(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、分割画素の加算信号から分割画素の非飽和読み出し値を減算する構成において、飽和を起こした信号に対して焦点検出することを可能にした撮像装置を提供することである。【解決手段】  そこで、本発明では、一対の像信号の一方の信号を第１の像信号とし、一対の像信号の他方の信号を第２の像信号とした場合、撮像素子から出力される第１の像信号と第２の像信号を加算した加算信号から前記撮像素子から出力される第１の像信号を減算して第２の像信号を生成する減算手段と、第１の像信号を所定値以下に抑制する抑制手段を有する構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換部を有する撮像用画素を有する撮像素子と、前記複数の光電変換部で検出される一対の像信号を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
前記一対の像信号の一方の信号を第１の像信号とし、前記一対の像信号の他方の信号を第２の像信号とした場合、前記撮像素子から出力される前記第１の像信号と前記第２の像信号を加算した加算信号から前記撮像素子から出力される前記第１の像信号を減算して前記第２の像信号を生成する減算手段と、前記第１の像信号を所定値以下に抑制する抑制手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記所定値は、前記撮像用画素の撮像面内の位置又は／および撮影光学系の光学特性により変化している請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子は、前記第１の像信号と前記第２の像信号を増幅して前記撮像素子から出力している請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記加算信号に基づいて前記抑制手段にて抑制された後の第１の像信号と前記抑制手段にて抑制される前の第１の像信号の混合比率を決定し、前記焦点調節手段は、前記混合比率にて混合された混合信号を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う請求項１乃至３の何れか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記抑制手段にて抑制される前の第１の像信号及び前記抑制手段にて抑制される前の第１の像信号を用いて算出された第２の像信号を用いた第１の位相差信号と前記抑制手段にて抑制された後の第１の像信号及び前記抑制手段にて抑制された後の第１の像信号を用いて算出された第２の像信号を用いた第２の位相差信号の信頼性判定を行う信頼性判定手段を備え、
前記焦点調節手段は、前記第１の位相差信号及び前記第２の位相差信号のうち信頼性の高い位相差信号を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
複数の光電変換部を有する撮像用画素を有し、且つ前記複数の光電変換部で検出される一対の信号を出力する撮像素子と、を有する撮像装置であって、
前記一対の信号の一方の信号を第１の信号とし、前記一対の信号の他方の信号を第２の信号とした場合、前記撮像素子から出力される前記第１の信号と前記第２の信号を加算した加算信号から前記撮像素子から出力される前記第１の信号を減算して前記第２の信号を生成する減算手段と、前記第１の信号を所定値以下に抑制する抑制手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
撮像素子の撮像用画素を構成する複数の光電変換部で検出される一対の像信号を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節工程を有する撮像装置の制御方法であって、
前記一対の像信号の一方の信号を第１の像信号とし、前記一対の像信号の他方の信号を第２の像信号とした場合、前記撮像素子から出力される前記第１の像信号と前記第２の像信号を加算した加算信号から前記撮像素子から出力される前記第１の像信号を減算して前記第２の像信号を生成する減算工程と、前記第１の像信号を所定値以下に抑制する抑制工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項８】
撮像素子の撮像用画素を構成する複数の光電変換部で検出される一対の信号を出力する撮像工程を有する撮像装置の制御方法であって、
