JP5279638B2

JP5279638B2 - 撮像装置

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Publication number: JP5279638B2
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Inventors: 英則谷口
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Description

本発明は撮像装置に関する。

特許文献１は、撮像素子に焦点検出用画素を設けて位相差検出方式による焦点検出（位相差ＡＦ）を実現する撮像装置において、間引き読み出し対象画素に焦点検出画素を含むようにした撮像装置を開示している。特許文献２は、間引き読み出しモードと加算読み出しモードを切り替えて出力する撮像装置を開示している。

特開２００９−６０５９７号公報特開２００３−１８９１８３号公報

特許文献１の撮像装置は、全画素読み出しモードと間引き読み出しモードの２種類の読み出しモードを備えている。一方、特許文献２の撮像素子は焦点検出用画素を使用していない。このため、撮像素子に焦点検出用画素を設けて位相差ＡＦを実現する撮像装置において、特許文献１よりも画質の向上をもたらす読み出しモードとその時の効率的な焦点検出については提案されていなかった。

本発明は、焦点検出用画素を使用して画質に優れた撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、撮影レンズの射出瞳を通る光を各々が受光して被写体の像を生成する複数の撮影用画素と、各々が前記撮影レンズの前記射出瞳の一部の領域を通る光を受光する複数の焦点検出用画素と、を有する撮像素子と、前記焦点検出用画素に形成される前記被写体の一対の像のずれ量を検出する第１の焦点検出手段と、輝度情報を主成分として取得するための前記撮影用画素の信号を加算し、色情報を主成分として取得するための前記撮影用画素の信号を間引いて出力する加算間引き読み出しモードが設定された場合に、前記第１の焦点検出手段の検出結果に基づいて前記撮影レンズを移動させるよう制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明は、焦点検出用画素を使用して画質に優れた撮像装置を提供することができる。

本実施例のカメラ（撮像装置）のブロック図である。図１に示すカメラの撮像素子のブロック図である。図２に示す撮像素子の全画素読み出しモードの動作について説明する図である。図２に示す撮像素子の加算間引き読み出しモードと加算モードの動作について説明する図である。図２に示す撮像素子の加算間引き読み出しモードと加算モードの動作について説明する図である。図２に示す撮像素子の加算間引き読み出しモードと加算モードの動作について説明する図である。加算読み出しと加算間引き読み出しを説明する図である。加算読み出しモードと加算間引き読み出しモードとを混在させたモードにおけるタイミングチャートである。全画素読み出しモードのタイミングチャートである。加算間引き読み出しモードのタイミングチャートである。

図１は本実施例の電子カメラ（撮像装置）のブロック図である。電子カメラは、撮像素子を有したカメラ本体と撮影レンズが一体となっている。

図１において、１０１は被写体の像を形成する撮影レンズ又は撮影光学系（結像光学系）の先端に配置された第１レンズ群で、光軸方向ＯＡに進退可能に保持される。

１０２は絞り兼用シャッタで、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行なう他、静止画撮影時には露光秒時調節用シャッタとして機能する。１０３は第２レンズ群である。絞り兼用シャッタ１０２及び第２レンズ群１０３は一体となって光軸方向ＯＡに進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。

１０５は第３レンズ群（フォーカスレンズ群）で、光軸方向ＯＡの進退により、焦点調節を行なう。

第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０３、第３レンズ群１０５は撮影レンズを構成する。撮影レンズは、フォーカスレンズ群を含むと共に被写体の像を形成する。

１０６は光学的ローパスフィルタで、撮影画像の偽色やモアレを軽減する光学素子である。

１０７はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成された撮像素子であり、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素に配列された受光画素上に光電変換素子が配置される。撮像素子１０７は、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された、２次元単板カラーセンサを用いる。撮像素子１０７は、全画素独立出力が可能なように構成されている。また、撮像素子１０７の一部の画素は焦点検出用画素となっており、撮像面で位相差検出方式の焦点検出（撮像面位相差ＡＦ）が可能となっている。

このため、撮像素子１０７は、被写体の像を形成する撮影レンズの射出瞳の全域を通る光束を各々が受光して光電変換し、撮像用の信号電荷を出力する複数の撮影用画素（撮影用画素群）を有する。

