JP2010054968A - 撮像装置、自動焦点検出装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の一部を焦点検出用画素として使用し、発光時に所望の露光量を得て焦点検出を行う際、撮像素子からの読み出し回数を減らすことができる撮像装置を提供する。
【解決手段】電子カメラは、ＣＭＯＳセンサの測距領域内にある複数の焦点検出ラインに対し、異なる露光量となるように補助光の発光および蓄積制御を行う。そして、撮像装置は、複数の焦点検出ラインで得られる複数の異なる信号出力から、所望の信号出力となる焦点検出ラインを選択し、この焦点検出ラインを用いて焦点検出を行う。
【選択図】図１２

Description

本発明は、被写体が低輝度または低コントラスト等である場合、補助光源を使用して焦点を検出する撮像装置、自動焦点検出装置及びその制御方法に関する。

現在、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おいて、いわゆるライブビュー機能を有する撮像装置がある。このライブビュー機能を有する撮像装置では、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。

また、撮像装置の自動焦点検出・調節方法には、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。

コントラスト検出方式は、動画撮影用ビデオムービ機器（カムコーダ）や電子スチルカメラで多く用いられる方式である。この方式では、撮像素子が焦点検出用センサとして用いられる。また、この方式は、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）に着目し、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。しかし、山登り方式とも言われるように、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分かるまで動かすことが必要となるので、この方式は高速な焦点調節動作には不向きであるとされている。

一方、位相差検出方式は、銀塩フィルムによる一眼レフカメラに多く用いられ、自動焦点検出（Auto Focus：ＡＦ）一眼レフカメラの実用化に最も貢献した技術を有する方式である。この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、それぞれ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が直接求められる。従って、焦点検出用センサにより一度蓄積動作を行うだけで、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センサを設けることが一般的である。このため、装置が大型化しかつ高価となってしまう。また、ライブビューを行う際、クイックリターンミラーが退避しているので、焦点調節動作を行わせることができなかった。

このような問題に対し、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開示されている。

例えば、特許文献１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、瞳分割機能が付与されている。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、位相差検出方式で焦点検出が行われる。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ので、この箇所の画像情報は周辺の撮像画素情報から補間して創生されている。

また、特許文献２では、撮像素子の一部の画素の受光部を２分割することで、瞳分割機能が付与されている。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、位相差検出方式で焦点検出が行われる。また、この技術においても、焦点検出用画素が配置された箇所では撮像画素が欠損しているので、この箇所の画像情報は周辺の撮像画素情報から補間して創生されている。

一方、いわゆるパッシブ方式の自動焦点検出を備えたカメラは、被写体が低輝度または低コントラスト等である場合、カメラボディに内蔵されているＡＦ用補助光源から補助光としてコントラストパターンを被写体に投影する。そして、このカメラは、ＡＦセンサが受光する被写体像にコントラストを発生させ、その被写体像から焦点検出を行う。

また、ＡＦセンサの蓄積制御として、ＡＦセンサに蓄積される電気的信号の積分値をチェックするモニタ回路が設けられている。その積分値が所定値に達したときにＡＦセンサの蓄積を終了させ、増幅器により増幅された所定量の出力信号を効率よく得ることができる、いわゆるＡＧＣ蓄積制御が一般的に使用されている。

しかし、補助光源を用いた蓄積制御においては、被写体距離が短い場合や被写体の反射率が高い場合、１回の発光でＡＦセンサの積分値が処理可能なレンジを超えてしまい、焦点検出処理が行えないことがあった。また、被写体距離が長い場合や被写体の反射率が低い場合、補助光の発光回数が多くなり、ＡＦセンサの積分終了までに時間がかかり、本来の補助光の使用目的である迅速な焦点検出動作およびオートフォーカス動作が行えないおそれがあった。

この問題を解決するための技術として、特許文献３では、補助光源の発光に際し、発光ごとに発光時間または発光間隔時間を段階的に変更することで、蓄積完了時間を短縮することが行われている。
特開２０００−１５６８２３号公報 特開２０００−２９２６８６号公報 特開２０００−３３８３８６号公報

しかしながら、上記従来の撮像装置では、撮像素子の一部を焦点検出用画素として使用する場合、ＡＦセンサの蓄積量を監視する専用のモニタ回路を設けてＡＧＣ蓄積制御を行うと、回路が複雑化する上、コストがかかるので、望ましくなかった。

このため、そのような専用のモニタ回路を設けない場合、所定の発光量で補助光を発光して蓄積された電荷を撮像素子から読み出し、その出力信号が所望の信号レベルであるかを評価する必要があった。露光不足または過剰露光である場合、再度、発光量または発光時間を変えて蓄積する必要があった。従って、この方法では、撮像素子からの読み出し回数が増加し、高速な焦点検出およびＡＦ動作を行えなかった。また、複数回補助光を発光することで、無駄なエネルギを消耗していた。

そこで、本発明は、撮像素子の一部を焦点検出用画素として使用し、発光時に所望の露光量を得て焦点検出を行う際、撮像素子からの読み出し回数を減らすことができる撮像装置、自動焦点検出装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、高速な自動焦点検出を行うことができる撮像装置、自動焦点検出装置及びその制御方法を提供することを他の目的とする。

さらに、本発明は、消費するエネルギを削減することができる撮像装置、自動焦点検出装置及びその制御方法を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、行方向および列方向に配置された複数の画素と、前記複数の画素を所定の周期で行ごとに選択する行選択手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷をリセットし、前記リセットの後に前記行の画素に電荷を蓄積する蓄積手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷を読み出す読出手段とを有する撮像素子と、被写体に閃光を発光する発光手段とを有する撮像装置であって、前記複数の画素は、撮像用の電荷を蓄積する撮像用画素群と、前記撮像素子の撮像領域に離散的に配置され、被写体像を結像する結像光学系の複数方向の焦点状態に応じた電荷を蓄積する焦点検出用画素群とから構成され、前記焦点検出用画素群の一部を含む行方向の画素群を焦点検出ラインとし、前記読出手段によって電荷が読み出される複数の前記焦点検出ラインに、異なる露光量となるタイミングで前記発光手段を発光させる制御手段と、前記複数の焦点検出ラインのうち、所定の露光量が得られた少なくとも１つの焦点検出ラインを選択する選択手段と、前記選択された焦点検出ラインに含まれる前記焦点検出用画素に蓄積された電荷を用いて焦点を検出する焦点検出手段とを有することを特徴とする。

