(57)【要約】【課題】高速な画像取得および高精度な焦点検出を両立させた撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、一つのマイクロレンズを共有するように第１および第２光電変換部を備えた撮像素子と、複数の第１および第２光電変換部のそれぞれに対して、第１および第２光電変換部の加算信号を生成する第１画像信号生成手段と、複数の第１光電変換部のうち一部の第１光電変換部の信号を生成する第２画像信号生成手段と、複数の第１および第２光電変換部のそれぞれに対して生成された加算信号のうち、一部の第１光電変換部に対応する加算信号を生成する第３画像信号生成手段と、第３画像信号生成手段により生成された一部の加算信号と第２画像信号生成手段により生成された一部の第１光電変換部の信号とを用いて、一対の位相差信号を生成する位相差信号生成手段と、一対の位相差信号を用いて位相差検出を行う位相差検出手段とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロレンズのそれぞれに対応する複数の第１光電変換部および複数の第２光電変換部を備え、該複数のマイクロレンズのうちの一つのマイクロレンズを共有するように、該第１光電変換部および該第２光電変換部を備えた撮像素子と、
前記複数の第１光電変換部および前記複数の第２光電変換部のそれぞれに対して、該第１光電変換部および該第２光電変換部の加算信号を生成する第１画像信号生成手段と、
前記複数の第１光電変換部のうち一部の第１光電変換部の信号を生成する第２画像信号生成手段と、
前記複数の第１光電変換部および前記複数の第２光電変換部のそれぞれに対して生成された前記加算信号のうち、前記一部の第１光電変換部に対応する加算信号を生成する第３画像信号生成手段と、
前記第３画像信号生成手段により生成された前記一部の加算信号と、前記第２画像信号生成手段により生成された前記一部の第１光電変換部の信号とを用いて、一対の位相差信号を生成する位相差信号生成手段と、
前記一対の位相差信号を用いて位相差検出を行う位相差検出手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子、前記第１画像信号生成手段、および、前記第２画像信号生成手段により、撮像部が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第３画像信号生成手段、前記位相差信号生成手段、および、前記位相差検出手段により、信号処理部が構成されてい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。
【請求項４】
前記第１画像信号生成手段により生成された前記加算信号の全てを用いて、表示用または記録用の画像信号を生成する画像処理手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の第１光電変換部のうち前記一部の第１光電変換部の信号を生成し、かつ該一部の第１光電変換部に対応する加算信号を生成するための情報を、前記第２画像信号生成手段および前記第３画像信号生成手段に出力する制御手段を更に有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】
前記第１画像信号生成手段および前記第２画像信号生成手段は、前記加算信号および前記一部の第１光電変換部の信号を順に、第３画像信号生成手段または前記位相差信号生成手段に出力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数の第１光電変換部のうち前記一部の第１光電変換部の信号を生成するための第１情報を、前記第２画像信号生成手段に出力する制御手段と、
前記第２画像信号生成手段から、前記一部の第１光電変換部に対応する加算信号を生成するための第２情報を前記第２画像信号生成手段から取得する抽出手段と、を更に有し、
前記抽出手段は、前記第２情報を前記第３画像信号生成手段に出力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８】
前記第１画像信号生成手段および前記第２画像信号生成手段は、前記第２情報、前記加算信号、および、前記一部の第１光電変換部の信号を順に、前記抽出手段、前記第３画像信号生成手段、または、前記位相差信号生成手段に出力することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第２画像信号生成手段は、全画素に対する一部の領域を切り出すことにより、前記一部の第１光電変換部の信号を生成する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。
【請求項１０】
前記第２画像信号生成手段は、所定の画素数おきに間引くことにより、前記一部の第１光電変換部の信号を生成する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。
