(57)【要約】【課題】像ブレ補正機能を使用する際にも高い焦点検出精度を得ることができる撮像装置を提供する。【解決手段】第２レンズ群１０３を光軸と直交する面内で偏心移動させることにより像ブレを補正するデジタルカメラ１００Ａにおいて、撮像素子１０６に含まれる焦点検出用の画素から出力される電気信号を用いて被写体に対する焦点を検出する位相差検知方式の焦点検出手段と、撮像素子１０６に結像される被写体像のコントラスト評価により焦点位置を検出するコントラスト評価方式の焦点検出手段とを、像ブレを補正するための像ブレ補正量に基づいて切り替える構成とする。【選択図】図１
2014142497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段を構成する撮像素子に含まれる焦点検出用の画素から出力される電気信号を用いて前記被写体に対する焦点を検出する第１の焦点検出手段と、
前記被写体に対する焦点を検出する、前記第１の焦点検出手段とは異なる第２の焦点検出手段と、
像ブレを補正するための像ブレ補正量を算出する像ブレ補正手段と、
前記像ブレ補正手段が算出する像ブレ補正量に基づいて前記第１の焦点検出手段と前記第２の焦点検出手段のいずれを用いるかを選択する選択手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２の焦点検出手段は、前記撮像素子に結像される被写体像のコントラスト評価により焦点位置を検出することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２の焦点検出手段は、前記第１の焦点検出手段により得られるデフォーカス量からピント外れ方向を検知して前記撮像手段の撮像光学系に含まれるフォーカスレンズを駆動することによりピント外れを補正することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記像ブレ補正手段は、前記撮像手段の撮像光学系が有する補正レンズ群を偏心移動させることにより像ブレを補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記像ブレ補正手段は、前記撮像素子を偏心移動させることにより像ブレを補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
被写体を撮像する撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像手段を構成する撮像素子に含まれる焦点検出用の画素から出力される電気信号を用いて前記被写体に対する焦点を検出する第１の焦点検出ステップと、
前記第１の焦点検出ステップとは異なる方法で前記被写体に対する焦点を検出する第２の焦点検出ステップと、
像ブレを補正するための像ブレ補正量を算出する像ブレ補正ステップと、
前記像ブレ補正ステップで算出された像ブレ補正量に基づいて前記第１の焦点検出ステップと前記第２の焦点検出ステップのいずれを用いるかを選択する選択ステップ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】
本発明は、撮影時の像ブレを抑制する像ブレ補正機能と、複数の被写体に対するオートフォーカス機能とを有する撮像装置、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、静止画や動画の撮影時にＣＭＯＳセンサ等の撮像素子に結像した被写体像をリアルタイムに観察しながら撮影を行う（所謂、ライブビュー撮影）の使用形態が一般化しつつある。ライブビュー撮影を行う際の被写体に対する合焦制御方法として、例えば、撮像素子における結像面上での位相差検知方式を用いた焦点検出方法が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９１６２９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、補正レンズ群を偏心させることにより撮影時の像ブレ補正を行う撮像光学系に対して上記特許文献１に記載された焦点検出方法を用いた場合、補正レンズ群の偏心によって光線ケラレ変化が生じてしまい、焦点検出精度が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、像ブレ補正機能を使用する際にも高い焦点検出精度を得ることができる撮像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】
【０００６】
