(57)【要約】【課題】焦点検出用画素を有する撮像素子のＡＦ機能における、高速・高精度なＡＦを実現することができる撮像装置を提供する。【解決手段】動き検出部１２の検出結果、第１焦点検出部１３の検出結果、及び第２焦点検出部１４の検出結果に基づき、信頼性を判断する信頼性判断部１５と、信頼性判断部１５の判断結果、及び動き検出部１２の検出結果に基づき、ライブビュー表示における、焦点検出用画素の信号を読み出す、読み出し領域の設定を行う焦点検出領域設定部１６と、信頼性判断部１５の判断結果に基づき、ライブビュー表示における、撮像用画素及び焦点検出用画素の信号を読み出す、読み出しモードの設定を行う駆動設定部１７と、を備える。【選択図】図１
2015114554.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る被写体像を光電変換し撮像画像生成用信号を生成する撮像用画素と、
前記撮像用画素の間に離散的に配置され、焦点検出のための瞳分割機能を有し、位相差検出用信号を生成する焦点検出用画素と、
前記撮像画像生成用信号の周波数成分を用いて焦点検出を行う第１焦点検出部と、
前記位相差検出用信号を用いて焦点検出を行う第２焦点検出部と、
所望の被写体の動きを検出する動き検出部と、
前記動き検出部の検出結果、前記第１焦点検出部の検出結果、及び前記第２焦点検出部の検出結果に基づき、信頼性を判断する信頼性判断部と、
前記信頼性判断部の判断結果、及び前記動き検出部の検出結果に基づき、ライブビュー表示における、前記焦点検出用画素の信号を読み出す、読み出し領域の設定を行う焦点検出領域設定部と、
前記信頼性判断部の判断結果に基づき、ライブビュー表示における、前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素の信号を読み出す、読み出しモードの設定を行う駆動設定部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記信頼性の判断対象は、前記第２焦点検出部の検出結果により算出される被写体の光軸方向における動きの速度と、前記動き検出部の検出結果により算出される被写体の非光軸方向における動きの速度と、前記第１焦点検出部により検出されたコントラストと、前記第２焦点検出部により検出された輝度値とであって、
前記信頼性判断部は、各判断対象の値を予め設定された所定値と比較し、前記信頼性を判断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記読み出しモードには、
ライブビュー表示における、前記撮像用画素のうち、列方向の画素を間引いた画素と前記焦点検出用画素との信号を読み出す第１の動作を循環的に繰り返して行う第１の読み出しモードと、
前記第１の動作と、前記焦点検出用画素の信号のみを読み出す第２の動作と、を循環的に繰り返して行う第２の読み出しモードと、
前記第１の動作と、前記焦点検出用画素のうち、ライブビュー表示において表示される被写体に対応する焦点検出用画素の信号を読み出す第３の動作と、を循環的に繰り返して行う第３の読み出しモードと、がある、
ことを特徴とする請求項１または請求項２いずれかに記載の撮像装置。
【請求項４】
ライブビュー表示を行う期間の初期に、前記第１の読み出しモード、前記第２の読み出しモード、及び前記第３の読み出しモードのうち、いずれの動作モードでライブビュー表示を行うかが設定される、
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の読み出しモード、前記第２の読み出しモード、及び前記第３の読み出しモードのうち、いずれの動作モードでライブビュー表示を行うかが予め設定されている、
ことを特徴とする請求項３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、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のディジタルカメラでは、オートフォーカス（ＡＦ）機能を有する事が一般的である。ＡＦの方法としては、固体撮像素子における撮像用画素を用いてフォーカスレンズを動かしながら、画像の高周波成分を検出することで合焦位置を検出するコントラスト方式と、撮像用画素とは別に具備された焦点検出用画素に導かれた光束のうち瞳分割された２つの像の位相差情報から合焦位置を検出する位相差方式とに大別される。原理的に、コントラスト方式では、高精度なＡＦ精度であるがＡＦに要する時間が長い。一方、位相差方式では、コントラスト方式に対して高速なＡＦであるが、撮像用画素に光が入射しないためカメラ背面などに具備される液晶装置にライブビュー画像を表示する事が難しい。このため、焦点検出用画素を撮像用画素に埋め込み、ライブビュー画像表示中であってもＡＦを高速に行う技術が提案されている。しかし、撮像用画素に焦点検出用画素が多く含まれると、記録画像が劣化してしまう。一方で、焦点検出用画素が少ないとＡＦ精度が劣化するという問題がある。
【０００３】
