(57)【要約】【課題】  低輝度の被写体を高精度に測距することができる距離検出装置を提供する。【解決手段】  撮像素子と、電気信号に基づいて被写体までの距離を算出する演算手段と、を備えた距離検出装置であって、撮像素子は、射出瞳の中心から所定の方向へ偏心した第１の領域を通過した光束に基づいて得られる第１の電気信号と、射出瞳の中心から所定の方向とは逆方向に偏心した第２の領域を通過した光束に基づいて得られる第２の電気信号と、第１の領域から所定の方向とは逆方向に偏心した領域を通過した光束に基づいて得られる、第３の電気信号と、を該撮像素子上の複数の位置において取得する信号取得手段を備え、演算手段は、第１の電気信号から第３の電気信号を所定の割合で減算することにより、第１の補正信号を生成する信号補正処理と、第１の補正信号を用いて距離を算出する距離算出処理と、を行う距離検出装置。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の像を結像する光学系と、前記光学系の射出瞳を通過した光束により電気信号を取得する撮像素子と、前記電気信号に基づいて前記被写体までの距離を算出する演算手段と、を備えた距離検出装置であって、
前記撮像素子は、主として前記射出瞳の中心から所定の方向へ偏心した第１の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第１の電気信号と、
主として前記射出瞳の中心から前記所定の方向とは逆方向に偏心した第２の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第２の電気信号と、
主として前記第１の領域から前記所定の方向とは逆方向に偏心した領域を通過した光束に基づいて得られる、前記第２の電気信号とは異なる第３の電気信号と、を該撮像素子上の複数の位置において取得する信号取得手段を備え、
前記演算手段は、前記第１の電気信号から前記第３の電気信号を所定の割合で減算することにより、第１の補正信号を生成する信号補正処理と、前記第１の補正信号を用いて前記距離を算出する距離算出処理と、を行うことを特徴とする距離検出装置。
【請求項２】
前記信号補正処理は、以下の式３に基づき、前記第１の補正信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の距離検出装置。
【数１】
2014095672.tif 000016
ただし、Ｓ１´は前記第１の補正信号、Ｓ１とＳ３は前記第１と第３の電気信号であり、αは補正係数であり、以下の式７の範囲の実数とする。
【数２】
2014095672.tif 000017
ただし、ｐは前記射出瞳上の座標、Ｔ１及びＴ３は、該射出瞳上の各座量位置から前記信号取得手段に前記光束が入射した場合における、該光束が該第１及び第３の電気信号に変換される割合とする。
【請求項３】
前記信号取得手段は、主として前記第２の領域から前記所定の方向に偏心した領域を通過した前記光束に基づいて、前記第１の電気信号とは異なる第４の電気信号を更に取得し、前記信号補正処理は、前記第２の電気信号から前記第４の電気信号を所定の割合で減算することにより、更に第２の補正信号を生成し、前記距離算出処理は、前記第１の補正信号と前記第２の補正信号を用いて前記距離を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の距離検出装置。
【請求項４】
前記信号補正処理は、以下の式５に基づき、前記第２の補正信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の距離検出装置。
【数３】
2014095672.tif 000018
ただし、Ｓ２´は前記第２の補正信号、Ｓ２とＳ４は前記第２と第４の電気信号であり、αは補正係数であり、以下の式９の範囲の実数とする。
【数４】
2014095672.tif 000019
ただし、ｐは前記射出瞳上の座標、Ｔ２及びＴ４は、該射出瞳上の各座量位置から前記信号取得手段に光束が入射した場合における、該光束が前記第２及び第４の電気信号に変換される割合とする。
【請求項５】
前記第３の電気信号は前記第２の電気信号よりも、Ｓ／Ｎが良好な信号であり、前記第４の電気信号は前記第１の電気信号よりも、Ｓ／Ｎが良好な信号であることを特徴とする請求項３に記載の距離検出装置。
【請求項６】
前記信号取得手段は、前記複数の位置に対応してそれぞれの位置に、前記第１、第２、第３及び第４の電気信号をそれぞれ取得する第１、第２、第３及び第４の受光部を備えることを特徴とする請求項３に記載の距離検出装置。
【請求項７】
前記第３の電気信号は、前記第１の電気信号に対応する光束が通過する瞳領域を通過した光束のうち、主として前記第１の領域から前記所定の方向とは逆方向に偏心した領域を通過した光束に基づいて得られる、前記第２の電気信号とは異なる電気信号であることを特徴とする請求項１に記載の距離検出装置。
【請求項８】
前記第４の電気信号は、前記第２の電気信号に対応する光束が通過する瞳領域を通過した光束のうち、主として前記第２の領域から前記所定の方向に偏心した領域を通過した前記光束に基づいて、得られる前記第１の電気信号とは異なる電気信号であることを特徴とする請求項３に記載の距離検出装置。
【請求項９】
前記信号取得手段は、前記複数の位置に対応してそれぞれの位置に、前記第１及び第２の電気信号をそれぞれ取得する第１及び第２の受光部を備え、前記第３及び第４の電気信号はそれぞれ、前記第１及び第２の受光部より生成され、主として前記第１の領域及び前記第２の領域を通過した光束に基づく信号であることを特徴とする請求項３に記載の距離検出装置。
【請求項１０】
前記信号取得手段は、前記複数の位置に対応してそれぞれの位置に、第１の受光部と第５の受光部とを備え、前記第３及び第４の電気信号は、前記第５の受光部で取得され、前記第１の電気信号は、前記第１の受光部で取得され、前記第２の電気信号は、前記第５の受光部で取得した電気信号から前記第１の電気信号を減算することで生成した信号であることを特徴とする請求項３に記載の距離検出装置。
【請求項１１】
前記撮像素子は、前記受光部を備えた画素の複数で構成され、前記受光部は、互いに隣接する３つの画素内に配置されていることを特徴とする請求項６項に記載の距離検出装置。
【請求項１２】
前記演算手段は、前記第１及び第２の補正信号に対応する光束が通過する前記射出瞳上の領域に基づき補正基線長を算出する補正基線長算出処理を更に含み、前記距離算出処理は、該補正基線長と前記補正信号とを用いて前記距離を算出することを特徴とする請求項３に記載の距離検出装置。
【請求項１３】
前記信号補正処理は、前記射出瞳の形状、または前記射出瞳と前記撮像素子との間の距離、または前記複数の位置のそれぞれの位置に応じて、前記補正係数を調整する補正係数調整処理を含むことを特徴とする請求項４項に記載の距離検出装置。
【請求項１４】
