(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像素子内の任意の領域に焦点調節領域を設定可能にするとともに、焦点検出の精度を落とすことなく、システムの負荷を軽減し、消費電力を削減した撮像装置を提供する。【解決手段】２次元に配置された複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、ベイヤー配列のカラーフィルタにより覆われ、入射光量に応じた画像信号を出力する撮像素子２２１と、各マイクロレンズに対応する複数の光電変換部から、視差を有する一対の信号及び該複数の光電変換部の信号を加算した加算信号を得ることが可能な第１の読み出しを行うか、一対の信号を得ずに加算信号を得る第２の読み出しを行うかを、Ｒ／Ｇ行と、Ｇ／Ｂ行それぞれについて判断する判断手段２３２と、判断手段による判断結果に基づいて、Ｒ／Ｇ行と、Ｇ／Ｂ行とで、第１の読み出しと第２の読み出しを切り替えて制御するＡＦ用信号読み出し制御部２３３とを有する。【選択図】図１
2016225848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配置された複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、第１の色のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタにより覆われた第１の行と、前記第１の色と異なる第２の色のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタにより覆われた第２の行とを有し、入射光量に応じた画像信号を出力する撮像素子と、
前記各マイクロレンズに対応する前記複数の光電変換部から、視差を有する一対の信号及び該複数の光電変換部の信号を加算した加算信号を得ることが可能な第１の読み出しを行うか、一対の信号を得ずに加算信号を得る第２の読み出しを行うかを、前記第１の行及び前記第２の行それぞれについて判断する判断手段と、
前記判断手段により判断された結果に基づいて、前記第１の行と前記第２の行とで、前記第１の読み出しと前記第２の読み出しを切り替えて制御する制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記判断手段は、前記撮像素子から得られた加算信号を用いて被写体を検出し、前記第１の色と前記第２の色のうち、前記検出した被写体の色により近い色のカラーフィルタを含む行を、前記第１の読み出しにより読み出し、それ以外の行を前記第２の読み出しにより読み出すと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】
前記判断手段は、前記検出した被写体に対応する領域に含まれる前記第１の行と前記第２の行の、いずれの行から得られた加算信号の信号レベルが大きいかを判定し、前記第１の行及び前記第２の行のうち、より大きい信号レベルの信号を出力した行を前記第１の読み出しにより読み出し、それ以外の行を前記第２の読み出しにより読み出すと判断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】
前記判断手段は、被写体が検出できなかった場合に、前記第１の行及び前記第２の行を共に前記第１の読み出しにより読み出すと判断することを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記判断手段は、前記撮像素子から得られた加算信号を用いて被写体の背景となる領域を検出し、前記第１の色と前記第２の色のうち、前記検出した背景の色により近い色のカラーフィルタを含む行を、前記第１の読み出しにより読み出し、それ以外の行を前記第２の読み出しにより読み出すと判断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】
フラッシュを発光して撮影を行う場合に、前記判断手段は、前記第１の色と前記第２の色のうち、前記フラッシュの色温度が示す色により近い色のカラーフィルタを含む行を、前記第１の読み出しにより読み出し、それ以外の行を前記第２の読み出しにより読み出すと判断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】
撮影シーンを設定する設定手段を更に有し、
