(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部を有する複数の撮像画素と前記撮像画素に対して受光部の開口位置がずれている複数の焦点検出画素とを有する撮像素子を備えた撮像装置であって、
前記撮像画素及び前記焦点検出画素から画素信号を読み出す読み出し部と、
前記撮像画素から読み出された画素信号に基づく画像を表示する表示部と、
前記表示部への画像の表示と前記焦点検出画素の画素信号の読出し動作とを前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うように制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能であれば、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとを交互に行うように制御し、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能でなければ、前記撮像画素と前記焦点検出画素の露光とを同時に行い、前記撮像画素と前記焦点検出画素の露光の終了後に前記撮像画素の画素信号と前記焦点検出画素の画素信号を読み出すように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記焦点検出画素の画素信号に基づいて算出されるコントラスト値に応じて前記焦点検出画素の露光時間を決定し、決定した露光時間に応じて前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能であるか否かを判定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】
前記読み出し部は、複数の焦点検出画素の画素信号を加算して読み出し、
前記制御部は、前記決定した露光時間よりも短い露光時間を前記撮像素子に設定するとともに、短くした露光時間に応じて前記焦点検出画素の画素信号の画素加算数を設定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４】
前記制御部は、前記決定した露光時間よりも短い露光時間を前記撮像素子に設定するとともに、短くした露光時間に応じて前記焦点検出画素の画素信号のゲインを設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像装置。
【請求項５】
受光部を有する複数の撮像画素と前記撮像画素に対して受光部の開口位置がずれている複数の焦点検出画素とを有する撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、
前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能であれば、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとを交互に行うように設定し、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能でなければ、前記撮像画素と前記焦点検出画素の露光とを同時に行い、前記撮像画素と前記焦点検出画素の露光の終了後に前記撮像画素の画素信号と前記焦点検出画素の画素信号を読み出すように前記撮像画素及び前記焦点検出画素から画素信号を読み出すように設定することと、
前記設定に応じて前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び読み出しを行うことと、
前記撮像画素から読み出された画素信号に基づく画像を表示することと、
を具備す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、撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子の一部の画素を焦点検出素子として利用して焦点状態を検出する撮像装置が知られている。このような撮像装置は、撮像素子の一部の画素を焦点検出画素に設定し、撮影レンズの光軸中心に対して対称な異なる瞳領域を通過した被写体光束を複数の焦点検出画素に結像させ、この被写体光束の間の位相差を検出することによって撮影レンズの焦点状態を検出している。
【０００３】
一方、撮像装置においてはライブビュー表示等と呼ばれる技術が知られている。ライブビュー表示は、撮像素子の各画素で得られた画素信号に基づく画像を表示部にリアルタイム表示する技術である。
【０００４】
