JP2020048135A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動画やライブビューにて低照度でフレームレートを落とす際に、スローシャッターの位相差検出画素の被写体ぶれを抑えつつ、低照度性能を改善したい。【解決手段】スローシャッターモードの際には、画像信号の蓄積時間は延長し、位相差検出信号の蓄積時間は延長せず、読み出し行数を増やし、位相差検出信号を加算演算する、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、特に焦点検出技術に関する。

撮像装置において、撮像素子に位相差検出機能を組み込むことにより、撮影レンズのピントずれ量を求めることを可能とする技術が提案されている。

特許文献１では、撮像素子の一部の受光素子において、受光部の感度領域をオンチップマイクロレンズの光軸に対して偏心させることで瞳分割機能を持たせている。そして、これらの受光素子を有する画素を、撮像素子中に所定の間隔で配置させることで位相差検出機能を実現している。

特許文献２では、撮像素子の一つのマイクロレンズに対応する各画素に、Ａ画素及びＢ画素の複数の光電変換素子を設け、Ａ画素出力とＡ＋Ｂ画素出力を読み出している。そして、Ａ画素出力とＡ＋Ｂ画素出力を減算処理することでＢ画素出力を求め、位相差検出機能を実現している。

これらの位相差検出を行う際に、低照度の環境で撮影する場合を考える。

特許文献３の前提で書かれているように、低照度環境下ではスローシャッターモードのように蓄積時間を延ばす方法がある。これはビデオカメラなどで被写体ぶれはあっても、とりあえず被写体が映ればよい、という割り切りで広く行われている制御である。

このとき位相差検出画素の蓄積時間も延長されるが、画像は被写体ぶれを起こしやすくなり、位相差検出によくない影響が出る。かといって蓄積時間を短いままにすれば、そもそも信号レベルが低いので、位相差検出どころではなくなってしまう。

特開２０１０−２１９９５８号公報 特開２０１３−１０６１９４号公報 特許第５００４８８８号公報

特許文献３ではゲインをかけることによって問題を解決しようとしているが、ゲインをかけるとＳ／Ｎが低化し、やはり同様に位相差検出によくない影響が出る。

特許文献１のような読み出し方で位相差検出画素を含むライン数を増やすとしても、センサの画素読み出し速度に依存し、ハイビジョンや４Ｋと画素数が増加し、フレームレートも３０ｆｐｓ、から６０、１２０ｆｐｓと増加する中では、限界がある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、
被写体からの光を光電変換する単位画素が行列状に配列され、前記単位画素に生じた電荷に基づく画像生成用の第１の信号、及び前記単位画素の一部領域に生じた電荷に基づく位相差検出用の第２の信号を出力する撮像素子と、
前記第１の信号及び前記第２の信号を行毎に読み出すための走査を制御する走査回路と、
を備え、
前記走査回路は、
前記第１の信号を第１の周期で間引いて読み出す第１の走査と、
前記第１の走査で前記第１の信号が読み出されない行について、前記第２の信号を第２の周期毎に所定の間引き率で間引いて読み出す第２の走査と、
前記第１の走査で前記第１の信号が読み出されない行について、前記第３の信号を第２の周期より長い第３の周期毎に所定の間引き率で間引いて読み出す第３の走査と、
を行う撮像装置において、
スローシャッターモードの際には
前記第１の走査と前期第２の走査を行い、
前記第１の信号の光電変換の蓄積時間は前記スローシャッターモード以外よりも長く、
前記第２の信号の光電変換の蓄積時間は前記スローシャッターモード以外と等しく、
前記第２の走査行において加算演算を行い、
スローシャッターモード以外のモードでは、
前記第１の走査と前期第３の走査を行う、
ことを特徴とする。

本発明に係る撮像装置によれば、低照度で撮像画素の蓄積時間を延長し、位相差検出画素の蓄積時間はそのままで被写体ぶれを軽減しつつ、位相差検出画素の読み出し行数を増やすことができ、低照度でのＳＮ改善、位相差検出性能の改善した撮像装置及びその制御方法を提供することができる。

