JP2019015886A

JP2019015886A - 撮像装置

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Publication number: JP2019015886A
Application number: JP2017133939A
Authority: JP
Inventors: 秀太郎國枝; Hidetaro Kunieda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-31
Also published as: US20190014267A1

Abstract

【課題】高精度かつ高速な撮像面ＡＦを可能とした撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】撮像素子において焦点検出信号を取得する複数の領域を設定する設定手段と、複数の領域ごとに読み出された焦点検出信号に基づいて撮像光学系の焦点検出演算を行う演算手段とを備え、設定手段は撮像素子において、焦点検出信号を取得するための第１の領域と第１の領域と異なる第２の領域を設定し、演算手段は第１の領域から読み出された焦点検出信号に基づいて第１のピント位置を演算し、かつ、第１のピント位置に基づいて撮像光学系のフォーカスレンズを駆動する間に第２の領域から読み出された焦点検出信号に基づいて第２のピント位置を演算することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、焦点検出用画素を撮像素子内に備える撮像装置に関するものである。

レンズのピント位置を自動で検出するオートフォーカスの方式として撮像素子において焦点検出用画素を設け、その出力である焦点検出信号をオートフォーカスに用いる撮像面ＡＦが知られている。この方式はピント状態を１フレーム分の焦点検出信号から求めることができるので、ピント位置を検出するまでの時間が短いという特徴がある。

例えば、特許文献１では、連続撮像中に焦点検出用画素からピント位置を求め、撮像信号の読み出し中にレンズ駆動を行うことで、連続撮像速度を向上させている。

特開２０１６−７２６９５号公報

特許文献１では、焦点検出用画素からの信号を読み出した後に、焦点検出用画素の信号とその周辺画素の信号とを撮像用画素の信号より先に読み出す。そして、読み出していない残りの画素の信号を後から読み出す読み出しモードを備えることにより、連続撮像速度の高速化を実現している。

しかしながら、動いている被写体等に対する場合にはピント位置の検出精度を維持したまま撮像面ＡＦを用いたオートフォーカスをさらに高速化することが求められる。

本発明は、高精度かつ高速な撮像面ＡＦを可能とした撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係わる撮像装置は、撮像光学系の焦点検出を行うための焦点検出信号及び表示用の画像データを生成するための撮像信号を取得可能な撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子において前記焦点検出信号を取得する複数の領域を設定する設定手段と、前記複数の領域ごとに読み出された焦点検出信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出演算を行う演算手段とを備え、前記設定手段は前記撮像素子において、焦点検出信号を取得するための第１の領域と前記第１の領域と異なる第２の領域を設定し、前記演算手段は前記第１の領域から読み出された焦点検出信号に基づいて第１のピント位置を演算し、かつ、前記第１のピント位置に基づいて前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動する間に前記第２の領域から読み出された焦点検出信号に基づいて第２のピント位置を演算することを特徴とする。

本発明によれば、高精度かつ高速な撮像面ＡＦを可能とした撮像装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置システム全体を示す外観図である。撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像素子の画素配列の概略図である。画素の概略平面図と概略断面図である。連写シーケンスを示すフローチャートである。画像読み出し領域を示した図である。画像読み出し順のタイミングチャートである。撮像面ＡＦの演算に関して示した図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。その際、全ての図において同一の機能を有するものは同一の数字を付けし、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の撮像装置の一実施形態としてのデジタルカメラ１００の外観図である。図１において、表示部２８は画像や各種情報を表示する表示部である。シャッターボタン６１は撮像指示を行うための操作部である。モード切替スイッチ６０は各種モードを切り替えるための操作部であり、一例として静止画撮像モードと動画撮像モード等を切り替えるモードダイヤルである。コネクタ１１２は接続ケーブル１１１とデジタルカメラ１００とのコネクタである。操作部７０はユーザーからの各種操作を受け付ける各種スイッチ、ボタン、タッチパネル等の操作部材より構成される操作部である。また、コントローラーホイール７３は操作部７０に含まれる回転操作可能な操作部材である。７２は電源スイッチであり、電源オン、電源オフを切り替える。記録媒体２００はメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。記録媒体スロット２０１は記録媒体２００を格納するためのスロットである。記録媒体スロット２０１に格納された記録媒体２００は、デジタルカメラ１００との通信が可能となる。蓋２０２は記録媒体スロット２０１の蓋である。なお、操作部７０において、表示部２８上にタッチパネルを設けるようにしてもよいし、外部の装置からの信号を受信して操作可能としてもよい。

