JP2010217618A - 撮像装置及び信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
撮像光学系の絞りを制御してケラレの発生を防止することにより焦点検出を可能とした撮像装置を提供する。
【解決手段】
本発明の撮像装置（カメラ１００）は、撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する撮像画素群１０６、及び、撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する焦点検出画素群１０７を有する撮像素子１０５と、焦点検出画素群１０７の出力に基づいて撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出部１１３と、焦点検出部１１３による焦点検出の際に、撮像光学系の絞り値が所定値以下になるように制御する絞り制御部１０４と、絞り制御部１０４により制御された絞り値に応じて露出条件を調整する露出制御部１１０とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に係り、特に、撮像素子からの出力に基づいて焦点検出を行う撮像装置に関する。

特許文献１には、撮像素子を用いて焦点検出を行う撮像装置が開示されている。この撮像装置の撮像素子は、撮像素子を構成する画素の一部に、他の画素とは異なる光学特性を有する複数の一対の焦点検出画素を含み、この焦点検出画素の出力に基づいて焦点検出を行う。この撮像装置では、焦点検出画素からの信号に相当する像信号は、その周辺画素の像信号を用いて補間される。

また、特許文献２には、入射光線のケラレを検出して光学系の絞りを切り換える自動焦点検出装置が開示されている。この自動焦点検出装置は、被写体から撮像光学系の相異なる光学系を通った一対の光束に対して、第１の絞り値の光束を受光する第１の焦点検出部と、第１の絞り値より相対的に大きい第２の絞り値の光束を受光する第２の焦点検出部を備える。さらに、自動焦点検出装置は第１の絞り値の光束におけるケラレを検出するアンバランス状態検出手段を備え、アンバランス状態検出手段の検出結果に応じて、第１の焦点検出部と第２の焦点検出部のいずれを用いて焦点検出を行うかが切り換えられる。

特許文献３には、動画撮影時にカムコーダの撮像素子の電荷蓄積時間が短いことによる再生品位の低下を防止するため、撮像素子の電荷蓄積時間が長くなるように構成されたカムコーダが開示されている。また特許文献４には、フリッカを有する照明下での動画記録時に、動画の各フレームにおける輝度のばらつきによる視認性の劣化を回避するため、フリッカの明滅周期に基づいて撮像素子の電荷蓄積時間を固定値に設定する撮像装置が開示されている。

特許３５９２１４７号公報 特公平７−６２７３１号公報 特開２０００−１６５７４０号公報 特開平７−２９８００２号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、焦点検出画素の前面に配置された遮光層の開口よりも撮影時の光量を制御する絞りの開口が小さくなると、焦点検出画素への入射光線には、この絞りによりケラレが生じる。このようなケラレにより焦点検出画素から出力される画像信号が乱れると、正確な焦点検出を行うことができない。

また、特許文献２の構成では、撮影時の光量を制御する絞りの開口が第１及び第２の焦点検出部の開口より狭いと、各焦点検出部への入射光束にケラレが発生し、正確な焦点検出ができない。

また、特許文献１及び特許文献２の構成による焦点検出をカムコーダで行う場合、絞り設定が小絞り側に制御されると、焦点検出用画素にケラレが生じ、正確な焦点検出ができない。また、このような焦点検出の際に、フリッカ照明下における撮影でフリッカの明滅周期に基づいて撮像素子の電荷蓄積時間を固定値に設定すると、露光量の調整を絞り設定と信号ゲイン調整で行うことになる。このため、被写体が明るい場合、絞りが絞られやすくなる。この結果、焦点検出用画素にケラレが生じ、正確な焦点検出ができない。

本発明は、撮像光学系の絞りを制御してケラレの発生を防止することにより焦点検出を可能とした撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記焦点検出画素の出力に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出手段と、前記焦点検出手段による前記焦点検出の際に、前記撮像光学系の絞り値が所定値以下になるように制御する制御手段と、前記制御手段により制御された前記絞り値に応じて露出条件を調整する露出調整手段とを有する。

本発明の他の側面としての信号処理装置は、撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子を備えた撮像装置に用いられる信号処理装置であって、前記焦点検出画素の出力に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出手段と、前記焦点検出手段による前記焦点検出の際に、前記撮像光学系の絞り値が所定値以下になるように制御する制御手段と、前記制御手段により制御された前記絞り値に応じて露出条件を調整する露出調整手段とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、撮像光学系の絞りを制御してケラレの発生を防止することにより焦点検出を可能とした撮像装置を提供することができる。