【請求項１１】
前記第２画像信号生成手段は、複数の画素の加算処理または平均処理を行ってから圧縮処理を行うことにより、前記一部の第１光電変換部の信号を生成する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。
【請求項１２】
前記位相差信号生成手段は、前記第３画像信号生成手段により生成された前記一部の加算信号から、前記第２画像信号生成手段により生成された前記一部の第１光電変換部の信号を減算することにより、前記複数の第２光電変換部のうち一部の第２光電変換部の信号を生成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
撮影光学系を備えたレンズ装置と、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置と、を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１４】
複数のマイクロレンズのそれぞれに対応する複数の第１光電変換部および複数の第２光電変換部を備え、該複数のマイクロレンズのうちの一つのマイクロレンズを共有するように、該第１光電変換部および該第２光電変換部を備えた撮像装置の制御方法であって、
前記複数の第１光電変換部および前記複数の第２光電変換部のそれぞれに対して、該第１光電変換部および該第２光電変換部の加算信号を生成する第１ステップと、
前記複数の第１光電変換部のうち一部の第１光電変換部の信号を生成する第２ステップと、
前記複数の第１光電変換部および前記複数の第２光電変換部のそれぞれに対して生成された前記加算信号のうち、前記一部の第１光電変換部に対応する加算信号を生成する第３ステップと、
前記第２ステップで生成された前記一部の第１光電変換部の信号と、前記第３ステップで生成された前記一部の第１信号に対応する加算信号とを用いて、一対の位相差信号を生成する第４ステップと、
前記一対の位相差信号を用いて位相差検出を行う第５ステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１５】
コンピュータに、請求項１４に記載の撮像装置の制御方法を実行させるように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子の焦点検出画素を用いて位相差方式による焦点検出が可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズの焦点状態を検出する方式として、位相差検出方式（ずれ方式）がある。位相差検出方式では、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を二つに分割し、分割光束のそれぞれを一組の焦点検出用センサを用いて受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置のずれ量を検出することにより、合焦に必要な撮影レンズの駆動量を直接求める。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行えば、ピントずれの量および方向が得られるため、高速な焦点検出が可能である。
【０００３】
特許文献1には、位相差検出画素を備えた撮像素子を用いて、専用の焦点検出センサを不要として高速の位相差ＡＦを実現する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３４３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、位相差検出画素として用いる際には、一画素に含まれる二つのフォトダイオードから得られた信号を独立して取得する必要がある。一方、撮像画素として用いるには、一画素に含まれる二つのフォトダイオードから得られた信号を加算して画素単位の信号を取得する必要がある。このため、画素信号の読み出し時間が増加し、撮影画像の取得速度が低下してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、高速な画像取得および高精度な焦点検出を両立させた撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての撮像装置は、複数のマイクロレンズのそれぞれに対応する複数の第１光電変換部および複数の第２光電変換部を備え、該複数のマイクロレンズのうちの一つのマイクロレンズを共有するように、該第１光電変換部および該第２光電変換部を備えた撮像素子と、前記複数の第１光電変換部および前記複数の第２光電変換部のそれぞれに対して、該第１光電変換部および該第２光電変換部の加算信号を生成する第１画像信号生成手段と、前記複数の第１光電変換部のうち一部の第１光電変換部の信号を生成する第２画像信号生成手段と、前記複数の第１光電変換部および前記複数の第２光電変換部のそれぞれに対して生成された前記加算信号のうち、前記一部の第１光電変換部に対応する加算信号を生成する第３画像信号生成手段と、前記第３画像信号生成手段により生成された前記一部の加算信号と、前記第２画像信号生成手段により生成された前記一部の第１光電変換部の信号とを用いて、一対の位相差信号を生成する位相差信号生成手段と、前記一対の位相差信号を用いて位相差検出を行う位相差検出手段とを有する。
