JP2015203774A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高フレームレートで画像信号を取得するとともに、焦点検出を高速化し、かつ低輝度な被写体に対しても高精度な焦点検出を行うこと。【解決手段】 撮像素子に含まれる複数の画素を複数の領域に分割し、分割した複数の領域のうちの予め決められた複数の領域から、予め決められた周期で領域ごとに画像信号を読み出し（Ｓ４）、各周期で読み出された領域の画像信号に基づいて焦点状態を検出する（Ｓ５）と共に、被写体の輝度が前記閾値以上の場合に、各周期で得られた焦点状態に基づいて各周期で焦点調節を行い（Ｓ６、Ｓ７）、被写体の輝度が予め決められた閾値より小さい場合に、複数の周期で得られた複数の領域の焦点状態を平均し、該平均した焦点状態に基づいて焦点調節を行い（Ｓ６、Ｓ８）、各周期で読み出された画像信号を表示用の画像に変換して表示手段に順次表示する（Ｓ９）。【選択図】 図３

Description

本発明は撮像装置及びその制御方法に関し、更に詳しくは、撮像面位相差検出方式のオートフォーカス制御を行う撮像装置及びその制御方法に関する。

従来より、マイクロレンズと複数の光電変換部の相対位置を偏位させた画素（焦点検出用画素）を２次元的に配置することで、異なる射出瞳を通過した光束を受光し、一対の像信号を取得することが可能な撮像素子が提案されている。そして、取得した一対の像信号の相対的な位置ずれを示す位相差に基づいてデフォーカス量を検出する位相差ＡＦを行う技術がある（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２には、撮像装置が高解像モードと通常モードを有する撮像装置が開示されている。この撮像装置において、高解像モード時にはプログレッシブスキャンを行って全画素を順次読み出し、通常モードではインターレーススキャンを行って画素加算または画素間引きによってリアルタイムなビデオ信号を出力する。しかしながら、ローリング電子シャッターでは動画像撮影時の１フレームの蓄積時間は信号読み出し間隔となり、被写体の輝度に関わらず固定となってしまう。

そこで、特許文献３には、動画撮影時にＣＭＯＳセンサを次のように駆動制御する技術が開示されている。すなわち、動画撮影時に、少なくとも１行おきに画像信号を読み出す走査を複数回行うことにより、ＣＭＯＳセンサから１画面分の画像信号を読み出すと共に、走査毎に異なる行を走査し、かつ走査毎に電荷蓄積時間が異なるように駆動制御する。

また、特許文献４には次のような技術が開示されている。すなわち、動画撮影において、静止画の撮影指示がされた場合に動画撮影時と画角が等しく、かつフレームレートが高い駆動方法で撮像素子を駆動して得られた画像データに基づいて静止画撮影用の焦点調節処理を行う。このようにすることで、動画記録の中断時間を最小限に抑えると共に静止画撮影用の焦点調節（ＡＦ）動作を短時間で完了させることができる。

特開平０４−２６７２１１号公報 特開平０７−２９８１１１号公報 特開２００６−３３３８１号公報 特開２００８−１４１２３６号公報

しかしながら、特許文献３では、動画時のダイナミックレンジを拡大する為にＣＭＯＳセンサを駆動制御しており、読み出された画像信号をＡＦには使用しない。また、特許文献４では、静止画撮影用の焦点調節処理で使用する画像データを取得する際、読み出し行を間引くことで焦点検出処理用画素データ取得のフレームレートを高速化している。しかしながら、更に時系列的に間引いて撮像クロックレートに合わせてコマ落ちさせている為、取得する画素データを減らすことのみで焦点検出処理を短時間で完了させることが困難である。更に特許文献４の焦点検出処理で使用するコマ落ちした画素データでは低輝度な被写体において焦点検出精度が低下するという課題がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、高フレームレートで画像信号を取得するとともに、焦点検出を高速化し、かつ低輝度な被写体に対しても高精度な焦点検出を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、被写体の光学像を形成する結像光学系を通過した被写体光をそれぞれ光電変換して画像信号を出力する複数の画素を含む撮像素子と、前記複数の画素を複数の領域に分割し、前記分割した複数の領域のうちの予め決められた複数の領域から、予め決められた周期で領域ごとに画像信号を読み出すように前記撮像素子を制御する制御手段と、前記周期で読み出された前記領域の画像信号に基づいて焦点状態を検出すると共に、前記被写体の輝度が予め決められた閾値より小さい場合に、複数の前記周期で得られた前記複数の領域の前記焦点状態を平均する検出手段と、前記被写体の輝度が前記閾値以上の場合に、前記周期で得られた焦点状態に基づいて前記周期で焦点調節を行い、前記被写体の輝度が前記閾値より小さい場合に、前記平均した焦点状態に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段と、前記周期で読み出された画像信号を表示用の画像に変換して表示手段に順次表示する表示制御手段とを有する。