このようなライブビュー表示と焦点検出とを両立させるための技術として、例えば特許文献１及び特許文献２の技術が知られている。特許文献１及び特許文献２において提案される撮像装置は、ライブビュー表示用の撮像画素からの画素信号の読み出しと焦点検出用の焦点検出画素からの画素信号の読み出しとを交互に行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−５６０８８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１７８５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
低輝度時において一定以上のライブビュー表示のフレームレートを確保しようとすると、焦点検出を実行するのに十分な輝度を確保することが困難になる。逆に、低輝度時において焦点検出を実行するのに十分な輝度を確保しようとすると、フレームレートが低下してしまう。
【０００７】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、高速のライブビュー表示と高精度の焦点検出とを両立することができる撮像装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の撮像装置は、受光部を有する複数の撮像画素と前記撮像画素に対して受光部の開口位置がずれている複数の焦点検出画素とを有する撮像素子を備えた撮像装置であって、前記撮像画素及び前記焦点検出画素から画素信号を読み出す読み出し部と、前記撮像画素から読み出された画素信号に基づく画像を表示する表示部と、前記表示部への画像の表示と前記焦点検出画素の画素信号の読出し動作とを前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うように制御する制御部とを具備し、前記制御部は、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能であれば、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとを交互に行うように制御し、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能でなければ、前記撮像画素と前記焦点検出画素の露光とを同時に行い、前記撮像画素と前記焦点検出画素の露光の終了後に前記撮像画素の画素信号と前記焦点検出画素の画素信号を読み出すように制御することを特徴とする。
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の撮像装置の制御方法は、受光部を有する複数の撮像画素と前記撮像画素に対して受光部の開口位置がずれている複数の焦点検出画素とを有する撮像素子を備えた撮像装置の制御方法であって、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能であれば、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとを交互に行うように設定し、前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び画素信号の読み出しとの両方を前記表示部の表示フレームレートに対応した時間内で行うことが可能でなければ、前記撮像画素と前記焦点検出画素の露光とを同時に行い、前記撮像画素と前記焦点検出画素の露光の終了後に前記撮像画素の画素信号と前記焦点検出画素の画素信号を読み出すように前記撮像画素及び前記焦点検出画素から画素信号を読み出すように設定することと、前記設定に応じて前記撮像画素の露光及び画素信号の読み出しと前記焦点検出画素の露光及び読み出しを行うことと、前記撮像画素から読み出された画素信号に基づく画像を表示することとを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高速のライブビュー表示と高精度の焦点検出とを両立することができる撮像装置及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るカメラシステムの一例の構成を示すブロック図である。
【図２】一例の撮像素子の焦点検出画素の配置を示した図である。
【図３】カメラシステムにおけるＡＦ動作を示すフローチャートである。
【図４】撮像素子の画素配列の例である。
【図５】交互読み出しモードと水平期間後半読み出しモードとについて説明するための図である。
【図６】露光時間ｔと、撮像駆動モード、画素加算数及び露光時間ｔｓとの関係を示す図である。
【図７】画素加算を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るカメラシステムの一例の構成を示すブロック図である。ここで、図１において、矢印付き実線はデータの流れを示し、矢印付き破線は制御信号の流れを示す。
