撮像装置及び撮像素子
【課題】瞳位置が変化する場合でも、十分なフォーカス精度を維持する。
【解決手段】 撮像装置は、撮像素子と、射出瞳位置と上記複数の設計瞳位置との比較によって、焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、上記射出瞳位置と上記設計瞳位置とが異なる場合において、上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素からの像信号を、上記射出瞳位置の情報、上記設計瞳位置の情報及び上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素の情報に基づいて補正して補正像信号を得る補正部と、上記補正部によって補正された補正像信号を用いて焦点検出を行う焦点検出部と、を具備する。
【解決手段】 撮像装置は、撮像素子と、射出瞳位置と上記複数の設計瞳位置との比較によって、焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、上記射出瞳位置と上記設計瞳位置とが異なる場合において、上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素からの像信号を、上記射出瞳位置の情報、上記設計瞳位置の情報及び上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素の情報に基づいて補正して補正像信号を得る補正部と、上記補正部によって補正された補正像信号を用いて焦点検出を行う焦点検出部と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス機能を有する撮像装置及び撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラなどの撮影機能付き携帯機器（撮像装置）は、オートフォーカス機能を有するものが多い。この種の撮像装置には、画像構成のための撮像用画素（通常画素）以外に、焦点検出用の画素（以下、ＡＦ画素という）を内蔵した撮像素子を採用して、瞳分割位相差法によりオートフォーカスを行うものがある。この手法では、瞳を左右方向に分割し、左、右それぞれの瞳を透過した光束を別々に受光する撮像部を有するＡＦ画素を撮像素子に構成する必要がある。これらの各種ＡＦ画素による画像信号に対する演算（以下、ＡＦ演算又は相関演算という）によって、ピント合わせのためのＡＦ信号を生成してピント合わせを行うことにより、高速なオートフォーカスが可能である。
【０００３】
ところで、撮像素子においては、各画素にマイクロレンズを配置するものがある。撮像素子の画素位置に応じてマイクロレンズを偏心させることで、撮影レンズからの光を各画素の受光領域に適切に導く。例えば、特許文献１においては、マイクロレンズを画素位置に応じて偏心させ、かつ射出瞳の中心とマイクロレンズの面頂とを結ぶ直線上に受光領域を設定する技術が開示されている。これにより、左右の瞳を透過した光束を、左右の別々のＡＦ画素に確実に入射させることができ、ＡＦ精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００９−２９０１５７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、特許文献１の提案では、各画素位置におけるマイクロレンズと受光領域との関係は、１つの射出瞳位置に対してのみ最適化された構成になっている。このため、最適化された瞳位置からずれた瞳位置での撮影が行われた場合には、左右の瞳を透過した光束が左右のＡＦ画素に均等に入射せず、ＡＦ精度が劣化する。例えば、瞳位置が異なる交換レンズを用いた場合、或いは瞳位置が移動するズームレンズを用いた場合には、ＡＦ精度が劣化するという問題があった。
【０００６】
本発明は、瞳位置が変化する場合でも、十分なフォーカス精度を維持することができる撮像装置及び撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る撮像素子は、撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有する複数の画素がマトリクス状に配列された撮像素子であって、上記画素は、撮影レンズからの光が入射する受光領域と、上記撮影レンズからの光を上記受光領域に導くマイクロレンズとを具備し、上記焦点検出用の画素としては、想定される複数の設計瞳位置に対応して複数種類構成され、上記焦点検出用の画素の受光領域は、上記設計瞳位置と上記マイクロレンズとの位置関係に対応して領域の一端の位置が規定されるものであり、
本発明に係る撮像装置は、請求項１に記載の撮像素子と、射出瞳位置が上記複数の設計瞳位置のいずれに一致するかを判定し、判定結果に基づいて焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素を用いて、焦点検出を行う焦点検出部と、を具備したものであり、
また、本発明に係る撮像装置は、請求項１に記載の撮像素子と、射出瞳位置と上記複数の設計瞳位置との比較によって、焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、上記射出瞳位置と上記設計瞳位置とが異なる場合において、上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素からの像信号を、上記射出瞳位置の情報、上記設計瞳位置の情報及び上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素の情報に基づいて補正して補正像信号を得る補正部と、上記補正部によって補正された補正像信号を用いて焦点検出を行う焦点検出部と、を具備したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、瞳位置が変化する場合でも、十分なフォーカス精度を維持することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像装置を示すブロック図。
【図２】撮像素子を構成する各画素のうち撮影レンズの光軸近傍の画素の構成を示す説明図。
【図３】受光領域、マイクロレンズ及び射出瞳相互の位置関係を示す説明図。
【図４】図４は焦点距離と射出瞳の位置との関係を示す説明図。
【図５】射出瞳位置に応じた偏心量を説明するための説明図。
【図６】射出瞳位置に応じた偏心量を説明するための説明図。
【図７】射出瞳位置に応じた偏心量を説明するための説明図。
【図８】横軸に像高をとり縦軸に偏心量εをとって、像高及び射出瞳位置に応じた偏心量の変化を示すグラフ。
【図９】像信号の補正方法を説明するための説明図。
【図１０】像信号の補正方法を説明するための説明図。
【図１１】像信号の補正方法を説明するための説明図。
【図１２】図１中の受光部１４ａの画素配列の一例を示す説明図。
【図１３】本実施の形態におけるカメラ制御を説明するためのフローチャート。
【図１４】図１３中のＡＦ処理を具体的に示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施の形態に係る撮像装置を示すブロック図である。
【００１２】
先ず、図２乃至図１１を参照して、本実施の形態において採用する撮像素子及び像信号の補正方法について説明する。図２は撮像素子を構成する各画素のうち撮影レンズの光軸近傍の画素の構成を示す説明図である。
【００１３】
撮像装置の撮影レンズは、被写体から各光路を介して撮像装置に入射する光学像を撮像素子の受光面に結像させる。瞳分割位相差法においては、ＡＦ画素として２つの撮像部（例えば、Ｒ撮像部とＬ撮像部）を構成し、各光路を射出瞳において例えば右方向と左方向とに分割して、右方向からの光（右光）と左方向からの光（左光）とを、Ｒ撮像部とＬ撮像部とにそれぞれ入射させる。
【００１４】
ピントが合っている場合には、Ｒ，Ｌ撮像部には被写体の略同一点からの光が入射する。従って、水平方向に配置した複数のＲ撮像部によって得られる画像信号と複数のＬ撮像部によって得られる画像信号とは同一となる。ピントがずれると、被写体の略同一点からの光は、ピントのずれ量に応じてずれた位置のＲ撮像部とＬ撮像部とに入射する。従って、水平方向に配置した複数のＲ撮像部によって得られる画像信号と複数のＬ撮像部によって得られる画像信号とは位相がずれ、位相のずれ量はピントのずれ量に対応する。Ｒ，Ｌ撮像部によって得られる画像信号同士の位相差（相関）に基づいて、ピント調整用のレンズを駆動することで、オートフォーカスを実現することができる。
【００１５】
なお、読み出し回路をＡＦ画素と通常画素とで共通化するために、１画素にＲ，Ｌ撮像部の両方を構成することなく、Ｒ撮像部のみを有する画素（以下、Ｒ画素という）とＬ撮像部のみを有する画素（以下、Ｌ画素という）によってＡＦ画素を構成するようにしてもよい。更に、Ｌ画素を省略し、ＡＦ画素としてＲ画素のみを用いて、複数の撮像用画素（以下、Ｎ画素ともいう）によって得られる画像信号とＲ画素によって得られる画像信号との相関によって、ピントのずれ量を求めるようにしてもよい。
【００１６】
図２においては、画素５１，５２が夫々Ｒ画素、Ｌ画素である例を示している。画素５１，５２を含む各画素は、最上部から、順に、マイクロレンズ５３、カラーフィルタ５４、色画素の混色防止のための遮光膜５５、色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層５６、及び、光電変換領域（以下、受光領域という）が配置されている。画素５１はＲ画素であり、受光領域５７Ｒは、Ｒ撮像部を構成する。画素５２はＬ画素であり、受光領域５７Ｌは、Ｌ撮像部を構成する。
【００１７】
図２の破線は各マイクロレンズ５３の光軸を示している。Ｒ撮像部、Ｌ撮像部を構成する受光領域５７Ｒ，５７Ｌの一端の位置は、図２に示すように、マイクロレンズ５３の光軸に一致している。
【００１８】
画素５１，５２は撮影レンズの光軸近傍の画素であるので、画素５１，５２のマイクロレンズ５３の光軸は、図示しない撮影レンズの光軸と略平行であり、マイクロレンズ５３の光軸と撮影レンズの光軸とは略一致する。従って、受光領域５７Ｒには、射出瞳を通過する光束を左右に均等に分割したうちの右側の光束が入射し、受光領域５７Ｌには、射出瞳を通過する光束を左右に均等に分割したうちの左側の光束が入射する。即ち、受光領域５７Ｒ，５７Ｌには、射出瞳を通過する光束が左右に均等に分割されて入射される。
【００１９】
しかしながら、画素が撮影レンズの光軸近傍からずれた位置に配置されている場合には、主光線はマイクロレンズ５３の光軸とは平行にならない。この場合には、射出瞳を通過する光束をＬ撮像部又はＲ撮像部に均等に分割して入射させるためには、Ｌ，Ｒ撮像部を構成する受光領域の一端を、マイクロレンズ５３の面頂と射出瞳の中心とを通る軸上に位置させる必要がある。
【００２０】
図３は受光領域、マイクロレンズ及び射出瞳相互の位置関係を示す説明図である。また、図４は焦点距離と射出瞳の位置との関係を示す説明図である。
【００２１】
図３は撮影レンズの光軸近傍の画素以外の画素のうちの１つの画素を構成するマイクロレンズ６１及びＲ撮像部となる受光領域６２Ｒを示している。図３では、撮影レンズの位置の変化に対応した３つの位置における射出瞳６３Ｔ，６３Ｓ，６３Ｗ（以下、代表して射出瞳６３という）を示している。図４は被写体からの光束が撮影レンズによって像面を形成する状態を説明するものであり、図４（ａ）は撮影レンズがテレ側（被写体側）に位置する例を示し、図４（ｂ）は撮影レンズが基準位置に位置する例を示し、図４（ｃ）は撮影レンズがワイド側（像側）に位置する例を示している。図４に示すように、一般に、焦点距離が長いほど、像面から射出瞳位置までの距離は大きくなる。