本発明の自動焦点調節装置は、行方向および列方向に配置された複数の画素と、前記複数の画素を所定の周期で行ごとに選択する行選択手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷をリセットし、前記リセットの後に前記行の画素に電荷を蓄積する蓄積手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷を読み出す読出手段とを有する撮像素子と、被写体に閃光を発光する発光手段とを有する撮像装置に搭載された自動焦点検出装置であって、前記複数の画素は、撮像用の電荷を蓄積する撮像用画素群と、前記撮像素子の撮像領域に離散的に配置され、被写体像を結像する結像光学系の複数方向の焦点状態に応じた電荷を蓄積する焦点検出用画素群とから構成され、前記焦点検出用画素群の一部を含む行方向の画素群を焦点検出ラインとし、前記読出手段によって電荷が読み出される複数の前記焦点検出ラインに、異なる露光量となるタイミングで前記発光手段を発光させる制御手段と、前記複数の焦点検出ラインのうち、所定の露光量が得られた少なくとも１つの焦点検出ラインを選択する選択手段と、前記選択された焦点検出ラインに含まれる前記焦点検出用画素に蓄積された電荷を用いて焦点を検出する焦点検出手段とを有することを特徴とする。

本発明の撮像装置の制御方法は、行方向および列方向に配置された複数の画素と、前記複数の画素を所定の周期で行ごとに選択する行選択手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷をリセットし、前記リセットの後に前記行の画素に電荷を蓄積する蓄積手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷を読み出す読出手段とを有する撮像素子と、被写体に閃光を発光する発光手段とを有し、前記複数の画素は、撮像用の電荷を蓄積する撮像用画素群と、前記撮像素子の撮像領域に離散的に配置され、被写体像を結像する結像光学系の複数方向の焦点状態に応じた電荷を蓄積する焦点検出用画素群とから構成される撮像装置の制御方法であって、前記焦点検出用画素群の一部を含む行方向の画素群を焦点検出ラインとし、前記読出手段によって電荷が読み出される複数の前記焦点検出ラインに、異なる露光量となるタイミングで前記発光手段を発光させる制御ステップと、前記複数の焦点検出ラインのうち、所定の露光量が得られた少なくとも１つの焦点検出ラインを選択する選択ステップと、前記選択された焦点検出ラインに含まれる前記焦点検出用画素に蓄積された電荷を用いて焦点を検出する焦点検出ステップとを有することを特徴とする。

本発明の請求項１に係る撮像装置は、複数の焦点検出ラインに、異なる露光量となるタイミングで発光させ、所定の露光量が得られた焦点検出ラインを選択し、この選択された焦点検出ラインに含まれる焦点検出用画素に蓄積された電荷を用いて焦点を検出する。これにより、ＡＦセンサの蓄積量を監視する専用のモニタ回路を設けなくても、撮像素子の一部を焦点検出用画素として使用し、発光時に所望の露光量を得て焦点検出を行う際、撮像素子からの読み出し回数を減らすことができる。従って、１回の読み出しで所望の露光量の信号出力を得ることも可能となる。また、読み出し回数を減らすことで、高速な自動焦点検出を行うことができる。さらに、発光回数を減らすことで、消費するエネルギを削減することができる。

請求項２に係る撮像装置によれば、１回の蓄積および読み出しによって複数の焦点検出ラインから異なる信号量となる出力信号を得ることができ、焦点検出ライン間の露光量差を調節することができる。

請求項３に係る撮像装置によれば、発光させるフレームと発光させないフレームとで、読み出しタイミングの周期を異ならせることで、ライブビューに対する影響を小さくすることができる。

請求項４に係る撮像装置によれば、焦点検出ラインのライン周期を変更することなく、焦点検出ライン間の露光量差を調節することができる。

請求項５に係る撮像装置によれば、１回の撮像素子からの読み出しに対し、異なる露光量の出力信号を得ることが可能になる。従って、測光における適切な信号出力を得るための時間が短縮され、迅速な測光および自動露出制御が可能になる。

本発明の撮像装置、自動焦点検出装置及びその制御方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の撮像装置はデジタルスチルカメラ（電子カメラ）に適用され、自動焦点検出装置は電子カメラに搭載される。

［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態における電子カメラの構成を示す図である。この電子カメラは、撮像素子を内蔵するカメラ本体と撮影レンズとが一体化された構造を有する。第１レンズ群１０１は、撮影光学系（結像光学系）の先端に配置され、光軸方向に進退可能に保持される。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することで撮影時の光量調節を行う他、静止画撮影時に露光秒時調節用シャッタとしての機能も備える。

第２レンズ群１０３は、絞り兼用シャッタ１０２および第２レンズ群１０３と一体になって光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍動作を行う（ズーム機能）。第３レンズ群（フォーカスレンズ）１０５は、光軸方向の進退により、焦点調節を行う。

光学的ローパスフィルタ１０６は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。撮像素子１０７はＣＭＯＳセンサ（単に、ＣＭＯＳともいう）およびその周辺回路で構成される。この撮像素子として、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の各受光ピクセルの上に、ベイヤ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が用いられる。

ズームアクチュエータ１１１は、カム筒（図示せず）を回動することで、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０３および第３レンズ群１０５を光軸方向に進退させるように駆動し、変倍操作を行う。

絞りシャッタアクチュエータ１１２は、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う。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退させるように駆動し、焦点調節を行う。

被写体照明用電子フラッシュ１１５は撮影時に被写体を照明するものである。被写体照明用電子フラッシュ１１５として、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適であるが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いてもよい。

ＡＦ補助光源１１６は、所定の開口パターンを有するマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影することで、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。

ＣＰＵ１２１は、カメラ本体における種々の制御を司るカメラ内ＣＰＵであり、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従って、カメラ本体が有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、記録等の一連の動作を行う。

電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して被写体照明用電子フラッシュ１１５の点灯制御を行う。補助光回路１２３は、焦点検出動作に同期してＡＦ補助光源１１６の点灯制御を行う。

撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７が取得した画像のγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行う。

フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退させるように駆動して焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を制御し、絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を制御する。

表示器１３１はＬＣＤ等であり、カメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像、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。操作スイッチ１３２は、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等で構成される。フラッシュメモリ１３３は着脱可能であり、撮影済み画像を記録する。

図２は撮像素子１０７の内部構成を示す図である。なお、図２には、後述する読み出し動作を説明するための最低限の構成だけが示されており、画素リセット信号などは省略されている。光電変換部（以下、ＰＤ_ｍｎと記述する）２０１は、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。ここで、ｍはＸ方向アドレスであり、ｍ＝０、１、……、ｍ−１である。また、ｎはＹ方向アドレスであり、ｎ＝０、１、……、ｎ−１である。本実施形態の撮像素子１０７では、ｍ×ｎ個の光電変換部が２次元に配置されている。なお、図においては、煩雑にならないように、左上付近の光電変換部（ＰＤ_００、ＰＤ_０１等）のみに符号を付記した。

選択スイッチ２０２は、光電変換部（ＰＤ_ｍｎ）２０１の出力を選択するものであり、後述する垂直走査回路２０８（行選択手段）により一行ごとに選択される。ラインメモリ２０３は、光電変換部（ＰＤ_ｍｎ）２０１の出力を一時的に記憶するためのものであり、垂直走査回路２０８により選択された、一行分の光電変換部２０１の出力を記憶するものである。通常、光電変換部２０１には、コンデンサが使用される。

スイッチ２０４は、水平出力線２１０に接続され、水平出力線２１０を所定の電位ＶＨＲＳＴにリセットするためのものであり、信号ＨＲＳＴにより制御される。スイッチ２０５は、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部ＰＤ_ｍｎの出力を水平出力線２１０に順次出力するためのものであり、スイッチＨ_０〜Ｈ_ｍ−１からなる。水平走査回路２０６によりスイッチＨ_０〜Ｈ_ｍ−１を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。

水平走査回路２０６は、ラインメモリ２０３に記憶された光電変換部２０１の出力を順次走査し、水平出力線２１０に出力させる。

データ入力ＰＨＳＴは水平走査回路２０６のデータ入力である。シフトクロックＰＨ１、ＰＨ２はシフトクロック入力である。ＰＨ１＝Ｈでデータがセットされ、ＰＨ２＝Ｈでデータがラッチされる構成となっている。シフトクロックＰＨ１、ＰＨ２の端子にシフトクロックを入力することにより、データ入力ＰＨＳＴを順次シフトさせ、スイッチＨ_０〜Ｈ_ｍ−１を順次オンさせることができる。間引き読み設定ＳＫＩＰは、後述する間引き読み出し時に設定を行わせる制御端子入力である。間引き読み設定ＳＫＩＰをＨレベルに設定することにより、水平走査回路２０６を所定間隔でスキップさせることが可能になる。なお、この読み出し動作に関する詳細については、後述する。

垂直走査回路２０８は、順次走査して信号Ｖ_０〜Ｖ_ｎ−１を出力することにより、光電変換部ＰＤ_ｍｎの選択スイッチ２０２を選択することができる。制御信号は、水平走査回路２０６と同様、図示しないデータ入力ＰＶＳＴ、シフトクロックＰＶ１、ＰＶ２および間引き読み設定ＳＫＩＰにより制御される。

なお、垂直走査回路２０８の動作は、水平走査回路２０６と同様であるので、その詳細な説明を省略する。また、図２では、垂直走査回路２０８の制御信号が省略されている。

図３は撮像素子の全画素を読み出す場合における光電変換部の配置を示す図である。図には、ｍ×ｎ個の光電変換部の配置が示されている。図中、Ｒ，Ｇ，Ｂの記号は、光電変換部に塗布されたカラーフィルタを表す。本実施形態では、２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤ配列の場合を示す。

また、図中の上側および左側に付記された番号は、Ｘ方向（行方向）の画素の番号およびＹ方向（列方向）の画素の番号である。また、斜線の引かれた画素部は読み出し対象である。ここでは、全画素読み出しであるので、全ての画素部に対して斜線が引かれている。また、撮像素子には、通常、黒レベルを検出するための、遮光されたＯＢ（オプティカルブラック）画素なども配置され、読み出されるが、ここでは煩雑になるので、その説明を省略する。

図４は全画素のデータを読み出す場合の各部の信号の変化を示すタイミングチャートである。ＣＰＵ１２１によって制御される撮像素子駆動回路１２４が、撮像素子にパルスを送ることにより、データの読み出しが制御される。全画素読み出し動作について説明する。

まず、撮像素子駆動回路１２４は、垂直走査回路２０８を駆動し、信号Ｖ_０をアクティブにする。このとき、０行目の画素の出力が、垂直出力線２０９にそれぞれ出力される。この状態で、撮像素子駆動回路１２４は、ＭＥＭ信号をアクティブにし、各画素のデータをラインメモリ２０３にサンプルホールドする。

つぎに、撮像素子駆動回路１２４は、データ入力ＰＨＳＴをアクティブし、シフトクロックＰＨ１、ＰＨ２を入力して、順次スイッチＨ_０〜Ｈ_ｍ−１をアクティブにし、水平出力線２１０に画素出力を出力する。この出力された画素出力は、アンプ２０７を介して、出力信号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る。この変換されたデジタルデータに対し、画像処理回路１２５で所定の画像処理が施される。

つぎに、垂直走査回路２０８によって信号Ｖ_１がアクティブになると、１行目の画素出力が垂直出力線２０９に出力される。０行目の画素出力と同様、ＭＥＭ信号によりラインメモリ２０３に、１行目の各画素のデータがサンプルホールドされる。そして、データ入力ＰＨＳＴをアクティブにし、シフトクロックＰＨ１、ＰＨ２を入力し、順次スイッチＨ_０〜Ｈ_ｍ−１をアクティブにし、水平出力線２１０に画素出力を出力する動作は、０行目の場合と同じである。このように、撮像素子駆動回路１２４は、ｎ−１行目までの読み出しを順次行う。

