(57)【要約】【課題】簡易に十分な光量を確保可能な、瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１００は、第１の面積比率で分割された第１の画素群、および、該第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群を含む撮像素子１０７と、第１の画素群に含まれる第１の画素の出力信号と第２の画素群に含まれる第２の画素の出力信号との差分に基づいて焦点検出を行うＣＰＵ１２１（焦点検出手段）とを有する。【選択図】図１１
2015232676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面積比率で分割された第１の画素群、および、該第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群を含む撮像素子と、
前記第１の画素群に含まれる第１の画素の出力信号と前記第２の画素群に含まれる第２の画素の出力信号との差分に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の画素群および前記第２の画素群は、互いに隣接して配置されてい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】
前記第１の画素群および前記第２の画素群は、前記撮像素子の撮像面の中心を基準とした円周方向に沿って配置されてい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】
前記第１の画素群および前記第２の画素群は、前記撮像素子の撮像面の中心を基準として第１の方向に位置する領域において、該第１の方向と直交する第２の方向に沿って配置されてい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】
前記撮像素子は、第３の面積比率で分割された第３の画素群を更に含み、
前記第１の画素群は、前記第１の面積比率が１：３である第１の分割画素および第２の分割画素を有し、
前記第２の画素群は、前記第２の面積比率が１：１である第３の分割画素および第４の分割画素を有し、
前記第３の画素群は、前記第３の面積比率が３：１である第５の分割画素および第６の分割画素を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記焦点検出手段は、
前記第１の分割画素の出力信号を第１の瞳分割信号とし、
前記第３の分割画素の出力信号と前記第１の分割画素の出力信号との差分、または、前記第２の分割画素の出力信号と前記第４の分割画素の出力信号との差分を第２の瞳分割信号とし、
前記第４の分割画素の出力信号と前記第６の分割画素の出力信号との差分、または、前記第５の分割画素の出力信号と前記第３の分割画素の出力信号との差分を第３の瞳分割信号とし、
前記第６の分割画素の出力信号を第４の瞳分割信号として取得可能に構成されており、
前記第１の瞳分割信号、前記第２の瞳分割信号、前記第３の瞳分割信号、および、前記第４の瞳分割信号の少なくとも二つに基づいて前記焦点検出を行うことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記焦点検出手段は、絞り値または瞳位置に応じて選択された、前記第１の瞳分割信号、前記第２の瞳分割信号、前記第３の瞳分割信号、および、前記第４の瞳分割信号の少なくとも二つに基づいて前記焦点検出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】
前記焦点検出手段は、
前記絞り値が所定の絞り値以下である場合、前記第１の瞳分割信号および前記第４の瞳分割信号に基づいて前記焦点検出を行い、
前記絞り値が前記所定の絞り値よりも大きい場合、前記第２の瞳分割信号および前記第３の瞳分割信号に基づいて前記焦点検出を行う、ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記焦点検出手段は、
前記瞳位置が所定の瞳位置よりも前記撮像素子に近い場合、前記第１の瞳分割信号および前記第３の瞳分割信号に基づいて前記焦点検出を行い、
前記瞳位置が前記所定の瞳位置よりも前記撮像素子から遠い場合、前記第２の瞳分割信号および前記第４の瞳分割信号に基づいて前記焦点検出を行う、ことを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１の画素群は、前記第１の面積比率が１：３：１である第１の分割画素、第２の分割画素、および、第３の分割画素を有し、
前記第２の画素群は、前記第２の面積比率が２：１：２である第４の分割画素、第５の分割画素、および、第６の分割画素を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記焦点検出手段は、
前記第１の分割画素の出力信号を第１の瞳分割信号とし、