【００２２】
図３に示すように、受光領域６２Ｒは、基準位置の射出瞳６３Ｓの中心とマイクロレンズ６１の面頂とを通る主光線６５が受光面と交わる位置において、受光領域６２Ｒの一端が位置するように構成されている。即ち、受光領域６２Ｒは、マイクロレンズ６１の光軸に対して、主光線６５の傾斜に応じた所定の偏心量だけ偏心している。この偏心量は画素位置に応じて変化し、像高が大きいほど大きくなる。
【００２３】
射出瞳６３Ｓを通過する被写体からの光束のうち、射出瞳６３Ｓの右側半分の光束６４Ｓが、Ｒ撮像部を構成する受光領域６２Ｒに入射する。即ち、Ｌ撮像部及びＲ撮像部を構成する各受光領域を、射出瞳６３Ｓの中心とマイクロレンズ６１の面頂とを通る主光線６５が受光面と交わる位置まで偏心させることによって、Ｌ撮像部及びＲ撮像部に、射出瞳を通過する光束を左右に均等に分割して入射させることができる。
【００２４】
しかしながら、図３に示すように、撮影レンズがワイド側（像側）に移動した場合の射出瞳６３Ｗについては、射出瞳６３Ｗを通過する光束の半分よりも大きい光束６４ＷがＲ撮像部を構成する受光領域６２Ｒに入射することになる。また、撮影レンズがテレ側（被写体側）に移動した場合の射出瞳６３Ｔについては、射出瞳６３Ｔを通過する光束の半分よりも小さい光束６４Ｔが受光領域６２Ｒに入射することになる。
【００２５】
つまり、射出瞳６３Ｓの中心を通る主光線６５に応じて受光領域６２Ｒの位置を決定した場合には、射出瞳６３Ｓの位置以外に射出瞳６３が位置する場合には、Ｌ撮像部及びＲ撮像部に入射する光束が均等でなくなる。そうすると、射出瞳６３が基準位置以外に位置する場合には、ＡＦ精度が著しく劣化してしまう。
【００２６】
そこで、本実施の形態においては、ＡＦ画素の受光領域の偏心量を、射出瞳位置に応じて設定する。即ち、基準の射出瞳位置における射出瞳の中心とマイクロレンズの面頂とを通る主光線の傾斜が略同一となる複数のＡＦ画素であっても、射出瞳位置によって変化する主光線の傾斜に応じた複数種類の偏心量を夫々設定する。
【００２７】
例えば、テレ側の位置、基準位置及びワイド側の位置の３つの射出瞳位置を想定した場合、射出瞳位置がテレ側に位置する場合の主光線の傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素、射出瞳位置が基準位置に位置する場合の主光線の傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素、射出瞳位置がワイド側に位置する場合の主光線の傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素の３種類の画素を撮像素子上に構成する。
【００２８】
図５乃至図７は射出瞳位置に応じた偏心量を説明するための説明図である。図５乃至図７に示す画素は、基準位置の射出瞳７３Ｓの中心と各マイクロレンズ７０Ｍ〜７３Ｍの面頂とを結ぶ主光線の傾斜が略同一の３つの画素、即ち、撮像素子上の水平方向の位置が略同一の３つの画素を示している。
【００２９】
図５は射出瞳位置がテレ側に位置する場合の主光線７５Ｔの傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素７０を示している。画素７０はマイクロレンズ７０Ｍ及びＲ撮像部を構成する受光領域７０ＲＴを有する。射出瞳７３Ｔの中心とマイクロレンズ７０Ｍの面頂とを結ぶ主光線７５Ｔが受光面と交わる位置において、受光領域７０ＲＴの端部が位置するように受光領域７０ＲＴが形成されている。マイクロレンズ７０Ｍの光軸と受光領域７０ＲＴの端部との間の偏心量はεｔである。
【００３０】
画素７０は、射出瞳位置が射出瞳７３Ｔの位置にある場合には、射出瞳７３Ｔを通過する光束の右側半分の光束７４Ｔが、受光領域７０ＲＴに入射する。即ち、画素７０は射出瞳位置がテレ側の射出瞳７３Ｔの位置にある場合に、十分なＡＦ精度を得ることができる画素である。
【００３１】
図６は射出瞳位置が基準位置に位置する場合の主光線７５Ｓの傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素７１を示している。画素７１はマイクロレンズ７１Ｍ及びＲ撮像部を構成する受光領域７１ＲＳを有する。射出瞳７３Ｓの中心とマイクロレンズ７１Ｍの面頂とを結ぶ主光線７５Ｓが受光面と交わる位置において、受光領域７１ＲＳの端部が位置するように受光領域７１ＲＳが形成されている。マイクロレンズ７１Ｍの光軸と受光領域７１ＲＳの端部との間の偏心量はεｓである。
【００３２】
画素７１は、射出瞳位置が射出瞳７３Ｓの位置にある場合には、射出瞳７３Ｓを通過する光束の右側半分の光束７４Ｓが、受光領域７１ＲＳに入射する。即ち、画素７１は射出瞳位置が基準位置の射出瞳７３Ｓの位置にある場合に、十分なＡＦ精度を得ることができる画素である。
【００３３】
図７は射出瞳位置がワイド側に位置する場合の主光線７５Ｗの傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素７２を示している。画素７２はマイクロレンズ７２Ｍ及びＲ撮像部を構成する受光領域７２ＲＷを有する。射出瞳７３Ｗの中心とマイクロレンズ７２Ｍの面頂とを結ぶ主光線７５Ｗが受光面と交わる位置において、受光領域７２ＲＷの端部が位置するように受光領域７２ＲＷが形成されている。マイクロレンズ７２Ｍの光軸と受光領域７２ＲＷの端部との間の偏心量はεｗである。
【００３４】
画素７２は、射出瞳位置が射出瞳７３Ｗの位置にある場合には、射出瞳７３Ｗを通過する光束の右側半分の光束７４Ｗが、受光領域７２ＲＷに入射する。即ち、画素７２は射出瞳位置がワイド側の射出瞳７３Ｗの位置にある場合に、十分なＡＦ精度を得ることができる画素である。
【００３５】
図８は横軸に像高をとり縦軸に偏心量εをとって、像高及び射出瞳位置に応じた偏心量の変化を示すグラフである。図８に示すように、像高が大きくなるほど偏心量は大きくなる。更に、本実施の形態においては、射出瞳位置に応じて偏心量は異なり、同一像高であっても、３種類の偏心量を有する画素が構成される。なお、図５乃至図８においては、射出瞳位置が３種類の例を説明したが、２種類又は４種類以上の射出瞳位置を想定して、各射出瞳位置毎に偏心量を変えた画素を構成してもよい。
【００３６】
ところで、射出瞳位置が複数種類に固定された撮影レンズを用いる場合には、各射出瞳位置に対応した偏心量で受光領域を構成した画素を形成することで、十分なＡＦ精度を得ることが可能である。しかし、射出瞳位置が固定されていない場合には、実際の射出瞳位置と偏心量を決定するために想定した射出瞳位置（以下、設計瞳位置という）とが相違することが考えられる。そこで、本実施の形態においては、実際の射出瞳位置と設計瞳位置とがずれた場合には、このずれ量に応じてＡＦ画素から得られる像信号を補正するようになっている。
【００３７】
図９乃至図１１はこのような像信号の補正方法を説明するための説明図である。上述したように、各ＡＦ画素のマイクロレンズの光軸とＬ又はＲ撮像部の端部までの距離（偏心量ε）は、像高が大きいほど大きくなる。図９乃至図１１においては、撮影レンズの光軸からの距離を像高ｈとして説明する。
【００３８】
図９は設計瞳位置に対して実際の射出瞳位置がワイド側にある場合の例を示している。マイクロレンズ８１及びＲ撮像部を構成する受光領域８２によって構成される画素は、撮影レンズの光軸からマイクロレンズ８１の光軸までの距離がｈである。受光領域８２の端部の位置は、設計瞳位置における射出瞳の中心とマイクロレンズ８１の面頂とを結ぶ主光線８５に基づいて設定されている。
【００３９】
これに対し、実際の撮影における射出瞳位置がワイド側にある場合には、図９に示すように、射出瞳位置における左側の光束８４Ｌに比べて右側の光束８４Ｒはサイズが大きい。この場合には、受光領域８２には、光束が左右に均等に分割されずに、大きい光束８４Ｒが入射するので、受光領域８２によって得られる像信号をそのまま用いて相関演算を行うと、ＡＦ精度が低下してしまう。
【００４０】
そこで、左右非対称に分割された射出瞳の面積差に起因するＬ，Ｒ撮像部の受光量を補正するために、射出瞳位置ＥＰＺtemp及び瞳径ＥＸＰを用いた演算を行う。図９から明らかなように、実際の射出瞳位置の中心から左右の瞳分割位置までの距離ｄ1-tempは、設計瞳位置をＥＰＺAF1として、下記（１）式にて与えられる。
【００４１】
ｄ1-temp＝ｈ・（ＥＰＺAF1−ＥＰＺtemp）／ＥＰＺAF1 …（１）
左右の瞳分割比率ＥＸＰtemp1-l：ＥＸＰtemp1-rは、
ＥＸＰtemp1-l：ＥＸＰtemp1-r＝（ＥＸＰ／２）＋ｄ1-temp ： （ＥＸＰ／２）−ｄ1-temp
…（２）
となる。
【００４２】
上記（２）式の瞳分割比率を用いて、左右の瞳分割の不均一性を補正することができる。下記（３）式は、補正前の像信号をRawAFsignalとし、補正後の像信号をCorAFsignalとして、補正後の像信号を求める関数を示している。
CorAFsignal＝RwaAFsignal・g（ＥＸＰ，ＥＸＰtemp1-l，ＥＸＰtemp1-r） …（３）
例えば、具体的には、Ｒ撮像部から得た像信号の補正後の値CorAFsignalrとＬ撮像部から得た像信号の補正後の値CorAFsignallとは、下記（４）式によって求められる。
CorAFsignalr＝RwaAFsignalr・（ＥＸＰtemp1-l／ＥＸＰ）
CorAFsignall＝RwaAFsignall・（ＥＸＰtemp1-r／ＥＸＰ） …（４）
この（４）式によって実際の射出瞳位置と設計瞳位置とのずれに伴う左右の瞳分割の不均一性を補正することができ、補正後の像信号を用いた相関演算によって、十分な精度のフォーカスを実現することができる。
【００４３】
図１０は設計瞳位置に対して実際の射出瞳位置がテレ側にある場合の例を示している。マイクロレンズ８６及びＲ撮像部を構成する受光領域８７によって構成される画素は、撮影レンズの光軸からマイクロレンズ８６の光軸までの距離がｈである。受光領域８７の端部の位置は、設計瞳位置における射出瞳の中心とマイクロレンズ８６の面頂とを結ぶ主光線８９に基づいて設定されている。
【００４４】
これに対し、実際の撮影における射出瞳位置がテレ側にある場合には、図１０に示すように、射出瞳位置における左側の光束８４Ｌに比べて右側の光束８４Ｒはサイズが小さい。この場合には、受光領域８７には、光束が左右に均等に分割されずに、小さい光束８４Ｒが入射するので、受光領域８７によって得られる像信号をそのまま用いて相関演算を行うと、ＡＦ精度が低下してしまう。
【００４５】
そこで、左右非対称に分割された射出瞳の面積差に起因するＬ，Ｒ撮像部の受光量を補正するために、射出瞳位置ＥＰＺtemp及び瞳径ＥＸＰを用いた演算を行う。図１０から明らかなように、実際の射出瞳位置の中心から左右の瞳分割位置までの距離ｄ2-tempは、設計瞳位置をＥＰＺAF2として、下記（５）式にて与えられる。
【００４６】
ｄ2-temp＝ｈ・（ＥＰＺtemp−ＥＰＺAF2）／ＥＰＺAF2 …（５）
左右の瞳分割比率ＥＸＰtemp2-l：ＥＸＰtemp2-rは、
ＥＸＰtemp2-l：ＥＸＰtemp2-r＝（ＥＸＰ／２）＋ｄ2-temp ： （ＥＸＰ／２）−ｄ2-temp …（６）
となる。
【００４７】
下記（７）式は、上記（６）式の瞳分割比率を用いて補正後の像信号を求める関数を示している。
CorAFsignal＝RwaAFsignal・g（ＥＸＰ，ＥＸＰtemp2-l，ＥＸＰtemp2-r） …（７）
例えば、具体的には、Ｒ撮像部から得た像信号の補正後の値CorAFsignalrとＬ撮像部から得た像信号の補正後の値CorAFsignallとは、下記（８）式によって求められる。