図２は、本実施形態のデジタルカメラ１００の構成を示すブロック図である。図２において、被写体像を結像させる撮像光学系に相当する撮像レンズ１０３はズームレンズ、フォーカスレンズを含むレンズ群である。なお、撮像レンズ１０３はデジタルカメラ１００の本体より取り外し交換可能な構成としてもよい。シャッター１０１は絞り機能を備えるシャッターである。撮像部２２は光学像を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ素子等で構成される撮像素子を含む。また撮像部２２は光学像に基づく電気信号を撮像信号としてデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換処理機能を備えている。ＡＦ評価値検出部２３では撮像信号から得られるコントラスト情報や焦点検出用画素の焦点検出信号などからＡＦ評価値を算出し、得られたＡＦ評価値を撮像部２２からシステム制御部５０に出力する。バリア１０２は、デジタルカメラ１００の、撮像レンズ１０３を含む撮像系を覆うことにより、撮像レンズ１０３、シャッター１０１、撮像部２２を含む撮像系の汚れや破損を防止する。

画像処理部２４は、撮像部２２から又はメモリ制御部１５から出力される各種信号に対し所定の画素補間、縮小といったリサイズ処理や色変換処理を行う。また、画像処理部２４では、各種信号を用いて所定の演算処理が行われ、得られた演算結果に基づいてシステム制御部５０が露光制御、焦点検出制御を行う。これにより、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＥ（自動露出）処理、ＥＦ（フラッシュ自動調光発光）処理が行われる。また画像処理部２４ではＡＦ（オートフォーカス）処理が行われるが、このとき撮像部２２に備えるＡＦ評価値検出部２３の出力が用いられることもある。画像処理部２４では更に、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理も行っている。

撮像部２２から出力される各種信号はデータとして、画像処理部２４及びメモリ制御部１５を介して、或いは、メモリ制御部１５を介してメモリ３２に直接書き込まれる。メモリ３２は、撮像部２２によって取得およびＡ／Ｄ変換された各種信号や、表示部２８に表示するためのデータを格納する。メモリ３２は、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像および音声を格納するのに十分な記憶容量を備えている。

また、メモリ３２は画像表示用のメモリ（ビデオメモリ）を兼ねている。Ｄ／Ａ変換器１３は、メモリ３２に格納されている画像表示用のデータをアナログ信号に変換して表示部２８に供給する。こうして、メモリ３２に書き込まれた表示用の画像データはＤ／Ａ変換器１３を介して表示部２８により表示される。表示部２８は、ＬＣＤ等の表示器上に、Ｄ／Ａ変換器１３からのアナログ信号に応じた表示を行う。撮像部２２で一度Ａ／Ｄ変換されメモリ３２に蓄積されたデジタル信号をＤ／Ａ変換器１３においてアナログ変換し、表示部２８に逐次転送して表示することで、電子ビューファインダとして機能し、スルー画像表示を行われる。

不揮発性メモリ５６は、電気的に消去・記録可能なメモリであり、例えばフラッシュメモリ等が用いられる。不揮発性メモリ５６には、システム制御部５０の動作用の定数、プログラム等が記憶される。ここでいう、プログラムとは、本実施形態にて後述する各種フローチャートを実行するためのプログラムのことである。

