JP2021060571A - 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置において、焦点検出を行うためのセンサの蓄積制御を適切に行えるようにする。【解決手段】焦点検出が可能な撮像装置であって、複数の画素を有し、複数の画素の複数の領域ごとに画素の蓄積時間を変更可能なセンサと、撮像装置の状態または設定に応じて、複数の領域ごとに画素の蓄積制御を変更する蓄積制御部と、蓄積制御部により蓄積を制御された画素の信号を用いてデフォーカス量を算出するデフォーカス演算部とを備える。【選択図】 図７

Description

本発明は、撮像装置における焦点検出技術に関する。

従来、撮像装置の焦点検出方法として、撮像素子に焦点検出用の画素を配置して瞳分割位相差方式の焦点検出を行う方法が知られている。また、ＣＭＯＳタイプの撮像素子としてグローバル電子シャッタ動作が可能な構成のものも登場している。

また、撮像装置の焦点検出方法として、１つの焦点検出領域でデフォーカス演算の方向を変えて焦点検出する方法が知られている。また、焦点検出領域によっては、その方向が１方向もしくは複数方向あることも知られている。

撮像素子の蓄積制御の方法として、特許文献１では、撮像素子を複数の領域に分割し、分割した領域ごとに蓄積時間を制御する方法が開示されている。

特開平１０−１０４５０２号公報

しかしながら、撮像素子を複数に分割した領域毎に常に同じ蓄積制御を行うと、焦点検出を行う領域の位置や演算範囲、被写体が存在する／存在しない等の条件によって、所望の信号量を得ることができない可能性がある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像装置において、焦点検出を行うためのセンサの蓄積制御を適切に行えるようにすることである。

本発明に係わる撮像装置は、焦点検出が可能な撮像装置であって、複数の画素を有し、前記複数の画素の複数の領域ごとに前記画素の蓄積時間を変更可能なセンサと、前記撮像装置の状態または設定に応じて、前記複数の領域ごとに前記画素の蓄積制御を変更する蓄積制御手段と、前記蓄積制御手段により蓄積を制御された前記画素の信号を用いてデフォーカス量を算出するデフォーカス演算手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮像装置において、焦点検出を行うためのセンサの蓄積制御を適切に行うことが可能となる。

本発明の撮像装置の第１の実施形態であるデジタルカメラのカメラ本体の概略構成を示すブロック図。 カメラの光学系の構成を示す図。 第１の実施形態における焦点検出センサへの結像を示す図。 ファインダーにおける焦点検出領域の位置関係を示す図。 ファインダーにおける焦点検出領域の位置関係を示す図。 第１の実施形態における焦点検出処理のフローチャート。 第１の実施形態における蓄積時間の決定動作のフローチャート。 第１の実施形態における狙い値の決定動作のフローチャート。 第２の実施形態におけるデフォーカス演算処理のフローチャート。 信号値のヒストグラムを示す図。 第２の実施形態における蓄積制御のフローチャート。 第２の実施形態における選択した焦点検出領域を示す図。 第３の実施形態におけるデフォーカス演算のフローチャート。 第３の実施形態における分割されたデフォーカス演算領域を示す図。 第４の実施形態におけるカメラ本体の概略構成を示すブロック図。 第４の実施形態における焦点検出処理のフローチャート。 第４の実施形態における蓄積時間の決定動作のフローチャート。 第４の実施形態における焦点検出範囲と目標信号量の関係図。 第５の実施形態における初回蓄積時間の決定動作のフローチャート 第６の実施形態における撮像素子の構成例を示す概略ブロック図。 第６の実施形態における撮像素子の画素配列図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。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するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴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の実施形態）
図１は、本発明の撮像装置の第１の実施形態であるデジタルカメラのカメラ本体１５０の概略構成を示すブロック図である。

図１において、カメラ用マイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵ）１００には、信号入力回路１０４、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤ等から構成される撮像素子１０６、測光センサ１０７が接続されている。測光センサ１０７は、ファインダ光学系の途中に配置され、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を備え、測光演算、顔検出演算、追跡演算、光源検知等の被写体認識処理を行う。信号入力回路１０４は、カメラの各種操作用のスイッチ群１１４を検知する。また、ＣＰＵ１００には、シャッタマグネット１１８ａ，１１８ｂを制御するためのシャッタ制御回路１０８、焦点検出センサ１０１も接続されている。また、後述する図２に示す撮影レンズ２００とはレンズ通信回路１０５を介して信号１１５の伝送がなされ、フォーカスレンズの位置制御や絞りの制御を行う。カメラの動作は、スイッチ群１１４を撮影者が操作することで決定される。スイッチ群１１４には、レリーズボタンや、焦点検出領域を選択するためのダイヤルなどが含まれる。

焦点検出センサ１０１は、フォトダイオード（光電変換素子）を有する画素が２次元的に配置されたＣＭＯＳイメージセンサ（エリアセンサ）であり、グローバル電子シャッタ動作が可能に構成されている。そして、ＣＰＵ１００からの電荷蓄積開始指示によって、回路のリセット動作とフォトダイオードのリセット動作を行い、電荷蓄積動作を開始する。

電荷蓄積を行う蓄積時間は領域毎に個別に設定可能であり、前述した回路リセット動作とフォトダイオードリセット動作を領域毎に制御して蓄積時間を設定する。また、蓄積終了のタイミングは、各領域で同時刻に設定することが望ましい。理由については後述する。あらかじめＣＰＵ１００により設定された蓄積時間に達すると、フォトダイオードで蓄積した電荷をフォトダイオードの周辺回路のメモリ部（不図示）に転送する（転送可能）。全画素の電荷のメモリ部への転送が終了すると、ＣＰＵ１００へ電荷蓄積終了を通知する。この一連の蓄積開始から電荷のメモリ部への転送終了までの期間を蓄積ステートと呼ぶこととする。

次に、ＣＰＵ１００からの読み出し指示によって、蓄積ステートで蓄積されメモリ部に格納された像信号が領域毎に読み出される。異なる領域の読み出しは同じタイミングで行うことできないため、領域毎に順番に行う必要がある。また、前述した蓄積終了のタイミングから読み出しまでの期間にメモリ部にも光が当たり、メモリ部に電荷が発生し、フォトダイオードから転送した画素信号に加算されてしまう。この現象を以後、光漏れと呼ぶこととする。この光漏れによって、像信号が乱れ、焦点検出の誤差が生じる。この光漏れの量を低減させるため、蓄積終了から読み出しまでの期間を短くすることが望ましい。上述した蓄積終了のタイミングを各領域で同時刻に設定する理由は、このためである。以上の一連の読み出しを行う期間を読出しステートと呼ぶこととする。

ＣＰＵ１００が焦点検出センサ１０１を制御することにより、後述する図３の光学系を介して、互いに視差を有する対の像信号を得ることができる。そして、得られた対の像信号の位相差から焦点状態を検出し、撮影レンズ２００の焦点位置を制御する（焦点検出処理）。

また、ＣＰＵ１００は、測光センサ１０７を制御することにより被写体輝度を検出し、後述する撮影レンズ２００の絞り値やシャッタスピードを決定する。そして、レンズ通信回路１０５を介して撮影レンズ２００の絞り値を制御し、シャッタ制御回路１０８を介してマグネット１１８ａ，１１８ｂの通電時間を調節することでシャッタスピードを制御する。さらに、撮像素子１０６を制御することにより撮影動作を行う。

ＣＰＵ１００内には、タイマー及びカメラ動作を制御するためのプログラムを格納したＲＯＭ、変数を記憶するためのＲＡＭ、種々のパラメータを記憶するためのＥＥＰＲＯＭ（電気的消去書き込み可能メモリ）などの記憶回路１０９が内蔵されている。