本実施形態の動画撮影処理の動作を説明するフロー図である。 本実施形態の撮像装置のブロック図である。 本実施形態の撮像素子の画素構成を示す模式図である。 本実施形態の撮像素子の読み出し方法を説明するための模式図である。 本実施形態の撮像素子の駆動の時間経過を説明するための模式図である。 本実施形態の動画撮影処理の露出制御を説明する表である。 本実施形態の相関量演算を説明するグラフである。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。

図２は、本実施形態にかかわるレンズおよびレンズ交換型のカメラ本体の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態ではレンズ交換型のカメラの例を説明するが、レンズ一体型のカメラであっても良い。

［撮像装置の構成］
図２に示すように、本実施形態の撮像装置は、レンズ２０およびカメラ２１から構成されている。

レンズ２０には、レンズ全体の動作を統括制御するレンズ制御部２０６が設けられている。カメラ２１には、カメラ全体の動作を統括制御するカメラ制御部２２４が設けられている。カメラ制御部２２４とレンズ制御部２０６とは、互いに通信することができる。なお、撮像装置がレンズ一体型である場合は、レンズ制御部２０６の機能および手段はすべてカメラ制御部２２４に含まれるように構成してもよい、そのときカメラ制御部２２４はレンズ一体型の撮像装置全体の動作を統括制御する。

まず、レンズ２０の構成について説明する。レンズ２０は、固定レンズ２０１、絞り２０２、フォーカスレンズ２０３、絞り制御部２０４、フォーカス制御部２０５、レンズ制御部２０６、レンズ操作部２０７を備えている。本実施形態では、固定レンズ２０１、絞り２０２、フォーカスレンズ２０３により撮像光学系が構成されている。固定レンズ２０１は、レンズ２０の最も被写体側に配置された固定の第１群レンズである。絞り２０２は、絞り制御部２０４によって駆動され、後述する撮像素子２１２への入射光量を制御する。フォーカスレンズ２０３は、レンズ２０の最も像面側に配置され、フォーカス制御部２０５によって光軸方向に駆動され、後述する撮像素子２１２に結像する焦点の調節を行う。レンズ制御部２０６は、絞り制御部２０４が絞り２０２の開口量を、フォーカス制御部２０５がフォーカスレンズ２０３の光軸方向の位置を決定するよう制御する。レンズ操作部２０７によってユーザの操作があった場合には、レンズ制御部２０６はユーザ操作に応じた制御を行う。レンズ制御部２０６は、後述するカメラ制御部２２４からの制御命令または制御情報に応じて絞り制御部２０４やフォーカス制御部２０５の制御を行う。また、レンズ制御部２０６は、レンズ制御情報（光学情報）をカメラ制御部２２４に送信する。

次に、カメラ２１の構成について説明する。カメラ２１は、撮像光学系を通過した光束から撮像信号を取得できるように、以下の構成を有する。すなわち、シャッター２１１、撮像素子２１２、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１３、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２１４、カメラ制御部２２４、タイミングジェネレータ２２５、シャッター制御部２２６を有する。また、カメラ２１は、焦点検出信号処理部２１５、バス２１６、表示制御部２１７、表示部２１８、記録媒体制御部２１９、記録媒体２２０、ＲＡＭ２２１、ＲＯＭ２２２、フラッシュＲＯＭ２２３、カメラ操作部２２７を有する。

シャッター２１１はカメラ制御部２２４の制御に応じて後述する撮像素子２１２の露光時間を調節する。撮像素子２１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより構成される光電変換素子（フォトダイオードＰＤ）である。レンズ２０の撮像光学系を通ってきた光束（被写体像）は撮像素子２１２の受光面上に結像され、フォトダイオードＰＤ（光電変換部）によって入射光量に応じた信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部２２４の指令に従ってタイミングジェネレータ２２５から与えられる駆動パルスに基づいて、信号電荷に応じた電圧信号（撮像信号、焦点検出信号）として撮像素子２１２から順次読み出される。