前記演算手段は、以下の式１５及び式１７で表わされる第１及び第２の修正フィルタを生成し、前記第１の補正信号に第２の修正フィルタを、前記第２の補正信号に第１の修正フィルタを、それぞれ畳み込み積分することにより、第１の修正信号と第２の修正信号とを生成する信号修正処理を更に備え、前記距離算出処理は、前記第１の補正信号及び第２の補正信号に代えて前記第１の修正信号と前記第２の修正信号を用いて前記距離を算出する処理であることを特徴とする請求項４項に記載の距離検出装置。
【数５】
2014095672.tif 000020
【数６】
2014095672.tif 000021
ただし、Ｌ１´とＬ２´は、該第１と第２の修正フィルタ、Ｌ１とＬ２とＬ３とＬ４は、それぞれ前記第１と第２と第３と第４の信号の前記信号取得手段と前記光学系によって決まる線像分布関数、αとβは、前記補正係数とする。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の距離検出装置を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
前記撮像装置は、前記距離検出装置の距離検出結果に基づき、前記光学系の焦点検出を行うことを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記撮像装置は、前記距離検出装置を用いて距離画像を取得することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１８】
カメラであることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１９】
被写体の像を結像する光学系と、前記光学系の射出瞳を通過した光束により撮像素子において、主として前記射出瞳の中心から所定の方向へ偏心した第１の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第１の電気信号と、
主として前記射出瞳の中心から前記所定の方向とは逆方向に偏心した第２の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第２の電気信号と、
主として前記第１の領域から前記所定の方向とは逆方向に偏心した領域を通過した光束に基づいて得られる、前記第２の電気信号とは異なる第３の電気信号と、を用いて前記被写体までの距離を算出するためのコンピュータに、
前記第１の電気信号から前記第３の電気信号を所定の割合で減算することにより、第１の補正信号を生成する信号補正処理工程と、前記第１の補正信号を用いて前記距離を算出する距離算出処理工程と、を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離検出装置に関し、特にデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに用いられる距離検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやビデオカメラに適用可能な距離検出技術として位相差方式による距離検出技術が知られている。
【０００３】
特許文献１では撮像素子の一部の画素に測距機能を持たせ、位相差方式で検出するようにした固体撮像素子が提案されている。各画素には、マイクロレンズと光電変換部で構成された受光部が形成される。マイクロレンズで特定の角度から入射した光を光電変換部に導くことで、受光部は、狭い角度範囲で入射した光束に対して感度を持つ特性を有している。このような構成により、結像光学系の瞳上の一部の領域を通過した光を検出する。カメラレンズの瞳上の異なる領域を通過した光束により生成される２つの像を、それぞれ異なる受光部で取得する。両像のズレ量を推定し、ステレオ画像による三角測量を用いてデフォーカス量を算出することで、測距を行う。
【０００４】
この方式によると、従来のコントラスト方式とは異なり、距離を測定するためにレンズを動かす必要が無いため、高速高精度な測距が可能となる。
【０００５】
また、各画素の受光部で取得した信号は、撮影画像を生成するための画像信号として用いることができ、撮像と同時に測距が可能となる。
【０００６】
一方、特許文献２には、撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光して、第１の画像信号と第２の画像信号をそれぞれ出力する一対の画素群を有する撮像素子を備えた焦点検出装置が開示されている。
【０００７】
そして、この焦点検出装置は、第１の画像信号に第１の係数を乗じた値から第２の画像信号に第２の係数を乗じた値を減算して、第１の補正画像信号を生成し、第２の画像信号に第３の係数を乗じた値から第１の画像信号に第４の係数を乗じた値を減算して、第２の補正画像信号を生成する演算手段と、第１及び第２の補正画像信号の位相差に基づいて、焦点ずれ量を検出する焦点検出手段、を有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３１４０６２号公報
【特許文献２】米国特許第８，１５９，５９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示された構成においては、受光部は、比較的狭い角度範囲で入射する光束のみに感度を有する、低感度な受光部となっている。このような受光部で低輝度の被写体の測距を行うと、信号強度が小さく、Ｓ／Ｎが十分でなくなるため、高精度な測距が困難となることが懸念される。
【００１０】
一方、広い角度範囲で入射する光束に対して感度を有する、高感度な受光部を用いると、信号強度が大きくなり、信号のＳ／Ｎが向上する。しかし、瞳の広い領域を通過した光束を検出するため、瞳の分割が不明確になり、基線長が短くなることで、高い精度での測距が困難となる。
【００１１】
特許文献２に開示の構成は、簡易な演算により合焦精度を向上させるものであるが、低輝度な被写体に対する合焦精度については、改善の余地があることが予想される。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、高感度で瞳の分割が不明確な受光部を用いて、低輝度の被写体を高精度に測距することができる距離検出装置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】
【００１３】
本発明により提供される距離検出装置は、被写体の像を結像する光学系と、前記光学系の射出瞳を通過した光束により電気信号を取得する撮像素子と、前記電気信号に基づいて前記被写体までの距離を算出する演算手段と、を備えた距離検出装置であって、
前記撮像素子は、主として前記射出瞳の中心から所定の方向へ偏心した第１の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第１の電気信号と、
主として前記射出瞳の中心から前記所定の方向とは逆方向に偏心した第２の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第２の電気信号と、