前記一対の信号の一方の信号を第１の信号とし、前記一対の信号の他方の信号を第２の信号とした場合、前記撮像素子から出力される前記第１の信号と前記第２の信号を加算した加算信号から前記撮像素子から出力される前記第１の信号を減算して前記第２の信号を生成する減算工程と、前記第１の信号を所定値以下に抑制する抑制工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の撮像装置及びその制御方法は、１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部を持った撮像素子を利用して瞳分割像を取得する技術に関し、特に、画素の各光電変換部の飽和による像崩れを良好に補正する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部を持った撮像素子により、瞳分離像を取得し、得られた２つの瞳分割像の位相差を求めて焦点検出を行う技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では瞳分離した像により位相差を求めて焦点検出を行うと同時に同一マイクロレンズに対応した光電変換部を全て加算して１つの画素として取り扱うことで従来の撮像画素の配列と同じになるようにし、従来の信号処理技術により観賞用の画像を作成する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２では、非飽和読み出しによって同一マイクロレンズ内の一部の光電変換部の電荷読み出しを行った後、同一マイクロレンズ内のすべての光電変換部の電荷の加算値を読み出し、各々の値の差分から他方の光電変換部の値を推定することで、撮像用画像信号の高感度特性を保ちつつも位相差像信号の取得を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８３４０７号公報
【特許文献２】特許第４６９１９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献２に開示された従来技術では、高ＩＳＯ設定のためのゲインアップ時に飽和が発生すると著しく信号波形が崩れるという問題が発生する。
【０００７】
例えば、ＩＳＯ１００に設計された撮像素子をＩＳＯ２００で使用する場合、ゲインアップにより信号振幅を倍にして使用する。
【０００８】
ＩＳＯ２００においてセンサーの画素に蓄積可能な電荷飽和レベルの半分でＡＤ変換器のレンジを超えて見掛け上の飽和レベルとなる。分割画素の加算値としてＡＤ変換レンジの倍まで電荷の蓄積が可能であり、そのような状態において分割画素の加算値から一方の分割画素値を減算しても、もう一方の分割画素値を復元できない。
【０００９】
極端な場合ではすべての光電変換部の電荷の加算値と一方の光電変換部の電荷の値が共に飽和レベルになると、加算値から一方の値を減算するともう一方の値がゼロになるという現象が発生する。そのような状態で得られた２つの瞳分割像の位相差を求めて焦点検出をしても正しい焦点検出をする事ができない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、分割画素の加算信号から分割画素の非飽和読み出し値を減算する構成において、飽和を起こした信号に対して焦点検出することを可能にした撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の光電変換部を有する撮像用画素を有する撮像素子と、前記複数の光電変換部で検出される一対の像信号を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
前記一対の像信号の一方の信号を第１の像信号とし、前記一対の像信号の他方の信号を第２の像信号とした場合、前記撮像素子から出力される前記第１の像信号と前記第２の像信号を加算した加算信号から前記撮像素子から出力される前記第１の像信号を減算して前記第２の像信号を生成する減算手段と、前記第１の像信号を所定値以下に抑制する抑制手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、加算信号から一方の信号を減算するシステムにおいて飽和信号を適切に処理する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態にかかわる焦点検出画素分離部のブロック図である
【図２】本発明の実施形態にかかわる撮像素子の断面図である
【図３】本発明の実施形態にかかわる入射光出力特性グラフである
【図４】本発明の実施形態にかかわる各部のタイミングチャートである
【図５】本発明の実施形態にかかわる撮像素子のエリア分割図である