前記判断手段は、前記設定された撮影シーンに応じて、前記第１の行及び前記第２の行それぞれについて、前記第１の読み出しを行うか、前記第２の読み出しを行うかを判断することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記判断手段は、前記第１の色と前記第２の色のうち、前記設定された撮影シーンにおいて背景となる色により近い色のカラーフィルタを含む行を、前記第１の読み出しにより読み出し、それ以外の行を前記第２の読み出しにより読み出すと判断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】
前記一対の信号を用いて、位相差方式の焦点検出を行う焦点検出手段を更に有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】
前記カラーフィルタは、ベイヤー配列のカラーフィルタであって、前記第１の色は赤、前記第２の色は青であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
２次元に配置された複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、第１の色のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタにより覆われた第１の行と、前記第１の色と異なる第２の色のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタにより覆われた第２の行とを有し、入射光量に応じた画像信号を出力する撮像素子の制御方法であって、
判断手段が、前記各マイクロレンズに対応する前記複数の光電変換部から、視差を有する一対の信号及び該複数の光電変換部の信号を加算した加算信号を得ることが可能な第１の読み出しを行うか、一対の信号を得ずに加算信号を得る第２の読み出しを行うかを、前記第１の行及び前記第２の行それぞれについて判断する判断工程と、
制御手段が、前記判断手段により判断された結果に基づいて、前記第１の行と前記第２の行とで、前記第１の読み出しと前記第２の読み出しを切り替えて制御する制御工程と
を有することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及び撮像素子の制御方法に関し、各画素から光学系の異なる瞳領域を通過した光束に基づく一対の信号を読み出すことが可能な撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、焦点検出機能と画像信号取得を１枚の撮像素子を用いて実現する技術が知られており、その一例として、焦点検出用の情報取得用画素を、表示／記録用の画像取得用画素として兼用できるものが提案されている（特許文献１参照）。この技術によれば、撮像素子を構成する画素のうち、少なくとも一部の画素を水平及び／または垂直方向に複数の領域に分割し、画像取得時には分割された領域から得られる信号を加算することで画像信号を得る。また、焦点調節時には、水平または垂直方向に分割された２領域分の信号を得るように読み出すことで、各画素を瞳分割した、位相差方式の焦点調節用信号として用いることが可能である。
【０００３】
また、特許文献２では、分割された複数の領域の信号をそれぞれラインメモリに読み出し、画素毎に加算して画像信号として出力するか、各領域の信号を独立に出力して位相差方式の焦点調節用信号として用いるかを切り替える撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２５１３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５５０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、撮像素子の多画素化に伴い、予め定められた時間内により多くの画素信号を読み出すことが要求される一方で、撮像素子の出力レートの増加、あるいは出力チャンネル数の増加などによるシステムへの負荷も大きくなってきている。たとえば、出力チャンネル数が増加することにより、あるいは、同じチャンネル数であっても出力レートが上がることにより、チャンネル間の信号遅延量の調整が複雑になるという問題があった。特に、上述したように１つの画素が複数の光電変換部によって構成された、瞳分割読み出し機能を持った撮像素子の場合は、信号の読み出し数が増えるため、さらにシステムへの負担は増加してしまう。また、多くの信号を読み出すことによる消費電力の増加という問題も発生している。
