JP6223160B2 - 撮像装置、その制御方法、および制御プログラム - Google Patents

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、画像信号に応じて測光又は測距などに係る評価値を得てフォーカス制御を行う撮像装置に関する。

従来、撮像装置において、フォーカス制御に用いるため被写体の位置情報を得る際には撮像素子から出力される画像信号に応じて位置情報を得ている。また、被写体を示す光信号を専用の検出装置に直接入力して、当該光信号が示す画像における位相差に応じて被写体の位置情報を得ることも行われている。そして、画像信号に応じて位置情報を得る場合には、専用の検出装置が不要となるので撮像装置を小型化することができる。

図７は、従来の撮像装置においてライブビューの際におけるオートフォーカス撮像動作（ＡＦ評価撮像）のタイミングを説明するための図である。

従来の撮像装置においては、垂直同期信号（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｐｕｌｓｅ：ＶＤ）によって撮像タイミングが規定されている。ＡＦ制御信号がオンとなると、撮像装置によってライブビュー撮像期間後のＶＤに応じてＡＦ評価像（ＡＦ評価用画像）が撮像される。そして、ＡＦ制御信号がオフとなると、再びライブビュー撮像期間となる。

このように、ライブビュー用画像を得るライブビュー撮像期間とＡＦ評価用画像を得るＡＦ動作期間とは時間軸に沿ってシリアルに存在するので、ライブビュー用画像とＡＦ評価用画像を同時に撮像することはできない。

このため、図示のようにライブビュー期間（フレーム）の間に位置するＡＦ動作期間においてＡＦ評価用画像が撮像されることになって、ライブビュー用画像とＡＦ評価用画像との間に不可避的にタイムラグが存在する。

加えて、ＡＦ評価用画像を撮像する際においてもライブビュー画像の表示は行われるものの、この際には、ＡＦ評価用画像に応じてライブビュー画像の表示が行われる。そして、図７に示すように、ＡＦ評価用画像を撮像する際には、ライブビュー撮像期間よりもフレームレートが高くされるので、撮像素子の読み出しにおいては間引き率が高くなって、不可避的に画質が低くなってしまう。従って、ライブビュー用画像の画質低下および画質変動による違和感を回避することは困難である。

この状態を回避するため、撮像素子に備えられた画素部に焦点検出用画素を撮像信号用画素とは別に設けるようにした撮像装置がある。この焦点検出用画素を用いたＡＦ動作の一例として、通常画素（つまり、撮像信号用画素）で得られた被写体画像に応じて合焦位置を検出するコントラスト検出方式（コントラストＡＦ）に対して、所謂位相差検出方式（位相差ＡＦ）と呼ばれる手法が知られている。

コントラストＡＦでは、撮像素子の出力信号、特に、高周波成分（コントラスト情報）に着目して、その評価値（コントラスト評価値）が最も大きくなる撮影レンズの位置を合焦位置とする。コントラストＡＦにおいては、撮影レンズを微少量動かしつつコントラスト評価値を求める。そして、コントラストＡＦでは、当該コントラスト評価値が最大となる撮影レンズの位置が分かるまで撮影レンズを駆動することが必要である。

一方、位相差ＡＦでは、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割して、当該２分割した光束を一対の焦点検出用センサー（つまり、焦点検出用画素）によってそれぞれ受光する。そして、受光量に応じて出力される像信号のずれ量、つまり、光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出して撮影レンズのピント方向のずれ量を直接求める。

従って、位相差ＡＦにおいては、焦点検出用センサーによって一度電荷蓄積動作を行えば、ピントのずれ量とその方向を得ることができ、高速に焦点調節動作を行うことができる。

なお、ライブビュー画像における画質と焦点検出精度とを両立させるため、焦点検出用画素が離散的に配列された撮像素子を有する撮像装置において撮像素子の駆動を変更するようにしたものがある（特許文献１参照）。ここでは、間引き率および間引き位相の少なくとも一方が異なる第１の間引き読み出しモードおよび第２の間引き読み出しモードを備えて、撮像装置の状態に応じて第１の間引き読み出しモードおよび第２の間引き読み出しモードを選択するようにしている。

特開２０１０−１８１７５１号公報

ところが、特許文献１に記載の撮像装置においては、画素読み出しの際、撮影画像においては焦点検出用画素を欠陥画素として扱う必要がある。このため、全画素を用いた静止画などの画質を考慮すると、撮像素子の全ての領域に焦点検出用画像を高密度に配置することは困難である。

従って、焦点検出用画素のみで十分な画角領域をカバーして、高精度にＡＦ制御を行うことは困難であり、ＡＦ制御性能を高めるためには焦点検出用画素を用いた位相差ＡＦとともに画像信号を用いたコントラストＡＦを併用することが必要となる。この場合、コントラストＡＦにおいては、前述の駆動切り替えによるタイムラグが生じ、さらにライブビュー画像の画質が低下することを考慮すると、位相差ＡＦおよびコントラストＡＦを併用すれば、タイムラグおよび画質低下を改善することは困難となってしまう。

加えて、位相差ＡＦおよびコントラストＡＦを併用すると、撮像素子の駆動および画像データ処理回路の双方の負担が増加する。そして、位相差ＡＦおよびコントラストＡＦを併用によって不可避的に消費電力が増加して、バッテリーなどの電源が短時間で消費されてしまう。