図５は撮像素子の間引き画素を読み出す場合における光電変換部の配置を示す図である。図５には、図３と同様、ｍ×ｎ個の光電変換部の配置が示されている。図中、斜線の引かれた画素部が間引き読み出し時の読み出し対象画素である。本実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向のいずれも１／３の間引き画素の読み出しとなっている。

図６は間引き画素のデータを読み出す場合の各部の信号の変化を示すタイミングチャートである。間引き読み出しの設定は、水平走査回路（シフトレジスタ）２０６の制御端子、および間引き読み設定ＳＫＩＰ（ＳＫＩＰ端子）を、アクティブにすることで行われる。ＳＫＩＰ端子をアクティブにすることで、水平走査回路２０６および垂直走査回路２０８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。この具体的方法については、公知の技術であるので、その詳細は省略する。

間引き時の動作では、撮像素子駆動回路１２４は、まず垂直走査回路２０８を駆動し、信号Ｖ_０をアクティブにする。このとき、０行目の画素出力が垂直出力線２０９にそれぞれ出力される。この状態で、撮像素子駆動回路１２４は、ＭＥＭ信号をアクティブにし、各画素のデータをラインメモリ２０３にサンプルホールドする。

つぎに、撮像素子駆動回路１２４は、データ入力ＰＨＳＴをアクティブし、シフトクロックＰＨ１、ＰＨ２を入力する。このとき、ＳＫＩＰ端子をアクティブに設定することにより、シフトレジスタの経路が変更され、順次スイッチＨ_０、Ｈ_３、Ｈ_６・・・Ｈ_ｍ−３のように、３画素ごとに水平出力線２１０に画素出力が出力される。この出力された画素出力は、アンプ２０７を介して、出力信号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る。この変換されたデジタルデータに対し、画像処理回路１２５で所定の画像処理が施される。

つぎに、垂直走査回路２０８は、水平走査回路２０６と同様、信号Ｖ_１、Ｖ_２をスキップさせて、信号Ｖ_３をアクティブにし、３行目の画素出力を垂直出力線２０９に出力する。０行目の画素出力と同様、ＭＥＭ信号によりラインメモリ２０３に、３行目の各画素のデータがサンプルホールドされる。そして、データ入力ＰＨＳＴをアクティブし、シフトクロックＰＨ１、ＰＨ２を入力し、順次スイッチＨ_０、Ｈ_３、Ｈ_６・・・Ｈ_ｍ−３をアクティブにし、水平出力線２１０に画素出力を出力する動作は、０行目の場合と同じである。このようにして、ｎ−３行目までの読み出しが順次行われる。すなわち、水平方向および垂直方向のいずれにも１／３の間引き読み出しが行われる。

図７は撮像用画素の配置および構造を示す図である。本実施形態では、２×２の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤ配列が採用されている。また、撮像領域では、ベイヤ配列を有する複数の画素群の間に、後述する焦点検出用画素が所定の規則で分散して配置される。

同図（ａ）は２行×２列の撮像用画素の平面を示す。周知のように、ベイヤ配列では、対角方向にＧ画素が配置され、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。この２行×２列の構造を有する画素群が繰り返し配置される。

同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＥ−Ｅ方向の断面を示す。オンチップマイクロレンズＭＬは各画素の最前面に配置されている。また、同図（ｂ）では、オンチップマイクロレンズＭＬの後方には、Ｒ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタＣＦ_ＲとＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタＣＦ_Ｇ、ＣＭＯＳセンサの光電変換部ＰＤ（図３参照）および配線層ＣＬが配置されている。配線層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。

ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬおよび光電変換部ＰＤは、撮影光学系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。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤはオンチップマイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。

なお、同図（ｂ）では、Ｒ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素およびＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。

図８は撮影レンズの水平方向（横方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置および構造を示す図である。同図（ａ）は焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面を示す。撮像信号を得る場合、Ｇ画素の電荷出力は輝度情報の主成分となる。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるので、Ｇ画素が欠損すると、画質劣化が認められ易い。一方、Ｒ画素もしくはＢ画素は色情報を取得する画素であるが、人間は色情報に鈍感であるので、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に気づきにくい。

そこで、本実施形態では、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素を撮像用画素として残し、Ｒ画素およびＢ画素を焦点検出用画素としている。同図（ａ）には、Ｒ画素およびＢ画素の焦点検出用画素として、ＳＡ画素およびＳＢ画素が示されている。

同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＦ−Ｆ方向の断面を示す。マイクロレンズＭＬおよび光電変換部ＰＤの構造は図７（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本実施形態では、焦点検出用画素の信号は、画像創生に用いられないので、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦ_Ｗ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。

また、撮像素子で瞳分割を行うので、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的に、ＳＡ画素の開口部ＯＰＨＡは右側に偏倚しているので、ＳＡ画素の光電変換部ＰＤは撮影レンズＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、ＳＢ画素の開口部ＯＰＨＢは左側に偏倚しているので、ＳＢ画素の光電変換部ＰＤは撮影レンズＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。

ここで、ＳＡ画素を水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、ＳＢ画素も水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とする。Ａ像とＢ像の相対位置を検出することで、被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出可能となる。なお、垂直方向（縦方向）のピントずれ量を検出したい場合、ＳＡ画素の開口部ＯＰＨＡを上側に、ＳＢ画素の開口部ＯＰＨＢを下側に偏倚させるように構成すればよい。このように、結像光学系（撮影光学系）の複数方向の焦点状態に応じた電荷が焦点検出用画素に蓄積される。

図９は撮像用画素および焦点検出用画素の配置を示す図である。図９には、間引き読み出しを行う場合の画素の配置が示されている。Ｘ（水平）方向に１／３、Ｙ（垂直）方向に１／３になるように、画素が間引かれている。図中、Ｇは緑フィルタを塗布した画素、Ｒは赤フィルタを塗布した画素、Ｂはグリーン画素を塗布した画素である。また、図中のＧ、Ｒ、Ｂは、間引き読み出し時に読み出される画素である。また、図中に記号の書かれていない白抜き画素は、間引き読み出し時に読み出されない画素を表している。