本発明に係る撮像装置は、被写体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段を構成する撮像素子に含まれる焦点検出用の画素から出力される電気信号を用いて前記被写体に対する焦点を検出する第１の焦点検出手段と、前記被写体に対する焦点を検出する、前記第１の焦点検出手段とは異なる第２の焦点検出手段と、像ブレを補正するための像ブレ補正量を算出する像ブレ補正手段と、前記像ブレ補正手段が算出する像ブレ補正量に基づいて前記第１の焦点検出手段と前記第２の焦点検出手段のいずれを用いるかを選択する選択手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮像素子上に撮像光学系の焦点検出を行うための焦点検出用素子を有する撮像装置において、像ブレ補正を行う機構を使用した際にも高い焦点検出精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る第１のデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る第２のデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１の第１のデジタルカメラ及び図２の第２のデジタルカメラの撮像素子の画素配列構造の一例を示す平面図である。
【図４】図１の第１のデジタルカメラ及び図２の第２のデジタルカメラの撮像素子として用いることができる別の撮像素子の画素配列構造を示す平面図である。
【図５】図１の第１のデジタルカメラ及び図２の第２のデジタルカメラの撮像素子として用いることができる更に別の撮像素子の画素配列構造を示す平面図である。
【図６】図１の第１のデジタルカメラにおいて第２レンズ群を、図２の第２のデジタルカメラにおいて撮像素子をそれぞれ偏心移動させることにより像ブレ補正を行う撮像光学系の概略を光学形式で示す図である。
【図７】焦点検出画素が図３の構成となっている場合における、撮像光学系の射出瞳に対する焦点検出画素の瞳投影像の関係を示す図である。
【図８】焦点検出画素が図４又は図５に示した構成となっている場合における、撮像光学系の射出瞳に対する焦点検出画素の瞳投影像の関係を示す図である。
【図９】図７及び図８の状態におけるＡ像とＢ像の焦点検出画素の出力波形を示す図である。
【図１０】図１のデジタルカメラでの焦点検出処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本実施形態に係る撮像装置として、デジタル一眼レフカメラやコンパクトデジタルカメラ等のデジタルカメラを取り上げることとする。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る第１のデジタルカメラ１００Ａの概略構成を示すブロック図である。デジタルカメラ１００Ａは、撮像素子１０６を備えるカメラ本体と撮像光学系とが一体化または接続されて動画と静止画を撮影可能であり、撮像光学系の一部に偏心移動作用を与えることで像ブレの補正を行う手ブレ補正機構を有している。
【００１１】
デジタルカメラ１００Ａは、撮像光学系（結像光学系）を構成する第１レンズ群１０１、絞り１０２、第２レンズ群１０３、第３レンズ群１０４及び光学的ローパスフィルタ１０５を備える。また、デジタルカメラ１００Ａは、撮像素子１０６、ズームアクチュエータ１１１、絞りアクチュエータ１１２、補正レンズアクチュエータ１１３、フォーカスアクチュエータ１１４、無線式通信部１１５及び姿勢検知部１１６を備える。
【００１２】
第１レンズ群１０１は、撮像光学系の先端に配置されたレンズ群であり、光軸方向に移動可能である。絞り１０２は、開口径を調節することで撮影時の光量調節を行い、また、静止画撮影時には露光時間調節用シャッタとしての機能を備える。第２レンズ群１０３は、手持ち撮影時の像ブレを撮像光学系の偏心移動を行うことで補正する補正レンズ群である。また、第１レンズ群１０１と第２レンズ群１０３との間隔を変化させることによって焦点距離を変化させるズーム機能が得られる。第３レンズ群１０４は、光軸方向の移動により焦点調節を行う。光学的ローパスフィルタ１０５は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。
【００１３】
撮像素子１０６は、本実施形態では、ＣＭＯＳセンサとその周辺回路で構成されている。ＣＭＯＳセンサは、横方向にＭ画素、縦方向にＮ画素（Ｍ，Ｎは整数）の受光ピクセルが正方配置された構造を有し、例えば、ベイヤー配列の原色カラーモザイクフィルタがオンチップで形成された２次元単板カラーセンサである。ズームアクチュエータ１１１は、上述の各種レンズ群を収納するカム筒（不図示）を回転させることにより、各種レンズ群を光軸方向に駆動してズーム操作を行ものであり、手動式と電動式のいずれのものであってもよい。
【００１４】
絞りアクチュエータ１１２は、絞り１０２の開口径を制御して撮影光量を調節すると共に、静止画撮影時の露光時間制御を行う。補正レンズアクチュエータ１１３は、例えば、第２レンズ群１０３を光軸と直交する方向に偏心移動させることで、撮像素子１０６に結像する被写体像の像ブレの補正を行う。なお、補正レンズアクチュエータ１１３は、例えば、光軸と直交する面内において直交する２軸方向に第２レンズ群１０３を移動させ、合成される移動量と移動方向にて撮像素子１０６に対する像ブレ方向の変化に対応を行う。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０４を光軸方向に駆動して焦点調節を行う。
