光学機器及び信号処理装置
【課題】最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能な光学機器を提供する。
【解決手段】カメラ２００は、撮像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する複数の撮像画素、及び、撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子１０７と、複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段とを有する。
【解決手段】カメラ２００は、撮像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する複数の撮像画素、及び、撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子１０７と、複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影レンズの焦点検出が可能なデジタルスチルカメラ等の光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズの焦点検出方式の一つとして、特許文献１には、センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元センサを用いて、瞳分割方式により焦点検出を行う装置が開示されている。特許文献１の装置では、センサを構成する各画素の光電変換部が複数に分割されている。分割された光電変換部は、マイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の異なる領域を受光するように構成されている。
【０００３】
特許文献２には、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重心を偏心させることで瞳分割させる撮像装置が開示されている。これらの画素は、焦点検出画素として、撮像画素群の間に所定の間隔で配置されることにより、位相差式焦点検出が行われる。また、焦点検出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することにより画像情報が創生される。
【０００４】
特許文献３には、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させる焦点検出装置が開示されている。この焦点検出装置は、２分割された受光部の出力を個別に処理することで位相差式焦点検出を行うとともに、２分割受光部の出力を合算してこれを撮像信号として用いる。
【０００５】
特許文献４には、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束から生成される像の相関演算を行って、焦点検出を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−２４１０５号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−１５６８２３号公報（段落００７５〜００７９、図３〜４等）
【特許文献３】特開２００１−３０５４１５号公報（段落００５２〜００５６、図７〜８等）
【特許文献４】特開平５−１２７０７４号公報（第１５頁、図３４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の位相差式焦点検出手段では、受光部の感度重心の偏心量の差を大きくするほどピントボケの敏感度が上がり、ピント検出精度が上がることが知られている。しかしながら、感度重心の偏心量を大きくすると、レンズの射出瞳でのケラレの影響が大きくなる。
【０００８】
図１５は、特許文献２で示されたような焦点検出を行う画素の受光感度を示す図である。ここでは、撮像素子面に平行で撮像素子から所定の距離（例えば１００ｍｍ）離れた瞳面上の水平位置を横軸にとっており、縦軸が受光感度となる。従って、撮像素子の受光感度を１００ｍｍ瞳面上に投影したイメージとなり、中央像高画素での開口が異なる二つの光電変換素子それぞれの受光感度（図ではそれぞれＡ像感度、Ｂ像感度と称している）を表している。
【０００９】
この例では、Ａ像、Ｂ像はそれぞれ感度ピークが約５ｍｍ偏心されており、Ａ、Ｂ像の感度重心の偏心量（光学基線長とよぶことにする）としては、１００ｍｍ離れた位置で約１０ｍｍに設定されている。
【００１０】
図１５は、このような感度を持った焦点検出を行う画素により線像がどのようにボケるかを示している。ピントが合っている時は、Ａ像、Ｂ像ともにインパルス状に近い同じ形状の像が得られる。
【００１１】
図１６は、ピント１、２，３のように、ピントが徐々に偏位した場合におけるＡ像、Ｂ像の様子である。図１６（ａ）は後ピン側、図１６（ｂ）は前ピン側にピントがずれた様子を示す。
【００１２】
図１６に示されるように、ピントが大きくずれた場合は、像のボケだけでなく像の位置が大きく偏位する。このため、確実に焦点検出を行うには、非常に大きな焦点検出視野が必要となる。すなわち、大きなボケが発生した場合は、像のズレ量が非常に大きくなり相関演算を行う領域、いわゆる視野長が大きくなり、演算長が限られている場合には焦点検出可能な最大デフォーカス量を大きくすることができないという問題がある。
【００１３】
これらの問題を解決するために、一律に受光部の感度重心の偏心量の差を小さくする（光学基線長を短くする）方法も考えられるが、ピント位置近傍では光学基線長が短いために精度良くピント位置を検出できなくなる。すなわち、ピント近傍での焦点検出精度の向上と最大デフォーカス量の向上とは、トレードオフの関係になっている。
【００１４】
本発明は、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能な光学機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一側面としての光学機器は、撮像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する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、前記第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、該第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段とを有する。
【００１６】
本発明の他の側面としての信号処理装置は、撮像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する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子を備えた光学機器に用いられる信号処理装置であって、前記複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、前記第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、該第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段とを有する。
【００１７】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能な光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施例におけるカメラの構成図である。
【図２】本実施例における撮像素子の回路構成図である。
【図３】本実施例における撮像素子の画素配線部の断面図である。
【図４】本実施例における撮像素子の動作のタイミングチャートである。
【図５】本実施例における撮像素子の一部を示す平面図である。
【図６】本実施例における撮像素子の画素の断面図である。
【図７】本実施例における焦点検出画素から所定の距離だけ離れた瞳面上での受光感度特性である。
【図８】本実施例において、光学基線長が長い対の焦点検出画素の受光感度特性である。
【図９】本実施例において、光学基線長が短い対の焦点検出画素の受光感度特性である。
【図１０】本実施例において、一対の焦点検出画素による線像のボケの説明図である。
【図１１】本実施例において、一対の焦点検出画素によるバーチャートのボケの説明図である。
【図１２】実施例１におけるデフォーカス量の検出手順を示すフローチャートである。
【図１３】実施例２におけるデフォーカス量の検出手順を示すフローチャートである。
【図１４】実施例３におけるデフォーカス量の検出手順を示すフローチャートである。
【図１５】従来の焦点検出画素の受光感度特性である。
【図１６】従来の一対の焦点検出画素による線像のボケの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明の実施例１について説明する。
【００２２】
図１は、本実施例におけるカメラ２００（光学機器）の構成図である。カメラ２００は、撮像手段である撮像素子を有するカメラ本体と撮影レンズとが一体となった電子カメラである。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、撮影レンズがカメラ本体とは着脱可能に構成される光学機器についても適用可能である。
【００２３】
図１において、１００は撮影レンズである。撮影レンズ１００は、被写体像を形成する結像光学系を構成する。１０１は撮影レンズ１００の先端部に配置された第１レンズ群である。第１レンズ群は、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタである。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することにより撮影時の光量調節を行うほか、静止画撮影時における露光秒時調節用シャッタとしての機能も有する。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。
【００２４】
１０５は第３レンズ群である。第３レンズ群１０５は、光軸方向の進退により、焦点調節を行う焦点調節光学系である。１０６は光学的ローパスフィルタである。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。１０７はＣ−ＭＯＳセンサ及びその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子１０７は、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、１つの光電変換素子が配置されている。撮像素子１０７は、撮像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する複数の撮像画素を有する。また、撮像素子１０７は、撮像光学系からの光束のうち２分割（瞳分割）された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素（第１、第２、及び、第３の焦点検出画素）を有する。
【００２５】
１１１はズームアクチュエータである。ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１及び第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。１１２は絞りシャッタアクチュエータである。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。１１４はフォーカスアクチュエータである。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００２６】
１１５は撮影時における照明手段（被写体照明用電子フラッシュ）である。照明手段１１５としては、キセノン管を用いた閃光照明装置が適して用いられるが、この代わりに、連続発光するＬＥＤを備えた照明手段を用いてもよい。
【００２７】
１２１はＣＰＵ（信号処理装置）である。ＣＰＵ１２１は、カメラ本体の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基づいて、カメラ２００が有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、及び、記録等の一連の動作を実行する。
【００２８】
また、ＣＰＵ１２１は、焦点検出手段、選択手段、及び、演算手段を有する。焦点検出手段は、撮影レンズ１００の焦点検出を行うように構成されており、撮像素子１０７から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する。選択手段は、焦点検出手段で取得された第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する。演算手段は、選択手段で選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する。これらの手段の詳細については後述する。なお、これらの各機能は、１チップ化された信号処理装置としてのＣＰＵ１２１に含まれる。ただし、複数の信号処理装置を組み合わせてこれらの機能を備えるように構成してもよい。
【００２９】