【図６】本発明の実施例１にかかわる撮像装置のブロック図である
【図７】本発明の実施形態にかかわる各部の信号波形である
【図８】本発明の実施例２にかかわる焦点検出画素分離プログラムのフローチャートである
【図９】本発明の実施例３、４にかかわるＡ像、Ａ＋Ｂ像、Ｂ像信号波形である
【図１０】本発明の実施例３にかかわる入射光出力特性グラフである
【図１１】本発明の実施例３にかかわる回路ブロック図である
【図１２】本発明の実施例５にかかわるリフォーカスを説明する結像面の模式図である
【図１３】本発明の実施例６にかかわるシェーディング特性を説明する図である
【図１４】本発明の実施例６にかかわる撮像素子の撮像面の正面図である
【図１５】本発明の実施形態にかかわる撮像面位相差ＡＦの原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図２は、本発明の実施形態にかかわる撮像素子の画素断面図である。２０４がマイクロレンズ、２０３はカラーフィルタ、２０１と２０２は光電変換部、２０５は配線層である。このように１つのマイクロレンズに２つの光電変換部を設ける事により、瞳分割を行い、それぞれの光電変換部から得られる画像の位相差を用いて焦点検出を行う。
【００１６】
また、光電変換部２０１と２０２の値を加算する事で、瞳分離されていない画像が得られる。２０３のカラーフィルタはｒｅＤ、ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅのフィルターでありベイヤー配列となっているため２０１と２０２の加算画像を用いてカラー画像を得る事ができる。
【００１７】
光電変換部２０１から得られる像をＡ像、光電変換部２０２から得られる像をＢ像、光電変換部２０１と２０２を加算して得られる像をＡ＋Ｂ像と呼ぶ。
【００１８】
本発明の実施形態にかかわる撮像素子ではＡ像のみを非飽和で読み出す機能と光電変換部２０１と２０２の電荷を加算してＡ＋Ｂ像として読みだす機能がある。
【００１９】
図５は、本発明の実施形態にかかわる撮像素子の受光面を示した図である。５０１で示す幅は撮像素子全体の有効画素を示しておりＡ＋Ｂ像の読み出しエリアである。
【００２０】
５０２で示した幅はＡ像の読み出しが可能なエリアである。
【００２１】
センサーからの読み出し時間短縮のためにＡ像を読み出すのは焦点検出に使うエリアだけに設計されている。
【００２２】
図４のタイミングチャートを用いて本発明の実施形態にかかわる撮像素子の読み出しタイミングを説明する。
【００２３】
図４の４０５はセンサーからの読み出し信号の１水平期間の信号である。４０１の期間は水平ブランキング期間４０２の期間はＡ像の読み出し期間、４０３の期間はＡ＋Ｂ像の読み出し期間である。このようにＡ像のみ、Ｂ像のみを個別の読みだすよりも短い水平期間で必要な情報を読み出す事ができる。
【００２４】
本発明の実施形態にかかわる撮像装置では、読みだされたＡ＋Ｂ像からＡ像を減算する事によりＢ像を得る。
【００２５】
図３の特性グラフを用いて先行技術の課題について説明する。
【００２６】
図３（Ａ）はＩＳＯ１００の時の特性を示している。撮像素子の感度をＩＳＯ１００で設計する事が多いため便宜上ＩＳＯ１００と表記したので、撮像素子の最低感度と同義の意味としてＩＳＯ１００と表記している。
【００２７】
図３（Ａ）の横軸は入射光量、縦軸は出力レベルである。Ａ像、Ｂ像共に入射光に応じて出力が増加するが、飽和レベルに達してからは入射光量を増加させても出力レベルが上昇する事はない。
【００２８】
入射光量に比例して光電変換された電荷が画素内に蓄積できる容量を超えてしまうからである。
【００２９】
Ａ＋Ｂ像はＡ像とＢ像の信号レベルの加算値なので、Ａ像Ｂ像が共に飽和すると入射光量を増加させても出力レベルは上昇しなくなる。
【００３０】
それに対して図３（Ｂ）は、ＩＳＯ１００に対して信号を２倍に増幅させるＩＳＯ２００の時の特性である。
【００３１】
撮像素子の光電変換特性の感度を変化させる事はできないため、高感度で使用する場合、ＡＤ変換器前のアナログアンプのゲインを上げる事によって実現している。
【００３２】
そのため、ＩＳＯ２００における飽和レベルはＡＤ変換のレンジによって決まる事になる。
【００３３】
したがって信号レベルが飽和しても光電変換素子で変換された電荷は画素内に蓄積されつづける。図３（Ｂ）のＡ像信号はＡ＋Ｂ像がＡＤのレンジの飽和レベルに達しても出力レベルが上昇しつづけ、Ａ＋Ｂの飽和レベルと同じ値にまで達する。
【００３４】
