(57)【要約】  【課題】焦点検出画素の読み出し、特に、読み出しが長時間継続される場合でも、部分的な焦点検出画素の読み出しによる局所的な温度上昇と、それに起因する画質の劣化を軽減することのできる撮像装置を提供すること。  【解決手段】初期の焦点検出画素読み出し領域において、少なくとも１ヶ所で合焦が確認された場合は、焦点検出画素の読み出し領域を細分化して順次読み出し、細分化した領域で非合焦が確認された場合は、初期の読み出し領域に戻すことを特徴とする構成とした。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像面での焦点検出が可能な固体撮像素子（１３１）と、固体撮像素子の出力から焦点検出をする演算処理回路（２０３）と、撮像面での焦点検出手段（Ｓ７０４）と、を有する撮像装置（１０１）において、一度合焦判定が得られた後は焦点検出画素の読み出し領域を縮小することを特徴とする撮影装置の制御方法。
【請求項２】
前記の縮小した焦点検出画素の読み出し領域での合焦判定の結果、非合焦と判定された場合には初期の読み出し領域に戻す（Ｓ７１４）ことを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項３】
前記の焦点検出画素の読み出し領域の縮小は、初期の焦点検出画素の読み出し領域を細分化（Ｓ７０７）し、細分化したうちの１領域づつを所定のフレーム間隔で順次読み出す（Ｓ７０８）ことを特徴とする、請求項１に記載の撮影装置の制御方法。
【請求項４】
前記の焦点検出画素の読み出し領域細分化後の読み出し（Ｓ７０８）は、初期の読み出しおよび合焦判定（Ｓ７０５）の結果で合焦している領域のみとすることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の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、撮像装置の制御方法に関し、特に、焦点検出用画素を有する撮像素子における焦点検出用画素の読み出し制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像素子に焦点検出用画素を埋め込み、特にライブビュー動作時の撮像面での焦点検出を可能にした撮像装置が提案されている。
【０００３】
これらの撮像素子には後述する図３のように、従来の撮像素子の１画素のなかに焦点検出のためのレンズや焦点検出用画素を有する構成をとり、焦点検出時には個々の焦点検出用画素から出力し、画像生成時には焦点検出用画素の出力を合成することで撮像用画素出力とするものがある。
【０００４】
この種の撮像素子では、撮像用画素の読み出しと焦点検出用画素の読み出しがそれぞれ別々に行われるが、フレームレートを満たすために、焦点検出用画素の読み出しを、選択された測距点に応じた全画面中の一部分のみとするような制御方法がとられている。
【０００５】
ここで、同一部分の焦点検出用画素読み出しが長時間にわたって継続された場合、当該領域の読み出し・増幅回路の発熱によって、画面内の温度分布に偏りが生じて暗電流量に差が出る結果、画像の局所的な色ムラになってしまうという課題がある。
【０００６】
この課題に対しては、従来のライブビュー動作で実施されていた消費電力削減技術を応用する解決方法が考えられる。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載の撮像装置では、ライブビュー開始から一定時間経過後に撮像システムの基準クロックを低速に切り換えることで、消費電力を削減するという技術が開示されている。
【０００８】
特許文献２に記載の撮像装置では、ライブビュー動作時の撮像素子からの読み出しを、全画面に対して一定の割合で間引いた列のみとすることにより、消費電力を削減するという技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２００８−２８３０７７号公報