本実施例における撮像装置の構成図である。 本実施例における撮像画素群と焦点検出画素群の配列図である。 実施例１の撮像装置における焦点検出時の動作フローである。 実施例２の撮像装置における焦点検出時の動作フローである。 実施例１において、画素行列のうち一部の行に焦点検出画素を配置した撮像素子の画素配置の一例である。 図５中の第１の焦点検出画素（ａ）、及び、第２の焦点検出画素（ｂ）の構造図である。 本実施例において、合焦状態（ａ）、及び、前ピン状態（ｂ）における像信号の位相差を示す模式図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施例１における撮像装置について説明する。図１は、本実施例における撮像装置（デジタルカメラ）の構成図である。カメラ１００（デジタルカメラ）は、被写体から光束により被写体像を形成するレンズ群１０１を有する。本実施例において、レンズ群１０１はカメラ１００に一体形成されている。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、レンズ群１０１はカメラ１００とは別体として、カメラ１００に着脱可能に構成されてもよい。

レンズ群１０１にはフォーカスレンズ（図示せず）が含まれる。レンズ制御部１０２は、フォーカスレンズの位置を制御する。絞り１０３は、撮像光学系の一部を構成し、レンズ群１０１からの入射光量を調節する。絞り制御部１０４（制御手段）は、絞り１０３の開口を制御する。後述のように、絞り制御部１０４は、焦点検出を行う際に、撮像光学系の絞りを所定の開口状態以上に開くように、すなわち、撮像光学系の絞り値（Ｆ値）が所定値以下（ケラレ回避絞り値以下）になるように制御する。

さらに、カメラ１００は光電変換素子としての撮像素子１０５を備える。撮像素子１０５は、例えば、レンズ群１０１からの光束によって被写体像をその受光面上に形成するＣＭＯＳセンサにより構成される。撮像素子１０５は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂのうちいずれか１色のカラーフィルタを有し、レンズ群１０１により形成される被写体像を光電変換する複数の撮像画素により構成される撮像画素群１０６を有する。撮像画素群１０６は、被写体画像を生成するために用いられる像信号を出力する。また、撮像素子１０５は、レンズ群１０１の焦点状態の検出（焦点検出）に用いられる一対の像信号を出力する複数の焦点検出画素群１０７を有する。焦点検出画素群１０７は、後述する瞳分割光学系１０８により瞳分割された光束を光電変換する、それぞれ複数の第１及び第２の焦点検出画素を含む。このように、撮像素子１０５は、撮像光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換する複数の撮像画素、及び、撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する。

図５は、画素行列のうち一部の行に焦点検出画素を配置した撮像素子の画素配置の一例である。図５において、Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれ、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタが配置されていることを示す。撮像画素におけるこのようなフィルタ配列は、ベイヤー配列として周知である。また、Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ、第１及び第２の焦点検出画素である。これらの焦点検出画素は、撮像画素とは異なる光学特性を有する。

図６（ａ）は、図５中の第１の焦点検出画素Ｓ１の構造図である。図６（ａ）において、第１の焦点検出画素Ｓ１の光入射側には、マイクロレンズ５０１が形成されている。５０２はマイクロレンズ５０１を形成するための平面を構成する平滑層である。５０３は遮光層であり、第１の焦点検出画素Ｓ１の光電変換領域５０４の中心Ｏに対して一方向に偏心した絞り開口部を有する。

図６（ｂ）は、図５中の第２の焦点検出画素Ｓ２の構造図である。図６（ｂ）において、第２の焦点検出画素の光入射側には、マイクロレンズ６０１が形成されている。６０２はマイクロレンズ６０１を形成するための平面を構成する平滑層である。６０３は遮光層であり、第２の焦点検出画素Ｓ２の光電変換領域６０４の中心Ｏに対して、第１の焦点検出画素Ｓ１に設けられた遮光層６０３とは反対方向に偏心した絞り開口部を有する。

このように、第１及び第２の焦点検出画素Ｓ１、Ｓ２の遮光層５０３、６０３は、各マイクロレンズの光軸を挟んで対称な位置に絞り開口部を有する。このような構成によれば、撮像光学系を第１の焦点検出画素Ｓ１から見た場合と第２の焦点検出画素Ｓ２から見た場合とで、撮像光学系の瞳が対称に分割されたことと等価となる。

図５において、第１の焦点検出画素Ｓ１を含む行と第２の焦点検出画素Ｓ２を含む行には、撮像素子の画素数が多くなるにつれてより近似した２像が形成されるようになる。被写体に対して撮像光学系のピントが合っている状態では、第１の焦点検出画素Ｓ１を含む行と第２の焦点検出画素Ｓ２を含む行から得られる出力（像信号）は互いに一致する。これに対し、撮像光学系のピントがずれている場合、第１の焦点検出画素Ｓ１を含む行と第２の焦点検出画素Ｓ２を含む行から得られる像信号には位相差が生じる。そして、この位相差の方向は、前ピン状態と後ピン状態とで互いに逆になる。

図７（ａ）は、焦点状態（合焦状態）における像信号の位相差を示す模式図であり、図７（ｂ）は、焦点状態（前ピン状態）における像信号の位相差を示す模式図である。図７（ａ）、（ｂ）においては、両焦点検出画素Ｓ１、Ｓ２を互いに近づけて、それぞれをＡ、Ｂの点として示している。また、撮像画素は省略している。

