JP2014056088A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続撮影時の焦点調節のための消費電力を抑制する。
【解決手段】撮像装置は、複数の撮像画素と複数の焦点検出画素とが二次元状に配列され、複数の焦点検出用画素が所定方向に配列された焦点検出用画素配列を含む複数の第１画素配列と、焦点検出用画素配列を含まず撮像素子が所定方向に配列された複数の第２画素配列とから構成される撮像素子と、連続撮影時に、複数の第１画素配列うちの少なくとも一部の第１画素配列の焦点検出画素から焦点検出信号を出力させる第１読出し方式と、複数の第１および第２画素配列の撮像画素および焦点検出画素から画像信号と焦点検出信号とを出力させる第２読出し方式とを時分割で行わせる読出制御手段と、第１読出し方式および第２読出し方式で出力された焦点検出信号を用いて焦点調節状態を検出する第１焦点検出手段と、第２読出し方式で出力された画像信号を用いて画像データを生成する生成手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来から、撮像素子の画素配列中に部分的に焦点検出用画素を組み込み、専用の焦点検出センサを用いることなく、焦点検出を行う電子カメラが知られている（たとえば、特許文献１）。

特開２０１０−１４７８８号公報

しかしながら、ライブビュー画像の表示の際に、ＡＦ処理やＡＥ処理等の算出を考慮して読み出す画素行が選択されるが、ＡＦ処理時に消費電力が大きくなるという問題がある。

請求項１に記載の撮像装置は、撮影光学系を介した光束を受光して画像信号を出力する複数の撮像画素と、撮影光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束を受光して形成される一対の像に対応する焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素とが二次元状に配列され、複数の焦点検出用画素が所定方向に配列された焦点検出用画素配列を含む複数の第１画素配列と、焦点検出用画素配列を含まず撮像素子が所定方向に配列された複数の第２画素配列とから構成される撮像素子と、連続撮影時に、複数の第１画素配列うちの少なくとも一部の第１画素配列に配列された焦点検出画素から焦点検出信号を出力させる第１読出し方式と、複数の第１画素配列および複数の第２画素配列に配列された撮像画素および焦点検出画素から画像信号と焦点検出信号とを出力させる第２読出し方式とを時分割で行わせる読出制御手段と、第１読出し方式および第２読出し方式により出力された焦点検出信号を用いて、撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１焦点検出手段と、第２読出し方式により出力された画像信号を用いて、画像データを生成する生成手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、連続撮影時に、少なくとも一部の焦点検出画素から焦点検出信号を出力させる第１読出し方式と、撮像画素および焦点検出画素から画像信号と焦点検出信号とを出力させる第２読出し方式とを時分割で行い、第１読出し方式および第２読出し方式により出力された焦点検出信号を用いて焦点を調節できるので、連続撮影時の焦点調節精度を維持しつつ消費電力を抑制する。

本発明の実施の形態によるデジタルカメラの構成を示す横断面図 第１の実施の形態によるデジタルカメラの機能を説明するためのブロック図 第１〜第４の実施の形態によるデジタルカメラの撮像素子の一例を示す図 第１および第３の実施の形態において第１モードおよび第２モードで撮像素子から出力される信号の読出し態様の一例を説明する図 第１および第２の実施の形態によるデジタルカメラの動作を説明するタイミングチャート 第２および第４の実施の形態において第１モードおよび第２モードで撮像素子から出力される信号の読出し態様の一例を説明する図 第３および第４の実施の形態によるデジタルカメラの機能を説明するためのブロック図 第３および第４の実施の形態によるデジタルカメラの動作を説明するタイミングチャート 変形例におけて第１モードの際に指定される画素行を説明する図

−第１の実施の形態−
一実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式デジタルカメラを例に挙げて説明する。図１は一実施の形態のカメラの構成を示すカメラの横断面図である。一実施の形態のデジタルカメラ２０１は、交換レンズ２０２とカメラボディ２０３から構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。

交換レンズ２０２はレンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１およびレンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節と絞り２１１の開口径調節のための駆動制御や、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う他、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信とカメラ情報の受信とを行う。なお、以後の説明では、レンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８およびフォーカシング用レンズ２１０を総称する場合に、撮影レンズＬ１とする。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。

カメラボディ２０３は、撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置２１４、ファインダー表示素子２１６、背面表示器２２０、接眼レンズ２１７、操作部２１８、メモリカード２１９などを備えている。撮像素子２１２は、撮像面上において行列状に多数配列されたＣＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換素子（画素）や画素の駆動を制御する各種の回路により構成される。撮像素子２１２は、後述するボディ駆動制御装置２１４の制御に応じて駆動して、撮影レンズＬ１を通して入力される被写体像を撮像し、撮像して得た撮像信号を出力する。なお、本実施の形態において、撮像素子２１２は、走査ラインごとに順次電荷蓄積を開始する方式（いわゆるローリングシャッタ方式）により駆動される。

