(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出瞳の異なる領域からの一対の光束をマイクロレンズを通じて受光する焦点検出センサと、該射出瞳からの光束をマイクロレンズを介して受光する撮像センサとを有する撮像素子と、
前記一対の光束それぞれに対応し前記焦点検出センサが出力する第１信号及び第２信号が示す像と、前記光束に対応し前記焦点検出センサの近傍に配置された前記撮像センサが出力する第３信号が示す像とのズレを示す像ズレ量を算出するズレ量算出部と、
前記像ズレ量と、前記第３信号と、前記第１信号及び前記第２信号とから前記第１信号及び前記第２信号の信号レベルを前記第３信号に基づいた信号レベルに補正する補正値を算出する信号補正部と、
前記算出した補正値に基づいて前記第１信号及び前記第２信号を補正した第１補正信号及び第２補正信号を用いてデフォーカス量を算出するＡＦ制御部と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記信号補正部は、前記第１信号及び前記第２信号のうちいずれか一方と、前記像ズレ量と、前記第３信号とを用いて前記補正値を算出する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置であって、
前記信号補正部は、第１補正値と第２補正値とを含む前記補正値を算出し、
前記第１補正値は、前記像ズレ量、前記第３信号、及び前記第１信号から算出され、前記第１信号の補正に用いられ、
前記第２補正値は、前記像ズレ量、前記第３信号、及び前記第２信号から算出され、前記第２信号の補正に用いられる
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記ＡＦ制御部は、前記ズレ量算出部が算出した前記像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記信号補正部は、前記第１信号及び前記第２信号の画素ごとに前記補正値を算出する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記信号補正部は、前記第１信号及び前記第２信号の複数の画素からなる領域ごとに前記補正値を算出する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記焦点検出センサは、前記一対の光束を受光する一対の光電変換素子を有し、該一対の光電変換素子のうち一方の信号より前記第１信号が生成され、他方の光電変換素子の信号より前記第２信号が生成される
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置であって、
前記第３信号は、前記撮像センサの分光感度に応じて補正された信号により生成される
ことを特徴とする撮像装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズを用いた瞳分割方式で焦点検出を行う撮像装置では、光電変換部が受光すべき焦点検出光束に光学系の口径食が発生し、瞳分割によりえられる一対の画像出力が不均一になることがある。この一対の画像出力が不均一になると相関演算により算出される位相差の精度が低下し、正確な焦点検出が困難になる。
そこで、特許文献１には、均一輝度面を同光学系で撮像した場合の一対の画像出力を基準データとして予め用意しておき、撮像した一対の画像出力を基準データに基づいて補正を行い、補正した一対の画像出力を用いて焦点位置の検出を行う撮像装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３１６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、撮像レンズの射出瞳位置、瞳形状、収差、及び撮影時の絞りと、マイクロレンズの形状、及び収差との影響により撮影時の光学系の状態に応じて基準データが異なるので、撮影時の状態ごとに基準データを複数用意する必要がある。例えば、レンズ交換方式の撮像装置の場合、取り付けるレンズに応じて予め基準データを用意する必要がある。また、対応する基準データがないレンズを用いて撮影した場合には、正確な焦点検出を行うことが困難になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、予め基準データを用意せずとも焦点検出の精度を向上させる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］上記問題を解決するために、本発明は、射出瞳の異なる領域からの一対の光束をマイクロレンズを通じて受光する焦点検出センサと、該射出瞳からの光束をマイクロレンズを介して受光する撮像センサとを有する撮像素子と、前記一対の光束それぞれに対応し前記焦点検出センサが出力する第１信号及び第２信号が示す像と、前記光束に対応し前記焦点検出センサの近傍に配置された前記撮像センサが出力する第３信号が示す像とのズレを示す像ズレ量を算出するズレ量算出部と、前記像ズレ量と、前記第３信号と、前記第１信号及び前記第２信号とから前記第１信号及び前記第２信号の信号レベルを前記第３信号に基づいた信号レベルに補正する補正値を算出する信号補正部と、前記算出した補正値に基づいて前記第１信号及び前記第２信号を補正した第１補正信号及び第２補正信号を用いてデフォーカス量を算出するＡＦ制御部とを備えることを特徴とする撮像装置である。
