(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズ群とフォーカシングレンズ群とを光軸方向に配置して成る撮像光学系と、
複数の画素が形成され、前記撮影光学系の前記撮像レンズ群から前記フォーカシングレンズ群を通して被写体からの像を受光し、当該被写体像を前記複数の画素ごとにそれぞれ各電気信号に変換して出力する撮像素子と、
前記撮像素子の出力に応じた前記被写体像のコントラストに基づき、前記撮像光学系のフォーカシングレンズ群を光軸方向に移動させて焦点調節を行うフォーカシング手段と、
を備えた撮像装置において、
前記撮像素子は、前記各画素に対応する複数のマイクロレンズを有し、
当該複数のマイクロレンズは、それぞれの前記複数の結像面が前記撮影光学系に近いほど曲率半径が大きくなるように形成され、かつ前記マイクロレンズそれぞれの位置を光軸方向に異ならせて設け、前記光軸方向の異なる各位置に複数の結像面を形成し、
前記フォーカシング手段は、前記撮像素子の前記複数の結像面に対応する前記各電気信号のうち前記光軸方向に異ならせて設けられた前記各マイクロレンズの前記各位置に対応する前記各電気信号を入力し、これら電気信号に基づく前記コントラスト値から合焦状態、前ピン状態又は後ピン状態を判定し、当該判定結果である前記合焦状態、前記前ピン状態又は前記後ピン状態に応じて前記コントラスト値が高くなる前記フォーカシングレンズ群の移動方向を判定し、当該判定の結果、前記合焦状態であれば前記フォーカシングレンズ群を移動せず、前記前ピン状態であれば前記フォーカシングレンズ群を前記光軸方向に沿って前記撮像レンズ群側に移動し、前記後ピン状態であれば前記フォーカシングレンズ群を前記光軸方向に沿って前記撮像素子側に移動して合焦状態とする、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記複数のマイクロレンズは、前記光軸方向に少なくとも２つの異なる位置に設けられ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】
前記複数のマイクロレンズは、前記光軸方向の各位置別に、当該各位置をそれぞれ同一とする前記各マイクロレンズをグループ化して設け、当該グループを複数縦横方向に配列して成ることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記各グループ内には、それぞれＲＧＢ画素に対応する各マイクロレンズが設けられることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記フォーカシング手段は、前記被写体が低輝度の場合、前記光軸方向に位置のそれぞれ異なる前記グループ別に、それぞれ前記ＲＧＢ画素の各データを加算し、この加算データから前記光軸方向に位置のそれぞれ異なる前記各マイクロレンズに対応する前記各コントラスト値を求めることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数のマイクロレンズのそれぞれの位置は、前記曲率半径が大きいほど当該マイクロレンズと前記撮像素子に形成される受光素子の受光面との距離が長くなるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動的に焦点調節を行うオートフォーカス（ＡＦ）機能を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置には、ＡＦ機能としてコントラストＡＦ方式が一般的に採用されている。このコントラストＡＦ方式は、例えば特許文献１、２に開示されている。特許文献１は、フォーカスレンズの位置を移動しながら撮像素子より映像信号を取得し、この映像信号から算出されるＡＦ評価値（コントラスト値）が最大となるフォーカスレンズ位置を探索して焦点調節制御を行うことを開示する。  
特許文献２は、撮像素子上に複数の撮影用光電変換素子とＡＦ用光電変換素子とを配列し、凹凸形状を形成するとともに凹部、凸部にそれぞれＡＦ用光電変換素子を配置し、凹部と凸部とのＡＦ用光電変換素子の出力の差分に基づいてコントラストＡＦを行うことを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７２２５４号公報
【特許文献２】特開２００４−３６１６１１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、特許文献１及び一般的なコントラストＡＦ方式では、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ位置を探さなければならないので、フォーカスレンズ位置を探すという焦点調節に要する時間が長くなってしまう。  