また、図中のＳＡは、画素部の開口を水平方向に偏倚させて形成された焦点検出用画素であり、後述するＳＢ画素との水平方向の像ずれ量を検出するための基準画素である。同様に、図中のＳＢは、画素の開口部をＳＡ画素とは逆方向に偏倚させて形成された焦点検出用画素であり、ＳＡ画素との水平方向の像ずれ量を検出するための参照画素である。ＳＡ画素およびＳＢ画素における斜線部が偏倚した画素の開口部を示している。

また、焦点検出用画素群が撮像用に使用できないことを考慮し、本実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向にある程度の間隔をおいて、焦点検出用画素は離散的に配置される。また、画像の劣化が目立ちにくいように、焦点検出用画素はＧ画素部分に配置されていない。

本実施形態では、図中の太い黒枠で示された、８×８画素（間引き前の画素配置では、２４×２４画素）のブロック内に、ＳＡ画素およびＳＢ画素の１ペアが配置されている。図中に記載されたＢＬＯＣＫ＿Ｎ（ｉ、ｊ）は、ブロック名を表している。１ブロックで画素配置パターンが完結する。また、全撮像画面へ拡張する場合、画素群はブロック単位で撮像素子の任意の位置に適宜配置される。

図１０は測距領域およびこの測距領域に含まれる焦点検出用画素群により構成される焦点検出ラインの一例を示す図である。同図（ａ）には、撮像素子の画像領域（撮像領域）と焦点検出領域（測距領域）の関係が示されている。同図（ｂ）には、焦点検出領域を拡大し、焦点検出領域に含まれる焦点検出ラインの構成が示されている。ここで、撮像素子の画素ピッチは５．２ｕｍであり、焦点検出領域は水平２．２ｍｍ、垂直１．０ｍｍの大きさを有する。

焦点検出ラインは、１ブロックを水平方向に連続して配置することで構成されており、１つの焦点検出ラインの垂直画素数は２４画素である。従って、垂直幅１．０ｍｍ（１９２画素）の焦点検出領域に含まれる焦点検出ラインの数は８ラインとなる。また、図９に示すように、各焦点検出ラインに含まれるＳＡ画素およびＳＢ画素はそれぞれ同一ラインに配置されている。

上記構成を有する撮像装置の動作を示す。図１１はＣＭＯＳセンサを用いたライブビュー時の撮像動作シーケンスを示すタイミングチャートである。ライブビュー機能を実現する場合、連続的に撮像素子から画像信号を読み出す必要がある。ＣＭＯＳセンサでは、ＣＣＤ方式のような一括転送および一括読み出しができないので、一般的にローリングシャッタ読み出し方式が採用されている。

ローリングシャッタ読み出し方式では、図１１に示すように、撮像素子１０７は、露光動作が行われた後、撮像素子１０７内の各画素の蓄積電荷が画像信号として読み出される。この読み出し動作は、制御パルス垂直同期信号ＶＤおよび水平同期信号ＨＤ（図示せず）に同期して行われる。制御パルス垂直同期信号ＶＤ（ＶＤ信号）は、撮像の１フレームを表す信号である。本実施形態では、例えば、撮像素子駆動回路１２４は、１／３０秒ごとにＣＰＵ１２１からのコマンドを受けると、制御パルス垂直同期信号ＶＤを撮像素子１０７に送る。すなわち、本実施形態では、１秒間に３０フレームの動画撮影を前提としている。

また、制御パルス水平同期信号ＨＤ（ＨＤ信号）は、撮像素子１０７の水平同期信号である。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の制御パルス水平同期信号ＨＤが所定間隔で送出され、水平ラインの制御が行われる。

また、水平同期信号ＨＤに同期し、設定された蓄積時間となるように、水平ライン毎に画素リセットが行われる（図中、点線で示す）。このため、１フレームの画像信号において、ライン毎に蓄積および読み出しタイミングに時差がある。この時差は１ラインの読み出し速度と読み出すライン数によって制限を受ける。

また、ライブビュー動作のように、フレームレートによって読出し時間の制約を受ける場合、全画面領域に対して一部の領域のみの読出しを行うか、あるいは水平方向および垂直方向に画素間引きを行って高速に画像信号を読み出す必要がある。本実施形態では、水平１／３、垂直１／３に間引いて読み出しが行われる。

ＶＤ信号およびＨＤ信号により蓄積および読み出しが実行されると、読み出された画像信号は画像処理回路１２５へ転送される。画像処理回路１２５では、欠損画素補正などを行われ、画像処理が実行される。

また、前述したように、撮像素子１０７には、撮像用画素の他に、一部の画素群に瞳分割機能を付与し、いわゆる位相差ＡＦが可能なように構成された焦点検出用画素が存在する。この焦点検出用画素も欠損画素とみなして欠損補正を行い、その画像信号は画像処理回路および表示回路に転送される。

また、画像データ内に含まれる焦点検出用画素のデータをピックアップし、撮影レンズの焦点状態を検出するために、このデータは画像処理回路１２５内の位相差検出ブロック（図示せず）に転送される。この回路ブロックでは、瞳分割されたＳＡ画素群およびＳＢ画素群の相関演算が行われ、被写体のピントずれ量が算出される。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を駆動させ、撮影レンズの焦点調節を行う。

また、画像処理回路１２５およびＣＰＵ１２１によって測光検出部が構成され、この測光検出部によって測光が行われ、蓄積時間、ゲイン、絞りなどの露光条件が決定される。ＣＰＵ１２１は、決定された絞り値に従って絞りシャッタ駆動回路１２８を制御して絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動し、絞り動作を行う。

ここで、本実施形態の補助光発光時の蓄積制御および焦点検出方法について説明する。図１２は図９の画素配置を有する撮像素子から水平１／３、垂直１／３間引きで読み出した場合の補助光発光時のＣＭＯＳの蓄積および読み出しのタイミング、各焦点検出ラインの蓄積タイミングおよび補助光の発光タイミングを示すタイミングチャートである。

前述したように、ライブビュー時のＣＭＯＳの読み出しは、垂直同期信号ＶＤに同期して上部のラインから順次行われる。また、各ラインの画素リセットは、設定されたタイミングで水平同期信号ＨＤに同期して上部ラインから順次行われ、所望の蓄積時間となるように制御される。

