(57)【要約】      （修正有）【課題】シャッター速度が高速に設定され蓄積時間が短くなる場合や、１行あたりの読み出し時間が長くなる読み出しを行った場合に、誤差を生まず正確に位相差検出することができる撮像装置及び焦点検出装置を提供する。【解決手段】撮像素子１００から第１の信号を読み出した後、第３の信号を読み出す第１の駆動パターンと、撮像素子から第２の信号を読み出した後、第３の信号を読み出す第２の駆動パターンと、第１の駆動パターンで全ての行から信号を読み出す第１の読み出しモードと、第１の駆動パターンと第２の駆動パターンを所定の行単位で周期的に切り替えて、信号を読み出す第２の読み出しモードと、第１の信号と第２の信号の位相差に基づいて得られる相関量を算出する位相差演算手段とを有する。第２の読み出しモード時には、第１の駆動パターンで読み出した第１の信号と第２の駆動パターンで読み出した第２の信号の位相差に基づいて相関量を算出する。【選択図】図１
2019149608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光束を結像させる撮影光学系と、
マイクロレンズを有する画素が行列に配置され、前記画素は少なくとも２つ以上の光電変換部を有し、前記光電変換部のうちの第１光電変換部より前記撮影光学系の射出瞳の一部領域を通過した光束に基づく第１の信号と、前記光電変換部のうちの第２光電変換部より前記撮影光学系の射出瞳の前記一部領域とは異なる一部領域を通過した光束に基づく第２の信号と、前記撮影光学系の射出瞳の全領域を通過した光束に基づく第３の信号を取得することが可能な撮像素子と、
前記撮像素子から前記第１の信号を読み出した後、前記第３の信号を読み出す第１の駆動パターンと、前記撮像素子から前記第２の信号を読み出した後、前記第３の信号を読み出す第２の駆動パターンと、
前記第１の駆動パターンで全ての行から信号を読み出す第１の読み出しモードと、
前記第１の駆動パターンと前記第２の駆動パターンを所定の行単位で周期的に切り替えて、信号を読み出す第２の読み出しモードと、
前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に基づいて得られる相関量を算出する位相差演算手段とを有する撮像装置において、
前記第２の読み出しモード時には、前記第１の駆動パターンで読み出した前記第１の信号と前記第２の駆動パターンで読み出した前記第２の信号の位相差に基づいて得られる相関量を算出することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
さらに、上記第１の読み出しモードと上記第２の読み出しモードを選択する読み出しモード選択手段を有し、
前記読み出しモード選択手段は、前記第１の駆動パターンの前記第１の信号と前記第３の信号の蓄積時間の差による露光量差が所定値以上である場合は、前記第１の読み出しモードを選択し、前記第１の駆動パターンの前記第１の信号と前記第３の信号の蓄積時間の差による露光量差が所定値未満の場合は、前記第２の読み出しモードを選択することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置および焦点検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像素子中の画素が撮像レンズの異なる瞳面の光を受光するような構成によって、撮像と同時に位相差方式の焦点検出を行う技術がある。特許文献１から特許文献２においては、１つの画素の中にある、１つのマイクロレンズで集光されるフォトダイオード（以下ＰＤ）を分割することによって、撮像レンズの異なる瞳面の光を受光した各々のＰＤの信号から像ずれ量の検出すなわち位相差検出を行い、像ずれ量からピントのずれ量を計算し、焦点の検出を行っている。
【０００３】
また、１つのマイクロレンズで２つのＰＤを有する撮像素子の場合、２つのＰＤから個別に読み出すには、倍の読み出し時間がかかってしまう。特許文献３においては、１つのマイクロレンズで２つのＰＤを有する撮像素子での位相差検出の構成ではないが、２つの読み出し回路を共有するＰＤの信号を高速に読み出している。具体的には、リセット信号の読み出しを行い、その後１つめのＰＤの信号を読み出し、次に１つめのＰＤの信号に上乗せして２つめのＰＤの信号を読み出している。このようにすることで、２つのＰＤの加算信号から１つめのＰＤの信号を減算することで、２つめのＰＤの信号を得ることもでき、リセット信号の読み出し回数を減らすことで、高速化を実現している。