Ｂ像もＡ像と同じ特性である。しかし、Ａ＋Ｂ像から減算して作成するＢ像はＡ＋Ｂ像の飽和レベルの半分をＡ像出力が超えたあたりから減少しはじめ、Ａ像信号レベルがＡ＋Ｂ像のレベルと一致するとゼロになってしまう。
【００３５】
図７の信号波形図を使って飽和が発生した場合のＢ像信号について説明する。図７（Ａ）の７０１はＡ＋Ｂ像、７０２はＡ像である。波形中央部分で飽和が起きている。図７（Ｂ）は図３（Ｂ）の特性でＢ像を作成した場合の波形をしめしている。７０２がＡ像、７０３がＢ像波形である。Ａ像が飽和した部分でＢ像信号レベルがゼロになってしまっている。焦点検出ではＡ像とＢ像の位相差を検出する必要があるが、飽和部分で大きく像が崩れてしまい、焦点検出結果が狂ってしまう。
【００３６】
本発明は、このような課題に対処するものである。
【００３７】
その課題を解決するために、複数の光電変換部を有する撮像用画素を有する撮像素子と、複数の光電変換部で検出される一対の像信号を用いて撮像面位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
一対の像信号の一方の信号を第１の像信号とし、一対の像信号の他方の信号を第２の像信号とした場合、撮像素子から出力される第１の像信号と第２の像信号を加算した加算信号から撮像素子から出力される第１の像信号を減算して第２の像信号を生成する減算手段と、第１の像信号を所定値以下に抑制する抑制手段を有する構成とした。
【００３８】
加算信号は、Ａ＋Ｂ像の像信号であり、第２の像信号は、Ａ像の像信号又はＢ像の像信号である。
【００３９】
図１５で、本発明の実施例１〜４の撮像面位相差ＡＦの光学原理を説明する。
【００４０】
ここで、図１５を使用してＡおよびＢ像を使用する撮像装置の測距情報取得動作について説明する。
【００４１】
図１５に示す撮像素子、ひとつのＭＬの下に分離配置した画素ａおよびｂを備えた単位画素セルＰを複数配置している。このＭＬ下に配置された画素ａおよびｂはＭＬを射出瞳として瞳分割された画素であることは周知である。
【００４２】
測距時には、画素ａおよびｂによって構成されるＡおよびＢ像用画素出力を、各々列方向（もしくは行方向）に組み合わせ、同色単位画素セル群の出力として、Ａ像及びＢ像を生成・データ化し、各々の対応点のずれを相関演算によって求める。相関演算の結果は下記式によって求められる。
［式１］
Ｃ  ＝  Σ｜ＹＡｎ  −  ＹＢｎ｜
ここで、ｎは水平のマイクロレンズの数である。また、ＹＢｎに対して対応画素をずらした際の値をプロットし、最も値の小さいずれ量が合焦位置である。ずれ量（視差量）と合焦状態との関係は図１５の下段に示されている。
【００４３】
（ａ）合焦のときには、撮影光学系が結像する位置がＰ７のＭＬ下のＰＤになるため、Ａ像用画素群とＢ像用画素群はほぼ一致する。この時、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量Ｄ（ａ）は０に近似することを表している。
【００４４】
（ｂ）後ピンのときには、撮影光学系が結像する位置として、Ａ像用画素がＰ５、Ｂ像用画素がＰ９のＭＬ下の画素になる。この時、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量Ｄ（ｂ）が発生する。
【００４５】
（ｃ）前ピンのときには、撮影光学系と結像する位置として、Ａ像用画素がＰ９、Ｂ像用画素がＰ５のＭＬ下の画素になる。この時、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量は（ｂ）後ピンとは逆方向の像ずれ量Ｄ（ｃ）が発生する。これは、合焦時にはＡおよびＢ像用画素群は同一の被写体を見ているが、後ピンおよび前ピン時にはＡおよびＢ像用画素群は像ずれ量Ｄだけずれた被写体を見ているということである。
【００４６】
実際の合焦動作時には、像ずれ量Ｄと基線長から周知の技術によって求められるデフォーカス量が駆動部に出力され、撮影光学系を移動させることで被写体への合焦動作を行う。
【実施例１】
【００４７】
以下、図６のブロック図を参照して、本発明の実施例１による、撮像装置について説明する。６０１はフォーカシングレンズ、６０２は図２の画素構成をもった撮像素子、６０４は焦点検出画素分離部である。
【００４８】
６０２の撮像素子からの出力６０３を元に６０４の焦点検出画素分離部によってＡ像、Ｂ像、Ａ＋Ｂ像に分離される。Ａ＋Ｂ像は信号処理回路６０７に入力されカラー映像信号に変換される。Ａ像Ｂ像は６０８の焦点検出回路に入力され、焦点検出に利用される。６０８の焦点検出結果を６０９の制御マイコンが読み取り、６０１のフォーカシングレンズを制御する。６０９の制御マイコンは撮像装置全体の制御をおこなっている。制御マイコンは減算手段としての機能を有する。
