JP3977062B2

JP3977062B2 - 撮像装置及び焦点調節方法

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Publication number: JP3977062B2
Application number: JP2001356486A
Authority: JP
Inventors: 輝岳門原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: JP2003156677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元に構成された多数の光電変換素子で静止画及び／又は動画を撮像可能な撮像素子及び当該撮像素子を用いた撮像装置における焦点状態の検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、撮影、撮像装置の自動焦点検出・調節方法で撮影レンズを通過した光束を用いる一般的な方式として、位相差検出方式（ずれ方式と呼ばれる）とコントラスト検出方式（ぼけ方式と呼ばれる）がある。
【０００３】
位相差検出方式は銀塩フィルムによる一眼レフカメラに多く用いられ、自動焦点検出（Auto Focus：ＡＦ）一眼レフカメラの実用化に最も貢献した技術である。位相差検出方式では、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、２分割した光束を一組の焦点検出用センサによりそれぞれ受光し、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置ずれ量を検出することで撮影レンズのピント方向のずれ量を直接求めるものである。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行えばピントずれの量と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能となっている。但し、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、それぞれの光束に対応する信号を得るためには、焦点検出用光学系とセンサを２系統設けるのが一般的であり、更には、検出した信号のずれ量からピントずれ量への変換も必要となる。
【０００４】
一方、コントラスト検出方式は動画撮影用ビデオムービー機器（カムコーダー）や電子スチルカメラで多く用いられる方式で、上記位相差検出方式と異なり、撮像センサが焦点検出用センサとして用いられるものである。撮像センサの出力信号、特に高周波成分の情報（コントラスト情報）に着目し、その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方式である。しかし山登り方式とも言われるように、撮影レンズを微少量動かしながら評価値を求め、その評価値が結果的に最大であったとわかるまで動かす事が必要であるため、高速な焦点調節動作には不向きとされている。しかし、撮像センサから得られる信号を用いて評価されるので、精度的には高いものが得られる。
【０００５】
又、焦点検出用のラインセンサを用いて上記２方式の両立を実現する方法が、特開昭５９−１４６０１０号公報に開示されている。
【０００６】
更に本出願人により、撮像素子でありながら位相差検出方式の評価値を得ることのできる焦点検出装置が、特開２０００−１５６８２３号公報及び特願２０００−１１７５１０号公報として出願されている。
【０００７】
一方、特開平１０−５１６７２号公報では銀塩写真とビデオムービーという２つの撮影モードを有する撮像装置において、上記両方式それぞれの焦点検出系を使い分ける提案がなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開２０００−１５６８２３号公報では、撮像素子の一部の画素が画像信号を形成するため以外の、即ち位相差検出方式の焦点検出用信号を出力するように構成されている。ただし、コントラスト検出方式については開示されていない。
【０００９】
一方、特願２０００−１１７５１０号公報では、位相差検出方式とコントラスト検出方式の両方式をそれぞれ用いた蓄積・焦点検出動作を２回行うことで、同じ測距領域における検出方向がお互いに直交する焦点検出装置を提案している。しかし、焦点検出動作のために蓄積を２回行うため、十分に早いものとはならない。
【００１０】
また、上記特開昭５９−１４６９１９号公報では両方式を併用して迅速に焦点調節を行うが、焦点検出専用のセンサ列を用いるため、装置構成が複雑になる。
【００１１】
更に、特開平１０−５１６７２号公報は位相差検出方式とコントラスト検出方式の両方式をそれぞれ別々のセンサにより構成したものであり、やはり装置構成が複雑になる。
【００１２】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、専用のセンサを用いることなく、撮像用センサを使った安価な構成で、位相差検出方式及びコントラスト検出方式の両方式による迅速な焦点検出を可能とすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、複数の画素からなり、各画素が、複数の光電変換領域と、前記複数の光電変換領域から得られる信号を、各光電変換領域毎に出力可能な出力系とを有する撮像素子と、前記複数の光電変換領域それぞれから出力された信号から、位相差及び被写体像のコントラストの評価値をそれぞれ演算する演算手段と、前記位相差に基づく第１のモードでフォーカスレンズを駆動して合焦制御を行った後に、前記評価値に基づく第２のモードで前記フォーカスレンズを駆動して合焦制御を行い、前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えにおける前記フォーカスレンズの駆動方向が同一方向となるように制御する合焦制御手段とを有する。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、複数の画素からなり、各画素が、複数の光電変換領域と、前記複数の光電変換領域から得られる信号を、各光電変換領域毎に出力可能な出力系とを有する撮像素子と、撮像光学系とを有する撮像装置のための本発明の焦点調節方法は、前記撮像素子の前記複数の光電変換領域それぞれから信号を読み出す読み出し工程と、前記読み出し工程で読み出された信号から、位相差及び被写体像のコントラストの評価値をそれぞれ演算する演算工程と、前記位相差に基づく第１のモードでフォーカスレンズを駆動して合焦制御を行う位相差合焦工程と、前記位相差合焦工程後に、前記評価値に基づく第２のモードで前記フォーカスレンズを駆動して合焦制御を行うコントラスト合焦工程と、前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えにおける前記フォーカスレンズの駆動方向が同一方向となるように前記位相差合焦工程及び前記コントラスト合焦工程を制御する制御工程とを有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
まず、本発明の実施の形態で用いる撮像素子について説明する。
【００２４】
撮像素子には、増幅型固体撮像装置の１つであるＣＭＯＳプロセスコンパチブルのセンサ（以下、「ＣＭＯＳセンサ」と呼ぶ。）を用いる。
【００２５】
