(57)【要約】【課題】焦点検出精度の低下および消費電力の増加を抑制する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置の撮像部２２は、撮像光学系により結像された被写体の光学像を画像信号に変換する複数の光電変換部を有する撮像素子を備える。焦点検出部２３は撮像素子にて瞳分割された複数の像信号を読み出して焦点検出を行う。システム制御部５０は、撮像素子の蓄積時間または信号対ノイズ比が変化した場合、撮像部２２に対して焦点検出領域内で複数の像信号を取得する読み出し行を制御することにより、撮像素子の蓄積時間または感度設定に応じて焦点検出画素の読み出し行を変更する。シャッタ速度が低速で高感度の場合に読み出し行数を多くし、シャッタ速度が高速で低感度の場合に読み出し行数を少なくして像信号の読み出し制御が行われる。【選択図】図７
2018081224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系により結像された被写体の光学像を画像信号に変換する複数の光電変換部を有する撮像素子と、
前記撮像素子にて瞳分割された複数の像信号を読み出して焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記撮像素子の蓄積時間または信号対ノイズ比が変化した場合、前記焦点検出手段が焦点検出を行う領域内で前記複数の像信号を取得する読み出し行を変更する制御を行い、前記読み出し行から取得した像信号を用いて前記撮像光学系の焦点調節の制御を行う制御手段と、を備える
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記撮像素子の露光時間または感度設定が変化した場合に前記読み出し行の行数を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。
【請求項３】
前記制御手段は、前記撮像素子の露光時間が短い場合に前記行数を第１の行数に変更し、前記撮像素子の露光時間が長い場合には前記第１の行数より多い第２の行数に変更する制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記撮像素子の感度が低い場合に前記行数を第１の行数に変更し、前記撮像素子の感度が高い場合には前記第１の行数より多い第２の行数に変更する制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の像信号は、第１の像信号および前記撮像素子にて加算された第２の像信号、または、第１の像信号および該第１の像信号とは独立に読み出される第２の像信号であり、
前記焦点検出手段は前記読み出し行にて前記第１の像信号を取得してから前記第２の像信号を取得する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数の像信号は、画面の垂直方向の隣接する行にて加算される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に撮像装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記読み出し行の行数を増加させる場合、前記撮像素子のスタンバイ期間を短くする制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記読み出し行の行数を増加させる場合、動画のフレーム期間を延ばす制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記読み出し行の行数を増加させる場合、撮像された画像を逐次に表示させるモードにて、読み出し行数を増加に対応する読み出し時間が収まるフレーム期間に延ばす制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記読み出し行の行数を変更する場合、連続するフレーム間で行数の変更量を制限する
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、撮像された画像の被写体領域を検出する処理を行い、前記被写体領域の位置が変更された場合に前記読み出し行を変更する制御を行う
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
撮像光学系により結像された被写体の光学像を画像信号に変換する複数の光電変換部を有する撮像素子を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記撮像素子にて瞳分割された複数の像信号を読み出して焦点検出を行う焦点検出工程と、
前記焦点検出工程にて焦点検出を行う領域内で前記複数の像信号を読み出し行から取得して前記撮像光学系の焦点調節の制御を行う制御工程と、を有し、