特許文献２では、撮影用光電変換素子とは別にＡＦ用光電変換素子を設けなければならないので、撮影用として有効な画素数が減少すると共に、開口率の低下を招き、撮影画像の画質が低下してしまう。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題点を解決するためになされるもので、撮影画像の画質を低下させることなく、高速な焦点調節を行うことが可能な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】
本発明の主要な局面に係る撮像装置は、撮像レンズ群とフォーカシングレンズ群とを光軸方向に配置して成る撮像光学系と、複数の画素が形成され、前記撮影光学系の前記撮像レンズ群から前記フォーカシングレンズ群を通して被写体からの像を受光し、当該被写体像を前記複数の画素ごとにそれぞれ各電気信号に変換して出力する撮像素子と、前記撮像素子の出力に応じた前記被写体像のコントラストに基づき、前記撮像光学系のフォーカシングレンズ群を光軸方向に移動させて焦点調節を行うフォーカシング手段とを備えた撮像装置において、前記撮像素子は、前記各画素に対応する複数のマイクロレンズを有し、当該複数のマイクロレンズは、それぞれの前記複数の結像面が前記撮影光学系に近いほど曲率半径が大きくなるように形成され、かつ前記マイクロレンズそれぞれの位置を光軸方向に異ならせて設け、前記光軸方向の異なる各位置に複数の結像面を形成し、前記フォーカシング手段は、前記撮像素子の前記複数の結像面に対応する前記各電気信号のうち前記光軸方向に異ならせて設けられた前記各マイクロレンズの前記各位置に対応する前記各電気信号を入力し、これら電気信号に基づく前記コントラスト値から合焦状態、前ピン状態又は後ピン状態を判定し、当該判定結果である前記合焦状態、前記前ピン状態又は前記後ピン状態に応じて前記コントラスト値が高くなる前記フォーカシングレンズ群の移動方向を判定し、当該判定の結果、前記合焦状態であれば前記フォーカシングレンズ群を移動せず、前記前ピン状態であれば前記フォーカシングレンズ群を前記光軸方向に沿って前記撮像レンズ群側に移動し、前記後ピン状態であれば前記フォーカシングレンズ群を前記光軸方向に沿って前記撮像素子側に移動して合焦状態とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮影画質を低下させることなく、高速な焦点調節を行うことができる撮像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る撮像装置の第１の実施の形態を示す概略構成図。
【図２】同装置を示すブロック構成図。
【図３】同装置における撮像素子を示す具体的な断面構成図。
【図４】同装置の撮像素子におけるＲＧＢ画素のベイヤー配列を示す図。
【図５】同装置において合焦状態にあるときの各マイクロレンズ別の各コントラスト値を示す図。
【図６】同装置において前ピン状態にあるときの各マイクロレンズ別の各コントラスト値を示す図。
【図７】同装置において後ピン状態にあるときの各マイクロレンズ別の各コントラスト値を示す図。
【図８】同装置における撮影動作フローチャート。
【図９】同装置におけるＡＦ処理フローチャート。
【図１０】本発明に係る撮像装置の第２の実施の形態における撮像素子を示す具体的な断面構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。  
図１は撮像装置の概略構成図を示す。撮像装置１は、撮像光学系５０と、撮像素子２１と、液晶表示部２９とを有する。撮像光学系５０は、撮像レンズ群５１と、フォーカシングレンズ群５２とを有するもので、被写体からの光学像（被写体像）を撮像素子２１に集光する。フォーカシングレンズ群５２は、撮像光学系５０の光軸方向Ｑに沿って移動可能である。
【００１１】
図２は本装置１のブロック構成図を示す。本装置１には、ＣＰＵから成る制御部１１を搭載する。この制御部１１には、フォーカシング駆動機構３０と、プログラム／データ記憶部１２と、操作部１３とが接続されている。又、制御部１１には、バス１４を介して撮像処理部２２と、ＳＤＲＡＭ２３と、画像処理部２４と、圧縮伸張部２５と、記録・再生部２６と、表示処理部２８とが接続されている。このうち撮像処理部２２には、撮像素子２１が接続されている。記録・再生部２６には、画像記憶部２７が接続されている。表示処理部２８には、液晶表示部２９が接続されている。  
操作部１３は、例えば電源ボタン、レリーズボタン、再生モードのボタン、動画モードのボタン、静止画モードのボタン等の各種入力ボタン等を有する。この操作部１３は、タッチパネル等で構成されていても良い。