システム制御部５０は、各種演算と撮像装置１００全体を制御するＣＰＵを含む。当該ＣＰＵは、撮像装置１００全体を制御するために各構成要素を統括的に制御する。それと共に各種設定パラメータ等の設定を各構成要素に対して行う。前述した不揮発性メモリ５６に記録されたプログラムを実行することで、後述する本実施形態の各処理を実現する。５２はシステムメモリであり、ＲＡＭが用いられる。システムメモリ５２には、システム制御部５０の動作用の定数、変数、不揮発性メモリ５６から読み出したプログラム等を展開する。また、システム制御部５０はシステムメモリ３２、Ｄ／Ａ変換器１３、表示部２８等を制御することにより表示制御も行う。システムタイマー５３は各種制御に用いる時間や、内蔵された時計の時間を計測する計時部である。

なお、制御部５０はコネクタ１１２を介する外部Ｉ／Ｆ部も含む。外部Ｉ／Ｆ部は、撮像した撮像画像等を外部に出力する。出力先としては外部の制御装置、レコーダー、外部解析装置（画像認識装置等）等が含まれる。なお、他の撮像装置等の外部装置より各種データや画像信号等を入力することが可能である。あるいは、外部Ｉ／Ｆ部を介してコンピュータ又はインターネット経由することで、撮像装置１００は外部のコンピュータと接続し、コンピュータ又は直接とインターネットを介して必要な情報を取得することができる。なお、外部Ｉ／Ｆ部は、コネクタ１１２を介する有線による接続に限られず、無線ＬＡＮ等の所定の規格の無線接続であってもよい。

モード切替スイッチ６０、第１シャッタースイッチ６２、第２シャッタースイッチ６４、操作部７０はシステム制御部５０に各種の動作指示を入力するための操作手段である。モード切替スイッチ６０は、システム制御部５０の動作モードを静止画撮像モード、動画撮像モード、再生モード等のいずれかのモードに切り替える。静止画撮像モードに含まれるモードとして、オート撮像モード、オートシーン判別モード、マニュアルモード、撮像シーン別の撮像設定となる各種シーンモード、プログラムＡＥモード、カスタムモード等がある。モード切り替えスイッチ６０で、静止画撮像モードに含まれるこれらのモードのいずれかに直接切り替えられる。あるいは、モード切り替えスイッチ６０で静止画撮像モードに一旦切り換えた後に、静止画撮像モードに含まれるこれらのモードのいずれかに、他の操作部材を用いて切り替えるようにしてもよい。同様に、動画撮像モードにも複数のモードが含まれていてもよい。また、静止画撮像モードには、連写モードが含まれる。連写モードが選択された場合に第２シャッタースイッチ６４の操作が継続されている間に連続して静止画を取得する動作を行う。なお、本実施形態のデジタルカメラ１００は１秒間に１０枚以上の静止画を取得可能であり、後述する焦点検出信号の取得によって連続撮像中も焦点検出が可能である。

第１シャッタースイッチ６２は、デジタルカメラ１００に設けられたシャッターボタン６１の操作途中、いわゆる半押し（撮像準備指示）でＯＮとなり第１シャッタースイッチ信号ＳＷ１を発生する。第１シャッタースイッチ信号ＳＷ１により、ＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理、ＥＦ（フラッシュ自動調光発光）処理等の動作を開始する。

第２シャッタースイッチ６４は、シャッターボタン６１の操作完了、いわゆる全押し（撮像指示）でＯＮとなり、第２シャッタースイッチ信号ＳＷ２を発生する。システム制御部５０は、第２シャッタースイッチ信号ＳＷ２により、撮像部２２からの信号読み出しから記録媒体２００に画像データを書き込むまでの一連の撮像処理の動作を開始する。

操作部７０の各操作部材は、表示部２８に表示される種々の機能アイコンを選択操作するなどにより、場面ごとに適宜機能が割り当てられ、各種機能ボタンとして作用する。機能ボタンとしては、例えば終了ボタン、戻るボタン、画像送りボタン、ジャンプボタン、絞込みボタン、属性変更ボタン等がある。例えば、メニューボタンが押されると各種の設定可能なメニュー画面が表示部２８に表示される。利用者は、表示部２８に表示されたメニュー画面と、上下左右の４方向ボタンやＳＥＴボタンとを用いて直感的に各種設定を行うことができる。