主として前記第１の領域から前記所定の方向とは逆方向に偏心した領域を通過した光束に基づいて得られる、前記第２の電気信号とは異なる第３の電気信号と、を該撮像素子上の複数の位置において取得する信号取得手段を備え、
前記演算手段は、前記第１の電気信号から前記第３の電気信号を所定の割合で減算することにより、第１の補正信号を生成する信号補正処理と、前記第１の補正信号を用いて前記距離を算出する距離算出処理と、を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低輝度の被写体を高精度に測距することができる距離検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に含まれる距離検出装置の概略断面図である。
【図２】本発明に含まれる距離検出装置の特性を示す図である。
【図３】本発明に含まれる距離演算手段のフローチャートを示す図である。
【図４】本発明に含まれる距離検出装置の原理を示す図である。
【図５】本発明に含まれる距離演算手段のフローチャートを示す図である。
【図６】実施例１における距離検出装置の撮像素子の概略断面図である。
【図７】実施例１における距離検出装置の撮像素子の概略断面図である。
【図８】実施例１における距離検出装置の撮像素子の概略断面図である。
【図９】実施例２における距離検出装置の撮像素子の概略断面図である。
【図１０】実施例３における距離検出装置の撮像素子の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（基本構成）
図１及び図２を参照して本発明の距離検出装置について説明する。
【００１７】
本発明の距離検出装置は、被写体の像を結像する光学系と、前記光学系の射出瞳を通過した光束により電気信号を取得する撮像素子と、前記電気信号に基づいて前記被写体までの距離を算出する演算手段と、を備えた距離検出装置である。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の距離検出装置を構成する結像光学系１０１と撮像素子１０２を中心に示した模式図であり、図１（ｂ）は、撮像素子の一例を示す模式図である。また、図１（ｃ）は、本発明の距離検出装置の全体的な構成例を示す模式図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように結像光学系１０１は外界の被写体の像を撮像素子１０２の面上に結像する。
【００２０】
撮像素子１０２は図１（ｂ）に示すように複数の画素を備え、測距用及び補正用の電気信号を取得する信号取得手段として、画素１０３は、受光部１０６及び１０７、画素１０４は受光部１０８、画素１０５は受光部１０９を備えている。更に各画素には、各受光部で蓄積した電荷を電気信号に変換し、距離演算手段１１１に出力する、図示しない、読み出し手段を備える。読み出し手段は、例えば、フローティングディフュージョン部、ゲート電極、配線等で構成される。
【００２１】
距離検出装置１００は、図１（ｃ）に示すように光学系１０１、撮像素子１０２に加えて、取得した信号を用いて被写体までの距離を算出するための距離演算手段１１１を備える。距離演算手段１１１は、例えば、ＣＰＵ、メモリを含む信号処理基板で構成される。距離検出装置１００は、読み出した信号あるいは演算結果を記録するための記録装置１１２を備える構成とすることができる。図１（ｃ）は、距離検出装置を示すものであるが、光学系１０１の合焦のための駆動機構、シャッター、画像確認用の液晶等のディスプレイ等を付加することでデジタルカメラとして捉えることも可能である。
【００２２】
本発明の距離検出装置を構成する撮像素子は、主として前記射出瞳の中心から所定の方向へ偏心した第１の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第１の電気信号と、主として前記射出瞳の中心から前記所定の方向とは逆方向に偏心した第２の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第２の電気信号と、主として前記第１の領域から前記所定の方向とは逆方向に偏心した領域を通過した光束に基づいて得られる、前記第２の電気信号とは異なる第３の電気信号と、を該撮像素子上の複数の位置において取得する信号取得手段を備えるものである。
【００２３】
そして、演算手段は、前記第１の電気信号から前記第３の電気信号を所定の割合で減算することにより、第１の補正信号を生成する信号補正処理と、前記第１の補正信号を用いて前記距離を算出する距離算出処理と、を行うものである。
【００２４】
これらの特徴点については、詳しくは後述する。
【００２５】
（重心角度・瞳重心・瞳分割領域の定義）
本発明においては、画素の大きさに対して、結像光学系１０１と撮像素子１０２の間の距離が長い。このため、結像光学系１０１の射出瞳１２０上の異なる位置を通過した光束は、異なる入射角の光束として撮像素子１０２の面上に入射する。
【００２６】
受光部（１０６、１０７）には、射出瞳１２０の形状や撮像素子上における受光部の位置に応じて、所定の角度範囲１２１からの光束が入射する。各角度で入射した光束に対する受光部の感度特性を角度特性と呼ぶ。
【００２７】
受光部に入射する光束の角度範囲内において、受光部の感度の重心となる角度を、重心角度と呼ぶ。重心角度は以下の式１で算出することができる。
【００２８】
式１において、θは瞳分割方向（本実施例においてはｘ軸方向）とｚ軸を含む平面内におけるｚ軸と成す角度であり、θｇは重心角度、ｔ（θ）は受光部の感度を表し、積分範囲は受光部に入射する光束の角度範囲である。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
受光部に重心角度θｇで入射する光束が通過する射出瞳１２０上の位置を瞳重心と呼ぶ。また、瞳重心を含み、受光部の感度が高い角度範囲から入射する光束が通過する射出瞳１２０上の領域を瞳分割領域と呼ぶ。
【００３１】
図２（ａ）は、ｘｚ平面内において各角度で入射した光束に対する各受光部の角度特性を示したものであり、横軸は、ｘｚ平面内における、入射光束とｘ軸が成す角度を示し、縦軸は感度を表している。
１０６ｇａ、１０７ｇａ、１０８ｇａ、１０９ｇａは各受光部の重心角度を示している。
【００３２】
図２（ｂ）の破線で示した１０６ｔ、１０７ｔ、１０８ｔ、１０９ｔは、各受光部で受光される光束が通過する領域、１０６ｄ、１０７ｄ、１０８ｄ、１０９ｄは各受光部の瞳分割領域をそれぞれ示している。１０６ｇｐ、１０７ｇｐ、１０８ｇｐ、１０９ｇｐは、各受光部の瞳重心をそれぞれ示している。
【００３３】
受光部１０６と１０７は、受光部１０６及び１０７に広い角度範囲で入射する光束に対して感度を有するように構成され、射出瞳１２０のほぼ全領域１０６ｔ及び１０７ｔを通過した光束を受光するように構成されている。
【００３４】