【００１２】
フォーカシング駆動機構３０は、モータ等を有し、撮像光学系５０におけるフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに駆動する。  
撮像素子２１は、撮像光学系５０を介して集光された被写体像を撮像し、被写体像を電気信号（以降、アナログ撮像信号と称する）として出力する。この撮像素子２１は、例えばＣＭＯＳ方式の撮像素子でもＣＣＤ方式の撮像素子でも良い。
【００１３】
図３は撮像素子２１の具体的な断面構成図を示す。この撮像素子２１は、ベース６５の上面に配線層６４と、受光素子群６３と、カラーフィルタ６２とを順次積層して形成し、さらにカラーフィルタ６２上にマイクロレンズ本体６１を形成して成る。ここで、ベース６５の上面をＸＹ方向から成るＸＹ平面とし、撮像光学系５０の光軸方向ＱをＺ方向とすると、受光素子群６３は、複数の受光素子６３ｅをＸＹ平面上に一定間隔毎に配列して形成されている。これら受光素子６３ｅは、それぞれ撮像光学系５０により集光された被写体像の受光量に応じた電気信号を出力する。これら受光素子６３ｅの個々によりそれぞれ１画素が形成される。従って、撮像素子２１は、各受光素子６３ｅにより得られる各電気信号を所定の読み出し順序に従って読み出すことによりアナログ撮像信号として出力する。
【００１４】
カラーフィルタ６２は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の複数のフィルタ６２ｒ、６２ｇ、６２ｂから成る。これらフィルタ６２ｒ、６２ｇ、６２ｂは、それぞれ複数の受光素子６３ｅの配置位置に対応して設けられている。これらフィルタ６２ｒ、６２ｇ、６２ｂは、図４に示すようなＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素から成るベイヤー配列に従っている。すなわち、カラーフィルタ６２は、１つのＲ画素と２つのＧ画素と１つのＢ画素とを１グループ化し、このグループを縦横方向に一定間隔で配列して成る。なお、図３に示す撮像素子２１の断面構成図は、図４に示すＷ−Ｗ断面を示す。
【００１５】
マイクロレンズ本体６１は、複数のマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃを一体的に形成して成る。これらマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、それぞれ複数の受光素子６３ｅの各配置位置に対応して設けられている。これらマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、それぞれ曲率半径Ｒ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）に形成された各球面の各位置をそれぞれ光軸方向Ｑに異ならして設けられている。マイクロレンズ６１ａは、球面の先端と受光素子６３ｅの受光面６３ｆとの距離がＡである。マイクロレンズ６１ｂは、球面の先端と受光素子６３ｅの受光面６３ｆとの距離がＢである。マイクロレンズ６１ｃは、球面の先端と受光素子６３ｅの受光面６３ｆとの距離がＣである。これら距離Ａ、Ｂ、Ｃの関係は、距離Ａが最も長く、次に距離Ｂ、次に距離Ｃであって、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係になっている。
【００１６】
図４中、１グループのＲ画素とＧ画素とＢ画素との中心に符号「ａ」「ｂ」「ｃ」が付されているが、これら符号「ａ」「ｂ」「ｃ」は、それぞれ各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃの球面の先端と受光素子６３ｅの受光面６３ｆとの距離Ａ、Ｂ、Ｃに対応する。従って、符号「ａ」の１グループの１つのＲ画素と２つのＧ画素と１つのＢ画素とは、全て球面の先端と受光素子６３ｅの受光面６３ｆとの距離Ａの各マイクロレンズ６１ａが配置されている。なお、かかる符号「ａ」の１グループ内の各マイクロレンズ６１ａをマイクロレンズ群６１ａとも称する。同様に、符号「ｂ」の１グループの１つのＲ画素と２つのＧ画素と１つのＢ画素とは、全て球面の先端と受光素子６３ｅの受光面６３ｆとの距離Ｂの各マイクロレンズ（マイクロレンズ群）６１ｂが配置されている。符号「ｃ」の１グループの１つのＲ画素と２つのＧ画素と１つのＢ画素とは、全て球面の先端と受光素子６３ｅの受光面６３ｆとの距離Ｃの各マイクロレンズ（マイクロレンズ群）６１ｃが配置されている。  
