(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、
前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、
前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うアクチュエータ制御手段と、
画素ずらし前に前記撮影用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記撮影用画素群から読み出された画素信号とを合成することで、画素ずらし前の前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間した画像データを生成する画像データ生成手段と、
画素ずらし前後で前記撮影用画素が重複する重複領域について、重複した前記撮影用画素同士の画素信号を比較する比較手段と、を備え、
前記画像データ生成手段は、前記重複領域について画素ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号によって示される像パターンの一致度が閾値以上の場合には、前記合成を行う一方で、前記重複領域について画素ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号によって示される像パターンの一致度が閾値より小さい場合には、前記合成を行わないで、前記焦点検出用画素の周囲の前記撮影用画素から読み出された画素信号に基づいて前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を生成することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記読出制御手段は、撮影の際に、前記焦点検出用画素が存在するラインからの画素信号の読出しと、前記撮影用画素のみが存在するラインからの画素ずらし前後で重複する読出しとを行わないように制御す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】
低画素数記録モードの指定を行う低画素数記録モード指定手段を備え、
前記低画素数記録モードが指定された場合、前記アクチュエータ制御手段は画素ずらしを行なわず、前記画像データ生成手段は前記合成を行わないで前記撮影用画素の画素信号に基づいて画像データを生成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】
前記比較手段は、画素ずらし前後で前記撮影用画素のみが存在するラインが重複した領域に限定して、前記比較を行うことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記比較手段は各分割領域毎に比較を行い、前記画像データ生成手段は、画像ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が一致した分割領域では、前記合成を行う一方で、画像ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が異なった分割領域では、前記焦点検出用画素の周囲の前記撮影用画素から読み出された画素信号を用いて補間を行うことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、
前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、
前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うアクチュエータ制御手段と、
画素ずらし前に前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号とを合成した合成信号に基づいて、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記撮影用画素群から読み出された画素信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記アクチュエータ制御手段は、初期位置の前記撮像手段から取得した前記焦点検出用画素の画素信号に基づいて焦点検出可能である場合には画素ずらしを行わず、初期位置の前記撮像手段から取得した前記焦点検出用画素の画素信号に基づいて焦点検出できない場合のみ画素ずらしを行うことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記アクチュエータ制御手段は、前記画素ずらしを行っても焦点検出できない場合、前記焦点検出用画素間を埋めていくように再び画素ずらしを行って焦点検出用画素信号の補間を繰り返すことを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記画像データ生成手段は、前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間し、前記撮影用画素群から読み出された画素信号及び前記補間された撮影用画素信号に基づいて前記画像データを生成することを特徴とする請求項６ないし８のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、
前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、
前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段と、
前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うアクチュエータ制御手段と、
画素ずらし前に前記撮影用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記撮影用画素群から読み出された画素信号とを合成することで、画素ずらし前の前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間した画像データを生成する画像データ生成手段と、を備えた撮像装置であって、
前記読出制御手段は、撮影の際に、前記焦点検出用画素が存在するラインを特定し、前記撮影用画素のみが存在するラインからの画素ずらし前後で重複する画素を特定し、前記焦点検出用画素が存在する前記ラインからの画素信号の読出しと、前記撮影用画素のみが存在する前記ラインからの画素ずらし前後で重複する前記画素からの画素信号の読出しとを行わないように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
低画素数記録モードの指定を行う低画素数記録モード指定手段を備え、
前記低画素数記録モードが指定された場合、前記アクチュエータ制御手段は画素ずらしを行なわず、前記画像データ生成手段は前記合成を行わないで前記撮影用画素の画素信号に基づいて画像データを生成することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
画素ずらし前後で前記撮影用画素が重複する重複領域について、重複した前記撮影用画素同士の画素信号を比較する比較手段を備え、