ＣＭＯＳセンサの特長の１つとして、受光部のＭＯＳトランジスタと周辺回路のＭＯＳトランジスタを同一工程で形成できるため、マスク枚数、プロセス工程がＣＣＤと比較して大幅に削減できるということが挙げられる。この特長を生かし、本実施の形態では１画素に２つの光電変換部を構成し、従来各光電変換部に設けていたフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域とソースフォロワアンプを各画素の２つの光電変換部につき１個形成する。２つの光電変換領域はＭＯＳトランジスタスイッチを介してそのＦＤ領域に接続される。
【００２６】
従って、２つの光電変換部の電荷を同時、または、別々にフローティングディフュージョン部へ転送できるため、ＦＤ領域に接続した転送ＭＯＳトランジスタのＯＮ／ＯＦＦタイミングだけで、２つの光電変換部の信号電荷の加算、非加算読み出し制御を簡単に行うことができる。この構造を利用して、本実施の形態では撮像光学系の射出瞳全体からの光束による光電変換出力を行う加算出力モードと、撮像光学系の射出瞳の一部からの光束による光電変換出力を別々に行う非加算出力モードとを切り替え可能としている。画素レベルで信号の加算を行う加算出力モードでは、信号を読み出した後で加算する方式に比べてノイズの少ない信号を得ることができる。
【００２７】
図１は、撮像素子内のエリアセンサ部の回路構成図である。同図は、図の簡略化のために２列×２行画素の２次元エリアセンサを示したものであるが、実際は非常に多くの画素数を有し、実用的な解像度を得る。
【００２８】
図１において、１および５１はＭＯＳトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる第１、第２光電変換部、２および５２はフォトゲート、３および５３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、６は垂直選択スイッチＭＯＳトランジスタ、７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタ、８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０は暗出力蓄積容量Ｃ_TN、１１は明出力蓄積容量Ｃ_TS、１２および５４は垂直転送ＭＯＳトランジスタ、１３および５５は垂直出力線リセットＭＯＳトランジスタ、１４は差動出力アンプ、１５は垂直走査部、１６は水平走査部である。
【００２９】
図２に受光部（例えば３０−１１）の断面図を示す。なお、受光部３０−２１、３０−１２、３０−２２等も同一の構造を有する。
【００３０】
同図において、１７はＰ型ウェル、１８、５８はゲート酸化膜、１９、５９は一層目ポリＳｉ、２０、５０は二層目ポリＳｉ、２１はｎ+ フローティングディフュージョン領域である。
【００３１】
ＦＤ領域２１は転送ＭＯＳトランジスタ３、５３を介して第１光電変換部１および第２光電変換部５１と接続される。なお、同図では、第１光電変換部１と第２光電変換部５１を離して描いたが、実際にはその境界部は極めて小さく、実用上は第１光電変換部１と第２光電変換部５１は接しているとみなして良い。
【００３２】
２２は特定の波長域の光を透過するカラーフィルター、２３は撮像光学系からの光束を効率的に第１、第２光電変換部１，５１に導くためのマイクロレンズである。
【００３３】
図３は、本実施の形態の撮像素子の画素と光電変換部・カラーフィルターの配置を示す平面図である。ここでは４列×４行のみを抜き出して示している。受光部とＭＯＳトランジスタを含む各画素はほぼ正方形にレイアウトされ、格子状に隣接して配置されている。なお、各画素７０−１１〜７１〜４４は、図１を用いて先に説明した受光部３０−１１、３０−２１、３０−１２、３０−２２と同様の構成を有する。
【００３４】
また、このエリアセンサは、各画素にＲ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）のカラーフィルターを交互に配して、４画素が一組となるベイヤー配列を形成している。ベイヤー配列では、観察者が画像を見たときに強く感じやすいＧの画素をＲやＢの画素よりも多く配置する事で、総合的な像性能を上げている。一般に、この方式の撮像素子では、輝度信号は主にＧから生成し、色信号はＲ，Ｇ，Ｂから生成する。
【００３５】
前述したように１画素はそれぞれ２つの光電変換部を有している。各画素の受光部に付したＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色のカラーフィルターを備えていることを示し、ＲＧＢに続く１あるいは２は、第１光電変換部か第２光電変換部かの区別を表している。例えば、Ｒ１は赤色カラーフィルターを備えた第１光電変換部であり、Ｇ２は緑色カラーフィルターを備えた第２光電変換部を意味する。
【００３６】
さらに、各画素において撮像光学系から射出した光束を有効に利用するために、各受光部に集光用レンズを設けて、受光部以外に到達しようとする光を受光部に偏向することが必要となる。このために撮像素子前面に設けられるのが図２にも示すマイクロレンズ２３である。各画素のマイクロレンズ２３は受光部の中心と光軸とがおおよそ一致した軸対称型の球面レンズあるいは非球面レンズであって、各々矩形の有効部を持ち、光入射側を凸形状として格子状に密に並べられている。
【００３７】
各マイクロレンズ２３のパワーは撮像素子の各受光部を撮像光学系の射出瞳に投影するように設定されている。このとき、各受光部の投影像が撮像光学系の絞りの射出瞳よりも若干大きくなるように投影倍率を設定し、受光部に入射する光量と撮像光学系の絞りとの関係をおおよそ線形にする。こうすれば、被写体輝度に応じた撮影が可能になり、２つの光電変換部を別々に動作させれば焦点検出も可能となる。
【００３８】
次に、本実施の形態におけるセンサ駆動方法について説明を行う。
【００３９】
上記のように、光電変換部を２分割したことで、２つの領域の蓄積電荷を簡単に加算読み出し又は、非加算読み出し制御する事が可能となる。本実施の形態では、撮像や輝度算出には加算出力モード、焦点検出には非加算出力モードで動作を行う。
【００４０】
まず、図１及び図２を参照して、撮像素子の電荷蓄積動作の概要を述べる。
【００４１】
フォトゲート２、５２の下に空乏層を拡げるため制御パルスφＰＧ₀₀、φＰＧ_e0に正の電圧を印加する。ＦＤ部２１は蓄積中、ブルーミング防止のため制御パルスφＲ₀をハイにして電源電圧Ｖ_DDに固定しておく。光子ｈνが照射されフォトゲート２、５２の下でキャリアが発生すると、フォトゲート２、５２の下の空乏層中に電子が蓄積されていき、正孔はＰ型ウェル１７を通して排出される。
【００４２】
光電変換部１とＦＤ部２１の間には転送ＭＯＳトランジスタ３によるエネルギー障壁が、光電変換部５１とＦＤ部２１の間には転送ＭＯＳトランジスタ５３によるエネルギー障壁がそれぞれ形成されている。このため、光電荷蓄積中は電子がフォトゲート２、５２の下に存在する。この後、水平走査部１６を走査させ、同様な電荷蓄積動作を全光電変換部について順次行えば、撮影が面全体の電荷蓄積が行われる。
【００４３】
読み出し状態になると転送ＭＯＳトランジスタ３あるいは５３下の障壁をなくし、フォトゲート２、５２の下の電子をＦＤ部２１へ完全に転送させる様に制御パルスφＰＧ₀₀、φＰＧ_e0、制御パルスφＴＸ₀₀、φＴＸ_e0を設定する。
【００４４】
続いて図４のタイミングチャートを用いて撮像素子の読み出し動作を説明する。このタイミングチャートは２つの光電変換部１，５１の電荷を独立に出力する非加算出力モードの場合であって、焦点検出用画像の読み出しに用いる。
