撮像装置
【課題】測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置を提供すること。
【解決手段】撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有し、画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、画素のうち少なくとも１部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出画素以外は、画素へ入射する光束の入射方向が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、焦点検出用画素の信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、開口径が調節可能な絞り手段と、少なくとも１つの透過光量を変化させる減光素子と、を有することを特徴とする。
【解決手段】撮像光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換部を有し、画素が２次元的に配列された撮像素子を有する撮像装置において、画素のうち少なくとも１部が、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素であり、焦点検出画素以外は、画素へ入射する光束の入射方向が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素であり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、焦点検出用画素の信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、開口径が調節可能な絞り手段と、少なくとも１つの透過光量を変化させる減光素子と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に位相差オートフォーカス（以下、適宜「ＡＦ」という。）の測距精度は、ＡＦセンサーが取り込める重心Ｆｎｏと焦点検出用画素の間隔とで決まっている。
従来例の撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された素子を用いた撮像装置としては、以下の特許文献１に開示された構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５９２１４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来例では、測距瞳を開口絞りで決定している。このため、光量調整のために絞りを変動させると、測距精度が変動してしまう。
また、測距精度を向上させるために、重心Ｆｎｏを大きくした構成において、光量調整のため絞りを絞ると、光線が通らない（光量が得られない）場合がある。この場合でも、測距性能が劣化してしまう。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置を得ること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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像装置は、
撮影レンズが装着可能、又は、撮影レンズが固定された撮像装置において、
光電変換面を有する画素が２次元的に配列された撮像素子を備え、
前記画素は、入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、入射する光束の入射方向が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素からなり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、
開口径が調節可能な絞り手段と、
射出瞳の透過光量を変化させる少なくとも１つの減光素子と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記少なくとも１つの減光素子は、射出瞳の全面を均一に減光することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記少なくとも１つの減光素子は、前記射出瞳の特定部分を均一に減光し、
線対称の対称軸を、射出瞳の中心を通り、測距瞳の分割方向と垂直な直線で表すとき、
一対の測距瞳を、非線対称に減光した場合、
ゲインアップ手段は、該当する一対の測距瞳のうち、減光された測距瞳の信号をゲインアップし、
前記演算手段はデフォーカス量の演算を行うことが好ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記減光素子を光路上に挿入、または光路外に退避するための移動手段を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、回転させて光路上に移動させることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、直線的に光路上に移動させることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、前記撮像素子の長辺方向に沿って光路上に直線移動させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、前記撮像素子の短辺方向に沿って光路上に直線移動させることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られ、
前記演算手段は、前記移動手段に応じて、２通り以上の位相差情報から１通りの位相差情報を選択、もしくは加重を付け、デフォーカス量を演算することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記減光素子が透過光量を変化させる前に露光量を算出する露光量算出手段を有し、
前記露出量に基づいて、前記減光素子の透過光量の調節を行い、
前記演算手段は、露光量を調整した後の前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量の演算を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置を得ることを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラの内部構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るデジタルカメラの射出瞳の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る撮像素子の光電変換部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る撮像素子の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。
【図７】撮像素子の構成（バリエーション１）を示す平面図である。
【図８】撮像素子の構成（バリエーション２）を示す平面図である。
【図９】撮像素子の構成（バリエーション３）を示す平面図である。
【図１０】撮像素子の構成（バリエーション４）を示す平面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態におけるデジタルカメラの共役関係と撮像素子における基線長を模式的に示す図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、デジタルカメラの共役関係と撮像素子における基線長を模式的に示す他の図である。
【図１３】第２実施形態に係るデジタルカメラの内部構成を示す図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、瞳を減光する様子を説明する図である。
【図１５】絞りを減光する様子を説明する他の図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は、瞳を減光する様子を説明するさらに他の図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、瞳を減光する様子を説明する別の図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は、瞳を減光する様子を説明するさらに別の図である。
【図１９】デジタルカメラの構成を示す機能ブロック図である。
【図２０】画像撮影時の処理手順を示すフローチャートである。
【図２１】焦点検出の流れを示すフローチャートである。
【図２２】撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図２３】撮影の他の流れを示すフローチャートである。
【図２４】焦点検出の流れを示すフローチャートである。
【図２５】撮影サブルーチン１の流れを示すフローチャートである。
【図２６】撮影サブルーチン２の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る撮像装置、及び、この撮像装置を備えたカメラの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（第１実施形態）
（デジタルカメラ）
まず、本発明の実施形態に係る撮像装置を備えたカメラについて説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１１の内部構成を示す図である。
デジタルカメラ１１は、交換レンズ１２と、カメラボディ１３と、から構成され、交換レンズ１２はマウント部１４によりカメラボディ１３に装着される。
【００２１】
交換レンズ１２は、レンズ駆動制御装置１６、ズーミング用レンズ１８、レンズ１９、フォーカシング用レンズ２０、及び、絞り２１を備えている。レンズ駆動制御装置１６は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ２０と絞り２１の駆動制御、絞り２１、ズーミング用レンズ１８およびフォーカシング用レンズ２０の状態検出、並びに、ボディ制御装置２４に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
【００２２】
カメラボディ１３は撮像素子２２、ボディ制御装置２４、液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子２６、接眼レンズ２７、メモリカード２９などを備えている。撮像素子２２には後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ１２の予定結像面に配置されて交換レンズ１２により結像される被写体像を撮像する。撮像素子２２の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素（以下、ＡＦ用画素という）が配列される。
【００２３】
ここで、交換レンズ１２は撮像光学系に対応し、撮像素子２２は撮像素子に対応する。
【００２４】
ボディ制御装置２４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、撮像素子駆動回路２８を介して、撮像素子２２からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ１２の焦点調節状態の検出、レンズ駆動制御装置１６からのレンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量）の送信、デジタルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ制御装置２４とレンズ駆動制御装置１６は、マウント部１４の電気接点部２３を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。
【００２５】
可変絞り２１ａは、開口径が調整可能である。また、減光素子９１は、移動・駆動部９０からの信号に基づいて、透過光量を変化させることができる。
ボディ制御装置２４に、後述する焦点検出サブルーチンや、撮影サブルーチンを行うための構成が含まれている。
また、ボディ制御装置２４には、露光量算出、減光素子９１による露光調整を行うための構成が含まれている。
【００２６】
移動・駆動部９０は、例えばアクチュエータとして、ＤＣモーター、ステッピングモーターや超音波モーター、圧電素子を採用するようにしても良い。
また、減光素子９１として、液晶素子、エレクトロクロミック（ＥＣ）素子を用いることができる。ＥＣ素子を用いた場合、移動・駆動部９０は、ＥＣ素子への印加電圧を制御する。これにより、透過光量のＯＮ／ＯＦＦを切換えることができる。
【００２７】
液晶表示素子駆動回路２５は、液晶ビューファインダーの液晶表示素子２６を駆動する。撮影者は接眼レンズ２７を介して液晶表示素子２６に表示された像を観察する。メモリカード２９はカメラボディ１３に脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。
【００２８】
交換レンズ１２を通過して撮像素子２２上に形成された被写体像は、撮像素子２２により光電変換され、その出力はボディ制御装置２４へ送られる。ボディ制御装置２４は、撮像素子２２上のＡＦ用画素の出力データ（第１像信号、第２像信号）に基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置１６へ送る。また、ボディ制御装置２４は、撮像素子２２の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２９に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２５へ送り、液晶表示素子２６に画像を表示させる。
【００２９】
カメラボディ１３には不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など）が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ制御装置２４が検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作）の制御を行う。
【００３０】