【００１３】
図１に示すカメラシステム１は、交換レンズ１００と、カメラ本体２００とを有している。交換レンズ１００は、カメラ本体２００に着脱されるように構成されている。交換レンズ１００がカメラ本体２００に装着されたときに、交換レンズ１００とカメラ本体２００とが通信自在に接続される。なお、カメラシステム１は、必ずしもレンズ交換式のカメラシステムでなくて良い。例えば、カメラシステム１は、レンズ一体型のカメラシステムであっても良い。
【００１４】
交換レンズ１００は、撮影レンズ１０２と、駆動部１０４と、レンズＣＰＵ１０６と、レンズ側記憶部１０８とを有している。
【００１５】
撮影レンズ１０２は、被写体光束をカメラ本体２００の撮像素子２０８に結像させるための撮影光学系である。この撮影レンズ１０２は、フォーカスレンズ１０２１と、絞り１０２２とを有している。フォーカスレンズ１０２１は、光軸方向に移動することによって、撮影レンズ１０２の焦点位置を調節するように構成されている。絞り１０２２は、フォーカスレンズ１０２１の光軸上に配置され、その口径が可変に構成されている。絞り１０２２は、フォーカスレンズ１０２１を通過した被写体光束の量を制限する。駆動部１０４は、レンズＣＰＵ１０６からの制御信号に基づいて、フォーカスレンズ１０２１、絞り１０２２を駆動する。ここで、撮影レンズ１０２は、ズームレンズとして構成されていてもよく、この場合、駆動部１０４はズーム駆動も行う。
【００１６】
レンズＣＰＵ１０６は、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１１０を介してカメラ本体２００のＣＰＵ２１６と通信自在に構成されている。このレンズＣＰＵ１０６は、ＣＰＵ２１６の制御に従って駆動部１０４の制御を行う。また、レンズＣＰＵ１０６は、Ｉ／Ｆ１１０を介して絞り１０２２の絞り値（Ｆ値）やレンズ側記憶部１０８に記憶されているレンズデータといった情報をＣＰＵ２１６に送信することも行う。
【００１７】
レンズ側記憶部１０８は、交換レンズ１００に関するレンズデータを記憶している。レンズデータは、例えば撮影レンズ１０２の焦点距離の情報や収差の情報を含む。
【００１８】
カメラ本体２００は、メカシャッタ２０２と、駆動部２０４と、操作部２０６と、撮像素子２０８と、撮像制御回路２１０と、アナログ処理部２１２と、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）２１４と、ＣＰＵ２１６と、画像処理部２１８と、画像圧縮展開部２２０と、焦点検出回路２２２と、表示部２２４と、バス２２６と、ＤＲＡＭ２２８と、本体側記憶部２３０と、記録媒体２３２とを有する。
【００１９】
メカシャッタ２０２は、開閉自在に構成され、撮像素子２０８への被写体からの被写体光束の入射時間（撮像素子２０８の露光時間）を調節する。メカシャッタ２０２としては、公知のフォーカルプレーンシャッタ、レンズシャッタ等が採用され得る。駆動部２０４は、ＣＰＵ２１６からの制御信号に基づいてメカシャッタ２０２を駆動させる。
【００２０】
操作部２０６は、電源釦、レリーズ釦、動画釦、再生釦、メニュー釦といった各種の操作釦及びタッチパネル等の各種の操作部材を含む。この操作部２０６は、各種の操作部材の操作状態を検知し、検知結果を示す信号をＣＰＵ２１６に出力する。
【００２１】
撮像素子２０８は、撮影レンズ１０２の光軸上であって、メカシャッタ２０２の後方で、かつ、撮影レンズ１０２によって被写体光束が結像される位置に配置されている。撮像素子２０８は、画素を構成する受光部（例えばフォトダイオード）が二次元的に配置されて構成されている。撮像素子２０８を構成する受光部は、受光量に応じた電荷を生成する。受光部で発生した電荷は、各受光部に接続されているキャパシタに蓄積される。このキャパシタに蓄積された電荷は、撮像制御回路２１０からの制御信号に従って画素信号として読み出される。ここで、本実施形態においては、行単位で画素信号が読み出され得るように撮像素子２０８が構成されている。
【００２２】
また、本実施形態における撮像素子２０８は、記録や表示のための画像を取得するための撮像画素と、焦点検出をするための焦点検出画素とを画素として有している。焦点検出画素は、撮像画素に対して受光部の開口位置がずれている画素である。図２は、一例の撮像素子２０８の焦点検出画素の配置を示した図である。一例の撮像素子２０８のカラーフィルタ配列は、ベイヤ配列である。ベイヤ配列は、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂの４画素からなるフィルタ単位を２次元方向に配列することによって構成されている。