［２］また、本発明は、上記に記載の撮像装置であって、前記信号補正部は、前記第１信号及び前記第２信号のうちいずれか一方と、前記像ズレ量と、前記第３信号とを用いて前記補正値を算出することを特徴とする。
［３］また、本発明は、上記に記載の撮像装置であって、前記信号補正部は、第１補正値と第２補正値とを含む前記補正値を算出し、前記第１補正値は、前記像ズレ量、前記第３信号、及び前記第１信号から算出され、前記第１信号の補正に用いられ、前記第２補正値は、前記像ズレ量、前記第３信号、及び前記第２信号から算出され、前記第２信号の補正に用いられることを特徴とする。
［４］また、本発明は、上記に記載の撮像装置であって、前記ＡＦ制御部は、前記ズレ量算出部が算出した前記像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出することを特徴とする。
［５］また、本発明は、上記に記載の撮像装置であって、前記信号補正部は、前記第１信号及び前記第２信号の画素ごとに前記補正値を算出することを特徴とする。
［６］また、本発明は、上記に記載の撮像装置であって、前記信号補正部は、前記第１信号及び前記第２信号の複数の画素からなる領域ごとに前記補正値を算出することを特徴とする。
［７］また、本発明は、上記に記載の撮像装置であって、前記焦点検出センサは、前記一対の光束を受光する一対の光電変換素子を有し、該一対の光電変換素子のうち一方の信号より前記第１信号が生成され、他方の光電変換素子の信号より前記第２信号が生成されることを特徴とする。
［８］また、本発明は、上記に記載の撮像装置であって、前記第３信号は、前記撮像センサの分光感度に応じて補正された信号により生成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、予め基準データを用意せずとも焦点検出の制度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】同実施形態における撮像装置２０１の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】同実施形態における撮像装置２０１の焦点検出位置の配置例を示す図である。
【図３】同実施形態における撮像素子２１２の構成例を示す概略図である。
【図４】同実施形態における撮像センサ３１０の一構成例の断面図である。
【図５】同実施形態における焦点検出センサ３１１の一構成例の断面図である。
【図６】同実施形態における撮像センサ３１０と射出瞳の関係を示す図である。
【図７】同実施形態における焦点検出センサ３１１と射出瞳の関係を示す図である。
【図８】同実施形態における撮像素子２１２の撮像センサ３１０が受光する光束内の光線分布を示す図である。
【図９】同実施形態における撮像素子２１２の焦点検出センサ３１１が受光する光束内の光線分布を示す図である。
【図１０】同実施形態における一様輝度の被写体を撮像した際の焦点検出センサ３１１の出力例を示す図である。
【図１１】同実施形態における撮像素子２１２における撮像センサ３１０と焦点検出センサ３１１との配置の一例を示す図である。
【図１２】同実施形態における撮像センサ３１０及び焦点検出センサ３１１それぞれの分光感度特性を示すグラフである。
【図１３】同実施形態におけるケラレが発生していない状態における撮像センサ３１０による基準信号と、焦点検出センサ３１１による一対の第１信号及び第２信号との一例を示す図である。
【図１４】同実施形態におけるケラレが発生している状態における基準信号、第１信号及び第２信号の一例を示す図である。
【図１５】図１４に示した基準信号と第１信号との出力比を算出する領域を示した図である。
【図１６】図１５に示した基準信号１４０１と第１信号１４０２とそれぞれの出力比、及び基準信号１４０１と第２信号１４０３との出力比を示す図である。
【図１７】同実施形態における撮像装置２０１の焦点検出処理を示すフローチャートである。
【図１８】変形例における撮像素子２１２上の焦点検出センサ３１１の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態による撮像装置を図面を参照して説明する。
図１は、同実施形態における撮像装置２０１の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態では、レンズ交換式の撮像装置の場合について説明する。図示するように、撮像装置２０１には、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に取り付けられている。
【００１０】
交換レンズ２０２は、レンズ２０９と、ズーミング用レンズ２０８と、フォーカシング用レンズ２１０と、絞り２１１と、レンズ駆動制御部２０６とを備えている。レンズ駆動制御部２０６は、マウント部２０４の電気接点２１３を介してカメラボディ２０３から送信されるレンズ駆動信号に応じて、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０及び絞り２１１を駆動する。また、駆動制御部２０６は、レンズ駆動信号に含まれるフォーカシング用レンズ２１０の駆動量を示す情報に基づいてフォーカシング用レンズ２１０を合焦点に移動させる。