次に、図２を参照して、デジタルカメラの光学系の構成について説明する。撮影レンズ２００を介して入射した被写体からの光束の大部分はクイックリターンミラー２０５で上方に反射され、ファインダスクリーン２０３上に被写体像として結像される。撮影者はこの像をペンタプリズム２０１、接眼レンズ２０２を介して観察することができる。

また、ペンタプリズム２０１に入射した光束の一部は、光学フィルタ２１２と結像レンズ２１３を介して測光センサ１０７上に結像される。この像を光電変換して得られる像信号を処理することにより、被写体輝度を測定することができる。

また、被写体からの光束の一部はクイックリターンミラー２０５を透過し、後方のサブミラー２０６で下方へ曲げられて、視野マスク２０７、フィールドレンズ２１１、絞り２０８、二次結像レンズ２０９を経て焦点検出センサ１０１上に結像される。この像を光電変換して得られる像信号を処理することにより、撮影レンズ２００の焦点状態を検出することができる。また、撮影に際しては、クイックリターンミラー２０５及びサブミラー２０６が跳ね上がって光路から退避することにより、入射した全光束は撮像素子１０６上に結像され、被写体像の露光が行われる。

図２において、焦点検出装置は、視野マスク２０７から二次結像レンズ２０９までの光学系及び焦点検出センサ１０１により構成され、焦点検出方式は、周知の位相差検出方式である。そして、異なる複数の焦点検出領域の焦点状態を検出することが可能である。

図３は、焦点検出に関わる光学系の詳細な構成を示す図である。サブミラー２０６で反射された被写体からの光束は図中の視野マスク２０７の近傍に一旦結像する。視野マスク２０７は画面内の焦点検出領域を決定するための遮光部材で、中央に横長の開口部を有している。

フィールドレンズ２１１は絞り２０８の各開口部を撮影レンズ２００の射出瞳（瞳領域）の各部分領域に結像させる作用を有している。絞り２０８の後方には、３つの焦点検出領域に対応する３対計６つのレンズから構成される二次結像レンズ２０９−１〜２０９−６が配置されている。それぞれの二次結像レンズ２０９−１〜２０９−６は、絞り２０８の開口部２０８−１〜２０８−６に対応するように配置されている。また、二次結像レンズ２０９−１、２０９−２を介した光束は、焦点検出センサ１０１の領域ＣＡ３０１、ＣＢ３０２に結像される。同様に、領域ＲＡ３０３、ＲＢ３０４には二次結像レンズ２０９−３、２０９−４を介した光束が結像され、領域ＬＡ３０５、ＬＢ３０６には二次結像レンズ２０９−５、２０９−６を介した光束が結像される。

次に、図４を用いて焦点検出センサ１０１の構成について説明する。焦点検出センサ１０１は、画素部１０１ａと、画素部１０１ａから読み出された信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１０１ｂとを有する。画素部１０１ａでは、電荷の蓄積が行われた後、蓄積された信号が各画素の近傍に配置された各メモリ部に転送される。そして、メモリ部の列（図中縦一列の画素列に対応するメモリ部の列）が一列ずつ左右方向に順番に読み出される。すなわち、本実施形態では、図中縦一列ごとに信号の読み出しが行われる。この縦方向（焦点検出センサ１０１の短手方向）を、本実施形態では読み出し列方向と呼ぶことにする。各列の画素（メモリ部）の信号は、信号線により水平方向に転送されてＡＤコンバータ１０１ｂに入力される。この水平方向（焦点検出センサ１０１の長手方向）を、本実施形態では読み出し方向と呼ぶことにする。なお、焦点検出センサ１０１は読み出し列の順を任意に変更可能である。また、図３、図４における焦点検出センサ１０１の領域ＬＡ３０５、ＬＢ３０６をＬ領域、領域ＣＡ３０１、ＣＢ３０２をＣ領域、領域ＲＡ３０３、ＲＢ３０４をＲ領域と呼ぶこととする。

次に、図５は、ファインダー５０１における焦点検出領域の位置関係を示す図である。ファインダー５０１は、接眼レンズ２０２を介して観測することができる。ファインダー５０１には、図４で説明したＬ領域、Ｃ領域、Ｒ領域の焦点検出領域が配置されている。 次に、図６は、本実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャートである。スイッチ群１１４の操作により焦点検出の開始信号をＣＰＵ１００が受信すると、ＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１を制御して焦点検出処理を開始する。

ステップＳ６０１では、ＣＰＵ１００は焦点検出処理の初期設定を行う。ＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１の初期設定のレジスタ書き込み、初回蓄積における蓄積時間の設定を行う。また、後述する焦点検出領域について、ユーザーが選択した任意の焦点検出領域を使用する任意選択モード、もしくは、ＣＰＵ１００が公知のアルゴリズムによって自動で選択した焦点検出領域を使用する自動選択モードのいずれかのモードを設定する。

ステップＳ６０２では、ＣＰＵ１００は、上述した焦点検出領域の選択を行う。本実施形態においては、Ｃ領域、Ｒ領域、Ｌ領域に少なくとも１つずつ焦点検出領域を有するものとする。ステップＳ６０１でユーザーによって任意の焦点検出領域が選択されている場合は、選択されている焦点検出領域は主被写体領域を示す焦点検出領域であるものと判断する。また、ＣＰＵ１００による自動選択が設定されている場合は、ＣＰＵ１００が自動で焦点検出領域を選択する。

自動で焦点検出領域を選択する例として、例えば次のような方法が挙げられる。１つは、後述するステップＳ６０５で算出したデフォーカス量に基づき、ピント位置が最も至近にある焦点検出領域を選択する方法である。また、他の方法は、測光センサ１０７で検知した顔の位置から、主被写体と判断した位置の焦点検出領域を選択する方法である。また、初回の焦点検出処理時や、後述するステップＳ６０５でデフォーカス量を検出できなかった場合は、焦点検出領域を選択せずに、次のステップＳ６０３へ進んでもよい。

ステップＳ６０３では、ＣＰＵ１００は焦点検出センサ１０１へ電荷蓄積開始の指示を行う。電荷蓄積開始の指示を受けた焦点検出センサ１０１は回路のリセット動作とフォトダイオードのリセット動作を行い、電荷蓄積動作を開始し、所定の時間が経過した後に電荷蓄積動作を終了するとともに、蓄積した電荷を各画素に対応するメモリ部に転送する。

ステップＳ６０４では、ＣＰＵ１００は、ステップＳ６０３で蓄積されメモリ部に記憶された信号の読み出しを行う。

ステップＳ６０５では、ＣＰＵ１００はステップＳ６０４で読み出した像信号について、デフォーカス量を算出する。デフォーカス量の算出は、一対の像信号を用いて撮影レンズ２００の焦点状態（デフォーカス量）を検出する公知のデフォーカス演算により行われる。ここでは、焦点検出センサ１０１の位相差（ｂｉｔ数）に対して、センサーピッチ（ｍｍ）と焦点検出系の基線長などの光学係数を掛け合わせることにより、デフォーカス量（ｍｍ）を求める。また、デフォーカス量の算出に用いた信号の最大値（Ｐｅａｋ）と最小値（Ｂｏｔｔｏｍ）も求める。

ステップＳ６０６では、ＣＰＵ１００は、ステップＳ６０５で算出したデフォーカス量に基づき、撮影レンズ２００の焦点状態が合焦状態か否かを判定する。合焦状態か否かの判定は、デフォーカス量が所望の範囲内、例えば１／４Ｆδ以内（Ｆ：レンズの絞り値、δ：定数（２０μｍ））であれば合焦と判断する。例えば、レンズの絞り値Ｆ＝２．０であれば、デフォーカス量が１０μｍ以下なら合焦と判定し、焦点検出処理を終了する。一方、デフォーカス量が１０μｍより大きく、非合焦と判定された場合は、撮影レンズ２００の焦点状態を合焦位置に合わせるため、ステップＳ６０７へ移行する。