前記制御工程では、前記撮像素子の蓄積時間または信号対ノイズ比が変化した場合、前記読み出し行を変更する制御が行われる
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置は、オートフォーカス（以下、ＡＦとも記す）機能を有し、手動操作による焦点調節は不要となっている。撮像素子を使用したＡＦ機構には構造上、大別して２種類の方式がある。第１の方式は、撮像画素の出力を処理して評価値を算出してフォーカスレンズの駆動を行うコントラストＡＦ方式であり、シンプルな構成ではあるが処理に時間を要するという課題がある。第２の方式は位相差検出方式である。瞳分割型撮像素子内の焦点検出用の画素の出力位相差からデフォーカス量を算出してフォーカスレンズの駆動を行う撮像面位相差ＡＦ方式がある。この方式はデフォーカス量が１フレームの画像データから求まるので、検出時間が非常に短いというメリットがある。特許文献１では、焦点検出用の画素と表示・記録用画素を兼用する方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２３０１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される撮像素子では、焦点検出用の画素のデータを読み出した後に、表示・記録用画素のデータを読み出している。このため、読み出しに必要な時間が長くかかった場合、撮像素子の読み出しフレームレートや連写速度が低下し、また消費電力が大きくなるという課題がある。
本発明の目的は、焦点検出精度の低下および消費電力の増加を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態の撮像装置は、撮像光学系により結像された被写体の光学像を画像信号に変換する複数の光電変換部を有する撮像素子と、前記撮像素子にて瞳分割された複数の像信号を読み出して焦点検出を行う焦点検出手段と、前記撮像素子の蓄積時間または信号対ノイズ比が変化した場合、前記焦点検出手段が焦点検出を行う領域内で前記複数の像信号を取得する読み出し行を変更する制御を行い、前記読み出し行から取得した像信号を用いて前記撮像光学系の焦点調節の制御を行う制御手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の撮像装置によれば、焦点検出精度の低下および消費電力の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の撮像装置の外観図である。
【図２】本実施形態の撮像装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】撮像素子の画素配置を示す模式図である。
【図４】実施例１の撮像素子の読み出しタイミングを示す図である。
【図５】焦点検出用画像の部分読み出しを説明する図である。
【図６】撮像面位相差ＡＦの演算に関する説明図である。
【図７】焦点検出画像の読み出し行の切り替えを説明する図である。
【図８】読み出し行数を切り替えるシャッタ速度の閾値を示す図表である。
【図９】図８に対応する切り替え制御のヒステリシスの説明図である。
【図１０】読み出し行数を切り替える感度の閾値を示す図表である。
【図１１】図１０に対応する切り替え制御のヒステリシスの説明図である。
【図１２】読み出し行数の変更に対する制限を説明する図である。
【図１３】被写体検出時の焦点検出画素の読み出しを説明する図である。
【図１４】実施例２の撮像素子の読み出しタイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラの外観図を示す。以下では、被写体側を前側とし、被写体から見たときの上下左右の各方向を定義して、各部の位置関係を説明する。撮像装置１００は、本体部の背面部に表示部２８を備える。表示部２８は撮像された画像や各種情報を画面に表示する。
【０００９】
撮像装置１００は本体部の上面および背面に操作部７０を備える。操作部７０はユーザからの各種操作を受け付ける各種スイッチ、ボタン、タッチパネル等の操作部材より成る。モード切替スイッチ６０は各種モードを切り替えるための操作部材であり、本体部の背面に配置される。シャッタボタン６１は撮影指示を行うための操作部材であり、本体部の上面に配置される。電源スイッチ７２は、電源のオン状態とオフ状態を切り替えるための操作部材であり、本体部の上面に配置される。コントローラホイール７３は、操作部７０に含まれる回転操作可能な操作部材であり、本体部の背面に配置される。コネクタ１１２は接続ケーブル１１１と撮像装置１００とを接続する部材である。記録媒体２００はメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。記録媒体２００は記録媒体スロット２０１を介して本体部に格納され、格納状態の記録媒体２００は撮像装置１００との通信が可能である。蓋２０３は記録媒体スロット２０１の開閉蓋である。