【０００４】
この技術は、撮像素子で位相差検出を行う場合においても高速化に寄与できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０８３４０７号公報
【特許文献２】特開２００１−２５０９３１号公報
【特許文献３】特開２００４−１３４８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の手法を用いて撮像素子で位相差検出を行う場合に、２つのＰＤの加算信号から１つ目のＰＤの信号を減算しても、正しく２つ目のＰＤの信号が得られない場合がある。具体的には、リセットを共有する２つのＰＤに対して、異なる時刻で読み出しが行われることで、後から読み出した２つのＰＤの加算信号の方が僅かに露光時間が長くなり、減算結果に誤差が生じてしまう。特に、シャッター速度が高速に設定され蓄積時間が短くなる場合や、１行あたりの読み出し時間が長くなる読み出しを行った場合に、演算結果の誤差が大きくなり、位相差検出の精度への影響が生じる。
【０００７】
そこで本発明では、シャッター速度が高速に設定され蓄積時間が短くなる場合や、１行あたりの読み出し時間が長くなる読み出しを行った場合に、誤差を生まず正確に位相差検出することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
撮影光束を結像させる撮影光学系と、マイクロレンズを有する画素が行列に配置され、前記画素は少なくとも２つ以上の光電変換部を有し、前記光電変換部のうちの第１光電変換部より前記撮影光学系の射出瞳の一部領域を通過した光束に基づく第１の信号と、前記光電変換部のうちの第２光電変換部より前記撮影光学系の射出瞳の前記一部領域とは異なる一部領域を通過した光束に基づく第２の信号と、前記撮影光学系の射出瞳の全領域を通過した光束に基づく第３の信号を取得することが可能な撮像素子と、前記撮像素子から前記第１の信号を読み出した後、前記第３の信号を読み出す第１の駆動パターンと、前記撮像素子から前記第２の信号を読み出した後、前記第３の信号を読み出す第２の駆動パターンと、前記第１の駆動パターンで全ての行から信号を読み出す第１の読み出しモードと、前記第１の駆動パターンと前記第２の駆動パターンを所定の行単位で周期的に切り替えて、信号を読み出す第２の読み出しモードと、前記第１の信号と前記第２の信号の位相差に基づいて得られる相関量を算出する位相差演算手段とを有し、
前記第２の読み出しモード時には、前記第１の駆動パターンで読み出した前記第１の信号と前記第２の駆動パターンで読み出した前記第２の信号の位相差に基づいて得られる相関量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シャッター速度が高速に設定され蓄積時間が短くなる場合や、１行あたりの読み出し時間が長くなる読み出しを行った場合に、異なるタイミングで読み出されるＰＤの信号の露光時間の差による誤差を生まず正確に位相差検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の撮像素子の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態の撮像素子の１画素の構成の概略を示す図である。
【図３】本発明の実施形態の撮像素子の画素アレイを概略的に示す図である。
【図４】物体の結像関係を模式的に示す図である。
【図５】本発明の画素の回路を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施形態の撮像素子の駆動パターンを示すタイミングチャートである。
【図７】Ａ像信号とＢ像信号の露光量差の関係を示す図である。
【図８】本発明の撮像素子の読み出しモードと駆動パターンを示す図である。
【図９】位相差方式の焦点検出を模式的に説明する図である。
【図１０】本発明の撮像装置の概略を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態の焦点調節を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