１２２は電子フラッシュ制御回路である。電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して照明手段１１５を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路である。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。１２５は画像処理回路である。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、及び、ＪＰＥＧ圧縮等の各処理を行う。
【００３０】
１２６はフォーカス駆動回路である。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を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。１２８は絞りシャッタ駆動回路である。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を駆動する。
【００３１】
１３１はＬＣＤ等の表示器である。表示器１３１は、カメラ２００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、及び、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチである。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、及び、撮影モード選択スイッチ等の操作スイッチ群で構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリである。フラッシュメモリ１３３は、撮影済み画像を記録する。
【００３２】
図２は、本実施例における撮像素子１０７の概略的な回路構成図である。撮像素子１０７としては、例えば、本出願人による特開平０９−０４６５９６号報等に開示された構成が適して用いられる。図２に示される回路構成は、２次元Ｃ−ＭＯＳエリアセンサ（撮像素子１０７）の２列×４行の光電変換部の範囲を示したものであり、８画素分の回路構成である。
【００３３】
図２において、１はＭＯＳトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる光電変換素子の光電変換部である。２はフォトゲート、３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタである。７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタ、８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０は暗出力蓄積容量ＣＴＮ、１１は明出力蓄積容量ＣＴＳである。１２は水平転送ＭＯＳトランジスタ、１３は水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、１４は差動出力アンプ、１５は水平走査回路、１６は垂直走査回路である。
【００３４】
図３は、撮像素子１０７における画素配線部の断面図である。
【００３５】
図３において、１７はＰ型ウェル、１８はゲート酸化膜、１９は一層目ポリＳｉ、２０は二層目ポリＳｉ、２１はＦＤ部（ｎ＋フローティングディフュージョン部）である。ＦＤ部２１は、別の転送ＭＯＳトランジスタを介して別の光電変換部と接続される。図２では、２つの転送ＭＯＳトランジスタ３のドレインとＦＤ部２１とを共通化して、微細化とＦＤ部２１の容量低減による感度向上を図っている。ただしこれに代えて、Ａｌ配線でＦＤ部２１を接続してもよい。
【００３６】
次に、撮像素子１０７の動作について、図４のタイミングチャートを参照しながら説明する。図４に示されるタイミングチャートは、全画素独立出力の場合のものである。
【００３７】
まず、垂直走査回路１６からのタイミング出力によって、図２中の制御パルスφＬをハイとして垂直出力線をリセットする。また、制御パルスφＲ０、φＰＧ００、φＰＧｅ０をハイとし、リセット用ＭＯＳトランジスタ４をオンとし、フォトゲート２の一層目ポリＳｉ１９をハイにする。
【００３８】
時刻Ｔ０において、制御パルスφＳ０をハイとし、選択スイッチＭＯＳトランジスタ６をオンさせ、第１、第２ラインの画素部を選択する。次に、制御パルスφＲ０をローとし、ＦＤ部２１のリセットを止め、ＦＤ部２１をフローティング状態とする。ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５のゲート−ソース間をスルーとした後、時刻Ｔ１において制御パルスφＴＮをハイとし、ＦＤ部２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量ＣＴＮ１０に出力させる。
【００３９】
次に、第１ラインの画素の光電変換出力を行うため、第１ラインの制御パルスφＴＸ００をハイとして転送ＭＯＳトランジスタ３を導通させる。続いて、時刻Ｔ２において制御パルスφＰＧ００をローとして下げる。このとき、フォトゲート２の下に拡がっているポテンシャル井戸を上げて、光発生キャリアをＦＤ部２１に完全転送させるような電圧関係に設定することが好ましい。従って、完全転送が可能であれば、制御パルスφＴＸはパルスではなく所定の固定電位でもかまわない。
【００４０】
時刻Ｔ２において、フォトダイオードの光電変換部１からの電荷がＦＤ部２１に転送されることにより、ＦＤ部２１の電位が光に応じて変化する。このとき、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５がフローティング状態であるため、ＦＤ部２１の電位を、時刻Ｔ３において制御パルスφＴｓをハイとして蓄積容量ＣＴＳ１１に出力する。この時点で、第１ラインの画素の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量ＣＴＮ１０と蓄積容量ＣＴＳ１１に蓄積されている。時刻Ｔ４の制御パルスφＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１３を導通して水平出力線をリセットする。そして、水平転送期間において、水平走査回路１５の走査タイミング信号により水平出力線に画素の暗出力と光出力を出力する。
【００４１】
このとき、蓄積容量ＣＴＮ１０と蓄積容量ＣＴＳ１１の差動増幅器１４によって、差動出力ＶＯＵＴを取れば、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良好な信号が得られる。また、画素３０−１２、３０−２２の光電荷は、画素３０−１１、３０−２１と同時に、それぞれの蓄積容量ＣＴＮ１０と蓄積容量ＣＴＳ１１に蓄積される。これらの光電荷は、水平走査回路１５からのタイミングパルスを１画素分遅らして水平出力線に読み出し、差動増幅器１４から出力される。
【００４２】
本実施例では、差動出力ＶＯＵＴをチップ内で行う構成が示されている。ただし、差動出力ＶＯＵＴをチップ内に含めずに外部部品として構成し、従来のＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）回路を用いても同様の効果を得ることができる。
【００４３】
蓄積容量ＣＴＳ１１に明出力を出力した後、制御パルスφＲ０をハイとしてリセット用ＭＯＳトランジスタ４を導通し、ＦＤ部２１を電源ＶＤＤにリセットする。第１ラインの水平転送が終了した後、第２ラインの読み出しを行う。第２ラインの読み出しは、制御パルスφＴＸｅ０、制御パルスφＰＧｅ０を同様に駆動させ、制御パルスφＴＮ、φＴＳにそれぞれハイパルスを供給する。そして、蓄積容量ＣＴＮ１０と蓄積容量ＣＴＳ１１にそれぞれ光電荷を蓄積し、暗出力及び明出力を取り出す。
【００４４】
前述の駆動により、第１、第２ラインの読み出しをそれぞれ独立して行うことができる。この後、垂直走査回路を走査させ、同様に、第２ｎ＋１、第２ｎ＋２（ｎ＝１，２，…）の読み出しを行うことにより、全画素の独立出力が可能となる。すなわち、ｎ＝１の場合、まず制御パルスφＳ１をハイとし、次にφＲ１をローとし、続いて制御パルスφＴＮ、φＴＸ０１をハイとする。そして、制御パルスφＰＧ０１をロー、制御パルスφＴＳをハイ、制御パルスφＨＣを一時ハイとして画素３０−３１，３０−３２の画素信号を読み出す。続いて、制御パルスφＴＸｅ１、φＰＧｅ１及び上記と同様に制御パルスを印加して、画素３０−４１、３０−４２の画素信号を読み出す。
【００４５】
図５は、撮像素子１０７としての一例であるＣ−ＭＯＳセンサの一部を示す平面図である。
【００４６】
図５において、５１、５２は電極である。電極５１、５２で区切られた領域が１画素を示している。１画素中に書かれた「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は、各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は、赤の成分の光を透過する。「Ｇ」の文字の書かれた画素は、緑の成分の光を透過する。「Ｂ」の文字の書かれた画素は、青の成分の光を透過する。また、「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字が書かれた各画素は、撮影レンズ１００の全瞳領域を受光するように構成されている。
【００４７】
カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１絵素は「Ｒ」「Ｂ」の画素と２つの「Ｇ」の画素から構成される。本実施例の光学機器における撮像素子１０７には、「Ｒ」又は「Ｂ」であるべき画素の一部に、撮影レンズ１００の一部の瞳領域を受光する焦点検出画素が割り当てられている。図５中、α１、β１、α２、β２、α３、β３は、撮影レンズ１００の焦点検出を行うための焦点検出画素である。これらの画素は、電極５１により、水平方向の開口が制限されている。
【００４８】
本実施例の撮像素子１０７の一部に配設される焦点検出画素において、電極５１にて制限される開口の水平方向の開口中心位置（受光感度の重心）は、画素中心に対してそれぞれ異なる。本実施例では５種類の開口中心位置を有する焦点検出画素が配設されている。
【００４９】
例えば、電極５１−１―α１と電極５１−２―α１とで決まる開口が画素中心に対して水平左方向に偏位した焦点検出画素α１に対して、水平方向に４画素隣接した位置に、同様の電極開口を有する焦点検出画素が配設されている。
【００５０】
また、焦点検出画素α１に対して斜めに隣接する位置において、電極５１−３―β１と電極５１−４―β１とで決定される開口が画素中心と略一致するように、焦点検出画素β１が配設されている。さらに、焦点検出画素β１に対して、水平方向に４画素隣接した位置に、同様の電極開口を有する焦点検出画素が配設されている。
【００５１】
図６は、図５の撮像素子１０７の焦点検出画素α２、β２とその隣接画素の断面図である。図６（ａ）は図５中のＣ―Ｃ断面図であり、図６（ｂ）は図５中のＤ―Ｄ断面図である。
【００５２】
図６（ａ）の左側の画素は、焦点検出画素α２を示し、右側の画素は撮影レンズ１００の全瞳領域を受光可能な画素を示している。
【００５３】
撮像素子１０７は、シリコン基板６０の内部に光電変換部６１が形成されている。光電変換部６１で発生した信号電荷は、不図示のフローティングディフュージョン部、第１の電極５１及び第２の電極５２を介して外部に出力される。実際には、光電変換部６１の中央における断面図上には電極５２は存在しないが、奥行き方向に存在するため、ここでは点線にて高さ方向の位置を示している。
【００５４】
光電変換部６１と電極５１との間には層間絶縁膜６２が形成され、電極５１と電極５２との間には層間絶縁膜６３が形成されている。また、電極５２の光入射側には層間絶縁膜６４が形成され、さらにパッシべーション膜６５、平坦化層６６が形成されている。
【００５５】
断面箇所を平坦化層６６の光入射側には、カラーフィルタ層６７、平坦化層６８及びマイクロレンズ６９が形成されている。マイクロレンズ６９のパワーは、撮影レンズ１００の瞳と光電変換部６１が略共役になるように設定されている。また、マイクロレンズ６９は、撮像素子１０７の中央に位置する画素では画素の中心に配設され、周辺に位置する画素では撮影レンズ１００の光軸側に偏位して配設される。
【００５６】
撮影レンズ１００を透過した被写体光は、撮像素子１０７の近傍に集光する。さらに、撮像素子１０７の各画素に到達した光は、マイクロレンズ６９で屈折され光電変換部６１に集光する。通常の撮像に用いられる図６（ａ）中の右側の画素では、入射する光を遮光しないように第１の電極５１及び第２の電極５２が配設されている。
【００５７】
一方、図６（ａ）中の左側の撮影レンズ１００の焦点検出を行う画素では、電極５１の一部が光電変換部６１を覆うように構成されている。その結果、図６（ａ）中の左側の焦点検出画素は、撮影レンズ１００の瞳の一部を透過する光束を受光可能に構成されている。また、電極５１が入射光束の一部を遮光していることにより光電変換部６１の出力が小さくなることを防ぐため、焦点検出画素のカラーフィルタ層６７Ｗは、光を吸収しにくい透過率の高い樹脂で形成されている。
【００５８】
同様に、図６（ｂ）の右側の画素は、焦点検出画素β２を示し、左側の画素は撮影レンズ１００の全瞳領域を受光可能な画素を示している。図６に示されるように、焦点検出画素α２、β２は、互いに略左右対称形状となっている。これらの画素は、マイクロレンズ６９の位置と電極５１の開口中心の相対位置を相違させることによって、撮影レンズ１００の受光分布が相違するように構成されている。
【００５９】
本実施例の焦点検出手段は、焦点検出画素α１（同じ電極開口を有する焦点検出画素群）及び焦点検出画素β１（同じ電極開口を有する焦点検出画素群）から第１の一対の像信号を取得する。焦点検出手段は、焦点検出画素α２、β２、及び、焦点検出画素α３、β３の組み合わせについても同様に、それぞれの一対の像信号を取得する。焦点検出手段は、これらの画素から得られた一対の像信号を用いて、撮影レンズ１００の焦点状態を平均化する。