【００１５】
無線式通信部１１５は、インターネット等のネットワークを通じて不図示のサーバコンピュータと通信するためのアンテナや信号処理回路で構成される。姿勢検知部１１６は、カメラ本体の撮影姿勢、即ち、横位置撮影か縦位置撮影かを判別するための電子水準器である。
【００１６】
デジタルカメラ１００Ａは、ＣＰＵ１２１、通信制御回路１２２、姿勢検知回路１２３、撮像素子駆動回路１２４、画像処理回路１２５、フォーカス駆動回路１２６及び補正レンズ駆動回路１２７を備える。また、デジタルカメラ１００Ａは、絞り駆動回路１２８、ズーム駆動回路１２９、表示器１３１、操作スイッチ１３２及びフラッシュメモリ１３３を備える。
【００１７】
ＣＰＵ１２１は、カメラ本体の種々の制御を司る演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェイス回路等を有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、デジタルカメラ１００Ａが備える各種回路を駆動し、焦点検出や撮影、画像処理、画像記録等の一連の動作を実行する。また、ＣＰＵ１２１は、後述する焦点検出処理、合焦判断処理及びフォーカス駆動制御処理を行う。通信制御回路１２２は、無線式通信部１１５を介して、カメラ本体から撮影画像をサーバコンピュータへ送信し、また、サーバコンピュータから画像や各種情報を受信する。
【００１８】
姿勢検知回路１２３は、姿勢検知部１１６の出力信号からカメラ本体の姿勢を判別する。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０６の撮像動作を制御し、撮像素子１０６から取得した画像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。画像処理回路１２５は、撮像素子１０６が取得した画像のγ変換やカラー補間、画像圧縮等の処理を行う。フォーカス駆動回路１２６は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ１１４を駆動制御し、第３レンズ群１０３を光軸方向に駆動して焦点調節（合焦動作）を行う。補正レンズ駆動回路１２７は、不図示のブレ量検知手段から出力される信号に基づいて補正レンズアクチュエータ１１３を駆動制御し、像ブレを補正する補正レンズ群である第２レンズ群１０３の偏心移動制御を行う。
【００１９】
絞り駆動回路１２８は、絞りアクチュエータ１１２を駆動制御して、絞り１０２の開口を制御する。ズーム駆動回路１２９は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ１１１を駆動する。表示器１３１は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等であり、デジタルカメラ１００Ａの撮影モードに関する情報や撮影時のプレビュー画像、撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像、カメラ本体の姿勢情報等を表示する。操作スイッチ１３２は、電源スイッチや撮影開始スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等で構成される。フラッシュメモリ１３３は、カメラ本体に対して着脱自在であり、撮影済み画像を記憶する。
【００２０】
図２は、本発明の実施形態に係る第２のデジタルカメラ１００Ｂの概略構成を示すブロック図である。デジタルカメラ１００Ｂは、図１に示した第１のデジタルカメラ１００Ａと比較すると、第２レンズ群１０３を駆動する補正レンズアクチュエータ１１３に代えて、撮像素子１０６を駆動する撮像素子アクチュエータ１１７を備えている点で相違する。また、デジタルカメラ１００Ｂは、デジタルカメラ１００Ａが備える補正レンズアクチュエータ１１３を駆動する補正レンズ駆動回路１２７に代えて、撮像素子アクチュエータ１１７を駆動する撮像素子アクチュエータ駆動回路１３０を備える点で相違する。
【００２１】
しかしながら、デジタルカメラ１００Ａ，１００Ｂは、撮像光学系と撮像素子１０６とを相対的に移動させることによって、被写体像の結像位置変位を行わせて像ブレ補正を行う点で共通している。即ち、デジタルカメラ１００Ｂでは、光軸と直交する面内で撮像素子１０６を偏心移動させることによって撮像素子１０６に結像される被写体像の像ブレ補正を行う。
【００２２】
撮像素子アクチュエータ駆動回路１３０は、不図示のブレ量検知手段から出力される信号に基づいて撮像素子アクチュエータ１１７の駆動制御を行い、撮像素子１０６の偏心移動制御を行う。撮像素子アクチュエータ１１７は、例えば、光軸と直交する面内において直交する２軸方向に撮像素子１０６を移動させ、合成される移動量と移動方向にて撮像素子１０６に対する像ブレ方向の変化に対応を行う。