撮像素子２１２は、複数の撮像用画素３００（図３）と、撮影レンズＬ１の撮影画面内に設定された複数の焦点検出位置に対応して設けられた、複数の対の焦点検出用画素３０１（図３）とを含んで構成される。換言すると、撮像素子２１２は、複数の対の焦点検出用画素２０１が行方向に配列された焦点検出用画素配列を含む画素行と、行方向に焦点検出用画素配列を含まずに複数の撮像用画素３００が配列された画素行とから構成されている。そのため、撮像素子２１２から出力された撮像信号には、後述するように撮像用画素３００から出力された画像信号と、焦点検出用画素３０１から出力された、対の光像に応じた焦点検出信号とが含まれる。焦点検出信号は、撮影レンズＬ１の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束を受光して形成される一対の像に対応する信号である。また、撮像素子２１２の撮像面には、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）のカラーフィルタが撮像用画素３００に対応するように設けられている。撮像素子２１２がカラーフィルタを通して被写体像を撮像するため、撮像素子２１２から出力される撮像信号はＲＧＢ表色系の色情報を有する。なお、撮像素子２１２については、詳細な説明を後述する。

ファインダー表示素子２１６は電気的なビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。ファインダー表示素子２１６に表示された画像を撮影者は接眼レンズ２１７を介して観察することができる。背面表示器２２０は、後述するボディ駆動制御装置２１４で作成された表示用画像データに対応する画像を表示する。背面表示器２２０にはデジタルカメラ２０１の各種動作を設定するためのメニュー画面が表示される。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像を記録する画像ストレージである。

操作部２１８はユーザによって操作される種々の操作部材に対応して設けられた種々のスイッチを含み、操作部材の操作に応じた操作信号をボディ駆動制御装置２１４へ出力する。操作部材は、たとえばレリーズボタンや、背面表示器２２０にメニュー画面を表示させるためのメニューボタンや、各種の設定等を選択操作する時に操作される十字キー、十字キーにより選択された設定等を決定するための決定ボタン、撮影モードと再生モードとの間でデジタルカメラ２０１の動作を切替えるモード切替ボタン等を含む。また、操作部２１８により、撮像モードとして静止画撮影モードや動画撮影モード、撮像素子２１２で撮像した画像をリアルタイムにファインダー表示素子２１６または背面表示器２２０に表示するライブビュー表示を行うためのライブビューモードの設定が可能である。

ボディ駆動制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成され、制御プログラムに基づいて、デジタルカメラ２０１の各構成要素を制御したり、各種のデータ処理を実行する演算回路である。制御プログラムは、ボディ駆動制御装置２１４内の不図示の不揮発性メモリに格納されている。

図２に示すように、ボディ駆動制御装置２１４は、読出制御部２１４ａ、焦点検出部２１４ｂ、画像処理部２１４ｃ、露出演算部２１４ｄ、画像記録部２１４ｅおよび処理部２１４ｇを機能的に備えている。読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２を制御して、撮像信号を読み出す画素行を指定する。処理部２１４ｇは、撮像素子２１２から走査ラインごとに出力された撮像信号を入力し、並べ替え処理を行って複数の走査ライン、たとえば２つの走査ラインに相当する撮像信号を焦点検出部２１４ｂと画像処理部２１４ｃとに出力する。

焦点検出部２１４ｂは、後述する第１モードによって撮像素子２１２から出力された焦点検出信号を用いて、公知の瞳分割位相差式焦点検出（像面位相差式焦点検出）を行う。焦点検出部２１４ｂは、入力した対の光像に応じた焦点検出信号を用いて、撮影レンズＬ１の焦点調節状態を検出、すなわちデフォーカス量を算出する。焦点検出部２１４ｂは、算出したデフォーカス量に基づいて、撮影レンズＬ１に含まれるフォーカシング用レンズ２１０の合焦位置を検出して、フォーカシング用レンズ２１０の駆動量を算出する。焦点検出部２１４ｂは、算出した駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を駆動させるための駆動指示信号をレンズ駆動制御装置２０６へ出力して、フォーカシング用レンズ２１０の合焦位置への駆動を制御させる。

画像処理部２１４ｃは、撮像素子２１２から出力された撮像信号に対して、たとえばホワイトバランス調整やガンマ補正等の種々の画像処理を施して画像データを生成する。この場合、画像処理部２１４ｃは、撮像素子２１２から出力された撮像信号に含まれる色情報（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）に基づいて、公知の技術を用いてホワイトバランス調整値を算出する。すなわち、画像処理部２１４ｃは、Ｒゲイン（＝Ｇ平均値／Ｒ平均値）およびＢゲイン（＝Ｇ平均値／Ｂ平均値）を算出する。また、画像処理部２１４ｃは、上記の画像処理で生成した画像データやメモリカード２１９に記録されている画像データに基づいて、背面表示器２２０に表示するための表示画像データを生成する。

露出演算部２１４ｄは、撮像素子２１２から出力された撮像信号に含まれる色情報（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）を用いて、被写体の輝度を算出し、シャッタ速度と絞りの値を演算する。画像記録部２１４ｅは、画像処理部２１４ｃにより生成された画像データに対してＪＰＥＧなどの所定の方式により圧縮処理を行い、ＥＸＩＦなどの形式でメモリカード２１９へ記録する。

図３を参照しながら、撮像素子２１２、撮像用画素３００および焦点検出用画素３０１について詳細に説明する。なお、図３は、撮像用画素３００および焦点検出用画素３０１の撮像面の画素配列を表す平面図であり、撮像素子２１２の全平面のうちの一部を代表して表す。また、図３では、図面の左右方向を画素行、図面の上下方向を画素列と呼ぶ。図３（ａ）は、撮像素子２１２の撮像面上において、二次元状に配列された複数の撮像用画素３００と、撮像素子２１２の撮像面上の一部に組み込まれ、画素行方向に延在して配列された焦点検出用画素３０１との配置を示す。なお、図３（ａ）では、説明の都合上、焦点検出用画素３０１にドットを付して表す。