【００６０】
また、焦点検出手段は、焦点検出画素α１（同じ電極開口を有する焦点検出画素群）及び焦点検出画素α２（同じ電極開口を有する焦点検出画素群）から第２の一対の像信号を取得する。この点については、焦点検出画素α２、α３、焦点検出画素β１、β２、及び、焦点検出画素β２、β３の組み合わせについても同様である。焦点検出手段は、これらの画素から得られた一対の像信号を用いて、撮影レンズ１００の焦点状態を平均化する。
【００６１】
このとき、第２の一対の像信号の光学基線長は、第１の一対の像信号の光学基線長より短い。
【００６２】
図５に示されるように、本実施例の撮像素子１０７において、３つの一対の焦点検出画素（焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３）は全て、互いに画素ピッチの対角分（距離Ｌ１）だけ離れるように配置されている。すなわち、焦点検出画素α１、β１をそれぞれ、第１の焦点検出画素、第２の焦点検出画素とすると、第１の焦点検出画素及び第２の焦点検出画素の間の距離はＬ１となる。
【００６３】
一方、４つの一対の焦点検出画素（焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３）は全て、互いに４画素ピッチ分（距離Ｌ２）だけ離れるように配置されている。すなわち、焦点検出画素α１、α２をそれぞれ、第１の焦点検出画素、第３の焦点検出画素とすると、第１の焦点検出画素及び第３の焦点検出画素の間の距離はＬ２となる。
【００６４】
このように、第１の焦点検出画素及び第３の焦点検出画素の間の距離Ｌ２は、第１の焦点検出画素及び第２の焦点検出画素の間の距離Ｌ１より大きい。
【００６５】
また、図５に示されるように、第１、第２、及び、第３の焦点検出画素は、互いに受光感度の重心が偏位している。第２及び第３の焦点検出画素は、第１の焦点検出画素に対して、受光感度の重心の偏位方向とは異なる方向に配置されている。
【００６６】
通常の画像の撮像時には、画素の電極開口が制限されている焦点検出画素は欠陥画素として取り扱われる。このため、画像信号は焦点検出画素の周辺に位置する画素から補間処理を行って生成される。
【００６７】
図７は、撮像素子１０７の一部に配設された焦点検出画素から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光感度特性である。
【００６８】
図７（ａ）は、撮像素子１０７の焦点検出画素α１から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光感度特性を示している。焦点検出画素α１の電極５１−１と電極５１−２とで決定される開口の中心は、画素の中心に対して水平左（−）方向に大きく偏位している。すなわち、受光感度の重心が偏位している。このため、焦点検出画素α１の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸に対して距離約＋１０ｍｍ偏位している。
【００６９】
図７（ｂ）は、焦点検出画素β１から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光感度特性を示している。焦点検出画素β１の電極５１−３と電極５１−４とで決定される開口の中心は、画素の中心と略一致している。このため、焦点検出画素β１の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸と略一致している。
【００７０】
図７（ｃ）は、焦点検出画素α２から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光分布を示している。焦点検出画素α２の電極５１−１と電極５１−２とで決定される開口の中心は、画素の中心に対して水平左（−）方向に偏位している。このため、焦点検出画素α２の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸に対して距離約＋５ｍｍ偏位している。
【００７１】
図７（ｄ）は、焦点検出画素β２から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光分布を示している。焦点検出画素β２の電極５１−３と電極５１−４とで決定される開口の中心は画素の中心に対して水平右（＋）方向に偏位している。このため、焦点検出画素β２の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸に対して距離約−５ｍｍ偏位している。
【００７２】
図７（ｅ）は、焦点検出画素α３から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光分布を示している。焦点検出画素Ｐα３の電極５１−１と電極５１−２とで決定される開口の中心は画素の中心と略一致している。このため、焦点検出画素α３の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸と略一致している。なお、焦点検出画素α３の瞳面上での受光分布は、焦点検出画素β１の瞳面上での受光分布と略一致している。
【００７３】
図７（ｆ）は、焦点検出画素β３から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光分布を示している。焦点検出画素β３の電極５１−３と電極５１−４とで決定される開口の中心は画素の中心に対して水平右（＋）方向に大きく偏位している。このため、焦点検出画素β３の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸に対して距離約−１０ｍｍ偏位している。
【００７４】
以上のように、本実施例の撮像素子１０７の焦点検出画素は、受光分布の中心が水平方向に異なる位置に存在する５種類の画素群から構成されている。
【００７５】
図８は、光学基線長が長い対の焦点検出画素の受光感度特性である。
【００７６】
図８（ａ）は、撮像素子１０７から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での焦点検出画素α１、β１で代表される焦点検出画素群による受光感度特性である。２つの受光感度ピークの位置の偏位量が光学基線長に相当し、この場合の光学基線長は約１０ｍｍである。
【００７７】
同様に、図８（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、焦点検出画素α２、β２、及び、焦点検出画素α３、β３で代表される焦点検出画素群による受光感度特性である。いずれの場合も、光学基線長は約１０ｍｍである。
【００７８】
図９は、光学基線長が短い対の焦点検出画素の受光感度特性である。
【００７９】
図９（ａ）は、撮像素子１０７から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での焦点検出画素α１、α２で代表される焦点検出画素群による受光感度特性である。２つの受光感度ピークの位置の偏位量が光学基線長に相当し、この場合、光学基線長は約５ｍｍである。
【００８０】
同様に、図９（ｂ）〜図９（ｄ）は、それぞれ、焦点検出画素α２、α３、焦点検出画素β１、β２、及び、焦点検出画素β２、β３で代表される焦点検出画素群による受光感度特性である。いずれの場合も、光学基線長は約５ｍｍである。
【００８１】
このように、図９の焦点検出画素群（４画素ピッチ分（Ｌ２）だけ離れている焦点検出画素の組）の光学基線長は、図８の焦点検出画素群（画素ピッチの対角分（Ｌ１）だけ離れている焦点検出画素の組）の光学基線長よりも短い。
【００８２】
次に、図１０を参照して、光学基線長が異なる焦点検出画素により線像がどのようにボケるかについて説明する。図１０は、対の焦点検出画素群における線像のボケの説明図である。
【００８３】
図１０（ａ）は、光学基線長の長い焦点検出画素群の代表として、焦点検出画素α２、β２の組での線像のボケの状態を後ピン側に対して示している（Ａ像）。図１０（ｂ）は、光学基線長の短い焦点検出画素群の代表として、焦点検出画素α２、α３の組での線像のボケの状態を後ピン側に対して示している（Ｂ像）。
【００８４】
ピントが合っている場合、Ａ像、Ｂ像ともにインパルス状に近い同じ形状の像が得られる。図１０においてピント１、２、３は、ピントが徐々にずれていった場合のＡ像、Ｂ像の様子である。
【００８５】
図１０（ａ）に示されるように、基線長が長い場合、ピント３の状態においては、最大長さＢ３ａの範囲で焦点検出画素が必要となる。一方、図１０（ａ）に示されるように、基線長が短い場合、ピント３の状態においては、最大長さＢ３ｂ（Ｂ３ａ＞Ｂ３ｂ）の焦点検出画素となる。このように、基線長が短い場合、基線長が長い場合と比較して、必要な焦点検出画素は少なくなる。
【００８６】
次に、図１１を参照して、被写体像を２本の巾の異なるバーチャートが具体的にどのようにボケるかについて説明する。図１１（ａ）では、光学基線長が長い組の代表として、焦点検出画素α２、β２の組でのバーチャートのボケの状態を後ピン側に対して示している。図１１（ｂ）では、光学基線長が短い組の代表として、焦点検出画素α２、α３の組でのバーチャートのボケの状態を後ピン側に対して示している。
【００８７】
図１１に示されるように、同一のピントのズレに対し、撮像面上での対の焦点検出画素群の像のズレ巾が異なる。すなわち、光学基線長が短いほど像のズレ量は小さくなる。従って、光学基線長が長い組ほど位相差のズレは大きいために焦点検出感度が高く、焦点検出視野長を固定にした場合、光学基線長が短い組ほどデフォーカスの大きいピント状態に対しても焦点検出が可能となる。
【００８８】
ピント近傍での焦点検出精度を高めるには、ピントのズレに対して感度を高く、すなわち光学基線長を長くする必要がある。その際、ピント近傍では像が先鋭になっているため、位相差像を検出する対の画像サンプリング位置のズレは、できるだけ小さくする必要がある。これは、像が先鋭であることにより、僅かな位置ズレでも像の強度が大きく変化するためである。従って、対となる焦点検出画素群の距離はできるだけ短いことが望ましい。
【００８９】
一方、像が大ボケになると像の先鋭度が減り、焦点検出画素群の距離が長くても焦点検出性能に影響しにくくなる。
【００９０】
本実施例では、光学基線長が長い対の焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３の距離を対角隣接画素のＬ１に設定し、光学基線長が短い対の焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３の距離を４画素分のＬ２に設定している。従って、ピント近傍での焦点検出精度の確保と最大デフォーカス量の向上とを同時に両立させることができる。
【００９１】
本実施例において、光学基線長の短い焦点検出画素群は、光学基線長の長い焦点検出画素群の組合せを換えることにより選択される。このため、別の焦点検出画素を配置する必要がなく、画像を取得するための標準画素の数を確保することができる。
【００９２】
また、本実施例では、光学基線長の異なる焦点検出画素の組合せは、単一の焦点検出画素を重複して用いるため、光学基線長の短い焦点検出画素の位置は、位相差方向とは異なる方向に配置される。
【００９３】
次に、図１２を参照して、オートフォーカスの一部である焦点ずれ量（デフォーカス量）の検出手順について説明する。
【００９４】
図１２は、本実施例における焦点ずれ量（デフォーカス量）の検出手順を示すフローチャートである。図１２に示される各手順は、ＣＰＵ１２１の指示に基づいて実行される。なお、図１２はオートフォーカスのサブルーチンを示している。オートフォーカスのメインフローは、一般的なカメラにおける手順と同一であるため省略する。
【００９５】
まず、操作スイッチ１３２によりオートフォーカス機能が選択された場合、焦点検出を行うため、ステップＳ１において撮像素子１０７の撮像画素及び焦点検出画素の読み出しが行われる。ステップＳ２では、前述の６種類の焦点検出画素群（α１、α２、α３、β１、β２、β３）を用いて、位相差方向に形成される６種類のパターン像を創生する。前述の図１１は、２本の巾の異なるバーチャートでのパターン像の例である。
【００９６】
次に、ステップＳ３において、光学基線長が長い３種の対の焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３の像（第１の一対の像信号）を相関演算する。ステップＳ４においては、光学基線長が短い４種の対の焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３の像（第２の一対の像信号）を相関演算する。
【００９７】
次に、ステップＳ５、Ｓ６で、ＣＰＵ１２１の選択手段は、ステップＳ３、Ｓ４のそれぞれの相関演算結果の信頼性を判定する。ここで信頼性とは、一対の像の一致度（相関量）や像のコントラストなどであり、一対の像の一致度が良好である場合は一般的に焦点検出結果の信頼性が高く、また、コントラストが高い場合は焦点検出対象としての信頼性が高いと判定される。
【００９８】
ステップＳ５において、判定手段は、光学基線長が長い３種の対の像（第１の一対の像信号）に対し、閾値１で信頼性評価を行う。ステップＳ６において、判定手段は、光学基線長が短い４種の一対の像（第２の一対の像信号）に対し、閾値１よりも厳しい閾値２で信頼性評価を行う。このように、判定手段は、互いに異なる基準で第１及び第２の一対の像信号の信頼性を判定する。
【００９９】