本実施形態において、撮像素子２１２は、位相差検出方式の焦点検出を行うために、図３（ｂ）のように１つの画素部につき２つのフォトダイオードＰＤを保持している。撮像光学系ＴＬの射出瞳ＥＰの全域を通過した光束をマイクロレンズＭＬで分離し、この２つのフォトダイオードＰＤで結像することで、撮像用と焦点検出用の２つの信号が取り出せるようになっている。２つのフォトダイオードＰＤの信号を加算した信号Ａ＋Ｂが撮像信号であり、個々のフォトダイオードの信号Ａ、信号Ｂが焦点検出用の２つの像信号（焦点検出信号）になっている。２つのフォトダイオードＰＤのうち一方のフォトダイオードＰＤ（第１の光電変換部）と他方のフォトダイオードＰＤ（第１の光電変換部）とでは、射出瞳ＥＰのうち少なくとも一部が異なる（重複していない）瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光する。つまり、撮像素子２１２上には撮像光学系の射出瞳ＥＰのうち互いに少なくとも一部が異なる（重複していない）瞳領域を通過した一対の光束をそれぞれ光電変換する第１の光電変換部および第２の光電変換部を有する画素部が二次元状に複数配列されている。これにより撮像画面内の全域で焦点検出を可能としている。

本実施形態において焦点検出は、像ずれ量の検出を指す。焦点検出信号を基に、後述する焦点検出信号処理部２１５で２つの（一対の）像信号に対して相関演算を行い、像ずれ量や各種信頼性情報を算出する。なお、図３（ａ）は、本実施形態の撮像素子２１２の一部の画素部を拡大したもので、原色ベイヤー配列と呼ばれる画素構成を採用している。具体的には、Ｒ（Ｒｅｄ），Ｇ（Ｇｒｅｅｎ），Ｂ（Ｂｌｕｅ）の原色カラーフィルタがベイヤー配列された２次元単板ＣＭＯＳカラーイメージセンサが用いられている。ここで、図３（ａ）に示されるＲは、Ｒ画素を表し、Ｂは、Ｂ画素を表し、ＧｒおよびＧｂは、Ｇ画素を表している。

撮像素子２１２から読み出された撮像信号および焦点検出信号はアナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１３に入力され、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング（ＣＤＳ）、ゲインの調節（ＡＧＣ）、信号のデジタル化（ＡＤ）、また、ダークオフセットレベルをクランプする。

ＤＳＰ２１４は、ＡＦＥ２１３から出力された撮像信号（画像信号）に対して、各種の補正処理、現像処理、圧縮処理を行う。更に、ＤＳＰ２１４は、撮像素子２１２で発生する各種ノイズの補正処理、欠陥画素の検出及び欠陥画素と焦点検出信号の補正処理、飽和画素の検出及び飽和画素の補正処理等を行う。

その後、ＤＳＰ２１４は撮像信号（画像信号）をＲＡＭ２２１に格納する。ＲＡＭ２２１に格納した撮像信号（画像信号）は、バス２１６を介して、表示制御部２１７によって表示部２１８に表示される。また、撮像信号の記録を行うモードの時には、記録媒体制御部２１９によって記録媒体２２０に記録される。また、バス２１６を介して接続されたＲＯＭ２２２には、カメラ制御部２２４が実行する制御プログラムおよび制御に必要な各種データ等が格納されている。フラッシュＲＯＭ２２３には、ユーザ設定情報等のカメラ２１の動作に関する各種設定情報等が格納されている。更に、ＤＳＰ２１４は焦点検出信号を焦点検出信号処理部２１５に出力する。

焦点検出信号処理部２１５はＤＳＰ２１４から出力された焦点検出用の２つの（一対の）像信号を基に、相関演算を行い、像ずれ量を算出する。その後、検出した像ずれ量をカメラ制御部２２４へ出力する。また、カメラ制御部２２４は、取得した像ずれ量を基に、これらを算出する設定の変更を焦点検出信号処理部２１５に通知する。例えば、像ずれ量が大きい場合に相関演算を行う領域を広く設定したり、コントラスト情報に応じてバンドパスフィルタの種類を変更したりする。なお、本実施形態では、信号処理装置は少なくともこの焦点検出信号処理部２１５と後述するカメラ制御部２２４から構成される。

なお、本実施形態は撮像信号および焦点検出用の２つの（一対の）像信号の計３つの信号を撮像素子２１２から取り出しているが、このような方法に限定されない。撮像素子２１２の処理負荷を考慮し、例えば撮像信号と焦点検出信号の１つの像信号の計２つを取り出し、撮像信号と焦点検出信号の差分を取ることでもう１つの焦点検出信号を生成するような制御にしても良い。