【００４９】
図１は図６の６０４の焦点検出画素分離部の内部回路のブロック図である。１０１は６０２の撮像素子からの出力、１０３はＡ像信号を蓄積するラインメモリー。１０４は焦点検出画素分離部のタイミングを制御するタイミング発生部である。１０４のタイミング発生部は入力信号に対して所定のタイミングで１０５、１０７、１０６、１０８のスイッチを制御する事でＡ＋Ｂ像とＡ像の同期を行っている。
【００５０】
図４のタイミングチャートでタイミングを説明する。４０５は１０１の信号を示している。ブランキング期間、Ａ像期間、Ａ＋Ｂ像期間の順に信号が入力されてくる。４０２の期間に入力されたＡ像信号は１０５のスイッチにより１０３のＡ像ラインメモリーに入力される。
【００５１】
そして、４０４の期間に１０７と１０６のスイッチが疎通してＡ像信号とＡ＋Ｂ像信号が同期される。４０８がＡ像ラインメモリーからの出力波形である。１０９は本発明の抑制手段としてのＡ像リミッター部である。１０２から入力されるリミット値とスイッチ１０７の出力を比較し、リミット値を超えていれば内部のスイッチが切り替わり、出力がリミット値に置き換わる。
【００５２】
このようにして作成されたＡ像信号でスイッチ１０６の出力であるＡ＋Ｂ像を減算する事でＢ像が作成され端子１１０に出力される。なお１０２のリミット値は６０９の制御マイコンから適切な値が設定される。
【００５３】
実施例１では１０２のリミット値としてＡ＋Ｂの飽和レベルの約半分としている。図４タイミングチャートの４０８と４０７が同期されたＡ像とＢ像を示している。４０６はスイッチ１０８によって出力されるＡ＋Ｂ像である。１０９のＡ像リミッター部がある事によりＩＳＯ２００などのゲインアップ時においても図３（Ａ）の特性が得られる。図７（ｃ）は１０９のＡ像リミッター部を用いてＡ像が所定の値以上にならないようにした場合のＡ像とＢ像の波形を示している。７０２がＡ像、７０３がＢ像である。このようにＡ像とＢ像の一致度が高くなるため、相関演算の結果が良好になり焦点検出精度が向上する。
【００５４】
図６の６０８の焦点検出回路ではＡ像とＢ像のずれ量を求め、デフォーカス量を計算するが、本発明の本質でないため詳細説明を省略する。
【実施例２】
【００５５】
以下、図８のフローチャートを参照して、本発明の実施例２による、撮像装置について説明する。実施例１のＡ像リミッタ部及び焦点検出画素分離部を回路で構成していたが、実施例２では、抑制手段としての機能をマイクロコンピュータによって実施している。
【００５６】
図８はマイクロコンピュータのメモリーに格納されたＡ像とＡ＋Ｂ像をもとにＡ像リミッターとＢ像分離を行うプログラムのフローチャートである。
【００５７】
Ｓ８０１でプログラムがスタートし、Ｓ８０２で入力のＡ像、Ａ＋Ｂ像及び出力のＢ像を格納するメモリーの番地を初期化する。８０３でＡ像画素を読み込む。Ｓ８０４でリミット値との比較を行い、Ａ像画素の値がリミットを越えるとＳ８０５に分岐し、リミット値で置き換える。Ｓ８０４でＳ８０５に分岐しなかった場合もＳ８０５を実行した場合も次にＳ８０６でＡ＋Ｂ像画素を読み込む。Ａ像画素の値がリミットを越えない場合、Ａ＋Ｂ像画素を読みこむ（Ｓ８０６）に移行する。
【００５８】
Ｓ８０７でＡ＋Ｂ像画素からＡ像画素を減算してＢ像画素を作成し、Ｂ像画素のメモリーエリアに書き込む。Ｓ８０８ですべての画素を処理していない場合、Ｓ８０９に分岐し、入出力のポインタを進めＳ８０３に進む。
【００５９】
Ｓ８０３からＳ８０８を全画素分反復実行して、すべて終えるとＳ８１０で処理を終了する。
【実施例３】
【００６０】
図９（Ａ）はＡ像、Ａ＋Ｂ像、Ｂ像の信号波形図である。９０１はＡ＋Ｂ像９０２はＢ像、９０３はＡ像である。図９（Ｂ）は実施例１の回路を用いて得られたＡ像とＢ像である。
【００６１】
９０５のラインはＡ像およびＢ像に対するリミット値である。この時Ａ＋Ｂ像９０１はまだ飽和レベルに達していないため、リミット値で制限しなくても正しいＢ像が得られるはずである。しかし、Ａ像をリミットした事により、本来Ａ像に存在していた振幅が減算後にＢ像に移動してしまっている。
【００６２】
図９（Ｂ）の９０６で示す部分がＡ像の振幅がＢ像に移動してしまった部分である。Ａ＋Ｂ像が飽和していない場合は、所定値（閾値）を超えたＡ像であっても、減算により正しいＢ像が得られる。すなわち、この現象をさけるためにはＡ＋Ｂ像が飽和しているかどうかを判断して切り替える事が考えられる。
【００６３】