従って、ピント近傍では、光学基線長の長い対の焦点検出画素群が選択されやすく、焦点検出精度を確保することが可能となる。一方、大ボケ状態では、固定の焦点検出視野から対象となる被写体像の情報を多く取り込める光学基線長の短い対の焦点検出画素群が選択されやすい。このため、最大デフォーカス量を向上させることが可能となる。
【０１００】
次に、ステップＳ７において、ステップＳ５、Ｓ６の判定に従い、ＣＰＵ１２１における選択手段は、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のいずれか一つを選択する。ステップＳ８では、選択手段により選択された焦点検出画素群について、再度、その相関信頼性を詳細に確認する。ステップＳ８において信頼性が無いと判定された場合、焦点検出信号自身の信頼性が無いと判定され、ステップＳ１に戻って画像の読み出しからやり直す。一方、ステップＳ８で信頼性があることが確認された場合、ステップＳ９において、ＣＰＵ１２１の演算手段は、像（一対の像信号）の相関値をデフォーカス量（焦点ずれ量）に換算することにより、デフォーカス量を算出する。
【０１０１】
ステップＳ１０では、ステップＳ９で演算手段により算出されたデフォーカス量が許容値以下か否かが判定される。デフォーカス量が許容値以上である場合、非合焦と判定される。そして、ステップＳ１１において、ステップＳ９で算出したデフォーカス量を補正するようにフォーカスレンズを駆動した後、ステップＳ１乃至ステップＳ１０を繰り返し実行する。一方、ステップＳ１０で合焦状態に達したと判定されると、ステップＳ１２にて合焦表示が行われ、オートフォーカスサブルーチンから抜ける。
【０１０２】
以上のように、本実施例によれば、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のうち適切な一方から取得された一対の像信号に基づいてデフォーカス量が算出される。より具体的には、デフォーカス量の大きい被写体に対しては光学基線長が短い一対の像信号が選択され、ピント近傍では光学基線長の長い対の像信号が選択される。従って、本実施例の光学機器によれば、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能となる。
【実施例２】
【０１０３】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、基線長の異なる対の像の選択方法が実施例１とは異なる。光学機器のその他の構成は実施例１と同一であるため、その説明は省略する。
【０１０４】
図１３は、本実施例において、オートフォーカスの一部である焦点ずれ量（デフォーカス量）の検出手順を示すフローチャートである。図１３に示される各手順は、実施例１と同様に、ＣＰＵ１２１の指示により実行される。なお、図１３はオートフォーカスのサブルーチンを示しており、そのメインフローは一般的なカメラの場合と同一であるため省略する。
【０１０５】
まず、操作スイッチ１３２によりオートフォーカス機能が選択された場合、焦点検出を行うため、ステップＳ１において撮像素子１０７の撮像画素及び焦点検出画素の読み出しが行われる。ステップＳ２では、前述の６種類の焦点検出画素群（α１、α２、α３、β１、β２、β３）を用いて、位相差方向に形成される６種類のパターン像を創生する。これらのステップＳ１、Ｓ２は実施例１と同様である。
【０１０６】
次に、ステップＳ１３において、光学基線長が短い４種の対の焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３の像（第２の一対の像信号）をそれぞれ相関演算する。また、ステップＳ１４において、光学基線長が長い３種の対の焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３の像（第１の一対の像信号）をそれぞれ相関演算する。
【０１０７】
次に、ステップＳ１５で、光学基線長が短い焦点検出画素群による像の相関量を確認する。この相関量が所定の閾値以上である場合、光学基線長が長い焦点検出画素群の像よりも光学基線長が短い焦点検出画素群の像からの相関量の方が、一般的に信頼性が高い。一方、相関量が所定の閾値より小さい場合、焦点検出感度が高く光学基線長の長い焦点検出画素群の像からの相関量の方が、信頼性が高い。
【０１０８】
このように、像の相関量を所定の閾値として、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のいずれか一方が選択される。このため、相関量が所定の閾値以上である場合、すなわちデフォーカス量の大きい被写体に対して、選択手段は光学基線長が短い焦点検出画素群の像（第２の一対の像信号）を選択する（ステップＳ１６）。一方、相関量が所定の閾値より小さい場合、すなわちピント近傍では、選択手段は光学基線長が長い焦点検出画素群の像（第１の一対の像信号）を選択する（ステップＳ１７）。
【０１０９】
ステップＳ１８では、相関値の信頼性が確認される。ここで信頼性が無いと判定された場合、焦点検出信号自身の信頼性が無いと判断される。この場合、ステップＳ１に戻って画像の読み出しからやり直す。
【０１１０】
ステップＳ１８で信頼性が確認された場合、演算手段は、ステップＳ３又はステップＳ４で取得した像の相関値をデフォーカス量に換算して、デフォーカス量を算出する（ステップＳ９）。
【０１１１】
ステップＳ１０では、ステップＳ９で算出されたデフォーカス量が許容値以下であるか否かが判定される。デフォーカス量が許容値以上である場合、非合焦であると判定される。この場合、ステップＳ１１において、ステップＳ９で算出されたデフォーカス量を補正するようにフォーカスレンズを駆動した後、ステップＳ１乃至ステップＳ１０を繰り返し実行する。一方、ステップＳ１０にて合焦状態に達したと判定されると、ステップＳ１２にて合焦表示を行い、オートフォーカスサブルーチンから抜ける。なお、ステップＳ９乃至ステップＳ１２は実施例１と同様である。
【０１１２】
以上のように、本実施例によれば、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のうち適切な一方から取得された一対の像信号に基づいてデフォーカス量が算出される。より具体的には、デフォーカス量の大きい被写体に対しては光学基線長が短い一対の像信号が選択され、ピント近傍では光学基線長の長い一対の像信号が選択される。従って、本実施例の光学機器によれば、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能となる。
【実施例３】
【０１１３】
実施例３では、光学機器の構成は実施例１と同じであり、基線長の異なる対の像の選択方法が異なっている。光学機器のその他の構成は実施例１と同一であるため、その説明は省略する。
【０１１４】
図１４は、本実施例において、オートフォーカスの一部である焦点ずれ量（デフォーカス量）の検出手順を示すフローチャートである。図１４に示される各手順は、実施例１と同様に、ＣＰＵ１２１の指示により実行される。なお、図１４はオートフォーカスのサブルーチンを示しており、そのメインフローは一般的なカメラの場合と同一であるため省略する。
【０１１５】
まず、操作スイッチ１３２によりオートフォーカス機能が選択された場合、ステップＳ１において撮像素子１０７の撮像画素及び焦点検出画素の読み出しが行われる。ステップＳ２では、前述の６種類の焦点検出画素群（α１、α２、α３、β１、β２、β３）を用いて、位相差方向に形成される６種類のパターン像を創生する。
【０１１６】
次に、ステップＳ３において、焦点検出手段は、光学基線長が長い３種の対の焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３の像（第１の一対の像信号）を相関演算により取得する。また、ステップＳ４において、焦点検出手段は、光学基線長が短い４種の対の焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３の像（第２の一対の像信号）を相関演算により取得する。次に、ステップＳ５、Ｓ６で、ステップＳ３、Ｓ４の相関演算結果の信頼性（相関量）を判定する。ステップＳ５では、光学基線長が長い３種の対の像に対し、閾値１で信頼性評価を行う。
【０１１７】
以上のステップＳ１乃至ステップＳ５は、実施例１と同様である。
【０１１８】
ステップＳ２６では、光学基線長が短い４種の一対の像に対し、ステップＳ５における閾値と同一の閾値１で信頼性評価を行う。光学基線長が短い一対の像ほど像の相関性は保たれる。このため、通常は、光学基線長が短い４種の一対の像が選択される。
【０１１９】
次にステップＳ７では、ステップＳ５、Ｓ６における閾値の判定結果に基づいて一方の焦点検出画素群を選択する。ステップＳ２８では、選択された焦点検出画素群の相関量を確認する。この相関量が所定の閾値以上である場合、光学基線長が長い焦点検出画素群よりも光学基線長が短い焦点検出画素群の相関量の方が、一般的に信頼性が高い。一方、この相関量が所定の閾値より小さい場合、焦点検出感度が高く光学基線長が長い焦点検出画素群からの相関量の方が、信頼性が高い。
【０１２０】
従って、選択手段は、所定の相関量を閾値として、いずれか一方の焦点検出画素群を選択する。より具体的には、選択手段は、デフォーカス量の大きい被写体に対して、光学基線長が短い焦点検出画素群の像を選択する（ステップＳ２９）。一方、選択手段は、ピント近傍では光学基線長の長い焦点検出画素群の像を選択する（ステップＳ３０）。
【０１２１】
その後のステップＳ８乃至ステップＳ１２は、実施例１と同様であるため、それらの説明は省略する。
【０１２２】
以上のように、本実施例によれば、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のうち適切な一方から取得された像信号に基づいてデフォーカス量が算出される。より具体的には、デフォーカス量の大きい被写体に対しては光学基線長が短い一対の像信号が選択され、ピント近傍では光学基線長の長い一対の像信号が選択される。従って、本実施例の光学機器によれば、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能となる。
【０１２３】
上述の各実施例では、撮像素子の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重心を偏心させることで瞳分割しているが、これに限定されるものではない。例えば、特許文献３で示される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しても、同様の効果を得ることが可能である。
【０１２４】
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１００ 撮影レンズ
１０１ 第１レンズ群
１０２ 絞り兼用シャッタ
１０３ 第２レンズ群
１０５ 第３レンズ群
１０６ 光学的ローパスフィルタ
１０７ 撮像素子
１１５ 照明手段
１２１ ＣＰＵ
１３１ 表示器
１３２ 操作スイッチ
１３３ フラッシュメモリ
２００ カメラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影レンズの焦点検出が可能なデジタルスチルカメラ等の光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影レンズの焦点検出方式の一つとして、特許文献１には、センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元センサを用いて、瞳分割方式により焦点検出を行う装置が開示されている。特許文献１の装置では、センサを構成する各画素の光電変換部が複数に分割されている。分割された光電変換部は、マイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の異なる領域を受光するように構成されている。
【０００３】
特許文献２には、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重心を偏心させることで瞳分割させる撮像装置が開示されている。これらの画素は、焦点検出画素として、撮像画素群の間に所定の間隔で配置されることにより、位相差式焦点検出が行われる。また、焦点検出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することにより画像情報が創生される。
【０００４】
特許文献３には、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させる焦点検出装置が開示されている。この焦点検出装置は、２分割された受光部の出力を個別に処理することで位相差式焦点検出を行うとともに、２分割受光部の出力を合算してこれを撮像信号として用いる。
【０００５】
特許文献４には、撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束から生成される像の相関演算を行って、焦点検出を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−２４１０５号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−１５６８２３号公報（段落００７５〜００７９、図３〜４等）
【特許文献３】特開２００１−３０５４１５号公報（段落００５２〜００５６、図７〜８等）
【特許文献４】特開平５−１２７０７４号公報（第１５頁、図３４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の位相差式焦点検出手段では、受光部の感度重心の偏心量の差を大きくするほどピントボケの敏感度が上がり、ピント検出精度が上がることが知られている。しかしながら、感度重心の偏心量を大きくすると、レンズの射出瞳でのケラレの影響が大きくなる。