前記画像データ生成手段は、前記重複領域にて画素ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が一致した場合には、前記合成を行う一方で、前記重複領域にて画素ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が異なった場合には、前記合成を行わないで、前記焦点検出用画素の周囲の前記撮影用画素から読み出された画素信号に基づいて前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を生成することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記比較手段は、画素ずらし前後で前記撮影用画素のみが存在するラインが重複した領域に限定して、前記比較を行うことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記比較手段は各分割領域毎に比較を行い、前記画像データ生成手段は、画像ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が一致した分割領域では、前記合成を行う一方で、画像ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が異なった分割領域では、前記焦点検出用画素の周囲の前記撮影用画素から読み出された画素信号を用いて補間を行うことを特徴とする請求項１２または１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、画素ずらし前後で前記撮影用画素が重複する重複領域について、重複した前記撮影用画素同士の画素信号を比較する比較手段と、前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータとを用い、
前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行うステップと、
前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うステップと、
前記重複領域について画素ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号によって示される像パターンの一致度が閾値以上の場合には、画素ずらし前に前記撮影用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記撮影用画素群から読み出された画素信号とを合成することで、画素ずらし前の前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間した画像データを生成し、前記重複領域について画素ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号によって示される像パターンの一致度が閾値より小さい場合には、前記合成を行わないで、前記焦点検出用画素の周囲の前記撮影用画素から読み出された画素信号に基づいて前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を生成する生成ステップと、
を含むことを特徴とする撮像方法。
【請求項１６】
撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータとを用い、
前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うステップと、
画素ずらし前に前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号とを合成した合成信号に基づいて、位相差検出方式の焦点検出を行うステップと、
前記撮影用画素群から読み出された画素信号に基づいて画像データを生成するステップと、
を含むことを特徴とする撮像方法。
【請求項１７】
撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータとを用い、
前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行うステップと、
前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うステップと、
前記焦点検出用画素が存在するラインを特定し、前記撮影用画素のみが存在するラインからの画素ずらし前後で重複する画素を特定し、前記焦点検出用画素が存在するラインからの画素信号の読出しと、前記撮影用画素のみが存在するラインからの画素ずらし前後で重複する前記画素からの画素信号の読出しとを行わないで、画素ずらし前に前記撮影用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記撮影用画素群から読み出された画素信号とを合成することで、画素ずらし前の前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間した画像データを生成するステップと、
を含むことを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差検出方式の焦点検出を行う撮像装置及び撮像方法に関し、特に、焦点検出精度の向上と撮影画像の高画質化とを両立できる撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の焦点検出方式として、位相差検出方式が知られている。
【０００３】
特許文献１、２には、マイクロレンズの中心軸に対して一定距離だけ一方にずらして配置した焦点検出用の第１の画素（光電変換素子）群と、マイクロレンズの中心軸に対して一定距離だけ他方にずらして配置した焦点検出用の第２の画素（光電変換素子）群とを備え、第１の画素群が蓄積した信号電荷による第１の画素信号と第２の画素群が蓄積した信号電荷による第２の画素信号との位相差を検出することで、フォーカスのずれ量（デフォーカス量）を検出する構成が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、焦点検出用画素群が存在する焦点検出領域の撮影用の画素信号を、その周囲の撮影用画素の画素信号を用いて補間する構成が開示されている。
【０００５】
特許文献４には、アクチュエータにより撮像素子を光軸と直交する方向に移動させることで所定画素ピッチ（例えば１／２画素ピッチ）の画素ずらしを行って、画素ずらし前後の撮像素子の出力信号を合成することで、一枚分の高解像度画像データを生成する構成が開示されている。
【０００６】
特許文献５には、ファインダ画面上の撮影者の注視位置にＡＦセンサを移動させる構成が開示されている。また、特許文献６には、撮影時のズーム情報に基づいてＡＦセンサを移動させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−１５２０８号公報
【特許文献２】特許第２９５９１４２号公報
【特許文献３】特許第４００７７１６号公報
【特許文献４】特許第３９８０８０４号公報
【特許文献５】特開平８−１４６２８４号公報
【特許文献６】特開平６−３５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、焦点検出精度の向上と撮影画像の高画質化とを両立させることは、困難である。
【０００９】
特許文献１、２に記載の焦点検出用画素は、マイクロレンズの中心軸に対し偏心させているので、撮影用画素として兼用し難い。そこで、被写体光の受光面に撮影用画素と焦点検出用画素とを配置した構成にて、焦点検出の精度を向上させるために、焦点検出用画素の密度を高くしたい。しかし、焦点検出用画素の密度を高くするにつれて、撮影画像の画質が劣化してしまう。
【００１０】
特許文献３に記載の構成では、焦点検出用画素群が存在する焦点検出領域の撮影用の画素信号を、その焦点検出領域とは位置が異なる周囲の撮影用素子の画素信号を用いて補間するため、撮影画像の画質がどうしても劣化してしまう。
【００１１】
特許文献４には、アクチュエータによる画素ずらしについては記載されているが、焦点検出精度の向上と撮影画像の高画質化とを両立させることが可能な構成に関する開示がない。
【００１２】
特許文献５に記載の構成では、焦点検出領域を広げるのみで、焦点検出精度を向上できない。また、特許文献６に記載の構成では、焦点検出領域を最適にすることは可能だが、焦点検出精度を向上できない。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、焦点検出精度の向上と画像の高画質化とを両立させることができる撮像装置及び撮像方法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】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明は、撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段と、前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うアクチュエータ制御手段と、画素ずらし前に前記撮影用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記撮影用画素群から読み出された画素信号とを合成することで、画素ずらし前の前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間した画像データを生成する画像データ生成手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置を提供する。