カメラ制御部２２４は、カメラ２１内全体と情報をやり取りして制御を行う。カメラ２１内の処理だけでなく、カメラ操作部２２７からの入力に応じて、電源のＯＮ／ＯＦＦ、レリーズボタン、設定の変更、記録の開始、記録映像の確認等の、ユーザが操作したさまざまなカメラ機能を実行する。レリーズボタンには、使用者により操作されるレリーズボタンの第１ストローク操作（半押し操作）によりＯＮするレリーズスイッチＳＷ１と、レリーズボタンの第２ストローク操作（全押し操作）によりＯＮするレリーズスイッチＳＷ２とが接続されている。また、先述したようにレンズ２０内のレンズ制御部２０６と情報をやり取りし、レンズに制御命令または制御情報を送ることや、レンズ内のレンズ制御情報（光学情報）を取得する。

ここで、図４を用いて、本実施形態の撮像素子２１２の駆動方法を説明する。図４（ａ）は、撮像素子２１２の画素領域を示す図である。図４（ａ）〜（ｅ）に示す画素領域中の左側及び上側の縦線領域は、遮光されたオプティカルブラック部（ＯＢ部）を示している。また、図４（ａ）の画素領域の左側には行番号を示している。

垂直方向に、第１の周期で間引きながら、撮像信号を読み出す。この第１回目の走査を、以下「第１走査」という。そして、全面を垂直方向に走査したのち、再度垂直走査を垂直方向の上部の行に戻し、今度は、第１走査で読み出さなかった行について、第２の周期で間引きながら再度走査する。この第２回目の走査を以下「第２走査」という。第１走査では、対象行の単位画素から画像生成用の撮像信号を読み出す。一方、第２走査では、対象行の単位画素内のＡ画素、Ｂ画素の焦点検出信号を順次読み出す。そして、読み出した撮像信号を用いて画像を生成するとともに、焦点検出信号に基づいて、像ずれ量を検出する。

第１走査及び第２走査を行う場合の読み出し行の模式図を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）において、太枠で囲まれた行は、第１走査における読み出し対象行であり、その他の行は、第１走査において読み出されずに間引かれる行である。また、図４（ｂ）にひし形パターンを付した行は、第２走査における読み出し対象行である。

図４（ｂ）に示す例では、Ｖ０行目の撮像信号を読み出した後、第１の周期後（図４では３行後）のＶ１行目から撮像信号を読み出す。引き続き、同じ第１の周期で、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６及びＶ７行目から撮像信号を順次読み出す。これらＶ０からＶ７までの読み出しが、第１走査である。第１走査により読み出される行は、画像生成に好適な同一のマイクロレンズＭＬの下部に配置された画素全体に生じる電荷信号を出力することとなり、Ｖ０〜Ｖ７行目の撮像信号から画像が生成される。

なお、本実施形態では列方向（水平方向）には間引きせずに読み出しを行っているため、水平方向と垂直方向の読み出し画素数が異なり、画像の縦横比が異なってしまう。しかしながら後段で縦横比の変換を行ってもよいし、水平方向も同じ比率で一般的な間引き読み出し、あるいは加算間引き読み出しを行ってもよく、任意の方法で縦横比の変換が可能である。

Ｖ７行目まで第１走査で読み出した後、Ｖ８行目まで戻り、Ｖ８行目に含まれる画素のうち、まず、Ａ画素から信号Ａを読み出す。続けて、同一行のＶ８行目に含まれる画素のうち、Ｂ画素から信号Ｂを読み出す。その後、第２の周期後（図４では１行後）のＶ９行目に含まれる画素のうち、Ａ画素から信号Ａを読み出す。続けて、同一行のＶ９行目に含まれる画素のうち、Ｂ画素から信号Ｂを読み出す。その後、すでに第１の走査で読み出しているＶ４行目をスキップし、次の第２の周期後（１行後）のＶ１０行目のＡ画素及びＢ画素、更に次の第２の周期後（１行後）のＶ１１行目のＡ画素及びＢ画素を読み出す。同様に、すでに第１の走査で読み出しているＶ５行目をスキップし、Ｖ１２行目及び次のＶ１３行目を順次読み出す。これらＶ８からＶ１３までの読み出しが第２走査である。