【０００８】
図１５は、特許文献２で示されたような焦点検出を行う画素の受光感度を示す図である。ここでは、撮像素子面に平行で撮像素子から所定の距離（例えば１００ｍｍ）離れた瞳面上の水平位置を横軸にとっており、縦軸が受光感度となる。従って、撮像素子の受光感度を１００ｍｍ瞳面上に投影したイメージとなり、中央像高画素での開口が異なる二つの光電変換素子それぞれの受光感度（図ではそれぞれＡ像感度、Ｂ像感度と称している）を表している。
【０００９】
この例では、Ａ像、Ｂ像はそれぞれ感度ピークが約５ｍｍ偏心されており、Ａ、Ｂ像の感度重心の偏心量（光学基線長とよぶことにする）としては、１００ｍｍ離れた位置で約１０ｍｍに設定されている。
【００１０】
図１５は、このような感度を持った焦点検出を行う画素により線像がどのようにボケるかを示している。ピントが合っている時は、Ａ像、Ｂ像ともにインパルス状に近い同じ形状の像が得られる。
【００１１】
図１６は、ピント１、２，３のように、ピントが徐々に偏位した場合におけるＡ像、Ｂ像の様子である。図１６（ａ）は後ピン側、図１６（ｂ）は前ピン側にピントがずれた様子を示す。
【００１２】
図１６に示されるように、ピントが大きくずれた場合は、像のボケだけでなく像の位置が大きく偏位する。このため、確実に焦点検出を行うには、非常に大きな焦点検出視野が必要となる。すなわち、大きなボケが発生した場合は、像のズレ量が非常に大きくなり相関演算を行う領域、いわゆる視野長が大きくなり、演算長が限られている場合には焦点検出可能な最大デフォーカス量を大きくすることができないという問題がある。
【００１３】
これらの問題を解決するために、一律に受光部の感度重心の偏心量の差を小さくする（光学基線長を短くする）方法も考えられるが、ピント位置近傍では光学基線長が短いために精度良くピント位置を検出できなくなる。すなわち、ピント近傍での焦点検出精度の向上と最大デフォーカス量の向上とは、トレードオフの関係になっている。
【００１４】
本発明は、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能な光学機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一側面としての光学機器は、撮像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する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、前記複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、前記第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、該第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段とを有する。
【００１６】
本発明の他の側面としての信号処理装置は、撮像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する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子を備えた光学機器に用いられる信号処理装置であって、前記複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、前記第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、該第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段とを有する。
【００１７】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能な光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施例におけるカメラの構成図である。
【図２】本実施例における撮像素子の回路構成図である。
【図３】本実施例における撮像素子の画素配線部の断面図である。
【図４】本実施例における撮像素子の動作のタイミングチャートである。
【図５】本実施例における撮像素子の一部を示す平面図である。
【図６】本実施例における撮像素子の画素の断面図である。
【図７】本実施例における焦点検出画素から所定の距離だけ離れた瞳面上での受光感度特性である。
【図８】本実施例において、光学基線長が長い対の焦点検出画素の受光感度特性である。
【図９】本実施例において、光学基線長が短い対の焦点検出画素の受光感度特性である。
【図１０】本実施例において、一対の焦点検出画素による線像のボケの説明図である。
【図１１】本実施例において、一対の焦点検出画素によるバーチャートのボケの説明図である。
【図１２】実施例１におけるデフォーカス量の検出手順を示すフローチャートである。
【図１３】実施例２におけるデフォーカス量の検出手順を示すフローチャートである。
【図１４】実施例３におけるデフォーカス量の検出手順を示すフローチャートである。
【図１５】従来の焦点検出画素の受光感度特性である。
【図１６】従来の一対の焦点検出画素による線像のボケの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明の実施例１について説明する。
【００２２】
図１は、本実施例におけるカメラ２００（光学機器）の構成図である。カメラ２００は、撮像手段である撮像素子を有するカメラ本体と撮影レンズとが一体となった電子カメラである。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、撮影レンズがカメラ本体とは着脱可能に構成される光学機器についても適用可能である。
【００２３】
図１において、１００は撮影レンズである。撮影レンズ１００は、被写体像を形成する結像光学系を構成する。１０１は撮影レンズ１００の先端部に配置された第１レンズ群である。第１レンズ群は、光軸方向に進退可能に保持される。１０２は絞り兼用シャッタである。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することにより撮影時の光量調節を行うほか、静止画撮影時における露光秒時調節用シャッタとしての機能も有する。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。
【００２４】
１０５は第３レンズ群である。第３レンズ群１０５は、光軸方向の進退により、焦点調節を行う焦点調節光学系である。１０６は光学的ローパスフィルタである。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。１０７はＣ−ＭＯＳセンサ及びその周辺回路で構成された撮像素子である。撮像素子１０７は、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、１つの光電変換素子が配置されている。撮像素子１０７は、撮像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する複数の撮像画素を有する。また、撮像素子１０７は、撮像光学系からの光束のうち２分割（瞳分割）された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素（第１、第２、及び、第３の焦点検出画素）を有する。
【００２５】
１１１はズームアクチュエータである。ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することで、第１レンズ群１０１及び第２レンズ群１０３を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。１１２は絞りシャッタアクチュエータである。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。１１４はフォーカスアクチュエータである。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００２６】
１１５は撮影時における照明手段（被写体照明用電子フラッシュ）である。照明手段１１５としては、キセノン管を用いた閃光照明装置が適して用いられるが、この代わりに、連続発光するＬＥＤを備えた照明手段を用いてもよい。
【００２７】
１２１はＣＰＵ（信号処理装置）である。ＣＰＵ１２１は、カメラ本体の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基づいて、カメラ２００が有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、及び、記録等の一連の動作を実行する。
【００２８】
また、ＣＰＵ１２１は、焦点検出手段、選択手段、及び、演算手段を有する。焦点検出手段は、撮影レンズ１００の焦点検出を行うように構成されており、撮像素子１０７から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する。選択手段は、焦点検出手段で取得された第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する。演算手段は、選択手段で選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する。これらの手段の詳細については後述する。なお、これらの各機能は、１チップ化された信号処理装置としてのＣＰＵ１２１に含まれる。ただし、複数の信号処理装置を組み合わせてこれらの機能を備えるように構成してもよい。
【００２９】
１２２は電子フラッシュ制御回路である。電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して照明手段１１５を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路である。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。１２５は画像処理回路である。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、及び、ＪＰＥＧ圧縮等の各処理を行う。
【００３０】
１２６はフォーカス駆動回路である。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を駆動制御し、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。１２８は絞りシャッタ駆動回路である。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を駆動する。
【００３１】
１３１はＬＣＤ等の表示器である。表示器１３１は、カメラ２００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、及び、焦点検出時の合焦状態表示画像等を表示する。１３２は操作スイッチである。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、及び、撮影モード選択スイッチ等の操作スイッチ群で構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリである。フラッシュメモリ１３３は、撮影済み画像を記録する。
【００３２】
図２は、本実施例における撮像素子１０７の概略的な回路構成図である。撮像素子１０７としては、例えば、本出願人による特開平０９−０４６５９６号報等に開示された構成が適して用いられる。図２に示される回路構成は、２次元Ｃ−ＭＯＳエリアセンサ（撮像素子１０７）の２列×４行の光電変換部の範囲を示したものであり、８画素分の回路構成である。
【００３３】
図２において、１はＭＯＳトランジスタゲートとゲート下の空乏層からなる光電変換素子の光電変換部である。２はフォトゲート、３は転送スイッチＭＯＳトランジスタ、４はリセット用ＭＯＳトランジスタ、５はソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ、６は水平選択スイッチＭＯＳトランジスタである。７はソースフォロワの負荷ＭＯＳトランジスタ、８は暗出力転送ＭＯＳトランジスタ、９は明出力転送ＭＯＳトランジスタ、１０は暗出力蓄積容量ＣＴＮ、１１は明出力蓄積容量ＣＴＳである。１２は水平転送ＭＯＳトランジスタ、１３は水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ、１４は差動出力アンプ、１５は水平走査回路、１６は垂直走査回路である。
【００３４】
図３は、撮像素子１０７における画素配線部の断面図である。
【００３５】
図３において、１７はＰ型ウェル、１８はゲート酸化膜、１９は一層目ポリＳｉ、２０は二層目ポリＳｉ、２１はＦＤ部（ｎ＋フローティングディフュージョン部）である。ＦＤ部２１は、別の転送ＭＯＳトランジスタを介して別の光電変換部と接続される。図２では、２つの転送ＭＯＳトランジスタ３のドレインとＦＤ部２１とを共通化して、微細化とＦＤ部２１の容量低減による感度向上を図っている。ただしこれに代えて、Ａｌ配線でＦＤ部２１を接続してもよい。
【００３６】
次に、撮像素子１０７の動作について、図４のタイミングチャートを参照しながら説明する。図４に示されるタイミングチャートは、全画素独立出力の場合のものである。
【００３７】
まず、垂直走査回路１６からのタイミング出力によって、図２中の制御パルスφＬをハイとして垂直出力線をリセットする。また、制御パルスφＲ０、φＰＧ００、φＰＧｅ０をハイとし、リセット用ＭＯＳトランジスタ４をオンとし、フォトゲート２の一層目ポリＳｉ１９をハイにする。