そこで、本発明の目的は、高速でしかも高精度のフォーカス制御を行いつつ、ライブビュー画像の画質の低下を回避して消費電力を低減す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、複数の画像を備え、光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、前記複数の画素のうち第１の画素群の読み出し制御を行って第１の画像信号を得る第１の読み出しと、前記複数の画素のうち第２の画素群の読み出し制御を行って第２の画像信号を得る第２の読み出しをする読み出し手段と、前記第１の画像信号に応じた画像を表示部に表示する表示制御手段と、前記第１の読み出しで得られた前記第１の画像信号に応じた画像を前記表示部に表示する際、前記第１の画像信号に基づいて行われる第１のフォーカス制御で合焦状態が得られない場合、前記第２の読み出しで得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明による制御方法は、複数の画像を備え、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の制御方法であって、前記複数の画素のうち第１の画素群の読み出し制御を行って第１の画像信号を得る第１の読み出しステップと、前記複数の画素のうち第２の画素群の読み出し制御を行って第２の画像信号を得る第２の読み出しステップと、前記第１の画像信号に応じた画像を表示部に表示する表示制御ステップと、前記第１の読み出しステップによって得られた前記第１の画像信号に応じた画像が前記表示部に表示される際、前記第１の画像信号に基づいて行われる第１のフォーカス制御で合焦状態が得られない場合、前記第２の読み出しステップによって得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う制御ステップと、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、複数の画像を備え、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、前記複数の画素のうち第１の画素群の読み出し制御を行って第１の画像信号を得る第１の読み出しステップと、前記複数の画素のうち第２の画素群の読み出し制御を行って第２の画像信号を得る第２の読み出しステップと、前記第１の画像信号に応じた画像を表示部に表示する表示制御ステップと、前記第１の読み出しステップによって得られた前記第１の画像信号に応じた画像が前記表示部に表示される際、前記第１の画像信号に基づいて行われる第１のフォーカス制御で合焦状態が得られない場合、前記第２の読み出しステップによって得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う制御ステップと、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、高速でしかも高精度のフォーカス制御を行いつつ、ライブビュー画像の画質の低下を回避して消費電力を低減することができる。

本発明の第１の実施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造を示す斜視図である。 図２の示す撮像素子の構成の一例を説明するためのブロック図である。 図３に示す第１のチップにおいて列信号線における画素選択を説明するための図である。 図１に示すカメラにおけるＡＦ評価モードの際の撮像タイミングを説明するためのタイミング図である。 図１に示すカメラにおけるフォーカス制御を説明するためのフローチャートである。 従来の撮像装置においてライブビューの際のオートフォーカス撮像動作のタイミングを説明するための図である。

以下、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。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施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、動画機能付き電子スチルカメラ又はビデオカメラである（以下単にカメラと呼ぶ）。カメラ１００は、光学鏡筒１０１、撮像素子１０２、駆動回路１０３、信号処理部１０４、圧縮伸長部１０５、制御部１０６、発光部１０７、操作部１０８、画像表示部１０９、および画像記録部１１０を有している。

光学鏡筒１０１は、撮影レンズユニット（図示せず、以下単に撮影レンズと呼ぶ）および光学機構部１０１１を備えている。撮影レンズは被写体からの光（光学像）を撮像素子１０２に集光する（つまり、結像する）。

図示はしないが、光学機構部１０１１は、ＡＦ機構、ズーム駆動機構、メカニカルシャッタ機構、および絞り機構など有している。そして、光学機構部１０１１は、制御部１０６の制御下で駆動回路１０３によって駆動される。

撮像素子１０２は、後述する画素部２０１およびＡ／Ｄコンバータ（図示せず）を有し、例えば、所謂ＸＹ読み出し方式のＣＭＯＳ型イメージセンサである。そして、撮像素子１０２、は制御部１０６の制御下で動作する駆動回路１０３によって駆動されて、露光、信号読み出し、およびリセットなどの撮像動作を行って、撮像信号（画像信号ともいう）を出力する。

信号処理部１０４は、制御部１０６の制御下で、撮像素子１０２の出力である画像信号に対して、ホワイトバランス調整処理、色補正処理、およびＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）処理などの所定の信号処理を行って画像データを出力する。また、信号処理部１０４には、後述するコントラストＡＦ評価値検出部１０４１および位相差ＡＦ評価値検出部１０４２が備えられている。

このコントラストＡＦ評価値検出部１０４１は、撮像素子１０２の出力である画像信号（ここでは、画像データ）に基づいて画像データのコントラストを示すコントラスト情報を得る。そしてコントラストＡＦ評価値検出部１０４１はコントラスト情報に基づいて、制御部１０６で制御されるタイミングでコントラストＡＦ評価値（オートフォーカス評価値）を検出する。

同様に、位相差ＡＦ評価値検出部１０４２は撮像素子１０２に備えられた焦点検出用画素で得られる焦点検出用画像信号に応じて位相差を示す位相差情報を得る。そして、位相差ＡＦ評価値検出部１０４２は位相差情報に基づいて、制御部１０６で制御されるタイミングで位相差ＡＦ評価値（オートフォーカス評価値）を検出する。

これらコントラストＡＦ評価値および位相差ＡＦ評価値はそれぞれコントラストＡＦ評価値検出部１０４１および位相差ＡＦ評価値検出部１０４２から制御部１０６に送られる。

圧縮伸長部１０５は、制御部１０６の制御下で動作する。圧縮伸長部１０５は、信号処理部１０４の出力である画像データを、ＪＰＥＧ方式などの所定の静止画像データフォーマットによって圧縮符号化処理を行って符号化画像データを生成する。なお、ＪＰＥＧは、Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｃｏｄｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐの略である。また、圧縮伸長部１０５は、制御部１０６から送られた符号化画像データを伸長復号化処理して復号化画像データとする。