また、図１２には、図１０の焦点検出領域に含まれる各焦点検出ラインの蓄積タイミングが示されている。なお、図が煩雑になるのを避けるため、一部の焦点検出ラインのみが示されている。このとき、図中の焦点検出ライン１の蓄積は、画素リセットが行われる時刻ｔ１で開始され、画素信号が読み出される時刻ｔ１’まで行われる。従って、各焦点検出ラインｎの蓄積期間は、時刻ｔｎから時刻ｔｎ’までとなる（ここで、ｎは値１〜８である）。

仮に、水平同期信号ＨＤの周期を２５ｕｓｅｃとすると、各焦点検出ラインのＳＡ画素配置ラインの蓄積開始時刻の差（ｔｎ−ｔｎ＋１）は、垂直１／３間引きにより焦点検出ライン周期が８ラインであるので、２００ｕｓｅｃとなる。同様に、ＳＢ画素の各焦点検出ラインの蓄積開始時刻の差も２００ｕｓｅｃとなる。このように、各焦点検出ラインの露光時間の差が所定時間となるように、画素信号の読み出しが行われる。

また、図１２には、焦点検出用の補助光の発光開始時刻ｔｓおよび発光終了時刻ｔｅのタイミングが示されている。図から明らかなように、各焦点検出ラインの補助光による閃光の蓄積期間（ｔｎ−ｔｅ）は、各焦点検出ラインの蓄積開始時刻の差分だけ異なる。

仮に、焦点検出ライン８の補助光の蓄積期間（ｔ８−ｔｅ）を１００ｕｓｅｃとした場合、各焦点検出ラインの補助光の蓄積期間（ｔｎ−ｔｅ）は図１３に示すようになる。図１３は各焦点検出ラインにおける補助光の蓄積期間および露光量の差を示すテーブルである。このテーブルには、各焦点検出ラインと焦点検出ライン８との補助光による露光量の差が示されている。各焦点検出ラインの補助光による露光量の出力信号は、０段〜約３．９段程度まで段階的に大きさの異なる信号量となる。各焦点検出ラインの被写体の出力信号は、補助光による露光量に定常光の露光による蓄積量分が加えられたものになる。

また同様に、各焦点検出ラインの焦点検出用のＳＡ画素群およびＳＢ画素群の出力信号も段階的に異なる信号量となる。従って、一回の補助光の蓄積および撮像素子からの読み出しによって、１つの測距領域に対して異なる信号量を有する焦点検出ラインの信号出力を得ることが可能になる。

ここで、補助光発光時の蓄積および読み出しにより得られる複数の異なる焦点検出ラインの信号出力は、被写体の距離、反射率および定常光の明るさにより変化する。

そこで、複数の異なる焦点検出ラインの信号出力から、黒潰れや飽和など焦点検出に向かないライン出力を除き、露光不足または過剰露光とならない所定の信号量となる焦点検出ラインだけを選択することで、適切な焦点検出が可能になる。

また、補助光発光時の蓄積に際し、定常光による画素飽和が問題となる場合、蓄積時間を短くすることで改善することが可能であるが、このことについては一般的な自動露出制御と同様であるので、その説明を省略する。

また、被写体の距離および反射率によっては、全ての焦点検出ラインで、所望の出力信号が得られない場合、補助光の発光量を変更し、再度、蓄積および読み出しを行うことで、所望の信号量を得ることが可能になる。このことについても公知の技術であるので、その説明を省略する。

つぎに、各焦点検出ラインの補助光による露光量差を制御する方法について説明する。各焦点検出ラインの補助光による露光量差は、水平同期信号ＨＤの周期および焦点検出ラインのライン周期によって大きく影響を受ける。高画素化および高フレームレート化によりＨＤ周期が短くなっていくことが考えられるが、この場合、各焦点検出ラインの補助光による露光量差は少なってしまう。

また、ライン周期は、画素配置パターン、ライン構成パターン、および撮像素子から読み出す際の垂直間引き率によって決まる。従って、こちらもフレームレートや撮像素子に含めることが可能な焦点検出用画素の数によりライン周期が短くなると、各焦点検出ラインの補助光による露光量差は少なってしまう。

そこで、上記露光量差を調節する第１の方法について、図１４および図１５を用いて説明する。図１４および図１５は各焦点検出ラインの補助光による露光期間を示す図である。図１４および図１５では、異なる水平同期信号ＨＤの周期で同一の蓄積期間を設定して撮像素子から読み出した場合の露光期間が示されている。すなわち、図１５では、図１４に比べて水平同期信号ＨＤの周期が長く設定されており、蓄積開始時刻の差（ｔ１−ｔ２）が長くなるので、露光量の差は大きくなる。このことは、フレームレートが遅くなってしまう問題を生じさせるが、補助光を発光するフレームのみに適用することで、ライブビューに対する影響を小さくすることができる。つまり、補助光を発光するフレームと発光させないフレームとで、水平同期信号ＨＤの周期（読み出しタイミングの周期）を異ならせることで、その影響を小さくすることができる。

また、上記露光量差を調節する第２の方法について図１６を用いて説明する。図１６は補助光発光時のＣＭＯＳの蓄積および読み出しのタイミング、各焦点検出ラインの蓄積タイミングおよび補助光の発光タイミングと発光量を示す図である。なお、ＣＭＯＳの蓄積および読み出しのタイミング、各焦点検出ラインの蓄積タイミング、および補助光の発光期間は、図１１−図１５の説明と同様であるので、その説明を省略する。

図１６の補助光の波高量は、補助光の閃光の大きさを示したものであり、発光開始時刻ｔｓから発光終了時刻ｔｅまでの期間に亘って段階的に制御される。このため、同図から明らかなように、焦点検出ライン１と焦点検出ライン２の補助光による露光量の差は、一定の波高量で補助光を発光した場合に比べて大きくなる。この方法により、水平同期信号ＨＤの周期や焦点検出ラインのライン周期を変更せずに、各焦点検出ラインの補助光による露光量差を調節することが可能になる。なお、本実施形態では、波高量を段階的に制御しているが、補助光の波光量の制御は特に限定されない。この波光量を連続に変化させてもよいことは勿論であり、同様の効果が得られる。