【特許文献２】特開平２００８−１０９４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の特許文献に開示された、フレームレートを遅くする方法や間引いて読み出すといった従来のライブビュー動作時の消費電力削減技術では、被写体の動き表現や解像度など、表示される映像の品質が損なわれてしまう。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、ライブビューの映像品質を損なうことなく、焦点検出用画素出力の読み出しによる局所的な発熱を低減することを可能にした撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、一旦合焦判定を得られた後は、焦点検出用画素出力の読み出し領域を更に細分化し、１フレームに細分化した１領域を順次読み出して合焦・非合焦評価をし、非合焦判定が出た場合は、初期の読み出し領域に戻すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ライブビュー動作時の映像品質を損なうことなく、焦点検出用画素出力の読み出しによる局所的な温度上昇を抑制することが可能な、撮像装置およ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】
【００１４】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の、撮像装置の断面図および背面図
【図２】本発明に係る第１の実施形態の、撮像装置のブロック図
【図３】本発明に係る第１の実施形態の、撮像素子の画素配置を表すイメージ図
【図４】本発明に係る第１の実施形態の、撮像素子内部の画素および電荷転送回路の構成を表すイメージ図
【図５】本発明に係る第１の実施形態の、測距枠と焦点検出画素読み出し領域の位置関係を表すイメージ図
【図６】本発明に係る第１の実施形態の、撮像画素および焦点検出画素の読み出しタイミングを表すイメージ図
【図７】本発明に係る第１の実施形態の、撮像画素・焦点検出画素の読み出しおよび合焦判定処理を表すフローチャート
【図８】本発明に係る第１の実施形態の、焦点検出画素読み出し領域の細分化処理を表すイメージ図
【図９】本発明に係る第２の実施形態の、焦点検出画素読み出し領域の細分化処理を表すイメージ図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
以下、図１〜８を参照して、本発明の第１の実施例による、焦点検出用画素出力の読み出し制御方法について説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る第１の実施形態の、撮像装置の断面図および背面図である。
【００１８】
図１に示すように、１０１は撮像装置、１０２はマウント機構であり、不図示の撮影レンズ（内部に絞りと結像光学系を有して取り外し可能）は、このマウント機構１０２を介して撮像装置１０１本体に電気的及び機械的に接続される。
【００１９】
１３１は固体撮像素子である。固体撮像素子の前面にはカバーガラスや光学ローパスフィルター、周辺には防塵・防滴のための密閉用部材を配している。撮像素子の画素構造、内部回路構成および読み出し制御方法などの詳細については、後述の図３〜８において解説する。
【００２０】
固体撮像素子１３１で捉えられた物体像は、プリント基板１４１に実装される演算処理回路２０３によって画像データに変換され、表示装置１４２に表示される。この表示装置１４２は、この撮像装置１０１の背面に取り付けられている。
【００２１】
ハーフミラー１２１は、結像光学系からの光路Ｌ１を分割して光学ファインダに供給するための可動型のミラーである。
【００２２】
フォーカシングスクリーン１１１は、物体像の予定結像面に配置されている。１１２はペンタプリズムである。レンズ１１３は、撮影時、ユーザが光学ファインダ像を観察するためのレンズであり、実際には複数のレンズで構成されている。
【００２３】
フォーカシングスクリーン１１１、ペンタプリズム１１２、レンズ１１３、ファインダ１１４はファインダ光学系を構成している。