なお、圧縮伸長部１０５は、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）方式などによって動画像データについて圧縮符号化／伸長復号化処理を行うようにしてもよい。

制御部１０６は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備えるマイクロコントローラである。そして、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することによってカメラ１００全体を統括的に制御する。

制御部１０６は信号処理部１０４によるＡＥ処理に応じて被写体の露光値が低いと判定すると、発光部１０７を制御して被写体に対して光を発光して照明を行う。発光部１０７として、例えば、キセノン管を用いたストロボ装置又はＬＥＤ発光装置が用いられる。

操作部１０８は、例えば、シャッタレリーズボタンなどの各種操作キー、レバー、およびダイヤルを有し、ユーザの入力操作に応じた操作信号を制御部１０６に与える。画像表示部１０９は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示デバイスと当該表示デバイスに対するインタフェース回路とを備え、制御部１０６から送られた画像データに応じた画像を表示デバイスに表示する。

画像記録部１１０は、例えば、可搬型の半導体メモリ、光ディスク、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、又は磁気テープなどの記録媒体である。画像記録部１１０には、圧縮伸長部１０５によって圧縮符号化処理された符号化画像データが画像ファイルとして記憶される。また、画像記録部１１０は制御部１０６によって指定された画像ファイルを読み出して制御部１０６に出力する。そして、制御部１０６は読み出された符号化画像データを圧縮伸長部１０５で伸長復号化処理して復号化画像データとする。

ここで、図１に示すカメラ１００の基本的な動作について説明する。

例えば、静止画像を撮影する際には、静止画像の撮像前（つまり、本撮影前）において、撮像素子１０２では画素部２０１の出力である画像信号について順次ＣＤＳ処理およびＡＧＣ処理を施した後、Ａ／Ｄコンバータでデジタル画像信号に変換する。そして、このデジタル画像信号は信号処理部１０４に送られる。

信号処理部１０４において、コントラストＡＦ評価値検出部１０４１は、後述のライブビュー撮像およびＡＦ評価値検出用撮像による画像信号から得られるコントラスト情報に応じて、コントラストＡＦ評価値（コントラスト制御情報）を求める。そして、当該コントラストＡＦ評価値を制御部１０６に出力する。

同様に、位相差ＡＦ評価値検出部１０４２は、後述のライブビュー撮像による画像信号のうち焦点検出用画素から得られる位相差情報に応じて、位相差ＡＦ評価値（制御情報）を求めて、当該位相差ＡＦ評価値を制御部１０６に出力する。

制御部１０６は、後述するようにして、これらＡＦ評価値に基づいて光学機構部１０１１の制御量を決定して、当該制御量に応じて駆動回路１０３を制御する。これによって、光学機構部１０１１が駆動回路１０３によって駆動される。

さらに、制御部１０６はＡＦ評価値に基づいて後述のＡＦ評価値検出用撮像の要否を判定してＡＦモード判定処理を行う。そして、制御部１０６は当該判定結果に応じてＡＦ評価値検出用撮像を行うか否かを決定して駆動回路１０３を制御する。

信号処理部１０４は、撮像素子１０２の出力であるデジタル画像信号に対して、例えば、画質補正処理を行ってカメラスルー画像信号を生成する。そして、信号処理部１０４は当該カメラスルー信号を制御部１０６を介して画像表示部１０９に送る。これによって、画像表示部１０９にはカメラスルー画像信号に応じたカメラスルー画像（ライブビュー画像）が表示されて、ユーザはカメラスルー画像を目視しつつ画角合わせを行うことができる。

カメラスルー画像が画像表示部１０９に表示された状態で、操作部１０８のシャッタレリーズボタンが押下されると、制御部１０６は駆動回路１０３を制御して、撮像素子１０２から１フレーム分の撮像信号（デジタル画像信号）を信号処理部１０４に取り込む。信号処理部１０４は当該１フレーム分のデジタル画像信号に画質補正処理して、処理後のデジタル画像信号（画像データ）を圧縮伸長部１０５に送る。

圧縮伸長部１０５は画像データを圧縮符号化処理して、符号化画像データを制御部１０６を介して画像記録部１１０に送る。これによって、撮像された静止画像に係る画像ファイルが画像記録部１１０に記録されることになる。

画像記録部１１０に記録された画像ファイルを再生する際には、制御部１０６は、操作部１０８からの操作入力に応じて選択された画像ファイルを画像記録部１１０から読み込む。そして、制御部１０６は、当該画像ファイルを圧縮伸長部１０５に送って、圧縮伸長部１０５によって画像ファイルを伸長復号化処理し復号化画像データを得る。制御部１０６は復号化画像データを画像表示部１０９に送って、画像表示部１０９に復号化画像データに応じた静止画像を再生表示する。

一方、動画像データを記録する際には、制御部１０６は駆動回路１０３を制御して撮像素子１０２から出力されたデジタル画像信号を信号処理部１０４に取り込む。信号処理部１０４はデジタル画像信号を順次処理して画像データ（つまり、動画像データ）を生成する。この動画像データは圧縮伸長部１０５で圧縮符号化処理されて、符号化動画像データが順次画像記録部１１０に順次転送され動画像ファイルとして記録される。