図３（ｂ）は、図３（ａ）で示す撮像素子２１２の画素配列のうち、破線で囲まれた領域Ｘに含まれる撮像用画素３００および焦点検出用画素３０１を拡大して示す。図３（ｂ）において、各撮像用画素３００に付与した「Ｒ」，「Ｇ」，「Ｂ」の符号は、各画素に設けられたカラーフィルタの色（Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青））を示す。図３（ｂ）に示すように、撮像素子２１２上に配列された撮像用画素３００には、いわゆるベイヤー配列となるように各カラーフィルタが規則的に設けられている。換言すると、撮像素子２１２は、２画素行ごとに画素行単位で同一の分光感度特性を有している。また、各焦点検出用画素３０１に付与した「Ｇ」，「Ｂ」の符号は、焦点検出用画素３０１に代えて撮像用画素３００を配列した場合に、ベイヤー配列となるように当該撮像用画素３００に設けられるカラーフィルタの色（Ｇ（緑），Ｂ（青））を示す。焦点検出用画素３０１は、カラーフィルタを備えないものであってもよいし、Ｇ（緑）のカラーフィルタを備えるものであってもよい。

図３（ｂ）に示すように、それぞれの撮像用画素３００は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換部３００ａとマイクロレンズ３００ｂとを備えている。光電変換部３００ａは、マイクロレンズ３００ｂを介して被写体像を撮像し、撮像して得た画像信号をボディ駆動制御装置２１４へ出力する。

領域Ｘには、一対の焦点検出用画素３０１Ａと３０１Ｂとが複数含まれる。焦点検出用画素３０１Ａと３０１Ｂとは、それぞれＣＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換部３０１Ａａおよび３０１Ｂａと、マイクロレンズ３０１Ａｂおよび３０１Ｂｂとを備える。光電変換部３０１Ａａはマイクロレンズ３０１Ａｂの垂直二等分線に左辺を隣接する長方形状を有する。光電変換部３０１Ｂａはマイクロレンズ３０１Ｂｂの垂直二等分線に右辺を隣接する長方形状を有する。

撮像素子２１２上で焦点検出用画素３０１が配置された画素行では、焦点検出用画素３０１Ａと３０１Ｂとが水平方向（画素行方向、すなわち光電変換部３０１Ａａおよび３０１Ｂａの並び方向）に交互に配置される。なお、光電変換部３０１Ａａ、３０１Ｂａは長方形状であるものに限定されず、たとえば台形や半円形であってもよい。また、その形状の形成においては、光電変換部の直上に配置された遮光マスクの開口部形状として成してもよい。上記のように焦点検出用画素３０１Ａと３０１Ｂとが画素行方向に交互に配置されるので、一対の焦点検出用画素３０１は、被写体光束を受光して対の光像に応じた焦点検出信号をボディ駆動制御装置２１４に出力する。

ユーザにより設定された撮影モードのうち動画撮影モードまたはライブビューモードのように画像を連続して撮影するモードが設定された場合に、読出制御部２１４ａは撮像素子２１２を制御して、撮像信号を出力するための出力モードを切り替える。本実施の形態のデジタルカメラ２００は、出力モードとして、第１モードと第２モードとを有する。第１モードにおいては、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２から出力される撮像信号に焦点検出信号が含まれるように、撮像信号を出力するための画素行を選択する。第２モードにおいては、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２の全領域に配列された撮像用画素３００および焦点検出用画素３０１から画像信号と焦点検出信号とをそれぞれ出力させる。なお、静止画撮影モードが設定されている場合には、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２に対して上記の第１モードおよび第２モードの設定を行うことなく撮像信号を出力させて、画像データを生成する。

−第１モード−
第１モードにおいては、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２による撮像信号の出力を次のように制御する。撮像素子２１２の焦点検出用画素３０１が配列されている画素行に配列された撮像用画素３００および焦点検出用画素３０１から、画像信号および焦点検出信号をそれぞれ出力させる。さらに、読出制御部２１４ａは、上記の焦点検出用画素３０１が配列されている画素行に含まれる撮像用画素３００に設けられたカラーフィルタの色に対して、ベイヤー配列上の対となる色のカラーフィルタを有する撮像用画素３００のみが配置された１つの画素行から画像信号を出力させる。換言すると、読出制御部２１４ａは、焦点検出用画素３０１が配列されている画素行とは異なる分光感度特性を有する画素行に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させる。また、読出制御部２１４ａは、焦点検出用画素３０１が配列されている画素行との間隔がベイヤー配列によって規定される行間隔とは異なる画素行に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させると換言することができる。

図４（ａ）に第１モードで撮像信号を出力する画素行を示す。なお、図４（ａ）は、図３（ｂ）と同様に、領域Ｘに含まれる撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とを示している。図４（ａ）においては、撮像素子２１２の第ｎ番目の画素行をLine（ｎ）として示す。図４（ａ）に示すように、読出制御部２１４ａは、第６画素行Line（６）に配列された、撮像用画素３００からの画像信号と焦点検出用画素３０１からの焦点検出信号とを出力させる。