【００２３】
図２の例では、特定のＧｒ画素の位置に水平画素列が形成されている。水平画素列は、右開口焦点検出画素２０８ｒ及び左開口焦点検出画素２０８ｌを有する。右開口焦点検出画素２０８ｒ（図ではＦｒと表記）は、左半面の領域が遮光され、右半面の領域に開口が形成された画素である。左開口焦点検出画素２０８ｌ（図ではＦｌと表記）は、右半面の領域が遮光され、左半面の領域に開口が形成された画素である。１つの水平画素列で見ると、右開口焦点検出画素２０８ｒと左開口焦点検出画素２０８ｌとは、水平方向及び垂直方向に４画素ピッチだけ離れて配置されている。また、奇数行の水平画素列と偶数行の水平画素列とは２画素ピッチだけ離れて配置されている。
【００２４】
また、図２に示すように、特定のＢ画素の位置に垂直画素列が形成されている。垂直画素列は、上開口焦点検出画素２０８ｔ及び下開口焦点検出画素２０８ｂを有する。上開口焦点検出画素２０８ｔ（図ではＦｔと表記）は、下半面の領域が遮光され、上半面の領域に開口が形成された画素である。下開口焦点検出画素２０８ｂ（図ではＦｂと表記）は、上半面の領域が遮光され、下半面の領域に開口が形成された画素である。１つの垂直画素列内において、上開口焦点検出画素２０８ｔと下開口焦点検出画素２０８ｂとは水平方向及び垂直方向に４画素ピッチだけ離れて配置されている。また、奇数列の垂直画素列と偶数列の垂直画素列は２画素ピッチだけ離れて配置されている。すなわち、図２の例では、垂直画素列は、水平画素列を９０度回転させた位置に配置されている。
【００２５】
読み出し部としての撮像制御回路２１０は、撮像素子２０８からの画素信号の読み出しの設定に従って撮像素子２０８の露光及び撮像素子２０８からの画素信号の読み出しを制御する。ここで、本実施形態の撮像素子２０８は、複数の同色画素からの画素信号を加算（又は混合）して読み出すことができるように構成されている。撮像制御回路２１０は、撮像素子２０８の画素信号の加算数の制御も行う。
【００２６】
アナログ処理部２１２は、撮像制御回路２１０の制御に従って撮像素子２０８から読み出された画素信号に対して増幅処理等のアナログ処理を行う。ＡＤＣ２１４は、アナログ処理部２１２から出力された画素信号を、デジタル形式の画素信号（画素データ）に変換する。以下、本明細書においては、複数の画素データの集まりを撮像データと記す。
【００２７】
ＣＰＵ２１６は、本体側記憶部２３０に記憶されているプログラムに従ってカメラシステム１の全体制御を行う制御部である。画像処理部２１８は、撮像データに対して各種の画像処理を施して画像データを生成する。例えば画像処理部２１８は、静止画像の記録の際には、静止画記録用の画像処理を施して静止画像データを生成する。同様に、画像処理部２１８は、動画像の記録の際には、動画記録用の画像処理を施して動画像データを生成する。さらに、画像処理部２１８は、ライブビュー表示時には、表示用の画像処理を施して表示用画像データを生成する。このライブビュー表示時には、画像処理部２１８は、焦点検出画素からの画素データに対する補正処理も行う。前述したように、焦点検出画素の一部の領域は遮光されている。したがって、焦点検出画素では光量の低下が生じる。画像処理部２１８は、この光量の低下を補正する。この補正は、例えば焦点検出画素からの画素データに対して光量低下に応じたゲインをかける処理、焦点検出画素の周囲の同色の撮像画素の画素データを用いた補間処理を含む。
【００２８】
画像圧縮展開部２２０は、画像データの記録時には、画像処理部２１８で生成された画像データ（静止画像データ又は動画像データ）を圧縮する。また、画像データの再生時には、記録媒体２３２に圧縮状態で記録された画像データを伸張する。
【００２９】
焦点検出回路２２２は、焦点検出画素からの画素データを取得し、取得した画素データに基づき、公知の位相差方式を用いてフォーカスレンズ１０２１の合焦位置に対するピントずれ方向及びピントずれ量を算出する。すなわち、焦点検出回路２２２は、水平画素列に含まれるそれぞれの右開口焦点検出画素２０８ｒから取得される画素データとそれぞれの左開口焦点検出画素２０８ｌから取得される画素データとの間の位相差に従ってフォーカスレンズ１０２１の合焦位置に対するピントずれ方向及びピントずれ量を算出する。また、焦点検出回路２２２は、垂直画素列に含まれるそれぞれの上開口焦点検出画素２０８ｔから取得される画素データとそれぞれの下開口焦点検出画素２０８ｂから取得される画素データとの間の位相差に従ってフォーカスレンズ１０２１の合焦位置に対するピントずれ方向及びピントずれ量を算出する。
【００３０】