【００１１】
カメラボディ２０３は、撮像素子２１２と、ボディ制御部２１４と、表示装置駆動部２１５と、表示装置２１６と、接眼レンズ２１７と、画像情報メモリ２１８とを備えている。
撮像素子２１２は、交換レンズ２０２を介して入射する被写体からの光束が結像する予定結像面に配置され、結像した像の光量に応じた電気信号を出力する光電変換を行う。また、撮像素子２１２には、マイクロレンズ方式の撮像センサがマトリックス状に配置されると共に、複数の焦点検出位置に対応した領域にマイクロレンズ方式の焦点検出センサが配置されている。
【００１２】
ボディ制御部２１４は、撮像装置２０１全体の制御を行うと共に、撮像素子２１２から光電変換された信号を読み出し、読み出した信号に基づいて交換レンズ２０２の焦点調節状態（デフォーカス量）を算出し、検出したデフォーカス量に応じたレンズ駆動信号をマウント部２０４の電気接点２１３を介してレンズ駆動制御部２０６に送信して、レンズ駆動制御部２０６にオートフォーカス制御を行わせる。このレンズ駆動信号は、フォーカシング用レンズ２１０を合焦点に移動させるための駆動量を示す情報が含まれている。また、フォーカシング用レンズ２１０を合焦点に移動させることにより、交換レンズ２０２を介して入射する被写体からの光束が撮像素子２１２において結像する。
また、ボディ制御部２１４は、撮像素子２１２から光電変換された信号を読み出し、読み出した信号に基づく画像データを表示装置駆動部２１５に出力すると共に、当該画像データを画像情報メモリ２１８に記憶させる。
【００１３】
また、ボディ制御部２１４は、画像データ生成部２４１と、ズレ量算出部２４２と、信号補正部２４３と、ＡＦ（Auto Focus；自動焦点）制御部２４４とを有している。
画像データ生成部２４１は、撮像素子２１２が有する撮像センサから読み出す信号から基準信号（第３信号）を生成すると共に、撮像素子２１２が有する焦点検出センサから読み出す信号から焦点検出に用いる第１信号及び第２信号を出力する。また、画像データ生成部２４１は、撮像素子２１２の撮像センサの信号に基づく画像データを表示装置駆動部２１５に出力すると共に、当該画像データを画像情報メモリ２１８に記憶させる。
【００１４】
ズレ量算出部２４２は、第１信号が示す像と、基準信号が示す像との相対的なズレ量（位相差）を示す像ズレ量ｓ１（第１像ズレ量）を相関演算により算出する。また、ズレ量算出部２４２は、第１信号と同様に、第２信号の像ズレ量ｓ２（第２像ズレ量）を算出し、算出した像ズレ量ｓ２を用いて第２信号を補正した第２ズレ補正画像データを算出する。この像ズレ量ｓ１及び像ズレ量ｓ２の算出は、具体的には、２つの像を画素単位で相対的に移動させながら、２つの像の相関値を求め、相関値が最も高くなる移動量をズレ量とする。このとき、ズレ量算出部２４２は、像全体を画素単位で移動させるのではなく、像を予め定められた領域に分割し、分割した領域ごとに相関値を算出し、演算量を削減させる。
【００１５】
信号補正部２４３は、ズレ量算出部２４２が算出した像ズレ量ｓ１と、第１信号と、基準信号とを用いて、第１信号に生じているケラレを補正する第１補正値を算出する。そして、信号補正部２４３は、算出した第１補正値により第１信号を補正した第１補正信号を算出する。
また、信号補正部２４３は、像ズレ量ｓ２と、第２信号と、基準信号とを用いて、第２信号に生じているケラレを補正する第２補正値を算出する。そして、信号補正部２４３は、算出した第２補正値により第２信号を補正し第２補正値を算出する。
【００１６】
ここで、ケラレとは、本明細書において、交換レンズ２０２の射出瞳の位置、形状、及びレンズ収差と、撮像素子２１２に設けられているマイクロレンズの形状、レンズ収差及び投影特性などにより、焦点検出センサの光電変換素子が受光する光束に口径食により光量が減少することをいう。そして、ケラレの補正とは、ケラレにより光電変換素子が出力する信号レベルの低下を第１補正値及び第２補正値により補正して基準信号の信号レベルに近づけることでケラレの影響を低減させることである。
【００１７】
ＡＦ制御部２４４は、第１補正信号が示す像と、第２補正信号が示す像との像ズレ量ｓ３を算出し、算出した像ズレ量ｓ３に予め定められた係数を乗じてデフォーカス量を算出する。また、ＡＦ制御部２４４は、算出したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、算出したレンズ駆動量を示す情報を含むレンズ駆動信号をレンズ駆動制御部２０６に送信する。
ここで、デフォーカス量を算出する際に用いる係数は、シミュレーション、実測により予め算出された像ズレ量ｓ３とデフォーカス量との相関を示す値である。
【００１８】
表示装置駆動部２１５は、ボディ制御部２１から入力された画像データを電気的ビューファインダの表示装置２１６に表示させて、被写体像などを接眼レンズ２１７を介して出力する。撮影者は、接眼レンズ２１７を通して表示装置２１６に表示される被写体を視認する。
【００１９】