【００１５】
即ち、焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間するためにアクチュエータにより画素ずらしを行って、画素ずらし前に撮影用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に撮影用画素群から読み出された画素信号とを合成するので、被写体光の受光面に焦点検出用画素を多数配置して焦点検出精度を向上させつつ、高画質の画像を取得することができる。
【００１６】
また、焦点検出用画素群から読み出された画素信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行うので、フォーカスレンズを移動させながら探索を行うコントラスト検出方式と比較して、高速で焦点を検出することができる。
【００１７】
尚、画像ずらしのためのアクチュエータとしては、手ぶれ補正用のアクチュエータを用いることが可能であり、新たな機構や光学系を追加することなく、低コスト且つ省スペースで、撮影画質の劣化を防止することが可能である。
【００１８】
本発明の一態様にて、前記読出制御手段は、撮影の際に、前記焦点検出用画素が存在するラインからの画素信号の読出しと、前記撮影用画素のみが存在するラインからの画素ずらし前後で重複する読出しとを行わないように制御する。
【００１９】
即ち、撮影時に最低限の読出しを行うので、撮影用画素信号の読出し時間やメモリに対するアクセス時間が短縮される。
【００２０】
本発明の一態様では、低画素数記録モードの指定を行う低画素数記録モード指定手段を備え、前記低画素数記録モードが指定された場合、前記アクチュエータ制御手段は画素ずらしを行なわず、前記画像データ生成手段は前記合成を行わないで前記撮影用画素の画素信号に基づいて画像データを生成する。
【００２１】
即ち、撮影者が低画素数記録モードを指定した場合には、画素ずらし及び合成処理が行われないので、撮影時間が短縮される。
【００２２】
本発明の一態様では、画素ずらし前後で前記撮影用画素が重複する重複領域について、重複した前記撮影用画素同士の画素信号を比較する比較手段を備え、前記画像データ生成手段は、前記重複領域にて画素ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が一致した場合には、前記合成を行う一方で、前記重複領域にて画素ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が異なった場合には、前記合成を行わないで、前記焦点検出用画素の周囲の前記撮影用画素から読み出された画素信号に基づいて前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を生成する。
【００２３】
即ち、被写体の動きや装置の動きに応じて、最適な補間を行うことができ、高画質の撮影画像データを取得することができる。
【００２４】
本発明の一態様にて、前記比較手段は、画素ずらし前後で前記撮影用画素のみが存在するラインが重複した領域に限定して、前記比較を行う。
【００２５】
即ち、メモリから画素信号を読み込む時間や比較時間を短縮することができる。
【００２６】
本発明の一態様にて、前記比較手段は各分割領域毎に比較を行い、前記画像データ生成手段は、画像ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が一致した分割領域では、前記合成を行う一方で、画像ずらし前後で前記撮影用画素の画素信号が異なった分割領域では、前記焦点検出用画素の周囲の前記撮影用画素から読み出された画素信号を用いて補間を行う。
【００２７】
即ち、被写体領域では被写体ぶれのない且つ高解像度の画像が生成されるとともに、背景領域では画素ずらし前後の撮影用画素信号の合成による高画質且つ高解像度の画像が生成されることになる。
【００２８】
また、本発明は、撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うアクチュエータ制御手段と、画素ずらし前に前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号とを合成した合成信号に基づいて、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段と、前記撮影用画素群から読み出された画素信号に基づいて画像データを生成する画像データ生成手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置を提供する。
【００２９】
即ち、焦点検出用画素間の位置に対応する焦点検出用画素信号を補間するためにアクチュエータにより画素ずらしを行って、画素ずらし前に焦点検出用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に焦点検出用画素群から読み出された画素信号とを合成した合成信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行うので、撮像手段の受光面の撮影用画素数を低減することなく高画質の画像を取得することができるとともに、焦点検出の精度を向上させることができる。
【００３０】
尚、画像ずらしのためのアクチュエータとしては、手ぶれ補正用のアクチュエータを用いることが可能であり、新たな機構や光学系を追加することなく、低コスト且つ省スペースで、焦点検出精度を向上することが可能である。
【００３１】
本発明の一態様にて、前記アクチュエータ制御手段は、初期位置の前記撮像手段から取得した前記焦点検出用画素の画素信号に基づいて焦点検出可能である場合には画素ずらしを行わず、初期位置の前記撮像手段から取得した前記焦点検出用画素の画素信号に基づいて焦点検出できない場合のみ画素ずらしを行う。
【００３２】
即ち、被写体に合わせて焦点検出時間を短縮することができる。
【００３３】
本発明の一態様にて、前記アクチュエータ制御手段は、前記画素ずらしを行っても焦点検出できない場合、前記焦点検出用画素間を埋めていくように再び画素ずらしを行って焦点検出用画素信号の補間を繰り返す。
【００３４】
即ち、焦点検出用画素間を埋めていくように再び画素ずらしを行って焦点検出用画素信号の補間を繰り返すことで、焦点検出の精度を更に向上させることができる。
【００３５】
本発明の一態様にて、前記画像データ生成手段は、前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間し、前記撮影用画素群から読み出された画素信号及び前記補間された撮影用画素信号に基づいて前記画像データを生成する。
【００３６】
また、本発明は、撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータとを用い、前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行うステップと、前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うステップと、画素ずらし前に前記撮影用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記撮影用画素群から読み出された画素信号とを合成することで、画素ずらし前の前記焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間した画像データを生成するステップと、を含むことを特徴とする撮像方法を提供する。
