JP7175635B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置における位相差情報の取得処理に関するものである。

デジタルカメラ等の撮像装置は、撮像素子から取得した位相差情報を用いてオートフォーカス（ＡＦ）用の演算を行う。精度の高い焦点検出を可能にする信号読み出しと、低消費電力かつ高速な信号読み出しとを両立させるために、撮像素子の読み出しに関する種々の方法が提案されている。

特許文献１では各画素部が複数の光電変換部を有し、全画素中の一部の画素部において複数の光電変換部の信号を独立に読み出し、残りの画素部では複数の光電変換部の信号を合成してから読み出す方法が開示されている。位相差情報は必要な領域のみで読み出されるので、動作時間の短縮および消費電力の削減を図ることができる。

特許文献２では撮像範囲を複数の領域に分割し、焦点検出を行う必要がある第１の領域では位相差情報を読み出し、第２の領域では第１の領域における読み出しよりも、間引き率を大きくして読み出す方法が開示されている。これにより、消費電力を削減できる。

特許文献３では、分割された領域ごとの被写体像の空間周波数に基づいて読み出し方法を切り替えることが開示されている。高周波な被写体に対して精密なピント合わせが可能になり、低周波な被写体の撮影時に消費電力を抑制することができる。

特開２０１３－２１１８３３号公報 特開２０１５－７９１６２号公報 特開２０１５－１６５２８０号公報

撮像装置において、撮像素子から得られる位相差情報は様々な場面での利用が可能である。従来の技術では、全画素中の一部の画素群から位相差情報を読み出す場合に１フレームの中で複数の機能に必要な条件を同時に満たすように読み出すことができなかった。また、画素全体から位相差情報を読み出す場合には複数の機能に利用することができるものの、フレームレートの低下が避けられない。
本発明の目的は、フレームレートの低下を抑制しつつ、被写体に応じた位相差情報を取得可能な撮像装置を提供することである。

本発明の実施形態の撮像装置は、被写体の距離情報に対応する位相差情報の取得が可能な複数の画素部を有する撮像手段と、前記画素部から行単位で信号を読み出す制御にて前記位相差情報の読み出し行の間隔および行数を決定する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記撮像手段により静止体を撮像する場合の前記行数に比べて、前記撮像手段により移動被写体を撮像する場合の前記行数を多くすることを特徴とする。

本発明によれば、フレームレートの低下を抑制しつつ、被写体に応じた位相差情報を取得可能な撮像装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。 撮像素子内の画素配置を示す模式図である。 撮像素子の構成例を示すブロック図である。 本実施形態の撮像装置の動作を説明するフローチャートである。 本実施形態のＡＦ動作を説明するフローチャートである。 図５に続く処理を説明するフローチャートである。 本実施形態の焦点検出処理を説明するフローチャートである。 本実施形態のサーボＡＦ制御を説明するフローチャートである。 位相差情報の読み出し行の設定例を示す図である。 位相差情報の読み出し行の設定の別例を示す図である。 位相差情報の読み出し行の設定を説明するフローチャートである。 図１１に続く処理を説明するフローチャートである。

以下に本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。一例として、レンズ交換式のカメラシステムを説明するが、本発明は撮影レンズ部がカメラ本体部に組み込まれた構成の撮像装置に適用可能である。

デジタルカメラ本体部（以下、単に本体部という）２００は、交換レンズであるレンズ装置１００を装着可能である。レンズ装置１００は、電気接点ユニット１０６を有する不図示のマウント部を介して、本体部２００に対して着脱可能に取り付けられる。

レンズ装置１００は、ズーム機構を含む撮影レンズ部１０１と、光量を制御する絞りおよびシャッタ１０２と、焦点調節を行うフォーカスレンズ１０３を備える。モータ１０４は、レンズコントローラ１０５からの制御指令にしたがってフォーカスレンズ１０３を駆動する。レンズコントローラ１０５はＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、撮影レンズ部１０１内の可動レンズ、絞りおよびシャッタ１０２、フォーカスレンズ１０３の駆動制御を行う。

本体部２００は撮像素子２０１を備え、レンズ装置１００を通して結像される被写体からの反射光を光電変換して電気信号を出力する。撮像素子２０１はＣＣＤ（電荷結合素子）型イメージセンサやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）型イメージセンサである。Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２０２は、撮像素子２０１の出力信号を取得してデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部２０２は、撮像素子２０１の出力ノイズを除去するＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路やＡ／Ｄ変換前に増幅を行う非線形増幅回路を含む。