各マイクロレンズ群６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、図４に示すように例えば、横方向にマイクロレンズ群６１ａ、６１ｂ、６１ｃの順で繰り返し配置されると共に、縦方向にマイクロレンズ群６１ａ、６１ｂ、６１ｃの順で繰り返し配置される。
【００１７】
各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、それぞれ異なる曲率半径Ｒ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）に形成されている。これらマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃの曲率半径Ｒ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）は、当該各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃと各受光素子６３ｅの受光面６３ｆとの間の距離が長い程、換言すれば、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃと撮像光学系５０との距離が短い程、大きくなるように形成されている。各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃのうち撮像光学系５０との距離が最も短い、換言すれば、受光面６３ｆとの距離が長いのはマイクロレンズ６１ａであり、次に短いのはマイクロレンズ６１ｂであり、次に短いのはマイクロレンズ６１ｃである。このような各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃと撮像光学系５０（または受光面６３ｆ）との距離の関係によりマイクロレンズ６１ａの曲率半径はＲ１、マイクロレンズ６１ｂの曲率半径はＲ２、マイクロレンズ６１ｃの曲率半径はＲ３に形成されており、これら曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、曲率半径Ｒ１が最も大きく、次に曲率半径Ｒ２、次に曲率半径Ｒ３であって、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係になっている。
【００１８】
このような各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃであれば、合焦状態にある場合、マイクロレンズ６１ｂによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆ上にあり、マイクロレンズ６１ａによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆの前方すなわち前ピン状態にあり、マイクロレンズ６１ｃによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆの後方すなわち後ピン状態にある。  
又、各曲率半径は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３の関係になっているので、各受光素子６３ｅの集光効率は高く、各受光素子６３ｅには撮像光学系５０を通過した光を効率よく受光することができ、被写体が低輝度の場合により有効である。  
さらに、曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の設定値を微調整することにより、対応する受光素子６３ｅの焦点位置を微調整することが可能である。例えば、曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に対応する受光素子６３ｅの各焦点位置の差を小さくすれば、ピント検出精度を向上させることが可能である。
【００１９】
撮像処理部２２は、撮像素子２１から出力されたアナログ撮像信号に対して各種のアナログ処理、例えばリセットノイズの低減処理、波形整形処理、ゲイン制御処理を行い、これらアナログ処理されたアナログ撮像信号をデジタル信号（以降、撮像データと称する）に変換する。この撮像データは、画像処理部２４による画像処理前のデジタル画像であり、ＲＡＷデータとも呼ばれる。
【００２０】
画像処理部２４は、撮像データに対する各種の画像処理を行って画像データを生成する。この画像処理部２４は、例えば、撮像データにおける暗電流成分の影響を除去するためのＯＢ減算処理と、撮像データの色バランスを補正するＷＢ補正処理と、１画素が１つの色成分に対応している撮像データを１画素が３つの色成分に対応している撮像データに変換する同時化処理と、撮像データ全体の色相や彩度の調節の処理と、撮像データに対するガンマ変換処理、色再現処理と、撮像データにおけるエッジ成分を強調するエッジ強調処理と、撮像データにおけるノイズ成分を除去するＮＲ処理とを行う。