【００３８】
時刻Ｔ０において、制御パルスφＳ０をハイとし、選択スイッチＭＯＳトランジスタ６をオンさせ、第１、第２ラインの画素部を選択する。次に、制御パルスφＲ０をローとし、ＦＤ部２１のリセットを止め、ＦＤ部２１をフローティング状態とする。ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５のゲート−ソース間をスルーとした後、時刻Ｔ１において制御パルスφＴＮをハイとし、ＦＤ部２１の暗電圧をソースフォロワ動作で蓄積容量ＣＴＮ１０に出力させる。
【００３９】
次に、第１ラインの画素の光電変換出力を行うため、第１ラインの制御パルスφＴＸ００をハイとして転送ＭＯＳトランジスタ３を導通させる。続いて、時刻Ｔ２において制御パルスφＰＧ００をローとして下げる。このとき、フォトゲート２の下に拡がっているポテンシャル井戸を上げて、光発生キャリアをＦＤ部２１に完全転送させるような電圧関係に設定することが好ましい。従って、完全転送が可能であれば、制御パルスφＴＸはパルスではなく所定の固定電位でもかまわない。
【００４０】
時刻Ｔ２において、フォトダイオードの光電変換部１からの電荷がＦＤ部２１に転送されることにより、ＦＤ部２１の電位が光に応じて変化する。このとき、ソースフォロワアンプＭＯＳトランジスタ５がフローティング状態であるため、ＦＤ部２１の電位を、時刻Ｔ３において制御パルスφＴｓをハイとして蓄積容量ＣＴＳ１１に出力する。この時点で、第１ラインの画素の暗出力と光出力はそれぞれ蓄積容量ＣＴＮ１０と蓄積容量ＣＴＳ１１に蓄積されている。時刻Ｔ４の制御パルスφＨＣを一時ハイとして水平出力線リセットＭＯＳトランジスタ１３を導通して水平出力線をリセットする。そして、水平転送期間において、水平走査回路１５の走査タイミング信号により水平出力線に画素の暗出力と光出力を出力する。
【００４１】
このとき、蓄積容量ＣＴＮ１０と蓄積容量ＣＴＳ１１の差動増幅器１４によって、差動出力ＶＯＵＴを取れば、画素のランダムノイズ、固定パターンノイズを除去したＳ／Ｎの良好な信号が得られる。また、画素３０−１２、３０−２２の光電荷は、画素３０−１１、３０−２１と同時に、それぞれの蓄積容量ＣＴＮ１０と蓄積容量ＣＴＳ１１に蓄積される。これらの光電荷は、水平走査回路１５からのタイミングパルスを１画素分遅らして水平出力線に読み出し、差動増幅器１４から出力される。
【００４２】
本実施例では、差動出力ＶＯＵＴをチップ内で行う構成が示されている。ただし、差動出力ＶＯＵＴをチップ内に含めずに外部部品として構成し、従来のＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング）回路を用いても同様の効果を得ることができる。
【００４３】
蓄積容量ＣＴＳ１１に明出力を出力した後、制御パルスφＲ０をハイとしてリセット用ＭＯＳトランジスタ４を導通し、ＦＤ部２１を電源ＶＤＤにリセットする。第１ラインの水平転送が終了した後、第２ラインの読み出しを行う。第２ラインの読み出しは、制御パルスφＴＸｅ０、制御パルスφＰＧｅ０を同様に駆動させ、制御パルスφＴＮ、φＴＳにそれぞれハイパルスを供給する。そして、蓄積容量ＣＴＮ１０と蓄積容量ＣＴＳ１１にそれぞれ光電荷を蓄積し、暗出力及び明出力を取り出す。
【００４４】
前述の駆動により、第１、第２ラインの読み出しをそれぞれ独立して行うことができる。この後、垂直走査回路を走査させ、同様に、第２ｎ＋１、第２ｎ＋２（ｎ＝１，２，…）の読み出しを行うことにより、全画素の独立出力が可能となる。すなわち、ｎ＝１の場合、まず制御パルスφＳ１をハイとし、次にφＲ１をローとし、続いて制御パルスφＴＮ、φＴＸ０１をハイとする。そして、制御パルスφＰＧ０１をロー、制御パルスφＴＳをハイ、制御パルスφＨＣを一時ハイとして画素３０−３１，３０−３２の画素信号を読み出す。続いて、制御パルスφＴＸｅ１、φＰＧｅ１及び上記と同様に制御パルスを印加して、画素３０−４１、３０−４２の画素信号を読み出す。
【００４５】
図５は、撮像素子１０７としての一例であるＣ−ＭＯＳセンサの一部を示す平面図である。
【００４６】
図５において、５１、５２は電極である。電極５１、５２で区切られた領域が１画素を示している。１画素中に書かれた「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は、各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は、赤の成分の光を透過する。「Ｇ」の文字の書かれた画素は、緑の成分の光を透過する。「Ｂ」の文字の書かれた画素は、青の成分の光を透過する。また、「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字が書かれた各画素は、撮影レンズ１００の全瞳領域を受光するように構成されている。
【００４７】
カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１絵素は「Ｒ」「Ｂ」の画素と２つの「Ｇ」の画素から構成される。本実施例の光学機器における撮像素子１０７には、「Ｒ」又は「Ｂ」であるべき画素の一部に、撮影レンズ１００の一部の瞳領域を受光する焦点検出画素が割り当てられている。図５中、α１、β１、α２、β２、α３、β３は、撮影レンズ１００の焦点検出を行うための焦点検出画素である。これらの画素は、電極５１により、水平方向の開口が制限されている。
【００４８】
本実施例の撮像素子１０７の一部に配設される焦点検出画素において、電極５１にて制限される開口の水平方向の開口中心位置（受光感度の重心）は、画素中心に対してそれぞれ異なる。本実施例では５種類の開口中心位置を有する焦点検出画素が配設されている。
【００４９】
例えば、電極５１−１―α１と電極５１−２―α１とで決まる開口が画素中心に対して水平左方向に偏位した焦点検出画素α１に対して、水平方向に４画素隣接した位置に、同様の電極開口を有する焦点検出画素が配設されている。
【００５０】
また、焦点検出画素α１に対して斜めに隣接する位置において、電極５１−３―β１と電極５１−４―β１とで決定される開口が画素中心と略一致するように、焦点検出画素β１が配設されている。さらに、焦点検出画素β１に対して、水平方向に４画素隣接した位置に、同様の電極開口を有する焦点検出画素が配設されている。
【００５１】
図６は、図５の撮像素子１０７の焦点検出画素α２、β２とその隣接画素の断面図である。図６（ａ）は図５中のＣ―Ｃ断面図であり、図６（ｂ）は図５中のＤ―Ｄ断面図である。
【００５２】
図６（ａ）の左側の画素は、焦点検出画素α２を示し、右側の画素は撮影レンズ１００の全瞳領域を受光可能な画素を示している。
【００５３】
撮像素子１０７は、シリコン基板６０の内部に光電変換部６１が形成されている。光電変換部６１で発生した信号電荷は、不図示のフローティングディフュージョン部、第１の電極５１及び第２の電極５２を介して外部に出力される。実際には、光電変換部６１の中央における断面図上には電極５２は存在しないが、奥行き方向に存在するため、ここでは点線にて高さ方向の位置を示している。
【００５４】
光電変換部６１と電極５１との間には層間絶縁膜６２が形成され、電極５１と電極５２との間には層間絶縁膜６３が形成されている。また、電極５２の光入射側には層間絶縁膜６４が形成され、さらにパッシべーション膜６５、平坦化層６６が形成されている。
【００５５】
断面箇所を平坦化層６６の光入射側には、カラーフィルタ層６７、平坦化層６８及びマイクロレンズ６９が形成されている。マイクロレンズ６９のパワーは、撮影レンズ１００の瞳と光電変換部６１が略共役になるように設定されている。また、マイクロレンズ６９は、撮像素子１０７の中央に位置する画素では画素の中心に配設され、周辺に位置する画素では撮影レンズ１００の光軸側に偏位して配設される。
【００５６】
撮影レンズ１００を透過した被写体光は、撮像素子１０７の近傍に集光する。さらに、撮像素子１０７の各画素に到達した光は、マイクロレンズ６９で屈折され光電変換部６１に集光する。通常の撮像に用いられる図６（ａ）中の右側の画素では、入射する光を遮光しないように第１の電極５１及び第２の電極５２が配設されている。
【００５７】
一方、図６（ａ）中の左側の撮影レンズ１００の焦点検出を行う画素では、電極５１の一部が光電変換部６１を覆うように構成されている。その結果、図６（ａ）中の左側の焦点検出画素は、撮影レンズ１００の瞳の一部を透過する光束を受光可能に構成されている。また、電極５１が入射光束の一部を遮光していることにより光電変換部６１の出力が小さくなることを防ぐため、焦点検出画素のカラーフィルタ層６７Ｗは、光を吸収しにくい透過率の高い樹脂で形成されている。
【００５８】
同様に、図６（ｂ）の右側の画素は、焦点検出画素β２を示し、左側の画素は撮影レンズ１００の全瞳領域を受光可能な画素を示している。図６に示されるように、焦点検出画素α２、β２は、互いに略左右対称形状となっている。これらの画素は、マイクロレンズ６９の位置と電極５１の開口中心の相対位置を相違させることによって、撮影レンズ１００の受光分布が相違するように構成されている。
【００５９】
本実施例の焦点検出手段は、焦点検出画素α１（同じ電極開口を有する焦点検出画素群）及び焦点検出画素β１（同じ電極開口を有する焦点検出画素群）から第１の一対の像信号を取得する。焦点検出手段は、焦点検出画素α２、β２、及び、焦点検出画素α３、β３の組み合わせについても同様に、それぞれの一対の像信号を取得する。焦点検出手段は、これらの画素から得られた一対の像信号を用いて、撮影レンズ１００の焦点状態を平均化する。
【００６０】
また、焦点検出手段は、焦点検出画素α１（同じ電極開口を有する焦点検出画素群）及び焦点検出画素α２（同じ電極開口を有する焦点検出画素群）から第２の一対の像信号を取得する。この点については、焦点検出画素α２、α３、焦点検出画素β１、β２、及び、焦点検出画素β２、β３の組み合わせについても同様である。焦点検出手段は、これらの画素から得られた一対の像信号を用いて、撮影レンズ１００の焦点状態を平均化する。
【００６１】
このとき、第２の一対の像信号の光学基線長は、第１の一対の像信号の光学基線長より短い。
【００６２】
図５に示されるように、本実施例の撮像素子１０７において、３つの一対の焦点検出画素（焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３）は全て、互いに画素ピッチの対角分（距離Ｌ１）だけ離れるように配置されている。すなわち、焦点検出画素α１、β１をそれぞれ、第１の焦点検出画素、第２の焦点検出画素とすると、第１の焦点検出画素及び第２の焦点検出画素の間の距離はＬ１となる。
【００６３】
一方、４つの一対の焦点検出画素（焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３）は全て、互いに４画素ピッチ分（距離Ｌ２）だけ離れるように配置されている。すなわち、焦点検出画素α１、α２をそれぞれ、第１の焦点検出画素、第３の焦点検出画素とすると、第１の焦点検出画素及び第３の焦点検出画素の間の距離はＬ２となる。
【００６４】
このように、第１の焦点検出画素及び第３の焦点検出画素の間の距離Ｌ２は、第１の焦点検出画素及び第２の焦点検出画素の間の距離Ｌ１より大きい。
【００６５】
また、図５に示されるように、第１、第２、及び、第３の焦点検出画素は、互いに受光感度の重心が偏位している。第２及び第３の焦点検出画素は、第１の焦点検出画素に対して、受光感度の重心の偏位方向とは異なる方向に配置されている。
【００６６】
通常の画像の撮像時には、画素の電極開口が制限されている焦点検出画素は欠陥画素として取り扱われる。このため、画像信号は焦点検出画素の周辺に位置する画素から補間処理を行って生成される。
【００６７】
図７は、撮像素子１０７の一部に配設された焦点検出画素から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光感度特性である。
【００６８】
図７（ａ）は、撮像素子１０７の焦点検出画素α１から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光感度特性を示している。焦点検出画素α１の電極５１−１と電極５１−２とで決定される開口の中心は、画素の中心に対して水平左（−）方向に大きく偏位している。すなわち、受光感度の重心が偏位している。このため、焦点検出画素α１の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸に対して距離約＋１０ｍｍ偏位している。
【００６９】
図７（ｂ）は、焦点検出画素β１から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光感度特性を示している。焦点検出画素β１の電極５１−３と電極５１−４とで決定される開口の中心は、画素の中心と略一致している。このため、焦点検出画素β１の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸と略一致している。
【００７０】
図７（ｃ）は、焦点検出画素α２から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光分布を示している。焦点検出画素α２の電極５１−１と電極５１−２とで決定される開口の中心は、画素の中心に対して水平左（−）方向に偏位している。このため、焦点検出画素α２の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸に対して距離約＋５ｍｍ偏位している。
【００７１】