以下、本発明の第１の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の撮像素子の概略を示す図である。図１において撮像素子１００は、画素アレイ１０１と、画素アレイ１０１における行を選択する垂直選択回路１０２、画素アレイ１０１における列を選択する水平選択回路１０４を含む。また、画素アレイ１０１中の画素のうち垂直選択回路１０２によって選択される画素の信号を読み出す読み出し回路１０３、各回路の動作モードなどを外部から決定するためのシリアルインターフェイス１０５を含んで構成されうる。読み出し回路１０３は、信号を蓄積するメモリ、ゲインアンプ、ＡＤ変換器などを列毎に有する。
【００１２】
なお、撮像素子１００は、図示された構成要素以外にも、例えば、垂直選択回路１０２、水平選択回路１０４、信号読み出し部１０３等にタイミングを提供するタイミングジェネレータ或いは制御回路等を備える。
典型的には、垂直選択回路１０２は、画素アレイ１０１の複数の行を順に選択し読み出し回路１０３に読み出す。水平選択回路１０４は、読み出し回路１０３に読みだされた複数の画素信号を列毎に順に選択する。  図２は本発明の撮像素子１００の１画素の構成の概略を示す図である。２０１は画素を表す。一つの画素は、マイクロレンズ２０２を有する。また、一つの画素は、フォトダイオード（以下ＰＤ）を、ＰＤ２０３とＰＤ２０４の二つ有する。ＰＤ２０３とＰＤ２０４の各々の信号を読み出す転送スイッチ２０５、２０６と、ＰＤの信号を一時的に蓄積するフローティングディフュージョン２０７も有する。画素は、図示された構成要素以外にも、後述する複数の構成要素を備える。
【００１３】
図３は画素アレイ１０１を表す図である。画素アレイ１０１は、２次元の画像を提供するために、図２で示すような画素を複数２次元アレイ状に配列して構成される。３０１、３０２、３０３、３０４は画素である。３０１Ｌ、３０２Ｌ、３０３Ｌ、３０４Ｌが図２で示すところのＰＤ２０３であり、３０１Ｒ、３０２Ｒ、３０３Ｒ、３０４Ｒが図２で示すところのＰＤ２０４である。
【００１４】
図３のような画素構成を有する撮像素子１００における受光の様子について、図４を用いて説明する。図４は撮影レンズの射出瞳から出た光束が撮像素子１００に入射する概念図である。
【００１５】
４０１は画素アレイの断面を示す。４０２はマイクロレンズであり、４０３はカラーフィルターであり、４０４、４０５はフォトダイオードである。ＰＤ４０４、ＰＤ４０５が各々図２で示すところの、ＰＤ２０３、ＰＤ２０４である。４０６は撮影レンズの射出瞳を示す。
【００１６】
ここでは、マイクロレンズ４０２を有する画素に対して、射出瞳から出た光束の中心を光軸４０９とする。射出瞳から出た光は、光軸４０９を中心として撮像素子１００に入射される。４０７、４０８は撮影レンズの射出瞳の一部領域を表す。射出瞳の一部領域４０７を通過する光の最外周の光線を４１０、４１１で示し、射出瞳の一部領域４０８を通過する光の最外周の光線を４１２、４１３で示す。この図からわかるように、射出瞳から出る光束のうち、光軸４０９を境にして、上側の光束はＰＤ４０５に入射され、下側の光束はＰＤ４０４に入射される。つまり、ＰＤ４０４とＰＤ４０５は各々、撮影レンズの射出瞳の別の領域の光を受光している。
【００１７】
撮像素子には、撮像レンズの異なる射出瞳からの光を受光するＡ画素とＢ画素が２次元状に配置されている。図３を用いて説明すると、行３０５のうち、３０１Ｌ、３０２Ｌ、３０３Ｌ、３０４Ｌの画素をＡ画素と定義し、３０１Ｒ、３０２Ｒ、３０３Ｒ、３０４Ｒの画素をＢ画素と定義する。また、Ａ画素によって形成される像をＡ像、Ｂ画素によって形成されうる像をＢ像と定義する。
図５は、図２の画素部を構成する画素に関わる回路構成を示す等価回路図である。ここでは、模式的に３列１行分の画素を記載する。
【００１８】