第６画素行Line（６）に配列された撮像用画素３００は、Ｇ（緑）またはＢ（青）のカラーフィルタを有している。したがって、読出制御部２１４ａは、第６画素行Line（６）に対して、ベイヤー配列上の対となるＧ（緑）またはＲ（赤）のカラーフィルタを有する撮像用画素３００が配列された画素行として第５画素行Line（５）を指定する。そして、読出制御部２１４ａは、第５画素行Line（５）の撮像用画素３００から画像信号を出力させる。なお、読出制御部２１４ａは、第６画素行Line（６）に隣接する第５画素行Line（５）の配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させるものに限定されず、第６画素行Line（６）と異なる分光感度特性を有する画素行に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させてもよい。たとえば、読出制御部２１４ａは、図４（ａ）に示す第１画素行Line（１）や、第３画素行Line（３）等に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させてもよい。

−第２モード−
第２モードにおいては、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２による撮像信号の出力を次のように制御する。すなわち、撮像素子２１２は、全ての撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１から画像信号と焦点検出用信号とを出力させる。この場合、図４（ｂ）に示すように、第１画素行Line（１）〜第１２画素行Line（１２）に配列された撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とから、画像信号と焦点検出信号とが出力される。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）と同様に、領域Ｘに含まれる撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とを示したものである。なお、撮影モードとして静止画撮影モードが設定されている場合についても、読出制御部２１４ａは、第２モードと同様にして、全ての撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とから撮像信号を出力させる。

次に、図５のタイミングチャートを参照しながら、撮像素子２１２が第１モードと第２モードとにより駆動される場合のデジタルカメラ２００の動作を説明する。図５は、動画撮影モードによる撮影が開始された場合やライブビューモードにて背面表示器２２０に画像が表示される場合におけるデジタルカメラ２００の動作タイミングを示している。

ユーザによる撮影開始操作に応じて操作部２１８から操作信号が出力されると、ボディ駆動制御装置２１４は、動画撮影モードもしくはライブビューモードにおける動画表示または動画記録の周期（フレームレート）を、たとえば１／３０[s]に設定する。フレームレートが１／３０[s]に設定されると、読出制御部２１４ａは撮像素子２１２から撮像信号を出力されるための周期（読出フレームレート）を１／６０[s]に設定する。以後、本明細書においては、動画表示または記録用の画像のそれぞれについては表示フレーム（ＤＦｒ）、撮像素子２１２から読出フレームレートに応じて出力された撮像信号に対応する画像のそれぞれについては読出フレーム（ＯＦｒ）と呼ぶ。

図５の時刻ｔ０にて、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２に対して第１モードによる撮像信号の出力を指示する。その結果、撮像素子２１２からは、上述したように画像信号と焦点検出信号とが出力される。時刻ｔ１において、第１モードによる撮像素子２１２からの第１読出フレーム（１ＯＦｒ）に対応する撮像信号（画像信号および焦点検出信号）の出力が終了する。そして、焦点検出部２１４ｂは、撮像素子２１２の焦点検出用画素３０１から出力された焦点検出信号を用いて、公知の瞳分割位相差式焦点検出を行って、撮影レンズＬ１の焦点調節状態を検出、すなわちデフォーカス量を算出する。焦点検出部２１４ｂは、算出したデフォーカス量に基づいて、フォーカシング用レンズ２１０の駆動量を算出する。レンズ駆動回路１１０は、算出された駆動量に基づいて、フォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動させる。

時刻ｔ０から読出フレームレートである１／６０[s]が経過した時刻ｔ２において、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２に対して第２モードによる撮像信号の出力を指示する。第２モードにおいては、撮像素子２１２を構成する全ての撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１から画像信号と焦点検出用信号とがそれぞれ出力される。時刻ｔ３において、第２モードによる第２読出フレーム（２ＯＦｒ）に対応する撮像信号の出力が終了すると、画像処理部２１４ｃは画像信号を用いて画像データを生成する。この場合、画像処理部２１４ｃは、焦点検出用画素３０１が配列された位置に対応する画像信号については、公知の補間処理等を用いて画像信号を生成する。そして、画像処理部２１４ｃは、生成した画像データを用いてＡＷＢ演算を行い、露出演算部２１４ｄは画像信号に基づいて撮影条件を決定する。さらに、画像処理部２１４ｃは、第２モードで出力された第２読出フレーム（２ＯＦｒ）の画像信号に対して、上述した画像処理を施して画像データを生成する。

時刻ｔ２から読出フレームレートである１／６０[s]が経過した時刻ｔ４において、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２に対して第１モードによる第３読出フレーム（３ＯＦｒ）の撮像信号の出力を指示する。焦点検出部２１４ｂの撮像信号に対する処理は、第１読出フレーム（１ＯＦｒ）の撮像信号に対する処理と同様である。

さらに、時刻ｔ４においては、画像処理部２１４ｃは、上述した第２読出フレーム（２ＯＦｒ）の画像信号を用いて生成した画像データを用いて表示用画像データを生成する。そして、画像処理部２１４ｃは、表示用画像データに対応する画像、すなわち第１表示フレーム（１ＤＦｒ）の画像を背面表示器２２０に表示させる。第１表示フレーム（１ＤＦｒ）の画像表示は、後述する第２表示フレーム（２ＤＦｒ）の画像表示が開始されるまで継続される。さらに、画像記録部２１４ｅは生成された画像データに対してＪＰＥＧなどの所定の方式により圧縮処理を行い、ＥＸＩＦなどの形式でメモリカード２１９へ記録する。ただし、ライブビューモードが設定されている場合には、画像記録部２１４ｅは上記の処理を行わない。