レンズ駆動制御装置１６はレンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御装置１６は、レンズ１８及びフォーカシング用レンズ２０の位置と絞り２１の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算するか、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置１６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ２０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。
【００３１】
（撮像素子の構成）
上述したデジタルカメラ１１の構成は、同一の符号を用いる構成は、以下の全ての実施例において共通する。次に、デジタルカメラ１１が有する撮像装置の撮像素子の構成について説明する。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。デジタルスチルカメラ１１における射出瞳Ｐは、図２に示すように、左右上下のうちの少なくとも２種類の瞳領域に対応する焦点検出用画素を有する。
具体例としては次の（１）〜（５）のとおりである。
【００３３】
（１）射出瞳Ｐを縦に２分割して、左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを配置したもの（図２（ａ））
（２）射出瞳Ｐを横に２分割して、上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを配置したもの（図２（ａ））
（３）左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを左右に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｃ））
（４）上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを上下に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｄ））
（５）左側瞳検出用画素Ｌと下側瞳検出用画素Ｄを任意の位置に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｅ））
【００３４】
なお、測距用瞳の形状は、半円形状、楕円形状としたが、これに限定されず、他の形状、例えば矩形状、多角形状にすることもできる。
また、図２（ａ）と（ｂ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、図２（ｃ）と（ｄ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、さらに、図２（ｃ）と（ｅ）を組み合わせて左右、斜め線検出の焦点検出用画素を配置してもよいが、これに限定されるものではない。
【００３５】
本実施形態の撮像装置では、瞳が異なる領域を有し、その領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、もう１つの領域を透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出する。
以下、図３〜図６を参照して、具体的な射出瞳の分割例について説明する。
【００３６】
（光電変換部の分割）
まず、図３を参照して、撮像素子２２の光電変換部を分割することによって射出瞳を分割する例を説明する。
図３は、撮像素子２２の光電変換部の構成を示す図である。
撮像素子２２は、基板内に形成されたＰ型ウエル３１、Ｐ型ウエル３１と共に光電荷を発生させ蓄積するｎ型領域３２α、３２β、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積されている光電荷が転送される不図示のフローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」と称する。）、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積された光電荷をＦＤ部へ効率よく転送するために光電荷を収集する表面ｐ＋層３３α、３３β、ＦＤ部へ光電荷を転送するための転送ゲート（不図示）、ゲート絶縁膜であるＳｉＯ２膜３４、ベイヤ配列のカラーフィルタ３５、及び、被写体からの光を集めるマイクロレンズ３６、を備える。
【００３７】
マイクロレンズ３６は、レンズ１９（図１）の瞳と表面ｐ＋層３３α、３３βとが、共役になるような形状及び位置に形成されている。光電荷は、模式的には、領域３７で発生する。
【００３８】
図３に示す例では、光電変換部が、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、に分割されており、これにより射出瞳が分割される。光線Ｌ３１、Ｌ３２は、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、にそれぞれ入射する。
【００３９】
（開口部を偏心）
次に、図４を参照して、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。
図４は、撮像素子２２の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【００４０】
画素４１は、最上部から、順に、マイクロレンズ４２、マイクロレンズ４２を形成するための平面を構成するための平滑層４３、色画素の混色防止のための遮光膜４４、色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層４５、及び、光電変換素子４６が配置されている。画素５１も画素４１と同様に、最上部から、順に、マイクロレンズ５２、平滑層５３、遮光膜５４、平滑層５５、及び、光電変換素子５６が配置されている。
【００４１】
さらに、これらの画素４１、５１においては、遮光膜４４、５４が、光電変換素子４６、５６中心部４７、５７から外側に偏心した開口部４８、５８をそれぞれ有している。
【００４２】
図４に示す例では、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ４１、Ｌ５１は、光電変換素子４６、５６にそれぞれ入射することから、射出瞳が分割される。
【００４３】
つづいて、図５を参照して、レンズを偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図５は、撮像素子の内部構成を示す図である。
図５の撮像素子においては、それぞれの画素の上のオンチップレンズ６１、６２、６３、６４が独立して構成されている。
図５においては、画素集合Ａの画素のオンチップレンズ６１、６３の光軸６１ａ、６３ａは、画素の中心から左側にずれている。また、画素集合Ｂの画素のオンチップレンズ６２、６４の光軸６２ａ、６４ａは画素の中心から右側にずれている。
２つの画素集合Ａ、Ｂからの出力を比較することで、レンズ１８のフォーカス量を算出することができる。
【００４４】
オンチップレンズ６１、６２、６３、６４では、屈折力と光軸６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａの位置等の形状という２つのパラメーターを独立してコントロールすることができる。画素数が十分多ければ、画素集合Ａと画素集合Ｂは、同様の光の強度分布を得ることができ、これを利用して位相差ＡＦを行うことができる。この時、画面全体でのデフォーカス量を検出できるので、被写体の３次元情報を取得することができる。
【００４５】
図５に示す例では、撮像素子２２のオンチップレンズを画素の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ６１、Ｌ６２は、オンチップレンズ６１、６２にそれぞれ入射し、これにより射出瞳が分割される。
【００４６】
次に、図６を参照しつつ、ＤＭＬ（デジタルマイクロレンズ）を用いて射出瞳を分割する例を説明する。図６は、撮像素子の内部構造を示す断面図である。
図６に示す撮像素子では、オンチップレンズをＤＭＬで構成している。画素７０と画素８０はそれぞれ異なる領域からの光束を受光する隣り合った画素である。
【００４７】
図６において、撮像素子は、ＤＭＬ７１、８１、カラーフィルタ７２、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平坦化層７５、受光素子７６、８６（例えばＳｉフォトダイオード）、及び、Ｓｉ基板７７を備える。図６に示すように、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平滑化層７５、受光素子７６、８６、及び、Ｓｉ基板７７は、半導体集積回路７８を構成する。ここで、画素７０と画素８０の構成は、ＤＭＬ７１、８１以外は同様である。
【００４８】
図６は、入射光束全体のうち、受光素子７６、８６にそれぞれ入射する光束の様子を示している。ＤＭＬ７１、８１を用いることにより、光束Ｌ７１、Ｌ８１は、画素７０の受光素子７６と画素８０の受光素子８６にそれぞれ入射し、射出瞳が分割される。
【００４９】
撮像素子（イメージャ）としては、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、裏面照射型ＣＭＯＳ、１画素中でＲ、Ｇ、Ｂ全色を３層で取り込むことのできるセンサー（Ｆｏｒｖｅｏｎ Ｘ３）を用いることができる。
【００５０】
以下の実施例では、焦点検出用画素は、光電変換部の撮影レンズ側に形成されたオンチップレンズを画素の中心から偏心させることによって、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。瞳分割の手段としては、上述のように、画素中心に対して遮光部材を用いて開口部を偏心させたものや、ＤＭＬを用いたもの、１画素中に光電変換部を２つ設けたものでもよい。
【００５１】
焦点検出用画素は、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成している。このため、焦点検出用画素からの信号レベルは、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力される信号レベルと異なってしまうおそれがある。焦点検出用画素の位置における画像用の信号を得る為には、以下の（１）又は（２）の方法をとることが好ましい。
（１）焦点検出用画素の信号を周囲の撮像用画素の信号レベルと同等となるようにゲインを調整し、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
（２）焦点検出用画素の信号および焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて画素補間を行い、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
【００５２】
ゲイン調整の方法については、次のように行う。
まず、焦点検出用画素から出力されたままの信号レベルと、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力されたままの信号レベルと、を比較する。つづいて、焦点検出用画素から出力される信号レベルを近傍の撮像用画素から出力される信号レベルに近づけるようにゲインを調整する。その後、焦点検出用画素の信号をゲイン調整し得られた信号を画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００５３】
画素補間の方法については、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかが好ましいが、これらに限定されず、単純平均演算（重み付きも含む）だけでなく、線形補間、２次以上の多項式で補間、メディアン処理などで求めてもよい。
（ａ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｂ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素の信号と焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｃ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号と焦点検出用画素の位置の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００５４】
撮像素子の複数の画素には、複数の色フィルタがそれぞれ配置されている。後述する実施例３、４では、複数の色フィルタの透過特性は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３通りとしている。
Ｂフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタであり、Ｒフィルタは、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタであり、Ｇフィルタは、それ以外の透過特性を持つものである。
なお、複数の色フィルタは、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有していれば、ほかの組合せでも良い。
【００５５】
焦点検出用画素は、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタとして、Ｇフィルタを用いて、入射する光束の入射方向を制限している。
なお、焦点検出用画素は、Ｇフィルタに限らず、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも１部が、入射する光束の入射方向を制限するよう構成することができる。
【００５６】
以上説明したように、焦点検出用画素は、複数の画素のうち少なくとも１部を占め、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成されている。
また、撮像用画素は、焦点検出画素以外の画素であり、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成されている。