表示部２２４は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイといった表示部であって、例えばカメラ本体２００の背面に配置される。この表示部２２４は、ＣＰＵ２１６の制御に従って画像を表示する。表示部２２４は、ライブビュー表示や記録済み画像の表示等に使用される。
【００３１】
バス２２６は、ＡＤＣ２１４、ＣＰＵ２１６、画像処理部２１８、画像圧縮展開部２２０、焦点検出回路２２２、ＤＲＡＭ２２８、本体側記憶部２３０、記録媒体２３２に接続され、これらのブロックで発生した各種のデータを転送するための転送路として機能する。
【００３２】
ＤＲＡＭ２２８は、電気的に書き換え可能なメモリであり、前述した撮像データ（画素データ）、記録用画像データ、表示用画像データ、ＣＰＵ２１６における処理データといった各種データを一時的に記憶する。なお、一時記憶用としてＳＤＲＡＭが用いられてもよい。
【００３３】
本体側記憶部２３０は、ＣＰＵ２１６で使用されるプログラム、カメラ本体２００の調整値等の各種データを記憶している。
【００３４】
記録媒体２３２は、カメラ本体２００に内蔵されるか又は装填されるように構成されており、記録用画像データを所定の形式の画像ファイルとして記録する。
【００３５】
以下、本実施形態のカメラシステム１におけるＡＦ動作を説明する。図３は、カメラシステム１におけるＡＦ動作を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートの処理は、本体側記憶部２３０に記憶されているプログラムに基づいてＣＰＵ２１６によって実行される。なお、カメラシステム１のＡＦ動作を説明するに当たり、撮像素子２０８の画素配列を図４に示すように定義しておく。すなわち、以下の例で説明する撮像素子２０８は、４０００画素×３０００画素の範囲Ａの画素を有している。左上端の画素の座標は（１，１）であり、右下端の画素の座標は（４０００，３０００）である。また、焦点検出画素は、左上端の座標（４０００，３００）であり、左下端の座標が（３６００，２７００）である範囲Ｂに図２で説明したようにして配置されている。
【００３６】
図３のフローチャートの処理は、例えばカメラ本体２００の電源がオンされると開始される。ステップＳ１０１において、ＣＰＵ２１６は、水平期間後半読み出しモードでライブビュー用の画像データを取り込む。本実施形態における撮像素子２０８は、撮像駆動モードとして交互読み出しモードと水平期間後半読み出しモードとを有している。
【００３７】
交互読み出しモードは、図５（ａ）に示すように、ライブビュー（ＬＶ）用の露光及び読み出しと焦点検出（ＡＦ）用の露光及び読み出しとを分けて行う撮像駆動モードである。交互読み出しモードでは、ライブビュー表示の表示フレームレートに相当する期間（例えば表示フレームレートが３０ｆｐｓである場合、１／３０秒）中に、ＬＶ用の露光とＡＦ用の露光の両方が行われる。また、ＬＶ用の露光では、撮像制御回路２１０は、露光の終了した画素のうちの隣接する複数の同色の画素（例えば水平２画素×垂直２画素の４画素）の画素信号を加算して読み出す。一方、ＡＦ用の露光では、撮像制御回路２１０は、露光の終了した焦点検出画素のみからの画素信号を加算して読み出す。このような交互読み出しモードでは、ＬＶ用露光とＡＦ用露光とで別個に露光時間を設定することが可能である。
【００３８】
また、水平期間読み出しモードは、図５（ｂ）に示すようにライブビュー（ＬＶ）用の露光と焦点検出（ＡＦ）用の露光とを同時に行う駆動モードである。水平期間後半読み出しモードでは、撮像制御回路２１０は、撮像画素の画素信号については交互読み出しモードと同様にして加算して読み出す。また、撮像制御回路２１０は、焦点検出画素の画素信号については一旦ラインメモリに保持しておき、撮像画素の画素信号の読み出しの後（水平期間の後半において）、ラインメモリから焦点検出画素の画素信号における同一開口の焦点検出画素の画素信号を加算して読み出す。このような水平期間読み出しモードは、フレームレートを高速化することが可能である。本実施形態では、１ｓｔレリーズ操作がなされるまでは、表示のフレームレートを維持することを優先するために、水平期間読み出しモードで露光が行われる。なお、撮像画素の画素信号を読み出してから焦点検出画素の画素信号を読み出しているが、この順番を逆にして焦点検出画素の画素信号を読み出してから撮像画素の画素信号を読み出してもよい。
【００３９】
ステップＳ１０２において、画像処理部２１８は、焦点検出画素からの画素データに対して補正処理を行う。この補正処理により、焦点検出画素からの画素データを撮像画素からの画素データと同様に使用することが可能になる。この補正処理の後、画像処理部２１８は、表示用画像データの生成に必要なその他の処理を行って表示用画像データを生成する。