【００４５】
先ず、水平走査部１６からのタイミング信号出力によって、制御パルスφＬをハイとして水平出力線をリセットする。また、制御パルスφＲ₀、φＰＧ₀₀、φＰＧ_e0をハイとし、リセット用ＭＯＳトランジスタ４をオンとし、フォトゲート２の一層目ポリＳｉ１９をハイとしておく。時刻Ｔ₀において、制御パルスφＳ₀をハイとし、垂直選択スイッチＭＯＳトランジスタ６をオンさせ、受光部３０−１１を選択する。次に制御パルスφＲ₀をローとし、ＦＤ領域２１のリセットを止め、ＦＤ領域２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５のゲート・ソース間をスルーとした後、時刻Ｔ₁において制御パルスφＴ_Ｎをハイとし、ＦＤ領域２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量Ｃ_TN１０に出力させる。
【００４６】
次に、第１光電変換部１の電荷出力を行うため、第１光電変換部１の制御パルスφＴＸ₀₀をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ３を導通した後、時刻Ｔ₂において制御パルスφＰＧ₀₀をローとして下げる。この時フォトゲート２の下に拡がっていたポテンシャル井戸を上げて、光発生キャリアをＦＤ領域２１に完全転送させるような電圧関係が好ましい。
【００４７】
時刻Ｔ₂で、フォトダイオードの光電変換部１からの電荷がＦＤ領域２１に転送されることにより、ＦＤ領域２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５がフローティング状態であるので、ＦＤ領域２１の電位を時刻Ｔ₃において制御パルスφＴ_sをハイとして蓄積容量Ｃ_TS１１に出力する。この時点で第１光電変換部１の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量Ｃ_TN１０とＣ_TS１１に蓄積されおり、時刻Ｔ₄の制御パルスφＨＣを一時ハイとして垂直出力線リセットＭＯＳトランジスタ１３と５５を導通して垂直出力線をリセットし、垂直転送期間において垂直走査部１５の走査タイミング信号により垂直出力線に画素の暗出力と光出力を出力させる。蓄積容量Ｃ_TN１０とＣ_TS１１の差動出力アンプ１４によって、差動出力Ｖ_OUTを取れば、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の良い信号が得られる。
【００４８】
なお、受光部３０−１２の光電荷は受光部３０−１１と同時に夫々の蓄積容量Ｃ_TNとＣ_TSに蓄積されるが、その読み出しは垂直走査部１５からのタイミングパルスを１受光部分遅らせて垂直出力線に読み出して差動出力アンプ１４から出力される。１受光部分のタイミングパルスの差であるので、両者の蓄積時間は実質的に同一とみなせる。
【００４９】
次に、蓄積容量Ｃ_TS１１に明出力を出力した後、制御パルスφＲ₀をハイとしてリセット用ＭＯＳトランジスタ４を導通し、ＦＤ領域２１を電源電圧Ｖ_DDにリセットする。
【００５０】
第１光電変換部１の垂直転送が終了した後、第２光電変換部５１の読み出しを行う。第２光電変換部５２の読み出しは、制御パルスφＲ₀をローとし、ＦＤ領域２１のリセットを止め、ＦＤ領域２１をフローティング状態とし、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５のゲート・ソース間をスルーとした後、時刻Ｔ₅において制御パルスφＴ_Ｎをハイとし、ＦＤ領域２１の暗電圧をソースフォロワ動作で再び蓄積容量Ｃ_TN１０に出力させる。
【００５１】
第２光電変換部５１の光電変換出力を行うため、第２光電変換部５１の制御パルスφＴＸ_e0をハイとして転送スイッチＭＯＳトランジスタ５３を導通した後、時刻Ｔ₆ において制御パルスφＰＧ_e0をローとして下げる。
【００５２】
時刻Ｔ₆ でフォトダイオードの第２光電変換部５１からの電荷がＦＤ領域２１に転送されることにより、ＦＤ領域２１の電位が光に応じて変化することになる。この時ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５がフローティング状態であるので、ＦＤ領域２１の電位を時刻Ｔ₇ において制御パルスφＴ_s をハイとして蓄積容量Ｃ_TS１１に出力する。この時点で第２光電変換部５１の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量Ｃ_TN１０とＣ_TS１１に蓄積されているので、時刻Ｔ₈ の制御パルスφＨＣを一時ハイとして垂直出力線リセットＭＯＳトランジスタ１３と５５を導通して垂直出力線をリセットし、垂直転送期間において垂直走査部１５の走査タイミング信号により垂直出力線に画素の暗出力と光出力を出力させる。そして、蓄積容量Ｃ_TNとＣ_TSからの出力に基づいて、差動増幅器１４により第２光電変換部の差動出力Ｖ_OUTを得る。
【００５３】
以上の駆動により、第１，第２光電変換部１，５１の読み出しが夫々独立に行える。
【００５４】
この後、水平走査部を走査させ、同様に読み出し動作を行えば全光電変換部の独立出力が得られる。即ち、次の列の場合は、まず制御パルスφＳ₁をハイとし、次にφＲ₁をローとし、続いて制御パルスφＴ_Ｎ、φＴＸ₀₁をハイとし、制御パルスφＰＧ₀₁をロー、制御パルスφＴ_Ｓをハイ、制御パルスφＨＣを一時ハイとして受光部３０−２１，３０−２２の第１光電変換部の信号を読み出す。続いて、制御パルスφＴＸ_e1，φＰＧ_e1、及び上記と同様に制御パルスを印加して、受光部３０−２１，３０−２２の第２光電変換部の信号を読み出す。
【００５５】
次に、第１および第２の光電変換部の信号をＦＤ領域２１において加算することにより、対物レンズの全瞳からの光束に基づく信号を出力する加算出力モードについて説明する。この動作モードは通常の撮像素子での画像出力に相当する。
【００５６】
第１および第２の光電変換部の信号を加算する場合のタイミングチャートを図５に示す。非加算出力モードにおける制御を示す図４では制御パルスφＴＸ₀₀と制御パルスφＴＸ_e0、制御パルスφＰＧ₀₀と制御パルスφＰＧ_e0のタイミングをずらしていたが、加算の場合は同じタイミングとする。即ち、受光部３０−１１の第１光電変換部１と第２光電変換部５１とから同時に読み出すために、まず制御パルスφＴ_Ｎをハイとして水平出力線からノイズ成分を読み出し、制御パルスφＴＸ₀₀と制御パルスφＴＸ_e0を、及び制御パルスφＰＧ₀₀と制御パルスφＰＧ_e0を、夫々同時にハイ、ローとして、ＦＤ領域２１に転送する。これにより、同時に上下２つの光電変換部１，５１の信号をＦＤ領域２１で加算することが可能となる。画素レベルでの信号の加算であるため、アンプノイズの影響を受けず、信号読み出し後の加算では得られない高Ｓ/Ｎの画像となる。
【００５７】
以上説明した撮像素子の構成及びその駆動方法により、撮像及び焦点検出用受光素子としての働きが一つのセンサで可能となる。
【００５８】
ここで被写体への焦点調節方法に関して、まず周知の技術である位相差検出方式で撮像光学系のピントずれ量であるデフォーカス量を検出する方法について説明を行う。
【００５９】
図６（ａ）及び（ｂ）は理解を容易にするために、図３に示した受光部７２−１１について、第１光電変換部に入射する光束と、第２光電変換部に入射する光束のそれぞれを分けて示した図である。第１光電変換部に入射する光束を示す図６（ａ）では、図の下方からの光束が第１光電変換部Ｇ１に入射し、第２光電変換部に入射する光束を示す図６（ｂ）では、図の上方からの光束が第２光電変換部Ｇ２に入射していることが分かる。