下記特許文献１では、焦点検出用画素を用いたＡＦ制御について提案されている。また、特許文献１では、ライブビュー表示の画質と焦点検出用画素による焦点検出の両立を図るべく、間引き読出しの有無を切り替える手段を有する事が提案されている。また、下記特許文献２では、ライブビュー画像表示を行いながら、ＡＦだけでなく自動露光（ＡＥ）を行い、固体撮像素子における各々異なる領域の撮像用画素からの信号を読み出すモードを有し、これらを循環的に繰り返す事でライブビュー画質劣化を抑制しながらＡＥ及びＡＦを高精度に実現する事が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７１６７０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０５８７８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、上記特許文献１及び特許文献２においては、ＡＦにおける領域設定についての構成を有さないため、高速・高精度なＡＦを実現する事は難しく、特に動きの大きい被写体（光軸方向、非光軸方向共に）に対してＡＦ性能が劣化する事が考えられる。
そこで、本発明の課題は、焦点検出用画素を有する撮像素子のＡＦ機能における、高速・高精度なＡＦを実現することができる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の撮像装置は、撮像光学系により結像される被写体像を光電変換し撮像画像生成用信号を生成する撮像用画素と、前記撮像用画素の間に離散的に配置され、焦点検出のための瞳分割機能を有し、位相差検出用信号を生成する焦点検出用画素と、前記撮像画像生成用信号の周波数成分を用いて焦点検出を行う第１焦点検出部と、前記位相差検出用信号を用いて焦点検出を行う第２焦点検出部と、所望の被写体の動きを検出する動き検出部と、前記動き検出部の検出結果、前記第１焦点検出部の検出結果、及び前記第２焦点検出部の検出結果に基づき、信頼性を判断する信頼性判断部と、前記信頼性判断部の判断結果、及び前記動き検出部の検出結果に基づき、ライブビュー表示における、前記焦点検出用画素の信号を読み出す、読み出し領域の設定を行う焦点検出領域設定部と、前記信頼性判断部の判断結果に基づき、ライブビュー表示における、前記撮像用画素及び前記焦点検出用画素の信号を読み出す、読み出しモードの設定を行う駆動設定部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の撮像装置は、前記信頼性の判断対象は、前記第２焦点検出部の検出結果により算出される被写体の光軸方向における動きの速度と、前記動き検出部の検出結果により算出される被写体の非光軸方向における動きの速度と、前記第１焦点検出部により検出されたコントラストと、前記第２焦点検出部により検出された輝度値とであって、前記信頼性判断部は、各判断対象の値を予め設定された所定値と比較し、前記信頼性を判断する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の撮像装置は、前記読み出しモードには、ライブビュー表示における、前記撮像用画素のうち、列方向の画素を間引いた画素と前記焦点検出用画素との信号を読み出す第１の動作を循環的に繰り返して行う第１の読み出しモードと、前記第１の動作と、前記焦点検出用画素の信号のみを読み出す第２の動作と、を循環的に繰り返して行う第２の読み出しモードと、前記第１の動作と、前記焦点検出用画素のうち、ライブビュー表示において表示される被写体に対応する焦点検出用画素の信号を読み出す第３の動作と、を循環的に繰り返して行う第３の読み出しモードと、がある、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の撮像装置は、ライブビュー表示を行う期間の初期に、前記第１の読み出しモード、前記第２の読み出しモード、及び前記第３の読み出しモードのうち、いずれの動作モードでライブビュー表示を行うかが設定される、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の撮像装置は、前記第１の読み出しモード、前記第２の読み出しモード、及び前記第３の読み出しモードのうち、いずれの動作モードでライブビュー表示を行うかが予め設定されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性判断部は、第１焦点検出部と第２焦点検出部との検出結果に基づき、被写体の光軸方向での速度、非光軸方向での速度、被写体輝度値、コントラストで表される信頼性を、予め設定された閾値に対して判定する。焦点検出領域設定部は、信頼性判断部の判定結果である信頼度に基づき、次フレーム、すなわち、ライブビュー表示での読み出しモードにおける焦点検出の領域設定を行う。また、駆動設定部は、信頼性判断部の判定結果である信頼度に基づき、撮像用画素、及び焦点検出用画素の読み出しモードにおける駆動方式を設定する。これにより、焦点検出用画素を有する撮像素子のＡＦ機能における、高速・高精度なＡＦを実現することができる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における撮像装置の構成を示す図である。
【図２】撮像素子１１における焦点検出用画素の配置の一例を示す図である。
【図３】像面位相差画素の構造と光線路の概略を示す図である。
【図４】焦点検出画素の出力を示す図である。
【図５】焦点検出用画素を含む全画素における撮像素子の時間的な読出しイメージ図である。
【図６】焦点検出用画素を含み、かつライブビューを想定した高フレームレートでの読出しモード（第１の読み出しモード）における撮像素子の時間的な読出しイメージ図である。