CorAFsignalr＝RwaAFsignalr・（ＥＸＰtemp2-l／ＥＸＰ）
CorAFsignall＝RwaAFsignall・（ＥＸＰtemp2-r／ＥＸＰ） …（８）
この（８）式によって実際の射出瞳位置と設計瞳位置とのずれに伴う左右の瞳分割の不均一性を補正することができ、補正後の像信号を用いた相関演算によって、十分な精度のフォーカスを実現することができる。
【００４８】
なお、上記各式は、実際の射出瞳位置における瞳分割による左右の光束の直径の比を用いて、像信号を補正する演算を示しているが、瞳分割による左右の光束の面積の比に基づいて、像信号を補正するようにしてもよい。この場合には、ＡＦ精度を一層向上させることができるという利点がある。
【００４９】
このように設計瞳位置に対応して設定された１つのＡＦ画素から得られる像信号を上記（４）式又は（８）式によって補正することで、実際の射出瞳位置において均等に左右の瞳分割が行われた場合と同様の像信号を得ることができる。更に、隣接する複数の設計瞳位置に夫々対応して設定された複数のＡＦ画素から得られる像信号を用いて、補正された１つの像信号を得るようにしてもよい。
【００５０】
図１１はこの場合の補正信号の生成方法を説明するためのものである。相互に比較的近傍に配置された図示しない２つのＡＦ画素のうち、一方の画素は、射出瞳９１の位置を設計瞳位置に想定して形成され、他方の画素は、射出瞳９２の位置を設計瞳位置に想定して形成されているものとする。いま、実際の射出瞳位置が射出瞳９３の位置であるものとする。
【００５１】
図１１の光束９４Ｌ，９４Ｒ，９５Ｌ，９５Ｒは、図面を見やすくするために、射出瞳９３の左右瞳分割による左右の光束を射出瞳９３の位置からずらして示している。設計瞳位置が射出瞳９１の位置であるＡＦ画素がＲ画素の場合にはその受光領域に光束９４Ｒが入射し、Ｌ画素の場合にはその受光領域に光束９４Ｌが入射する。また、設計瞳位置が射出瞳９２の位置であるＡＦ画素がＲ画素の場合にはその受光領域に光束９５Ｒが入射し、Ｌ画素の場合にはその受光領域に光束９５Ｌが入射する。
【００５２】
射出瞳９３の射出瞳位置、射出瞳９１，９２の設計瞳位置、及びこの設計瞳位置に対応した上記２つのＡＦ画素のマイクロレンズの光軸と撮影レンズの光軸との距離（ｈ）が分かれば、図９及び図１０並びに上記各式で説明したように、これらの２つのＡＦ画素から得られる像信号を上記（４）式及び（８）式によって補正することができる。
【００５３】
設計瞳位置が射出瞳９１の位置であるＡＦ画素からの像信号に対する上記（４）式の演算によって得られる補正像信号をCorAFsignal-1とし、設計瞳位置が射出瞳９２の位置であるＡＦ画素からの像信号に対する上記（８）式の演算によって得られる補正像信号をCorAFsignal-2とする。図１１の例では、これらの２つの補正像信号を設計瞳位置と実際の射出瞳位置との距離ａ，ｂに基づく重み付けを行って加算することにより、１つの補正像信号を得るようになっている。例えば、このような重み付け加算による補正像信号CorAFsignalAVEは、下記（９）式によって得られる。
CorsingalAVE＝｛ｗa(a,b)・CorAFsignal-1＋ｗb(a,b)・CorAFsignal-2｝／｛ｗa(a,b)＋ｗb(a,b)｝ …（９）
但し、ｗa(a,b)，ｗb(a,b)は重み付け係数であり、例えば、ｗa(a,b)＝ｂ／（ａ＋ｂ），ｗb(a,b)＝ａ／（ａ＋ｂ）である。
【００５４】
例えば、実際の射出瞳位置が設計瞳位置の近傍にない場合等においては、実際の射出瞳位置近傍の２つの設計瞳位置に対応した２つのＡＦ画素の補正像信号を重み付け加算することによって、信頼性の高い像信号を得ることができる。これにより、実際の射出瞳位置が設計瞳位置から比較的大きくずれた場合でも、十分なＡＦ精度を確保することができる。
【００５５】
なお、上記説明では、ＡＦ画素としてＬ画素又はＲ画素を用いる例について説明した。しかし、撮像画像に横線が多い場合には、ピントがずれていてもＬ，Ｒ撮像部によって夫々得られる画像が一致することが考えられる。この場合には、射出瞳を例えば上下に分割して、上方向からの光と下方向からの光とを夫々受光するＵ撮像部とＤ撮像部とを構成すればよい。そして、複数のＵ撮像部によって得られる画像信号の位相と、複数のＤ撮像部によって得られる画像信号の位相とを比較することで、ピントのずれ量を検出して、ピント合わせが可能である。
【００５６】
この場合でも、図９乃至図１１に示す補正が可能であり、撮影レンズの光軸からの距離を像高ｈとすればよい。
【００５７】
（回路構成）
図１に示すように、撮像装置１の図示しない本体筐体内には本体回路部１０が設けられ、本体筐体に着脱自在に取り付けられる交換レンズ部２０には交換レンズ回路部２１が設けられている。本体回路部１０には、通信部１２が設けられており、交換レンズ回路部２１には通信部２３が設けられている。本体回路部１０の通信部１２は、交換レンズ回路部２１の通信部２３との間で、相互に情報を送受することができるようになっている。
【００５８】
交換レンズ２０は、撮影レンズ２６を有している。撮影レンズ２６は、駆動部２５に駆動されることで合焦を可能にするオートフォーカス機能を備えている。また、撮影レンズ２６は駆動部２５に駆動されてズーム機能を有する。なお、交換レンズ２０としては、単焦点の撮影レンズを有するものを採用してもよい。
【００５９】
交換レンズ２０のレンズ制御部２２は、本体回路部１０からの信号により又はユーザ操作に基づく操作部２４からの信号によって、駆動部２５を制御して、撮影レンズ２６を駆動し、撮影レンズ２６における絞り、ピント、ズーム等を制御することができるようになっている。
【００６０】
レンズ制御部２２の通信部２３は、所定の伝送路を介して本体回路部１０の通信部１２との間で情報の送受を行う。レンズ制御部２２は、本体回路部１０の通信部１２との間の通信が確立すると、レンズメモリ２７に格納されているレンズに関する情報を通信部２３によって本体回路部１０に送信させることができる。
【００６１】
本実施の形態においては、レンズメモリ２７には、レンズに関する情報として、例えば、絞り位置、絞り径、射出瞳位置、射出瞳径、フォーカスレンズ位置、像高及び方向に応じたケラレ等に関する情報を記憶するようになっている。これにより、本体回路部１０は、交換レンズ２０のズーム倍率、焦点距離、明るさナンバー等を認識することができると共に、ＡＦ画素の像信号の補正を行うために必要な情報を取得することができるようになっている。
【００６２】
本体回路部１０は、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子によって構成された撮像部１４を有している。撮像部１４は、交換レンズ２０からの被写体の光を受光する受光部１４ａを有する。交換レンズ２０からの被写体の光学像は、受光部１４ａに結像するようになっている。
【００６３】
図１２は図１中の受光部１４ａの画素配列の一例を示す説明図である。本実施の形態においては、画素配列としてベイヤー配列を採用する例について説明する。図１２は１つの枠によって１画素を示しており、枠内の粗なハッチングは赤色のフィルタが配置された赤色の画素を示し、密なハッチングは青色のフィルタが配置された青色の画素を示し、無地は緑色のフィルタが配置された緑色の画素を示している。また、枠内の文字は、ＡＦ画素であることを示し、文字Ｗは設計瞳位置がワイド側に設定されている画素を示し、文字Ｓは設計瞳位置が基準位置側に設定されている画素を示し、文字Ｔは設計瞳位置がテレ側に設定されている画素を示している。
【００６４】
また、ＡＦ画素を示す文字の添え字にＬが含まれる画素はＬ画素を示し、ＡＦ画素を示す文字の添え字にＲが含まれる画素はＲ画素を示している。また、ＡＦ画素を示す文字の添え字に含まれる数字は、各ＡＦ画素のマイクロレンズの光軸と撮影レンズの光軸との水平方向の距離ｈに対応しており、同一の数字は同一距離ｈであることを示している。
【００６５】
また、図１１の補正方法を採用する場合には、複数種類の設計瞳位置のうち相互に近接した設計瞳位置に対応する２つの画素同士は近接した位置に配置されている方が、補正精度は高いと考えられる。この理由から、設定する複数の設計瞳位置に対応してＡＦ画素を配置した方がよい。例えば、ワイド側、基準位置及びテレ側の３種類の設計瞳位置を設定する場合には、これらの設計瞳位置に対応するＡＦ画素をワイド側、基準位置及びテレ側の順又はテレ側、基準位置、ワイド側の順に配列する。
【００６６】
図１２に示す受光部１４ａは、ＡＦ画素として、３つの設計瞳位置に設定された３種類の画素を有している。即ち、設計瞳位置がワイド側に設定されたＡＦ画素Ｗ1L，Ｗ2L，…，Ｗ1R，Ｗ2R，…、設計瞳位置が基準位置に設定されたＡＦ画素Ｓ1L，Ｓ2L，…，Ｓ1R，Ｓ2R，…、及び設計瞳位置がテレ側に設定されたＡＦ画素Ｔ1L，Ｔ2L，…，Ｔ1R，Ｔ2R，…の３種類である。
【００６７】
撮像部１４は、信号処理及び制御部１１によって駆動制御される。撮像部１４の受光部１４ａは、被写体からの光学像を光電変換して、像信号を出力する。信号処理及び制御部１１には信号抽出部１１ａが設けられており、信号抽出部１１ａは、撮像部１４からの像信号を取り込む。信号抽出部１１ａは取り込んだ像信号を画像処理部１１ｂに出力すると共に、ＡＦ画素の像信号については補正部１１ｃに出力するようになっている。
【００６８】
補正部１１ｃには、瞳位置判定部１１ｄの判定結果が与えられる。補正部１１ｃは、ＡＦ画素に設定された設計瞳位置と実際の射出瞳位置との相違により、左右の瞳分割が不均衡となり、Ｌ，Ｒ撮像部の入射光束のサイズが相互に異なることに起因した、像信号の誤差を補正する。補正部１１ｃは像信号の補正処理のために瞳位置判定部１１ｄの判定結果を用いる。
【００６９】
瞳位置判定部１１ｄには、通信部１２を介してレンズに関する情報が与えられると共に、本体メモリ１９からＡＦ画素の情報を取得する。本体メモリ１９には、各ＡＦ画素に関する情報、例えば、各ＡＦ画素のマイクロレンズの光軸と撮影レンズ光軸との距離ｈの情報が記憶されている。
【００７０】
瞳位置判定部１１ｄは、レンズメモリ２７から実際の射出瞳位置に関する情報を取得し、本体メモリ１９から各ＡＦ画素に設定された設計瞳位置に関する情報情報を取得して、ＡＦ演算に用いるＡＦ画素及び像信号の補正方法を決定する。即ち、瞳位置判定部１１ｄは、実際の射出瞳位置に一致した設計瞳位置が存在する場合には、その設計瞳位置に対応するＡＦ画素をそのまま用いてＡＦ演算させる判定結果を出力する。また、瞳位置判定部１１ｄは、実際の射出瞳位置と設計瞳位置とが一致しない場合には、射出瞳位置に近接した設計瞳位置に対応するＡＦ画素を選択するための判定結果を出力すると共に、上述した図９乃至図１１のいずれの補正方法を採用するかを判定し、判定結果を補正部１１ｃに出力する。
【００７１】
補正部１１ｃは、通信部１２を介してレンズメモリ２７から実際の射出瞳位置及び射出瞳径に関する情報を取得し、本体メモリ１９から各ＡＦ画素の距離ｈ及び設計瞳位置に関する情報を取得し、瞳位置判定部１１ｄの判定結果に従って、像信号を補正することなくＡＦ信号算出部１１ｅに出力するか、又は、図９乃至図１１のいずれかの補正方法を採用してＡＦ画素の像信号を補正し、補正像信号をＡＦ信号算出部１１ｅに出力する。
【００７２】
ＡＦ信号算出部１１ｅは、ＡＦ画素の補正像信号が与えられ、補正像信号の相関を求めて、瞳分割位相差法によるＡＦ信号を算出する。信号処理及び制御部１１は、ＡＦ信号算出部１１ｅによって算出されたＡＦ信号を通信部１２，２３を介して駆動部２５に供給することで、ピント合わせを行うようになっている。
【００７３】
