JP6257245B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、更に詳しくは、自動焦点調整を行う撮像装置及びその制御方法に関するものである。

従来、焦点検出用画素が離散的に配置された撮像素子を有する撮像装置における様々な自動焦点調整方法が提案されている。例えば特許文献１には、焦点検出用画素が離散的に配置された撮像素子を有する撮像装置において、撮像素子から画素信号を間引き読み出しする際に、焦点検出用画素に起因する画質の劣化を抑制するための技術が開示されている。具体的には、間引き読み出しをする際に、間引き率と間引き位相の少なくとも一方を変えることで、焦点検出用画素を読み出す読み出し方法と、焦点検出用画素を読み出さない読み出し方法のいずれかを選択的に用いて読み出すことが開示されている。

特開２０１０−１８１７５１号公報

しかしながら特許文献１では、読み出し方法を撮像装置の状態に応じて選択する構成のため、それぞれの読み出し方法において最適の露出にすることは可能であるが、モードの切り替え及び切り替えに伴う露出の変更に時間を要するという問題点がある。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、表示用の読み出し方法と焦点検出用の読み出し方法の切り替えを行うこと無く、より正確な焦点検出を行い、且つ、表示装置に表示される画像の露出量を適正にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、複数の画素により構成され、撮像光学系の異なる射出瞳領域を通過する一対の光をそれぞれ光電変換して画像信号を出力する焦点検出用画素を含む行と、前記焦点検出用画素を含まない、撮像用画素からなる行とを有する撮像素子と、測光手段と、前記測光手段による測光結果に基づいて、前記撮像用画素のための第１の電荷蓄積時間と、前記焦点検出用画素のための第２の電荷蓄積時間とを演算する演算手段と、前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行を前記第１の電荷蓄積時間で駆動し、前記焦点検出用画素を含む行を含む予め決められた数の行を前記第２の電荷蓄積時間で駆動する駆動手段と、前記第１の電荷蓄積時間で駆動された行の前記撮像用画素から得られた画像信号を周期的に更新して表示する表示手段と、前記第２の電荷蓄積時間で駆動された行の前記焦点検出用画素から得られた画像信号に基づいて、位相差方式の焦点検出処理を行う第１の焦点検出手段、前記第１の焦点検出手段による焦点検出ができなかった場合に、前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行の前記撮像用画素から得られた画像信号の高周波成分に基づいて焦点検出処理を行う第２の焦点検出手段と、を有し、前記第２の電荷蓄積時間は、前記第１の電荷蓄積時間より長く、前記第１の焦点検出手段による焦点検出ができなかった場合に、前記焦点調節手段を光軸方向に駆動しながら、前記駆動手段は、前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行を、前記第１の電荷蓄積時間の代わりに、第３の電荷蓄積時間で駆動することを特徴とする。

本発明によれば、表示用の読み出し方法と焦点検出用の読み出し方法の切り替えを行うこと無く、より正確な焦点検出を行い、且つ、表示装置に表示される画像の露出量を適正にすることができる。

本発明の第１及び第２の実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図。 第１及び第２の実施形態に係る撮像素子の画素の構成の一例を示す回路図。 第１及び第２の実施形態に係る撮像素子を構成する各画素の構造を示す模式図。 第１の実施形態の撮像素子における位相差ＡＦ用画素の配置を示す図。 通常の撮影を行う際のタイミングチャート。 通常の撮影における電荷蓄積時間と画像の読み出しタイミングを示す図。 第１の実施形態に係る撮像動作の手順を示すフローチャート。 第１の実施形態に係るＥＶＦ用の画像信号及び位相差ＡＦ用の画像信号を取得するためのタイミングチャート。 第１の実施形態に係るＡＥ処理の手順を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る位相差ＡＦ処理の手順を示すフローチャート。 第１の実施形態に係るスキャンＡＦを行う際のタイミングチャート。 第１の実施形態のスキャンＡＦ動作の説明図。 第２の実施形態の撮像素子における位相差ＡＦ用画素の配置を示す図。 第２の実施形態の位相差ＡＦ、スキャンＡＦを行う際のタイミングチャート。 第３の実施形態の撮像素子における位相差ＡＦ用画素の配置を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置１の構成を示すブロック図である。図１において、撮影レンズ鏡筒３１は、ズームレンズ群２、フォーカスレンズ群３、更に、ズームレンズ群２及びフォーカスレンズ群３等の撮像光学系を透過した光束の量を制御するである絞り４等からなる。撮像光学系を透過し、絞り４によって光量調節された被写体像光は、撮像素子５の受光面に結像され、撮像素子５はこの結像した被写体像光を光電変換して電気的な画像信号を出力する。

撮像回路６は撮像素子５から出力された画像信号を受けて各種の画像処理を施すことにより所定のフォーマットの画像信号を生成し、Ａ／Ｄ変換回路７は撮像回路６により生成されたアナログ画像信号をデジタル画像信号（画像データ）に変換する。Ａ／Ｄ変換回路７から出力された画像データは、バッファメモリ等のメモリ（ＶＲＡＭ）８に一時的に記憶される。Ｄ／Ａ変換回路９はＶＲＡＭ８に記憶された画像データを読み出してアナログ画像信号に変換すると共に、再生表示に適する形態の画像信号に変換し、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像表示装置（以下、「ＬＣＤ」と呼ぶ。）１０はこのアナログ画像信号を表示する。また、撮像素子５により周期的に得られた画像を上記手順を経て順次表示することにより、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）として用いることができる。

圧縮伸長回路１１は圧縮回路と伸長回路とからなり、圧縮回路は、ＶＲＡＭ８に一時記憶された画像データを読み出し、記憶用メモリ１２への記憶に適した形態に変換するために圧縮処理や符号化処理等を施す。また、伸長回路は、記憶用メモリ１２に記憶された画像データを、再生表示等をする為に適した形態に変換するための復号化処理や伸長処理等を施す。記憶用メモリ１２は半導体メモリ等からなり、画像データを記憶する。記憶用メモリ１２としては、フラッシュメモリ等の半導体メモリや、カード形状やスティック形状をし、撮像装置１に対して着脱自在に形成されるカード型フラッシュメモリ等の半導体メモリが用いられる。他にも、ハードディスクやフロッピー（登録商標）ディスク等の磁気記憶媒体等、様々な形態のものが適用される。

例えば、後述する操作スイッチ２４のうち、不図示のモード切替スイッチが操作されて撮影モードになり、更にレリーズスイッチが操作されて露光記録動作が指示されると、以下の処理が行われる。まず、上述したようにしてＶＲＡＭ８に一時記憶された画像データは圧縮伸長回路１１の圧縮回路により圧縮及び符号化された後、記憶用メモリ１２に記憶される。また、再生モードになると再生動作が開始され、以下の処理が行われる。まず、記憶用メモリ１２に圧縮された形で記憶された画像データは圧縮伸長回路１１の伸長回路において復号化処理や伸長処理等が施された後、ＶＲＡＭ８に一時的に記憶される。ＶＲＡＭ８に一時的に記憶された画像データはＤ／Ａ変換回路９を介して上述した処理により表示に適したフォーマットのアナログ信号に変換され、ＬＣＤ１０に画像として再生表示される。

ＣＰＵ１５は演算用のメモリを内蔵し、撮像装置１全体の制御を行う。ＡＥ処理回路１３は、Ａ／Ｄ変換回路７から出力される画像データに基づいて自動露出（ＡＥ）処理を行う。より具体的には、ＡＥ処理回路１３は、Ａ／Ｄ変換回路７によってデジタル化された一画面分の画像データの輝度値に対して累積加算等の演算処理を行って、被写体の明るさに応じたＡＥ評価値（測光結果）を算出する。このＡＥ評価値はＣＰＵ１５に出力される。