【００３７】
また、本発明は、撮影レンズを通過した被写体光を受光して撮像を行う撮像手段であって撮影用画素群及び焦点検出用画素群を有する撮像手段と、前記撮影用画素群及び前記焦点検出用画素群からの画素信号の読出しを制御する読出制御手段と、前記撮像手段または前記撮影レンズを光軸と直交する方向に移動させるアクチュエータとを用い、前記アクチュエータを用いて画素ずらしを行うステップと、画素ずらし前に前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号と画素ずらし後に前記焦点検出用画素群から読み出された画素信号とを合成した合成信号に基づいて、位相差検出方式の焦点検出を行うステップと、前記撮影用画素群から読み出された画素信号に基づいて画像データを生成するステップと、を含むことを特徴とする撮像方法を提供する。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、焦点検出精度の向上と画像の高画質化とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る撮像装置の一例の概略構成を示すブロック図
【図２】（Ａ）は撮像部の一例の一部を示す上面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図
【図３】撮像処理の概略を示す概略フローチャート
【図４】第１実施形態における撮影画像データ生成処理の流れを示すフローチャート
【図５】第１実施形態における画素ずらし前後の撮像部の一例を示す平面図
【図６】第１実施形態における補間の説明に用いる説明図
【図７】第２実施形態における画素ずらし前後の撮像部の一例を示す平面図
【図８】第３実施形態における撮像部の一例を示す平面図
【図９】第３実施形態における撮影画像データ生成処理の流れを示すフローチャート
【図１０】第３実施形態における低画素数記録モードでの撮影用画素の使用の有無の説明に用いる説明図
【図１１】第３実施形態における撮影用画素重複領域の説明に用いる説明図
【図１２】第４実施形態における撮影画像データ生成処理の流れを示すフローチャート
【図１３】第４実施形態における撮影専用ライン重複領域の説明に用いる説明図
【図１４】（Ａ）は画素ずらし前後で被写体が移動した場面での撮影画像を示す説明図、（Ｂ）は第５実施形態における撮影画像データ生成処理の説明に用いる説明図
【図１５】第６実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャート
【図１６】第６実施形態における画素ずらし前後の撮像部の一例を示す平面図
【図１７】焦点掲出用画素信号の補間の説明に用いる説明図
【図１８】第７実施形態における焦点検出処理の流れを示すフローチャート
【図１９】（Ａ）は合焦状態にて初期の撮像部から取得された焦点検出用画素信号、（Ｂ）は合焦状態にて画素ずらし後の撮像部から取得された焦点検出用画素信号を示す説明図
【図２０】（Ａ）は初期における焦点検出用画素群配列、（Ｂ）は１回目の画素ずらし後における仮想的な焦点検出用画素群配列、（Ｃ）は２回目の画素ずらし後における仮想的な焦点検出用画素群配列、（Ｄ）は３回目の画素ずらし後における仮想的な焦点検出用画素群配列をそれぞれ示す説明図
【図２１】（Ａ）は初期の焦点検出用画素信号、（Ｂ）は１回目の画素ずらし後の焦点検出用合成信号、（Ｃ）は２回目の画素ずらし後の焦点検出用合成信号、（Ｄ）は３回目の画素ずらし後の焦点検出用合成信号をそれぞれ示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本発明に係る撮像装置の一例の概略構成を示すブロック図である。
【００４２】
図１において、本例の撮像装置１００は、撮影レンズ４０、レンズ駆動部４１、撮像部４２、撮像制御部４３（読出制御手段）、アナログ信号処理部４４、画像入力コントローラ４５、メモリ４６、ＣＰＵ５０、デジタル信号処理部６１、圧縮伸張処理部６２、記録媒体制御部６３、記録媒体６４、表示制御部６５、表示部６６、操作部６７、及び、アクチュエータ７０を含んで構成されている。
【００４３】
撮影レンズ４０は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含んで構成されている。レンズ駆動部４１は、撮影レンズ４０を構成するレンズを、光軸０方向にて移動させる。
【００４４】
撮像部４２は、撮影レンズ４０を通過した被写体光を受光して撮像を行う。撮像部４２は、本例ではＣＣＤ撮像素子（Charge Coupled Device 撮像素子）によって構成されており、撮影用画素及び焦点検出用画素を有する。撮影用画素及び焦点検出用画素の具体例については、後に詳説する。撮像制御部４３は、撮影用画素及び焦点検出用画素の電荷蓄積と、撮影用画素及び焦点検出用画素からの画素信号の読出しを制御する。
【００４５】
アナログ信号処理部４４は、撮像部４２から出力された画素信号に対し、各種のアナログ信号処理（ノイズ除去、増幅など）を施す。また、アナログ信号処理部４４は、Ａ／Ｄ変換器を有し、画素信号をアナログからデジタルに変換する。
【００４６】
画像入力コントローラ４５は、アナログ信号処理部４４から出力されたデジタルの画素信号を、メモリ４６に格納する。
【００４７】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０は、所定のプログラムを実行することにより、撮像装置１００の各部を制御する。
【００４８】
デジタル信号処理部６１は、ＣＰＵ５０の指示に従い、メモリ４６に格納されている画素信号に対し、各種のデジタル信号処理（例えば、階調特性処理、シャープネス処理、ホワイトバランス調整、ＹＣ信号生成など）を施す。
【００４９】
圧縮伸張処理部６２は、ＣＰＵ５０の指示に従い、各種データの圧縮処理、及び、各種データの伸張処理を行う。
【００５０】
記録媒体制御部６３は、ＣＰＵ５０の指示に従い、記録媒体６４への各種データの記録、及び、記録媒体６４からの各種データの取得を制御する。記録媒体６４は、特に限定されないが、例えば撮像装置１００の本体に着脱自在なメモリカードを用いる。
【００５１】
表示制御部６５は、ＣＰＵ５０の指示に従い、表示部６６への表示を制御する。表示部６６は、画像を表示可能なデバイスであり、例えば液晶ディスプレイからなる。
【００５２】
操作部６７は、ユーザが撮像装置１００に対し各種の指示を入力するための指示入力デバイスである。例えば、シャッターボタン、モード切換スイッチを含んで構成される。
【００５３】
アクチュエータ７０は、撮像部４２を光軸０と直交する面内で移動させる。なお、本例では撮像部４２を移動させる場合を例に説明するが、撮影レンズ４０を光軸０と直交する方向に移動させてもよい。
【００５４】
本例のＣＰＵ５０は、アクチュエータ制御部５１、焦点検出部５２、合焦制御部５３、信号比較部５４、及び、画像データ生成部５５を含んで構成されている。
【００５５】
アクチュエータ制御部５１は、アクチュエータ７０を用いて画素ずらしを行う。本例では、焦点検出用画素の位置に撮影用画素が来るように、撮影レンズ４０を通過する被写体光に対して相対的に撮像部４２を数画素ピッチだけ移動させる。画素ずらしの詳細については、後に各種の実施形態に分けて詳説する。
【００５６】
なお、撮影レンズ４０を移動させる構成の場合にも、同様に、撮影レンズ４０を通過する被写体光に対して相対的に撮像部４２を数画素ピッチだけ移動させる点は同じである。この場合には、焦点検出用画素の位置に照射されていた光束が撮影用画素に照射されるように、撮影レンズ４０を移動させる。
【００５７】
焦点検出部５２は、撮像部４２の焦点検出用画素から読み出された画素信号（以下「焦点検出用画素信号」という）に基づいて、位相差検出方式の焦点検出を行う。具体的な焦点検出の方法は、例えば、特許第４００７７１６号公報、特開昭５９−１５２０８号公報に記載の方式を用いればよい。
【００５８】
合焦制御部５３は、焦点検出部５２の焦点検出結果に基づいて合焦を行う。即ち、合焦制御部５３は、レンズ駆動部４１により、必要に応じて、撮影レンズ４０を構成しているフォーカスレンズを、被写体に合焦する合焦レンズ位置に移動させる。
