(57)【要約】【課題】フリッカーの影響を受けずに高速な自動焦点検出が可能な撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の撮像装置は、撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する複数の撮像用画素および該撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出用画素を有し、第１の方向に光電変換された信号が読み出される撮像素子と、前記焦点検出用画素の出力に基づいて、少なくとも前記第１の方向の一対の像と当該第１の方向と異なる第２の方向の一対の像の位相差から、それぞれ前記撮像光学系の焦点状態の検出を行うことが可能な焦点検出手段と、フリッカーを軽減するフリッカー軽減手段と、前記フリッカー軽減手段の動作実行前には、前記第１の方向の一対の像の位相差から得られた前記撮像光学系の焦点状態に応じて前記撮像光学系の焦点を制御する制御手段とを有する。【選択図】図１７
2010263568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する複数の撮像用画素および該撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出用画素を有し、第１の方向に光電変換された信号が読み出される撮像素子と、
前記焦点検出用画素の出力に基づいて、少なくとも前記第１の方向の一対の像と当該第１の方向と異なる第２の方向の一対の像の位相差から、それぞれ前記撮像光学系の焦点状態の検出を行うことが可能な焦点検出手段と、
フリッカーを軽減するフリッカー軽減手段と、
前記フリッカー軽減手段の動作実行前には、前記第１の方向の一対の像の位相差から得られた前記撮像光学系の焦点状態に応じて前記撮像光学系の焦点を制御する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
フリッカーを検出するフリッカー検出手段を更に有し、
前記フリッカー軽減手段は、前記フリッカー検出手段の検出結果に基づいて前記フリッカーを軽減するように動作することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動焦点検出が可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ライブビューモードの機能を備えた撮像装置がある。ライブビューモードでは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子から連続的に読み出された画像信号を、液晶ディスプレイ等の表示装置に順次出力することによって被写体像の確認を行うことができる。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２には、撮像素子の一部の受光素子（画素）に瞳分割機能が付与された焦点検出用画素を撮像用画素群の間に所定の間隔で配置して、位相差式焦点検出を行うことが開示されている。また、焦点検出用画素が配置された箇所は撮像画素の欠損部に相当するため、周辺の撮像画素情報から補間して画像情報を創生することが開示されている。
【０００４】
ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を有する撮像装置では、画面を１ライン毎に読み出すローリング電子シャッタが用いられる。このため、このような撮像装置でライブビューモードを機能させると、撮像画面内に横縞状のフリッカー（ラインフリッカー）が生じるという問題がある。フリッカーは、蛍光灯の照明下等、商用電源で直接点灯する光源下で被写体動画像の表示や記録を行う場合、撮像素子の蓄積時間、撮像素子のフレーム周波数、及び、蛍光灯の交流点灯周波数に依存して発生する。フリッカーは、撮像素子の蓄積時間を蛍光灯の点灯周期の整数倍に設定することでライン毎の露出量を揃え、フリッカーの影響を低減するができる。
【０００５】
しかしながら、面フリッカー及びラインフリッカーのいずれの場合でも専用の制御が必要となる。このため、いずれかのタイミングでフリッカーの有無を検知し、この検知結果に応じてフリッカーを制御する必要がある（フリッカー消去モード）。特許文献３には、フリッカーの影響を低減させて高精度に自動焦点検出を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９２６８６号公報
【特許文献３】特開２００６−８４５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３では、フリッカー検出後に自動焦点検出が行われるため、フリッカー検出前に高速な自動焦点検出を行うことができない。そこで本発明は、フリッカーの影響を受けずに高速な自動焦点検出が可能な撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての撮像装置は、撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する複数の撮像用画素および該撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出用画素を有し、第１の方向に光電変換された信号が読み出される撮像素子と、前記焦点検出用画素の出力に基づいて、少なくとも前記第１の方向の一対の像と当該第１の方向と異なる第２の方向の一対の像の位相差から、それぞれ前記撮像光学系の焦点状態の検出を行うことが可能な焦点検出手段と、フリッカーを軽減するフリッカー軽減手段と、前記フリッカー軽減手段の動作実行前には、前記第１の方向の一対の像の位相差から得られた前記撮像光学系の焦点状態に応じて前記撮像光学系の焦点を制御する制御手段とを有する。