【００１０】
図２は、撮像装置１００の構成例を示すブロック図である。撮影レンズ１０３はズームレンズ、フォーカスレンズを含むレンズ群である。シャッタ１０１は絞り機能を備える絞り兼用シャッタである。撮像部２２は、撮像光学系により結像される被写体の光学像を電気信号に光電変換する撮像素子と、焦点検出部２３を備える。撮像素子は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）型イメージセンサ等である。また撮像部２２はＡ（アナログ）／Ｄ（デジタル）変換処理部を備えている。焦点検出部２３は、撮像面位相差検出方式により、撮像後の画像信号に基づいて焦点検出を行う。焦点検出情報は撮像部２２からシステム制御部５０に出力される。バリア１０２は、撮影レンズ１０３を含む撮像光学系の構成部材を覆うことにより、撮影レンズ１０３、シャッタ１０１、撮像部２２の汚れや破損を防止する。
【００１１】
画像処理部２４は、撮像部２２から出力されるデータ、または、メモリ制御部１５からのデータに対して、所定の画像処理を行う。所定の画像処理とは、画素補間や、縮小等のリサイズ処理、色変換処理等である。また画像処理部２４は、撮像された画像データを用いて所定の演算処理を行い、演算結果をシステム制御部５０に出力する。システム制御部５０は取得した演算結果に基づいて露光制御と焦点検出制御および焦点調節制御を行う。これにより、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＥ（自動露出）処理、ＥＦ（フラッシュ自動調光発光）処理が行われる。また画像処理部２４はコントラスト方式のＡＦ処理も行い、このとき、撮像部２２が備える焦点検出部２３の出力を用いることもある。画像処理部２４は更に、撮像された画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてＴＴＬ方式のＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理を行う。
【００１２】
撮像部２２の出力データは、画像処理部２４およびメモリ制御部１５を介して、または、メモリ制御部１５を介してメモリ３２に書き込まれる。メモリ３２は、撮像部２２によって取得されてＡ／Ｄ変換された画像データや、表示部２８に表示するための画像データを記憶する。メモリ３２は、所定枚数の静止画像や所定時間分の動画像および音声の記憶に十分な記憶容量を有する。またメモリ３２は、画像表示用のメモリ（ビデオメモリ）を兼ねている。
【００１３】
Ｄ／Ａ変換部１３は、メモリ３２に記憶されている画像表示用データをアナログ信号に変換して表示部２８に出力する。メモリ３２に書き込まれた表示用画像データは読み出し後にＤ／Ａ変換部１３を介して表示部２８の画面に表示される。表示部２８は、ＬＣＤ（液晶表示装置）等の表示デバイスを備え、Ｄ／Ａ変換部１３が出力するアナログ信号に応じた画像表示を行う。撮像部２２で一度Ａ／Ｄ変換されてからメモリ３２に蓄積されたデジタル信号は、Ｄ／Ａ変換部１３においてアナログ信号に変換され、表示部２８に逐次転送されて画像表示が行われる。これにより、電子ビューファインダとしての機能が実現され、スルー画像表示が行われる。
【００１４】
不揮発性メモリ５６は、電気的に消去および記録可能なメモリであり、例えばフラッシュメモリ等が用いられる。不揮発性メモリ５６には、システム制御部５０の動作用の定数、プログラム等が記憶される。ここでいうプログラムとは、本実施形態に示す処理を実行するためのプログラムのことである。
【００１５】
システム制御部５０は、撮像装置１００全体を制御する。システム制御部５０は不揮発性メモリ５６に記録されたプログラムを読み出して実行することで、本実施形態の各処理を実現する。システムメモリ５２はＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）であり、システム制御部５０の動作用の定数、変数、不揮発性メモリ５６から読み出したプログラム等を記憶する。また、システム制御部５０はメモリ３２、Ｄ／Ａ変換部１３、表示部２８等を制御することにより、表示制御を行う。システムタイマ５３は各種制御に用いる時間や、内蔵された時計の時間を計測する計時部である。測光部５４は測光センサを備え、被写体の輝度情報を検出してシステム制御部５０に出力する。なお、撮像素子が受光する光に基づいて測光を行う場合（ライブビューモード時等）には、撮影画面内を複数の部分領域に分割して測光処理を行うことにより、被写体輝度を検出することができる。