飽和しているかどうかで、リミット値でリミットするかどうかを切り替えると、切り替わり部分で急激なレベル変化が発生する危険がある。急激な変化は不自然なノイズとなるので、リミッター値と非リミッター値をなだらかに切り替える必要がある。
【００６４】
図１０（ｃ）はなだらかな切り替え処理を行った場合の入射光量と出力の関係を示している。Ａ＋Ｂ像の値が飽和するよりも少し低い値からリミッター値と非リミッター値との混合比率を徐々に変化させ、Ａ＋Ｂ像が飽和レベルに達した場所で１００％リミッター値に変化する。このようにＡ＋Ｂ像が飽和近傍でない場合はリミッターが効かない構成とする事で、多くの場合において図９（Ａ）のようなＡ像、Ｂ像を得る事ができる。
【００６５】
図１１の回路図を用いて実施例３の構成を説明する事とする。図１１は図１の１０９Ａ像リミッターに相当する部分の実施例３の回路図である。１１０５は実施例１と同様のＡ像リミット値であえる。１１１０のスイッチの直後の信号は実施例１と同様である。実施例３ではこれにＡ＋Ｂ像も用いる。１１０７の演算器でＡ＋Ｂ像とリミット効き始めの所定値（閾値）との差を求め、１１０８のリミッターに入力していしている。１１０８のリミッターはマイナス値を０に置き換えるリミッターである。したがって、Ａ＋Ｂ像が１１０１のリミッター効き始め所定値（閾値）よりも小さい値の時に１１０８の値はゼロとなる。
【００６６】
１１０２に入力するのは完全にリミッター値に切り替わる所定値（閾値）であり、通常Ａ＋Ｂの飽和レベルと同じ値を設定する。減算器１１０６の出力はリミッター効き始めの所定値（閾値）から飽和レベルまでの差の値であり、リミット値と非リミット値の混合比変化の分解能となる。リミッター１１０８の出力をＲＡｔｉｏ、減算器１１０６の出力をＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎとするとＲＡｔｉｏのとりうる値は０からＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎである。
【００６７】
また、減算器１１１３ではＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎからＲＡｔｉｏを減算しているので、ＲＡｔｉｏが０の時にはＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎと同じ値、ＲＡｔｉｏがＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎの時に０になる。Ａ像１１０４とリミット値１１１０はそれぞれＲＡｔｉｏとＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ−ＲＡｔｉｏだけ乗算され加算器１１１４で加算され割り算器１１１５でＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎで割られる。これらの構成によりＡ像とＡ像リミット値がＲＡｔｉｏ／Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎで決まる比率で混合される。
【００６８】
本実施例３では、加算信号に基づいてリミットがかけられた後のＡ像信号とリミットがかけられる前のＡ像信号の混合比率を決定し、記混合比率にて混合された混合信号を用いて位相差検出方式の焦点調節を行っている。
【００６９】
このような構成とする事で、Ａ＋Ｂ像が飽和していない時にはＡ像、Ｂ像のバランスにかかわらずに正しい値となり、Ａ＋Ｂ像が飽和している時にはＡ像にリミットがかかるようになる。また、Ａ＋Ｂ像が飽和になるタイミングで急にリミットがかかり波形が歪む事もない。実施例３は、なだらかにリミット処理に切り替わる回路である。
【実施例４】
【００７０】
実施例４ではＡ像にリミッターをかける事のない図９（Ａ）のＡ像とＢ像を用いて相関演算を行う第一の相関演算部と、実施例１で用いたＡ像リミッターを用いた図９（Ｂ）のＡ像とＢ像を用いた第二の相関演算部を持つ。実施例４では第一の相関演算部から得られた相関演算結果と第二の相関演算部から得られた相関演算結果から信頼性の高い物を選択的に用いる。実施例４の相関演算の信頼性として、ＳＡＤ（差の絶対値の総和）の極小値の小ささを用いる。
【００７１】
最も相関が高い像ずれ量における像の一致度の高さを示す指標である。このように構成する事で、図９（Ｂ）の９０６で示すエリアのようにＡ像にリミッターをかける事でが崩れる影響が、リミッターによる改善の寄与率よりも大きくなってしまった場合には図９（Ａ）の波形を使った相関演算結果に切り替わるため、良好な結果を得られる。
【００７２】