【０００６】
特許文献２では、焦点調節領域では各光電変換部毎に読み出した信号をそのまま撮像素子から出力し、それ以外の領域では各光電変換部毎に読み出した信号を画素毎に加算して撮像素子から出力する。このように、焦点調節領域とそれ以外の領域とで出力方法を切り替えることで、信号の出力数を減らしている。しかしながら、特許文献２では、各光電変換部からの読み出しはそれぞれ独立に行っているため、読み出しにかかる時間を十分に短くすることができなかった。
【０００７】
また、特許文献２では、被写体領域に焦点調節領域を設定して、焦点調節用の信号の出力の仕方と画像信号用の信号の出力の仕方とを切り替えているが、被写体が動いている場合に、被写体に十分に追従した焦点調節を行うことが難しい場合があった。動く被写体を追尾して焦点検出を行う精度は、加算せずに読み出す領域が多いほど高くなる一方、システム負荷及び消費電力の増加に関する課題は解決できなくなる。そのため、画面中のどの領域から位相差方式の焦点調節用信号を読み出すかが課題となっていた。
【０００８】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、撮像素子内の任意の領域に焦点調節領域を設定可能にするとともに、焦点検出の精度を落とすことなく、システムの負荷を軽減し、消費電力を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、２次元に配置された複数のマイクロレンズそれぞれに対して複数の光電変換部を備え、第１の色のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタにより覆われた第１の行と、前記第１の色と異なる第２の色のカラーフィルタを含む複数のカラーフィルタにより覆われた第２の行とを有し、入射光量に応じた画像信号を出力する撮像素子と、前記各マイクロレンズに対応する前記複数の光電変換部から、視差を有する一対の信号及び該複数の光電変換部の信号を加算した加算信号を得ることが可能な第１の読み出しを行うか、一対の信号を得ずに加算信号を得る第２の読み出しを行うかを、前記第１の行及び前記第２の行それぞれについて判断する判断手段と、前記判断手段により判断された結果に基づいて、前記第１の行と前記第２の行とで、前記第１の読み出しと前記第２の読み出しを切り替えて制御する制御手段とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像素子内の任意の領域に焦点調節領域を設定可能にするとともに、焦点検出の精度を落とすことなく、システムの負荷を軽減し、消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態における撮像素子の概略構成を示す図。
【図３】実施形態における撮像素子の画素の構成例を示す概念図及び回路図。
【図４】実施形態における撮影光学系の瞳領域と画素との対応関係を説明する図。
【図５】第１の実施形態における撮像素子の駆動方法を説明する図。
【図６】第１の実施形態における撮像素子の駆動方法を示すフローチャート。
【図７】第２の実施形態における撮像素子の駆動方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
●撮像システムの構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像システムの概略構成を示すブロック図である。なお、第１の実施形態では、レンズ交換可能な撮像システムとして説明するが、固定レンズを有する撮像装置であってもよい。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態における撮像システムは、レンズユニット１０とカメラ本体２０から構成されている。そして、レンズユニット１０全体の動作を統括制御するレンズ制御部１０６と、レンズユニット１０を含めた撮像システム全体の動作を統括するカメラ制御部２３２とは、レンズマウントに設けられた端子を通じて相互にデータを通信している。
【００１５】