このように、第２走査では、同一行に対して、Ａ画素から信号Ａ及びＢ画素から信号Ｂを別々に読み出す。なお、焦点を検出する画素領域が焦点検出領域として予め設定されている場合には、この焦点検出領域を含む最も狭い行範囲を、第２走査の対象行範囲とすることが好ましい。例えば、図４（ｂ）において、Ｖ８行目からＶ１３行目の範囲に焦点検出領域が予め設定されている場合には、上述の動作のように、Ｖ８行目からＶ１３行目までが第２走査の対象行範囲となる。なお、焦点検出領域は、不図示の操作部によりユーザが所望の領域を指定しても良いし、被写体検出等による公知の方法により自動的に設定しても良いし、あるいは、固定の領域であっても良い。

こうして読み出されて処理される順序に画素配置を並べ替えると、図４（ｃ）に示す模式図のようになる。先に説明したように、Ｖ０〜Ｖ７行目は、第１走査において撮像信号を読み出しているため、この撮像信号を用いて通常の画像生成が可能である。一方、Ｖ８〜Ｖ１３行目は、第２走査においてＡ画素及びＢ画素から焦点検出信号を読み出しているため、同一行毎に得られる一対の信号である信号Ａと信号Ｂに基づいて、像ずれ量を検出することが可能である。

図４（ｄ）は、図４（ｂ）で説明した第２走査における第２の周期を大きくし、読み出し行数を減らした第３走査を示すものである。

同様に太枠で囲まれた行は、第１走査における読み出し対象行であり、その他の行は、第１走査において読み出されずに間引かれる行である。また、図４（ｄ）にひし形パターンを付した行は、第３走査における読み出し対象行である。

第１走査として、Ｖ０行目の撮像信号を読み出した後、第１の周期後のＶ１行目から撮像信号を読み出し、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６及びＶ７行目から撮像信号を順次読み出す。Ｖ０〜Ｖ７行目の撮像信号から画像が生成される。

Ｖ７行目まで第１走査で読み出した後、Ｖ８行目まで戻り、先と同様にＶ８行目に含まれる画素のＡ画素から信号Ａを読み出し、Ｂ画素から信号Ｂを読み出す。その後、第３の周期後（図４では２行後）のＶ９行目に含まれる画素のＡ画素から信号Ａを読み出し、Ｂ画素から信号Ｂを読み出す。その後、すでに第１の走査で読み出しているＶ４行目をスキップし、次の第３の周期後（２行後）のＶ１０行目のＡ画素及びＢ画素を読み出す。これらＶ８からＶ１０までの読み出しが第３走査である。

こうして読み出されて処理される順序に画素配置を並べ替えると、図４（ｅ）に示す模式図のようになる。先に説明したように、Ｖ０〜Ｖ７行目は、第１走査において撮像信号を読み出しているため、この撮像信号を用いて通常の画像生成が可能である。一方、Ｖ８〜Ｖ１０行目は、第２走査においてＡ画素及びＢ画素から焦点検出信号を読み出しているため、同一行毎に得られる一対の信号である信号Ａと信号Ｂに基づいて、像ずれ量を検出することが可能である。像ずれ量の演算は図７で後述する。

このように第２走査は第２の周期を小さくすることにより、焦点検出信号の読み出し行数が増加する。これらの行を加算することにより位相差検出時のノイズ低減効果が期待できる。これは低照度の場合に特に有利である。一方、第３走査は第３の周期を大きくすることにより焦点検出信号の読み出し行数は減少するが、図４（ｅ）のように全体の行数が減少するため、垂直方向の読み出し時間が短縮され、高速なフレームレートへの対応が可能となる。

次に、上述した撮像素子２１２の駆動の時間経過について図５の模式図を用いて説明する。

図５において横軸は時間経過を表わしており、それぞれ１周期の読み出しを表し、これをずっと繰り返される。時間ａは時間ｂの２倍になっている。通常このような撮像センサ読み出しには次のフレームの処理を行うブランキング期間が必要だが、この模式図では図示しない。