【００４０】
ステップＳ１０３において、ＣＰＵ２１６は、ライブビュー表示を行う。すなわち、ＣＰＵ２１６は、画像処理部２１８で生成された表示用画像データに基づいて表示部２２４にライブビュー画像を表示させる。
【００４１】
ステップＳ１０４において、ＣＰＵ２１６は、焦点検出画素の露光量（露光時間ｔ［ｍｓ］）を決定する。焦点検出画素の露光時間ｔ［ｍｓ］は、被写体輝度によって決定される。すなわち、露光時間ｔは、被写体輝度に基づいて算出される焦点検出画素のコントラスト値（隣接する焦点検出画素の間の画素値の差）を、位相差ＡＦを実施するのに十分な所定のコントラスト値にするために必要な露光時間である。位相差ＡＦを実施するのに十分なコントラスト値が例えば中間輝度（最小輝度と最大輝度のちょうど中間の値）であるとすると、画素信号のＡＤ変換分解能が１０ビットであれば、位相差ＡＦを実施するのに十分な所定のコントラスト値はコントラスト値５１２になる。この場合の露光時間ｔは、以下の（式１）に基づいて算出される。なお、以下の式における露光時間ｔｌは、ライブビュー表示時の被写体輝度に基づいて算出される。  
露光時間ｔ＝ライブビュー用露光時間ｔｌ×［５１２／コントラスト値］  （式１）
なお、低コントラストの場合だけでなく、焦点検出画素が飽和してしまった場合においても位相差ＡＦを実施することはできなくなる。したがって、露光時間ｔを決定する際には、「露光時間ｔ経過後の焦点検出画素の画素データの最大値×［５１２／コントラスト値］がＡＤ変換レンジの最大値（ＡＤ変換分解能が１０ビットである場合、１０２３）を超えない」という条件も満足している必要がある。
【００４２】
ステップＳ１０５において、ＣＰＵ２１６は、ユーザによって１ｓｔレリーズ操作がなされたか否かを判定する。１ｓｔレリーズ操作は、例えばレリーズ釦の半押し操作である。ステップＳ１０５において１ｓｔレリーズ操作がなされていないと判定された場合には、処理はステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１０５において１ｓｔレリーズ操作がなされたと判定された場合には、処理はステップＳ１０６に移行する。
【００４３】
ステップＳ１０６において、ＣＰＵ２１６は、撮像駆動モード、画素加算数、ＡＦ動作中に実際に撮像素子２０８に設定する露光時間ｔｓをそれぞれ撮像制御回路２１０に設定する。撮像駆動モード、画素加算数、実際の露光時間は、ステップＳ１０４で決定された露光時間ｔに応じて設定される。
【００４４】
図６は、露光時間ｔと、撮像駆動モード、画素加算数及び露光時間ｔｓとの関係を示す図である。図６の例では、ＣＰＵ２１６は、露光時間ｔが比較的短い時間である場合には撮像駆動モードを交互読み出しモードとしながらライブビュー表示の表示フレームレートが６０ｆｐｓに維持されるように画素加算数を設定する。また、ＣＰＵ２１６は、露光時間ｔが長くなってきて画素加算数の設定だけではライブビュー表示の表示フレームレートを６０ｆｐｓに維持できなくなったときには表示フレームレートを３０ｆｐｓに切り替える。さら、ＣＰＵ２１６は、撮像駆動モードを交互読み出しモードとしたままではライブビュー表示の表示フレームレートを最低限の表示フレームレートである例えば３０ｆｐｓに維持できなくなったときには撮像駆動モードを水平期間後半読み出しモードに切り替える。以下、具体的に説明する。
【００４５】
例えば、露光時間ｔが８ｍｓ以下である場合には、撮像駆動モードは交互読み出しモードに設定される。また、画素加算数は４画素加算に設定される。焦点検出画素の画素信号の４画素加算は、例えば右開口焦点検出画素と左開口焦点検出画素の例で示すと、図７の参照符号３０２で示す範囲内に含まれる近接する４つの右開口焦点検出画素の画素信号を加算するとともに、近接する４つの左開口焦点検出画素の画素信号を加算することにより行われる。なお、各焦点検出画素には基本的には被写体の同一部分からの光が入射しているものとする。このような４画素加算をすることにより、画素信号の大きさは概略４倍になる。このとき、図６の例では、露光時間ｔｓ＝ｔに設定されるものとしている。露光時間ｔｓは８ｍｓ以下であるので、表示フレームレートは６０ｆｐｓに維持され得る。
【００４６】
また、例えば、露光時間ｔが８ｍｓから１２ｍｓ以下である場合も、撮像駆動モードは交互読み出しモードに設定される。また、画素加算数は６画素加算に設定される。焦点検出画素の画素信号の６画素加算は、例えば右開口焦点検出画素と左開口焦点検出画素の例で示すと、図７の参照符号３０４で示す範囲内に含まれる近接する６つの右開口焦点検出画素の画素信号が加算されるとともに、近接する６つの左開口焦点検出画素の画素信号が加算される。このような６画素加算をすることにより、画素信号の大きさは概略６倍になる。したがって、露光時間ｔｓ＝ｔ×４／６まで短くすることができる。これにより、露光時間ｔｓは８ｍｓ以下になって、表示フレームレートは６０ｆｐｓに維持され得る。
