JP5946421B2

JP5946421B2 - 撮像装置及びその制御方法

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Description

本発明は、画素毎に複数の光電変換部を有する撮像素子を用いた撮像装置及びその制御方法に関するものである。

近年、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）センサなどの撮像素子を用いた撮像装置では多機能化が進んでいる。静止画や動画のデータ生成だけでなく、例えば焦点調節のような撮像装置の制御も撮像素子で得た画像情報に基づいて行われるようになっている。
特許文献１では、撮像素子から得た撮像信号を用いて瞳分割方式の焦点検出を行う技術が開示されている。撮像素子の画素毎に１つのマイクロレンズと２つのフォトダイオードを備えることにより、各フォトダイオードは撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光を受光する。フォトダイオード同士の出力信号を比較することで焦点検出が可能となると共に、これらの出力信号を加算することで撮像画像データを生成可能である。

特開２００１−１２４９８４号公報

各画素を構成する複数のフォトダイオードから瞳分割した信号を取得する場合、フォトダイオードの構造によっては高輝度時に一方のフォトダイオードの信号が他方のフォトダイオードに漏れ込むなどの現象が起り得る。このため、瞳分割による信号を正確に読み出せなくなる可能性がある。つまり、輝度があるレベル以上の状態において、撮像素子から取得した信号の信頼性が低下すると、正確な焦点検出演算に支障を来たす。
本発明の目的は、画素部がそれぞれ複数の光電変換部を有し、該光電変換部から焦点検出用信号を出力する撮像素子を備えた撮像装置において、信頼性の低い信号の影響を抑制して、正確な焦点検出を行うことである。

上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、画素部がそれぞれ複数の光電変換部を有し、該光電変換部から焦点検出用信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、前記焦点検出用信号を取得して位相差検出方式の焦点検出演算を行う演算手段と、前記演算手段の演算結果を取得し、焦点調節用のレンズを駆動する駆動部を制御して焦点調節を行う制御手段を備える。前記演算手段は、前記複数の光電変換部の出力から、それぞれ合成処理された第１および第２の信号を取得して第３の信号を算出する際、合成処理される前の前記第１の信号を第１の閾値と比較し、合成処理される前の前記第２の信号を第２の閾値と比較し、前記第１および第３の信号に基づいて前記焦点検出演算を行うことにより、前記第１の閾値を超えている前記第１の信号および前記第２の閾値を超えている前記第２の信号に基づく前記焦点調節を制限する。

本発明によれば、信頼性の低い信号の影響を抑制して、正確な焦点検出を行うことができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の全体構成を例示する図である。本発明の実施形態に係る撮像素子の画素配置図である。撮影レンズの射出瞳から出る光束と画素との関係を示した模式図である。焦点調節状態と像信号の関係を示す模式図である。撮像素子の全体構成を例示する図である。撮像素子の１画素の回路構成例を示す図である。撮像素子の各列の読出し回路構成を示す図である。撮像素子の１行の読出し動作を示すタイミングチャートである。画像信号処理部（ＤＦＥ１０８）の構成例を示す模式図である。単位画素部への入射光量と出力信号の関係を示す模式図である。高ＩＳＯ感度設定時における入射光量と出力信号の関係を示す模式図である。

以下に、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１００の全体構成を例示した図である。
第１レンズ群１０１は撮像光学系を構成し、レンズ鏡筒の前端部（被写体側）に配置されて光軸方向に沿って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、第１レンズ群１０１の進退動作と連動した変倍作用（ズーム機能）を有する。第３レンズ群１０４は焦点調節用レンズ（フォーカスレンズ）であり、光軸方向の進退により焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ１０５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１０６は、撮像光学系により結像された被写体像を光電変換する。本実施形態では、撮像素子１０６にベイヤー配列のＣＭＯＳイメージセンサが使用される。撮像素子１０６の各画素は複数の光電変換部を有する。後述するように画素内には複数のフォトダイオード（以下、ＰＤと略記する）が設けられる。１つの画素部におけるＰＤの数は２以上であり（２個、４個、９個など）、例えば、本実施形態では、２つのＰＤにより副画素ａおよび副画素ｂがそれぞれ構成されるものとする。撮像素子１０６から出力されるアナログ画像信号はＡＦＥ（ＡｎａｌｏｇＦｒｏｎｔＥｎｄ）１０７がデジタル信号に変換する。ＡＦＥ１０７が出力するデジタル画像信号はＤＦＥ（ＤｉｇｉｔａｌＦｒｏｎｔＥｎｄ）１０８に入力され、所定の演算処理が行われる。ＤＦＥ１０８は、各画素部の副画素ａ，ｂからそれぞれ得られる信号を用いて、像ずれを検出して位相ずれ量を算出する相関演算を行う。

ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｒ）１０９は、ＤＦＥ１０８から出力されるデジタル画像信号に対して補正処理や現像処理などを行う。記録媒体１１０はＤＳＰ１０９が処理した画像データを記録する。表示部１１１は、撮影された画像や各種メニュー画面などを表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などを備える。ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１１２は画像データなどを一時記憶するデバイスであり、ＤＳＰ１０９と接続されている。タイミングジェネレータ（ＴＧ）１１３は、撮像素子１０６に駆動信号を供給する。

ＣＰＵ（中央演算処理装置）１１４は、ＡＦＥ１０７，ＤＦＥ１０８，ＤＳＰ１０９，ＴＧ１１３，絞り駆動回路１１５を制御する。またＣＰＵ１１４はＡＦ（オートフォーカス）制御を行い、ＤＦＥ１０８にて算出される相関演算結果から焦点ずれ量（デフォーカス量）を算出し、焦点ずれ量に応じてフォーカス駆動回路１１６を制御する。フォーカス駆動回路１１６はフォーカスアクチュエータ１１８の駆動部であり、第３レンズ群１０４を光軸方向に進退させて焦点調節を行う。絞り駆動回路１１５はＣＰＵ１１４の制御指令に従って、絞りアクチュエータ１１７を制御することにより絞り１０２を駆動する。ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）１１９は補正データなどを記憶する。操作部１２０はシャッタースイッチ釦（ＳＷ）を備える。撮影者によるシャッタースイッチ釦の半押しや全押しなどの操作により撮影者の指示信号がＣＰＵ１１４に入力される。

図２は、撮像素子１０６の画素配置例を示す模式図である。単位画素部３００は行列状に配列され、それぞれR(Red)/G(Green)/B(Blue)のカラーフィルタがベイヤー配列で配置されている。各単位画素部３００内にはそれぞれ副画素ａと副画素ｂが配置されている。図中のＰＤ４０１ａは副画素ａを構成する第１の光電変換部であり、ＰＤ４０１ｂは副画素ｂを構成する第２の光電変換部である。副画素ａおよび副画素ｂの各信号は焦点検出に利用される他、副画素ａの信号と副画素ｂの信号を加算したａ／ｂ加算信号（以下、単に加算信号という）は画像データの生成に利用される。
図３は、第１ないし第３レンズ群及び絞り（図１：１０１〜１０４参照）により構成される撮影レンズの射出瞳２０３から出る光束と、単位画素部３００との関係を説明する模式図である。単位画素部３００はＰＤ４０１ａとＰＤ４０１ｂを有する。カラーフィルタ２０１、マイクロレンズ２０２はそれぞれ単位画素部３００上に形成される。

マイクロレンズ２０２を有する画素部に対して、射出瞳２０３から出た光束の中心を光軸２０４で示す。射出瞳２０３を通過した光は、光軸２０４を中心として単位画素部３００に入射する。領域２０５、２０６は撮影レンズの射出瞳２０３の一部領域をそれぞれ表す。図３に示すように領域２０５を通過する光束はマイクロレンズ２０２を通してＰＤ４０１ａ（副画素ａ）が受光する。また瞳領域２０６を通過する光束はマイクロレンズ２０２を通してＰＤ４０１ｂ（副画素ｂ）が受光する。したがって、副画素ａと副画素ｂはそれぞれ、撮影レンズの射出瞳２０３の異なる領域を通過する光を受光する。このため、副画素ａと副画素ｂの出力信号を比較することで位相差方式の焦点検出が可能である。