時刻ｔ４から読出フレームレートである１／６０[s]が経過した時刻ｔ６において、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１４に対して第２モードによる第４読出フレーム（４ＯＦｒ）の画像信号の出力を指示する。画像処理部２１４ｃおよび露出演算部２１４ｄによる第４読出フレーム（４ＯＦｒ）の画像信号に対する処理は、第２読出フレーム（１ＯＦｒ）の画像信号に対する処理と同様である。その結果、画像処理部２１４ｃは、第４読出フレーム（４ＯＦｒ）の画像信号に対して画像処理を施して、画像データを生成する。

時刻ｔ６から読出フレームレートである１／６０[s]が経過した時刻ｔ８では、画像処理部２１４ｃは、上述した第４読出フレーム（４ＯＦｒ）の画像信号を用いて生成した画像データを用いて表示用画像データを生成する。そして、画像処理部２１４ｃは、表示用画像データに対応する画像、すなわち第２表示フレーム（２ＤＦｒ）の画像を背面表示器２２０に表示させる。すなわち、背面表示器２２０に表示される画像は、時刻ｔ８において、第１表示フレーム（１ＤＦｒ）の画像から第２表示フレーム（２ＤＦｒ）の画像に切り替わる。さらに、上述したように、画像記録部２１４ｅは生成された画像データに対してＪＰＥＧなどの所定の方式により圧縮処理を行い、ＥＸＩＦなどの形式でメモリカード２１９へ記録する。なお、ライブビューモードが設定されている場合には、画像記録部２１４ｅは上記の処理を行わない点は上述した通りである。以後、ユーザによる撮影終了の操作が行われるまでは、ボディ駆動制御装置２１４は上述の処理を繰り返し行う。

以上で説明した第１の実施の形態によるデジタルカメラ２００によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）デジタルカメラ２００は、撮像素子２１２と、読出制御部２１４ａと、焦点検出部２１４ｂと、画像処理部２１４ｃとを有している。撮像素子１０１は、撮影レンズＬ１を介した光束を受光して画像信号を出力する複数の撮像用画素３００と、撮影レンズＬ１の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束を受光して形成される一対の像に対応する焦点検出信号を出力する複数の焦点検出用画素３０１とが二次元状に配列されている。そして、撮像素子１０１は、撮像用画素３００のみが行方向に配列された複数の画素行と、行方向に撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とが配列された複数の画素行とから構成されている。読出制御部２１４ａは、連続撮影時に、焦点検出用画素３０１が配列されている画素行の撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とから画像信号と焦点検出信号を出力させる第１モードと、全ての撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とから画像信号と焦点検出信号とを出力させる第２モードとを時分割で行わせる。焦点検出部２１４ｂは、第１モードおよび第２モードにより出力された焦点検出信号を用いて、撮影レンズＬ１の焦点調節状態を検出する。画像処理部２１４ｃは、第２モードにより出力された画像信号を用いて、画像データを生成する。したがって、第１モードでは焦点検出のために必要な最小限の画素行から撮像信号を出力させるので、フレームレートを維持するとともに、撮像信号の出力に要する消費電力を抑制できる。さらに、第１モードおよび第２モードで出力された撮像信号には焦点検出信号が含まれるので、各フレームごとに焦点調節を実行して、焦点調節精度を維持できる。

（２）複数の撮像用画素３００は、ベイヤー配列となるようにカラーフィルタが設けられているので、撮像素子２１２上の列方向に沿って所定の間隔ごとに同一の分光感度特性を有している。読出制御部２１４ａは、第１モードの場合に、焦点検出用画素３０１が配列された画素行との間隔がベイヤー配列で規定される画素行の間隔とは異なる画素行であって、撮像用画素３００のみが行方向に配列された画素行を指定する。そして、読出制御部２１４ａは、焦点検出用画素３０１と撮像用画素３００とが配列された画素行から撮像信号（焦点検出信号および画像信号）を出力させ、指定した画素行に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させるようにした。したがって、撮像素子２１２から出力される撮像信号に対して処理部２１４ａによる処理が行われる場合であっても、第１モードで出力された焦点検出信号を用いて焦点調節を行うことができる。

−第２の実施の形態−
図６を参照して、本発明によるデジタルカメラの第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、第２モードでの撮像信号を出力させる画素行の設定が第１の実施の形態の場合とは異なる。

図６は、図４の場合と同様に、図３（ａ）の領域Ｘに含まれる撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とを示し、撮像素子２１２の第ｎ番目の画素行をLine（ｎ）のように表す。図６（ａ）は第１モードで撮像信号を出力する画素行を示す。第２の実施の形態においても、第１モードでは、第１の実施の形態の場合と同様に、読出制御部２１４ａは、第５画素行Line（５）の撮像用画素３００と、第６画素行Line（６）に配列された撮像用画素３００および焦点検出用画素３０１とから撮像信号を出力させる。なお、読出制御部２１４ａは、第６画素行Line（６）に隣接する第５画素行Line（５）の配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させるものに限定されず、第６画素行Line（６）と異なる分光感度特性を有する画素行に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させてもよい。たとえば、読出制御部２１４ａは、図６（ａ）に示す第１画素行Line（１）や、第３画素行Line（３）等に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させてもよい。