【００４７】
また、例えば、露光時間ｔが１２ｍｓから１６ｍｓ以下である場合も、撮像駆動モードは交互読み出しモードに設定される。また、画素加算数は８画素加算に設定される。焦点検出画素の画素信号の８画素加算は、例えば右開口焦点検出画素と左開口焦点検出画素の例で示すと、図７の参照符号３０６で示す範囲内に含まれる近接する８つの右開口焦点検出画素の画素信号が加算されるとともに、近接する８つの左開口焦点検出画素の画素信号が加算される。このような８画素加算をすることにより、画素信号の大きさは概略８倍になる。したがって、露光時間ｔｓ＝ｔ×４／８まで短くすることができる。これにより、露光時間ｔｓは８ｍｓ以下になって、表示フレームレートは６０ｆｐｓに維持され得る。
【００４８】
また、例えば、露光時間ｔが１６ｍｓから３３ｍｓ以下である場合も、撮像駆動モードは交互読み出しモードに設定される。また、画素加算数は８画素加算に設定される。これは、これ以上の加算をしてしまうと焦点検出結果における誤差が大きくなるためである。この場合、露光時間ｔｓ＝ｔ×４／８まで短くすることができる。しかしながら、ｔは１６ｍｓよりも長いので表示フレームレートは６０ｆｐｓに維持されずに３０ｆｐｓに切り替えられる。
【００４９】
また、例えば、露光時間ｔが３３ｍｓを超えている場合には、撮像駆動モードは水平期間後半読み出しモードに設定される。また、画素加算数は８画素加算に設定される。この場合、交互読み出しモードでは露光時間が必要以上に増加してしまうので水平期間後半読み出しモードに切り替えることで露光時間の増大を抑制する。これにより、表示フレームレートは３０ｆｐｓに維持され得る。
【００５０】
ステップＳ１０７において、ＣＰＵ２１６は、焦点検出画素の画素出力に対するデジタルゲインを設定する。このデジタルゲインは、例えば露光時間ｔが３３ｍｓを超えており、また、撮像駆動モードが水平期間後半読み出しモードに設定されるとともに画素加算数が８画素加算に設定されても露光量が不足する場合に、画素信号を増幅するためのゲインである。このゲインは、以下の（式２）に基づいて算出される。  
設定ゲイン量＝シーン全体の平均輝度／焦点検出エリア内の平均輝度
なお、ゲインアップをするとノイズも増幅されるので、適当な値でデジタルゲインの値をクリップすることが望ましい。例えば、設定ゲイン量の最大値は２倍とする。勿論、この値は適宜変更され得る。また、なお、ステップＳ１０７では画素信号をデジタル的に増幅する例が示されている。勿論、画素信号はアナログ的に増幅されてもよい。この場合、ステップＳ１０６において、撮像駆動モード、画素加算数とともに、アナログゲインが設定される。
【００５１】
ステップＳ１０８において、焦点検出回路２２２は、焦点検出画素から取得された画素データを用いて公知の位相差方式を用いてフォーカスレンズ１０２１の合焦位置に対するピントずれ方向及びピントずれ量を算出する。ピントずれ量の検出の際の露光は、ステップＳ１０６で設定された撮像駆動モード、画素加算数、露光時間ｔｓに従って行われる。したがって、ステップＳ１０８では交互読み出しモード又は水平期間後半読み出しモードの何れかで露光が行われる。また、デジタルゲインの設定がされている場合には、焦点検出画素からの画素データが例えば焦点検出回路２２２においてデジタル増幅される。また、アナログゲインの設定がされている場合には、焦点検出画素からの画素信号が例えばアナログ処理部２１２において増幅される。
【００５２】
ステップＳ１０９において、ＣＰＵ２１６は、フォーカスレンズ１０２１が合焦状態であるか否かを判定する。合焦状態であるか否かの判定は、例えばピントずれ量が予め定められた許容範囲内であるか否かを判定することによって行われる。ステップＳ１０９において、フォーカスレンズ１０２１が合焦状態であると判定されていない場合には、処理はステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１０９において、フォーカスレンズ１０２１が合焦状態であると判定された場合には、処理はステップＳ１１１に移行する。
【００５３】
ステップＳ１１０において、ＣＰＵ２１６は、ピントずれ方向及びピントずれ量に応じてフォーカスレンズ１０２１が駆動されるよう、レンズＣＰＵ１０６に対して指示を送る。この指示を受けて、レンズＣＰＵ１０６は、駆動部１０４を介してフォーカスレンズ１０２１を駆動する。その後、処理は、ステップＳ１０１に戻る。
【００５４】