信号処理及び制御部１１の画像処理部１１ｂは、信号抽出部１１ａからの像信号に対して、所定の信号処理、例えば、色信号生成処理、マトリックス変換処理、その他各種のデジタル処理を行う。信号処理及び制御部１１は、画像信号及び音声信号等の記録に際して、符号化処理を施して圧縮した画像情報及び音声情報等を出力することもできるようになっている。
【００７４】
また、本体回路部１０には、時計部１５、操作判定部１６も配設されている。時計部１５は信号処理及び制御部１１が用いる時間情報を発生する。操作判定部１６は、撮像装置１に設けられた撮像開始終了ボタンや撮影モード設定等の図示しない各種スイッチに対するユーザ操作に基づく操作信号を発生して、信号処理及び制御部１１に出力するようになっている。信号処理及び制御部１１は、操作信号に基づいて、各部を制御する。
【００７５】
また、本体回路部１０には、記録再生部１７及び表示部１８が設けられている。記録再生部１７は、信号処理及び制御部１１からの画像情報及び音声情報を図示しない記録媒体に記録することができるようになっている。なお、記録再生部１７としては例えばカードインターフェースを採用することができ、記録再生部１７はメモリカード等に画像情報及び音声情報等を記録可能である。また、記録再生部１７は、記録媒体に記録された画像情報及び音声情報を読み出して信号処理及び制御部１１に供給することができる。信号処理及び制御部１１は、記録再生部１７からの画像情報及び音声情報を復号化して、画像信号及び音声信号を得ることができるようになっている。
【００７６】
表示部１８は、撮像部１４からの撮像画像や記録再生部１７からの再生画像が信号処理及び制御部１１から供給されて、これらの画像表示を行うことができる。また、表示部１８は信号処理及び制御部１１に制御されて、撮影機器１の操作を行うためのメニュー表示等を表示することもできるようになっている。
【００７７】
信号処理及び制御部１１は、生成した映像信号を記録再生部１７に与えて記録させる場合には、ユーザ操作に基づいて記録した映像信号のファイル化を行うようになっている。なお、ファイル化によって、記録再生部１７に記録されてファイル化された映像信号（以下、映像ファイルという）に対してユーザ操作に基づく各種処理、例えば再生処理が可能となる。
【００７８】
次に、このように構成された実施の形態の作用について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は本実施の形態におけるカメラ制御を説明するためのフローチャートであり、図１４は図１３中のＡＦ処理を具体的に示すフローチャートである。
【００７９】
撮像装置１に電源が投入されると、信号処理及び制御部１１は、図１３のステップＳ２１において、撮影モードが指示されたか否かを判定する。撮影モードが指示されていない場合には、信号処理及び制御部１１は、ステップＳ２２において、再生モードが指示されたか否かを判定する。再生モードが指示されると、信号処理及び制御部１１は、ステップＳ２３において、サムネイルの一覧表示を行う。サムネイル一覧を参照したユーザによる画像の選択が行われると、ステップＳ２４からステップＳ２５に処理を移行して、信号処理及び制御部１１は選択画像の再生を行う。ファイル選択が行われない場合には、ステップＳ２６において再生モードの終了を判定する。
【００８０】
一方、撮影モードが指示されると、信号処理及び制御部１１は、ステップＳ３１において、撮像部１４からの画像信号に基づいて、表示部１８に撮像画像（スルー画）をライブビュー表示させる。なお、この場合には、信号処理及び制御部１１は、撮像部１４からの撮像画像を、表示部１８の表示画素数に応じて間引き処理した後、表示部１８に与える。
【００８１】
次のステップＳ３２においては、ＡＦ処理によって、ピント合わせが行われる。即ち、信号処理及び制御部１１は、図１４のステップＳ５１において、通信部１２，２３を介してレンズメモリ２７に記憶されているレンズ情報を取得する。また、信号処理及び制御部１１は、ステップＳ５２において、本体メモリ１９に記憶されているＡＦ画素に関する情報を取得する。
【００８２】
次に、信号処理及び制御部１１の瞳位置判定部１１ｄは、ステップＳ５３において、実際の射出瞳位置が設計瞳位置に一致しているか否かを判定し、判定結果を補正部１１ｃに出力する。瞳位置判定部１１ｄは、本体メモリ１９から各ＡＦ画素に設定された設計瞳位置の情報を取得しており、レンズ情報に含まれる実際の射出瞳位置の情報を用いて、射出瞳位置と設計瞳位置との一致判定を行う。例えば、焦点距離が固定の単焦点レンズを採用している場合等、射出瞳位置が設計瞳位置に一致することがある。
【００８３】
この場合には、補正部１１ｃは、実際の射出瞳位置に一致した設計瞳位置に対応するＡＦ画素の像信号を読み出して、そのままＡＦ信号算出部１１ｅに出力する（ステップＳ５４）。ＡＦ信号算出部１１ｅは、読出された像信号を用いた相関演算によってＡＦ信号を生成する。このＡＦ信号は、通信部１２，２３を介して駆動部２５に供給されて、ピント合わせが行われる（ステップＳ６０）。
【００８４】
瞳位置判定部１１ｄは、実際の射出瞳位置が設計瞳位置に一致しない場合には、処理をステップＳ５５に移行して、射出瞳位置と設計瞳位置との差が所定の閾値以内であるか否かを判定し判定結果を補正部１１ｃに出力する。射出瞳位置と設計瞳位置との差が所定の閾値以内である場合には、補正部１１ｃは、図９又は図１０に示す補正方法を採用して像信号を補正する（ステップＳ５６）。即ち、補正部１１ｃは、射出瞳に関する情報、設計瞳位置に関する情報及びＡＦ画素の距離ｈに関する情報を用いて、例えば上記（４）式又は（８）式の演算によって、像信号を補正する。次いで、ステップＳ６０においてＡＦ信号が生成され、ピント合わせが行われる。
【００８５】
補正部１１ｃは、瞳位置判定部１１ｄによって、射出瞳位置と設計瞳位置との差が所定の閾値を超えたことを示す判定結果が与えられた場合には、図１１に示す補正方法を採用して像信号を補正する。即ち、補正部１１ｃは、先ず、実際の射出瞳位置に近い複数の設計瞳位置に夫々対応する複数の画素の像信号を読み出す（ステップＳ５７）。次に、補正部１１ｃは、各像信号に対して、上記（４）式又は（８）式の演算によって補正を行う（ステップＳ５８）。次に、補正部１１ｃは、補正像信号に、射出瞳位置と設計瞳位置との距離に基づく重みを付して加算し平均を求める。こうして、複数のＡＦ画素から１つの像信号を生成する。次いで、ステップＳ６０においてＡＦ信号を生成して、ピント合わせを行う。
【００８６】
ステップＳ６１，６２によって、合焦となるまでフォーカス制御が続けられる。
【００８７】
次に、図１３のステップＳ３３において、シャッターレリーズ操作により撮影が指示されると、信号処理及び制御部１１は、撮像部１４からの像信号に対して所定の信号処理を施して記録用の画像を生成する。信号処理及び制御部１１は、生成した撮像画像を図示しないメモリに記録する（ステップＳ３４）。信号処理及び制御部１１は、記録された撮像画像中のＡＦ画素については、当該ＡＦ画素の周囲の画素を用いた補正処理によって、このＡＦ画素を撮像用画素で構成した場合の像信号を求めて、ＡＦ画素位置の像信号とする（ステップＳ３６）。
【００８８】
信号処理及び制御部１１は、ＡＦ画素の像信号が補正された撮像画像を記録再生部１７に与えてファイル化する（ステップＳ３６）。また、信号処理及び制御部１１は、記録した撮像画像を表示部１８に与えて、レックビュー表示を行う（ステップＳ３７）。
【００８９】
信号処理及び制御部１１は、ステップＳ４１において、電源オフ操作が行われた否かを判定する。電源オフ操作が行われていない場合には、信号処理及び制御部１１は、撮影・再生モードの変更操作を受付けた後（ステップＳ４２）、処理をステップＳ２１に戻す。電源オフ操作が行われた場合には、信号処理及び制御部１１は電源をオフにする（ステップＳ４３）。
【００９０】
なお、図１４のＡＦ処理においては、射出瞳位置と設計瞳位置とが一致した場合には、一致した設計瞳位置に対応するＡＦ画素のみを用いて相関演算を行う例について説明したが、一致していない設計瞳位置に対応するＡＦ画素についても図９乃至図１１の補正方法によって補正して相関演算に用いるようにしてもよい。また、射出瞳位置と設計瞳位置との差が所定の閾値内であるか否かに拘わらず、図９又は図１０に示す補正方法或いは図１１に示す補正方法を採用してもよい。
【００９１】
このように本実施の形態においては、撮像素子は、複数の設計瞳位置に対応して夫々受光領域が設定された複数種類のＡＦ画素が形成される。これにより、射出瞳位置が変化する場合でも、左右の瞳分割を均等に行うことが可能となり、ＡＦ精度が劣化することを防止することができる。また、射出瞳位置に比較的近い位置の設計瞳位置に対応するＡＦ画素の像信号を用いて補正を行うことにより、ＡＦ信号の補正精度を向上させることができ、十分なＡＦ精度を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９２】
１０…本体回路部、１１…信号処理及び制御部、１１ａ…信号抽出部、１１ｃ…補正部、１１ｄ…瞳位置判定部、１１ｅ…ＡＦ信号算出部、１２，２３…通信部、１４…撮像部、１４ａ…受光部、１７…記録再生部、１８…表示部、１９…本体メモリ、２７…レンズメモリ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス機能を有する撮像装置及び撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラなどの撮影機能付き携帯機器（撮像装置）は、オートフォーカス機能を有するものが多い。この種の撮像装置には、画像構成のための撮像用画素（通常画素）以外に、焦点検出用の画素（以下、ＡＦ画素という）を内蔵した撮像素子を採用して、瞳分割位相差法によりオートフォーカスを行うものがある。この手法では、瞳を左右方向に分割し、左、右それぞれの瞳を透過した光束を別々に受光する撮像部を有するＡＦ画素を撮像素子に構成する必要がある。これらの各種ＡＦ画素による画像信号に対する演算（以下、ＡＦ演算又は相関演算という）によって、ピント合わせのためのＡＦ信号を生成してピント合わせを行うことにより、高速なオートフォーカスが可能である。
【０００３】
ところで、撮像素子においては、各画素にマイクロレンズを配置するものがある。撮像素子の画素位置に応じてマイクロレンズを偏心させることで、撮影レンズからの光を各画素の受光領域に適切に導く。例えば、特許文献１においては、マイクロレンズを画素位置に応じて偏心させ、かつ射出瞳の中心とマイクロレンズの面頂とを結ぶ直線上に受光領域を設定する技術が開示されている。これにより、左右の瞳を透過した光束を、左右の別々のＡＦ画素に確実に入射させることができ、ＡＦ精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００９−２９０１５７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、特許文献１の提案では、各画素位置におけるマイクロレンズと受光領域との関係は、１つの射出瞳位置に対してのみ最適化された構成になっている。このため、最適化された瞳位置からずれた瞳位置での撮影が行われた場合には、左右の瞳を透過した光束が左右のＡＦ画素に均等に入射せず、ＡＦ精度が劣化する。例えば、瞳位置が異なる交換レンズを用いた場合、或いは瞳位置が移動するズームレンズを用いた場合には、ＡＦ精度が劣化するという問題があった。
【０００６】
本発明は、瞳位置が変化する場合でも、十分なフォーカス精度を維持することができる撮像装置及び撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る撮像素子は、撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有する複数の画素がマトリクス状に配列された撮像素子であって、上記画素は、撮影レンズからの光が入射する受光領域と、上記撮影レンズからの光を上記受光領域に導くマイクロレンズとを具備し、上記焦点検出用の画素としては、想定される複数の設計瞳位置に対応して複数種類構成され、上記焦点検出用の画素の受光領域は、上記設計瞳位置と上記マイクロレンズとの位置関係に対応して領域の一端の位置が規定されるものであり、