本発明によれば、高フレームレートで画像信号を取得するとともに、焦点検出を高速化し、かつ低輝度な被写体に対しても高精度な焦点検出を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る撮像システムの概略構成図。 実施形態に係る撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図。 第１の実施形態における被写体輝度に応じた焦点調節及び画像表示処理を示すフローチャート。 第１の実施形態における通常の読み出し動作及び高フレームレート読み出し動作を説明するためのタイミングチャート。 第１の実施形態における被写体輝度判定値が輝度閾値以上であると判定された場合における高フレームレート読み出し時に算出されるデフォーカス量を説明するための図。 第１の実施形態における被写体輝度判定値が輝度閾値未満であると判定された場合における高フレームレート読み出し時に算出されるデフォーカス量を説明するための図。 第１の実施形態における画像表示手順を説明するための図。 第２の実施形態において高フレームレート読み出し時に算出されるデフォーカス量を説明するための図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
（全体構成）
図１は本発明の実施形態における撮像システムの一例であるデジタルスチルカメラの概略構成を示す図である。本実施形態における撮像システムは、主に、撮像素子を有するカメラ本体１３８と、別体の撮影レンズ１３７とで構成されており、カメラ本体１３８に対して撮影レンズ１３７が交換可能である。

まず、撮影レンズ１３７の構成について説明する。第１レンズ群１０１は被写体の光学像を形成する結像光学系の先端に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞り１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行う。第２レンズ群１０３は、絞り１０２と一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）を実現することができる。第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）は、光軸方向の進退により焦点調節を行う。

ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１ないし第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。絞りアクチュエータ１１２は、絞り１０２の開口径を制御して撮影光量を調節する。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。

カメラ通信回路１３６は、撮影レンズ１３７に関する情報をカメラ本体１３８に渡したり、カメラ本体１３８に関する情報を受け取ったりする。なお、撮影レンズ１３７に関する情報とは、ズーム状態、絞り状態、フォーカス状態、レンズ枠情報等である。カメラ通信回路１３６はカメラ本体１３８側に設けられたレンズ通信回路１３５にこれらの情報を渡す。

次に、カメラ本体１３８について説明する。光学的ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子１０７は、少なくとも一部の画素が後述する構成を有する焦点検出用画素により構成されたＣＭＯＳセンサと、その周辺回路から構成されている。ＣＭＯＳセンサを構成する各画素は、光を電荷に変換するフォトダイオード（ＰＤ）を有する。また、周辺回路にはＰＤで発生した電荷を後述する蓄積領域（フローティングディフュージョン：ＦＤ）に転送する転送スイッチや、電荷を一時的に蓄積しておく蓄積領域（ＦＤ）などがある。撮像素子１０７は、撮影レンズ１３７が結像する被写体像を電気信号として出力する。後述するように、本実施形態における撮像素子１０７は撮像面位相差ＡＦ用の像信号を生成可能である。また、本実施形態の撮像素子１０７は、マイクロレンズと複数の焦点検出用画素を設けた画素を用いて、撮像面位相差ＡＦ用の像信号を生成する構成を有するが、撮像面位相差ＡＦ用の像信号を生成可能であれば、他の構成であってもよい。また、１つのマイクロレンズに対応する複数の焦点検出用画素から出力された信号は、加算することで、記録用の画像を生成することも可能である。撮像素子１０７には、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の複数画素上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサが用いられる。