被写体上の特定点からの光束は、焦点検出画素Ａに対応する分割瞳を通って焦点検出画素Ａに入射する光束ΦＬａと、焦点検出画素Ｂに対応する分割瞳を通って焦点検出画素Ｂに入射する光束ΦＬｂとに分割される。これら２つの光束は、被写体上の同一点から入射している。このため、図７（ａ）に示されるように撮像光学系のピントが合った状態（合焦状態）では、２つの光束は同一のマイクロレンズを通過して撮像素子上の１点に到達する。したがって、第１の焦点検出画素Ａ（Ｓ１）を含む行と第２の焦点検出画素Ｂ（Ｓ２）を含む行からそれぞれ得られる像信号は互いに一致する。

一方、図７（ｂ）に示されるようにピントがｘだけずれている状態（前ピン状態）では、光束ΦＬａ，ΦＬｂのマイクロレンズへの入射角の変化分だけ両光束ΦＬａ，ΦＬｂの到達位置が互いにずれる。したがって、第１の焦点検出画素Ａ（Ｓ１）を含む行と第２の焦点検出画素Ｂ（Ｓ２）を含む行からそれぞれ得られる像信号には位相差が生じる。

本実施例では、複数の第１の焦点検出画素Ｓ１により第１の位相差センサが構成され、複数の第２の焦点検出画素Ｓ２により第２の位相差センサが構成される。そして、第１の位相差センサは、一対の像信号のうち一方の像信号を出力し、第２の位相差センサは、一対の像信号のうち他方の像信号を出力する。

図１において、撮像素子１０５は、さらに、第１の位相差センサ及び第２の位相差センサにレンズ群１０１からの光束のうち瞳分割した光束をそれぞれ入射させるための瞳分割光学系１０８を備えている。

ここで、図２には、本実施例に用いられる撮像素子１０５の画素配列が示されている。図２において、焦点検出画素群１０７における第１の焦点検出画素をＳ１とし、第２の焦点検出画素をＳ２として示している。第１の焦点検出画素Ｓ１及び第２の焦点検出画素Ｓ２の構造は、それぞれ、図６（ａ）、（ｂ）に示される構造と同様である。すなわち、第１の焦点検出画素Ｓ１及び第２の焦点検出画素Ｓ２に設けられた遮光層５０３、６０３には、瞳分割光学系１０８としてのマイクロレンズ５０１、６０１の光軸を挟んだ対称な位置に絞り開口部が設けられている。

図２において、第１の焦点検出画素Ｓ１が離散的に挿入された画素行が第１の位相差センサを構成する。また、第１の位相差センサに対して所定の間隔（図２では１画素分の間隔）だけ離れて配置され、第２の焦点検出画素Ｓ２が離散的に挿入された画素行が第２の位相差センサを構成する。そして、これら第１及び第２の位相差センサを含む１つの焦点検出画素群が１つの焦点検出エリアを形成する。図２では、撮像素子１０５の上部と下部にそれぞれ第１の焦点検出エリア及び第２の焦点検出エリアが配置されている。

図１において、フリッカ検出部１０９（フリッカ検出手段）は、撮像画素群１０６から出力される画像信号に基づいて、照明光にフリッカが生じているか否かを検出する。また、露出制御部１１０（露出調整手段）は、絞り制御部１０４により制御された絞り値に応じて露出条件を調整する。具体的には、露出制御部１１０は、撮像素子１０５から適切な輝度レベルの画像信号が得られるように、絞り開口状態、電荷蓄積時間、及び、撮像素子１０５の露光感度の適切なバランスを算出し、それらの制御値を設定する。露出制御部１１０により調整される露出条件は、例えば電荷蓄積時間及び露光感度であるが、これに限定されるものではなく、他の露光条件が調整されてもよい。

ケラレ判定部１１１（判定手段）は、焦点検出画素の像高及び撮像光学系の光学情報に基づいて、焦点検出画素にケラレが生じるか否かを判定する。光学情報とは、例えば撮像光学系の焦点距離、焦点位置、及び、焦点検出前の絞り値である。ただし、これらに限定されるものではなく、他の光学情報を用いてもよい。具体的には、ケラレ判定部１１１は、焦点検出画素の像高、焦点距離、焦点位置及び現在の絞り設定（絞り値）に基づいて、焦点検出の対象領域に含まれる焦点検出画素群１０７への光線にケラレが生じるか否かを判定する。焦点検出画素の像高とは、例えば、後述する焦点検出部１１３にて焦点検出する１つ以上の焦点検出領域のうち、最も光軸中心から離れた領域の像高である。すなわち、この像高は、焦点検出に用いられる複数の焦点検出画素の像高のうち最も高い像高である。