また、撮像素子１０７は、各々が撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光する複数の焦点検出用画素（焦点検出用画素群）を更に有する。複数の焦点検出用画素は全体として撮影レンズの射出瞳の全域を通る光を受光することができる。焦点検出用画素は撮像領域に離散的に配置される。焦点検出画素は、色情報を有する複数の画素の一部を撮像以外の出力を与えるように構成された機能画素である。撮像素子１０７は、２行×２列の画素のうち、対角に配置される一対のＧ画素は撮影用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。

これは、撮像信号を得る場合、Ｇ画素は輝度情報の主成分をなし、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易い。一方、Ｒ画素やＢ画素は、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は多少の欠損が生じても画質劣化に気づきにくいからである。

１１１はズームアクチュエータで、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１〜第３レンズ群１０３を光軸方向ＯＡに進退駆動し、変倍操作を行なう。１１２は絞りシャッタアクチュエータであり、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に静止画撮影時の露光時間制御を行なう。１１４はフォーカスアクチュエータであり、第３レンズ群１０５を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行なう。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５の現在位置を検出する位置検出部としての機能が備わっている。

１１５は撮影時の被写体照明用電子フラッシュで、キセノン管を用いた閃光照明装置や、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を使用する。１１６はＡＦ補助光部で、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体あるいは低コントラスト被写体に対する焦点検出能力を向上させる。

１２１はＣＰＵ（制御部、プロセッサ）であり、撮像装置の種々の制御を司る。ＣＰＵ１２１は、例えば、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、撮像装置が有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理と記録等の一連の動作を実行する。

１２２は電子フラッシュ制御回路であり、撮影動作に同期して閃光照明装置１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路で、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光部１１６を点灯制御する。

１２４は撮像素子駆動回路であり、撮像素子１０７の撮像動作を制御すると共に、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路であり、撮像素子１０７が出力する画像を処理する。画像処理はγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮などを含む。

１２６はフォーカス駆動回路であり、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向ＯＡに進退駆動して焦点調節を行なう。１２８はシャッタ駆動回路であり、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路であり、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。

１３１はＬＣＤ等の表示器であり、撮像装置の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。

１３２は操作スイッチ群であり、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ（動画撮影モード、静止画撮影モード）を含む。また、操作スイッチ群１３２は、電子ビューファインダーモード（ライブビューモード）選択スイッチ、表示器１３１の拡大表示モード設定ダイヤルも含む。

１３３は着脱可能なフラッシュメモリであり、撮影済み画像を記録する。

１３４は、読み出しモード設定部であり、本実施例では全画素読み出しモード、加算読み出しモード、加算間引き読み出しモードの３種類の読み出しモードを設定する。但し、読み出しモード設定部１３４は、少なくとも加算間引き読み出しモードを設定すれば足りる。読み出しモード設定部１３４は、ＣＰＵ１２１が兼ねてもよい。

全画素読み出しモードは、撮像素子１０７の全画素の画像信号を非加算で読み出すモードである。加算読み出しモードは、撮像素子１０７内の複数の画素出力を加算して読み出すモードである。加算間引き読み出しモードは、撮像素子１０７の輝度情報を主成分として取得する複数のＧ画素の画像信号を加算し、色情報を主成分として取得する複数のＢ画素及びＲ画素の画像信号を間引いて出力するモードである。読み出しモード設定部１３４が設定したモードに基づいて、後述するＡＤＤ１信号、ＡＤＤ２信号、ＳＫＩＰ信号などのレベルが設定される。

ＣＰＵ１２１は、操作スイッチ群１３２から入力された情報や画像処理回路１２５にて得られた画像情報のコントラスト成分に基づいて各種モードを読み出しモード設定部１３４に設定する。

本実施例では、ＣＰＵ１２１は、電子ビューファインダーモードが操作スイッチ（群）１３２によって設定されると、後述する図６を参照して説明するように、加算読み出しモードを設定し、そこに、加算間引き読み出しモードを挿入する。この結果、読み出しモード設定部１３４は、加算読み出しモードと加算間引き読み出しモードとを混在させたモードを設定する。挿入は一定間隔でもよいし、コントラスト成分に基づいて挿入してもよい。加算読み出しモードでは撮像面位相差ＡＦを行なうことができないため、加算間引き読み出しモードを挿入して撮像面位相差ＡＦの情報を取り出すようにして焦点検出の応答性を高めるためである。

ＣＰＵ１２１は、後述する図８を参照して説明するように、加算読み出しモードの全てを加算間引き読み出しモードに置換してもよい。加算間引き読み出しモードでは後述するコントラスとＡＦと撮像面位相差ＡＦを行なうことができるため、高速かつ高精度な焦点検出を提供することができる。