【００２３】
本実施形態に係る位相差検知による焦点検出方法について、従来の位相差検知による焦点検出方法と対比して説明する。なお、本実施形態に係る位相差検知による焦点検出方法は、上記説明に係るデジタルカメラ１００Ａ，１００Ｂに共通して用いられる。
【００２４】
従来は、例えば、特開平２−１９８１３号公報に記載されているように、位相差を検出するために撮像光学系の一部の光線を焦点検出用光学系に偏向させることにより位相差検知を行っている。焦点検出用光学系は、一対となる２系統の各光学系が撮像光学系の射出瞳範囲の一部分光線を取り込み、一対の光電変換素子に像を形成するものである。そして、焦点検出用の２系統の各光学系で形成される２つの光学像を光電変換により電気信号に変換して得られる２つの形成像（以下「Ａ像」、「Ｂ像」という）の相対的な位置関係である位相差を検出する。ここで、結像位置のずれ（デフォーカス）に対するＡ像とＢ像の位相差の変化量の関係は焦点検出用光学系の構成で決定されるため、基線長が既知であれば互いの関係を求めることができる。よって、Ａ像とＢ像の位相差から撮像素子に結像される被写体像の焦点位置を検知することができる。
【００２５】
相関演算されるＡ像とＢ像の隔たり量（像ずれ量）を“Ｌ”、デフォーカス量を“ＤＥＦ”としたとき、基線長Ｋは“Ｋ＝Ｌ／ＤＥＦ”で表される。基線長Ｋを算出するにあたっては、撮像光学系と焦点検出画素の光学的特性及び電気的特性を知っておく必要がある。具体的には、撮像光学系の射出瞳形状を導き出すための光線ケラレ情報と、その位置に投影される焦点検出画素の瞳像の関係と、焦点検出画素が射出瞳から受光する際の受光角強度分布情報が必要となる。
【００２６】
従来の位相差検知方式の焦点検出用光学系は、遮光マスクを配置して撮像光学系の光線通過範囲の分離（瞳分離）を行い、焦点検出時にはその遮光範囲内の光線はケラレを生じないように撮像光学系を開放状態として一定以上の明るさ（有効Ｆナンバー）となっていることを前提としている。この場合、焦点位置検出に必要となる基線長情報は変動することがないため、撮像装置に焦点検出光学系に固有な基線長情報を記憶しておけばよい。
【００２７】
しかし、近年のデジタル一眼レフレックスカメラには、撮像素子に結像する被写体像を液晶表示装置や電子ビューファインダにてリアルタイムに観察しながら撮影を行う、所謂、ライブビュー撮影機能を有するものが多い。この機能を活かしつつ合焦状態を得るために、撮像素子上の撮像画素を位相差式の焦点検出画素として用いる技術が提案されている。本実施形態では、このような焦点検出方式を用いることとし、以下に、焦点検出画素の構成と受光特性について以下に説明する。
【００２８】
図３は、デジタルカメラ１００Ａ，１００Ｂにおける撮像素子１０６の画素配列構造の一例を示す平面図である。図３の上下方向をＹ方向、左右方向をＸ方向とする。撮像素子１０６は、画素群３００，３０１，３０２，３０３，３０４を備えている。画素群３００は撮像画像を形成するための画素であり、画素群３０１〜３０４は画素内に遮光構造が設けられた焦点検出用の画素群である。なお、画素群３０１〜３０４は、例えば特開２００９−２４４８６２号公報に記載された公知技術等と同等である。
【００２９】
図３中、Ｙ方向に一列に配置された画素群３０１，３０２は、Ｙ方向への被写体像の光電変換信号波形を位相差検知用の一対の相関演算用電気信号として用いて、横縞パターン形状の被写体の焦点位置を検出するものである。同様に、図３中、Ｘ方向に一列に配置された画素群３０３，３０４を用いて、Ｘ方向への被写体像の光電変換信号波形位相差検知用の一対の相関演算用電気信号として用いて、縦縞パターン形状の被写体の焦点位置を検出するためのものである。
【００３０】
図４は、１つのマイクロレンズに対して２つの光電変換部が配置された撮像素子の画素配列構造を示す平面図であり、このような撮像素子をデジタルカメラ１００Ａ，１００Ｂの撮像素子１０６として用いることもできる。図４の上下方向をＹ方向、左右方向をＸ方向とする。図４中、Ｘ方向に並んだ画素群４００は、画素４０２，４０３からの各電気信号を一対の相関演算用の電気信号として、Ｙ方向の縞パターンの被写体の焦点位置を検出するためのものである。また、図４中、Ｙ方向に並んだ画素群４０１は、画素４０４，４０５からの各電気信号を一対の相関演算用電気信号として、Ｘ方向の縞パターンの被写体の焦点位置を検出するためのものである。なお、画素４０２，４０３の電気信号と画素４０４，４０５の電気信号をそれぞれ加算することにより、撮影画像信号として用いることができる。
【００３１】