ＡＦ補助光７１は低輝度時に発光させて、被写体を照明する。コントローラホイール７３は、操作部７０に含まれる回転操作可能な操作部材であり、方向ボタンと共に選択項目を指示する際などに使用される。コントローラホイール７３を回転操作すると、操作量に応じて電気的なパルス信号が発生し、このパルス信号に基づいてシステム制御部５０はデジタルカメラ１００の各部を制御する。このパルス信号によって、コントローラホイール７３が回転操作された角度や、何回転したかなどを判定することができる。なお、コントローラホイール７３は回転操作が検出できる操作部材であればどのようなものでもよい。例えば、ユーザの回転操作に応じてコントローラホイール７３自体が回転してパルス信号を発生するダイヤル操作部材であってもよい。また、タッチセンサにより構成される操作部材で、コントローラホイール７３自体は回転せず、コントローラホイール７３上でのユーザの指の回転動作などを検出するものであってもよい（いわゆる、タッチホイール）。

電源制御部８０は、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成され、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。また、電源制御部８０は、その検出結果及びシステム制御部５０の指示に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体２００を含む各部へ供給する。

電源部４０は、アルカリ電池等の一次電池やＬｉイオン電池等の二次電池、ＡＣアダプター等からなる。記録媒体Ｉ／Ｆ１８は、メモリカード等の記録媒体２００とのインターフェースである。記録媒体２００は、撮像された画像を記録するためのメモリカード等の記録媒体であり、半導体メモリ等から構成される。

図３は、本実施形態の撮像部２２に含まれる撮像素子の１実施形態である２次元ＣＭＯＳセンサーの画素配列を４列×４行の範囲で、焦点検出画素配列を８列×４行の範囲で示したものである。

本実施形態において、図３に示した２列×２行の画素群３００は、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素３００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素３００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素３００Ｂが右下に配置されている。さらに、各画素は２列×１行に配列された第１焦点検出画素３０１と第２焦点検出画素３０２により構成されている。図３に示した４列×４行の画素（８列×４行の焦点検出画素）を面上に多数配置し、撮像画像（焦点検出信号）の取得を可能としている。本実施形態では、画素の周期Ｐが４μｍ、画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、焦点検出画素の列方向周期ＰＡＦが２μｍ、焦点検出画素数ＮＡＦが横１１１５０列×縦３７２５行＝約４１５０万画素の撮像素子として説明を行う。

図３に示した撮像素子の１つの画素３００Ｇを、撮像素子の受光面側（＋ｚ側）から見た平面図を図４（ａ）に示し、図４（ａ）のａ−ａ断面を−ｙ側から見た断面図を図４（ｂ）に示す。

図４に示すように、本実施形態の画素３００Ｇでは、各画素の受光側に入射光を集光するためのマイクロレンズ４０５が形成され、ｘ方向にＮＨ分割（２分割）、ｙ方向にＮＶ分割（１分割）された光電変換部４０１と光電変換部４０２が形成される。光電変換部４０１と光電変換部４０２が、それぞれ、第１焦点検出画素３０１と第２焦点検出画素３０２に対応する。なお、１つの画素内に形成される光電変換部の数は２つ以上であってもよい。

電変換部４０１と光電変換部４０２は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードとしても良いし、必要に応じて、イントリンシック層を省略し、ｐｎ接合フォトダイオードとしても良い。

各画素には、マイクロレンズ４０５と、光電変換部４０１および光電変換部４０２との間に、カラーフィルター４０６が形成される。また、必要に応じて、各副画素毎にカラーフィルターの分光透過率を変えても良いし、カラーフィルターを省略しても良い。

図４に示した画素３００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ４０５により集光され、カラーフィルター４０６で分光されたのち、光電変換部４０１と光電変換部４０２で受光される。光電変換部４０１と光電変換部４０２では、受光量に応じて電子とホールが対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層（不図示）に蓄積され、一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて撮像素子外部へ排出される。光電変換部４０１と光電変換部４０２のｎ型層（不図示）に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換される。