【００１６】
ユーザは、モード切替スイッチ６０、第１シャッタスイッチ６２、第２シャッタスイッチ６４、操作部７０を用いて、システム制御部５０に各種の動作指示を入力する操作を行うことができる。モード切替スイッチ６０により、システム制御部５０の動作モードが静止画記録モード、動画記録モード、再生モード等に切り替えられる。
【００１７】
第１シャッタスイッチ６２は、撮像装置１００に設けられたシャッタボタン６１の操作途中、いわゆる半押し操作（撮影準備指示の操作）でＯＮとなり、第１シャッタスイッチ信号ＳＷ１を発生させる。第１シャッタスイッチ信号ＳＷ１により、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理、ＥＦ処理等の動作が開始する。第２シャッタスイッチ６４は、シャッタボタン６１の操作完了、いわゆる全押し操作（撮影指示の操作）でＯＮとなり、第２シャッタスイッチ信号ＳＷ２を発生させる。システム制御部５０は、第２シャッタスイッチ信号ＳＷ２を受け付けると、撮像部２２の信号を読み出してから記録媒体２００に画像データを書き込むまでの一連の撮影動作を開始させる。
【００１８】
操作部７０の各操作部材は、表示部２８の画面に表示される種々の機能アイコンを選択操作すること等により、場面ごとに適宜機能が割り当てられる。例えば、終了ボタン、ジャンプボタン等の各種機能ボタンがある。ユーザは、表示部２８に表示されたメニュー画面を見ながら、上下左右の４方向ボタンやＳＥＴボタンを用いて各種設定を行える。
【００１９】
ＡＦ補助光源７１は低輝度時に発光することで被写体を照明する。コントローラホイール７３は、操作部７０に含まれる回転操作可能な操作部材であり、ユーザが方向ボタンと共に選択項目を指示する際等に使用される。コントローラホイール７３を回転操作すると、操作量に応じて電気的なパルス信号が発生し、このパルス信号に基づいてシステム制御部５０は撮像装置１００の各部を制御する。なお、コントローラホイール７３はユーザの回転操作に応じてパルス信号を発生するダイヤル操作部材、またはコントローラホイール７３上でユーザの手指の回転動作等を接触検出部で検出するタッチホイールである。
【００２０】
電源制御部８０は、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等を備え、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行う。また電源制御部８０は、その検出結果およびシステム制御部５０の制御指令に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、記録媒体２００を含む各部へ適時に供給する。電源部４０は、一次電池または二次電池、ＡＣアダプタ等から成る。記録媒体Ｉ/Ｆ部１８は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体２００とのインターフェース部である。記録媒体２００は、画像データ等を記録するメモリカード等の記録媒体であり、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される。ストロボ９０は、システム制御部５０からの制御信号にしたがって発光し、被写体を照射する。
【００２１】
次に図３を参照して、撮像素子の画素配置を説明する。撮像素子は複数の画素部により構成される。各画素部はマイクロレンズと、各マイクロレンズに対応する分割された複数の光電変換部を備え、瞳分割された画像信号を取得可能である。本実施形態では２分割の光電変換部としての第１の画素をＡ画素３０１とし、第２の画素をＢ画素３０２とする。Ａ画素３０１、Ｂ画素３０２の信号が読み出され、Ａ画素の画像信号とＢ画素の画像信号との水平位相差に基づいて焦点検出演算が行われる。読み出し順序については、Ａ画素の読み出し後に、Ａ画素の電荷をリセットせずにＢ画素の画像信号を読み出す処理が行われる。つまり撮像素子内のＦＤ（フローティングディフュージョン）部でＡ画素とＢ画素の加算が行われてＡ画素とＢ画素の加算画像信号が読み出される。以下ではＡ画素の画像信号をＡ像信号といい、Ｂ画素の画像信号をＢ像信号という。撮像素子内でのＡ画素とＢ画素の加算画像信号をＡ＋Ｂ像信号という。
【００２２】
Ａ＋Ｂ像信号から得られる画像はそのまま表示および記録用画像として使用できる。ＦＤ部で電荷加算を行うことで、ノイズによる劣化を抑制して画素加算を行える。Ｂ像信号については、下記式（１）のようにＡ＋Ｂ像信号からＡ像信号を減算することで取得される。
Ｂ像信号 ＝ Ａ＋Ｂ像信号 − Ａ像信号      （１）
【００２３】