【００２１】
圧縮伸張部２５は、画像の記録時に、画像処理部２４によって得られた画像データに対してＪＰＥＧ方式等の静止画圧縮処理又はＭＰＥＧ方式等の動画圧縮処理を施す。圧縮伸張部２５は、画像の再生時に、圧縮処理が施された画像データに対して展開（伸張）処理を施す。  
記録・再生部２６は、画像の記録時に、画像処理部２４により得られた画像データ又は圧縮伸張部２５により伸張された画像データを画像記憶部２７に記録し、かつ画像の再生時に、画像記憶部２７に記録されている画像データを読み出して表示処理部２８に送る。  
表示処理部２８は、画像処理部２４により得られた画像データ、又は圧縮伸張部２５により伸張された画像データを映像信号に変換して液晶表示部２９に出力する。この液晶表示部２９は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、表示処理部２８からの映像信号に基づく画像を表示する。
【００２２】
プログラム／データ記憶部１２には、本装置１の静止画モード、動画モード、再生モード等を含む動作全体を統括的に制御するためのカメラ動作制御プログラムが予め記憶されている。このカメラ動作制御プログラムは、撮像素子２１の出力に応じた被写体像のコントラストに基づき、撮像光学系５０のフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに移動させて焦点調節を行うフォーカシング制御プログラムを含む。このフォーカシング制御プログラムは、制御部１１に、撮像素子２１から出力される各電気信号のうち光軸方向Ｑにそれぞれ異ならせて設けられた各マイクロレンズ群６１ａ、６１ｂ、６１ｃに対応する各電気信号を入力し、これら電気信号に基づくコントラスト値から合焦状態、前ピン状態又は後ピン状態を判定する判定機能と、この判定機能により判定された合焦状態、前ピン状態又は後ピン状態に応じてフォーカシングレンズ群５２の移動方向を判定し、この判定された光軸方向Ｑ上の移動方向にフォーカシングレンズ群５２を移動させて焦点調節を行う焦点調節機能とを実現させる。
【００２３】
制御部１１は、プログラム／データ記憶部１２に記憶されているカメラ動作制御プログラムを実行することによりフォーカシング手段としてのフォーカシング制御部１１１を有する。このフォーカシング制御部１１１は、撮像素子２１から出力されるアナログ撮像信号に応じた被写体像のコントラストに基づき、撮像光学系５０のフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに移動、例えばコントラスト値の高くなるフォーカシングレンズ群５２の移動方向を判定し、この判定された移動方向にフォーカシングレンズ群５２を移動させてオートフォーカス（ＡＦ）処理を行う。
【００２４】
具体的に、フォーカシング制御部１１１は、撮像処理部２２によりアナログ処理された撮像データを取り込み、この取り込んだ撮像データ中の１つのＲ画素、２つのＧ画素、１つのＢ画素に対応する４つのデータ（ＲＧＢの色情報）から各グループ別、すなわち各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求める。  
なお、被写体が低輝度の場合、フォーカシング制御部１１１は、撮像処理部２２によりアナログ処理された撮像データを取り込み、この取り込んだ撮像データ中から図４に示す１グループ中のＲＧＢ画素に対応する４つのデータを（ＲＧＢの色情報）抽出して加算し、この加算データから各グループ別、すなわち各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求めてもよい。
【００２５】
フォーカシング制御部１１１は、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃから合焦状態、前ピン状態又は後ピン状態を判定し、これら合焦状態、前ピン状態又は後ピン状態に応じてフォーカシングレンズ群５２の移動方向を判定する。
【００２６】
図５は合焦状態にあるときの受光素子６３ｅの受光面（結像面）６３ｆの位置に対する各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを示す。コントラスト値Ｃは、合焦点において最も高い値を示し、その前後で合焦から離れるに従って順次低い値を示す。従って、合焦状態にあるとき、各マイクロレンズ６１ｂに対応する各グループの各画素から求められるコントラスト値Ｃｂが最も高くなり、他の各マイクロレンズ６１ａ、６１ｃの各コントラスト値Ｃａ、Ｃｃは、コントラスト値Ｃｂよりも低くなる。なお、図３は上記説明の通り合焦状態にあり、マイクロレンズ６１ｂによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆ上にあり、マイクロレンズ６１ａによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆの前方にあり、マイクロレンズ６１ｃによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆの後方にある。  