本実施形態の撮像素子は、第１焦点検出画素３０１と、第２焦点検出画素３０２とを有する撮像画素が複数配列されている。第１焦点検出画素３０１は、撮影光学系の第１瞳部分領域を通過する光束を受光する。また、第２焦点検出画素３０２は、第１瞳部分領域と異なる撮影光学系の第２瞳部分領域を通過する光束を受光する。また、撮像画素は、撮影光学系の第１瞳部分領域と第２瞳部分領域を合わせた瞳領域を通過する光束を受光する。本実施形態の撮像素子では、それぞれの撮像画素が第１焦点検出画素３０１と第２焦点検出画素３０２から構成されている。また、必要に応じて、撮像画素と第１焦点検出画素３０１、第２焦点検出画素３０２を個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、第１焦点検出画素と第２焦点検出画素を部分的に配置する構成としても良い。

なお、本実施形態では、撮像素子の各画素の第１焦点検出画素３０１の受光信号を集めて第１焦点検出信号を生成し、各画素の第２焦点検出画素３０２の受光信号を集めて第２焦点検出信号を生成して焦点検出を行う。また、撮像素子の各画素毎に、第１焦点検出画素３０１と第２焦点検出画素３０２の信号を加算することで、有効画素数Ｎの解像度の撮像信号を生成する。

図５は、本実施形態における連写シーケンスを示すフローチャートである。なお、本フローチャートの処理はシステム制御部５０が各構成要素を制御して行う。

まず、ステップＳ１０１にて、システム制御部５０は、連写モードにおいて第２シャッタースイッチ６４の押下を検出する。第２シャッタースイッチ６４が押下されたことが検出された場合、連続撮像のフローを開始し、各画素において露光が開始される。

ステップＳ１０２にて、システム制御部５０は、撮像部２２から第１の焦点検出演算のための画素（第１の焦点検出画素領域）の読み出しを行う。そして、処理をステップＳ１０３に進める。ここで、第１の焦点検出演算のための画素とは、撮像部２２に含まれる撮像素子に２次元に配列された画素の一部に相当する画素であって、撮像素子全面に対して離散的な領域に含まれる画素に相当する。なお、第１の焦点検出演算のための画素の詳細に関して図６を用いて後述する。

ステップＳ１０３にて、システム制御部５０は、ステップＳ１０２で読み出した画素からの焦点検出信号を用いて第１の焦点検出演算を行う。ここで、第１の焦点検出演算は第１の焦点検出演算のための画素から読み出された信号に相当する第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の位相差に基づいて実行される。なお、本実施形態において第１の焦点検出演算のための画素数は、撮像素子の全画素数に対して２０％よりも少ない数である。そのため、高速に読み出せる反面、静止画を撮像するための十分な焦点検出精度を得ることができない場合もある。そのため第１の焦点検出演算はレンズ駆動の方向及びレンズ駆動の暫定目標位置（第１のピント位置）を決定するために行う。そして、レンズ駆動の方向及び第１のピント位置を決定した後にステップＳ１０３に処理を進める。

ステップＳ１０４にて、システム制御部５０は、ステップＳ１０３にて決定したレンズ駆動の方向及び第１のピント位置を用いて撮像レンズ１０３に含まれるフォーカスレンズを駆動を開始させる。そして、処理をステップＳ１０５に進める。

ステップＳ１０５にて、システム制御部５０は、撮像部２２から第２の焦点検出演算のための画素（第２の焦点検出画素領域）の読み出しを行う。そして、処理をステップＳ１０６に進める。ここで、第２の焦点検出演算のための画素とは、撮像部２２に含まれる撮像素子に２次元に配列された画素の一部に相当する画素であって、第１の焦点検出演算のための画素と異なり、撮像素子全面に対して離散的な領域に含まれる画素に相当する。なお、第２の焦点検出演算のための画素の詳細に関しても図６を用いて後述する。なお、ステップＳ１０５の処理は、ステップＳ１０３の第１の焦点検出演算またはＳ１０４の撮像レンズ１０３を駆動と並行して行ってもよい。