スキャンＡＦ処理回路１４は、Ａ／Ｄ変換回路７から出力される画像データに基づいて自動焦点調節（ＡＦ）処理を行う。より具体的には、Ａ／Ｄ変換回路７によってデジタル化された一画面分の画像データの内、ＡＦ領域として指定された画面の一部分の領域に相当する画像データの高周波成分をハイパスフィルタ（ＨＰＦ）等を介して抽出する。更に、累積加算等の演算処理を行って、高域側の輪郭成分量等に対応するＡＦ評価値（焦点評価値）を算出する。なお、ＡＦ領域は、例えば、中央部分あるいは画面上の任意の部分の一箇所である場合や、中央部分あるいは画面上の任意の部分とそれに隣接する複数箇所である場合、離散的に分布する複数箇所である場合などがある。

タイミングジェネレータ（ＴＧ）１６は所定のタイミング信号を発生する。センサードライバー１７は撮像素子５を駆動する。ＴＧ１６は、所定のタイミング信号をＣＰＵ１５、撮像回路６、センサードライバー１７へ出力し、ＣＰＵ１５はこのタイミング信号に同期させて各種の制御を行う。また撮像回路６は、ＴＧ１６からのタイミング信号を受け、これに同期させて色信号の分離等の各種画像処理を行う。さらにセンサードライバー１７は、ＴＧ１６のタイミング信号を受け、これに同期して撮像素子５を駆動する。

また、絞り駆動モータ２１は絞り４を駆動し、第１モータ駆動回路１８は絞り駆動モータ２１を駆動制御する。フォーカス駆動モータ２２はフォーカスレンズ群３を駆動し、第２モータ駆動回路１９はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する。ズーム駆動モータ２３はズームレンズ群２を駆動し、第３モータ駆動回路２０はズーム駆動モータ２３を駆動制御する。

ＣＰＵ１５は、第１モータ駆動回路１８、第２モータ駆動回路１９、第３モータ駆動回路２０をそれぞれ制御する。これにより、絞り駆動モータ２１、フォーカス駆動モータ２２、ズーム駆動モータ２３を介して、絞り４、フォーカスレンズ群３、ズームレンズ群２をそれぞれ駆動制御する。ＣＰＵ１５はＡＥ処理回路１３において算出されたＡＥ評価値等に基づき適正な露光量になる電荷蓄積時間及び絞り値を求め、第１モータ駆動回路１８を制御して絞り駆動モータ２１を駆動し、絞り４の絞り量が適正になるように調整するＡＥ制御を行う。

またＣＰＵ１５はスキャンＡＦ処理回路１４において算出されるＡＦ評価値もしくは後述する位相差ＡＦ処理回路３７で求められた二像の位相差に基づき第２モータ駆動回路１９を制御してフォーカス駆動モータ２２を駆動する。これにより、フォーカスレンズ群３を合焦位置に移動させるＡＦ制御を行う。また操作スイッチ２４のうち不図示のズームスイッチが操作された場合、ＣＰＵ１５は、第３モータ駆動回路２０を制御してズーム駆動モータ２３を駆動制御することによりズームレンズ群２を移動させ、撮像光学系の変倍動作（ズーム動作）を行う。

操作スイッチ２４は各種のスイッチ群からなり、例えば、以下のものがある。まず、撮像装置１を起動させて電源供給を行うための主電源スイッチや撮影動作（記憶動作）等を開始させるレリーズスイッチ、再生動作を開始させる再生スイッチ、ズーム倍率の変更、すなわち、ズームレンズ群２の移動を指示するズームスイッチ等である。他に、光学式ファインダー（ＯＶＦ）電子ビューファインダー（ＥＶＦ）切り替えスイッチ等がある。本実施の形態では、レリーズスイッチは、第１ストローク（以下、「ＳＷ１」と呼ぶ。）と、第２ストローク（以下、「ＳＷ２」と呼ぶ。）との二段スイッチにより構成される。ＳＷ１がオンになると撮像動作に先立ってＡＥ処理及びＡＦ処理を開始させる指示信号を発生する。また、ＳＷ２がオンになると画像を撮影して記録する露光記録動作を開始させる指示信号を発生する。

ＥＥＰＲＯＭ２５は各種制御等を行うプログラムや各種動作を行わせるために使用するデータ等が予め記憶されている電気的に書き換え可能な読み出し専用メモリである。２６は電池、２８はフラッシュ発光部、２７はフラッシュ発光部２８の閃光発光を制御するスイッチング回路、２９は警告表示などを行うＬＥＤなどの表示素子、３０は音声によるガイダンスや警告などを行うためのスピーカーである。

ＡＦ補助光発光部３３はＡＦ評価値を取得する際に被写体の全部または一部を照明するＬＥＤなどの光源で構成され、ＡＦ補助光駆動回路３２はＡＦ補助光発光部３３を駆動する。

振れ検出センサー３５は手振れなどを検出し、振れ検出回路３４は振れ検出センサー３５の信号を処理する。顔検出回路３６はＡ／Ｄ変換回路７からの出力を受けて画面上での顔位置や顔の大きさなどを検出する。顔検出回路３６においては、Ａ／Ｄ変換回路７から出力される画像データから、目、眉などの顔を特徴付ける部分を画像上で探索し、人物の顔の画像上での位置を求める。更に顔の大きさや傾きなどを、顔を特徴付ける部分の間隔などの位置関係から求める。

位相差ＡＦ処理回路３７は、位相差方式による焦点検出処理（位相差ＡＦ）用の信号の像修正を行った後、基準画像（Ａ像）と参照画像（Ｂ像）の相関演算を行い、二像の信号が一致する像ずれ量（二像の位相差）を計算する。本実施形態では、撮像面に、位相差ＡＦを行うための画素を配置している。

そしてＣＰＵ１５において、位相差ＡＦ処理回路３７で求められた二像の位相差からデフォーカス量及び合焦させるためのフォーカスレンズ群３の駆動量を求めることで位相差ＡＦが行われる。

次に撮像素子５に含まれる画素の構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は、画素の構成の一例を示す回路図である。画素部２０１はフォトダイオード２０２、転送トランジスタ２０３、信号増幅アンプ２０４、リセット用トランジスタ２０５を1単位（画素）として構成されている。転送トランジスタ２０３及び、リセット用トランジスタ２０５は、垂直走査回路２０６からの信号によって動作する。垂直走査回路２０６にはシフトレジスタや、転送トランジスタ２０３等の各画素を駆動させる信号生成回路等が含まれる。そして、生成されたタイミング信号（TX1〜4、RS1〜4等）により転送トランジスタ２０３及びリセット用トランジスタ２０５を制御することによって、フォトダイオード２０２の電荷をリセットしたり、読み出したりして電荷蓄積時間を制御する。図２では４画素分のみを表しているが、実際には画素部２０１と同様の画素を単位として、多数の画素が二次元的に配置されている。

本実施形態では、このように二次元的に配置される画素は、通常の撮像用画素と位相差ＡＦ用の画素（焦点検出用画素）を含む。撮像面で位相差ＡＦを行うために、図３（ａ）に示すように、位相差ＡＦ用画素はＡＬ１層において、開口を通常の撮像用画素に比べて制限し、マイクロレンズを通して見る射出瞳を偏らせるようにしている。これにより、位相差ＡＦ用画素は、撮影レンズ鏡筒３１に含まれるレンズの異なる射出瞳領域を通過した一対の光を受光することになる。図３（ｂ）は、撮像素子５の受光面における開口に対応する受光領域（開口を介して光が入射する領域）の一例を示す図である。基準画像（Ａ像）と参照画像（Ｂ像）を得るために、それぞれ反対方向に開口が配置されている。位相差ＡＦ用画素の開口率は、撮像用画素の開口率の４分の１程度まで低下する場合があり、ＬＣＤ１０に表示する画像の輝度が適正（予め決められた範囲）になるような露光条件にした場合には、位相差ＡＦ用画素の露光量は大幅に不足することになる。