画像処理部２０３はＡ／Ｄ変換部２０２の出力を取得して画像補正処理や現像処理等を行う。ＡＦ信号処理部２０４はＡ／Ｄ変換部２０２の出力を取得し、焦点調節のためのＡＦ信号処理を行う。

フォーマット変換部２０５は、画像処理部２０３により処理されたデータに対して所定のフォーマット変換を行い、変換後のデータをメモリ２０６に出力する。メモリ２０６は高速な内蔵メモリであり、例えばランダムアクセスメモリ（以下、ＤＲＡＭと記す）が使用される。ＤＲＡＭは画像データを一時的に記憶する高速バッファとして機能し、あるいは画像の圧縮または伸長における作業用メモリ等にも使用される。

画像記録部２０７は、メモリカード等の記録媒体とそのインターフェース部を備え、撮影画像データを記録媒体に記録する。タイミングジェネレータ２０８はシステム制御部２０９からの制御指令にしたがって、撮像素子２０１、Ａ／Ｄ変換部２０２、その他の構成部にタイミング制御用信号を出力する。

システム制御部２０９はＣＰＵを備え、所定の制御プログラムを実行して撮影シーケンスの制御を行い、カメラシステム全体の制御を統括する。システム制御部２０９はレンズ通信部２１０を介してレンズ装置１００のレンズコントローラ１０５と通信可能である。レンズ通信部２１０は本体部２００とレンズ装置１００との通信機能を有し、同期信号のタイミングでデータを送受する。

ＡＥ処理部２１１はシステム制御部２０９からの制御指令にしたがってＡＥ（自動露出）処理を行う。画像表示用メモリ（以下、ＶＲＡＭと記す）２１２はメモリ２０６と画像表示部２１３に接続され、画像表示用データを記憶する。画像表示部２１３はＶＲＡＭ２１２から取得した画像表示用データにしたがって画像表示を行う他、操作補助のための表示やカメラ状態の表示を行い、撮影時に撮影画面と測距領域（焦点検出領域）を表示する。

操作部２１４は、ユーザが撮像装置を操作するための操作部材を備える。例えば操作部２１４は、撮像装置の撮影機能や画像再生時の設定等を行うためのメニュー操作スイッチや、表示画面上で使用されるタッチパネル等の操作手段である。撮影モードＳＷ（スイッチ）２１５は、マクロモード、スポーツモード等の撮影モードをユーザが選択するための操作スイッチである。メインスイッチ２１６はカメラシステムに電源を投入する際に使用されるスイッチである。

スイッチ２１７および２１８は、レリーズボタンの操作によってオン・オフされるスイッチである。第１スイッチ２１７は、ＡＦやＡＥ等の撮影スタンバイ動作を行うためのスイッチ（以下、ＳＷ１と記す）である。第２スイッチ２１８は、ユーザがＳＷ１の操作後に撮影指示を行う撮影用スイッチ（以下、ＳＷ２と記す）である。

本実施形態における撮像信号の取得処理について説明する。撮像素子２０１はレンズ装置１００の撮像光学系を通過した光を受光し、フォトダイオードによって入射光量に応じた信号電荷への光電変換を行う。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、システム制御部２０９の指令にしたがってタイミングジェネレータ２０８から与えられる駆動パルスに基づき、信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子２０１から順次読み出される。

本実施形態では撮像素子２０１の各画素部が一対のフォトダイオードＡ，Ｂとこれら一対のフォトダイオードＡ，Ｂに対して共通に設けられた１つのマイクロレンズにより構成される例を説明する。つまり、入射光はマイクロレンズによって分割されて一対のフォトダイオードＡ，Ｂ上に一対の光学像が形成される。一対のフォトダイオードＡ，Ｂは後述するＡＦ用信号の生成に用いられる一対の画素信号を出力する。フォトダイオードＡが出力する画素信号をＡ信号とし、フォトダイオードＢが出力する画素信号をＢ信号とする。Ａ信号およびＢ信号を用いた位相差検出演算によって位相差情報を取得することができる。また、Ａ信号とＢ信号とを加算することで、撮像用信号（Ａ＋Ｂ信号）を取得することができる。