【００６０】
つまり、撮像素子全体ではエリアセンサ部のどの位置の第２光電変換部に入射する光束も撮像光学系の射出瞳の半分を通過する光束である。一方、撮像素子全体の第１光電変換部に入射する光束は撮像レンズの光軸を対称軸として反転したものとして考えればよい。すなわち、撮像光学系の射出瞳の分割は図７のようになる。
【００６１】
図７において、２２０は撮像光学系の射出瞳である。２２１は撮像素子の第１光電変換部に入射する光束が通過する射出瞳上の第一の領域、２２２は撮像素子の第２光電変換部に入射する光束が通過する射出瞳上の第二の領域である。つまり、第１光電変換部から得られた画像信号と第２光電変換部から得られた画像信号は、何れも撮像光学系の射出瞳をほぼ２分割した半光束から形成される。
【００６２】
以上のような光学系にあっては、例えば撮像素子よりも手前に物体像が形成されているとき、射出瞳の右側を通る半光束は撮像素子上で左側にシフトし、射出瞳の左側を通る半光束は右側にシフトする。つまり、撮像光学系の瞳の半分ずつを通った光束で形成される一対の画像信号は、物体像の結像状態に応じて図３の左右方向に位相がシフトしたものとなる。従って上記デフォーカス量を求めるには、２つの被写体像の相対位置関係であるずれ量をその相関からを求めれば良い。これを具体的に求める演算方法の一例を図８を用いて説明する。
【００６３】
図８に示した２つの被写体像（Ａ、Ｂ像）を示す画像信号のＡＮＤ領域の面積Ｕ（Ａ、Ｂ像の小さい方の値の総和）を片方の像（図８ではＡ像）の画像信号を光電変換素子１画素（１ビット）ずつシフトさせ、その最大値を求めていく。２像が一致していれば必然的に最大値となるので、最大値をもたらすシフト量が２像の相対的ずれ量となる。このずれ量と、撮像光学系で決定されるデフォーカス量への変換係数とで求まることとなる。
【００６４】
また、もう一方の周知の技術であるコントラスト検出方式についても簡単に説明する。
【００６５】
この方式では撮影する像の全領域または一部の領域について、明るさ（撮像素子の出力）を微少な区域毎に検出し、隣接する区域間の明るさの差、すなわちコントラストに基づいて合焦か否かを判定するものである。
【００６６】
一般にエリアセンサを用いて隣接画素間で受光量の差（画素出力の差）を取り、差の絶対値の総和をコントラスト値として評価値にすることが行われる。撮影レンズの焦点が被写体に合っているときはエリアセンサでのコントラスト値は必然的に高くなり、逆に焦点が被写体に合っていないときは小さくなる。被写体自身の特徴による変動もあるため、合焦を判定する基準の評価値は存在しないが、合焦していると必ず最大の評価値が得られることとなる。
【００６７】
従って焦点調節動作は山登り方式とも言われるように、撮影レンズの焦点位置を微少区間毎動かし、評価値が最大であったことを確認してから合焦位置が決定される。なお、最初に動かす方向、すなわち現在が前ピンか後ピンかの情報も得られない。
【００６８】
図９は、上述の固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮像装置を示す図で、図中１０１はレンズのプロテクトとメインスイッチとを兼ねるバリア、１０２は被写体の光学像を固体撮像素子１０４に結像させるレンズ、１０３はレンズ１０２を通った光量を調節するための絞り、１０４はレンズ１０２で結像された被写体を画像信号として取り込むための上記構成を有する固体撮像素子、１０５は固体撮像素子１０４から出力される画像信号を増幅するゲイン可変アンプ部及びゲイン値を補正するためのゲイン補正回路部等を含む撮像信号処理回路、１０６は固体撮像素子１０４より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器である。また、１０７はＡ／Ｄ変換器１０６より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、１０８は固体撮像素子１０４と撮像信号処理回路１０５とＡ／Ｄ変換器１０６と信号処理部１０７に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、１０９は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、１１０は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部、１１１は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、１１２は画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、１１３は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。
【００６９】
次に、上記構成を有する撮像装置の撮影時のカメラ動作の概略について説明する。
【００７０】
バリア１０１がオープンされるとメイン電源がオンされ、次に、コントロール系の電源がオンし、さらにＡ／Ｄ変換器１０６などの撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制御する為に、全体制御・演算部１０９は絞り１０３を開放にし、固体撮像素子１０４から出力された信号はＡ／Ｄ変換器１０６で変換された後、信号処理部１０７に入力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部１０９で行う。この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部１０９は絞りを制御する。次に、固体撮像素子１０４から出力された信号をもとに、後述する焦点調節ための演算を全体制御・演算部１０９で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズを駆動し測距を行う。そして、合焦が確認された後に本撮影が始まる。撮影が終了すると、固体撮像素子１０４から出力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１０６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部１０７を通り全体制御・演算部１０９によりメモリ部１１０に書き込まれる。その後、メモリ部１１０に蓄積されたデータは、全体制御・演算部１０９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１１１を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１１２に記録される。また、外部Ｉ／Ｆ部１１３を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【００７１】
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態では、上記構成を有し、加算出力モードと非加算出力モードで駆動可能な撮像素子を用いた焦点検出方法について以下に説明する。
【００７２】