また、ＣＰＵ１２１は、拡大表示モードが操作スイッチ（群）１３２によって設定されると、後述する図７を参照して説明するように、全画素読み出しモードを設定する。全画素読み出しモードでは後述するコントラスとＡＦと撮像面位相差ＡＦを行なうことができるため、高速かつ高精度な焦点検出を提供することができる。

１３５は、撮像面位相差焦点検出部（第１の焦点検出手段）であり、撮像光学系の一対の瞳領域を通過する光束により撮像素子１０７に埋め込まれた焦点検出用画素に形成される一対の像のずれ量に基づいて撮像面位相差ＡＦを行う。撮像面位相差ＡＦの原理は、特許文献１の図５及び図６において説明されているものと同様である。

焦点検出用画素の縦線検出用の配置は、特許文献１の図７で説明されているものと同様であり、横線検出用の配置は特許文献１の図８で説明されているものと同様である。縦線検出及び横線検出が同一の焦点検出視野内で可能となるような配置は特許文献１の図９で説明されているものと同様である。電子ビューファインダーの拡大モード及び動画時のデジタルズームが指定されたときのように、撮影画面の一部を切り出しだして読み出す場合に対応した縦線検出の焦点検出用画素の配置は特許文献１の図１０で説明されているものと同様である。

即ち、焦点検出用画素は、間引き読み出し時に読み出される画素群に離散的に配置され、瞳分割された一対の画素のいずれもが間引き読み出しされる信号に存在するように配置される。この結果、焦点検出精度を確保することができる。

１３６は、コントラスト検出方式によるコントラスト焦点検出部（第２の焦点検出手段）であり、画像処理回路１２５にて得られた画像情報のコントラスト方式による焦点検出（ＴＶＡＦ）を行う。ＴＶＡＦは、焦点を検出する領域を規定する焦点検出枠と山登り方式によって第３レンズ群１０５を移動してコントラストがピークとなる第３レンズ群１０５の位置を検出する。即ち、コントラスト焦点検出部は、複数の撮影用画素が形成した被写体の像のコントラストのピーク位置を合焦位置として検出する。ここで、被写体の像のコントラストは、第３のレンズ群１０５の合焦状態を示すので焦点信号ともいう。

図２は、撮像素子１０７のブロック図である。図２は、読み出し動作を説明するのに最低限の構成を示しており、画素リセット信号などを省略している。

図２において、２０１は、光電変換部であり、フォトダイオード、画素アンプ、リセット用のスイッチなどで構成されている。以下、光電変換部２０１をＰＤ_ｍｎとも表す。ｍはＸ方向アドレスであり、ｍ＝０、１・・・ｍ−１、ｎはＹ方向アドレスであり、ｎ＝０、１・・・ｎ−１である。撮像素子１０７では、ｍ×ｎのＰＤ_ｍｎが２次元状に配置されている。添え字（ｍｎ）は、簡単のため、一部のＰＤ_ｍｎのみに付している。ＰＤ_ｍｎに付されたＲ、Ｇ、Ｂはカラーフィルターで、ベイヤー配列になるようにカラーフィルターは配置されている。これは図３以降も同様である。

２０２は、ＰＤ_ｍｎの出力を選択するスイッチであり、垂直走査回路２１３により、一行ごとに選択される。

２０３は、ＰＤ_ｍｎの画素アンプ（不図示）の負荷となる定電流源であり、各垂直出力線に配置される。

２０４は、ＰＤ_ｍｎの出力を一時的に記憶するラインメモリであり、垂直走査回路２１３により選択された一行分のＰＤ_ｍｎの出力を記憶し、通常は、コンデンサを使用する。

２０５、２０６は、垂直出力線をショートするスイッチであり、加算読み出し時に、水平方向の画素の加算に使用される。スイッチ２０５、２０６は、Ｒ画素、及び奇数行のＧ画素の３画素を加算出力する。

２０７、２０８は、スイッチ２０５、２０６と同様に垂直出力線をショートするスイッチであり、加算読み出し時に、水平方向の画素の加算に使用される。スイッチ２０７、２０８は、Ｂ画素、及び偶数行のＧ画素の３画素を加算出力する。