各行ごとの読み出し動作を行っている時間を各行に対応した枠で表示している。各行の長さが露光期間を示しており、左端のタイミングで行のリセット解除を行ない、右端のタイミングで読み出しを開始することを模式的に表している。

図５（ｂ）では、撮像素子２１２の読み出しにかかる時間を考慮し、各ラインの蓄積時間を同一になるように各行のリセット解除を行っている。図５（ａ）については後述する。

図４（ｂ）（ｃ）で示す第１走査、第２走査が図５（ａ）に対応し、図４（ｄ）（ｅ）で示す第１走査、第３走査が図３（ｂ）に対応する。

なお、図５の符号において図４と同じものについて同一の符号を付している。したがって図４で解説した順で図５（ａ）はＶ０〜ｖ１３ｂ、図５（ｂ）ではＶ０〜Ｖ１２ｂまで各行読み出しを行っていることを示している。

ここで図４、図５を用いて実際のカメラ動作を解説する。

一例として秒間６０コマのフレームレートで動画撮影を行っていたとする。これは動画撮影によらず静止画撮影のためのライブビュー表示でも同様である。その秒間６０コマ撮影している状態を図５（ｂ）とする。この場合の読み出しは図４（ｄ）（ｅ）のようになる。このときの１コマの時間ｂは以下のようになる。

１０００（ｍｓ）／６０≒１６．７（ｍｓ）
撮像素子２１２の読み出し性能の中で、画面内の輝度が同一になるよう、各行の露光時間は同一にして、各行リセット解除、露光、読み出しを行っている。

この制約の中でなるべく長く露光時間をとれるようにするため、図５（ｂ）では焦点検出画素の行の読み出し数を減らす。これによって秒間６０コマを実現している。

この時に低照度環境などで露光時間を増加が必要になったとする。しかし先述の通り１６．６（ｍｓ）ギリギリ使用しておりこれ以上露光時間を延ばすことはできない。

ここで特許文献３のように、スローシャッターモードに移行し秒間３０コマのフレームレートに移行したとする。この場合の１コマの時間ａは以下のようになる。

１０００（ｍｓ）／３０≒３３．３（ｍｓ）
この時、従来は図５（ｃ）のように画像信号も焦点検出信号も同じだけ露光時間を延ばしていた。なお読み出し制御は図４（ｄ）（ｅ）のようになる。画像信号は多少の被写体ぶれがあっても暗い中でなんらか写っていることが優先されるのでこの制御は妥当である。しかし、焦点検出信号の露光時間も延ばすと、被写体ぶれによって焦点検出が不可能になることが考えられる。これは焦点検出の目的を達成できない。

そこで図５（ａ）と図４（ｂ）（ｃ）のように画像信号の露光時間は延長し、時間ａ≒３３．３（ｍｓ）とするが、焦点検出信号の露光時間は延長しない。そうすると今度は低照度で焦点検出信号のＳＮ比が低化するので、読み出し行数を増加させる。これにより被写体ぶれを秒間６０コマと同等でありながら、増加した時間ｂにより、読み出し行数を増やしＳＮ比を改善することができる。

［焦点検出の説明］
図７は図４のＶ８からＶ１３の焦点検出領域から取得した像信号である。ｓからｔが焦点検出範囲を表し、ｐからｑがシフト量を踏まえた焦点検出演算に必要な範囲である。またｘからｙは、分割した１つ分の焦点検出領域を表す。

（Ａ）はシフト前の像信号を波形で表した図である。実線７０１が像信号Ａ、破線
７０２が像信号Ｂである。

（Ｂ）は（Ａ）のシフト前の像波形に対しプラス方向にシフトした図であり、（Ｃ）は（Ａ）のシフト前の像波形に対しマイナス方向にシフトした図である。相関量を算出する際には、それぞれ矢印の方向に７０１、７０２を１ビットずつシフトする。続いて相関量ＣＯＲの算出法について説明する。

まず、（Ｂ）（Ｃ）で説明した通りに、像信号Ａと像信号Ｂを１ビットずつシフトしていき、その時の像信号Ａと像信号Ｂの差の絶対値の和を算出する。この時、シフト量をｉで表し、最小シフト数は図７中のｐ−ｓ、最大シフト数は図７中のｑ−ｔである。またｘは焦点検出領域の開始座標、ｙは焦点検出領域の終了座標である。これら用い、以下の式（１）によって算出する事ができる。