合焦状態にあるとき、フォーカシング制御部１１１は、フォーカシングレンズ群５２を撮像光学系５０の光軸方向Ｑに沿って移動せずにフォーカシングレンズ群５２の光軸方向Ｑの位置を保持する。
【００２７】
図６は前ピン状態にあるときの受光素子６３ｅの受光面（結像面）６３ｆの位置に対する各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを示す。前ピン状態にあるとき、各マイクロレンズ６１ｃに対応する各グループの各画素から求められるコントラストＣｃ値が最も高くなり、次に各マイクロレンズ６１ｂのコントラスト値Ｃｂ、次に各マイクロレンズ６１ａのコントラスト値Ｃａの順に低下する。  
前ピン状態にあるとき、フォーカシング制御部１１１は、図６に示すようにフォーカシングレンズ群５２を前ピン状態から合焦状態にする方向、すなわちフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに沿って撮像素子２１側に移動する。フォーカシング制御部１１１は、フォーカシングレンズ群５２を移動し、合焦状態、すなわち各マイクロレンズ６１ｂに対応する各グループの各画素から求められるコントラスト値Ｃｂが最も高くなり、他の各マイクロレンズ６１ａ、６１ｃの各コントラスト値Ｃａ、Ｃｃは、コントラスト値Ｃｂよりも低くなると、フォーカシングレンズ群５２の光軸方向Ｑの位置を保持する。
【００２８】
図７は後ピン状態にあるときの受光素子６３ｅの受光面（結像面）６３ｆの位置に対する各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを示す。後ピン状態にあるとき、各マイクロレンズ６１ａに対応する各グループの各画素から求められるコントラスト値Ｃａが最も高くなり、次に各マイクロレンズ６１ｂのコントラストＣｂ値、次に各マイクロレンズ６１ｃのコントラスト値Ｃｃの順に低下する。  
後ピン状態にあるとき、フォーカシング制御部１１１は、図７に示すようにフォーカシングレンズ群５２を後ピン状態から合焦状態にする方向、すなわちフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに沿って撮像レンズ群５１側に移動する。フォーカシング制御部１１１は、フォーカシングレンズ群５２を移動し、合焦状態になると、フォーカシングレンズ群５２の光軸方向Ｑの位置を保持する。
【００２９】
次に、上記の如く構成された撮像装置１の撮影動作について図８に示す撮影動作フローチャートに従って説明する。  
制御部１１は、操作部１３の電源ボタンが操作されて電源が投入されると、ステップＳ１において、静止画記録、動画記録かどうかを示す記録中フラグをオフ（ＯＦＦ）に設定する。  
制御部１１は、ステップＳ２において、再生ボタンが押されたか否かを判定する。この判定の結果、再生ボタンが押されると、制御部１１は、ステップＳ３に移り、再生モードに設定する。この再生モードにおいて、制御部１１は、画像データの再生の指示を記録・再生部２６に発する。この記録・再生部２６は、画像記憶部２７に記録されている画像データを読み出して表示処理部２８に送る。この表示処理部２８は、画像処理部２４により得られた画像データ、又は圧縮伸張部２５により伸張された画像データを映像信号に変換して液晶表示部２９に出力する。これにより、液晶表示部２９は、表示処理部２８からの映像信号に基づく画像を表示する。
【００３０】
制御部１１は、ステップＳ４において、動画ボタンが押されたか否かを判定する。この判定の結果、動画ボタンが押されると、制御部１１は、ステップＳ５に移り、記録中フラグを反転してオン（ＯＮ）に設定する。動画ボタンが押されなければ、制御部１１は、記録中フラグをオフ（ＯＦＦ）の状態とする。
【００３１】
制御部１１は、ステップＳ６において、記録中フラグがオン（ＯＮ）に設定されているか否か、すなわち動画の記録中であるか否かを判定する。この判定の結果、記録中フラグがオフ（ＯＦＦ）であれば、制御部１１は、ステップＳ７に移り、レリーズボタンが押されて、オフ（ＯＦＦ）状態から半押し（１ｓｔ）状態に遷移したか否かを判定する。  