画像記録部１１０に記録された動画像ファイルを再生する際には、制御部１０６は、操作部１０８からの操作入力に応じて、選択された動画像ファイルを画像記録部１１０から読み込む。そして、制御部１０６は当該動画像ファイルを圧縮伸長部１０５に送って、圧縮伸長部１０５によって動画像ファイルを伸長復号化処理し復号化動画像データを得る。制御部１０６は復号化動画像データを画像表示部１０９に送って、画像表示部１０９に動画像データに応じた動画像を再生表示する。

図２は、図１に示す撮像素子１０２の構造を示す斜視図である。

図２において、撮像素子１０２は第１のチップ（画素部）２０および第２のチップ２１を有しており、第２のチップ（第２の素子部）２１上に第１のチップ（第１の素子部）２０が積層されている。第１のチップ２０はマトリックス状に配列された複数の画素２０１を有しており、第１のチップ２０は光入射側に配置されている（つまり、光学像の受光側に位置している）。第２のチップ２１は後述する列走査回路２１３−ａおよび２１３−ｂと行走査回路２１２などの画素駆動回路が形成されている。

このように、第１のチップ２０に画素２０１を形成し、第２のチップ２１に画素駆動回路を形成すれば、撮像素子１０２の周辺回路および画素部の製造プロセスを分けることができる。このため、周辺回路における配線の細線化、高密度化による高速化、小型化、および高機能化を図ることができる。

図３は、図２の示す撮像素子１０２の構成の一例を説明するためのブロック図である。

第１のチップ２０において、画素２０１は２次元マトリクス状に配列されている。画素２０１は水平方向（行方向）において転送信号線２０３、リセット信号線２０４、および行選択信号線２０５に接続され、垂直方向（列方向）において列信号線２０２−ａおよび２０２−ｂに接続されている。なお、列信号線２０２−ａおよび２０２−ｂの各々は読み出し行単位に応じて接続先が異なる。

図示のように、画素２０１の各々は、光電変換素子であるフォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２、増幅トランジスタＭ３、選択トランジスタＭ４、およびフローティングディフュージョンＦＤを有している。

なお、図示の例では、トランジスタの各々はｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

転送トランジスタＭ１、リセットトランジスタＭ２、および選択トランジスタＭ４のゲートには、それぞれ転送信号線２０３、リセット信号線２０４、および行選択信号線２０５が接続されている。これら信号線２０３〜２０５は水平方向に延在し、同一行の画素が同時に駆動される。これによって、ライン順次動作型のローリングシャッタ又は全行同時動作型のグローバルシャッタの動作を制御することができる。さらに、選択トランジスタＭ４のソースには列信号線２０２−ａ又は２０２−ｂが行単位で接続されている。

フォトダイオードＰＤは、光電変換によって生成された電荷を蓄積する。そして、フォトダイオードＰＤのＰ側が接地され、Ｎ側が転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１がオンすると、フォトダイオードＰＤの電荷がＦＤに転送され、ＦＤには寄生容量が存在するので、ＦＤに転送された電荷が蓄積される。

増幅トランジスタＭ３のドレインには電源電圧Ｖｄｄが印加され、そのゲートはＦＤに接続されている。増幅トランジスタＭ３は、ＦＤの電荷（つまり、電圧）を増幅して電圧信号に変換する。選択トランジスタＭ４は、信号を読み出す画素を行単位で選択するためのものであり、そのドレインは増幅トランジスタＭ３のソースに接続されている。また、選択トランジスタＭ４のソースは、列信号線２０２に接続されている。

選択トランジスタＭ４がオンすると、ＦＤの電圧に対応する電圧信号が列信号線２０２に出力される。リセットトランジスタＭ２のドレインには電源電圧Ｖｄｄが印加され、そのソースはＦＤに接続されている。リセットトランジスタＭ２のオンによって、ＦＤの電圧は電源電圧Ｖｄｄにリセットされる。

第２のチップ２１には、カラムＡＤＣブロック２１１が備えられており、カラムＡＤＣ２１１は列信号線２０２−ａ又は２０２−ｂに接続されている。さらに、第２のチップ２１には、行走査回路２１２、列走査回路２１３−ａおよび２１３−ｂ、タイミング制御回路２１４、水平信号線（出力手段）２１５−ａおよび２１５−ｂが備えられている。

タイミング制御回路２１４は制御部１０６の制御下で行走査回路２１２、列走査回路２１３−ａおよび２１３−ｂ、およびカラムＡＤＣブロック２１１の動作タイミングを制御する。行走査回路２１２は各行の走査を行い、列走査回路２１３ａおよび２１３ｂはそれぞれ各列の走査を行う。

水平信号線２１５−ａおよび２１５−ｂは、それぞれ列走査回路２１３−ａおよび２１３−ｂで制御されるタイミングに応じてカラムＡＤＣブロック２１１の出力信号（画像信号）を転送する。

なお、後述するように、水平信号線２１５−ａに転送された画像信号は信号処理部１０４にライブビュー用の画像信号として与えられる。一方、水平信号線２１５−ｂに転送された画像信号はＡＦ評価値検出用の画像信号として信号処理部１０４に与えられる。