画素加算は、ラインメモリ２０４のコンデンサを並列に接続するため、スイッチをショートすることにより、３画素の加算平均出力が得られる。スイッチ２０５、２０６は、信号ＡＤＤ１がＨレベルになることにより導通する。スイッチ２０７、２０８は、信号ＡＤＤ２がＨレベルになることにより導通する。図２は、８列目以降のスイッチを省略しているが、３画素ごとに同色加算が行なえるようにスイッチが配置されている。

２０９は、ラインメモリ２０４に記憶されたＰＤ_ｍｎの出力を水平出力線に順次出力するスイッチであり、Ｈ_０からＨ_ｍ−１のｍ個のスイッチ２０９を水平走査回路２１１により順次走査することにより、一行分の光電変換の出力が読み出される。

２１０は、水平出力線に接続されて水平出力線を所定の電位ＶＨＲＳＴにリセットするスイッチであり、信号ＨＲＳＴにより制御される。

水平走査回路２１１は、ｍ個のスイッチ２０９を順次走査してラインメモリ２０４に記憶されたＰＤ_ｍｎの出力を水平出力線に出力させる。ＰＨＳＴは、水平走査回路２１１のデータ入力信号、ＰＨ１、ＰＨ２はシフトクロック入力でＰＨ１＝Ｈでデータがセットされ、ＰＨ２でデータがラッチされる。ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力するとＰＨＳＴ信号を順次シフトしてｍ個のスイッチ２０９を順次オンにすることができる。ＳＫＩＰは、間引き読み出し時に設定を行なわせる制御信号入力である。ＳＫＩＰをＨレベルに設定すると水平走査回路２１１を所定間隔でスキップさせることができる。読み出し動作の詳細は後述する。

２１２は、水平出力線から順次出力される画素信号のバッファーアンプである。

垂直走査回路２１３は、順次走査してＶ_０からＶ_ｎ−１を出力することにより、ＰＤ_ｍｎのスイッチ２０２を選択することができる。制御信号は、水平走査回路２１１と同様に、ＰＶＳＴ、ＰＶ１、ＰＶ２、ＳＫＩＰにより制御される。動作に関しては、水平走査回路２１１と同様であるので詳細は省略する。

以下、図３を参照して、撮像素子１０７の全画素を読み出す全画素読み出しモードの動作について説明する。

図３（ａ）は、ｍ列ｎ行のＰＤ_ｍｎの配置を示した図であり、上側及び左側に付記された番号はＸ（水平）及びＹ（垂直）の番号である。斜線が描かれた全画素が読み出し対象である。撮像素子１０７には、通常、黒レベルを検出する遮光されたＯＢ（オプティカルブラック）画素も配置及び読み出されるが、説明が煩雑になるため、省略されている。

図３（ｂ）は、撮像素子１０７の全画素のデータを読み出すためのタイミングチャートであり、ＣＰＵ１２１が撮像素子駆動回路１２４を制御して撮像素子１０７にパルスを送ることにより制御される。

まず、垂直走査回路２１３を駆動してＶ_０をアクティブにし、０行目の画素の出力を垂直出力線にそれぞれ出力する。この状態で、ラインメモリ２０４のＭＥＭ信号をアクティブにして各画素のデータをラインメモリ２０４にサンプルホールドする。

次に、ＰＨＳＴ信号をアクティブしてＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力して、順次Ｈ_０からＨ_ｍ−１をアクティブにして水平出力線に画素出力を出力する。出力された画素出力は、バッファーアンプ２１２を介してＶＯＵＴとして出力され、図示しないＡＤ変換器でデジタルデータに変換され、画像処理回路１２５で所定の画像処理が施される。

垂直走査回路２１３を駆動してＶ_１をアクティブにし、１行目の画素の出力を垂直出力線にそれぞれ出力する。この状態で、同様にＭＥＭ信号をアクティブにして各画素のデータをラインメモリ２０４に一旦格納する。

次に、ＰＨＳＴ信号をアクティブしてＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力して、順次Ｈ_０からＨ_ｍ−１をアクティブにして水平出力線に画素出力を出力する。以上のように、ｎ−１行目までの読み出しを順次行なう。

全画素読み出し時には、ＡＤＤ１及びＡＤＤ２信号及びＳＫＩＰ信号はＬレベルが設定される。

以下、図４Ａ〜図４Ｃを参照して、撮像素子１０７の電子ビューファインダーモード時の読み出しの一例を説明する。

図４Ａは、ｍ列ｎ行のＰＤ_ｍｎの配置を示した図であり、図３（ａ）と同一の撮像素子１０７である。斜線が描かれた画素は、電子ビューファインダーモード読み出し時の読み出し対象画素（の重心位置）である。本実施例では、Ｘ、Ｙ共に１／３の画像サイズに圧縮されて読み出される。