ステップＳ６０７では、ＣＰＵ１００は、レンズ通信回路１０５を介して、デフォーカス量に基づき、撮影レンズ２００にレンズ駆動を指示する。ステップＳ６０８では、ＣＰＵ１００は、被写体輝度に応じて、次回の焦点検出処理時の焦点検出センサ１０１における蓄積時間の値を算出し、設定する。そして、ＣＰＵ１００は処理をステップＳ６０２に戻し、合焦状態と判断されるまでステップＳ６０２〜ステップＳ６０８の動作を繰り返す。以上が焦点検出処理における一連の流れである。

次に、図７は、図６のステップＳ６０８における次回の蓄積時間算出の処理を示すフローチャートである。

ステップＳ７０１では、ユーザーにより選択された焦点検出領域が複数か否かを判定する。選択された焦点検出領域が複数の場合はステップＳ７０４へ移行し、選択された焦点検出領域が１つの場合はステップＳ７０２へ移行する。

ステップＳ７０２では、選択された１つの焦点検出領域のデフォーカスの演算方向が複数か否かを判定する。ここで、焦点検出センサ１０１の画素の組み合わせにより、横線（縦方向のコントラスト変化）を検出できる場合と縦線（横方向のコントラスト変化）を検出できる場合があるが、デフォーカスの演算方向とは、検出できるコントラスト変化の方向のことである。つまり、例えば縦線と横線の両方を検出できる（演算方向が２方向）ような場合（所謂クロスセンサの場合）は、焦点検出領域のデフォーカスの演算方向が複数ということになる。ステップＳ７０２でデフォーカスの演算方向が複数の場合、ステップＳ７０４へ移行する。デフォーカスの演算方向が１つの場合、ステップＳ７０３に移行する。

ステップＳ７０３では、今回の焦点検出において得られた焦点検出領域内の信号値の最も大きい値（Ｐｅａｋ）を基準に、次回の蓄積時間を決定する。次回の蓄積時間は、Ｐｅａｋが所定の値（以下、狙い値と呼ぶ）になるように決定される。

ステップＳ７０４では、選択された焦点検出領域が複数ある、または１つの選択焦点検出領域のデフォーカスの演算方向が複数ある際に、次回の蓄積における目標信号値（狙い値）を決定する。

図８は、図７のステップＳ７０４における狙い値の決定動作を示すフローチャートである。

ステップＳ８０１では、ステップＳ７０１での複数の焦点検出領域のＰｅａｋ（ピーク値）のうち、最も大きいＰｅａｋであるＰｅａｋ＿ｍａｘと、最も小さいＰｅａｋであるＰｅａｋ＿ｍｉｎを決定する。この時、焦点検出領域毎に複数のデフォーカス演算方向を持っている場合、方向毎にＰｅａｋを算出するものとする。同様に、ステップＳ７０２での１つの焦点検出領域内でＰｅａｋ＿ｍａｘ、Ｐｅａｋ＿ｍｉｎを決定する。そして、Ｐｅａｋ＿ｍａｘ及びＰｅａｋ＿ｍｉｎの差分であるΔＰｅａｋを算出する。

ステップＳ８０２では、ステップＳ８０１で算出したΔＰｅａｋが閾値ｔｈｒｅ１より小さいか否かを判定する。閾値ｔｈｒｅ１より小さい場合はステップＳ８０３へ移行する。閾値ｔｈｒｅ１以上である場合はステップＳ８０４へ移行する。

ステップＳ８０３では、今回の焦点検出における最大信号値Ｐｅａｋ＿ｍａｘを基準に次回の蓄積での信号最大値Ｐｅａｋ＿ｍａｘの目標値である狙い値を決定する。そして、図７のステップＳ７０５へと戻る。ステップＳ８０３は、Ｐｅａｋ＿ｍｉｎとＰｅａｋ＿ｍａｘの差ΔＰｅａｋが小さいときを想定しており、Ｐｅａｋ＿ｍａｘに合わせることで、Ｐｅａｋ＿ｍｉｎも適切な蓄積制御を行うことができると判断している。なお、本実施形態では、Ｐｅａｋ＿ｍａｘを基準としているが、Ｐｅａｋ＿ｍｉｎや、Ｐｅａｋ＿ｍａｘとＰｅａｋ＿ｍｉｎの平均値を基準としてもよい。

ステップＳ８０４では、ステップＳ８０１で算出したΔＰｅａｋが閾値ｔｈｒｅ１以上、閾値ｔｈｒｅ２未満かを判定する。ここで、ｔｈｒｅ１とｔｈｒｅ２の大小関係は、ｔｈｒｅ１＜ｔｈｒｅ２のようになる。ΔＰｅａｋがｔｈｒｅ１とｔｈｒｅ２の間ならばステップＳ８０５へ移行する。ΔＰｅａｋがｔｈｒｅ２以上ならば、ステップＳ８０６へ移行する。

ステップＳ８０５では、Ｐｅａｋ＿ｍａｘとＰｅａｋ＿ｍｉｎの平均値を基準に狙い値を決定し、図７のステップＳ７０５へと戻る。ステップＳ８０５は、複数の焦点検出領域もしくは複数のデフォーカス演算方向でコントラストが異なる場合等を想定している。Ｐｅａｋ＿ｍａｘもしくはＰｅａｋ＿ｍｉｎのどちらかを基準に狙い値を決定してしまうと、もう片方が適切な信号値を得ることができないため、平均値を基準に狙い値を決定し、蓄積制御を行う。

ステップＳ８０６では、Ｐｅａｋ＿ｍｉｎを基準に狙い値を決定し（次回の蓄積におけるＰｅａｋ＿ｍｉｎが所望の値になるように狙い値を決定し）、図７のステップＳ７０５へと戻る。ステップＳ８０６は、逆光や夜景など、被写体付近の輝度が大きく異なる場合を想定している。被写体が暗く、背景が明るい場合では、Ｐｅａｋ＿ｍａｘや平均値を基準に狙い値を決定すると、被写体が黒つぶれし、焦点検出ができない可能性があるため、Ｐｅａｋ＿ｍｉｎを基準に狙い値を決定する。

再び、図７に戻り、ステップＳ７０５では、オートフォーカスモードが動いている被写体に焦点を合わせ続けるモード（ＡＩ ＳＥＲＶＯモード）か否かを判定する。ＡＩ ＳＥＲＶＯモードならばステップＳ７０７へ移行する。ＡＩ ＳＥＲＶＯモードでなければ、ステップＳ７０６へ移行する。

ステップＳ７０６では、ステップＳ７０４で求めた狙い値を大きくして（蓄積時間を長くして）、ステップＳ７０８へと移行する。複数のデフォーカス演算領域があるため、信号量が低い領域でも、デフォーカス検出を可能にするためである。また、被写体は動いていないことが想定されるため、狙い値を上げて次回の蓄積時間を伸ばしても、蓄積中に被写体を見失うことはない。

なお、ステップＳ７０６では、狙い値を、例えば高輝度時はステップＳ７０４で求めた狙い値の４倍、高輝度以外はステップＳ７０４で求めた狙い値の２倍に設定する。高輝度時は蓄積時間を短くできるため、４倍まで上げることで精度を向上させ、高輝度以外は応答性の低下を抑制するために２倍に設定する。

また、ステップＳ７０６の狙い値を大きくする処理の代わりに、蓄積時間を伸ばしたり、Ｐｅａｋ＿ｍｉｎが狙い値となるように制御したりしてもよい。この時、当初の狙い値に対する蓄積時間に対し、蓄積時間の上限を設けてもよい。