この相関量ＣＯＲ［ｉ］が小さい方ほど、Ａ像とＢ像の一致度が高く、その時のシフト量がピントずれ量となり、焦点検出できたことになる。

この相関量の算出において、スローシャッターモードの際には第２の走査であるところのＶ８ａ、Ｖ９ａを垂直方向に加算して像信号Ａ。Ｖ８ｂ、Ｖ９ｂを垂直方向に加算して像信号Ｂとすることによって、像信号のＳ／Ｎ比を改善し低照度での性能を向上することができる。

［撮像装置の動作］
次に図１で、本実施形態における撮像装置の動作について説明する。

図１は、撮像装置の動画撮影の処理手順を示すフローチャートである。これは静止画撮影のためのライブビュー表示でも同様である。この動画撮影では、Ｓ１０１からＳ１１０を繰り返しレンズのフォーカスを駆動させて焦点調節をし続ける。

Ｓ１０１からＳ１０３では、動画記録に関する制御を行う。Ｓ１０１は動画記録スイッチがオンされているか否かを判断し、オンされている場合はＳ１０２へ進み、動画の記録開始し、オフの場合はＳ１０３へ進み、動画の記録停止を行う。本実施形態においては動画記録スイッチを押下することで、動画の記録開始および停止を行うが、もちろん切り替えスイッチ等の他の方式によって記録開始および停止を行っても構わない。

Ｓ１０４では、露出の測定と制御を行う。図６は本実施例でのプログラム線図である。表の見方としては照度がＥＶ１３のときは絞りＦ１．４、蓄積時間１／４０００（図６では逆数で表記）、ゲインは１倍で制御することを示す。ただし動画やライブビューのフレームレートは蓄積時間が１／６０以上であれば秒間６０コマのままである。

このプログラム線図の場合ＥＶ６より暗い場合はスローシャッターモードと判断し、フレームレートを秒間３０コマに落とす。たとえばＥＶ５の場合はスローシャッターモードと判断しフレームレートを秒間３０コマとし、絞りＦ１．４、蓄積時間１／３０、２倍のセンサゲインをかける制御を行う。

Ｓ１０５では、Ｓ１０４での露出制御結果スローシャッターモードであればＳ１０７へ処理を移し、そうでなければＳ１０６へ。

Ｓ１０６では、通常のシャッターモードとして次のフレームの露光時間を通常のままとする。秒間６０コマの撮像モードであれば秒間６０コマとし、露光時間は１６．７（ｍｓ）とする。

Ｓ１０７では、スローシャッターモードとして次のフレームの露光時間延長する。秒間６０コマの撮像モードであれば、スローシャッターモードでは秒間３０コマとし、露光時間は３３．３（ｍｓ）となる。

Ｓ１０８では一対の焦点検出信号に基づいて、像ずれ量を検出する。また、一対の焦点検出信号である信号Ａ及び信号Ｂのピーク値を検出する。

Ｓ１０９では、Ｓ１０８で焦点検出した像すれ量をレンズ（フォーカスレンズ２０３）の駆動量に変換し、算出したレンズの駆動量に従ってしてレンズを駆動する。Ｓ１１０では、動画撮影処理が停止されたかどうかを判定する。継続する場合はＳ１０１へ進み、停止する場合は動画撮影処理を終了する。

［本実施例による効果］
以上のように、本実施形態では、
本発明によれば、低照度で撮像画素の蓄積時間を延長し、位相差検出画素の蓄積時間はそのままで被写体ぶれを軽減しつつ、位相差検出画素の読み出し行数を増やすことができ、低照度でのＳＮ改善、位相差検出性能の改善した撮像装置及びその制御方法を提供することができる。

［変形例］
本実施例では低照度下でスローシャッターモードとなった時には、かならず第１と第２の走査を行うが、これは常に行わない方法もある。

被写体が動いているなら第１と第２の走査を用い、図５（ａ）のような露光・読み出しを行い位相差検出信号の露光時間は伸ばさないこととする。そして、被写体が静止していれば第１と第３の走査を用い、図５（ｃ）のような露光・読み出しを行い位相差検出信号の露光時間をのばしてもよい。これを行うことにより低照度でのＳ／Ｎ比を改善することができる。