図４Ｂ及び図４Ｃは、電子ビューファインダーモード読み出し時のタイミングチャートである。間引き読み出しの設定は、シフトレジスタの制御信号、ＳＫＩＰ信号をアクティブにすることで行なう。ＳＫＩＰ信号をアクティブにすることで、水平走査回路２１１、垂直走査回路２１３は、１画素ごとの順次走査から３画素ごとの順次走査に動作が変更される。このときＡＤＤ１、２信号をＬレベルに設定すれば、加算なしの単純間引き出力が得られ、ＡＤＤ１、２信号をＨレベルに設定して水平走査回路２１１を駆動すれば、画素加算した画素出力が得られる。

図４Ｂは、加算間引き読み出し時のタイミングチャートである。まず、垂直走査回路２１３を駆動してＶ_０をアクティブにし、０行目の画素の出力を垂直出力線にそれぞれ出力する。この状態でＭＥＭ信号をアクティブにして各画素のデータをラインメモリ２０４にサンプルホールドする。

次に、ＰＨＳＴ信号をアクティブしてＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力して、ＳＫＩＰ信号をアクティブ設定にすることでシフトレジスタの経路が変更され、順次Ｈ_２、Ｈ_５、Ｈ_８・・・がアクティブになるように制御される。また、偶数行の出力を行なう場合には、ＡＤＤ１信号はＬレベルとし、画素加算をしない設定する。ＡＤＤ２信号は、Ｈレベルとし、画素加算を行なうように設定する。

これにより、スイッチ２０５、２０６は非導通でＲ画素は間引き読み出しされる。即ち、Ｈ_２がアクティブになることにより、ＰＤ_２０が単独で水平出力線に出力される。また、スイッチ２０７、２０８は導通し、Ｇ画素は画素加算が行われる。即ち、Ｈ_５がアクティブになることにより、ＰＤ_３０、ＰＤ_５０、ＰＤ_７０の加算平均出力が水平出力線に出力される。

以下、同様にして、Ｒ画素は単独で出力され、Ｇ画素は３画素ごとに加算平均されて水平出力線に画素出力が出力される。出力された画素出力は、バッファーアンプ２１２を介してＶＯＵＴとして出力され、図示しないＡＤ変換器でデジタルデータに変換され、画像処理回路１２５で画像処理される。

次に、垂直走査回路２１３は、水平走査回路２１１と同様に、Ｖ_１、Ｖ_２をスキップさせてＶ_３をアクティブにして３行目の画素出力を垂直出力線に出力する。その後、ＭＥＭ信号によりラインメモリ２０４に、画素出力が一旦記憶される。

次に、ＰＨＳＴ信号をアクティブして、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力して、順次Ｈ_２、Ｈ_５、Ｈ_８・・・をアクティブにして、水平出力線に画素出力を出力する。このとき、奇数行が選択された場合には、ＡＤＤ１信号はＨレベルに、ＡＤＤ２信号はＬレベルに設定される。これにより、Ｇ画素は３画素の加算出力が、Ｂ画素は単独で出力される。

以上のように、Ｖ_６、Ｖ_９・・・・のように３行ごとに垂直走査を順次行いながら、読み出しを行なう。これにより、水平、垂直共に１／３に読み出し画素数を圧縮しながら、Ｇ画素は加算平均出力が、Ｒ画素及びＢ画素は単独で出力される。

図４Ｃは、加算読み出し時のタイミングチャートである。まず、垂直走査回路２１３を駆動してＶ_０をアクティブにし、０行目の画素の出力が垂直出力線にそれぞれ出力される。この状態でＭＥＭ信号をアクティブにして各画素のデータをラインメモリ２０４にサンプルホールドする。

次に、ＰＨＳＴ信号をアクティブしてＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力する。このとき、ＳＫＩＰ信号をアクティブ設定にすることで、シフトレジスタの経路が変更され、順次Ｈ_２、Ｈ_５、Ｈ_８・・・がアクティブになるように制御される。また、ＡＤＤ１及びＡＤＤ２信号はＨレベルを設定して画素加算を行なうようにする。これにより、スイッチ２０５〜２０８が導通し、画素加算が行われる。即ち、Ｈ_２がアクティブになることにより、ＰＤ_００、ＰＤ_２０、ＰＤ_４０の加算平均出力が水平出力線に出力される。