そして、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力する。また、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力する。
【００５７】
（画素配列のバリエーション１）
図７は、第１実施形態のイメージャにおける画素配置を概念的に示す平面図である。
図７に示すイメージャ（撮像装置）は、図３、図４、図５、図６で示した画素において、各画素中心と各光電変換領域の瞳の中心、または面積重心とを上方向、下方向、右側方向、左側方向にずらした画素、の組合せで構成されている。
【００５８】
図７は、各画素の光軸方向から望んだときの光電変換領域を示したものである。
図７では、縦１０画素（Ｌ０１〜Ｌ１０）、横１０画素（Ｆ０１〜Ｆ１０）で合計１００画素の例を示している。しかしながら、画素数はこれに限るものでなく、例えば合計画素が１０００万画素を超えるものでも構わない。
【００５９】
図７に示す例では、画素中心に対し光電変換領域の面積中心のずれている方向が右側と左側と上側と下側の４種類がある。以下の説明では、それぞれを右画素１２０Ｒ、左画素１２０Ｌ、上画素１２０Ｕ、下画素１２０Ｄと称することとする。
【００６０】
図７において、Ｌ０１の行では、左から（Ｆ０１から）順に、左画素１２０Ｌ、撮像用画素１２１、左画素１２０Ｌ、撮像用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｌ０２の行では、左から順に、撮像用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮像用画素１２１、下画素１２０Ｄ、が繰り返し配置されている。
Ｌ０３の行では、左から順に、右画素１２０Ｒ、撮像用画素１２１、右画素１２０Ｒ、撮像用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｌ０４の行では、左から順に、撮像用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮像用画素１２１、下画素１２０Ｄ、が繰り返し配置されている。
Ｌ０５以降の行は、Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３、Ｌ０４のパターンを繰り返す配置になっている。
【００６１】
図７の配置をＦ０１〜１６の列から見ると次のようになる。
Ｆ０１の列では、上から（Ｌ０１から）順に、左画素１２０Ｌ、撮影用画素１２１、右画素１２０Ｒ、撮影用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｆ０２の列では、上から順に、撮影用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮影用画素１２１、上画素１２０Ｕ、が繰り返し配置されている。
Ｆ０３以降の列は、Ｆ０１、Ｆ０２のパターンを繰り返す配置になっている。
【００６２】
以下の説明においては、特定の画素を示すときに、行番号Ｌ０１〜Ｌ１０と列番号Ｆ０１〜Ｆ１０を並べて表す。例えば、Ｌ０１の行のうち、Ｆ０１の列に対応する画素を「Ｌ０１Ｆ０１」で表す。
【００６３】
図７に示す例では、例えば、Ｌ０１Ｆ０１（左画素１２０Ｒ）と、Ｌ０２Ｆ０２（下画素１２０Ｕ）とＬ０３Ｆ０１（右画素１２０Ｒ）とＬ０２Ｆ０４（下画素Ｄ）とのいずれかの画素とは、画素ピッチから算出される画素間距離より、瞳の中心間距離または重心間距離が狭い構成となる。
【００６４】
第１実施形態の撮像装置では、左画素１２０Ｌから構成されるセル群と、右画素１２０Ｒから構成される別のセル群と、のそれぞれの出力信号（測距のための信号）から、位相差情報を算出して光学系のフォーカスを調整させることができる。
【００６５】
例えば、Ｌ０１の行の左画素１２０ＬであるＬ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０５、Ｌ０１Ｆ０７、Ｌ０１Ｆ０９から得られる出力波形と、Ｌ０３の行の右画素１２０Ｒである、Ｌ０３Ｆ０１、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０３Ｆ０５、Ｌ０３Ｆ０７、Ｌ０３Ｆ０９から得られる出力波形と、を比較することで、所謂位相差検出式によりデフォーカス情報や合焦点位置情報が取得できる。
【００６６】
（画素配列のバリエーション２）
次に、撮像装置が備える撮像素子の他の構成例について説明する。
【００６７】
図８の配置において、Ｌ０５Ｆ０１画素とＬ０５Ｆ０９画素とは、左側瞳検出用画素である。また、Ｌ０５Ｆ０５画素は、右側瞳検出用画素である。
【００６８】
これにより、精度の高い焦点検出を行うことができる。
【００６９】
（画素配列のバリエーション３）
次に、撮像装置が備える撮像素子の他の構成例について説明する。
【００７０】
図９のカラーフィルタの配置は、Ｌ０１Ｆ０１画素を緑色のフィルタＧ、Ｌ０１Ｆ０２画素を赤色のフィルタＲとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
【００７１】
また、Ｌ０２Ｆ０１画素を青色のフィルタＢ、Ｌ０２Ｆ０２画素を緑色のフィルタＧとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
そして、Ｌ０１列のパターンと、Ｌ０２列のパターンとを、縦方向に、繰り返している。
【００７２】
ここで、緑色のフィルタＧが配置されている、Ｌ０５Ｆ０１画素とＬ０５Ｆ０９画素とは、左側瞳検出用画素である。また、Ｌ０５Ｆ０５画素は、右側瞳検出用画素である。
【００７３】
これにより、被写体の色に関わらず精度の高い焦点検出を行うことができる。尚、カラーフィルタと光電変換領域の画素中心からのズレ方向の組み合わせはこれに限る必要はない。
【００７４】
（画素配列のバリエーション４）
次に、撮像装置が備える撮像素子のさらに他の構成例について説明する。
【００７５】
図１０のカラーフィルタの配置は、Ｌ０１Ｆ０１画素を緑色のフィルタＧ、Ｌ０１Ｆ０２画素を赤色のフィルタＲとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
【００７６】
また、Ｌ０２Ｆ０１画素を青色のフィルタＢ、Ｌ０２Ｆ０２画素を緑色のフィルタＧとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
そして、Ｌ０１列のパターンと、Ｌ０２列のパターンとを、縦方向に、繰り返している。
【００７７】
ここで、緑色のフィルタＧが配置されている、Ｌ０１Ｆ０１画素と、Ｌ０５Ｆ０９画素と、Ｌ０９Ｆ０１画素と、Ｌ０９Ｆ０９画素とは、左側瞳検出用画素である。
また、Ｌ０５Ｆ０１画素と、Ｌ０５Ｆ０９画素とは、右側瞳検出用画素である。
また、Ｌ０１Ｆ０５画素と、Ｌ０９Ｆ０５画素とは、上側瞳検出用画素である。
さらに、Ｌ０５Ｆ０５画素は、下側瞳検出用画素である。
【００７８】
これにより、被写体の色に関わらず精度の高い焦点検出を行うことができる。尚、カラーフィルタと光電変換領域の画素中心からのズレ方向の組み合わせはこれに限る必要はない。
【００７９】
図１１（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態におけるデジタルカメラの共役関係と撮像素子における基線長を模式的に示す図である。
ここで、ズームレンズ１８、フォーカシング用レンズ２０、レンズ１９、可変絞り２１ａ、減光素子９１をまとめて撮像光学系ＴＬとして示す。
【００８０】
図１１（ａ）は、絞りＳを絞っていない状態での、光路を示している。遮光されている領域は斜線を付して示す。ＡＦ用の瞳開口の面積重心位置Ｃ１、Ｃ２は２つ形成される。そして、面積重心位置Ｃ１、Ｃ２により撮像素子２２上の基線長Ｌ１が規定される。
基線長は長いほどデフォーカス量の検出精度が向上する。
【００８１】
図１１（ｂ）は、遮光する領域を増やした状態での光路を示している。図から明らかなように、基線長Ｌ２は基線長Ｌ１より長くなる。このため、測距精度を向上できる。
【００８２】
一般的に位相差ＡＦの測距精度は、ＡＦセンサーの取り込める重心Ｆｎｏと焦点検出用画素の間隔で決まっている。
従来例の、撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された素子を用いた撮像装置では、測距瞳を開口絞りで決定している。このため、絞りを変動させて、光路の遮光を行うと、光量調整が行える一方、測距精度が大きく変動する。
【００８３】
また、測距精度を向上させるために、重心Ｆｎｏを大きくした構成では、光量調整において絞りを絞ると、光線が通らない（光量が得られない）場合があり、測距性能が劣化する。
しかし、本構成のように絞りの代わりに減光素子を用いて、光量調整を行う場合、絞り径の変動が小さくなるため、測距精度の劣化が小さくなる。
【００８４】
図１２（ａ）、（ｂ）は、デジタルカメラの共役関係と撮像素子における基線長を模式的に示す図である。
【００８５】
図１２（ａ）は、絞りＳを絞ることで、基線長Ｌ１が基線長Ｌ２へと長くなる状態を示している。
図１２（ｂ）は、さらに絞りＳを絞った状態を示している。この状態では、受光できる光束が無くなってしまい測距が不能となる。
【００８６】
本実施形態は、光量調節のために開口径が調節可能な絞り２１ａと、減光素子９１を有する。光量調整に減光素子９１を用いることで、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置が得られる。
【００８７】
減光素子９１は、上述したように、ＮＤフィルタ、液晶素子、偏光素子、エレクトロクロミック（ＥＣ）素子である。本実施形態では、重心Fnoを離す構成により基線長が長くなり測距精度が向上する。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るデジタルカメラについて説明する。
【００８８】
図１３は、第２実施形態に係るデジタルカメラ１１の内部構成を示す図である。第１実施形態のデジタルカメラ１１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は、省略する。
【００８９】
本実施形態では、可変絞りの代わりに固定絞り２１ｂを用いている。また、減光素子９１は、移動・駆動部９０からの信号に基づいて、透過光量を変化させることができる。
【００９０】
図１４（ａ）、（ｂ）は、減光素子９１により、左右の瞳を減光してゆく様子を示している。
図１４(ａ）は、瞳Ｐ内を左側瞳焦点検出領域Ｌと、右側瞳焦点検出領域Ｒとに対して、減光無しの状態で光が入射している様子を示す。
また、図１４（ａ）の下側の２つのグラフは、それぞれ左側瞳、右側瞳における入射光量（縦軸）を示している。
【００９１】
図１４（ｂ）は、一対の測距瞳を減光素子ＮＤにより、線対称に減光する様子を示している。
このとき、図１４（ｂ）に示すように、左側瞳と、右側瞳とは同じように減光される。
【００９２】
図１５は、瞳Ｐの全面に減光素子ＮＤが重なった状態を示している。
【００９３】
焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されている。また、各光電変換部は、瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られるように構成されている。
【００９４】
これにより、被写体の検出方向が２通りある為、１通りに比べて被写体に依存せず焦点検出性能が向上する。
例えば、瞳の分割方向を左右と上下の２通りとすると、分割方向が左右だけの場合に比べて、被写体の縦線方向も検出できることから、焦点検出性能が向上する。
【００９５】
また、少なくとも１つの減光素子９１は、射出瞳の全面を均一に減光することが望ましい。
【００９６】
光量調節のために、全面を均一に減光する減光素子９１を有することで、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置が得られる。
【００９７】
また、減光素子９１として、ＮＤフィルタを用いた場合、１枚よりも複数枚のＮＤフィルタを使用することが望ましい。これにより、減光量の幅を広くできる。
【００９８】
また、減光素子９１が液晶素子、ＥＣ素子の場合、印加電圧によって、減光量の制御が可能である。一対の測距瞳を、非線対称に減光した場合、一対の測距瞳から得られる一対の像信号において、減光された測距瞳から得られる像信号のみ信号レベルが劣化する。よって、デフォーカス検出するための相関演算に必要な２像（一対の像）間の対称性が崩れ、焦点検出性能が劣化してしまう。
【００９９】
そこで、本構成では、信号取得時に、信号取得部２４ａが減光された測距瞳から得られる像信号のみゲインアップし、相関演算に必要な２像（一対の像）間の対称性を補正する。これにより、焦点検出性能の劣化を防止することができる。
また、本構成では信号取得部２４ａがゲインアップ手段として、像信号のゲインアップを行っているが、これに限られるものでなく、別に備えられたゲインアップ手段によって像信号のゲインアップが行われてもよい。
【０１００】
図１６（ａ）は、一対の焦点検出用瞳を一対の測距瞳を、非線対称に減光した場合を示している。
上述したように、図１６（ｂ）のように、減光された瞳の信号のみゲインＵＰする。また、このように、２像（一対の像）信号の対象性を補正し、相関演算を行う。
【０１０１】
また、ＮＤフィルタの退避を考慮して、スペース効率と測距精度のトレードオフ関係を考慮した以下の構成Ａ、Ｂとすることもできる。構成Ａ、Ｂを選択できる構成でも良い。
【０１０２】
構成Ａ：ＮＤフィルタの退避方向が撮像素子の長辺方向
→カメラボディのスペース効率：良い
・瞳分割方向：短辺方向
→測距精度：良い
【０１０３】
構成Ｂ：ＮＤフィルタの退避方向が撮像素子の短辺方向
・瞳分割方向：長辺方向
→測距精度：良い
【０１０４】
また、移動手段である移動・駆動部９０は、減光素子９１を回転させて移動させること、または減光素子９１の任意の点の移動軌跡が基準点に基づいて回転成分で表されるように移動させることが望ましい。これで、減光素子９１を光路外から挿入し、回転させて光路上に移動させることが出来る。
【０１０５】
図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ減光素子９１であるＮＤフィルタを回転させて、瞳Ｐを減光してゆく状態を示している。
【０１０６】
図１７（ａ）は、ＮＤフィルタの回転角度が０度の状態である。
図１７（ｂ）は、ＮＤフィルタの回転角度が２２．５度の状態である。
図１７（ｃ）は、ＮＤフィルタの回転角度が４５度の状態である。