前記第４の分割画素の出力信号と前記第１の分割画素の前記出力信号との差分を第２の瞳分割信号とし、
前記第５の分割画素の出力信号を第３の瞳分割信号とし、
前記第６の分割画素の出力信号と前記第３の分割画素の出力信号との差分を第４の瞳分割信号とし、
前記第３の分割画素の前記出力信号を第５の瞳分割信号として取得可能に構成されており、
前記第１の瞳分割信号、前記第２の瞳分割信号、前記第３の瞳分割信号、前記第４の瞳分割信号、および、前記第５の瞳分割信号の少なくとも二つに基づいて前記焦点検出を行うことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記焦点検出手段は、絞り値または瞳位置に応じて選択された、前記第１の瞳分割信号、前記第２の瞳分割信号、前記第３の瞳分割信号、前記第４の瞳分割信号、および、前記第５の瞳分割信号の少なくとも二つに基づいて前記焦点検出を行うことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像素子は、前記第１の画素群および前記第２の画素群を含む複数の焦点検出画素と、複数の撮影画素とを有し、
前記複数の焦点検出画素は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光して像信号を出力し、
前記複数の撮影画素は、前記撮影光学系の同一の瞳領域を通過した光束を受光して像信号を出力する、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
第１の面積比率で分割された第１の画素群、および、該第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群を含む撮像素子からの出力信号に基づいて焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、
前記第１の画素群に含まれる第１の画素の出力信号と前記第２の画素群に含まれる第２の画素の出力信号との差分を算出するステップと、
前記差分に基づいて前記焦点検出を行うステップと、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１５】
第１の面積比率で分割された第１の画素群、および、該第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群を含む撮像素子からの出力信号に基づいて焦点検出を行うためのプログラムであって、
前記第１の画素群に含まれる第１の画素の出力信号と前記第２の画素群に含まれる第２の画素の出力信号との差分を算出するステップと、
前記差分に基づいて前記焦点検出を行うステップと、をコンピュータに実行させるように構成されていることを特徴とするプログラム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出画素を含む撮像素子を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、撮像素子の各画素にマイクロレンズを配置して、瞳分割方式による焦点検出を行う焦点検出装置（撮像装置）が知られている。瞳分割方式では、撮影レンズの有効光束のうち一部の光束を利用して焦点検出を行う。
【０００３】
特許文献１には、基線長が互いに異なる複数の焦点検出画素のうち、少なくとも一つの焦点検出画素の相関量に基づいて焦点検出を行う焦点検出装置が開示されている。特許文献２には、一つのマイクロレンズに対応するように複数の分割画素を配置し、撮影レンズの口径情報に応じた分割画素を利用する焦点検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０６９９４号公報
【特許文献２】特開２００７−１３３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の焦点検出装置では、瞳分割を行うためにセンサ上にマスク処理が施されている。このような構成では、マスク処理により遮光されるため、センサに取り込むことのできない光束の割合が高くなり、一部の画素を撮影画素として使用することができない。また、特許文献２の焦点検出装置では、一つのマイクロレンズに対応するように３つ以上の画素が配置されるため、分割画素の数が増加する。このため、各分割画素から電気信号を取り出す回路を密に配置する必要があり、回路が複雑となる。
【０００６】
そこで本発明は、簡易に十分な光量を確保可能な、瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての撮像装置は、第１の面積比率で分割された第１の画素群、および、該第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群を含む撮像素子と、前記第１の画素群に含まれる第１の画素の出力信号と前記第２の画素群に含まれる第２の画素の出力信号との差分に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段とを有する。