まず、レンズユニット１０の構成について説明する。レンズユニット１０は、固定レンズ１０１、絞り１０２、フォーカスレンズ１０３等により構成される撮影光学系を有する。絞り１０２は、絞り駆動部１０４によって駆動され、後述する撮像素子２２１への入射光量を制御する。フォーカスレンズ１０３は、フォーカスレンズ駆動部１０５によって駆動され、焦点調節に用いられる。なお、後述する撮像素子２２１の位置を光軸方向に駆動することで、焦点調節を行うように構成しても構わない。絞り駆動部１０４及びフォーカスレンズ駆動部１０５はレンズ制御部１０６によって制御され、絞り１０２の開口径や、フォーカスレンズ１０３の位置が制御される。
【００１６】
ユーザによりレンズ操作部１０７に備えられたフォーカスリング等の操作により、フォーカスなどの操作が行われた場合には、レンズ制御部１０６がユーザ操作に応じた制御を行う。また、レンズ操作部１０７は、オートフォーカス（ＡＦ）／マニュアルフォーカス（ＭＦ）モードの切り替え、撮影距離範囲の設定、手ブレ補正モードの設定など、ユーザがレンズユニット１０の動作に関する設定を行うことができる。
【００１７】
レンズ制御部１０６は、後述するカメラ制御部２３２から受信した制御命令や制御情報に応じて、絞り駆動部１０４やフォーカスレンズ駆動部１０５の制御を行うと共に、レンズ情報をカメラ制御部２３２に送信する。
【００１８】
次に、カメラ本体２０の構成について説明する。カメラ本体２０において、撮像素子２２１は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより構成され、レンズユニット１０の撮影光学系を通過した光束が撮像素子２２１の受光面上に結像される。そして、形成された被写体像が撮像素子２２１のフォトダイオード（光電変換部）によって入射光量に応じた電荷に光電変換され、蓄積される。各フォトダイオードに蓄積された電荷は、カメラ制御部２３２の指令に従ってタイミングジェネレータ２３５から与えられる駆動パルスに基づいて、電荷に応じた電圧信号として撮像素子２２１から順次読み出される。なお、撮像素子２２１の詳細構成については後述するが、本実施形態における撮像素子２２１は、通常の撮像信号（記録／表示用の信号）の他に、位相差方式の焦点検出に用いることのできる視差を有する一対のＡＦ用信号を出力することができる。
【００１９】
撮像素子２２１から読み出された撮像信号及びＡＦ用信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２２２に入力され、リセットノイズを除去する為の相関二重サンプリング、ゲインの調節、信号のデジタル化を行う。そして、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２２２は、処理した撮像信号を画像信号処理部２２３及び被写体検出部２３６に、ＡＦ用信号をＡＦ信号処理部２２４に出力する。
【００２０】
画像信号処理部２２３は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２２２から出力された撮像信号に対して各種の画像処理を施して、画像信号を生成し、バス２１を介してＳＤＲＡＭ２２９に格納する。ＳＤＲＡＭ２２９に格納された画像信号は、バス２１を介して表示制御部２２５によって読み出され、表示部２２６に表示される。また、撮像信号の記録を行う動作モードでは、ＳＤＲＡＭ２２９に格納された画像信号は記録媒体制御部２２７によって記録媒体２２８に記録される。
【００２１】
ＲＯＭ２３０にはカメラ制御部２３２が実行する制御プログラム及び制御に必要な各種データ等が格納されており、フラッシュＲＯＭ２３１には、ユーザ設定情報等のカメラ本体２０の動作に関する各種設定情報等が格納されている。
【００２２】
ＡＦ信号処理部２２４は、カメラ制御部２３２からの情報に基づいて、撮像画面内に焦点検出領域の設定や配置を行う。そして、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２２２から出力された一対のＡＦ用信号のうち、設定した焦点検出領域に含まれる一対のＡＦ用信号を基に公知の相関演算を行い、像ずれ量と信頼性情報を算出する。信頼性情報としては、例えば、二像一致度、二像急峻度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等を含む。そして、算出した像ずれ量と信頼性情報をカメラ制御部２３２へ出力する。
【００２３】