２０９は水平走査回路であり、シフトレジスタ（不図示）、列アンプ回路２１０、信号出力選択スイッチ２１１及び外部への出力回路（不図示）等が含まれる。列アンプ回路２１０の設定を、センサードライバー１７からの信号によって変化させることによって、画素から読み出された信号を増幅することができる。

位相差ＡＦ用画素と撮影用画素は例えば、図４のように配置されている。図４において「Ａ」と記載された画素は位相差ＡＦ用画素のうち基準画像を形成する画素、「Ｂ」と記載された画素は位相差ＡＦ用画素のうち参照画像を形成する画素、その他の画素は撮像用画素である。

次に、上記構成を有する撮像装置１を用いて通常の撮影を行う際の動作について説明する。図５は、第１の実施形態における通常画像を取得する際に、垂直走査回路２０６から生成される信号を示したタイミングチャートである。

まず、TX1信号及びRS1信号が共に立ち上がることによって、転送トランジスタ２０３及びリセット用トランジスタ２０５が導通し、フォトダイオード２０２の電荷がリセットされる。リセット後、TX1信号がローになると電荷蓄積が開始される。その後所定時間の経過後に、TX1信号が再度立ち上がり、フォトダイオード２０２に蓄積された電荷を転送トランジスタ２０３を介して信号増幅アンプ２０４に読み出す。TX1信号がローになってから、TX1信号が立ち上がるまでの時間が電荷蓄積時間（シャッタースピード）となる。この動作は、ＴＧ１６によって設定された条件で、所定の順番（図５に示す例では、TX1からTX4、RS1からRS4の順番）で順次行われる。そして、信号増幅アンプ２０４からの信号から画像信号を生成し、水平走査回路２０９を通して出力される。この動作も、ＴＧ１６によって設定された条件で行われる。

本実施形態において、撮像装置１に搭載されている撮像素子５はＣＭＯＳ型の撮像素子である。そのため、垂直走査回路２０６のシフトレジスタの設定によって、どの行の転送トランジスタ２０３をどのような順序で駆動させるかを選択することができ、また、同一行を繰り返し選択して信号を読み出すこともできる。また、水平走査回路２０９のシフトレジスタの設定によって、どの列の選択スイッチ２１１を動作させるかによって、読み出された行の信号の内、どの列の信号から出力するかを選択することができる。これによって、画面内のどの画素からどのような順番で読みだすかを指定することができる。

図６は、電荷蓄積時間と、蓄積された電荷が画像として読み出されるタイミングを示す。ＴＧ１６及びセンサードライバー１７が生成する垂直同期信号によって、露光及び信号読み出しが行われる。

次に、上記構成を有する撮像装置１における本第１の実施形態における撮影動作について、図７〜図１２を参照して説明する。図７は、撮影動作のメインフローを示すフローチャートであり、撮像装置１の主電源スイッチがオン状態であり、かつ撮像装置１の動作モードが撮影（録画）モードにあるときに、撮像素子５等への電源供給などを行って撮影を可能にして、撮影動作が行われる。

まずＳ１においてＣＰＵ１５は、ＬＣＤ１０に表示するＥＶＦ表示と、位相差ＡＦとを並行して行うための撮像素子５の駆動モードの設定を行う。この駆動モードのタイミングチャートを図８に示す。この駆動モードでは、ＥＶＦ用の画像信号も位相差ＡＦ用の画像信号も、撮像素子５からの読み出しレートは最大で６０ｆｐｓ程度になるよう設定される。

上述したように、位相差ＡＦ用画素の開口率は撮像用画素より低い。そのため、本第１の実施形態では位相差ＡＦ用画素と撮像用画素とを異なる露光条件で露光し、位相差ＡＦ用画素からの画像信号と撮像用画素からの画像信号とをほぼ同時に読み出すようにする。より具体的には、図８に示すように、ＥＶＦ用の画像信号を得るための電荷蓄積時間よりも、位相差ＡＦ用の画像信号を得るための電荷蓄積時間を長くする。これに伴い、位相差ＡＦ動作を行うための信号の読み出しレートが遅くなる。そのために、ＥＶＦ用の画像信号と位相差ＡＦ用の画像信号のそれぞれを得るために露出条件を２行毎に設定し、撮像素子５のリセット、出力転送のタイミングを異ならせる。実際の露光条件の設定は、Ｓ２のＡＥ処理において設定される。

ＥＶＦ画像用の露光条件は、撮影者による被写体の視認に適した最適な露光量、パンニングや被写体の移動に対する追従性等を考慮して決める必要がある。一方、位相差ＡＦ用の画像信号の露光条件は、位相差ＡＦに最適な露光量、ＡＦ時間、ＡＦ時間内の被写体の移動及び手振れによるＡＦへの影響等を考慮して、特に電荷蓄積時間を決める。図３に示したように撮像用画素と位相差ＡＦ用画素とでは開口率が異なると共に、撮像素子５の中心から離れた位置では撮影レンズ鏡筒３１の射出瞳から入射する光束が斜めになるために入射光量が減少する。よって、位相差ＡＦ用画素は撮像用画素に比べて開口率の比以上（例えば４倍程度以上）の露光量を必要とする。

ここで、Ｓ２で行われる本第１の実施形態におけるＡＥ処理の詳細について図９を用いて説明する。まずＳ２１において、撮影して得られた画像データに基づいてＡＥ処理回路１３において算出されるＡＥ評価値を参照し、ＥＶＦ画像用の露光条件として、絞り、増幅率及び電荷蓄積時間を組み合わせて適正な露光量になるように決定する。この際、ＥＶＦ画像用の電荷蓄積時間は、８分の１秒を長秒時側の限度、撮像素子５の性能等で決まる最短電荷蓄積時間を短秒時側の限度とする。増幅率は列アンプ回路２１０の値を調整して設定する。各値の決め方はプログラム線図と呼ばれる、被写体輝度が測定された場合に、絞り、増幅率及び電荷蓄積時間を一律に決める手法を用いて行われている。その詳細は例えば、特開２０００−７８４６１、特開平４−７０６３２等に記載されており公知であるため、ここでの説明は割愛する。

次いでＳ２２において、設定された露光条件を用いて得られた画像データに基づいて、再度ＡＥ処理回路１３によりＡＥ評価値を算出し、算出したＡＥ評価値に基づいてＳ２３において適正な露光条件を再度決定する。そしてＳ２４で再度決定された露光条件と、前回設定された露光条件との差が予め決められた範囲内であるかどうかを判定する。予め決められた範囲内でない場合はＳ２２に戻って、予め決められた範囲内となるまで、露光条件を決定する処理を繰り返す。

露光条件の差が予め決められた範囲内であれば（Ｓ２４でＹＥＳ）、Ｓ２５以降で行われる位相差ＡＦ用の露光条件を決定する処理に移る。ただし、位相差ＡＦ用の露光条件における絞りはＥＶＦ用の露光条件における絞りと同じなので、電荷蓄積時間と増幅率を決定していく。

まずＳ２５において、位相差ＡＦ用の電荷蓄積時間及び増幅率を求める。ＡＥ処理回路１３において求められるＡＥ評価値は開口率の高い撮像用画素から出力される画像信号、すなわちＥＶＦ用の画像データを基に行われる。よってＥＶＦ画像に最適な電荷蓄積時間が求められたならば、その値を、開口率の比率に、中心画素に対する像高による入射光量の減光量の比を掛けた値の逆数倍すれば良い。例えば開口率が３分の１、減光量が０．８倍なら露光量は３．７５倍とし、開口率が４分の１、減光量が０．８倍なら露光量は５倍とすれば良い。