図７（ｄ）は、焦点検出画素β２から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光分布を示している。焦点検出画素β２の電極５１−３と電極５１−４とで決定される開口の中心は画素の中心に対して水平右（＋）方向に偏位している。このため、焦点検出画素β２の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸に対して距離約−５ｍｍ偏位している。
【００７２】
図７（ｅ）は、焦点検出画素α３から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光分布を示している。焦点検出画素Ｐα３の電極５１−１と電極５１−２とで決定される開口の中心は画素の中心と略一致している。このため、焦点検出画素α３の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸と略一致している。なお、焦点検出画素α３の瞳面上での受光分布は、焦点検出画素β１の瞳面上での受光分布と略一致している。
【００７３】
図７（ｆ）は、焦点検出画素β３から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での受光分布を示している。焦点検出画素β３の電極５１−３と電極５１−４とで決定される開口の中心は画素の中心に対して水平右（＋）方向に大きく偏位している。このため、焦点検出画素β３の光電変換部の受光可能な領域の中心は、瞳面上で光軸に対して距離約−１０ｍｍ偏位している。
【００７４】
以上のように、本実施例の撮像素子１０７の焦点検出画素は、受光分布の中心が水平方向に異なる位置に存在する５種類の画素群から構成されている。
【００７５】
図８は、光学基線長が長い対の焦点検出画素の受光感度特性である。
【００７６】
図８（ａ）は、撮像素子１０７から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での焦点検出画素α１、β１で代表される焦点検出画素群による受光感度特性である。２つの受光感度ピークの位置の偏位量が光学基線長に相当し、この場合の光学基線長は約１０ｍｍである。
【００７７】
同様に、図８（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、焦点検出画素α２、β２、及び、焦点検出画素α３、β３で代表される焦点検出画素群による受光感度特性である。いずれの場合も、光学基線長は約１０ｍｍである。
【００７８】
図９は、光学基線長が短い対の焦点検出画素の受光感度特性である。
【００７９】
図９（ａ）は、撮像素子１０７から所定の距離（１００ｍｍ）だけ離れた瞳面上での焦点検出画素α１、α２で代表される焦点検出画素群による受光感度特性である。２つの受光感度ピークの位置の偏位量が光学基線長に相当し、この場合、光学基線長は約５ｍｍである。
【００８０】
同様に、図９（ｂ）〜図９（ｄ）は、それぞれ、焦点検出画素α２、α３、焦点検出画素β１、β２、及び、焦点検出画素β２、β３で代表される焦点検出画素群による受光感度特性である。いずれの場合も、光学基線長は約５ｍｍである。
【００８１】
このように、図９の焦点検出画素群（４画素ピッチ分（Ｌ２）だけ離れている焦点検出画素の組）の光学基線長は、図８の焦点検出画素群（画素ピッチの対角分（Ｌ１）だけ離れている焦点検出画素の組）の光学基線長よりも短い。
【００８２】
次に、図１０を参照して、光学基線長が異なる焦点検出画素により線像がどのようにボケるかについて説明する。図１０は、対の焦点検出画素群における線像のボケの説明図である。
【００８３】
図１０（ａ）は、光学基線長の長い焦点検出画素群の代表として、焦点検出画素α２、β２の組での線像のボケの状態を後ピン側に対して示している（Ａ像）。図１０（ｂ）は、光学基線長の短い焦点検出画素群の代表として、焦点検出画素α２、α３の組での線像のボケの状態を後ピン側に対して示している（Ｂ像）。
【００８４】
ピントが合っている場合、Ａ像、Ｂ像ともにインパルス状に近い同じ形状の像が得られる。図１０においてピント１、２、３は、ピントが徐々にずれていった場合のＡ像、Ｂ像の様子である。
【００８５】
図１０（ａ）に示されるように、基線長が長い場合、ピント３の状態においては、最大長さＢ３ａの範囲で焦点検出画素が必要となる。一方、図１０（ａ）に示されるように、基線長が短い場合、ピント３の状態においては、最大長さＢ３ｂ（Ｂ３ａ＞Ｂ３ｂ）の焦点検出画素となる。このように、基線長が短い場合、基線長が長い場合と比較して、必要な焦点検出画素は少なくなる。
【００８６】
次に、図１１を参照して、被写体像を２本の巾の異なるバーチャートが具体的にどのようにボケるかについて説明する。図１１（ａ）では、光学基線長が長い組の代表として、焦点検出画素α２、β２の組でのバーチャートのボケの状態を後ピン側に対して示している。図１１（ｂ）では、光学基線長が短い組の代表として、焦点検出画素α２、α３の組でのバーチャートのボケの状態を後ピン側に対して示している。
【００８７】
図１１に示されるように、同一のピントのズレに対し、撮像面上での対の焦点検出画素群の像のズレ巾が異なる。すなわち、光学基線長が短いほど像のズレ量は小さくなる。従って、光学基線長が長い組ほど位相差のズレは大きいために焦点検出感度が高く、焦点検出視野長を固定にした場合、光学基線長が短い組ほどデフォーカスの大きいピント状態に対しても焦点検出が可能となる。
【００８８】
ピント近傍での焦点検出精度を高めるには、ピントのズレに対して感度を高く、すなわち光学基線長を長くする必要がある。その際、ピント近傍では像が先鋭になっているため、位相差像を検出する対の画像サンプリング位置のズレは、できるだけ小さくする必要がある。これは、像が先鋭であることにより、僅かな位置ズレでも像の強度が大きく変化するためである。従って、対となる焦点検出画素群の距離はできるだけ短いことが望ましい。
【００８９】
一方、像が大ボケになると像の先鋭度が減り、焦点検出画素群の距離が長くても焦点検出性能に影響しにくくなる。
【００９０】
本実施例では、光学基線長が長い対の焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３の距離を対角隣接画素のＬ１に設定し、光学基線長が短い対の焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３の距離を４画素分のＬ２に設定している。従って、ピント近傍での焦点検出精度の確保と最大デフォーカス量の向上とを同時に両立させることができる。
【００９１】
本実施例において、光学基線長の短い焦点検出画素群は、光学基線長の長い焦点検出画素群の組合せを換えることにより選択される。このため、別の焦点検出画素を配置する必要がなく、画像を取得するための標準画素の数を確保することができる。
【００９２】
また、本実施例では、光学基線長の異なる焦点検出画素の組合せは、単一の焦点検出画素を重複して用いるため、光学基線長の短い焦点検出画素の位置は、位相差方向とは異なる方向に配置される。
【００９３】
次に、図１２を参照して、オートフォーカスの一部である焦点ずれ量（デフォーカス量）の検出手順について説明する。
【００９４】
図１２は、本実施例における焦点ずれ量（デフォーカス量）の検出手順を示すフローチャートである。図１２に示される各手順は、ＣＰＵ１２１の指示に基づいて実行される。なお、図１２はオートフォーカスのサブルーチンを示している。オートフォーカスのメインフローは、一般的なカメラにおける手順と同一であるため省略する。
【００９５】
まず、操作スイッチ１３２によりオートフォーカス機能が選択された場合、焦点検出を行うため、ステップＳ１において撮像素子１０７の撮像画素及び焦点検出画素の読み出しが行われる。ステップＳ２では、前述の６種類の焦点検出画素群（α１、α２、α３、β１、β２、β３）を用いて、位相差方向に形成される６種類のパターン像を創生する。前述の図１１は、２本の巾の異なるバーチャートでのパターン像の例である。
【００９６】
次に、ステップＳ３において、光学基線長が長い３種の対の焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３の像（第１の一対の像信号）を相関演算する。ステップＳ４においては、光学基線長が短い４種の対の焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３の像（第２の一対の像信号）を相関演算する。
【００９７】
次に、ステップＳ５、Ｓ６で、ＣＰＵ１２１の選択手段は、ステップＳ３、Ｓ４のそれぞれの相関演算結果の信頼性を判定する。ここで信頼性とは、一対の像の一致度（相関量）や像のコントラストなどであり、一対の像の一致度が良好である場合は一般的に焦点検出結果の信頼性が高く、また、コントラストが高い場合は焦点検出対象としての信頼性が高いと判定される。
【００９８】
ステップＳ５において、判定手段は、光学基線長が長い３種の対の像（第１の一対の像信号）に対し、閾値１で信頼性評価を行う。ステップＳ６において、判定手段は、光学基線長が短い４種の一対の像（第２の一対の像信号）に対し、閾値１よりも厳しい閾値２で信頼性評価を行う。このように、判定手段は、互いに異なる基準で第１及び第２の一対の像信号の信頼性を判定する。
【００９９】
従って、ピント近傍では、光学基線長の長い対の焦点検出画素群が選択されやすく、焦点検出精度を確保することが可能となる。一方、大ボケ状態では、固定の焦点検出視野から対象となる被写体像の情報を多く取り込める光学基線長の短い対の焦点検出画素群が選択されやすい。このため、最大デフォーカス量を向上させることが可能となる。
【０１００】
次に、ステップＳ７において、ステップＳ５、Ｓ６の判定に従い、ＣＰＵ１２１における選択手段は、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のいずれか一つを選択する。ステップＳ８では、選択手段により選択された焦点検出画素群について、再度、その相関信頼性を詳細に確認する。ステップＳ８において信頼性が無いと判定された場合、焦点検出信号自身の信頼性が無いと判定され、ステップＳ１に戻って画像の読み出しからやり直す。一方、ステップＳ８で信頼性があることが確認された場合、ステップＳ９において、ＣＰＵ１２１の演算手段は、像（一対の像信号）の相関値をデフォーカス量（焦点ずれ量）に換算することにより、デフォーカス量を算出する。
【０１０１】
ステップＳ１０では、ステップＳ９で演算手段により算出されたデフォーカス量が許容値以下か否かが判定される。デフォーカス量が許容値以上である場合、非合焦と判定される。そして、ステップＳ１１において、ステップＳ９で算出したデフォーカス量を補正するようにフォーカスレンズを駆動した後、ステップＳ１乃至ステップＳ１０を繰り返し実行する。一方、ステップＳ１０で合焦状態に達したと判定されると、ステップＳ１２にて合焦表示が行われ、オートフォーカスサブルーチンから抜ける。
【０１０２】
以上のように、本実施例によれば、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のうち適切な一方から取得された一対の像信号に基づいてデフォーカス量が算出される。より具体的には、デフォーカス量の大きい被写体に対しては光学基線長が短い一対の像信号が選択され、ピント近傍では光学基線長の長い対の像信号が選択される。従って、本実施例の光学機器によれば、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能となる。
【実施例２】
【０１０３】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、基線長の異なる対の像の選択方法が実施例１とは異なる。光学機器のその他の構成は実施例１と同一であるため、その説明は省略する。
【０１０４】
図１３は、本実施例において、オートフォーカスの一部である焦点ずれ量（デフォーカス量）の検出手順を示すフローチャートである。図１３に示される各手順は、実施例１と同様に、ＣＰＵ１２１の指示により実行される。なお、図１３はオートフォーカスのサブルーチンを示しており、そのメインフローは一般的なカメラの場合と同一であるため省略する。
【０１０５】
まず、操作スイッチ１３２によりオートフォーカス機能が選択された場合、焦点検出を行うため、ステップＳ１において撮像素子１０７の撮像画素及び焦点検出画素の読み出しが行われる。ステップＳ２では、前述の６種類の焦点検出画素群（α１、α２、α３、β１、β２、β３）を用いて、位相差方向に形成される６種類のパターン像を創生する。これらのステップＳ１、Ｓ２は実施例１と同様である。
【０１０６】
次に、ステップＳ１３において、光学基線長が短い４種の対の焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３の像（第２の一対の像信号）をそれぞれ相関演算する。また、ステップＳ１４において、光学基線長が長い３種の対の焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３の像（第１の一対の像信号）をそれぞれ相関演算する。
【０１０７】
次に、ステップＳ１５で、光学基線長が短い焦点検出画素群による像の相関量を確認する。この相関量が所定の閾値以上である場合、光学基線長が長い焦点検出画素群の像よりも光学基線長が短い焦点検出画素群の像からの相関量の方が、一般的に信頼性が高い。一方、相関量が所定の閾値より小さい場合、焦点検出感度が高く光学基線長の長い焦点検出画素群の像からの相関量の方が、信頼性が高い。
【０１０８】
