(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のフレーム間の被写体の移動速度を算出する装置の提供。【解決手段】撮像素子からの信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出手段１１０９と、焦点検出手段の検出結果に基づいてフォーカス制御を行う制御手段１１０４とを有し、結像面に対するデフォーカス量を検出し、撮像素子面上の対象被写体の位置を判定する判定手段１１１０を持ち、各撮影フレームのデフォーカス量とレンズ固有情報から、被写体までの移動距離を第１と第２フレームから算出する対光軸方向移動距離算出手段１１１１を備え、撮像面方向の距離を第１と第２フレームの画素ピッチ量から換算し、換算した距離とレンズ固有情報より、移動距離を算出する対撮像面移動距離算出手段１１１２を備え、光軸方向と対撮像面の移動距離から実被写体の移動距離を算出する手段１１１３を持ち、第１と第２フレーム間の時間を計測し、その時々の移動体の速度を算出する手段１１１４。【選択図】図２
2017156372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から出力される複数の画素信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出手段(１１０９)と、前記焦点検出手段の検出結果に基づいてフォーカス制御を行う制御手段(１１０４)と、を有し、撮影光学系の結像面の、予定焦点面に対するデフォーカス量を検出し、撮像素子面上の測定対象被写体の該当焦点検出画素の位置を判定する判定手段(１１１０)を持ち、
各焦点検出位置での各撮影フレームのデフォーカス量とレンズ固有情報から、対光軸方向の被写体までの移動距離を第1のフレームと第2のフレームの光軸方向の距離から算出する対光軸方向移動距離算出手段(１１１１)を備え、対撮像面の平面方向の移動距離を第1のフレームの該当焦点検出位置の画素と第2のフレームの該当焦点検出位置の画素間の距離を画素ピッチ量から換算し、その換算した距離とレンズ固有情報より、移動距離を算出する対撮像面移動距離算出手段(１１１２)を備え、前記光軸方向と対撮像面の移動距離から実被写体の移動距離を算出する手段(１１１３)を持ち、第1のフレームと第2のフレームの間の時間を計測し、その時々の該当移動体の速度を算出する手段(１１１４)を備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置は複数の光電変換部を備える単位セルが行列状に配置され、前記複数の光電変換部の少なくとも１つから提供される第１の信号と他の少なくとも１つから提供される第２の信号を加算し、前記加算した信号と前記第１の信号の差分信号とを焦点検出に用いることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位相差方式でのAF追尾可能な撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置は前記速度算出に必要な情報を含んだ画像データを取得可能であることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項1に記載のレンズ固有情報は、倍率、焦点距離、画角であることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
算出した速度を撮像画像とともに連続して表示する請求項1に記載の撮像装置。
【請求項７】
画像データの情報から測定対象被写体の該当焦点検出画素の位置を判定する判定手段(１１１０)を持ち、各焦点検出位置での各撮影フレームのデフォーカス量とレンズ固有情報から、対光軸方向の被写体までの移動距離を第1のフレームと第2のフレームの光軸方向の距離から算出する対光軸方向移動距離算出手段(１１１１)を備え、対撮像面の平面方向の移動距離を第1のフレームの該当焦点検出位置の画素と第2のフレームの該当焦点検出位置の画素間の距離を画素ピッチ量から換算し、その換算した距離とレンズ固有情報より、移動距離を算出する対撮像面移動距離算出手段(１１１２)を備え、前記光軸方向と対撮像面の移動距離から実被写体の移動距離を算出する手段(１１１３)を持ち、第1のフレームと第2のフレームの間の時間を計測し、その時々の該当移動体の速度を算出する手段(１１１４)を備える画像処理装置。