【０００８】
本発明の他の側面としての撮像システムは、撮影光学系を備えたレンズ装置と、前記撮像装置とを有する。
【０００９】
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、複数のマイクロレンズのそれぞれに対応する複数の第１光電変換部および複数の第２光電変換部を備え、該複数のマイクロレンズのうちの一つのマイクロレンズを共有するように、該第１光電変換部および該第２光電変換部を備えた撮像装置の制御方法であって、前記複数の第１光電変換部および前記複数の第２光電変換部のそれぞれに対して、該第１光電変換部および該第２光電変換部の加算信号を生成する第１ステップと、前記複数の第１光電変換部のうち一部の第１光電変換部の信号を生成する第２ステップと、前記複数の第１光電変換部および前記複数の第２光電変換部のそれぞれに対して生成された前記加算信号のうち、前記一部の第１光電変換部に対応する加算信号を生成する第３ステップと、前記第２ステップで生成された前記一部の第１光電変換部の信号と、前記第３ステップで生成された前記一部の第１信号に対応する加算信号とを用いて、一対の位相差信号を生成する第４ステップと、前記一対の位相差信号を用いて位相差検出を行う第５ステップとを有する。
【００１０】
本発明の他の側面としてのプログラムは、コンピュータに、前記撮像装置の制御方法を実行させるように構成されている。
【００１１】
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明によれば、高速な画像取得および高精度な焦点検出を両立させた撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における撮像システムの構成図である。
【図２】実施例１における撮像素子の画素部の構成図である。
【図３】実施例１における撮像素子の全体構成図である。
【図４】実施例１における撮像素子の断面図である。
【図５】実施例１における画像信号のタイミングチャートである。
【図６】実施例２における撮像システムの構成図である。
【図７】実施例２における画像信号のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【実施例１】
【００１６】
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における撮像システムの概略構成について説明する。図１は、本実施例における撮像システム１００の構成図である。
【００１７】
１０１は、ズームレンズ、絞り、フォーカスレンズ、および、シフトレンズなどを備えて構成される光学系（撮影光学系）である。１０２は、後述するＡＦ制御手段１１０から出力されるフォーカス情報や、後述するシステム制御手段１１１（制御手段）からの光学系駆動情報に応じて光学系１０１を制御する光学系駆動手段である。
【００１８】
１０３はＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子であり、光学系１０１を介して被写体像（光学像）を光電変換する。また撮像素子１０３は、射出瞳を分割した複数の領域を通る複数の光束をそれぞれ受光する複数の光電変換部（第１光電変換部および第２光電変換部）を有する。
【００１９】
１０４は、第１画像信号生成手段である。第１画像信号生成手段１０４は、撮像素子１０３から出力される瞳分割された複数の画像信号に基づいて、表示用および記録用の第１画像信号を生成する。本実施例において、より具体的には、第１画像信号生成手段１０４は、複数の光電変換部２０１、２０２（第１光電変換部および複数の第２光電変換部）のそれぞれに対して、光電変換部２０１、２０２の加算信号を生成する。
【００２０】
１０５は、第２画像信号生成手段である。第２画像信号生成手段１０５は、システム制御手段１１１からの画像削減情報に基づいて、撮像素子１０３から出力される瞳分割された複数の画像信号を削減し、位相差検出用の第２画像信号を生成する。本実施例において、第２画像信号生成手段は、複数の光電変換部２０１のうち一部の光電変換部２０１の信号を生成する。なお、画像削減情報とは、複数の光電変換部２０１のうち一部の光電変換部２０１の信号を生成し、かつ一部の光電変換部２０１に対応する加算信号を生成するための情報である。本実施例において、システム制御手段１１１は、画像削減情報を、第２画像信号生成手段１０５および第３画像信号生成手段１０７に出力する。
【００２１】