【図７】焦点検出用画素のみの読出しモード（第２の読み出しモード）における撮像素子の時間的な読出しイメージ図である。
【図８】焦点検出用画素のみの読出し、かつ、主要被写体領域に限定した読出しモード（第３の読み出しモード）における撮像素子の時間的な読出しイメージ図である。
【図９】信頼性判断部１５が行う信頼性の判断について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態における撮像装置の構成を示す図である。カメラ本体１０（撮像装置）は、撮像素子１１、動き検出部１２、第１焦点検出部１３、第２焦点検出部１４、信頼性判断部１５、焦点検出領域設定部１６、駆動設定部１７、カメラＣＰＵ１８、表示画像処理部１９、表示部２０、表示素子２１、記録画像処理部２２、記録画像メモリ２３を含んで構成される。
カメラ本体１０に装着されるレンズ本体３０（撮像光学系）は、フォーカスレンズ３１、レンズ駆動部３２、モータ３３、フォーカスエンコーダ３４、レンズＣＰＵ３５を含んで構成される。
【００１４】
撮像素子１１は、フォーカスレンズ３1により結像される被写体像を光電変換し撮像画像生成用信号を生成する撮像用画素と、撮像用画素の間に離散的に配置され、焦点検出のための瞳分割機能を有し、位相差検出用信号を生成する焦点検出用画素と、を有して構成される（詳細は図２にて後述）。
動き検出部１２は、主要被写体（所望の被写体）の動きを、撮像素子１１から出力される画像（撮像画像生成用信号）から検出する。ここで、初期の主要被写体設定は、ユーザーがカメラ背面モニタのタッチパネルから指定してもよく、顔検出により主要被写体と設定してもよい。動き検出部１２の構成は、色、輝度などをクラスタリングした情報に基づきフレーム間差分を用いるなどの公知技術の構成を用いることができる。
第１焦点検出部１３は、撮像素子１１の撮像用画素の画像（撮像画像生成用信号）から高周波成分を抽出し焦点検出（コントラストＡＦ）を行う。
第２焦点検出部１４は、撮像素子１１の一部に配置された位相差検出用画素（焦点検出用画素）を用いた焦点検出（像面位相差ＡＦ）を行う。
【００１５】
信頼性判断部１５は、焦点検出結果の信頼度を算出する。より具体的には、信頼性判断部１５は、動き検出部１２の検出結果、第１焦点検出部１３の検出結果、及び第２焦点検出部１４の検出結果に基づき、ＡＦ制御における焦点検出の信頼性（第１焦点検出部１３及び第２焦点検出部１４のいずれの焦点検出結果をライブビュー表示におけるＡＦ制御に用いるのが適しているかについてについての信頼性）を判断する。
ここで、信頼性の判断対象は、第２焦点検出部１４の検出結果により算出される被写体の光軸方向における動きの速さと、動き検出部１２の検出結果により算出される被写体の非光軸方向における動きの速さと、第１焦点検出部により検出されたコントラストと第２焦点検出部１４により検出された輝度値とである。信頼性判断部１５は、各判断対象の値を予め設定された所定値と比較し、ＡＦ制御における焦点検出の信頼性を判断する。
【００１６】
焦点検出領域設定部１６は、信頼性判断部１５と、動き検出部１２の結果に基づき、次露光フレームでの読出し領域の設定を行う。ここで、次露光フレームでの読み出し領域の設定とは、ライブビュー表示において設定される読出しモードにおいて、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を設定することをいう。
駆動設定部１７は、信頼性判断部１５の結果に基づき、撮像用画素、及び焦点検出用画素の読み出しモードの設定を行う。後述するように、各読出しモードでは、読み出される画素数（撮像用画素と、焦点検出用画素との画素数）が異なるので、読み出す画素数が少ないほど、フレームレートは短くなるように設定される。
【００１７】
カメラＣＰＵ１８は、動き検出部１２の検出結果を信頼性判断部１５へ送信し、或いは、焦点検出領域設定部１６、及び駆動設定部１７における各設定の演算処理を各部に代って行う。また、カメラＣＰＵ１８は、第１焦点検出部１３または第２焦点検出部１４のいずれか一方の検出結果に基づいて、フォーカスレンズ３１の合焦位置を移動させる指示信号を、レンズＣＰＵ３５に対して送信する通信機能を有する。
【００１８】
表示画像処理部１９は、撮像素子１１の出力信号（ライブビュー表示、ＡＦ後の本露光での通常表示）を、表示部２０における表示形式に従って変換し、表示部２０に対して出力する。表示部２０は、表示素子２１に撮像素子１１の出力信号が表す画像を表示する。
表示画像処理部１９は、撮像素子１１の出力信号（ＡＦ後の本表示）を、記録画像メモリ２３における記憶形式に従って変換し、記録画像メモリ２３に対して出力する。記録画像メモリ２３は、撮像素子１１の出力信号を記憶する。
【００１９】
レンズＣＰＵ３５は、カメラＣＰＵ１８から入力されるフォーカスレンズ３１の焦点位置を合焦位置へ移動させる指示に基づき、モータ３３によりレンズ駆動部３２を駆動する。レンズ駆動部３２は、図１に破線で示される光軸方向に沿って、フォーカスレンズ３１を撮像素子１１に対して近づけるか、或いは撮像素子１１から離す駆動を行う。
フォーカスエンコーダ３４は、レンズＣＰＵ３５に対してフォーカスレンズ３１の光軸方向の座標を出力する。レンズＣＰＵは、フォーカスエンコーダ３４からの出力が、合焦位置に一致するように、モータ３３を介してレンズ駆動部３２の位置制御を行う。
【００２０】
