JP2015212794A - 撮像装置、その制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓ／Ｎ比を悪化させることなく位相差検出用信号および画像信号を得る。
【解決手段】指示情報生成部１０９は、画素の各々について画素に備えられた複数の光電変換部の出力を加算して読み出す第１の読み出しモードと複数の光電変換部の出力を個別に読み出す第２の読み出しモードとのいずれかを選択して読み出し制御を行う。信号演算部１０４は第２の読み出しモードで読み出し制御が行われた画素について複数の光電変換部の出力に応じた像信号を加算して画像信号とする。位相差測距部１０５は複数の光電変換部の出力に応じた像信号に応じて位相差検出によって被写体までの距離を被写体距離として求め、コントラスト算出部１０６は画像信号に応じてコントラストを示すコントラスト評価値を算出する。ＡＦ制御部１０７は被写体距離およびコントラスト評価値を選択的に用いて撮像光学系１０１の合焦制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、１つのマイクロレンズに対応して複数の光電変換部を有する画素を備える撮像素子を用いる撮像装置に関する。

一般に、撮像素子の出力に応じて焦点検出を行うとともに画像を得るようにした撮像装置が知られている。例えば、１つのマイクロレンズに対応させて複数の光電変換部を有する画素を備える撮像素子を用いる撮像装置がある（特許文献１参照）。ここでは、射出瞳の異なる領域を通過した光によって得られる像信号に応じた位相差検出によって焦点検出を行いつつ、像信号に応じて画像信号を生成するようにしている。

特開２００８−１３４３８９号公報

ところで、特許文献１に記載の撮像装置では、複数の光電変換部から得られる像信号を別々に読み出して、位相差検出用信号を取得するようにしている。このため、画像信号を生成するためには、像信号を加算処理する必要がある。

ところが、加算処理を行うと、所定の映像信号レベルの画像信号を得る際に、ノイズが増幅されてしまい、Ｓ／Ｎ比が悪化してしまうことになる。そして、１つのマイクロレンズに対応する光電変換部の数を増加させると、Ｓ／Ｎ比が益々悪化してしまう。

従って、本発明の目的は、Ｓ／Ｎ比を悪化させることなく位相差検出用信号および画像信号を得ることのできる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、撮像光学系を介して光学像が結像し、当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子は２次元マトリックス状に複数の画素が配列され、前記画素の各々は前記撮像光学系の射出瞳を分割した複数の領域を通過する光束を受光して光電変換を行う複数の光電変換部を備えており、前記画素の各々について、前記画素に備えられた複数の光電変換部の出力を加算して読み出す第１の読み出しモードと前記複数の光電変換部の出力を個別に読み出す第２の読み出しモードとのいずれかを選択して読み出し制御を行う第１の制御手段と、前記第２の読み出しモードで読み出し制御が行われた画素について、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号を加算して画像信号とする加算手段と、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号に応じて位相差検出によって被写体までの距離を被写体距離として求める測距手段と、前記画像信号に応じてコントラストを示すコントラスト評価値を算出する算出手段と、前記被写体距離および前記コントラスト評価値を選択的に用いて前記撮像光学系の合焦制御を行う第２の制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明による制御方法は、撮像光学系を介して光学像が結像し、当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備え、前記撮像素子は２次元マトリックス状に複数の画素が配列され、前記画素の各々は前記撮像光学系の射出瞳を分割した複数の領域を通過する光束を受光して光電変換を行う複数の光電変換部を備える撮像装置の制御方法であって、前記画素の各々について、前記画素に備えられた複数の光電変換部の出力を加算して読み出す第１の読み出しモードと前記複数の光電変換部の出力を個別に読み出す第２の読み出しモードとのいずれかを選択して読み出し制御を行う第１の制御ステップと、前記第２の読み出しモードで読み出し制御が行われた画素について、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号を加算して画像信号とする加算ステップと、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号に応じて位相差検出によって被写体までの距離を被写体距離として求める測距ステップと、前記画像信号に応じてコントラストを示すコントラスト評価値を算出する算出ステップと、前記被写体距離および前記コントラスト評価値を選択的に用いて前記撮像光学系の合焦制御を行う第２の制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明による制御プログラムは、撮像光学系を介して光学像が結像し、当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備え、前記撮像素子は２次元マトリックス状に複数の画素が配列され、前記画素の各々は前記撮像光学系の射出瞳を分割した複数の領域を通過する光束を受光して光電変換を行う複数の光電変換部を備える撮像装置で用いられる制御プログラムであって、前記撮像装置が備えるコンピュータに、前記画素の各々について、前記画素に備えられた複数の光電変換部の出力を加算して読み出す第１の読み出しモードと前記複数の光電変換部の出力を個別に読み出す第２の読み出しモードとのいずれかを選択して読み出し制御を行う第１の制御ステップと、前記第２の読み出しモードで読み出し制御が行われた画素について、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号を加算して画像信号とする加算ステップと、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号に応じて位相差検出によって被写体までの距離を被写体距離として求める測距ステップと、前記画像信号に応じてコントラストを示すコントラスト評価値を算出する算出ステップと、前記被写体距離および前記コントラスト評価値を選択的に用いて前記撮像光学系の合焦制御を行う第２の制御ステップと、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、画素の各々について第１の読み出しモードおよび第２の読み出しモードとのいずれかを選択して読み出し制御を行って、第２の読み出しモードで読み出し制御が行われた画素について、複数の光電変換部の出力に応じた像信号を加算して画像信号とする。これによって、Ｓ／Ｎ比を悪化させることなく位相差検出用信号および画像信号を得ることができる。