本第１の実施形態では、コントラスト評価値も上記位相差検出方式の評価値を求める信号より直接求める。つまり、撮像素子を非加算出力モードで動作させて得られる２つの信号を用いて、上記位相差検出方式でずれ量を求めると同時に、コントラスト方式で少なくとも一方の信号からコントラスト評価値を求める。非加算出力モードでの２つの信号は撮影レンズの射出瞳領域の違いはあるものの、コントラスト等においては基本的に同じ評価が可能である。
【００７３】
また、本発明では位相差検出方式とコントラスト方式での同時評価が可能なため、位相差検出方式で撮影レンズの駆動方向及び駆動量を求めながら、その都度コントラスト評価値も求められ、山登り方式でありながら位相差検出方式で決定した方向と量で最初にレンズ駆動が可能となる。
【００７４】
以下、本第１の実施形態における焦点調節動作を図１０及び図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００７５】
図１０は本発明の第１の実施形態における焦点調節の基本動作を説明するためのフローチャートである。
【００７６】
ステップＳ１００にて焦点調節が開始されると、まずステップＳ１０１にて撮像素子の動作モードを非加算出力モードに設定する。そしてステップＳ１０２で撮像動作を行い、非加算の画像信号を読み出す。
【００７７】
ステップＳ１０３及びＳ１０４で、それぞれコントラスト評価値と位相差評価値を算出する。
【００７８】
続くステップＳ１０５では、まず位相差評価値に基づいた方向と量に従って撮影レンズの焦点調節を行う。なお、ここでのレンズ駆動量は評価値に対して所定量（例えば合焦幅分）少なく駆動する。これは続く山登り制御でのレンズの駆動方向を同一方向に揃えるためである。従って、この時点での合焦判断は行わない。そしてステップＳ１０６で山登り制御として、周知のコントラスト評価値に基づいた焦点調節を行う。ステップＳ１０６の動作は図１１を参照して詳細に後述する。
【００７９】
ステップＳ１０７で山登り制御による合焦が行われたかを判断し、合焦に至ったならばステップＳ１０８で撮像素子の非加算出力モードを解除する。一方、合焦に至らなかった場合には、ステップＳ１０５に戻り、最新の位相差評価値に基づくレンズ駆動からやり直す。これは本発明により、常に位相差検出方式とコントラスト方式の両方の評価値が一度の蓄積動作で得られるために、迅速に可能になった動作である。
【００８０】
以上のように位相差検出方式とコントラスト方式を融合させた制御を行って、焦点調節動作をステップＳ１０９にて終了する。
【００８１】
図１１は図１０のステップＳ１０６で行われる山登り制御の手順を示すフローチャートである。
【００８２】
山登り制御が開始されると、まずステップＳ１１１で撮像動作を行う。ここでは非加算出力モードで蓄積電荷の読み出しが行われる。読み出した画像信号を用いて、ステップＳ１１２及びＳ１１３でそれぞれコントラスト評価値と位相差評価値を算出する。
【００８３】
ステップＳ１１４では今回求めたコントラスト評価値が前回の評価値よりも増加しているか判断を行う。
【００８４】
コントラスト評価値が増加しているならば、ステップＳ１１５にて位相差評価値の符号の確認も行う。ここでは、位相差評価値の符号、即ちピントのずれ方向のみに着目する。これは、コントラスト評価値の上昇と位相差評価値の符号の一致が両方とも満たされたならば、順調に合焦領域に向かっていると判断できるからである。従ってこれらの条件を満たす場合、ステップＳ１１６において、所定微少量だけレンズを同方向に動かし、再びステップＳ１１１から山登り制御を継続する。
【００８５】
山登り制御継続中、ステップＳ１１４でコントラスト評価値が前回より下がった場合、ステップＳ１１７で位相差評価値の符号反転を判断する。コントラスト評価値が下がり、かつ位相差評価値の符号も反転した場合は、合焦点を通過したと考えられる。
【００８６】
従って上記条件を満たす場合、ステップＳ１１８で合焦点通過と判定し、ステップＳ１１９に進んでコントラスト評価値が最大の位置、即ち前回の位置までレンズ駆動を行い、ステップＳ１２０で合焦判定をして山登り制御を終了する。
【００８７】
一方、ステップＳ１１７で位相差評価値の符号が反転しなかった場合、或いはステップＳ１１５で位相差評価値の符号が反転した場合、これらは共にコントラスト評価値と位相差評価値の挙動が対応しない状態である。
【００８８】
本第１の実施形態では、この状態はまだ山登り制御を行う段階では無いと判断し、ステップＳ１２１で非合焦判定をしたまま山登り制御を終了する。なお、この後は上述したように、図１０のステップＳ１０７における合焦判定判断によりステップＳ１０５に戻り、位相差評価値によるレンズ駆動からやり直す。
【００８９】
上記の通り本発明の第１の実施形態によれば、画像の撮影に用いる撮像素子から、位相差検出方式とコントラスト方式の両方の評価値を一度の蓄積動作で同時に得られるため、測距用のセンサを別個に設ける必要が無くなり、安価でありながら、２つの焦点調節方式を併用した場合であっても迅速な焦点調節制御及び判断が可能になる。
【００９０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態における撮像素子の駆動方法、特に領域について説明を行う。
【００９１】
図１２及び図１３は撮像素子の駆動方法及び読み出し領域の組み合わせ例を示す。
【００９２】
図１２及び図１３において、列（ａ）駆動方式の分布イメージ図（○は加算出力モード、他は非加算出力モードによる駆動を示す）、列（ｂ）は被写体像イメージ図、列（ｃ）は、列（ｂ）に示す画像を列（ａ）に示す分布の駆動方式で読み出した場合に、位相差検出方式用の信号イメージ図、列（ｄ）は、（ｂ）に示す画像を列（ａ）に示す分布の駆動方式で読み出した場合に、コントラスト方式用の信号イメージ図である。
【００９３】
また、図１２において、各行（Ａ）〜（Ｃ）は撮像素子の駆動領域設定状態が異なる場合を示しており、（Ａ）は撮像素子を全面一律に非加算出力モードで駆動している場合、（Ｂ）は撮像素子を一行毎に交互に非加算・加算出力モードで駆動している場合、（Ｃ）は撮像素子を四隅の領域のみ加算出力モードで、残りは非加算出力モードで駆動している場合である。
【００９４】
（Ａ）においては、全面非加算出力モードでの駆動のため、位相差検出方式とコントラスト方式の両方の評価が全面で可能となる。反面、読み出すべき画素データが多くなり（画素数の２倍）、時間がかかってしまう。
【００９５】
（Ｂ）においては、一行毎に駆動モードを切り換えているので、（Ａ）の駆動方法と比べて読み出す画素データ数が減少するため、高速化が望める。但し全画面全てで両方式の評価は出来ない。なお、一行毎に限らず任意の行毎に駆動方法を変えても構わない。
【００９６】
（Ｃ）においては、四隅の領域のみ加算出力モードで行った例である。これは撮像系の光学系によっては四隅での位相差検出方式の実施が光束の蹴られなどにより問題を生じる場合があるため、そういった場合の対応処置の一例である。
【００９７】
一方、図１３においては、行（Ｄ）は、撮像素子が中央領域のみ加算出力モード、他は非加算出力モードで駆動されている場合、行（Ｅ）は、撮像素子が中心より左右を分けて非加算・加算出力モードで駆動している場合、行（Ｆ）は、撮像素子が左上隅の領域のみ非加算出力モードで、残りは加算出力モードで駆動の状態から、左下隅の領域のみ非加算出力モードで、残りは加算出力モードで駆動の状態へ変更させた場合である。
【００９８】
（Ｄ）においては、例えば（Ａ）のような全面位相差動作の中心領域で主要な被写体を捕らえ、一旦合焦後にコントラスト方式で焦点調節を継続し、周辺への被写体変更には位相差検出方式で素早く応答すると言った場合の領域分けの例である。ポートレイトやクローズアップ撮影など比較的中心部で被写体を捕らえる撮影モードで有効となる。