本発明に係る撮像装置は、請求項１に記載の撮像素子と、射出瞳位置が上記複数の設計瞳位置のいずれに一致するかを判定し、判定結果に基づいて焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素を用いて、焦点検出を行う焦点検出部と、を具備したものであり、
また、本発明に係る撮像装置は、請求項１に記載の撮像素子と、射出瞳位置と上記複数の設計瞳位置との比較によって、焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、上記射出瞳位置と上記設計瞳位置とが異なる場合において、上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素からの像信号を、上記射出瞳位置の情報、上記設計瞳位置の情報及び上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素の情報に基づいて補正して補正像信号を得る補正部と、上記補正部によって補正された補正像信号を用いて焦点検出を行う焦点検出部と、を具備したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、瞳位置が変化する場合でも、十分なフォーカス精度を維持することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像装置を示すブロック図。
【図２】撮像素子を構成する各画素のうち撮影レンズの光軸近傍の画素の構成を示す説明図。
【図３】受光領域、マイクロレンズ及び射出瞳相互の位置関係を示す説明図。
【図４】図４は焦点距離と射出瞳の位置との関係を示す説明図。
【図５】射出瞳位置に応じた偏心量を説明するための説明図。
【図６】射出瞳位置に応じた偏心量を説明するための説明図。
【図７】射出瞳位置に応じた偏心量を説明するための説明図。
【図８】横軸に像高をとり縦軸に偏心量εをとって、像高及び射出瞳位置に応じた偏心量の変化を示すグラフ。
【図９】像信号の補正方法を説明するための説明図。
【図１０】像信号の補正方法を説明するための説明図。
【図１１】像信号の補正方法を説明するための説明図。
【図１２】図１中の受光部１４ａの画素配列の一例を示す説明図。
【図１３】本実施の形態におけるカメラ制御を説明するためのフローチャート。
【図１４】図１３中のＡＦ処理を具体的に示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施の形態に係る撮像装置を示すブロック図である。
【００１２】
先ず、図２乃至図１１を参照して、本実施の形態において採用する撮像素子及び像信号の補正方法について説明する。図２は撮像素子を構成する各画素のうち撮影レンズの光軸近傍の画素の構成を示す説明図である。
【００１３】
撮像装置の撮影レンズは、被写体から各光路を介して撮像装置に入射する光学像を撮像素子の受光面に結像させる。瞳分割位相差法においては、ＡＦ画素として２つの撮像部（例えば、Ｒ撮像部とＬ撮像部）を構成し、各光路を射出瞳において例えば右方向と左方向とに分割して、右方向からの光（右光）と左方向からの光（左光）とを、Ｒ撮像部とＬ撮像部とにそれぞれ入射させる。
【００１４】
ピントが合っている場合には、Ｒ，Ｌ撮像部には被写体の略同一点からの光が入射する。従って、水平方向に配置した複数のＲ撮像部によって得られる画像信号と複数のＬ撮像部によって得られる画像信号とは同一となる。ピントがずれると、被写体の略同一点からの光は、ピントのずれ量に応じてずれた位置のＲ撮像部とＬ撮像部とに入射する。従って、水平方向に配置した複数のＲ撮像部によって得られる画像信号と複数のＬ撮像部によって得られる画像信号とは位相がずれ、位相のずれ量はピントのずれ量に対応する。Ｒ，Ｌ撮像部によって得られる画像信号同士の位相差（相関）に基づいて、ピント調整用のレンズを駆動することで、オートフォーカスを実現することができる。
【００１５】
なお、読み出し回路をＡＦ画素と通常画素とで共通化するために、１画素にＲ，Ｌ撮像部の両方を構成することなく、Ｒ撮像部のみを有する画素（以下、Ｒ画素という）とＬ撮像部のみを有する画素（以下、Ｌ画素という）によってＡＦ画素を構成するようにしてもよい。更に、Ｌ画素を省略し、ＡＦ画素としてＲ画素のみを用いて、複数の撮像用画素（以下、Ｎ画素ともいう）によって得られる画像信号とＲ画素によって得られる画像信号との相関によって、ピントのずれ量を求めるようにしてもよい。
【００１６】
図２においては、画素５１，５２が夫々Ｒ画素、Ｌ画素である例を示している。画素５１，５２を含む各画素は、最上部から、順に、マイクロレンズ５３、カラーフィルタ５４、色画素の混色防止のための遮光膜５５、色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層５６、及び、光電変換領域（以下、受光領域という）が配置されている。画素５１はＲ画素であり、受光領域５７Ｒは、Ｒ撮像部を構成する。画素５２はＬ画素であり、受光領域５７Ｌは、Ｌ撮像部を構成する。
【００１７】
図２の破線は各マイクロレンズ５３の光軸を示している。Ｒ撮像部、Ｌ撮像部を構成する受光領域５７Ｒ，５７Ｌの一端の位置は、図２に示すように、マイクロレンズ５３の光軸に一致している。
【００１８】
画素５１，５２は撮影レンズの光軸近傍の画素であるので、画素５１，５２のマイクロレンズ５３の光軸は、図示しない撮影レンズの光軸と略平行であり、マイクロレンズ５３の光軸と撮影レンズの光軸とは略一致する。従って、受光領域５７Ｒには、射出瞳を通過する光束を左右に均等に分割したうちの右側の光束が入射し、受光領域５７Ｌには、射出瞳を通過する光束を左右に均等に分割したうちの左側の光束が入射する。即ち、受光領域５７Ｒ，５７Ｌには、射出瞳を通過する光束が左右に均等に分割されて入射される。
【００１９】
しかしながら、画素が撮影レンズの光軸近傍からずれた位置に配置されている場合には、主光線はマイクロレンズ５３の光軸とは平行にならない。この場合には、射出瞳を通過する光束をＬ撮像部又はＲ撮像部に均等に分割して入射させるためには、Ｌ，Ｒ撮像部を構成する受光領域の一端を、マイクロレンズ５３の面頂と射出瞳の中心とを通る軸上に位置させる必要がある。
【００２０】
図３は受光領域、マイクロレンズ及び射出瞳相互の位置関係を示す説明図である。また、図４は焦点距離と射出瞳の位置との関係を示す説明図である。
【００２１】
図３は撮影レンズの光軸近傍の画素以外の画素のうちの１つの画素を構成するマイクロレンズ６１及びＲ撮像部となる受光領域６２Ｒを示している。図３では、撮影レンズの位置の変化に対応した３つの位置における射出瞳６３Ｔ，６３Ｓ，６３Ｗ（以下、代表して射出瞳６３という）を示している。図４は被写体からの光束が撮影レンズによって像面を形成する状態を説明するものであり、図４（ａ）は撮影レンズがテレ側（被写体側）に位置する例を示し、図４（ｂ）は撮影レンズが基準位置に位置する例を示し、図４（ｃ）は撮影レンズがワイド側（像側）に位置する例を示している。図４に示すように、一般に、焦点距離が長いほど、像面から射出瞳位置までの距離は大きくなる。
【００２２】
図３に示すように、受光領域６２Ｒは、基準位置の射出瞳６３Ｓの中心とマイクロレンズ６１の面頂とを通る主光線６５が受光面と交わる位置において、受光領域６２Ｒの一端が位置するように構成されている。即ち、受光領域６２Ｒは、マイクロレンズ６１の光軸に対して、主光線６５の傾斜に応じた所定の偏心量だけ偏心している。この偏心量は画素位置に応じて変化し、像高が大きいほど大きくなる。
【００２３】
射出瞳６３Ｓを通過する被写体からの光束のうち、射出瞳６３Ｓの右側半分の光束６４Ｓが、Ｒ撮像部を構成する受光領域６２Ｒに入射する。即ち、Ｌ撮像部及びＲ撮像部を構成する各受光領域を、射出瞳６３Ｓの中心とマイクロレンズ６１の面頂とを通る主光線６５が受光面と交わる位置まで偏心させることによって、Ｌ撮像部及びＲ撮像部に、射出瞳を通過する光束を左右に均等に分割して入射させることができる。
【００２４】
しかしながら、図３に示すように、撮影レンズがワイド側（像側）に移動した場合の射出瞳６３Ｗについては、射出瞳６３Ｗを通過する光束の半分よりも大きい光束６４ＷがＲ撮像部を構成する受光領域６２Ｒに入射することになる。また、撮影レンズがテレ側（被写体側）に移動した場合の射出瞳６３Ｔについては、射出瞳６３Ｔを通過する光束の半分よりも小さい光束６４Ｔが受光領域６２Ｒに入射することになる。
【００２５】
つまり、射出瞳６３Ｓの中心を通る主光線６５に応じて受光領域６２Ｒの位置を決定した場合には、射出瞳６３Ｓの位置以外に射出瞳６３が位置する場合には、Ｌ撮像部及びＲ撮像部に入射する光束が均等でなくなる。そうすると、射出瞳６３が基準位置以外に位置する場合には、ＡＦ精度が著しく劣化してしまう。
【００２６】
そこで、本実施の形態においては、ＡＦ画素の受光領域の偏心量を、射出瞳位置に応じて設定する。即ち、基準の射出瞳位置における射出瞳の中心とマイクロレンズの面頂とを通る主光線の傾斜が略同一となる複数のＡＦ画素であっても、射出瞳位置によって変化する主光線の傾斜に応じた複数種類の偏心量を夫々設定する。
【００２７】
例えば、テレ側の位置、基準位置及びワイド側の位置の３つの射出瞳位置を想定した場合、射出瞳位置がテレ側に位置する場合の主光線の傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素、射出瞳位置が基準位置に位置する場合の主光線の傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素、射出瞳位置がワイド側に位置する場合の主光線の傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素の３種類の画素を撮像素子上に構成する。
【００２８】
図５乃至図７は射出瞳位置に応じた偏心量を説明するための説明図である。図５乃至図７に示す画素は、基準位置の射出瞳７３Ｓの中心と各マイクロレンズ７０Ｍ〜７３Ｍの面頂とを結ぶ主光線の傾斜が略同一の３つの画素、即ち、撮像素子上の水平方向の位置が略同一の３つの画素を示している。
【００２９】
図５は射出瞳位置がテレ側に位置する場合の主光線７５Ｔの傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素７０を示している。画素７０はマイクロレンズ７０Ｍ及びＲ撮像部を構成する受光領域７０ＲＴを有する。射出瞳７３Ｔの中心とマイクロレンズ７０Ｍの面頂とを結ぶ主光線７５Ｔが受光面と交わる位置において、受光領域７０ＲＴの端部が位置するように受光領域７０ＲＴが形成されている。マイクロレンズ７０Ｍの光軸と受光領域７０ＲＴの端部との間の偏心量はεｔである。
【００３０】
画素７０は、射出瞳位置が射出瞳７３Ｔの位置にある場合には、射出瞳７３Ｔを通過する光束の右側半分の光束７４Ｔが、受光領域７０ＲＴに入射する。即ち、画素７０は射出瞳位置がテレ側の射出瞳７３Ｔの位置にある場合に、十分なＡＦ精度を得ることができる画素である。
【００３１】
図６は射出瞳位置が基準位置に位置する場合の主光線７５Ｓの傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素７１を示している。画素７１はマイクロレンズ７１Ｍ及びＲ撮像部を構成する受光領域７１ＲＳを有する。射出瞳７３Ｓの中心とマイクロレンズ７１Ｍの面頂とを結ぶ主光線７５Ｓが受光面と交わる位置において、受光領域７１ＲＳの端部が位置するように受光領域７１ＲＳが形成されている。マイクロレンズ７１Ｍの光軸と受光領域７１ＲＳの端部との間の偏心量はεｓである。