この減光量は入射光束の像高による入射角度に依存するため、撮影レンズ鏡筒３１の射出瞳距離と像高及び位相差ＡＦを行う際の絞り値の関数となる。よって画面全体で位相差ＡＦを行う場合はその平均値を用いるが、撮影者により焦点検出を行うための画面上の位置（ＡＦ点）の選択が行われた場合など、位相差ＡＦを行う領域（焦点検出領域）が画面上の一部に限定される場合は、その領域の減光量を計算する。

そして、上述したように、開口率の割合と計算した減光量とに基づいて、電荷蓄積時間の変更と増幅率の設定を行う。電荷蓄積時間は位相差ＡＦに要する時間が必要以上に長くならないように、ＥＶＦ画像表示の更新時間（周期）を長秒時側の限度とする。また撮像素子５の性能等で決まる最短電荷蓄積時間を短秒時側の限度とする。更に手振れによるＡＦ精度の劣化を考える必要があるので、焦点距離が所定値より長い場合は、上限値を焦点距離に応じて小さくする。

ＥＶＦ画像に最適な電荷蓄積時間を逆数倍して決めた電荷蓄積時間が上限値より長くなった場合は、ＥＶＦ画像表示の更新時間を電荷蓄積時間とし、不足する露光量は信号を増幅することで補う。例えば、ＥＶＦ画像表示の更新時間が８分の１秒、計算された電荷蓄積時間が４分の１秒となった場合は、電荷蓄積時間を８分の１秒として、２倍の信号増幅を行う。上述したように、増幅率は列アンプ回路２１０の値を調整して設定する。但し、信号のＳＮ比の観点から増幅率の設定にも上限があるので、ＥＶＦ画像表示の更新時間を電荷蓄積時間とし増幅率を上限に設定してもなお露光量が不足する場合は、上記の上限値より長くなっても構わないので、電荷蓄積時間を延ばして対応する。

次いでＳ２６において、Ｓ２５で求めた露光条件で撮影をした場合に、位相差ＡＦ用画素に飽和画素が生じるかを調べる。飽和は位相差ＡＦに悪影響を及ぼすため、位相差ＡＦ用の画素が飽和しないように露光条件を微調整していく必要がある。飽和する画素が生じない場合は、Ｓ２３で求めた露光条件をＥＶＦ用の露光条件とし、Ｓ２５で求めた電荷蓄積時間及び増幅率、そしてＳ２３で求めた絞りを位相差ＡＦ用の露光条件として、図７の処理に戻る。

飽和する画素が生じるか否かは、ＡＥ評価値を得た時点で位相差ＡＦ用画素からの出力信号と開口率の比率から判定することができる。まず、ＡＥ評価値を得た時点で位相差ＡＦ用画素の出力信号の最大値を調べ、その値を上述したように逆数倍する。逆数倍した値が飽和値を超えるようであれば、これまでの手順で決めた露光条件では位相差ＡＦ用画素の出力信号に飽和が生じると予測できる。これは、ＥＶＦ用の露光条件にてＡＥ評価値を算出し、その値を上述したように逆数倍して位相差ＡＦ用の露光条件としているからである。飽和画素が生じる場合は、Ｓ２７において、電荷蓄積時間及び増幅率の調整を行う。まず、
係数１＝（飽和値）÷（ＥＶＦ用の露光条件での位相差ＡＦ用の画像信号の最大値）
により求められた係数１を、Ｓ２３で求められたＥＶＦ用の電荷蓄積時間に掛けたものを、位相差ＡＦ用の電荷蓄積時間とする。もし求めた電荷蓄積時間が上限値より長くなった場合は、ＥＶＦ画像表示の更新時間を電荷蓄積時間とし、不足する露光量は信号を増幅することで補う。例えば、ＥＶＦ画像表示の更新時間が８分の１秒、計算された電荷蓄積時間が４分の１秒となった場合は、電荷蓄積時間を８分の１秒として、２倍の信号増幅を行う。増幅率は列アンプ回路２１０の値を調整して設定する。但し、信号のＳＮ比の観点から増幅率の設定にも上限があるので、ＥＶＦ画像表示の更新時間を電荷蓄積時間とし増幅率を上限に設定してもなお露光量が不足する場合は、上記の上限値より長くなっても構わないので、電荷蓄積時間を延ばして対応する。

なお、上述した様にして位相差ＡＦ用の電荷蓄積時間を決めるのは通常被写体の場合であり、イルミネーション、天体、夕日、朝日などの点光源と称される被写体に対してＡＦを行う場合は、逆数倍して電荷蓄積時間を求める必要はない。これらの被写体では飽和が起きるので、公知の方法（例えば、特開２０１１−１５０２８１等に記載された方法）で点光源被写体が存在すると判定された場合は、ＥＶＦ用の画像の露光条件と同じ露光条件とする。この露光条件で飽和画素があるかを調べ、飽和画素がある場合はＳ２７において、電荷蓄積時間及び増幅率の調整を行う。その後、図７のＳ３に進み、Ｓ２７で調整した電荷蓄積時間及び増幅率、そしてＳ２３で求めた絞りを位相差ＡＦ用の露光条件とする。

露光条件が決まったならば、Ｓ３において、決定した露光条件で撮影を行い、撮像用画素に結像した像をＬＣＤ１０に画像として表示する。ここでは、TX信号及びRS信号を図８のように制御する。図８はＥＶＦ用の画像信号及び位相差ＡＦ用の画像信号を得るための垂直走査回路２０６から生成される信号を示したタイミングチャートである。

図８に示すタイミングチャートに示すタイミングで撮像素子５を駆動することで、ＥＶＦ用の画像信号と位相差ＡＦ用の画像信号とを異なる露光条件、且つ異なる読み出しレートで、ほぼ同時に得ることができる。そのために、ＥＶＦ用の画像と位相差ＡＦ用の信号のそれぞれの露出条件を２行毎に設定し、撮像素子５のリセット及び出力転送のタイミングを異ならせる。

すなわちＥＶＦ用の信号及び位相差ＡＦ用の信号は、TX信号及びRS信号が立ち上がることによって、各画素のフォトダイオード２０２の電荷がリセットされ露光が開始される。この動作はＴＧ１６によって設定された条件で、画素部２０１から所定の順番で順次行われる。その後、ＥＶＦ用の画像を取得するための行において、Ｓ２で決められたＥＶＦ用の電荷蓄積時間の経過後に、TX1及びTX2信号が順次立ち上がり、フォトダイオード２０２の電荷を信号増幅アンプ２０４に読み出す。読み出した信号は、水平走査回路２０９を通して出力され、ＥＶＦ用の画像信号を取得する。

その後、再度TX1,RS1信号及びTX2,RS2信号が順次立ち上がり、ＥＶＦ用の行をリセットする。ＥＶＦ用の画像信号を取得するためこの動作を繰り返す。なお、図８に示す例では、１垂直同期期間に、ＥＶＦ用の画像信号を３回、位相差ＡＦ用の画像信号を１回、読み出している。この場合、３回読み出したＥＶＦ用の画像信号の内、２回分のＥＶＦ用の画像信号を読み捨てる。ＥＶＦ用の画像信号と位相差ＡＦ用の画像信号をほぼ同時に得るためには、最後に読み出したＥＶＦ用の画像信号をＬＣＤ１０へのＥＶＦ表示に用いれば良い。また、１垂直同期期間にＥＶＦ用の画像信号を１回のみ読み出すように、TX1、TX2、RS1、RS2信号のタイミングを制御してもよい。このようにして得られた画像信号に基づくＥＶＦ画像は、ＬＣＤ１０に表示される。

同様に、位相差ＡＦ用の画像信号を取得するために、Ｓ２で決められた位相差ＡＦ用の電荷蓄積時間の経過後に、TX3及びTX４信号が順次立ち上がり、フォトダイオード２０２の電荷を信号増幅アンプ２０４に読み出す。読み出した画像信号は、水平走査回路２０９を通して出力され、位相差ＡＦ用の画像信号を取得する。