また、ケラレ判定部１１１は、ケラレが生じると判定した場合、像高、焦点距離及び焦点位置に基づいて、ケラレを抑制可能な絞り１０３の新しい絞り値（開口状態）を算出する算出手段としても機能する。このように、算出手段としてのケラレ判定部１１１は、判定手段としてのケラレ判定部の出力に基づいて、ケラレを所定値より小さくするための絞り値を算出する。絞り制御部１０４は、ケラレ判定部１１１の出力に基づいて絞り１０３の絞り値を設定する。

ケラレが生じるか否かは、レンズ群１０１の光学特性、絞り１０３の絞り値、焦点検出画素群１０７における絞り５０３、６０３、及び、焦点検出画素群１０７の像高によって一意に決定される。ここで、焦点検出画素群１０７における絞り５０３、６０３は固定値である。このため、絞り１０３の新しい絞り値は、像高、焦点距離及び焦点位置のマトリクス・テーブルとして、不図示のメモリ領域に予め記憶され、必要に応じて読み出される。なお、新しい絞り値は、像高、焦点距離及び焦点位置を変数にとる数式として、メモリ領域に保持されてもよい。

焦点検出点選択部１１２は、撮像素子１０５上に複数配置されている焦点検出画素群１０７のうち焦点検出に用いられるものを選択する。また、カメラ１００は、特定の焦点検出画素群１０７が選択される「焦点検出点手動選択モード」と、後述する焦点検出部１１３にて選択される複数の焦点検出画素群１０７で焦点検出を行う「焦点検出点自動選択モード」の２種の焦点検出モードを有する。焦点検出点選択部１１２は、操作部１１７での操作入力で指定された焦点検出モードに応じて、焦点検出を行う画素群を選択する。

カメラ１００は、各焦点検出エリアの第１及び第２の位相差センサから出力される一対の像信号の位相差を、相関演算を用いて求める焦点検出部１１３（焦点検出手段）を有する。このように、焦点検出部１１３は、第１の焦点検出画素Ｓ１及び第２の焦点検出画素Ｓ２の出力に基づいて焦点検出を行う。ここで、「第１及び第２の位相差センサ（すなわち、焦点検出画素群１０７）から出力される一対の像信号」とは、基本的には、第１の焦点検出画素Ｓ１及び第２の焦点検出画素Ｓ２の出力信号のみから生成された一対の像信号である。ただし、焦点検出画素群全体の出力信号から一対の像信号を生成してもよい。

焦点検出部１１３は、さらに該位相差に基づいて、その焦点検出エリアに像が形成されている被写体に対するレンズ群１０１の焦点状態を示すデフォーカス量を算出する。

なお、本実施例では、焦点検出部１１３でデフォーカス量の算出まで行う場合について説明するが、焦点検出部１１３では像信号の位相差を演算し、後述するカメラ制御部１１８でこの位相差に基づいてデフォーカス量を算出するようにしてもよい。また、本実施例では、デフォーカス量を焦点状態として説明するが、位相差を焦点状態としてもよい。このように、焦点検出部１１３は、各焦点検出エリアで個別に焦点検出（デフォーカス量の算出）を行う。

また、カメラ１００は、撮像画素群１０６から出力される像信号に対して、ガンマ補正、ホワイトバランス調整、表示用のリサンプリング及び画像圧縮符号化等の画像処理を行う画像処理部１１４を有する。さらに、カメラ１００は、画像処理部１１４から出力された画像データ（ライブビュー画像データまたは静止画データ）を表示する表示部１１５、及び、この画像データを半導体メモリや光ディスク等の記録媒体に記録する記録部１１６を有する。また、カメラ１００は、使用者の操作入力を受け付ける操作部１１７、及び、カメラ１００全体を制御するカメラ制御部１１８を有する。

カメラ制御部１１８は、焦点検出部１１３から得られるデフォーカス量に基づいて、合焦を得るためのフォーカスレンズの駆動量を算出する。算出された駆動量はレンズ制御部１０２に出力され、レンズ制御部１０２はこの駆動量に基づいてフォーカスレンズを移動させる。このようにしてオートフォーカス（ＡＦ）が行われ、レンズ群１０１の合焦状態を得ることができる。

なお、本実施例のカメラ１００において、焦点検出部１１３、絞り制御部１０４、露出制御部１１０等の各部は、１チップ又は複数のチップから構成される信号処理装置として設けられることが好ましい。

次に、本実施例のカメラ１００における焦点検出時の動作について説明する。図３は、本実施例のカメラ１００（主としてカメラ制御部１１８）における焦点検出時の動作フローである。この動作は、カメラ制御部１１８内の不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。カメラ１００の各部は、カメラ制御部１１８の指示に基づいて動作する。カメラ制御部１１８は、操作部１１７からのライブビュー開始信号（例えば、専用に設けられたボタンの押下によって出力される信号）が入力されることにより、ステップＳ３０１から動作を開始する。