受光部１０６は、瞳分割領域１０６ｄが射出瞳１２０の中心から＋ｘ方向に偏心するように構成されている。すなわち、受光部１０６には、主として射出瞳の中心から所定の方向へ偏心した第１の領域を通過した光束が入射する。そして、この光束に基づいて第１の電気信号が得られる。このことから受光部１０６は、信号取得手段を構成する。この受光部は、第１の受光部として捉えることができる。
【００３５】
受光部１０７は、瞳分割領域１０７ｄが、瞳分割領域１０６ｄとは逆方向の、−ｘ方向に偏心するように構成されている。すなわち、受光部１０７には、主として射出瞳の中心から前記所定の方向とは逆方向に偏心した第２の領域を通過した光束が入射する。そして、この光束に基づいて第２の電気信号が得られる。このことから受光部１０７は、信号取得手段を構成する。この受光部は、第２の受光部として捉えることができる。
【００３６】
瞳分割領域１０６ｄと１０７ｄを結ぶ方向を瞳分割方向（本構成例ではｘ方向）と呼ぶ。受光部１０６及び１０７は、撮像素子１０２上の瞳分割方向における複数の位置に配置されている。受光部１０６及び１０７は、瞳分割方向における複数の位置で、互いに異なる瞳領域を通過した光束を受光することができる。各受光部より取得した信号は、測距用信号又は画像信号として用いることができる。
【００３７】
受光部１０８は、瞳領域１０６ｔ内の領域である瞳領域１０８ｔを通過した光束に対して感度を有し、瞳分割領域１０８ｄが、瞳分割領域１０６ｄから−ｘ方向（瞳分割領域１０６ｄの偏心方向とは逆方向）に偏心するように構成されている。すなわち、受光部１０８は、主として前記第１の領域から前記所定の方向とは逆方向に偏心した領域を通過した光束に基づいて得られる、前記第２の電気信号とは異なる第３の電気信号を取得する。このことから受光部１０８は、信号取得手段を構成する。この受光部は、第３の受光部として捉えることができる。
【００３８】
受光部１０９は、瞳領域１０７ｔ内の領域である瞳領域１０９ｔを通過した光束に対して感度を有し、瞳分割領域１０９ｄが、瞳分割領域１０７ｄから＋ｘ方向（瞳分割領域１０７ｄの偏心方向とは逆方向）に偏心するように構成されている。すなわち、受光部１０９は、主として前記第２の領域から前記所定の方向に偏心した領域を通過した前記光束に基づいて、前記第１の電気信号とは異なる第４の電気信号を取得する。受光部１０９は、信号取得手段を構成する。この受光部は、第４の受光部として捉えることができる。
【００３９】
受光部１０８及び１０９は、撮像素子１０２上の瞳分割方向における複数の位置に配置され、それぞれ受光部１０６及び１０７の近傍に配置されている。
【００４０】
各受光部で取得した信号は、補正用信号として用いることができる。また、受光部１０８は受光部１０７よりも、受光部１０９は受光部１０６よりも、多くの光束を受光し、高感度な特性となるように構成されている。これにより、測距信号よりも、Ｓ／Ｎが良好な補正用信号を取得することができる。
【００４１】
複数の位置において、各受光部で取得した信号を信号Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９と呼ぶ。
【００４２】
距離演算手段１１１は、図３に示すフローに従って、被写体までの距離を算出する手段である。
【００４３】
ステップ１３１は、信号補正処理であり、式２のように、撮像素子１０２上の各位置における信号Ｓ１０６からＳ１０８を所定の割合で減算することにより、補正信号ＣＳ１０６を生成する。すなわち、第１の電気信号から第３の電気信号を所定の割合で減算することにより、第１の補正信号を生成する。
【００４４】
そして、式３のように、撮像素子１０２上の各位置における信号Ｓ１０７からＳ１０９を所定の割合で減算することにより、補正信号ＣＳ１０７を生成する。すなわち、第２の電気信号から第４の電気信号を所定の割合で減算することにより、第２の補正信号を生成する。
【００４５】
式２及び式４において、α及びβは補正係数であり、０より大きい実数とする。撮像素子１２０上の瞳分割方向における複数の位置において、このような信号補正処理を行い、補正信号ＣＳ１０６とＣＳ１０７を作成する。
ＣＳ１０６＝Ｓ１０６−α・Ｓ１０８・・・（式２）
これを簡易な表現とすると以下の式３となる。
Ｓ１´＝Ｓ１−αＳ３・・・（式３）
ここで、Ｓ１´は第１の補正信号、Ｓ１とＳ３は第１と第３の電気信号であり、αは補正係数である。
ＣＳ１０７＝Ｓ１０７−β・Ｓ１０９・・・（式４）
これを簡易な表現とすると以下の式５となる。
Ｓ２´＝Ｓ２−βＳ４・・・（式５）
ここで、Ｓ２´は第２の補正信号、Ｓ２とＳ４は第２と第４の電気信号であり、βは補正係数である。
【００４６】
ステップ１３２では、一対の補正信号ＣＳ１０６（第１の補正信号）とＣＳ１０７（第２の補正信号）から、被写体の距離を算出する。これは、第１の補正信号を用いて距離を算出する距離算出処理を包含する。
【００４７】
一対の信号のズレ量は、公知の方法により求められる。例えば、一対の信号のうち、片方の信号をずらしながら相関演算を行い、最も相関が高いときのズレ量を算出することで求められる。更に、このように求めたズレ量から、公知の方法により、デフォーカス量を求め、被写体の距離を算出する。
【００４８】
上記に示した受光部と演算手段を備えた距離検出装置１００を用いることで、低輝度の被写体を高精度に測距することができる。
【００４９】
（原理）
本発明の距離検出装置１００により、高精度な測距が可能となる理由を述べる。
【００５０】
デフォーカス量（距離）は、一対の信号のズレ量から算出される。
【００５１】
あるデフォーカス量におけるズレ量は、基線長で決まり、基線長は、一対の信号を生成する受光部の瞳重心の間の距離で決まる。
【００５２】
瞳重心間の距離（基線長）が長いほど、ズレ量が大きくなり、ズレ量を高精度に検出することができ、高精度な測距が可能となる。
【００５３】
ステップ１３１の信号補正処理において、補正信号ＣＳ１０６（第１の補正信号）は、角度特性１０６ａから、α倍した角度特性１０８ａを減算した角度特性１０６ａ´を有する仮想の受光部で取得した信号に相当する。補正信号１０７（第２の補正信号）についても同様である。
【００５４】
図４は、各受光部の角度特性と、補正信号ＣＳ１０６（第１の補正信号）とＣＳ１０７（第２の補正信号）に対応する仮想の受光部の角度特性及び瞳分割領域と瞳重心を示した図である。
【００５５】
図４（ａ）のように、重心角度１０８ｇａは、重心角度１０６ｇａよりも小さい角度を有している。そのため、補正信号ＣＳ１０６に対応する仮想の受光部の角度特性１０６ａ´は、図４（ｃ）のように、角度特性１０６ａのうち、特に小さい角度付近の感度が大きく減少した特性となる。
【００５６】
これにより角度特性１０６ａ´の重心角度１０６ｇａ´は、重心角度１０６ｇａよりも、＋側に大きな角度となる。図４（ｃ）のように、補正信号ＣＳ１０６に対応する瞳分割領域１０６ｄ´は、瞳分割領域１０６ｄよりも、＋ｘ方向により偏心した領域となる。
【００５７】