続いて、第２焦点検出部１４による焦点検出動作について、図２〜図４を用いて説明する。図２は、撮像素子１１における焦点検出用画素の配置の一例を示す図である。また、図３は、像面位相差画素（焦点検出用画素）の構造と光線路の概略を示す図である。また、図４は、焦点検出画素の出力を示す図である。
図２は、撮像素子１１としてＣＭＯＳセンサを想定した時の焦点検出画素の配置の例を示している。なお、図２において、ｘで示す数字は行番号を表わし、ｙで表す数字は列番号を表す。また、図２において、符号Ｌで始まるＬ１１、Ｌ２１等が、焦点検出画素のうち、瞳分割された左画素（Ｌ）であり、符号Ｒで始まるＲ１１、Ｒ１２等が、焦点検出画素のうち、瞳分割された右画素（Ｒ）を表している。その他の符号が入っていない空白部分は、撮像用画素を表している。
【００２１】
図３を用いて、ピントずれについて説明する。図３（ｄ）〜（ｆ）においては、それぞれ焦点検出用画素Ｌと焦点検出用画素Ｒとを抽象的に近づけ、両画素の間に撮像用画素を間にして、並んでいるように示している。また、図３（ｇ）に示すように、焦点検出用画素Ｌの右側は、遮光マスクで覆われ、左側が開口されている。また、焦点検出用画素Ｒの左側は、遮光マスクで覆われ、右側が開口されている。ここで、被写体の特定点Ｐからの光は、撮像素子１１の面上に結像されるＡ像に対応する瞳を通って撮像素子１１上にＡ像を結像する光線束（ΦＬａ）と、撮像素子１１上に結像されるＢ像に対応する瞳を通って撮像素子１１の面上にＢ像を結像する（ΦＬｂ）に分けられる。
【００２２】
この２つの光束は、同じ１点からのものなので、レンズ本体３０（撮像光学系）のピントが撮像素子１１の面上にあれば、図３（ｂ）、（ｅ）に示すように、焦点検出用画素ＲにＡ像及びＢ像が結像される（合焦状態）。しかし、例えば距離ｘだけ、手前に（光軸上において撮像素子１１よりレンズ本体３０側に）ピントがあれば、図３（ａ）、（ｄ）に示すように、Ａ像は焦点検出用画素Ｒに、Ｂ像は焦点検出用画素Ｌに結像される（前ピン状態）。また、ある距離だけ、奥に（光軸上において撮像素子１１のレンズ本体３０側から遠い方向に）ピントがあれば、図３（ｃ）、（ｆ）に示すように、Ａ像は焦点検出用画素Ｌに、Ｂ像は焦点検出用画素Ｒに結像される（後ピン状態）。なお、図３（ｂ）は、被写体の特定点が特定点Ｐから特定点Ｐ’に非光軸上（光軸に対して垂直な平面上）を移動しても、レンズ本体３０のピントが撮像素子１１の面上にあれば、焦点検出用画素ＬにＡ像及びＢ像が結像されることを示している。
【００２３】
従って、図２のｙ（列）方向の第２列に並べられた焦点検出用画素Ｒ及びＬが出力する画素値（輝度）は、ピントの状態に応じて、図４に示すようになる。図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ横軸をＸ座標（ピクセルのＸ方向の番地）としたときの、第２列にある焦点検出用画素が出力する信号の輝度を示している。図４（ａ）は、ピントが前ピン位置にある状態での、第２列にある焦点検出用画素の輝度を、図４（ｂ）は、ピントが後ピン位置にある状態での、第２列にある焦点検出用画素の輝度を、図４（ｃ）は、ピントが号焦位置にある状態での、第２列にある焦点検出用画素の輝度を、それぞれ示している。
ピントが前ピン状態にあるときは、図４（ａ）に示すように、焦点検出画素Ｌの画素値を結んだ波形は、焦点検出画素Ｒの画素値を結んだ波形の左側に位置する。一方、ピントが後ピン状態にあるときは、図４（ｂ）に示すように、焦点検出画素Ｌの画素値を結んだ波形は、焦点検出画素Ｒの画素値を結んだ波形の右側に位置する。また、ピントが合焦状態にあるときは、図４（ｃ）に示すように、焦点検出画素Ｌの画素値を結んだ波形と、焦点検出画素Ｒの画素値を結んだ波形とが同じ位置にあり、一致する。
【００２４】
従って、焦点検出画素の画素値が入力される第２焦点検出部１４では、被写体の輝度値を検出することができる。ここで、被写体の輝度値は、例えば、１フレームでの焦点検出画素の輝度の平均として検出される。また、信頼性判断部１５は、光軸方向の速度を、算出するが、この算出の際、第２焦点検出部１４が検出した検出結果が用いられる。信頼性判断部１５は、光軸方向の速度を、第２焦点検出部１４が検出した、焦点検出用画素Ｌの画素値を結んだ波形における重心値と焦点検出用画素Ｒの画素値を結んだ波形における重心値の差分（例えば、図４（ｂ）におけるＲ１３のｘ座標とＬ３１のｘ座標との差分）の第１の動作モードにおける時間変化により算出する。
【００２５】
この第２焦点検出部１４が検出する輝度値、及び第１焦点検出部１３が検出するコントラストは、後述する第１の読み出しモードにおいて、信頼性判断部１５に入力され、信頼性の判断に用いられる。また、信頼性の判断後に決定される第１の読み出しモード〜第３の読み出しモードのうちいずれかの読み出しモードでのＡＦ制御においては、レンズＣＰＵ３５への制御信号を生成するために用いられる。ここで、制御信号とは、フォーカスレンズ３１のフォーカス位置を合焦位置にするよう指示する指示信号である。すなわち、ライブビュー表示における読み出しモード（第１の読み出しモード〜第３の読み出しモードのうちいずれかの読み出しモード）でのＡＦ制御においては、信頼性の判断結果により、第１焦点検出部１３または第２焦点検出部１４のうちいずれか一方の焦点検出部による検出結果に基づいて、レンズ本体３０のＡＦ制御が行われる。
【００２６】