シャッターユニット１３９は、静止画撮影時の露光時間制御を行う。シャッターアクチュエータ１４０は、シャッターユニット１３９を動かし、シャッター駆動回路１４５は、シャッターアクチュエータ１４０を駆動する。

カメラ本体１３８の種々の制御を司るカメラ内ＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。また、ＣＰＵ１２１では、被写体輝度検出、画像表示制御、焦点検出及び各種制御に関する演算処理が行われる。

撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。

フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞り駆動回路１２８は、絞りアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り１０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。

ＬＣＤ等の表示器１３１は、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。操作スイッチ群１３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ、動画／ＬＶスイッチ等で構成される。着脱可能なフラッシュメモリ１３３は、撮影済み画像を記録する。

レンズ通信回路１３５は、撮影レンズ１３７内のカメラ通信回路１３６と通信を行う。カメラ内メモリ１４４は、ＣＰＵ１２１で行う演算に必要な各種データが保存されている。

撮影時の被写体照明用電子フラッシュ１１５は、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適だが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いても良い。ＡＦ補助光発光部１１６は、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。

電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５を点灯制御する。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光発光部１１６を点灯制御する。

（焦点検出画素の構成）
図２は、本第１の実施形態における撮像素子１０７を構成する焦点検出用画素の構成を示す図である。図２（ａ）は２行×２列の焦点検出用画素の平面図である。本実施形態においては、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の間に、焦点検出用画素が分散配置されている。なお、図２は、Ｒ、Ｇ、Ｂすべての画素が焦点検出用画素である場合を示している。

図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図と、各焦点検出用画素の受光領域と撮影レンズ１３７の射出瞳との関係を図２（ｂ）に示す。焦点検出用画素は、画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズＭＬ、Ｒ（赤色）のカラーフィルタＣＦ_ＲまたはＧ（緑色）のカラーフィルタＣＦ_Ｇ、コンタクトレイヤーＣＬを有する。コンタクトレイヤーＣＬは、撮像素子１０７内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。なお、不図示ではあるが、Ｂの画素の場合には、Ｂ（青色）のカラーフィルタＣＦ_Ｂが配置される。撮影レンズ１３７の射出瞳をＴＬで模式的に表している。

また、各焦点検出用画素に含まれる２つの光電変換素子をＰＤＡ及びＰＤＢとして模式的に示している。光電変換素子ＰＤＡはマイクロレンズＭＬの中心に対して−ｘ側にあるため、撮影レンズ１３７射出瞳ＴＬの＋ｘ側の射出瞳領域ＥＰ_ＤＡを通過した被写体光を受光する。同様に、光電変換素子ＰＤＢはマイクロレンズＭＬの中心の＋ｘ側向にあるため、射出瞳ＴＬの−ｘ側の射出瞳領域ＥＰ_ＤＢを通過した被写体光を受光する。

以上のような構成を有する焦点検出用画素をｘ方向に規則的に配列し、これらの画素群の光電変換素子ＰＤＡから取得した被写体像をＡ像、光電変換素子ＰＤＢから取得した被写体像をＢ像とする。そして、取得したＡ像とＢ像の位相差を検出することで、ｘ方向に輝度分布を有する被写体像の焦点状態を示す焦点ずれ量（デフォーカス量）を検出することができる。これに基づいて、撮影レンズ１３７のレンズ位置を調節する。なお、撮像用画素の間に、焦点検出用画素を離散的に配置する技術や、この焦点検出用画素を用いて焦点検出を行う技術は、特開２０００−２０９６１号公報等で開示されている公知の技術であるため、説明は省略する。

なお、図２に示す画素では、撮影画面のｘ方向に輝度分布を有した被写体、例えばｙ方向の線（縦線）に対しては焦点検出可能だが、ｙ方向に輝度分布を有するｘ方向の線（横線）は焦点検出不能である。そのため、後者についても焦点検出できるよう、撮影レンズのｙ方向にも瞳分割を行う画素を備えてもよい。

（ＡＦ制御フロー）
次に、本第１の実施形態におけるライブビュー時のフレームレート（周期）の高速化と、被写体輝度に応じてデフォーカス量や表示画像を切り替える動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。