【０００９】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フリッカーの影響を受けずに高速な自動焦点検出が可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例における撮像装置のブロック構成図である。
【図２】本実施例における撮像素子のブロック図である。
【図３】本実施例における撮像素子の全画素を読み出す場合の説明図である。
【図４】本実施例における撮像素子の間引き読み出しの一例の説明図である。
【図５】本実施例における撮像用画素の平面図及び断面図である。
【図６】本実施例における焦点検出用画素の平面図及び断面図である。
【図７】本実施例の焦点検出用画素の縦線検出用の配置である。
【図８】本実施例の焦点検出用画素の横線検出用の配置である。
【図９】本発明実施例の焦点検出用画素の縦線・横線検出用の配置である。
【図１０】本発明実施例の焦点検出用画素の縦線検出用の配置である。
【図１１】本実施例におけるライブビュー時の撮像動作シーケンスの概要を説明するタイミングチャートである。
【図１２】本実施例におけるライブビューモードの動作フローである。
【図１３】本実施例における蛍光灯の発光周期と撮像素子の各ラインの信号との関係図である。
【図１４】本実施例において、同一の被写体に対して、ラインフリッカーの縞模様の位相が互いに１８０°異なる画像Ａ、Ｂである。
【図１５】本実施例における画像Ａの水平射影Ａｈを画像Ｂの水平射影Ｂｈで除して得られた値Ａｈ／Ｂｈの波形図である。
【図１６】本実施例における撮像素子の画角領域に結像された被写体及びＡ像信号及びＢ像信号を示す図である。
【図１７】本実施例における撮像素子の画角領域に結像された被写体及びＡ像信号及びＢ像信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
まず、本実施例におけるカメラ（撮像装置）について説明する。図１は、本実施例におけるカメラのブロック構成図である。本実施例のカメラは、撮像素子を備えたカメラ本体と撮影レンズとが一体に構成された電子カメラである。図１において、１０１は撮像光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群であり、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタであり、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行う。また絞り兼用シャッタ１０２は、静止画撮影時における露光秒時調節用シャッタとしての機能を備える。１０３は第２レンズ群である。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は、一体となって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作と連動することにより、変倍作用（ズーム機能）をなす。１０５は第３レンズ群であり、光軸方向の進退により、焦点調節を行う。１０６は光学的ローパスフィルタであり、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。第１レンズ群１０１、絞り兼用シャッタ１０２、第２レンズ群１０３、第３レンズ群１０５、及び、光学素子１０６は、撮像光学系を構成する。
【００１４】
１０７はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子１０７としては、例えば、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された２次元単板カラーセンサが用いられる。撮像素子１０７は、後述のように、撮像光学系からの光束により形成された像を光電変換する複数の撮像用画素および撮像光学系からの光束のうち分割された光束により形成された像を光電変換する複数の焦点検出用画素を有する。また、撮像素子１０７は、所定の方向（第１の方向）に光電変換された信号を読み出す。
【００１５】
１１１はズームアクチュエータであり、不図示のカム筒を回動することにより、第１レンズ群１０１又は第３レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。１１２は絞りシャッタアクチュエータであり、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。１１４はフォーカスアクチュエータであり、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００１６】
１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュであり、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適であるが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いてもよい。１１６はＡＦ補助光手段であり、所定の開口パターンを備えたマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体又は低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００１７】
１２１はＣＰＵであり、カメラ本体の種々の制御を行う。ＣＰＵ１２１は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、及び、通信インターフェイス回路等を有する。また、ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラの各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、及び、記録等の一連の動作を実行する。
【００１８】