電子カメラは、ＣＭＯＳセンサの測距領域内にある複数の焦点検出ラインに対し、異なる露光量となるように補助光の発光および蓄積制御を行う。そして、撮像装置は、複数の焦点検出ラインで得られる複数の異なる信号出力から、所望の信号出力となる焦点検出ラインを選択し、この焦点検出ラインを用いて焦点検出を行う。

図１７は合焦動作手順を示すフローチャートである。この合焦動作の処理はＣＰＵ１２１によって所定の周期ごとに繰り返し実行される。なお、図１７には、合焦動作に関わる部分の処理のみが記述されている。

まず、ＣＰＵ１２１は、操作スイッチ１３２が押下され、撮影前動作の開始が指示されたか否かを判別する（ステップＳ１）。撮影前動作の開始が指示されない場合、ＣＰＵ１２１はそのまま本処理を終了する。

一方、撮影前動作の開始が指示されると、ＣＰＵ１２１は、補助光回路１２３を制御し、ＡＦ補助光源１１６を発光させる（ステップＳ２）。そして、ＣＰＵ１２１は、撮像素子駆動回路１２４を制御し、撮像素子１０７の出力信号を読み出し、各焦点検出ラインの露光量を算出する（ステップＳ３）。

ＣＰＵ１２１は、所望の露光量となる焦点検出ラインがあるか否かを判別する（ステップＳ４）。そのような焦点検出ラインがない場合、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ２の処理に戻り、発光量を変更して、再度、ＡＦ補助光源１１６を発光させる。

ステップＳ４で所望の露光量となる焦点検出ラインがある場合、ＣＰＵ１２１は、その焦点検出ラインを用いて、位相差検出方式により焦点を検出する（ステップＳ５）。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を駆動させ、第３のレンズ群（フォーカスレンズ）１０５を焦点位置に移動させる（ステップＳ６）。この後、ＣＰＵは本処理を終了する。

このように、第１の実施形態の撮像装置によれば、ＣＭＯＳセンサの出力信号を用いた焦点検出において、補助光の発光時に１つの測距領域に対し、異なる信号量の焦点検出ラインの信号出力を得ることができる。従って、得られた複数の信号出力から所望の信号量となる焦点検出ラインを選択することで、高速に適切な焦点検出を行うことができる。また、補助光の発光回数を減らすことで、消費するエネルギを削減することができる。また、各焦点検出ラインの補助光による露光量の差に関しても、調節することが可能である。

［第２の実施形態］
第２の実施形態おける電子カメラの構成は第１の実施形態と同一であるので、ここではその説明を省略する。図１８は第２の実施形態における画素配置パターンおよび測光用ラインの配置パターンを示す配置図である。

２行×２列の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤ配列が採用されている。また、このベイヤ配列は、撮像素子の撮像領域に全面展開され、配置されている。

また、撮像領域内には、水平方向に連続して配置される画素から構成される測光用ラインが周期的に所定ライン数分配置されている。ここで、ｎは撮像素子の垂直ライン数以下の整数である。なお、測光用検出ラインの蓄積および読み出し制御に加え、前記第１の実施形態で示した焦点検出ラインの蓄積および読み出し制御を行う場合、撮像領域の一部に前記第１の実施形態と同一の画素配置パターンが用いられる。

つぎに、測光用の閃光を発光したときの蓄積制御方法および測光方法について説明する。図１９は測光用の閃光を発光したときの撮像素子の蓄積および読み出しタイミング、および測光用の閃光の発光タイミングを示すタイミングチャートである。撮像素子からの読み出しは垂直同期信号ＶＤに同期して行われる。

また、各ラインの画素リセットは、図示しない水平ライン選択部により選択された複数のラインで一括して行われ、かつ設定されたタイミングで水平同期信号ＨＤに同期して行われる。露光は所望の蓄積時間となるように制御される。

図１９には、図１８の測光用ラインの蓄積タイミングが示されている。なお、図が煩雑になるのを避けるため、一部の測光用ラインのみが示されている。

図中の測光用ラインＡ１〜測光用ラインＡｎの蓄積は、画素リセットが行われる時刻ｔａで開始され、画素信号が読み出される時刻ｔａ’まで行われる。同様に、測光用ラインＢ１〜測光用ラインＢｎの蓄積は、画素リセットが行われる時刻ｔｂで開始され、時刻ｔｂ’まで行われる。

また、図１９には、測光用の閃光の発光開始時刻ｔｓおよび発光終了時刻ｔｅのタイミングが示されている。図から明らかなように、各測光用ラインの測光用の閃光の蓄積期間（ｔａ−ｔｅ、ｔｂ−ｔｅ）は、各測光用ラインの蓄積開始時刻の差分だけ異なる。仮に、測光用ラインＡｎの閃光の蓄積期間（ｔａ−ｔｅ）を１６ｍｓｅｃ、測光用ラインＢｎの閃光の蓄積期間（ｔｂ−ｔｅ）を１ｍｓｅｃとした場合、測光用ラインＡｎと測光用ラインＢｎの閃光の露光よる出力信号の差は４段程度になる。

従って、ＣＰＵ１２１による測光演算部は、１回の撮像素子からの読み出しに際し、各測光用ラインから異なる大きさの信号出力を得ることが可能になる。そして、測光演算部が各測光ラインの出力信号を基に測光を行うことで、測光可能なダイナミックレンジを４段程度拡大することが可能になる。

また、ＣＰＵ１２１による自動露出制御部は、測光演算部の測光結果を基に、本撮影におけるストロボの発光量、シャッタ速度、絞りなどのパラメータを設定し、本撮影時に適切な露光量となるように制御を行う。

なお、測光演算部および自動露出制御部については、既に公知の技術であるので、その詳細な説明を省略する。

このように、第２の実施形態の撮像装置は、測光用の閃光を発光する際、複数の異なる測光ラインの画素リセットタイミングおよび閃光の発光タイミングを制御する。これにより、１回の撮像素子からの読み出しに対し、異なる露光量の出力信号を得ることが可能になる。従って、測光における適切な信号出力を得るための時間が短縮され、迅速な測光および自動露出制御が可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲で示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。例えば、本発明の撮像装置は、デジタルビデオカメラ、デジタルＳＬＲ（一眼レフカメラ）等に適用可能である。