補正信号ＣＳ１０７についても同様に、角度特性１０７ａ´の重心角度１０７ｇａ´は、重心角度１０７ｇａよりも、−側に大きい角度となり、瞳分割領域１０７ｄ´は、瞳分割領域１０７ｄよりも、−ｘ方向により偏心した領域となる。
【００５８】
瞳分割領域１０６ｄ´と１０７ｄ´の間の距離は、補正前の瞳分割領域１０６ｄと１０７ｄ間の距離よりも長くなる。
【００５９】
基線長に相当する瞳重心１０６ｇｐ´と１０７ｇｐ´の間の距離１２３は、補正前の基線長１２２よりも長くなる。補正信号ＣＳ１０６とＣＳ１０７のズレ量は、補正前よりも増大し、ズレ量を高精度に検出することができ、高精度な測距が可能となる。本発明の距離検出装置１００において、Ｓ／Ｎ（ｓｉｇｎａｌ  ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）が良い補正用信号を用いることで、低輝度の被写体をより高精度に測距することができる。
【００６０】
前述の信号補正処理において、補正用信号にノイズ（ランダムノイズ）があると、式３あるいは式５より、補正信号にも所定の割合でノイズが追加される。
【００６１】
補正信号のＳ／Ｎが十分でなくなると、像ズレ量の検出精度が十分でなくなる。
【００６２】
前述の像ズレ量の増大効果による改善効果と打ち消しあい、測距精度の向上効果が低減する。
【００６３】
特に、被写体が非常に低輝度になると、測距信号Ｓ１０６（第１の電気信号）、Ｓ１０７（第２の電気信号）にノイズが多く含まれる。
【００６４】
測距信号よりもＳ／Ｎが劣る信号を補正用信号として用いると、像ズレ量の検出誤差が非常に増大し、信号補正処理による改善効果が非常に低減する。
【００６５】
そのため、補正用信号は、Ｓ／Ｎが良好な信号を用いることが望ましく、より望ましくは、測距用信号よりもＳ／Ｎが良好な信号を用いることが望ましい。
【００６６】
なお、本発明の距離検出装置１００において、信号取得手段及び距離演算手段は本実施例の構成に限定されるものではない。
【００６７】
補正用信号の取得手段として、２つの受光部１０８及び１０９を設けた構成を示したが、受光部１０８のみを設け、受光部１０８で取得した信号を補正用信号Ｓ１０８及びＳ１０９の両方に用いてもよい。
【００６８】
また、ｘ方向に瞳分割を行う構成例について示したが、ｙ方向あるいは斜め方向に瞳分割を行っても良く、これらの方向に瞳分割領域を有する受光部を配置し、測距を行ってもよい。このような構成にすると、これらの方向にコントラストの変化がある被写体の測距が可能となる。
【００６９】
距離演算手段１１１は、１対の補正信号を生成する例について示したが、どちらか片方の測距用信号の補正信号を生成し、補正信号と他方の測距用信号を用いて距離を算出してもよい。これらの構成でも、前述と同様の効果を得ることができ、高精度な測距が可能となる。
【００７０】
（補正係数の範囲）
図３のステップ１３１において、補正係数α及びβは、式６及び式８の範囲の値とすることが望ましい。式６及び式８において、ｔ１０６、ｔ１０７、ｔ１０８、ｔ１０９は、射出瞳１２０上の各位置から各受光部に入射した光束が、各受光部で電気信号に変換される割合である。
【００７１】
ｍｉｎ（）は、（）内の最小値を求める関数である。ｘ及びｙは射出瞳１２０上の座標であり、式６においては、受光部１０８の瞳領域１０８ｔ、式８においては受光部１０９の瞳領域１０９ｔの範囲内とする。
【００７２】
【数２】
2014095672.tif 000004
【００７３】
これをより簡易な表現とすると以下の式７となる。
【００７４】
【数３】
2014095672.tif 000005
【００７５】
ここで、ｐは射出瞳上の座標、Ｔ１及びＴ３は、射出瞳上の各座量位置から前記信号取得手段に光束が入射した場合における、該光束が第１及び第３の電気信号に変換される割合を示す。
【００７６】
【数４】
2014095672.tif 000006
【００７７】
これをより簡易な表現とすると以下の式９となる。
【００７８】
【数５】
2014095672.tif 000007
【００７９】
ここで、ｐは射出瞳上の座標、Ｔ２及びＴ４は、射出瞳上の各座量位置から前記信号取得手段に光束が入射した場合における、該光束が第２及び第４の電気信号に変換される割合を示す。
【００８０】
補正係数α及びβをこのように設定すると、角度特性１０６ａ´及び１０７ａ´は、負の感度を有さない特性となる。
【００８１】
各受光部では、各角度で受光部に入射した光束を感度に応じて積算した値が信号として取得される。
【００８２】
角度特性の一部に負の感度があると、負の感度で受光した光束は負の値となり、正の感度で受光した光束の値と相殺される。補正信号は、一部の光束の情報が欠落した信号となる。
【００８３】
これにより、補正信号より検出されるズレ量に誤差が生じ、測距誤差が生じる。補正係数α及びβを式４及び式５で示す範囲の値とすることで、補正信号の誤差を減少させ、ズレ量の検出誤差を低減し、更に高精度な測距が可能となる。
【００８４】
（受光部の配置）
本発明の距離検出装置１００において、測距用信号と補正用信号を取得する各受光部は、撮像素子上で互いに近傍に隣接して配置することが望ましい。
【００８５】
互いに離れた位置に配置すると、各受光部に、異なる被写体からの光束が入射する。入射光束に差があると、信号補正処理において、両受光部で取得した信号により生成される補正信号に誤差が含まれ、測距結果に誤差が生じる。
【００８６】
各受光部は、互いに近傍に配置することが望ましい。望ましくは、３画素以内に隣接して配置することが望ましく、より望ましくは同じ画素内に配置することが望ましい。
【００８７】
（補正基線長による距離算出）
図３のステップ１３２の距離算出処理において、補正基線長を用いて距離を算出することで、より高精度な測距が可能となる。
【００８８】
補正基線長は、図４（ｃ）における、補正信号ＣＳ１０６とＣＳ１０７に対応する仮想の受光部の瞳重心１０６ｇｐ´と１０７ｇｐ´間の距離１２３を算出すること（補正基線長算出処理）で求められる。
【００８９】
まず、各受光部の角度特性と補正係数α及びβより重心角度１０６ｇａ´と１０７ｇａ´を求め、各重心角度と射出瞳１２０の位置情報から瞳重心１０６ｇｐ´と１０７ｇｐ´算出する。
【００９０】
次に、補正基線長Ｗ´に相当する、射出瞳１２０上の瞳重間の距離１２３を、式１０より算出する。
【００９１】
【数６】
2014095672.tif 000008
【００９２】
このようにして求めた補正基線長１２３とステップ１３１で算出したズレ量から、式１１により、デフォーカス量を求め、被写体の距離を算出する。
【００９３】
式１１において、ΔＬはデフォーカス量、ｒはズレ量、Ｌは射出瞳１２０と撮像素子１０２までの距離、Ｗ´は補正基線長１２３を表している。
【００９４】
【数７】
2014095672.tif 000009
【００９５】
より正確な基線長を用いてズレ量からデフォーカス量を算出することで、より高い精度で距離を算出することができる。
【００９６】