ステップＳ１０６にて、システム制御部５０は、ステップＳ１０５で読み出した画素からの焦点検出信号を用いて第２の焦点検出演算を行う。ここで、第２の焦点検出演算は第２の焦点検出演算のための画素から読み出された信号に相当する第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の位相差に基づいて実行される。なお、本実施形態において第２の焦点検出演算のための画素数は、焦点検出精度を向上するために第１の焦点検出演算のための画素数よりも多い。そのため、静止画を撮像するための十分な焦点検出精度を得ることができる。そのため第２の焦点検出演算は、次に撮像するために用いる高精度のレンズ駆動の目標位置（第２のピント位置）を決定することが可能となる。なお、第２の焦点検出演算のための画素数は、読み出し速度を重視する場合は必ずしも第１の焦点検出演算のための画素数よりも多くする必要はない。第２の焦点検出演算のための画素数が第２のピント位置を決定するために十分でない場合には、第１の焦点検出演算の結果も含めてもよい。具体的には位相差を求めるための相関演算の結果を、第１の焦点検出演算と第２の焦点検出演算とで加算してピント位置を決定することで演算精度を高めることができる。

ステップＳ１０７にて、システム制御部５０は、ステップＳ１０６にて決定した第２のピント位置を用いて撮像レンズ１０３に含まれるフォーカスレンズを駆動させる。そして、処理をステップＳ１０８に進める。

ステップＳ１０８にて、システム制御部５０は、第１の焦点検出演算のための画素及び第２の焦点検出演算のための画素の領域以外の、残りの読み出していない画素から撮像信号を読み出して、所定の処理を行った後に画像データとして記録媒体２００へ記録する。そして、ステップＳ１０９に処理を進める。

ステップＳ１０９にて、システム制御部５０は、第２シャッタースイッチ６４が押下され続けている間、ステップＳ１０２乃至ステップＳ１０８までの処理を繰り返す。

図５に示すフローチャートの処理において、第１の焦点検出演算用として少ない画素からの信号を高速に先行して読み出し、暫定的にフォーカスレンズの駆動を開始するこが可能となる。そして、続いて読み出す焦点検出信号を用いて第２の焦点検出演算を行うことで高精度の焦点検出演算が可能となるため、撮像面ＡＦにおける高速性と高精度を両立することが可能となる。

図６は、本実施形態における画像読み出し領域を示した図である。Ａで示しているのが、画像読み出し領域全体である。領域全体の各画素の信号を読み出すことによって１枚の画像を生成される。画像読み出し領域においては、画素から焦点検出信号は出力されず、撮像信号のみが出力される。一方それに対して、第１の焦点検出画素領域であるＢは、画像読み出し領域に対して垂直方向に離散的に配置され、撮像信号及び焦点検出信号の両方が読み出される。また、第２の焦点検出画素領域であるＣも同様に、画像読み出し領域に対して垂直方向に離散的に配置され撮像信号及び焦点検出信号の両方が読み出される。そして、第１の焦点検出画素領域及び第２の焦点検出画素領域で共通する点は、垂直方向に離散的に配置されている点である。これは本実施形態の読み出し方向が垂直方向に走査するため、読み出し方向に離散的に配置することによって、効率よく読み出すことが可能となる。また、それぞれの離散的な領域においては複数行を含む構成としてもよい。第１の焦点検出画素領域及び第２の焦点検出画素領域で相違する点は、読み出す画素数である。より具体的には、本実施形態において第１の焦点検出画素領域に含まれる画素数は、第２の焦点検出画素領域に含まれる画素数よりも少ない。これは、第１の焦点検出画素領域から取得する焦点検出信号は、暫定的なピント位置である第１のピント位置を決定することを目的としていることから、少ない画素数で十分であるためである。特に、被写体が明るい場合など低感度のときは焦点検出信号のＳ／Ｎが良いため、第１の焦点検出画素領域は少なくすることで、撮像素子からの読み出し時間及び第１の焦点検出演算の演算量を少なくすることができる。そのため、撮像レンズ１０３の初動を早くすることができる。なお、被写体が暗い場合など高感度のときは画像信号のＳ／Ｎが悪いため、第１の焦点検出画素領域をより多くして、ＡＦの精度を優先することも可能である。第１の焦点検出画素領域をより多くする場合には、その増加分に対して第２の焦点検出画素領域を少なくするようにしてもよい。なお、感度以外にも温度に応じてＳ／Ｎが変化する場合に、これに対応して第１の焦点検出画素領域をより多くするようにしてもよい。なお、各領域の設定は制御部５０が行う。

