JP2020106668A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画素のラインごとに露光および読み出しが可能な２次元撮像素子に設定された１対の焦点検出領域により、２次結像レンズによって形成した１対の被写体像に基づく焦点検出用信号を生成する撮像装置におけるＡＦ精度を改善すること。【解決手段】撮影レンズから入射した光束から複数の光学像を形成する２次結像レンズと、予め設定された複数の焦点検出領域に含まれる画素により、複数の光学像を光電変換する２次元撮像素子と、２次元撮像素子の動作を制御する制御手段と、を有する撮像装置である。２次元撮像素子は、画素のラインごとに露光および読み出しが可能であり、制御手段は、複数の焦点検出領域のうち、ラインと直交する方向における位置が異なる１対の焦点検出領域の画素から信号を読み出す場合、一方の焦点検出領域についての読み出しが完了する前に、他方の焦点検出領域の読み出しが開始されるように２次元撮像素子の動作を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は撮像装置およびその制御方法に関する。

デジタルカメラなどの撮像装置で用いられる自動焦点検出（ＡＦ）の方法として、位相差ＡＦが知られている。位相差ＡＦでは、撮影レンズの射出瞳の第１の部分領域を通過した光による光学像と第２の部分領域を通過した光による光学像との結像位置の位相差（ずれ量）から、撮影レンズのデフォーカス量および方向を検出する。

従来、位相差ＡＦを実現する構成として、撮影レンズからカメラ本体に入射した光を１対の２次結像レンズを用いて瞳分割して１対の光学像を形成し、１対のラインセンサからなるＡＦセンサに結像する構成が知られている。ラインセンサは、複数の画素が一方向に配列された撮像素子である。

特開２０１４−１３９６７９号公報

１対のラインセンサでは、１方向における結像位置のずれしか検出できない。そのため、画素が２次元配置された撮像素子をＡＦセンサとして用いる構成が考えられる。この場合、ローリングシャッタ（順次露光読み出し）方式の２次元センサを用いると、画素間の読み出し時間のずれによってＡＦ精度が低下することがある。

特許文献１には、２次結像レンズを用いず、撮影用の撮像素子に設けた位相差ＡＦ用の画素から１対の像信号を生成して位相差ＡＦを行う構成において、同様の問題を緩和する提案がなされている。ここで、１対の像信号をＡ像、Ｂ像とすると、特許文献１が提案する方法は、Ａ像を生成する画素群と、Ｂ像を生成する画素群との距離が小さい、位相差ＡＦ用の画素を用いる構成には有効と考えられる。しかしながら、２次結像レンズを用いて形成した複数の被写体像に基づく１対の像信号を形成する構成では、Ａ像を生成する画素群と、Ｂ像を生成する画素群との距離が大きい。そのため、特に読み出し方向に直交する方向におけるＡＦ精度については特許文献１が提案する方法では十分な改善が得られないと考えられる。また、移動被写体についてのＡＦ精度低下については、特許文献１が提案する方法では対処できない。

本発明の１目的は、画素のラインごとに露光および読み出しが可能な２次元撮像素子に設定された１対の焦点検出領域により、２次結像レンズによって形成した１対の被写体像に基づく焦点検出用信号を生成する撮像装置におけるＡＦ精度を改善することにある。

上述の目的は、撮影レンズから入射した光束から複数の光学像を形成する２次結像レンズと、予め設定された複数の焦点検出領域に含まれる画素により、複数の光学像を光電変換する２次元撮像素子と、２次元撮像素子の動作を制御する制御手段と、を有する撮像装置であって、２次元撮像素子は、画素のラインごとに露光および読み出しが可能であり、制御手段は、複数の焦点検出領域のうち、ラインと直交する方向における位置が異なる１対の焦点検出領域の画素から信号を読み出す場合、一方の焦点検出領域についての読み出しが完了する前に、他方の焦点検出領域の読み出しが開始されるように２次元撮像素子の動作を制御する、ことを特徴とする撮像装置によって達成される。