【００３２】
画素７１は、射出瞳位置が射出瞳７３Ｓの位置にある場合には、射出瞳７３Ｓを通過する光束の右側半分の光束７４Ｓが、受光領域７１ＲＳに入射する。即ち、画素７１は射出瞳位置が基準位置の射出瞳７３Ｓの位置にある場合に、十分なＡＦ精度を得ることができる画素である。
【００３３】
図７は射出瞳位置がワイド側に位置する場合の主光線７５Ｗの傾斜に応じた偏心量で受光領域を構成した画素７２を示している。画素７２はマイクロレンズ７２Ｍ及びＲ撮像部を構成する受光領域７２ＲＷを有する。射出瞳７３Ｗの中心とマイクロレンズ７２Ｍの面頂とを結ぶ主光線７５Ｗが受光面と交わる位置において、受光領域７２ＲＷの端部が位置するように受光領域７２ＲＷが形成されている。マイクロレンズ７２Ｍの光軸と受光領域７２ＲＷの端部との間の偏心量はεｗである。
【００３４】
画素７２は、射出瞳位置が射出瞳７３Ｗの位置にある場合には、射出瞳７３Ｗを通過する光束の右側半分の光束７４Ｗが、受光領域７２ＲＷに入射する。即ち、画素７２は射出瞳位置がワイド側の射出瞳７３Ｗの位置にある場合に、十分なＡＦ精度を得ることができる画素である。
【００３５】
図８は横軸に像高をとり縦軸に偏心量εをとって、像高及び射出瞳位置に応じた偏心量の変化を示すグラフである。図８に示すように、像高が大きくなるほど偏心量は大きくなる。更に、本実施の形態においては、射出瞳位置に応じて偏心量は異なり、同一像高であっても、３種類の偏心量を有する画素が構成される。なお、図５乃至図８においては、射出瞳位置が３種類の例を説明したが、２種類又は４種類以上の射出瞳位置を想定して、各射出瞳位置毎に偏心量を変えた画素を構成してもよい。
【００３６】
ところで、射出瞳位置が複数種類に固定された撮影レンズを用いる場合には、各射出瞳位置に対応した偏心量で受光領域を構成した画素を形成することで、十分なＡＦ精度を得ることが可能である。しかし、射出瞳位置が固定されていない場合には、実際の射出瞳位置と偏心量を決定するために想定した射出瞳位置（以下、設計瞳位置という）とが相違することが考えられる。そこで、本実施の形態においては、実際の射出瞳位置と設計瞳位置とがずれた場合には、このずれ量に応じてＡＦ画素から得られる像信号を補正するようになっている。
【００３７】
図９乃至図１１はこのような像信号の補正方法を説明するための説明図である。上述したように、各ＡＦ画素のマイクロレンズの光軸とＬ又はＲ撮像部の端部までの距離（偏心量ε）は、像高が大きいほど大きくなる。図９乃至図１１においては、撮影レンズの光軸からの距離を像高ｈとして説明する。
【００３８】
図９は設計瞳位置に対して実際の射出瞳位置がワイド側にある場合の例を示している。マイクロレンズ８１及びＲ撮像部を構成する受光領域８２によって構成される画素は、撮影レンズの光軸からマイクロレンズ８１の光軸までの距離がｈである。受光領域８２の端部の位置は、設計瞳位置における射出瞳の中心とマイクロレンズ８１の面頂とを結ぶ主光線８５に基づいて設定されている。
【００３９】
これに対し、実際の撮影における射出瞳位置がワイド側にある場合には、図９に示すように、射出瞳位置における左側の光束８４Ｌに比べて右側の光束８４Ｒはサイズが大きい。この場合には、受光領域８２には、光束が左右に均等に分割されずに、大きい光束８４Ｒが入射するので、受光領域８２によって得られる像信号をそのまま用いて相関演算を行うと、ＡＦ精度が低下してしまう。
【００４０】
そこで、左右非対称に分割された射出瞳の面積差に起因するＬ，Ｒ撮像部の受光量を補正するために、射出瞳位置ＥＰＺtemp及び瞳径ＥＸＰを用いた演算を行う。図９から明らかなように、実際の射出瞳位置の中心から左右の瞳分割位置までの距離ｄ1-tempは、設計瞳位置をＥＰＺAF1として、下記（１）式にて与えられる。
【００４１】
ｄ1-temp＝ｈ・（ＥＰＺAF1−ＥＰＺtemp）／ＥＰＺAF1 …（１）
左右の瞳分割比率ＥＸＰtemp1-l：ＥＸＰtemp1-rは、
ＥＸＰtemp1-l：ＥＸＰtemp1-r＝（ＥＸＰ／２）＋ｄ1-temp ： （ＥＸＰ／２）−ｄ1-temp
…（２）
となる。
【００４２】
上記（２）式の瞳分割比率を用いて、左右の瞳分割の不均一性を補正することができる。下記（３）式は、補正前の像信号をRawAFsignalとし、補正後の像信号をCorAFsignalとして、補正後の像信号を求める関数を示している。
CorAFsignal＝RwaAFsignal・g（ＥＸＰ，ＥＸＰtemp1-l，ＥＸＰtemp1-r） …（３）
例えば、具体的には、Ｒ撮像部から得た像信号の補正後の値CorAFsignalrとＬ撮像部から得た像信号の補正後の値CorAFsignallとは、下記（４）式によって求められる。
CorAFsignalr＝RwaAFsignalr・（ＥＸＰtemp1-l／ＥＸＰ）
CorAFsignall＝RwaAFsignall・（ＥＸＰtemp1-r／ＥＸＰ） …（４）
この（４）式によって実際の射出瞳位置と設計瞳位置とのずれに伴う左右の瞳分割の不均一性を補正することができ、補正後の像信号を用いた相関演算によって、十分な精度のフォーカスを実現することができる。
【００４３】
図１０は設計瞳位置に対して実際の射出瞳位置がテレ側にある場合の例を示している。マイクロレンズ８６及びＲ撮像部を構成する受光領域８７によって構成される画素は、撮影レンズの光軸からマイクロレンズ８６の光軸までの距離がｈである。受光領域８７の端部の位置は、設計瞳位置における射出瞳の中心とマイクロレンズ８６の面頂とを結ぶ主光線８９に基づいて設定されている。
【００４４】
これに対し、実際の撮影における射出瞳位置がテレ側にある場合には、図１０に示すように、射出瞳位置における左側の光束８４Ｌに比べて右側の光束８４Ｒはサイズが小さい。この場合には、受光領域８７には、光束が左右に均等に分割されずに、小さい光束８４Ｒが入射するので、受光領域８７によって得られる像信号をそのまま用いて相関演算を行うと、ＡＦ精度が低下してしまう。
【００４５】
そこで、左右非対称に分割された射出瞳の面積差に起因するＬ，Ｒ撮像部の受光量を補正するために、射出瞳位置ＥＰＺtemp及び瞳径ＥＸＰを用いた演算を行う。図１０から明らかなように、実際の射出瞳位置の中心から左右の瞳分割位置までの距離ｄ2-tempは、設計瞳位置をＥＰＺAF2として、下記（５）式にて与えられる。
【００４６】
ｄ2-temp＝ｈ・（ＥＰＺtemp−ＥＰＺAF2）／ＥＰＺAF2 …（５）
左右の瞳分割比率ＥＸＰtemp2-l：ＥＸＰtemp2-rは、
ＥＸＰtemp2-l：ＥＸＰtemp2-r＝（ＥＸＰ／２）＋ｄ2-temp ： （ＥＸＰ／２）−ｄ2-temp …（６）
となる。
【００４７】
下記（７）式は、上記（６）式の瞳分割比率を用いて補正後の像信号を求める関数を示している。
CorAFsignal＝RwaAFsignal・g（ＥＸＰ，ＥＸＰtemp2-l，ＥＸＰtemp2-r） …（７）
例えば、具体的には、Ｒ撮像部から得た像信号の補正後の値CorAFsignalrとＬ撮像部から得た像信号の補正後の値CorAFsignallとは、下記（８）式によって求められる。
CorAFsignalr＝RwaAFsignalr・（ＥＸＰtemp2-l／ＥＸＰ）
CorAFsignall＝RwaAFsignall・（ＥＸＰtemp2-r／ＥＸＰ） …（８）
この（８）式によって実際の射出瞳位置と設計瞳位置とのずれに伴う左右の瞳分割の不均一性を補正することができ、補正後の像信号を用いた相関演算によって、十分な精度のフォーカスを実現することができる。
【００４８】
なお、上記各式は、実際の射出瞳位置における瞳分割による左右の光束の直径の比を用いて、像信号を補正する演算を示しているが、瞳分割による左右の光束の面積の比に基づいて、像信号を補正するようにしてもよい。この場合には、ＡＦ精度を一層向上させることができるという利点がある。
【００４９】
このように設計瞳位置に対応して設定された１つのＡＦ画素から得られる像信号を上記（４）式又は（８）式によって補正することで、実際の射出瞳位置において均等に左右の瞳分割が行われた場合と同様の像信号を得ることができる。更に、隣接する複数の設計瞳位置に夫々対応して設定された複数のＡＦ画素から得られる像信号を用いて、補正された１つの像信号を得るようにしてもよい。
【００５０】
図１１はこの場合の補正信号の生成方法を説明するためのものである。相互に比較的近傍に配置された図示しない２つのＡＦ画素のうち、一方の画素は、射出瞳９１の位置を設計瞳位置に想定して形成され、他方の画素は、射出瞳９２の位置を設計瞳位置に想定して形成されているものとする。いま、実際の射出瞳位置が射出瞳９３の位置であるものとする。
【００５１】
図１１の光束９４Ｌ，９４Ｒ，９５Ｌ，９５Ｒは、図面を見やすくするために、射出瞳９３の左右瞳分割による左右の光束を射出瞳９３の位置からずらして示している。設計瞳位置が射出瞳９１の位置であるＡＦ画素がＲ画素の場合にはその受光領域に光束９４Ｒが入射し、Ｌ画素の場合にはその受光領域に光束９４Ｌが入射する。また、設計瞳位置が射出瞳９２の位置であるＡＦ画素がＲ画素の場合にはその受光領域に光束９５Ｒが入射し、Ｌ画素の場合にはその受光領域に光束９５Ｌが入射する。
【００５２】
射出瞳９３の射出瞳位置、射出瞳９１，９２の設計瞳位置、及びこの設計瞳位置に対応した上記２つのＡＦ画素のマイクロレンズの光軸と撮影レンズの光軸との距離（ｈ）が分かれば、図９及び図１０並びに上記各式で説明したように、これらの２つのＡＦ画素から得られる像信号を上記（４）式及び（８）式によって補正することができる。
【００５３】
設計瞳位置が射出瞳９１の位置であるＡＦ画素からの像信号に対する上記（４）式の演算によって得られる補正像信号をCorAFsignal-1とし、設計瞳位置が射出瞳９２の位置であるＡＦ画素からの像信号に対する上記（８）式の演算によって得られる補正像信号をCorAFsignal-2とする。図１１の例では、これらの２つの補正像信号を設計瞳位置と実際の射出瞳位置との距離ａ，ｂに基づく重み付けを行って加算することにより、１つの補正像信号を得るようになっている。例えば、このような重み付け加算による補正像信号CorAFsignalAVEは、下記（９）式によって得られる。
CorsingalAVE＝｛ｗa(a,b)・CorAFsignal-1＋ｗb(a,b)・CorAFsignal-2｝／｛ｗa(a,b)＋ｗb(a,b)｝ …（９）
但し、ｗa(a,b)，ｗb(a,b)は重み付け係数であり、例えば、ｗa(a,b)＝ｂ／（ａ＋ｂ），ｗb(a,b)＝ａ／（ａ＋ｂ）である。
【００５４】
例えば、実際の射出瞳位置が設計瞳位置の近傍にない場合等においては、実際の射出瞳位置近傍の２つの設計瞳位置に対応した２つのＡＦ画素の補正像信号を重み付け加算することによって、信頼性の高い像信号を得ることができる。これにより、実際の射出瞳位置が設計瞳位置から比較的大きくずれた場合でも、十分なＡＦ精度を確保することができる。
【００５５】
なお、上記説明では、ＡＦ画素としてＬ画素又はＲ画素を用いる例について説明した。しかし、撮像画像に横線が多い場合には、ピントがずれていてもＬ，Ｒ撮像部によって夫々得られる画像が一致することが考えられる。この場合には、射出瞳を例えば上下に分割して、上方向からの光と下方向からの光とを夫々受光するＵ撮像部とＤ撮像部とを構成すればよい。そして、複数のＵ撮像部によって得られる画像信号の位相と、複数のＤ撮像部によって得られる画像信号の位相とを比較することで、ピントのずれ量を検出して、ピント合わせが可能である。