図６（ｂ）は第２モードで撮像信号を出力する画素行を示す。以下の説明では、異なる分光感度特性を有する２つの画素行、すなわちベイヤー配列を形成する一対の画素行をブロック画素行と呼ぶ。たとえば、図６（ｂ）に示す場合では、第１画素行Line（１）と第２画素行Line（２）とが１つのブロック画素行を、第３画素行Line（３）と第４画素行Line（４）とが他の１つのブロック画素行を形成することになる。本実施の形態では、第２モードにおいては、読出制御部２１４ａは、１つのブロック画素行ごとに撮像信号を出力させる。

読出制御部２１４ａは、焦点検出用画素３０１を含むブロック画素行、すなわち図６（ｂ）の第５画素行Line（５）および第６画素行Line（６）から撮像信号を出力させる。さらに、読出制御部２１４ａは、第５画素行Line（５）および第６画素行Line（６）を有するブロック画素行から１つのブロック画素行の間隔だけ離れた位置に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させる。この場合、図６（ｂ）に示すように、第１画素行Line（１）および第２画素行Line（２）に配列された撮像用画素３００と、第９画素行Line（９）および第１０画素行Line（１０）に配列された撮像用画素３００とから画像信号が出力される。その結果、撮像素子２１２の全領域に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力する場合と比べて、第２モードで撮像信号を出力する撮像用画素３００の個数を減らすことができるので、消費電力を抑制できる。

なお、第２モードでは、１つのブロック画素行の間隔で撮像信号を出力させるものに限定されない。たとえば、ユーザによって選択された画質等のパラメータに応じて、間隔を可変にしてもよい。この場合、設定された画質が低いほどブロック画素行の間隔を大きくすればよい。

以上で説明した第２の実施の形態によるデジタルカメラ２００によれば、第１の実施の形態により得られた作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
読出制御部２１４ａは、第２モードの場合に、異なる分光感度特性を有する撮像用画素３００のみが配列された一対の画素行をブロック画素行として所定のブロック画素行間隔で指定して、指定した一対の画素行に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させる。さらに、読出制御部２１４ａは、焦点検出用画素３０１が配列された画素行との間隔がベイヤー配列で規定される画素行の間隔とは異なる画素行であって、撮像用画素３００のみが行方向に配列された画素行を指定する。読出制御部２１４ａは、焦点検出用画素３０１と撮像用画素３００とが配列された画素行から撮像信号（焦点検出信号および画像信号）を出力させ、指定した画素行に配列された撮像用画素３００から画像信号を出力させるようにした。その結果、第２モードのときにブロック画素行について間引き読出しを行うことができるので、高画質の画像表示や画像記録を行わない場合には、さらに消費電力の抑制に寄与する。

−第３の実施の形態−
図７、図８を参照して、本発明によるデジタルカメラの第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、焦点検出部が瞳分割位相差式焦点検出を行うとともに、第２モードで撮像素子から出力された画像信号を用いていわゆるコントラスト方式により焦点検出を行って、撮影レンズの焦点状態を調節する点で、第１の実施の形態と異なる。

図７は、第２の実施の形態によるデジタルカメラ２００の要部構成を示すブロック図である。図７に示すように、第２の実施の形態におけるデジタルカメラ２００のボディ駆動制御装置２１４は、第２焦点検出部２１４ｆをさらに機能的に備える。第２焦点検出部２１４ｆは、撮像素子２１２から第２モードで出力された画像信号を用いて公知の焦点評価値演算を行う。すなわち、第２焦点検出部２１４ｆは、いわゆるコントラスト方式により撮影レンズＬ１の焦点調節状態を検出する。

第１モードにより撮像素子２１２から撮像信号が出力されている場合には、焦点検出部２１２ｂにより算出されたデフォーカス量に基づいて、撮影レンズＬ１の焦点調節が行われる。第２モードにより撮像素子２１２から撮像信号が出力されている場合には、焦点検出部２１２ｂにより算出されたデフォーカス量と、第２焦点検出部２１２ｆにより算出された焦点評価値とに基づいて、撮影レンズＬ１の焦点調節が行われる。たとえば、焦点検出部２１２ｂは、位相差方式により算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカシング用レンズ２１０の駆動方向を決定する。そして、第２焦点検出部２１２ｆにより算出された焦点評価値に基づいてフォーカシング用レンズ２１０の駆動量を算出する。そして、レンズ駆動回路１１０は、決定された駆動方向と算出された駆動量とに基づいて、フォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動させる。

図８に、第３の実施の形態によるデジタルカメラ２００の撮像素子２１２が第１モードと第２モードとにより駆動される場合のタイミングチャートを示す。なお、以下の説明においては、図５を用いて説明した第１の実施の形態のデジタルカメラ２００との相違点を主に説明する。なお、図８のタイムチャートも、ユーザにより動画撮影モードまたはライブビューモードが設定された場合のデジタルカメラ２００の動作を示している。