図１７（ｄ）は、ＮＤフィルタの回転角度が６７．５度の状態である。
【０１０７】
これにより、スペースを効率良く利用することができる。
【０１０８】
また、移動手段である移動・駆動部９１は、減光素子９１を直線移動させるように、または減光素子９１の任意の点の移動軌跡が基準点に基づいて直線成分で表されるように移動させるように構成できる。これで、減光素子９１を光路外から挿入し、直線的に光路上に移動させることが出来る。
【０１０９】
図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ減光素子９１であるＮＤフィルタを直線移動させて、瞳Ｐを減光してゆく状態を示している。
【０１１０】
また、移動手段である移動・駆動部９０は、減光素子９１であるＮＤフィルタを撮像素子２２の長辺方向に直線移動させること、減光素子９１の任意の点の移動軌跡が基準点に基づいて、撮像素子２２の長辺方向の直線成分で表されるように移動させることが望ましい。これで、減光素子９１を光路外から挿入し、長辺方向に沿って光路上に直線移動させることが出来る。
【０１１１】
このように、ＮＤフィルタの移動方向が撮像素子２２の長辺方向とする場合、カメラボディのスペース効率を向上できる。
また、瞳分割方向を撮像素子２２の短辺方向とすれば、測距精度が良くなる。
【０１１２】
また、移動手段である移動・駆動部９０は、減光素子９１を撮像素子２２の短辺方向に直線移動させるように、または前記移動手段は、減光素子２２の任意の点の移動軌跡が基準点に基づいて、撮像素子２２の短辺方向の直線成分で表されるように移動させるように構成できる。これで、減光素子９１を光路外から挿入し、短辺方向に沿って光路上に直線移動させることが出来る。
【０１１３】
ＮＤフィルタの移動方向が撮像素子２２の短辺方向の場合、瞳分割方向が長辺方向であれば、測距精度が良い。
【０１１４】
また、焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されている。瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られ、演算部は、移動手段である移動・駆動部９０に応じて、２通り以上の位相差情報から１通りの位相差情報を選択、もしくは加重を付け、デフォーカス量を演算することが望ましい。
【０１１５】
これにより、被写体の検出方向が２通りある為、１通りに比べて被写体に依存せず焦点検出性能が向上する。
例えば、瞳の分割方向を左右と上下の２通りとすると、分割方向が左右だけの場合に比べて、被写体の縦線方向も検出できることから、焦点検出性能が向上する。
【０１１６】
（機能ブロック図）
次に、具体的な構成について説明する。
図１９は、デジタルカメラ１１の構成を示す機能ブロック図である。
【０１１７】
レンズ駆動制御部１６は、フォーカシングレンズ２０を駆動する。撮像素子駆動回路３０２は、撮像素子を駆動するための同期信号ＨＤ（水平駆動信号）、ＶＤ（垂直駆動信号）信号を生成し、撮像素子２２へ出力する。
また、撮像素子駆動回路３０２は、読み出し位置情報であるアドレス情報を焦点検出画素分離部３０１へ出力する。
【０１１８】
撮像素子２２は、物体像を撮像する。焦点検出画素分離部３０１は、撮影用画素からの信号、焦点検出用画素からの信号、Ａ瞳画素からの信号、及びＢ瞳画素からの信号のいずれの信号であるかを識別するための信号を相関演算器３０３へ出力する。
ここで、Ａ瞳、Ｂ瞳とは、上述した４つの右側瞳、左側瞳、上側瞳、下側瞳のうちの、いずれか２つの瞳を指している。
【０１１９】
また、撮像素子２２は、映像信号と、Ａ瞳画素からの信号と、Ｂ瞳画素からの信号とを含むビデオ信号（ＶＩＤＥＯ）を相関演算器３０３へ出力する。
【０１２０】
（補間処理）
次に、補間処理について説明する。焦点検出分離部３０１からの信号が焦点検出用画素の信号であるとき、焦点検出用画素が存在する位置（アドレス）からは、映像信号は得られない。このため、補間回路３０５は、焦点検出用画素の周辺に存在している複数の撮影用画素からの信号に基づいて、映像信号を生成する補間処理を行う。
【０１２１】
画像処理部３０６は、通常の撮影が画像を処理する。なお、図示はしていないが、画像処理部３０６には、液晶表示部（ＬＣＤ）を設ける構成、メモリカードなどの記憶媒体を接続可能な構成としても良い。
【０１２２】
補間回路３０５により、必要に応じて補間されたＡＦ信号は、画像処理部３０６とＡＥ評価値を処理するブロック３０７に出力される。画像処理部３０６は、ＡＦ信号に対して、補間処理を行う。
また、ＡＥ評価値とは、１フレーム期間のＡＥエリアターゲット内の輝度値の累積値をいう。
【０１２３】
また、デフォーカス量演算回路３０４は、相関演算器３０３からのＡＦ信号に基づいて、デフォーカス量を演算する。レンズ駆動制御部１６は、演算されたデフォーカス量に基づいてフォーカシングレンズ２０を駆動する。
【０１２４】
また、移動・駆動部９０は、減光素子９１がＮＤフィルタのときは移動させ、液晶素子などのときは駆動させる。これにより、上述したように、瞳を制限することで減光する。
【０１２５】
図２０は、撮影の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、撮影を開始する。ステップＳ１０２において、露光量を算出する。
【０１２６】
ステップＳ１０３において、減光素子９１により、露光調整を行う。ステップＳ１０４において、焦点検出サブルーチンを実行する。ステップＳ１０５において、撮影サブルーチンを実行する。
【０１２７】
ここで、減光素子９１が透過光量を変化させる前に露光量を算出する露光量算出部３０７と、
減光素子９１が透過光量を変化させた後に焦点を検出するためにデフォーカス量を演算するデフォーカス量算出部３０４と、を有する。
【０１２８】
但し、上記のフローチャートに限定されない。
例えば、電源ＯＮ後、初期状態検出、撮像素子駆動、プレビュー画像表示などをおこなってもよい。
また、撮影開始をシャッターボタン半押し後、焦点検出サブルーチンに移り、合焦後、確認画像を表示し、シャッターボタン全押し後に、撮影サブルーチンに移るフローでもよい。
【０１２９】
図２１は、焦点検出の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２０１において、焦点検出用画素からの信号を読み出す。
ステップＳ２０２において、減光素子９１の位置情報を読み出して、対称に減光するか、非対称に減光するか、を判断する。
【０１３０】
ステップＳ２０２の判断結果、一対の測距瞳を非対称に減光する場合、ステップＳ２０３において、測距瞳信号の補正を行う。測距瞳信号の補正処理では、一対の測距瞳を非線対称に減光した場合、該当する一対の測距瞳のうち、減光された測距瞳の信号をゲインアップする処理を行う。そして、ステップＳ２０４へ進む。
【０１３１】
ステップＳ２０２の判断結果、一対の測距瞳を対称に減光する場合、ステップＳ２０４へ進む。
【０１３２】
ステップＳ２０４において、異なる瞳の画素、例えば画素１２０Ｒと画素１２０Ｌとの相関演算を行なう。ステップＳ２０５において、相関演算結果の信頼性を判定する。ステップＳ２０６において、演算部２４ｂは、デフォーカス量を算出する。
【０１３３】
図２２は、撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。ステップＳ３０１において、画像信号取得部２４ａは、撮像用画素からの信号を読み出す。画素読出しは、全画素読出し、間引き読出しの処理を行うように構成してもよい。
【０１３４】
ステップＳ３０２において、画像構成部２４ｃは、撮像用画素からの信号に基づいて画像データを構成する。
画像構成には、欠陥画素の補間処理が含まれている。また、画素加算や画素補間により、焦点検出対象画素の位置の画素信号を求めるようにしてもよい。
【０１３５】
ステップＳ３０３において、生成された画像信号を一時記憶しておく。そして、ステップＳ３０４において、液晶表示素子２６は、記録されている画像を表示する。
【０１３６】
図２３は、画像撮影時の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ４０１において、優先モードを選択する。ステップＳ４０１において、画質優先モードを選択した場合、ステップＳ４０２において、物体の撮影を開始する。ステップＳ４０３において、後述する手順により焦点を検出する。そして、ステップＳ４０４において、後述する撮影サブルーチン１の手順により撮影を行なう。
【０１３７】
また、ステップＳ４０１において、撮影速度優先モードを選択した場合、ステップＳ４０５において、物体の撮影を開始する。ステップＳ４０６において、後述する手順により焦点を検出する。そして、ステップＳ４０７において、後述する撮影サブルーチン２の手順により撮影を行なう。
【０１３８】
図２４は、焦点検出の流れを示すフローチャートである。ステップＳ５０１において、焦点検出用画素からの信号を読み出す。ステップＳ５０２において、異なる瞳の画素、例えば画素１２０Ｒと画素１２０Ｌとの相関演算を行なう。ステップＳ５０３において、相関演算結果の信頼性を判定する。ステップＳ５０４において、演算部２４ｂは、デフォーカス量を算出する。
【０１３９】
図２５は、撮影の他の流れを示すフローチャートである。撮影速度優先モードと、画質優先モードと、を選択する基本的な流れは、図２３で示すフローチャートと同じである。このため、重複する説明は省略する。
【０１４０】
図２６は、撮影サブルーチン２の流れを示すフローチャートである。ここでは、駆動素子９１の移動は行なわない。
ステップＳ４０１において、画像信号取得部２４ａは、撮像用画素からの信号を読み出す。画素読出しは、全画素読出し、間引き読出しの処理を行うように構成してもよい。
【０１４１】
ステップＳ７０２において、画像構成部２４ｃは、撮像用画素からの信号に基づいて画像データを構成する。画像構成には、欠陥画素の補間処理が含まれている。また、加算処理や間引き処理を行うように構成してもよい。
【０１４２】
ステップＳ７０３において、生成された画像信号を一時記憶しておく。そして、ステップＳ７０４において、液晶表示素子２６は、記録されている画像を表示する。
【０１４３】
以上説明した第１、第２実施形態のデジタルカメラの構成において、画素配列のバリエーション１〜４のいずれを組み合わせても良いことはいうまでもない。
また、固定絞り、可変絞りと、フローチャートで説明した各サブルーチンとの組合せも、上述のものに限られず、任意の組合せとして用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
以上のように、本発明には、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置に適している。
【符号の説明】
【０１４５】
１１ デジタルスチルカメラ
１２ 交換レンズ
１３ カメラボディ
１６ レンズ駆動制御装置
１８ ズーミング用レンズ
１９ レンズ
２０ フォーカシング用レンズ
２１ａ 可変絞り
２１ｂ 固定絞り
２２ 撮像素子
２４ ボディ制御装置
２４ａ 画素信号取得部
２４ｂ 演算部
２４ｃ 画像構成部
２５ 液晶表示素子駆動回路
２６ 液晶表示素子
２７ 接眼レンズ
２８ 撮像素子駆動回路
２９ メモリカード
３１ ｐ形ウエル
３２α、３２β ｎ形領域
３３α、３３β 表面ｐ＋層
３５ カラーフィルタ
３６ マイクロレンズ
４１ 画素
４２、５２ マイクロレンズ
４４、５４ 遮光膜
４８、５８ 開口部
６１、６２、６３、６４ オンチップレンズ
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ 光軸
７０、８０ 画素
７１、８１ 屈折率分布レンズ
７２ カラーフィルタ
７６、８６ 受光素子
９０ 移動・駆動部
９１ 減光素子
１２０Ｌ 左側瞳検出用画素
１２０Ｒ 右側瞳検出用画素
１２０Ｕ 上側瞳検出用画素
１２０Ｄ 下側瞳検出用画素
１２１ 撮影用画素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に位相差オートフォーカス（以下、適宜「ＡＦ」という。）の測距精度は、ＡＦセンサーが取り込める重心Ｆｎｏと焦点検出用画素の間隔とで決まっている。
従来例の撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された素子を用いた撮像装置としては、以下の特許文献１に開示された構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５９２１４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来例では、測距瞳を開口絞りで決定している。このため、光量調整のために絞りを変動させると、測距精度が変動してしまう。
また、測距精度を向上させるために、重心Ｆｎｏを大きくした構成において、光量調整のため絞りを絞ると、光線が通らない（光量が得られない）場合がある。この場合でも、測距性能が劣化してしまう。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置を得ること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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像装置は、
撮影レンズが装着可能、又は、撮影レンズが固定された撮像装置において、
光電変換面を有する画素が２次元的に配列された撮像素子を備え、
前記画素は、入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、入射する光束の入射方向が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素からなり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、
開口径が調節可能な絞り手段と、
射出瞳の透過光量を変化させる少なくとも１つの減光素子と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記少なくとも１つの減光素子は、射出瞳の全面を均一に減光することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記少なくとも１つの減光素子は、前記射出瞳の特定部分を均一に減光し、
線対称の対称軸を、射出瞳の中心を通り、測距瞳の分割方向と垂直な直線で表すとき、