図４は、副画素ａから得られる像信号波形および副画素ｂから得られる像信号波形を示す模式図である。横軸は水平方向の画素位置を示し、縦軸は信号出力レベルを示す。
図４（Ａ）は合焦状態から外れている場合の各像信号波形を例示する。副画素ａ，ｂのそれぞれから得られる像信号波形は一致せず、互いにずれた状態となる。合焦状態に近づくと、図４（Ｂ）に示すように、像信号波形同士のずれは小さくなり、合焦状態で両波形が重なる。このように副画素ａ，ｂから得られる各像信号波形の相関により焦点ずれ量（デフォーカス量）を検出し、検出結果に基づいて焦点調節を行うことができる。

次に、図５ないし図７を参照して撮像素子１０６の構成を説明する。図５は撮像素子１０６の全体構成例を示す図である。図６は単位画素部３００の構成を示す回路図である。図７は列共通読出し回路３０３の構成を示す回路図である。
図５に示す画素領域ＰＡには、多数の単位画素部３００（ｐ１１〜ｐｋｎ参照）が行列状に配置されている。図６を参照して単位画素部３００の構成を説明する。
ＰＤ４０１ａ，４０１ｂは、入射光を光電変換し、露光量に応じた電荷を蓄積する。転送ゲート４０２ａ，４０２ｂはそれぞれ信号ｔｘａ，ｔｘｂをＨｉｇｈレベルにすることでＯＮ状態となる。これにより、ＰＤ４０１ａ，４０１ｂに蓄積されている電荷がＦＤ（フローティングディフュージョン）部４０３に転送される。ＦＤ部４０３は、フローティングディフュージョンアンプ４０４（以下、ＦＤアンプという）のゲートに接続されている。ＦＤアンプ４０４でＰＤ４０１ａ，４０１ｂから転送されてきた電荷量が電圧量に変換される。ＦＤリセットスイッチ４０５は、信号ｒｅｓをＨｉｇｈレベルとすることにより、ＦＤ部４０３をリセットする。また、ＰＤ４０１ａ，４０１ｂの電荷をリセットする場合には、信号ｒｅｓと信号ｔｘａ，ｔｘｂとを同時にＨｉｇｈレベルとする。転送ゲート４０２ａ，４０２ｂ及びＦＤリセットスイッチ４０５がＯＮ状態になると、ＦＤ部４０３経由でＰＤ４０１ａ，４０１ｂのリセットが行われる。画素選択スイッチ４０６では、信号ｓｅｌをＨｉｇｈレベルとすることにより、ＦＤアンプ４０４で電圧に変換された画素信号が単位画素部３００の出力端子ｖｏｕｔから出力される。

図５の垂直走査回路３０１は、単位画素部３００の各トランジスタにゲート制御信号（ｒｅｓ，ｔｘａ，ｔｘｂ，ｓｅｌ）を供給する。これらの信号は行毎に共通となっている。各単位画素部３００の出力端子ｖｏｕｔは、列毎に垂直出力線３０２を介して列共通読出し回路３０３に接続されている。図７を参照して列共通読出し回路３０３の構成を説明する。
垂直出力線３０２は列毎に設けられ、１列分の単位画素部３００の出力端子ｖｏｕｔが接続されている。垂直出力線３０２には電流源３０４が接続されている。この電流源３０４と、垂直出力線３０２に接続された単位画素部３００のＦＤアンプ４０４によってソースフォロワ回路が構成される。

