(57)【要約】【課題】  焦点検出用画素が配置された撮像素子を有する撮像装置において、ＡＦ枠位置に応じて最適なＡＦ方法を選択し、スルー画像への影響を抑えつつＡＦ処理時間を短縮する。【解決手段】  撮像光学系からの光を光電変換して被写体像を生成する撮像画素、及び、撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を備えた撮像手段を有する撮像装置は、撮像手段の第１の領域について読み出しを行う第１のモードと、第１の領域より狭い領域について第１のモードより高速に読み出しを行う第２のモードとを切り替える。撮像画面内に設定されたＡＦ枠に焦点検出画素が含まれていない場合、第２のモードに設定してコントラスト検出方式によるＡＦを行い、ＡＦ枠に焦点検出画素が含まれている場合、第１のモードに設定するとともに、焦点検出画素からの信号に基づいてＡＦを行い、当該焦点検出結果に基づいてコントラスト検出方式によるＡＦを行う。【選択図】  図９
2013113857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を備えた交換レンズを着脱可能な撮像装置であって、
撮像光学系からの光を光電変換して被写体像を生成する撮像画素、及び、前記撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を備えた撮像手段と、
前記焦点検出画素からの信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、
前記撮像手段からの信号の高周波成分に基づいて焦点信号を算出し、該焦点信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う第２の焦点検出手段と、
前記撮像手段の第１の領域について読み出しを行う第１のモードと、前記第１の領域より狭い領域について前記第１のモードより高速に読み出しを行う第２のモードとを切り替える制御手段とを有し、
撮像画面内に設定された焦点検出領域に前記焦点検出画素が含まれていない場合、前記制御手段により前記第２のモードに設定して、前記第２の焦点検出手段による焦点検出を行い、
前記焦点検出領域に前記焦点検出画素が含まれている場合、前記制御手段により前記第１のモードに設定するとともに、前記第２の焦点検出手段による焦点検出を行い、当該焦点検出結果に基づいて、前記第２の焦点検出手段による焦点検出を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の焦点検出手段による焦点検出結果の信頼性が第１の場合より低い第２の場合、前記制御手段により前記第２のモードに設定して、前記第２の焦点検出手段による焦点検出を行い、前記第１の焦点検出手段による焦点検出結果の信頼性が前記第１の場合、前記制御手段により前記第１のモードに設定するとともに、前記第１の焦点検出手段による焦点検出を行い、当該焦点検出結果に基づいて、前記第２の焦点検出手段による焦点検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記焦点検出領域に対応する画像データの輝度に基づいて前記第１のモードと前記第２のモードの切り替えを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、装着された交換レンズが高速に駆動可能なレンズであるかどうかの情報に基づいて前記第１のモードと前記第２のモードの切り替えを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像手段からの信号に基づく画像データを表示する表示手段をさらに有し、
前記表示手段に画像データを表示した状態で撮影を行う場合、前記制御手段は、前記第２のモードに設定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】
撮像光学系を備えた交換レンズを着脱可能で、撮像光学系からの光を光電変換して被写体像を生成する撮像画素及び前記撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を備えた撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、
前記焦点検出画素からの信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う第１の焦点検出ステップと、
前記撮像手段からの信号の高周波成分に基づいて焦点信号を算出し、該焦点信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う第２の焦点検出ステップと、
前記撮像手段の第１の領域について読み出しを行う第１のモードと、前記第１の領域より狭い領域について前記第１のモードより高速に読み出しを行う第２のモードとを切り替える制御ステップとを有し、
撮像画面内に設定された焦点検出領域に前記焦点検出画素が含まれていない場合、前記制御ステップにより前記第２のモードに設定して、前記第２の焦点検出ステップによる焦点検出を行い、
前記焦点検出領域に前記焦点検出画素が含まれている場合、前記制御ステップにより前記第１のモードに設定するとともに、前記第２の焦点検出ステップによる焦点検出を行い、当該焦点検出結果に基づいて、前記第２の焦点検出ステップによる焦点検出を行う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、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に関し、特に自動焦点検出（ＡＦ）を行う撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤやＣＭＯＳセンサといった固体撮像素子を有する撮像装置には、ライブビュー機能を有するものがある。ライブビュー機能とは、撮像素子から連続的に読み出された画像信号を、カメラの背面などに設置された液晶ディスプレイなどの表示装置に順次出力することによって、被写体像の確認を行うことができる機能である。また、撮像装置の自動焦点検出・調節方法で撮影レンズを通過した光束を用いる一般的な方式として、コントラスト検出方式（ぼけ方式と呼ばれる）と位相差検出方式（ずれ方式と呼ばれる）とがある。