撮像面位相差検出方式によるＡＦ（いわゆる撮像面位相差ＡＦ）では、複数の画素部からそれぞれ出力された複数のＡ信号と複数のＢ信号を信号別に合成することで、ＡＦ用信号（焦点検出および焦点調節用の信号）としての一対の像信号が得られる。ＡＦ信号処理部２０４は、取得した一対の像信号に対する相関演算を行い、一対の像信号のずれ量である位相差（以下、像ずれ量という）を算出する。ＡＦ信号処理部２０４は像ずれ量から撮像光学系のデフォーカス量およびデフォーカス方向を算出する。像ずれ量またはデフォーカス量に基づいて撮像光学系の結像関係式を用いて、撮像装置から被写体までの距離情報を取得することができる。

図２および図３を参照して、撮像素子２０１の構成について説明する。図２は撮像素子２０１の画素アレイ３００を部分的に示す。画素アレイ３００は多数の単位画素３０１を行列方向に配した構成である。マイクロレンズ３０２は単位画素３０１に対応して配列される。光電変換手段としてのフォトダイオード（以下、ＰＤと略記する）３０３ａ，３０３ｂはマイクロレンズ３０２下に配置されて単位画素３０１を構成する。ＰＤ３０３ａ，３０３ｂは瞳分割構成をとり、同一の被写体の異なる位相差を有する２像（以下、Ａ像とＢ像という）の光が入射される。ＰＤ３０３ａはＡ像用の光電変換部を構成し、ＰＤ３０３ｂはＢ像用の光電変換部を構成する。図２では各画素部が１つのマイクロレンズ３０２に対応する２つの光電変換部を備える構成を示すが、３以上に分割された光電変換部を備える構成でもよい。

図３を参照して、撮像素子２０１の回路構成を説明する。画素アレイ３００において、水平方向に（ｍ＋１）個の単位画素３０１が配置され、垂直方向に（ｎ＋１）個の単位画素３０１が配置されている。各画素の垂直走査は垂直走査回路制御部３０４および垂直走査回路３０６によって行われ、全画素から行単位で信号を読み出す制御が可能である。

垂直走査回路制御部３０４は、第１の読み出し設定部３０５ａおよび第２の読み出し設定部３０５ｂを備え、プログラムされた読み出し設定に基づいて垂直走査回路３０６を制御する。垂直走査回路３０６は、読み出し設定部３０５ａ，３０５ｂにしたがって単位画素３０１にそれぞれパルスを送ることで画素信号を転送する。

タイミングジェネレータ（ＴＧ）３０７は、システム制御部２０９のＣＰＵによる設定にしたがって各回路部に対し、信号の読み出しに必要な制御パルスを供給する。各回路部とは垂直走査回路３０６、読み出し回路３１０、ＡＤ変換回路３１１、水平走査回路３１２等である。図３に例示するタイミングジェネレータ３０７は撮像素子２０１に内蔵されているが、撮像素子２０１の外部に配置される構成でも構わない。

単位画素３０１で光電変換された画素信号は、垂直走査回路３０６から供給される駆動信号によって、垂直出力線３０８へ行ごとに出力される。垂直走査回路制御部３０４は特定の行での出力の取得に際して、垂直走査回路３０６が後述する第１の駆動モードと第２の駆動モードのどちらで画素信号を読み出すかを制御する。定電流源３０９は垂直出力線３０８に接続され、不図示の画素アンプ用トランジスタとともにソースフォロワ回路を形成する。

読み出し回路３１０は、各画素列の垂直出力線３０８からの出力を増幅する機能を有する。ＡＤ変換回路３１１は、読み出し回路３１０の出力に対してＡ／Ｄ変換を行い、デジタル信号を出力する。ＡＤ変換回路３１１によって変換されたデジタル画像信号は、水平走査回路３１２によって順次に選択される。出力部３１３は選択された画素信号を処理して、撮像素子２０１の外部へ出力する。

図４は本実施形態における撮像装置の動作を説明するフローチャートである。以下の処理はシステム制御部２０９のＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより実現される。Ｓ３０１でＡＥ処理部２１１は画像処理部２０３の出力を取得してＡＥ処理を行い、Ｓ３０２の処理へ進む。

Ｓ３０２でシステム制御部２０９は、第１スイッチ２１７（ＳＷ１）の状態を調べてＳＷ１がＯＮであるか否かを判定する。ＳＷ１がＯＮであると判定された場合、Ｓ３０３へ進み、ＳＷ１がＯＦＦであると判定された場合にはＳ３０１の処理に戻る。Ｓ３０３では、後述するＡＦ動作が行われ、次にＳ３０４へ進む。