この判定の結果、レリーズボタンが半押し（１ｓｔ）状態に遷移すると、制御部１１は、ステップＳ８において、ＡＥ処理、すなわち撮像処理部２２により得られた撮像データから被写体の輝度を算出し、シャッターのシャッター速度データや絞りの絞り値データ、感度等の露出条件を決定する。  
一方、ステップＳ７にて、レリーズボタンが押されていない、オフ（ＯＦＦ）状態の場合は、ステップＳ２に戻り、処理を繰り返す。
【００３２】
制御部１１のフォーカシング制御部１１１は、ステップＳ９において、ＡＦ処理、すなわち撮像素子２１から出力されるアナログ撮像信号に応じた被写体像のコントラストに基づき、撮像光学系５０のフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに移動、例えばコントラスト値の高くなるフォーカシングレンズ群５２の移動方向を判定し、この判定された移動方向にフォーカシングレンズ群５２を移動させてオートフォーカス（ＡＦ）処理を行う。
【００３３】
次に、図９に示すＡＦ処理フローチャートに従ってＡＦ処理について説明する。  
フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２０において、撮像処理部２２によりアナログ処理された撮像データを取り込み、この取り込んだ撮像データ中の１つのＲ画素、２つのＧ画素、１つのＢ画素に対応する４つのデータ（ＲＧＢの色情報）から各グループ別、すなわち各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求める。  
なお、被写体が低輝度の場合、フォーカシング制御部１１１は、撮像処理部２２によりアナログ処理された撮像データを取り込み、この取り込んだ撮像データ中から図４に示す１グループ中のＲＧＢ画素に対応する４つのデータを（ＲＧＢの色情報）抽出して加算し、この加算データから各グループ別、すなわち各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求めてもよい。
【００３４】
フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２１において、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃから合焦状態であるのか否かを判定する。この判定の結果、図５に示すように各マイクロレンズ６１ｂに対応する各グループの各画素から求められるコントラスト値Ｃｂが最も高くなり、他の各マイクロレンズ６１ａ、６１ｃの各コントラスト値Ｃａ、Ｃｃがコントラスト値Ｃｂよりも低く、かつコントラスト値ＣｃとＣｂが所定の関係、例えば等しい、差が所定値以内にあれば、フォーカシング制御部１１１は、合焦状態にあると判定する。
【００３５】
このとき、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃの焦点位置は、図３に示すようにマイクロレンズ６１ｂによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆ上にあり、マイクロレンズ６１ａによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆの前方にあり、マイクロレンズ６１ｃによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆの後方にある。  
合焦状態にあるとき、フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２２に移り、フォーカシングレンズ群５２を撮像光学系５０の光軸方向Ｑに沿って移動せずにフォーカシングレンズ群５２の光軸方向Ｑの位置を保持する。そして、フォーカシング制御部１１１は、ＡＦ処理を終了する。
【００３６】
一方、合焦状態でなく、前ピン状態又は後ピン状態のいずれかの状態であれば、フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２３において、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃから前ピン状態又は後ピン状態のいずれかの状態であるのかを判定する。
【００３７】
例えば、図６に示すように各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃが各マイクロレンズ６１ｃに対応する各グループの各画素から求められるコントラストＣｃ値が最も高くなり、次に各マイクロレンズ６１ｂのコントラスト値Ｃｂ、次に各マイクロレンズ６１ａのコントラスト値Ｃａの順に低下していれば、フォーカシング制御部１１１は、前ピン状態にあると判定する。  