【０００８】
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、第１の面積比率で分割された第１の画素群、および、該第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群を含む撮像素子からの出力信号に基づいて焦点検出を行う撮像装置の制御方法であって、前記第１の画素群に含まれる第１の画素の出力信号と前記第２の画素群に含まれる第２の画素の出力信号との差分を算出するステップと、前記差分に基づいて前記焦点検出を行うステップと、を有する。
【０００９】
本発明の他の側面としてのプログラムは、第１の面積比率で分割された第１の画素群、および、該第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群を含む撮像素子からの出力信号に基づいて焦点検出を行うためのプログラムであって、前記第１の画素群に含まれる第１の画素の出力信号と前記第２の画素群に含まれる第２の画素の出力信号との差分を算出するステップと、前記差分に基づいて前記焦点検出を行うステップと、をコンピュータに実行させるように構成されている。
【００１０】
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
【００１１】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易に十分な光量を確保可能な、瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における撮像素子の断面図である。
【図２】実施例１における分割画素の断面図である。
【図３】実施例１における分割画素の瞳分割の説明図である。
【図４】比較例としての四分割画素および瞳分割の説明図である。
【図５】実施例１における撮像素子の画素配列図である。
【図６】実施例２における撮像素子の画素配列図である。
【図７】比較例としての五分割画素の説明図である。
【図８】実施例３における分割画素の配列の説明図である。
【図９】実施例４における分割画素の配列の説明図である。
【図１０】実施例１における撮像素子の画素配列図である。
【図１１】各実施例における撮像装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
まず、図１１を参照して、本実施形態における撮像装置について説明する。図１１は、撮像装置１００（撮像システム）の構成図である。撮像装置１００は、撮像素子１０７を備えた撮像装置本体（カメラ本体）と撮影光学系（撮影レンズ）とが一体的に構成されている。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体と撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置（撮影光学系）とを備えて構成される撮像システムにも適用可能である。
【００１６】
図１１において、１０１は第１レンズ群である。第１レンズ群１０１は、撮影光学系（結像光学系）の先端に配置されており、光軸ＯＡの方向（光軸方向）に進退可能に保持されている。１０２は絞り兼用シャッタである。絞り兼用シャッタ１０２は、その開口径を調節することにより、撮影時の光量調節を行う。また絞り兼用シャッタ１０２は、静止画撮影の際に露光秒時調節用シャッタとしての機能を有する。１０３は撮影光学系を構成する第２レンズ群である。絞り兼用シャッタ１０２および第２レンズ群１０３は、一体的に光軸方向に進退し、第１レンズ群１０１の進退動作との連動により、変倍作用（ズーム機能）をなす。１０５は撮影光学系を構成する第３レンズ群である。第３レンズ群１０５は、光軸方向に進退することにより、焦点調節を行う。１０６は光学的ローパスフィルタである。光学的ローパスフィルタ１０６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。
【００１７】
１０７は撮像素子である。撮像素子１０７は、撮影光学系を介して得られた被写体像（光学像）を光電変換して像信号を出力する。撮像素子１０７は、Ｃ−ＭＯＳセンサとその周辺回路とを備えて構成されている。また撮像素子１０７では、横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素の受光ピクセル上に、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が用いられている。撮像素子１０７は、複数の焦点検出画素（焦点検出画素群）および複数の撮影画素（撮影画素群）を備えている。複数の焦点検出画素は、撮影光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光して像信号を出力する。複数の撮影画素は、撮影光学系の同一の瞳領域を通過した光束を受光して像信号を出力する。