本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。 図１に示す撮像素子の構成を説明するための図であり、（ａ）は撮像素子の画素を上面側からみた図、（ｂ）は撮像素子が備える画素の回路構成を示す図である。 図２に示す画素部を備える撮像素子の構成の一例を説明するための図である。 図１に示す信号演算部の構成についてその一例を示す図である。 図１に示す位相差測距部の一例についてその構成を示すブロック図である。 図１に示すＡＦ制御部で行われるＡＦ制御動作を説明するためのフローチャートである。 図２（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す図である。 図５に示す位相差測距部で行われる被写体距離の算出を説明するための図である。 図１に示す測距領域決定部で行われる非加算領域の決定について説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について、その構成を示すブロック図である。

図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、撮像光学系（以下単に光学系と呼ぶ）１０１を有している。図示はしないが、光学系１０１はフォーカスレンズ、ズームレンズ、および絞りなどを有している。光学系駆動部１０２は、後述するＡＦ制御部１０７の制御下で光学系１０１を駆動制御する。

光学系１０１の後段にはＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子１０３が配置されており、撮像素子１０３には光学系１０１を介して光学像（被写体像）が結像する。撮像素子１０３は被写体像を光電変換して、被写体像に応じた画像信号（画像データ）を出力する。なお、撮像素子１０３は、後述する指示情報生成部１０９の出力である指示情報に応じて読み出し制御されて画像信号を読み出す。

信号演算部１０４は、画像信号に対して所定の演算処理を施して、表示記録用画像データ（表示記録画像）として出力する。信号演算部１０４は指示情報生成部１０９の出力である指示情報に基づいて所定の演算処理を行う。位相差測距部１０５は、撮像素子１０３の出力である画像信号を受けて、瞳分割された像信号によって位相差測距による測距を行い、被写体までの距離を示す距離情報を出力する。

コントラス算出部１０６は、信号演算部１０４で得られた画像データを受けて、そのコントラスト値を求める。ＡＦ制御部１０７は、前述の距離情報およびコントラスト値に基づいて、光学系１０１の駆動量、特に、被写体にピントを合わせるためのフォーカスレンズの駆動量を示す光学系駆動情報を生成する。これによって、ＡＦ制御部１０７は光学系１０１の合焦制御を行う。

カメラ信号処理部１０８は、信号演算部で得られた画像データに対して色変換処理、ホワイトバランス処理、およびガンマ補正処理などの画像処理を行うとともに、解像度変換処理および画像圧縮処理などを行う。測距領域決定部１１０は、ＡＦ制御部の出力であるＡＦ制御情報に応じて、位相差測距を行うための非加算領域を決定して、測距領域情報として指示情報生成部１０９に送る。

指示情報生成部１０９は、測距領域決定部１１０の出力である測距領域情報に応じて指示情報を生成する。そして、指示情報生成部１０９は、指示情報は撮像素子１０３および信号演算部１０４に送る。

図２は、図１に示す撮像素子１０３の構成を説明するための図である。そして、図２（ａ）は撮像素子１０３の画素を上面側からみた図であり、図２（ｂ）は撮像素子１０３が備える画素の回路構成を示す図である。