図５は、１つのマイクロレンズに対して４つの光電変換部が配置された撮像素子の画素配列構造を示す平面図であり、この撮像素子をデジタルカメラ１００Ａ，１００Ｂの撮像素子１０６として用いることもできる。図５の上下方向をＹ方向、左右方向をＸ方向とする。図５の撮像素子では、４つの光電変換部の電気信号の加算方式を変えることにより、図３を参照して説明した撮像素子と同様の画素特性を得ることができる。即ち、画素群５００は、Ｙ方向の縞パターンの被写体の焦点検出を行う際には、Ｘ方向に並んだ画素５０１，５０２と画素５０３，５０４のそれぞれの光電変換信号を加算することによって得られる２列の電気信号波形を一対の相関演算用の電気信号として用いる。また、画素群５００は、Ｘ方向の縞パターンの被写体の焦点検出を行う際には、Ｙ方向に並んだ画素５０１，５０３と画素５０２，５０４のそれぞれの光電変換信号を加算することによって得られた２列の電気信号波形を一対の相関演算用の電気信号として用いる。
【００３２】
なお、このような焦点検出のための光電変換信号の２通りの加算方法は、撮像素子の結像面を複数のブロックに分け、ブロック毎に画素の加算方法を変えることにより、或いは、千鳥配列的に互い違いに画素の加算方法を変えることによって実現してもよい。その場合、縦縞パターンと横縞パターン被写体を同時に評価することができるため、焦点検出に際して被写体のパターン方向依存性をなくすことができる。
【００３３】
また、焦点検出のための光電変換信号の加算方法は、撮影状態に応じて或いは時系列的に全画素において切り替えを行ってもよい。この場合、同パターン方向の被写体を焦点検出する焦点検出用画素が密な状態になるため、焦点検出用画素が疎な場合に生ずる細い線分を有する被写体が合焦近傍において被写体検知が行えなくなるという問題を回避することができる。
【００３４】
一方、画素５０１〜５０４から出力される電気信号を加算することにより、撮影画像用信号として用いることができる。このような撮像素子構造を用いた場合、従来の位相差検知方式のように撮像光学系から被写体像の一部を焦点検出用の光学系へと分岐させる必要がない。そのため、リアルタイムに撮像素子が受光して画像記録を行う被写体像を監視しながらライブビュー撮影を行うことができ、従来の動画撮影において被写体光線の分割機構なしでは行えなかった位相差検知方式の焦点検出が可能となっている。
【００３５】
しかしながら、上述のライブビュー撮影では、リアルタイムで画像記録を行うために、撮像光学系の絞り値を被写体像の明るさ変化に応じて変化させることが必要となる。そのため、前述の従来の位相差検出方式のように焦点検出のために常に撮像光学系を開放状態に保持することができない。
【００３６】
この場合に問題となるのは、撮影時の絞りの絞り込み動作によって撮像光学系の有効Ｆナンバーが大きくなってくる（暗くなってくる）と、撮像光学系の射出瞳範囲が小さくなるため、焦点検出のために取り込まれる光線にケラレが発生してくることである。これにより、焦点検出のために取り込まれる電気信号（以下「像信号」と呼ぶ）に変化が生じてしまい、前述したデフォーカス量に対する像信号の位相差の変化量の関係（Ｋ＝Ｌ／ＤＥＦ）に変化が生じてしまうと同時に、像信号で相関演算を行う際に誤差が発生してくる。また、撮像光学系の開口効率が低下する画面周辺像高の焦点検出画素で焦点検出を行う際にも光線ケラレが発生し、同様の問題が生じる。この問題を解決するために、例えば、特開２００４−１９１６２９号公報等は、焦点検出時に撮像光学系の光線ケラレ情報を取得し、焦点検出用の像信号の補正を行う方法を提案している。
【００３７】
しかしながら、近年の防振機能を有する撮影レンズには、撮像光学系を構成する補正レンズ群を偏心移動させることで像ブレを補正するものが多く、この場合、偏心移動時に光線ケラレ状態が変化するため、焦点検出精度に影響が及ぶ。これに対して、像ブレ方向を追従するように撮像素子を移動させることで像ブレ補正を行う方式もある。しかし、この方法では、撮像素子の一定の領域に射出される光線は、撮像素子が移動するために、見かけ上、常に撮像光学系からの射出角度が変化している（像高変化が生じている）状態となり、光線ケラレ状態も変化を生じていることになる。
【００３８】
図６は、補正レンズ群である第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６が偏心移動を行うことにより像ブレ補正を行う本実施形態に係る図１又は図２の撮像光学系の概略を光学形式で示す図である。図６において、被写体側に位置する第１レンズ群１０１は、正の屈折力を有するものとする。第２レンズ群１０３は、負の屈折力を有しており、光軸と直交する方向に偏心移動を行うことで結像位置変位作用を発生させて、像ブレを補正する（打ち消す）。第３レンズ群１０４は、正の屈折力を有するものとする。図６に示す絞り１０２、光学的ローパスフィルタ１０５及び撮像素子を１０６は、図１を参照した説明に準ずる。図６において、画面中心光束を“Ｌ０”、周辺光束を“Ｌ１”とする。
【００３９】