【００５６】
この場合でも、図９乃至図１１に示す補正が可能であり、撮影レンズの光軸からの距離を像高ｈとすればよい。
【００５７】
（回路構成）
図１に示すように、撮像装置１の図示しない本体筐体内には本体回路部１０が設けられ、本体筐体に着脱自在に取り付けられる交換レンズ部２０には交換レンズ回路部２１が設けられている。本体回路部１０には、通信部１２が設けられており、交換レンズ回路部２１には通信部２３が設けられている。本体回路部１０の通信部１２は、交換レンズ回路部２１の通信部２３との間で、相互に情報を送受することができるようになっている。
【００５８】
交換レンズ２０は、撮影レンズ２６を有している。撮影レンズ２６は、駆動部２５に駆動されることで合焦を可能にするオートフォーカス機能を備えている。また、撮影レンズ２６は駆動部２５に駆動されてズーム機能を有する。なお、交換レンズ２０としては、単焦点の撮影レンズを有するものを採用してもよい。
【００５９】
交換レンズ２０のレンズ制御部２２は、本体回路部１０からの信号により又はユーザ操作に基づく操作部２４からの信号によって、駆動部２５を制御して、撮影レンズ２６を駆動し、撮影レンズ２６における絞り、ピント、ズーム等を制御することができるようになっている。
【００６０】
レンズ制御部２２の通信部２３は、所定の伝送路を介して本体回路部１０の通信部１２との間で情報の送受を行う。レンズ制御部２２は、本体回路部１０の通信部１２との間の通信が確立すると、レンズメモリ２７に格納されているレンズに関する情報を通信部２３によって本体回路部１０に送信させることができる。
【００６１】
本実施の形態においては、レンズメモリ２７には、レンズに関する情報として、例えば、絞り位置、絞り径、射出瞳位置、射出瞳径、フォーカスレンズ位置、像高及び方向に応じたケラレ等に関する情報を記憶するようになっている。これにより、本体回路部１０は、交換レンズ２０のズーム倍率、焦点距離、明るさナンバー等を認識することができると共に、ＡＦ画素の像信号の補正を行うために必要な情報を取得することができるようになっている。
【００６２】
本体回路部１０は、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子によって構成された撮像部１４を有している。撮像部１４は、交換レンズ２０からの被写体の光を受光する受光部１４ａを有する。交換レンズ２０からの被写体の光学像は、受光部１４ａに結像するようになっている。
【００６３】
図１２は図１中の受光部１４ａの画素配列の一例を示す説明図である。本実施の形態においては、画素配列としてベイヤー配列を採用する例について説明する。図１２は１つの枠によって１画素を示しており、枠内の粗なハッチングは赤色のフィルタが配置された赤色の画素を示し、密なハッチングは青色のフィルタが配置された青色の画素を示し、無地は緑色のフィルタが配置された緑色の画素を示している。また、枠内の文字は、ＡＦ画素であることを示し、文字Ｗは設計瞳位置がワイド側に設定されている画素を示し、文字Ｓは設計瞳位置が基準位置側に設定されている画素を示し、文字Ｔは設計瞳位置がテレ側に設定されている画素を示している。
【００６４】
また、ＡＦ画素を示す文字の添え字にＬが含まれる画素はＬ画素を示し、ＡＦ画素を示す文字の添え字にＲが含まれる画素はＲ画素を示している。また、ＡＦ画素を示す文字の添え字に含まれる数字は、各ＡＦ画素のマイクロレンズの光軸と撮影レンズの光軸との水平方向の距離ｈに対応しており、同一の数字は同一距離ｈであることを示している。
【００６５】
また、図１１の補正方法を採用する場合には、複数種類の設計瞳位置のうち相互に近接した設計瞳位置に対応する２つの画素同士は近接した位置に配置されている方が、補正精度は高いと考えられる。この理由から、設定する複数の設計瞳位置に対応してＡＦ画素を配置した方がよい。例えば、ワイド側、基準位置及びテレ側の３種類の設計瞳位置を設定する場合には、これらの設計瞳位置に対応するＡＦ画素をワイド側、基準位置及びテレ側の順又はテレ側、基準位置、ワイド側の順に配列する。
【００６６】
図１２に示す受光部１４ａは、ＡＦ画素として、３つの設計瞳位置に設定された３種類の画素を有している。即ち、設計瞳位置がワイド側に設定されたＡＦ画素Ｗ1L，Ｗ2L，…，Ｗ1R，Ｗ2R，…、設計瞳位置が基準位置に設定されたＡＦ画素Ｓ1L，Ｓ2L，…，Ｓ1R，Ｓ2R，…、及び設計瞳位置がテレ側に設定されたＡＦ画素Ｔ1L，Ｔ2L，…，Ｔ1R，Ｔ2R，…の３種類である。
【００６７】
撮像部１４は、信号処理及び制御部１１によって駆動制御される。撮像部１４の受光部１４ａは、被写体からの光学像を光電変換して、像信号を出力する。信号処理及び制御部１１には信号抽出部１１ａが設けられており、信号抽出部１１ａは、撮像部１４からの像信号を取り込む。信号抽出部１１ａは取り込んだ像信号を画像処理部１１ｂに出力すると共に、ＡＦ画素の像信号については補正部１１ｃに出力するようになっている。
【００６８】
補正部１１ｃには、瞳位置判定部１１ｄの判定結果が与えられる。補正部１１ｃは、ＡＦ画素に設定された設計瞳位置と実際の射出瞳位置との相違により、左右の瞳分割が不均衡となり、Ｌ，Ｒ撮像部の入射光束のサイズが相互に異なることに起因した、像信号の誤差を補正する。補正部１１ｃは像信号の補正処理のために瞳位置判定部１１ｄの判定結果を用いる。
【００６９】
瞳位置判定部１１ｄには、通信部１２を介してレンズに関する情報が与えられると共に、本体メモリ１９からＡＦ画素の情報を取得する。本体メモリ１９には、各ＡＦ画素に関する情報、例えば、各ＡＦ画素のマイクロレンズの光軸と撮影レンズ光軸との距離ｈの情報が記憶されている。
【００７０】
瞳位置判定部１１ｄは、レンズメモリ２７から実際の射出瞳位置に関する情報を取得し、本体メモリ１９から各ＡＦ画素に設定された設計瞳位置に関する情報情報を取得して、ＡＦ演算に用いるＡＦ画素及び像信号の補正方法を決定する。即ち、瞳位置判定部１１ｄは、実際の射出瞳位置に一致した設計瞳位置が存在する場合には、その設計瞳位置に対応するＡＦ画素をそのまま用いてＡＦ演算させる判定結果を出力する。また、瞳位置判定部１１ｄは、実際の射出瞳位置と設計瞳位置とが一致しない場合には、射出瞳位置に近接した設計瞳位置に対応するＡＦ画素を選択するための判定結果を出力すると共に、上述した図９乃至図１１のいずれの補正方法を採用するかを判定し、判定結果を補正部１１ｃに出力する。
【００７１】
補正部１１ｃは、通信部１２を介してレンズメモリ２７から実際の射出瞳位置及び射出瞳径に関する情報を取得し、本体メモリ１９から各ＡＦ画素の距離ｈ及び設計瞳位置に関する情報を取得し、瞳位置判定部１１ｄの判定結果に従って、像信号を補正することなくＡＦ信号算出部１１ｅに出力するか、又は、図９乃至図１１のいずれかの補正方法を採用してＡＦ画素の像信号を補正し、補正像信号をＡＦ信号算出部１１ｅに出力する。
【００７２】
ＡＦ信号算出部１１ｅは、ＡＦ画素の補正像信号が与えられ、補正像信号の相関を求めて、瞳分割位相差法によるＡＦ信号を算出する。信号処理及び制御部１１は、ＡＦ信号算出部１１ｅによって算出されたＡＦ信号を通信部１２，２３を介して駆動部２５に供給することで、ピント合わせを行うようになっている。
【００７３】
信号処理及び制御部１１の画像処理部１１ｂは、信号抽出部１１ａからの像信号に対して、所定の信号処理、例えば、色信号生成処理、マトリックス変換処理、その他各種のデジタル処理を行う。信号処理及び制御部１１は、画像信号及び音声信号等の記録に際して、符号化処理を施して圧縮した画像情報及び音声情報等を出力することもできるようになっている。
【００７４】
また、本体回路部１０には、時計部１５、操作判定部１６も配設されている。時計部１５は信号処理及び制御部１１が用いる時間情報を発生する。操作判定部１６は、撮像装置１に設けられた撮像開始終了ボタンや撮影モード設定等の図示しない各種スイッチに対するユーザ操作に基づく操作信号を発生して、信号処理及び制御部１１に出力するようになっている。信号処理及び制御部１１は、操作信号に基づいて、各部を制御する。
【００７５】
また、本体回路部１０には、記録再生部１７及び表示部１８が設けられている。記録再生部１７は、信号処理及び制御部１１からの画像情報及び音声情報を図示しない記録媒体に記録することができるようになっている。なお、記録再生部１７としては例えばカードインターフェースを採用することができ、記録再生部１７はメモリカード等に画像情報及び音声情報等を記録可能である。また、記録再生部１７は、記録媒体に記録された画像情報及び音声情報を読み出して信号処理及び制御部１１に供給することができる。信号処理及び制御部１１は、記録再生部１７からの画像情報及び音声情報を復号化して、画像信号及び音声信号を得ることができるようになっている。
【００７６】
表示部１８は、撮像部１４からの撮像画像や記録再生部１７からの再生画像が信号処理及び制御部１１から供給されて、これらの画像表示を行うことができる。また、表示部１８は信号処理及び制御部１１に制御されて、撮影機器１の操作を行うためのメニュー表示等を表示することもできるようになっている。
【００７７】
信号処理及び制御部１１は、生成した映像信号を記録再生部１７に与えて記録させる場合には、ユーザ操作に基づいて記録した映像信号のファイル化を行うようになっている。なお、ファイル化によって、記録再生部１７に記録されてファイル化された映像信号（以下、映像ファイルという）に対してユーザ操作に基づく各種処理、例えば再生処理が可能となる。
【００７８】
次に、このように構成された実施の形態の作用について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は本実施の形態におけるカメラ制御を説明するためのフローチャートであり、図１４は図１３中のＡＦ処理を具体的に示すフローチャートである。
【００７９】
撮像装置１に電源が投入されると、信号処理及び制御部１１は、図１３のステップＳ２１において、撮影モードが指示されたか否かを判定する。撮影モードが指示されていない場合には、信号処理及び制御部１１は、ステップＳ２２において、再生モードが指示されたか否かを判定する。再生モードが指示されると、信号処理及び制御部１１は、ステップＳ２３において、サムネイルの一覧表示を行う。サムネイル一覧を参照したユーザによる画像の選択が行われると、ステップＳ２４からステップＳ２５に処理を移行して、信号処理及び制御部１１は選択画像の再生を行う。ファイル選択が行われない場合には、ステップＳ２６において再生モードの終了を判定する。
【００８０】
一方、撮影モードが指示されると、信号処理及び制御部１１は、ステップＳ３１において、撮像部１４からの画像信号に基づいて、表示部１８に撮像画像（スルー画）をライブビュー表示させる。なお、この場合には、信号処理及び制御部１１は、撮像部１４からの撮像画像を、表示部１８の表示画素数に応じて間引き処理した後、表示部１８に与える。
【００８１】
次のステップＳ３２においては、ＡＦ処理によって、ピント合わせが行われる。即ち、信号処理及び制御部１１は、図１４のステップＳ５１において、通信部１２，２３を介してレンズメモリ２７に記憶されているレンズ情報を取得する。また、信号処理及び制御部１１は、ステップＳ５２において、本体メモリ１９に記憶されているＡＦ画素に関する情報を取得する。
【００８２】
次に、信号処理及び制御部１１の瞳位置判定部１１ｄは、ステップＳ５３において、実際の射出瞳位置が設計瞳位置に一致しているか否かを判定し、判定結果を補正部１１ｃに出力する。瞳位置判定部１１ｄは、本体メモリ１９から各ＡＦ画素に設定された設計瞳位置の情報を取得しており、レンズ情報に含まれる実際の射出瞳位置の情報を用いて、射出瞳位置と設計瞳位置との一致判定を行う。例えば、焦点距離が固定の単焦点レンズを採用している場合等、射出瞳位置が設計瞳位置に一致することがある。