カメラ制御部２３２は、例えば、１つ以上のプログラマブルプロセッサ等により構成され、例えばＲＯＭ２３０に記憶された制御プログラムを実行することで、レンズユニット１０を含めたカメラシステム全体の動作を実現する。まず、カメラ制御部２３２は、カメラ本体２０内の各構成と情報をやり取りして制御を行う。また、カメラ本体２０内の処理だけでなく、ユーザにより操作されたカメラ操作部２３４からの入力に応じて、電源のＯＮ／ＯＦＦ、設定の変更、記録を制御する。更に、オートフォーカス（ＡＦ）／マニュアルフォーカス（ＭＦ）制御の切り替え、記録画像の確認、焦点検出領域の指定等、ユーザ操作に応じた様々な機能を実行する。更に、先述したようにレンズユニット１０内のレンズ制御部１０６と情報をやり取りし、撮影光学系の制御命令や制御情報を送信したり、レンズユニット１０内の情報を取得する。その制御の１つとして、カメラ制御部２３２は、ＡＦ信号処理部２２４から取得した相関演算結果に基づいて、レンズ制御部１０６を介してフォーカスレンズ１０３を駆動する。
【００２４】
被写体検出部２３６は、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤ回路２２２から出力された撮像信号に対して公知の検出処理を施し、被写体が存在するかを特定する。被写体が存在する場合は、被写体が存在する位置座標を基に被写体領域を決定し、その結果をカメラ制御部２３２に送信する。カメラ制御部２３２はＡＦを行う位置として設定したり、ＡＥを行う位置として設定したりする。そして、被写体検出部２３６により検出された被写体に応じて、カメラ制御部２３２は、後述するように、撮像素子２２１に対してＡＦ用信号を読み出す行の判定及び制御を行う。なお、ユーザがカメラ操作部２３４を介して焦点検出領域を指定した場合、指定された焦点検出領域の位置に存在する被写体を検出する。
【００２５】
また、被写体が存在する位置座標はＳＤＲＡＭ２２９に保持され、次回以降の被写体領域の検出を行う際に用いることで、被写体の検出処理を施すエリアを限定することができる。そして、被写体領域の特定時に、被写体が存在する位置座標が更新されるたびに、ＳＤＲＡＭ２２９に保持する位置座標も更新する。
【００２６】
カメラ制御部２３２は、カメラ本体２０の制御情報及びレンズユニット１０の状態など、ＡＦ用信号生成範囲の設定に必要な情報をＡＦ用信号読み出し制御部２３３に通知する。ＡＦ用信号読み出し制御部２３３は、カメラ制御部２３２から取得した情報を用いて、撮像素子２２１に対してＡＦ用信号を読み出す範囲の設定を行う。
【００２７】
●撮像素子の構成
次に、本第１の実施形態における撮像素子２２１の構成について、図２及び図３を参照して説明する。第１の実施形態における撮像素子２２１は、ＸＹアドレス型の走査方法を採る、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。
【００２８】
図２は、本実施形態における撮像素子２２１の概略構成を示す図である。図２に示すように、撮像素子２２１は、複数の画素が二次元に配列された画素部２０５と、垂直走査回路２０６と、読み出し回路２０７と、水平走査回路２０８と、出力回路２０９とを有する。画素部２０５は、複数色からなるカラーフィルタに覆われており、本実施形態では、Ｒ（赤）（第１の色）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）（第２の色）のフィルタがモザイク状に二次元的に配列された、ベイヤー配列のカラーフィルタであるものとする。
【００２９】
垂直走査回路２０６は、ＡＦ用信号読み出し制御部２３３及びタイミングジェネレータ２３５からの制御信号に基づいて、画素部２０５中の任意の画素行を選択して駆動する。読み出し回路２０７は、垂直走査回路２０６により選択された行の画素から出力された信号を読み出し、読み出した信号を、水平走査回路２０８の制御に応じて出力回路２０９に転送する。これにより、主走査方向（水平方向）の走査が行われる。また、垂直走査回路２０６が、選択する画素行を副走査方向（垂直方向）にシフトしていくことで、画素部２０５全体から信号を読み出すことが可能になる。読み出された信号は、出力回路２０９を介して撮像素子２２１の外部へと送出される。
【００３０】