図６（Ａ）は、像ブレ補正を行う前の状態を示している。そして、図６（Ｂ）は、画角変化量として角度Δωに相当する像ブレの補正作用を得るために、第２レンズ群１０３を偏心移動させた状態を示している。図６（Ｂ）の状態では、第２レンズ群１０３の偏心によって、絞り１０２の位置において第２レンズ群１０３の光線有効範囲が撮像光学系の瞳範囲内に入り込んでしまい、その結果、非対称な光線ケラレが生じている。図６（Ｃ）は、撮像素子１０６を偏心移動させて、像ブレ補正を行った状態を示しており、図６（Ｂ）と同様に角度Δωに相当する像ブレの補正作用を得ている。図６（Ｃ）の状態では、見かけ上、撮像光学系から見て撮像素子１０６の中央が周辺像高部に移動を行った状態に変化しており、像高の増加と共に発生する光線ケラレが生じている。
【００４０】
撮像素子１０６の中央部で被写体に対する焦点検出を行う際の図６で示した撮像光学系中の第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６を偏心移動させた際に生ずる光線ケラレの基線長への影響について、図７及び図８を参照して以下に説明する。なお、図７及び図８を参照する以下の説明では、撮像光学系は円形の開口を有するものとする。
【００４１】
図７は、焦点検出画素が図３に示した構成となっている場合における、撮像光学系の射出瞳に対する焦点検出画素の瞳投影像の関係を示す図である。図７（Ａ）は、第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６が無偏心状態にある場合の状態を示しており、図６（Ａ）に対応している。図７（Ｂ）は、第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６を微小に偏心移動させた場合の状態を示している。図７（Ｃ）は、第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６を大きく偏心移動させた場合の状態を示している。なお、図７では、撮像素子１０６の構成要素として、Ａ像用の焦点検出画素７００、Ｂ像用の焦点検出画素７０４、マイクロレンズ７０１、遮光部材７０２及び光電変換部７０３を示している。
【００４２】
図７において、“ＥＰ０”と“ＥＰＯ´”はそれぞれ、光線ケラレの無い状態での撮像光学系の射出瞳を示している。“ＥＰ１”は、図６（Ｂ），（Ｃ）に示した像ブレ補正時に第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６が偏心移動を行って光線ケラレが発生した際の撮像光学系の射出瞳を示している。“ＥＰａ０”と“ＥＰｂ０”はそれぞれ、Ａ像用とＢ像用の焦点検出画素の瞳投影像を示し、“ＥＰａ１”と“ＥＰｂ１”はそれぞれ、第２レンズ群１０３を偏心移動させた際に有効範囲が狭まったＡ像用とＢ像用の焦点検出画素の瞳投影像を示している。このような焦点検出画素は、図３を参照して説明したように、一列方向に配置され各焦点検出画素の光電変換信号を補間し、以下に説明する一対の相関演算を行う電気信号波形を成す。
【００４３】
図８は、焦点検出画素が図４又は図５に示した構成となっている場合における、撮像光学系の射出瞳に対する焦点検出画素の瞳投影像の関係を示す図である。図８に示す撮像素子８００は、１つのマイクロレンズ８０１を介して受光を行い、それぞれがＡ像とＢ像を形成するための光電変換を行う２つの光電変換部８０２，８０３を有する。光電変換部８０２，８０３はそれぞれ、マイクロレンズ８０１の光軸外の有効範囲を通過した光線を受光するため、撮像光学系の射出瞳上の異なる領域部分の透過光線を受光する。これにより、位相差検知方式の焦点検出に必要となる瞳分離光線を得ることができる。
【００４４】
図８（Ａ）は、第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６が無偏心状態にある場合の状態を示しており、図６（Ａ）に対応している。図８（Ｂ）は、第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６を微小に偏心移動させた場合の状態を示している。図８（Ｃ）は、第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６を大きく偏心移動させた場合の状態を示している。
【００４５】
なお、図８に示した撮像素子８００が図５に示した画素群５００の構造を有し、光電変換部８０２，８０３が画素５０３，５０４の光電変換部と対応している場合、画素５０１，５０２のそれぞれの光電変換部は、光電変換部８０２，８０３と重なった奥行き方向に存在している。この場合、画素５０１，５０３から出力される電気信号の加算と画素５０２，５０４から出力される電気信号の加算をそれぞれ行って、焦点検出用の一対の電気信号として用いればよい。
【００４６】