クランプ容量（Ｃ１）５０１は演算増幅器５０３の反転入力端子に接続されている。またフィードバック容量（Ｃ２）５０２は、演算増幅器５０３の出力端子と反転入力端子に接続されている。尚、フィードバック容量Ｃ２は可変容量である。この静電容量値を変更することで演算増幅器５０３の入力信号に対する増幅ゲインの変更が可能である。演算増幅器５０３の非反転入力端子には基準電源Ｖｒｅｆが接続されている。スイッチ５０４はフィードバック容量Ｃ２の両端をショートさせるためのトランジスタであり、信号ｃｆｓにより制御される。転送スイッチ５０５〜５０８は、それぞれ単位画素部３００から読み出される信号を各信号保持容量５０９〜５１２に転送するためのトランジスタである。後述する読出し動作により、第１のＳ信号保持容量５０９には副画素ａの画素信号Ｓａが記憶され、第２のＳ信号保持容量５１１には副画素ａの信号と副画素ｂの信号を加算した加算信号Ｓａｂが記憶される。また、第１のＮ信号保持容量５１０及び第２のＮ信号保持容量５１２には単位画素部３００のノイズ信号Ｎがそれぞれ記憶される。各信号保持容量５０９〜５１２は、列共通読出し回路３０３の出力端子ｖｓａ，ｖｎａ，ｖｓｂ，ｖｎｂにそれぞれ接続されている。

図５の列共通読出し回路３０３の出力端子ｖｓａ，ｖｎａには、それぞれ水平転送スイッチ３０５，３０６が接続されている。水平転送スイッチ３０５，３０６は水平走査回路３１１の出力信号ｈａ＊（＊は任意の列番号を表す）によって制御される。信号ｈａ＊がＨｉｇｈレベルになることにより、第１のＳ信号保持容量５０９、第１のＮ信号保持容量５１０の各信号がそれぞれ水平出力線３０９，３１０へ転送される。
また、列共通読出し回路３０３の出力端子ｖｓｂ，ｖｎｂには、それぞれ水平転送スイッチ３０７，３０８が接続されている。水平転送スイッチ３０７，３０８は水平走査回路３１１の出力信号ｈｂ＊（＊は任意の列番号を表す）によって制御される。信号ｈｂ＊がＨｉｇｈレベルになることにより、第２のＳ信号保持容量５１１、第２のＮ信号保持容量５１２の各信号がそれぞれ水平出力線３０９，３１０へ転送される。

水平出力線３０９，３１０は差動増幅器３１４の各入力端子に接続されている。差動増幅器３１４ではＳ信号とＮ信号の差分を演算し、同時に所定のゲインをかけ、最終的な出力信号を出力端子３１５へ出力する。水平出力線リセットスイッチ３１２，３１３は、信号ｃｈｒｅｓがＨｉｇｈレベルになることによってＯＮ状態となり、各水平出力線３０９，３１０がリセット電圧Ｖｃｈｒｅｓに設定される（リセット）。

次に、図８を参照して撮像素子１０６の読出し動作について説明する。図８は撮像素子１０６の各行の読出し動作を示すタイミングチャートである。
まず、信号ｃｆｓをＨｉｇｈレベルにすることで、図７のスイッチ５０４がＯＮ状態になり、演算増幅器５０３がバッファ状態となる。次に、信号ｓｅｌをＨｉｇｈレベルにすると、図６の画素選択スイッチ４０６がＯＮする。その後、信号ｒｅｓをＬｏｗレベルにすることでＦＤリセットスイッチ４０５がＯＦＦとなり、ＦＤ部４０３のリセットが解放される。続いて信号ｃｆｓをＬｏｗレベルに戻し、スイッチ５０４がＯＦＦした後、信号ｔｎａ，ｔｎｂがＨｉｇｈレベルとなる。これにより、転送スイッチ５０６，５０８を介して第１のＮ信号保持容量５１０及び第２のＮ信号保持容量５１２にＮ信号が記憶される。