次に、図４を参照して、撮像素子の読み出しタイミングについて説明する。図中のＶＤは垂直同期信号を表わし、ＨＤは水平同期信号を表わす。ＶＤに同期してフレーム読み出し開始の基準信号が得られ、ＨＤに同期して行ごとに画素の信号読み出しが行われる。通常行は撮像画像の読み出し行であり、焦点検出用画像の読み出し行は、焦点検出に用いる複数の信号の読み出し行である。複数の信号とは、この場合、Ａ像信号およびＡ＋Ｂ像信号である。
【００２４】
ＨＤ期間中は、通常行ではＡ＋Ｂ像信号の読み出しが行われる。また焦点検出画素の読み出し行では、先にＡ像信号が出力され、全水平画素の読み出しが終了した時点から、続けてＡ＋Ｂ像信号が出力される。指定された行の信号が読み出されている間は焦点検出画素の信号読み出しが行われ、指定された行の信号読出しが終了すると、通常行の信号読み出しに戻り、画面全体の信号読み出しが行われる。尚、本実施形態では、焦点検出画素から読み出すＡ像信号について全水平画素の信号読み出す例と説明したが、被写体領域とその周辺の画像の一部だけの信号を読み出す構成でもよい。
【００２５】
撮像部２２および焦点検出部２３から読み出される画像信号は、画像処理部２４で処理され、Ａ＋Ｂ像信号からＡ像信号が減算され、Ｂ像信号が生成される。これにより、焦点検出処理に使用するＡ像信号とＢ像信号が生成される。撮像部２２から読み出されるＡ＋Ｂ像信号は表示および記録用画像信号として使用される。
【００２６】
図５は、焦点検出用画像の部分読み出しを説明する図である。焦点検出用画像データを取得する行については、全行から画像データを取得すれば、サンプル数が多く焦点検出精度の観点からは理想的である。しかし、全行で画像データを取得する方法は、撮像部２２からの読み出し時間が長くかかり、フレームレートが低くなったり、連写速度が低下したり、消費電力が大きくなってしまう。よって、焦点検出用画像データは必要最低限で読み出すことが望ましく、部分読み出しが行われる。
【００２７】
図５において、撮影画像内に「Ａ／Ａ＋Ｂ独立読み出し」と表記した行は、撮像画像および焦点検出用画像を取得する行である。それ以外の、「Ａ＋Ｂ読み出し」と表記した行は、Ａ像だけの読み出しを行わずに、撮像素子内でＡ像信号とＢ像信号との加算を行ってから信号を出力する行である。複数の行のうち、どの行を「Ａ／Ａ＋Ｂ独立読み出し」とするかは、ユーザ設定や被写体検出結果に基づいて決定される。本実施形態では、焦点検出の対象領域の決定後に検出対象となる領域において、被写体輝度や撮像素子のＳ／Ｎ比（信号対ノイズ比）に応じて読み出し行が決定されるものとする。つまり、システム制御部５０は、撮像素子の蓄積時間または信号対ノイズ比が変化した場合、焦点検出領域内でＡ像信号とＡ＋Ｂ像信号を取得する読み出し行を変更する制御を行う。撮像素子の蓄積時間は被写体の輝度により決定される。また撮像素子の信号対ノイズ比の値は、撮像素子の読み出し感度または温度から算出される。
【００２８】
図６は、撮像面位相差ＡＦの演算に関する説明図である。撮像素子で光電変換され、画像処理部２４で各種補正を行った後、焦点検出部２３へ送られる対の焦点検出用信号を示す。図６の横軸Ｘは、連結された信号の画素並び方向の位置を示し、縦軸Ｙは信号の強度を示す。実線のグラフ線で示す焦点検出用信号４３０ａと、点線のグラフ線で示す焦点検出用信号４３０ｂは、焦点検出用画像であるＡ像とＢ像でそれぞれ形成される信号である。
【００２９】
撮影レンズ１０３が撮像素子に対してデフォーカス状態である場合、図６の焦点検出用信号４３０ａは左側に位置し、焦点検出用信号４３０ｂは右側に位置して、両信号がずれた状態となる。焦点検出部２３は焦点検出用信号４３０ａ、４３０ｂのずれ量を、相関演算等によって算出し、撮影レンズ１０３がどの程度のデフォーカス状態であるかを検出する。システム制御部５０は、撮影レンズ１０３のレンズ位置情報と、焦点検出部２３から得られるデフォーカス量の信号を取得し、フォーカスレンズの駆動量を算出する。その後、システム制御部５０はフォーカスレンズの位置情報を参照して、フォーカスレンズを駆動するべき位置情報に応じた制御信号を撮影レンズ１０３に送信し、撮影レンズ１０３の焦点合わせの制御を行う。
【００３０】
図７は、焦点検出用画像を読み出す行の切り替え制御について例示した図である。ＶＤは垂直同期信号を表し、SensorOutは撮像素子の出力を表す。システム制御部５０は、撮像素子の露光時間または感度設定が変化した場合に焦点検出用画像の読み出し行を変更する制御を行う。撮像素子の露光時間はシャッタ速度に対応する。
【００３１】
図７（Ａ）はシャッタ速度が高速、低感度の場合を示し、図７（Ｂ）はシャッタ速度が中速、中感度の場合を示し、図７（Ｃ）はシャッタ速度が低速、高感度の場合を示す。図７中に灰色で示す焦点検出画素の読み出し行は、撮像素子の出力全体の中でどこに配置しているかを示している。この例では主要被写体が決定されていない状態にて画面全体の焦点検出情報を必要としている場合に、画面全体をカバーできるような焦点検出画素の読み出し配置としている。焦点検出画素の読み出し行数は、図７（Ａ）で少なく、図７（Ｃ）で多い。