図８の時刻ｔ０にて、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２に対して第１モードによる撮像信号、すなわち画像信号と焦点検出信号とを出力させる。時刻ｔ１において、第１モードによる撮像素子２１２からの第１読出フレーム（１ＯＦｒ）に対応する撮像信号（画像信号および焦点検出信号）の出力が終了すると、焦点検出部２１４ｂは焦点検出信号を用いて、公知の瞳分割位相差方式によりデフォーカス量を算出する。そして、焦点検出部２１４ｂは、算出したデフォーカス量に基づいて、フォーカシング用レンズ２１０の駆動量を算出する。レンズ駆動回路１１０は、算出された駆動量に基づいて、フォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動させる。

時刻ｔ２では、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２に対して第２モードによる撮像信号、すなわち画像信号と焦点検出信号とを出力させる。時刻ｔ２において、第２モードによる撮像素子２１２からの第２読出フレーム（２ＯＦｒ）に対応する撮像信号（画像信号および焦点検出信号）の出力が終了すると、第２焦点検出部２１４ｆは、画像信号を用いて焦点評価値を算出する。さらに、焦点検出部２１４ｂは、第２モードによって撮像素子２１２から出力された焦点検出信号を用いて、公知の瞳分割位相差方式によりデフォーカス量を算出する。そして、焦点検出部２１２ｂは、算出したデフォーカス量に基づいてフォーカシング用レンズ２１０の駆動方向を決定し、第２焦点検出部２１４ｆは算出し焦点評価値に基づいてフォーカシング用レンズ２１０の駆動量を算出する。レンズ駆動回路１１０は、決定された駆動方向と算出された駆動量とに基づいて、フォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動させる。

さらに、画像処理部２１４ｃは、第１の実施の形態と同様に、第２モードで出力された第２読出フレーム（２ＯＦｒ）の画像信号に対して、上述した画像処理を施して画像データを生成する。時刻ｔ４において、画像処理部２１４ｃは、画像データを用いて第１表示フレーム（１ＤＦｒ）の画像に対応する表示用画像データを生成し、背面表示器２２０に表示用画像データに対応する画像を表示させる。

以後、ユーザによる撮影終了の操作が行われるまでは、制御回路１０２は上述の処理を繰り返し行う。なお、静止画撮影モードが設定されている場合には、第１の実施の形態の場合と同様に、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２に対して上記の第１モードおよび第２モードの設定を行うことなく撮像信号を出力させる。そして、画像処理部２１４ｃは、入力した撮像信号を用いて補間処理を施すことにより画像データを生成する。

以上で説明した第３の実施の形態によるデジタルカメラ２００によれば、第１の実施の形態により得られた作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。すなわち、本実施の形態によれば、第２モードの場合に、焦点検出部２１４ｂは焦点検出用画素３０１から出力された焦点検出信号を用いて位相差方式による焦点調節を行い、第２焦点検出部２１４ｆは撮像用画素３００から出力された画像信号を用いてコントラスト方式に基づく焦点調節を行うので、焦点調節精度を向上させることができる。

−第４の実施の形態−
本発明の第４の実施の形態によるデジタルカメラ２００が有するボディ駆動制御装置２１４は、図７に示す第３の実施の形態のボディ駆動制御装置２１４と同一の構成を機能的に備える。読出制御部２１４ａは、図６に示す第２の実施の形態の場合と同様にして第１モードと第２モードとにおいて、撮像信号を出力させる。すなわち、第２モードにおいては、所定のブロック画素行の間隔で撮像信号が出力される。

ボディ駆動制御装置２１４は、図８に示す第３の実施の形態の場合と同様に、第１モードでは瞳分割位相差式焦点検出を行うとともに、第２モードでは瞳分割位相差方式とコントラスト方式とにより焦点検出を行って、撮影レンズＬ１の焦点状態を調節する。たとえば、第２モードの場合には、焦点検出部２１２ｂは、位相差方式により算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカシング用レンズ２１０の駆動方向を決定する。そして、第２焦点検出部２１２ｆにより算出された焦点評価値に基づいてフォーカシング用レンズ２１０の駆動量を算出する。そして、レンズ駆動回路１１０は、決定された駆動方向と算出された駆動量とに基づいて、フォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動させる。

第４の実施の形態によるデジタルカメラ２００によれば、第１〜第３の実施の形態によるデジタルカメラ２００により得られる作用効果と同様の作用効果が得られる。

第１および第２の実施の形態によるデジタルカメラ２００を以下のように変形できる。
（１）読出制御部２１４ａが撮像素子２１２に対して第１モードによる撮像信号の出力と第２モードによる撮像信号の出力とを交互に行わせるものに限定されない。たとえば、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２に対して、第１モードによる撮像信号の出力を２回連続して行わせた後に、第２モードによる撮像信号の出力を１回行わせるサイクルを繰り返させてもよい。または、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２に対して、第１モードによる撮像信号の出力を１回行わせた後に、第２モードによる撮像信号の出力を２回連続して行わせるサイクルを繰り返させてもよい。換言すると、読出制御部２１４ａは、撮像素子２１２に対して、時分割で第１モードと第２モードとを切り替えて、撮像信号を出力させるものであればよい。