１２２は電子フラッシュ制御回路であり、撮影動作に同期して照明手段１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路であり、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光手段１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路であり、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路であり、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、及び、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。
【００１９】
１２６はフォーカス駆動回路であり、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。１２８はシャッタ駆動回路であり、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路であり、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。
【００２０】
１３１はＬＣＤ等の表示器（モニタ）であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、及び、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチ群であり、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、及び、撮影モード選択スイッチ等で構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済み画像を記録する。
【００２１】
図２は、本実施例における撮像素子１０７のブロック図である。図２は、後述の読み出し動作を説明するために必要な構成のみが示されており、図２には画素リセット信号等が省略されている。図２において、２０１は、光電変換部（以下、ＰＤｍｎと略す。ｍは、Ｘ方向アドレスであり、ｍ＝０、１、…、ｍ−１である。ｎは、Ｙ方向アドレスであり、ｎ＝０、１、…、ｎ−１である。）である。光電変換部ＰＤｍｎは、フォトダイオード、画素アンプ、及び、リセット用のスイッチ等で構成されている。また、本実施例の撮像素子１０７は、ｍ×ｎの光電変換部２０１が２次元状に配置されている。符号は煩雑になるのを避けるため、左上の光電変換部ＰＤ００のみに付されている。
【００２２】
２０２は、光電変換部ＰＤｍｎの出力を選択するスイッチであり、後述の垂直走査回路２０８により、一行ごとに選択される。２０３は、光電変換部ＰＤｍｎの出力を一時的に記憶するためのラインメモリである。ラインメモリ２０３は、垂直走査回路２０８により選択された一行分の光電変換部ＰＤｍｎの出力を記憶する。ラインメモリ２０３としては、通常、コンデンサが用いられる。
【００２３】
２０４は、水平出力線に接続され、水平出力線を所定の電位ＶＨＲＴにリセットするためのスイッチであり、信号ＨＲＴにより制御される。
２０５は、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部ＰＤｍｎの出力を水平出力線に順次出力するためのスイッチであり、Ｈ０からＨｍ−１のスイッチを後述の水平走査回路２０６で順次走査することにより、一行分の光電変換の出力が読み出される。
【００２４】
２０６は、水平走査回路であり、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部ＰＤｍｎの出力を順次走査して水平出力線に出力する。信号ＰＨＳＴは、水平走査回路２０６のデータ入力、ＰＨ１、ＰＨ２は、シフトクロック入力である。ＰＨ１＝Ｈでデータがセットされ、ＰＨ２でデータがラッチされる構成となっており、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力することにより、ＰＨＳＴを順次シフトさせて、Ｈ０からＨｍ−１のスイッチを順次オンさせることができる。ＳＫＩＰは、後述の間引き読み出し時に設定を行わせる制御端子入力である。ＳＫＩＰ端子をＨレベルに設定することにより、水平走査回路２０６を所定間隔でスキップさせることが可能になる。なお、読み出し動作に関しては詳述する。
【００２５】
２０８は、垂直走査回路であり、順次走査して、Ｖ０からＶｎ−１を出力することにより、光電変換部ＰＤｍｎの選択スイッチ２０２を選択することができる。制御信号は、水平走査回路２０６と同様に、データ入力ＰＶＳＴ、シフトクロックＰＶ１、ＰＶ２、間引き読み設定ＳＫＩＰにより制御される。これらの動作は水平走査回路２０６の場合と同様であるため、その説明は省略する。なお図２において、前記制御信号は図示されていない。
【００２６】
図３は、図２の撮像素子の全画素を読み出す場合の説明図である。図３（ａ）は、ｍ×ｎの光電変換部の配置図である。同図に付記されたＲ，Ｇ，Ｂの記号は、光電変換部に塗布されたカラーフィルタを表している。本実施例では、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列で説明する。図中の上側及び左側に付された番号は、Ｘ及びＹの番号である。斜線の引かれた画素部が読み出し対象である（全画素読み出しであるため、全てに斜線が描かれている）。また、撮像素子には、通常、黒レベルを検出する遮光されたＯＢ（オプティカルブラック）画素なども配置され、ＯＢ画素も読み出されるが、本実施例ではその説明を省略する。
【００２７】
図３（ｂ）は、撮像素子の全画素のデータを読み出す場合のタイミングチャートである。データの読み出しは、ＣＰＵ１２１で撮像素子駆動回路１２４を制御し、撮像素子にパルスを送ることにより制御される。以下、図３（ｂ）を参照して、全画素読み出し動作を説明する。
【００２８】