【００９９】
（Ｅ）においては、被写体の左半分が比較的コントラストが高い領域であり、反面右半分は平均的に低いコントラスト領域となっている。このような場合、位相差方式は評価値の性格上コントラストが無い状態では正しい評価結果が出しにくい。従って、被写体条件に応じて積極的に位相差方式を用いる領域とコントラスト方式を用いる領域を設定するのも有効な方法である。
【０１００】
（Ｆ）においては、（ａ）の説明図で、左上隅から左下隅に位相差方式の設定領域を移動している。これは例えば周知の視線検出等を用いて撮影者の意図に応じて設定領域を移動させる事を想定した図である。このように素早いピント調節を行う場合に必要とする領域のみを位相差動作領域を設定することで、全体として読み出すべき画素データ数も少なくなり更に応答性のよい装置の構成が可能になる。
【０１０１】
以上のように、被写体条件や撮影モードあるいはシステム上の構成に応じて、最適な領域設定を選択することは有効である。
【０１０２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態における焦点検出方法について以下に説明する。
【０１０３】
第３の実施形態では、コントラスト評価値を撮像信号より直接求める場合について説明する。つまり、撮像素子を加算出力モードで動作させて得られる信号からコントラスト評価値を求める。
【０１０４】
以下、本第３の実施形態における撮影及び焦点調節動作を図１４に示すフローチャートを参照して説明する。
【０１０５】
図１４は本第３の実施形態における焦点調節動作及び動画撮影動作の手順を示すフローチャートである。ここでは動画撮影モードの時、最初に位相差検出方式で焦点検出を開始し、動画撮影開始でコントラスト方式に移行する場合について説明する。
【０１０６】
動画撮影モードが設定されると（ステップＳ２００でＹＥＳ）、まずステップＳ２０１にて不図示のレリーズボタンスイッチ第１段階（ＳＷ１）の状態を検知する。スイッチがオンであればステップＳ２０２にて撮像素子の動作モードを非加算出力モードに設定し、撮像、読み出しの一連動作を行う。そしてステップＳ２０３で非加算出力モードで読み出した撮像信号から位相差検出方式の評価値を算出する。続くステップＳ２０４でまず位相差検出方式の評価値に基づいた方向と量で撮影レンズの焦点調節を行う。
【０１０７】
ステップＳ２０５では、不図示のレリーズボタンスイッチ第２段階（ＳＷ２）の状態を検知する。これは、動画撮影が開始されたかどうかの検知である。まだ開始されていなければ、ステップＳ２０１へ戻り、ステップＳ２０１からステップＳ２０５までの動作を繰り返す事となる。
【０１０８】
一方、動画撮影が開始されたならばステップＳ２０６でセンサの動作モードを加算出力モードに設定し、蓄積、読み出し、記録動作を行い、動画を撮影する。
【０１０９】
次のステップＳ２０７ではステップＳ２０６で得られた信号を用いて、コントラスト方式の評価値を算出し、ステップＳ２０８ではこの評価値に基づいたレンズ駆動を行う。具体的には微少の駆動量分、前回の評価値より高い評価値を得る方向に移動させる。
【０１１０】
上記ステップＳ２０５からステップＳ２０８の動作を動画撮像終了まで、即ちステップＳ２０５での不図示のレリーズボタンスイッチ第２段階（ＳＷ２）の状態がＯＦＦとなるまで続ける事となる。
【０１１１】
なお、ステップＳ２０１にて不図示のレリーズボタンスイッチ第１段階の状態がＯＦＦと検知されるとステップＳ２００に戻り、動画モードの設定が解除されると、当該処理を終了する。
【０１１２】
なお、上記第３の実施形態では、動画モードに切り換えた場合に、位相差検出方式とコントラスト方式の切り換え制御を自動的に行う場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、撮像素子の動作モードの切り換えに応じて、位相差検出方式とコントラスト方式を自動的に制御するものであれば良く、最初一方の焦点検出モードで焦点検出を開始し、何らかの条件により他方の焦点検出モードに移行するものであればよい。
【０１１３】
上記の通り第３の実施形態によれば、撮像素子の動作モードの切り換えに応じて、位相差検出方式とコントラスト方式の適切な方式を用いて焦点検出を行うように自動的に切り換えられるため、測距用のセンサを別個に設けず、安価でありながら、適切な２つの焦点調節方式のいずれかを利用した迅速な焦点調節制御及び判断が可能になる。
【０１１４】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態における焦点検出方法について以下に説明する。
【０１１５】
図１５は第４の実施形態における焦点調節動作及び撮影動作の手順を示すフローチャートである。ここでは撮影モードが動画モードの場合はコントラスト方式、静止画の場合は位相差検出方式で焦点調節を行う場合について説明する。
【０１１６】
撮影動作が選択されると、まずステップＳ３０１にて不図示のレリーズボタンスイッチ第１段階（ＳＷ１）の状態を検知する。スイッチがオンであれば、ステップＳ３０２にて撮影モードが動画モードであるかどうかを判定する。動画モードでなく、静止画モードであるならばステップＳ３０３へ移行し、静止画撮影動作を行う。ステップＳ３０３での動作は図１６を参照して後述する。
【０１１７】
一方、動画モードであるならば、まずステップＳ３０４で撮像素子の動作モードを加算出力モードに設定し、電荷蓄積、読み出しの一連の撮像動作を行う。次のステップＳ３０５では最新の撮像信号より、コントラスト方式で評価値を算出する。
【０１１８】
続いてステップＳ３０６で上記コントラスト評価値が前回より増加しているか、即ち、合焦状態に向かっているかを判定する。なお、最初の焦点調節動作の場合はステップＳ３０６の判定を行わずにそのままステップＳ３０８に進む。ステップＳ３０６で評価値が下がっているならば、ステップＳ３０７でレンズの駆動方向の指示を反転させる。
【０１１９】
ステップＳ３０８では撮影光学系の設計で決まる所定値、例えば合焦幅相当の微少量だけ現在の設定方向にレンズ駆動する。
【０１２０】
次のステップＳ３０９では、不図示のレリーズボタンスイッチ第２段階（ＳＷ２）の状態を検知する。即ち、動画撮影が開始されたかどうかを検知する。開始されていなければステップＳ３０１へ戻り、ステップＳ３０１からステップＳ３０９までの動作を繰り返す。
【０１２１】
一方、動画撮影が開始されたならばステップＳ３１０でセンサの動作モードを加算出力モードのまま、蓄積、読み出し、記録動作を行って撮影を行い、ステップＳ３０５へと戻る。つまり、動画撮影中はステップＳ３０５からステップＳ３１０の動作を続けることとなる。
【０１２２】
尚、ステップＳ３０１にて不図示のレリーズボタンスイッチ第１段階の状態がＯＦＦと検知されると、ステップＳ３００に戻り、撮影モードが解除されると当該処理を終了する。
【０１２３】
図１６は本第４の実施形態における静止画撮影での焦点調節動作及び撮影フローの説明図である。上述したように、静止画の場合は位相差検出方式での焦点調節を行う。
【０１２４】
図１５のステップＳ３０３にて静止画撮影動作に入ると、まずステップＳ３１１にて撮像素子の動作モードを非加算出力モードに設定し、電荷蓄積、読み出しの一連の撮像動作を行う。次のステップＳ３１２では撮影して得られた撮像信号より、位相差検出方式の評価値を算出する。
【０１２５】
続くステップＳ３１３で、現在の焦点調節状態を位相差検出方式の評価値に基づいて、合焦状態かを判断する。