図４は、図３に示す第１のチップ２０において列信号線２０２−ａ又は２０２−ｂにおける画素選択を説明するための図である。

図３においては、６行×８列の画素部が示されており、ここでは各画素はベイヤ配列されている。ＡＦモード判定処理の結果、ＡＦ評価値検出用撮像（第２の撮像モード）が必要となると、ライブビュー用撮像（第１の撮像モード）およびＡＦ評価値検出用撮像（第２の撮像モード）を同時に行うことができるように、撮像素子１０２における読み出し行を分ける。なお、ＡＦモード判定処理については後述する。

この際、ライブビュー用の画像信号（第１の画像信号、つまり、画像表示信号）は列信号線２０２−ａに出力され、ＡＦ評価検出用の画像信号（第２の画像信号）は列信号線２０２−ｂに出力される。

図３において、行番号１および２はＡＦ評価値検出用撮像のための行（第２の画素群）であり、行番号３〜８はライブビュー用撮像のための行（第１の画素群）である。図示の例では、読み出し走査が行単位で順次行われて、８行単位で繰り返し読み出し走査が行われることになる。なお、第１の画素群には所定の周期で位相差ＡＦ用の焦点検出用画素（図示せず）が配置されており、ライブビュー表示の同時に位相差ＡＦ処理を行うことができる。

ＡＦ評価値検出用撮像では、フレームレート重視のため垂直同色４画素中３画素を間引き読み出しする。一方、ライブビュー用撮像では、画質重視のため垂直同色４画素中１画素を間引き３画素を加算する。

言い換えると、ＡＦ評価値検出用撮像においては、第２の画素群を第２のフレームレートで読み出しを行う。そして、ライブビュー用撮像では第１の画素群を第２のフレームレートよりも遅い第１のフレームレートで読み出しを行う。

上述のように、選択行毎にＡＦ走査用撮像とライブビュー用撮像とを分けることによって、異なる電荷蓄積時間でデータサイズの異なるフレームレートの画像信号を取得することが可能となる。

次に、列信号線２０２−ａおよび２０２−ｂに出力された電圧信号（アナログ信号）は、図３に示すカラムＡＤＣブロック２１１においてアナログ信号からデジタル信号（画像信号）に変換される。

カラムＡＤＣブロック２１１の出力である画像信号は、列走査回路２１３−ａ又は２１３−ｂによってカラムＡＤＣブロック２１１から水平信号線２１５−ａ又は２１５−ｂに読み出される。水平信号線２１５−ａおよび２１５−ｂに読み出された画像信号は信号処理部１０４に送られる。

後述するＡＦモード判定処理の結果、ＡＦ評価値検出用撮像（第２の撮影モード）が不要となると、ライブビュー用撮像（第１の撮影モード）は行われるが、ＡＦ評価値検出用撮像（第２の撮影モード）は動作しない（行われない）。つまり、画像信号は列信号線２０２−ｂには読み出されず、列走査回路２１３−ｂは動作しないので、水平信号線２１５−ｂからの出力はない。よって、ＡＦ評価値検出用撮像が不要の場合には、消費電力が低減することになる。

なお、上述の例では、列信号線２０２−ｂに画像信号が読み出されない場合について説明した。しかし、ＡＦ評価値検出用撮像（第２の撮影モード）が行われない場合には、信号処理部１０４においてＡＦ評価値（つまり、位相差ＡＦ評価値）の算出が行われないことになるので、いずれのブロックにおける電力を停止するかについては任意である。

以下の説明では、撮像の際、列信号線２０２−ａおよび水平信号線２１５−ａによる出力経路をチャンネルＣｈ１と呼び、列信号線２０２−ｂおよび水平信号線２１５−ｂによる出力経路をチャンネルＣｈ２と呼ぶ。

図５は、図１に示すカメラ１００におけるＡＦ評価モードの際の撮像タイミングを説明するためのタイミング図である。

図示のように、垂直同期信号（ＶＤ）によって撮像タイミングが規定されており、ここでは、説明の簡略化のため、ＡＦ評価値検出用撮像のフレームレートはライブビュー用撮像の３倍であるとする。そして、ライブビュー用撮像で得られた画像信号はライブビュー表示に用いられ、ここでは、常時ライブビュー用撮像が行われている。なお、ライブビュー撮像の開始の際には、ＡＦ評価値検出用撮像による画像信号の読み出しは行われない。

期間Ｔ０〜Ｔ１のフレームにおいて、ライブビュー用撮像で得られた画像信号（第１の画像信号）はライブビュー表示に用いられる。さらに、焦点検出用画素（つまり、位相差検出用画素）で得られた画像信号（第１の画像情報と呼ぶ）は位相差ＡＦ評価値検出部１０４２に入力され、残りの画素で得られた画像信号（第２の画像情報と呼ぶ）はコントラストＡＦ評価値検出部１０４１に入力される。

位相差ＡＦ評価値検出部１０４２は、第１の画像情報に応じて位相差ＡＦ評価値ＡＦＰ＿１を算出する。また、コントラストＡＦ評価値検出部１０４１は第２の画像情報に応じてコントラストＡＦ評価価値ＡＦＣ＿１を算出する。そして、制御部１０６は位相差ＡＦ評価値ＡＦＰ＿１およびコントラストＡＦ評価価値ＡＦＣ＿１に基づいてＡＦモード判定処理を行う。制御部１０６は当該ＡＦモード判定処理によってＡＦ評価値検出用撮像が必要とされた場合にのみＡＦ評価値検出用撮像を立ち上げる。