次いでＳ４において、レリーズスイッチの状態を確認する。撮影者によってレリーズスイッチが操作され、ＳＷ１がオン状態になったことをＣＰＵ１５が確認すると、次のＳ５に進み、位相差ＡＦ処理を行う。この処理については後述する。

位相差ＡＦ処理の結果、Ｓ６で合焦可能と判断されればＳ９に進み、ＡＦＯＫ表示を行う。ここでは例えば、ＬＥＤ２９を点灯したり、ＬＣＤ１０上に例えば緑の枠を表示するなどの処理を行う。一方、Ｓ６において、合焦可能と判断されなかった場合には、Ｓ７に進んで撮像素子５の駆動タイミングを図１１に示すように変更する。なお、絞りは変更しない。

Ｓ７では、後述するＳ８で行うスキャンＡＦ処理の高速化のため、スキャンＡＦ用の画素信号を得るためのフレームレートを速く設定する。フレームレートを速く設定すると電荷蓄積時間が短くなるため、その分増幅率を大きくして信号のレベルを確保する。しかしながら、増幅率が大きすぎると良好なスキャンＡＦ結果が期待できないので、増幅率の上限を定めておき、それを超える場合は上限の増幅率とし、電荷蓄積時間を調整して適正な露光量を確保する。この場合でも図８に示す駆動タイミングに比べて、電荷蓄積時間は短くなる。

例えば、増幅率の上限が５段、ＥＶＦ画像に最適な電荷蓄積時間が３０分の１秒、増幅率が０であれば、増幅率を２段とすると、スキャンＡＦ用の電荷蓄積時間は１２０分の１秒となる。しかし、低照度になりＥＶＦ用画像に最適な電荷蓄積時間が３０分の１秒、増幅率が４段の場合、増幅率を上限の５段とすると、スキャンＡＦ用の電荷蓄積時間は６０分の１秒となる。なお、スキャンＡＦ処理中は、ＥＶＦ用の画素をスキャンＡＦ用の画素として用いる。

Ｓ８においてスキャンＡＦ処理を行う。なお、スキャンＡＦの処理については、図１１及び図１２を参照して詳細に後述する。また、スキャンＡＦ処理の最後に撮像素子５の駆動タイミングを図８に示す駆動タイミングに戻す。スキャンＡＦ処理の結果、合焦可能と判断されれば、Ｓ９に進みＡＦＯＫ表示を行う。

またＳ８において、合焦可能と判断されなかった場合には、Ｓ９に進みＡＦＮＧ表示を行う。これはＬＥＤ２９を点滅表示することなどにより行うと同時にＬＣＤ上に黄色の枠を表示するなどの処理を行う。

ＣＰＵ１５はＳ１０においてＳＷ２の確認を行い、ＳＷ２がオンになっていたならばＳ１１に進み、撮影を行い、撮影が終了すると一連の撮像動作を終了する。

次に、Ｓ５で行う合焦位置を検出するための位相差ＡＦ処理の概略について、図１０を用いて説明する。上述したように、ＥＶＦ用の画像信号と位相差ＡＦ用の画像信号は異なる露光条件で取得するように、ＥＶＦ用と位相差ＡＦ用それぞれの露出条件を２行毎に設定する。これにより、位相差ＡＦ処理中もＥＶＦ用の画像信号を取得できるので、取得したＥＶＦ用の画像信号の画像をＬＣＤ１０に表示する。

まずＳ５０１において、Ａ／Ｄ変換回路７より出力される位相差ＡＦ用の画像信号を位相差ＡＦ処理回路３７の所定の記録領域に記録する。次いでＳ５０２において、記録された像の修正を行う。上述したように本実施形態では、撮像面に位相差ＡＦを行う画素を配置している。そのため、外部位相差ＡＦのように、像高による光束の違いにより生じる像の歪みを修正するフィールドレンズや、位相差ＡＦ用センサーへ入射する光束の瞳位置を制限するための絞り、不要な光束を遮断するためのマスクを結像面とセンサーの間に配置できない。そのため、位相差ＡＦ用の信号は画素毎にシェーディング・オフセットが異なるため、その補正が必要である。よって位相差ＡＦ処理回路３７は像修正機能と、相関演算を行いデフォーカス量を求める機能を担っている。

このシェーディングは光軸中心からの画素の位置（像高）、撮影レンズの射出瞳位置、絞り、画素内の開口部の位置によって異なるため、それぞれの要因に関して像修正量を持ち、要因に応じて位相差ＡＦ用の画素毎に像修正を行っていく。また、オフセットは位相差ＡＦ用画素の増幅率及び画素内の開口部の位置、更に位相差ＡＦ用画素の列アンプの特性によって異なるため、それぞれの要因に関して像修正量を持ち、要因に応じて位相差ＡＦ用画素毎に像修正を行っていく。なお、像修正方法の詳細に関しては、例えば、特開２０１２−２５２２８０等で公知なので、説明は割愛する。

そして、Ｓ５０３において、像修正された位相差ＡＦ用の画像信号の並び替えを行い、基準画像と参照画像を生成する。位相差ＡＦ用画素は例えば、図４のように配置されている。

位相差ＡＦ処理回路３７に記録されているのは、図に示す「Ａ」と「Ｂ」の位相差ＡＦ用の画素の出力であり、読み出しの順序は「Ａ」→「Ｂ」→「Ａ」→「Ｂ」→…→「Ａ」→「Ｂ」となっている。Ｓ５０２での像修正後も同じ順序で位相差ＡＦ処理回路３７の所定の記録領域に記録されている。そこで「Ａ」と記載された基準画像を構成する画素から出力された画像信号だけを抽出して、抽出した順序に並べ基準画像（Ａ像）とする。同様に「Ｂ」と記載された参照画像を構成する画素から出力された画像信号だけを抽出して、抽出した順序に並べ参照画像（Ｂ像）とする。

その後Ｓ５０４において相関演算を行う際の初期値を設定する。そして、Ｓ５０５において、初期値を設定された位相差ＡＦ処理回路３７は式（１）に従い相関演算を行い、基準画像（Ａ像）と参照画像（Ｂ像）との相関値を求める。
Ｕk＝Σmax（aj+1,bj+k）-Σmax（aj,bj+k+1） …（１）
ここで、max(Ｘ,Ｙ)はX,Yのうち大きい方をとるという意味である。またkは相関演算を行う像ずらし量、jは相関演算を行う画素数であり、Ｓ５０４で初期化されている。

そして、Ｓ５０６において、ＣＰＵ１５は基準画像（Ａ像）と参照画像（Ｂ像）の相関値を位相差ＡＦ処理回路３７から取得する。そして、Ｓ５０７において既に一時記録されている相関値があれば、その相関値と符号が等しいか調べ、符号が反転した場合、また、取得された相関量が零である場合は、Ｓ５０７からＳ５１１へ進む。

一方、符号が等しい場合にはＳ５０８において取得した相関値を一時記録されていた相関値と差し替える。一時記録された相関値が無い場合は、取得した相関値を一時記録する。そして、Ｓ５０９において、ずらし量が相関値を求める演算の終端の値になったか否かを調べる。終端の値になっていなければＳ５２０へ進み、ずらし量ｋをｋ←ｋ＋１と更新してＳ５０５に戻る。終端の値になっていたならばＳ５１０へ進み、位相差ＡＦがＮＧと判定し、処理を終了する。

Ｓ５１１では、相関量が零になるずらし量を演算する。相関値の演算は１画素づつずらして行われているため、位相差ＡＦ処理回路３７において演算された相関量が零になることは稀である。そこで符号が異なる２つの相関量と、その相関量を与えるずらし量とから、相関量が零となるずらし量を求める。

式（１）で相関量を計算した結果、K=lとK=l+1の間で相関量Ｕkの符号が反転したとすると、直線補間により相関量が零となる像ずらし量δは
δ＝ｌ＋｜Ｕｌ｜÷［｜Ｕｌ｜＋｜Ｕｌ+1｜］ …（２）
となる。但し、｜ｚ｜はｚの絶対値を意味する。