ステップ１３２の距離算出処理において、他の方式で距離を算出してもよい。
【００９７】
例えば、ズレ量とデフォーカス量を結び付ける変換係数を予め算出しておき、検出したズレ量と変換係数を用いてデフォーカス量を算出してもよい。
【００９８】
撮影条件や撮像面上における受光部の位置に応じて基線長を算出する演算を省くことができ、高速な測距が可能となる。
【００９９】
（補正係数の調整）
ステップ１３１の信号補正処理において、補正係数α及びβを受光部の撮像素子１０２上における位置や撮影条件に応じて調整すること（補正係数調整処理）で、より高精度な測距が可能となる。
【０１００】
ズームレンズのような結像光学系１０１の場合、ズームステートに応じて、射出瞳１２０から撮像素子１０２までの距離が変化する。また、結像光学系１０１の絞りの変化や画角によるケラレがあると、射出瞳１２０の形状が変化する。
【０１０１】
これらの変動により、各受光部に入射する光束の角度範囲が変化し、式６及び式８における補正係数α及びβの数値範囲が変化する。受光部の撮像素子１０２上における位置や撮影条件に応じて、最適な補正係数α及びβを選択することで、各条件においてより高精度な測距を行うことができる。
【０１０２】
（像修正処理）
本発明に含まれる距離検出装置１００の距離演算手段において、更に補正信号の像形状を修正するための信号修正処理を行ってもよい。
【０１０３】
補正信号ＣＳ１０６とＣＳ１０７は、被写体の光量分布ｆと、補正線像分布関数Ｌ１０６´、Ｌ１０７´を用いて式１２、式１３のように記述することができる。ｘは撮像素子１０２上の瞳分割方向における位置である。
【０１０４】
【数８】
2014095672.tif 000010
【０１０５】
【数９】
2014095672.tif 000011
【０１０６】
結像光学系１０１の点像分布関数、各受光部の角度特性、射出瞳１２０の形状や位置によって決まる線像分布関数をＬ１０６、Ｌ１０７、Ｌ１０８、Ｌ１０９とする。
【０１０７】
式１２及び式１３における補正線像分布関数Ｌ１０６´、Ｌ１０７´は、式１４、式１６のように記述することができる。α及びβはステップ１３１で用いた補正係数である。
【０１０８】
【数１０】
2014095672.tif 000012
【０１０９】
これをより簡易な表現とすると以下の式１５となる。
Ｌ１´＝Ｌ１−αＬ３・・・（式１５）
ここで、Ｌ１´は、第１の修正フィルタと捉えることができ、Ｌ１とＬ３は、それぞれ前記第１と第３の信号の信号取得手段と光学系によって決まる線像分布関数と捉えることができる。
【０１１０】
【数１１】
2014095672.tif 000013
【０１１１】
これをより簡易な表現とすると以下の式１７となる。
Ｌ２´＝Ｌ２−βＬ４・・・（式１７）
ここで、Ｌ２´は、第２の修正フィルタと捉えることができ、Ｌ２とＬ４は、それぞれ第２と第４の信号の信号取得手段と光学系によって決まる線像分布関数と捉えることができる。
【０１１２】
線像分布関数Ｌは、射出瞳１２０の位置や形状、各受光部の角度特性によって決定される。結像光学系１０１のレンズ枠などによる光束のケラレがあると、線像分布関数Ｌ１０６とＬ１０７、Ｌ１０８とＬ１０９は異なる関数となる。
【０１１３】
補正線像分布関数Ｌ１０６´とＬ１０７´は、異なる関数となり、補正信号ＣＳ１０６とＣＳ１０７´の像形状は互いに異なる形状となる。
【０１１４】
次に、信号修正処理を含むフローを図５に示す。
【０１１５】
図５は、図３と類似するフローであるが、図５は信号修正処理ステップ１３３を有する点で図３と相違する。
【０１１６】
ステップ１３３は、補正信号ＣＳ１０６及びＣＳ１０７の像形状を修正する信号修正処理である。
【０１１７】
まず、一対の信号Ｓ１０６とＳ１０７あるいは補正信号ＣＳ１０６とＣＳ１０７から、公知の手段によって、暫定デフォーカス量を算出する。
【０１１８】
次に、暫定デフォーカス量と既知の情報である各受光部の角度特性及び射出瞳１２０の情報を元に、像修正フィルタとして、式１４及び式１６に示す関数Ｌ１０６´、Ｌ１０７´を作成する。
【０１１９】
補正信号ＣＳ１０６、ＣＳ１０７に、像修正フィルタをＬ１０７´、Ｌ１０６´をそれぞれ畳み込み積分することで、修正信号ＭＳ１０６（第１の修正信号）、ＭＳ１０７（第２の修正信号）を作成する。このとき、畳み込み積分の基準点は各像修正フィルタの重心位置とする。
【０１２０】
修正信号の像形状は式１８、式１９で表される。
【０１２１】
【数１２】
2014095672.tif 000014
【０１２２】
【数１３】
2014095672.tif 000015
【０１２３】
式１８及び式１９のように、両修正信号の像形状は、関数Ｌ１０６´Ｌ１０７´で決まり、概略同じ形状となる。
【０１２４】
ステップ１３２では、修正信号ＭＳ１０６、ＭＳ１０７を用い、公知の手段によって、デフォーカス量および被写体の距離を算出する。
【０１２５】
本発明にかかる信号修正処理を含む測距演算により、補正信号の像形状を修正することができ、像形状の違いによるズレ量の算出誤差を低減することができる。ズレ量の検出精度が向上し、より高精度に距離を算出することができる。
【０１２６】
なお、像修正フィルタＬ１０６´、Ｌ１０７´は、デフォーカス量に応じて変化する関数である。
【０１２７】
ステップ１３２で求めたデフォーカス量を元に、再度像修正フィルタを作成し、この像修正フィルタを用いて修正像を作成し、デフォーカス量を求めてもよい。
【０１２８】
より正解値に近いデフォーカス量を元に、像修正フィルタを作成することで、像修正フィルタの形状誤差が小さくなる。そして、修正信号の形状誤差が低減し、ズレ量およびデフォーカス量の算出精度が向上し、測距精度が向上する。
【０１２９】
なお、信号修正処理は本実施例の処理に限定されるものではない。例えば、式１４及び式１６の関数の逆関数Ｌ１０６´−１及びＬ１０７´−１を導出し、それぞれの補正信号ＣＳ１０６、ＣＳ１０７に畳み込み積分することで、信号修正処理を行ってもよい。
【０１３０】
また、ここでの説明では、信号修正処理は、瞳分割方向（ｘ方向）の一次元の線像分布関数を用いた処理例を示したが、２次元（ｘｙ方向）の点像分布関数を用いて修正を行ってもよい。デフォーカスに伴う瞳分割方向に垂直な方向（ｙ方向）からの寄与を考慮した修正処理を行うことができ、より高精度な修正信号を生成することができる。あるいは、射出瞳１２０の情報や信号取得手段の特性に基づき、他の信号修正処理を行ってもよい。
【０１３１】
（撮影システム、ＡＦ，距離画像）
本発明の距離検出装置１００の測距結果は、例えば、結像光学系１０１の焦点検出に用いることができる。本発明の距離検出装置１００によって、高速かつ高精度に被写体の距離を測定することができ、被写体と結像光学系１０１の焦点位置とのズレ量を知ることができる。結像光学系１０１の焦点位置を制御することで、被写体に対して高速かつ高精度に焦点位置を合わせることができる。
【０１３２】