ステップＳ７０７では、ステップＳ７０４で求めた狙い値を変更せずにステップＳ７０８へと移行する。ステップＳ７０６とは違い、ＡＩ ＳＥＲＶＯモードでは被写体が動いていることが想定され、狙い値を大きくしてしまうと（蓄積時間を長くすると）、蓄積中に被写体を見失う恐れがある。そのため、ＡＩ ＳＥＲＶＯモードの時には狙い値を変えずに次のステップに移行する、
ステップＳ７０８では、ステップＳ７０３、ステップＳ７０６、ステップＳ７０７で求めた狙い値となるように、焦点検出センサ１０１の蓄積制御を行う。

なお、上記の実施形態では、焦点検出センサ１０１の信号を狙い値に近づけるために、蓄積時間を制御するように説明したが、焦点検出センサ１０１の信号に掛けるゲインを制御することにより狙い値に近づけるようにしてもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の撮像装置の構成及びその全体動作は、図１〜図６で説明した第１の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。本実施形態では、図６におけるステップＳ６０５のデフォーカス演算処理と、ステップＳ６０８の次回蓄積時間算出処理が、第１の実施形態と異なる。

図９は、第２の実施形態における、図６のステップＳ６０５のデフォーカス演算処理を示す図である。図９では、図６のステップＳ６０４の信号読み出しにおいて、ステップＳ６０５のデフォーカス演算で演算可能なダイナミックレンジよりも大きいレンジで信号量を得た際に、必要な信号量に変換するための処理を示している。

ステップＳ１７０１では、デフォーカス演算領域１２０１（図１４参照）内の画像信号値に対するヒストグラムを作成する。

図１０を用いて、信号値ヒストグラムについて説明する。図１０の信号値ヒストグラムは、縦軸に画素数をとり、横軸に信号値をとって、信号値毎の画素数の分布を示している。信号値＜ａとなる画素数をｋ個、ａ＜信号値≦ｂとなる画素数をｍ個、ｂ＜信号値≦ｃとなる画素数をｎ個としており、信号値の大きさはａ＜ｂ＜ｃの関係となっている。ここで、信号値ａはデフォーカス演算で使用できる信号値の最大値である。また、信号値ｃは画素信号値の上限を示している。

図９に戻り、ステップＳ１７０２では、信号値ヒストグラムでの画素数ｎが閾値よりも多いか否かの判定を行う。閾値よりも多い場合はステップＳ１７０４へ移行する。閾値以下の場合はステップＳ１７０３へ移行する。

ステップＳ１７０３では、信号量ヒストグラムの画素数ｎと画素数ｍの合計が、所定の画素数の閾値よりも多いか否かの判定を行う。所定の画素数の閾値よりも多い場合はステップＳ１７０５へ移行する。所定の画素数の閾値以下の場合は、ステップＳ１７０６へ移行する。

ステップＳ１７０４では、デフォーカス演算領域１２０１の画素全てに対してｇａｉｎ１をかける。ステップＳ１７０５では、デフォーカス演算領域１２０１の画素全てに対してｇａｉｎ２をかける。ステップＳ１７０６では、デフォーカス演算領域１２０１の画素全てに対してｇａｉｎ３をかける。

ここで、ｇａｉｎ１〜ｇａｉｎ３の大小関係は１≧ｇａｉｎ３＞ｇａｉｎ２＞ｇａｉｎ１である。また、所定の信号値の閾値よりも信号値の大きい画素は飽和となるが、信号値の閾値の値を調整することにより、夜景を背景として人がいるシーンなどで点光源をあえて飽和させることができ、被写体のコントラスとを拾うことができる。

ステップＳ１７０７では、公知のデフォーカス演算を行う。

このように、信号値と画素の度数分布に応じて信号に掛けるゲインの値を変えることにより、デフォーカス演算領域１２０１の信号量を調整する。これにより、被写体のコントラストを損なうことなくデフォーカス演算を行うことができる。

次に、図１１及び図１２を用いて、次回の蓄積時間算出について説明する。

ステップＳ１９０１では、焦点検出センサー１０１が起動直後か否かを判定する。焦点検出センサー１０１は、カメラ本体１５０の電源投入時や、カメラ本体１５０に一定時間操作がない場合に入るスリープ状態からの復帰時に起動する。起動直後（起動後の１回目の蓄積）ならば、ステップＳ１９０４へ移行する。起動直後でないならば、ステップＳ１９０２へ移行する。

ステップＳ１９０２では、ステップＳ６０５のデフォーカス演算処理の結果から、ピントがずれているか否かを判断する。ピントがずれている場合はステップＳ１９０４へ移行する。ピントがずれていない場合は、ステップＳ１９０３へ移行する。ステップＳ１９０３では、ユーザーが選択した焦点検出領域が１つか否かを判定する。

図１２を用いて、ユーザーが選択した焦点検出領域について説明する。図１２（ａ）は焦点検出領域が１点の場合の図である。図１２（ｂ）は焦点検出領域が複数の場合の図である。ステップＳ１９０３では、図１２（ａ）のように焦点検出領域が１点か、図１２（ｂ）のように複数点かを判定している。

図１１に戻り、ステップＳ１９０４では、焦点検出領域の位置によらず、ファインダー５０１のＬ領域、Ｃ領域、Ｒ領域の領域ごとに全画素の信号量を単純加算平均し、平均値が所望の信号量となるように蓄積制御を行う。焦点検出センサー１０１の起動直後及びピントがずれている場合は、焦点検出領域での蓄積制御が適切でない可能性がある。そのため、焦点検出領域全体の平均値を用いて蓄積制御を行い、蓄積制御を安定させる。

ステップＳ１９０５では、ユーザーが選択した焦点検出領域が複数であるため、被写体の存在する焦点検出領域では、その焦点検出領域だけなく、選択された焦点検出領域全体で蓄積制御を行う。この場合は、ステップＳ６０５で求めたＰｅａｋ、Ｂｏｔｔｏｍの値を用いて、選択された複数の焦点検出領域の中で最大のＰｅａｋと最小のＢｏｔｔｏｍの差分が狙い値となるように蓄積制御を行う。これにより、デフォーカス演算に必要なコントラストが得られるようになる。選択された焦点検出領域全体で蓄積制御を行うことにより、被写体が動いても蓄積制御のずれを少なくすることができる。また、自動選択など焦点検出範囲が広い場合は、主被写体の存在する焦点検出領域とその周辺の情報を用いて蓄積制御を行う。

一方、被写体の存在しない焦点検出領域では、ステップＳ１９０４と同様に焦点検出領域全体の信号の平均値を用いて蓄積制御を行う。

ステップＳ１９０６では、ユーザーが選択した焦点検出領域が１つの場合、この焦点検出領域に重点を置いて露出制御を行う。具体的には、被写体の存在する焦点検出領域では、焦点検出領域のＰｅａｋとＢｏｔｔｏｍの差分が狙い値となるように蓄積制御を行う。これにより、デフォーカス演算に必要なコントラストが得られるようになる。一方、被写体の存在しない焦点検出領域は、ステップＳ１９０４、Ｓ１９０５と同様に焦点検出領域全体の信号の平均値を用いて蓄積制御を行う。

以上のように、選択した焦点検出領域、焦点検出センサー１０１の状態、ピントの状態に応じて蓄積制御を行う領域を変えることにより、被写体の明るさに対して適切な蓄積制御を行うことが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の撮像装置の構成及びその全体動作は、図１〜図６で説明した第１の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。本実施形態では、図６におけるステップＳ６０５のデフォーカス演算処理と、ステップＳ６０８の次回蓄積時間算出処理が、第１の実施形態と異なる。