図５において、２０１は画素を示す。２０３、２０４は前述のＰＤである。転送スイッチ２０５、２０６はそれぞれ転送パルスφＴＸ１、φＴＸ２によって駆動され、各々のＰＤ２０３、２０４で発生した光電荷をフローティングディフュージョン２０７に転送するスイッチである。ＦＤ２０７は電荷を一時的に蓄積するバッファとしての役割を有するフローティングディフュージョン部（ＦＤ）、５０１はソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプ、５０２は垂直選択パルスφＳＥＬによって画素を選択する選択スイッチである。ＦＤ２０７、増幅ＭＯＳアンプ５０１、及び図示しない定電流源からフローティングディフュージョンアンプが構成され、選択スイッチ５０２で選択された画素のＦＤ２０７の信号電荷が電圧に変換されて、垂直出力線５０３に出力され、読み出し回路１０３に読み出される。
【００１９】
５０４はリセットパルスφＲＥＳを受けてＶＤＤによりＦＤ２０７をリセットするリセットスイッチである。  上述したように、ＰＤ２０３及びＰＤ２０４はそれぞれに対応する転送スイッチ２０５、２０６を持つが、画素中の回路において、ＦＤ２０７以降で信号読み出しに用いる回路は共有する。このような構成にすることで、画素の縮小化を図ることができる。また、図示したように転送パルスφＴＸ１、φＴＸ２を提供する配線は１行の中で共有される。次に、上記構成を有する固体撮像素子の駆動方法について説明する。
【００２０】
図６は駆動パターンを示すタイミングチャートである。図６（ａ）により、１行の信号を読み出し回路に読み出す第１の駆動パターンについて示す。先ず、ｔ６０１の間に、φＲＥＳとφＴＸ１、φＴＸ２を同時に高電位（以下「Ｈ」）にすることで、リセットスイッチ５０４と転送スイッチ２０３、２０４がオンとなり、ＰＤ２０３、ＰＤ２０４、ＦＤ２０７の電位がＶＤＤにより初期電位にリセットされる。その後、φＴＸ１、φＴＸ２が低電位（以下「Ｌ」）になると、ＰＤ２０３、２０４において電荷蓄積が始まる。
【００２１】
次に、電荷蓄積時間に基づいて決められる所定時間経過後、ｔ６０２においてφＳＥＬをＨにして選択スイッチ５０２をオンすることで読み出し行を選択し、１行分の信号の読み出し動作が行われる。また同時にφＲＥＳをＬにして、ＦＤ２０７をリセット解除する。
【００２２】
ｔ６０３の間にφＴＮをＨにして、読み出し回路１０３に、ＦＤ２０７のリセット信号であるＮ信号を読み出し記録する。なお図示しないが、読み出し回路１０３では、φＴＮ、φＳ１、φＳ２の制御に基づいて、ＦＤ２０７の電位を垂直出力線を介し読み出し、各々信号を記録しておく。次に、ｔ６０４の間にφＴＸ１とφＳ１を同時にＨにして転送スイッチ２０５をオンすることで、ＰＤ２０３の光信号とＮ信号の加算信号である第１ＰＤ信号を読み出し回路１０３に記録する。次に、リセットスイッチ５０４をオンしない状態で、ｔ６０５の間にφＴＸ１、φＴＸ２とφＳ２を同時にＨにして転送スイッチ２０５、２０６をオンすることで、ＰＤ２０３の光信号とＰＤ２０４の光信号とＮ信号の加算信号である第２ＰＤ信号を読み出し回路１０３に記録する。
【００２３】
上記の動作で読み出し回路１０３に読み出されたＮ信号、第１ＰＤ信号、第２ＰＤ信号は、第１ＰＤ信号からＮ信号を差分したＡ像信号と、第２ＰＤ信号からＮ信号を差分した画像信号が水平走査回路で選択され撮像素子の外部に出力される。画像信号はＰＤ２０３とＰＤ２０４の信号を合成した信号であるので、画像信号からＡ像信号を減算することでＢ像信号が生成される。
【００２４】
ここで、本発明の課題であるＡ像信号とＢ像信号の露光量差について説明する。第１ＰＤ信号の蓄積期間は、ｔ６０１の終了からｔ６０４の終了までの蓄積期間ｔ６０６であるのに対し、第２ＰＤ信号の蓄積期間は、ｔ６０１の終了からｔ６０５の終了までの蓄積期間ｔ６０７となる。そのため、第２ＰＤ信号は、ｔ６０４の終了からｔ６０５の終了までの蓄積期間ｔ６０８の分、第１ＰＤ信号よりも長い蓄積期間となってしまう。また、第２ＰＤ信号には、第１ＰＤ信号に含まれないＡ像信号の成分として、蓄積期間ｔ６０８で発生したＰＤ２０３の光信号が含まれるため、Ｂ像信号の生成後においてもＡ像信号の成分がＢ像信号に残ってしまう。
【００２５】
尚、第２ＰＤ信号は、時刻ｔ６０３で一度φＴＸ１をオンしてＰＤ２０３の信号をＦＤ２０７に読み出した後、時刻ｔ６０５で、再びφＴＸ１をオンして、蓄積期間ｔ６０８で発生したＰＤ２０３の信号を読み出しているため、画像信号として使用する場合においては問題ない。
【００２６】
続いて、図６（ｂ）により、１行の信号を読み出し回路に読み出す第２の駆動パターンについて説明する。第１の駆動パターンの説明と重複する内容については省略する。