【請求項８】
算出した速度を撮像画像とともに連続して表示する請求項７に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スポーツで用いるボールの速度を測定する装置としては、スピードガンが良く知られている。このスピードガンは、例えば、ボールによる反射波のドップラー効果を測定して、ボールの速度を推定するようになっていることから、ボールの運動方向(真正面)にスピードガンを設置する必要があり、測定位置に制限がある。さらに、運動するボールのどの時点(初速なのか終速なのか等)での測定結果であるのかといった正確性の検証が困難であるといった問題がある。
【０００３】
先行例の特許文献１では、ボールの運動方向に直交する方向側から運動中のボールを撮像して、その画像情報(動きベクトル量)とフレーム間隔の時間を用いて、ボールの運動速度を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第4752685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、上述の特許文献１に開示された従来技術では、正確な速度を測定するためには測定位置に制限があり、運動方向が光軸に対して直交する方向側でなく、光軸方向や斜め方向からは画面上の動きベクトル量と実際の被写体の移動量は異なってしまうため、正確に測定できない。また、焦点検出がコントラストAFのためフォーカスが合っている状態でないと被写体までの距離を正確に算出できないため、AF追尾しながら速度を算出するには不向きである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、
撮像素子から出力される複数の画素信号に基づいて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出手段(１１０９)と、前記焦点検出手段の検出結果に基づいてフォーカス制御を行う制御手段(１１０４)と、を有し、撮影光学系の結像面の、予定焦点面に対するデフォーカス量を検出し、撮像素子面上の測定対象被写体の該当焦点検出画素の位置を判定する判定手段(１１１０)を持ち、
各焦点検出位置での各撮影フレームのデフォーカス量とレンズ固有情報から、対光軸方向の被写体までの移動距離を第1のフレームと第2のフレームの光軸方向の距離から算出する対光軸方向移動距離算出手段(１１１１)を備え、対撮像面の平面方向の移動距離を第1のフレームの該当焦点検出位置の画素と第2のフレームの該当焦点検出位置の画素間の距離を画素ピッチ量から換算し、その換算した距離とレンズ固有情報より、移動距離を算出する対撮像面移動距離算出手段(１１１２)を備え、前記光軸方向と対撮像面の移動距離から実被写体の移動距離を算出する手段(１１１３)を持ち、第1のフレームと第2のフレームの間の時間を計測し、その時々の該当移動体の速度を算出する手段(１１１４)を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る撮像装置によれば、測定対象の移動方向によらず、且つ、撮影画像に対してAF追尾動作しながら複数のフレーム間の該当被写体の移動速度を測定することが可能となり、他の専用装置を追加することなく、撮像装置で撮影とともにスピードガンのような機能を持たせることができ、映像と共に該当被写体の移動速度を知ることが可能となる。また、保存した画像データから該当被写体の移動速度情報を得る事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明にかかる撮像装置の撮影レンズの射出瞳から出た光束が単位画素に入射する概念図
【図２】撮像装置の全体ブロック図
【図３】実施形態１の撮像素子の全体図
【図４】実施形態１の撮像素子の単位画素の回路図
【図５】実施形態１の撮像素子の読み出し回路の回路図
【図６】実施形態１の撮像素子の駆動タイミングチャート
【図７】レンズの公式基本図で焦点距離と被写体及び像との距離の関係を説明するための図
【図８】位相差検出方式の基本原理