図３に示す処理は撮像システムの電源オンと共にスタートし、Ｓ１では、レンズ通信回路１３５を介して撮影レンズ１３７内のカメラ通信回路１３６とレンズ通信を行う。レンズ通信により撮影レンズ１３７の動作確認を行い、撮影レンズ１３７内のメモリ内容や実行プログラムの初期化を行うと共に、準備動作を実行させる。また、焦点検出や撮像に必要なレンズの諸特性データを取得し、カメラ内メモリ１４４に保存する。動作が完了するとＳ２へと進む。

Ｓ２では、操作スイッチ群１３２のうち、撮影者によって動画／ＬＶ（ライブビュー）スイッチが押されたか否かを判別し、押されていなければＳ２にて撮影待機状態を維持する。Ｓ２で動画／ＬＶスイッチが押されるとＳ３に移行する。

Ｓ３では、撮影画面内の主被写体を検出して主被写体輝度を検出し、被写体輝度判定値として保持する。ここで撮影画面内の主被写体を検出する方法としては、例えば、顔検出がある。なお顔検出処理は、例えば、特開平６−２５９５３４等に記載されているような顔検出手法をはじめとして様々な手法があるが、公知の技術であるため説明は省略する。

Ｓ４では、撮像素子１０７を露光して、間引きして読み出す。ここで本第１の実施形態では、間引きにより読み出す行をフレーム毎に変更する。ここで、本第１の実施形態におけるスリットローリングシャッター方式による高フレームレート読み出しについて図４を用いて説明する。

図４は第１の実施形態における撮像素子１０７の行毎の動作を時間軸で表したものである。図４（ａ）は通常の読み出し動作を表しており、図４（ｂ）は本第１の実施形態における高フレームレート読み出し動作を表している。

図４（ａ）に示す通常の読み出し動作では、Startのタイミングで撮影開始指示がなされると、ＰＤとＦＤの一括リセットが行われた後、撮影動作が開始される。そして、図４（ａ）の画面上部から画面下部への斜線が読み出し動作を表しており、順次、画像信号が読み出される。ｔは電荷蓄積時間である。

一方、図４（ｂ）に示す高フレームレート読み出し動作では、図４（ａ）に示す通常の読み出し動作と比較して、フレームレートを２倍（電荷蓄積時間を半分）にするとともに、読み出す行とスキップする行とが、フレーム毎に異なっている。以下、奇数フレームにおいて間引きして読み出された信号を第１画像信号Ｉ１、偶数フレームにおいて間引きして読み出された信号を第２画像信号Ｉ２と呼ぶ。すなわち、第１画像信号Ｉ１と第２画像信号Ｉ２は、フレーム毎に交互に読み出される。このとき、間引かれる行に対しても図４（ｂ）のStartのタイミングで、通常の読み出し動作と同様にＰＤとＦＤのリセット動作を行うが、読み出し動作は行わない。図４（ｂ）では、第（ｆn）フレームで読み出される第１画像信号Ｉ１をＩ１（ｆn）といったように表している。また、第（ｆn+1）フレームで読み出される第２画像信号Ｉ２をＩ２（ｆn+1）、第（ｔn+2）フレームで読み出される第１画像信号Ｉ１をＩ１（ｔn+2）といったように表している。また、奇数フレームで読み出す行に含まれる画素を第１画素群と呼び、偶数フレームで読み出す行に含まれる画素を第２画素群と呼ぶ。

このように、各フレームで読み出す行数を、通常読み出し動作時の半分とすることで、高フレームレートで画像信号を取得することができる。そのため、電荷蓄積時間は通常読み出しにおける電荷蓄積時間ｔの半分のｔ/２に短縮される。

Ｓ４において上述したようにして第１画像信号Ｉ１または第２画像信号Ｉ２のいずれか一方を読み出すと、Ｓ５では、読み出した第１画像信号Ｉ１または第２画像信号Ｉ２を用いて位相差検出方式のＡＦを行う。本実施形態の撮像素子１０７は、焦点検出用画素を含んでいるため、第１画素群または第２画素群に含まれる焦点検出用画素から読み出された第１画像信号Ｉ１または第２画像信号Ｉ２からＡ像とＢ像を生成し、Ａ像とＢ像の位相差を求めることができる。そして、求めた位相差に基づいてデフォーカス量を検出する。