【００１８】
１１１はズームアクチュエータである。ズームアクチュエータ１１１は、不図示のカム筒を回動することにより、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０３、および、第３レンズ群１０５を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。１１２は絞りシャッタアクチュエータである。絞りシャッタアクチュエータ１１２は、絞り兼用シャッタ１０２の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影の際に露光時間制御を行う。１１４はフォーカスアクチュエータである。フォーカスアクチュエータ１１４は、第３レンズ群１０５（フォーカスレンズ）を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
【００１９】
１１５は、撮影時の被写体照明用の電子フラッシュ（照明手段）である。電子フラッシュ１１５としては、キセノン管を用いた閃光照明装置が好適であるが、連続発光するＬＥＤを備えた照明装置を用いてもよい。１１６はＡＦ補助光手段である。ＡＦ補助光手段１１６は、所定の開口パターンを有するマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体または低コントラストの被写体に対する焦点検出能力を向上させる。
【００２０】
１２１はＣＰＵ（制御装置）である。ＣＰＵ１２１は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラＣＰＵ（カメラ制御部）であり、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、および、通信インターフェイス回路などを有する。ＣＰＵ１２１は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラ本体の各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、および、記録などの一連の動作を実行する。また本実施形態において、ＣＰＵ１２１は、撮像素子１０７からの出力信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段として機能する。焦点検出手段の具体的な動作については後述する。
【００２１】
１２２は電子フラッシュ制御回路である。電子フラッシュ制御回路１２２は、撮影動作に同期して電子フラッシュ１１５を点灯制御する。１２３は補助光駆動回路である。補助光駆動回路１２３は、焦点検出動作に同期して、ＡＦ補助光手段１１６を点灯制御する。１２４は撮像素子駆動回路である。撮像素子駆動回路１２４は、撮像素子１０７の撮像動作を制御するとともに、撮像素子１０７から出力された像信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１２１に送信する。１２５は画像処理回路である。画像処理回路１２５は、撮像素子１０７から得られた像信号に対して、γ変換、カラー補間、および、ＪＰＥＧ圧縮などの画像処理を行う。
【００２２】
１２６はフォーカス駆動回路である。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１０５を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。１２８は絞りシャッタ駆動回路である。絞りシャッタ駆動回路１２８は、絞りシャッタアクチュエータ１１２を駆動制御して、絞り兼用シャッタ１０２の開口を制御する。１２９はズーム駆動回路である。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。
【００２３】
１３１はＬＣＤなどの表示器である。表示器１３１は、カメラ本体の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。１３２は操作スイッチ群である。操作スイッチ群１３２は、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、ズーム操作スイッチ、および、撮影モード選択スイッチなどにより構成される。１３３は着脱可能なフラッシュメモリである。フラッシュメモリ１３３は、撮影済み画像を記録する。
【実施例１】
【００２４】
次に、本発明の実施例１における撮像素子について説明する。図１は、本実施例における撮像素子１０７の断面図である。撮像素子１０７は、複数のマイクロレンズ１０および複数の画素（光電変換部）がそれぞれ二次元状に配列されて構成されている。撮像素子１０７において、一つのマイクロレンズ１０と一つの画素１２（受光素子である光電変換部）とが互いに対応するように設けられている。