【００５９】
信号比較部５４は、画素ずらし前後で画素信号を比較する。
【００６０】
画像データ生成部５５は、撮像部４２の撮影用画素から読み出された画素信号（以下「撮影用画素信号」という）に基づいて、撮影画像データを生成する。生成された撮影画像データは、圧縮伸張処理部６２により圧縮処理が施された後、記録媒体制御部６３により記録媒体６４に記録される。また、撮影画像データを表示制御部６５により撮影画像として表示部６６に表示することも可能である。
【００６１】
図２（Ａ）は、撮像部４２の一例の一部を受光面の上側から観た様子を模式的に示す上面図である。図２（Ａ）に示すように、本例の撮像部４２（ＣＣＤ撮像素子）は、受光面にアレイ状に形成された多数のフォトダイオードＰＤ（光電変換素子）を有する。各フォトダイオードＰＤは、行方向（水平方向Ｈ）及び列方向（垂直方向Ｖ）の各方向に均等に配置されている。フォトダイオードＰＤ間には列方向Ｖに沿って図示省略の垂直転送路が配置されている。各フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷は、撮像制御部（図１の４３）の制御により、画素信号として垂直転送路により転送される。
【００６２】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２（Ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤの光路上流側（図２（Ｂ）にて上側）には、カラーフィルタ層ＣＦが形成されている。カラーフィルタ層ＣＦは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色フィルタによって構成されており、各フォトダイオードＰＤに対していずれか１色のカラーフィルタが対応するように配置されている。更に、カラーフィルタ層ＣＦの光路上流側には、各フォトダイオードＰＤに対応して、撮影レンズ（図１の４０）を通過した被写体光を集光するマイクロレンズＭ１、Ｍ２、Ｍ３が形成されている。
【００６３】
第１のマイクロレンズＭ１は、その中心軸ＡＭ１がフォトダイオードＰＤの中心軸ＡＰと一致するように配置されている。第２のマイクロレンズＭ２及び第３のマイクロレンズＭ３は、第１のマイクロレンズＭ１よりも直径が小さい。第２のマイクロレンズＭ２は、その中心軸ＡＭ２がフォトダイオードＰＤの中心軸ＡＰに対して一方（図２（Ｂ）中の右側）にずらして配置されており、第３のマイクロレンズＭ３は、その中心軸ＡＭ３がフォトダイオードＰＤの中心軸ＡＰに対して他方（図２（Ｂ）中の左側）にずらして配置されている。
【００６４】
以下では、第１のマイクロレンズＭ１に対応するフォトダイオードＰＤを「撮影用画素」ＮＰ（または「通常画素」）、第２のマイクロレンズＭ２に対応するフォトダイオードＰＤを「第１の焦点検出用画素」ＦＰ１、第３のマイクロレンズＭ３に対応するフォトダイオードＰＤを「第２の焦点検出用画素」ＦＰ２という。第１及び第２の焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２をまとめて「焦点検出用画素」ということもある。
【００６５】
尚、図２では第１の焦点検出用画素ＦＰ１及び第２の焦点検出用画素ＦＰ２をそれぞれ１個ずつ示したが、実際には、撮影用画素ＮＰが配置されている受光面に、それぞれ複数配置されている。焦点検出部（図１の５２）は、複数の第１の焦点検出用画素ＦＰ１から読み出された画素信号と、複数の第２の焦点検出用画素ＦＰ２から読み出された画素信号との位相差を検出することで、デフォーカス量（焦点のずれ量）を検出する。
【００６６】
また、説明の便宜上、画素配列が正方格子状であるベイヤ配列を例に説明したが、画素配列がいわゆるハニカム配列である場合にも本発明を適用できることは、言うまでもない。ハニカム配列では、奇数行の撮影用画素に対して偶数行の撮影用画素が１／２ピッチずらして配置されている。
【００６７】
本発明は、図２に示した焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２を用いる場合に特に限定されない。位相差検出方式で焦点検出を行うための各種の受光素子を用いることができる。例えば、特開昭５９−１５２０８号公報、特許第４００７７１６号公報に記載された受光素子を用いてもよい。
【００６８】
図３、撮像処理の概要を示す概略フローチャートである。この撮像処理は、図１のＣＰＵにより、プログラムに従って実行される。ここでは、図１〜図３を用いて撮像処理の基本的事項を簡単に説明する。
【００６９】
まず、ステップＳ１にて、位相差検出方式の焦点検出を行う。即ち、撮像制御部４３の制御により撮像部４２を用いて撮像を行って、焦点検出部５２により、複数の第１の焦点検出用画素ＦＰ１から読み出された画素信号（第１の焦点検出用画素信号）と、複数の第２の焦点検出画素ＦＰ２から読み出された画素信号（第２の焦点検出用画素信号）との位相差を検出することで、デフォーカス量（フォーカスのずれ量）を検出する。言い換えると、第１の焦点検出用画素信号によって示される像と、第２の焦点検出用画素信号によって示される像とのずれ量を求める。
【００７０】
次に、ステップＳ２にて、焦点検出結果に基づいて合焦を行う。即ち、合焦制御部５３により、必要に応じて、レンズ駆動部４１を用いてデフォーカス量に対応する移動量だけフォーカスレンズを移動させる。言い換えると、第１の焦点検出用画素信号と第２の焦点検出用画素信号との位相差が無くなるように、フォーカスレンズを合焦レンズ位置に移動させる。ただし、位相差が無い場合、フォーカスレンズの移動は不要である。
【００７１】
次に、ステップＳ３にて、撮影画像データを取得する。即ち、撮像制御部４３の制御により撮像部４２を用いて撮像を行って、画像データ生成部５５により、複数の撮影用画素ＮＰから読み出された画素信号（撮影用画素信号）に基づいて、撮影画像データを生成する。
【００７２】
そして、ステップＳ４にて、撮影画像データを記録する。即ち、記録媒体制御部６３により、撮影画像データを記録媒体６４に記録する。
【００７３】
本発明では、アクチュエータ制御部５１による画素ずらしを用いた焦点検出（ステップＳ１）または撮影画像データ取得（ステップＳ３）を行うことで、焦点検出の高精度化及び撮影画像データの高画質化の両立を図る。このような本発明の特徴について、以下では各種の実施形態に分けて、詳細に説明する。
【００７４】
まず、第１実施形態について説明する。
【００７５】
尚、図１を用いて撮像装置１００の概略構成について既に説明しているので、ここでは本実施形態に特有の事項のみ説明する。
【００７６】
本実施形態のアクチュエータ制御部５１は、撮像部４２（ＣＣＤ撮像素子）の受光面における焦点検出用画素（図２のＦＰ１及びＦＰ２）の位置に対応する撮影用画素信号を補間するため、アクチュエータ７０を用いて画素ずらしを行う。また、画像データ生成部５５は、画素ずらし前に撮影用画素（図２のＮＰ）群から読み出された撮影用画素信号と、画素ずらし後に撮影用画素群から読み出された撮影用画素信号とを合成する。これにより、画素ずらし前の焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間する。
【００７７】
図４は、本実施形態における撮影画像データ取得処理（図３のステップＳ３）の詳細を示すフローチャートである。この処理は、図１のＣＰＵ５０により、プログラムに従って実行される。
【００７８】
ステップＳ１１にて、画素ずらし前の撮影用画素信号を取得する。即ち、撮像制御部４３を用いて、初期位置の撮像部４２の各画素に電荷を蓄積し、撮影用画素ＮＰを含む各ラインから画素信号を読み出す。図５の左側に、画素ずらし前の撮像部４２の一部を示した。図中の網掛けした画素が焦点検出用画素ＦＰ（図２のＦＰ１またはＦＰ２）であり、その周辺の網掛けなしの画素が撮影用画素ＮＰである。例えば、撮像部４２の全ラインから画素信号を読出し、撮影用画素ＮＰの画素信号のみ分離する。
【００７９】
ステップＳ１２にて、アクチュエータ７０を用いて、撮像部４２を光軸０と直交する方向に移動させることで、画素ずらしを行う。図５の右側に、画素ずらし後の撮像部４２の一部を示した。本例では、撮像部４２を垂直方向Ｖに２画素ピッチだけ移動させている（２画素ずらし）。これにより、画像ずらし前に焦点検出用画素ＦＰが存在した位置に、撮影用画素ＮＰが設定される。