まず、垂直走査回路２０８を駆動して、Ｖ０をアクティブにする。このとき、０行目の画素の出力が、垂直出力線にそれぞれ出力される。この状態で、ＭＥＭ信号をアクティブにして、各画素のデータをラインメモリ部にサンプルホールドする。次に、ＰＨＳＴをアクティブして、ＰＨ１、ＰＨ２のシフトクロックを入力して、順次Ｈ０からＨｍ−１をアクティブにして、水平出力線に画素出力を出力する。出力された画素出力は、アンプ２０７を介して、ＶＯＵＴとして出力され、図示しないＡＤ変換器でデジタルデータに変換され、１２５の画像処理回路で所定の画像処理が施される。次に、垂直走査回路は、Ｖ１がアクティブになり、１行目の画素出力が、垂直出力線に出力され、同様にＭＥＭ信号によりラインメモリに、画素出力が一旦メモリされる。次に、ＰＨＳＴをアクティブして、ＰＨ１、ＰＨ２のシフトクロックを入力して、順次Ｈ０からＨｍ−１をアクティブにして、水平出力線に画素出力を出力する動作は、同じである。以上のように、ｎ−１行目までの読み出しを順次行う。
【００２９】
図４は、図２の撮像素子の間引き読み出しの一例の説明図である。図４（ａ）は、ｍ×ｎの光電変換部の配置図であり、図３（ａ）と同一の撮像素子を示している。斜線の引かれた画素部は、間引き読み出し時の読み出し対象画素である。本実施例では、Ｘ、Ｙともに１／３の間引きの読み出しとしている。
【００３０】
図４（ｂ）は、間引き読み出し時のタイミングチャートである。図４（ｂ）のタイミングチャートを参照して、間引き読み出しの動作について説明する。間引き読み出しの設定は、水平走査回路２０６（シフトレジスタ）の制御端子、ＳＫＩＰ端子を、アクティブにすることで行われる。ＳＫＩＰ端子をアクティブにすることで、水平走査回路２０６及び垂直走査回路２０８は、１画素ごとの順次走査から３画素ごとの順次走査に動作が変更される。具体的方法に関しては、公知な技術であるため説明を省略する。
【００３１】
間引き時の動作は、まず、垂直走査回路２０８を駆動して、Ｖ０をアクティブにする。このとき、０行目の画素の出力が、垂直出力線にそれぞれ出力される。この状態で、ＭＥＭ信号をアクティブにして、各画素のデータをラインメモリ部にサンプルホールドする。次に、ＰＨＳＴをアクティブして、ＰＨ１、ＰＨ２のシフトクロックを入力する。このとき、ＳＫＩＰ端子をアクティブ設定にすることにより、水平走査回路の経路が変更され、順次Ｈ０、Ｈ３、Ｈ６・・・Ｈｍ−３のように、３画素ごとに水平出力線に画素出力を出力する。出力された画素出力は、アンプ２０７を介して、ＶＯＵＴとして出力され、図示しないＡＤ変換器でデジタルデータに変換され、画像処理回路１２５で所定の画像処理が施される。次に、垂直走査回路２０８は、水平走査回路２０６と同様に、Ｖ１、Ｖ２をスキップさせてＶ３をアクティブにし、３行目の画素出力を垂直出力線に出力する。その後、ＭＥＭ信号によりラインメモリに、画素出力が一旦記憶される。次に、ＰＨＳＴをアクティブして、ＰＨ１、ＰＨ２のシフトクロックを入力して、順次Ｈ０、Ｈ３、Ｈ６・・・Ｈｍ−３をアクティブにして、水平出力線に画素出力を出力する動作は、同じである。以上のように、ｎ−３行目までの読み出しを順次行う。以上のように、水平、垂直ともに１／３の間引き読み出しが行われる。
【００３２】
次に、図５及び図６を参照して、撮像素子１０７の撮像用画素と焦点検出用画素の構造について説明する。本実施例では、２×２の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。
【００３３】
図５は、本実施例における撮像用画素の平面図及び断面図である。図５（ａ）の２×２の撮像用画素の平面図に示されるように、ベイヤー配列では、対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。この２行×２列の構造は、繰り返し配置される。図５（ａ）の断面Ａ−Ａを図５（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤは図３で説明したＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したものであり、ＣＬはＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮像光学系を模式的に示したものである。
【００３４】
ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮像光学系ＭＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮像光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。また、図５（ｂ）では、Ｒ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。
【００３５】
図６は、撮影レンズの水平方向（横方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置構造図である。図６（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図を示す。撮像信号を得る場合、Ｇ画素は輝度情報の主成分をなす。そして人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認められやすい。一方、Ｒ画素又はＢ画素は、色情報を取得する画素であるが、人間は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化に気づきにくい。そこで本実施例では、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素として用いる。これらの画素は、図６（ａ）においてそれぞれＳＡ、ＳＢで表される。
【００３６】