本発明によれば、画素のラインごとに露光および読み出しが可能な２次元撮像素子に設定された１対の焦点検出領域により、２次結像レンズによって形成した１対の被写体像に基づく焦点検出用信号を生成する撮像装置におけるＡＦ精度を改善することができる。

実施形態に係るカメラの機能構成例を示すブロック図 実施形態に係るカメラの２次結像光学系の構成例を示す図 実施形態における２次結像レンズおよびマットスクリーンに関する図 従来および実施形態に係るＡＦセンサ３００の読み出し制御の例を示す図 実施形態に係るＡＦセンサの回路構成例を示す図 実施形態に係るＡＦセンサの動作に関するタイミングチャート 実施形態に係るＡＦセンサの画素配置と焦点検出領域に関する図

以下、添付図面を参照して本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定しない。また、実施形態には複数の特徴が記載されているが、その全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

●（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置の一例としてのレンズ交換式一眼レフカメラ（以下、カメラ）１０００の機能構成例を示すブロック図である。カメラ１０００は、撮影レンズ（以下、レンズ）１００およびカメラ本体（以下、本体）２００を有している。レンズ１００の動作を制御するレンズ制御部１０６と、本体２００の動作を制御するカメラ制御部２１２は、マウントに設けられた接点を通じて電気的に接続されており、相互に通信可能である。

レンズ１００は、固定レンズ１０１、絞り１０２、フォーカスレンズ１０３、絞り駆動部１０４、フォーカスレンズ駆動部１０５、レンズ制御部１０６、レンズ操作部１０７を備えている。絞り制御部１０４は、絞り１０２の開口の大きさを調節する。フォーカスレンズ駆動部１０５はフォーカスレンズ１０３の位置を調節する。レンズ制御部１０６は、カメラ制御部２１２から受信した制御命令や制御情報にしたがって絞り駆動部１０４やフォーカスレンズ駆動部１０５を制御する。また、レンズ制御部１０６は、レンズ制御情報をカメラ制御部２１２に送信する。

本体２００はレンズ１００が形成する被写体光学像を画像データとして記録するための構成を有する。レンズ１００から入射した光は、中央部がハーフミラーに形成されたクイックリターンミラー２５２により、２方向に分割される。中央部を透過した光は、クイックリターンミラー２５２の裏側に配置されたサブミラー２５３で下方に反射される。サブミラー２５３で反射された光は、視野マスク２７１、フィールドレンズ２７２、および絞り２７３を経て２次結像レンズ２７４に入射し、２次結像レンズ２７４は複数のレンズによってＡＦセンサ３００上に複数の光学像を結像する。

ＡＦセンサ３００は光電変換部を備えた画素が２次元配置された撮像素子である。カメラ制御部２１２は、１対の光学像の結像位置に対応する画素から信号を読み出して、１対の像信号を生成する。そしてカメラ制御部２１２は、１対の像信号間の位相差（ずれ量）を検出し、ずれ量からレンズ１００のデフォーカス量および方向を求める。カメラ制御部２１２は、デフォーカス量および方向に基づく制御命令をレンズ制御部１０６に送信してフォーカスレンズ１０３を駆動することで、レンズ１００の焦点調節を実行する。

一方、クイックリターンミラー２５２で反射された光は、光学ファインダ内のマットスクリーン２５０に光学像を形成する。マットスクリーン２５０を透過した光をペンタプリズム２５１で接眼レンズ２５６に導くことにより、マットスクリーン２５０に結像した光学像を接眼レンズ２５６から観察することができる。

なお、撮影時にはクイックリターンミラー２５２が矢印で示す方向に回転することで光路外に移動する。これにより、レンズ１００から本体２００に入射した光が形成する光学像を、撮像素子２０１で撮影可能な状態になる。この状態でフォーカルプレーンシャッタ（以下、シャッタ）２５８を開き、光学フィルタ２５９を介して撮像素子２０１を所定時間露光する。撮像素子２０１は、光電変換素子を備えた画素が２次元配置されており、各画素で入射光量に応じた量の電荷を蓄積する。