図２は、同実施形態における撮像装置２０１の焦点検出位置の配置例を示す図である。図示するように、撮像装置２０１は、撮影画面３００に５つの焦点検出位置を有している。撮像装置２０１は、撮影画面３００の中央に焦点検出位置３０１を有し、上下周辺部に焦点検出位置３０２、３０３を有し、左右周辺部に焦点検出位置３０４、３０５を有している。
【００２０】
図３は、同実施形態における撮像素子２１２の構成例を示す概略図である。撮像素子２１２には、撮像センサ３１０がマトリックス状に配置され、図２において示した焦点検出位置３０１〜３０５には、焦点検出センサ３１１が列状に配置されている。撮像センサ３１０は、マイクロレンズ１０と光電変換素子１１とを備えている。焦点検出センサ３１１は、マイクロレンズ１０と一対の光電変換素子１２、１３とを備えている。
撮像センサ３１０は、例えば、撮像装置２０１が撮像する画像の各画素と対応する。なお、焦点検出センサ３１１が配置されている画素には、近傍の撮像センサ３１０から読み出す信号に基づいて補間された値が用いられる。
【００２１】
図４は、同実施形態における撮像センサ３１０の一構成例の断面図である。撮像センサ３１０において、マイクロレンズ１０は、撮像用の光電変換素子１１の前方（被写体側）に配置されている。
図５は、同実施形態における焦点検出センサ３１１の一構成例の断面図である。焦点検出センサ３１１において、マイクロレンズ１０は、焦点検出用の光電変換素子１２、１３の前方に配置されている。
【００２２】
図６は、同実施形態における撮像センサ３１０と射出瞳の関係を示す図である。交換レンズ２０２の光軸９１上に配置され、マイクロレンズ５０（１０）及び光電変換素子５１（１１）を有する撮像センサ３１０と、光軸９１から外れて配置され、マイクロレンズ６０（１０）及び光電変換素子６１（１１）を有する撮像センサ３１０とを模式的に例示して説明する。
【００２３】
仮想の射出瞳９０は、マイクロレンズ（５０、６０）の前方ｄ４の距離に設定されている。この距離ｄ４は、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換素子５１、６１(１１)との間の距離などに応じて定められる距離である。
領域９４は、マイクロレンズ５０が光電変換素子５１を投影方向５７に仮想の射出瞳９０上に投影した領域であり、且つ、マイクロレンズ６０が光電変換素子６１を投影方向６７に仮想の射出瞳９０上に投影した領域である。なお、投影方向５７と光軸９１の方向とは、同じ方向である。
【００２４】
光電変換素子５１は、仮想の射出瞳９０上の領域９４を通過し、マイクロレンズ５０に向かう撮像光束７１によりマイクロレンズ５０上に結像する像の強度（光量）に応じた信号を出力する。同様に、光電変換素子６１は、仮想の射出瞳９０上の領域９４を通過し、マイクロレンズ６０に向かう撮像光束８１によりマイクロレンズ６０上に結像する像の強度に応じた信号を出力する。ここで、像の強度とは、光電変換素子に入射する光束の光量であり、光電変換素子５１、６１は、入射する光量の増加に伴って出力する信号のレベルを高くする。
【００２５】
また、光軸９１上から外れた位置に配置される撮像センサ３１０それぞれのマイクロレンズ６０の投影方向６７は、撮像センサ３１０の光電変換素子６１を仮想の射出瞳９０上に投影した領域が、光電変換素子５１を投影した領域９４と一致するように決定される。
【００２６】
図７は、同実施形態における焦点検出センサ３１１と射出瞳の関係を示す図である。交換レンズ２０２の光軸９１上に配置され、マイクロレンズ５０（１０）及び一対の光電変換素子５２、５３（１２、１３）を有する焦点検出センサ３１１と、光軸９１外に配置され、マイクロレンズ６０（１０）及び一対の光電変換素子６２、６３（１２、１３）を有する焦点検出センサ３１１とを模式的に例示して説明する。なお、焦点検出センサ３１１の配列方向は、一対の光電変換素子５２、５３、６２、６３の並び方向と同じ方向である。
仮想の射出瞳９０は、図６の場合と同様に、マイクロレンズ（５０、６０）の前方ｄ４の距離に設定されている。
【００２７】
領域９２は、マイクロレンズ５０が光電変換素子５２を投影方向５７に仮想の射出瞳９０上に投影した領域であり、且つ、マイクロレンズ６０が光電変換素子６２を投影方向６７に仮想の射出瞳９０上に投影した領域である。
領域９３は、マイクロレンズ５０が光電変換素子５３を投影方向５７に仮想の射出瞳９０上に投影した領域であり、且つ、マイクロレンズ６０が光電変換素子６３を投影方向６７に仮想の射出瞳９０上に投影した領域である。
【００２８】
光電変換素子５２は、仮想の射出瞳９０上の領域９２を通過し、マイクロレンズ５０に向かう焦点検出光束７２によりマイクロレンズ５０上に結像する像の強度に応じた信号を出力する。光電変換素子５３は、仮想の射出瞳９０上の領域９３を通過し、マイクロレンズ５０に向かう焦点検出光束７３によりマイクロレンズ５０上に結像する像の強度に応じた信号を出力する。
光電変換素子６２は、仮想の射出瞳９０上の領域９２を通過し、マイクロレンズ６０に向かう焦点検出光束８２によりマイクロレンズ６０上に結像する像の強度に応じた信号を出力する。光電変換素子６３は、仮想の射出瞳９０上の領域９３を通過し、マイクロレンズ６０に向かう焦点検出光束８３によりマイクロレンズ６０上に結像する像の強度に応じた信号を出力する。