続いて、期間Ｔ１〜Ｔ２のフレームにおいて、ライブビュー用撮像で得られた画像信号はライブビュー表示に用いられる。同様にして、位相差ＡＦ評価値検出部１０４２およびコントラストＡＦ評価値検出部１０４１においてそれぞれ位相差ＡＦ評価値ＡＦＰ＿１およびコントラストＡＦ評価価値ＡＦＣ＿１ＡＦ評価値が算出される。そして、制御部１０６は上述のＡＦモード判定処理を行って、ＡＦ評価値検出用撮像が必要であると、時間Ｔ２においてＡＦ評価値検出用撮像における（つまり、ＡＦ評価値検出のための）読み出しを開始する。

期間Ｔ２〜Ｔ３のフレームにおいて、ＡＦ評価値検出用撮像（つまり、チャンネルＣｈ２）で得られた画像信号（第２の画像信号）はコントラストＡＦ評価値検出部１０４１に入力される。そして、コントラストＡＦ評価値検出部１０４１はＡＦＡＦ評価値検出（チャンネルＣｈ２）で得られた画像信号（第２の画像信号）に基づいてコントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿２を算出する。

制御部１０６は、当該コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿２に応じてＡＦモード判定処理を行って、合焦状態であるか否かを判定する。そして、合焦状態でないと判定すると、制御部１０６は引き続いてＡＦ評価値検出用撮像による読み出しとＡＦ動作とを継続する。

一方、ＡＦ評価値検出用撮像によるＡＦ動作の結果（つまり、コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿２に応じたＡＦ動作の結果）、例えば、時間Ｔ４において、制御部１０６はＡＦ評価値検出用撮像によるＡＦ動作によって合焦状態になったと判定したとする。これによって、制御部１０６は、ライブビュー用撮像の画像信号に応じたＡＦ評価値（つまり、位相差ＡＦ評価値ＡＦＰ＿１およびコントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿１）を確認する。そして、制御部１０６は、これらＡＦ評価値に基づいて合焦状態であると判定すると、時間Ｔ５でＡＦ評価値検出用撮像による読み出しを停止する。

図６は、図１に示すカメラ１００におけるフォーカス制御を説明するためのフローチャートである。なお、図示のフローチャートは制御部１０６の制御下で行われる。

カメラ１００の電源がオンとされて操作部１０８によってカメラ１００が撮影モードとされると、制御部１０６は、前述のようにして、ライブビュー撮像を開始する（ステップＳ５０２）。このライブビュー撮像においては、図４で説明したように、ライブビュー選択行が読み出され、この読み出しには位相差ＡＦ用の焦点検出用画素が含まれる。

なお、ステップＳ５０２においてライブビュー用撮像による画像信号はライブビュー又は記録用動画像として画像処理および画面表示されることになるが、ここでは説明を省略する。

続いて、制御部１０６は、ＡＦ評価値検出用撮像有無フラグＳｕｂ＿ＯＮが”１”であるか否か確認する（ステップＳ５０３）。なお、ライブビュー用撮像が開始した時点においては、ＡＦ評価値検出用撮像有無フラグＳｕｂ＿ＯＮは”０”であるとする。

ＡＦ評価値検出用撮像有無フラグＳｕｂ＿ＯＮが”１”でないと（ステップＳ５０３において、ＮＯ）、つまり、ＡＦ評価値検出用撮像有無フラグＳｕｂ＿ＯＮが”０”であると、制御部１０６の制御下で、位相差ＡＦ評価値検出部１０４２はライブビュー用撮像において焦点検出用画素から得られた画像信号に応じて位相差ＡＦ評価値ＡＦＰ＿１（第１の評価値である第１の位相差評価値）を算出する（ステップＳ５０４）。そして、制御部１０６は、位相差ＡＦ評価値ＡＦＰ＿１に応じてフィードバック制御量を求めて当該フィードバック制御量に応じて駆動回路１０３を駆動制御して光学機構部１０１１に備えられたＡＦ機構を駆動することになる。

次に、制御部１０６は、位相差ＡＦ評価値ＡＦＰ＿１が予め設定された位相差最小閾値Ｐ＿Ｍｉｎと位相差最大閾値Ｐ＿Ｍａｘとによって規定された範囲（位相差閾値範囲）にあるか否かを判定する。つまり、制御部１０６は、Ｐ＿Ｍｉｎ＜ＡＦＰ＿１＜Ｐ＿Ｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ５０５）。

ここでは、制御部１０６は、ＡＦモード判定処理に当たって、位相差ＡＦ評価値ＡＦＰ＿１が位相差最小閾値Ｐ＿Ｍｉｎと位相差最大閾値Ｐ＿Ｍａｘとによって規定された範囲にあるか否かを判定する。そして、その範囲内であれば、制御部１０６は位相差ＡＦによる合焦位置推定が可能であるとして（つまり、第１のフォーカス制御が可能であるとして）、さらなる高速ＡＦ動作は必要ないとする。

Ｐ＿Ｍｉｎ＜ＡＦＰ＿１＜Ｐ＿Ｍａｘであると（ステップＳ５０５において、ＹＥＳ）、制御部１０６は垂直同期信号ＶＤによって次のフレームの撮影に移行する（ステップＳ５０６）。なお、次フレームの撮影はステップＳ５０２の処理から始まる。