光学フィルタ２５９は赤外線や紫外線除去フィルタや光学ローパスフィルタであってよい。また、シャッタ２５８は、先幕および後幕を有し、カメラ制御部２１２が動作を制御する。カメラ制御部２１２は、露光期間が終了するとシャッタ２５８を閉じて撮像素子２０１を遮光し、撮像素子２０１から画像信号の読み出しを開始する。

なお、動画撮影時にはシャッタ２５８を全開状態として、撮像素子２０１を常時露光し、撮像素子２０１の動作タイミングを制御することにより、読み出しと露光とを繰り返し実行する。

図５はＡＦセンサ３００の回路構成例を示す図である。ＡＦセンサ３００は複数の画素が２次元配列されたＣＭＯＳイメージセンサである。図５には、ＡＦセンサ３００が有する多数の画素のうち、２列×４行の８画素を示している。なお、通常、ＡＦセンサ３００が有する画素の数は撮像素子２０１が有する画素の数よりも少ない。画素３０−ｉｊのｉは列番号（ｉ＝１，２）、ｊは行番号（ｊ＝１〜４）をそれぞれ示している。

各画素は、光電変換部１と、フォトゲート２と、転送スイッチ３とを有している。また、周辺回路として、リセットスイッチ４と、フローティングディフージョン（ＦＤ）部２１と、増幅器５と、水平選択スイッチ６が、２つの画素ごとに設けられている。光電変換部１は、ＭＯＳトランジスタゲートと、ゲート下に設けられた空乏層とからなる光電変換素子である。また、転送スイッチ３、リセットスイッチ４、増幅器５、水平選択スイッチ６はそれぞれＭＯＳトランジスタで構成される。ＦＤ部２１は転送スイッチ３を通じて転送される電荷を電圧に変換する。

また、各垂直読み出し線には負荷トランジスタ７、暗出力転送トランジスタ８、明出力転送トランジスタ９、暗出力蓄積容量１０、明出力蓄積容量１１、差動出力アンプ１２が設けられている。各差動出力アンプ１２の出力は列ＡＤ回路１３に入力される。列ＡＤ回路１３の出力はデジタルフロントエンド（ＤＦＥ）回路１４に入力される。また、ＡＦセンサ３００は各画素に制御信号を供給する垂直走査回路１５を有する。

次に、図６のタイミングチャートを用いて、ＡＦセンサ３００の動作を説明する。まず、カメラ制御部２１２は制御パルスφＬをハイとして、垂直出力線をリセットする。また垂直走査回路１５は制御パルスφＲ０、φＰＧｏ０、φＰＧｅ０をハイとし、リセットスイッチ４をオンとしてＦＤ部２１をリセットすると共に、フォトゲート２の電荷をリセットする。

時刻ｔ０において、垂直走査回路１５は制御パルスφＳ０（行選択信号）をハイとし、第１、第２行目の選択スイッチ６をオンさせ、第１、第２行目の画素３０−１ｊ、３０−２ｊを選択する。
次に時刻ｔ１において、垂直走査回路１５は制御パルスφＲ０をローとし、ＦＤ部２１のリセットを止め、ＦＤ部２１をフローティング状態とし、増幅器５のゲート・ソース間をスルーとする。
その後、時刻ｔ２からｔ３の間、カメラ制御部２１２は制御パルスφＴＮをハイとし、ＦＤ部２１の暗電圧をソースフォロワ動作で暗出力蓄積容量１０に出力させる。

時刻ｔ４において垂直走査回路１５は、第１行目の画素３０−１ｊで蓄積した電荷を出力するため、第１行目の制御パルスφＴＸｏ０をハイとして転送スイッチ３をオンする。そして、時刻ｔ５からｔ６の間、垂直走査回路１５は制御パルスφＰＧｏ０をローにする。このとき、フォトゲート２の下に拡がっていたポテンシャル井戸を上げて、光電変換によって発生したキャリアをＦＤ部２１に完全に転送させることができれば、制御パルスφＴＸはパルス状でなく、ある固定電位でもよい。