【００２４】
ハーフミラー１２１の背後には可動型のサブミラー１２２が設けられており、ハーフミラー１２１を透過した光束の内、光路Ｌ１の光軸に近い光束を焦点検出部１２３に偏向している。
【００２５】
サブミラー１２２は、ハーフミラー１２１の保持部材（不図示）に設けられた回転軸を中心に回転し、ハーフミラー１２１の動きに連動して移動する。尚、この焦点検出部１２３は、位相差検出方式により焦点検出を行う。
【００２６】
ハーフミラー１２１とサブミラー１２２からなる光路分割系は以下の２つの状態を持つ。１つは上述のファインダ光学系に光を導くための第１の光路分割状態。もう１つは、不図示の結像レンズからの光束をダイレクトに固体撮像素子１３１に導くために撮影光路Ｌ１から退避した第２の光路分割状態である。
【００２７】
フォーカルプレンシャッタ１２４は先幕と後幕によって構成される。先幕と後幕はそれぞれ複数枚の薄膜遮光素材によって構成され、これらを開閉動作させることにより固体撮像素子１３１への露光量を制御する。
【００２８】
１２５は測光部であり、光電変換素子によって構成される。マウント側からの入射光の一部がハーフミラー１２１によって分離されて測光部に入射しており、測光部の出力から固体撮像素子１３１表面の輝度を間接的に知覚することができる。
【００２９】
１４１は電子回路基板を示す。電子回路基板の詳細の回路構成については、図２のブロック図で示す。
【００３０】
１４２は液晶表示装置を示す。液晶表示装置は、液晶パネル部およびバックライトによって構成される。液晶表示部に表示される内容には、ライブビュー動作時のスルー画像、撮像装置の設定を選択するメニュー画面などがある。
【００３１】
レリーズボタン１５１はボタンの押下げ位置により、撮影準備状態（ＳＷ１）と撮影開始（ＳＷ２）の２つの状態をもつ。
【００３２】
操作部１５２は、複数のボタンによって構成され、それぞれ異なる機能を持つ。例えば、液晶表示装置のＯＮ／ＯＦＦの制御ボタン、メニュー画面での機能選択ボタン、画像再生画面で機能選択ボタンおよび画像選択ボタン等がある。
【００３３】
操作部１５３は、１５２以外の操作部であり、ダイヤル、十字ボタン等である。機能は１５２と同様、メニュー画面での機能選択や画像再生画面で機能選択および画像選択に使用する。
【００３４】
図２は、本発明に係る第１の実施形態の、撮像装置のブロック図である。図２において、１４１はプリント基板で、撮像装置の動作を主として制御する制御回路２０２が搭載されている。また、プリント基板１４１には、固体撮像素子１３１に蓄積された電気信号から画像データを生成したり、撮影した画像を表示装置１４２に表示するための信号処理をしたりする演算処理回路２０３と、生成された画像データを一時的に保存する記憶回路２０４が搭載されている。
【００３５】
２１１はシャッター及びミラーの駆動回路で、固体撮像素子１３１を適正に露光させる為にシャッター１２４の開閉制御や、ハーフミラー１２１およびサブミラー１２２のアップ／ダウンの制御を行う。２１２はスイッチ回路で、撮像装置を撮影準備状態とするスイッチ、撮影動作を開始するスイッチ、撮影条件を選択する為のスイッチ等がある。
【００３６】
２１３は操作検出回路で、図１の１５２、１５３で示した、撮像装置内に設けられたダイヤルを含む多数の操作部材の信号を制御回路２０２に伝達する。２２１は、電池２２２の電圧を、撮像装置を構成する各回路ユニットが必要とする電圧に変換して供給する電源回路である。１４２は液晶表示装置である。
【００３７】
図３は、本発明に係る第１の実施形態の、撮像素子の画素配置を示すイメージ図である。３０１は、従来の焦点検出用画素を含まない撮像素子の画素レイアウトを示し、３１１は、本実施形態の、焦点検出用画素を含む撮像素子を示す。ここでは、説明を分かりやすくするために、撮像素子の一部の縦６画素、横８画素のみを示す。
【００３８】