本発明は、撮像素子を備えた電子カメラ、特に電子スチルカメラ、ムービカメラに有用である。

第１の実施形態における電子カメラの構成を示す図である。 撮像素子１０７の内部構成を示す図である。 撮像素子の全画素を読み出す場合における光電変換部の配置を示す図である。 全画素のデータを読み出す場合の各部の信号の変化を示すタイミングチャートである。 撮像素子の間引き画素を読み出す場合における光電変換部の配置を示す図である。 間引き画素のデータを読み出す場合の各部の信号の変化を示すタイミングチャートである。 撮像用画素の配置および構造を示す図である。 撮影レンズの水平方向（横方向）に瞳分割を行うための焦点検出用画素の配置および構造を示す図である。 撮像用画素および焦点検出用画素の配置を示す図である。 測距領域およびこの測距領域に含まれる焦点検出用画素群により構成される焦点検出ラインの一例を示す図である。 ＣＭＯＳセンサを用いたライブビュー時の撮像動作シーケンスを示すタイミングチャートである。 図９の画素配置を有する撮像素子から水平１／３、垂直１／３間引きで読み出した場合の補助光発光時のＣＭＯＳの蓄積および読み出しのタイミング、各焦点検出ラインの蓄積タイミングおよび補助光の発光タイミングを示すタイミングチャートである。 各焦点検出ラインにおける補助光の蓄積期間および露光量の差を示すテーブルである。 各焦点検出ラインの補助光による露光期間を示す図である。 各焦点検出ラインの補助光による露光期間を示す図である。 補助光発光時のＣＭＯＳの蓄積および読み出しのタイミング、各焦点検出ラインの蓄積タイミングおよび補助光の発光タイミングと発光量を示す図である。 合焦動作手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態における画素配置パターンおよび測光用ラインの配置パターンを示す配置図である。 測光用の閃光を発光したときの撮像素子の蓄積および読み出しタイミング、および測光用の閃光の発光タイミングを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０７ 撮像素子
１１６ ＡＦ補助光源
１２１ ＣＰＵ
１２３ 補助光回路
１２４ 撮像素子駆動回路

Claims (7)

1. 行方向および列方向に配置された複数の画素と、前記複数の画素を所定の周期で行ごとに選択する行選択手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷をリセットし、前記リセットの後に前記行の画素に電荷を蓄積する蓄積手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷を読み出す読出手段とを有する撮像素子と、
   被写体に閃光を発光する発光手段とを有する撮像装置であって、
   前記複数の画素は、撮像用の電荷を蓄積する撮像用画素群と、前記撮像素子の撮像領域に離散的に配置され、被写体像を結像する結像光学系の複数方向の焦点状態に応じた電荷を蓄積する焦点検出用画素群とから構成され、
   前記焦点検出用画素群の一部を含む行方向の画素群を焦点検出ラインとし、
   前記読出手段によって電荷が読み出される複数の前記焦点検出ラインに、異なる露光量となるタイミングで前記発光手段を発光させる制御手段と、
   前記複数の焦点検出ラインのうち、所定の露光量が得られた少なくとも１つの焦点検出ラインを選択する選択手段と、
   前記選択された焦点検出ラインに含まれる前記焦点検出用画素に蓄積された電荷を用いて焦点を検出する焦点検出手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記複数の焦点検出ライン間の露光時間の差が所定時間となるように、前記読出手段による前記行の画素の読み出しタイミングを制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記発光手段を発光させるフレームと発光させないフレームとで、前記読出手段による読み出しタイミングの周期を異ならせることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記複数の焦点検出ライン間の露光量の差が大きくなるように、前記発光手段の発光量を制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
5. 前記異なる露光量となるタイミングで発光された場合の前記撮像素子の出力信号を用いて測光を行う測光手段と、
   前記測光の結果に応じて、露出を調節する露出制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
6. 行方向および列方向に配置された複数の画素と、前記複数の画素を所定の周期で行ごとに選択する行選択手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷をリセットし、前記リセットの後に前記行の画素に電荷を蓄積する蓄積手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷を読み出す読出手段とを有する撮像素子と、
   被写体に閃光を発光する発光手段とを有する撮像装置に搭載された自動焦点検出装置であって、
   前記複数の画素は、撮像用の電荷を蓄積する撮像用画素群と、前記撮像素子の撮像領域に離散的に配置され、被写体像を結像する結像光学系の複数方向の焦点状態に応じた電荷を蓄積する焦点検出用画素群とから構成され、
   前記焦点検出用画素群の一部を含む行方向の画素群を焦点検出ラインとし、
   前記読出手段によって電荷が読み出される複数の前記焦点検出ラインに、異なる露光量となるタイミングで前記発光手段を発光させる制御手段と、
   前記複数の焦点検出ラインのうち、所定の露光量が得られた少なくとも１つの焦点検出ラインを選択する選択手段と、
   前記選択された焦点検出ラインに含まれる前記焦点検出用画素に蓄積された電荷を用いて焦点を検出する焦点検出手段とを有することを特徴とする自動焦点検出装置。
7. 行方向および列方向に配置された複数の画素と、前記複数の画素を所定の周期で行ごとに選択する行選択手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷をリセットし、前記リセットの後に前記行の画素に電荷を蓄積する蓄積手段と、前記選択された行の画素に蓄積された電荷を読み出す読出手段とを有する撮像素子と、被写体に閃光を発光する発光手段とを有し、前記複数の画素は、撮像用の電荷を蓄積する撮像用画素群と、前記撮像素子の撮像領域に離散的に配置され、被写体像を結像する結像光学系の複数方向の焦点状態に応じた電荷を蓄積する焦点検出用画素群とから構成される撮像装置の制御方法であって、
   前記焦点検出用画素群の一部を含む行方向の画素群を焦点検出ラインとし、前記読出手段によって電荷が読み出される複数の前記焦点検出ラインに、異なる露光量となるタイミングで前記発光手段を発光させる制御ステップと、
   前記複数の焦点検出ラインのうち、所定の露光量が得られた少なくとも１つの焦点検出ラインを選択する選択ステップと、
   前記選択された焦点検出ラインに含まれる前記焦点検出用画素に蓄積された電荷を用いて焦点を検出する焦点検出ステップとを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。

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