ステップＳ３０１では、露出制御部１１０が露光量に応じて予め定めた露出条件（具体的には、絞り１０３の絞り値、撮像素子１０５の電荷蓄積時間、撮像素子１０５の露光感度等）を決定する。そして、露出制御部１１０は、カメラ制御部１１８及び絞り制御部１０４を介して、絞り１０３の絞り値（開口状態）を変更する（通常の露出制御）。絞り値の変更後、カメラ制御部１１８による動作はステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、カメラ制御部１１８は、操作部１１７からの焦点検出モード信号（例えば、専用に設けられたボタンの押下によって出力される信号）により選択される焦点検出領域の選択方法のうち、自動選択モードが選択されているか否かを判定する。焦点検出領域の選択方法としては、特定の焦点検出画素群１０７が選択される「焦点検出点手動選択モード」、及び、焦点検出点選択部１１２にて選択される複数の焦点検出画素群１０７で焦点検出を行う「焦点検出点自動選択モード」がある。焦点検出点自動選択モードが選択されている場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ３０３へ進む。一方、焦点検出点手動選択モードが選択されている場合、この動作はステップＳ３０４へ進む。

ステップＳ３０３では、焦点検出部１１３は全ての焦点検出領域（焦点検出画素群１０７）にて焦点検出を行う。すなわち、焦点検出部１１３は、全ての焦点検出領域で焦点検出した結果に基づいて、最終的に焦点を合わせる焦点検出領域を決定する。その後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ３０５へ進む。一方ステップＳ３０４では、焦点検出部１１３は、操作部１１７からユーザー操作により指定された任意の１領域を指定し、その領域に対して焦点検出を行う。その後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ３０５へ進む。

ステップＳ３０５において、ケラレ判定部１１１は、焦点検出領域における最も高い像高を決定する。例えば、焦点検出点自動選択モードであれば、焦点検出に用いられる複数の焦点検出画素群１０７（焦点検出領域）における最も高い像高を採用する。また、焦点検出点手動選択モードであれば、選択された特定の焦点検出画素群１０７（焦点検出領域）の像高を採用する。

ケラレ判定部１１１は、像高の決定後、焦点検出領域における最も高い像高と、焦点距離と焦点位置、絞り１０３の現在の絞り値に基づいて、焦点検出の対象領域に含まれる焦点検出画素群１０７への光線に対するケラレの有無を判定する。続いて、ステップＳ３０６の条件分岐においてケラレが生じていると判定された場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ３０７へ進む。ステップＳ３０６においてケラレが生じていないと判定された場合、この動作はステップＳ３０８へ進む。

ステップＳ３０７において、ケラレ判定部１１１は、焦点検出領域における最も高い像高、焦点距離、焦点位置及び現在の絞り設定に基づいて、ケラレを抑制可能な絞り値を決定する。ケラレ判定部１１１により決定された絞り値（ケラレ回避絞り値）は、絞り制御部１０４及び露出制御部１１０へ通知される。ケラレ回避絞り値の通知を受けた絞り制御部１０４は、絞り１０３の絞り値（開口状態）がケラレ回避絞り値になるように制御する。具体的には、絞り制御部１０４は、絞り１０３を所定の開口状態以上に開くように、すなわち、絞り１０３の絞り値が所定値以下（ケラレ回避絞り値以下）になるように制御する。

一方、絞り１０３の絞り値を変更することに伴い、露出条件は変化する。このため、露出制御部１１０は、ケラレ判定部１１１からケラレ回避絞り値の通知を受け、撮像素子１０５の電荷蓄積時間及び撮像素子１０５の露光感度等の露出条件を再設定する。露出条件を再設定した後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ３０８へ進む。

ステップＳ３０８において、カメラ制御部１１８は、操作部１１７からＡＦ指令信号（例えば、レリーズボタンの半押し操作によって出力される信号）が入力されたか否かを判定する。ＡＦ指令信号が入力された場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ３０９へ進む。一方、ＡＦ指令信号が未入力である場合、この動作はステップＳ３１０へ進む。

ステップＳ３０９において、焦点検出部１１３は、ステップＳ３０３又はステップＳ３０４で決定された所定の焦点検出領域に対して焦点検出を行う。焦点検出部１１３による焦点検出が行われた後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ３１０へ進む。

ステップＳ３１０において、カメラ制御部１１８は、操作部１１７からのライブビュー終了信号（例えば、専用に設けられたボタンの押下によって出力される信号）が入力されているか否かを判断する。ライブビュー終了信号が入力されている場合、カメラ制御部１１８はライブビューを終了する。ライブビュー終了信号が入力されていない場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ３０１へ戻る。

以上のような動作フローにより、露出制御時に設定された絞り値に関わらず、カメラ１００はケラレによる影響を受けずに焦点検出を行うことができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。図４は、本実施例におけるカメラ１００（主としてカメラ制御部１１８）の動作フローである。