【０００３】
コントラスト検出方式は動画撮影用ビデオムービー機器（カムコーダー）や電子スチルカメラで多く用いられる方式で、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられるものである。撮像素子の出力信号、特に高周波成分の情報（コントラスト情報）に基づいて評価値を生成し、その評価値が最も大きくなる撮影レンズの位置を合焦位置とする方式である。コントラスト検出方式のうち山登り方式と呼ばれる手法においては、撮影レンズを微少量動かしながら評価値を求め、その評価値が結果的に最大であったとわかるまで撮影レンズを動かすことが必要である。そのため、高速なＡＦ動作には不向きとされている。
【０００４】
また、コントラスト検出方式によるＡＦ動作中に撮像素子の一部の領域の画素のみを読み出すことにより、フレームレートを上げて高速なＡＦを行う方法がある（特許文献１）。
【０００５】
一方、位相差検出方式は、一眼レフカメラに多く用いられる技術である。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２分割し、２分割した光束を一対の焦点検出用センサによりそれぞれ受光する。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ずれ量を検出することで撮影レンズのピント方向のずれ量を直接求めるものである。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と方向が得られ、高速な焦点調節動作が可能となっている。但し、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を２分割し、それぞれの光束に対応する信号を得るためには、撮像光路中にクイックリターンミラーやハーフミラー等の光路分割手段を設け、その先に焦点検出用光学系とＡＦセンサを設けるのが一般的である。そのため、装置が大型、かつ高価となる欠点がある。また、ライブビューを行う際は、通常クイックリターンミラーが退避しているため、位相差検出方式による焦点検出を行うことができないといった問題もある。
【０００６】
上記問題を解決するために、撮像素子に位相差検出機能を付与し、専用のＡＦセンサを不要とし、かつ高速の位相差ＡＦを実現するための技術が提案されている。例えば、特許文献２では、撮像素子の一部の受光素子（画素）において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与している。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行う。また、焦点検出用画素が配置された箇所は撮像画素の欠損部に相当するため、周辺の撮像画素情報から補間して画像情報を生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−７２２５４号公報
【特許文献２】特開２０００−１５６８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述の特許文献１に開示された従来技術では、ＡＦ動作中に撮像素子の一部の領域しか読み出していないため、被写体のスルー画像が表示できなくなる。そのため表示がブラックアウトしたり、一部領域が更新されなくなってしまい、ユーザがＡＦ動作中のスルー画像を確認できない。
【０００９】
また、上述の特許文献２に開示された従来技術では、焦点検出用画素が配置された箇所は周辺の撮影画素情報から補間して画像情報を創生する処理に時間がかかるため、焦点検出用画素は撮像素子の一部にしか配置できない。
【００１０】
本発明の目的は、焦点検出用画素が配置された撮像素子を有する撮像装置において、ＡＦ枠位置に応じて最適なＡＦ方法を選択し、スルー画像への影響を抑えつつＡＦ処理時間を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、撮像光学系を備えた交換レンズを着脱可能な撮像装置であって、撮像光学系からの光を光電変換して被写体像を生成する撮像画素、及び、前記撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を備えた撮像手段と、前記焦点検出画素からの信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う第１の焦点検出手段と、前記撮像手段からの信号の高周波成分に基づいて焦点信号を算出し、該焦点信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う第２の焦点検出手段と、前記撮像手段の第１の領域について読み出しを行う第１のモードと、前記第１の領域より狭い領域について前記第１のモードより高速に読み出しを行う第２のモードとを切り替える制御手段とを有し、撮像画面内に設定された焦点検出領域に前記焦点検出画素が含まれていない場合、前記制御手段により前記第２のモードに設定して、前記第２の焦点検出手段による焦点検出を行い、前記焦点検出領域に前記焦点検出画素が含まれている場合、前記制御手段により前記第１のモードに設定するとともに、前記第２の焦点検出手段による焦点検出を行い、当該焦点検出結果に基づいて、前記第２の焦点検出手段による焦点検出を行うことを特徴とする。
【００１２】