なお、図６に示すように、第１の焦点検出画素領域及び第２の焦点検出画素領域を必ずしも等間隔に配置する必要はない。例えば、画像周辺部はＳ／Ｎが悪いため、第１の焦点検出画素領域を密に（行を多く）配置するようにしてもよい。また、ユーザー等が指定した領域において第１の焦点検出画素領域を密に配置してもよい。

図７は、本実施形態における画像読み出し順のタイミングチャートを示した図である。図７（ａ）では、連写モードではない通常の撮像タイミングに相当する焦点検出画素の読み出し順である。撮像部２２の露光動作が完了したら、シャッター１０１を遮蔽して、読み出し動作を開始する。まず、焦点検出画素領域を先読みし、読み出し後から焦点検出演算を開始する。一方で、図７（ｂ）では、図５のフローチャートで示したように、第１の焦点検出画素領域を先読みし、第１の焦点検出演算を開始する。そして平行して、第２の焦点検出画素領域を読み出し、その後に残りの画素を読み出す。第１の焦点検出画素領域を読み出したところから、第１の焦点検出演算を開始する。図７（ａ）と図７（ｂ）の対比からわかるように、第１の焦点検出演算が完了したら撮像レンズ１０３を駆動させることで、従来の読み出し方式より次の撮像までの時間を短縮することが可能となる。また、撮像レンズ１０３を駆動中に、第２の焦点検出演算を行い、より精度の高いＡＦ制御をすることが可能となる。なお、本実施形態においては、露光の開始は画像読み出し領域の全域で一括にリセットを行い、露光の終了時にはメカシャッタを閉じることによる遮光がされる。なお、画素ごとにメモリを持つグローバルシャッタ方式のシャッタ動作が可能な撮像素子においては、露光終了時に必ずしもメカシャッタを用いる必要はない。

なお、図７のタイミングチャートに示したように、画像読み出し領域において、画像データに撮像信号垂直方向に順不同に読み出されることとなる。そのため、最終的に画像データを生成するためには画像信号を並び替える必要がある。これはメモリ制御部１５を制御し、メモリ３２上に保存する順番を制御することで、実現可能である。

図８は、本実施形態における撮像面ＡＦの演算に関して示した図である。図８は、撮像部（撮像素子）２２で光電変換され、画像処理回路２４で各種補正を行った後、ＡＦ評価値検出部（撮像面位相差焦点検出部）２３へ送られる対の焦点検出信号を示す。図６において、横軸は連結された信号の画素並び方向を示し、縦軸は信号の強度である。焦点検出信号４３０ａと焦点検出信号４３０ｂは、焦点検出画素ＳＨＡと焦点検出画素ＳＨＢで夫々形成される信号である。そして、撮像レンズ１０３が撮像部２２に対してデフォーカスした状態であるため、焦点検出信号４３０ａは左側に、焦点検出信号４３０ｂは右側にずれた状態となっている。この焦点検出信号４３０ａ，４３０ｂのずれ量をＡＦ評価値検出部２３では周知の相関演算などによって算出することにより、撮像レンズ１０３がどれだけデフォーカスしているかを知ることができる。システム制御部５０は、撮像レンズ１０３のレンズ位置情報とＡＦ評価値検出部２３から得られるデフォーカス量から、フォーカスレンズ駆動量を算出する。その後、システム制御部５０は、フォーカスレンズ位置情報に基づいて、撮像レンズ１０３を駆動するべき位置情報を送信する。それにより、撮像レンズ１０３による焦点合わせを行うことが可能となる。