時刻ｔ４からｔ７の間に、電荷が光電変換部１からＦＤ部２１に転送されることにより、ＦＤ部２１の電位は光電変換部１が受けた光量に応じた値となる。このとき、増幅器５はフローティング状態のため、カメラ制御部２１２は時刻ｔ８からｔ９の間に制御パルスφＴＳをハイとして、ＦＤ部２１の電位を明出力蓄積容量１１に出力する。この時点で第１行目の画素３０−１ｊの暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量１０，１１に蓄積される。

したがって、時刻ｔ９からｔ１１の間に差動増幅器１２によって、蓄積容量１０，１１の差を求めることで、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎ比のよい画素信号が得られる。そして、差動増幅器１２の出力を列ＡＤ回路１３によってデジタルデータ（画素データ）に変換し、得られた画素データをＤＦＥ回路１４に順次出力する。ＤＦＥ回路１４は、所定のタイミングで画素データをカメラ制御部２１２へ出力する。

時刻ｔ８からｔ９の間に明出力蓄積容量１１に明出力を出力した後、垂直走査回路１５は時刻ｔ１０からｔ１１の間に制御パルスφＲ０をハイとしてリセットスイッチ４をオンしてＦＤ部２１の電位を電源電圧（ＶＤＤ）にリセットする。

以上のようにして第１行目の画素についてのデジタルデータを出力すると、第２行目の画素について読み出す。垂直走査回路１５は、第２行目の読み出しでは、制御パルスφＴＸｅ０，制御パルスφＰＧｅ０を制御パルスφＴＸｏ０，制御パルスφＰＧｏ０と同様に駆動する。また、垂直走査回路１５およびカメラ制御部２１２は、他の制御パルスについては第１行目と同様に駆動する。このようにして、第１行目、第２行目の画素３０−１ｊ，３０−２ｊをそれぞれ独立して読み出すことができる。

以降、第（２ｎ＋１）行目については第１行目と、第（２ｎ＋２）行目については第２行目と同様に（ｎ＝１，２，…）読み出しを行えば、全画素から信号を読み出すことができる。ｎ＝１の場合、垂直走査回路１５はまず時刻ｔ０で制御パルスφＳ１をハイとし、時刻ｔ１でφＲ１をローとする。その後、時刻ｔ２〜ｔ３にカメラ制御部２１２が制御パルスφＴＮをハイにする。垂直走査回路１５は時刻ｔ４〜ｔ７にφＴＸｏ１をハイとし、時刻ｔ５〜ｔ６に制御パルスφＰＧｏ１をローとする。また、カメラ制御部２１２は時刻ｔ８〜ｔ９に制御パルスφＴＳをハイとする。これにより、第３行目の画素３０−３ｊの画素信号が読み出される。続いて、制御パルスφＴＸｅ１，φＰＧｅ１を制御パルスφＴＸｏ１，制御パルスφＰＧｏ１と同様に駆動する以外は同様に制御パルスを駆動することにより、第４行目の画素３０−４ｊの画素信号を読み出すことができる。なお、垂直走査回路１５が選択する行（φＳをハイにする行）は、カメラ制御部２１２から制御することができる。

図７に、ＡＦセンサ３００における画素領域と周辺回路（垂直走査回路１５および列ＡＤ回路１３）との位置関係の例を示す。画素領域は有効画素領域５０１と、有効画素領域５０１に隣接する遮光画素(Optical Black)領域６０１、６０２とを有する。以下、遮光画素領域６０１をＶＯＢ６０１、遮光画素領域６０２をＨＯＢ６０２と呼ぶ。ＶＯＢ６０１で得られる画素信号の写像をＶＯＢシェーディング（縦方向）、ＨＯＢ６０２で得られる画素信号の写像をＨＯＢシェーディング（横方向）として、焦点検出領域の画素信号を補正する。なお、有効画素領域５０１の画素のうち、焦点検出領域に含まれない画素についても遮光する構成としてもよい。

垂直走査回路１５は、焦点検出領域３０５，３０６および焦点検出領域３０３，３０４を含む有効画素領域５０１に対して、下側に配置される。そして、垂直走査回路１５は、矢印で示す方向（横方向）に読み出す行を順次選択するようにカメラ制御部２１２によって制御される。列ＡＤ回路１３は矢印に直交する方向（縦方向）に配置される。なお、本実施形態では列ＡＤを有効画素領域５０１の右側に配置しているが、左側に配置してもよい。