撮像素子１０３は、２次元マトリックス状に配列された複数の画素（画素部ともいう）を有している。そして、撮像素子１０３は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサであり、所謂ＸＹアドレス型の走査で読み出し制御される。方法を採る、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。

図２（ａ）において、画素部２０３は、複数の光電変換部（例えば、フォトダイオード）を有しており、光電変換部は入射光を受光して電荷に変換する。図示の例では、画素部２０３は２つの光電変換部２０１および２０２を有し、光電変換部（ＰＤ）２０１および２０２に対応して（つまり、共通して）１つのマイクロレンズ（ＭＬ）２０４が配置されている。

なお、後述するように、撮像素子１０３に備えられた他の画素部についても、図２（ａ）に示す画素部２０３と同様の構成を有しており、以下の説明では、ＰＤ２０１および２０２をそれぞれＰＤ１およびＰＤ２と呼ぶことがある。

図２（ｂ）において、画素部２０３は画素領域２１１および選択スイッチ３０２を有している。画素領域２１１には、前述のＰＤ２０１および２０２が配置されるとともに、転送スイッチ２０５１および２０５２、フローティングデフュージョン部（ＦＤ）２０６、リセットスイッチ２０７、およびソースフォロアアンプとして機能する増幅ＭＯＳアンプ２０８が配置されている。そして、リセットスイッチ２０７および増幅ＭＯＳアンプ２０６には電源ライン２０９が接続され、選択スイッチ３０２には垂直信号出力線（以下信号出力線と呼ぶ）２１０が接続されている。

図３は、図２に示す画素部を備える撮像素子の構成の一例を説明するための図である。

図３においては、説明の便宜上、３行×４列の画素部２０３を有する撮像素子が示されているが、実際には数十万〜数千万の画素部２０３が配列されている。さらに、画素部２０３は所定のアスペクト比で２次元状に配列される。なお、画素部２０３毎にＲ（赤）、Ｇ（緑）、およびＢ（青）のいずれかの色相のカラーフィルタで覆うようにしてもよく、例えば、Ｒ、Ｇ、およびＢのカラーフィルタがベイヤー配列で配列されるようにしてもよい。

ここで、図２および図３を参照して、ＦＤ２０６はＰＤ２０１および２０２で生じた電荷が一時的に蓄積する蓄積領域である。転送スイッチ２０５１は転送パルスｐＴＸ１によってオンオフ制御される。転送スイッチ２０５１がオンとなると、ＰＤ２０１で生じた電荷がＦＤ２０６に転送される。同様に、転送スイッチ２０５２は転送パルスｐＴＸ２によってオンオフ制御される。転送スイッチ２０５２がオンとなると、ＰＤ２０２で生じた電荷がＦＤ２０６に転送される。

リセットスイッチ２０７はリセットパルスｐＲＥＳによってオンオフ制御される。リセットスイッチ２０７がオンとなると、ＦＤ２０６に蓄積された電荷がリセットされる。

転送スイッチ２０５１および２０５２、リセットスイッチ２０７、および選択スイッチ３０２のゲート電極は、行単位でそれぞれ転送パルスｐＴＸ１およびｐＴＸ２、リセットパルスｐＲＥＳ、および選択パルスｐＳＥＬが供給される信号線に接続される。そして、垂直走査回路３０１は転送パルスｐＴＸ１およびｐＴＸ２、リセットパルスｐＲＥＳ、および選択パルスｐＳＥＬによって画素部２０３を選択的に走査する。

定電流源３０４は増幅ＭＯＳアンプ２０８の負荷となり、画素部２０３と定電流源３０４とは信号出力線２１０によって列ＡＤ変換回路３０５に列単位で接続される。ＦＤ２０６、増幅ＭＯＳアンプ２０８、および定電流源３０４によってフローティングディフュージョンアンプが構成され、選択スイッチ３０２によって選択された画素部の信号電荷が電圧信号に変換される。そして、当該電圧信号は信号出力線２１０を介して列ＡＤ変換回路２０８に入力される。

画素部２０３において、転送パルスｐＴＸ１およびｐＴＸ２、リセットパルスｐＲＥＳ、および選択スイッチｐＳＥＬの動作タイミングを調整することによって、ＰＤ２０１および２０２の各々で生じた電荷が出力される。また、ＦＤ２０６にＰＤ２０１および２０２の電荷を蓄積して、電圧信号を出力することができる。