以下、第３の実施形態における、１つのデフォーカス演算領域１２０１（図１４参照）を複数の分割領域に分割し、デフォーカス演算を行う場合における、ステップＳ６０５のデフォーカス演算処理について説明する。

図１１、図１３、図１４を用いて、１つのデフォーカス演算領域１２０１を、公知の相関演算を行う相関方向と直行する方向に分割した際のデフォーカス演算方法について説明する。図１３では、図９に対して１つのデフォーカス演算領域１２０１を複数の分割領域に分割し、デフォーカス演算を行う場合を追記している。

ステップＳ１１０１では、１つのデフォーカス演算領域１２０１の全体で信号値ヒストグラムを作成する。信号値ヒストグラムは図１０と同様であり、ステップ１１０２〜ステップＳ１１０６は、図９のステップＳ１７０２〜ステップＳ１７０６と同様であるため、ここでは説明を省略する。

ステップＳ１１０７では、分割された分割領域ごとに飽和判定を行う。飽和判定では、分割された分割領域内に飽和画素が所定の数以上あった場合に、飽和と判定する。

ここで、図１４を用いて、１つのデフォーカス演算領域１２０１の分割方法について説明する。図１４（ａ）は焦点検出センサ１０１の画素部を示す図である。複数の正方画素で構成されており、図４で説明した焦点検出領域３０１〜３０６に分割される。１つのデフォーカス演算領域１２０１，１２０２は、それぞれ焦点検出領域ＣＡ３０１とＣＢ３０２の一部であり、公知の相関演算を行う領域である。

図１４（ｂ）は、デフォーカス演算領域１２０１を取り出した図であり、相関方向と直行する方向に５分割され、分割領域１２０１ａ〜１２０１ｅが形成されている。本実施形態では、分割領域１２０１ａ〜１２０１ｅをそれぞれ１行の画素からなるものとしている。デフォーカス演算領域１２０２も同じ構成である。図１４（ｃ）はデフォーカス演算領域１２０１の上から第２行目、第３行目の分割領域１２０１ｂ，１２０１ｃに飽和領域１２０３が存在する場合の図である。この場合、第２行目、第３行目それぞれで、ステップＳ１１０７の飽和判定が行われる。

図１３に戻り、ステップＳ１１０８では、分割された分割領域１２０１ａ〜１２０１ｅの全てが飽和しているか否かを判定する。全分割領域が飽和している場合、ステップＳ１１０９へ移行する。全分割領域のうちに飽和していない分割領域がある場合、ステップＳ１１１０へ移行する。

ステップＳ１１０９では、デフォーカス演算領域１２０１の全ての分割領域を使用してステップＳ１１１１のデフォーカス演算を行う。この場合、それぞれの分割領域１２０１ａ〜１２０１ｅは全て飽和していると判断されているが、それぞれの分割領域には飽和していない画素も存在する。そのため、この飽和していない画素を用いてデフォーカス演算を行う。また、デフォーカス演算領域１２０１以外にも複数の焦点検出領域でデフォーカス演算をしている場合、飽和している焦点検出領域はデフォーカス演算に選ばれにくくする。

ステップＳ１１１０では、分割領域１２０１ａ〜１２０１ｅのうちの飽和していない領域のみを使用し、ステップＳ１１１１のデフォーカス演算を行う。飽和した領域を除いてデフォーカス演算を行うことにより、飽和している領域に引っ張られず、焦点検出を行うことができる。

なお、ステップＳ１１１１では、第２の実施形態のステップＳ１７０７と同様に、公知のデフォーカス演算を行う。

次に、１つのデフォーカス演算領域１２０１（１２０２）を複数領域に分割し、デフォーカス演算を行う場合における、ステップＳ６０８での次回の蓄積時間算出について、第１の実施形態との差分について説明する。

ステップＳ６０８の全体動作は、第１の実施形態と同様である。ステップＳ１１０８のデフォーカス演算領域１２０１内の分割領域１２０１ａ〜１２０１ｅの飽和判定結果に基づいて、次回の蓄積時間制御を行う領域を決定する。焦点検出領域の数によらず、飽和している分割領域は蓄積時間制御には使用しない。飽和している分割領域を除いて蓄積制御を行うことにより、被写体の背景が逆光や夜景の場合でも、背景に引っ張られることなく蓄積制御を行うことができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の撮像装置の構成は、図１に示した第１の実施形態の構成とほぼ同様であるが、図１５に示すように、図１の構成に加えて、補助光装置１２０と、補助光装置１２０と通信する補助光通信装置１０２とが加えられている。補助光装置１２０は、内部に補助光用ＣＰＵ１０９、補助光用駆動回路１１０、光源１１１を備えている。その他の構成は、図２〜図５で説明した第１の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

図１５において、ＣＰＵ１００は、補助光通信回路１０２を介して補助光装置１２０内の補助光用ＣＰＵ１０９と信号１１２の送受信を行う。補助光用ＣＰＵ１０９は、ＣＰＵ１００の指示に従って、補助光駆動回路１１０を用いて光源１１１を駆動し、被写体の照明を行う。光源１１１には、ＬＥＤやランプなどを補助光駆動回路１１０により定常的あるいは点滅させて照明を行うものや、ストロボ装置と兼用したキセノン管により照明を行うものが用いられる。キセノン管による照明の場合は、点滅制御する場合が一般的である。上記のように、様々なタイプの光源を搭載した補助光装置があり、カメラ本体１６０は、これらの補助光装置が取り付けできるように構成されている。

次に、図１６は、本実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャートである。スイッチ群１１４の操作により焦点検出の開始信号をＣＰＵ１００が受信すると、ＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１を制御して焦点検出処理を開始する。

ステップＳ１６０１では、ＣＰＵ１００は焦点検出処理の初期設定を行う。ＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１の初期設定のレジスタ書き込みを行う。また、焦点検出領域について、ユーザーが選択した任意の焦点検出領域を使用する任意選択モード、もしくは、ＣＰＵ１００が公知のアルゴリズムによって自動で選択した焦点検出領域を使用する自動選択モードのいずれかのモードを設定する。

また、ユーザーは補助光装置１２０のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることが出来る。補助光装置１２０をＯＮに設定した場合、測光センサ１０７によって検出された被写体輝度に応じて発光の有無や発光量の制御を行う。本実施形態においては、補助光装置１２０をＯＦＦに設定した状態での制御について説明する。

ステップＳ１６０２では、ＣＰＵ１００は、焦点検出センサ１０１の初回蓄積における蓄積時間の設定を行う。初回の蓄積時間は、あらかじめ定められた固定の蓄積時間、もしくは、測光センサ１０７によって検出した被写体輝度に基づいた蓄積時間に設定する。

ステップＳ１６０３では、ＣＰＵ１００は、上述した焦点検出領域の選択を行う。本実施形態においては、Ｃ領域、Ｒ領域、Ｌ領域に少なくとも１つずつ焦点検出領域を有するものとする。ステップＳ１６０１でユーザーによって任意の焦点検出領域が選択されている場合は、選択されている焦点検出領域は主被写体領域を示す焦点検出領域であるものと判断する。また、ＣＰＵ１００による自動選択が設定されている場合は、ＣＰＵ１００が自動で焦点検出領域を選択する。

自動で焦点検出領域を選択する例として、例えば次のような方法が挙げられる。１つは、後述するステップＳ１６０６で算出したデフォーカス量に基づき、ピント位置が最も至近にある焦点検出領域を選択する方法である。また、他の方法は、測光センサ１０７で検知した顔の位置から、主被写体と判断した位置の焦点検出領域を選択する方法である。また、初回の焦点検出処理時や、後述するステップＳ１６０６でデフォーカス量を検出できなかった場合は、焦点検出領域を選択せずに、次のステップＳ１６０４へ進んでもよい。