【００８０】
ステップＳ１３にて、画素ずらし後の撮影用画素信号を取得する。即ち、撮像制御部４３を用いて、移動後の撮像部４２の各画素に電荷を蓄積し、撮影用画素ＮＰを含む各ラインから画素信号を読み出す。例えば、撮像部４２の全ラインから画素信号を読出し、撮影用画素ＮＰの画素信号のみ分離する。
【００８１】
ステップ１４にて、画素ずらし前に取得した撮影用画素信号と画素ずらし後に取得した撮影用画素信号とを合成することで、画素ずらし前の焦点検出用画素ＦＰの位置に対応する撮影用画素信号を補間した撮影画像データを生成する。
【００８２】
図６は、図５の左側に示した撮影用画素ＮＰと図５の右側に示した撮影用画素ＮＰとを合成したものである。つまり、図５中の左側に示した初期位置における焦点検出用画素ＦＰの位置にも撮影用画素ＮＰが存在するものとして、撮影用画素信号が補間される。
【００８３】
図２に示した焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２はマイクロレンズＭＬの中心軸に対し偏心させているので、撮影用画素として兼用し難い。そこで、焦点検出の精度を向上させるため、焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２の密度を高くしたいという要求があるが、従来は、焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２の密度を高くするにつれて撮影画像の画質が劣化してしまうという課題があった。本実施形態の撮像装置によれば、焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２の密度を高くしても、画素ずらしが行われて、画素ずらし前の焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２の位置に対応する撮影用画素信号が補間された撮影画像データが生成されるので、焦点検出精度の向上と撮影画像の高画質化とが両立される。
【００８４】
尚、図２の焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２を用いる場合を例に説明したが、本発明における焦点検出用画素は、このような場合に特に限定されない。例えば、特許第４００７７１６号公報に記載のものでもよい。
【００８５】
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態において、撮像制御部４３は、撮影時に読み出す必要がない画素からの読出しを行わない。
【００８６】
図７の左側に、画素ずらし前の撮像部４２の一部を示した。図中の濃く網掛けした画素が焦点検出用画素ＦＰであり、その周辺の画素（網掛けなしの画素及び薄く網掛けした画素）が撮影用画素ＮＰである。また、図７の右側に画素ずらし後の撮像部４２の一部を示した。本例では、画素ずらしにて、撮像部４２を垂直方向Ｖに２画素ピッチだけ移動させている（２画素ずらし）。
【００８７】
図７の左側に示す画素ずらし前の撮像部４２にて、線で囲ったライン領域ＬＡ、即ち、焦点検出用素子ＦＰが存在するラインからは、撮影時に画素信号を読み出す必要がない。また、図７の右側に示す画素ずらし後の撮像部４２にて、線で囲ったライン領域ＬＢ、即ち、撮影用画素ＮＰのみが存在するラインであって画素ずらし前後で重複するラインと、焦点検出用素子ＦＰが存在するラインとは、既に画素ずらし前に画素信号を読み出しているので重複して読み出す必要がない。尚、撮像部４２の受光面には、焦点検出用画素ＦＰを含む第１のラインと、撮影用画素ＮＰのみからなる第２のラインとが設けられており、画素ずらしによって、第１のラインの位置に第２のラインを設定するようになっている。
【００８８】
本実施形態の撮像制御部４３は、撮影の際に、焦点検出用画素ＦＰが存在するラインからの画素信号の読出しと、撮影用画素ＮＰのみが存在するラインからの画素ずらし前後で重複する読出しとを行わないように制御する。
【００８９】
本実施形態によれば、撮影時に最低限の読出しを行うので、撮影用画素信号の読出し時間（特に水平転送時間）を短縮することができるとともに、最低限の情報量で済ませることでメモリ４６に対するアクセス時間を短縮することができる。
【００９０】
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態または第２実施形態において、操作部６７により低画素数記録モードが指定された場合、アクチュエータ制御部５１は画素ずらしを行なわず、画像データ生成部５５は合成を行わないで撮影用画素信号に基づいて画像データを生成する。
【００９１】
図８は、本実施形態における撮像部４２の一例を示す平面図である。図中の網掛けした画素が焦点検出用画素ＦＰであり、網掛けなしの画素が撮影用画素ＮＰである。
【００９２】
図９は、本実施形態における撮影画像データ取得処理（図３のステップＳ３）の詳細を示すフローチャートである。この処理は、図１のＣＰＵ５０により、プログラムに従って実行される。
【００９３】
ステップＳ３１は、第１実施形態におけるステップＳ１１と同様である。
【００９４】
ステップＳ３２にて、低画素数記録モードであるか否かを判定する。操作部６７により低画素数記録モードが指定されている場合には本処理を終了し、低画素数記録モードでない場合（即ち高画素数モードである場合）にはステップＳ３３に進む。
【００９５】
ステップＳ３３〜Ｓ３５は、それぞれ、第１実施形態におけるステップＳ１２〜Ｓ１４と同様である。
【００９６】
本実施形態では、低画素数記録モードの場合、画素ずらし及び合成を行わないで、低画素数（低解像度）の撮影用画像データを生成する。図１０は、低画素数記録モードでの撮影用画素ＮＰの使用の有無を示す説明図である。図１０にて、撮影画像データ生成に用いた撮影用画素ＮＰを白色で示し、撮影画像データ生成に用いなかった撮影用画素ＮＰを黒色で示した。
【００９７】
本実施形態によれば、撮影者が低画素数記録モードを指定した場合、画素ずらし及び合成処理が行われないので、撮影時間が短縮される。
【００９８】
次に、第４実施形態について説明する。
【００９９】
図１１は、図５に示した画素ずらしの前後で撮影用画素ＮＰが重複した箇所（以下「撮影用画素重複領域」という）を黒色で示す。このような撮影用画素重複領域では、画素ずらし前後で撮影用画素信号が同じであることが望ましい。しかし、画素ずらし前の撮像から画素ずらし後の撮像までの間に、被写体が動いたり、撮影者が画角を変化させたりすると、画素ずらし前後で撮影用画素信号が異なる。このような場合に、第１実施形態にて説明した撮影用画素信号の合成を行うと、不自然な撮影画像が生成されてしまう。
【０１００】
本実施形態にて、信号比較部５４は、撮影用画素重複領域について、重複した撮影用画素ＮＰ同士の画素信号を比較する。画像データ生成部５５は、撮影用画素重複領域にて画素ずらし前後で撮影用画素の画素信号が一致した場合には、第１実施形態と同様な合成を行う一方で、撮影用画素重複領域にて画素ずらし前後で撮影用画素の画素信号が異なった場合には、前記合成を行わないで、焦点検出用画素の周囲の撮影用画素から読み出された撮影用画素信号に基づいて焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を生成する。
【０１０１】
図１２は、本実施形態における撮影画像データ生成処理（図３のステップＳ３）の詳細を示すフローチャートである。この処理は、図１のＣＰＵ５０により、プログラムに従って実行される。
【０１０２】
ステップＳ４１〜Ｓ４３は、第１実施形態のステップＳ１１〜Ｓ１３と同様である。
【０１０３】
ステップＳ４４にて、信号比較部５４により、撮影用画素重複領域（図１１の黒色領域）について、重複した撮影用画素ＮＰ同士の画素信号を比較する。本例では、撮影用画素信号によって示される像パターンの一致度を算出する。例えば、一致度として、画像ずらし前後で像パターンの対応する点同士の画素信号の差（または和）を、算出する。
【０１０４】