【００３２】
焦点検出画素から信号を読み出す行では、信号読み出し期間が通常より長くなるため、ローリング歪（ローリングシャッタ歪）の微小な段差が発生してしまう。このため、図７（Ａ）に示すようにシャッタ速度が高速の場合、焦点検出画素の読み出し行数を減らした方が、段差が目立ちにくい。また、低感度時には撮像素子のＳ／Ｎ比が高いため、焦点検出画素の読み出し行数が少なくても焦点検出精度に問題はない。シャッタ速度や感度に応じた読み出し行数の変更の詳細については後述する。
【００３３】
被写体輝度が下がり、シャッタ速度を遅くするとローリング歪の影響が小さくなり、焦点検出のＳ／Ｎ比が低下する。このため、焦点検出画素の読み出し行数を増やすように制御が行われる（図７（Ｂ））。焦点検出画素の読み出し行数を増やした場合には、垂直ブランキング期間が短くなり、撮像素子のスタンバイ期間が短くなる。また感度を上げることでもＳ／Ｎ比が低下するため、感度の上昇に応じて焦点検出画素の読み出し行数を増やす制御が行われる。
【００３４】
図７（Ｃ）に示すように、さらにシャッタ速度を遅くし、または感度を高くした場合には、焦点検出画素の読み出し行数を、より増やす必要がある。このため、フレーム期間も含めて処理時間を延長する制御が行われる。動画の場合にはフレームレートが規定されているため、基準フレームレートから倍々（整数倍）にフレーム期間を延ばす制御となる。撮像画像を逐次に表示させるライブビューモードの場合には、フレームレートを自由に選択できるため、読み出し行数を増やした分の読み出し時間が収まるようにフレーム期間が設定される。
【００３５】
図８には、焦点検出画素の読み出し行数をシャッタ速度で切り替える場合の閾値を例示する。シャッタ速度の閾値を、1/250,1/60,1/15（秒）とする。1/250よりも速いシャッタ速度の範囲では、読み出し行数が「標準」の行数とされ、これは必要最小限の標準的な読み出し行数として定義される。シャッタ速度が遅くなるにつれて焦点検出画素の読み出し行数が増加し、「標準」の読み出し行数に対して、係数（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）が乗算される。「Ｋ１＜Ｋ２＜Ｋ３」の関係を満たすものとする。
【００３６】
焦点検出のＳ／Ｎ比は被写体輝度により変化するので、高輝度被写体の場合には焦点検出画素の読み出し行数は少なくてもよい。低輝度被写体の場合には、より多くの焦点検出画素から信号を読み出して加算することで焦点検出のＳ／Ｎ比を高めることが必要となる。つまり、焦点検出部２３または画像処理部２４は、焦点検出画素から読み出した信号を、画面の垂直方向の隣接する行にて加算する処理を行う。被写体輝度については、シャッタ速度から判定することで、ローリング歪への影響も同時に低減させることができる。
【００３７】
本実施形態では、シャッタ速度が速い高輝度被写体に対して標準的な読み出し行数が設定される。図８の具体例では1/250のシャッタ速度より速い場合に読み出し行数が「標準」の行数に設定される。シャッタ速度が遅くなり、被写体輝度が低くなった場合には、焦点検出画素の読み出し行数を増やすように設定が変更される。1/250または1/250よりも遅く、1/60よりも速いシャッタ速度の範囲では、「標準」の読み出し行数に対して、係数Ｋ１を乗算した読み出し行数が設定される。シャッタ速度がさらに遅くなり、被写体輝度がさらに低くなった場合には、読み出し行数をさらに増やす設定に変更される。1/60または1/60よりも遅く、1/15より速いシャッタ速度の範囲では、「標準」の読み出し行数に対して、係数Ｋ２を乗算した読み出し行数が設定される。1/15または1/15より遅いシャッタ速度の範囲では、「標準」の読み出し行数に対して、係数Ｋ３を乗算した読み出し行数が設定される。
【００３８】
図９は、焦点検出画素の読み出し行数をシャッタ速度に応じて切り替える場合の、ヒステリシス特性を示す図である。横軸はシャッタ速度を表し、縦軸は読み出し行数を表す。図９は、図８の設定に対応する例を示し、シャッタ速度が1/1000から1/250までの範囲では「標準」の読み出し行数に設定される。さらにシャッタ速度が低下し、1/250から1/60までの範囲では「標準×Ｋ１」の読み出し行数に設定され、1/60から1/15までの範囲では「標準×Ｋ２」の読み出し行数に設定される。
【００３９】