続いて、ライブビュー表示における読み出しモードの説明を行うが、まず、先に図５を参照して本実施形態での撮像素子１１からの像信号の読み出し方式について説明する。図５は、焦点検出用画素を含む全画素における撮像素子の時間的な読出しイメージ図である。この図５は、本露光（カメラ本体１０のシャッターボタンを押した後、ライブビュー表示でのＡＦ制御が行われた後の被写体画像の撮像素子１１への入力）における撮像素子１１からの各画素の信号の読み出しを時間的にイメージした図である。本実施形態では、撮像素子１１として、ＣＭＯＳイメージセンサを想定し、読み出し方式をローリングシャッター方式としている。本実施形態では、図５に示すように、ｋ番目のフレーム（ｆｒａｍｅ）が、ｙ＝１からｙ＝ｎまで、一列ごとにｘ＝１からｘｍの画素の像信号が読み出され、図１に示す表示画像処理部１９に入力されていく。
なお、焦点検出用画素を含む撮像素子１１は、焦点検出用画素の位置に相当する像信号が欠損するため、表示画像処理部１９において、焦点検出用画素の位置に相当する像信号を周辺画素の像信号で補間する構成としてよい。また、撮像素子１１はＣＣＤセンサーであってもよく、また、読み出し方式はグローバルシャッター方式であってもよい。
【００２７】
次に、図６〜図８を用いて、ライブビュー表示における各読み出しモードの説明を行う。図６は、焦点検出用画素を含み、かつライブビューを想定した高フレームレートでの読出しモード（第１の読み出しモード）における撮像素子の時間的な読出しイメージ図である。また、図７は、焦点検出用画素のみの読出しモード（第２の読み出しモード）における撮像素子の時間的な読出しイメージ図である。また、図８は、焦点検出用画素のみの読出し、かつ、主要被写体領域に限定した読出しモード（第３の読み出しモード）における撮像素子の時間的な読出しイメージ図である。
【００２８】
第１の読み出しモードでは、図６（ａ）に示すように、図５に示す１フレームの全画素のうち、ｙ方向に６列ごとに、その６列のうち焦点検出用画素を含まない４列からの読み出しが省略される。すなわち、列方向が三分の一に間引かれて読み出される。また、図６（ｂ）に示すように、１フレームを列方向に三分の一に間引いて読み出す動作（第１の動作）を、（ｋ−１）フレーム、ｋフレーム、（ｋ＋１）フレームと、循環的に繰り返して行うことにより、第１の読み出しモードが構成される。このように、第１の読み出しモードでは、焦点検出画素の読み出しは間引くことなく、撮像画素の読み出しを列方向に間引くことにより、ライブビュー表示でのＡＦ制御を高速に行うことができる。また、高速に行うことにより、フレームレートを短くできる分だけ、読み出し回数を増やすことができるので、ライブビュー表示でのＡＦ制御を高精度に行うことができる。
【００２９】
また、第２の読み出しモードでは、図７（ａ）に示すように、図５に示す１フレームの焦点検出用画素のうち、ｙ方向に６列ごとに、その６列のうち焦点検出用画素のみを含む列の焦点検出用画素を、行（ｘ）方向に対して三分の一ずつに分けたグループが、サブフレームとして読み出される。また、図７（ｂ）に示すように、第２の読み出しモードでは、（ｋ−１）フレームの読み出しを第１の動作で行い、ｋフレームの読み出しを、サブフレームであるｋ１フレーム、ｋ２フレーム及びｋ３フレームについて読み出す動作（第２の動作）で行い、（ｋ＋１）フレームを再び第１の動作で行う。このように、第１の動作、第２の動作、第１の動作の動作の組合せを循環的に繰り返して行うことにより、第２の読み出しモードが構成される。
このように、第２の読み出しモードでは、焦点検出用画素のみを読み出す第２の動作を加えることにより、第１の動作モードに比べて、さらにライブビュー表示でのＡＦ制御を高速に行うことができる。また、高速に行うことにより、フレームレートを短くできる分だけ、読み出し回数を増やすことができるので、ライブビュー表示でのＡＦ制御を高精度に行うことができる。
【００３０】
また、図８（ｃ）〜（ｆ）は、フレーム毎における主要被写体の非光軸の動きがある場合の一例を示している。第３の読み出しモードでは、図８（ａ）に示すように、図５に示す１フレームの焦点検出用画素のうち、動き検出部１２により検出される、主要被写体の動きに対応する焦点検出用画素のみのグループ（図８（ａ）に示す読み出しエリア内の焦点現出画素）がサブフレームとして読み出される。また、図８（ｂ）に示すように、第３の読み出しモードでは、（ｋ−１）フレームの読み出しを第１の動作で行い、ｋフレームの読み出しを、サブフレームであるｋ１１フレーム、ｋ１２フレーム、ｋ１３フレーム、及びｋ１４フレームについて読み出す動作（第３の動作）で行い、（ｋ＋１）フレームを再び第１の動作で行う。このように、第１の動作、第３の動作、第１の動作の動作の組合せを循環的に繰り返して行うことにより、第３の読み出しモードが構成される。
このように、第３の読み出しモードでは、焦点検出用画素を主要被写体の動きに特化して読み出す第３の動作を加えることにより、第１、第２の動作モードに比べて、さらにライブビュー表示でのＡＦ制御を高速に行うことができる。また、高速に行うことにより、フレームレートを短くできる分だけ、読み出し回数を増やすことができ、また、主要被写体の動きに特化して焦点検出用画素から像信号を読み出すので、ライブビュー表示でのＡＦ制御を高精度に行うことができる。
【００３１】