【図９】実施形態１のフレーム間の該当被写体の移動量を説明するための図
【図１０】算出速度の表示例
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
［実施例１］
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。はじめに、通常の被写体撮像用の撮像素子で位相差検出方式の焦点検出を実現する原理を説明する。
【００１１】
図１は撮影レンズの射出瞳から出た光束が撮像素子が有する単位画素の１つに入射する状態を模式的に示した図である。
【００１２】
単位画素１００は、第１のフォトダイオード１０１Ａおよび第２のフォトダイオード１０１Ｂを有する。また、単位画素１００に対応して、カラーフィルタ３０２およびマイクロレンズ３０３が設けられている。
【００１３】
マイクロレンズ３０３を有する画素に対して、撮影レンズの射出瞳３０４から出た光束の中心を光軸３０５とする。射出瞳３０４を通過した光は、光軸３０５を中心として単位画素１００に入射する。瞳領域３０６、３０７は不図示の撮影レンズの射出瞳の一部領域である。図１に示すように、瞳領域３０６を通過する光束は、マイクロレンズ３０３を通してフォトダイオード１０１Ａで受光され、瞳領域３０７を通過する光束は、マイクロレンズ３０３を通してフォトダイオード１０１Ｂで受光される。このように、フォトダイオード１０１Ａと１０１Ｂが、それぞれ撮影レンズの出射瞳３０４の別々の瞳領域３０６、３０７の光を受光するため、フォトダイオード１０１Ａと１０１Ｂの信号の位相差に基づく焦点検出が可能である。
【００１４】
ここで、フォトダイオード１０１Ａから得られる信号をＡ像信号、フォトダイオード１０１Ｂから得られる信号をＢ像信号とする。Ａ像信号とＢ像信号を加算した（Ａ＋Ｂ）像信号は、単位画像１００の撮像信号として用いることができる。
【００１５】
図２は本実施形態の撮像素子を用いた撮像装置の機能構成例を示すブロック図である。      
【００１６】
撮像装置の光学系は、被写体の光学像を撮像素子１１０１に結像させる撮影レンズ１１１０などを含み、レンズ駆動回路１１０９によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などが行われる。撮像素子１１０１には、複数の単位画素１００が行列状に配置されている。撮像素子１１０１に結像された被写体の像は、電気的な画像信号として撮像素子１１０１から出力される。信号処理部１１０３は、撮像素子１１０１から出力される画像信号に各種の補正を行ったり、圧縮したりする。
【００１７】
信号処理部１１０３では、撮像素子１１０１で取得したＡ像信号と（Ａ＋Ｂ）像信号の差分信号としてＢ像信号の生成を行ってもよい。タイミング発生回路１１０２は、撮像素子１１０１を駆動するタイミング信号を出力する。全体制御・演算部１１０４は、各種演算を行うとともに、撮像素子１１０１の動作を含む撮像装置全体の動作を制御する。焦点検出部１１０９は、Ａ像信号およびＢ像信号を用いた位相差検出方式の焦点検出動作も行う。信号処理部１１０３が出力する画像データは、メモリ部１１０５に一時的に記憶される。
【００１８】
表示部１１０６は、各種情報や撮影した画像を表示する。外部記録部１１０７は、画像データの記録または読み出しを行う。外部記録部１１０７は、例えば半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体を読み書きする回路である。操作部１１０８は、スイッチ、ボタン、タッチパネルなどを代表とする入力デバイス群を含み、撮像装置に対するユーザ指示を受け付ける。測定位置判定部１１１０は、焦点検出部１１０９の検出値より、該当被写体の焦点検出画素の位置を判定する。
【００１９】
対光軸方向移動距離算出部１１１１、対撮像面移動距離算出部１１１２，被写体移動距離演算部１１１３は、それぞれ該当フレーム間の該当被写体の対光軸方向の移動距離、対撮像面の移動量、被写体の移動量を演算する。速度演算部１１１４は、該当フレーム間の該当被写体の移動速度を移動量演算部の演算結果を用いて演算する。
【００２０】
つぎに、撮像素子１１０１の構成例を図３〜５を用いて説明する。
【００２１】
図３は撮像素子１１０１の全体構成例を示す図である。
【００２２】