【００２５】
図１０は、本実施例における撮像素子１０７の画素配列図である。図１０に示されるように、撮像素子１０７には、ＲＧＢのベイヤー配列を有する複数の画素１２（撮影画素）が二次元状に配列されている。また撮像素子１０７には、ＲＧＢの複数の画素のうちの一部の領域において、焦点検出に用いられる複数の分割画素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ（焦点検出画素）が配列されている。図１０に示されるように、本実施例の撮像素子１０７は、互いに異なる種類、すなわち分割比率が互いに異なる３つの分割画素１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含む。ただし本実施例の撮像素子１０７は、これに限定されるものではなく、４種類以上の分割画素を含むように構成してもよい。
【００２６】
図２（ａ）〜（ｃ）は、撮像素子１０７の分割画素１２ａ、１２ｂ、１２ｃの断面図である。図２（ａ）に示されるように、分割画素１２ａは、通常の撮影画素１２を、面積比率１：１の均等割合で分割した二つの分割画素Ｓ３、Ｓ４である。二つの分割画素Ｓ３、Ｓ４は、一つのマイクロレンズ１０を共有するように構成されている。図２（ｂ）に示されるように、分割画素１２ｂは、通常の撮影画素１２を、面積比率１：３の不均等割合で分割した二つの分割画素Ｓ１、Ｓ２である。二つの分割画素Ｓ１、Ｓ２は、一つのマイクロレンズ１０を共有するように構成されている。図２（ｃ）に示されるように、分割画素１２ｃは、通常の撮影画素１２を、面積比率３：１の不均等割合で分割した二つの分割画素Ｓ５、Ｓ６である。二つの分割画素Ｓ５、Ｓ６は、一つのマイクロレンズ１０を共有するように構成されている。
【００２７】
続いて、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、図２（ａ）〜（ｃ）に示される３種類の分割画素１２ａ、１２ｂ、１２ｃに関し、マイクロレンズ１０を介して形成される入射瞳について説明する。図３（ａ）は、撮影画面の中心近辺に配置され、面積比率が均等に分割された画素の入射瞳の概念図である。入射瞳の位置は、マイクロレンズ１０のパワー、および、レンズと画素の偏芯により決定される。瞳の光束の分割は、画素の分割に応じて決定されており、画素が均等に分割されている場合、瞳は均等に分割されている。図３（ａ）においては、分割画素Ｓ３、Ｓ４の面積比率が１：１（Ｓ３：Ｓ４＝１：１）であるため、瞳上の面積も１：１で分割されている（分割瞳ＰＳ３、ＰＳ４）。
【００２８】
図３（ｂ）、（ｃ）は、不均等に分割された画素における入射瞳の概念図である。分割された画素が取り込む光束は、均等に分割された画素の場合と同様に、分割された画素の面積に応じて決定される。図３（ｂ）においては、分割画素Ｓ１、Ｓ２の面積比率が１：３（Ｓ１：Ｓ２＝１：３）であるため、瞳上の面積も１：３で分割されている（分割瞳ＰＳ１、ＰＳ２）。図３（ｃ）においては、分割画素Ｓ５、Ｓ６の面積比率が３：１（Ｓ５：Ｓ６＝３：１）であるため、瞳上の面積も３：１で分割されている（分割瞳ＰＳ５、ＰＳ６）。
【００２９】
本実施例において、不均等に分割された画素（分割画素Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６）は、撮像面上で前述した均等に分割された画素（分割画素Ｓ３、Ｓ４）に隣接して配置されている。このため、不均等に分割された画素（分割画素Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６）の入射瞳の位置は、均等に分割された画素（分割画素Ｓ３、Ｓ４）の瞳位置と略同一である。なお、均等に分割した画素と不均等に分割した画素とを互いに隣接して配置することができないことにより入射瞳の位置がずれてしまう場合、マイクロレンズ１０を偏芯させて入射瞳の位置を揃えるように設定することが好ましい。
【００３０】
本実施例において、複数の分割画素のうち特定の二つの分割画素の出力値（画素値）の間で差分をとることにより、分割数がそれぞれ２分割であるにも関わらず、画素を４分割した場合と同様の瞳分割を行うことができる。図４（ａ）は、４分割画素Ａ〜Ｄの平面図である。図４（ｂ）は、４分割画素Ａ〜Ｄの瞳分割の説明図であり、各分割画素により分割された瞳（分割瞳ＰＡ〜ＰＤ）を示している。本実施例では、分割画素Ｓ１〜Ｓ６の各出力を単独で、または、これらの分割画素のうち二つの分割画素の出力の差分を用いることにより、図４に示される瞳分割（分割瞳ＰＡ〜ＰＤ）に対応させることができる。
【００３１】
図４（ｂ）の分割瞳ＰＡ、ＰＤは、Ａ＝Ｓ１、Ｄ＝Ｓ６が成立するため、単独の分割画素Ｓ１、Ｓ６の出力により表現可能である。一方、分割瞳ＰＢ、ＰＣは、単独の分割画素の出力では表現することができない。このため本実施例では、分割画素Ｓ１〜Ｓ６の出力の差分をとる（Ｂ＝Ｓ３−Ｓ１ (またはＢ＝Ｓ２−Ｓ４)、Ｃ＝Ｓ４−Ｓ６ (またはＣ＝Ｓ５−Ｓ３)）ことにより、分割瞳ＰＢ、ＰＣをそれぞれ表現する。