このように、像の相関量を所定の閾値として、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のいずれか一方が選択される。このため、相関量が所定の閾値以上である場合、すなわちデフォーカス量の大きい被写体に対して、選択手段は光学基線長が短い焦点検出画素群の像（第２の一対の像信号）を選択する（ステップＳ１６）。一方、相関量が所定の閾値より小さい場合、すなわちピント近傍では、選択手段は光学基線長が長い焦点検出画素群の像（第１の一対の像信号）を選択する（ステップＳ１７）。
【０１０９】
ステップＳ１８では、相関値の信頼性が確認される。ここで信頼性が無いと判定された場合、焦点検出信号自身の信頼性が無いと判断される。この場合、ステップＳ１に戻って画像の読み出しからやり直す。
【０１１０】
ステップＳ１８で信頼性が確認された場合、演算手段は、ステップＳ３又はステップＳ４で取得した像の相関値をデフォーカス量に換算して、デフォーカス量を算出する（ステップＳ９）。
【０１１１】
ステップＳ１０では、ステップＳ９で算出されたデフォーカス量が許容値以下であるか否かが判定される。デフォーカス量が許容値以上である場合、非合焦であると判定される。この場合、ステップＳ１１において、ステップＳ９で算出されたデフォーカス量を補正するようにフォーカスレンズを駆動した後、ステップＳ１乃至ステップＳ１０を繰り返し実行する。一方、ステップＳ１０にて合焦状態に達したと判定されると、ステップＳ１２にて合焦表示を行い、オートフォーカスサブルーチンから抜ける。なお、ステップＳ９乃至ステップＳ１２は実施例１と同様である。
【０１１２】
以上のように、本実施例によれば、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のうち適切な一方から取得された一対の像信号に基づいてデフォーカス量が算出される。より具体的には、デフォーカス量の大きい被写体に対しては光学基線長が短い一対の像信号が選択され、ピント近傍では光学基線長の長い一対の像信号が選択される。従って、本実施例の光学機器によれば、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能となる。
【実施例３】
【０１１３】
実施例３では、光学機器の構成は実施例１と同じであり、基線長の異なる対の像の選択方法が異なっている。光学機器のその他の構成は実施例１と同一であるため、その説明は省略する。
【０１１４】
図１４は、本実施例において、オートフォーカスの一部である焦点ずれ量（デフォーカス量）の検出手順を示すフローチャートである。図１４に示される各手順は、実施例１と同様に、ＣＰＵ１２１の指示により実行される。なお、図１４はオートフォーカスのサブルーチンを示しており、そのメインフローは一般的なカメラの場合と同一であるため省略する。
【０１１５】
まず、操作スイッチ１３２によりオートフォーカス機能が選択された場合、ステップＳ１において撮像素子１０７の撮像画素及び焦点検出画素の読み出しが行われる。ステップＳ２では、前述の６種類の焦点検出画素群（α１、α２、α３、β１、β２、β３）を用いて、位相差方向に形成される６種類のパターン像を創生する。
【０１１６】
次に、ステップＳ３において、焦点検出手段は、光学基線長が長い３種の対の焦点検出画素群α１−β１、α２−β２、α３−β３の像（第１の一対の像信号）を相関演算により取得する。また、ステップＳ４において、焦点検出手段は、光学基線長が短い４種の対の焦点検出画素群α１−α２、α２−α３、β１−β２、β２−β３の像（第２の一対の像信号）を相関演算により取得する。次に、ステップＳ５、Ｓ６で、ステップＳ３、Ｓ４の相関演算結果の信頼性（相関量）を判定する。ステップＳ５では、光学基線長が長い３種の対の像に対し、閾値１で信頼性評価を行う。
【０１１７】
以上のステップＳ１乃至ステップＳ５は、実施例１と同様である。
【０１１８】
ステップＳ２６では、光学基線長が短い４種の一対の像に対し、ステップＳ５における閾値と同一の閾値１で信頼性評価を行う。光学基線長が短い一対の像ほど像の相関性は保たれる。このため、通常は、光学基線長が短い４種の一対の像が選択される。
【０１１９】
次にステップＳ７では、ステップＳ５、Ｓ６における閾値の判定結果に基づいて一方の焦点検出画素群を選択する。ステップＳ２８では、選択された焦点検出画素群の相関量を確認する。この相関量が所定の閾値以上である場合、光学基線長が長い焦点検出画素群よりも光学基線長が短い焦点検出画素群の相関量の方が、一般的に信頼性が高い。一方、この相関量が所定の閾値より小さい場合、焦点検出感度が高く光学基線長が長い焦点検出画素群からの相関量の方が、信頼性が高い。
【０１２０】
従って、選択手段は、所定の相関量を閾値として、いずれか一方の焦点検出画素群を選択する。より具体的には、選択手段は、デフォーカス量の大きい被写体に対して、光学基線長が短い焦点検出画素群の像を選択する（ステップＳ２９）。一方、選択手段は、ピント近傍では光学基線長の長い焦点検出画素群の像を選択する（ステップＳ３０）。
【０１２１】
その後のステップＳ８乃至ステップＳ１２は、実施例１と同様であるため、それらの説明は省略する。
【０１２２】
以上のように、本実施例によれば、光学基線長の長い焦点検出画素群及び光学基線長の短い焦点検出画素群のうち適切な一方から取得された像信号に基づいてデフォーカス量が算出される。より具体的には、デフォーカス量の大きい被写体に対しては光学基線長が短い一対の像信号が選択され、ピント近傍では光学基線長の長い一対の像信号が選択される。従って、本実施例の光学機器によれば、最大デフォーカス量の向上を図りつつ、ピント近傍での焦点検出精度の確保が可能となる。
【０１２３】
上述の各実施例では、撮像素子の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重心を偏心させることで瞳分割しているが、これに限定されるものではない。例えば、特許文献３で示される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しても、同様の効果を得ることが可能である。
【０１２４】
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１００ 撮影レンズ
１０１ 第１レンズ群
１０２ 絞り兼用シャッタ
１０３ 第２レンズ群
１０５ 第３レンズ群
１０６ 光学的ローパスフィルタ
１０７ 撮像素子
１１５ 照明手段
１２１ ＣＰＵ
１３１ 表示器
１３２ 操作スイッチ
１３３ フラッシュメモリ
２００ カメラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像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する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、
前記複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、
前記第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、該第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、
選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段と、を有することを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記複数の焦点検出画素は、第１、第２、及び、第３の焦点検出画素を有し、
前記焦点検出手段は、前記第１及び第２の焦点検出画素から前記第１の一対の像信号を取得し、前記第１及び第３の焦点検出画素から前記第２の一対の像信号を取得し、
前記第２の一対の像信号の光学基線長は、前記第１の一対の像信号の光学基線長より短く、
前記第１及び第３の焦点検出画素の間の距離は、前記第１及び第２の焦点検出画素の間の距離より大きいことを特徴とする請求項１記載の光学機器。
【請求項３】
前記第１、第２、及び、第３の焦点検出画素は、互いに受光感度の重心が偏位していることを特徴とする請求項１又は２記載の光学機器。
【請求項４】
前記第２及び第３の焦点検出画素は、前記第１の焦点検出画素に対して、前記受光感度の重心の偏位方向とは異なる方向に配置されていることを特徴とする請求項３記載の光学機器。
【請求項５】
前記選択手段は、互いに異なる基準で前記第１及び前記第２の一対の像信号の前記相関量の信頼性を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の光学機器。
【請求項６】
前記選択手段は、前記第２の一対の像信号の相関量が所定の閾値以上である場合に前記第２の一対の像信号を選択し、前記第２の一対の像信号の前記相関量が前記所定の閾値より小さい場合に前記第１の一対の像信号を選択することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の光学機器。
【請求項７】
撮像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する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子を備えた光学機器に用いられる信号処理装置であって、
前記複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、
前記第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、該第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、
選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段と、を有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項１】
撮像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する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子と、
前記複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、
前記第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、該第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、
選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段と、を有することを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記複数の焦点検出画素は、第１、第２、及び、第３の焦点検出画素を有し、
前記焦点検出手段は、前記第１及び第２の焦点検出画素から前記第１の一対の像信号を取得し、前記第１及び第３の焦点検出画素から前記第２の一対の像信号を取得し、
前記第２の一対の像信号の光学基線長は、前記第１の一対の像信号の光学基線長より短く、
前記第１及び第３の焦点検出画素の間の距離は、前記第１及び第２の焦点検出画素の間の距離より大きいことを特徴とする請求項１記載の光学機器。
【請求項３】
前記第１、第２、及び、第３の焦点検出画素は、互いに受光感度の重心が偏位していることを特徴とする請求項１又は２記載の光学機器。
【請求項４】
前記第２及び第３の焦点検出画素は、前記第１の焦点検出画素に対して、前記受光感度の重心の偏位方向とは異なる方向に配置されていることを特徴とする請求項３記載の光学機器。
【請求項５】
前記選択手段は、互いに異なる基準で前記第１及び前記第２の一対の像信号の前記相関量の信頼性を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の光学機器。
【請求項６】
前記選択手段は、前記第２の一対の像信号の相関量が所定の閾値以上である場合に前記第２の一対の像信号を選択し、前記第２の一対の像信号の前記相関量が前記所定の閾値より小さい場合に前記第１の一対の像信号を選択することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の光学機器。
【請求項７】
撮像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する複数の撮像画素、及び、該撮像光学系からの光束のうち２分割された光束により形成された２像を光電変換する複数の焦点検出画素を有する撮像素子を備えた光学機器に用いられる信号処理装置であって、
前記複数の焦点検出画素から互いに光学基線長の異なる第１及び第２の一対の像信号を取得する焦点検出手段と、
前記第１及び第２の一対の像信号のうち少なくとも一つの相関量に基づいて、該第１及び第２の一対の像信号のいずれか一つを選択する選択手段と、
選択された一対の像信号に基づいてデフォーカス量を算出する演算手段と、を有することを特徴とする信号処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２０４２６３（Ｐ２０１０−２０４２６３Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４７９４０（Ｐ２００９−４７９４０）
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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