Ｓ３０４でシステム制御部２０９は、第１スイッチ２１７（ＳＷ１）の状態を調べてＳＷ１がＯＮであるか否かを判定する。ＳＷ１がＯＮであると判定された場合、Ｓ３０５へ進み、ＳＷ１がＯＦＦであると判定された場合にはＳ３０１の処理に戻る。Ｓ３０５では後述するＡＦ処理（以下、サーボＡＦという）が実行される。サーボＡＦは動体である被写体に対して焦点を合わせ続けながら撮像を行うことができる機能であり、移動被写体に対して焦点調節を行う際に有効である。本実施形態ではユーザの操作指示によってサーボＡＦの切り替えを任意に行える構成とする。その後、Ｓ３０６でシステム制御部２０９は、第２スイッチ２１８（ＳＷ２）の状態を調べてＳＷ２がＯＮであるか否かを判定する。ＳＷ２がＯＮであると判定された場合、Ｓ３０７へ進み、ＳＷ２がＯＦＦであると判定された場合にはＳ３０４の処理に戻る。Ｓ３０６にて撮影動作が行われた後でＳ３０１の処理へ戻る。

図５および図６は、図３のＳ３０３（ＡＦ動作）を説明するフローチャートである。まず、図５のＳ４０１でＡＥ処理部２１１は、画像処理部２０３の出力に基づいてＡＥ処理を行い、Ｓ４０２へ進む。Ｓ４０２でＡＦ信号処理部２０４およびシステム制御部２０９は焦点検出処理を行い、デフォーカス量およびデフォーカス方向、ならびにそれらの信頼度を検出し、Ｓ４０３へ進む。焦点検出処理の詳細については図７を用いて後述する。

Ｓ４０３でシステム制御部２０９は、Ｓ４０２で得られた焦点検出結果の信頼度を予め設定されている閾値と比較する。この閾値を信頼度閾値２とする。信頼度が信頼度閾値２よりも高いと判定された場合、Ｓ４０４へ進み、信頼度が信頼度閾値２以下である場合には図６のＳ４１０へ進む。信頼度が信頼度閾値２以下であると判定された場合、デフォーカス量の精度は保証できないが、デフォーカス方向に対応する被写体のピント位置の方向は保証できるものとする。

Ｓ４０４でシステム制御部２０９は、Ｓ４０２で検出されたデフォーカス量を予め設定されている閾値と比較する。この閾値をＤｅｆ量閾値２とする。Ｄｅｆ量閾値２については、例えばデフォーカス量がＤｅｆ量閾値２以下である場合、その後のデフォーカス量に応じて所定回数（例えば３回）以内で焦点深度内にフォーカスレンズを制御できる値（例えば焦点深度の５倍の量）に設定される。デフォーカス量がＤｅｆ量閾値２以下であると判定された場合、Ｓ４０５へ進み、デフォーカス量がＤｅｆ量閾値２より大きいと判定された場合にはＳ４０９へ進む。

Ｓ４０５でシステム制御部２０９は、Ｓ４０２で得られた焦点検出結果の信頼度を予め設定されている閾値と比較する。この閾値を信頼度閾値１とする。信頼度閾値１については、例えば信頼度が信頼度閾値１以上である場合、デフォーカス量の精度のばらつきが所定範囲内（例えば焦点深度内）となる値に設定される。信頼度が信頼度閾値１よりも高いと判定された場合、Ｓ４０６へ進み、信頼度閾値１以下であると判定された場合にはＳ４０９へ進む。

Ｓ４０６でシステム制御部２０９は、Ｓ４０２で検出されたデフォーカス量を予め設定されている閾値と比較する。この閾値をＤｅｆ量閾値１とする。Ｄｅｆ量閾値１については、例えば検出されたデフォーカス量がＤｅｆ量閾値１以下である場合、焦点深度内にフォーカスレンズ１０３の位置が制御される値に設定される。デフォーカス量がＤｅｆ量閾値１以下であると判定された場合、Ｓ４０７へ進み、Ｄｅｆ量閾値１より大きいと判定された場合にはＳ４０８へ進む。