有効画素領域５０１には、焦点検出用の信号を読み出す領域である焦点検出領域が設定される。焦点検出領域の数、大きさ、位置は予め定められているものとする。ここでは、４つの焦点検出領域３０３〜３０６が設定されているものとする。焦点検出領域３０３〜３０６は、検出する位相差の方向（瞳分割方向）に応じた組み合わせで用いられる。例えば、水平方向の位相差を検出する場合には、焦点検出領域３０３、３０４が用いられる。また、垂直方向の位相差を検出する場合には、焦点検出領域３０５、３０６が用いられる。焦点検出領域３０３、３０４から読み出された信号はＨＯＢシェーディングを用いて補正され、焦点検出領域３０５、３０６から読み出された信号はＶＯＢシェーディングを用いて補正される。なお、図７では示していないが、斜め方向の位相差を検出するための焦点検出領域を設定することもできる。この場合、焦点検出領域から読み出された信号を、ＨＯＢおよびＶＯＢシェーディングの両方を用いて補正することができる。

図２は本体２００が有する、ＡＦセンサ３００を用いた焦点検出に関連する構成を模式的に示している。撮影レンズ１００から本体２００に入射し、クイックリターンミラー２５２を透過した光は、サブミラー２５３で反射され、視野マスク２７１に導かされる。

視野マスク２７１はＡＦセンサ３００の撮像面と共役な面に配置され、焦点検出領域に対応した部分だけ光を通すように構成されている。サブミラー２５３で反射された光は視野マスク２７１の近傍に一旦結像する。なお、図２では、サブミラー２５３による光路の方向変化を省略している。

視野マスク２７１の後方に配置されたフィールドレンズ２７２は、絞り２７３の開口部の像を撮影レンズ１００の射出瞳付近に結像する。また、絞り２７３の後方には二対のレンズから構成された２次結像レンズ２７４が配置される。２次結像レンズ２７４を構成する各レンズは絞り２７３の開口部に対応づけられている。すなわち、２次結像レンズ２７４を構成する各レンズに入射する光束は、撮影レンズ１００の射出瞳のうち、互いに異なる部分領域に対応した光束である。視野マスク２７１、フィールドレンズ２７２、絞り２７３、および２次結像レンズ２７４を通過した光は、ＡＦセンサ３００の結像面に被写体像を結像する。この際、２次結像レンズ２７４の各レンズは、それぞれ別個の焦点検出領域に光学像を結像する。

図３（ａ）は２次結像レンズ２７４が有するレンズの配置例を示す図である。本実施形態においては、図７で説明したように、焦点検出領域が４つ設定されているため、２次結像レンズ２７４は４つのレンズ３１３〜３１６を有している。レンズ３１３〜３１６は、それぞれ焦点検出領域３０３〜３０６に被写体像を結像する。レンズ３１３と３１４が結像する被写体像は、水平方向の位相差を検出するために用いられる。また、レンズ３１５と３１６が結像する被写体像は、垂直方向の位相差を検出するために用いられる。

図３（ｂ）は、接眼レンズ２５６からマットスクリーン２５０を観察した際に視認される被写体像３２０と、焦点検出領域の位置関係を示す模式図である。領域３２１は焦点検出領域３０３と３０４の組によって水平方向の位相差を検出する領域である。また、領域３２２は焦点検出領域３０５と３０６の組によって垂直方向の位相差を検出する領域である。

次に、焦点検出領域３０３〜３０６からの読み出し制御について、図４を用いて説明する。本実施形態による読み出し制御を説明する前に、図４（ａ）を用いて従来の読み出し制御について説明する。

上述したように、ＡＦセンサ３００を構成するＣＭＯＳイメージセンサは画素信号をライン単位で読み出す構成を有する。そのため、１ライン目から１ラインずつ単純に読み出した場合、ラインに直交する方向（垂直方向）における位置が異なる１対の焦点検出領域から読み出される画素信号は、異なる時間に蓄積（撮影）された画像信号になる。この時間差は、焦点検出精度を低下させる原因となる。特に被写体が移動している場合には、この問題が大きくなる。