図８に示すように、シャッタ速度に応じて焦点検出画素の読み出し行数を切り替える場合、表示および記録用画像においてローリング歪の差異が生じる可能性がある。このため、一度読み出し行数を切り替えた場合には、その後に読み出し行数をなるべく変えない方がローリング歪の差異が目立ちにくくなる。そこで本実施形態では、読み出し行数の切り替え制御においてヒステリシス特性を設けている。図９では、シャッタ速度が1/1000から1/250になった位置で１段階目の読み出し行数が変更され、「標準×Ｋ１」の行数となる。ここでシャッタ速度が多少速くなり、または多少遅くなったとしても、ヒステリシス特性により読み出し行数の変更は発生しない。次に読み出し行数の変更が発生するのはシャッタ速度が1/60となるときである。最後の読み出し行数の変更はシャッタ速度が1/15のときである。このようなヒステリシス特性を有する切り替え制御を行うことで、微小なシャッタ速度の変更が発生しても、読み出し行数の変更が頻繁に発生することがない。よって、表示および記録用画像に対してローリング歪の差異が目立ちにくくなるという効果が得られる。
【００４０】
図１０は、焦点検出画素の読み出し行数を、ＩＳＯ感度に応じて切り替える場合の感度閾値を例示する。感度閾値を、ISO1600,3200,6400とする。ISO1600よりも低感度の範囲では、読み出し行数が「標準」の行数とされ、これは必要最小限の標準的な読み出し行数として定義される。ＩＳＯ感度が高くなるにつれて焦点検出画素の読み出し行数が増加し、「標準」の読み出し行数に対して、係数（Ｋ４，Ｋ５，Ｋ６）が乗算される。「Ｋ４＜Ｋ５＜Ｋ６」の関係を満たすものとする。
【００４１】
焦点検出のＳ／Ｎ比は、撮像素子の感度により変化するので、低感度時には焦点検出画素の読み出し行数が少なくてもよい。しかし、高感度時には、より多くの焦点検出画素から信号を読み出して垂直方向にて加算平均することで焦点検出のＳ／Ｎ比を一定に保つ必要がある。焦点検出のＳ／Ｎ比の低下については撮像素子の感度設定から判定することができる。
【００４２】
本実施形態にて低感度時には、標準的な読み出し行数が設定される。図１０の具体例ではISO1600より低感度である場合に読み出し行数が「標準」の行数に設定される。被写体輝度が低くなり、感度設定が高くなった場合には、焦点検出画素の読み出し行数を増やすように設定が変更される。感度がISO1600以上であってISO3200より低い場合に、「標準×Ｋ４」の読み出し行数に変更することで、焦点検出のＳ／Ｎ比を保つ設定となる。被写体輝度がさらに低くなり、感度設定がさらに高くなると、読み出し行数をさらに増やすように設定が変更される。感度がISO3200以上であってISO6400より低い場合に、「標準×Ｋ５」の読み出し行数に変更することで、焦点検出のＳ／Ｎ比を保つ設定となる。感度がISO6400以上の場合には、「標準×Ｋ６」の読み出し行数に変更される。
【００４３】
図１１は、焦点検出画素の読み出し行数をＩＳＯ感度に応じて切り替える場合のヒステリシス特性を示す図である。横軸はＩＳＯ感度を表し、縦軸は読み出し行数を表す。図１１は、図１０の設定に対応する例を示し、感度がISO100からISO1600までの範囲では「標準」の読み出し行数に設定される。感度が上がってISO1600からISO3200までの範囲では「標準×Ｋ４」の読み出し行数に設定され、さらに感度が上がってISO3200からISO6400までの範囲では「標準×Ｋ５」の読み出し行数に設定される。
【００４４】
図１０に示すように、ＩＳＯ感度に応じて焦点検出画素の読み出し行数を切り替える場合、表示および記録用画像においてローリング歪の差異が生じる可能性がある。このため、一度読み出し行数を切り替えた場合には、その後に読み出し行数をなるべく変えない方がローリング歪の差異が目立ちにくくなる。そこで、読み出し行数の切り替え制御においてヒステリシス特性を設けている。図１１では、感度がISO100からISO1600へ変化したところで１段階目の読み出し行数が変更され、「標準×Ｋ４」の行数となる。ここでＩＳＯ感度が多少変化しても、ヒステリシス特性により読み出し行数の変更は発生しない。次に読み出し行数の変更が発生するのは感度がISO3200となるときである。最後の読み出し行数の変更は感度がISO6400のときである。このようなヒステリシス特性を有する切り替え制御を行うことで、微小なＩＳＯ感度の変更が発生しても、読み出し行数の変更が頻繁に発生することがない。よって、表示および記録用画像に対してローリング歪の差異が目立ちにくくなるという効果が得られる。
【００４５】
図１２は、焦点検出画素の読み出し行数の変更量に関する制限を説明する図である。図１２（Ａ）は読み出し行数を大きく変化させた場合を示す。図１２（Ｂ）は読み出し行数を徐々に変化させた場合を示している。垂直同期信号ＶＤの下側に撮像素子の出力の時間変化を示す。
【００４６】