図３において、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）は各画素に設けた色フィルタの種類を示し、この一実施の形態ではベイヤー配列とする。３０１および３１１の下図は、撮像素子の光軸方向の断面図を示し、３０２および３１２は画素前面に配されたマイクロレンズを、３０３および３１３は光電変換部を示す。
【００３９】
３１１に示すように、本実施形態の撮像素子の構成は、従来の撮像素子１画素あたりの領域内に、焦点検出用の複数の光電変換部３１３を備え、それぞれが光電変換によって発生した電荷を蓄積するための蓄積回路を有する。この焦点検出用画素の前面にはマイクロレンズ３１２を備え、焦点検出用画素には、被写体との距離に応じて所定の量だけ位相のずれた像信号が入力される。
【００４０】
なお、焦点検出用画素は、それぞれ独立して光電変換部で発生した電荷を蓄積する回路を有し、個々に電荷を読み出すだけでなく、電荷を合成して読み出すことも可能である。また、撮像素子の基板上には、各画素の光電変換部の出力を読み出すための読み出し回路（詳細後述）を形成する。
【００４１】
図４は、本発明に係る第１の実施形態の、撮像素子内部の画素および電荷転送回路の構成を表すイメージ図である。４０１は、従来の撮像素子の、画素配置および電荷転送回路を示す。４１１は、焦点検出用画素を有する撮像素子の、画素配置および電荷転送回路を示す。
【００４２】
本実施形態では、読み出し動作における垂直転送および水平転送の基本的な動作は、従来の撮像素子と同じであるが、各画素に蓄積された電荷を垂直転送回路に読み出す際の動作が、従来の撮像素子と異なる。
【００４３】
前述の通り、本実施形態の画素部は、焦点検出用に位相がずれた像信号が入力される複数の光電変換部で構成され、焦点検出用の出力をする際は、個々の光電変換部の電荷を独立して読みだす。
【００４４】
撮像用の出力をする場合は、複数の光電変換部からの電荷を蓄積回路に加算して蓄積し、その後、蓄積回路の電荷を垂直・水平出力線を介して順次読み出していく。
【００４５】
以降の説明において、“撮像用画素読み出し”は複数の光電変換部の電荷を合成して読みだす状態を示し、“焦点検出用画素読み出し”は、個々の光電変換部の電荷を独立して読みだす状態（または、撮像用画素読み出しを活用したそれに類する演算）を示すこととする。
【００４６】
図５は、本発明に係る第１の実施形態の、測距枠と焦点検出画素読み出し領域の位置関係を表すイメージ図である。５０１は、撮像素子全域を示す。図中の複数の破線枠５０２は、撮像素子に対する測距点の位置関係を示したものであり、ファインダー内表示での測距枠と一致している。５０３は、複数の測距枠５０２の中で、現時点でユーザーによって選択されている１つの測距点を例示したものである。５０４は、ライブビュー動作開始時の、初期の焦点検出画素読み出し領域を示す。この例では、初期の焦点検出画素の部分読み出し領域を、撮像素子全領域に対しておよそ１／３とし、選択されている測距点５０３を含むように、部分読み出し領域が選択されている様子を例示している。
【００４７】
図６は、本発明に係る第１の実施形態の、撮像画素および焦点検出画素の読み出しタイミングを表すイメージ図である。６０１は、従来のライブビュー動作時における、撮像素子の読み出しシーケンスを示し、両矢印で示される範囲が、１フレームあたりの読み出し期間を示す。６０２は、１フレームあたりの撮像用画素出力の読み出し期間を示す。６１１は、焦点検出用画素の読み出しを含む、撮像素子の読み出しシーケンスを示す。６０１と同様に、両矢印で示される範囲が１フレームあたりの読み出し期間を示し、６１２は６０２と同様に撮像用画素出力の読み出し期間を示す。６１３および６１４は、焦点検出用画素出力の読み出し期間を示す。
【００４８】
この図に例示されるように、焦点検出画素を撮像素子の全域にわたって読み出すと、撮像用画素読み出し６１２と同等の時間を要するため、焦点検出画素の読み出し領域は、部分的な読み出しとする必要がある。
【００４９】