【００２９】
また、光軸９１上から外れた位置に配置される焦点検出センサ３１１それぞれのマイクロレンズ６０の投影方向６７は、光電変換素子６２を仮想の射出瞳９０上に投影した領域が、光電変換素子５２を投影した領域９２と一致し、且つ、光電変換素子６２を仮想の射出瞳９０上に投影した領域が、光電変換素子５３を投影した領域９３と一致するように決定される。
【００３０】
撮像素子２１２において焦点検出センサ３１１を焦点検出位置３０１〜３０５に列を成して配置するようにしている。そして、画像データ生成部２４１は、焦点検出センサ３１１がマイクロレンズを通じて射出瞳上の異なる領域（９２、９３）からの一対の光束を受光して出力する信号を読み出して、焦点検出に用いる一対の信号を出力する。具体的には、画像データ生成部２４１は、焦点検出位置３０１〜３０５いずれかに並べられた焦点検出センサ３１１の光電変換素子１２から読み出した信号を順に並べた第１信号と、光電変換素子１３から読み出した信号を順に並べた第２信号とを出力する。
【００３１】
この第１信号は、仮想の射出瞳９０上の領域９２を通過する焦点検出光束が焦点検出センサ３１１の列上に結像する像の強度の分布を示す。また、第２信号は、仮想の射出瞳９０上の領域９３を通過する焦点検出光束が焦点検出センサ３１１の列上に結像する像の強度の分布を示す。
【００３２】
図８は、同実施形態における撮像素子２１２の撮像センサ３１０が受光する光束内の光線分布を示す図である。また、この図８は、仮想の射出瞳面における光学系の射出瞳４７と、撮像センサ３１０の光電変換素子１１を投影した領域３３との関係を示している。なお、光学系の射出瞳４７は、仮想の射出瞳面に一致している場合について説明する。光学系の光軸から外れて位置する撮像センサ３１０には、射出瞳４７が光軸に対する角度に応じて円形から楕円形に変形して映される。領域３３は、撮像センサ３１０の光電変換素子１１をマイクロレンズ１０を介して仮想の射出瞳面に投影したものである。
【００３３】
領域３３における光量の分布は、一様でなく、マイクロレンズ１０の回折や収差により中心から周辺部に向かって光量が減少する。図８では、領域３３における光量を濃淡により示してあり、中心部の光量が最も多く、周辺部に向かって光量が減少する。
なお、撮像センサ３１０の光電変換素子１１を投影した領域３３と、光学系の射出瞳４７とがほぼ一致するようにマイクロレンズ１０と光電変換素子１１との位置が調節されている。
【００３４】
図９は、同実施形態における撮像素子２１２の焦点検出センサ３１１が受光する光束内の光線分布を示す図である。また、この図９は、仮想の射出瞳面における光学系の射出瞳４８と、焦点検出センサ３１１の光電変換素子１２、１３を投影した領域２８、２９との関係を示している。光学系の光軸から外れて位置する焦点検出センサ３１１において、光学系の絞りの射出瞳以外に、レンズ外形に対応する射出瞳が焦点検出センサ３１１に入射する光束を規制（遮光）する要因となり得る。
【００３５】
光学系の光軸から外れて位置する焦点検出センサ３１１には、射出瞳４８が、光軸に対する角度に応じて変形し、更に、レンズの外形等による口径食により変形して映される。また、一対の光電変換素子１２、１３をマイクロレンズにより仮想の射出瞳面に投影した投影領域２８、２９は、マイクロレンズの回折や収差によりその領域内において一様の光線分布とならず、中心から周辺部に向かって光量が減少する。
【００３６】
また、図９では、投影領域２８、２９における光量を濃淡により示してあり、中心部の光量が最も多く、周辺部に向かって減少する。なお、焦点検出センサ３１１の光電変換素子１２、１３は、投影領域２８、２９と、光学系の射出瞳４８との重なりが大きくなるように、光電変換素子１２、１３の位置及びマイクロレンズ１０の位置が調節されている。また、焦点検出センサ３１１において、光電変換素子１２、１３は、撮像センサ３１０の光電変換素子１１に比べ、面積が小さいためにケラレの影響を受けやすいので、出力レベルが低下しやすい。
【００３７】
図１０は、同実施形態における一様輝度の被写体を撮像した際の焦点検出センサ３１１の出力例を示す図である。横軸は焦点検出センサの位置を示し、縦軸は光電変換素子の出力レベルを示している。符号１６０１で示す出力例は、ケラレが生じていない場合の焦点検出センサ３１１列の出力を示している。一方、符号１６０２で示す出力例は、ケラレが生じている場合の焦点検出センサ３１１列の出力を示している。ここで、焦点検出センサ３１１の出力レベルは、図９において示した射出瞳４８と、光電変換素子を仮想の射出瞳面に投影した領域２８、２９との重なる割合に正比例し、光学系の光軸から離れるほど低下する。
【００３８】
図１１は、同実施形態における撮像素子２１２における撮像センサ３１０と焦点検出センサ３１１との配置の一例を示す図である。Ｒ、Ｇ、及びＢそれぞれは、赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、及び青色フィルタ（Ｂ）が設けられた撮像センサ３１０の配置を示している。撮像素子２１２には、Ｒ、Ｇ、及びＢの色フィルタが設けられた撮像センサ３１０がベイヤー配列を成している。Ａは、焦点検出センサ３１１の配置を示している。