Ｓ４０７でシステム制御部２０９は現在の焦点検出状態が合焦状態であると判断して、リターン処理へ移行する。またＳ４０８でシステム制御部２０９はレンズ通信部２１０を介して、Ｓ４０２で検出されたデフォーカス量に対応する駆動量の制御信号をレンズコントローラ１０５に送信する。レンズコントローラ１０５はレンズ通信部２１０から受信した制御信号にしたがってモータ１０４の駆動制御を行い、フォーカスレンズ１０３を駆動させる。Ｓ４０８の後、Ｓ４０２へ処理を戻す。

Ｓ４０９でシステム制御部２０９はレンズ通信部２１０を介して、Ｓ４０２で検出されたデフォーカス量に対して所定の割合に対応する駆動量の制御信号をレンズコントローラ１０５に送信する。所定の割合とは、デフォーカス量に対してフォーカスレンズ１０３の駆動量が少なくなるように設定される割合であり、例えば８割程度に設定されるものとする。レンズコントローラ１０５はレンズ通信部２１０から受信した制御信号にしたがってモータ１０４の駆動制御を行い、フォーカスレンズ１０３を駆動させる。その際に設定されるフォーカスレンズ１０３の駆動速度は、例えば１フレームに対応する時間で丁度レンズの駆動が可能な速度よりも遅くなるように設定される。これにより、検出されたデフォーカス量が正確でない場合に被写体に焦点が合ったピント位置（合焦位置）を超えてフォーカスレンズ１０３が駆動されてしまうことを抑制できる。Ｓ４０９の後、Ｓ４０２へ処理を戻す。

図６のＳ４１０でシステム制御部２０９は非合焦条件を満たしたかどうかを判定する。ここで非合焦条件とは、合焦すべき被写体が存在しないと判断するための条件である。例えばフォーカスレンズ１０３の可動範囲の全てにおいてレンズ駆動が完了した場合、つまりフォーカスレンズ１０３の駆動制御において遠側と近側の両方のレンズ端が検出されて初期位置に戻ったことが条件として設定される。非合焦条件を満たす場合、Ｓ４１１へ進み、非合焦条件を満たさない場合にはＳ４１２へ進む。Ｓ４１１でシステム制御部２０９は現在の焦点検出状態が非合焦状態であると判断してから、リターン処理に移行する。

Ｓ４１２でシステム制御部２０９は、フォーカスレンズ１０３が遠側または近側のレンズ端に到達したかどうかを判定する。フォーカスレンズ１０３が遠側または近側のレンズ端に到達したと判定された場合、Ｓ４１３へ進み、フォーカスレンズ１０３が遠側または近側のレンズ端に到達していないと判定された場合、Ｓ４１４へ進む。

Ｓ４１３でシステム制御部２０９はレンズコントローラ１０５に対して制御信号を送信し、フォーカスレンズ１０３の駆動方向を反転させる制御を行った後、図５のＳ４０２の処理へ進む。またＳ４１４でシステム制御部２０９はレンズコントローラ１０５に対して制御信号を送信し、フォーカスレンズ１０３を所定方向（順方向）に駆動させる制御を行った後、図５のＳ４０２の処理へ進む。フォーカスレンズ１０３の駆動速度については、例えばデフォーカス量を検出可能な状態になった時点で被写体の合焦位置を通過することがないように、レンズ駆動速度の許容範囲内で最速値に設定される。

次に図７を参照して、図５のＳ４０２（焦点検出処理）について説明する。まず、Ｓ５０１でシステム制御部２０９は位相差情報の読み出し行を設定する。設定処理の詳細については図９、図１０、図１１および図１２を用いて後述する。Ｓ５０２では、Ｓ５０１で設定された読み出し行に対して撮像素子２０１から焦点検出用の一対の像信号（Ａ像信号、Ｂ像信号）を取得する処理が行われる。Ｓ５０３でＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０２で取得された一対の像信号に対し、垂直方向の行加算平均処理を行う。この処理によって像信号のノイズの影響を抑制できる。