なお、第２の読み出しモードまたは第３の読み出しモードにおける、表示素子２１に表示されるライブビュー表示画像では、表示画像処理部１９が、次のような処理を行い、表示する構成としてよい。すなわち、表示画像処理部１９は、ＡＦ用のみの露光を行っているフレーム（図７（ｂ）に示すｋ１〜ｋ３サブフレーム、図８（ｂ）に示すｋ１１〜ｋ１４フレーム）に対応する画像の表示を、表示部２０の表示素子２１に、前後の（ｋ−１）フレーム及び（ｋ＋１）フレームを用いて補間後に表示する構成としてもよい。或いは、表示タイミングを（ｋ−１）フレームまたは（ｋ＋１）フレームのタイミングで行ってもよい。
【００３２】
本実施形態のカメラ本体１０では、上述のように、本露光前にＡＦ制御を行うが、このＡＦ制御はライブビュー映像を用いて行う。また、このＡＦ制御は、上述の第１〜第３の読み出しモードにより行われるが、いずれの読み出しモードで行うかは、信頼性判断部１５が行う信頼性の判断により決定される。図９は、信頼性判断部１５が行う信頼性の判断について説明するための図である。なお、信頼性の判断は、本実施形態では、シャッターボタンが押された後、ＡＦ制御動作に移行し、カメラ本体１０が、上述の第１の読み出しモードにより、撮像素子１１から像信号が読み出されている状態において行われる。すなわち、信頼性判断部１５は、ＡＦ制御の初期の期間における第１の読み出しモードにおいて、動き検出部１２による像信号の検出結果、第１焦点検出部１３による像信号の検出結果、及び第２焦点検出部１４による像信号の検出結果を用いて、信頼性の判断を行う。
【００３３】
ここで、信頼性の判断対象は、図９に示すように、被写体の動き（光軸方向への動き、非光軸方向への動き）、像信頼性である。
この被写体の動きのうち、光軸方向の動きは、第２焦点検出部１４の検出結果により、信頼性判断部１５において算出される。例えば、信頼性判断部１５は、光軸方向の速度を、第２焦点検出部１４が検出した、焦点検出用画素Ｌの画素値を結んだ波形における重心値と焦点検出用画素Ｒの画素値を結んだ波形における重心値の差分（例えば、図４（ｂ）におけるＲ１３のｘ座標とＬ３１のｘ座標との差分）の第１の動作モードにおける時間変化により算出する。信頼性判断部１５は、光軸方向の速度が「高速」であるか、或いは「低速」であるかの判断を、光軸方向の速度が予め設定された所定速度以上にあるか、或いは所定速度未満にあるかによって判断する。
【００３４】
また、被写体の動きのうち、非光軸方向の動きは、動き検出部１２の検出結果により、信頼性判断部１５において算出される。例えば、信頼性判断部１５は、非光軸方向の速度を、動き検出部１２が検出した被写体の移動距離の第１の動作モードにおける時間変化により算出する。信頼性判断部１５は、非光軸方向の速度が「高速」であるか、或いは「低速」であるかの判断を、非光軸方向の速度が予め設定された所定速度以上にあるか、或いは所定速度未満にあるかによって判断する。
【００３５】
また、像信頼性は、第２焦点検出部１４が検出した輝度値、及び第１焦点検出部１３が検出したコントラストにより判断される。信頼性判断部１５は、像信頼性が「高い」か、「低い」かの判断を、第２焦点検出部１４が検出した輝度値、及び第１焦点検出部１３が検出したコントラストが、いずれも予め設定された、所定の輝度値、及び所定のコントラスト以上にあるか、或いはいずれも所定の輝度値、及び所定のコントラスト未満にあるかによって判断する。
【００３６】
信頼性判断部１５が、図９に示すように、光軸方向の速度を「高速」、非光軸方向の速度を「高速」、像信頼性を「高い」と判断したとき、撮像素子読出しモード（撮像素子１１の画素からの像信号読出しモード）は、第２の読み出しモードとなる。焦点検出領域設定部１６は、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を、図７（ａ）に示す領域に設定する。また、駆動設定部１７は、読出しモードの設定を第２の読み出しモードに設定する。また、ＡＦ駆動に用いる焦点検出部は第２焦点検出部１４となり、カメラＣＰＵ１８がレンズＣＰＵ３５を介してフォーカスレンズ３１を合焦位置に合わせるための制御信号は、第２焦点検出部１４の検出結果となる。
【００３７】
また、信頼性判断部１５が、図９に示すように、光軸方向の速度を「高速」、非光軸方向の速度を「高速」、像信頼性を「低い」と判断したとき、撮像素子読出しモードは、第１の読み出しモードとなる。焦点検出領域設定部１６は、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を、図６（ａ）に示す領域に設定する。また、駆動設定部１７は、読出しモードの設定を第１の読み出しモードに設定する。また、ＡＦ駆動に用いる焦点検出部は第１焦点検出部１３となり、カメラＣＰＵ１８がレンズＣＰＵ３５を介してフォーカスレンズ３１を合焦位置に合わせるための制御信号は、第１焦点検出部１３の検出結果となる。
【００３８】
また、信頼性判断部１５が、図９に示すように、光軸方向の速度を「高速」、非光軸方向の速度を「低速」、像信頼性を「高い」と判断したとき、撮像素子読出しモードは、第３の読み出しモードとなる。焦点検出領域設定部１６は、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を、図８（ａ）に示す領域に設定する。また、駆動設定部１７は、読出しモードの設定を第３の読み出しモードに設定する。また、ＡＦ駆動に用いる焦点検出部は第２焦点検出部１４となり、カメラＣＰＵ１８がレンズＣＰＵ３５を介してフォーカスレンズ３１を合焦位置に合わせるための制御信号は、第２焦点検出部１４の検出結果となる。