本実施例において、撮像素子１０３、第１画像信号生成手段１０４、および、第２画像信号生成手段１０５により、撮像部１２０が構成される。撮像部１２０は、表示／記録用の画像信号および位相差検出用の画像信号を信号処理部１３０に出力する。撮像部１２０（すなわち、撮像素子１０３、第１画像信号生成手段１０４、および、第２画像信号生成手段１０５）は、同一の部材（デバイス）で構成することができるが、互いに別の部材（デバイス）で構成してもよい。
【００２２】
１０６は画像処理手段である。画像処理手段１０６は、第１画像信号生成手段１０４から得られた画像信号に対して画像処理を行い、表示／記録用の画像信号を生成する。画像処理手段１０６により生成された表示／記録用の画像信号は、表示部１１２および記録部１１３に出力される。このように画像処理手段１０６は、第１画像信号生成手段１０４により生成された加算信号の全てを用いて、表示用または記録用の画像信号を生成する。
【００２３】
１０７は第３画像信号生成手段である。第３画像信号生成手段１０７は、システム制御手段１１１から得られた画像削減情報に基づき、第１画像信号生成手段１０４から得られた画像信号（第１画像信号）の少なくとも一部を削減し、第３画像信号（一部の加算信号）を生成する。このとき、第３画像信号生成手段１０７は、第３画像信号と、第２画像信号生成手段１０５から出力された第２画像信号（位相差検出用の画像信号）とを対応付ける。すなわち第３画像信号生成手段１０７は、撮像素子１０３上での瞳分割された画素として第３画像信号と第２画像信号とを互いに対応付けるように、第１画像信号の一部を削減して（画像削減して）第３画像信号を生成する。このように第３画像信号生成手段１０７は、複数の光電変換部２０１および複数の光電変換部２０２のそれぞれに対して生成された加算信号のうち、一部の光電変換部２０１に対応する加算信号を生成する。
【００２４】
１０８は、位相差信号生成手段である。位相差信号生成手段１０８は、第３画像信号生成手段１０７から出力された第３画像信号と、第２画像信号生成手段１０５から出力された第２画像信号（位相差検出用の画像信号）とを用いて、撮像素子１０３の瞳分割された画像信号を生成する。すなわち、第３画像信号から第２画像信号を減算することにより、位相差検出に必要な位相差信号（一対の位相差信号）、すなわち複数の光電変換部２０２のうち一部の光電変換部２０２の信号を生成する。このように位相差信号生成手段１０８は、第３画像信号生成手段１０７により生成された一部の加算信号と、第２画像信号生成手段１０５により生成された一部の光電変換部２０１の信号とを用いて、一対の位相差信号を生成する。
【００２５】
１０９は位相差検出手段である。位相差検出手段１０９は、一対の位相差信号に対して相関演算を行うことにより、位相差情報（デフォーカス量）を算出する。１１０はＡＦ制御手段である。ＡＦ制御手段１１０は、位相差検出手段１０９により算出された位相差情報に基づいて、光学系１０１のフォーカス位置を制御するためのフォーカス情報を算出する。すなわち位相差検出手段１０９は、一対の位相差信号を用いて位相差検出を行う。本実施例において、画像処理手段１０６、第３画像信号生成手段１０７、位相差信号生成手段１０８、位相差検出手段１０９、および、ＡＦ制御手段１１０により、信号処理部１３０が構成される。
【００２６】
１１１は、撮像システム１００の全体を制御するシステム制御手段である。システム制御手段１１１は、ユーザの指示、撮影シーンの検出、または、被写体に応じた撮影情報などに基づいて、焦点検出を行う位置や大きさを設定して画像削減方法を決定する。そしてシステム制御手段１１１は、第２画像信号生成手段１０５および第３画像信号生成手段１０７に対して画像削減情報を出力する。
【００２７】
なお本実施例において、撮像システム１００は、光学系１０１と撮像部１２０などを備えた撮像装置本体とが一体的に構成されているが、これに限定されるものではない。本実施例は、撮像装置本体と、撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置（光学系１０１）とを備えて構成される撮像システムにも適用可能である。
【００２８】
続いて、図２および図３を参照して、本実施例における撮像素子１０３の構成について説明する。本実施例の撮像素子１０３は、ＸＹアドレス型の走査方法を用いた撮像素子であり、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。
【００２９】
図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、撮像素子１０３の画素部２０３の構造を示す上面図および回路図である。撮像素子１０３の画素部２０３は、入射光を電荷に変換する複数の光電変換部（複数のフォトダイオード）を備えて構成されている。図２（ａ）の上面図では、一例として、画素部２０３に二つの光電変換部２０１、２０２（第１光電変換部および第２光電変換部）が設けられた構成を示しており、複数の光電変換部２０１、２０２が一つのマイクロレンズ２０４を共有する構造を有する。また、撮像素子１０３上に存在する他の画素部についても、図２（ａ）に示されるような位置関係に複数の光電変換部が配置されており、便宜上、ここでは、光電変換部２０１、２０２をそれぞれＰＤ１、ＰＤ２という。このように撮像素子１０３は、複数のマイクロレンズのそれぞれに対応する複数の光電変換部２０１、２０２（複数の第１光電変換部および複数の第２光電変換部）を備えている。また撮像素子１０３は、複数のマイクロレンズのうちの一つのマイクロレンズ２０４を共有するように、光電変換部２０１、２０２（第１光電変換部および第２光電変換部）を備えている。