図３（ａ）は、画素部２０５を構成する１つの画素の構成例を示す概念図、図３（ｂ）は画素２０１の構成例を示す回路図である。図３（ａ）に示すように、画素２０１は１つのマイクロレンズ２０２と、第１のフォトダイオード（ＰＤ）２０３と第２のフォトダイオード（ＰＤ）２０４の２つのフォトダイオードを有する。第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４は、同一のマイクロレンズ２０２を通過した光を受光し、その受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部である。また、図３（ｂ）に示すように、第１のＰＤ２０３、第２のＰＤ２０４には、垂直走査回路２０６からの転送パルス信号ＰＴＸＡ、ＰＴＸＢによって制御される、第１の転送スイッチ２１３、第２の転送スイッチ２１４がそれぞれ接続されている。第１の転送スイッチ２１３及び第２の転送スイッチ２１４は、それぞれがＯＮの時に、第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４で発生した電荷を共通のフローティングディフュージョン領域（ＦＤ）２１５に転送する。
【００３１】
ＦＤ２１５は、第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４から転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。増幅部２１６は、ソースフォロワＭＯＳトランジスタであり、ＦＤ２１５に保持した電荷に基づく電圧信号を増幅して、画素信号として出力する。選択スイッチ２１８は、垂直走査回路２０６からの制御信号ＰＳＥＬによって制御され、選択されている時に、増幅部２１６で増幅された画素信号を垂直出力線２２０に出力する。
【００３２】
リセットスイッチ２１７は、垂直走査回路２０６からのリセットパルス信号ＰＲＥＳによって制御され、ＦＤ２１５の電位を基準電位ＶＤＤにリセットする。また、リセットスイッチ２１７と第１の転送スイッチ２１３、第２の転送スイッチ２１４とを同時にＯＮにすることで、第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４の電位を基準電位ＶＤＤにリセットすることができる。
【００３３】
上記構成を有する画素２０１において、記録／表示用の信号（Ａ＋Ｂ信号）のみを読み出す場合には、まず、第１の転送スイッチ２１３及び第２の転送スイッチ２１４を共にＯＮにする。そして、第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４で発生した電荷をＦＤ２１５に転送して読み出す。上記制御を制御信号ＰＳＥＬにより選択スイッチ２１８がＯＮの間に行うことで、記録／表示用の信号（Ａ＋Ｂ信号、加算信号）を得ることができる。以下、この読み出し方法を「加算読み出し」（第２の読み出し）と呼ぶ。
【００３４】
一方、位相差検出方式のＡＦのための一対のＡＦ用信号を得る場合には、次のように読み出し制御する。まず、転送パルス信号ＰＴＸＡまたはＰＴＸＢにより、第１の転送スイッチ２１３または第２の転送スイッチ２１４をＯＮすることで、第１のＰＤ２０３または第２のＰＤ２０４で発生した電荷をＦＤ２１５に転送する。そして、制御信号ＰＳＥＬにより選択スイッチ２１８がＯＮの間にこれを読み出すことで、一対のＡＦ用信号の片方（Ａ信号）を得る。次に、第１の転送スイッチ２１３及び第２の転送スイッチ２１４を共にＯＮすることで、第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４で発生した電荷がＦＤ２１５に転送される。そして、制御信号ＰＳＥＬにより選択スイッチ２１８がＯＮの間にこれを読み出すことで、記録／表示用の信号（Ａ＋Ｂ信号、加算信号）を得ることができる。そして、記録／表示用の信号（Ａ＋Ｂ信号）から先に読み出した一対のＡＦ用信号の片方（Ａ信号）を減算することで、もう一方のＡＦ用信号（Ｂ信号）を得ることができる。なお一対のＡＦ用信号（Ａ信号、Ｂ信号）をそれぞれ読み出してから、加算することにより、記録／表示用の信号（Ａ＋Ｂ信号、加算信号）を得るようにしてもよい。以下、上述した読み出し方法を「分割読み出し」（第１の読み出し）と呼ぶ。
【００３５】
上記構成を有する画素２０１から得られる一対のＡＦ用信号の位相差をＡＦ信号処理部２２４で算出することで、位相差検出方式の焦点検出を行うことができる。
【００３６】
次に、撮影光学系の瞳領域と、撮像素子２２１の画素２０１における第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４との対応関係について、図４を用いて説明する。図４は、撮影光学系の射出瞳３０６を通過した光束が撮像素子２２１に入射している状態を示している。なお、図３と同じ構成には、同じ参照番号を付している。３０１は撮像素子２２１を構成する一部の画素の断面を示しており、各画素２０１において、マイクロレンズ２０２と第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４との間に、カラーフィルタ３０３が配されている。