【００３２】
続いて、図５を参照して、分割画素Ｓ１〜Ｓ６の画素配列について説明する。図５は、分割画素Ｓ１〜Ｓ６（焦点検出画素）および撮影画素の画素配列図であり、撮像素子１０７に含まれる画素群の一部を拡大して示している。本実施例において、撮影レンズ（撮影光学系）の予定結像面の近傍に配置される撮像素子１０７の画素配列として、ベイヤー配列が採用されている。ベイヤー配列の撮像素子１０７は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三種類のフィルタを有し、ＲＧＢの４つの画素（撮影画素）が規則的に配列されている。これらの撮影画素の中に、焦点検出を行うための分割画素Ｓ１〜Ｓ６（焦点検出画素）が混在して配置されている。
【００３３】
本実施例では、図５および図１０に示されるように、ベイヤー配列の基本単位である四つの画素のうち三つの画素として、焦点検出画素（分割画素１２ａ〜１２ｃ）を隣接して配置している。図１０の構成において、焦点検出画素を構成するユニット（一組の分割画素１２ａ〜１２ｃ（Ｓ１〜Ｓ６））は、横方向にベイヤー配列４単位ごとに間隔をあけて配置され、各分割画素の出力信号を読み出すように構成されている。分割画素Ｓ１〜Ｓ６の出力信号は、分割画素Ｓ１〜Ｓ６ごとに独立して分割画素ごとに一次元の出力信号となる。そして、撮像装置１００のＣＰＵ１２１は、撮影レンズ（撮影光学系）の互いに異なる二つの瞳（二つの分割瞳領域）を介して得られた光学像に対応する出力信号の像ズレ量を相関演算し、撮影レンズのピント位置（デフォーカス量）を算出することができる。
【００３４】
本実施例において、撮像装置１００のＣＰＵ１２１は、撮影レンズの光束状態に応じて、分割画素Ｓ１〜Ｓ６の出力または出力の差分を任意に選択することにより、撮影レンズに適した焦点検出を行うことができる。例えば、撮影レンズのＦｎｏ（絞り値）が明るい（小さい）場合、基線長の長い分割画素Ｓ１、Ｓ６の出力信号（画素値）に基づいて像ズレの相関演算を行い、撮影レンズのデフォーカス量を算出する。一方、撮影レンズのＦｎｏが暗い（大きい）場合、基線長の短い分割画素Ｓ２、Ｓ４の出力信号の差分「Ｓ２−Ｓ４」と、分割画素Ｓ５、Ｓ３の出力信号の差分「Ｓ５−Ｓ３」とに基づいて像ズレの相関演算を行い、撮影レンズのデフォーカス量を算出する。
【００３５】
また、本実施例の撮像装置１００は、撮影レンズの射出瞳位置に適した焦点検出を行うこともできる。例えば、撮影レンズの瞳が近い場合、分割画素Ｓ１の出力信号および分割画素Ｓ４、Ｓ６の差分信号「Ｓ４−Ｓ６」に基づいて像ズレの相関演算を行い、撮影レンズのデフォーカス量を算出する。一方、撮影レンズの瞳が遠い場合、分割画素Ｓ３、Ｓ１の差分信号「Ｓ３−Ｓ１」および分割画素Ｓ６の出力信号に基づいて像ズレの相関演算を行い、撮影レンズのデフォーカス量を算出する。
【００３６】
このように本実施例において、撮像素子１０７は、第１の面積比率で分割された第１の画素群（例えば、分割画素１２ｂ）、および、第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群（例えば、分割画素１２ａ）を含む。また、ＣＰＵ１２１（焦点検出手段）は、第１の画素群に含まれる第１の画素（例えば、分割画素Ｓ１）の出力信号と第２の画素群に含まれる第２の画素（例えば、分割画素Ｓ３）の出力信号との差分に基づいて焦点検出を行う。
【００３７】
好ましくは、撮像素子１０７は、第３の面積比率で分割された第３の画素群（例えば、分割画素１２ｃ）を更に含む。第１の画素群は、第１の面積比率が１：３である第１の分割画素（分割画素Ｓ１）および第２の分割画素（分割画素Ｓ２）を有する。第２の画素群は、第２の面積比率が１：１である第３の分割画素（分割画素Ｓ３）および第４の分割画素（分割画素Ｓ４）を有する。第３の画素群は、第３の面積比率が３：１である第５の分割画素（分割画素Ｓ５）および第６の分割画素（分割画素Ｓ６）を有する。
【００３８】
好ましくは、ＣＰＵ１２１は、第１の分割画素の出力信号を第１の瞳分割信号（分割瞳ＰＳ１からの焦点検出信号）として取得可能である。またＣＰＵ１２１は、第３の分割画素の出力信号と第１の分割画素の出力信号との差分（Ｓ３−Ｓ１）、または、第２の分割画素の出力信号と第４の分割画素の出力信号との差分（Ｓ２−Ｓ４）を第２の瞳分割信号（分割瞳ＰＳ２からの焦点検出信号）として取得する。またＣＰＵ１２１は、第４の分割画素の出力信号と第６の分割画素の出力信号との差分（Ｓ４−Ｓ６）、または、第５の分割画素の出力信号と第３の分割画素の出力信号との差分（Ｓ５−Ｓ３）を第３の瞳分割信号（分割瞳ＰＳ３からの焦点検出信号）として取得する。またＣＰＵ１２１は、第６の分割画素の出力信号を第４の瞳分割信号（分割瞳ＰＳ４からの焦点検出信号）として取得する。より好ましくは、ＣＰＵ１２１は、第１の瞳分割信号、第２の瞳分割信号、第３の瞳分割信号、および、第４の瞳分割信号の少なくとも二つに基づいて焦点検出を行う。