Ｓ５の処理が完了すると、Ｓ６へと進み、Ｓ３で検出された被写体輝度判定値と輝度閾値とを比較する。被写体輝度判定値が輝度閾値以上と判定された場合には、撮影画面内の被写体輝度は十分であると判断してＳ７へ進む。また被写体輝度判定値が輝度閾値よりも小さいと判定された場合には、撮影画面内の被写体輝度が十分ではない低輝度被写体であると判断してＳ８へ進む。

ここで、Ｓ６で被写体輝度が輝度閾値以上と判定された場合に、Ｓ７で行う焦点調節処理について、図５を用いて説明する。以下、第（ｆn）フレームで読み出される第１画像信号Ｉ１（ｆn）に基づいて検出されたデフォーカス量を第１のデフォーカス量Ｄｅｆ１（ｆn）と表す。また、第（ｆn+1）フレームで読み出される第２画像信号Ｉ２（ｆn+1）に基づいて検出されたデフォーカス量を第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２（ｆn+1）と表す。以下同様に、デフォーカス量Ｄｅｆの後に、第１画像信号Ｉ１または第２画像信号Ｉ２のいずれに基づいて検出したか、及び、第何番目のフレームであるかを記す。

まず、ＣＰU１２１は、Ｓ１で取得したレンズの諸特性データを用いて、Ｓ５で検出した第１のデフォーカス量Ｄｅｆ１または第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２から、フォーカスレンズ駆動量を算出する。そして、ＣＰU１２１は、算出したフォーカスレンズ駆動量に基づいて、フォーカスアクチュエータ１１４を介して第３レンズ群１０５を駆動させて焦点調節を行う。従って、第１のデフォーカス量Ｄｅｆ１に基づいた焦点調節と第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２に基づいた焦点調節が時系列的に交互に行われる。そして動作が完了するとＳ９へと進む。

一方、Ｓ６で被写体輝度が輝度閾値よりも小さいと判定された場合に、Ｓ８で行う焦点調節処理について、図６を用いて説明する。図６において、第１のデフォーカス量Ｄｅｆ１（ｆn）と第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２（ｆn+1）との平均デフォーカス量を、平均デフォーカス量Ｄｅｆ´（ｆn+1）といったように表す。まず図６の第１のデフォーカス量Ｄｅｆ１（ｆn）と第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２（ｆn+1）から平均デフォーカス量Ｄｅｆ´（ｆn+1）を算出する。

なお、図６に示す例では、２フレームおきに２フレーム分の第１のデフォーカス量Ｄｅｆ１及び第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２とを用いて焦点調節を行う。しかしながら、本発明はこれに限るものでは無い。各フレームで求めた第１のデフォーカス量Ｄｅｆ１または第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２と、１フレーム前に求めた第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２または第１のデフォーカス量Ｄｅｆ１とから、フレーム毎に平均デフォーカス量Ｄｅｆ´（ｆn+1）を算出してもよい。この場合、フレーム毎の焦点調節が可能となる。

次にＳ１で取得したレンズの諸特性データを用いて、算出した平均デフォーカス量Ｄｅｆ´からフォーカスレンズ駆動量を算出する。そして、ＣＰU１２１は、算出したフォーカスレンズ駆動量に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を介して第３レンズ群１０５を駆動させて焦点調節を行う。動作が完了するとＳ９へと進む。

Ｓ９では、Ｓ４で取得した第１画像信号Ｉ１または第２画像信号Ｉ２から、表示用の画像を生成して順次表示を行う。この表示方法について図７を用いて説明する。上述したように、本実施形態における焦点検出用画素はそれぞれ２つの光電変換素子ＰＤＡ、ＰＤＢを含み、独立に信号を出力する。従って、撮影画像を得るために、第（ｆn）フレームでは、第１画像信号Ｉ１（ｆn）のうち、各焦点検出用画素の２つの光電変換素子ＰＤＡ、ＰＤＢから出力された２つの信号を画素単位で加算して、表示用の信号を生成する。このようにして、第（ｆn）フレームで第１画像信号Ｉ１から生成された表示用の信号を撮影画像Ｐ１（ｆn）と表す。同様に、第（ｆn+1）フレームで第２画像信号Ｉ２から生成された表示用の信号を撮影画像Ｐ２（ｆn+1）と表す。