次に信号ｔｎａ，ｔｎｂをＬｏｗレベルにすると、転送スイッチ５０６，５０８がＯＦＦになる。その後、信号ｔｓａをＨｉｇｈレベルにして転送スイッチ５０５をＯＮにすると共に、信号ｔｘａをＨｉｇｈレベルにすることで転送ゲート４０２ａをＯＮにする制御が行われる。この動作により、副画素ａのＰＤ４０１ａに蓄積されていた信号がＦＤアンプ４０４、画素選択スイッチ４０６を介して垂直出力線３０２へ出力される。垂直出力線３０２の信号は、演算増幅器５０３においてクランプ容量Ｃ１とフィードバック容量Ｃ２の容量比に応じたゲインで増幅され、転送スイッチ５０５を介して第１のＳ信号保持容量５０９へ記憶される（画素信号Ｓａ）。
次に、信号ｔｘａと信号ｔｓａを順次Ｌｏｗレベルにする。その後、信号ｔｓｂをＨｉｇｈレベルにして転送スイッチ５０７をＯＮにすると共に、信号ｔｘａ及びｔｘｂをＨｉｇｈレベルにすることで転送ゲート４０２ａと４０２ｂをＯＮにする。この動作により、副画素ｂのＰＤ４０１ｂに蓄積されていた信号がＦＤ部４０３で副画素ａの信号と加算される。加算後の信号はＦＤアンプ４０４、画素選択スイッチ４０６を介して垂直出力線３０２へ出力される。垂直出力線３０２の信号は、演算増幅器５０３においてクランプ容量Ｃ１とフィードバック容量Ｃ２の容量比に応じたゲインで増幅され、転送スイッチ５０７を介して第２のＳ信号保持容量５１１へ記憶される（加算信号Ｓａｂ）。
転送ゲート４０２ａ及び４０２ｂと、転送スイッチ５０７が順次ＯＦＦとなった後、信号ｒｅｓをＨｉｇｈレベルにするとＦＤリセットスイッチ４０５がＯＮし、ＦＤ部４０３がリセットされる。

次に、水平走査回路３１１の出力ｈａ１がＨｉｇｈレベルになることにより、水平転送スイッチ３０５，３０６がＯＮする。第１のＳ信号保持容量５０９、第１のＮ信号保持容量５１０の各信号が水平出力線３０９，３１０と差動増幅器３１４を介して出力端子３１５に出力される。水平走査回路３１１は、各列の選択信号ｈａ１，ｈａ２，・・・，ｈａｋを順次Ｈｉｇｈレベルにすることにより、１行分の副画素ａの信号（像信号Ａ）を出力する。
像信号Ａの読出しが終了すると、続いて、水平走査回路３１１の出力ｈｂ１がＨｉｇｈレベルになる。これにより、水平転送スイッチ３０７，３０８がＯＮになり、第２のＳ信号保持容量５１１、第２のＮ信号保持容量５１２の信号が水平出力線３０９，３１０と差動増幅器３１４を介して出力端子３１５に出力される。水平走査回路３１１は、各列の選択信号ｈｂ１，ｈｂ２，・・・，ｈｂｋを順次Ｈｉｇｈレベルにすることにより、１行分の加算信号（像信号ＡＢ）を出力する。
尚、信号ｈａ１〜ｈａｋ及び信号ｈｂ１〜ｈｂｋによって各列の信号が読み出される期間中、信号ｃｈｒｅｓをＨｉｇｈレベルにすることで水平出力線リセットスイッチ３１２，３１３は一時的にＯＮになる。このとき、水平出力線３０９，３１０はリセット電圧Ｖｃｈｒｅｓのレベルにリセットされる。

次に図９を参照してＤＦＥ１０８を説明する。図９はＤＦＥ１０８の構成を示すブロック図である。
入力データ処理部６０１には、上述の読出し動作によって撮像素子１０６から読み出された信号が、ＡＦＥ１０７を経由して入力される。入力データ処理部６０１は、ＡＦＥ１０７から入力された像信号Ａと像信号ＡＢをレベル判定部６０２へ出力すると共に、像信号ＡＢのみをＤＳＰ１０９へ出力する。像信号Ａは焦点検出用信号であり、像信号ＡＢは焦点検出および画像生成用信号である。
レベル判定部６０２は、像信号Ａを第１の閾値ＳＨＡと比較し、また像信号ＡＢを第２の閾値ＳＨＡＢと比較し、レベル判定を行う。レベル判定の結果、像信号Ａまたは像信号ＡＢのいずれかが閾値を超えた場合、レベル判定部６０２は、その画素のフラグＳの値を‘１’に設定して画素加算処理部６０３に出力する。従って、像信号Ａ、像信号ＡＢとともに各画素のレベル判定結果を示すフラグＳの情報も後段部へ伝達されることになる。閾値ＳＨＡ及び閾値ＳＨＡＢの値については、ＣＰＵ１１４から設定が可能である。