図４（ａ）は、ＡＦセンサ３００を１ライン目から１ラインずつ単純に読み出す場合の、各ラインの読み出し時間の関係を示している。水平方向の位相差を検出するための１対の焦点検出領域３０３、３０４は、垂直方向の位置に差が無いため、いずれも時刻Ｔ２からＴ３の間に画素信号が読み出される。一方、垂直方向の位相差を検出するための１対の焦点検出領域３０５、３０６は、垂直方向の位置が大きく異なる。そのため、焦点検出領域３０５の画素信号は時刻Ｔ１からＴ２の間に読み出されるのに対し、焦点検出領域３０６の画素信号は、時刻Ｔ２よりも遅れた時刻Ｔ３から読み出しが開始される。つまり、焦点検出領域３０６から読み出された画素信号は、焦点検出領域３０５から読み出された画素信号よりも、時刻Ｔ３と時刻Ｔ１との差に相当する時間だけ遅れた被写体の状態を表している。

特に被写体が移動している場合、この時間差による被写体位置が変化が、焦点検出領域３０５、３０６から読み出される像信号の相関度を低下させ、結果として焦点検出精度を低下させる原因となる。

図４（ｂ）は、本実施形態におけるＡＦセンサ３００の読み出し制御を行った場合の各ラインの露光（電荷蓄積）期間の関係を示している。
本実施形態では、読み出し方向と直交する方向における位置が異なる一対の焦点検出領域について、一方の焦点検出領域についての読み出しが完了する前に、他方の焦点検出領域の読み出しが開始されるようにＡＦセンサ３００の動作を制御する。具体的には、所定量（ここでは１ライン）ずつ交互に読み出されるように読み出し順序を制御する。この制御は、カメラ制御部２１２が垂直走査回路１５の動作（特には制御パルスφＳ（行選択信号）の出力順序）を制御することにより実現することができる。

ここでは、読み出し方向（ライン方向）と直交する方向（垂直方向）における位置が異なる一対の焦点検出領域３０５、３０６の画素信号より先に、読み出し方向と直交する方向における位置が同一の一対の焦点検出領域３０３、３０４の画素信号を読み出す。しかし、一対の焦点検出領域３０５、３０６の画素信号を先に読み出してもよい。

まず、時刻Ｔ４から、焦点検出領域３０３と３０４の画素を１ラインずつ読み出す。焦点検出領域３０３と３０４の最上の１ラインについて、時刻Ｔ４からリセットを解除し、露光（電荷蓄積）を開始する。その後、順次１ラインずつリセットを解除し、焦点検出領域３０３と３０４の最下ラインまで電荷蓄積を開始する。

時刻Ｔ５になると、焦点検出領域３０５と３０６の読み出し動作を開始する。焦点検出領域３０５と３０６については、１ラインずつ交互に読み出す。ここでは垂直方向の位置が上方である焦点検出領域３０５から読み出すものとするが、焦点検出領域３０６から読み出してもよい。

まず、時刻Ｔ５に焦点検出領域３０５の上端を含む１ラインについてリセットを解除し、電荷蓄積を開始する。次に、時刻Ｔ６に焦点検出領域３０６の上端を含む１ラインについてリセットを解除し、電荷蓄積を開始する。以降、焦点検出領域３０５と焦点検出領域３０６について、１ラインずつ交互にリセットを解除して電荷蓄積を開始する。個々の焦点検出領域を構成する複数の画素行を交互に読み出すことにより、読み出しタイミングの差が焦点検出信号間の相関度に与える影響を大幅に抑制することができる。特に、個々の焦点検出領域について、ラインの読み出し順序を合わせた場合（例えばそれぞれ最上ラインから順に読み出した場合）、効果が最も大きくなる。