第１画像信号Ｉ１と第２画像信号Ｉ２は時系列的に高フレームレートで交互に取得される画像信号である。これらの画像信号から生成された撮影画像Ｐ１（ｆn）、P２（ｔｎ+1）、P１（ｆｎ+2）、P２（ｆｎ+3）．．．を高フレームレートで交互に表示するため、画面のちらつきがなく、滑らかな動画表示が可能となる。動作が完了するとＳ１０へと進む。

Ｓ１０では、一連の焦点検出、焦点調節、画像記録・表示を行った後に撮影者によって動画／ＬＶスイッチが再び押されたか否か、もしくはライブビュー（ＬＶ）撮影指示がされたか否かを判別する。指示されていなければＳ３に移行して動画／ＬＶ撮影を継続する。一方でＳ１１で動画／ＬＶスイッチが押されると、動画・ＬＶ撮影を終了する。以上のようにして、一連の焦点検出フローが終了する。

上記の通り本第１の実施形態によれば、フレーム毎に間引き読み出し行を変更して高フレームレートで画像信号を取得し、焦点検出を高速化することができる。また、撮影画面内の主被写体輝度に応じて、デフォーカス量の算出方法を切り替えることができる。

＜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。第２の実施形態は、電荷の蓄積時間及び読み出しに関する制御が、上述した第１の実施形態と異なる。図８は、第２の実施形態における電荷の蓄積及び読み出し制御を示す図である。第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、フレーム毎に、第１画素群と第２画素群とを交互に読み出す。だたし、第２の実施形態においては、第１画素群と第２画素群を走査する際、所定の時間間隔Δｔだけ電荷蓄積時間を重複させて読み出しを行う。

第２の実施形態における焦点調節及びライブビュー表示処理は、基本的に図３のフローチャートに示す手順と同じであるが、Ｓ７及びＳ８における処理の詳細が異なるため、以下、図８を用いて説明する。

図８において、図６と同様の信号には同じ参照番号を付している。図８において、第２の実施形態で第（ｆn）フレームで読み出される画像信号を第１画像信号Ｉ1´（ｆn）、第（ｆn+1）フレームで読み出される画像信号を第２画像信号Ｉ２´（ｆn+1）といったように表す。また、Δｔは所定の時間間隔である。第２の実施形態ではＣＰＵ１２１は第１画像信号Ｉ1´と第２画像信号Ｉ２´を取得する際、所定の時間間隔Δｔだけ電荷蓄積時間を一部重複させて読み出しを行う。このようにして得られた第１画像信号Ｉ1´（ｆn）と第２画像信号Ｉ２´（ｆn+1）から、第１のデフォーカス量Ｄｅｆ1（ｆn）と第２のデフォーカス量Ｄｅｆ２(ｆn+１)とを検出する。そして、Ｓ６で判定された結果を受けて、Ｓ７及びＳ８でデフォーカス量を決定して焦点調節を行う。なお、デフォーカス量の決定方法については上述した第１の実施形態と同様である。

上記の通り第２の実施形態によれば、フレーム毎に間引き読み出し行を変更して高フレームレートで画像信号を取得し焦点検出を高速化することができる。

また、撮影画面内の主被写体輝度に応じたデフォーカス量を算出し、切り替えることができる。

さらに、所定の時間間隔だけ重複させるように読み出しを行うことで主被写体輝度が輝度閾値よりも低い場合においても高精度な焦点検出を行うことができる。

なお、上述した第１及び第２の実施形態では相関演算に位相差方式を用いたが、他の方法を用いたとしても同様の結果を得ることができる。

また、上述した例では、奇数フレームと偶数フレームで１行おきに画像信号を交互に読み出す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い。例えば、３フレーム以上かけて撮像素子１０７を間引き読み出ししてもよく、その場合、被写体輝度が輝度閾値よりも小さければ、必要なフレーム数おきに焦点調節を行ってもよい。また、表示器１３１の画素数によっては、間引く行を多くしても良く、例えば、４行毎に２行を奇数フレームと偶数フレームで交互に読み出すようにしてもよい。また、撮像素子１０７の画素がすべて水平方向に分割された焦点検出用画素で構成される場合、奇数フレームと偶数フレームとで異なる複数の行の画像信号を加算して読み出すようにしても良い。また、例えば、８行毎に、１、２行目を加算して奇数フレームで読み出し、３、４行目を加算して偶数フレームで読み出し、５〜８行目を読み出さないようにするなど、加算し加算読み出しと、間引き読み出しとを両方行ってもよい。