Ｈ_５がアクティブのときには、ＰＤ_３０、ＰＤ_５０、ＰＤ_７０の加算平均出力が水平出力線に出力され、３画素ごとに加算平均されて水平出力線に画素出力が出力される。出力された画素出力は、バッファーアンプ２１２を介してＶＯＵＴとして出力され、図示しないＡＤ変換器でデジタルデータに変換され、画像処理回路１２５で画像処理される。

次に、垂直走査回路２１３は、水平走査回路２１１と同様に、Ｖ_１、Ｖ_２をスキップさせてＶ_３をアクティブにして、３行目の画素出力を垂直出力線に出力する。その後、ＭＥＭ信号によりラインメモリ２０４に画素の出力が一旦記憶される。次に、ＰＨＳＴ信号をアクティブして、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力して、順次Ｈ_２、Ｈ_５、Ｈ_８・・・をアクティブにして、水平出力線に画素出力を出力する。

以上のように、Ｖ_６、Ｖ_９・・・・のように３行ごとに垂直走査を順次行いながら読み出しを行なう。これにより、水平、垂直共に１／３の加算間引き読み出しが行われる。

図５（ａ）は、ＧＲ行（偶数行）及びＧＢ行（奇数行）の加算読み出しを示す図である。上段は全画素読み出し用の画素配置、下段は加算後の画素配置を示している。より具体的には、０行目の０列目、２列目、４列目のＲ画素の出力値（画素値）が加算平均されて一つ目のＲ画素の画素値を生成する。０行目の３列目、５列目、７列目のＧ画素の出力値（画素値）が加算平均されてＧ画素の画素値を生成する。また、０行目の６列目、８列目、１０列目のＲ画素の出力値（画素値）が加算平均されて二つ目のＲ画素の画素値を生成する。また、３行目の０列目、２列目、４列目のＧ画素の出力値（画素値）が加算平均されて一つ目のＧ画素の画素値を生成する。３行目の３列目、５列目、７列目のＢ画素の出力値（画素値）が加算平均されてＢ画素の画素値を生成する。また、３行目の６列目、８列目、１０列目のＧ画素の出力値（画素値）が加算平均されて二つ目のＧ画素の画素値を生成する。

図５（ｂ）は、Ｇ画素加算読み出し及びＲＢ間引き読み出しを示す図である。上段は全画素読み出し用の画素配置、下段はＧ加算及びＲＢ間引き後の画素配置を示している。より具体的には、０行目の２列目のＲ画素の出力値（画素値）が間引かれて一つ目のＲ画素の画素値を生成する。０行目の３列目、５列目、７列目のＧ画素の出力値（画素値）が加算平均されてＧ画素の画素値を生成する。また、０行目の８列目のＲ画素の出力値（画素値）が間引かれて二つ目のＲ画素の画素値を生成する。また、３行目の０列目、２列目、４列目のＧ画素の出力値（画素値）が加算平均されて一つ目のＧ画素の画素値を生成する。３行目の５列目のＢ画素の出力値（画素値）が間引かれてＢ画素の画素値を生成する。また、３行目の６列目、８列目、１０列目のＧ画素の出力値（画素値）が加算平均されて二つ目のＧ画素の画素値を生成する。

図６は、電子ビューファインダー（図６では「ライブビュー」と記載）時の撮像動作シーケンスを説明するタイミングチャートであり、図６（ａ）は撮影待機時、図６（ｂ）は操作スイッチ群１３２の一つであるレリーズスイッチが発動された時の状態を示している。

図６に示すように、撮像素子１０７は、露光動作が行われた後、内部の各画素の蓄積電荷が画像信号として読み出される。読み出し動作は、制御パルス垂直同期信号ＶＤ、及び不図示の水平同期信号ＨＤに同期して行われる。

ＶＤは、撮像の１フレームを表す信号であり、例えば、１／６０秒（即ち、１秒間に６０フレームの動画撮影を行なう）ごとにＣＰＵ１２１からのコマンドを受けて撮像素子駆動回路１２４から撮像素子１０７に送られる。電子ビューファインダーモードのような動画撮影時の読み出しは、通常、読み出し画素数を減らすと共にモアレなどの低減を行なう加算読み出しで読み出しを行なう。ＨＤは、撮像素子１０７の水平同期信号であり、１フレームの期間に水平ラインのライン数に応じたパルス数が所定間隔で送出され、水平ラインの制御を行なう。