第２の本発明は、撮像光学系を備えた交換レンズを着脱可能で、撮像光学系からの光を光電変換して被写体像を生成する撮像画素及び前記撮影光学系の射出瞳の一部の領域を通る光を受光する焦点検出画素を備えた撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、前記焦点検出画素からの信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う第１の焦点検出ステップと、前記撮像手段からの信号の高周波成分に基づいて焦点信号を算出し、該焦点信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う第２の焦点検出ステップと、前記撮像手段の第１の領域について読み出しを行う第１のモードと、前記第１の領域より狭い領域について前記第１のモードより高速に読み出しを行う第２のモードとを切り替える制御ステップとを有し、撮像画面内に設定された焦点検出領域に前記焦点検出画素が含まれていない場合、前記制御ステップにより前記第２のモードに設定して、前記第２の焦点検出ステップによる焦点検出を行い、前記焦点検出領域に前記焦点検出画素が含まれている場合、前記制御ステップにより前記第１のモードに設定するとともに、前記第２の焦点検出ステップによる焦点検出を行い、当該焦点検出結果に基づいて、前記第２の焦点検出ステップによる焦点検出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、焦点検出用画素が配置された撮像素子を有する撮像装置において、ＡＦ枠位置に応じて最適なＡＦ方法を選択し、スルー画像への影響を抑えつつＡＦ処理時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１であるカメラの断面図。
【図２】撮像素子における撮像画素の配置を示す正面図と断面図。
【図３】撮像素子における焦点検出画素の配置を示す正面図と断面図。
【図４】撮像素子における撮像画素及び焦点検出画素の配置例を示す正面図。
【図５】撮像素子における撮像画素及び焦点検出画素の他の配置例を示す正面図。
【図６】実施例１のカメラに用いられる撮像素子における撮像画素及び焦点検出画素の配置を示す正面図。
【図７】実施例１のカメラにおける焦点検出画素の出力を平均化する処理を説明する図。
【図８】実施例１のカメラの電気的構成を示すブロック図。
【図９】実施例１のカメラの動作を示すフローチャート。
【図１０】実施例１のカメラにおける焦点検出画素の配置領域とＡＦ枠の位置関係を示す図。
【図１１】実施例１のカメラにおけるフレームレート切り替えによる読み出し領域の変化を示す図。
【図１２】実施例２のカメラの動作を示すフローチャート。
【図１３】実施例３のカメラの動作を示すフローチャート。
【図１４】実施例４のカメラの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１には、本発明の撮像装置としての一眼レフデジタルカメラの構成を示している。図１（ａ）は光学ファインダモードの状態を、（ｂ）はライブビューモード及び記録用画像の撮像動作時の状態を示している。図１において、カメラ本体１０１の前面には、撮像光学系を備えた交換レンズ１０２が着脱可能に装着される。カメラ本体１０１と交換レンズ１０２は、マウント接点群１１２を介して電気的に接続される。交換レンズ１０２の中には、撮影光学系として、撮影レンズ群１１９と、絞り１１３が設けられている。撮影レンズ群１１９は、図１では１枚のレンズで図示されているが、実際には複数のレンズから構成される。また、撮影レンズ群１１９には、焦点調節を行うためのフォーカスレンズが含まれる。絞り１１３は、カメラ本体１０１内に取り込む光量を調節することができる。
【００１７】
メインミラー１０３は、ハーフミラーにより構成されている。メインミラー１０３は、光学ファインダモードでは、撮影光学系からの光路（以下、撮像光路という）上に斜めに配置され、撮影光学系からの光束の一部を反射してファインダ光学系に導く。また、光学ファインダモードでは、メインミラー１０３を透過した光束は、メインミラー１０３の背後に配置されたサブミラー１０４で反射されてＡＦセンサ１０５へと導かれる。ライブビューモードでは、メインミラー１０３及びサブミラー１０４は、撮像光路外に退避する。
【００１８】
ＡＦセンサ１０５は、後述する撮像素子とは別体として設けられ、センサ別体型位相差検出方式のＡＦを実現するための受光素子である。ＡＦセンサ１０５は、サブミラー１０４を介した撮影光学系からの光束を２分割し、該分割された２つの光束に２像を形成させる二次結像レンズ（図示せず）を含む。また、ＡＦセンサ１０５は、該２像を光電変換する対のラインセンサ（以下、ラインセンサ対という）を含む。各ラインセンサは、複数の光電変換素子が一列に並べられることで構成されている。ラインセンサ対は、２像を光電変換して該２像に対応する２つの像信号を出力する。
【００１９】
２つの像信号は、図８にて後述する撮影制御回路２０２に送られる。撮影制御回路２０２は、２つの像信号に対して相関演算を行い、該２つの像信号のずれ量（方向を含む）としての位相差（以下、ＡＦセンサ位相差という）を算出する。そして、撮影制御回路２０２は、該ＡＦセンサ位相差に基づいて、撮影光学系の焦点状態を示すデフォーカス量（方向を含む）を算出する。なお、実際には、ラインセンサ対は１つだけでなく、撮像画面内に複数設けられた焦点検出領域に対応するよう複数設けられている。複数の焦点検出領域のうち、撮影制御回路２０２により自動的に又は撮影者により選択された１つの焦点検出領域に対応するラインセンサ対からの２つの像信号に基づいて上記デフォーカス量が算出される。この場合、ＡＦセンサ１０５及び撮影制御回路２０２は第３の焦点検出手段として機能する。
【００２０】
撮影制御回路２０２は、該デフォーカス量に基づいて、交換レンズ１０２内のフォーカスレンズの合焦状態を得るための駆動量（方向を含む）を算出する。フォーカスレンズを該駆動量だけ移動させることで、光学ファインダモードにおいて、センサ別体型位相差検出方式のＡＦ（フォーカス制御）による合焦状態が得られる。
【００２１】
撮像素子１０８は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成される。撮像素子１０８の前面には、ローパスフィルタ１０６と、フォーカルプレーンシャッタ１０７が設けられている。
【００２２】
背景技術で説明したように、コントラスト検出方式のＡＦは、撮像素子１０８の出力信号の高周波成分の情報（コントラスト情報）に基づいてＡＦを行う方法である。撮影制御回路２０２は、撮像素子１０８の出力信号の高周波成分の情報を用いて評価値（焦点信号）を生成し、その評価値が最も大きくなるフォーカスレンズの位置を合焦位置とする。この場合、撮影制御回路２０２は第２の焦点検出手段として機能する。