Ｓ５０４でＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０３で垂直方向の行加算平均処理を行った信号に対するフィルタ処理を行い、所定の周波数帯域の信号成分を抽出する。次にＳ５０５へ進み、ＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０４でフィルタ処理された信号を用いて位相差検出の相関演算を行って相関量を算出する。Ｓ５０６でＡＦ信号処理部２０４は、Ｓ５０５で算出した相関量から相関変化量を算出し、次のＳ５０７では、相関変化量から像ずれ量を算出してＳ５０８へ進む。Ｓ５０８でＡＦ信号処理部２０４は、算出した像ずれ量がどれだけ信頼できるのかを表す信頼度を算出する。Ｓ５０９では像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換処理が行われた後、焦点検出処理を終了してリターン処理へ移行する。相関量、相関変化量、信頼度の算出、デフォーカス変換については公知であるため、それらの詳細な説明を割愛する。

図８は、本実施形態におけるサーボＡＦ制御を説明するフローチャートである。Ｓ６００では図５および図６で説明したＡＦ動作が行われる。Ｓ６０１でシステム制御部２０９は、Ｓ６００で算出されたデフォーカス量のデータを取得してメモリ（ＤＲＡＭ）２０６に記憶する。Ｓ６０２では図７で説明した焦点検出処理が行われる。取得された最新のデフォーカス量のデータはメモリ２０６に記憶される。

Ｓ６０３にてシステム制御部２０９は、メモリ２０６に記憶されているＳ６０１でのデフォーカス量と、Ｓ６０２で取得された最新のデフォーカス量とを比較し、所定値（閾値）以上にデフォーカス量が変化しているかどうかを判定する。デフォーカス量の変化量が閾値以上であると判定された場合、Ｓ６０４の処理に進み、デフォーカス量の変化量が閾値未満であると判定された場合にはＳ６０２に戻って処理を続行する。

Ｓ６０４にてシステム制御部２０９は、Ｓ６０３で判定された所定値以上の変化、つまり、評価値であるデフォーカス量が所定値以上に変化した回数を計数して所定回数（閾値）と比較する。計数された回数が所定回数以上であると判定された場合、Ｓ６００へ戻り、再度ＡＦ動作が行われる。例えば、ユーザが着目被写体や構図を変更した場合等においてＡＦ動作の制御が開始される。また、Ｓ６０４で計数された回数が所定回数未満であると判定された場合には、Ｓ６０２へ戻って焦点検出動作が行われ、デフォーカス量の監視が継続する。合焦後に繰り返し焦点検出を行うことで、被写体の動きに追従した焦点調節動作を行うことができる。

図９および図１０を参照して、図７のＳ５０１に示す位相差情報の読み出し行の設定について説明する。図９および図１０は、図４のＳ３０３に示したＡＦ動作とＳ３０５に示したサーボＡＦにおいて位相差情報を読み出す行を例示する図である。図９および図１０に示す画像例において位相差情報の読み出し行を実線の横線で模式的に示す。システム制御部２０９は静止体を撮影する場合（または静止体が検出された場合）、位相差情報の読み出し行の間隔を一定とする。またシステム制御部２０９は位相差情報の読み出し行の行数に関し、静止体を撮影する場合よりも動体を撮影する場合（または動体が検出された場合）に多くする設定を行う。

図９は、レリーズボタンの操作によって第１スイッチＳＷ１がＯＮした直後の、ＡＦ動作における位相差情報の読み出し方法を説明するための画像例を示す。画面内のフォーカス枠（焦点状態検出枠）９０１が主被写体の顔領域に位置している。第１スイッチＳＷ１がＯＮになった直後のＡＦ動作においては、なるべく位相差情報を読み出す行の間隔を広げ、垂直方向において読み出す行を均等に配置する設定である。例えば、検出可能な被写体の顔領域の最小サイズによって読み出し行の間隔が決定される。システム制御部２０９は最小の顔サイズに対して、１行以上の位相差情報を読み出す水平ラインが配置できるように行間隔Ｄを設定する。

図１０（Ａ）は、図４のＳ３０５に示したサーボＡＦの開始時における位相差情報の読み出し方法を説明するための画像例を示す。画面内のフォーカス枠９０１は撮像装置から遠距離の被写体領域に位置している。位相差情報の読み出し行の行間隔Ｄが均等に配置された設定である。この設定は垂直走査回路３０６により第１の駆動モードで画素信号を読み出す制御に対応する。動体である被写体が遠方に位置している場合、サーボＡＦでは当該被写体に対して焦点を合わせつつ、図１０（Ａ）に示す位相差情報の読み出し方法が継続される。本実施形態では、例えば焦点合わせが行われたフォーカスレンズ位置から被写体の距離情報が算出される。使用しているレンズ装置１００の焦点距離に係る所定の閾値倍率（例えば５０倍）に対応する距離よりも遠方に被写体が位置する場合に図１０（Ａ）に示す位相差情報の読み出し方法が継続する。