コントラストＡＦ評価値検出部１０４１は、制御部１０６の制御下で動作する。コントラストＡＦ評価値検出部１０４１は、ＡＦＰ＿１≦Ｐ＿Ｍｉｎ又はＰ＿Ｍａｘ≦ＡＦＰ＿１であると（ステップＳ５０５において、ＮＯ）、コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿１を算出する（ステップＳ５０７）。ここで、コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿１（第１の評価値である第１のコントラスト評価値）は、ライブビュー用撮像で得られた画像信号に応じて算出される。そして、制御部１０６は、コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿１に応じてフィードバック制御量を求めて当該フィードバック制御量に応じて駆動回路１０３を駆動制御して光学機構部１０１１に備えられたＡＦ機構を駆動することになる。

続いて、制御部１０６は、コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿１が予め設定されたコントラスト最小閾値Ｃ＿Ｍｉｎとコントラスト最大閾値Ｃ＿Ｍａｘとによって規定された範囲（コントラスト閾値範囲）にあるか否かを判定する。つまり、制御部１０６は、Ｃ＿Ｍｉｍ＜ＡＦＣ＿１＜Ｃ＿Ｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ５０８）。

ここでは、制御部１０６は、コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿１がコントラスト最小閾値Ｐ＿Ｍｉｎとコントラスト最大閾値Ｐ＿Ｍａｘとによって規定された範囲にあるか否かを判定する。そして、範囲内であれば、制御部１０６はコントラストＡＦによる合焦位置推定が可能であるとして（第１のフォーカス制御が可能であるとして）、さらなる高速ＡＦ動作は必要ないとする。

Ｃ＿Ｍｉｎ＜ＡＦＣ＿１＜Ｃ＿Ｍａｘであると（ステップＳ５０８において、ＹＥＳ）、制御部１０６はステップＳ５０６の処理に進む。一方、ＡＦＣ＿１≦Ｃ＿Ｍｉｎ又はＣ＿Ｍａｘ≦ＡＦＣ＿１であると（ステップＳ５０８において、ＮＯ）、制御部１０６は、現フレームが合焦状態でないと判定する。そして、制御部１０６はＡＦ評価値検出用撮像有無フラグＳｕｂ＿ＯＮを”１”として次フレームからＡＦ評価値検出用撮像による高速ＡＦ動作を行うと設定する（ステップＳ５０９）。つまり、制御部１０６は第２のフォーカス制御を行うと決定することになる。そして、制御部１０６はステップＳ５０６の処理に進む。

ＡＦ評価値検出用撮像有無フラグＳｕｂ＿ＯＮが”１”であると（ステップＳ５０３において、ＹＥＳ）、制御部１０６はＡＦ評価値検出用撮像回数を示す変数ｎを”０”にリセットする（ステップＳ５１０）。ここでは、ＡＦ評価値検出用撮像はライブビュー用撮像の３倍のフレームレートであるので、変数ｎが０、１、又は２であるとＡＦ評価値検出用撮像が行われることになる。

続いて、制御部１０６は、前述のようにして、ＡＦ評価値検出用撮像を行う（ステップＳ５１１）。ＡＦ評価値検出用撮像においては、図４に示すＡＦ用選択行が読み出しされて、ライブビュー画像とは別の画像信号が読み出されることになる。つまり、ライブビュー用撮像とは独立したタイミングでＡＦ評価値検出用撮像が行われることになる。

次に、制御部１０６の制御下で、コントラストＡＦ評価値検出部１０４１はＡＦ評価値検出用撮像で得られた画像信号に応じてコントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿２（第２の評価値である第２のコントラスト評価値）を算出する（ステップＳ５１２）。そして、制御部１０６は、当該コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿２に応じてフィードバック制御量を求めてこのフィードバック制御量に応じて駆動回路１０３を駆動制御して光学機構部１０１１に備えられたＡＦ機構を駆動する。

続いて、制御部１０６はコントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿２がコントラスト最小閾値Ｃ＿Ｍｉｎとコントラスト最大閾値とによって規定された範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ５１３）。ここでは、制御部１０６は、コントラストＡＦ評価値ＡＦＣ＿２がコントラスト最小閾値Ｃ＿Ｍｉｎとコントラスト最大閾値とによって規定された範囲にあるか否かを判定する。そして、その範囲内であれば、制御部１０６はコントラストＡＦによる合焦位置推定が可能であるとして、次フレーム以降においてさらなる高速ＡＦ動作は必要ないとする。

Ｃ＿Ｍｉｎ＜ＡＦＣ＿２＜Ｃ＿Ｍａｘであると（ステップＳ５１３において、ＹＥＳ）、制御部１０６は、ＡＦ評価値検出用撮像有無フラグＳｕｂ＿ＯＮを”０”とする（ステップＳ５１４）。そして、制御部１０６はＡＦ評価値検出用撮像回数を示す変数ｎを１カウントアップする（ステップＳ５１５）。一方、ＡＦＣ＿２≦Ｃ＿Ｍｉｎ又はＣ＿Ｍａｘ≦ＡＦＣ＿２であると（ステップＳ５１３において、ＮＯ）、制御部１０６はステップＳ５０９の処理に進む。

続いて、制御部１０６は変数ｎが”３”であるか否かを確認する（ステップＳ５１６）。変数ｎが”３”でないと（ステップＳ５１６において、ＮＯ）、制御部１０６は、再度ＡＦ評価値検出用撮像を行うためステップＳ５１１の処理に戻る。一方、変数ｎが”３”であると（ステップＳ５１６において、ＹＥＳ）、制御部１０６は、ステップＳ５０４の処理に進み、前述のようにして位相差ＡＦ評価値検出部１０４２によってＡＦ評価値ＡＦＰ＿１を算出する。