【００２３】
ピント板１０９は、撮影光学系の予定結像面に配置されている。ペンタプリズム１１０は、ファインダ光路を変更するための部材である。撮影者はアイピース１１４を通してピント板１０９を見ることによって、被写体を観察することができる。ピント板１０９、ペンタプリズム１１０及びアイピース１１４によってファインダ光学系が構成される。
【００２４】
ＡＥセンサ１１１は、ペンタプリズム１１０からの光束の一部を用いて測光を行う。
【００２５】
レリーズボタン１１５は、半押し（第１ストローク）操作及び全押し（第２ストローク）操作が可能である。レリーズボタン１１５が半押し操作されると、ＡＥやＡＦ等の撮像準備処理が行われ、全押し操作されると、撮像素子１０８が露光されて記録用画像を取得するための撮像処理が行われる。以下の説明では、レリーズボタン１１５が半押し操作されることをＳＷ１−ＯＮといい、全押し操作されることをＳＷ２−ＯＮという。
【００２６】
ライブビュー開始／終了ボタン１１６は、操作されるごとに、光学ファインダモードとライブビューモードとが切り替えるためのボタンである。光学ファインダモードでは、図１（ａ）のようにメインミラー１０３が下がった状態で、前述したようにＡＦセンサ１０５を用いてセンサ別体型位相差検出方式のＡＦが行われる。一方、ライブビューモードでは、図１（ｂ）のようにメインミラー１０３が上がった状態で、撮影光学系からの光束がダイレクトに撮像素子１０８に導かれる。そして、撮像素子１０８からの出力信号に基づいて生成されたライブビュー画像（画像データ）がカメラ本体１０１の背面に設けられた液晶ディスプレイ等の表示素子１１７に表示される。これにより、撮影者はファインダ光学系を介さずに被写体を観察することができる。
【００２７】
ライブビューモードでは、撮影光学系からの光束はＡＦセンサ１０５には導かれない。しかし、後述するように、撮像素子１０８の一部の画素からの出力信号を用いた位相差検出方式（以下、センサ一体型位相差検出方式という）によるＡＦを行うことができる。
【００２８】
センサ一体型位相差検出方式によるＡＦについて説明する。本実施例では、撮像素子１０８は、撮影光学系からの光束により形成された被写体像を光電変換して、ライブビュー画像や記録用画像を生成するために用いられる撮像信号を出力する撮像画素群を有する。また、撮像素子１０８は、撮影光学系からの光束のうち、後述する瞳分割機能によって２分割された光束により形成された２像を光電変換する焦点検出画素群を有する。
【００２９】
図２を用いて撮像画素群と焦点検出画素群について説明する。図２（ａ）は、２行×２列の撮像画素群を示している。本実施例では、撮像素子１０８として、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の原色カラーフィルタがベイヤー配列された２次元単板ＣＭＯＳカラーイメージセンサが用いられている。ベイヤー配列では２行×２列の４画素のうち対角方向にＧ画素が配置され、他の２画素としてＲとＢの画素が配置される。撮像素子１０８の全体にこの２行×２列の画素配置が繰り返されている。
【００３０】
図２（ａ）に示した撮像画素の断面Ａ−Ａを図２（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の前面に配置されたマイクロレンズであり、ＣＦＲはＲのカラーフィルタ、ＣＦＧはＧのカラーフィルタである。ＰＤは、ＣＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示している。ＣＬは、ＣＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは、撮像光学系を模式的に示している。
【００３１】
撮像画素のマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮像光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。すなわち、撮像光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤとはマイクロレンズＭＬにより共役関係に置かれ、かつ光電変換部ＰＤの有効面積が大きく設定されている。
【００３２】
また、図２（ｂ）では、Ｒ画素への入射光束を示しているが、Ｇ画素及びＢ画素へも同様に撮像光学系ＴＬを通過した光束が入射する。したがって、ＲＧＢの各撮像画素に対応した射出瞳ＥＰの径は大きくなり、被写体からの光束を効率良く取り込むことができる。これにより、ライブビュー画像や記録用画像を生成するために用いられる撮像信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００３３】
図３（ａ）は、水平方向（横方向）に撮像光学系の瞳分割を行う焦点検出画素群を含む２行×２列の画素群の平面図である。Ｇ画素は、輝度情報の主成分となるＧ撮像信号を出力する。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認められやすい。逆に、Ｒ、Ｂ画素は、主として色情報を取得する画素であるが、人間は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素に多少の欠損が生じても画質劣化が認識されにくい。このため、本実施例では、図２（ａ）に示した２行×２列の撮像画素のうち、Ｇ画素は撮像画素として残し、ＲとＢの画素の一部を焦点検出画素に置き換えている。図３（ａ）において、焦点検出画素をＳＡ，ＳＢで示す。
【００３４】
図３（ａ）に示した焦点検出画素の断面Ｂ−Ｂを図３（ｂ）に示す。焦点検出画素におけるマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、図２（ｂ）に示した撮像画素のマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤと同じである。
【００３５】