次いでＳ５１１において、像ずれ量δから、プレディクション量Ｐを
Ｐ＝δ―Δ …（３）
により求める。但し、Δは合焦時の像ずれ量である。そして、Ｓ５１２において撮影レンズ鏡筒３１の特性から決まる基線長を用いることで、プレディクション量Ｐからデフォーカス量ｄ（フォーカスレンズ群の移動量と方向）を
ｄ＝Ｋ・Ｐ …（４）
により求め、処理を終了する。但し、Ｋはフォーカスに関する敏感度で、撮影レンズ鏡筒３１の焦点距離、絞り４の値、像高に依存する値なので、ＥＥＰＲＯＭ２５内にこれらをパラメータとするテーブルを用意しておき、そのテーブルを参照して値を求めている。Ｓ５１２でデフォーカス量を求めると、図７の処理に戻る。

次に、図７のＳ８で合焦位置を検出するためのスキャンＡＦ処理について、図１１及び図１２を用いて説明する。

なお以降の説明においては、フォーカスレンズ群３を駆動しながらＡＦ評価値を取得する動作をスキャン、ＡＦ評価値を取得するフォーカスレンズ群３の位置をスキャン位置、スキャン位置の間隔をスキャン間隔と呼ぶ。また、ＡＦ評価値を取得する範囲（すなわち、フォーカスレンズ群３を駆動する範囲）をスキャン範囲と呼ぶものとする。

Ｓ８において定められた露光条件でスキャンＡＦを行った結果、焦点調整が可能な場合は合焦位置へフォーカスレンズ群３を制御する。逆に焦点調整が不可能な場合は、過焦点位置と呼ばれる、無限遠を被写界深度の遠側に含む、被写界深度の最も近距離のフォーカスレンズ位置へフォーカスレンズ群３を制御する。

スキャンＡＦ処理中は、図１１に示すタイミングチャートに示すタイミングで撮像素子５を駆動し、ＥＶＦ用の画像信号の代わりに、スキャンＡＦ用の画像信号を取得する。また、位相差ＡＦ用の画像信号は、Ｓ５の位相差ＡＦ処理時と同じ露光条件で取得し、異なる読み出しレートで、スキャンＡＦ用の画像信号と並行して得られるようにする。そのために、スキャンＡＦ用の画像信号と位相差ＡＦ用の画像信号のそれぞれを得るための露出条件を２行毎に設定し、撮像素子５のリセット、出力転送のタイミングを異ならせる。但し、スキャンＡＦ処理においては位相差ＡＦ用の画像信号は使用しない。

スキャンＡＦ用の電荷蓄積時間は、３２分の１秒を長秒時側の限度、撮像素子５の性能等で決まる最短電荷蓄積時間を短秒時側の限度とし、絞り、列アンプ回路２１０の値を調整して、Ｓ３のＡＥ処理結果を参照し、露光量が適正となるように決める。ＥＶＦ表示に関してはスキャンＡＦ中は適正にならない可能性があるが、スキャンＡＦ用の画像信号を加算及び増幅した信号を用いることによりＥＶＦ表示に適した画像を作成するができる。なお、本処理においては、ＥＶＦ表示が適正にならないとしても、スキャンＡＦ性能を優先することとする。

スキャンＡＦ用の電荷蓄積時間が位相差ＡＦ用の電荷蓄積時間より短くなると、それに伴いスキャンＡＦ用の読み出しレートが速くなる。一例として、スキャンＡＦ用の電荷蓄積時間は１２８分の１秒、読み出しレートは１２８ＦＰＳ、位相差ＡＦ用の画像の電荷蓄積時間は８分の１秒、読み出しレートは８ＦＰＳとなる。絞り４の値は変更せずそのままとする。

露光条件（電荷蓄積時間）が決まったならば、TX信号及びRS信号を図１１に示すように制御する。すなわちスキャンＡＦに用いる撮像用画素、及び位相差ＡＦ用画素において、TX信号及びRS信号が共に立ち上がることによって、各画素のフォトダイオード２０２の電荷がリセットされ、TX1信号がローになると電荷蓄積が開始される。この動作はＴＧ１６により設定された条件で、所定の順番で順次行われる。その後、スキャンＡＦ用の行において、所定の電荷蓄積時間の経過後に、TX1信号及びTX2信号が順次立ち上がり、フォトダイオード２０２の電荷を信号増幅アンプ２０４に読み出し、水平走査回路２０９を通して出力し、スキャンＡＦ用の画像信号を取得する。その後、再度TX1, RS1信号及びTX2, RS2信号が順次立ち上がり、スキャンＡＦ用の行をリセットする。同様の動作をスキャンＡＦ用の画像信号を取得するために繰り返す。そして、位相差ＡＦ用の電荷蓄積時間の経過後に、TX3信号及びTX4信号が順次立ち上がり、フォトダイオード２０２の電荷を信号増幅アンプ２０４に読み出し、水平走査回路２０９を通して出力し、位相差ＡＦ用の画像信号を取得する。但し、上述したように、スキャンＡＦ処理中は取得した位相差ＡＦ用の画像信号は使用しない。

この動作を、フォーカスレンズ群３を所定の位置へ駆動した後行い、取得した画像信号をスキャンＡＦ処理回路１４で処理して、ＡＦ評価値を算出する。ＡＦ評価値を取得したならば、次のスキャン位置へフォーカスレンズ群３を駆動し、同様の動作を行ってＡＦ評価値を取得する。

ここでＡＦスキャン動作について図１２を用いて説明する。スキャンＡＦは上記のようにして、撮像素子５において２行毎に設定されたスキャンＡＦ用の画素から出力される画像信号から抽出される高周波成分が最も多くなるフォーカスレンズ群３の位置を求めることにより行われる。

ＣＰＵ１５はフォーカス駆動モータ２２を駆動制御する第２モータ駆動回路１９を介してフォーカス駆動モータ２２を制御する。これにより、フォーカスレンズ群３を無限遠に相当する位置（図１２における「Ａ」）から各々の撮影モードにおいて設定される至近距離に相当する位置（図１２における「Ｂ」）まで駆動する。そして駆動しながらスキャンＡＦ処理回路１４の出力（ＡＦ評価値信号）を取得する。フォーカスレンズ群３の駆動が終了した時点で取得したＡＦ評価値信号から、それが最大になる位置（図１２における「Ｃ」）を求め、その位置にフォーカスレンズ群３を駆動する。

このスキャンＡＦ処理回路１４の出力の取得はスキャンＡＦの高速化のために、全てのフォーカスレンズ群３が停止可能な停止位置については行わず、所定のスキャン間隔毎に行う。この場合、図１２に示すａ１、ａ２、ａ３点においてＡＦ評価値信号を取得することがあり得る。このような場合はＡＦ評価値信号が最大値となった点とその前後の点とから合焦位置Ｃを補間演算にて求める。このように補間演算を行い、ＡＦ評価値信号が最大値となる点（図１２のＣ）を求める前にＡＦ評価値信号の信頼性を評価する。具体的な方法は特許文献特登録04235422や特登録04185741に記載されているので、ここでの説明は割愛する。

ＡＦ評価値の信頼性が十分であれば、ＡＦ評価値信号が最大値となる点を求め、図７のＳ９においてＡＦＯＫ表示を行う。信頼性が十分でない場合はＡＦ評価値信号が最大値となる点を求める処理は行わず、図７のＳ９においてＡＦＮＧ表示を行う。

なお、長秒時側の限界秒時は、本実施形態における一例を表わしたものであり、撮像素子５の特性や撮像光学系の特性が異なれば、異なる値になる。

本第１の実施形態においては、一つのＡＦ領域（焦点検出領域）が設定されている場合について説明したが、複数のＡＦ領域が設定された場合は同様の処理をＡＦ領域数分繰り返すことで対応が可能である。