一対の測距瞳を、非線対称に減光した場合、
ゲインアップ手段は、該当する一対の測距瞳のうち、減光された測距瞳の信号をゲインアップし、
前記演算手段はデフォーカス量の演算を行うことが好ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記減光素子を光路上に挿入、または光路外に退避するための移動手段を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、回転させて光路上に移動させることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、直線的に光路上に移動させることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、前記撮像素子の長辺方向に沿って光路上に直線移動させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、前記撮像素子の短辺方向に沿って光路上に直線移動させることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られ、
前記演算手段は、前記移動手段に応じて、２通り以上の位相差情報から１通りの位相差情報を選択、もしくは加重を付け、デフォーカス量を演算することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記減光素子が透過光量を変化させる前に露光量を算出する露光量算出手段を有し、
前記露出量に基づいて、前記減光素子の透過光量の調節を行い、
前記演算手段は、露光量を調整した後の前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量の演算を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置を得ることを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラの内部構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るデジタルカメラの射出瞳の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る撮像素子の光電変換部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る撮像素子の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。
【図７】撮像素子の構成（バリエーション１）を示す平面図である。
【図８】撮像素子の構成（バリエーション２）を示す平面図である。
【図９】撮像素子の構成（バリエーション３）を示す平面図である。
【図１０】撮像素子の構成（バリエーション４）を示す平面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態におけるデジタルカメラの共役関係と撮像素子における基線長を模式的に示す図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、デジタルカメラの共役関係と撮像素子における基線長を模式的に示す他の図である。
【図１３】第２実施形態に係るデジタルカメラの内部構成を示す図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、瞳を減光する様子を説明する図である。
【図１５】絞りを減光する様子を説明する他の図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は、瞳を減光する様子を説明するさらに他の図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、瞳を減光する様子を説明する別の図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は、瞳を減光する様子を説明するさらに別の図である。
【図１９】デジタルカメラの構成を示す機能ブロック図である。
【図２０】画像撮影時の処理手順を示すフローチャートである。
【図２１】焦点検出の流れを示すフローチャートである。
【図２２】撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図２３】撮影の他の流れを示すフローチャートである。
【図２４】焦点検出の流れを示すフローチャートである。
【図２５】撮影サブルーチン１の流れを示すフローチャートである。
【図２６】撮影サブルーチン２の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る撮像装置、及び、この撮像装置を備えたカメラの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（第１実施形態）
（デジタルカメラ）
まず、本発明の実施形態に係る撮像装置を備えたカメラについて説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１１の内部構成を示す図である。
デジタルカメラ１１は、交換レンズ１２と、カメラボディ１３と、から構成され、交換レンズ１２はマウント部１４によりカメラボディ１３に装着される。
【００２１】
交換レンズ１２は、レンズ駆動制御装置１６、ズーミング用レンズ１８、レンズ１９、フォーカシング用レンズ２０、及び、絞り２１を備えている。レンズ駆動制御装置１６は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ２０と絞り２１の駆動制御、絞り２１、ズーミング用レンズ１８およびフォーカシング用レンズ２０の状態検出、並びに、ボディ制御装置２４に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
【００２２】
カメラボディ１３は撮像素子２２、ボディ制御装置２４、液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子２６、接眼レンズ２７、メモリカード２９などを備えている。撮像素子２２には後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ１２の予定結像面に配置されて交換レンズ１２により結像される被写体像を撮像する。撮像素子２２の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素（以下、ＡＦ用画素という）が配列される。
【００２３】
ここで、交換レンズ１２は撮像光学系に対応し、撮像素子２２は撮像素子に対応する。
【００２４】
ボディ制御装置２４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、撮像素子駆動回路２８を介して、撮像素子２２からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ１２の焦点調節状態の検出、レンズ駆動制御装置１６からのレンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量）の送信、デジタルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ制御装置２４とレンズ駆動制御装置１６は、マウント部１４の電気接点部２３を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。
【００２５】
可変絞り２１ａは、開口径が調整可能である。また、減光素子９１は、移動・駆動部９０からの信号に基づいて、透過光量を変化させることができる。
ボディ制御装置２４に、後述する焦点検出サブルーチンや、撮影サブルーチンを行うための構成が含まれている。
また、ボディ制御装置２４には、露光量算出、減光素子９１による露光調整を行うための構成が含まれている。
【００２６】
移動・駆動部９０は、例えばアクチュエータとして、ＤＣモーター、ステッピングモーターや超音波モーター、圧電素子を採用するようにしても良い。
また、減光素子９１として、液晶素子、エレクトロクロミック（ＥＣ）素子を用いることができる。ＥＣ素子を用いた場合、移動・駆動部９０は、ＥＣ素子への印加電圧を制御する。これにより、透過光量のＯＮ／ＯＦＦを切換えることができる。
【００２７】
液晶表示素子駆動回路２５は、液晶ビューファインダーの液晶表示素子２６を駆動する。撮影者は接眼レンズ２７を介して液晶表示素子２６に表示された像を観察する。メモリカード２９はカメラボディ１３に脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。
【００２８】
交換レンズ１２を通過して撮像素子２２上に形成された被写体像は、撮像素子２２により光電変換され、その出力はボディ制御装置２４へ送られる。ボディ制御装置２４は、撮像素子２２上のＡＦ用画素の出力データ（第１像信号、第２像信号）に基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置１６へ送る。また、ボディ制御装置２４は、撮像素子２２の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２９に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２５へ送り、液晶表示素子２６に画像を表示させる。
【００２９】
カメラボディ１３には不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など）が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ制御装置２４が検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作）の制御を行う。
【００３０】
レンズ駆動制御装置１６はレンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じて変更する。具体的には、レンズ駆動制御装置１６は、レンズ１８及びフォーカシング用レンズ２０の位置と絞り２１の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算するか、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置１６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ２０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。
【００３１】
（撮像素子の構成）
上述したデジタルカメラ１１の構成は、同一の符号を用いる構成は、以下の全ての実施例において共通する。次に、デジタルカメラ１１が有する撮像装置の撮像素子の構成について説明する。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。デジタルスチルカメラ１１における射出瞳Ｐは、図２に示すように、左右上下のうちの少なくとも２種類の瞳領域に対応する焦点検出用画素を有する。
具体例としては次の（１）〜（５）のとおりである。
【００３３】
（１）射出瞳Ｐを縦に２分割して、左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを配置したもの（図２（ａ））
（２）射出瞳Ｐを横に２分割して、上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを配置したもの（図２（ａ））
（３）左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを左右に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｃ））
（４）上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを上下に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｄ））
（５）左側瞳検出用画素Ｌと下側瞳検出用画素Ｄを任意の位置に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｅ））
【００３４】
なお、測距用瞳の形状は、半円形状、楕円形状としたが、これに限定されず、他の形状、例えば矩形状、多角形状にすることもできる。
また、図２（ａ）と（ｂ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、図２（ｃ）と（ｄ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、さらに、図２（ｃ）と（ｅ）を組み合わせて左右、斜め線検出の焦点検出用画素を配置してもよいが、これに限定されるものではない。
【００３５】
本実施形態の撮像装置では、瞳が異なる領域を有し、その領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、もう１つの領域を透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出する。
以下、図３〜図６を参照して、具体的な射出瞳の分割例について説明する。
【００３６】
（光電変換部の分割）
まず、図３を参照して、撮像素子２２の光電変換部を分割することによって射出瞳を分割する例を説明する。
図３は、撮像素子２２の光電変換部の構成を示す図である。
撮像素子２２は、基板内に形成されたＰ型ウエル３１、Ｐ型ウエル３１と共に光電荷を発生させ蓄積するｎ型領域３２α、３２β、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積されている光電荷が転送される不図示のフローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」と称する。）、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積された光電荷をＦＤ部へ効率よく転送するために光電荷を収集する表面ｐ＋層３３α、３３β、ＦＤ部へ光電荷を転送するための転送ゲート（不図示）、ゲート絶縁膜であるＳｉＯ２膜３４、ベイヤ配列のカラーフィルタ３５、及び、被写体からの光を集めるマイクロレンズ３６、を備える。