図６（ａ）の断面Ａ−Ａを図６（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬ及び光電変換部ＰＤは、図５（ｂ）に示される撮像用画素と同一構造である。本実施例では、焦点検出用画素の信号は画像創生には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行うため、配線層ＣＬの開口部は、マイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素ＳＡ及びその開口部ＯＰＨＡは右側に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＢの開口部ＯＰＨＢは左側に偏倚しているため、撮影レンズＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。よって、画素ＳＡを水平方向規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素ＳＢも水平方向規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とすると、Ａ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる。垂直方向（縦方向）のピントずれ量を検出したい場合には、画素ＳＡ及びその開口部ＯＰＨＡを上側に、また、画素ＳＢ及びその開口部ＯＰＨＢを下側に偏倚させて構成すればよい。なお、図示しないが、垂直方向を検出したい場合には、画素ＳＡ、ＳＢを９０度回転させて偏倚させればよい。
【００３７】
図７（ａ）は、撮像用画素及び焦点検出用画素の配置図である。図７（ａ）は、間引きされた後の画素配置を表しており、Ｘ（水平）方向に１／３、Ｙ（垂直）方向に１／３になるよう間引きされている。また、図７（ａ）において、Ｇは緑フィルターを塗布された画素、Ｒは赤フィルターを塗布された画素、Ｂはグリーン画素を塗布された画素であり、画素Ｇ、Ｒ、Ｂは、それぞれ、間引き読み出し時に読み出される画素である。また、図中の記号の書かれていない白抜き画素は、間引き読み出し時に読み出されない画素を表している。画素ＳＡは、画素部の開口を水平方向に偏倚させて形成された焦点検出用画素であり、後述の画素ＳＢに対する水平方向の像ズレ量を検出するための基準画素群である。画素ＳＢは、その開口部をＳＡ画素の開口部とは逆方向に偏倚させて形成された画素であり、画素ＳＡに対する水平方向の像ズレ量を検出するための参照画素群である。画素ＳＡ、ＳＢの斜線部は、偏倚した画素の開口部を表している。
【００３８】
焦点検出用画素（画素ＳＡ、ＳＢ）は、撮像に用いることができないため、Ｘ方向及びＹ方向に所定の間隔で離散的に配置されるように構成されている。また、焦点検出用画像は、画像の劣化が目立ちにくいように、Ｇ画素の部分以外に配置することが望ましい。本実施例では、図７（ａ）中の太い黒枠で示された４×４画素（間引き前の画素配置で言えば、１２×１２画素）のブロック内に、画素ＳＡ、ＳＢの１ペアが配置されている。ＢＬＯＣ＿Ｈ（ｉ、ｊ）は、ブロック名を表している。また、ブロックは、４×４ブロックで完結するように構成されている。
【００３９】
焦点検出用画素の配置に関しては、図７（ａ）に示されるように、Ｘ方向が同一ブロックでＹ方向が異なるブロックでは、画素ＳＡ、ＳＢの配置を１画素（間引き前の画素では、３画素）ごとにシフトさせている。この配置は図７（ａ）中の矢印で示され、離散的に配置された焦点検出用画素のサンプリング特性を改善させるために行われる。すなわち、画素ＳＡ、ＳＢは、Ｘ（水平）方向に瞳分割された画素群であるため、Ｘ方向には、サンプリングが密になるようにシフト量を１画素単位で行っている。
【００４０】
図７（ｂ）は、ブロック間の配置規則を示す図である。図中の黒い枠で示された部分は、ＢＬＯＣＫ（ｉ、ｊ）の各ブロックを示している。図７（ｂ）に示されるように、Ｘ方向が異なるブロックでは、Ｙ方向にブロック単位でシフトさせている。焦点検出方向ではないＹ方向に関しては、画像の劣化を考慮し、ブロック単位でシフトさせる。図７（ｂ）には、ブロックシフトの規則が矢印で示されている。また、全撮像画面への拡張は、４×４ブロック単位で、撮像素子の任意の位置に適宜配置すればよい。
【００４１】
図８（ａ）、（ｂ）は、図７（ａ）、（ｂ）の配置を瞳分割の方向に合わせて９０度回転させた構成を有する。それ以外は図７（ａ）、（ｂ）と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００４２】
図９は、図７及び図８の水平、垂直方向の像ズレ量の検出を同一の測距視野で可能とする構成であり、ＢＬＯＣＫ＿Ｈ（ｉ、ｊ）及びＢＬＯＣＫ＿Ｖ（ｉ、ｊ）を市松状に入れ子配置したものである。図９（ａ）は、画素部分を記載して詳細な配置を示している。水平及び垂直検出の各４×４ブロックを用いて入れ子配置を構成すると、８×８ブロックでパターンは完結する。ただし、図が煩雑になるため、４×４ブロックのみ記載している。また、入れ子配置時のブロック名は、ＢＬＯＣＫ＿Ｃ（ｉ、ｊ）で表される。
【００４３】
図９（ｂ）は、入れ子配置の対応関係がわかるように、図９（ａ）に記載されたＢＬＯＣＫ＿Ｃ（ｉ、ｊ）に対応したＢＬＯＣＫ＿Ｈ（ｉ、ｊ）、ＢＬＯＣＫ＿Ｖ（ｉ、ｊ）を記載する。図９（ａ）を参照すれば、入れ子配置の規則性は明らかである。
【００４４】
図１０（ａ）は、さらに電子ビューファインダーの拡大モード、及び、動画時のデジタルズームのように、撮影画面の一部を切り出して読み出す場合に対応した横線検出の焦点検出用画素の配置である。図７の配置が基本となっている。拡大及びデジタルズーム時は、撮影領域の一部を部分的に読み出すモードであるが、一部領域の画素は間引きなしで全画素が読み込まれる。従って、このような場合、間引き読みだしモード時に読み出されない画素部にも画素ＳＡ、ＳＢが配置されている方が、焦点検出精度を向上させることができる。
【００４５】