被写体が動いているかどうかの判断はたとえば、撮像装置に内蔵する不図示のジャイロを用いる方法、被写体の動きを追尾して判断する方法、画面全体の動きベクトルを検出する方法などが考えられる。

また、図７での相関量の算出において、スローシャッターモードの際には第２の走査であるところのＶ８ａを像信号Ａ、Ｖ８ｂを像信号Ｂとして算出される相関量をＣＯＲ８とする。同様にＶ９ａを像信号Ａ、Ｖ９ｂを像信号Ｂとして算出される相関量をＣＯＲ９とする。

この相関量ＣＯＲ８とＣＯＲ９を加算することによっても相関量のＳ／Ｎ比を改善し低照度での性能を向上することができる。

以上、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。

２０ レンズ、２１ カメラ、
２１４ ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、
２１５ 焦点検出信号処理部、２２４ カメラ制御部

Claims (11)

1. 被写体からの光を光電変換する単位画素が行列状に配列され、前記単位画素に生じた電荷に基づく画像生成用の第１の信号、及び前記単位画素の一部領域に生じた電荷に基づく位相差検出用の第２の信号を出力する撮像素子と、
   前記第１の信号及び前記第２の信号を行毎に読み出すための走査を制御する走査回路と、
   を備え、
   前記走査回路は、
   前記第１の信号を第１の周期で間引いて読み出す第１の走査と、
   前記第１の走査で前記第１の信号が読み出されない行について、前記第２の信号を第２の周期毎に所定の間引き率で間引いて読み出す第２の走査と、
   前記第１の走査で前記第１の信号が読み出されない行について、前記第３の信号を第２の周期より長い第３の周期毎に所定の間引き率で間引いて読み出す第３の走査と、
   を行う撮像装置において、
   スローシャッターモードの際には
   前記第１の走査と前期第２の走査を行い、
   前記第１の信号の光電変換の蓄積時間は前記スローシャッターモード以外よりも長く、
   前記第２の信号の光電変換の蓄積時間は前記スローシャッターモード以外と等しく、
   前記第２の走査行において加算演算を行い、
   スローシャッターモード以外のモードでは、前記第１の走査と前期第３の走査を行う、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記スローシャッターモードとは、動画撮影において、被写体が低照度であり、撮像装置のフレームレートを落とし、１コマあたりのシャッタースピードを低下させるモード、であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記動画撮影とは、静止画撮影のためのビューファインダーのための動画であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記スローシャッターモードの際に、前記第２の信号の光電変換の蓄積時間を前記スローシャッターモード外と比べ延長するが、延長された前記第１の信号の光電変換の蓄積時間よりは短いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの１項に記載の撮像装置。
5. 前記スローシャッターモードの際に、増加された前記第２の走査を加算してから相関演算を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの１項に記載の撮像装置。
6. 前記スローシャッターモードの際に、増加された前記第２の走査を相関演算してから加算を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの１項に記載の撮像装置。
7. 前記単位画素は、前記一部領域としてＡ画素及びＢ画素を有し、
   前記第１の信号は、前記Ａ画素及び前記Ｂ画素からの合成信号であり、
   前記第２の信号は、前記Ａ画素からの信号、及び前記Ｂ画素からの信号どちらかであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの１項に記載の撮像装置。
8. 前記走査回路は、前記第１の走査を行った後に前記第２の走査を行うであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの１項に記載の撮像装置。
9. 前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させる光学系と、
   前記第２の信号に基づいて、前記光学系の焦点を調整する焦点調整手段と、
   を更に備えるであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかの１項に記載の撮像装置。
10. 前記スローシャッターモードであっても、条件を満たさない限り、前記第１の信号の光電変換の蓄積時間の変更と、前記第２の信号の光電変換の蓄積時間を変更しないことと、前記第２の走査の行数の変更と加算を行わないことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの１項に記載の撮像装置。
11. 前記条件とは被写体が動いていることであることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。