いま、指示情報生成部１０９の出力である指示情報が非加算（第２の読み出しモード）を示していると、垂直走査回路３０１はまず転送パルスｐＴＸ１をオンとして、ＰＤ２０１の電荷に応じた電圧信号を列ＡＤ変換回路２０８に読み出す。そして、垂直走査回路３０１はリセットパルスｐＲＥＳをオンとしてＦＤ２０６をリセットした後、転送パルスｐＴＸ２をオンとする。これによって、ＰＤ２０２の電荷に応じた電圧信号が列ＡＤ変換回路２０８に読み出される。このようにして、順次ＰＤ２０１および２０２の電荷に応じた電圧信号が列ＡＤ変換回路２０８に出力される。

一方、指示情報が加算（第１の読み出しモード）を示していると、垂直走査回路３０１は転送パルスｐＴＸ１をオンにした後、転送パルスｐＴＸ２をオンとする。これによって、ＰＤ２０１および２０２の電荷がＦＤ２０６に送られて、ＦＤ２０６において電荷加算が行われる。そして、電荷加算後の電圧信号が列ＡＤ変換回路２０８に読み座される。このようにして、ＰＤ２０１および２０２の電荷がＦＤ２０６で加算された電圧信号が列ＡＤ変換回路２０８に出力される。

列ＡＤ変換回路２０８は、画素部２０３の出力である電圧信号をデジタル信号に変換する回路である。列ＡＤ変換回路２０８は、例えば、電圧信号とランプ信号とをコンパレータによって比較して、ランプ信号の出力開始とともにカウンタを動作させて電圧信号とランプ信号とが一致した際のカウンタ値をデジタル信号（デジタルコード）として出力する。

ラインメモリ３０６は列ＡＤ変換回路３０５の出力であるデジタル信号を記憶する。ラインメモリ３０６は一対備えられており、図２に示すＰＤ２０１および２０２に対応するデジタル信号をそれぞれ画像信号Ｌおよび画像信号Ｒとして出力する。なお、ラインメモリ３０６は水平駆動回路３０７によって駆動制御される。

ここでは、指示情報が加算を示していると、加算処理が行われた電圧信号に対応するデジタル信号はラインメモリ３０６の一方にセットされる（例えば、画像信号Ｌとされる）。そして、ラインメモリ３０６の他方は用いられない。

図４は、図１に示す信号演算部１０４の構成についてその一例を示す図である。

信号演算部１０４は、加算回路５０１および選択回路５０２を有している。信号演算部１０４において、加算回路５０１は画像信号ＬおよびＲを加算して、加算後画像信号を出力する。選択回路５０２には画像信号Ｌおよび加算後画像信号が入力され、選択回路５０２は指示情報に応じて、画像信号Ｌおよび加算後画像信号のいずれか一方を選択して選択画像信号として出力する。

指示情報が加算を示している際には、前述のようにＦＤ２０６によって既に加算処理が行われているので、信号演算部１０４において加算処理を行う必要はない。よって、選択回路５０２は、加算処理が行われた画像信号Ｌを選択して選択画像信号として出力する。

一方、指示情報が非加算を示していると、撮像素子１０３において加算処理が行われていない。よって、信号演算部１０４は、画像信号Ｌおよび画像信号Ｒがともに出力されている場合には、加算後画像信号を選択回路５０２によって選択して選択画像信号として出力する。

図５は、図１に示す位相差測距部１０５の一例についてその構成を示すブロック図である。

位相差測距部１０５は、判別部８０１を備えており、この判別部８０１には、撮像素子１０３から画像信号が入力される。判別部８０１は、後述するように画像信号から位相差測距に必要な信号（以下、測距用信号と呼ぶ）を判別する。そして、判別部８０１は当該測距用信号を記憶部８０４に記憶する。

相関演算部８０２は、記憶部８０４に記憶された測距用信号について相関演算を行って相関結果を出力する。被写体距離情報算出部８０３は相関演算部８０２の出力である相関結果に基づいて被写体までの距離を求めて、被写体距離情報をＡＦ制御部１０７に送る。

図７は、図１に示すＡＦ制御部１０７で行われるＡＦ制御動作を説明するためのフローチャートである。

ＡＦ制御が開始されると、コントラスト算出部１０６は、信号演算部１０４の出力である画像データに応じて、合焦状態を検出するためのコントラスト評価値（コントラスト値ともいう）を算出する（ステップＳ７０１）。コントラスト評価値を算出する際には、コントラスト算出部１０６は、画像データに対して所定のバンドパスフィルタ処理を行う。そして、コントラスト算出部１０６は、バンドパスフィルタ処理の結果得られたフィルタ出力の絶対値を積算して、当該積算値をコントラスト評価値とする。