図７（ａ）と同様に、図１０（ａ）中の記号の書かれていない白抜き画素は、間引き読み出し時に読み出されない画素を表し、拡大及びデジタルズーム時において、この白抜き部分の画素も読み込まれて拡大表示される。焦点検出用画素の配置に関しては、図１０（ａ）に示されるように、Ｘ方向が同一ブロックでＹ方向が異なるブロックでは、画素ＳＡ、ＳＢの配置を全画素読み出し時にサンプリングピッチが細かくなるように、１画素ごとにシフトさせている。図１０（ａ）中の白抜きの矢印で示された画素ＳＡは、全画素読み出し時のサンプリングが改善されるように補完的に配置される画素である。間引き読み出し時に読み出される黒い矢印で示された画素ＳＡと補完し合って、サンプリングピッチが最小になるように構成される。
【００４６】
Ｙ方向のサンプリングは、図７及び図８の配置と同様に、Ｘ方向に比べて、より離散的になるように配置され、画像の劣化を防止している。
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のブロックごとの配置規則を示しており、図７（ｂ）と同一規則である。また横線検出の場合、図８の横線検出の画素配置も、図１０と同様に、全画素読み出し時に、間引き時に読み出されない画素部に補完的に画素ＳＡ、ＳＢが配置されることが望ましい。配置規則に関しては、図７及び図１０の関係より明らかなので、詳細な説明は省略する。また、縦線、横線のクロス配置に関しても、図９と同様に構成可能であるため、説明は省略する。
【００４７】
以上のように構成されたシステムにおいて、図１２を参照して、本実施例におけるライブビューモードの動作フローを説明する。まずステップＳ１０１においてライブビューモードが開始されると、各ライブビュー制御パラメータが初期化され、ライブビュー動作のための制御が開始される。この制御は、例えば、ＣＰＵ１２１の記憶部に記憶された制御プログラムに従って実行される。
【００４８】
ここで、ライブビュー動作について説明する。図１１は、本実施例におけるライブビュー時の撮像動作シーケンスの概要を説明するタイミングチャートである。図１１に示されるように、撮像素子１０７は、露光動作が行われた後、撮像素子１０７内の各画素の蓄積電荷を画像信号として読み出す。この読み出し動作は、制御パルス垂直同期信号ＶＤ、及び、不図示の制御パルス水平同期信号ＨＤに同期して行われる。制御パルス垂直同期信号ＶＤは、撮像の１フレームを表す信号である。本実施例では、例えば１／３０秒（従って、本実施例では、１秒間に３０フレームの動画撮影を行う。）ごとにＣＰＵ１２１からのコマンドを受けて、撮像素子駆動回路１２４から撮像素子１０７へ送られる。また、制御パルス水平同期信号ＨＤは、撮像素子１０７の水平同期信号であり、１フレームの期間に水平ラインのライン数に応じたパルス数が所定間隔で送出され、水平ラインの制御を行う。また、制御パルス水平同期信号ＨＤに同期して、設定された蓄積時間となるように水平ラインごとに画素のリセットが行われる（図１１中に点線で示す）。以上は公知の技術であるため、これ以上の説明は省略する。
【００４９】
制御パルス垂直同期信号ＶＤ及び制御パルス水平同期信号ＨＤにより蓄積読み出しが実行されると、制御パルス垂直信号ＶＤが送出され、次フレームの蓄積動作が開始される。また、読み出された画像信号は、画像処理回路１２５へ転送され、欠陥画素補正などが行われて画像処理が実行される。また、本実施例の撮像素子１０７は、その一部の画素群（焦点検出用画素）に瞳分割機能を付与することにより、いわゆる位相差ＡＦが可能に構成されている。この焦点検出用画素も欠陥画素とみなして欠陥補正が行われ、画像処理及び表示回路に転送される。
【００５０】
また、画像データ内に含まれる焦点検出用画素のデータをピックアップして撮影レンズの焦点状態を検出するため、画像信号は、画像処理回路１２５（焦点検出手段）における不図示の位相差検出ブロックへも転送される。この回路ブロックで、瞳分割された画素ＳＡ、ＳＢの相関演算が行われ、位相差ＡＦ評価値が算出される。画像処理回路１２５は、焦点検出用画素（画素ＳＡ、ＳＢ）の出力に基づいて、少なくとも所定の方向（第１の方向）の一対の像と第１の方向とは異なる第２の方向の一対の像の位相差から、それぞれ撮像光学系の焦点検出を行うことが可能である。ここで、第１の方向とは、撮像素子１０７により光電変換された信号が読み出される方向である。これにより、ＣＰＵ１２１は、フォーカス駆動回路１２６を制御してフォーカスアクチュエータ１１４を動作させ、撮影レンズの焦点調節を行う。
【００５１】
また、画像処理回路１２５及びＣＰＵ１２１によって構成される測光検出手段によって測光が行われ、蓄積時間、ゲイン、絞りなどの露光条件が決定される。ＣＰＵ１２１は、決定された絞り値に基づいて、絞りシャッタアクチュエータ１１２を動作させて絞り駆動を行う。
【００５２】
図１２においてステップＳ１０２に移行すると、フリッカー検出手段であるＣＰＵ１２１によりフリッカーの検出が行われる。ここで、本実施例におけるフリッカー検出方法について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、蛍光灯の発光周期と撮像素子の各ラインの信号との関係図である。ここでは、蛍光灯の光量が所定の周期で変動し、また、１ライン毎に撮像素子の画素の蓄積タイミングが異なる場合を考える。このとき、各ラインの蓄積タイミングでの蛍光灯の光量に依存して、撮像素子からの読み出し信号に図１３に示されるような縞模様のフリッカー（ラインフリッカー）が発生する。この縞の間隔は、蛍光灯のフリッカー周期と対応するため、この縞の間隔を計算することでフリッカー周期を求めることができる。
【００５３】
具体的には、図１３の画像信号の水平射影をとり、その周期を算出すればよい。しかし、実際の被写体においては画面内に多種の反射率が存在するため、図１３の画像信号の水平射影も被写体の反射率の影響を受ける。そこで、例えば図１４に示されるように、被写体が同一であって、かつ、ラインフリッカーの縞模様の位相が互いに１８０°異なる２枚の画像Ａ及び画像Ｂを考える。このとき、画像Ａ及び画像Ｂのそれぞれについて画像信号の水平射影Ａｈ、Ｂｈを演算し、水平射影Ａｈを水平射影Ｂｈで除して得られた値Ａｈ／Ｂｈを算出すれば、被写体の反射率の影響を抑制して、フリッカー成分のみを取り出した信号を得ることができる。ここで、商用電源の周波数は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであるから、例えば２２．２ｆｐｓのフレームレートで読み出すと、いずれの周波数でも、連続した２枚の画像信号のラインフリッカーの縞模様の位相が１８０°異なる。