【００３０】
図３は、画素部２０３を含む撮像素子１０３の全体構成図である。図３においては、説明を分かり易くするために３行×４列分の画素部２０３が配列された構成を示しているが、実際には通常、数十万〜数千万の画素部２０３が配列されている。また、実際の撮像素子１０３は、画素部２０３が所定のアスペクト比で２次元状に配置される。また、画素部２０３ごとにＲ、Ｇ、Ｂいずれかの色相のカラーフィルタにより覆われていてもよく、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタがベイヤー配列で配置されるように構成してもよい。
【００３１】
以下、図２（ａ）、（ｂ）、および、図３を参照して、撮像素子１０３における各ブロックの動作について説明する。２０６は、光電変換部２０１、２０２で発生した電荷を一時的に蓄積する蓄積領域となるＦＤ（フローティングデフュージョン部）である。２０５は、光電変換部２０１で発生した電荷を転送パルスｐＴＸによってＦＤ２０６に転送する転送スイッチ群である。２０７は、リセットパルスｐＲＥＳによってＦＤ２０６に蓄積された電荷を除去するリセットスイッチである。２０８は、ソースフォロアアンプとして機能する増幅ＭＯＳアンプである。
【００３２】
転送スイッチ２０５、リセットスイッチ２０７、および、選択スイッチ３０２のゲート電極は、行単位で、ｐＴＸ、ｐＲＥＳ、ｐＳＥＬを供給する信号線にそれぞれに接続され、垂直走査回路３０１によって選択走査される。また、リセットスイッチ２０７および増幅ＭＯＳアンプ２０８は、電源ライン２０９に接続されている。３０４は、増幅ＭＯＳアンプ２０８の負荷となる定電流源である。画素部２１１および定電流源３０４は、信号出力線２１０を介して、列ＡＤ変換回路３０５に列単位で接続される。ＦＤ２０６、増幅ＭＯＳアンプ２０８、および、定電流源３０４により、フローティングディフュージョンアンプが構成される。選択スイッチ３０２で選択された画素の信号電荷が電圧に変換され、信号出力線２１０を経て、列ＡＤ変換回路３０５に出力される。
【００３３】
列ＡＤ変換回路３０５は、画素部２１１から出力される電圧信号をデジタルコードに変換する回路である。列ＡＤ変換回路３０５は、一般的には、電圧信号とランプ波形とをコンパレータで比較し、ランプ波形出力の開始とともにカウンターを回すことで、電圧信号とランプ波形とが一致したときのカウンター値をデジタルコードとして変換するように構成されている。３０６は、列ＡＤ変換回路３０５でデジタルコードに変換された画素部２１１の出力をデジタル信号として記憶するラインメモリである。タイミング制御回路３０７は、システム制御手段１１１からの指示情報に基づいて、ラインメモリ３０６に記憶されているデジタル信号を画像信号として出力する。また、タイミング制御回路３０７は、図２（ａ）に示されるような隣り合う２つの光電変換部２０１、２０２のデジタル信号（画像信号）を同時刻にラインメモリ３０６から読み出す。また、タイミング制御回路３０７は、光電変換部２０１、２０２から読み出したデジタル信号を信号処理により加算して出力し、または、光電変換部２０１、２０２の少なくとも一方のデジタル信号を独立して出力するように構成されている。
【００３４】
続いて図４を参照して、撮像素子１０３を用いた位相差方式による焦点検出について説明する。図４は、撮像素子１０３（図２（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図である。４０１は、像側から見た撮像レンズ（光学系１０１）の射出瞳である。合焦時の撮像レンズの結像面４０６から射出瞳４０１までの距離を射出瞳位置と呼ぶ。射出瞳位置は、図示していないレンズの絞りよりも後方（結像面側）にあるレンズ群の曲率や絞りとの位置関係などに応じて変化する。また射出瞳の大きさは、絞りの径に応じて変化する。４０４、４０５は、それぞれ、マイクロレンズ２０４により射出瞳位置に投影された光電変換部２０２、２０１の射出瞳である。射出瞳４０５を通る光束４０３（瞳分割された光束：Ｂ像）は、光電変換部２０１に入射するように設計されている。一方、射出瞳４０４を通る光束４０２（瞳分割された光束：Ａ像）は、光電変換部２０２に入射するように設計されている。
【００３５】