１０７：撮像素子、１１４：フォーカスアクチュエータ、１２１：ＣＰＵ、１２４：撮像素子駆動回路、１２５：画像処理回路、１２６：フォーカス駆動回路、１３１：表示器、１３２：操作スイッチ群、３０７：撮影レンズ

Claims (9)

1. 被写体の光学像を形成する結像光学系を通過した被写体光をそれぞれ光電変換して画像信号を出力する複数の画素を含む撮像素子と、
   前記複数の画素を複数の領域に分割し、前記分割した複数の領域のうちの予め決められた複数の領域から、予め決められた周期で領域ごとに画像信号を読み出すように前記撮像素子を制御する制御手段と、
   前記周期で読み出された前記領域の画像信号に基づいて焦点状態を検出すると共に、前記被写体の輝度が予め決められた閾値より小さい場合に、複数の前記周期で得られた前記複数の領域の前記焦点状態を平均する検出手段と、
   前記被写体の輝度が前記閾値以上の場合に、前記周期で得られた焦点状態に基づいて前記周期で焦点調節を行い、前記被写体の輝度が前記閾値より小さい場合に、前記平均した焦点状態に基づいて焦点調節を行う焦点調節手段と、
   前記周期で読み出された画像信号を表示用の画像に変換して表示手段に順次表示する表示制御手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像素子は、前記結像光学系の異なる瞳領域を通過した被写体光をそれぞれ光電変換して、複数の画像信号を出力する焦点検出用画素を含み、
   前記検出手段は、前記周期で読み出された前記領域に含まれる焦点検出用画素の画像信号に基づいて焦点状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記複数の領域それぞれの電荷蓄積時間が、前記周期となるように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、読み出しを行う領域の電荷蓄積時間と、次に読み出しを行う領域の電荷蓄積時間とが一部重複するように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
5. 前記複数の領域は、互いに異なる複数の行の画素からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記複数の領域は、１行おきの画素からなる第１の領域と、前記第１の領域に含まれない１行おきの画素からなる第２の領域とから構成され、前記検出手段は、前記被写体の輝度が前記閾値より小さい場合に、前記第１の領域の画像信号から得られた焦点状態と前記第２の領域の画像信号から得られた焦点状態とを平均することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. ライブビューまたは動画の撮影を行う場合に、前記制御手段、前記検出手段、前記焦点調節手段による制御及び処理を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記撮像素子はＣＭＯＳセンサであって、前記制御手段は、スリットローリングシャッター方式により前記ＣＭＯＳセンサを駆動制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 被写体の光学像を形成する結像光学系を通過した被写体光をそれぞれ光電変換して画像信号を出力する撮像素子を有する複数の画素を含む撮像装置の制御方法であって、
   読み出し手段が、前記複数の画素を複数の領域に分割し、前記分割した複数の領域のうちの予め決められた複数の領域から、予め決められた周期で領域ごとに画像信号を読み出す読み出し工程と、
   検出手段が、前記周期で読み出された前記領域の画像信号に基づいて焦点状態を検出すると共に、前記被写体の輝度が予め決められた閾値より小さい場合に、複数の前記周期で得られた前記複数の領域の前記焦点状態を平均する検出工程と、
   焦点調節手段が、前記被写体の輝度が前記閾値以上の場合に、前記周期で得られた焦点状態に基づいて前記周期で焦点調節を行い、前記被写体の輝度が前記閾値より小さい場合に、前記平均した焦点状態に基づいて焦点調節を行う焦点調節工程と、
   表示制御手段が、前記周期で読み出された画像信号を表示用の画像に変換して表示手段に順次表示する表示制御工程と
   を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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