実施例１では、ライブビュー開始に伴って通常の露出制御を行った後、露出制御に伴う絞り制御で焦点検出に障害をもたらす光線のケラレの有無を判断した。そして、ケラレが生じる場合はケラレが生じないよう絞りを開き（絞り値を小さくし）、露出を制御し直した。一方、本実施例では、動画記録で小絞り優先の露出に制御された場合や、照明光のフリッカを抑制する露出制御がなされた場合でも本発明の効果が得られる動作フローについて説明する。図４に示される動作フローは、実施例１と同様に、カメラ制御部１１８内の不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。カメラ１００の各部は、カメラ制御部１１８の指示に基づいて動作する。

カメラ制御部１１８は、操作部１１７からのライブビュー開始信号（例えば、専用に設けられたボタンの押下によって出力される信号）が入力されることにより、ステップＳ４０１から動作を開始する。ステップＳ４０１において、フリッカ検出部１０９は、撮像素子１０５の撮像画素群１０６から出力される画像信号に基づいて、被写体への照明光におけるフリッカの発生状況を検出し、この検出結果を露出制御部１１０へ通知する。フリッカ検出部１０９により検出結果が通知された後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０２の判断処理に進む。ステップＳ４０２において、フリッカ検出部１０９によりフリッカが検出された場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０３へ進む。一方、フリッカ検出部１０９によりフリッカが検知されない場合、この動作はステップＳ４０４へ進む。

ステップＳ４０３において、露出制御部１１０は、画像データにおけるフリッカの発生を抑制するように電荷蓄積時間を設定する。この電荷蓄積時間は、フリッカ周期（商用電源周波数が５０Ｈｚの地域では１／１００秒、６０Ｈｚの地域では１／１２０秒）に準じた時間又はその整数倍の時間に設定される。また、露出制御部１１０は、設定した電荷蓄積時間と撮像画素群１０６の輝度レベルに基づいて、適切な輝度レベルを得るための絞り値（開口状態）と撮像素子１０５の露光感度を決定し、これらの露出条件を設定する。これらの露光条件を設定した後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０７へ進む。

ステップＳ４０４において、カメラ制御部１１８は、操作部１１７からの記録モード（例えば、専用に設けられたボタンの押下によって出力される信号）により選択される記録種別のうち、静止画モードが選択されているか否かを判定する。記録種別は、操作入力されたタイミングで画像を１枚記録する「静止画モード」、及び、操作入力されたタイミングで動画記録を開始／終了する「動画モード」がある。静止画モードが選択されている場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０５へ進む。一方、動画モードが選択されている場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０６へ進む。

ステップＳ４０５において、露出制御部１１０は、露光量に応じて予め定められた静止画用の露出条件（具体的には、絞り１０３の絞り値、撮像素子１０５の電荷蓄積時間、撮像素子１０５の露光感度等）を決定する。そして露出制御部１１０は、カメラ制御部１１８及び絞り制御部１０４を介して、絞り１０３の絞り値（開口状態）を変更する。絞り値が変更された後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０６において、露出制御部１１０は、露光量に応じて予め定められた動画用の露出条件（具体的には、絞り１０３の絞り値、撮像素子１０５の電荷蓄積時間、撮像素子１０５の露光感度など）を決定する。そして露出制御部１１０は、カメラ制御部１１８及び絞り制御部１０４を介して、絞り１０３の絞り値（開口状態）を変更する。

本実施例のカメラ１００は、被写界深度優先の絞り値及び焦点検出用の絞り値のいずれか一方の絞り値を選択する選択手段を有する。動画用の露出条件では、絞り１０３の絞り値が小絞り側優先で決定される。すなわち、選択手段は被写界深度優先の絞り値を選択する。このため、被写界深度が深くなり、光軸方向に移動する被写体に対してピンぼけを生じにくくすることができる。一方、選択手段は、後述の焦点検出の際には焦点検出用の絞り値を選択する。選択手段が絞り値を変更した後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０７において、カメラ制御部１１８は、焦点検出領域（焦点検出画素群１０７）の選択モードのうち、焦点検出点自動選択モードが選択されているか否かを判定する。焦点検出領域の選択モードは、操作部１１７からの焦点検出モード信号（例えば、専用に設けられたボタンの押下によって出力される信号）により選択される。焦点検出領域の選択モードには、特定の焦点検出画素群１０７が選択される「焦点検出点手動選択モード」、及び、焦点検出点選択部１１２にて選択される複数の焦点検出画素群１０７で焦点検出を行う「焦点検出点自動選択モード」がある。焦点検出点自動選択モードが選択されている場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０８へ進む。一方、焦点検出点手動選択モードが選択されている場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４０９へ進む。