撮像素子１１０１は、画素領域１、垂直走査回路２、読み出し回路３、水平走査回路４、出力アンプ５から構成される。画素領域１には、複数の単位画素１００が行列状に配置されている。ここでは、説明を簡単にするために４×４の１６画素の配列を示してあるが、実際には数１００万以上の単位画素が行列状に配置される。図１で説明したように、各単位画素１００は、第１のフォトダイオード１０１Ａおよび第２のフォトダイオード１０１Ｂを備える。
【００２３】
本実施形態では、垂直走査回路２は、画素領域１の画素を１行単位で選択し、選択行の画素に対して駆動信号を送出する。読み出し回路３は、列毎に列読み出し回路を備え、単位画素１００からの出力信号を増幅し、その出力信号をサンプルホールドする。水平走査回路４は、読み出し回路３でサンプルホールドされた信号を列毎に順次出力アンプ５に出力するための信号を送出する。出力アンプ５は、水平走査回路４の動作により、読み出し回路３から出力された信号を信号処理回路１１０３に出力する。垂直走査回路２、読み出し回路３、水平走査回路４は、タイミング発生回路１１０２からのタイミング信号により駆動される。
【００２４】
図４は単位画素１００の構成例を示す回路図である。
【００２５】
第１のフォトダイオード１０１Ａ、第２のフォトダイオード１０１Ｂには、第１の転送スイッチ１０２Ａ、第２の転送スイッチ１０２Ｂがそれぞれ接続されている。また、第１および第２の転送スイッチ１０２Ａ、１０２Ｂの出力は、フローティングディフュージョン領域１０３を通じて増幅部１０４に接続されている。フローティングディフュージョン領域１０３にはリセットスイッチ１０５が接続され、増幅部１０４には選択スイッチ１０６が接続される。
【００２６】
フォトダイオード１０１Ａ、１０１Ｂは、同一のマイクロレンズ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として機能する。転送スイッチ１０２Ａ、１０２Ｂは、それぞれフォトダイオード１０１Ａ、１０１Ｂ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１０３に転送する転送部として機能する。転送スイッチ１０２Ａ、１０２Ｂは、それぞれ垂直走査回路２からの転送パルス信号ＰＴＸＡ、ＰＴＸＢによって制御される。
【００２７】
フローティングディフュージョン領域１０３は、フォトダイオード１０１Ａおよび１０１Ｂ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１０４は、ソースフォロワＭＯＳトランジスタであり、フローティングディフュージョン領域１０３により変換された電圧信号を増幅して、画素信号として出力する。リセットスイッチ１０５は、垂直走査回路２からのリセットパルス信号ＰＲＥＳによって制御され、フローティングディフュージョン領域１０３の電位を基準電位ＶＤＤ１０８にリセットする。
【００２８】
選択スイッチ１０６は、垂直走査回路２からの垂直選択パルス信号ＰＳＥＬによって制御され、増幅部１０４で増幅された電圧信号を垂直出力線１０７に画素信号として出力する。
【００２９】
図５は図３の読み出し回路３の構成例を示す回路図である。
【００３０】
読み出し回路３は、列毎に列読み出し回路を備えるが、各列の構成は共通であるので、図５では１列のみ示してある。垂直出力線１０７上の信号電圧はオペアンプ２０３により増幅される。オペアンプ２０３には基準電圧が供給される。オペアンプ２０３の入力にはクランプ容量Ｃ０２０４が接続され、入出力間にはフィードバック容量Ｃｆ２０５が接続される。また、フィードバック容量Ｃｆ２０５の両端には、両端をショートさせるためのスイッチ２０６が設けられている。スイッチ２０６は、読み出し回路３のＰＣ０Ｒ信号で制御される。垂直出力線１０７には定電流源２０１が接続されている。
【００３１】
ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７、ＣＴＳ＿Ａ２０８、ＣＴＮ２０９は、オペアンプ２０３からの信号電圧を保持するための容量である。スイッチ２１０、２１１、２１２は、それぞれＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７、ＣＴＳ＿Ａ２０８、ＣＴＮ２０９への書き込みを制御するスイッチである。スイッチ２１０は、読み出し回路３のＰＴＳ＿Ａ＋Ｂ信号で制御され、スイッチ２１１は、読み出し回路３のＰＴＳ＿Ａ信号で制御される。スイッチ２１２は、読み出し回路のＰＴＮ信号で制御される。ＣＴＳ２２１９、ＣＴＮ２２２０は、ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７、ＣＴＳ＿Ａ２０８、ＣＴＮ２０９からの信号電圧を保持するための容量である。