このように、本発明の実施の形態では、ライブビュー用撮像において位相差ＡＦ評価値およびコントラストＡＦ評価値が所定のレベルと達しないと、ライブビュー撮像よりも高いフレームレートでＡＦ評価値検出用撮像を行って、コントラストＡＦ評価値を得る。さらに、ＡＦ評価値検出用撮像においてはライブビュー用撮像と異なる画素を用いて当該画素の読み出しをライブビュー撮像と同時に行う。これによって、ライブビュー画像の画質の低下を回避して、しかもＡＦ評価を行う際のタイムラグを短縮することができる。

さらに、本発明の実施の形態では、必要な場合にのみＡＦ評価用撮像を行うようにしたのでＡＦ動作の際の電力消費を低減することができる。

言い換えると、第１の画像信号に応じた画像を表示する際、第１の画像信号に基づいて行われる第１のフォーカス制御で合焦状態が得られないと、第２の読み出しで得られた第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う。つまり、ライブビュー表示とともに合焦状態が得られたか否かを判定して、その判定結果に応じて第２の画素群の読み出しを行うか否かを決定する。これによって、高速でしかも高精度のフォーカス制御を行いつつ、ライブビュー画像の画質の低下を回避して消費電力を低減することができる。

なお、上述の実施の形態では、ライブビュー表示の際にＡＦ動作を行う例について説明したが、ライブビュー表示の際に限らずその他の動画撮影のタイミングで上記の手法を用いてＡＦ動作を行うようにしてもよい。

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。

上述の説明から明らかなように、図１に示す例では、制御部１０６および駆動回路１０３が読み出し手段として機能する。また、制御部１０６および画像表示部１０９は表示制御手段として機能し、制御部１０６および駆動回路１０３は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。

例えば、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の読み出しステップ、第２の読み出しステップ、表示制御ステップ、および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て、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実行する処理である。

１０１ 光学鏡筒
１０２ 撮像素子
１０３ 駆動回路
１０４ 信号処理部
１０６ 制御部
１０８ 操作部
１０９ 画像表示部
１０１１ 光学機構部
１０４１ コントラストＡＦ評価値検出部
１０４２ 位相差ＡＦ評価値検出部

Claims (8)

1. 複数の画像を備え、光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、
   前記複数の画素のうち第１の画素群の読み出し制御を行って第１の画像信号を得る第１の読み出しと、前記複数の画素のうち第２の画素群の読み出し制御を行って第２の画像信号を得る第２の読み出しをする読み出し手段と、
   前記第１の画像信号に応じた画像を表示部に表示する表示制御手段と、
   前記第１の読み出しで得られた前記第１の画像信号に応じた画像を前記表示部に表示する際、前記第１の画像信号に基づいて行われる第１のフォーカス制御で合焦状態が得られない場合、前記第２の読み出しで得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記第１の画像信号に基づいて得られる第１の評価値が予め設定された範囲にない場合、前記制御手段は前記第２の読み出しで得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う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の画素群には、位相差を検出するための位相差検出用画素が含まれており、
   前記制御手段は、前記位相差検出用画素で得られた画像信号に基づいて得られた第１の位相差評価値が所定の位相差閾値範囲になく、かつ前記位相差検出用画素でない他の画素で得られた画像信号に応じて得られた第１のコントラスト評価値が所定のコントラスト閾値範囲にない場合、前記第２の読み出しで得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記第２の読み出しで得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う際、前記第２の画像信号に基づいて得られた第２のコントラスト評価値に応じて前記第２のフォーカス制御を行う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. 前記制御手段は、前記第２のコントラスト評価値が所定のコントラスト閾値範囲にある場合、前記読み出し手段による前記第２の読み出しを停止させることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記第１の読み出しでは、前記第１の画素群は第１のフレームレートで読み出され、
   前記第２の読み出しでは、前記第２の画素群は前記第１のフレームレートよりも速い第２のフレームレートで読み出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 複数の画像を備え、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の制御方法であって、
   前記複数の画素のうち第１の画素群の読み出し制御を行って第１の画像信号を得る第１の読み出しステップと、
   前記複数の画素のうち第２の画素群の読み出し制御を行って第２の画像信号を得る第２の読み出しステップと、
   前記第１の画像信号に応じた画像を表示部に表示する表示制御ステップと、
   前記第１の読み出しステップによって得られた前記第１の画像信号に応じた画像が前記表示部に表示される際、前記第１の画像信号に基づいて行われる第１のフォーカス制御で合焦状態が得られない場合、前記第２の読み出しステップによって得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う制御ステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。
8. 複数の画像を備え、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、
   前記複数の画素のうち第１の画素群の読み出し制御を行って第１の画像信号を得る第１の読み出しステップと、
   前記複数の画素のうち第２の画素群の読み出し制御を行って第２の画像信号を得る第２の読み出しステップと、
   前記第１の画像信号に応じた画像を表示部に表示する表示制御ステップと、
   前記第１の読み出しステップによって得られた前記第１の画像信号に応じた画像が前記表示部に表示される際、前記第１の画像信号に基づいて行われる第１のフォーカス制御で合焦状態が得られない場合、前記第２の読み出しステップによって得られた前記第２の画像信号に基づいて第２のフォーカス制御を行う制御ステップと、
   を実行させることを特徴とする制御プログラム。

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