６２１は、後述する図７のＳ７０７〜Ｓ７１４において、焦点検出画素の読み出し領域を細分化して読み出す場合における、撮像素子の読み出しシーケンスを示す。６２２は、６０２・６１２と同様、撮像用画素出力の読み出し期間を示し、６２３・６２４は、６１３・６１４と同様、焦点検出用画素の読み出し期間を示す。６２３・６２４に示す通り、焦点検出画素の読み出し領域を細分化したことで、焦点検出画素の読み出しに要する時間を短縮することができる。これにより、削減された読み出し期間６２５では、読み出し・増幅回路を休止することができるため、ライブビュー動作中の撮像素子の消費電力を削減することができる。その結果、読み出し領域の局所的な温度上昇を軽減することができる。
【００５０】
図７は、本発明に係る第１の実施形態の、撮像画素・焦点検出画素の読み出しおよび合焦判定処理を表すフローチャートを示す。ライブビュー動作をスタートすると、撮像素子から撮像用画素読み出しを開始する（Ｓ７０１）と同時に、現在の選択されている測距点に応じた読み出し領域を選択し（Ｓ７０２）、焦点検出画素の読み出しを開始する（Ｓ７０３）。
【００５１】
Ｓ７０１で読み出した撮像画素の情報をもとに、順次表示器へのスルー画像の表示を開始する。これと並行して、Ｓ７０３で読み出した焦点検出画素の情報をもとに、各測距点でのデフォーカス量を算出する（Ｓ７０４）。Ｓ７０４で算出したデフォーカス量から、合焦・非合焦を判定する（Ｓ７０５）。非合焦の場合は、デフォーカス量に応じてフォーカスレンズを駆動し（Ｓ７０６）、以降、合焦するまでＳ７０１〜Ｓ７０６を繰り返す。
【００５２】
合焦判定された場合は、読み出し領域をさらに細分化する（Ｓ７０７）。本実施例では、読み出し領域を等しくＮ個に分割するとして、以降の処理を説明する。焦点検出画素読み出し領域の細分化に関しては、後述する図８において詳細を説明する。
【００５３】
Ｓ７０７で細分化した領域を、Ｓ７０８〜Ｓ７１２に示すように、１フレームで１細分化領域あたりの焦点検出画素を順に読み出す。ここで、細分化した焦点検出画素の読み出し周期を更に遅く（数フレームに１度、１細分化領域を読み出し）することで、消費電力を更に削減するとしてもよい。
【００５４】
Ｓ７０８〜Ｓ７１２にかけて読み出した、細分化した領域についての焦点検出画素の情報をもとに、デフォーカス量を算出する（Ｓ７１３）。Ｓ７１３で算出した、各細分化領域のデフォーカス量演算結果を総合して、合焦・非合焦を判定する（Ｓ７１４）。ここで、合焦・非合焦の判定にあたっては、Ｓ７１３で算出した各細分化領域のデフォーカス量演算結果に対して、絶対値の判定基準を用いて評価してもよい。また、Ｓ７１３で算出した各細分化領域のデフォーカス量演算結果と、Ｓ７０４で細分化前に算出したデフォーカス量演算結果とを比較することで、相対的に判定するとしてもよい。
【００５５】
Ｓ７１４で合焦判定された場合は、細分化された領域のまま、焦点検出画素の読み出しを続ける。非合焦判定された場合は、初期の読み出し領域に戻し、Ｓ７０１〜Ｓ７０５の焦点検出処理を実施する。
【００５６】
図８は、本発明に係る第１の実施形態の、図７のＳ７０７における焦点検出画素読み出し領域の細分化処理を表すイメージ図である。８０１は、図７のＳ７０２で実施される、撮像素子全体に対する、ライブビュー開始時の、初期の焦点検出画素読み出し領域の一例を示すもので、図の斜線部が初期の焦点検出画素読み出し領域である。
【００５７】
ライブビュー開始時は、被写体に対して合焦できておらず、被写体位置も不明であり、焦点検出の精度・速度を上げるためにも、焦点検出領域はより広い範囲で読み出す方が、適している。
【００５８】
８０２は、図７のＳ７０７で実施される、細分化された焦点検出画素の読み出し領域の一例を示すものである。この例では、８０１で示した初期の焦点検出画素読み出し領域を水平方向に１０分割しており、破線で囲われた領域が、細分化領域の１つである。
【００５９】
８０３〜８０５は、図７のＳ７０８〜Ｓ７１２で実施される、細分化された焦点検出画素の順次読み出しの一例を示すものである。この例では、８０２で示した細分化領域を、左端から順に、１フレームで１細分化領域あたりの焦点検出画素を読み出すこととしている。