ライン１００７は、焦点検出用の焦点検出センサ３１１の列を示している。ライン１００５、１００６は、ライン１００７の近傍に配置された撮像センサ３１０の列を示している。ここで、ライン１００７の近傍に配置された撮像センサ３１０は、ライン１００７に含まれる焦点検出センサ３１１に対応する基準信号を算出する際に基となる信号が読み出されるものである。この撮像センサ３１０は、対応する焦点検出センサ３１１に最も近いものでもよいし、シミュレーションや計測などの結果に基づいて予め定めておいてもよい。
【００３９】
このライン１００５、１００６の撮像センサ３１０それぞれの信号は、焦点検出の際に用いる基準信号（第３信号）の基になる。このように、ライン１００５とライン１００６と２つのラインを用いることにより、Ｒ、Ｇ、及びＢそれぞれ色フィルタを有する撮像センサ３１０の信号を用いて基準信号を生成する。例えば、ライン１００７の焦点検出センサ３１１に対して、それぞれの焦点検出センサ３１１に最も近いＲ、Ｇ、及びＢの撮像センサ３１０が出力する信号を加算して、焦点検出センサ３１１に対応する基準信号を算出する。
【００４０】
なお、ベイヤー配列の色フィルタの場合における基準信号の算出を示したが、色フィルタ構成や配列はこれに限定されることなく、例えば、補色フィルタ（Ｇ：緑色、Ｙ：黄色、Ｍｇ：マゼンダ、Ｃｙ：シアン）を用いてもよい。この場合、それぞれの色フィルタが設けられた撮像センサ３１０が検出する波長に応じて組み合わせを予め定めておき、組み合わされた撮像センサ３１０の出力を用いて基準信号を算出する。
【００４１】
図１２は、同実施形態における撮像センサ３１０及び焦点検出センサ３１１それぞれの分光感度特性を示すグラフである。図１２（ａ）は、Ｒ、Ｇ、及びＢのフィルタが設けられた撮像センサ３１０の分光感度を示している。図１２（ｂ）は、焦点検出センサ３１１の分光感度を示している。焦点検出センサ３１１は、受光する光量の減少を避けるために撮像センサ３１０のように色フィルタは設けられておらず、分光感度が撮像センサ３１０の分光感度特性を合成した特性を有している。
なお、撮像センサ３１０が出力する信号を用いて基準信号を生成するとき、撮像センサ３１０に設けられている色フィルタによる光量の減少分を図１２に示す分光感度特性に応じて補正する。
【００４２】
図１３は、同実施形態におけるケラレが発生していない状態における撮像センサ３１０による基準信号と、焦点検出センサ３１１による一対の第１信号及び第２信号との一例を示す図である。
画像データ生成部２４１は、ライン１００５、１００６の撮像センサ３１０の光電変換素子１１から読み出す信号に基づいて基準信号１７０１を出力し、ライン１００７の焦点検出センサ３１１の光電変換素子１２から読み出す信号に基づいて第１信号１７０２を出力し、ライン１００７の焦点検出センサ３１１の光電変換素子１３から読み出す信号に基づいて第２信号１７０３を出力する。
【００４３】
第１信号１７０２と、第２信号１７０３とは、予定結像面において合焦しているとき基準信号１７０１と一致する。焦点検出におけるデフォーカス量は、基準信号１７０１と第２信号１７０３とのズレ量ｓ１と、基準信号１７０１と第１信号１７０２とのズレ量ｓ２との和で表される。
このとき、光電変換素子１２は、投影領域２８（図９）を通過する光束を受光し、光電変換素子１３は、投影領域２９（図９）を通過した光束を受光している。
【００４４】
図１４は、同実施形態におけるケラレが発生している状態における基準信号、第１信号及び第２信号の一例を示す図である。横軸は撮像センサ３１０及び焦点検出センサ３１１に対応する画素を示し、縦軸は光電変換素子の出力レベルを示している。符号１４０１で示されるグラフは基準信号であり、符号１４０２で示されるグラフは第１信号であり、符号１４０３で示されるグラフは第２信号である。第１信号１４０２及び第２信号１４０３は、中央（光学系の光軸）から遠ざかるとケラレの影響により出力レベルが低下する。
【００４５】
図１５は、図１４に示した基準信号と第１信号との出力比を算出する領域を示した図である。ズレ量算出部２４２は、基準信号１４０１と第１信号１４０２との相関演算を行うことにより、基準信号１４０１の領域Ａｓに対して相関値が最も高い第１信号１４０２の領域Ａ１を検出すると共にその像ズレ量ｓ１を算出する。
このとき、信号補正部２４３は、領域Ａｓにおける基準信号１４０１の出力平均値Ｅｓと、領域Ａ１における第１信号１４０２の出力平均値Ｅ１とを算出する。
【００４６】
基準信号の出力平均値Ｅｓと、第１信号の出力平均値Ｅ１とは、それぞれ以下の式（１）〜（２）により算出される。また、出力平均値Ｅｓ、Ｅ１の比である出力比Ｖ１は、式（３）で表される。
【００４７】
【数１】
0005381646.tif 000002
【００４８】
ここで、Ａｓ及びＡ１は、相関演算処理により検出された領域に含まれる画素の集合を示し、ｊは、画素の位置を示し、画素位置ｊは、出力平均値を算出する対象の領域Ａｓ、Ａ１に含まれる。ｄｓ［ｉ］は、画素位置ｉの基準信号の出力レベルを示し、ｄ１［ｉ］は、画素位置ｉの第１信号の出力レベルを示し、ｎは、相関演算処理により検出された領域に含まれる画素数を示している。ｓ１は、相関演算処理により算出された基準信号と第１信号とのズレ量を示している。