図１２（Ａ）では、焦点検出画素の読み出し行数をフレーム間で大きく増やした場合を示している。この場合、焦点検出画素のスリットローリング露光時間が急激に変化するため、画質の変化が目立つ可能性が高い。それに対し、図１２（Ｂ）に示すように読み出し行数を徐々に変化させた場合には、画質の変化が目立つ可能性は低くなる。すなわち、読み出し行数をフレーム間で徐々に増やしていくことで、スリットローリング露光時間の急激な変化が発生しないので、画質の変化が目立ちにくくなる。図１２では、読み出し行数の変更時に行数を増加させるときの制限について説明したが、読み出し行数を減らすときも同様の制限が行われる。つまり、読み出し行数の変更時に行数を徐々に低減させることで制限が課せられる。連続するフレーム間で読み出し行数の変更を制限する場合の、読み出し行数の変更量については、ＩＳＯ感度、温度、フレームレート、被写体検出情報等の１つ以上によりシステム制御部５０が決定する。
【００４７】
図１３は、撮像画像内に被写体領域が検出されたときの、焦点検出画素の読み出しを説明する模式図である。図１３（Ａ）は、撮影画角内の被写体１３００の領域と、被写体領域の近辺に配置される焦点検出枠１３０１を示している。システム制御部５０は、撮像部２２からの撮像画像データを画像処理部２４によって処理し、主被写体の検出処理を行う。焦点検出は主被写体領域の近辺で行われ、システム制御部５０は被写体１３００の領域の近辺に焦点検出枠１３０１を配置して焦点検出処理の制御を行う。主被写体の検出結果は撮像画像中の被写体座標として出力される。
【００４８】
図１３（Ｂ）は撮像素子の読み出しタイミングを説明するタイミングチャートである。垂直同期信号ＶＤと、撮像素子の出力SensorOutを示す。図１３（Ｂ）にて焦点検出画素の読み出し行を灰色部分で区別して示している。撮像部２２において、撮像素子内の焦点検出画素の読み出し行は、主被写体領域の近辺に配置される焦点検出領域内の行として設定される。システム制御部５０は、主被写体に対して焦点検出処理を行い、フォーカスレンズを合焦位置へ移動させる制御を行う。主被写体領域の位置が変更された場合には、主被写体の座標に合わせて撮像部２２に対して焦点検出画素の読み出し行の設定が変更される。焦点検出画素の読み出し行の設定はシステム制御部５０から撮像部２２に対して通信により行われる。
【００４９】
主被写体の検出時に、シャッタ速度またはＩＳＯ感度が変更された場合、すなわち撮像素子の蓄積時間またはＳ／Ｎ比が変化した場合には、被写体１３００の領域の近辺において焦点検出画素の読み出し行数を変更する処理が行われる。
本実施例によれば、被写体輝度や撮像素子の感度設定によらず、また消費電力の増加を伴わずに、焦点検出精度の低下を抑制することができる。
【００５０】
[実施例２]
次に、本発明の実施例２を説明する。実施例１では焦点検出用画像を読み出すときに、Ａ像信号を読み出してから、ＦＤ部で加算されたＡ＋Ｂ像信号を読み出す例を説明した。本実施例では撮像部でＡ像信号を読み出した後、Ｂ像信号を読み出し、その後にＡ像信号とＢ像信号との加算を行う例を示す。なお、実施例１と同様の構成部についてはそれらの説明を省略し、相違点を説明する。
【００５１】
図１４は、撮像素子の読み出しタイミングを示す図であり、垂直同期信号ＶＤと水平同期信号ＨＤを示す。ＶＤに同期する、フレーム読み出し開始の基準信号に基づき、ＨＤに同期して行ごとに画素の信号読み出しが行われる。焦点検出画素の読み出し行は、焦点検出に用いるＡ像信号およびＢ像信号の読み出し行である。
ＨＤ期間中、通常行ではＡ＋Ｂ像信号の読み出しが行われる。焦点検出画素の読み出し行では、先にＡ像信号のみが出力され、全水平画素の信号読み出しが終了すると、続けてＢ像信号のみが出力される。焦点検出画素の信号読み出しが指定された行において信号の読み出しが終了すると、通常行の信号読み出しに戻り、画面全体の信号読み出しが行われる。
【００５２】
画像処理部２４は、撮像部２２および焦点検出部２３から読み出された画像信号、つまりＡ像信号とＢ像信号を下記式（２）に示すように加算して、表示および記録用画像のデータを生成する。
Ａ像とＢ像との加算画像信号＝ Ａ像信号 ＋ Ｂ像信号      （２）
【００５３】
一方、焦点検出処理では、Ａ像信号およびＢ像信号がそのまま使用され、両信号の相関演算が行われてデフォーカス量が算出される。
【００５４】
本実施例によれば、Ａ像信号の読み出し後にＢ像信号を読み出し、Ａ像信号とＢ像信号の加算処理を行う場合に焦点検出画素の読み出し行を変更する処理が行われるので、実施例１と同様の効果を奏する。
【００５５】
[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００５６】
２２  撮像部
２３  焦点検出部
５０  システム制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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