【００２７】
第２の駆動パターンでは、第１の駆動パターンに対して、φＴＸ１とφＴＸ２、φＳ１とφＳ２の制御をそれぞれ入れ替えることで、ＰＤ２０４の光信号とＮ信号の加算信号である第１ＰＤ信号を読み出し回路１０３に記録し、ＰＤ２０３の光信号とＰＤ２０４の光信号とＮ信号の加算信号である第２ＰＤ信号を読み出し回路１０３に記録している。
【００２８】
上記の動作で読み出し回路１０３に読み出されたＮ信号、第１ＰＤ信号、第２ＰＤ信号は、第１ＰＤ信号からＮ信号を差分したＢ像信号と、第２ＰＤ信号からＮ信号を差分した画像信号が水平走査回路で選択され撮像素子の外部に出力される。画像信号はＰＤ２０３とＰＤ２０４の信号を合成した信号であるので、画像信号からＢ像信号を減算することでＡ像信号が生成される。
【００２９】
図７は、図６（ａ）の動作で読み出した第１ＰＤ信号と第２ＰＤ信号に基づき、Ａ像信号、および、Ｂ像信号を算出した場合の露光量差を示す説明図である。
【００３０】
既に説明した通り、第１ＰＤ信号は、第２ＰＤ信号よりも図６のｔ６０４の終了からｔ６０５の終了の期間、すなわち、１行の読み出しに掛かる時間分だけ蓄積時間が短くなる。仮にＰＤ２０３、ＰＤ２０４が光学的に同じ露光量が得られるとすると、ｔ６０１で決まる蓄積時間が短くなるほど、相対的に蓄積時間差の影響は大きくなる。また、１行の読み出し時間が長くなることでも、相対的に蓄積時間差の影響は大きくなる。露光量差の影響は、後述する位相差検出の誤差として現れ、ピント精度に影響を及ぼす。
【００３１】
図８は、本実施例の撮像素子の読み出しモードと駆動パターンを示す説明図である。図８の左部は、撮像素子１００の画素アレイ１０１を示しており、Ｒ（０，０）画素には赤色のカラーフィルタ、Ｇ（０，０）、及び、Ｇ（１，０）画素には、緑色のカラーフィルタ、Ｂ（１，１）画素には青色のカラーフィルタが配置され、いわゆる、ベイヤ構造の画素配列を構成している。
【００３２】
本実施例においては、撮像素子からの信号を読み出す方式として、２つの読み出しモードを備える。第１の読み出しモードは、すべての行を第１の駆動パターンのみで読み出すモードであり、不図示の測距領域内のすべての画素から、Ａ像信号、および、Ｂ像信号を取得し、後述する位相差検出を行う。第１の読み出しモードは、測距領域内のすべての画素からＡ像信号、および、Ｂ像信号を使用することが可能であるため、Ｓ／Ｎに優れる。特に、低輝度時などで高精度な測距を可能とする。
【００３３】
第２の読み出しモードは、垂直方向にベイヤ単位で、第１の駆動パターンと第２の駆動パターンを交互に切り替えて読み出すモードであり、不図示の測距領域内の一部の画素から、Ａ像信号、および、Ｂ像信号を取得し、後述する位相差検出を行う。具体的には、第１の駆動パターンの第１ＰＤ信号の出力から得られるＡ像信号と、第２の駆動パターンの第１ＰＤ信号の出力から得られるＢ像信号を使用する。第２の読み出しモードは、上述した駆動パターンにより生じる露光量差を受けない画素のみを使用することで、特に、蓄積時間が短い場合や１行の読み出し時間が長い場合に高精度な測距を可能とする。  図９は、撮像素子で撮影レンズの射出瞳の別の領域の像が得られる特性を生かした、位相差検出による測距方法についての説明図である。
【００３４】
図９の上部は、撮像素子の測距視野内のＡ像信号とＢ像信号の画素配置を示し、下部に各ピント位置での像を示す。図９（ａ）は合焦状態、同（ｂ）は前ピン状態、同（ｃ）は後ピン状態を示す。Ａ像信号、Ｂ像信号の測距視野内のデータであるＡラインデータ、Ｂラインデータは、図９から分かるように、合焦状態、前ピン状態及び後ピン状態の何れであるかによりに２像の間隔が異なる。
【００３５】
像間隔が合焦状態の間隔になるように、撮像レンズのフォーカス用レンズを移動させて、ピントを合わせる。つまりフォーカス用レンズの移動量は、２像のずれ量から計算して求めることができる。
【００３６】
次に図１０に基づいて、上記で説明した実施の撮像素子を撮像装置であるデジタルカメラに適用した場合の一実施例について詳述する。
【００３７】