図１０（Ｂ）は、動体である被写体の距離情報が焦点距離に係る閾値倍率に対応する距離よりも近側に位置した場合の、位相差情報の読み出し方法を説明するための画像例を示す。画面内のフォーカス枠９０１は撮像装置から近距離の被写体の顔領域に位置している。この場合、被写体が近側で移動しているので、測距誤差を低減するためには、なるべく多くの位相差情報を読み出す必要がある。さらに撮像装置の消費電力を抑えるために、移動被写体が検出された場合に必要最低限の領域から信号を読み出すように行間隔Ｄが設定される。この設定は垂直走査回路３０６により第２の駆動モードで画素信号を読み出す制御に対応する。図１０（Ｂ）では読み出し行が移動被写体の顔領域とその近傍領域に集中して配置され、行間隔Ｄが狭くなっている。このように画像内の限定された範囲で位相差情報を読み出すことにより、消費電力を抑えつつ、高速な位相差情報の読み出しを行い、焦点検出精度の高いＡＦ制御を実現できる。

図１１および図１２は、位相差情報の読み出し行数の設定、つまり、どのような本数で読み出し行を設定するかについて説明するフローチャートである。Ｓ８０１でシステム制御部２０９は現在のＡＦ設定モードがワンショットモードであるか、またはサーボＡＦモードであるかを判断する。サーボＡＦモード以外のＡＦ設定モードとして、焦点調節動作を１回行うワンショットモードを例示する。ユーザは操作部２１４を使用して、静止体に焦点を合わせる焦点調節の指示を行うときにワンショットモードを選択し、また動体に焦点を合わせる焦点調節の指示を行うときにサーボＡＦモードを選択することができる。システム制御部２０９はワンショットモードの設定であると判断した場合、Ｓ８０２へ進み、サーボＡＦモードの設定であると判断した場合、図１２のＳ８０６へ進む。

Ｓ８０２でシステム制御部２０９は、人物の顔等の被写体が検出されているかどうかを判定する。当該被写体が検出されていると判定された場合、Ｓ８０３へ進み、被写体が検出されていないと判定された場合にはＳ８０６へ進む。

Ｓ８０３でシステム制御部２０９は、測距枠内でのコントラスト値を算出する処理を実行する。測距枠は撮影画面内の焦点状態検出枠であり、測距枠内の画素値の最大値および最小値から既知の方法でコントラスト値を算出することができる。Ｓ８０３で算出された測距枠内（検出枠内）の画像のコントラスト値が所定の閾値以上であると判定された場合、Ｓ８０４へ進み、コントラスト値が所定の閾値未満であると判定された場合にはＳ８０５へ進む。

Ｓ８０４にてシステム制御部２０９は、位相差情報の読み出し行数ＸをＸ１に設定する。またＳ８０５にてシステム制御部２０９は、位相差情報の読み出し行数ＸをＸ２に設定する。「Ｘ１＜Ｘ２」とする。Ｓ８０４、Ｓ８０５の次にＳ８１３へ進み、システム制御部２０９は最終的な設定行数を、算出された行数、つまりＸ１またはＸ２に設定する。この場合に位相差情報の読み出し行は画面全体において等間隔に配置される。この行配置は垂直走査回路３０６による第１の駆動モードに対応する。その後、読み出し行の設定処理を終了する。

一方、図１２のＳ８０６でシステム制御部２０９は、測距枠内でのコントラスト値を算出して所定の閾値と比較する。算出されたコントラスト値が閾値以上であると判定された場合、Ｓ８０７へ進み、コントラスト値が閾値未満であると判定された場合にはＳ８０８へ進む。

Ｓ８０７でシステム制御部２０９は位相差情報の読み出し行数ＹをＹ１に設定する。またＳ８０８でシステム制御部２０９は位相差情報の読み出し行数ＹをＹ２に設定する。「Ｙ１＜Ｙ２」とする。

Ｓ８０７、Ｓ８０８の次にＳ８０９へ進み、システム制御部２０９は位相差情報の読み出し行を初めて設定するのかどうかを判断する。初回の読み出し行の設定を行う場合にはＳ８１０へ進み、２回目以降の読み出し行の設定を行う場合にはＳ８１１へ進む。