【００３７】
また、図４において、射出瞳３０６から、マイクロレンズ２０２を有する画素２０１に入射する光束の中心を光軸３０９とする。射出瞳３０６を通過した光束は、光軸３０９を中心として撮像素子２２１に入射する。３０７、３０８は撮影光学系の射出瞳３０６のうち、互いに異なる領域（瞳領域）を示している。瞳領域３０７を通過した光束の最外周の光線を３１０、３１１で示し、瞳領域３０８を通過した光束の最外周の光線を３１２、３１３で示す。図４に示すように、射出瞳３０６のうち、光軸３０９よりも上側の瞳領域３０７を通過した光束は第２のＰＤ２０４に入射し、下側の瞳領域３０８を通過した光束は第１のＰＤ２０３に入射する。このように、第１のＰＤ２０３及び第２のＰＤ２０４は、それぞれ互いに異なる瞳領域を通過した一対の光束、すなわち、これら一対の光束により形成された一対の被写体像を受光する。
【００３８】
なお、図２〜図４では、１つのマイクロレンズ２０２に対して２つのフォトダイオードが設けられている画素構成を示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、１つのマイクロレンズに対して、３つ以上の光電変換部を配置しても良い。このように、撮像素子は、互いに異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光することのできる画素を２次元配置したものであればよい。
【００３９】
●撮像素子の駆動方法
次に、第１の実施形態における撮像素子２２１の駆動方法について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、第１の実施形態における後述する各駆動状態を示す概念図、図６は、第１の実施形態における撮像素子２２１の駆動方法を示すフローチャートである。第１の実施形態における駆動方法は、特に撮像装置において、動画像の撮影や電子ビューファインダの状態に適用することができる。
【００４０】
動画撮影を開始すると、まず、Ｓ１１において、撮像素子２２１は全画素において分割読み出しを行って、記録／表示用の信号と一対のＡＦ用信号とを両方生成する。図５（ａ）は、この状態を示している。なお、このとき被写体はまだ検出されていない。
【００４１】
被写体検出部２３６は、Ｓ１２において、Ｓ１１で生成された記録／表示用の信号から被写体の検出を行い、検出できない場合には、Ｓ１１に戻って、分割読み出しを継続する。Ｓ１２で被写体が検出できた場合には、Ｓ１３において、カメラ制御部２３２で被写体の色の判別し、被写体の信号としてＲ／Ｇ行と、Ｇ／Ｂ行のいずれの信号レベルの方が高いかどうかを判断する。ここで、被写体が検出できた場合には、被写体が画面のどの位置にあるかに関わらず、検出された被写体の領域内のＡＦ用信号を用いて、焦点検出を行うことができる。
【００４２】
判断結果は、ＡＦ用信号読み出し制御部２３３に伝達する。Ｓ１４において、被写体の信号レベルが赤の方が高いと判別された場合には、Ｓ１５に進む。Ｓ１５において、ＡＦ用信号読み出し制御部２３３は撮像素子２２１に対して、Ｒ／Ｇ行（第１の行）は分割読み出しを行い、それ以外の行であるＧ／Ｂ行（第２の行）は加算読み出しを行う。図５（ｂ）は一例として、赤い車が被写体であるものとし、被写体の信号レベルが、Ｇ／Ｂ行（青）よりも、Ｒ／Ｇ行（赤）の方が高いと判別された場合を示している（Ｓ１５）。
【００４３】
一方、Ｓ１４で被写体の信号レベルがＧ／Ｂ行の方が高いと判定された場合には、Ｓ１６に進み、Ｇ／Ｂ行は分割読み出しを行い、それ以外の行であるＲ／Ｇ行は加算読み出しを行う。
【００４４】
その後、Ｓ１７において、動画撮影が終了したかどうかを判定し、終了していない場合には、Ｓ１２に戻って、Ｓ１５またはＳ１６で得られた記録／表示用の信号に基づいて被写体の検出を行う。そして、図５（ｂ）に示すように被写体が画面内に存在する場合には、Ｓ１３に進んで、上述した処理を繰り返す。
【００４５】
一方、図５（ｂ）に示す状態から被写体が画面の外に移動した場合、図５（ｃ）に示すようになる。このように、被写体が検出できなかった場合にはＳ１２でＮＯとなり、Ｓ１１に戻って、再び、全画素において分割読み出しを行う。図５（ｄ）はこの状態を示す図である。そして、被写体が検出されるまで、Ｓ１１の処理を繰り返す。動画撮影を終了する場合には（Ｓ１７でＹＥＳ）、上記処理を終了する。