ステップＳ１１１において、ＣＰＵ２１６は、ユーザによって２ｎｄレリーズ操作がなされたか否かを判定する。２ｎｄレリーズ操作は、例えばレリーズ釦の全押し操作である。ステップＳ１１１において２ｎｄレリーズ操作がなされていないと判定された場合には、処理はステップＳ１０６に戻る。ステップＳ１１１において２ｎｄレリーズ操作がなされたと判定された場合には、処理はステップＳ１１２に移行する。
【００５５】
ステップＳ１１２において、ＣＰＵ２１６は、本露光を開始させる。本露光は、記録用の撮像データを取得するための露光処理である。本露光において、ＣＰＵ２１６は、撮像制御回路２１０に対して制御信号を送信する。制御信号を受けて、撮像制御回路２１０は、撮像素子２０８の露光を開始させる。露光終了後、撮像制御回路２１０は、撮像素子２０８の各画素からの画素信号を読み出す。この結果、ＤＲＡＭ２２８には、撮像データが記憶される。この後、画像処理部２１８は、焦点検出画素の画素出力の補正及びその他の記録用画像データを生成するための処理を行う。続いて画像圧縮展開部２２０は、記録用画像データを圧縮する。その後、ＣＰＵ２１６は、圧縮された記録用画像データを画像ファイルとして記録媒体２３２に記録する。
【００５６】
ステップＳ１１３において、ＣＰＵ２１６は、カメラ本体２００の電源をオフするか否かを判定する。例えば、ユーザの操作部２０６の操作によって電源のオフが指示された場合又は所定時間のユーザの操作部２０６の操作がない場合には電源をオフすると判定される。ステップＳ１１３において、カメラ本体２００の電源をオフしないと判定された場合には、処理はステップＳ１０１に戻る。ステップＳ１１３において、カメラ本体２００の電源をオフすると判定された場合には、処理は終了する。
【００５７】
以上説明したように本実施形態によれば、位相差ＡＦを行う際の焦点検出画素からの画素信号の読み出しにおいて、交互読み出しと水平期間後半読み出しとを露光時間に応じて選択することにより、ライブビュー表示の表示フレームレートを可能な限り維持しつつ、位相差ＡＦの精度も確保することが可能である。また、交互読み出しや水平期間後半読み出しにおいて露光時間を短くした場合に画素加算数を増やすことでも、ライブビュー表示の表示フレームレートを可能な限り維持しつつ、位相差ＡＦの精度も確保することが可能である。さらに、デジタル又はアナログのゲインアップを併用することにより、より容易にライブビュー表示の表示フレームレートの維持と位相差ＡＦの精度の向上との両立を図ることが可能である。
【００５８】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。また、前述の各動作フローチャートの説明において、便宜上「まず」、「次に」等を用いて動作を説明しているが、この順で動作を実施することが必須であることを意味するものではない。
【００５９】
また、前述した実施形態による各処理は、コンピュータとしてのＣＰＵ等に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、メモリカード、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、ＣＰＵ等は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、前述した処理を実行することができる。
【００６０】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００６１】
１  カメラシステム、１００  交換レンズ、１０２  撮影レンズ、１０４  駆動部、１０６  レンズＣＰＵ、１０８  レンズ側記憶部、１１０  インターフェイス（Ｉ／Ｆ）、２００  カメラ本体、２０２  メカシャッタ、２０４  駆動部、２０６  操作部、２０８  撮像素子、２０８ｂ  下開口焦点検出画素、２０８ｌ  左開口焦点検出画素、２０８ｒ  右開口焦点検出画素、２０８ｔ  上開口焦点検出画素、２１０  撮像制御回路、２１２  アナログ処理部、２１４  アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）、２１６  ＣＰＵ、２１８  画像処理部、２２０  画像圧縮展開部、２２２  焦点検出回路、２２４  表示部、２２６  バス、２２８  ＤＲＡＭ、２３０  本体側記憶部、２３２  記録媒体、１０２１  フォーカスレンズ、１０２２  絞り
【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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