また、図示されていない撮像素子１０３を構成する他の画素部についても同様に設計されており、光電変換部２０１と同じに位置する複数の光電変換部（ＰＤ１）には、撮像レンズの射出瞳４０１のうち左側の射出瞳４０４の領域で見た像が得られる。同様に、光電変換部２０２と同じに位置する複数の光電変換部（ＰＤ２）には、撮像レンズの射出瞳４０１のうち右側の射出瞳４０５の領域で見た像が得られる。本実施例において、光束４０２によって撮像素子１０３上で得られる像をＡ像、光束４０３によって撮像素子１０３上で得られる像をＢ像とすると、合焦状態に応じて、画像信号上で視差を含む信号が得られる。
【００３６】
次に、撮像素子１０３で生成された画像信号を用いた信号処理について説明する。第１画像信号生成手段１０４は、撮像素子１０３から読み出された画像信号（Ａ像信号およびＢ像信号）を用いて、画素単位の画像信号を生成する。Ａ像信号およびＢ像信号は、同一のマイクロレンズを通った光束（画素）を、視差を含む画素信号として２分割した信号である。このため、Ａ像信号およびＢ像信号の加算処理を行わないと、画像信号の数は画素部２０３の数の２倍になる。Ａ像およびＢ像の画像信号を１画素とすることにより、画素部２０３と同じ画素数が出力される。本実施例では、Ａ像信号およびＢ像信号を加算して画素単位の画像信号とする信号処理を行う。ここでは、第１画像信号生成手段１０４により生成された第１画像信号（Ａ像信号およびＢ像信号の加算信号）を「Ａ＋Ｂ像」という。Ａ像信号およびＢ像信号の加算方法は、画素部２０３から読み出されたＡ像信号およびＢ像信号の電荷を利用して加算することができる。または、撮像部１２０内でＡ像信号およびＢ像信号のそれぞれのＡ／Ｄ変換を行った後にＡ像信号およびＢ像信号（デジタル化されたＡ像信号およびＢ像信号）を加算するように構成してもよい。
【００３７】
第２画像信号生成手段１０５は、撮像素子１０３から読み出された画像信号から、システム制御手段１１１から得られた画像削減情報に基づいて、撮像素子１０３から出力される瞳分割された複数の画像信号（複数のＡ像信号または複数のＢ像信号）を削減する。これにより、第２画像信号生成手段１０５は、位相差検出用の画像信号（削減された複数のＡ像信号またはＢ像信号）を生成する。
【００３８】
具体的には、第２画像信号生成手段１０５は、複数の画素部２０３のそれぞれから読み出された複数のＡ像信号または複数のＢ像信号のいずれかの信号の数を削減する。本実施例では、複数のＡ像信号に対して削減を行うものとして説明するが、これに限定されるものではなく、複数のＢ像信号に対して削減を行うようにしてもよい。削減方法としては、全画素に対して一部の領域を切り出す方法、数画素おきに間引く方法、または、複数の画素を加算または平均してから圧縮する方法などがある。すなわち第２画像信号生成手段１０５は、全画素に対する一部の領域を切り出すこと、所定の画素数おきに間引くこと、または、複数の画素の加算処理または平均処理を行ってから圧縮処理を行うことにより、一部の光電変換部２０１の信号を生成する。このように、本実施例における画像削減情報とは、画像信号の切り出し座標情報、間引き率情報、または、圧縮率情報などである。本実施例における画像削減処理は、画素部からの電荷読み出し時に行うことができる。または、撮像部１２０内でＡ／Ｄ変換を行った後に画像削減処理を行ってもよい。
【００３９】
第１画像信号生成手段１０４で生成された第１画像信号（Ａ＋Ｂ像）、および、第２画像信号生成手段１０５で生成された第２画像信号（削減されたＡ像）は、撮像部１２０から信号処理部１３０に対して伝送される。
【００４０】
続いて、図５を参照して、撮像部１２０から信号処理部１３０に対する伝送時間（伝送タイミング）について説明する。図５は、本実施例における画像信号のタイミングチャートである。本実施例では、水平同期期間中に、同一伝送路かつ同一データレートで、Ａ像およびＡ＋Ｂ像が順次伝送される。すなわち第１画像信号生成手段１０５および第２画像信号生成手段１０５は、加算信号（Ａ＋Ｂ像）および一部の光電変換部２０１の信号（Ａ像）を順に、第３画像信号生成手段１０７または位相差信号生成手段１０８に出力する。
【００４１】
図５（ａ）は、比較例として、第２画像信号（Ａ像）を削減しない場合のタイミングチャートを示している。一方、図５（ｂ）は、本実施例において第２画像信号（Ａ像）を削減した場合のタイミングチャートを示している。図５（ａ）、（ｂ）を比較するとわかるように、Ａ像を削減しない状態（図５（ａ））に対して、Ａ像を水平方向に削減した状態（図５（ｂ））とすることにより、画像信号の伝送時間を減らすことができる。また、Ａ像を垂直方向にも削減すれば、さらに伝送時間を減らすことが可能となる。
【００４２】
画像処理手段１０６は、第１画像信号生成手段１０４から得られたＡ＋Ｂ像に対し、アパーチャ補正、ガンマ補正、および、ホワイトバランスなどの画像処理を行い、表示／記録用の画像信号を生成する。生成された表示／記録用の画像信号は、表示部１１２および記録部１１３に出力される。
【００４３】