【００５４】
図１５（Ａ）に示される値Ａｈ／Ｂｈの波形は、横軸は垂直ライン数であるが、１水平ラインの走査時間との積をとれば時間になる。図１５（Ａ）の波形の振幅が所定量より大きければフリッカーの存在が確認できる。ただし、画面内の照度ムラなどで誤検知するのを防ぐため、次のような処理を行う。すなわち、図１５（Ａ）に示されるように、波形内に２つのＷｉｎｄｏｗ（Ｗｉｎｄｏｗ１、Ｗｉｎｄｏｗ２）を設定し、両Ｗｉｎｄｏｗ内の波形の自己相関を計算することで、図１５（Ｂ）に示されるような相関結果の波形を得ることができる。ただし、Ｗｉｎｄｏｗ１の波形に対してＷｉｎｄｏｗ２の波形をずらしていくと仮定し、Ｗｉｎｄｏｗ１の波形のＰＥＡＫとＷｉｎｄｏｗ２の波形のＰＥＡＫとが重なった場合を相関１００とする。また、Ｗｉｎｄｏｗ１のＰＥＡＫとＷｉｎｄｏｗ２のＢＯＴＴＯＭとが重なった場合を相関０とする。図１５（Ｂ）に示される相関結果の波形の周期がフリッカー周期となる。また、フリッカーが存在しない場合、図１５（Ｂ）の波形の振幅が小さくなる。このため、相関値閾値を所定値に設定し、図１５（Ｂ）の波形のＰＥＡＫが相関値閾値以上の場合、又は、ＢＯＴＴＯＭが相関値閾値以下の場合にはフリッカーが存在すると判定し、そうでない場合はフリッカーが存在しないと判定する。以上により、被写体のフリッカーの有無、及び、フリッカーが存在する場合のフリッカー周期を検知することができる。ただし、フリッカー周期を検知する際には数フレームを要する。
【００５５】
次に図１２のステップＳ１０３では、ステップＳ１０２におけるフリッカーの検出結果に基づいて、ライブビューモード選択手段（ＣＰＵ１２１）により、複数のライブビューモードから一つのライブビューモードが選択される。本実施例において、ライブビュー表示手段（ＣＰＵ１２１）は、後述のように、第一のライブビューモード及び第二のライブビューモードのいずれかのモードで、撮像素子１０７から読み出した信号を表示器１３１に逐次表示する。ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１２１によりフリッカーが存在しないと判定された場合、ステップＳ１０４へ移行する。一方、ＣＰＵ１２１によりフリッカーが存在すると判定された場合、ステップＳ１０７に移行する。
【００５６】
ステップＳ１０４では、ライブビューモード選択手段（ＣＰＵ１２１）により、所定の読み出し時間でライブビュー動作を行う通常ライブビューモード（第一のライブビューモード）が選択される。第一のライブビューモードでは、ピント確認に優れた特徴を持つプログラム線図を選択し、絞りが開放になるように優先的に選択されて、蓄積時間、ゲイン、及び、絞り値等の露出制御パラメータが決定される。
【００５７】
一方、ステップＳ１０７では、ライブビューモード選択手段により、フリッカーの影響を軽減させてライブビュー動作を行うフリッカー消去ライブビューモード（第二のライブビューモード）が選択される。第二のライブビューモードでは、ステップＳ１０２におけるフリッカー検出結果に基づいて、フリッカーの周期の整数倍となるような蓄積時間が優先的に選択されるプログラム線図で、露出制御パラメータが決定される。このフリッカー消去ライブビューモードは、フリッカー軽減手段（ＣＰＵ１２１）がフリッカーを軽減することにより実行される。このように、フリッカー軽減手段は、フリッカー検出手段（ＣＰＵ１２１）の検出結果に基づいてフリッカーを軽減するように動作する。これにより、フリッカーの影響を受けない画像信号の読出しが可能となる。
【００５８】
次に、本実施例における焦点検出方法について説明する。本実施例の撮像素子１０７は、その一部の画素群に水平及び垂直方向の像ズレ量を検出可能な瞳分割機能が付与され、いわゆる位相差ＡＦが可能に構成されている。画像データ内に含まれる焦点検出用画素のデータを水平及び垂直方向ごとにピックアップして、画像処理回路１２５内の不図示の位相差検出ブロックへ転送し、位相差ＡＦ評価値を算出する。次に、この回路ブロックで、瞳分割された画素ＳＡ、ＳＢによって転送される像信号について、図１６を参照して説明する。図１６（ａ）において、２０１は、撮像素子１０７の画角領域に結像された被写体であり、水平方向の像ズレが検出可能な２本のバーチャートである。また、２０２は測距枠である。このとき、水平方向の像ズレを検出する焦点検出用画素から位相差検出ブロックへ転送される像信号は、レンズの焦点状態が合焦状態である場合、図１６（ｂ）、（ｃ）のようなＡ像信号及びＢ像信号となる。Ａ像信号とＢ像信号の相関量を計算することで、焦点状態を検出することが可能となる。また、図１６（ｄ）において、２０３は、撮像素子１０７の画角領域に結像された被写体であり、垂直方向の像ズレが検出可能な２本のバーチャートである。また、２０４は測距枠である。このとき、垂直方向の像ズレを検出する焦点検出用画素から位相差検出ブロックへ転送される像信号は、レンズの焦点状態が合焦状態である場合、図１６（ｅ）、（ｆ）のようなＡ像信号及びＢ像信号となる。Ａ像信号とＢ像信号の相関量を計算することで、焦点状態を検出することが可能となる。
【００５９】
ステップＳ１０４、Ｓ１０７においては、撮像素子１０７から読み出された像信号にフリッカーの影響は存在しない。このため、上述のように、水平及び垂直方向の像ズレ量を正確に検出することが可能である。したがって、水平及び垂直方向の像ズレ量に対して同レベルの信頼性を持たせて、選択又は合成してレンズ駆動を行うことができる。
【００６０】