画素加算処理部６０３からデータ出力部６０７は位相差検出方式の焦点検出演算を行う演算手段であり、ＣＰＵ１１４の制御下で動作する。画素加算処理部６０３は、像信号Ａ及び像信号ＡＢに対して画素加算処理を行う。ここでは、２行２列の画素群についてベイヤー単位での画素信号を加算して輝度信号にする処理を行うものとする。この処理により、像信号Ａ及び像信号ＡＢのデータ数はそれぞれ水平方向で１／２、垂直方向で１／２に減少する。像信号減算部６０４は、画素加算処理部６０３から輝度信号ＡＢ（Ｙａｂと記す）と輝度信号Ａ（Ｙａと記す）を取得し、ＹａｂからＹａを減算することにより、輝度信号Ｂ（Ｙｂと記す）を生成する。Ｙａｂは副画素ａの信号と副画素ｂの信号とを加算した輝度信号であり、Ｙａは副画素ａの輝度信号であるから、それらの差であるＹｂは副画素ｂの輝度信号を表すものである。

像補正処理部６０５は、像信号減算部６０４から取得したＹａ，Ｙｂに対して、固定パターンノイズ除去などの補正処理を行う。相関演算処理部６０６は、Ｙａ，Ｙｂの信号波形から相関値Ｃｍ（ｘ）を算出する。相関演算処理部６０６は、まずＹａ，Ｙｂの各信号をそれぞれ所定のライン数分だけ垂直方向に積分する。その後、相関値Ｃｍ（ｘ）を算出する相関演算が行われる。垂直方向に積分する際、１つの画素ラインの中にフラグＳの値が‘１’である画素が採択され、これが所定画素数以上（閾値以上）である場合、そのラインについて積分演算に含めない（演算対象から除外される）。
相関値の算出方法としては、例えば下式を用いる。

この場合、相関値Ｃｍ（ｘ）の極小点が最も相関の高い点となる。ＹａとＹｂとの差の絶対値から相関値を算出してもよい。または、以下の式で相関値を求めてもよい。

ＭＡＸ（Ａ，Ｂ）はＡとＢの大きい方を選択することを表す。また、逆に小さい方を選択する方法でも相関値を算出することが可能である。
データ出力部６０７は、相関演算処理部６０６が算出した相関値Ｃｍ（ｘ）をＣＰＵ１１４へ出力する。ＣＰＵ１１４は、取得した相関値Ｃｍ（ｘ）から最も相関の高い点を選択し、デフォーカス量を算出する。ＣＰＵ１１４は算出したデフォーカス量に基づいてフォーカス駆動回路１１６を制御する。

次に図１０（Ａ）を参照して、副画素ａ（４０１ａ）と副画素ｂ（４０１ｂ）との間で電荷が漏れ出す現象について説明する。図１０（Ａ）は、図３に示した単位画素部３００内の構成を示す図の下方に、ポテンシャルエネルギーの状態を示す模式図を追加した図である。副画素ａへの入射光量が大きく、副画素ｂへの入射光量が小さい場合を想定する。副画素ａで発生して蓄積される光電荷量が一定レベルを超えると、副画素ａと副画素ｂとの間のポテンシャル障壁を超えて副画素ａの光電荷が副画素ｂに漏れ出す。
図１０（Ｂ）は、単位画素部３００への入射光量と出力信号との関係を示した図である。副画素ａに蓄積される光電荷が大きくなると、副画素ａから副画素ｂへの漏れ出しが発生し、副画素ｂ側の信号に副画素ａの信号の一部が混入し始める。閾値ＳＨＡは、混入が始まって信号の信頼性が損なわれ始めるレベルに設定される。像信号Ａのレベルが閾値ＳＨＡを超えた場合、その画素の出力が相関演算処理に影響しないよう除外される。なお、図１０では、副画素ａへの入射光量が、副画素ｂへの入射光量よりも相対的に大きい場合を例にして説明した。これとは逆に、副画素ｂへの入射光量が副画素ａへの入射光量よりも相対的に大きい場合、像信号ＡＢに対して閾値ＳＨＡＢが設定される。像信号ＡＢのレベルが閾値ＳＨＡＢを超えた場合、その画素については前記と同様に相関演算の対象から除外される。