【００３２】
スイッチ２１６、２１７、２１８は、ＣＴＳ２２１９、ＣＴＮ２２２０への書き込みを制御するスイッチである。スイッチ２１６は、ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７の信号をＣＴＳ２２１９に書き込むためのもので、読み出し回路のＰＴＳ２＿Ａ＋Ｂ信号で制御される。スイッチ２１７は、ＣＴＳ＿Ａ２０８の信号をＣＴＳ２２１９に書き込むためのもので、読み出し回路のＰＴＳ２＿Ａ信号で制御される。スイッチ２１８は、ＣＴＮ２０９の信号をＣＴＮ２２２０に書き込むためのもので、読み出し回路のＰＴＮ２信号で制御される。
【００３３】
また、ＣＴＳ２２１９、ＣＴＮ２２２０の直前には、バッファとしてのボルテージフォロワ回路２１３、２１４、２１５を設けている。ボルテージフォロワ回路２１３、２１４、２１５は、ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７、ＣＴＳ＿Ａ２０８、ＣＴＮ２０９のそれぞれに蓄積された電位と等しい電位を、容量分割によらずＣＴＳ２２１９、ＣＴＮ２２２０に伝達する。
【００３４】
スイッチ２２１、２２２は、水平走査回路４からのＰＨ信号で制御され、ＣＴＳ２２１９に書き込まれた信号は共通出力線２２３を介して、ＣＴＮ２２２０に書き込まれた信号は共通出力線２２４を介して、それぞれ出力アンプ５に出力される。ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７、ＣＴＳ＿Ａ２０８、ＣＴＮ２０９への信号書き込みとＣＴＳ２２１９、ＣＴＮ２２２０からの水平走査による信号読み出しは、並行して行われる。
【００３５】
図６に、本実施形態に係る撮像素子１１０１の駆動方法を実現するためのタイミングチャートを示す。図６は垂直走査回路２がある行を選択した際の駆動タイミングを表す。
【００３６】
時刻ｔ１において、水平同期信号ＳＹＮＣが立ち上がるとともに、選択された行のリセットパルス信号ＰＳＥＬがＬ→Ｈとなる。これにより選択された行の選択スイッチ１０６（図４）がオンし、選択された行の画素信号を垂直出力線１０７に出力することが可能となる。
【００３７】
時刻ｔ２には、リセットパルス信号ＰＲＥＳがＬ→Ｈとなり、リセットスイッチ１０５がオンし、フローティングディフュージョン領域１０３の電位が電源ＶＤＤにリセットされる。時刻ｔ３には、リセットパルス信号ＰＲＥＳがＨ→Ｌとなり、リセットスイッチ１０５がオフし、フローティングディフュージョン領域１０３のリセットが解除される。このときのフローティングディフュージョン領域１０３の電位は、垂直出力線１０７に増幅部１０４を介してリセット信号レベルとして読み出され、列読み出し回路３に入力される。列読み出し回路３では、ＰＣ０Ｒ信号がＨでスイッチ２０６（図５）がオンになっており、オペアンプ２０３が基準電圧の出力をバッファする状態でリセット信号レベルがクランプ容量Ｃ０２０４に入力される。
【００３８】
その後、時刻ｔ４でＰＣ０Ｒ信号をＨ→Ｌとし、時刻ｔ５でＰＴＮ信号をＨにしてスイッチ２１２をオンして、そのときのオペアンプ２０３の出力をリセット電圧として容量ＣＴＮ２０９へ書き込む。その後、時刻ｔ６でＰＴＮ信号をＬとして、スイッチ２１２をオフしてＣＴＮ２０９へのリセット電圧の書き込みを終了する。
【００３９】
時刻ｔ７でＰＴＳ＿Ａ信号をＨとし、スイッチ２１１をオンにし、容量ＣＴＳ＿Ａ２０８に信号を書き込み可能な状態とする。続いて、時刻ｔ８で転送パルス信号ＰＴＸＡをＨとして、フォトダイオード１０１Ａの電荷をフローティングディフュージョン領域１０３へ転送し、時刻ｔ９で転送パルス信号ＰＴＸＡをＬとする。この動作により、フォトダイオード１０１Ａに蓄積された電荷がフローティングディフュージョン領域１０３へ読み出される。そして、フローティングディフュージョン領域１０３で電荷が電圧に変換されて、その電圧が増幅部１０４および垂直出力線１０７を介して読み出し回路３へ供給される。