また、上述した第１の実施形態の説明では、ＳＷ１オン直後に読み出される信号を位相差ＡＦ処理に使用したが、Ｓ３でＬＣＤ表示を行う際に取得した位相差ＡＦ用信号を常に記録しておき、ＳＷ１直前に取得した信号を位相差ＡＦ処理に使用しても良い。

また、撮影者により、合焦位置の検出を行う画面上に位置（ＡＦ点）の選択が行われた場合など位相差ＡＦを行う領域が画面上の一部に限定される場合は、その領域の位相差ＡＦ用の画像信号のみを読み出すようにしてもよい。これにより、位相差ＡＦを行うための画像信号の取得時間を短縮することができる。更に、その領域の画像信号のみを読み出し終了後に、一定期間、撮像素子５の駆動を休止し、省電力化を行っても良い。

上記の通り本第１の実施形態によれば、撮像用画素に比べて開口率の小さい位相差ＡＦ用の画素の露光量を適正にすることで、より正確な焦点調節と、表示装置に表示される画像の露出量を適正にすることによる被写体の視認性向上の両立が可能となる。

また、従来は位相差ＡＦ用の画素の露光量不足を補うために複数フレームの出力を加算していたが、一つのフレームで得られる情報で正確な焦点調節が可能になるため、位相差ＡＦ情報を取得する時間を短縮することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、ＬＣＤ１０に表示するＥＶＦ用の画像信号と、スキャンＡＦ用の画像信号と、位相差ＡＦ用の画像信号の３つの信号を異なる露光条件で取得し、異なる読み出しレートで得られるようにしている。この点が、ＥＶＦ用の画像信号またはスキャンＡＦ用の画像信号と、位相差ＡＦ用の画像信号の２つの信号を異なる露光条件で取得し、ほぼ同時に得られるようにした第１の実施形態と異なる。

そのために、本第２の実施形態では、ＥＶＦ用の画像信号とスキャンＡＦ用の画像信号と位相差ＡＦ用の画像信号のそれぞれ露出条件を２行毎に設定し、撮像素子５のリセット、出力転送のタイミングを異ならせる。

本第２の実施形態における画素の配置は、例えば図１３に示すようにする。図１３において、「Ａ」と記載された画素は位相差ＡＦ用画素のうち基準画像（Ａ像）を形成する画素、「Ｂ」と記載された画素は位相差ＡＦ画素のうち参照画像（Ｂ像）を形成する画素、その他の画素は撮像用画素である。撮像用画素のうち、上の２行はスキャンＡＦに用い、下の２行はＥＶＦ用に用いるものとする。

なお、画素の配置を除く撮像装置の構成は、第１の実施形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。

本第２の実施形態においては、図１４に示すタイミングチャートに示すタイミングで撮像素子５を駆動する。まず、ＥＶＦ用の画素、スキャンＡＦ用の画素、位相差ＡＦ用画素は、TX信号及びRS信号が共に立ち上がることによって、フォトダイオード２０２の電荷がリセットされ、TX信号がローになると電荷蓄積が開始される。この動作はＴＧ１６によって設定された条件で順次行われる。

その後、スキャンＡＦ用の行において、所定の電荷蓄積時間の経過後に、TX5信号及びTX6信号が順次立ち上がり、フォトダイオード２０２に蓄積された電荷を転送トランジスタ２０３を介して信号増幅アンプ２０４に読み出す。読み出した電荷は、水平走査回路２０９を通して出力され、スキャンＡＦ用の画像信号を取得する。その後、再度TX5, RS5信号及びTX6, RS6信号が順次立ち上がり、スキャンＡＦ用の行をリセットする。スキャンＡＦ用の画像信号を取得するため、この動作を繰り返す。

同様に、ＥＶＦ用の電荷蓄積時間の経過後に、TX1信号及びTX2信号が順次立ち上がり、フォトダイオード２０２の電荷を転送トランジスタ２０３を介して信号増幅アンプ２０４に読み出す。読み出した電荷は、水平走査回路２０９を通して出力され、ＥＶＦ用の画像信号を取得する。その後、再度TX1, RS1信号及びTX2, RS2信号が順次立ち上がり、ＥＶＦ用の行をリセットする。ＥＶＦ用の画像信号を取得するためこの動作を繰り返す。なお、図１４に示す例では、第１の実施形態と同様に、１垂直同期期間にＥＶＦ用の画像信号を３回読み出しているが、そのうち１回の画像信号をＬＣＤ１０に表示し、それ以外は読み捨てる。

同様に、位相差ＡＦ用の電荷蓄積時間の経過後に、TX3信号及びTX4信号が順次立ち上がり、フォトダイオード２０２の電荷を転送トランジスタ２０３を介して信号増幅アンプ２０４に読み出し、水平走査回路２０９を通して出力する。こうして、位相差ＡＦ用の画像信号を取得する。

このように駆動された撮像素子５からの出力信号を用いた動作は第１の実施形態と同様に図７に示す手順で行われる。但し、第２の実施形態では、スキャンＡＦ用の画素を有するため、Ｓ７（センサー駆動タイミングの変更）の処理は行われない。また、各信号を得るための露出条件の決めた方も第１の実施形態と同様である。そして定められた露光条件で位相差ＡＦ処理及びスキャンＡＦ処理を行い合焦位置を求める。具体的な処理の内容は第１の実施形態と同様である。

上記の通り本第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができると共に、ＥＶＦ用、スキャンＡＦ用、位相差ＡＦ用の画像信号を並行して得ることができるため、駆動方法の切替えが不要になり、より高速に焦点調節を行うことができる。

また、スキャンＡＦを行い、ＳＷ１前に概略の合焦位置を得ることにより、ＳＷ１後に撮影準備に係る時間を短縮することができる。

第１の実施形態及び第２の実施形態ではコンパクトタイプのデジタルカメラを例に説明したが、本発明は、デジタルビデオカメラやデジタル一眼レフのライブビュー時、携帯端末のカメラ機能を用いた際等のＡＦにも適用可能である。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態と第１及び第２の実施形態との違いは、撮像素子５において、位相差ＡＦ用画素が、図１５に示すように配置されている点である。第３の実施形態においては、位相差ＡＦ用画素が１行に１画素置きに配置され、かつ位相差ＡＦ用画素が配置された行が連続していない。図１５において、「Ａ」と記載された画素は位相差ＡＦ用画素のうち基準画像（Ａ像）を形成する画素、「Ｂ」と記載された画素は位相差ＡＦ画素のうち参照画像（Ｂ像）を形成する画素、その他の画素は撮像用画素である。なお、画素の配置を除く撮像装置の構成は、第１の実施形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。

本第３の実施形態では、上記構成を有する撮像素子５を図８に示すタイミングチャートに示すタイミングで駆動する。その際に、位相差ＡＦ用画素を含む行が、図８のRS3、TX3、RS4、TX4信号により駆動されるようにする。このように駆動することで、ＥＶＦ用の行と位相差ＡＦ用の行とが、交互に設定されることになる。

また、本第３の実施形態における撮像動作は、第１の実施形態で説明したものと比較して、図１０のＳ５０３における処理が異なる以外は同様であるため、ここでは当該処理について説明する。

Ｓ５０２において記録された位相差ＡＦ用の画像信号の修正を行った後、Ｓ５０３において、図１５で「Ａ」と記載された画素からの画像信号だけを抽出し、抽出した順序に並べて基準画像（Ａ像）とする。同様に、「Ｂ」と記載された画素からの画像信号だけを抽出し、抽出した順序に並べて参照画像（Ｂ像）とする。このようにして得られた基準画像（Ａ像）及び参照画像（Ｂ像）に基づいて、位相差ＡＦ処理を行う。