【００６０】
８０３〜８０５のように読み出し領域を細分化すると、図６の６２３・６２４に示すように、読み出し領域の面積に応じて焦点検出画素の読み出しに要する時間も削減できる。
【００６１】
これにより、削減された読み出し期間では、読み出し・増幅回路を休止することができるため、ライブビュー動作中の撮像素子の消費電力を削減することができる。その結果、読み出し領域の局所的な温度上昇を軽減することができる。
【００６２】
以上が、本発明に係る第１の実施形態である。図１〜８に記載の制御方法を実施することで、焦点検出画素の部分読み出しを長時間継続した場合でも、ライブビュー表示の映像品質を維持しつつ、局所的な温度上昇を軽減することが可能となる。
【実施例２】
【００６３】
以下、図１〜７および９を参照して、本発明の第２の実施例による、ライブビュー表示時の焦点検出画素の部分読み出し制御について説明する。
【００６４】
本実施形態は、撮像装置の構成、撮像素子の構造、および焦点検出画素の部分読み出し領域の細分化処理は第１の実施形態と同じである。細分化した領域において、最初に合焦判定がされている領域のみを読み出す点が異なる。以下、本実施例における制御について説明する。
【００６５】
撮像装置の構成は、第１の実施形態と同じであり、図１、２で説明したものと同じである。撮像素子の構造は、第１の実施形態と同じであり、図３、５で説明したものと同じである。初期の焦点検出画素の読み出し領域と、測距点の関係は、第１の実施形態と同じであり、図４で説明したものと同じである。
【００６６】
ライブビュー中の各フレームにおける、撮像画素・焦点検出画素の読み出しタイミングは、第１の実施形態と同じであり、図６で説明したものと同じである。ライブビュー表示中の、撮像画素・焦点検出画素の読み出しおよび合焦判定の基本的な処理は、第１の実施形態と同じであり、図７で説明したものと同じである。
【００６７】
図９は、本発明に係る第２の実施形態の、焦点検出画素読み出し領域の細分化処理を表すイメージ図である。以下では、実施形態１との差異である、焦点検出画素読み出し領域細分化後の、読み出す領域の選択について説明する。
【００６８】
ここで、ライブビュー開始時の初期の焦点検出画素の読み出し領域９０１、および、合焦後の焦点検出画素読み出し領域の細分化９０２については、図８の８０１および８０２と同様である。
【００６９】
９０２中の黒塗り四角マークは、ライブビュー開始時の初期の焦点検出画素の読み出し領域において、合焦判定された複数の領域を示す。ここでは、９０３〜９０５の３ヶ所で合焦しているとする。９０６〜９０８に、細分化した焦点検出画素領域の読み出し順序の一例を示す。細分化した領域の読み出しは、９０３〜９０５を含む領域のみについて、９０６〜９０８のように巡回させる。
【００７０】
以上が、本発明に係る第２の実施形態の制御方法である。図１〜７および９に記載の制御方法を実施することで、実施例１に対してさらに局所的な発熱を低減することが可能となる。
【００７１】
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】
【００７２】
１０１  カメラ本体
１３１  固体撮像素子
２０３  演算処理回路
Ｓ７０４  初期の焦点検出画素読み出し結果に基づく焦点検出処理
Ｓ７０５  初期の焦点検出画素読み出し結果に基づく合焦判定処理
Ｓ７０７  焦点検出画素読み出し領域の細分化処理
Ｓ７０８〜Ｓ７１２  細分化後の焦点検出画素読み出し処理
Ｓ７１３  細分化後の焦点検出画素読み出し結果に基づく焦点検出処理
Ｓ７１４  細分化後の焦点検出画素読み出し結果に基づく合焦判定処理
【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】
2013161012.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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