【００４９】
また、ズレ量算出部２４２は、第２信号に対して、第１信号と同様に、基準信号との相関演算処理により相関値の高い領域を検出すると共にズレ量を算出する。また、信号補正部２４３は、ズレ量算出部２４２が基準信号と第２信号との検出した領域と、ズレ量とに基づいて基準信号及び第２信号の出力平均値Ｅｓ、Ｅ２を算出し、算出した出力平均値Ｅｓ、Ｅ２の比である出力比Ｖ２を算出する。
【００５０】
なお、図１５では、基準信号と第１信号との相関値が高い領域の組み合わせを１つ示したが、実際の処理においては、複数の領域の組み合わせが検出され、それぞれ領域の組み合わせごとに出力平均値及び出力比を算出する。また、基準信号と第２信号とにおいても、複数の領域の組み合わせが検出され、それぞれの領域の組み合わせごとに出力平均値及び出力比を算出する。
また、信号補正部２４３は、第１信号及び第２信号の全ての領域に渡って出力比を算出せずに、少なくとも３つの領域において出力比を算出し、算出した出力比を用いてスプライン補間、ラグランジュ補間、最小二乗近似などにより他の領域の出力比を補完してもよい。
【００５１】
図１６は、図１５に示した基準信号１４０１と第１信号１４０２とそれぞれの出力比、及び基準信号１４０１と第２信号１４０３との出力比を示す図である。なお、信号補正部２４３は、出力比Ｖ１、Ｖ２の逆数が示す補正値を用いて第１信号及び第２信号それぞれが示す像の強度を補正した第１分布補正信号及び第２分布補正信号を算出する。具体的には、焦点検出センサ３１１においてケラレにより低下した出力レベルを、補正値を乗じて基準信号と同様の出力レベルに補正する。
【００５２】
図１７は、同実施形態における撮像装置２０１の焦点検出処理を示すフローチャートである。
まず、撮像装置２０１に電源が供給されることにより焦点検出処理が開始され（ステップＳ１００)、画像データ生成部２４１がライン１００７に含まれる焦点検出センサ３１１が有する光電変換素子１２、１３の信号を読み出して第１信号及び第２信号を出力し（ステップＳ１０１）、ライン１００５、１００６に含まれる撮像センサ３１０の光電変換素子１１から信号を読み出して（ステップＳ１０２）、ケラレの少ない基準信号を算出する（ステップＳ１０３）。
【００５３】
ズレ量算出部２４２は、画像データ生成部２４１が出力した第１信号が示す像の強度と、基準信号が示す像の強度とのズレを示す像ズレ量ｓ１と、領域Ａｓ、Ａ１の組み合わせを相関演算処理により算出する（ステップＳ１０４）。信号補正部２４３は、ズレ量算出部２４２が算出した像ズレ量ｓ１及び領域Ａｓ、Ａ１の組み合わせを用いて、式（１）〜（３）により出力平均値Ｅｓ、Ｅ１及び出力比Ｖ１を算出する（ステップＳ１０５）。
【００５４】
また、ズレ量算出部２４２は、画像データ生成部２４１が出力した第２信号が示す像の強度と、基準信号が示す像の強度とのズレを示す像ズレ量ｓ２と、領域Ａｓ、Ａ２の組み合わせを相関演算処理により算出する（ステップＳ１０６）。信号補正部２４３は、ズレ量算出部２４２が算出した像ズレ量ｓ２及び領域Ａｓ、Ａ２の組み合わせを用いて、第１信号と同様に、出力平均値Ｅｓ、Ｅ２及び出力比Ｖ２を算出する（ステップＳ１０７）。
信号補正部２４３は、算出した出力比Ｖ１を用いて第１信号が示す像の強度を補正した第１補正信号を算出すると共に、算出した出力比Ｖ２を用いて第２信号が示す像の強度を補正した第２補正信号を算出する。
【００５５】
ＡＦ制御部２４４は、第１補正信号が示す像と、第２補正信号が示す像とのズレ量ｓ３を公知の相関演算処理により算出し（ステップＳ１０８）、算出した像ズレ量ｓ３に応じたデフォーカス量を算出し（ステップＳ１０９）、算出したデフォーカス量に応じたフォーカシング用レンズ２１０のレンズ駆動量を算出し（ステップＳ１１０）、算出したレンズ駆動量を含む制御信号をレンズ駆動制御部２０６に送信する。
レンズ駆動制御部２０６は、受信した制御信号に含まれるレンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を駆動して（ステップＳ１１１）、被写体を撮像素子２１２のマイクロレンズ１０上に合焦させる。
以降、撮像装置２０１は、ステップＳ１０１〜Ｓ１１１までの動作を繰り返して行う。
【００５６】
上述のように、本実施形態における撮像装置２０１は、焦点検出センサ３１１の近傍に配置されている撮像センサ３１０の出力に基づいて基準信号を算出するようにし、基準信号を用いて焦点検出センサ３１１から出力される第１信号及び第２信号を補正する補正値を算出するようにした。これにより、光学系及びマイクロレンズによる口径食（ケラレ）による光量の減少に伴う信号レベルの低下を補正に用いる補正データを予め用意せずとも、第１信号及び第２信号の信号レベルの低下を補正することができる。そして、ケラレの影響が低減された、第１補正信号と第２補正信号との像ズレ量（位相差）を検出することによりデフォーカス量の算出及び焦点検出の精度を向上させることができる。また、交換レンズ２０２を通過した光束によりケラレの補正を行うようにしたので、予め補正データが用意されていない交換レンズを撮像装置２０１に取り付けてもデフォーカス量の算出及び焦点検出を行うことができ、交換レンズの選択の幅を広げることができる。
【００５７】