【００３７】
マイクロレンズ３６は、レンズ１９（図１）の瞳と表面ｐ＋層３３α、３３βとが、共役になるような形状及び位置に形成されている。光電荷は、模式的には、領域３７で発生する。
【００３８】
図３に示す例では、光電変換部が、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、に分割されており、これにより射出瞳が分割される。光線Ｌ３１、Ｌ３２は、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、にそれぞれ入射する。
【００３９】
（開口部を偏心）
次に、図４を参照して、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。
図４は、撮像素子２２の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【００４０】
画素４１は、最上部から、順に、マイクロレンズ４２、マイクロレンズ４２を形成するための平面を構成するための平滑層４３、色画素の混色防止のための遮光膜４４、色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層４５、及び、光電変換素子４６が配置されている。画素５１も画素４１と同様に、最上部から、順に、マイクロレンズ５２、平滑層５３、遮光膜５４、平滑層５５、及び、光電変換素子５６が配置されている。
【００４１】
さらに、これらの画素４１、５１においては、遮光膜４４、５４が、光電変換素子４６、５６中心部４７、５７から外側に偏心した開口部４８、５８をそれぞれ有している。
【００４２】
図４に示す例では、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ４１、Ｌ５１は、光電変換素子４６、５６にそれぞれ入射することから、射出瞳が分割される。
【００４３】
つづいて、図５を参照して、レンズを偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図５は、撮像素子の内部構成を示す図である。
図５の撮像素子においては、それぞれの画素の上のオンチップレンズ６１、６２、６３、６４が独立して構成されている。
図５においては、画素集合Ａの画素のオンチップレンズ６１、６３の光軸６１ａ、６３ａは、画素の中心から左側にずれている。また、画素集合Ｂの画素のオンチップレンズ６２、６４の光軸６２ａ、６４ａは画素の中心から右側にずれている。
２つの画素集合Ａ、Ｂからの出力を比較することで、レンズ１８のフォーカス量を算出することができる。
【００４４】
オンチップレンズ６１、６２、６３、６４では、屈折力と光軸６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａの位置等の形状という２つのパラメーターを独立してコントロールすることができる。画素数が十分多ければ、画素集合Ａと画素集合Ｂは、同様の光の強度分布を得ることができ、これを利用して位相差ＡＦを行うことができる。この時、画面全体でのデフォーカス量を検出できるので、被写体の３次元情報を取得することができる。
【００４５】
図５に示す例では、撮像素子２２のオンチップレンズを画素の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ６１、Ｌ６２は、オンチップレンズ６１、６２にそれぞれ入射し、これにより射出瞳が分割される。
【００４６】
次に、図６を参照しつつ、ＤＭＬ（デジタルマイクロレンズ）を用いて射出瞳を分割する例を説明する。図６は、撮像素子の内部構造を示す断面図である。
図６に示す撮像素子では、オンチップレンズをＤＭＬで構成している。画素７０と画素８０はそれぞれ異なる領域からの光束を受光する隣り合った画素である。
【００４７】
図６において、撮像素子は、ＤＭＬ７１、８１、カラーフィルタ７２、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平坦化層７５、受光素子７６、８６（例えばＳｉフォトダイオード）、及び、Ｓｉ基板７７を備える。図６に示すように、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平滑化層７５、受光素子７６、８６、及び、Ｓｉ基板７７は、半導体集積回路７８を構成する。ここで、画素７０と画素８０の構成は、ＤＭＬ７１、８１以外は同様である。
【００４８】
図６は、入射光束全体のうち、受光素子７６、８６にそれぞれ入射する光束の様子を示している。ＤＭＬ７１、８１を用いることにより、光束Ｌ７１、Ｌ８１は、画素７０の受光素子７６と画素８０の受光素子８６にそれぞれ入射し、射出瞳が分割される。
【００４９】
撮像素子（イメージャ）としては、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、裏面照射型ＣＭＯＳ、１画素中でＲ、Ｇ、Ｂ全色を３層で取り込むことのできるセンサー（Ｆｏｒｖｅｏｎ Ｘ３）を用いることができる。
【００５０】
以下の実施例では、焦点検出用画素は、光電変換部の撮影レンズ側に形成されたオンチップレンズを画素の中心から偏心させることによって、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。瞳分割の手段としては、上述のように、画素中心に対して遮光部材を用いて開口部を偏心させたものや、ＤＭＬを用いたもの、１画素中に光電変換部を２つ設けたものでもよい。
【００５１】
焦点検出用画素は、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成している。このため、焦点検出用画素からの信号レベルは、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力される信号レベルと異なってしまうおそれがある。焦点検出用画素の位置における画像用の信号を得る為には、以下の（１）又は（２）の方法をとることが好ましい。
（１）焦点検出用画素の信号を周囲の撮像用画素の信号レベルと同等となるようにゲインを調整し、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
（２）焦点検出用画素の信号および焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて画素補間を行い、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
【００５２】
ゲイン調整の方法については、次のように行う。
まず、焦点検出用画素から出力されたままの信号レベルと、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力されたままの信号レベルと、を比較する。つづいて、焦点検出用画素から出力される信号レベルを近傍の撮像用画素から出力される信号レベルに近づけるようにゲインを調整する。その後、焦点検出用画素の信号をゲイン調整し得られた信号を画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００５３】
画素補間の方法については、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかが好ましいが、これらに限定されず、単純平均演算（重み付きも含む）だけでなく、線形補間、２次以上の多項式で補間、メディアン処理などで求めてもよい。
（ａ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｂ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素の信号と焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｃ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号と焦点検出用画素の位置の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００５４】
撮像素子の複数の画素には、複数の色フィルタがそれぞれ配置されている。後述する実施例３、４では、複数の色フィルタの透過特性は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３通りとしている。
Ｂフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタであり、Ｒフィルタは、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタであり、Ｇフィルタは、それ以外の透過特性を持つものである。
なお、複数の色フィルタは、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有していれば、ほかの組合せでも良い。
【００５５】
焦点検出用画素は、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタとして、Ｇフィルタを用いて、入射する光束の入射方向を制限している。
なお、焦点検出用画素は、Ｇフィルタに限らず、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも１部が、入射する光束の入射方向を制限するよう構成することができる。
【００５６】
以上説明したように、焦点検出用画素は、複数の画素のうち少なくとも１部を占め、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成されている。
また、撮像用画素は、焦点検出画素以外の画素であり、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成されている。
そして、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力する。また、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力する。
【００５７】
（画素配列のバリエーション１）
図７は、第１実施形態のイメージャにおける画素配置を概念的に示す平面図である。
図７に示すイメージャ（撮像装置）は、図３、図４、図５、図６で示した画素において、各画素中心と各光電変換領域の瞳の中心、または面積重心とを上方向、下方向、右側方向、左側方向にずらした画素、の組合せで構成されている。
【００５８】
図７は、各画素の光軸方向から望んだときの光電変換領域を示したものである。
図７では、縦１０画素（Ｌ０１〜Ｌ１０）、横１０画素（Ｆ０１〜Ｆ１０）で合計１００画素の例を示している。しかしながら、画素数はこれに限るものでなく、例えば合計画素が１０００万画素を超えるものでも構わない。
【００５９】
図７に示す例では、画素中心に対し光電変換領域の面積中心のずれている方向が右側と左側と上側と下側の４種類がある。以下の説明では、それぞれを右画素１２０Ｒ、左画素１２０Ｌ、上画素１２０Ｕ、下画素１２０Ｄと称することとする。
【００６０】
図７において、Ｌ０１の行では、左から（Ｆ０１から）順に、左画素１２０Ｌ、撮像用画素１２１、左画素１２０Ｌ、撮像用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｌ０２の行では、左から順に、撮像用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮像用画素１２１、下画素１２０Ｄ、が繰り返し配置されている。
Ｌ０３の行では、左から順に、右画素１２０Ｒ、撮像用画素１２１、右画素１２０Ｒ、撮像用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｌ０４の行では、左から順に、撮像用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮像用画素１２１、下画素１２０Ｄ、が繰り返し配置されている。
Ｌ０５以降の行は、Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３、Ｌ０４のパターンを繰り返す配置になっている。
【００６１】
図７の配置をＦ０１〜１６の列から見ると次のようになる。
Ｆ０１の列では、上から（Ｌ０１から）順に、左画素１２０Ｌ、撮影用画素１２１、右画素１２０Ｒ、撮影用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｆ０２の列では、上から順に、撮影用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮影用画素１２１、上画素１２０Ｕ、が繰り返し配置されている。
Ｆ０３以降の列は、Ｆ０１、Ｆ０２のパターンを繰り返す配置になっている。
【００６２】
以下の説明においては、特定の画素を示すときに、行番号Ｌ０１〜Ｌ１０と列番号Ｆ０１〜Ｆ１０を並べて表す。例えば、Ｌ０１の行のうち、Ｆ０１の列に対応する画素を「Ｌ０１Ｆ０１」で表す。
【００６３】
図７に示す例では、例えば、Ｌ０１Ｆ０１（左画素１２０Ｒ）と、Ｌ０２Ｆ０２（下画素１２０Ｕ）とＬ０３Ｆ０１（右画素１２０Ｒ）とＬ０２Ｆ０４（下画素Ｄ）とのいずれかの画素とは、画素ピッチから算出される画素間距離より、瞳の中心間距離または重心間距離が狭い構成となる。
【００６４】
第１実施形態の撮像装置では、左画素１２０Ｌから構成されるセル群と、右画素１２０Ｒから構成される別のセル群と、のそれぞれの出力信号（測距のための信号）から、位相差情報を算出して光学系のフォーカスを調整させることができる。
【００６５】
例えば、Ｌ０１の行の左画素１２０ＬであるＬ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０５、Ｌ０１Ｆ０７、Ｌ０１Ｆ０９から得られる出力波形と、Ｌ０３の行の右画素１２０Ｒである、Ｌ０３Ｆ０１、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０３Ｆ０５、Ｌ０３Ｆ０７、Ｌ０３Ｆ０９から得られる出力波形と、を比較することで、所謂位相差検出式によりデフォーカス情報や合焦点位置情報が取得できる。
【００６６】
（画素配列のバリエーション２）
次に、撮像装置が備える撮像素子の他の構成例について説明する。
【００６７】