図９（Ａ）は、図７（Ａ）及び図８（Ａ）の状態（第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６の無偏心状態にあり、光線ケラレが発生していない状態）におけるＡ像とＢ像の焦点検出画素の出力波形を示す図である。また、図９（Ｂ）は、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）の状態（第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６を微小に偏心移動させた場合の状態）におけるＡ像とＢ像の焦点検出画素の出力波形を示す図である。
【００４７】
図９（Ａ）に示す電気信号波形ＡＩ０，ＢＩ０はそれぞれ、Ａ像用及びＢ像用の焦点検出画素群から出力される電気信号を補間合成したものであり、信号強度の重心位置の隔たり量Ｌ０が、電気信号波形ＡＩ０，ＢＩ０のピーク間距離で示される。
【００４８】
同様に、図９（Ｂ）に示す電気信号波形ＡＩ１，ＢＩ１はそれぞれ、Ａ像用及びＢ像用の焦点検出画素群から出力される電気信号を補間合成したものである。図９（Ｂ）では、図７（Ｂ）や図８（Ｂ）に示した通りに、Ｂ像用の焦点検出画素の瞳に光線ケラレの生じた状態（撮像光学系の光軸方向に変化を生じた状態）にあるため、電気信号波形ＡＩ１と電気信号波形ＢＩ１とが非対称な形状となっている。一方、Ａ像用の焦点検出画素の瞳には光線ケラレは生じていないため、電気信号波形ＡＩ１は電気信号波形ＡＩ０と等価である。電気信号波形ＡＩ１，ＢＩ１の信号強度の重心位置の隔たり量Ｌ１は、図９（Ａ）の電気信号波形ＡＩ０，ＢＩ０の信号強度の重心位置の隔たり量Ｌ０よりも短くなる。
【００４９】
よって、図９（Ｂ）の状態では、図９（Ａ）の状態と比較すると、第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６の偏心移動による光線ケラレの影響により、基線長が短くなるという変化が生じる。そのため、像ブレ補正を行うために第２レンズ群１０３又は撮像素子１０６の偏心移動量が規定量を超えてくると、上述した位相差検出方式の焦点検出精度が低下してくる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、焦点検出精度に支障があると判断される場合に焦点検出方式を切り替えることとし、その具体的な処理の内容について、図１０のフローチャートを参照して以下に説明する。図１０は、デジタルカメラ１００Ａでの焦点検出処理のフローチャートである。図１０に示す各種の処理は、ＣＰＵ１２１が所定のプログラムをＲＯＭから読み出し、ＲＡＭのワークエリアに展開、実行して、各種回路及びアクチュエータを駆動することにより実現される。
【００５１】
先ず、撮影者がデジタルカメラ１００Ａの電源スイッチをオンにすると、ＣＰＵ１２１は、各種アクチュエータや撮像素子１０６の動作確認を行い、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行うと共に撮影準備動作を実行する（スタート）。撮影者がシャッタボタンを操作すると、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４において、位相差検知方式（第１の焦点検出方法）によりデフォーカス量を求める。
【００５２】
先ず、ステップＳ１０１において、ＣＰＵ１２１は、撮像光学系を構成する補正レンズ群である第２レンズ群１０３の偏心移動による像ブレ補正を開始する。また、ステップＳ１０１と同時に、ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１２１は、ＡＦ信号処理（自動焦点検出のための信号処理）、つまり、オートフォーカス動作を開始する。
【００５３】
具体的には、ステップＳ１０１の像ブレ補正では、ＣＰＵ１２１は、姿勢検知部１１６等からの出力信号に基づいて像ブレ補正量の検出処理を行う。また、ステップＳ１０２のＡＦ信号処理では、ＣＰＵ１２１は、焦点検出画素に入射した光線を光電変換して出力される電気信号を相関演算のための信号波形にする補間処理を行い、また、必要に応じて信号補正処理を行う。なお、デジタルカメラ１００Ｂの場合には、第２レンズ群１０３の偏心移動に代えて、撮像素子１０６の偏心移動を行うによる像ブレ補正を開始すると同時に焦点検出動作を開始する。
【００５４】
次に、ステップＳ１０２の後のステップＳ１０３において、ＣＰＵ１２１は、位相差相関演算（一対の像信号の相関演算）を行って、像ずれ量を算出する。そして、ステップＳ１０４において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０３で得られた像ずれ量と予め計算がなされている基線長との関係からデフォーカス量を算出する。
【００５５】