つまり、本実施例４では、抑制手段にて抑制される前の第１の像信号（Ａ像信号）及び抑制手段にて抑制される前の第１の像信号を用いて算出された第２の像信号（Ｂ像信号）を用いた第１の位相差信号と抑制手段にて抑制された後の第１の像信号及び前記抑制手段にて抑制された後の第１の像信号を用いて算出された第２の像信号を用いた第２の位相差信号の信頼性判定を行う信頼性判定手段を備え、
焦点調節手段は、第１の位相差信号及び第２の位相差信号のうち信頼性の高い位相差信号を用いて位相差検出方式の焦点調節を行っている。
【実施例５】
【００７３】
実施例１から実施例４ではＡ像とＢ像を相関演算する事により、焦点検出を行う構成であるが、実施例５ではリフォーカスを行う。図１２はリフォーカスを説明する結像面の模式図である。２０４はマイクロレンズ１２０１〜１２０４は光電変換素子である。１２０１、１２０４の光電変換素子のある面は撮像素子の表面であり、１２０１は左から２つ目のＢ像Ｂ２である。
【００７４】
撮像面で得られるＡ＋Ｂ像は図中Ａ１とＢ１、Ａ２とＢ２という同一マイクロレンズに対応したＡとＢを加算して得られるものである。撮像面よりも少し後ろ側の面をリフォーカス位置と考えると１２０２に入射している光線は１２０２のセンサーに入射する事となる。同様に１２０４に入射する光線は１２０３に入射する事となる。
【００７５】
本実施例５では、一対の信号の一方の信号を第１の信号とし、一対の信号の他方の信号を第２の信号とした場合、撮像素子から出力される第１の信号と第２の信号を加算した加算信号から撮像素子から出力される前記第１の信号を減算して第２の信号を生成する減算手段と、第１の信号を所定値以下に抑制する抑制手段を有する。
【００７６】
この原理を利用して１２０２と１２０３の組み合わせでＡ＋Ｂの加算を行う事により、撮像面の前後の位置で得られる像を疑似的に得る事ができる。本発明は焦点検出を行う以外に上記のリフォーカス像を得る場合にも応用できる技術である。
【実施例６】
【００７７】
実施例６では所定値をシェーディング特性に合わせるために撮像面内の位置及びレンズの光学特性により変化させる。
【００７８】
図１３（Ａ）のレンズ断面図を用いてシェーディングがなぜ起こるのかを説明する。１３０１は前レンズ１３０２は絞り、１３０３は後レンズである。１３０１の前レンズの枠を前枠、１３０３の後レンズによってできる枠を後枠と呼ぶ。１３０４は撮像面である。
【００７９】
１３０４の撮像面のｘの位置から見た１３０１、１３０２、１３０３の枠の重なりと撮像面ｙの位置から見た１３０１、１３０２、１３０３の枠の重なり方を図１３（Ｂ）に示している。ｘの位置からみると光量を制限しているものは絞りだけであるが、ｙの位置から見ると前枠１３０１と後枠１３０３によっても光量が制限されている。
【００８０】
図１４は図１３のｙの位置における光が届く範囲と撮像素子の光電変換部を重ねたものである。光電変換部２０１と２０２では光が届く範囲が大きく異なる事がわかる。このようにシェーディングとは光軸中心から離れて像高が高くなるにつれ光量が落ちてくる現象であり、瞳分離された像においては像高が高くなるとバランスがよりくずれるという性質がある。
【００８１】
実施例１では１０２のリミット値としてＡ＋Ｂの飽和レベルの約半分としているが、ピントが合った面の画素、あるいは平均的に見るとＡとＢの信号レベル比率はシェーディングのばらつきに近似した値となる。したがって、リミット値としてもシェーディングのバランス比率に合わせる事が望ましい。
【００８２】
図１３を用いてシェーディングを説明したように、シェーディングの状態はレンズの枠の大きさ、枠までの距離が影響する。
【００８３】
実施例６では、リミット値を画面上の位置によって変化させる。またレンズの状態が変わる事によっても変化させる。
【００８４】
実施例１から実施例６では１つのマイクロレンズ内に２つの光電変換部がある構成だが、２つ以上の光電変換部があっても同様の効果が得られる。また、実施例１及び実施例２ではＲＧＢのベイヤー配列としたが、補色フィルターを用いた配列においても同様の効果がある。
【００８５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００８６】
６０２  撮像素子
６０４  焦点検出画素分離部
１０９  Ａ像リミッター
２０１、２０２  光電変換素子
２０４  マイクロレンズ
【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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