【００８３】
この場合には、補正部１１ｃは、実際の射出瞳位置に一致した設計瞳位置に対応するＡＦ画素の像信号を読み出して、そのままＡＦ信号算出部１１ｅに出力する（ステップＳ５４）。ＡＦ信号算出部１１ｅは、読出された像信号を用いた相関演算によってＡＦ信号を生成する。このＡＦ信号は、通信部１２，２３を介して駆動部２５に供給されて、ピント合わせが行われる（ステップＳ６０）。
【００８４】
瞳位置判定部１１ｄは、実際の射出瞳位置が設計瞳位置に一致しない場合には、処理をステップＳ５５に移行して、射出瞳位置と設計瞳位置との差が所定の閾値以内であるか否かを判定し判定結果を補正部１１ｃに出力する。射出瞳位置と設計瞳位置との差が所定の閾値以内である場合には、補正部１１ｃは、図９又は図１０に示す補正方法を採用して像信号を補正する（ステップＳ５６）。即ち、補正部１１ｃは、射出瞳に関する情報、設計瞳位置に関する情報及びＡＦ画素の距離ｈに関する情報を用いて、例えば上記（４）式又は（８）式の演算によって、像信号を補正する。次いで、ステップＳ６０においてＡＦ信号が生成され、ピント合わせが行われる。
【００８５】
補正部１１ｃは、瞳位置判定部１１ｄによって、射出瞳位置と設計瞳位置との差が所定の閾値を超えたことを示す判定結果が与えられた場合には、図１１に示す補正方法を採用して像信号を補正する。即ち、補正部１１ｃは、先ず、実際の射出瞳位置に近い複数の設計瞳位置に夫々対応する複数の画素の像信号を読み出す（ステップＳ５７）。次に、補正部１１ｃは、各像信号に対して、上記（４）式又は（８）式の演算によって補正を行う（ステップＳ５８）。次に、補正部１１ｃは、補正像信号に、射出瞳位置と設計瞳位置との距離に基づく重みを付して加算し平均を求める。こうして、複数のＡＦ画素から１つの像信号を生成する。次いで、ステップＳ６０においてＡＦ信号を生成して、ピント合わせを行う。
【００８６】
ステップＳ６１，６２によって、合焦となるまでフォーカス制御が続けられる。
【００８７】
次に、図１３のステップＳ３３において、シャッターレリーズ操作により撮影が指示されると、信号処理及び制御部１１は、撮像部１４からの像信号に対して所定の信号処理を施して記録用の画像を生成する。信号処理及び制御部１１は、生成した撮像画像を図示しないメモリに記録する（ステップＳ３４）。信号処理及び制御部１１は、記録された撮像画像中のＡＦ画素については、当該ＡＦ画素の周囲の画素を用いた補正処理によって、このＡＦ画素を撮像用画素で構成した場合の像信号を求めて、ＡＦ画素位置の像信号とする（ステップＳ３６）。
【００８８】
信号処理及び制御部１１は、ＡＦ画素の像信号が補正された撮像画像を記録再生部１７に与えてファイル化する（ステップＳ３６）。また、信号処理及び制御部１１は、記録した撮像画像を表示部１８に与えて、レックビュー表示を行う（ステップＳ３７）。
【００８９】
信号処理及び制御部１１は、ステップＳ４１において、電源オフ操作が行われた否かを判定する。電源オフ操作が行われていない場合には、信号処理及び制御部１１は、撮影・再生モードの変更操作を受付けた後（ステップＳ４２）、処理をステップＳ２１に戻す。電源オフ操作が行われた場合には、信号処理及び制御部１１は電源をオフにする（ステップＳ４３）。
【００９０】
なお、図１４のＡＦ処理においては、射出瞳位置と設計瞳位置とが一致した場合には、一致した設計瞳位置に対応するＡＦ画素のみを用いて相関演算を行う例について説明したが、一致していない設計瞳位置に対応するＡＦ画素についても図９乃至図１１の補正方法によって補正して相関演算に用いるようにしてもよい。また、射出瞳位置と設計瞳位置との差が所定の閾値内であるか否かに拘わらず、図９又は図１０に示す補正方法或いは図１１に示す補正方法を採用してもよい。
【００９１】
このように本実施の形態においては、撮像素子は、複数の設計瞳位置に対応して夫々受光領域が設定された複数種類のＡＦ画素が形成される。これにより、射出瞳位置が変化する場合でも、左右の瞳分割を均等に行うことが可能となり、ＡＦ精度が劣化することを防止することができる。また、射出瞳位置に比較的近い位置の設計瞳位置に対応するＡＦ画素の像信号を用いて補正を行うことにより、ＡＦ信号の補正精度を向上させることができ、十分なＡＦ精度を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９２】
１０…本体回路部、１１…信号処理及び制御部、１１ａ…信号抽出部、１１ｃ…補正部、１１ｄ…瞳位置判定部、１１ｅ…ＡＦ信号算出部、１２，２３…通信部、１４…撮像部、１４ａ…受光部、１７…記録再生部、１８…表示部、１９…本体メモリ、２７…レンズメモリ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有する複数の画素がマトリクス状に配列された撮像素子であって、
上記画素は、撮影レンズからの光が入射する受光領域と、
上記撮影レンズからの光を上記受光領域に導くマイクロレンズとを具備し、
上記焦点検出用の画素としては、想定される複数の設計瞳位置に対応して複数種類構成され、上記焦点検出用の画素の受光領域は、上記設計瞳位置と上記マイクロレンズとの位置関係に対応して領域の一端の位置が規定される
ことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子と、
射出瞳位置が上記複数の設計瞳位置のいずれに一致するかを判定し、判定結果に基づいて焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、
上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素を用いて、焦点検出を行う焦点検出部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像素子と、
射出瞳位置と上記複数の設計瞳位置との比較によって、焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、
上記射出瞳位置と上記設計瞳位置とが異なる場合において、上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素からの像信号を、射出瞳に関する情報、上記設計瞳位置の情報及び上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素の情報に基づいて補正して補正像信号を得る補正部と、
上記補正部によって補正された補正像信号を用いて焦点検出を行う焦点検出部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
上記補正部は、上記射出瞳位置と上記設計瞳位置との差に基づく不均等な左右の瞳分割比率に基づいて上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素からの像信号を補正する
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
上記補正部は、複数の設計瞳位置に対応する複数の焦点検出用の画素からの複数の像信号に対する複数の補正像信号を、重み付け加算することにより新たな補正像信号を得る
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像装置。
【請求項６】
上記射出瞳位置の情報及び上記設計瞳位置の情報を取得する通信部と、
上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素の情報を記憶するメモリと
を具備したことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の撮像装置。
【請求項１】
撮像用の画素及び焦点検出用の画素を有する複数の画素がマトリクス状に配列された撮像素子であって、
上記画素は、撮影レンズからの光が入射する受光領域と、
上記撮影レンズからの光を上記受光領域に導くマイクロレンズとを具備し、
上記焦点検出用の画素としては、想定される複数の設計瞳位置に対応して複数種類構成され、上記焦点検出用の画素の受光領域は、上記設計瞳位置と上記マイクロレンズとの位置関係に対応して領域の一端の位置が規定される
ことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子と、
射出瞳位置が上記複数の設計瞳位置のいずれに一致するかを判定し、判定結果に基づいて焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、
上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素を用いて、焦点検出を行う焦点検出部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像素子と、
射出瞳位置と上記複数の設計瞳位置との比較によって、焦点検出に用いる焦点検出用の画素を決定する瞳位置決定部と、
上記射出瞳位置と上記設計瞳位置とが異なる場合において、上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素からの像信号を、射出瞳に関する情報、上記設計瞳位置の情報及び上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素の情報に基づいて補正して補正像信号を得る補正部と、
上記補正部によって補正された補正像信号を用いて焦点検出を行う焦点検出部と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
上記補正部は、上記射出瞳位置と上記設計瞳位置との差に基づく不均等な左右の瞳分割比率に基づいて上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素からの像信号を補正する
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
上記補正部は、複数の設計瞳位置に対応する複数の焦点検出用の画素からの複数の像信号に対する複数の補正像信号を、重み付け加算することにより新たな補正像信号を得る
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の撮像装置。
【請求項６】
上記射出瞳位置の情報及び上記設計瞳位置の情報を取得する通信部と、
上記焦点検出に用いる焦点検出用の画素の情報を記憶するメモリと
を具備したことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の撮像装置。
【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】
【公開番号】特開２０１３−３７２９５（Ｐ２０１３−３７２９５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５３１７（Ｐ２０１１−１７５３１７）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（５０４３７１９７４）オリンパスイメージング株式会社 (2,647)
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（５０４３７１９７４）オリンパスイメージング株式会社 (2,647)
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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