【００３９】
また、信頼性判断部１５が、図９に示すように、光軸方向の速度を「高速」、非光軸方向の速度を「低速」、像信頼性を「低い」と判断したとき、撮像素子読出しモードは、第１の読み出しモードとなる。焦点検出領域設定部１６は、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を、図６（ａ）に示す領域に設定する。また、駆動設定部１７は、読出しモードの設定を第１の読み出しモードに設定する。また、ＡＦ駆動に用いる焦点検出部は第１焦点検出部１３となり、カメラＣＰＵ１８がレンズＣＰＵ３５を介してフォーカスレンズ３１を合焦位置に合わせるための制御信号は、第１焦点検出部１３の検出結果となる。
【００４０】
また、信頼性判断部１５が、図９に示すように、光軸方向の速度を「低速」、非光軸方向の速度を「高速」、像信頼性を「高い」と判断したとき、撮像素子読出しモードは、第２の読み出しモードとなる。焦点検出領域設定部１６は、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を、図７（ａ）に示す領域に設定する。また、駆動設定部１７は、読出しモードの設定を第２の読み出しモードに設定する。また、ＡＦ駆動に用いる焦点検出部は第２焦点検出部１４となり、カメラＣＰＵ１８がレンズＣＰＵ３５を介してフォーカスレンズ３１を合焦位置に合わせるための制御信号は、第２焦点検出部１４の検出結果となる。
【００４１】
また、信頼性判断部１５が、図９に示すように、光軸方向の速度を「低速」、非光軸方向の速度を「高速」、像信頼性を「低い」と判断したとき、撮像素子読出しモードは、第１の読み出しモードとなる。焦点検出領域設定部１６は、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を、図６（ａ）に示す領域に設定する。また、駆動設定部１７は、読出しモードの設定を第１の読み出しモードに設定する。また、ＡＦ駆動に用いる焦点検出部は第１焦点検出部１３となり、カメラＣＰＵ１８がレンズＣＰＵ３５を介してフォーカスレンズ３１を合焦位置に合わせるための制御信号は、第１焦点検出部１３の検出結果となる。
【００４２】
また、信頼性判断部１５が、図９に示すように、光軸方向の速度を「低速」、非光軸方向の速度を「低速」、像信頼性を「高い」と判断したとき、撮像素子読出しモードは、第３の読み出しモードとなる。焦点検出領域設定部１６は、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を、図８（ａ）に示す領域に設定する。また、駆動設定部１７は、読出しモードの設定を第３の読み出しモードに設定する。また、ＡＦ駆動に用いる焦点検出部は第２焦点検出部１４となり、カメラＣＰＵ１８がレンズＣＰＵ３５を介してフォーカスレンズ３１を合焦位置に合わせるための制御信号は、第２焦点検出部１４の検出結果となる。
【００４３】
また、信頼性判断部１５が、図９に示すように、光軸方向の速度を「低速」、非光軸方向の速度を「低速」、像信頼性を「低い」と判断したとき、撮像素子読出しモードは、第１の読み出しモードとなる。焦点検出領域設定部１６は、位相差検出用信号を読み出す焦点検出用画素が配置される領域を、図６（ａ）に示す領域に設定する。また、駆動設定部１７は、読出しモードの設定を第１の読み出しモードに設定する。また、ＡＦ駆動に用いる焦点検出部は第１焦点検出部１３となり、カメラＣＰＵ１８がレンズＣＰＵ３５を介してフォーカスレンズ３１を合焦位置に合わせるための制御信号は、第１焦点検出部１３の検出結果となる。
【００４４】
本実施形態のカメラ本体１０では、ユーザがシャッターボタンを押すと、上述した第１の読み出しモードに移行し、ライブビュー表示を行いながら、信頼性判断部１５において信頼性の判断を行う。そして、信頼性の判断結果に基づき、第１の読み出しモードの状態のままにいるか、或いは第２の読み出しモードまたは第３の読み出しモードのいずれかの読み出しモードの状態に移行する。この第１の読み出しモード〜第３の読み出しモードでは、ライブビュー表示を行いながら、第１焦点検出部１３または第２焦点検出部１４のいずれか一方の焦点検出部の検出結果に基づいて、レンズ本体３０のフォーカスレンズ３１を合焦位置に移動させるＡＦ制御が行われる。そして、その後、フォーカスレンズ３１が合焦位置にある状態で、本露光（表示素子２１での本表示）が行われる。
【００４５】
このように、本実施形態のカメラ本体１０は、撮像用画素と焦点検出用画素からなる撮像素子１１と、第１焦点検出部１３と、第２焦点検出部１４と、動き検出部１２と、信頼性判断部１５と、焦点検出領域設定部１６と、駆動設定部１７と、を備える。
撮像用画素は、光学系により結像される被写体像を光電変換し撮像画像生成用信号を生成する。焦点検出用画素（ＲとＬ）は撮像用画素の間に離散的に配置され、焦点検出のための瞳分割機能を有し、位相差検出用信号を生成する。第１焦点検出部１３は、撮像画像生成用信号の周波数成分を用いて焦点検出を行う。第２焦点検出部１４は、位相差検出用信号を用いて焦点検出を行う。動き検出部１２は、所望の被写体の動きを検出する。信頼性判断部１５は、動き検出部１２の検出結果、第１焦点検出部１３の検出結果及び第２焦点検出部１４の検出結果に基づき、信頼性を判断する。焦点検出領域設定部１６は、信頼性判断部１５の判断結果、及び動き検出部１２の検出結果に基づき、ライブビュー表示における、焦点検出用画素の信号を読み出す、読み出し領域の設定を行う。駆動設定部１７は、信頼性判断部１５の判断結果に基づき、ライブビュー表示における、撮像用画素及び焦点検出用画素の信号を読み出す、第１〜第３の読み出しモードの設定を行う。