あるいは、撮像素子１０２の全面にこのような受光部を配置し、撮像素子上の複数の領域ごとに、取得した信号を用いて距離を算出することで、距離画像を取得することができる。
【０１３３】
本発明の距離検出装置を備えてデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置を構成でき、距離検出装置の距離検出結果に基づき、光学系の焦点検出を行うことができる。
【０１３４】
（本発明の採用し得るその他の構成）
本発明の距離検出装置における撮像素子は具体的には、ＣＭＯＳセンサ（相補型金属酸化物半導体を用いたセンサ）や、ＣＣＤセンサ（電荷結合素子を用いたセンサ）等の固体撮像素子を用いることができる。
【０１３５】
本発明の距離検出装置における演算手段は、半導体素子を集積化した集積回路を用いて構成することができ、ＩＣ、ＬＳＩ、システムＬＳＩ、マイクロ処理ユニット（ＭＰＵ）、中央演算装置（ＣＰＵ）等で構成することができる。
【０１３６】
本発明は、距離検出装置の他にプラグラムをも包含する。
【０１３７】
本発明のプラグラムは、被写体の像を結像する光学系と、前記光学系の射出瞳を通過した光束により撮像素子において、主として前記射出瞳の中心から所定の方向へ偏心した第１の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第１の電気信号と、主として前記射出瞳の中心から前記所定の方向とは逆方向に偏心した第２の領域を通過した前記光束に基づいて得られる第２の電気信号と、主として前記第１の領域から前記所定の方向とは逆方向に偏心した領域を通過した光束に基づいて得られる、前記第２の電気信号とは異なる第３の電気信号と、を用いて前記被写体までの距離を算出するためのコンピュータに、所定の工程を実行させるものである。
【０１３８】
ここで、図１（ｃ）で示した距離検出装置１００は、光学系１００、撮像素子１０２、演算手段１１１及び記録装置１１２を備えて構成されている。
【０１３９】
演算手段１１１をマイクロ処理ユニットや中央演算装置等で構成する場合には、演算手段１１１は、コンピュータとして捉えることが可能である。
【０１４０】
本発明のプログラムは、演算手段に相当する前記コンピュータに、前記第１の電気信号から前記第３の電気信号を所定の割合で減算することにより、第１の補正信号を生成する信号補正処理工程と、前記第１の補正信号を用いて前記距離を算出する距離算出処理工程と、を実行させるものである。
【０１４１】
本発明のプログラムは、所定の結像光学系と、所定の撮像素子と、コンピュータと、を備えた距離検出装置またはカメラ等撮像装置のコンピュータにインストールすることによって、距離検出装置または撮像装置を高精度の距離検出が可能なものとなすことができる。
【０１４２】
本発明のプログラムは、記録媒体の他、インターネットを通じて頒布することも可能である。
【０１４３】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【０１４４】
本実施例における距離検出装置１００の信号取得手段の構成例を図６に示す。
【０１４５】
図６において、受光部１０６及び１０７は、画素１０３にマイクロレンズ２１０と、半導体等で構成された基板２０１中に光電変換部２０６及び２０７を設けることで構成されている。
【０１４６】
受光部１０８及び１０９は、画素１０４あるいは１０５に、マイクロレンズ２１１と、半導体基板２０１中に光電変換部２０８あるいは２０９を設けることで構成されている。各画素には、各受光部の蓄積電荷を電気信号として距離演算手段１１１に出力する、図示しない読み出し手段を備えている。
【０１４７】
射出瞳を通過し、各受光部に入射した光束は、マイクロレンズ２１０あるいは２１１を通過し、各光電変換部に導かれる。
【０１４８】
受光部１０６及び１０７では、特に、射出瞳の異なる瞳分割領域１０６ｄ及び１０７ｄ（図２（ｂ））を通過した光束２０２及び２０３が、それぞれ光電変換部２０６あるいは光電変換部２０７で効率良く受光される。
【０１４９】
このような構成により、高感度かつ射出瞳１２０（図１（ａ））上で互いに異なる方向に偏心した瞳分割領域１０６ｄ、１０７ｄ（図２（ｂ））を有する受光部１０６と１０７を容易に実現することができる。
【０１５０】
受光部１０８、１０９では、特に、射出瞳１２０の中央付近にある瞳分割領域１０８ｄ又は１０９ｄ（図２（ｂ））を通過した光束２０４、２０５が、光電変換部２０８及び２０９で効率良く受光される。
【０１５１】
このような構成により、瞳分割領域１０６ｄあるいは１０７ｄから逆側に偏心した瞳分割領域１０８ｄあるいは１０９ｄからの光束を主として受光する受光部１０８及び１０９を容易に実現することができる。受光部１０６又は受光部１０７よりも高感度な受光部１０８及び１０９を容易に実現することができる。マイクロレンズ２１０、２１１の曲率や各光電変換部までの距離を調整することにより、各受光部の角度特性や瞳分割領域を制御することができる。このような構成により、受光部１０６及び１０７から測距用信号を、受光部１０８及び１０９から補正用信号を取得することができ、前述の演算手段により距離を算出することができる。
【０１５２】
本発明の距離検出装置１００において、画素１０３のように、画素内に複数の光電変換部を配置した構成とすると、光電変換部１０５と１０６により、高い感度で光束を受光することができ、高品質な画像信号を取得することができる。また、受光部１０８、１０９で取得した信号は、それぞれ画素１０４、１０５の画像信号として用いることができる。
【０１５３】
本実施例における距離検出装置１００を構成する各受光部の別の構成例を図７に示す。
【０１５４】
図７において、受光部１０６及び受光部１０７は互いに異なる画素２２０及び２２１に配置されている。
【０１５５】
受光部１０６、１０７には、マイクロレンズ２１０と光電変換部２２２あるいは２２３が配置され、更に、遮光部２２４あるいは２２５が配置されている。受光部１０８及び１０９は、図６に示したものと同様の構成となっている。各画素には、各受光部の蓄積電荷を電気信号として距離演算手段１１１に出力する、図示しない読み出し手段を備えている。
受光部１０６及び１０７の各光電変換部では、射出瞳を通過した光束が受光される。
受光部１０６では、光束２０３は遮光され、主に光束２０２が受光される。
受光部１０７では、光束２０２は遮光され、主に光束２０３が受光される。
【０１５６】
このような構成により、測距用の信号Ｓ１０６、Ｓ１０７を取得することができる。補正用の信号Ｓ１０８、１０９は、前記と同様に、受光部１０８あるいは１０９で取得することができる。
【０１５７】
これらの信号を用いて、前述と同様の手法により、高精度な測距を行うことができる。このような構成にすると、光電変換部２２２と２２３の間隔を広くすることができ、画素サイズが小さい撮像素子でも、各受光部を容易に作製することができる。
【０１５８】
（導波路型）
距離検出装置１００を構成する各画素を図８に示す導波路を用いて構成することもできる。
【０１５９】