図８の配置において、Ｌ０５Ｆ０１画素とＬ０５Ｆ０９画素とは、左側瞳検出用画素である。また、Ｌ０５Ｆ０５画素は、右側瞳検出用画素である。
【００６８】
これにより、精度の高い焦点検出を行うことができる。
【００６９】
（画素配列のバリエーション３）
次に、撮像装置が備える撮像素子の他の構成例について説明する。
【００７０】
図９のカラーフィルタの配置は、Ｌ０１Ｆ０１画素を緑色のフィルタＧ、Ｌ０１Ｆ０２画素を赤色のフィルタＲとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
【００７１】
また、Ｌ０２Ｆ０１画素を青色のフィルタＢ、Ｌ０２Ｆ０２画素を緑色のフィルタＧとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
そして、Ｌ０１列のパターンと、Ｌ０２列のパターンとを、縦方向に、繰り返している。
【００７２】
ここで、緑色のフィルタＧが配置されている、Ｌ０５Ｆ０１画素とＬ０５Ｆ０９画素とは、左側瞳検出用画素である。また、Ｌ０５Ｆ０５画素は、右側瞳検出用画素である。
【００７３】
これにより、被写体の色に関わらず精度の高い焦点検出を行うことができる。尚、カラーフィルタと光電変換領域の画素中心からのズレ方向の組み合わせはこれに限る必要はない。
【００７４】
（画素配列のバリエーション４）
次に、撮像装置が備える撮像素子のさらに他の構成例について説明する。
【００７５】
図１０のカラーフィルタの配置は、Ｌ０１Ｆ０１画素を緑色のフィルタＧ、Ｌ０１Ｆ０２画素を赤色のフィルタＲとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
【００７６】
また、Ｌ０２Ｆ０１画素を青色のフィルタＢ、Ｌ０２Ｆ０２画素を緑色のフィルタＧとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
そして、Ｌ０１列のパターンと、Ｌ０２列のパターンとを、縦方向に、繰り返している。
【００７７】
ここで、緑色のフィルタＧが配置されている、Ｌ０１Ｆ０１画素と、Ｌ０５Ｆ０９画素と、Ｌ０９Ｆ０１画素と、Ｌ０９Ｆ０９画素とは、左側瞳検出用画素である。
また、Ｌ０５Ｆ０１画素と、Ｌ０５Ｆ０９画素とは、右側瞳検出用画素である。
また、Ｌ０１Ｆ０５画素と、Ｌ０９Ｆ０５画素とは、上側瞳検出用画素である。
さらに、Ｌ０５Ｆ０５画素は、下側瞳検出用画素である。
【００７８】
これにより、被写体の色に関わらず精度の高い焦点検出を行うことができる。尚、カラーフィルタと光電変換領域の画素中心からのズレ方向の組み合わせはこれに限る必要はない。
【００７９】
図１１（ａ）、（ｂ）は、第１実施形態におけるデジタルカメラの共役関係と撮像素子における基線長を模式的に示す図である。
ここで、ズームレンズ１８、フォーカシング用レンズ２０、レンズ１９、可変絞り２１ａ、減光素子９１をまとめて撮像光学系ＴＬとして示す。
【００８０】
図１１（ａ）は、絞りＳを絞っていない状態での、光路を示している。遮光されている領域は斜線を付して示す。ＡＦ用の瞳開口の面積重心位置Ｃ１、Ｃ２は２つ形成される。そして、面積重心位置Ｃ１、Ｃ２により撮像素子２２上の基線長Ｌ１が規定される。
基線長は長いほどデフォーカス量の検出精度が向上する。
【００８１】
図１１（ｂ）は、遮光する領域を増やした状態での光路を示している。図から明らかなように、基線長Ｌ２は基線長Ｌ１より長くなる。このため、測距精度を向上できる。
【００８２】
一般的に位相差ＡＦの測距精度は、ＡＦセンサーの取り込める重心Ｆｎｏと焦点検出用画素の間隔で決まっている。
従来例の、撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された素子を用いた撮像装置では、測距瞳を開口絞りで決定している。このため、絞りを変動させて、光路の遮光を行うと、光量調整が行える一方、測距精度が大きく変動する。
【００８３】
また、測距精度を向上させるために、重心Ｆｎｏを大きくした構成では、光量調整において絞りを絞ると、光線が通らない（光量が得られない）場合があり、測距性能が劣化する。
しかし、本構成のように絞りの代わりに減光素子を用いて、光量調整を行う場合、絞り径の変動が小さくなるため、測距精度の劣化が小さくなる。
【００８４】
図１２（ａ）、（ｂ）は、デジタルカメラの共役関係と撮像素子における基線長を模式的に示す図である。
【００８５】
図１２（ａ）は、絞りＳを絞ることで、基線長Ｌ１が基線長Ｌ２へと長くなる状態を示している。
図１２（ｂ）は、さらに絞りＳを絞った状態を示している。この状態では、受光できる光束が無くなってしまい測距が不能となる。
【００８６】
本実施形態は、光量調節のために開口径が調節可能な絞り２１ａと、減光素子９１を有する。光量調整に減光素子９１を用いることで、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置が得られる。
【００８７】
減光素子９１は、上述したように、ＮＤフィルタ、液晶素子、偏光素子、エレクトロクロミック（ＥＣ）素子である。本実施形態では、重心Fnoを離す構成により基線長が長くなり測距精度が向上する。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るデジタルカメラについて説明する。
【００８８】
図１３は、第２実施形態に係るデジタルカメラ１１の内部構成を示す図である。第１実施形態のデジタルカメラ１１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は、省略する。
【００８９】
本実施形態では、可変絞りの代わりに固定絞り２１ｂを用いている。また、減光素子９１は、移動・駆動部９０からの信号に基づいて、透過光量を変化させることができる。
【００９０】
図１４（ａ）、（ｂ）は、減光素子９１により、左右の瞳を減光してゆく様子を示している。
図１４(ａ）は、瞳Ｐ内を左側瞳焦点検出領域Ｌと、右側瞳焦点検出領域Ｒとに対して、減光無しの状態で光が入射している様子を示す。
また、図１４（ａ）の下側の２つのグラフは、それぞれ左側瞳、右側瞳における入射光量（縦軸）を示している。
【００９１】
図１４（ｂ）は、一対の測距瞳を減光素子ＮＤにより、線対称に減光する様子を示している。
このとき、図１４（ｂ）に示すように、左側瞳と、右側瞳とは同じように減光される。
【００９２】
図１５は、瞳Ｐの全面に減光素子ＮＤが重なった状態を示している。
【００９３】
焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されている。また、各光電変換部は、瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られるように構成されている。
【００９４】
これにより、被写体の検出方向が２通りある為、１通りに比べて被写体に依存せず焦点検出性能が向上する。
例えば、瞳の分割方向を左右と上下の２通りとすると、分割方向が左右だけの場合に比べて、被写体の縦線方向も検出できることから、焦点検出性能が向上する。
【００９５】
また、少なくとも１つの減光素子９１は、射出瞳の全面を均一に減光することが望ましい。
【００９６】
光量調節のために、全面を均一に減光する減光素子９１を有することで、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置が得られる。
【００９７】
また、減光素子９１として、ＮＤフィルタを用いた場合、１枚よりも複数枚のＮＤフィルタを使用することが望ましい。これにより、減光量の幅を広くできる。
【００９８】
また、減光素子９１が液晶素子、ＥＣ素子の場合、印加電圧によって、減光量の制御が可能である。一対の測距瞳を、非線対称に減光した場合、一対の測距瞳から得られる一対の像信号において、減光された測距瞳から得られる像信号のみ信号レベルが劣化する。よって、デフォーカス検出するための相関演算に必要な２像（一対の像）間の対称性が崩れ、焦点検出性能が劣化してしまう。
【００９９】
そこで、本構成では、信号取得時に、信号取得部２４ａが減光された測距瞳から得られる像信号のみゲインアップし、相関演算に必要な２像（一対の像）間の対称性を補正する。これにより、焦点検出性能の劣化を防止することができる。
また、本構成では信号取得部２４ａがゲインアップ手段として、像信号のゲインアップを行っているが、これに限られるものでなく、別に備えられたゲインアップ手段によって像信号のゲインアップが行われてもよい。
【０１００】
図１６（ａ）は、一対の焦点検出用瞳を一対の測距瞳を、非線対称に減光した場合を示している。
上述したように、図１６（ｂ）のように、減光された瞳の信号のみゲインＵＰする。また、このように、２像（一対の像）信号の対象性を補正し、相関演算を行う。
【０１０１】
また、ＮＤフィルタの退避を考慮して、スペース効率と測距精度のトレードオフ関係を考慮した以下の構成Ａ、Ｂとすることもできる。構成Ａ、Ｂを選択できる構成でも良い。
【０１０２】
構成Ａ：ＮＤフィルタの退避方向が撮像素子の長辺方向
→カメラボディのスペース効率：良い
・瞳分割方向：短辺方向
→測距精度：良い
【０１０３】
構成Ｂ：ＮＤフィルタの退避方向が撮像素子の短辺方向
・瞳分割方向：長辺方向
→測距精度：良い
【０１０４】
また、移動手段である移動・駆動部９０は、減光素子９１を回転させて移動させること、または減光素子９１の任意の点の移動軌跡が基準点に基づいて回転成分で表されるように移動させることが望ましい。これで、減光素子９１を光路外から挿入し、回転させて光路上に移動させることが出来る。
【０１０５】
図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ減光素子９１であるＮＤフィルタを回転させて、瞳Ｐを減光してゆく状態を示している。
【０１０６】
図１７（ａ）は、ＮＤフィルタの回転角度が０度の状態である。
図１７（ｂ）は、ＮＤフィルタの回転角度が２２．５度の状態である。
図１７（ｃ）は、ＮＤフィルタの回転角度が４５度の状態である。
図１７（ｄ）は、ＮＤフィルタの回転角度が６７．５度の状態である。
【０１０７】
これにより、スペースを効率良く利用することができる。
【０１０８】
また、移動手段である移動・駆動部９１は、減光素子９１を直線移動させるように、または減光素子９１の任意の点の移動軌跡が基準点に基づいて直線成分で表されるように移動させるように構成できる。これで、減光素子９１を光路外から挿入し、直線的に光路上に移動させることが出来る。
【０１０９】
図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ減光素子９１であるＮＤフィルタを直線移動させて、瞳Ｐを減光してゆく状態を示している。
【０１１０】
また、移動手段である移動・駆動部９０は、減光素子９１であるＮＤフィルタを撮像素子２２の長辺方向に直線移動させること、減光素子９１の任意の点の移動軌跡が基準点に基づいて、撮像素子２２の長辺方向の直線成分で表されるように移動させることが望ましい。これで、減光素子９１を光路外から挿入し、長辺方向に沿って光路上に直線移動させることが出来る。
【０１１１】
このように、ＮＤフィルタの移動方向が撮像素子２２の長辺方向とする場合、カメラボディのスペース効率を向上できる。
また、瞳分割方向を撮像素子２２の短辺方向とすれば、測距精度が良くなる。
【０１１２】
また、移動手段である移動・駆動部９０は、減光素子９１を撮像素子２２の短辺方向に直線移動させるように、または前記移動手段は、減光素子２２の任意の点の移動軌跡が基準点に基づいて、撮像素子２２の短辺方向の直線成分で表されるように移動させるように構成できる。これで、減光素子９１を光路外から挿入し、短辺方向に沿って光路上に直線移動させることが出来る。
【０１１３】
ＮＤフィルタの移動方向が撮像素子２２の短辺方向の場合、瞳分割方向が長辺方向であれば、測距精度が良い。
【０１１４】
また、焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されている。瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られ、演算部は、移動手段である移動・駆動部９０に応じて、２通り以上の位相差情報から１通りの位相差情報を選択、もしくは加重を付け、デフォーカス量を演算することが望ましい。
【０１１５】
これにより、被写体の検出方向が２通りある為、１通りに比べて被写体に依存せず焦点検出性能が向上する。
例えば、瞳の分割方向を左右と上下の２通りとすると、分割方向が左右だけの場合に比べて、被写体の縦線方向も検出できることから、焦点検出性能が向上する。
【０１１６】
（機能ブロック図）
次に、具体的な構成について説明する。
図１９は、デジタルカメラ１１の構成を示す機能ブロック図である。
【０１１７】
レンズ駆動制御部１６は、フォーカシングレンズ２０を駆動する。撮像素子駆動回路３０２は、撮像素子を駆動するための同期信号ＨＤ（水平駆動信号）、ＶＤ（垂直駆動信号）信号を生成し、撮像素子２２へ出力する。
また、撮像素子駆動回路３０２は、読み出し位置情報であるアドレス情報を焦点検出画素分離部３０１へ出力する。
【０１１８】
撮像素子２２は、物体像を撮像する。焦点検出画素分離部３０１は、撮影用画素からの信号、焦点検出用画素からの信号、Ａ瞳画素からの信号、及びＢ瞳画素からの信号のいずれの信号であるかを識別するための信号を相関演算器３０３へ出力する。
ここで、Ａ瞳、Ｂ瞳とは、上述した４つの右側瞳、左側瞳、上側瞳、下側瞳のうちの、いずれか２つの瞳を指している。
【０１１９】
また、撮像素子２２は、映像信号と、Ａ瞳画素からの信号と、Ｂ瞳画素からの信号とを含むビデオ信号（ＶＩＤＥＯ）を相関演算器３０３へ出力する。
【０１２０】
（補間処理）
次に、補間処理について説明する。焦点検出分離部３０１からの信号が焦点検出用画素の信号であるとき、焦点検出用画素が存在する位置（アドレス）からは、映像信号は得られない。このため、補間回路３０５は、焦点検出用画素の周辺に存在している複数の撮影用画素からの信号に基づいて、映像信号を生成する補間処理を行う。
【０１２１】
画像処理部３０６は、通常の撮影が画像を処理する。なお、図示はしていないが、画像処理部３０６には、液晶表示部（ＬＣＤ）を設ける構成、メモリカードなどの記憶媒体を接続可能な構成としても良い。
【０１２２】
補間回路３０５により、必要に応じて補間されたＡＦ信号は、画像処理部３０６とＡＥ評価値を処理するブロック３０７に出力される。画像処理部３０６は、ＡＦ信号に対して、補間処理を行う。