また、前記相関演算は、ＡＦ精度を上げるためには１画素単位で相関を見る方法があるが、撮像レンズ１０３の初動を更に早くするために、第１の焦点検出演算の相関演算を２画素以上の間隔で相関をとることも可能である。ＡＦの合焦精度を下げないために第２の相関演算は１画素単位で行うことも可能である。

また、焦点検出信号４３０ａと焦点検出信号４３０ｂを用いて第１の焦点検出演算で得られた結果、それぞれの焦点検出信号４３０ａと焦点検出信号４３０ｂと相関が高い場合は相関スキャンのピークが取りづらいため、デフォーカス量の算出に適さない。そのため、焦点検出信号４３０ａと焦点検出信号４３０ｂの相関が低いライン付近で第２の焦点検出演算を行いように演算範囲を変更してもよく、撮像レンズ１０３の初動を早くしつつ、合焦精度を上げることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、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。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。

２２撮像部
１００デジタルカメラ
１０１シャッター
１０３撮像レンズ
２３ＡＦ評価値検出部
２４画像処理部

Claims

撮像光学系の焦点検出を行うための焦点検出信号及び表示用の画像データを生成するための撮像信号を取得可能な撮像素子を備える撮像装置であって、
前記撮像素子において前記焦点検出信号を取得する複数の領域を設定する設定手段と、
前記複数の領域ごとに読み出された焦点検出信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出演算を行う演算手段とを備え、
前記設定手段は前記撮像素子において、焦点検出信号を取得するための第１の領域と前記第１の領域と異なる第２の領域を設定し、
前記演算手段は前記第１の領域から読み出された焦点検出信号に基づいて第１のピント位置を演算し、かつ、前記第１のピント位置に基づいて前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動する間に前記第２の領域から読み出された焦点検出信号に基づいて第２のピント位置を演算することを特徴とする撮像装置。
前記第１の領域及び前記第２の領域は前記撮像素子において離散的に配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像素子から行ごとに信号を読み出す読み出し手段をさらに備え、
前記読み出し手段は前記第１の領域から焦点検出信号を読み出したのちに前記第２の領域から焦点検出信号を読み出すことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
前記読み出し手段は、前記第１の領域及び前記第２の領域からは焦点検出信号及び撮像信号を読み出し、前記第１の領域または前記第２の領域以外の領域からは撮像信号のみを読み出すことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記第１の領域に含まれる画素数は前記第２の領域に含まれる画素数よりも少ない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。
前記設定手段は、感度及び温度の少なくともいずれかに基づいて、前記第１の領域に含まれる画素数を変化させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記演算手段における前記第２の領域に基づく演算量は前記第１の領域に基づく演算量よりも多い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。
前記演算手段は前記第１の領域に基づく演算結果に基づいて前記第２の領域に基づく演算範囲を変更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。
撮像光学系の焦点検出を行うための焦点検出信号及び表示用の画像データを生成するための撮像信号を取得可能な撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、
前記撮像素子において前記焦点検出信号を取得する複数の領域を設定する設定ステップと、
前記複数の領域ごとに読み出された焦点検出信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出演算を行う演算ステップとを含み、
前記設定ステップにおいて焦点検出信号を取得するための第１の領域と前記第１の領域と異なる第２の領域を設定し、
前記演算ステップにおいての領域から読み出された焦点検出信号に基づいて第１のピント位置を演算するステップと、前記第１のピント位置に基づいて前記撮像光学系のフォーカスレンズを駆動する間に前記第２の領域から読み出された焦点検出信号に基づいて第２のピント位置を演算するステップとを含むことを特徴とする撮像装置の制御方法。