ステップＳ１６０４では、ＣＰＵ１００は焦点検出センサ１０１へ電荷蓄積開始の指示を行う。電荷蓄積開始の指示を受けた焦点検出センサ１０１は回路のリセット動作とフォトダイオードのリセット動作を行い、ステップＳ１６０２もしくはステップＳ１６０９で算出した蓄積時間に基づき電荷蓄積動作を開始する。そして、所定の時間が経過した後に電荷蓄積動作を終了するとともに、蓄積した電荷を各画素に対応するメモリ部に転送する。

ステップＳ１６０５では、ＣＰＵ１００は、ステップＳ１６０４で蓄積されメモリ部に記憶された信号の読み出しを行う。

ステップＳ１６０６では、ＣＰＵ１００はステップＳ１６０５で読み出した像信号について、デフォーカス量を算出する。デフォーカス量の算出は、一対の像信号を用いて撮影レンズ２００の焦点状態（デフォーカス量）を検出する公知のデフォーカス演算により行われる。ここでは、焦点検出センサ１０１の位相差（ｂｉｔ数）に対して、センサーピッチ（ｍｍ）と焦点検出系の基線長などの光学係数を掛け合わせることにより、デフォーカス量（ｍｍ）を求める。

ステップＳ１６０７では、ＣＰＵ１００は、ステップＳ１６０６で算出したデフォーカス量に基づき、撮影レンズ２００の焦点状態が合焦状態か否かを判定する。合焦状態か否かの判定は、デフォーカス量が所望の範囲内、例えば１／４Ｆδ以内（Ｆ：レンズの絞り値、δ：定数（２０μｍ））であれば合焦と判断する。例えば、レンズの絞り値Ｆ＝２．０であれば、デフォーカス量が１０μｍ以下なら合焦と判定し、焦点検出処理を終了する。一方、デフォーカス量が１０μｍより大きく、非合焦と判定された場合は、撮影レンズ２００の焦点状態を合焦位置に合わせるため、ステップＳ１６０８へ移行する。

ステップＳ１６０８では、ＣＰＵ１００は、レンズ通信回路１０５を介して、デフォーカス量に基づき、撮影レンズ２００にレンズ駆動を指示する。ステップＳ１６０９では、ＣＰＵ１００は、被写体輝度に応じて、次回の焦点検出処理時の焦点検出センサ１０１における蓄積時間の値を算出し、設定する。次回の蓄積時間の算出処理については図１７のフローチャートを用いて後述する。そして、ＣＰＵ１００は処理をステップＳ１６０３に戻し、合焦状態と判断されるまでステップＳ１６０３〜ステップＳ１６０９の動作を繰り返す。以上が焦点検出処理における一連の流れである。

次に、図１７は、図１６のステップＳ１６０９における次回の蓄積時間算出の処理を示すフローチャートである。

ステップＳ２７０１では、ＣＰＵ１００はユーザーによって選択された焦点検出範囲が閾値１よりも小さいか否かを判定する。ここでは閾値１の大きさは、ユーザーが選択した１つの焦点検出領域か複数の焦点検出領域かを判定できる範囲とする。焦点検出範囲が閾値１よりも小さければステップＳ２７０３へ移行し、焦点検出範囲が閾値１以上（閾値以上）であればステップＳ２７０２へ移行する。

ステップＳ２７０２では、ＣＰＵ１００はユーザーによって選択された焦点検出範囲が閾値２以上か否かを判定する。ここでは閾値２の大きさは、全領域かユーザーが選択した所定の領域かを判定できる範囲とする。焦点検出範囲が閾値２以上であればステップＳ２７０４へ移行し、閾値２より小さければステップＳ２７０５へ移行する。

ステップＳ２７０３では、ＣＰＵ１００は焦点検出範囲内の像信号で最も大きい信号値であるＰｅａｋと最も小さい信号値であるＢｏｔｔｏｍの差分信号（以降、ＰＢ信号）の目標値を第１の狙い値に設定する。第１の狙い値は、焦点検出範囲内のＰＢ信号で焦点検出可能な信号値とする。

焦点検出可能なＰＢ信号の信号値は、デフォーカス量のバラツキが所望の範囲内になるような値に設定する。例として前述したステップＳ１６０７で設定した所望の範囲内である１／４Ｆδ以内になるように設定する。

ステップＳ２７０４では、ＣＰＵ１００は焦点検出範囲内のＰＢ信号の目標値を第２の狙い値に設定する。第２の狙い値は、第１の狙い値よりも大きな値とする。また、Ｐｅａｋ信号の上限は焦点検出センサ１０１のフォトダイオード部、もしくはフォトダイオード部で蓄積した電荷を転送したメモリ部で蓄積可能な電荷量（以降、Ｄレンジ）である。そのため、第２の狙い値は、ＰＥＡＫ信号がＤレンジ上限近傍になるような信号値に設定することが望ましい。

ステップＳ２７０５では、ＣＰＵ１００は焦点検出範囲内のＰＢ信号の目標値を第３の狙い値に設定する。第３の狙い値は、第１の狙い値と第２の狙い値の間の信号値に設定する。ステップＳ２７０４の場合と比べて焦点検出範囲が狭く、同一被写体を検出している可能性が高いため、被写体内の輝度差が小さいと考えられる。そのため、第３の狙い値は、第２の狙い値よりも低く設定することができる。第３の狙い値の設定方法として、焦点検出範囲の大きさに応じて、第１の狙い値と第２の狙い値から線形に補間するなどの方法が挙げられる。以上より、目標狙い値の大小関係は第１の狙い値＜第３の狙い値＜第２の狙い値となる。

次に、図１８は、焦点検出範囲と目標信号値の関係について説明するための図である。図１８（ａ）は、ステップＳ２７０３で設定した目標信号値を第１の狙い値に設定した際の被写体に対する焦点検出範囲と像信号の関係図である。なお、細線の点線で囲われた箇所以外は図３で説明した光学系により光が入ってこない領域である。

図１８（ａ）での焦点検出範囲はユーザーが選択した被写体を含む領域であるため、選択した被写体に対して焦点検出可能な信号量を蓄積すればよい。また、狙い値を高く設定し、蓄積する信号量を大きくすると蓄積に掛かる時間が伸びるため、応答性が悪化してしまう。したがって、図１８（ａ）の焦点検出範囲では、第１の狙い値を焦点検出が可能な最低限の信号値に設定している。

図１８（ｂ）は、焦点検出範囲を全領域に設定し、目標信号値を第１の狙い値に設定した際の被写体に対する焦点検出範囲と像信号の関係図である。全領域内で最大のＰＢ信号を第１の狙い値に設定すると、最大のＰＢ信号に対応する被写体以外の被写体は、黒潰れしてしまい、焦点検出を行うことが出来ない。

焦点検出範囲を全領域に設定した場合、全ての被写体に対して焦点検出した上で、前述した図１６のステップＳ１６０３で説明したアルゴリズムで焦点検出領域の選択を行うことが望ましい。しかしながら、目標信号値を第１の狙い値に設定した場合、最大の信号値に対応する焦点検出領域しか選択することができず、背景の点光源などに引っ張られる原因になってしまう。そこで、焦点検出範囲が全領域に設定された場合は、ステップＳ２７０４で説明したように、目標信号値を第２の狙い値に設定する。

図１８（ｃ）は、ステップＳ２７０４で目標信号値を第２の狙い値に設定した際の被写体に対する焦点検出範囲と像信号の関係図である。目標信号値の狙い値を第１の狙い値よりも大きい第２の狙い値に設定するため、全ての被写体が黒潰れしにくくなり、前述した図１６のステップＳ１６０３で説明したアルゴリズムで焦点検出領域の選択を行うことが可能となる。