ステップＳ４０８において、焦点検出部１１３は、全ての焦点検出領域で焦点検出を行う。そして焦点検出部１１３は、この検出結果に基づいて、最終的に焦点を合わせる焦点検出領域を決定する。その後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１０へ進む。また、ステップＳ４０９において、焦点検出部１１３は、操作部１１７からユーザー操作により指定された任意の１領域に対して焦点検出を行う。その後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１０へ進む。

ステップＳ４１０において、ケラレ判定部１１１は、焦点検出領域における最も高い像高を決定する。例えば、焦点検出点自動選択モードであれば、焦点検出に用いられる複数の焦点検出画素群１０７における最も高い像高を採用する。また、焦点検出点手動選択モードであれば、選択された特定の焦点検出画素群１０７の像高を採用する。ケラレ判定部１１１は、像高を決定した後、焦点検出領域における最も高い像高、焦点距離、焦点位置、及び、現在の絞り値に基づいて、焦点検出の対象領域に含まれる焦点検出画素群１０７への光線に対するケラレの有無を判定する。続いて、ステップＳ４１１の条件分岐で、ケラレが生じていると判定された場合、カメラ制御部１１８はステップＳ４１２へ進む。ステップＳ４１１においてケラレが生じていないと判定された場合、カメラ制御部１１８はステップＳ４１５へ進む。

ステップＳ４１２では、ステップＳ４０１においてフリッカ検出部１０９がフリッカを検出したか否かによって、カメラ制御部１１８が動作を切り替える。ステップＳ４０１においてフリッカが検知されていない場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１３へ進む。一方、ステップＳ４０１においてフリッカが検知されている場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１４へ進む。

ステップＳ４１３において、ケラレ判定部１１１は、焦点検出領域で最も高い像高、焦点距離、焦点位置、及び、現在の絞り設定に基づいて、ケラレを抑制可能な絞り値を決定する。ケラレ判定部１１１により決定された絞り値（ケラレ回避絞り値）は、絞り制御部１０４及び露出制御部１１０へ通知される。絞り制御部１０４は、ケラレ回避絞り値の通知を受けて、絞り１０３の絞り値（開口状態）がケラレ回避絞り値になるように制御する。具体的には、絞り制御部１０４は、絞り１０３を所定の開口状態以上に開くように、すなわち、絞り１０３の絞り値が所定値以下（ケラレ回避絞り値以下）になるように制御する。

一方、絞り制御部１０４による絞り値の変更に伴い、露出条件は変化する。このため、露出制御部１１０は、ケラレ回避絞り値の通知を受けて、撮像素子１０５の電荷蓄積時間、及び、撮像素子１０５の露光感度等の露出条件を再設定する。露出制御部１１０が露出条件を再設定した後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１５へ進む。

ステップＳ４１４において、ケラレ判定部１１１及び絞り制御部１０４は、上述のステップＳ４１３と同様の処理及び制御を行う。また、露出制御部１１０は、ケラレ回避絞り値の通知を受けて、撮像素子１０５の電荷蓄積時間及び撮像素子１０５の露光感度などの露出条件を再設定する。このとき、露出制御部１１０は、フリッカを抑制するように電荷蓄積時間を設定する。電荷蓄積時間は、フリッカ周期（商用電源周波数が５０Ｈｚの地域では１／１００秒、６０Ｈｚの地域では１／１２０秒）に準じた時間又はその整数倍の時間になるように設定される。露出制御部１１０が電荷蓄積時間を設定した後、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１５へ進む。

ステップＳ４１５では、ステップＳ４１３又はステップＳ４１４での露出制御に伴い、カメラ制御部１１８がフレームレートに基づく撮像素子１０５の電荷蓄積間隔と露出制御で決定された電荷蓄積時間とを比較する。カメラ制御部１１８は、この比較結果に基づいて、フレームレートを変更する必要があるか否かを判定する。

この動作は、フレームレートを犠牲にしてでも撮像素子１０５の電荷蓄積時間の設定可能範囲を広げ、撮像素子１０５の露光量を適正に制御して焦点検出を適正に行えるように、また、ライブビューを適正輝度で表示できるように実行される。電荷蓄積のフレームレートは、不図示の切替手段により切り替えられる。カメラ制御部１１８は、電荷蓄積間隔より電荷蓄積時間の方が長い場合、決定された電荷蓄積時間で電荷蓄積できるように、フレームレートを初期設定から変更する。このため、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１６へ進む。

一方、カメラ制御部１１８は、フレームレートが初期設定である条件下で電荷蓄積時間より電荷蓄積間隔の方が長い場合、フレームレートを変更する必要がないため、ステップＳ４１７へ進む。また、フレームレートが既に初期設定から変更されており、電荷蓄積間隔より電荷蓄積時間の方が長い場合、決定された電荷蓄積時間で電荷蓄積できるようにフレームレートを再び変更する必要がある。このため、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１６へ進む。