第３画像信号生成手段１０７は、第１画像信号生成手段１０４から得られたＡ＋Ｂ像に対し、システム制御手段１１１から得られた画像削減情報に基づいて、第２画像信号生成手段１０５で行った方法と同様の方法により画像信号（Ａ＋Ｂ像）を削減する。これにより第３画像信号生成手段１０７は、第３画像信号（削減されたＡ＋Ｂ像）を生成する。図５（ｃ）は、このときの状態を示している。画像の削減方法が切り出しや間引きによる場合、第３画像信号生成手段１０７は、画像（画素）の切り出し位置や、間引きの開始位置および間引き率を、第２画像信号生成手段１０５で行われた切り出し位置や、間引きの開始位置および間引き率と一致させる。また、画像の削減方法が加算処理や平均処理による削減である場合、加算処理や平均処理に要する画素数および画素位置を、第２画像信号生成手段１０５による処理での画素数および画素位置と一致させる。これにより、第２画像信号生成手段１０５から出力されるＡ像、および、第３画像信号生成手段１０７から出力されるＡ＋Ｂ像は、撮像素子１０３上での瞳分割された画素位置に対応付けられる。
【００４４】
位相差信号生成手段１０８は、第３画像信号生成手段１０７から出力されたＡ＋Ｂ像（削減されたＡ＋Ｂ像）、および、第２画像信号生成手段１０５から出力された位相差検出用のＡ像（削減されたＡ像）を用いて、位相差検出用のＢ像を生成する。Ｂ像は、撮像素子１０３の瞳分割されたＡ像と対になる像である。これにより、図５（ｄ）に示されるように、位相差検出に必要な位相差信号Ａ像およびＢ像が生成される。本実施例では、第１画像信号生成手段１０４がＡ＋Ｂ像（Ａ像およびＡ像と対になるＢ像の加算信号）を生成している。このため、位相差信号生成手段１０８は、Ａ＋Ｂ像からＡ像を減算することにより、Ｂ像（削減されたＢ像）を生成する。
【００４５】
位相差検出手段１０９は、一対の位相差信号（削減されたＡ像信号とＢ像信号）に基づいて自己相関処理を行い、撮影光学系（光学系１０１）の位相差情報を算出する。自己相関処理とは、一対の位相差信号の位相差ズレを高精度に計算する手法であり、位相差方式の焦点検出演算として一般的に用いられる方式である。このため、その手法についての詳細説明は省略する。ＡＦ制御手段１１０は、位相差検出手段１０９により算出された位相差情報に基づいて、目標フォーカス位置を決定する。そしてＡＦ制御手段１１０は、現在のフォーカス位置からの移動方向および移動量をフォーカス情報として、光学系駆動手段１０２に出力する。
【００４６】
本実施例の撮像システム１００（撮像装置）によれば、高速な画像取得および高精度な焦点検出を両立させることができる。
【実施例２】
【００４７】
次に、図６を参照して、本発明の実施例２における撮像システムの概略構成について説明する。図６は、本実施例における撮像システム１００ａの構成図である。本実施例は、第３画像信号生成手段１０７に対する画像削減情報を撮像部１２０から送信されるように構成されている点で、第３画像信号生成手段１０７に対する画像削減情報をシステム制御手段１１１から送信されるように構成されている実施例１とは異なる。本実施例の撮像システム１００ａにおける他の構成は、図１を参照して説明した実施例１の撮像システム１００と同様であるため、それらの説明は省略する。
【００４８】
第２画像信号生成手段１０５は、システム制御手段１１１から得られた画像削減情報に基づいて、撮像素子１０３から出力される瞳分割された複数の画像信号を削減し、位相差検出用の第２画像信号（削減されたＡ像信号）を生成する。また第２画像信号生成手段１０５は、画像削減情報を第２画像信号に重畳して出力する。
【００４９】
１１４は削減情報抽出手段（抽出手段）である。削減情報抽出手段１１４は、第２画像信号に重畳された画像削減情報を抽出し、画像削減情報を第３画像信号生成手段１０７に出力する。第３画像信号生成手段１０７は、削減情報抽出手段１１４から得られた画像削減情報に基づいて、第１画像信号生成手段１０４から得られた画像信号（第１画像信号：Ａ＋Ｂ像）を削減し、第３画像信号（削減されたＡ＋Ｂ像）を生成する。このとき、第３画像信号生成手段１０７は、第３画像信号と、第２画像信号生成手段１０５から出力された第２画像信号（位相差検出用の画像信号）とを対応付ける。すなわち第３画像信号生成手段１０７は、撮像素子１０３上での瞳分割された画素として第３画像信号と第２画像信号とを互いに対応付けるように、第１画像信号の一部を削減して（画像削減して）第３画像信号を生成する。
【００５０】
このようにシステム制御手段１１１は、複数の光電変換部２０１のうち一部の光電変換部２０１の信号を生成するための第１情報を、第２画像信号生成手段１０５に出力する。また削減情報抽出手段１１４は、第２画像信号生成手段１０５から、一部の光電変換部２０１に対応する加算信号を生成するための第２情報を第２画像信号生成手段１０５から取得する。そして削減情報抽出手段１１４は、第２情報を第３画像信号生成手段１０７に出力する。
【００５１】