焦点検出領域３０３および３０４については、例えば同一ラインから読み出された画素信号を用いることで、同一蓄積期間に対応する信号だけから１対の焦点検出用信号を生成することができる。一方、垂直方向の位相差を検出するための焦点検出用信号は、焦点検出領域３０５および３０６のそれぞれにおいて、複数の異なるラインから読み出された画素信号を用いて生成される。そのため、同一蓄積期間に対応する信号だけから１対の焦点検出用信号を生成することはできない。しかしながら、本実施形態の読み出し制御では、焦点検出領域間における読み出し時間の差（図４（ａ）における時刻Ｔ３と時刻Ｔ１との差に相当する時間）を削減することができる。そのため、焦点検出領域３０５から読み出される画素信号と、焦点検出領域３０６から読み出される画素信号との蓄積期間の差を小さくすることができ、垂直方向の位相差検出精度を向上させることができる。

その後、時刻Ｔ１１になると、最初に電荷蓄積を開始した焦点検出領域３０３と３０４の最上ラインを含んだラインから順に画素信号の読み出しを開始する。焦点検出領域３０５および３０６の画素信号の読み出しは、時刻Ｔ１２から開始される。

このように、本実施形態では、ＡＦセンサが露光順次読み出し方式の２次元撮像素子であり、焦点検出用信号を取得する１対の焦点検出領域を同じタイミングで読み出せない場合、１対の焦点検出領域を交互に読み出すように読み出し順序を変更する。これにより、読み出しタイミングの差が焦点検出用信号間の相関度に与える影響を抑制し、例えば動きのある被写体についての焦点検出精度を向上することができる。

●（第２実施形態）
第１実施形態ではＡＦセンサ３００が１ラインずつしか読み出さない構成であったため、１ラインずつ交互に読み出すことにより、一方の焦点検出領域についての読み出しが完了する前に、他方の焦点検出領域の読み出しが開始される制御を実現した。これに対して本実施形態では、ＡＦセンサ３００が２ライン同時に読み出せる構成であるものとする。例えば図５の構成において、制御パルスを任意の２ラインに対して並列に出力できるように垂直走査回路１５を構成し、垂直読み出し線および参照番号６〜１４の構成を２組設けることにより、任意の２ラインについて同時読み出し可能に構成することができる。あるいは、任意の複数ラインを同時に読み出し可能な構成を有する公知の２次元撮像素子をＡＦセンサ３００に用いるようにしてもよい。

ＡＦセンサ３００が任意の２ラインを同時に（並行して）読み出し可能な場合、焦点検出領域３０５および３０６から画素信号を同じタイミングで読み出すことができる。つまり、本実施形態では一方の焦点検出領域からの読み出しと他方の焦点検出領域からの読み出しとを並列に実行することにより、一方の焦点検出領域についての読み出しが完了する前に、他方の焦点検出領域の読み出しが開始される制御を実現する。

本実施形態におけるＡＦセンサ３００の読み出し動作のタイミングチャートを図４（ｃ）に示す。Ｔ１３でまず焦点検出領域３０３および３０４の電荷蓄積を開始する。ここでは第１実施形態における焦点検出領域３０５および３０６の読み出し動作との差異を明確にするため、焦点検出領域３０３および３０４については第１実施形態と同様に１ラインずつ読み出すものとしている。しかし、焦点検出領域３０３および３０４についても２ラインずつ読み出してもよい。例えば焦点検出領域３０３および３０４に含まれるライン数が１０の場合、１ライン目（最上ライン）と６ライン目、２ライン目と７ライン目、といったように読み出すことができる。なお、この例のように隣接しないラインを同時に読み出す場合、カメラ制御部２１２は読み出した画素信号が１ライン目から順に並ぶように並び替えてから焦点検出用信号を生成する。隣接した２ラインを同時に読み出せる場合には１ライン目と２ライン目、３ライン目と４ライン目、というように読み出してもよい。

焦点検出領域３０３および３０４の最下ラインまで電荷蓄積が開始されたのち、カメラ制御部２１２は時刻Ｔ１４から焦点検出領域３０５および３０６の読み出し動作を開始する。カメラ制御部２１２は焦点検出領域３０５および３０６を同時に読み出すための制御パルスφＳを出力するように垂直走査回路１５を制御する。ここでは、焦点検出領域３０５および３０６を最上ラインから１ラインずつ順に読み出すものとする。このように、焦点検出領域３０５および３０６内の対応するラインを同じタイミングで読み出すように制御すると、焦点検出領域を構成するラインごとに読み出しタイミングが異なることが焦点検出用信号間の相関度に与える影響を最小にすることができる。