【０１２６】
合焦状態で無いならばステップＳ３１４で、最新の評価値に基づいてレンズ駆動を行う。そして再びステップＳ３１１へ戻り、上記ステップＳ３１３までの動作を合焦と判定されるまで続ける。
【０１２７】
ステップＳ３１３で合焦状態と判定されたならば、次のステップＳ３１５で、不図示のレリーズボタンスイッチ第２段階（ＳＷ２）の状態を検知する。即ち、静止画撮影が開始されたかどうかを検知する。
【０１２８】
まだ開始されていなければ、静止画撮影動作から、一旦図１５のステップＳ３０１へ戻り、ステップＳ３０１からステップＳ３０３及び図１６のステップＳ３１１からステップＳ３１５までの動作を続ける。
【０１２９】
一方、静止画撮影が開始されたならばステップＳ３１６でセンサの動作モードを加算出力モードとして撮影としての蓄積、読み出し、記録動作を行い、図１５のステップＳ３０１へと戻る。
【０１３０】
上記の通り本第４の実施形態によれば、上記第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３１】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態における焦点検出方法について以下に説明する。
【０１３２】
図１７は第５の実施形態における焦点調節動作及び撮影動作の手順を示すフローチャートである。ここでは撮影モードが静止画モードの場合であって、被写体のコントラストが低い場合はコントラスト方式、コントラストが十分高い場合は位相差検出方式での焦点調節を行う場合について説明している。これは、位相差検出方式の精度が被写体のコントラスト状態に大きく左右されるからである。
【０１３３】
まず、図１７のステップＳ４００にて静止画撮影動作に入ると、まずステップＳ４０１にて撮像素子の動作モードを加算出力モードに設定し、電荷蓄積、読み出しの一連の撮像動作を行う。
【０１３４】
次のステップＳ４０２では上記の撮像信号を用いて、コントラスト方式の評価値を算出する。続くステップＳ４０３で、被写体のコントラスト状態を上記評価値で判定し、位相差検出方式で十分合焦状態に制御可能なコントラストの範囲かを判断する。これは位相差検出方式での焦点調節動作の方が迅速に制御可能であるため、なるべく位相差検出方式で焦点調節を行いたいからである。
【０１３５】
被写体が位相差検出方式で十分合焦状態に制御可能なコントラスト状態ならば、ステップＳ４０４にて撮像素子の動作モードを非加算出力モードに設定し、電荷蓄積、読み出しの一連の撮像動作を行う。次のステップＳ４０５で上記の撮像信号より位相差検出方式での評価値を算出し、続くステップＳ４０６で、現在の焦点調節状態を位相差検出方式での評価値に基づいて、合焦状態かを判定する。
【０１３６】
合焦状態で無いならば、ステップＳ４０７で、最新の評価値に基づいてレンズ駆動を行ってから再びステップＳ４０４へ戻り、上記ステップＳ４０６までの動作を合焦と判定されるまで続ける。また、ステップＳ４０６で合焦と判定されると、ステップＳ４０９に進む。
【０１３７】
一方、ステップＳ４０３で、現在の被写体のコントラスト状態では位相差検出方式で十分合焦状態に制御不可能と判断されたならば、ステップＳ４０８にてコントラスト方式で一般的に行われるスキャン制御による焦点調節動作を行う。この動作は図１８を参照して後述する。
【０１３８】
ステップＳ４０６あるいは図１７のスキャン制御にて合焦状態と判定されたならば、次のステップＳ４０９で、不図示のレリーズボタンスイッチ第２段階（ＳＷ２）の状態を検知する。即ち、静止画撮影が開始されたかどうかを検知する。開始されていなければ、ステップＳ４００に戻る。
【０１３９】
一方、静止画撮影が開始されたならばステップＳ４１０で撮像素子の動作モードを加算出力モードで蓄積、読み出し、記録動作を行って撮像し、ステップＳ４００に戻る。ステップＳ４００で静止画撮影が解除されると、当該処理を終了する。
【０１４０】
図１８は、図１７のステップＳ４０３で現在の被写体コントラスト状態では位相差検出方式で十分合焦状態に制御不可能と判断された場合の焦点調節動作を説明するフローチャートである。先述したように、この場合はコントラスト方式で焦点調節を行う。
【０１４１】
まず、ステップＳ４１１で、既に合焦判定済みかを判断する。合焦状態であるならばそのまま焦点調節動作終了し、図１７のステップＳ４０９に進む。
【０１４２】
合焦状態で無いならば、ステップＳ４１２にて、撮影光学系の焦点状態を至近端へ移動させる。スキャン開始のレンズ位置である。次にステップＳ４１３で撮像素子の動作モードを加算出力モードに設定し、電荷蓄積、読み出しの一連の撮像動作を行う。
【０１４３】
次のステップＳ４１４では最新の撮像信号より、コントラスト方式の評価値を算出し、現在のレンズ位置と評価値を合わせて記憶する。
【０１４４】
続くステップＳ４１５では撮影光学系の設計で決まる所定値、例えば合焦幅相当の微少量だけ無限端方向にレンズ駆動する。
【０１４５】
次のステップＳ４１６でレンズ位置が無限端まで到達したか判定を行う。即ち、スキャン動作終了位置まで駆動完了かを検知する。まだ無限端まで到達していなければ、ステップＳ４１３へ戻り、ステップＳ４１６までのスキャン動作を繰り返す。
【０１４６】
一方、無限端まで到達したならば、ステップＳ４１７でステップＳ４１４のスキャン動作で得られたレンズ位置とコントラスト評価値のデータに基づき、最も評価値の大きい位置へレンズを駆動し、ステップＳ４１８で合焦判定を行い、スキャン制御動作による焦点調節動作を終了する。
【０１４７】
上記の通り本第５の実施形態によれば、被写体のコントラスト状態に応じて焦点調節方式を自動的に切り換えるため、測距用のセンサを別個に設けず、安価でありながら、適切な２つの焦点調節方式のいずれかを利用した迅速な焦点調節制御及び判断が可能になる。
【０１４８】
【他の実施形態】
以上の実施の形態のソフト構成とハード構成は、適宜置き換えることができるものである。
【０１４９】
なお、本発明は、以上の各実施の形態、または、それら技術要素を必要に応じて組み合わせるようにしてもよい。
【０１５０】
また、本発明は、特許請求の範囲の構成、または、実施形態の構成の全体若しくは一部が、１つの装置を形成するものであっても、他の装置と結合するようなものであっても、装置を構成する要素となるようなものであってもよい。
【０１５１】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。ここでプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯなどが考えられる。
【０１５２】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１５３】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した図１０及び図１１、図１４、図１５及び図１６、又は図１７及び図１８に示すフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【０１５４】
【発明の効果】