図１０において、１００１は被写体の光学像を撮像素子１００５に結像させるレンズ部で、レンズ駆動装置１００２によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などがおこなわれる。１００３はメカニカルシャッターでシャッター制御手段１００４によって制御される。１００５はレンズ部１００１で結像された被写体を画像信号として取り込むための撮像素子、１００６は固体撮像素子１００５より出力される画像信号に各種の補正を行ったり、データを圧縮したりする撮像信号処理回路である。
【００３８】
また、上述した測距演算回路も含む。１００７は固体撮像素子１００５、撮像信号処理回路１００６に、各種タイミング信号を出力する駆動手段であるタイミング発生回路、１００９は各種演算と撮像装置全体を制御する制御回路、１００８は画像データを一時的に記憶する為のメモリ、１０１０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、１０１１は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、１０１２は各種情報や撮影画像を表示する表示部である。
【００３９】
次に、前述の構成における撮影時のデジタルカメラの動作について説明する。
【００４０】
メイン電源がオンされると、コントロール系の電源がオンし、更に撮像信号処理回路１００６などの撮像系回路の電源がオンされる。
【００４１】
それから、図示しないレリーズボタンが押されると、撮像素子からのデータを元に上述した測距演算を行い、測距結果に基づいて被写体までの距離の演算を行う。その後、レンズ駆動装置１００２によりレンズ部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、再びレンズ部を駆動し測距を行う。
【００４２】
そして、合焦が確認された後に撮影動作が開始する。撮影動作が終了すると、固体撮像素子１００５から出力された画像信号は撮影信号処理回路１００６で画像処理をされ、制御回路１００９によりメモリに書き込まれる。撮影信号処理回路では、並べ替え処理、加算処理やその選択処理が行われる。メモリ１００８に蓄積されたデータは、制御回路１００９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１０１０を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１０１１に記録される。
【００４３】
また、図示しない外部Ｉ／Ｆ部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。
【００４４】
図１２は撮像素子から得られた像データから、ピントのずれ量を求め、焦点状態を調節するフローを示すフローチャートである。焦点調節が開始すると、Ｓ１１０１で、撮像素子からの読み出しモードを選択するための判定処理を行う。判定処理には、上述した同一行におけるＡ像信号とＢ像信号の蓄積時間差による露光量差が所定値以上であるか否かを、設定されている蓄積時間と１行あたりの読み出し時間に基づき判定する。例えば、図７において、0.1段以上の露光量差を閾値とすると、１行あたりの読み出し時間が１０μｓ、蓄積時間が１／２０００の場合は、所定値以下であると判定する。
【００４５】
また、同様に１行あたりの読み出し時間が１０μｓ、蓄積時間が１／４０００の場合は、所定値以上であると判定する。所定値以下と判定した場合は、Ｓ１１０２に移行し、撮像素子の読み出しモードとして、第１の読み出しモードを設定する。第１の読み出しモードは、上述の通り、測距領域内のすべての画素からＡ像信号、および、Ｂ像信号を構成して、位相差検出用の像信号を取得するモードである。
【００４６】
一方、所定値以上と判定した場合は、Ｓ１１０３に移行し、撮像素子の読み出しモードとして、第２の読み出しモードを設定する。第２の読み出しモードは、上述の通り、垂直方向にベイヤ単位で、第１の駆動パターンと第２の駆動パターンを交互に切り替えて読み出すモードであり、不図示の測距領域内の一部の画素からＡ像信号、および、Ｂ像信号を構成して、位相差検出用の像信号を取得するモードである。Ｓ１１０２、及び、Ｓ１１０３で撮像素子の読み出しモードを設定した後、Ｓ１１０４に移行する。
【００４７】