ＶＤ、ＨＤ信号により、蓄積読み出しが実行されるとＶＤ信号が送出され、次フレームの蓄積動作が開始される。また、読み出された画像信号は、画像処理回路１２５へ転送され、欠陥画素補正などを行い、その後、画像処理（図６では、「画像処理１」と記載）が実行される。図６では、画像処理１は加算読み出し時の画像処理を表す。

欠陥画素補正された信号は、焦点状態を検出するために、コントラスト焦点検出部１３６に転送され、画像先鋭度を検出し、コントラストＡＦ評価値を演算する。撮像素子１０７の焦点検出用画素は、加算読み出しにおいて加算される画素に含まれる場合には、欠陥画素とみなして欠陥補正を行う。コントラスト焦点検出部１３６が検出したピーク値（コントラストＡＦ評価値）に基づいて、ＣＰＵ１２１は、フォーカス駆動回路１２６を制御してフォーカスアクチュエータ１１４を動作させて撮影レンズの焦点調節を行なう。また、画像処理された画像は、次のフレームで表示器１３１の更新を行なう。

図６（ａ）のフレーム９以外の読み出しは、加算読み出しで読み出される。フレーム９では、Ｇ画素加算ＲＢ間引き読み出しが実行される。読み出された画像信号は、画像処理回路１２５へ転送され、欠陥画素補正などを行い、画像処理（図６では、「画像処理２」と記載）が実行される。図６では、画像処理２は間引き読み出し時の画像処理を表す。

このときＲ画素及びＢ画素の画像データに含まれる焦点検出用画素のデータを撮像面位相差焦点検出部１３５に転送し、瞳分割された画素群の相関演算を行い、位相差ＡＦ評価値を算出する。これによりＣＰＵ１２１は、フォーカス駆動回路１２６を制御してフォーカスアクチュエータ１１４を動作させて撮影レンズの焦点調節を行なう。

図６（ａ）に示す撮影待機モードでは、ＲＢ画素間引き読み出しによる位相差ＡＦ検出手段は１０フレーム間隔ごとに行なう。また、焦点検出用画素群は、撮像素子１０７に離散的に配置されるため、焦点検出用画素群のサンプリング周波数以上の空間周波数の被写体では、折り返しエラーによる検出誤差を生じてしまう。このため、コントラストＡＦ評価値も併用することが望ましい。

加算読み出しモードとＧ加算ＲＢ間引き読み出しモードでは、読み出しモードに応じてコントラストＡＦと位相差ＡＦを切り替える必要がある。加算読み出しでは、位相差ＡＦの画素情報を取り出すことができず、加算読み出しに適宜挿入されるＧ加算ＲＢ間引き読み出しでは、Ｒ及びＢ画素に加算によるローパス効果が得られないため、コントラストＡＦ評価値の連続性が失われる可能性がある。

ＲＢ間引き読みされた画像では、Ｇ画素は加算されているので、ＲＧＢの全画素を間引きで読み出した画像よりも発生頻度は少なくなるとはいえ、モアレが発生しやすくなる。このため、加算読み出しとＧ加算ＲＢ間引き読み出しでは、画像処理回路１２５で施されるローパスフィルタの特性を低周波側にシフトさせ、画像劣化を目立たなくする必要がある。

図６（ｂ）は、撮影待機から撮影者によりレリーズスイッチが、半押しされた場合にＯＮするスイッチＳＷ１が操作された場合のシーケンスを示す。読み出しモード設定部１３４が加算読み出しモードと加算間引き読み出しモードとを混在させたモードを設定し、加算読み出しモードにおいてレリーズスイッチが押された場合に、次回のフレームで加算間引き読み出しモードに移行している。このようにモードの切り替えを行うことにより、次回のフレームで位相差ＡＦを行なうことができる。撮影者により撮影のトリガがかけられるので焦点検出の応答性を向上することができる。

図７は、表示器１３１の拡大が指定された場合の電子ビューファインダーのタイミングチャートである。拡大表示指定がなされると拡大指定領域を一部分切り出して読み出す。撮像素子１０７の一領域を部分読みするが、画素自体は、間引きなしで読み出しされる（図７では、「全画素読み」と記載）ので、コントラストＡＦ及び位相差ＡＦの演算が可能であるので、両者とも実行することが可能である。