なお、上述の処理に限らず、例えば、被写体のコントラスト評価値を算出して、当該コントラスト評価値が最大となるフォーカスレンズの位置を合焦状態とするようにしてもよい。

続いて、ＡＦ制御部１０７はコントラスト評価値に基づいて、合焦状態、つまり、コントラスト評価値が最大となる位置に、光学系駆動部１０２によってフォーカスレンズを光軸に沿って移動する（ステップＳ７０２）。このコントラスト評価値を用いたＡＦ制御は一般に山登り方式と呼ばれている。

位相差測距部１０５において、判別部８０１には２つのＰＤ２０１および２０２に応じた像信号が入力される。つまり、判別部８０１は撮像素子１０３の出力である画像信号において、ＰＤ２０１および２０２に応じた像信号を判別して、Ａ像およびＢ像として記憶部８０４に記憶する。この際には、撮像素子１０３は指示情報生成部１０９の出力である指示情報に応じて画像信号を出力することになる。

続いて、位相差測距部１０５は、後述するようにして、Ａ像およびＢ像に応じて、つまり、位相差検出によって被写体距離情報を求める（ステップＳ７０３）。

ここで、図５に示す位相差測距部１０５で行われる位相差検出について説明する。

図７は、図２（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示す図である。

射出瞳９０１は像側からみた際の撮像光学系１０１の射出瞳を示す。合焦の際には、撮像光学系１０１による結像面９０６から射出瞳９０１までの距離を射出瞳位置と呼ぶ。撮像光学系１０１に備えられた絞り（図示せず）よりも後方（結像面側）にあるレンズ群の曲率および絞りと射出瞳との位置関係などによって射出瞳位置は変化する。さらに、絞りの開口径によって射出瞳の大きさは変化する。

射出瞳９０４および９０５はそれぞれマイクロレンズ２０４によって射出瞳位置に投影されたＰＤ２０２および２０１の射出瞳である。ＰＤ２０１に対しては、射出瞳９０５を通過する光束９０３が入射するように設計され、ＰＤ２０２に対しては、射出瞳９０４を通過する光束９０２が入射するように設計される。

なお、撮像素子１０３を構成する他の画素部についても同様に設計されており、ＰＤ２０１と同一の位置にある複数の光電変換部（ＰＤ１）では、撮像光学系１０１の射出瞳９０１のうち左側の射出瞳９０４の領域でみた像が得られる。同様に、ＰＤ２０２と同一の位置にある複数の光電変換部（ＰＤ２）では、撮像光学系１０１の射出瞳９０１のうち右側の射出瞳９０５の領域でみた像が得られる。

いま、光束９０２によって撮像素子１０３で得られる像をＡ像、光束９０３によって撮像素子１０３で得られる像をＢ像とすると、合焦状態であるか否かに応じて画像信号に視差を含んだ信号（つまり、測距用信号）が得られる。

図８は、図５に示す位相差測距部１０５で行われる被写体距離の算出を説明するための図である。

図８においては、所謂前ピン状態におけるＡ像（ＰＤ２で得られる像）１００２とＢ像（ＰＤ１で得られる像）１００１について画素位置と信号強度との関係が示されている。位相差検出によって被写体距離を求める際には、Ａ像１００２およびＢ像１００１の相対関係、像間距離１００３、およびフォーカス位置における結像面から射出瞳までの距離が用いられる。

像間距離１００３を求める際には、記憶部８０４に記憶された測距用信号、つまり、ＦＤ２０６において加算処理が行われずに隣接する２つのＰＤ２０１および２０２の出力を、視差の異なるＡ像およびＢ像とする。そして、Ａ像およびＢ像の信号強度が最大である画素位置の距離が像間距離１００３とされる。

ここでは、相関演算部８０２は、記憶部８０４に記憶された測距用信号をＡ像およびＢ像に分離して、Ａ像およびＢ像の相関値を求める。そして、相関演算部８０２は当該相関値が最も高い場合のＡ像およびＢ像のずれ量を像間距離１００３として算出する。