ステップＳ４５にて、比較結果を判定する。例えば、算出した一致度を予め定めた閾値と比較する。一致と判定した場合にはステップＳ４６に進み、一致しないと判定した場合にはステップＳ４７に進む。
【０１０５】
ステップＳ４６では、画像データ生成部５５により、第１実施形態のステップ１４と同様の合成処理を行う。
【０１０６】
ステップＳ４７では、画像データ生成部５５により、焦点検出用画素ＦＰの周囲の撮影用画素ＮＰから読み出された撮影用画素信号に基づいて、焦点検出用画素ＦＰの位置に対応する撮影用画素信号を生成する。
【０１０７】
本実施形態によれば、撮影場面に応じて最適な補間処理を行うことができ、高画質の撮影画像データを取得することができる。
【０１０８】
次に、第５実施形態について、第４実施形態と異なる事項のみ説明する。
【０１０９】
図１３は、画素ずらしの前後で撮影用画素ＮＰが重複した箇所（撮影用画素重複領域）を黒色で示すとともに、画素ずらし前後で撮影用画素ＮＰのみが存在するラインが重複した領域（以下「撮影専用ライン重複領域」という）を矢印で示す。本実施形態の信号比較部５４は、撮影専用ライン重複領域に限定して、撮影用画素信号を比較する。
【０１１０】
本実施形態では、撮影用画素重複領域の全てで画素信号を比較するのではなく、画素ずらし前後で撮影用画素ＮＰのみからなるラインが重複した領域（撮影専用ライン重複領域）に限定して撮影用画素信号を比較するので、メモリから画素信号を読み込む時間や判定時間を短縮することができる。
【０１１１】
次に、第６実施形態について説明する。
【０１１２】
図１４（Ａ）は撮影画像の一例を示す。第４実施形態または第５実施形態において、図１４のように被写体として人物を撮影する場合、その人物が画素ずらし前後で急に動いてしまうと、図１１に黒色で示した撮影用画素重複領域の撮影用画素信号が画素ずらし前後で一致しなくなる。しかし、実際には、図１４（Ｂ）に斜線で示した被写体領域９１で一致しなくなるだけであり、被写体領域９１の周囲の背景領域９２では、画素ずらし前後で撮影用画素信号が一致する。このような場合、被写体画像はぶれた画像にしたくないけれども、背景画像は画素ずらし前後での画像合成により高画質にしたい。
【０１１３】
そこで、本実施形態では、撮影画像に対応する仮想的な画面（以下「撮影画面」という）をアレイ状に分割し、信号比較部５４は各分割領域毎に画素ずらし前後で重複した撮影用画素の画素信号（撮影用画素信号）を比較し、画像データ生成部５５は、撮影用画素信号が一致した分割領域では、第４実施形態にて説明したように画素ずらし前後での合成を行う一方で、撮影用画素信号が異なった分割領域では、焦点検出用画素ＦＰの周囲の撮影用画素ＮＰから読み出された画素信号に基づいて、焦点検出用画素の位置に対応する撮影用画素信号を補間する。
【０１１４】
図１４（Ｂ）に示した例では、撮影画面を８×８に分割し、各分割領域ごとに信号比較を行う。即ち、図中に斜線で示した被写体領域では、画素ずらし前後の撮影用画素信号の合成を行わないで焦点検出用画素位置の撮影用画素信号の補間が行われる一方で、その周囲の背景領域では、画素ずらし前後の撮影用画素信号の合成が行われる。したがって、被写体領域では高解像度且つ被写体ぶれのない被写体画像が生成される一方で、背景領域では画素ずらし前後の撮影用画素信号の合成による高解像度且つ高画質の背景画像が生成されることになる。
【０１１５】
次に、第７実施形態について説明する。
【０１１６】
尚、図１を用いて撮像装置１００の概略構成について既に説明しているので、ここでは本実施形態に特有の事項のみ説明する。
【０１１７】
本実施形態のアクチュエータ制御部５１は、撮像部４２の受光面における焦点検出用画素間の位置に対応する焦点検出用画素信号を補間するため、アクチュエータ７０を用いて画素ずらしを行う。また、焦点検出部５２は、画素ずらし前に焦点検出用画素群から読み出された焦点検出用画素信号と画素ずらし後に焦点検出用画素群から読み出された焦点検出用画素信号とを合成し、合成信号に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う。
【０１１８】
図１５は、本実施形態の焦点検出処理（図３のステップＳ１）の詳細を示すフローチャートである。この処理は、図１のＣＰＵ５０により、プログラムに従って実行される。
【０１１９】
ステップＳ７１にて、画素ずらし前の焦点検出用画素信号を取得する。即ち、撮像制御部４３を用いて、初期位置の撮像部４２の各画素に電荷を蓄積させ、少なくとも焦点検出用画素を含む各ラインから、画素信号を読み出す。図１６の左側に、画素ずらし前の撮像部４２の一部を示した。図中の網掛けした画素が焦点検出用画素ＦＰであり、その周辺の網掛けなしの画素が撮影用画素ＮＰである。焦点検出高速化の観点からは、焦点検出用画素ＦＰが存在するラインのみから画素信号を読出して、焦点検出用画素ＦＰの画素信号を分離することが、好ましい。
【０１２０】
ステップＳ７２にて、撮像部４２の受光面における焦点検出用画素間の位置に対応する焦点検出用画素信号を補間するため、アクチュエータ７０を用いて、撮像部４２を光軸０と直交する方向に所定画素ピッチ分移動させる。即ち、画素ずらしを行う。図１６の右側に、画素ずらし後の撮像部４２の一部を示した。図中の網掛けした画素が焦点検出用画素ＦＰであり、その周辺の網掛けなしの画素が撮影用画素ＮＰである。本例では、撮像部４２を列方向（垂直方向Ｖ）に４画素ピッチだけ移動させた（４画素ずらし）。これにより、焦点検出用画素ＦＰを画像ずらし前に撮影用画素ＮＰが存在した位置に設定する。
【０１２１】
ステップＳ７３にて、画素ずらし後の焦点検出用画素信号を取得する。即ち、撮像制御部４３を用いて、移動後の撮像部４２の各画素に電荷を蓄積させ、少なくとも焦点検出用画素ＦＰを含む各ラインから、画素信号を読み出す。図１７は、画素ずらし前の焦点検出用画素ＦＰ間の位置に、画素ずらしにより焦点検出用画素ＦＰを仮想的に補間した様子を示す模式図である。つまり、図１６中の左側に示した焦点検出用画素ＦＰ間の位置にも、更に焦点検出用画素ＦＰが存在するものとして、補間が行われる。
【０１２２】
ステップＳ７４にて、画素ずらし前に取得した焦点検出用画素信号と画素ずらし後に取得した焦点検出用画素信号とを合成し、合成信号に基づいて、位相差検出方式の焦点検出を行う。具体的には、画素ずらし前に第１の焦点検出用画素（図２のＦＰ１）群から読み出された画素信号と画素ずらし後に第１の焦点検出用画素群から読み出された画素信号とを合成して第１の合成信号を作成するとともに、画素ずらし前に第２の焦点検出用画素（図２のＦＰ２）群から読み出された画素信号と画素ずらし後に第２の焦点検出用画素群から読み出された画素信号とを合成して第２の合成信号を作成する。そして、第１の合成信号と第２の合成信号との位相差を検出する。
【０１２３】
図２に示した焦点検出用画素ＦＰ１、ＦＰ２は、マイクロレンズＭＬの中心軸に対し偏心しているので、撮影用画素として兼用し難い。また、撮影画像データの高画質化の観点から、なるべく焦点検出用画素を少なくしたいという要求がある。しかし、焦点検出用画素を少なくしてしまうと、焦点検出の精度が下がってしまうという課題があった。本実施形態では、焦点検出用画素の間隔を大きくしても、画素ずらしが行われて、画素ずらし前の焦点検出用画素間に対応する位置の焦点検出用画素信号が補間されるので、焦点検出精度の向上と画像の高画質化とが両立される。
【０１２４】
尚、撮影用画像データの生成態様は、各種ある。できるだけ高画質の撮影画像を取得するために第１〜第６実施形態に記載したように画素ずらしにより撮影用画素信号を補間してもよいが、本実施形態では焦点検出用画素の密度を低くして撮影用画素の密度を高くしても焦点検出精度を劣化させないようすることができるので、撮影時の画素ずらしを行わないようにしてよい。例えば、画像データ生成部５５は、焦点検出用画素ＦＰの位置に対応する撮影用画素信号を、その焦点検出用画素ＦＰの周囲の撮影用画素ＮＰから読み出した撮影用画素信号に基づいて補間し、実際に撮影用画素ＮＰから読み出された画素信号と前記補間された撮影用画素信号とに基づいて、撮影画像データを生成する。
【０１２５】
