定する。撮像素子１７に対してモード１を設定した場合、ＣＰＵ２２は、焦点調節演算部２２ｃにより、第１の画素群を構成する焦点検出用画素ＦＧ１，ＦＧ２から出力される焦点検出信号に基づいて、撮影光学系３，５の焦点調節状態を示すデフォーカス量を演算すると共に、測光演算部２２ｄにより、第２の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、撮影光学系３，５を介した光の明るさを演算する。また、画像処理部２１は、第３の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、ライブビュー画像を生成する。このようにしたので、ライブビューモードにおいて、ＡＦ処理、ＡＥ処理およびライブビュー画像の表示を並行して行うことができる。

（３）また、撮像素子１７に対してモード２を設定した場合、ＣＰＵ２２は、測光演算部２２ｄにより、第２の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、撮影光学系３，５を介した光の明るさを演算する。このとき画像処理部２１は、第３の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、ライブビュー画像を生成する。このようにしたので、ライブビューモードにおいて、ＡＥ処理とライブビュー画像の表示を並行して高速に行うことができる。

（４）さらに、撮像素子１７に対してモード３を設定した場合、ＣＰＵ２２は、測光演算部２２ｄにより、第２の画素群を構成する撮像用画素から出力される画像信号に基づいて、撮影光学系３，５を介した光の明るさを演算する。このようにしたので、ライブビューモードにおいて、ＡＥ処理を高速に行うことができる。

（５）信号読み出しモード設定部２２ｂは、カメラ本体１の動作状態に応じて、モード１、モード２またはモード３を択一的に切換設定する。すなわち、撮影モード設定部２２ａによりカメラ本体１においてライブビューモードが設定されると、信号読み出しモード設定部２２ｂは、撮像素子１７に対してモード２を設定する。また、操作検出部２２ｊによりシャッターボタンの半押し操作がユーザからの焦点調節指示操作として検出されると、信号読み出しモード設定部２２ｂは、撮像素子１７に対してモード１を設定する。さらに、操作検出部２２ｊによりシャッターボタンの全押し操作がユーザからの撮影指示操作として検出されると、信号読み出しモード設定部２２ｂは、撮像素子１７に対してモード３を設定する。このように撮影シーケンスに応じて信号読み出しモードを切り換えることで、撮像素子１７から最適な信号出力を得ることができる。

なお、以上説明した実施の形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様についても、本発明の範囲内に含まれる。

本発明の一実施の形態による撮像素子を適用したカメラの構成を示すブロック図である。 ライブビューモードが設定されたときの様子を示す図である。 カメラ本体における制御システムの構成を示す図である。 撮像素子における画素の配置例と、各信号読み出しモードにおいてそれぞれ読み出す画像の行との対応関係を示す図である。 カメラ本体の動作と信号読み出しモードの切り換えタイミングとの関係を示す図である。

符号の説明

１：カメラ本体
２：レンズ部
３，５：撮影光学系
１５：測光センサ
１６：液晶ディスプレイ
１７：撮像素子
２１：画像処理部
２２：ＣＰＵ

Claims (8)

1. 光学系を介した光に基づいて画像信号を出力する撮像用画素と、前記光学系を介した光に基づいて位相差方式による焦点検出信号を出力する焦点検出用画素とを有する撮像素子であって、
   複数の前記焦点検出用画素よりなる第１の画素群と、
   複数の前記撮像用画素よりなる第２の画素群と、
   前記第２の画素群を包含し、さらに前記第２の画素群を構成しない複数の前記撮像用画素をも含む第３の画素群とが配置され、
   前記第１の画素群を構成する複数の前記焦点検出用画素から出力される焦点検出信号と、前記第３の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号とを読み出す第１モードと、
   前記第３の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号のみを読み出す第２モードと、
   前記第２の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号のみを読み出す第３モードとのうちの何れか１つのモードを、フレーム単位の信号読み出しモードとして択一的に設定可能であることを特徴とする撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子と、
   前記撮像素子に対して、前記第１モード、前記第２モードまたは前記第３モードのいずれかを設定するモード設定手段と、
   前記光学系の焦点調節状態を演算する焦点調節演算手段と、
   前記光学系を介した光の明るさを演算する測光演算手段と、
   前記光学系を介した光に応じた画像を生成する画像処理手段と、
   前記画像処理手段により生成された画像を表示する画像表示手段とを備え、
   前記モード設定手段が前記撮像素子に対して前記第１モードを設定した場合、
   前記焦点調節演算手段は、前記第１の画素群を構成する複数の前記焦点検出用画素から出力される焦点検出信号に基づいて前記光学系の焦点調節状態を演算し、
   前記測光演算手段は、前記第２の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号に基づいて前記光学系を介した光の明るさを演算し、
   前記画像処理手段は、前記第３の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号に基づいて前記画像を生成することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記モード設定手段が前記撮像素子に対して前記第２モードを設定した場合、
   前記測光演算手段は、前記第２の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号に基づいて前記光学系を介した光の明るさを演算し、
   前記画像処理手段は、前記第３の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号に基づいて前記画像を生成することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項３に記載の撮像装置において、
   前記モード設定手段が前記撮像素子に対して前記第３モードを設定した場合、
   前記測光演算手段は、前記第２の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号に基づいて前記光学系を介した光の明るさを演算することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項４に記載の撮像装置において、
   前記モード設定手段は、撮像装置の動作状態に応じて、前記第１モード、前記第２モード、または前記第３モードを択一的に切換設定することを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   撮影前に前記画像をリアルタイムで前記画像表示手段に表示するためのライブビューモードを設定するライブビュー設定手段と、
   ユーザからの焦点調節指示操作および撮影指示操作を検出する操作検出手段とをさらに備え、
   前記モード設定手段は、
   前記ライブビュー設定手段により前記ライブビューモードが設定されると、前記撮像素子に対して前記第２モードを設定し、
   前記操作検出手段により前記焦点調節指示操作が検出されると、前記撮像素子に対して前記第１モードを設定し、
   前記操作検出手段により前記撮影指示操作が検出されると、前記撮像素子に対して前記第３モードを設定することを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１に記載の撮像素子と、
   前記撮像素子に対して、前記第１モード、前記第２モードまたは前記第３モードのいずれかを設定するモード設定手段と、
   前記光学系を介した光の明るさを演算する測光演算手段と、
   前記光学系を介した光に応じた画像を生成する画像処理手段と、
   前記画像処理手段により生成された画像を表示する画像表示手段とを備え、
   前記モード設定手段が前記撮像素子に対して前記第２モードを設定した場合、
   前記測光演算手段は、前記第２の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号に基づいて前記光学系を介した光の明るさを演算し、
   前記画像処理手段は、前記第３の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号に基づいて前記画像を生成することを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１に記載の撮像素子と、
   前記撮像素子に対して、前記第１モード、前記第２モードまたは前記第３モードのいずれかを設定するモード設定手段と、
   前記光学系を介した光の明るさを演算する測光演算手段とを備え、
   前記モード設定手段が前記撮像素子に対して前記第３モードを設定した場合、
   前記測光演算手段は、前記第２の画素群を構成する複数の前記撮像用画素から出力される画像信号に基づいて前記光学系を介した光の明るさを演算することを特徴とする撮像装置。

Images