Ｓ８１０でシステム制御部２０９は、算出された行数、つまりＹ１またはＹ２を設定し、画面全体において位相差情報の読み出し行を等間隔に配置して処理を終了する。本実施形態では読み出し行数ＸとＹが、下記式（１）の関係を有する。
Ｘ１＜Ｘ２≦Ｙ１＜Ｙ２ 式（１）

Ｓ８１１でシステム制御部２０９は、現時点で算出されているデフォーカス量を用いて、撮像装置から被写体までの距離（被写体距離）が所定の閾値以上であるかどうかを判断する。例えば閾値を５０ｆ（焦点距離ｆの５０倍）とする。被写体距離はデフォーカス量とレンズ装置の撮像光学系に係る結像関係式から算出することができる。Ｓ８１１にて被写体距離が所定の閾値より大きいと判定された場合には処理を終了する。また被写体距離が所定の閾値以下であると判定された場合、Ｓ８１２へ進む。

Ｓ８１２でシステム制御部２０９は、位相差情報の読み出し行を被写体領域に集中して配置することで被写体領域を中心とする範囲に狭める処理を行う。この行配置は垂直走査回路３０６による第２の駆動モードに対応する。近側（撮像装置側）へ移動してくる被写体に対して余計な測距領域（焦点検出領域）を除外し、かつ重要な領域での位相差検出信号のＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を高くすることができる。

本実施形態では位相差情報を取得可能な瞳分割型撮像素子において、読み出し行に係る垂直周期を被写体の距離情報に応じて動的に変更することにより、複数の機能に適合した信号読み出しを行う。これにより、フレームレートの低下を抑制しつつ、より精度の高い位相差検出を行うことができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１０３ フォーカスレンズ
１０５ レンズコントローラ
２０１ 撮像素子
２０４ ＡＦ信号処理部
２０９ システム制御部
３０２ マイクロレンズ
３０３ａ，３０３ｂ 光電変換部
３０４ 垂直走査回路制御部
３０６ 垂直走査回路

Claims (10)

1. 被写体の距離情報に対応する位相差情報の取得が可能な複数の画素部を有する撮像手段と、
   前記画素部から行単位で信号を読み出す制御にて前記位相差情報の読み出し行の間隔および行数を決定する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記撮像手段により静止体を撮像する場合の前記行数に比べて、前記撮像手段により移動被写体を撮像する場合の前記行数を多くする
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記撮像手段により前記静止体を撮像する場合、前記間隔を一定とし、前記撮像手段により前記移動被写体を撮像する場合、前記間隔を動的に変更する制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記移動被写体の被写体領域を含む範囲に前記読み出し行を設定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記移動被写体が検出されている場合の前記行数を、前記移動被写体が検出されていない場合の前記行数よりも多くする
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記行数を、焦点状態の検出枠内における画像のコントラスト値が閾値よりも高い場合に第１の行数に設定し、前記コントラスト値が閾値以下である場合に前記第１の行数よりも多い第２の行数に設定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、前記移動被写体の距離情報が閾値以下であるときの前記間隔を、前記移動被写体の距離情報が前記閾値より大きいときの前記間隔よりも狭くする
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 被写体に対して焦点を合わせる焦点調節の指示を行う操作手段と、
   前記操作手段により、前記移動被写体に対して焦点を合わせる焦点調節の指示が行われた場合、前記位相差情報を用いて焦点検出を行い、前記移動被写体に対する焦点調節を行う焦点調節手段を備える
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記読み出し行を均等な第１の間隔で配置する制御と、前記移動被写体の被写体領域を含む範囲に対して前記読み出し行を前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔で配置する制御を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
9. 前記画素部は、マイクロレンズと、前記マイクロレンズに対応する複数の光電変換部を備え、前記複数の光電変換部は前記位相差情報を有する複数の信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 被写体の距離情報に対応する位相差情報の取得が可能な複数の画素部を有する撮像手段と、前記画素部から行単位で信号を読み出す制御を行う制御手段を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
    前記画素部から行単位で信号を読み出す制御にて前記位相差情報の読み出し行の間隔および行数を前記制御手段が決定する制御工程を有し、
    前記制御工程にて前記制御手段は、前記撮像手段により静止体を撮像する場合の前記行数に比べて、前記撮像手段により移動被写体を撮像する場合の前記行数を多くする
    ことを特徴とする制御方法。
    

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