特許第４００７７１６号公報に記載のように、焦点検出用画素群から読み出した一対の画素信号（第１の焦点検出用画素ＦＰ１群の画素信号および第２の焦点検出用画素ＦＰ２群の画素信号）を加算するとともに、その加算結果を焦点検出用画素の周囲の撮影用画素から読み出した撮影用画素信号に基づいて補正し、その補正により得られた焦点検出用画素位置の画素信号と、実際に撮影用画素から読み出された撮影用画素位置の画素信号とに基づいて、撮影用画像データを生成する方法もある。
【０１２６】
次に、第８実施形態について説明する。以下では、特に第７実施形態と異なる事項を説明する。
【０１２７】
本実施形態のアクチュエータ制御部５１は、初期位置の撮像部４２から取得した焦点検出用画素信号に基づいて焦点検出可能である場合には、画素ずらしを行わない。即ち、初期位置で焦点検出できない場合のみ、画素ずらしを行なう。
【０１２８】
図１８は、本実施形態の焦点検出処理（図３のステップＳ１）の詳細を示すフローチャートである。この処理は、図１のＣＰＵ５０により、プログラムに従って実行される。
【０１２９】
ステップＳ８１にて、第７実施形態のステップＳ７１と同様に、初期位置の撮像部４２から焦点検出用画素信号を取得する。
【０１３０】
ステップＳ８２にて、焦点検出部５２により、焦点検出が可能であるか否かを判定する。即ち、第１の焦点検出用画素（図２のＦＰ１）群から読み出された画素信号と、第２の焦点検出用画素（図２のＦＰ２）群から読み出された画素信号との位相差が検出可能であるか否かを判定する。
【０１３１】
本例の焦点検出部５２は、一対の検出像の像パターンの一致度を算出し、その一致度を予め定めた閾値と比較することで、焦点検出可能かどうかを判定する。例えば、一対の焦点検出用画素信号によって示される一対の像パターンにおける対応点同士の信号値の差（または和）を算出して、閾値と比較する。
【０１３２】
図１９（Ａ）は、合焦状態にて第１の焦点検出用画素ＦＰ１群及び第２の焦点検出用画素ＦＰ２群からそれぞれ読み出された画素信号２０１及び２０２を示す。この例では、一方の画素信号２０１によって示される像パターンと、他方の画素信号２０２によって示される像パターンとが、一致しないので、焦点検出できないと判定される。一対の像パターンが一致する場合には、焦点検出可能であると判定される。尚、合焦状態を例に説明したが、非合焦状態でも、同様に、一対の像パターンにより焦点検出可否を判定可能である。
【０１３３】
焦点検出可能である場合にはステップＳ８３に進み、焦点検出部５２により、焦点検出を行う。即ち、第１の焦点検出用画素ＦＰ１群から読み出された画素信号と、第２の焦点検出用画素ＦＰ２群から読み出された画素信号との位相差を検出することで、デフォーカス量を検出する。
【０１３４】
焦点検出できない場合にはステップＳ８４に進む。ステップＳ８４では、第７実施形態のステップＳ７２と同様に、画素ずらしを行う。
【０１３５】
ステップＳ８５では、第７実施形態のステップＳ７３と同様に、画素ずらし後の撮像部４２から焦点検出用画素信号を取得する。
【０１３６】
ステップＳ８６にて、焦点検出部５２により、ここまでに取得した焦点検出用画素信号に基づいて焦点検出が可能であるか否かを判定する。即ち、画素ずらし前後にそれぞれ第１の焦点検出用画素ＦＰ１群から読み出された画素信号を合成して第１の合成信号を生成するとともに、画素ずらし前後にそれぞれ第２の焦点検出用画素ＦＰ２群から読み出された画素信号を合成して第２の合成信号を生成し、第１の合成信号と第２の合成信号との位相差が検出可能であるか否かを判定する。
【０１３７】
図１９（Ｂ）は、合焦状態における合成信号例２１１、２１２を示す。この例では、合成信号２１１、２１２によって示される像パターンが、一致するので、焦点検出可能と判定される。一致度の算出方法は、ステップＳ８２と同様である。
【０１３８】
焦点検出可能である場合にはステップＳ８７に進み、焦点検出部５２により、焦点検出を行う。即ち、第１の合成信号と第２の合成信号との位相差を検出することで、デフォーカス量を検出する。
【０１３９】
焦点検出できない場合（即ち位相差を検出できない場合）にはステップＳ８８に進む。ステップＳ８８では、焦点検出用画素信号の補間の繰り返し回数（即ち画素ずらし回数）が指定回数以下であるか否かを判定する。指定回数以下である場合にはステップＳ８４に進み、指定回数を越えた場合には焦点検出失敗として本処理を終了する。
【０１４０】
以下では、補間の繰り返しについて、図２０及び図２１を用いて説明する。
【０１４１】
図２０（Ａ）は、画素ピッチＰで配列された初期の焦点検出用画素ＦＰ群を示す。この焦点検出用画素ＦＰ群から読み出された画素信号の一例を、図２１（Ａ）に示す。符号２２１は第１の焦点検出用画素ＦＰ１群の画素信号、符号２２２は第２の焦点検出用画素ＦＰ２群の画素信号である。一対の画素信号２２１、２２２の位相差を検出できる場合には、焦点検出可能であると判定する。図２０（Ｂ）は１回目の画素ずらし後の仮想的に画素ピッチが１／２×Ｐで配列された焦点検出用画素群を示す。図２０（Ｂ）では、既に画素信号が読み出された焦点検出用画素を白丸で示し、１回目の画素ずらし後に画素信号が読み出された焦点検出用画素を黒丸で示した。図２１（Ｂ）は、第１の合成信号２３１及び第２の合成信号２３２の一例を示す。これらの合成信号２３１、２３２の位相差を検出できる場合には、焦点検出可能であると判定する。図２０（Ｃ）は２回目の画素ずらし後の仮想的な焦点検出用画素群を示し、図２１（Ｃ）は一対の合成信号２４１、２４２を示す。また、図２０（Ｄ）は３回目の画素ずらし後の仮想的な焦点検出用画素群を示し、図２１（Ｄ）は一対の合成信号２５１、２５２を示す。
【０１４２】
このように、画素ずらしにより焦点検出用画素信号を補間しても位相差検出できない場合（ステップＳ８６でＮｏの場合）には、焦点検出用画素間を埋めていくように再び画素ずらしを行うことで焦点検出用画素信号の補間を繰り返す。ただし、繰り返し回数が指定回数を超えた場合には焦点検出を終了する。この場合、フォーカスレンズはデフォルトのレンズ位置に設定される。
【０１４３】
なお、本発明の理解を容易にするため、第１実施形態から第８実施形態までに分けて説明したが、これらの実施形態を様々に組み合わせて実施してもよいことは、言うまでもない。例えば、第１実施形態及び第７実施形態を組み合わせて、焦点検出時および撮影時の両時にて画素ずらしを行ってもよい。
【０１４４】
以上、画素ずらしとして、撮像部４２を移動させる場合を例に各実施形態を説明したが、このような場合に本発明は限定されない。撮影レンズ４０を光軸と直交する方向に移動させる場合にも本発明を適用できる。
【０１４５】
また、撮像部４２はＣＣＤ撮像素子である場合に特に限定されず、例えばＣＭＯＳ撮像素子であってもよい。
【０１４６】
また、撮影レンズ４０と撮像部４２とで光軸方向が異なるいわゆる屈曲光学式の場合にも、本発明を適用可能である。この場合、撮像部４２を移動させる場合には撮像部４２への入射光の光軸と直交する方向に移動させる。また、撮影レンズ４０を移動させる場合には撮影レンズ４０の光軸と直交する方向に移動させる。
【０１４７】
また、焦点検出用画素は、図２に示したものには特に限定されない。撮影用画素（通常画素）と同一の受光面に配置された各種の焦点検出用素子を備えた撮像装置に、本発明を適用できる。
【０１４８】
本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１４９】
０…光軸、４０…撮影レンズ、４１…レンズ駆動部、４２…撮像部、４３…撮像制御部、５０…ＣＰＵ、５１…アクチュエータ制御部、５２…焦点検出部、５３…合焦制御部、５４…信号比較部、５５…画像データ生成部、６７…操作部、７０…アクチュエータ、ＦＰ１、ＦＰ２…焦点検出用画素、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…マイクロレンズ、ＮＰ…撮影用画素、ＰＤ…フォトダイオード（画素）
【図１】
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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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