閾値ＳＨＡ、閾値ＳＨＡＢの設定については、レベル判定部６０２での像信号のレベルに対して行われる。従って、撮像装置のＩＳＯ感度設定などによりレベル判定部６０２より前段のゲイン設定が変更される場合、ＣＰＵ１１４はそれに応じて閾値ＳＨＡ、閾値ＳＨＡＢの値を変更する。例えば、撮像素子内の演算増幅器５０３や差動増幅器３１４、ＡＦＥ１０７のゲイン設定が変更された場合には、閾値を変更する必要がある。以上は、ＩＳＯ感度設定が低い場合の説明である。

次に、図１１を参照して、ＩＳＯ感度設定が高く、レベル判定部６０２の前段で乗算されるゲインが大きい場合の信号処理について説明する。前段のゲイン設定値が高い場合、入射光量としては小さい信号を増幅して使用することになる。図１０で説明したような副画素間の信号の混入は発生しない。但し、像信号ＡＢが飽和するような信号レベルの場合には、像信号減算部６０４で輝度信号Ｂを生成する際に信号が正しく算出されない。図１１にて点線で示すグラフ線は、飽和しない像信号ＡＢのレベルから像信号Ａのレベルを減算して像信号Ｂを算出する場合の変化を示す。像信号Ｂのレベルは入射光量の増加につれて増加する。一方、図１１に１点鎖線で示すグラフ線は、像信号ＡＢの飽和時の変化を示す。像信号ＡＢが飽和した時点で、飽和レベル（一定レベル）から像信号Ａのレベルが減算されるので、像信号Ｂのレベルは入射光量の増加につれて減少する。これにより、像信号Ｂ（延いては輝度信号Ｙｂ）の信頼性が損なわれ、相関値Ｃｍ（ｘ）が適切に算出されなくなる。そこで、ＣＰＵ１１４は閾値ＳＨＡ及び閾値ＳＨＡＢを、低ＩＳＯ感度設定時とは異なる値に設定し、信頼性の低い信号が相関演算に使用されないように対処する。

本実施形態によれば、信頼性の低い信号の影響を抑制するために撮影条件に応じて適切に像信号を除外し、適正な焦点検出動作を行うことができる。
尚、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、レベル判定部６０２では、閾値を超えたと判定された画素に対してフラグＳの値を‘１’にセットするものとした。これに限らず、例えば、該当画素の像信号を特定のコードに置き換えても構わない。また、相関演算処理部６０６ではラインごとのフラグをカウントせず、画素毎に相関演算の対象に含めるか否かを選択してもよい。

更には、レベル判定部６０２にて像信号Ａ及び像信号ＡＢのレベルを第１および第２の閾値とそれぞれ比較して判定する例を説明した。これに限らず、像信号Ｂや輝度信号Ｙｂに対して第３の閾値を設定してレベル判定を行っても構わない。この場合、レベル判定部６０２または相関演算処理部６０６がレベル判定を行う。
撮像素子１０６は副画素ａの信号Ｓａ、および、副画素ａと副画素ｂの加算信号Ｓａｂを出力するものとして説明したが、副画素ａの信号と副画素ｂの信号を出力する構成でもよい。この場合、レベル判定部６０２は像信号Ａ（第１の信号）と像信号Ｂ（第２の信号）に対してそれぞれの閾値と比較してレベル判定を行う。

本実施形態によれば、撮像素子の画素部をそれぞれ構成する光電変換部の出力信号を含む複数の信号、つまり第１の信号（像信号Ａ）と、第２の信号（像信号ＡＢ）または第３の信号（像信号Ｂ）が出力される。第１ないし第３の信号は位相差検出方式の焦点検出演算に用いる信号である。焦点検出演算部（図９：画素加算処理部６０３からデータ出力部６０７参照）は焦点検出用信号を取得して第１ないし第３の閾値とそれぞれ比較する。焦点検出演算部は、閾値を超えた信号、つまり、信頼性が低いと判定された信号を相関演算の対象から除外する処理を実行する。これにより、不適切な信号による焦点検出演算への影響を撮影条件に応じて抑制し、正確な焦点検出を行うことができる。