【００３９】
好ましくは、ＣＰＵ１２１は、絞り値（Ｆ値：Ｆｎｏ）または瞳位置（射出瞳位置）に応じて選択された、第１の瞳分割信号、第２の瞳分割信号、第３の瞳分割信号、および、第４の瞳分割信号の少なくとも二つに基づいて焦点検出を行う。より好ましくは、ＣＰＵ１２１は、絞り値が所定の絞り値以下である場合、第１の瞳分割信号および第４の瞳分割信号に基づいて焦点検出を行う。一方、ＣＰＵ１２１は、絞り値が所定の絞り値よりも大きい場合、第２の瞳分割信号および第３の瞳分割信号に基づいて焦点検出を行う。また、より好ましくは、ＣＰＵ１２１は、瞳位置が所定の瞳位置よりも撮像素子１０７に近い場合、第１の瞳分割信号および第３の瞳分割信号に基づいて焦点検出を行う。一方、ＣＰＵ１２１は、瞳位置が所定の瞳位置よりも撮像素子１０７から遠い場合、第２の瞳分割信号および第４の瞳分割信号に基づいて焦点検出を行う。
【００４０】
以上のように、本実施例の構成によれば、通常の撮影画素を互いに異なる面積で分割した複数の分割画素の差分信号を利用することにより、多分割による画素回路の複雑化を低減しつつ多分割画素を採用した場合と同様の瞳分割が可能となる。
【実施例２】
【００４１】
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施例２における撮像素子について説明する。図６は、本実施例における撮像素子の画素配列図である。図７は、比較例としての五分割画素Ａ〜Ｅの平面図である。
【００４２】
図６に示されるように、本実施例の撮像素子は、分割画素１２ｄ、１２ｅを含む。分割画素１２ｄは、撮影画素を三つに分割した分割画素Ｓ１〜Ｓ３により構成される。分割画素１２ｅは、撮影画素を三つに分割した分割画素Ｓ４〜Ｓ６により構成される。分割画素Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５の面積は互いに等しい。分割画素Ｓ４、Ｓ６の面積は互いに等しく、分割画素Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のそれぞれの二倍の面積を有する。分割画素Ｓ２の面積は、分割画素Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のそれぞれの三倍の面積を有する。このように本実施例の焦点検出画素は、撮影画素を三つに分割した三分割画素である。
【００４３】
本実施例のように三分割画素の焦点検出画素を有する場合、図７に示される五分割画素を採用した場合と同様に効果が得られる。すなわち、分割画素Ｓ１〜Ｓ６の出力信号（画素値）を単独で、または、これらの分割画素のうち特定の二つの出力信号を差分して用いると、Ａ＝Ｓ１、Ｂ＝Ｓ４−Ｓ１、Ｃ＝Ｓ５、Ｄ＝Ｓ６−Ｓ３、Ｅ＝Ｓ３が成立する。このため本実施例の分割画素Ｓ１〜Ｓ６を利用して、図７に示される分割画素Ａ〜Ｅの出力信号と同等の信号を取得することができる。
【００４４】
このように本実施例において、撮像素子１０７は、第１の面積比率で分割された第１の画素群（例えば、分割画素１２ｄ）、および、第１の面積比率とは異なる第２の面積比率で分割された第２の画素群（例えば、分割画素１２ｅ）を含む。ＣＰＵ１２１（焦点検出手段）は、第１の画素群に含まれる第１の画素（例えば、分割画素Ｓ１）の出力信号と第２の画素群に含まれる第２の画素（例えば、分割画素Ｓ４）の出力信号との差分に基づいて焦点検出を行う。
【００４５】
好ましくは、第１の画素群は、第１の面積比率が１：３：１である第１の分割画素（分割画素Ｓ１）、第２の分割画素（分割画素Ｓ２）、および、第３の分割画素（分割画素Ｓ３）を有する。第２の画素群は、第２の面積比率が２：１：２である第４の分割画素（分割画素Ｓ４）、第５の分割画素（分割画素Ｓ５）、および、第６の分割画素（分割画素Ｓ６）を有する。
【００４６】
好ましくは、ＣＰＵ１２１は、第１の分割画素の出力信号を第１の瞳分割信号として取得する。また、第４の分割画素の出力信号と第１の分割画素の出力信号との差分を第２の瞳分割信号として取得する。また、第５の分割画素の出力信号を第３の瞳分割信号として取得する。また、第６の分割画素の出力信号と第３の分割画素の出力信号との差分を第４の瞳分割信号として取得する。また、第３の分割画素の出力信号を第５の瞳分割信号として取得する。より好ましくは、ＣＰＵ１２１は、第１の瞳分割信号、第２の瞳分割信号、第３の瞳分割信号、第４の瞳分割信号、および、第５の瞳分割信号の少なくとも二つに基づいて焦点検出を行う。また、より好ましくは、ＣＰＵ１２１は、絞り値または瞳位置に応じて選択された、第１の瞳分割信号、第２の瞳分割信号、第３の瞳分割信号、第４の瞳分割信号、および、第５の瞳分割信号の少なくとも二つに基づいて焦点検出を行う。
【実施例３】
【００４７】