被写体距離情報算出部８０３は像間距離１００３と現在のフォーカス位置における結像面から射出瞳までの距離とに応じて被写体距離を求めて、被写体距離情報をＡＦ制御部１０７に送る。

再び図６を参照して、ＡＦ制御部１０７は、被写体距離情報に基づいて目標とする目標フォーカス位置（Ｔｐ）を求める。そして、ＡＦ制御部１０７は現在のフォーカス位置（Ｔ）と目標フォーカス位置（Ｔｐとする）との差分を求めて、その差分の絶対値（｜Ｔｐ−Ｔ｜）が所定の閾値（Ｔｔｈ）を超えているか否かを判定する（ステップＳ７０４）。

ここでは、｜Ｔｐ−Ｔ｜が閾値Ｔｔｈよりも大きい程、ピンボケ状態にあることになる。なお、閾値Ｔｔｈはピンボケ状態の程度に応じて予め設定される。そして、この閾値Ｔｔｈは被写体の状況に応じて調整するようにしてもよい。

｜Ｔｐ−Ｔ｜≦Ｔｔｈであると（ステップＳ７０４において、ＮＯ）、つまり、閾値以下であると、処理はステップＳ７０２に戻って、ＡＦ制御部１０７はコントラスト算出部１０６の出力であるコントラスト評価値を用いて、つまり、コントラスト検出による焦点検出処理を行う。

｜Ｔｐ−Ｔ｜＞Ｔｔｈであると（ステップＳ７０４において、ＹＥＳ）、ＡＦ制御部１０７は、目標フォーカス位置Ｔｐに基づいて、光学系駆動部１０２を制御してフォーカスレンズを光軸に沿って駆動する（ステップＳ７０５）。つまり、ＡＦ制御部１０７は目標フォーカス位置Ｔｐに基づいて光学系駆動情報を生成して、当該光学系駆動情報を光学系駆動部１０２に送る。そして、光学系駆動部１０２は光学系駆動情報に応じてフォーカスレンズを駆動制御する。その後、ＡＦ制御部１０７はステップＳ７０１の処理に戻る。

このようにして、ＡＦ制御部１０７は撮像素子１０３の出力である画像信号に応じてコントラスト検出および位相差検出を選択的に用いてＡＦ制御を行う。

一方、ＡＦ制御部１０７は、後述するＡＦ制御情報は測距領域決定部１１０に送る。測距領域決定部１１０はＡＦ制御情報に応じて、位相差測距を行うための非加算領域を決定して、非加算領域を示す領域情報を指示情報生成部１０９に出力する。

なお、ここでは、ＡＦ制御情報は、例えば、コントラスト算出部１０６の出力であるコントラスト評価値である。そして、コントラスト評価値が大きい程、合焦状態に近く、コントラスト評価値が小さい程、ピンボケ（非合焦）状態に近いことになる。

図９は、図１に示す測距領域決定部１１０で行われる非加算領域の決定について説明するための図である。

図９においては、ＡＦ制御情報と非加算領域との関係が示されており、ここでは、撮像素子（以下センサとも呼ぶ）１０３において加算処理を行う画素が色付けされている。ＡＦ制御情報、つまり、コントラスト評価値が小さく非合焦状態の際には（コントラスト評価値＜第１のコントラスト閾値）、測距領域決定部１１０は撮像素子１０３の全画素を非加算領域とする（図９において左側の図を参照）。

測距領域決定部１１０はコントラスト評価値が高くなるにつれて、撮像素子１０３の画素について所定の割合（均等間隔）で加算画素として非加算領域を決定する。つまり、測距領域決定部１１０はコントラスト評価値に応じて、加算画素の数、つまり、第１の読み出しモードで読み出し制御する画素の数を変更する。

例えば、第１のコントラスト閾値≦コントラスト評価値＜第２のコントラスト閾値であると（第１のコントラスト閾値＜第２のコントラスト閾値）、測距領域決定部１１０は一行おきに加算行を設定して非加算領域を決定する（図９において左側から２番目の図を参照）。第２のコントラスト閾値≦コントラスト評価値＜第３のコントラスト閾値であると（第２のコントラスト閾値＜第３のコントラスト閾値）、測距領域決定部１１０は、非加算行において一つおきに加算画素を設定して非加算領域を決定する（図９において左側から３番目の図を参照）。

第３のコントラスト閾値≦コントラスト評価値＜第４のコントラスト閾値であると（第３のコントラスト閾値＜第４のコントラスト閾値）、測距領域決定部１１０は、図９において左側から３番目の図に示す状態からさらに加算画素を増加させて、図９において右側の図に示す状態に非加算領域を決定する。