また、ＡＥ評価値とは、１フレーム期間のＡＥエリアターゲット内の輝度値の累積値をいう。
【０１２３】
また、デフォーカス量演算回路３０４は、相関演算器３０３からのＡＦ信号に基づいて、デフォーカス量を演算する。レンズ駆動制御部１６は、演算されたデフォーカス量に基づいてフォーカシングレンズ２０を駆動する。
【０１２４】
また、移動・駆動部９０は、減光素子９１がＮＤフィルタのときは移動させ、液晶素子などのときは駆動させる。これにより、上述したように、瞳を制限することで減光する。
【０１２５】
図２０は、撮影の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、撮影を開始する。ステップＳ１０２において、露光量を算出する。
【０１２６】
ステップＳ１０３において、減光素子９１により、露光調整を行う。ステップＳ１０４において、焦点検出サブルーチンを実行する。ステップＳ１０５において、撮影サブルーチンを実行する。
【０１２７】
ここで、減光素子９１が透過光量を変化させる前に露光量を算出する露光量算出部３０７と、
減光素子９１が透過光量を変化させた後に焦点を検出するためにデフォーカス量を演算するデフォーカス量算出部３０４と、を有する。
【０１２８】
但し、上記のフローチャートに限定されない。
例えば、電源ＯＮ後、初期状態検出、撮像素子駆動、プレビュー画像表示などをおこなってもよい。
また、撮影開始をシャッターボタン半押し後、焦点検出サブルーチンに移り、合焦後、確認画像を表示し、シャッターボタン全押し後に、撮影サブルーチンに移るフローでもよい。
【０１２９】
図２１は、焦点検出の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２０１において、焦点検出用画素からの信号を読み出す。
ステップＳ２０２において、減光素子９１の位置情報を読み出して、対称に減光するか、非対称に減光するか、を判断する。
【０１３０】
ステップＳ２０２の判断結果、一対の測距瞳を非対称に減光する場合、ステップＳ２０３において、測距瞳信号の補正を行う。測距瞳信号の補正処理では、一対の測距瞳を非線対称に減光した場合、該当する一対の測距瞳のうち、減光された測距瞳の信号をゲインアップする処理を行う。そして、ステップＳ２０４へ進む。
【０１３１】
ステップＳ２０２の判断結果、一対の測距瞳を対称に減光する場合、ステップＳ２０４へ進む。
【０１３２】
ステップＳ２０４において、異なる瞳の画素、例えば画素１２０Ｒと画素１２０Ｌとの相関演算を行なう。ステップＳ２０５において、相関演算結果の信頼性を判定する。ステップＳ２０６において、演算部２４ｂは、デフォーカス量を算出する。
【０１３３】
図２２は、撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。ステップＳ３０１において、画像信号取得部２４ａは、撮像用画素からの信号を読み出す。画素読出しは、全画素読出し、間引き読出しの処理を行うように構成してもよい。
【０１３４】
ステップＳ３０２において、画像構成部２４ｃは、撮像用画素からの信号に基づいて画像データを構成する。
画像構成には、欠陥画素の補間処理が含まれている。また、画素加算や画素補間により、焦点検出対象画素の位置の画素信号を求めるようにしてもよい。
【０１３５】
ステップＳ３０３において、生成された画像信号を一時記憶しておく。そして、ステップＳ３０４において、液晶表示素子２６は、記録されている画像を表示する。
【０１３６】
図２３は、画像撮影時の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ４０１において、優先モードを選択する。ステップＳ４０１において、画質優先モードを選択した場合、ステップＳ４０２において、物体の撮影を開始する。ステップＳ４０３において、後述する手順により焦点を検出する。そして、ステップＳ４０４において、後述する撮影サブルーチン１の手順により撮影を行なう。
【０１３７】
また、ステップＳ４０１において、撮影速度優先モードを選択した場合、ステップＳ４０５において、物体の撮影を開始する。ステップＳ４０６において、後述する手順により焦点を検出する。そして、ステップＳ４０７において、後述する撮影サブルーチン２の手順により撮影を行なう。
【０１３８】
図２４は、焦点検出の流れを示すフローチャートである。ステップＳ５０１において、焦点検出用画素からの信号を読み出す。ステップＳ５０２において、異なる瞳の画素、例えば画素１２０Ｒと画素１２０Ｌとの相関演算を行なう。ステップＳ５０３において、相関演算結果の信頼性を判定する。ステップＳ５０４において、演算部２４ｂは、デフォーカス量を算出する。
【０１３９】
図２５は、撮影の他の流れを示すフローチャートである。撮影速度優先モードと、画質優先モードと、を選択する基本的な流れは、図２３で示すフローチャートと同じである。このため、重複する説明は省略する。
【０１４０】
図２６は、撮影サブルーチン２の流れを示すフローチャートである。ここでは、駆動素子９１の移動は行なわない。
ステップＳ４０１において、画像信号取得部２４ａは、撮像用画素からの信号を読み出す。画素読出しは、全画素読出し、間引き読出しの処理を行うように構成してもよい。
【０１４１】
ステップＳ７０２において、画像構成部２４ｃは、撮像用画素からの信号に基づいて画像データを構成する。画像構成には、欠陥画素の補間処理が含まれている。また、加算処理や間引き処理を行うように構成してもよい。
【０１４２】
ステップＳ７０３において、生成された画像信号を一時記憶しておく。そして、ステップＳ７０４において、液晶表示素子２６は、記録されている画像を表示する。
【０１４３】
以上説明した第１、第２実施形態のデジタルカメラの構成において、画素配列のバリエーション１〜４のいずれを組み合わせても良いことはいうまでもない。
また、固定絞り、可変絞りと、フローチャートで説明した各サブルーチンとの組合せも、上述のものに限られず、任意の組合せとして用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
以上のように、本発明には、測距精度に変動が少なく、測距性能が劣化しない撮像装置に適している。
【符号の説明】
【０１４５】
１１ デジタルスチルカメラ
１２ 交換レンズ
１３ カメラボディ
１６ レンズ駆動制御装置
１８ ズーミング用レンズ
１９ レンズ
２０ フォーカシング用レンズ
２１ａ 可変絞り
２１ｂ 固定絞り
２２ 撮像素子
２４ ボディ制御装置
２４ａ 画素信号取得部
２４ｂ 演算部
２４ｃ 画像構成部
２５ 液晶表示素子駆動回路
２６ 液晶表示素子
２７ 接眼レンズ
２８ 撮像素子駆動回路
２９ メモリカード
３１ ｐ形ウエル
３２α、３２β ｎ形領域
３３α、３３β 表面ｐ＋層
３５ カラーフィルタ
３６ マイクロレンズ
４１ 画素
４２、５２ マイクロレンズ
４４、５４ 遮光膜
４８、５８ 開口部
６１、６２、６３、６４ オンチップレンズ
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ 光軸
７０、８０ 画素
７１、８１ 屈折率分布レンズ
７２ カラーフィルタ
７６、８６ 受光素子
９０ 移動・駆動部
９１ 減光素子
１２０Ｌ 左側瞳検出用画素
１２０Ｒ 右側瞳検出用画素
１２０Ｕ 上側瞳検出用画素
１２０Ｄ 下側瞳検出用画素
１２１ 撮影用画素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズが装着可能、又は、撮影レンズが固定された撮像装置において、
光電変換面を有する画素が２次元的に配列された撮像素子を備え、
前記画素は、入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、入射する光束の入射方向が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素からなり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、
開口径が調節可能な絞り手段と、
射出瞳の透過光量を変化させる少なくとも１つの減光素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの減光素子は、射出瞳の全面を均一に減光することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの減光素子は、前記射出瞳の特定部分を均一に減光し、
線対称の対称軸を、射出瞳の中心を通り、測距瞳の分割方向と垂直な直線で表すとき、
一対の測距瞳を、非線対称に減光した場合、
ゲインアップ手段は、該当する一対の測距瞳のうち、減光された測距瞳の信号をゲインアップし、
前記演算手段はデフォーカス量の演算を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記減光素子を光路上に挿入、または光路外に退避するための移動手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、回転させて光路上に移動させることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、直線的に光路上に移動させることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、前記撮像素子の長辺方向に沿って光路上に直線移動させることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、前記撮像素子の短辺方向に沿って光路上に直線移動させることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られ、
前記演算手段は、前記移動手段に応じて、２通り以上の位相差情報から１通りの位相差情報を選択、もしくは加重を付け、デフォーカス量を演算することを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記減光素子が透過光量を変化させる前に露光量を算出する露光量算出手段を有し、
前記露出量に基づいて、前記減光素子の透過光量の調節を行い、
前記演算手段は、露光量を調整した後の前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量の演算を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１】
撮影レンズが装着可能、又は、撮影レンズが固定された撮像装置において、
光電変換面を有する画素が２次元的に配列された撮像素子を備え、
前記画素は、入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、入射する光束の入射方向が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素からなり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、
開口径が調節可能な絞り手段と、
射出瞳の透過光量を変化させる少なくとも１つの減光素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの減光素子は、射出瞳の全面を均一に減光することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの減光素子は、前記射出瞳の特定部分を均一に減光し、
線対称の対称軸を、射出瞳の中心を通り、測距瞳の分割方向と垂直な直線で表すとき、
一対の測距瞳を、非線対称に減光した場合、
ゲインアップ手段は、該当する一対の測距瞳のうち、減光された測距瞳の信号をゲインアップし、
前記演算手段はデフォーカス量の演算を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記減光素子を光路上に挿入、または光路外に退避するための移動手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、回転させて光路上に移動させることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、直線的に光路上に移動させることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、前記撮像素子の長辺方向に沿って光路上に直線移動させることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記移動手段は、前記減光素子を光路外から挿入し、前記撮像素子の短辺方向に沿って光路上に直線移動させることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記焦点検出用画素の各光電変換部は、撮影レンズの瞳の異なる領域を透過した光束を受光するように構成されており、
前記瞳の異なる領域を４つ以上有し、位相差情報を２通り以上得られ、
前記演算手段は、前記移動手段に応じて、２通り以上の位相差情報から１通りの位相差情報を選択、もしくは加重を付け、デフォーカス量を演算することを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記減光素子が透過光量を変化させる前に露光量を算出する露光量算出手段を有し、
前記露出量に基づいて、前記減光素子の透過光量の調節を行い、
前記演算手段は、露光量を調整した後の前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量の演算を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−６３４５６（Ｐ２０１２−６３４５６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０６０５４（Ｐ２０１０−２０６０５４）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【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２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【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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