本実施例では、焦点検出画素からの画素信号は、ライブビュー画像や記録用画像を生成するためには用いないため、焦点検出画素にはカラーフィルタの代わりに、透明膜ＣＦＷ（Ｗｈｉｔｅ）が配置されている。また、焦点検出画素に瞳分割機能を持たせるために、配線層ＣＬの開口部（以下、絞り開口部という）ＯＰＨＡ、ＯＰＨＢが、マイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏って配置されている。
【００３６】
具体的には、焦点検出画素ＳＡにおいては、絞り開口部ＯＰＨＡは右側に偏って配置されており、撮像光学系ＴＬの射出瞳のうち左側の射出瞳領域ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。一方、焦点検出画素ＳＢの絞り開口部ＯＰＨＢは左側（つまりは絞り開口部ＯＰＨＡとは逆側）に偏って配置されており、撮像光学系ＴＬの射出瞳のうち右側の射出瞳領域ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。これにより、焦点検出画素ＳＡ及びＳＢは、同一被写体の２像を受光し、これらを光電変換することができる。
【００３７】
複数の焦点検出画素ＳＡを水平方向に規則的に配列し、該２像のうちこれらの焦点検出画素群ＳＡ上に形成される一方の像をＡ像とする。また、複数の焦点検出画素群ＳＢを水平方向に規則的に配列し、該２像のうちこれらの焦点検出画素群ＳＢ上に形成される他方の像をＢ像とする。焦点検出画素群ＳＡとＳＢによってＡ像とＢ像を光電変換し、撮影制御回路２０２は、該焦点検出画素群ＳＡ及びＳＢから出力される像信号のずれ量（方向を含む）としての位相差（以下、焦点検出画素位相差という）を算出する。そして、該焦点検出画素位相差に基づいて、撮影光学系の焦点状態を示すデフォーカス量（方向を含む）を求めることができる。この場合、撮影制御回路２０２は第１の焦点検出手段として機能する。
【００３８】
垂直方向（縦方向）でのＡ像とＢ像の位相差を検出する場合には、焦点検出画素ＳＡの絞り開口部ＯＰＨＡを上側に、焦点検出画素ＳＢの絞り開口部ＯＰＨＢを下側にそれぞれ偏らせて配置すればよい。つまり、図３（ａ）に示した焦点検出画素ＳＡおよびＳＢを９０度回転させ配置すればよい。
【００３９】
図４には、撮像素子上での撮像画素群及び焦点検出用画素群の配置例を示している。本実施例のカメラでは、ライブビューモードにおいて表示素子１１７に画像を表示するフレームレートを高くするため、Ｈ（水平）方向及びＶ（垂直）方向のそれぞれでの読み出し画素数が各方向の全画素の１／３になるように間引きされる。図中にＧ、Ｒ、Ｂを付した撮像画素は、間引きされたときに画素信号が読み出される画素である。記号の書かれていない白抜き画素は、間引きされたときには画素信号が読み出されない画素であるが、これらの画素の画素信号も全画素読み出し（例えば、記録用画像の取得時）には読み出される。
【００４０】
また、焦点検出画素群ＳＡ及びＳＢは、このように間引きされた状態でも画素信号が読み出せるように、撮像画素の間引き周期にかからないように配置されている。焦点検出画素群ＳＡ、ＳＢが画像生成に使用されないことを考慮して、本実施例では、焦点検出画素群ＳＡ及びＳＢを、Ｈ及びＶ方向に間隔を空けて離散的に配置している。また、焦点検出画素群ＳＡ及びＳＢによる画像上での画素欠損（つまりは画像の劣化）が目立ちにくくなるように、焦点検出画素はＧ画素の位置に配置しないことが望ましい。
【００４１】
本実施例では、図４中に太い黒枠で示された間引き時の４行×列の４画素（間引きしない場合の画素配置では、１２行×１２列の画素）を含む１ブロック内に、一対の焦点検出画素ＳＡ、ＳＢを配置している。図中のＢＬＯＣ＿Ｈ（ｉ，ｊ）はブロック名を表している。また、４×４ブロックが１つの画素ユニットとして扱われる。
【００４２】
１つの画素ユニットにおいて、Ｘ方向にて同一位置にあり、Ｙ方向に位置が異なるブロックでは、焦点検出画素ＳＡ、ＳＢを水平方向に間引き時にて１画素（間引きしない場合は３画素）ごとにシフトさせている。これを図中に矢印で示している。これは、離散的に配置された焦点検出画素群のサンプリング特性を改善するためである。すなわち、焦点検出画素ＳＡ，ＳＢはＸ方向に瞳分割された画素であるため、Ｘ方向にはサンプリングが密になるようにシフト量を１画素単位で行っている。また、同様の理由から、Ｙ方向にて同一位置にあり、Ｘ方向にて位置が異なるブロックでは、焦点検出画素ＳＡ，ＳＢを垂直方向に間引き時にて１画素（間引きしない場合は３画素）ごとにシフトさせている。
【００４３】
そして、複数の画素ユニットが撮像素子の全面における複数の焦点検出領域に対応する位置に配置される。前述したように選択された焦点検出領域に対応する焦点検出画素ＳＡ及びＳＢからの画素信号（つまりは２つの像信号）を読み出す。なお、図４は水平方向における像信号を取得してＡＦに用いる場合の例であるが、垂直方向における像信号を取得する場合は、図４での水平及び垂直方向を転置した図５に示すような画素配置とすればよい。
【００４４】
さらに、焦点検出画素を、図４に示した配置と図５に示した配置とを組み合わせた市松状に配置すると、図６に示すような配置となり、水平方向と垂直方向でそれぞれ像信号を得ることができる。
【００４５】
なお、実際のＡＦ演算においては、図７に示すように、１つの画素ユニット内の複数の焦点検出画素を１つの画素として扱い、該複数の焦点検出画素からの画素信号を加算平均することによって該１つの画素からの出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。図７の例では、２つの焦点検出画素からの画素信号を平均化して１つの画素としての出力を得る場合を示しているが、平均化する焦点検出画素数は任意である。本実施例の撮像素子１０８は、図６に示す画素配置を持ち、センサ一体型位相差検出方式によるＡＦを行うことができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施例のカメラでは、光学ファインダモードではセンサ別体型位相差検出方式によるＡＦを行い、ライブビューモードではセンサ一体型位相差検出方式によるＡＦを行うことができる。
【００４７】