【００４０】
読み出し回路３では、オペアンプ２０３がクランプ容量Ｃ０２０４とフィードバック容量Ｃｆ２０５の比率に応じた利得で垂直出力線１０７から供給された電圧を増幅して出力する。このフォトダイオード１０１Ａから提供された信号電圧は、容量ＣＴＳ＿Ａ２０８に書き込まれる。時刻ｔ１０でＰＴＳ＿Ａ信号をＨ→Ｌと切り替え、スイッチ２１１をオフし、容量ＣＴＳ＿Ａ２０８への書き込みを終了する。
【００４１】
時刻ｔ１１でＰＴＳ＿Ａ＋Ｂ信号をＨとし、スイッチ２１０をオンにし、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７に信号を書き込み可能な状態とする。続いて、時刻ｔ１２で再び転送パルス信号ＰＴＸＡをＨとすると同時に転送パルス信号ＰＴＸＢもＨとする。この動作により、フォトダイオード１０１Ａと１０１Ｂの双方の電荷を同時にフローティングディフュージョン領域１０３へ読み出すことができる。そして、時刻ｔ１４で転送パルス信号ＰＴＸＡおよびＰＴＸＢをＬとする。読み出された電荷は、電圧に変換されて読み出し回路３へ供給され、オペアンプ２０３で増幅される。
【００４２】
オペアンプ２０３により増幅された信号は容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７に書き込まれる。時刻ｔ１５でＰＴＳ＿Ａ＋Ｂ信号をＨ→Ｌに切り替え、スイッチ２０７をオフし、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７への書き込みを終了する。
【００４３】
なお、時刻ｔ１２では転送パルス信号ＰＴＸＡおよびＰＴＸＢを同時にＨとしたが、転送パルス信号ＰＴＸＢだけをＨとしてフォトダイオード１０１Ｂの電荷をフローティングディフュージョン領域１０３へ転送してもよい。この場合、フォトダイオード１０１Ａの電荷がすでにフローティングディフュージョン領域１０３へ転送されているので、フォトダイオード１０１Ａおよび１０１Ｂの電荷を加算した出力を得ることができる。以上の動作により、容量ＣＴＳＮ２０９、ＣＴＳ＿Ａ２０８、ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７への信号書き込みが完了する。
【００４４】
ここで、容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ２０７と容量ＣＴＮ２０９に保持された信号の差分から、フォトダイオード１０１Ａおよび１０１Ｂからの出力信号の和である（Ａ＋Ｂ）像信号が得られる。この（Ａ＋Ｂ）像信号は画像信号となる。また、容量ＣＴＳ＿Ａ２０８と容量ＣＴＮ２０９に保持された信号の差分から、フォトダイオード１０１Ａからの出力信号であるＡ像信号が得られる。このＡ像信号から撮影レンズの瞳の一部を透過する光束の情報が得られ、さらに（Ａ＋Ｂ）像信号とＡ像信号の差分をとることにより、フォトダイオード１０１Ｂからの出力信号であるＢ像信号が得られる。
【００４５】
このＢ像信号からは、Ａ像信号とは異なる瞳領域を透過する光束の情報が得られる。したがって、これらＡ像信号とＢ像信号との２つの光束の情報から焦点情報や距離情報を得ることができる。また、前記距離情報はAF固定、追尾動作に関わらず取得可能である。
【００４６】
これより、発明となる本実施例を説明する。説明の簡略化のため、レンズを１枚の凸レンズとした。図７、図８のように、レンズ固有情報の倍率M、焦点距離f、レンズから被写体までの距離a、レンズから撮像面までの距離b、デフォーカス量df、フレームナンバーnとすると、レンズの公式  1/f = 1/a + 1/b より、
a=(b×f)/(b-f)となり、焦点距離ｆとレンズから撮像面の距離bはレンズ固有情報と撮像装置情報として既知の値であるため、レンズから被写体までの距離aが算出可能である。
【００４７】
ｎフレーム目のa,b,df をa =a(n) ,b = b(n), df= df(n)とすると、合焦時は
a(n)=(b(n)×f)/(b(n)-f)となる。
【００４８】
非合焦時は、
a = a(n) - df(n) , b = b(n) + df(n)  より