図８は、全てＧ加算ＲＢ間引き読み出しで行なう電子ビューファインダーのタイミングチャートである。焦点検出は、コントラストＡＦ及び位相差ＡＦの両者とも実行可能である。

図７及び図８は、撮影待機時は位相差ＡＦ演算は所定間隔で、レリーズスイッチ発動時は両者の実行を前提としている。もちろん、１フレームごとに両者の演算を行い、適宜レンズ駆動してもよい。

図８に示すように、全ての読み出しをＧ加算ＲＢ間引きにすると、フレーム間での画質が連続しているので、一連の動画像は読み出しモードを混在させるよりも違和感が緩和され易い。従って、記録の残らない電子ビューファインダーモードと動画像を記録する動画記録モードなどの撮影モードでどちらかを使い分けてもよい。また、動体を動画撮影したい場合は図８の読み出し、比較的動きの少ない被写体の撮影時は図６の読み出しを選択してもよい。

以上、電子ビューファインダーモードや動画記録モード時に焦点検出画素を読み出すために、撮像素子にＧ画素加算ＲＢ間引き読み出しモード機能を付加することで、動画像を著しく劣化させることなく効率的に所望のタイミングで読み出すことが可能になる。

なお、加算読み出しに時に、一定間隔で間引き読み出しを挿入するのは単なる例示であり、これに限定されない。例えば、急激なコントラスト値の変化があった場合などの条件を加味して適宜間引き読み出しを挿入して位相差検出による焦点検出を行ってもよい。また、撮像素子１０７の間引き読み出し時の間引きは１／３間引きに限らない。

撮像装置は、動画撮影を行なうカムコーダー（ムービーカメラ）、各種検査カメラ、監視カメラ、内視鏡カメラ、ロボット用カメラなど限定されない。

撮像装置は、被写体の撮像に適用することができる。

１０５第３のレンズ群（フォーカスレンズ群）
１０７撮像素子
１２１ＣＰＵ（制御部、プロセッサ）
１３４読み出しモード設定部
１３５撮像面位相差焦点検出部
１３６コントラスト焦点検出部

Claims

撮影レンズの射出瞳を通る光を各々が受光して被写体の像を生成する複数の撮影用画素と、各々が前記撮影レンズの前記射出瞳の一部の領域を通る光を受光する複数の焦点検出用画素と、を有する撮像素子と、
前記焦点検出用画素に形成される前記被写体の一対の像のずれ量を検出する第１の焦点検出手段と、
輝度情報を主成分として取得するための前記撮影用画素の信号を加算し、色情報を主成分として取得するための前記撮影用画素の信号を間引いて出力する加算間引き読み出しモードが設定された場合に、前記第１の焦点検出手段の検出結果に基づいて前記撮影レンズを移動させるよう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。
前記撮影用画素の信号に基づいて前記被写体の焦点信号を検出する第２の焦点検出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記加算間引き読み出しモードとは異なる前記撮影用画素の信号を加算して読み出す加算読み出しモードが設定された場合に、前記第２の焦点検出手段の検出結果に基づいて前記撮影レンズを移動させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮影用画素の信号に基づいて前記被写体の焦点信号を検出する第２の焦点検出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記加算間引き読み出しモードが設定された場合に、前記第１の焦点検出手段の検出結果と前記第２の焦点検出手段の検出結果に基づいて前記撮影レンズを移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記撮影用画素の信号に基づいて前記被写体の焦点信号を検出する第２の焦点検出手段を更に有し、
前記制御手段は、前記撮影用画素の信号を加算して読み出す加算読み出しモードと前記加算間引き読み出しモードとを切り替え制御した場合に、前記加算読み出しモードにおいては前記第２の焦点検出手段の検出結果に基づいて前記撮影レンズを移動させ、前記加算間引き読み出しモードにおいては前記第１の焦点検出手段の検出結果に基づいて前記撮影レンズを移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置。
前記加算読み出しモードにおいてレリーズスイッチが押された場合に次回のフレームで前記加算間引き読み出しモードに切り替えることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記加算間引き読み出しモードが設定された場合、動画を撮像し、前記撮像素子の全ての画素群を読み出す全画素読み出しモードが設定された場合、静止画を撮像することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の撮像装置。