次に、本実施例のカメラにおける電気的構成について、図８を用いて説明する。なお、図１に示した構成要素には、図８に同符号を用いて示している。
【００４８】
図８において、撮影光学系から入射した光束は、絞り１１３を通過してメインミラー１０３に到達する。図８では、サブミラー１０４の図示を省略している。メインミラー１０３は、入射光束を反射光束と透過光束とに分離してそれぞれをＡＥセンサ１１１及びＡＦセンサ１０５に導く光学ファインダモードと、メインミラー１０３（及びサブミラー１０４）を撮像光路外に退避させるライブビューモードとで切り替えられる。
【００４９】
ライブビューモードにおいては、シャッタ１０７を開く。このため、入射光束はそのまま撮像素子１０８に到達する。撮像素子１０８から出力されたアナログ撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器２０７によりデジタル信号に変換されて画像生成手段としての信号処理回路２０８に入力される。信号処理回路２０８は、撮像信号に対して各種信号処理を行うことでカラー画像信号を生成する。カラー画像信号は表示回路２０９に所定の周期で送られる。これにより、図１に示した表示素子１１７に、ライブビュー画像（動画像）が表示される。
【００５０】
なお、撮像時には、ＳＷ２−ＯＮに応じて、ライブビューモードと同様にして（但し、ライブビュー画像よりも多い画素数で）生成された記録用画像（静止画像）としてのカラー画像信号が記録回路２１０に送られる。これにより、記録用画像が不図示の記録媒体（半導体メモリ、光ディスク等）に記録される。また、記録用画像としてのカラー画像信号は、表示回路２０９を介して表示素子１１７に所定時間の間、表示される。
【００５１】
ライブビューモードでは、信号処理回路２０８は、撮像信号に対してコントラスト評価値を算出し撮影制御回路２０２に送る。撮影制御回路２０２は、レンズ駆動回路２０６を介して交換レンズ１０２に含まれるフォーカスレンズを駆動しながらコントラスト評価値がピークとなる位置を探し、ピーク値となるレンズ位置にフォーカスレンズを駆動する。
【００５２】
また、ライブビューモードにおいて、信号処理回路２０８は、撮像素子１０８上の焦点検出画素群により得られた２つの像信号を撮影制御回路２０２に送る。撮影制御回路２０２は、焦点検出画素群からの２つの像信号に対して相関演算を行い、該２つの像信号の焦点検出画素位相差を算出する。そして、撮影制御回路２０２は、該焦点検出画素位相差に基づいて、フォーカスレンズのデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に基づいて、レンズ駆動回路２０６を介してフォーカスレンズを駆動する。
【００５３】
光学ファインダモードでは、ＡＥセンサ１１１は測光信号を撮影制御回路２０２に送る。また、ＡＦセンサ１０５は、ラインセンサ対により得られた２つの像信号を撮影制御回路２０２に送る。
【００５４】
撮影制御回路２０２は、ＡＥセンサ１１１から得られた測光信号に基づいて、撮像動作時における絞り１１３の開口径やシャッタスピードを決定する。撮影制御回路２０２は、撮像時には、ＳＷ２−ＯＮに応じて、絞り駆動回路２０５及びシャッタ（ＳＨ）駆動回路２０３を介して絞り１１３とシャッタ１０７を、決定した開口径やシャッタスピードに基づいて制御する。なお、絞り駆動回路２０５は、交換レンズ１０２内に設けられている。
【００５５】
また、光学ファインダモードにおいて、撮影制御回路２０２は、ＳＷ１−ＯＮに応じて、前述したようにＡＦセンサ１０５からの２つの像信号に対して相関演算を行い、該２つの像信号のＡＦセンサ位相差を算出する。そして、撮影制御回路２０２は、該ＡＦセンサ位相差に基づいてフォーカスレンズのデフォーカス量を算出し、該デフォーカス量に基づいて、レンズ駆動回路２０６を介してフォーカスレンズを駆動する。なお、レンズ駆動回路２０６は、交換レンズ１０２に設けられている。
【００５６】
また、撮影制御回路２０２は、第１の焦点情報算出手段、第２の焦点情報算出手段、補正値算出手段及び制御手段として機能する。
【００５７】
次に、図９に示すフローチャートを用いて、本実施例のライブビューモードにおけるカメラの動作について説明する。該動作は、撮影制御回路２０２に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。
【００５８】
ステップＳ９０１では、撮影制御回路２０２は、ＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれるかどうかを判定し、含まれていなければステップＳ９０２に進む。
【００５９】
図１０は、焦点検出画素の配置について示しており、ライブビューの撮像領域の水平方向に５０％、垂直方向に５０％の幅に焦点検出画素が配置されている場合を示している。図１０（ａ）は、ＡＦ枠が中央にあり、ＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれている。一方、図１０（ｂ）のようにＡＦ枠が周辺にある場合は焦点検出画素が含まれていない。
【００６０】
ステップＳ９０２では、撮影制御回路２０２は、フレームレートの切り替えを行う。例えば６０ｆｐｓで駆動している状態から１２０ｆｐｓに切り替えを行う。その際、高速フレームレートに切り替えると読み出し時間が間に合わず、全領域の画像を読み出せず一部の領域のみを読み出すことになる。その場合はＡＦ枠の位置を含むようにして読み出しを行う。図１１にフレームレートを切り替えた際の読み出し領域について示す。図１１（ａ）では全領域（第１の領域）を読み出している（第１のモード）が、高速フレームレートに切り替えた図１１（ｂ）では一部の領域しか読み出していない状態（第２のモード）である。そのため、高速フレームレートに切り替えている期間はライブビュー表示を全領域で行うことはできず、その期間は表示のブラックアウトや一部領域のみ更新したりすることになる。ここで、高速フレームレートに切り替わっていることにより、コントラスト評価値を早い周期で取得できるためコントラストＡＦの処理時間の短縮が可能となる。
【００６１】