【００４６】
上述した制御により、ＡＦ信号処理部２２４には、分割読み出しされた行の信号がＡＦ用信号として入力されるため、被写体の色に応じて、焦点検出領域に含まれるＲ／Ｇ行またはＧ／Ｂ行のＡＦ用信号を用いて相関演算を行うことになる。
【００４７】
上記の通り本第１の実施形態によれば、撮像素子の受光面の任意の領域に焦点調節領域を設定可能にするとともに、焦点検出の精度を落とすことなく、分割読み出しを行う画素数を減らすことができる。これにより、システムの負荷を削減し、消費電力を削減することができる。
【００４８】
なお、上述した例では、被写体の色を判定し、その被写体の色に基づいて、分割読み出しを行う行を決定する場合について説明したが、被写体の背景を特定し、その色の信号レベルが高くなる行ではＡＦ用信号を生成しないようにしてもよい。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、第２の実施形態における撮像素子２２１の駆動方法を示すフローチャートである。第２の実施形態においては、ユーザがカメラ操作部２３４を用いて、ポートレイトや風景などといった、撮影シーンに合わせた撮像装置の制御を行うためのシーン選択が可能であるものとする。そして、撮像装置は、選択された撮影シーンに応じて、被写体の色となりやすい色の行についてのみ、分割読み出しを行う。
【００５０】
動画撮影を開始すると、まずＳ２１で選択されたシーンを取得する。Ｓ２２で、Ｓ２１で取得したシーンに依存する色を取得する。Ｓ２３で赤の方が高いシーンの場合には、Ｓ２４においてＲ／Ｇ行は分割読み出しを行い、それ以外の行であるＧ／Ｂ行は加算読み出しを行う。一方、Ｓ２３で青の方が高いシーンの場合には、Ｓ２５において、Ｇ／Ｂ行は分割読み出しを行い、それ以外の行であるＲ／Ｇ行は加算読み出しを行う。Ｓ２６において、動画撮影が終了したかどうかを判定し、終了していない場合には、Ｓ２１に戻って上記処理を繰り返す。終了を検出した場合には、動画撮影を終了する。
【００５１】
なお、上述した例では、シーンから想定される被写体の色に基づいて、分割読み出しを行う行を決定する場合について説明したが、シーンモードから想定される背景となりやすい色の信号レベルが高くなる行ではＡＦ用信号を生成しないようにしてもよい。
【００５２】
また、上述した第１及び第２の実施形態においては、動画撮影や電子ビューファインダ状態の撮像素子の例を出したが、静止画撮影においても、連写中などのフォーカス追従に利用可能である。その場合は、フラッシュ発光時にはフラッシュの色温度に応じたカラーフィルタの画素行列を読み出すようにしてもよい。また、撮影状況に応じて、分割読み出しと加算読み出しを行う行を判断する条件を選択可能にしても良い。
【００５３】
上記のような制御を行うことにより、撮像素子内の特定色の領域に焦点調節領域を設定することにより、焦点検出精度を落とすことなく、システム負荷を削減すると共に、消費電力を削減することができる。
【００５４】
なお、上述した各実施形態においては、本発明をデジタルカメラに適用した場合を例にして説明したが、これはこの例に限定されない。すなわち、本発明は、撮像素子が付随したあらゆるデバイスに適用してもよい。すなわち携帯電話端末や携帯型の画像ビューワ、カメラを備えるテレビ、デジタルフォトフレーム、音楽プレーヤー、ゲーム機、電子ブックリーダーなど、画像を撮像可能な装置であれば、本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０：レンズユニット、１０３：フォーカスレンズ、１０５：フォーカスレンズ駆動部、１０６：レンズ制御部、１０７：レンズ操作部、２０：カメラ本体、２０１：画素、２０２：マイクロレンズ、２０３：第１のフォトダイオード（ＰＤ）、２０４：第２のフォトダイオード（ＰＤ）、２０５：画素部、２０６：垂直走査回路、２０７：読み出し回路、２０８：水平走査回路、２２１：撮像素子、２２３：画像信号処理部、２２４：ＡＦ信号処理部、２３２：カメラ制御部、２３３：ＡＦ用信号読み出し制御部、２３５：タイミングジェネレータ、２３６：被写体検出部、３０３：カラーフィルタ
【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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