システム制御手段１１１は、ユーザの指示、撮影シーンの検出、または、被写体に応じた撮影情報などに基づいて、焦点検出を行う位置や大きさを設定して画像削減方法を決定する。そしてシステム制御手段１１１は、第２画像信号生成手段１０５に対して画像削減情報を出力する。なお、撮像素子１０３で生成された画像信号を用いた信号処理は、基本的には実施例１と同様であるため、その説明は省略する。第１画像信号生成手段１０４で生成された第１画像信号（Ａ＋Ｂ像）、第２画像信号生成手段１０５で生成された第２画像信号（削減されたＡ像）、および、画像削減情報は、撮像部１２０から信号処理部１３０に対して伝送される。本実施例では、画像信号（第１画像信号および第２画像信号）に画像削減情報を重畳することにより、１フレームの画像の途中で画像削減方法が切り替わった場合に画像削減情報を変更する。
【００５２】
続いて、図７を参照して、撮像部１２０から信号処理部１３０に対する伝送時間（伝送タイミング）について説明する。図７は、本実施例における画像信号のタイミングチャートである。本実施例では、水平同期期間中に、同一伝送路かつ同一データレートで、画像削減情報、Ａ像、および、Ａ＋Ｂ像が順次伝送される。すなわち第１画像信号生成手段１０４および第２画像信号生成手段１０５は、第２情報、加算信号、および、一部の光電変換部２０１の信号を順に、削減情報抽出手段１１４、第３画像信号生成手段１０７、または、位相差信号生成手段１０８に出力する。
【００５３】
図７（ａ）は、比較例として、第２画像信号（Ａ像）を削減しない場合のタイミングチャートを示している。一方、図７（ｂ）は、本実施例において第２画像信号（Ａ像）を削減した場合のタイミングチャートを示している。図７（ａ）、（ｂ）を比較するとわかるように、Ａ像を削減しない状態（図７（ａ））に対して、Ａ像を水平方向に削減した状態（図７（ｂ））とすることにより、画像信号の伝送時間を減らすことができる。また、Ａ像を垂直方向にも削減すれば、さらに伝送時間を減らすことが可能となる。
【００５４】
削減情報抽出手段１１４は、画像信号に重畳された画像削減情報を抽出し、抽出した画像削減情報を第３画像信号生成手段１０７に出力する。第３画像信号生成手段１０７は、第１画像信号生成手段１０４から得られたＡ＋Ｂ像に対し、システム制御手段１１１から得られた画像削減情報に基づいて、第２画像信号生成手段１０５で行った方法と同様の方法により画像信号（Ａ＋Ｂ像）を削減する。これにより第３画像信号生成手段１０７は、第３画像信号（削減されたＡ＋Ｂ像）を生成する。図７（ｃ）は、このときの状態を示している。画像の削減方法が切り出しや間引きによる場合、第３画像信号生成手段１０７は、画像（画素）の切り出し位置や、間引きの開始位置および間引き率を、第２画像信号生成手段１０５で行われた切り出し位置や、間引きの開始位置および間引き率と一致させる。また、画像の削減方法が加算処理や平均処理による削減である場合、加算処理や平均処理に要する画素数および画素位置を、第２画像信号生成手段１０５による処理での画素数および画素位置と一致させる。これにより、第２画像信号生成手段１０５から出力されるＡ像、および、第３画像信号生成手段１０７から出力されるＡ＋Ｂ像は、撮像素子１０３上での瞳分割された画素位置に対応付けられる。
【００５５】
位相差信号生成手段１０８は、第３画像信号生成手段１０７から出力されたＡ＋Ｂ像（削減されたＡ＋Ｂ像）、および、第２画像信号生成手段１０５から出力された位相差検出用のＡ像（削減されたＡ像）を用いて、位相差検出用のＢ像を生成する。Ｂ像は、撮像素子１０３の瞳分割されたＡ像と対になる像である。これにより、図７（ｄ）に示されるように、位相差検出に必要な位相差信号Ａ像およびＢ像が生成される。本実施例では、第１画像信号生成手段１０４がＡ＋Ｂ像（Ａ像およびＡ像と対になるＢ像の加算信号）を生成している。このため、位相差信号生成手段１０８は、Ａ＋Ｂ像からＡ像を減算することにより、Ｂ像（削減されたＢ像）を生成する。
【００５６】
本実施例の撮像システム１００ａ（撮像装置）によれば、画像信号（第１画像信号および第２画像信号）に画像削減情報を重畳させることにより、画像の途中で画像削減方法が切り替わった場合においても即時に対応することが可能となる。
【００５７】
［その他の実施形態］
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
【００５８】
各実施例によれば、高速な画像取得および高精度な焦点検出を両立させた撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１  光学系
１０３  撮像素子
１０４  第１画像信号生成手段
１０５  第２画像信号生成手段
１０６  画像処理手段
１０７  第３画像信号生成手段
１０８  位相差信号生成手段
１０９  位相差検出手段
【図２】
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【図４】
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【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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