ステップＳ９０３では、撮影制御回路２０２は、レンズ駆動回路２０６を制御して所定量のレンズ駆動を行い、コントラスト評価値を取得し、ステップＳ９０４でコントラスト評価値がピークとなっているかどうかを判定する。最大となっていない場合はコントラスト評価値がピークとなるまでステップＳ９０３とステップＳ９０４を繰り返す。コントラストピークが検出された場合はステップＳ９０５に進む。
【００６２】
ステップＳ９０５では、撮影制御回路２０２は、コントラスト評価値がピークとなっているレンズ位置へレンズ駆動を行うようレンズ駆動回路２０６を制御し、ステップＳ９０６に進む。
【００６３】
ステップＳ９０６では、撮影制御回路２０２は、ＡＦが終了したため高速フレームレートをライブビューの通常フレームレートに戻し、全領域の表示を行う。
【００６４】
一方、ステップＳ９０１でＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれていると判定し、ステップＳ９０７に進んだ場合は、前述した焦点検出画素の２つの像信号の相関演算で得られるデフォーカス量からデフォーカスの方向を取得しステップＳ９０８に進む。
【００６５】
ここで、ＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれている場合は、デフォーカス量とデフォーカスの方向（焦点検出結果）があらかじめ分かっている状態でコントラストＡＦを行うため、高速フレームレートに切り替えなくても高速なＡＦを行うことが可能である。また、メインミラーを１０３をアップさせた状態で焦点検出を行うことができるため、ライブビュー表示がブラックアウトしたり、一部領域のみ更新するといったことは生じない。
【００６６】
ステップＳ９０８では、撮影制御回路２０２は、レンズ駆動回路２０６を制御してＳ９０７で取得したデフォーカス方向へレンズを駆動し、Ｓ９０８でコントラスト評価値がピークとなっているかどうかを判定する。最大となっていない場合はコントラスト評価値がピークとなるまでステップＳ９０８とステップＳ９０９を繰り返す。コントラストピークが検出された場合はステップＳ９１０に進む。
【００６７】
ステップＳ９１０では、撮影制御回路２０２は、コントラスト評価値がピークとなっているレンズ位置へレンズ駆動を行うようレンズ駆動回路２０６を制御し、ＡＦ動作を終了する。
【００６８】
本実施例によれば、ＡＦ枠位置に焦点検出用画素が含まれている場合は、高速フレームレートに切り替えないので、ライブビュー表示を行いながら撮影を行うことが出来る。この場合、センサ一体型位相差検出方式によるＡＦを行うことでＡＦを高速化することができる。一方、ＡＦ枠位置に焦点検出用画素が含まれていない場合は、高速フレームレートに切り替えるので、コントラスト検出方式によるＡＦをより高速に行うことが出来る。
【００６９】
以上説明したように、本実施例では、焦点検出用画素が一部に配置された撮像素子を有する撮像装置において、ＡＦ枠位置に焦点検出用画素が含まれているか否かを判定することによって最適なＡＦ方法を選択し、ＡＦ処理時間を短縮することが可能となる。
【実施例２】
【００７０】
以下、図１２示すフローチャートを用いて、本発明の第２の実施例のライブビューモードにおけるカメラの動作について説明する。なお、基本的な構成は実施例１と同じなので、以下では異なる部分を説明する。
【００７１】
図１２のステップＳ１２０１では、撮影制御回路２０２は、ＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれるかどうかを判定し、含まれていなければ、ステップＳ１２０２に進む。この場合の動作は実施例１のステップＳ９０２〜Ｓ９０６の動作と同じになるため、説明は省略する。
【００７２】
ステップＳ１２０１で、ＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれていると判定した場合は、ステップＳ１２０７に進む。ステップＳ１２０７では、撮影制御回路２０２は、焦点検出画素から取得したデフォーカス量の信頼度がある閾値より高いか否かを判定する。
【００７３】
ここで、デフォーカス量の信頼度に関しては、定量化するのに様々な方式が提案されているが、本実施例においては、Ａ像とＢ像の像信号の形状の一致度が高いほど信頼性が高いと判定する。ここでは、全部でｎ個（複数個）の光電変換素子により構成されるラインセンサによりＡＦ後に得られるＡ像及びＢ像の像信号をそれぞれＡｉ，Ｂｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）とする。信頼度Ｒは、
【００７４】
【数１】
2013113857.tif 000003
【００７５】
により算出される。Ａ像の像信号とＢ像の像信号の一致度が高いほどＲの値は小さくなるため、実際の信頼性は、Ｒの値が小さいほど高くなる。
【００７６】
ステップＳ１２０７において、信頼度Ｒがある閾値Ｒｔｈより小さい場合（第１の場合）、デフォーカス量および方向は信頼性が高いとしてステップＳ１２０８に進む。一方、信頼度Ｒがある閾値Ｒｔｈより大きい場合（第２の場合）、デフォーカス量および方向は信頼性が低いとしてステップＳ１２０２に進む。
【００７７】
ステップＳ１２０８に進んだ場合、ステップＳ１２０８〜Ｓ１２１１の動作は実施例１のステップＳ９０７〜Ｓ９１０の動作と同じになるため、説明は省略する。
【００７８】
以上説明したように、本実施例では、ＡＦ枠位置に焦点検出用画素が含まれている場合において、デフォーカス量の信頼性が高い（Ｒが閾値より小さい）場合（Ｒが閾値より小さい）のみセンサ一体型位相差検出方式によるＡＦを行う。そのため、信頼性が低い（Ｒが閾値より大きい）場合に誤った方向へレンズ駆動するのを防ぐことが可能となる。また、信頼性が低い場合は、高速フレームレートに切り替えてコントラスト検出方式によるＡＦを行うため、ＡＦ処理時間を短縮することが可能となる。
【実施例３】
【００７９】
以下、本発明の第３の実施例のカメラの動作について説明する。基本的な動作は実施例１および実施例２と同様であるが、本実施例ではフレームレート切り替えをＡＦ枠領域の画像の輝度に応じて切り替えるか否かを判定する。
【００８０】