その後、ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１２１は、位相差検知方式による焦点検知方法を用いるのか、それともコントラスト評価による焦点検出方式を用いるのかを選択する。具体的には、ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０１で得られた像ブレ補正量が予め設定された所定の閾値を越えていないかを判定する。ステップＳ１０５の処理は、ステップＳ１０２で得られた像信号が、像ブレ補正によって光学ケラレが発生して相関演算誤差が生じることがないか、また、デフォーカス量を算出するための基線長に誤差が起きていないかを、閾値を設定して判定する処理である。
【００５６】
ＣＰＵ１２１は、像ブレ補正量が閾値を超えていない場合（Ｓ１０５でＮＯ）、ステップＳ１０４で得られたデフォーカス量は信頼性のあるものと判断して、処理をステップＳ１０６へ進める。一方、ＣＰＵ１２１は、像ブレ補正量が閾値を超えている場合（Ｓ１０５でＹＥＳ）、ステップＳ１０４で得られたデフォーカス量の信頼性が低いと判断して、コントラスト評価による焦点検出方式（第２の焦点検出方法）に切り替えるために、処理をステップＳ１０７へ進める。
【００５７】
ステップＳ１０６において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０４で求めた位相差検知方式によるデフォーカス量に基づいて合焦判定を行う。ＣＰＵ１２１は、合焦であると判定した場合（Ｓ１０６でＹＥＳ）、本処理を終了させ、これにより、露光処理が行われることとなる。一方、ＣＰＵ１２１は、合焦でないと判定した場合（Ｓ１０６でＮＯ）、処理をステップＳ１１０へ進める。ステップＳ１１０において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０４で算出したデフォーカス量を補正して合焦状態にするためのフォーカス量を求め、フォーカスレンズである第３レンズ群１０４の光軸方向での駆動を行う。その後、ＣＰＵ１２１は、処理をステップＳ１０１へ戻し、再び、デフォーカス量を算出して合焦を判定する処理を繰り返す。
【００５８】
ステップＳ１０７において、ＣＰＵ１２１は、コントラスト評価による焦点検出を行うために、フォーカスレンズである第３レンズ群１０４を微小駆動させる。即ち、ステップＳ１０７は、ステップＳ１０４で得られたデフォーカス量からピント外れ方向（被写体側へのピント外れなのか像面側へのピント外れなのか）を検知してピント外れを補正する処理である。続くステップＳ１０８において、ＣＰＵ１２１は、合焦評価を行う被写体像の任意空間周波数でのコントラスト値の評価を行う。その後のステップＳ１０９において、ＣＰＵ１２１は、ステップＳ１０８で評価された被写体のコントラスト値から合焦判定を行う。この合焦判定では、被写体のコントラスト値が規定以上の値になった場合に合焦したと判定してもよい。
【００５９】
ＣＰＵ１２１は、合焦であると判定した場合（Ｓ１０９でＹＥＳ）、本処理を終了させ、これにより、露光処理が行われることとなる。一方、ＣＰＵ１２１は、合焦でないと判定した場合（Ｓ１０９でＮＯ）、処理をステップＳ１０１へ戻す。なお、コントラスト評価による焦点検出方式に変更されている場合、コントラスト値のピーク位置をフォーカスレンズ位置とコントラスト値との関係から導き出す（所謂、山登り方式の）合焦位置検出を、ステップＳ１０２又はステップＳ１０７からステップＳ１０９の間で繰り返すようにしてもよい。
【００６０】
以上の説明の通り、本実施形態によれば、位相差検知方式の焦点検出を行う撮像素子を備える撮像装置において、像ブレ補正機構を使用した際の焦点検出精度を高く維持しながら、高速な合焦作動を実現することができる。
【００６１】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。例えば、上記実施形態では、位相差検知方式とコントラスト評価方式とを焦点検出方法として用いた。但し、これに限定されるものではなく、コントラスト評価方式に代えて、外部的な測距ユニットを用いた三角測距方式や赤外光の投受光によるアクィブ方式、或いは、外部パッシブ測距方式等を用いてもよい。また、本発明は、デジタルカメラに限定されず、デジタルビデオカメラ、撮像素子による撮影機能を備える携帯電話や携帯ゲーム機等の各種電子機器に適用が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０１    第１レンズ群
１０２    絞り機構
１０３    第２レンズ群（補正レンズ群）
１０４    第３レンズ群（フォーカスレンズ）
１０６    撮像素子
１１３    補正レンズアクチュエータ
１１４    フォーカスアクチュエータ
１１６    姿勢検知部
１１７    撮像素子アクチュエータ
１２１    ＣＰＵ
１２３    姿勢検知回路
１２６    フォーカス駆動回路
１２７    補正レンズ駆動回路
１３０    撮像素子アクチュエータ駆動回路
【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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