ところで、光電変換部毎に読み出しを行う場合、１つの光電変換部において１垂直同期期間で得られる信号量をＳとすると、画像信号において１画素の信号レベルは、次の式（１）で表される。
Ｓ＋Ｓ＝２Ｓ （１）

この際、１つの光電変換部において１垂直同期期間で発生するノイズ量（入射光量に依存しないランダムノイズ成分）をＮとすると、画像信号において１画素に含まれるノイズ量の総和は次の式（２）で表される。

一方、複数の光電変換部について加算処理を行って読み出しを行う場合、同様に画像信号における１画素の信号レベルは２Ｓとなり、光電変換部毎に読み出しを行う場合と同様の信号レベルとなる。また、複数の光電変換部について加算処理を行って読み出しを行う場合、ノイズレベルはＮとなるので、デシベル表記で表すと、ノイズレベルは３ｄＢ低くなる。

合焦状態に近い場合には、位相差検出によって正確な被写体距離を測定することは困難である。一方、コントラストＡＦにおいては、画像におけるコントラスト評価値が大きくなる方向にＡＦ制御を行うことができるので、合焦状態に近い場合には位相差検出よりも精度の高いＡＦ制御を行うことができる。よって、合焦状態に近い場合には、位相差検出で用いる画素数を減らして、Ｓ／Ｎ比を改善するため、撮像素子１０３において加算処理を行う画素数を増加させる。

合焦状態に遠い場合には、位相差検出によって被写体距離を測定することができる結果、高速で合焦付近までフォーカスレンズを移動させることができる。一方、コントラストＡＦにおいては所定の速度でフォーカスレンズの移動が行われるので、合焦状態となるまでの時間が位相差検出に比べて長くなる。よって、合焦状態に遠い場合には、位相差検出で用いる画素数を増加させて、位相差検出による検出精度を高めるようにする。

上述のようにして、撮像素子１０３において加算処理を行うと、位相差検出に用いる画素密度が低下する。この結果、位相差検出に用いる画素は恰も間引かれた状態で参照されることになり、モアレおよび参照画素の不足などに起因して加算処理を行う前に比べてその検出精度が低下してしまう。

このため、合焦状態に近い場合には、位相差検出で求められる精度よりもＳ／Ｎ比の改善を優先して、加算処理を行う画素数を増加させる。そして、合焦状態に遠くなるに伴って、位相差検出で求められる検出精度が高くなるので、徐々に加算処理を行う画素数を低減する制御を行う。

なお、図９に示す非加算領域は一例であり、コントラスト評価値が大きくなるにつれて加算処理を行う画素数を増加させるようにすればよい。

指示情報生成部１０９は、非加算領域を示す領域情報に応じて、撮像素子１０３における画素の加算又は非加算を示す指示情報を、撮像素子１０３および信号演算部１０４に出力する。

このように、撮像素子１０３から得られた画像信号に応じて位相差検出に用いる画素領域を決定して、当該画素領域に応じて撮像素子１０３の読み出し制御を行うようにしたので、撮像素子１０３から位相差検出用の画素領域のみを瞳分割で読み出すことができる。つまり、コントラスト評価値に応じて位相差検出に用いる画素領域を示す指示情報に応じて、撮像素子１０３を読み出し制御する。これによって、画素部２０３を構成する光電変換部２０１および２０２の画像信号を個別に読み出すことができる。さらに、位相差検出に用いられない画素領域に位置する画素部２０３を構成する光電変換部２０１および２０２の画像信号を加算した状態で出力することができる。

このようにして、本発明の実施の形態では、撮像素子１０３における加算処理をＡＦ制御の状態に応じて制御するようにしたので、ＡＦ制御に影響を与えることなく、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。

上述の説明から明らかなように、図１に示す例においては、ＡＦ制御部１０７、測距領域決定部１１０、および指示情報生成部１０９が第１の制御手段として機能する。また、信号演算部１０４は加算手段として機能し、位相差測距部１０５は測距手段として機能する。さらに、コントラスト算出部１０６は算出手段として機能し、ＡＦ制御部１０７および光学系駆動部１０２は第２の制御手段として機能する。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