また、撮像装置２０１は、焦点検出センサ３１１の光電変換素子１２、１３の出力レベルがケラレにより低下しても、基準信号と同様の出力レベルに補正するようにしたので、出力レベルが補正された第１補正信号及び第２補正信号からケラレによる信号強度の変化を低減することができ、相関演算による第１補正信号と第２補正信号との像ズレ量の算出精度を向上させることができる。
【００５８】
また、撮像装置２０１において、信号補正部２４３は、出力比Ｖ１、Ｖ２を算出する際に、出力の平均値を用いて算出するようにしたので、焦点検出センサ３１１の出力がノイズなどにより局所的に出力が変動した場合、ノイズによる補正値への影響を低減することができ、第１信号及び第２信号に対するケラレの補正を安定して行いデフォーカス量の算出及び焦点検出の精度を向上させることができる。
【００５９】
＜一実施形態の変形例＞
図１８は、一実施形態の変形例における撮像素子２１２上の焦点検出センサ３１１の配置を示す図である。焦点検出センサ３１１は、符号Ａ１で示されるライン１１０１と、符号Ａ２で示されるライン１１０２とに配置されている。ライン１１０１に配置された焦点検出センサ３１１は、図９に示した投影領域２８を通過する光束を検出する。一方、ライン１１０２に配置された焦点検出センサ３１１は、投影領域２９（図９）を通過する光束を検出する。この場合、画像データ生成部２４１は、ライン１１０１に含まれる焦点検出センサ３１１の出力を読み出して第１信号を出力し、ライン１１０２に含まれる焦点検出センサ３１１の出力を読み出して第２信号を出力する。
【００６０】
これにより、焦点検出センサ３１１は、一対の光束のいずれか一方を受光すればよいので、２つの光電変換素子を有する必要がなく、第１実施形態に比べ光電変換素子を大きくすることができる。そして、第１信号及び第２信号と基準信号との出力レベルの差を少なくすることができ、ズレ量算出部２４２が算出する像ズレ量などの誤差を低下させることができる。その結果、撮像装置２０１は、デフォーカス量の算出及び焦点検出の精度を向上させることができる。
【００６１】
なお、上述の一実施形態及びその変形例において、ＡＦ制御部２４４は、ステップＳ１０９において、デフォーカス量を算出する際に、像ズレ量ｓ３とデフォーカス量とが対応付けられたルックアップテーブルを設け、当該ルックアップテーブルを用いてデフォーカス量を算出するようにしてもよい。また、このルックアップテーブルは、取り付けられる交換レンズ２０２ごとに設けてもよい。これにより、ＡＦ制御部２４４の計算量を削減することができ、焦点検出及び合焦までに要する時間を短縮することができる。
【００６２】
また、図１７において示した焦点検出処理において、ステップＳ１０４〜Ｓ１０５と、ステップＳ１０６〜Ｓ１０７との順序を入れ替えて処理してもよい。また、ステップＳ１０４〜Ｓ１０５と、ステップＳ１０６〜Ｓ１０７との処理を並列に処理するようにしてもよい。これにより、ズレ量算出部２４２及び信号補正部２４３が処理に要する時間を削減することができ、焦点検出及び合焦までに要する時間を短縮することができる。
【００６３】
また、ＡＦ制御部２４４は、ステップＳ１０４及びＳ１０６でズレ量算出部２４２が算出した像ズレ量ｓ１、ｓ２に基づいて像ズレ量ｓ３を算出するようにしてもよい。第１補正信号と第２補正信号との像ズレ量ｓ３は、像ズレ量ｓ１、ｓ２の和に近い値であるので、像ズレ量ｓ１、ｓ２の和の近傍に対して相関演算を行うことで、相関演算処理に要する時間を削減することができ、焦点検出及び合焦までに要する時間を短縮することができる。
【００６４】
また、信号補正部２４３は、ズレ量算出部２４２が算出した領域ごとに出力平均値及び出力比を算出する構成としたが、出力平均値を求めずに画素ごとに出力平均を算出してもよい。それにより、信号補正部２４３計算量を削減することができ、デフォーカス量の算出及び焦点検出に要する時間を短縮することができる。
【００６５】
また、信号補正部２４３は、基準信号と第１信号との出力比と、基準信号と第２信号との出力比とを算出する構成としたが、ケラレによる出力レベルの低下が光学系の光軸に対して対称であると近似を行い、２つの出力比のうちいずれか一方を算出し、第１信号及び第２信号に対する補正に用いてもよい。これにより、信号補正部２４３が出力平均値及び出力比の算出に要する時間を削減することができ、焦点検出及び合焦までに要する時間を短縮することができる。
【００６６】
上述のボディ制御部２１４は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した焦点検出処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１０、５０、６０…マイクロレンズ、１２、１３、５２、５３、６２、６３…光電変換素子、９２、９３…領域、２０１…撮像装置、２１２…撮像素子、２４２…ズレ量算出部、２４３…信号補正部、２４４…ＡＦ制御部、３１０…撮像センサ、３１１…焦点検出センサ
【図１】
0005381646.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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