１００撮像装置
１０６撮像素子
１０８ＤＦＥ
１１４ＣＰＵ
６０２レベル判定部
６０４像信号減算部
６０６相関演算処理部

Claims

画素部がそれぞれ複数の光電変換部を有し、該光電変換部から焦点検出用信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、
前記焦点検出用信号を取得して位相差検出方式の焦点検出演算を行う演算手段と、
前記演算手段の演算結果を取得し、焦点調節用のレンズを駆動する駆動部を制御して焦点調節を行う制御手段を備え、
前記演算手段は、前記複数の光電変換部の出力から、それぞれ合成処理された第１および第２の信号を取得して第３の信号を算出する際、合成処理される前の前記第１の信号を第１の閾値と比較し、合成処理される前の前記第２の信号を第２の閾値と比較し、前記第１および第３の信号に基づいて前記焦点検出演算を行うことにより、前記第１の閾値を超えている前記第１の信号および前記第２の閾値を超えている前記第２の信号に基づく前記焦点調節を制限することを特徴とする撮像装置。
前記演算手段は、前記第１の信号が前記第１の閾値を超えたか否か、および前記第２の信号が前記第２の閾値を超えたか否かをそれぞれ判定するレベル判定手段を備え、
前記制御手段は前記撮像装置の感度設定の条件に従って前記第１の閾値および前記第２の閾値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。
前記演算手段は、前記第１の信号および前記第２の信号に対してそれぞれ画素加算処理を行う加算手段を備え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。
前記演算手段は、前記第１の閾値以下である前記第１の信号および前記第２の閾値以下である前記第２の信号を用いて相関演算を行う相関演算処理手段を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
前記演算手段は、前記第２の信号から前記第１の信号を減算して前記第３の信号を生成する減算手段を備え、前記相関演算処理手段は、前記第１の信号と前記第３の信号との相関演算を行うことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記演算手段は、前記第３の信号と第３の閾値を比較し、前記第３の閾値を超えた前記第３の信号を相関演算の対象から除外する処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
前記演算手段は、前記第１の信号および第２の信号をそれぞれ積分する処理を行う際、前記第１および第２の閾値を用いたレベル判定により画素ラインにて除外された信号をもつ画素部の数が閾値以上である場合、当該画素部を構成する前記複数の光電変換部の出力する信号を積分演算の対象から除外することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記撮像装置の感度設定または前記撮像素子のゲイン設定が変更された場合、前記第１または第２の閾値を変更することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記演算手段は、合成処理される前の前記第１の信号が前記第１の閾値を超えた場合に当該第１の信号を除外し、合成処理される前の前記第２の信号が前記第２の閾値を超えた場合に当該第２の信号を除外し、前記第１の閾値以下である前記第１の信号および前記第２の閾値以下である前記第２の信号を用いて焦点検出演算を行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の撮像装置。
画素部がそれぞれ複数の光電変換部を有し、該光電変換部から焦点検出用信号を出力する撮像素子を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記焦点検出用信号を取得して位相差検出方式の焦点検出演算を行う演算ステップと、
前記演算ステップの演算結果を取得し、焦点調節用のレンズを駆動する駆動部を制御して焦点調節を行う制御ステップを有し、
前記演算ステップでは、前記複数の光電変換部の出力から、それぞれ合成処理された第１および第２の信号を取得して第３の信号を算出する際、合成処理される前の前記第１の信号を第１の閾値と比較し、合成処理される前の前記第２の信号を第２の閾値と比較し、前記第１および第３の信号に基づいて前記焦点検出演算を行うことにより、前記第１の閾値を超えている前記第１の信号および前記第２の閾値を超えている前記第２の信号に基づく前記焦点調節を制限する処理が行われることを特徴とする撮像装置の制御方法。