また、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも第１の制御ステップ、加算ステップ、測距ステップ、算出ステップ、および第２の制御ステップを有している。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０１ 光学系
１０２ 光学系駆動部
１０３ 撮像素子
１０４ 信号演算部
１０５ 位相差測距部
１０６ コントラスト算出部
１０７ ＡＦ制御部
１０８ カメラ信号処理部
１０９ 指示情報生成部
１１０ 測距領域決定部

Claims (8)

1. 撮像光学系を介して光学像が結像し、当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、
   前記撮像素子は２次元マトリックス状に複数の画素が配列され、前記画素の各々は前記撮像光学系の射出瞳を分割した複数の領域を通過する光束を受光して光電変換を行う複数の光電変換部を備えており、
   前記画素の各々について、前記画素に備えられた複数の光電変換部の出力を加算して読み出す第１の読み出しモードと前記複数の光電変換部の出力を個別に読み出す第２の読み出しモードとのいずれかを選択して読み出し制御を行う第１の制御手段と、
   前記第２の読み出しモードで読み出し制御が行われた画素について、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号を加算して画像信号とする加算手段と、
   前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号に応じて位相差検出によって被写体までの距離を被写体距離として求める測距手段と、
   前記画像信号に応じてコントラストを示すコントラスト評価値を算出する算出手段と、
   前記被写体距離および前記コントラスト評価値を選択的に用いて前記撮像光学系の合焦制御を行う第２の制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の制御手段は、前記コントラスト評価値に応じて前記第１の読み出しモードで読み出し制御する画素の数を変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１の制御手段は、前記コントラスト評価値が大きくなるにつれて、前記第１の読み出しモードで読み出し制御を行う画素の数を増加させることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記加算手段は、前記第１の読み出しモードで読み出し制御された画素について、当該画素の出力を前記画像信号として出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記第２の制御手段は前記被写体距離に応じて目標とする前記撮像光学系のフォーカス位置を目標フォーカス位置として求め、前記目標フォーカス位置と現在のフォーカス位置との差分の絶対値が所定の閾値を超えていると、前記被写体距離に応じた目標フォーカス位置に応じて前記撮像光学系を駆動制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記差分の絶対値が前記閾値以下であると、前記第２の制御手段は、前記コントラスト評価値に応じて前記撮像光学系を駆動制御することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 撮像光学系を介して光学像が結像し、当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備え、前記撮像素子は２次元マトリックス状に複数の画素が配列され、前記画素の各々は前記撮像光学系の射出瞳を分割した複数の領域を通過する光束を受光して光電変換を行う複数の光電変換部を備える撮像装置の制御方法であって、
   前記画素の各々について、前記画素に備えられた複数の光電変換部の出力を加算して読み出す第１の読み出しモードと前記複数の光電変換部の出力を個別に読み出す第２の読み出しモードとのいずれかを選択して読み出し制御を行う第１の制御ステップと、
   前記第２の読み出しモードで読み出し制御が行われた画素について、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号を加算して画像信号とする加算ステップと、
   前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号に応じて位相差検出によって被写体までの距離を被写体距離として求める測距ステップと、
   前記画像信号に応じてコントラストを示すコントラスト評価値を算出する算出ステップと、
   前記被写体距離および前記コントラスト評価値を選択的に用いて前記撮像光学系の合焦制御を行う第２の制御ステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。
8. 撮像光学系を介して光学像が結像し、当該光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備え、前記撮像素子は２次元マトリックス状に複数の画素が配列され、前記画素の各々は前記撮像光学系の射出瞳を分割した複数の領域を通過する光束を受光して光電変換を行う複数の光電変換部を備える撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
   前記撮像装置が備えるコンピュータに、
   前記画素の各々について、前記画素に備えられた複数の光電変換部の出力を加算して読み出す第１の読み出しモードと前記複数の光電変換部の出力を個別に読み出す第２の読み出しモードとのいずれかを選択して読み出し制御を行う第１の制御ステップと、
   前記第２の読み出しモードで読み出し制御が行われた画素について、前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号を加算して画像信号とする加算ステップと、
   前記複数の光電変換部の出力に応じた像信号に応じて位相差検出によって被写体までの距離を被写体距離として求める測距ステップと、
   前記画像信号に応じてコントラストを示すコントラスト評価値を算出する算出ステップと、
   前記被写体距離および前記コントラスト評価値を選択的に用いて前記撮像光学系の合焦制御を行う第２の制御ステップと、
   を実行させることを特徴とする制御プログラム。