また、フレームレートが既に初期設定から変更されていて電荷蓄積時間より電荷蓄積間隔の方が長い場合、カメラ制御部１１８はフレームレートの初期設定に基づく電荷蓄積間隔と電荷蓄積時間とを比較する。そそしてカメラ制御部１１８は、この比較結果に基づいて、フレームレートを初期設定に戻すことが可能か否かを判定する。フレームレートを初期値に戻すことが可能である場合、カメラ制御部１１８は、フレームレートを初期設定に変更するためステップＳ４１６へ進む。一方、フレームレートを初期値に戻すことができない場合、カメラ制御部１１８は、フレームレートを変更する必要がないためステップＳ４１７へ進む。

ステップＳ４１６において、フレームレート制御部（不図示）は、電荷蓄積時間に基づいて電荷蓄積間隔を再設定する。電荷蓄積間隔の再設定後、カメラ制御部１１８はステップＳ４１７へ進む。

ステップＳ４１７において、カメラ制御部１１８は、操作部１１７からＡＦ指令信号（例えば、レリーズボタンの半押し操作によって出力される信号）が入力されたか否かを判定する。ＡＦ指令信号が入力された場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１８へ進む。一方、ＡＦ指令信号が未入力である場合、カメラ制御部１１８の動作はステップＳ４１９へ進む。

ステップＳ４１８では、ステップＳ４０８又はステップＳ４０９で決定された所定の焦点検出領域に対して、焦点検出部１１３が焦点検出を行う。焦点検出部１１３により焦点検出が行われた後、カメラ制御部１１８はステップＳ４１９へ進む。

ステップＳ４１９において、カメラ制御部１１８は、操作部１１７からのライブビュー終了信号（例えば、専用で設けられたボタンの押下によって出力される信号）が入力されているか否かを判定する。ライブビュー終了信号が入力されている場合、ライブビューを終了する。一方、ライブビュー終了信号が入力されていない場合、カメラ制御部１１８はステップＳ４０１へ戻る。

以上のような動作により、動画記録で小絞り優先の露出に制御された場合や照明光のフリッカを抑制する露出制御がなされた場合でも、正確な焦点検出を行うことが可能になる。

上記各実施例の構成では、複数の焦点検出範囲を有するが、これに限定されるものではない。焦点検出画素の一部で構成される１つの焦点検出領域が、ユーザーの操作入力により焦点検出画素の分布範囲にわたり移動可能に構成されてもよい。また、上記各実施例では、記録モードが動画記録である場合の焦点検出をＡＦ指令信号の入力に応じて行っているが、これに限定されるものではない。焦点検出を予め定められた時間間隔又は常に行うように構成してもよい。

以上のとおり、上記各実施例では、レンズ情報と絞りの制御状態、焦点検出領域の像高情報などに応じて、ケラレが所定量未満となる絞り値を算出し、露出条件を再設定する。このため、撮影用の絞り設定に関わらず、焦点検出が不能となる状況を回避することができる。したがって、本実施例によれば、撮像光学系の絞りを制御してケラレの発生を防止することにより焦点検出を可能とした撮像装置を提供することが可能となる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１００ カメラ（撮像装置）
１０４ 絞り制御部
１０５ 撮像素子
１０６ 撮像画素群
１０７ 焦点検出画素群
１１０ 露出制御部
１１３ 焦点検出部

Claims (8)

1. 撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、
   前記焦点検出画素の出力に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段による前記焦点検出の際に、前記撮像光学系の絞り値が所定値以下になるように制御する制御手段と、
   前記制御手段により制御された前記絞り値に応じて露出条件を調整する露出調整手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記露出条件は、電荷蓄積時間及び露光感度であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記焦点検出画素の像高及び前記撮像光学系の光学情報に基づいて、前記焦点検出画素にケラレが生じるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段の出力に基づいて、前記ケラレを所定値より小さくするための前記絞り値を算出する算出手段と、を更に有し、
   前記制御手段は、前記算出手段の出力に基づいて前記絞り値を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記光学情報は、前記撮像光学系の焦点距離、焦点位置及び焦点検出前の絞り値であることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
5. 前記算出手段は、焦点検出に用いられる前記複数の焦点検出画素の像高のうち最も高い像高に基づいて前記絞り値を算出することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
6. 焦点検出の際に、被写界深度優先の絞り値及び焦点検出用の絞り値のうち該焦点検出用の絞り値を選択する選択手段を更に有することを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
7. 照明光のフリッカを検出するフリッカ検出手段と、
   前記フリッカ検出手段および前記露出調整手段の出力に基づいて電荷蓄積のフレームレートを切り替える切替手段と、を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の撮像装置。
8. 撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子を備えた撮像装置に用いられる信号処理装置であって、
   前記焦点検出画素の出力に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段による前記焦点検出の際に、前記撮像光学系の絞り値が所定値以下になるように制御する制御手段と、
   前記制御手段により制御された前記絞り値に応じて露出条件を調整する露出調整手段と、を有することを特徴とする信号処理装置。