以上、ＰＢ信号を基に目標狙い値を設定する方法について説明したが、ＰＥＡＫ信号を基に目標狙い値を設定してもよい。

図１７のフローチャートに戻り、ステップＳ２７０６では、ＣＰＵ１００は、次回の蓄積でＰＢ信号がステップＳ２７０３、ステップＳ２７０４、ステップＳ２７０５で求めた目標狙い値になるように蓄積時間、もしくはゲインの算出および設定を行う。

以上説明したように、蓄積する信号量の狙い値を焦点検出範囲に応じて変更することにより、応答性と焦点検出精度を両立した焦点検出処理を行うことが可能となる。

（第５の実施形態）
上記の第４の実施形態では、図１５の補助光装置１２０をＯＦＦに設定した状態の制御について説明した。第５の実施形態では、補助光装置１２０をＯＮに設定した状態の制御について説明する。本実施形態では、カメラ本体１６０の構成、及び焦点検出処理については、第４の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態では、図１６のステップＳ１６０１で、ユーザーは補助光装置１２０をＯＮに設定しているものとする。

補助光装置を用いた蓄積制御は、被写体を照らす環境光、照明の発光量、被写体との距離、被写体反射率などから決定される被写体輝度に基づいた公知の蓄積制御方法がある。しかしながら、初回の発光および、蓄積を行うタイミングでは、被写体との距離が不明であるため、事前に測光センサ１０７によって被写体輝度を検出することができない。そこで、補助光装置１２０を用いた初回蓄積制御設定について図１９を用いて説明する。

図１９は、本実施形態における焦点検出センサ１０１の初回の蓄積時間の設定についてのフローチャートである。

ステップＳ１９０１では、ＣＰＵ１００はユーザーによって選択された焦点検出範囲が閾値１よりも小さいか否かを判定する。ここでは閾値１の大きさは、ユーザーが選択した１つの焦点検出領域か複数の焦点検出領域かを判定できる範囲とする。焦点検出範囲が閾値１よりも小さければステップＳ１９０３へ移行し、焦点検出範囲が閾値１以上であればステップＳ１９０２へ移行する。

ステップＳ１９０２では、ＣＰＵ１００はユーザーによって選択された焦点検出範囲が閾値２以上か否かを判定する。ここでは閾値２の大きさは、全領域かユーザーが選択した所定の領域かを判定できる範囲とする。焦点検出範囲が閾値２以上であればステップＳ１９０４へ移行し、閾値２より小さければステップＳ１９０５へ移行する。

ステップＳ１９０３では、ＣＰＵ１００は初回の蓄積時間をｔ１に設定する。ｔ１は補助光を用いた撮影でよくあるシーンである人物撮影で適切な信号量になる蓄積時間である。例として、被写体距離を被写体のバストアップショットになる５０・ｆ（ｆ：焦点距離）とし、反射率を一般的な人物の肌に相当する１８％として、蓄積時間を算出する。

ステップＳ１９０４では、ＣＰＵ１００は初回の蓄積時間をｔ１よりも長いｔ２に設定する。焦点検出範囲が広くなると、焦点検出範囲内にバストアップショットの位置よりも遠く、もしくは一般的な人物の肌よりも反射率が低い被写体が存在している可能性が高まる。そのため、上述した被写体は黒潰れしてしまい、焦点検出を行うことが出来なくなるため、蓄積時間ｔ２をｔ１よりも長く設定し、領域内の全ての被写体に対して焦点検出を行えるようにする。

ステップＳ１９０５では、ＣＰＵ１００は初回蓄積時間を、ｔ１とｔ２の間のｔ３に設定する。したがって、蓄積時間の大小関係はｔ１＜ｔ３＜ｔ２となる。ｔ３の設定方法としては、焦点検出範囲の大きさに応じて、ｔ１とｔ２の間を線形に補間するなどの方法が挙げられる。

なお、上記では、焦点検出範囲に応じて焦点検出センサの初回蓄積時間を変更する方法について説明したが、蓄積時間だけでなくゲインを変更してもよい。

以上説明したように、補助光装置による照明を行った際に焦点検出範囲に応じて初回蓄積時間、もしくはゲインを変更することにより、応答性と焦点検出精度を両立した焦点検出処理を行うことが可能となる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態の撮像装置の構成は、図１〜図２で説明した第１の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。本実施形態では、図３で説明した測距検出センサ１０１の代わりに、撮像素子１０６を、少なくとも表示用および記録用のいずれか一方の画像信号を出力するとともに、焦点検出用の像信号を出力する（出力可能な）センサとして用いて焦点検出処理を行う場合について説明する。

撮像素子１０６の構成は、図２０を用いて説明する。撮像素子１０６は多数の画素部２００１を２次元アレイ状に配置した構成を有する。各画素部２００１に対して、垂直出力線２００２、転送信号線２００３、リセット信号線２００４、行選択信号線２００５がそれぞれ接続されている。カラムＡＤＣブロック２０１１は、画素部２００１に接続された垂直出力線２００２から出力される信号に対し、Ａ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換した信号を出力する。行走査回路２０１２は転送信号線２００３、リセット信号線２００４、行選択信号線２００５により画素部２００１に接続される。複数の列走査回路２０１３は、水平信号線２０１５−ａ，２０１５−ｂにより、複数のカラムＡＤＣブロック２０１１に接続される。タイミング制御回路２０１４は、カラムＡＤＣブロック２０１１、列走査回路２０１３にそれぞれタイミング制御信号を出力して制御を行う。

切り替え部２０１６は、水平信号線２０１５−ａと２０１５−ｂによる各信号を切り替えて、パラレル・シリアル変換部（以下、Ｐ／Ｓ変換部と表記する）２０１７に出力する。Ｐ／Ｓ変換部２０１７は切り替え部２０１６の出力を取得し、パラレル・シリアル変換を行う。Ｐ／Ｓ変換部２０１７は変換した信号を外部に出力する。

本実施形態の撮像素子１０６は、複数の画素部２００１が水平方向（行方向）において転送信号線２００３、リセット信号線２００４、および行選択信号線２００５に接続され、垂直方向（列方向）において垂直出力線２００２に接続されている。垂直出力線２００２の各々は読み出し行単位に応じて接続先が異なる。画素部２００１から読み出される信号はカラムＡＤＣブロック２０１１を介して、チャンネル毎の水平信号線２０１５−ａ、水平信号線２０１５−ｂから出力され、切り替え部２０１６に送られる。切り替え部２０１６で選択された画像信号は、タイミング制御回路２０１４のタイミングに合わせてＰ／Ｓ変換部２０１７がパラレル・シリアル変換を行い、撮像素子１０６の外部に出力する。

画素信号の読み出し方式としては、全画素を読み出す方式、垂直方向にて画素を間引いて読み出す方式、水平方向にて画素を加算して読み出す方式、垂直間引き水平加算方式等を適宜に選択可能である。垂直間引き水平加算方式は、垂直方向にて間引き読み出しを行い水平方向にて画素を加算して読み出す方式である。本実施形態では、静止画読み出しの方式に全画素を読み出す方式を採用する。第１の読み出しモードでは、第１の画素数の画素部として撮像素子のすべての画素部から画素信号が読み出される。読み出し画素数が多いため、所定時間内に限られた枚数の画像しか取得できないので、動体である被写体が高速で移動する場合、正確に被写体を画角内に捉え難くなる。一方、ライブビュー読み出しの方式には垂直間引き水平加算方式を採用する。第２の読み出しモードでは、第１の画素数よりも少ない第２の画素数の画素部から画素信号が読み出される。読み出し画素数が少ないため、処理の高速化に適している。