各画素には、基板２０１の光入射側（＋ｚ側）にコア２３０とクラッド２３１からなる導波路を配置され、画素１０３には、光電変換部２０６及び２０７、画素１０４及び１０５には、光電変換部２０８、２０９が配置されている。各画素には、各受光部の蓄積電荷を電気信号として距離演算手段１１１に出力する、図示しない読み出し手段を備えている。
【０１６０】
コア２３０およびクラッド２３１は、撮像する波長帯域で透明な材料で形成され、コア２３０は、クラッド２３１より高い屈折率を有する材料で形成される。
【０１６１】
これによりコア２３０内に光を閉じ込めて伝播させることができる。射出瞳１２０を通過し、各画素に入射した光束は、導波路を伝播し各光電変換部に導かれる。
【０１６２】
画素１０３では、特に光束２０２が光電変換部２０６に、光束２０３が光電変換部２０７で効率良く受光され、画素１０４及び１０５では、光束２０４あるいは２０５が光電変換部２０８あるいは２０９で効率良く受光される。
【０１６３】
このような構成とすることで、画素サイズが小さい撮像素子を用いた場合でも、入射光を効率良く受光することができる。
【０１６４】
あるいは、基板１０４中にコアおよびクラッドからなる導波路を設けた、裏面入射型の構成としてもよい。
【０１６５】
このような構成にすると、基板の裏側から入射した光（＋ｚ方向に伝播する光）が検出される。配線等は基板１０４の表側に配置することができ、入射光の伝播が、配線等によって妨げられるのを回避することができる。また、配線等による空間的制約が軽減され、入射光を光電変換部に効率良く導くことができる。
【実施例２】
【０１６６】
本実施例の距離検出装置を構成する信号取得手段の構成例を図９に示す。
【０１６７】
図９（ａ）において、撮像素子２００は、受光部１０６と受光部１０７を含む画素１０３が配置されて構成されている。
【０１６８】
受光部１０６及び１０７は、図６に示したのと同様な構成を有している。
【０１６９】
画素１０３には、各受光部の蓄積電荷を電気信号に変換し、距離演算手段１１１（図１（ｃ））に出力する図示しない読み出し手段を備えている。
【０１７０】
本実施例では、受光部１０６及び１０７で取得した電気信号を測距信号Ｓ１０６、Ｓ１０７として用いる。
【０１７１】
図９（ｂ）及び（ｃ）は、各受光部の角度特性と射出瞳１２０上の瞳分割領域を示した図である。
【０１７２】
受光部１０６及び１０７より、主として瞳分割領域１０６ｄ及び１０７ｄを含む領域２５０ｄを通過した光束に基づく信号（本実施例では加算信号Ｓ２５０と呼ぶ）を生成する。例えば、受光部１０６及び１０７の測距信号Ｓ１０６及びＳ１０７を加算することで加算信号Ｓ２５０を生成する。あるいは加算信号Ｓ２５０は、両受光部で蓄積された電荷量に基づき、読み出し手段により生成される。加算信号Ｓ２５０を測距信号Ｓ１０６あるいはＳ１０７の補正用信号として用いる。
【０１７３】
これらの信号を用いて、前述と同様の手法で測距することで、低輝度の被写体を高精度に測距することができる。
【０１７４】
瞳領域２５０ｄは、瞳分割領域１０６ｄと１０７ｄの重心１０６ｇａと１０７ｇａの間に重心２５０ｇａを有している。
【０１７５】
瞳領域２５０ｄは、瞳領域１０６ｄの偏心方向とは逆側に偏心した領域であり、加算信号Ｓ２５０を、測距信号Ｓ１０６の補正用信号として用いることができる。また、瞳領域２５０ｄは、瞳領域１０７ｄの偏心方向とは逆側に偏心した領域であり、加算信号Ｓ２５０を、測距信号Ｓ１０７の補正用信号として用いることができる。
【０１７６】
加算信号Ｓ２０５の信号成分は、測距信号Ｓ１０６とＳ１０７の信号成分が含まれ、２倍となる。一方、ノイズ成分は両測距信号のランダムノイズ同士が加算平均されるため、２倍よりも低減する。すなわち、加算信号Ｓ２５０のＳ／Ｎは、個々の信号のＳ／Ｎよりも向上する。
【０１７７】
このような補正用信号を用いて信号補正処理を行うことで、補正信号のＳ／Ｎの劣化を抑制するこができ、前述と同様に、低輝度の被写体を高精度に測距することができる。  
【０１７８】
受光部１０６と１０７で取得した電気信号から各信号を生成することで、補正用の信号を取得するための受光部を設ける必要が無く、構成を簡素化することができる。
【０１７９】
また、測距用信号と補正用信号を同じ画素で取得することができ、前述の理由で、補正信号に含まれる誤差を低減することができ、より高精度な測距が可能となる。
【０１８０】
撮像素子１０２の全画素にこのような画素を配置することで、高解像度かつ高精度の距離画像と、高画質な撮像画像を同時に取得することができる。
【０１８１】
なお、本発明に含まれる距離検出装置２００において、受光部の構成は本実施例に限定されるものではない。
【０１８２】
図７や図８に示す画素２２０、２２１あるいは画素２３１を全画素に配置し、各画素に含まれる受光部１０６と１０７で取得した電気信号を、測距用信号及び補正用信号に用いてもよい。前述と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【０１８３】
本実施例の距離検出装置を構成する信号取得手段の構成例を図１０に示す。
【０１８４】
図１０の撮像素子３００は、画素２２０と画素１０４を配置して構成され、画素２２０には受光部１０６、画素１０４には受光部１０８がそれぞれ設けられている。
【０１８５】
受光部１０６及び１０８の角度特性及び瞳分割領域は、前述と同様の特性である。各画素には、各受光部の蓄積電荷を電気信号として距離演算手段１１１に出力する、図示しない読み出し手段を備えている。
【０１８６】
本実施例では、受光部１０６（第１の受光部）で取得した信号を、測距信号Ｓ１０６（第１の信号）として用いる。受光部１０８で取得した信号から測距信号Ｓ１０６を減算して得られる信号を、測距信号Ｓ１０７（第２の信号）として用いる。受光部１０８で取得した信号を、測距信号Ｓ１０６あるいはＳ１０７の補正用信号として用いる。このことから受光部１０８は、第５の受光部と捉えることができる。
【０１８７】
これらの信号を用いて、前述と同様の手法で測距することで、低輝度の被写体を高精度に測距することができる。前述のように、受光部１０８は受光部１０６よりも、多くの光束を受光し、高感度な特性となるように構成されており、Ｓ／Ｎが良好な補正用信号を取得することができる。
【０１８８】
このような構成とすることで、測距用信号及び補正用信号を取得するための受光部を減らすことができ、撮像素子１０２の構成を簡素化することができる。特に、図７の構成と比べて、受光部１０７よりも高感度な受光部１０８を用いるため、信号の品質が向上し、撮影画像の画質を向上することができる。
【符号の説明】
【０１８９】
１００  距離検出装置
１０１  光学系
１０２  撮像素子
１１１  演算手段
１２０  射出瞳
【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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