次に、図８を参照して、本発明の実施例３における撮像素子について説明する。図８は、本実施例における撮像素子１０７の画素配列の説明図であり、撮像素子１０７の撮像面の中心（撮影レンズの光軸）に対して上下方向の領域１０７１および左右方向の領域１０７２における分割画素の配列を示している。
【００４８】
本実施例において、差分計算の対象となる分割画素１２ａ〜１２ｃ（焦点検出画素）は、互いに隣接して配置され、かつ、撮像素子１０７（撮像面）の同心円方向（撮像面の中心を基準とした円周方向）に沿って（放射状方向と直交するように）配置されている。
【００４９】
差分計算の対象となる分割画素Ｓ１〜Ｓ６は、撮像面のうち互いに近接した位置であるほうが、略同一の光束であるとみなすことができる。このため、差分計算の対象となる分割画素は互いにより近くなるように配置することが好ましい。より好ましくは、分割画素は互いに隣接して配置されている。また、分割画素が同じ距離だけ異なる場合でも、撮像素子の放射状方向（同心円の径方向）への像高変化による収差の変動よりも、同心円方向への収差の変動のほうが小さい。このため分割画素は、影響のより少ない同心円方向に沿って配置されることが好ましい。このように本実施例において、好ましくは、差分計算を行う分割画素を含む画素群は、同心円方向に沿って、かつ、互いに近接するように配置される。
【実施例４】
【００５０】
次に、図９を参照して、本発明の実施例４における撮像素子について説明する。図９は、本実施例における撮像素子の画素配列の説明図であり、撮像素子１０７の撮像面の中心（撮影レンズの光軸）に対して対角方向の領域１０７３における分割画素１２ｆ、１２ｇ、１２ｈの配列を示している。
【００５１】
分割画素１２ｆは、面積比率が１：１の分割画素Ｓ３１、Ｓ４１を有する。分割画素１２ｇは、面積比率が３：１の分割画素Ｓ５１、Ｓ６１を有する。分割画素１２ｈは、面積比率が１：３の分割画素Ｓ１１、Ｓ２１を有する。このように本実施例の分割画素１２ｆ〜１２ｈは、実施例１の分割画素１２ａ〜１２ｃと同様の面積比率で分割された分割画素を有するが、実施例１とは異なり、撮像面の斜め方向（対角方向）に分割されている。
【００５２】
撮像素子１０７（撮像面）の角領域（４隅方向の領域）においては、撮影レンズの光束がヴィネッティング（けられ）により放射方向への余裕が少なくなる場合がある。この場合、同心円方向の光束のほうが放射方向の光束よりも余裕があるため、同心円方向への画素分割が有効である。このため、本実施例の分割画素Ｓ１１〜Ｓ６１は、撮像面の中心に対して対角方向の領域１７０３において同心円方向に沿って配置され、かつ、撮像面の対角方向に分割されて配置されている。このように焦点検出画素は、実施例３のように縦方向や横方向だけでなく、斜め方向（対角方向）にも分割することができる。
【００５３】
［その他の実施形態］
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
【００５４】
各実施例において、好ましくは、第１の画素群および第２の画素群は、互いに隣接して配置されている。また好ましくは、第１の画素群および第２の画素群は、撮像素子１０７の撮像面の中心を基準とした円周方向（同心円方向）に沿って配置されている。また好ましくは、第１の画素群および第２の画素群は、撮像素子１０７の撮像面の中心を基準として第１の方向に位置する領域において、第１の方向と直交する第２の方向（横方向、縦方向、または、）に沿って配置されている。例えば第１の方向が撮像面の中心を基準として縦方向、横方向、または、斜め方向（第１の斜め方向）であるとき、第２の方向はそれぞれ、横方向、縦方向、または、斜め方向（第１の斜め方向と略直交する第２の斜め方向）となる。
【００５５】
各実施例の撮像装置（焦点検出装置）によれば、多数の分割画素やマスクを必要とすることなく、撮影レンズに対応する瞳分割を行うことができる。このため各実施例によれば、簡易に十分な光量を確保可能な、瞳分割方式の焦点検出を行う撮像装置、撮像装置の制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
【００５６】
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】
【００５７】
１００  撮像装置
１０７  撮像素子
１２１  ＣＰＵ（焦点検出手段）
【図１】
2015232676.tif 000003
【図２】
2015232676.tif 000004
【図７】
2015232676.tif 000005
【図３】
2015232676.tif 000006
【図４】
2015232676.tif 000007
【図５】
2015232676.tif 000008
【図６】
2015232676.tif 000009
【図８】
2015232676.tif 000010
【図９】
2015232676.tif 000011
【図１０】
2015232676.tif 000012
【図１１】
2015232676.tif 000013