上記の通り本発明によれば、専用のセンサを用いることなく、撮像用センサを使った安価な構成で、位相差検出方式及びコントラスト検出方式の両方式による迅速な焦点検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における撮像エリアセンサ部の回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の撮像素子受光部の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における撮像素子の光電変換部及びカラーフィルターの配置を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるセンサを非加算出力モードで駆動するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態におけるセンサを加算出力モードで駆動するためのタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態における瞳分割方法の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における瞳分割方法の説明図である。
【図８】位相差検出方式による焦点調節動作の概念を示す図である。
【図９】本発明の撮像素子を用いた撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態における焦点調節動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施形態における焦点調節動作手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態における撮像素子の駆動方法及び読み出し領域の組み合わせを概念的に説明する図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における撮像素子の駆動方法及び読み出し領域の組み合わせを概念的に説明する図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態における動画撮影及び焦点調節動作手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第４の実施形態における撮影及び焦点調節動作手順を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第４の実施形態における静止画撮影及び焦点調節動作手順を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第５の実施形態における静止画撮影及び焦点調節動作手順を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第５の実施形態における静止画撮影及び焦点調節動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１第１光電変換部
５１第２光電変換部
２，５２フォトゲート
３，５３転送スイッチＭＯＳトランジスタ
４リセット用ＭＯＳトランジスタ
５ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ
６垂直選択スイッチＭＯＳトランジスタ
７負荷ＭＯＳトランジスタ
８暗出力転送ＭＯＳトランジスタ
９明出力転送ＭＯＳトランジスタ、
１０暗出力蓄積容量
１１明出力蓄積容量
１２，５４垂直転送ＭＯＳトランジスタ
１３，５５垂直出力線リセットＭＯＳトランジスタ
１４差動出力アンプ
１５垂直走査部
１６水平走査部
２２カラーフィルター
２３マイクロレンズ

Claims

複数の画素からなり、各画素が、複数の光電変換領域と、前記複数の光電変換領域から得られる信号を光電変換領域毎に出力可能な出力系とを有する撮像素子と、
前記複数の光電変換領域それぞれから出力された信号から、位相差及び被写体像のコントラストの評価値をそれぞれ演算する演算手段と、
前記位相差に基づく第１のモードでフォーカスレンズを駆動して合焦制御を行った後に、前記評価値に基づく第２のモードで前記フォーカスレンズを駆動して合焦制御を行い、前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えにおける前記フォーカスレンズの駆動方向が同一方向となるように制御する合焦制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
合焦状態判定手段を更に有し、
前記合焦状態判定手段は、前記コントラストの評価値が、直前に得られたコントラストの評価値より低く、且つ、前記位相差に基づく前記フォーカスレンズの駆動方向が、直前に得られた位相差に基づく合焦方向と異なる場合に、前記直前の状態を合焦状態であると判断することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記コントラストの評価値が、直前に得られたコントラストの評価値より低く、且つ、前記位相差に基づく前記フォーカスレンズの駆動方向が、直前に得られた位相差に基づく前記フォーカスレンズの駆動方向と同じ場合、及び、前記コントラストの評価値が、直前に得られたコントラストの評価値より大きく、且つ、前記位相差に基づく前記フォーカスレンズの駆動方向が、直前に得られた位相差に基づく前記フォーカスレンズの駆動方向と異なる場合、前記合焦制御手段による合焦制御をやり直すことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
複数の画素からなり、各画素が、複数の光電変換領域と、前記複数の光電変換領域から得られる信号を光電変換領域毎に出力可能な出力系とを有する撮像素子と、撮像光学系とを有する撮像装置のための焦点調節方法であって、
前記撮像素子の前記複数の光電変換領域それぞれから信号を読み出す読み出し工程と、
前記読み出し工程で読み出された信号から、位相差及び被写体像のコントラストの評価値をそれぞれ演算する演算工程と、
前記位相差に基づく第１のモードでフォーカスレンズを駆動して合焦制御を行う位相差合焦工程と、
前記位相差合焦工程後に、前記評価値に基づく第２のモードで前記フォーカスレンズを駆動して合焦制御を行うコントラスト合焦工程と、
前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えにおける前記フォーカスレンズの駆動方向が同一方向となるように前記位相差合焦工程及び前記コントラスト合焦工程を制御する制御工程と
を有することを特徴とする焦点調節方法。
合焦状態判定工程を更に有し、
前記合焦状態判定工程は、前記コントラストの評価値が、直前に得られたコントラストの評価値より低く、且つ、前記位相差に基づく前記フォーカスレンズの駆動方向が、直前に得られた位相差に基づく合焦方向と異なる場合に、前記直前の状態を合焦状態であると判断することを特徴とする請求項４に記載の焦点調節方法。
前記コントラストの評価値が、直前に得られたコントラストの評価値より低く、且つ、前記位相差に基づく合焦方向が、直前に得られた位相差に基づく前記フォーカスレンズの駆動方向と同じ場合、及び、コントラストの評価値が、直前に得られたコントラストの評価値より大きく、且つ、前記位相差に基づく前記フォーカスレンズの駆動方向が、直前に得られた位相差に基づく合焦方向と異なる場合、前記読み出し工程、前記演算工程、前記位相差合焦工程、コントラスト合焦工程、制御工程をやり直すことを特徴とする請求項４又は５に記載の焦点調節方法。
コンピュータに、請求項４に記載の焦点調節方法の各工程を実行させるためのプログラム。
請求項７に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。