第３の実施形態でＥＶＦ表示に用いるのは、ＥＶＦ用の行から読み出された画像信号のみである。位相差ＡＦ用の行の撮像用画素から出力された画像信号は、露光量がＥＶＦ用としては適正でなく過露光であるが、ＥＶＦ表示には用いられないので問題はない。

上記の通り本第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明における位相差ＡＦ用画素の配置は、第１〜第３の実施形態で説明したものに限るものではなく、位相差ＡＦ用画素を含む行と含まない行とを設けてあればよい。その場合、少なくとも位相差ＡＦ用画素を含む行を含む行を、図８のRS3、TX3、RS4、TX4信号が示す位相差ＡＦ用のタイミングで駆動し、それ以外の位相差ＡＦ用画素を含まない行は、図８のRS1、TX1、RS2、TX2信号が示すＥＶＦ用のタイミングで駆動する。そして、位相差ＡＦ用のタイミングで駆動された位相差ＡＦ用画素を含む行から出力された画像信号のうち、位相差ＡＦ用画素から出力された画像信号を抽出して位相差ＡＦを行う。また、ＥＶＦ用のタイミングで駆動された位相差ＡＦ用画素を含まない行から出力された画像信号をＥＶＦ表示に用いる。

また、上述した第１〜第３の実施形態では、フォーカスレンズ群３を駆動して焦点調節を行うものとして説明したが、撮像素子５を光軸方向に移動することにより焦点調節を行うものも、本発明の範疇に含まれる。

Claims (12)

1. 複数の画素により構成され、撮像光学系の異なる射出瞳領域を通過する一対の光をそれぞれ光電変換して画像信号を出力する焦点検出用画素を含む行と、前記焦点検出用画素を含まない、撮像用画素からなる行とを有する撮像素子と、
   測光手段と、
   前記測光手段による測光結果に基づいて、前記撮像用画素のための第１の電荷蓄積時間と、前記焦点検出用画素のための第２の電荷蓄積時間とを演算する演算手段と、
   前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行を前記第１の電荷蓄積時間で駆動し、前記焦点検出用画素を含む行を含む予め決められた数の行を前記第２の電荷蓄積時間で駆動する駆動手段と、
   前記第１の電荷蓄積時間で駆動された行の前記撮像用画素から得られた画像信号を周期的に更新して表示する表示手段と、
   前記第２の電荷蓄積時間で駆動された行の前記焦点検出用画素から得られた画像信号に基づいて、位相差方式の焦点検出処理を行う第１の焦点検出手段と、
   前記第１の焦点検出手段による焦点検出ができなかった場合に、前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行の前記撮像用画素から得られた画像信号の高周波成分に基づいて焦点検出処理を行う第２の焦点検出手段と、を有し、
   前記第２の電荷蓄積時間は、前記第１の電荷蓄積時間より長く、
   前記第１の焦点検出手段による焦点検出ができなかった場合に、前記焦点調節手段を光軸方向に駆動しながら、前記駆動手段は、前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行を、前記第１の電荷蓄積時間の代わりに、第３の電荷蓄積時間で駆動することを特徴とする撮像装置。
2. 前記演算手段は、
   前記測光手段による測光結果に基づいて、前記撮像用画素から予め決められた範囲の輝度の信号が得られる前記第１の電荷蓄積時間を求める第１の演算手段と、
   前記第１の演算手段により求めた前記第１の電荷蓄積時間から、前記焦点検出用画素が前記一対の光のいずれかを受光する受光領域の開口率及び前記焦点検出用画素の像高による減光量の少なくともいずれか一方に基づいて、前記焦点検出用画素のための前記第２の電荷蓄積時間を求める第２の演算手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第２の演算手段は、前記減光量を、撮像光学系の瞳距離及び絞り値に基づいて決定することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 増幅手段を更に有し、
   前記第２の演算手段は、前記求めた第２の電荷蓄積時間が、前記表示手段により前記画像信号を更新して表示する周期よりも長いかどうかを判断し、長い場合に、前記第２の電荷蓄積時間を前記周期に制限し、
   前記増幅手段は、前記制限により短縮された時間に対応する増幅率を、前記焦点検出用画素から得られた画像信号にかけ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。
5. 前記第２の演算手段は、前記求めた第２の電荷蓄積時間が、前記撮像光学系の焦点距離に応じて予め決められた上限の時間よりも長いかどうかを判断し、長い場合に、前記第２の電荷蓄積時間を前記上限の時間に制限し、
   前記増幅手段は、前記制限により短縮された時間に対応する増幅率を、前記焦点検出用画素から得られた画像信号にかけ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２の演算手段は、前記求めた第２の電荷蓄積時間により駆動した場合に、飽和する焦点検出用画素があるかどうかを判断し、あると判断した場合に、前記第２の電荷蓄積時間を焦点検出用画素が飽和しない時間に制限し、
   前記増幅手段は、前記制限により短縮された時間に対応する増幅率を、前記焦点検出用画素から得られた画像信号にかけることを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
7. 焦点検出領域を設定する手段と、
   前記設定された焦点検出領域に点光源被写体が存在するかどうかを判定する手段とを更に有し、
   前記設定された焦点検出領域に前記点光源被写体が存在すると判定された場合に、前記第２の演算手段は、前記求めた第２の電荷蓄積時間を焦点検出用画素が飽和しない時間に調整し、
   前記増幅手段は、前記調整により短縮された時間に対応する増幅率を、前記焦点検出用画素から得られた画像信号にかけることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記焦点検出用画素を含まない、撮像用画素からなる行は、前記第１の電荷蓄積時間で駆動する行と、前記第３の電荷蓄積時間で駆動する行とを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記第１の焦点検出手段は、前記焦点調節手段を駆動しながら前記第３の電荷蓄積時間で駆動を行っている場合に、前記位相差方式による焦点検出処理を行わないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 焦点検出領域を設定する手段を更に有し、
    前記駆動手段は、前記第２の電荷蓄積時間で駆動された行のうち、前記設定された焦点検出領域に含まれる画素から画像信号を読み出すことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記増幅手段による増幅率に上限を設け、増幅率が上限に達しても前記焦点検出用画素の露光量が不足する場合に、前記演算手段は、前記第２の電荷蓄積時間を延ばすことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 複数の画素により構成され、撮像光学系の異なる射出瞳領域を通過する一対の光をそれぞれ光電変換して画像信号を出力する焦点検出用画素を含む行と、前記焦点検出用画素を含まない、撮像用画素からなる行とを有する撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
    測光手段により測光を行う測光工程と、
    演算手段が、前記測光工程の測光結果に基づいて、前記撮像用画素のための第１の電荷蓄積時間と、前記焦点検出用画素のための第２の電荷蓄積時間とを演算する演算工程と、
    駆動手段が、前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行を前記第１の電荷蓄積時間で駆動し、前記焦点検出用画素を含む行を含む予め決められた数の行を前記第２の電荷蓄積時間で駆動する駆動工程と、
    表示手段が、前記第１の電荷蓄積時間で駆動された行の前記撮像用画素から得られた画像信号を周期的に更新して表示する表示工程と、
    第１の焦点検出手段が、前記第２の電荷蓄積時間で駆動された行の前記焦点検出用画素から得られた画像信号に基づいて、位相差方式の焦点検出処理を行う第１の焦点検出工程と、
    前記第１の焦点検出手段による焦点検出ができなかった場合に、前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行の前記撮像用画素から得られた画像信号の高周波成分に基づいて焦点検出処理を行う第２の焦点検出工程と、を有し、
    前記第２の電荷蓄積時間は、前記第１の電荷蓄積時間より長く、
    前記駆動工程において、前記第１の焦点検出手段による焦点検出ができなかった場合に、前記焦点調節手段を光軸方向に駆動しながら、前記焦点検出用画素を含まない予め決められた数の行を、前記第１の電荷蓄積時間の代わりに、第３の電荷蓄積時間で駆動することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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