（２）第１モードでは、焦点検出用画素３０１が配列された全ての画素行のうち、一部の画素行に配列された撮像用画素３００および焦点検出用画素３０１から画像信号と焦点検出信号を出力させてもよい。たとえば、図９に示すように、撮像素子２１２の画素行LineA、LineBおよびLineCに焦点検出用画素３０１が配列されている場合、第１モードの際に、LineAおよびLineCに配列された撮像用画素３００と焦点検出画素３０１とから撮像信号を出力させてもよい。または、LineＢのみに配列された撮像用画素３００と焦点検出画素３０１とから撮像信号を出力させてもよい。

（３）第１モードで撮像信号を出力させるときに、読出制御部２１４ａは、第５画素行Line（５）および第６画素行Line（６）に配列された撮像用画素３００と焦点検出画素３０１とから撮像信号を出力させるものに代えて、第６画素行Line（６）に配列された撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とから撮像信号を出力させてもよい。すなわち、ボディ駆動制御装置２１４が処理部２１４ｇを備えていない場合には、読出制御部２１４ａは、焦点検出用画素３０１が配列された第６画素行Line（６）のみを指定してもよい。

（４）撮像用画素３００は、カラーフィルタを備えていないものであってもよい。この場合には、生成される画像データはモノクロ画像となる。
（５）焦点検出用画素３０１が配列された画素行（図４、図６の画素行Line（６））に撮像用画素３００と焦点検出用画素３０１とが配列されるものでなくてもよい。この場合、画素行Line（６）には複数の焦点検出用画素３０１のみが配列されていればよい。

（６）複数の対の焦点検出用画素３０１が配列された焦点検出用画素配列が行方向に配列されるものに加えて、列方向にも配列されていてもよい。この場合であっても、読出制御部２１４ａは、行方向に配列された焦点検出用画素配列を含む画素行と、ベイヤー配列上の対となる画素行とから撮像信号を出力させればよい。そして、焦点検出部２１４ｂは、焦点検出量画素配列を含む画素行から出力された焦点検出信号を用いて焦点調節を行えばよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

２１２ 撮像素子、 ２１４ ボディ駆動制御装置、
２１４ａ 読出制御部、 ２１４ｂ 焦点検出部、
２１４ｃ 画像処理部、 ２１４ｄ 露出演算部、
２１４ｆ 第２焦点検出部、 ２２０ 背面表示器、
３００ 撮像用画素、 ３０１ 焦点検出用画素

Claims (8)

1. 撮影光学系を介した光束を受光して画像信号を出力する複数の撮像画素と、前記撮影光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束を受光して形成される一対の像に対応する焦点検出信号を出力する複数の焦点検出画素とが二次元状に配列され、複数の前記焦点検出用画素が所定方向に配列された焦点検出用画素配列を含む複数の第１画素配列と、前記焦点検出用画素配列を含まず前記撮像素子が前記所定方向に配列された複数の第２画素配列とから構成される撮像素子と、
   連続撮影時に、前記複数の第１画素配列うちの少なくとも一部の前記第１画素配列に配列された前記焦点検出画素から前記焦点検出信号を出力させる第１読出し方式と、前記複数の第１画素配列および前記複数の第２画素配列に配列された前記撮像画素および前記焦点検出画素から前記画像信号と前記焦点検出信号とを出力させる第２読出し方式とを時分割で行わせる読出制御手段と、
   前記第１読出し方式および前記第２読出し方式により出力された前記焦点検出信号を用いて、前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する第１焦点検出手段と、
   前記第２読出し方式により出力された前記画像信号を用いて、画像データを生成する生成手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記複数の撮像画素は、前記撮像素子上の前記所定方向に直交する方向に沿って所定の間隔ごとに同一の分光感度特性を有し、
   前記読出制御手段は、前記第１読出し方式の場合に、前記第１画素配列との前記所定方向に直交する方向の間隔が前記所定の間隔とは異なる前記第２画素配列を指定し、前記第１画素配列に配列された前記焦点検出画素から前記焦点検出信号を出力させ、前記指定した前記第２画素配列に配列された前記撮像画素から前記画像信号を出力させ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、
   前記読出制御手段は、前記第２読出し方式の場合に、前記撮像素子が有する全ての前記撮像画素および前記焦点検出画素から前記画像信号と前記焦点検出信号とを出力させることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記読出制御手段は、前記第２読出し方式の場合に、異なる分光感度特性を有する前記撮像画素が配列された一対の前記第２画素配列を所定の行間隔で指定して、前記指定した前記一対の第２画素配列に配列された前記撮像画素から前記画像信号を出力し、前記第１画素配列との前記所定方向に直交する方向の間隔が前記所定の間隔とは異なる前記第２画素配列を指定し、前記第１画素配列に配列された前記焦点検出画素から前記焦点検出信号を出力させ、前記指定した前記第２画素配列に配列された前記撮像画素から前記画像信号を出力させることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記第２読出し方式により前記撮像画素から出力された前記画像信号を用いて、前記撮像光学系の焦点調節状態を検出する第２焦点検出手段を備えることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記生成手段により生成された前記画像データに対応する画像を表示する表示制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記第２読出し方式により前記撮像画素から出力された前記画像信号を用いて、露出演算を行う露出演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記第１画素配列には、前記焦点検出用画素配列に加えて前記撮像画素も配列され、
   前記読出制御部は、前記第１読出し方式の場合に、前記第１画素配列に配列された前記撮像画素および前記焦点検出画素から前記画像信号と前記焦点検出用信号とをそれぞれ出力させることを特徴とする撮像装置。
   

Images