図２１は本実施形態における撮像面位相差ＡＦで使用する撮像素子１０６の画素配列を模式的に示す。撮像素子１０６はオンチップマイクロレンズ２１０１に対応する複数の光電変換部が配置された構成である。カラーフィルタにはベイヤー配列が適用され、Ｒ／Ｇ行で示す奇数行の画素には、左から順に赤（ＲＥＤ）と緑（ＧＲＥＥＮ）のカラーフィルタが交互に設けられる。また、Ｇ／Ｂ行で示す偶数行の画素には、左から順に緑（ＧＲＥＥＮ）と青（ＢＬＵＥ）のカラーフィルタが交互に設けられる。オンチップマイクロレンズ２１０１はカラーフィルタの上に構成されている。オンチップマイクロレンズ２１０１の内側に配置された複数の光電変換部を複数の矩形で示す。瞳分割型撮像素子にて対をなす光電変換部を、それぞれＡ画素２００１ａ、Ｂ画素２００１ｂと表記する。第１の画素群に含まれるＡ画素２００１ａから出力された画像信号によって第１の視点画像であるＡ画像が生成される。第２の画素群に含まれるＢ画素２００１ｂから出力された画像信号によって第２の視点画像であるＢ画像が生成される。演算部はＡ画像とＢ画像の相対的な像ずれ量を相関演算により検出し、所定領域のデフォーカス量を算出する。デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズが移動してレンズ部３０１の焦点調節動作が行われる。また、Ａ画像の信号とＢ画像の信号は撮像素子内で加算処理が行われ、表示用および記録用の画像信号が生成される。なお、図２１に示したように複数の光電変換部を設ける画素構成とせずに、光電変換部の受光面の一部を遮光する形態であってもよい。

次に、図６、７の焦点検出処理のフローチャートは、第１の実施形態の測距センサ１０１が撮像素子１０６に変わるが、処理の流れは変わらないため、ここでは説明を省略する。

なお、撮像素子１０６は焦点検出とライブビュー表示を兼ねており、図７のＳ７０６で狙い値を上げる際には、ユーザーへのライブビュー表示が著しく変化しないよう制御する必要がある。

例えば、焦点検出処理に用いる信号量にのみデジタルゲインをかけ、信号量を増幅させればユーザーへのライブビュー表示が著しく変化しない。

（他の実施形態）
また本発明は、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み出し実行する処理でも実現できる。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現できる。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及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。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：ＣＰＵ、１０１：焦点検出センサ、１０４：信号入力回路、１０５：レンズ通信回路、１０６：撮像素子、１０７：測光センサ、１０８：シャッタ制御回路、１０９：記憶回路、１５０：カメラ本体

Claims (25)

1. 焦点検出が可能な撮像装置であって、
   複数の画素を有し、前記複数の画素の複数の領域ごとに前記画素の蓄積時間を変更可能なセンサと、
   前記撮像装置の状態または設定に応じて、前記複数の領域ごとに前記画素の蓄積制御を変更する蓄積制御手段と、
   前記蓄積制御手段により蓄積を制御された前記画素の信号を用いてデフォーカス量を算出するデフォーカス演算手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記蓄積制御手段は、前記複数の領域のうち、１方向のみにデフォーカス演算を行う第１の領域と、複数の方向にデフォーカス演算を行う第２の領域とで、前記画素の蓄積制御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. 前記蓄積制御手段は、前記第２の領域において、デフォーカス演算を行う方向ごとの画素信号のピーク値の差が第１の閾値よりも小さい場合、前記デフォーカス演算を行う方向ごとの画素信号のピーク値のうち大きい方のピーク値に基づいて前記画素の蓄積制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記蓄積制御手段は、前記第２の領域において、デフォーカス演算を行う方向ごとの画素信号のピーク値の差が第１の閾値よりも大きい第２の閾値よりも大きい場合、前記デフォーカス演算を行う方向ごとの画素信号のピーク値のうち小さい方のピーク値に基づいて前記画素の蓄積制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
5. 前記蓄積制御手段は、前記第２の領域において、デフォーカス演算を行う方向ごとの画素信号のピーク値の差が第１の閾値と、該第１の閾値よりも大きい第２の閾値との間の値である場合、前記デフォーカス演算を行う方向ごとの画素信号のピーク値のうち小さい方のピーク値と大きい方のピーク値の平均に基づいて前記画素の蓄積制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
6. 前記蓄積制御手段は、前記第１の領域において、デフォーカス演算を行う１つの方向の画素信号のピーク値に基づいて前記画素の蓄積制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
7. 前記蓄積制御手段は、前記撮像装置の状態または設定に応じて、主となる領域に重点を置いて前記画素の蓄積制御を行う第１の蓄積制御と、主となる領域よりも広い領域の信号に基づいて前記画素の蓄積制御を行う第２の蓄積制御とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記撮像装置のピントが合っていない場合、前記蓄積制御手段は、前記第２の蓄積制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記センサの起動後の１回目の蓄積制御では、前記蓄積制御手段は、前記第２の蓄積制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
10. 前記蓄積制御手段は、選択された領域の大きさに応じて、前記第２の蓄積制御で用いる信号の範囲を変更することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
11. 前記蓄積制御手段は、前記第１の蓄積制御及び前記第２の蓄積制御の後、蓄積された信号量に応じてゲインをかけて信号量を調整することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. １つの領域を複数の領域に分割してデフォーカス演算を行う場合、前記デフォーカス演算手段は、前記分割した領域ごとに飽和判定を行い、飽和していない領域のみを用いてデフォーカス演算を行うことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. １つの領域を複数の領域に分割してデフォーカス演算を行う場合、前記デフォーカス演算手段は、前記分割した領域ごとに飽和判定を行い、全領域が飽和している場合は、該全領域を使用してデフォーカス演算を行うことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
14. 前記蓄積制御手段は、選択された前記領域の広さに応じて、前記複数の領域ごとに前記画素の蓄積制御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。
15. 前記蓄積制御手段は、前記領域が第１の閾値よりも狭い場合、蓄積する信号量を第１の信号量に制御し、前記第１の閾値以上の場合、前記画素の信号量を第１の信号量よりも大きい第２の信号量に制御することを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
16. 前記第１の信号量は、前記画素の信号の最大値と最小値との差から算出されるコントラストが所定の値より大きくなる信号量であることを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
17. 前記第２の信号量は、前記センサのダイナミックレンジの上限近傍の値であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の撮像装置。
18. 前記蓄積制御手段は、前記領域の広さに応じて、蓄積する信号量を前記第１の信号量と前記第２の信号量の間に設定することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の撮像装置。
19. 被写体を照明する補助光装置をさらに備え、前記蓄積制御手段は、前記領域の広さに応じて、前記補助光装置を用いた場合の初回の前記センサの蓄積時間を変更することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の撮像装置。
20. 前記センサは、少なくとも表示用および記録用のいずれか一方の画像信号と、焦点検出用の画像信号とを出力可能な撮像素子であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置。
21. 前記センサは、グローバル電子シャッタ動作が可能に構成されたセンサであることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置。
22. 前記センサは、二次結像レンズを経て結像された像を光電変換して信号を出力する焦点検出センサであることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置。
23. 複数の画素を有し、前記複数の画素の複数の領域ごとに前記画素の蓄積時間を変更可能なセンサを有する撮像装置を制御する方法であって、
    前記撮像装置の状態または設定に応じて、前記複数の領域ごとに前記画素の蓄積制御を変更する蓄積制御工程と、
    前記蓄積制御工程において蓄積を制御された前記画素の信号を用いてデフォーカス量を算出するデフォーカス演算工程と、
    を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
24. 請求項２３に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
25. 請求項２３に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。

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