本実施例のフローチャートを図１３に示す。ステップＳ１３０１では、ＡＦ枠領域の画像の輝度が閾値より高いか否かを判定し、ある閾値より高いと判定したらステップＳ１３０２に進み高速フレームレートへの切り替えを行い、閾値より高いと判定しなかった場合フレームレート切り替えは行わない。
【００８１】
高速フレームレートに切り替えると、撮像素子の最長蓄積時間が短くなり、低輝度の場合に露出アンダー画像になってしまう。その結果、画像のコントラスト評価値が低くなり、正確に合焦できなくなる可能性が高くなってしまう。本実施例では、ある一定輝度以上の場合のみフレームレートを切り替えるようにすることで、合焦精度の低下を防ぐことができる。
【００８２】
以上のようなフレームレート切り替え制御を実施例１に適用する場合、図９のステップＳ９０１でＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれないと判定したら（ステップ９０１でＮＯ）、図１３のステップＳ１３０１に進むようにする。ここで、ＡＦ枠領域の画像の輝度が閾値より高いと判定した場合、ステップ９０２〜Ｓ９０６の処理を行う。一方、ＡＦ枠領域の画像の輝度が閾値より高いと判定しなかった場合、ステップＳ９０２のフレームレート切替えは行わずにステップＳ９０３〜Ｓ９０５の処理を行う。この場合、フレームレートを高速に切り替えていないので、ステップＳ９０６のフレームレート切り替えも行わない。
【００８３】
また、上記フレームレート切り替え制御を実施例２に適用する場合、図１２のステップＳ１２０１でＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれないと判定したら（ステップ１２０１でＮＯ）、図１３のステップＳ１３０１に進むようにする。ここで、ＡＦ枠領域の画像の輝度が閾値より高いと判定した場合、ステップ１２０２〜Ｓ１２０６の処理を行う。一方、ＡＦ枠領域の画像の輝度が閾値より高いと判定しなかった場合、ステップＳ１２０２のフレームレート切替えは行わずにステップＳ１２０３〜Ｓ１２０５の処理を行う。この場合、フレームレートを高速に切り替えていないので、ステップＳ１２０６のフレームレート切り替えも行わない。
【実施例４】
【００８４】
以下、本発明の第４の実施例のカメラの動作について説明する。基本的な動作は実施例１および実施例２と同様であるが、本実施例ではフレームレート切り替えを装着された交換レンズに応じて切り替えるか否かを判定する。
【００８５】
本実施例のフローチャートを図１４に示す。ステップＳ１４０１では、装着された交換レンズが高速に駆動することが可能なレンズかどうかを、交換レンズ１０２から取得した情報により判定する。高速に駆動可能なレンズであると判定した場合はステップＳ１３０２に進みフレームレート切り替えを行い、高速に駆動可能なレンズでないと判定した場合、フレームレート切り替えは行わない。
【００８６】
高速フレームレートに切り替えると、その期間はスルー画像表示のブラックアウトや一部領域のみ更新したりすることになる。高速に駆動可能なレンズである場合は、合焦までの時間が短くなるため、表示されない期間も短くて済む。しかし、高速に駆動可能ではないレンズの場合は高速フレームレートでも合焦までの時間が長くなってしまう。そのため、画像が表示されない期間が長くなってしまうため、ユーザがＡＦ動作中の被写体の変化を知ることができなくなる。それに対して、本実施例では、装着レンズが高速に駆動可能ではない場合はフレームレート切り替えを行わず、スルー画像表示が更新されるようにしている。
【００８７】
以上のようなフレームレート切り替え制御を実施例１に適用する場合、図９のステップＳ９０１でＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれないと判定したら（ステップ９０１でＮＯ）、図１４のステップＳ１４０１に進むようにする。ここで、高速に駆動可能なレンズであると判定した場合、ステップ９０２〜Ｓ９０６の処理を行う。一方、高速に駆動可能なレンズでないと判定した場合、ステップＳ９０２のフレームレート切替えは行わずにステップＳ９０３〜Ｓ９０５の処理を行う。この場合、フレームレートを高速に切り替えていないので、ステップＳ９０６のフレームレート切り替えも行わない。
【００８８】
また、上記フレームレート切り替え制御を実施例２に適用する場合、図１２のステップＳ１２０１でＡＦ枠の位置に焦点検出画素が含まれないと判定したら（ステップ１２０１でＮＯ）、図１４のステップＳ１４０１に進むようにする。ここで、高速に駆動可能なレンズであると判定した場合、ステップ１２０２〜Ｓ１２０６の処理を行う。一方、高速に駆動可能なレンズでないと判定した場合、ステップＳ１２０２のフレームレート切替えは行わずにステップＳ１２０３〜Ｓ１２０５の処理を行う。この場合、フレームレートを高速に切り替えていないので、ステップＳ１２０６のフレームレート切り替えも行わない。
【００８９】
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】
【００９０】
１０１  カメラ本体
１０２  交換レンズ
１０５  ＡＦセンサ
１０８  撮像素子
１１７  表示素子
１１９  撮影光学系
２０２  撮影制御回路
２０８  信号処理回路
ＳＡ  焦点検出画素
ＳＢ  焦点検出画素
【図１】
2013113857.tif 000004
【図２】
2013113857.tif 000005
【図３】
2013113857.tif 000006
【図４】
2013113857.tif 000007
【図５】
2013113857.tif 000008
【図６】
2013113857.tif 000009
【図７】
2013113857.tif 000010
【図８】
2013113857.tif 000011
【図９】
2013113857.tif 000012
【図１０】
2013113857.tif 000013
【図１１】
2013113857.tif 000014
【図１２】
2013113857.tif 000015
【図１３】
2013113857.tif 000016
【図１４】
2013113857.tif 000017