一方、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３では、フリッカー検出結果に基づくライブビュー動作が行われていないため、フリッカー光源下では、撮像素子１０７から読み出された画像信号はフリッカーの影響を受ける。このとき、瞳分割された画素ＳＡ、ＳＢによって画像処理回路１２５の位相差検出ブロックに転送される像信号について、図１７を参照して説明する。図１７（ａ）において、３０１は、撮像素子１０７の画角領域に結像された被写体であり、水平方向の像ズレが検出可能な２本のバーチャートである。また、３０２は測距枠である。図１７（ａ）において、横縞はフリッカーの影響による輝度ムラを示している。このとき、水平方向の像ズレを検出する焦点検出用画素から位相差検出ブロックへ転送される像信号は、レンズの焦点状態が合焦状態である場合、図１７（ｂ）、（ｃ）に示されるようなＡ像信号及びＢ像信号となり、フリッカーの影響により像信号がシフトする。図１７（ｂ）、（ｃ）において、点線はフリッカーが存在しないときの各信号を示す。ただし、Ａ像信号及びＢ像信号に与えるフリッカーの影響は、水平の相関量を計算する場合、誤差要因とはならないため、正確な焦点状態を検出することが可能である。
【００６１】
図１７（ｄ）において、３０３は撮像素子１０７の画角領域に結像された被写体であり、垂直方向の像ズレが検出できる２本のバーチャートである。また、２０４は測距枠である。図１７（ｄ）において、横縞はフリッカーの影響による輝度ムラを示している。このとき、垂直方向の像ズレを検出する焦点検出用画素から位相差検出ブロックへ転送される像信号は、レンズの焦点状態が合焦状態である場合、図１７（ｅ）、（ｆ）のようなＡ像信号及びＢ像信号となる。Ａ像信号及びＢ像信号は、フリッカーの影響を受けており、所望の被写体の像信号を得ることができない。そのため、Ａ像信号とＢ像信号から正確な相関量を計算することができなくなる。そこで、垂直方向の像ズレ量の信頼性を低くし、選択又は合成してレンズ駆動を行う。
【００６２】
例えば本実施例において、ＣＰＵ１２１は、ライブビューモードの選択前と選択後で（フリッカー軽減手段の動作実行前後で）焦点検出の処理方法を変更する。具体的には、焦点検出手段は、ＣＰＵ１２１の指令に基づいて、ライブビューモードの選択前（フリッカー軽減手段の動作実行前）には、フリッカーの影響を受けない所定の方向（第１の方向）に配置された焦点検出用画素の間での像ズレ量を用いて焦点検出を行う。または、この方向に配置された焦点検出用画素の間での像ズレ量を優先的に用いる。一方、焦点検出手段は、ライブビューモードの選択後（フリッカー軽減手段の動作実行後）には、複数の方向（第１の方向および第２の方向）に配置された焦点検出用画素の間での像ズレ量を用いて焦点検出を行う。このように、ＣＰＵ１２１は、フリッカー軽減手段の動作実行前には、所定の方向（第１の方向）の一対の像の位相差から得られた撮像光学系の焦点状態に応じて撮像光学系の焦点を制御する制御手段である。
【００６３】
図１２のステップＳ１０５では、ライブビューの駆動中止信号の有無を判定し、駆動中止信号が出力されている場合、ライブビュー駆動を終了し、駆動中止信号が出力されていない場合、ステップＳ１０６へ移行する。ステップＳ１０６では、再度、フリッカー検出の必要性があるか否か（シーン変更の有無）を判定する。フリッカー検出の必要性が有ると判定した場合、ステップＳ１０２に移行し、再度フリッカー検出を行う。その必要性が無いと判定した場合、ステップＳ１０４へ移行し、通常ライブビューモードを継続する。再度、フリッカー検出の必要性があるか否かの判定を特に限定するものではないが、例えば、被写体輝度などの変化が有る場合、光源が変化した可能性があるため、再度フリッカー検出を行うようにしてもよい。
【００６４】
ステップＳ１０８では、ライブビューの駆動中止信号の有無を判定する。駆動中止信号が出力されている場合、ライブビュー駆動を終了し、駆動中止信号が出力されていない場合、ステップＳ１０９へ移行する。ステップＳ１０９では、再度、フリッカー検出の必要性があるか否か（シーン変更の有無）の判定をして、その必要性が有ると判定した場合、ステップＳ１０２に移行し、再度フリッカー検出を行う。その必要性が無いと判定した場合、ステップＳ１０７へ移行し、フリッカー消去ライブビューモードを継続する。
【００６５】
以上のとおり、位相差検出ブロックに送られる像信号にフリッカーの影響があるか否かによって、像ズレ検出方向の信頼性を変えて焦点検出を行うことで、フリッカーの影響がある場合においても正確な焦点検出を行うことができる。このため、フリッカー検出を行いフリッカーの影響を消してから焦点検出を行う場合と比較して、応答性の良い焦点検出及びＡＦが可能となる。
【００６６】
本実施例は、撮像素子を備えた電子カメラの焦点調節装置を提供するもので、特に、電子スチルカメラやムービーカメラに有用である。
【００６７】
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１      第１レンズ群
１０２      絞り兼用シャッタ
１０３      第２レンズ群
１０５      第３レンズ群
１０６      光学的ローパスフィルタ
１０７      撮像素子
１２１      ＣＰＵ
１２５      画像処理回路
【図１】
2010263568.tif 000003
【図２】
2010263568.tif 000004
【図３】
2010263568.tif 000005
【図４】
2010263568.tif 000006
【図５】
2010263568.tif 000007
【図６】
2010263568.tif 000008
【図７】
2010263568.tif 000009
【図８】
2010263568.tif 000010
【図９】
2010263568.tif 000011
【図１０】
2010263568.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2010263568.tif 000016
【図１５】
2010263568.tif 000017
【図１６】
2010263568.tif 000018
【図１７】
2010263568.tif 000019