1/f = 1/( a(n)-df(n) ) + 1/( b(n) + df(n) )   から
a(n) = ((b(n)-df(n))×f)/(b(n)+df(n)-f)+df(n)  となる。
デフォーカス量df(n)の算出は公知のため、省略する。また、倍率M=b/aである。
【００４９】
図８は位相差検出方式の基本原理である。速度の算出は、図９を用いて説明する。
【００５０】
図９(a)のような撮像する連続した画像フレームにおいて、 
第1のフレームで、対象被写体に合焦ポイントとなる焦点検出画素(P1)のデフォーカス量から被写体までの距離ｙ(1)を算出する。 
【００５１】
第1のフレーム以降の第2のフレームで、対象被写体に合焦ポイントとなる焦点検出画素(P2)のデフォーカス量から被写体までの距離ｙ(2)を算出し、Δｙを算出する。 
y(ｎ)=a(n) +b(n)とすると
Δy= ｜y(1)-y(2)｜ 
図９(b)のように、撮像素子面上の画素P1の座標を(Px1,Py1)、画素P2の座標を(Px2,Py2)とし、画素P1(Px1,Py1)と画素P2(Px2,Py2)までの距離ΔPとすると、
ΔP＝√｛(Px1-Px2)^2 + (Py1-Py2)^2｝
となる。第１のフレームの対象被写体と第２のフレームでの対象被写体が撮像面の平面方向へ(レンズの光軸の垂直方向)移動した距離ΔX、フレーム間の平均倍率をMとすると、距離ΔXは次のようになる。
ΔX＝ΔP / M
次に、図９(c)のように被写体の移動した距離ΔZを算出する。
ΔZ＝√( ΔY^2+ΔX^2  )
そして、基準フレームと基準フレーム以降のフレームの時間をｔとし、そのフレーム間の被写体の移動速度Vとすると 
V=ΔZ/t
と表すことができ、被写体の移動速度が算出可能となる。
【００５２】
図１０(a)(b)のように算出した速度を映像とともに表示部(1106)へ表示させる。図１０(a)(b)では、説明がわかりやすくなるよう第１、第２、第３フレームの該当移動被写体を重ねた図で表現した。これにより、他の専用装置を追加することなく、撮像装置と該当被写体と位置に関わらず、且つ、撮影画像に対してAF追尾動作しながら複数のフレーム間の該当被写体の移動の速度を測定することが可能となる。
【００５３】
本発明の焦点検出位置の画素間の距離から撮像面の平面方向への移動距離と各焦点検出位置の画素の焦点距離を用いることで、精細かつ正確にリアルタイム性をもった速度を算出することが可能となった。
【００５４】
本実施例では、第１、第２のフレーム間速度を算出したが、複数のフレーム間の速度を取得した平均値としても良い。 
【００５５】
本実施例では、速度表示は一定間隔で更新し、その間の平均値としても良い。本実施例では、撮像時にリアルタイムで速度表示したが、速度算出に必要な情報を画像情報に記録し、再生時に算出し、表示するようにしても良い。本実施例では、速度算出する焦点検出画素の位置は、ユーザが選択可能にしても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１  画素領域、２  垂直走査回路、３  読み出し回路、４  水平走査回路、
５  出力アンプ、１００  単位画素、１０１Ａ  第１のフォトダイオード、
１０１Ｂ  第２のフォトダイオード、１０２Ａ  第１の転送スイッチ、
１０２Ｂ  第２の転送スイッチ、１０３  フローティングディフュージョン、
１０４  増幅部、１０５  リセットスイッチ、１０６  選択スイッチ、
１０７  垂直出力線、１０８  共通電源ＶＤＤ、２００  列読み出し回路、
２０１  電流源負荷、２０２  基準電圧源、２０３  オペアンプ、
２０４  クランプ容量Ｃ０、２０５  フィードバック容量Ｃｆ、
２０６，２１０〜２１２，２１６〜２１８，２２１，２２２  スイッチ、
２０７  容量ＣＴＳ＿Ａ＋Ｂ、２０８  容量ＣＴＳ＿Ａ、２０９  容量ＣＴＮ、
２１３〜２１５  ボルテージフォロワ回路、２１９  容量ＣＴＳ２、
２２０  容量ＣＴＮ２、２２３，２２４  共通出力線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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