【００４６】
また、信頼性判断部１５における信頼性の判断対象は、第２焦点検出部１４の検出結果により算出される被写体の光軸方向における動きの速度と、動き検出部１２の検出結果により算出される被写体の非光軸方向における動きの速度と、第１焦点検出部１３により検出されたコントラストと第２焦点検出部１４により検出された輝度値とであって、信頼性判断部１５は、各判断対象の値を予め設定された所定値と比較し、信頼性を判断する。
【００４７】
また、読み出しモードには、第１の読み出しモード〜第３の読み出しモードがある。第１の読み出しモードは、ライブビュー表示における、撮像用画素のうち、列方向の画素を間引いた画素と焦点検出用画素との信号を読み出す第１の動作を循環的に繰り返して行う読み出しモードである（図６（ｂ）参照）。また、第２の読み出しモードは、第１の動作と、焦点検出用画素の信号のみを読み出す第２の動作と、を循環的に繰り返して行う読み出しモードである（図７（ｂ）参照）。また、第３の読み出しモードは、第１の動作と、焦点検出用画素のうち、ライブビュー表示において表示される被写体に対応する焦点検出用画素の信号を読み出す第３の動作と、を循環的に繰り返して行う読み出しモードである（図８（ｂ）参照）。
【００４８】
なお、上記実施形態の説明では、本実施形態のカメラ本体１０は、ライブビュー表示を行う期間の初期に、第１の読み出しモード、第２の読み出しモード、及び第３の読み出しモードのうち、いずれの動作モードでライブビュー表示を行うかが設定される。また、設定された読み出しモードにおいて、第１焦点検出部１３または第２焦点検出部１４のいずれか一方の焦点検出部の検出結果に基づき、フォーカスレンズ３１が合焦位置に合うように制御される。この構成を、第１の読み出しモード、第２の読み出しモード、及び第３の読み出しモードのうち、いずれの動作モードでライブビュー表示を行うかが予め設定される構成としてもよい。例えば、撮りたい被写体に応じてユーザがＡＦ優先を行いたい場合には、カメラ（ＡＦ）設定モードによって第３の読み出しモード（図８参照）の設定にできる構成としてもよい。
【００４９】
以上説明したように、本発明によれば、信頼性判断部１５は、第１焦点検出部１３と第２焦点検出部１４との検出結果に基づき、被写体の光軸方向への速度、非光軸方向への速度、被写体輝度値、コントラストからなる像信頼性を、予め設定された閾値に対して判定する。焦点検出領域設定部１６は、信頼性判断部１５の判定結果である信頼度に基づき、次フレームでの、すなわち、ライブビュー表示での読み出しモードにおける焦点検出の領域設定を行う。また、駆動設定部１７は、信頼性判断部１５の判定結果である信頼度に基づき、撮像用画素、及び焦点検出用画素の読み出しモードにおける駆動方式を設定する。これにより、焦点検出用画素を有する撮像素子のＡＦ機能における、高速・高精度なＡＦを、ライブビュー表示を行いながら実現することができる撮像装置を提供することができる。
【００５０】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、主にディジタルカメラ、スマートフォンに応用できる技術に関するものである。昨今のＡＦ技術は、従来のコントラストＡＦから、本発明のように撮像素子に焦点検出用画素を埋め込む“像面位相差“を用いたＡＦ技術が主流となりつつある。像面位相差ＡＦの技術は、現在過渡期であり、原理上、コントラストＡＦより高速なＡＦ可能という事で差別化はされているが、像面位相差ＡＦとしての技術確立はまだ成されていないのも実情である。今後、より一層、コントラストＡＦとの差別化のために高速被写体に対する追従性能、高速性が要求される事は間違いない。また、ディジタルカメラに限らず撮像素子を用いたＡＦを必要とする機器には十二分に展開可能であり、本件の像面位相差ＡＦ技術は必須技術であると言える。本発明は、焦点検出用画素を有する撮像素子のＡＦ機能における、高速・高精度なＡＦを実現することができる撮像装置を提供するものであり、産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００５２】
１０…カメラ本体、１１…撮像素子、１２…動き検出部、１３…第１焦点検出部、１４…第２焦点検出部、１５…信頼性判断部、１６…焦点検出領域設定部、１７…駆動設定部、１８…カメラＣＰＵ、１９…表示画像処理部、２０…表示部、２１…表示素子、２２…記録画像処理部、２３…記録画像メモリ、３０…レンズ本体、３１…フォーカスレンズ、３２…レンズ駆動部、３３…モータ、３４…フォーカスエンコーダ、３５…レンズＣＰＵ
【図１】
2015114554.tif 000003
【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】
2015114554.tif 000008
【図７】
2015114554.tif 000009
【図８】
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【図９】
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