Ｓ１１０４では、撮像素子に対して、設定されている読み出しモードの駆動パターンによって、上述した蓄積動作、及び、読み出し動作が実行され、Ｓ１１０５に移行する。Ｓ１１０５では、撮像素子より読み出された出力信号から、設定されている読み出しモードに応じて、測距領域内の画素からＡ像信号、及び、Ｂ像信号を取得し、Ｓ１１０６に移行する。Ｓ１１０６では、Ａ像信号、及び、Ｂ像信号の相関が最大となるシフト量を算出する相関演算処理を行う。相関演算に用いる相関量（ｋ）は、例えば下記の式（１）で算出することができる。
【００４８】
【数１】
2019149608.tif 000003
【００４９】
式（１）で用いる変数ｋは、相関演算時のシフト量で、−ｋｍａｘ以上ｋｍａｘ以下の整数である。また、変数lは、相関量を算出する被写体領域の開始点、変数wは、相関量を算出する被写体領域のデータ長を示している。Ａ像、及び、Ｂ像の射出瞳面上の重心位置は、水平（Ｘ軸）方向に対称的に偏倚した光電変化部により像信号を生成するため、光束の進行角度の差による像ずれが生じる。故に、式（１）では、Ａ像、及びＢ像の被写体領域を変数kにより所定のシフト量で与えることで、Ａ像とＢ像の被写体領域の相関量を算出している。
【００５０】
各シフト量ｋについての相関量ＣＯＲ（ｋ）を求めた後、Ａ像とＢ像の相関が最も高くなるシフト量ｋ、すなわち、相関量ＣＯＲが最小となるシフト量ｋの値を求める。なお、相関量ＣＯＲ（ｋ）の算出時におけるシフト量ｋは整数とするが、相関量ＣＯＲ（ｋ）が最小となるシフト量ｋを求める場合には、デフォーカス量の精度を向上させるため、適宜補間処理を行いサブピクセル単位の値（実数値）を求める。本実施形態では、相関量ＣＯＲの差分値の符号が変化するシフト量ｄｋを、相関量ＣＯＲ（ｋ）が最小となるシフト量ｋとして算出する。
【００５１】
まず、相関量の差分値ＤＣＯＲを以下の式（２）に従って算出する。
【００５２】
ＤＣＯＲ（ｋ）＝ＣＯＲ（Ｋ）−ＣＯＲ（Ｋ−１）              ・・・（２）
そして、相関量の差分値ＤＣＯＲを用いて、差分量の符号が変化するシフト量ｄｋを求める。差分量の符号が変化する直前のｋの値をｋ１、符号が変化したｋの値をｋ２（ｋ２＝ｋ１＋１）とすると、シフト量ｄｋを、以下の式（３）に従って算出する。
【００５３】
ｄｋ＝ｋ１＋｜ＤＣＯＲ（ｋ１）｜／｜ＤＣＯＲ（ｋ１）−ＤＣＯＲ（ｋ２）｜
・・・（３）
【００５４】
以上のようにして、Ａ像とＢ像の相関量が最大となるシフト量ｄｋをサブピクセル単位で算出する。シフト量ｄｋに例えば不図示の不揮発性メモリに予め記憶された敏感度を乗じることで、シフト量ｄｋをデフォーカス量ＤＥＦに換算する。デフォーカス量ＤＥＦの算出を終えると、Ｓ１１０６の処理を終えＳ１１０７に移行する。なお、２つの１次元像信号の位相差を算出する方法は、ここで説明したものに限らず、公知の任意の方法を用いることができる。
【００５５】
Ｓ１１０７では、Ｓ１１０６で得られたデフォーカス量ＤＥＦに基づき、撮影レンズ１００１のレンズ駆動量を算出する。そして、Ｓ１１０９で、レンズ駆動量および駆動方向の情報を撮影レンズ１００１のフォーカス制御部１００２に送信する。フォーカス制御部１００２は、受信したレンズ駆動量と駆動方向の情報に基づいて、フォーカスフォーカスレンズを駆動する。これにより、撮影レンズ１００１の焦点調節が行われる。
【００５６】
以上述べたように、同一行におけるＡ像信号とＢ像信号の蓄積時間差による露光量差に応じて、第1の読み出しモードと第2の読み出しモードを選択することで、第１の読み出しモードでは、測距領域内のすべての画素からＡ像信号、および、Ｂ像信号を使用することで、Ｓ／Ｎに優れた高精度な測距を可能とし、第２の読み出しモードでは、上述した駆動パターンにより生じる露光量差を受けない画素のみを使用することで、特に、蓄積時間が短い場合や１行の読み出し時間が長い場合に高精度な測距が可能となる。
【符号の説明】
【００５７】
１００１  撮影レンズ、１００２  レンズ駆動装置、１００３  メカニカルシャッター、
１００４  シャッター制御手段、１００５  撮像素子、１００６  撮像信号処理回路、
１００７  タイミング発生部、１００８  メモリ、１００９  全体制御演算部（ＣＰＵ）、１０１０  記録媒体制御、Ｉ／Ｆ部、１０１１  記録媒体、１０１２  外部Ｉ／Ｆ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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