時刻Ｔ１６から焦点検出領域３０３および３０４の画素信号の読み出しが開始される。また、時刻Ｔ１７から焦点検出領域３０５および３０６の画素信号の読み出しが開始される。

本実施形態によれば、焦点検出領域３０５および３０６の読み出しタイミングの差を第１実施形態よりもさらに削減することができる。そのため、垂直方向における被写体の自動焦点検出精度をを向上させることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ＡＦセンサ３００が露光（電荷蓄積）と読み出しの両方をライン単位で行うものとして説明した。しかし、電荷蓄積は全画素同時に行い、読み出しだけをライン単位で行うＡＦセンサ３００であっても本発明は適用可能である。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

本発明は上述した実施形態の内容に制限されず、発明の精神および範囲から離脱することなく様々な変更及び変形が可能である。したがって、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００…撮影レンズ、２００…カメラ本体、１０６…レンズ制御部、２０１…撮像素子、２１２…カメラ制御部、２５３…サブミラー、２７４…２次結像レンズ、３００…ＡＦセンサ

Claims (10)

1. 撮影レンズから入射した光束から複数の光学像を形成する２次結像レンズと、
   予め設定された複数の焦点検出領域に含まれる画素により、前記複数の光学像を光電変換する２次元撮像素子と、
   前記２次元撮像素子の動作を制御する制御手段と、を有する撮像装置であって、
   前記２次元撮像素子は、画素のラインごとに露光および読み出しが可能であり、
   前記制御手段は、前記複数の焦点検出領域のうち、前記ラインと直交する方向における位置が異なる１対の焦点検出領域の画素から信号を読み出す場合、一方の焦点検出領域についての読み出しが完了する前に、他方の焦点検出領域の読み出しが開始されるように前記２次元撮像素子の動作を制御する、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記２次元撮像素子により、１ラインずつ読み出しを行う場合、前記制御手段は、前記一方の焦点検出領域と前記他方の焦点検出領域とを交互に読み出すように前記２次元撮像素子の動作を制御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２次元撮像素子により、複数のラインについて同時に読み出しを行う場合、前記制御手段は、前記一方の焦点検出領域からの読み出しと前記他方の焦点検出領域からの読み出しとを並列に実行するように前記２次元撮像素子の動作を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、前記一方の焦点検出領域および前記他方の焦点検出領域について、同じ順序で読み出しを実行するように前記２次元撮像素子の動作を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記複数の焦点検出領域のうち、前記ラインと直交する方向における位置が等しい１対の焦点検出領域の画素から信号を読み出す場合には、該１対の焦点検出領域が位置する複数のラインを順次読み出すように前記２次元撮像素子の動作を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記１対の焦点検出領域から読み出された信号から生成された１対の焦点検出用信号の位相差を検出して撮影レンズの焦点を調節する焦点調節手段をさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記２次元撮像素子が、露光および読み出しをラインごとに行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記２次元撮像素子が、露光は全画素同時に行い、読み出しをラインごとに行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 撮影レンズから入射した光束から複数の光学像を形成する２次結像レンズと、
   予め設定された複数の焦点検出領域に含まれる画素により、前記複数の光学像を光電変換する２次元撮像素子と、を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記２次元撮像素子は、画素のラインごとに露光および読み出しが可能であり、
   前記制御方法が、前記複数の焦点検出領域のうち、前記ラインと直交する方向における位置が異なる１対の焦点検出領域の画素から信号を読み出す場合、一方の焦点検出領域についての読み出しが完了する前に、他方の焦点検出領域の読み出しが開始されるように前記２次元撮像素子の動作を制御する制御工程を有する、
   ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
10. 撮像装置が有するコンピュータを、請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置における制御手段として機能させるためのプログラム。

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