フォーカシング制御部１１１は、前ピン状態にあるとき、ステップＳ２４において、フォーカシングレンズ群５２を前ピン状態から合焦状態にする方向、すなわちフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに沿って撮像素子２１側に移動する。このフォーカシングレンズ群５２の移動により合焦状態、すなわちステップＳ２１において、各マイクロレンズ６１ｂに対応する各グループの各画素から求められるコントラスト値Ｃｂが最も高くなり、他の各マイクロレンズ６１ａ、６１ｃの各コントラスト値Ｃａ、Ｃｃは、コントラスト値Ｃｂよりも低くなったと判定すると、ステップＳ２２に移り、フォーカシングレンズ群５２の光軸方向Ｑの位置を保持する。
【００３８】
又、図７に示すように各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃが各マイクロレンズ６１ａに対応する各グループの各画素から求められるコントラストＣａ値が最も高くなり、次に各マイクロレンズ６１ｂのコントラスト値Ｃｂ、次に各マイクロレンズ６１ｃのコントラスト値Ｃｃの順に低下していれば、フォーカシング制御部１１１は、後ピン状態にあると判定する。  
フォーカシング制御部１１１は、後ピン状態にあるとき、ステップＳ２５において、フォーカシングレンズ群５２を後ピン状態から合焦状態にする方向、すなわちフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに沿って撮像レンズ５１側に移動する。このフォーカシングレンズ群５２の移動により合焦状態、すなわちステップＳ２１において、各マイクロレンズ６１ｂに対応する各グループの各画素から求められるコントラスト値Ｃｂが最も高くなり、他の各マイクロレンズ６１ａ、６１ｃの各コントラスト値Ｃａ、Ｃｃは、コントラスト値Ｃｂよりも低くなったと判定すると、ステップＳ２２に移り、フォーカシングレンズ群５２の光軸方向Ｑの位置を保持する。  
以上で、図９に示すＡＦ処理の動作を終了し、図８に示す撮影動作フローチャートに戻る。
【００３９】
上記合焦状態に、レリーズボタンが半押し（１ｓｔ）状態から全押し（２ｓｔ）状態になると、制御部１１は、ステップＳ１２に移り、シャッターを開放して静止画の撮影を行う。この静止画の撮影時、制御部１１は、上記ステップＳ８のＡＥ処理により決定されたシャッターのシャッター速度データや絞りの絞り値データ、感度等の露出条件が用いられる。  
さらに、制御部１１は、以下の処理を行う。すなわち、撮像処理部２２は、撮像素子２１から出力されたアナログ撮像信号を入力する。このアナログ撮像信号は、撮像素子２１の各受光素子６３ｅにより得られる各電気信号を所定の読み出し順序に従って読み出すことにより得られるものである。撮像処理部２２は、入力したアナログ撮像信号に対して各種のアナログ処理、例えばリセットノイズの低減処理、波形整形処理、ゲイン制御処理を行い、撮像データに変換する。
【００４０】
画像処理部２４は、例えば、撮像データにおける暗電流成分の影響を除去するためのＯＢ減算処理と、撮像データの色バランスを補正するＷＢ補正処理と、１画素が１つの色成分に対応している撮像データを１画素が３つの色成分に対応している撮像データに変換する同時化処理と、撮像データ全体の色相や彩度の調節の処理と、撮像データに対するガンマ変換処理、色再現処理と、撮像データにおけるエッジ成分を強調するエッジ強調処理と、撮像データにおけるノイズ成分を除去するＮＲ処理となどを行って画像データを生成する。
【００４１】
圧縮伸張部２５は、画像の記録時に、画像処理部２４によって得られた画像データに対してＪＰＥＧ方式等の静止画圧縮処理又はＭＰＥＧ方式等の動画圧縮処理を施す。  
記録・再生部２６は、画像の記録時に、画像処理部２４により得られた画像データ又は圧縮伸張部２５により伸張された画像データを画像記憶部２７に記録する。  
そして、静止画撮影を行った後、制御部１１は、ステップＳ１０に移行する。  
また、上記ステップＳ１１の判定の結果、レリーズボタンが全押し（２ｓｔ）状態にならなければ、制御部１１は、ステップＳ２に戻り、処理を繰り返す。
【００４２】
上記ステップＳ６の判定の結果、記録中フラグがオン（ＯＮ）であれば、制御部１１は、ステップＳ１３に移行してＡＥ処理を行い、ステップＳ１４に移り、上記ステップＳ９と同様に、フォーカシング制御部１１１によって上記図９に示すＡＦ処理フローチャートを実行し、ＡＦ処理を行う。  
この後、制御部１１は、ステップＳ１５において、動画撮影を開始してステップＳ１０に移行する。  
制御部１１は、ステップＳ１０において、電源ボタンが操作されて電源がオフ（ＯＦＦ）されたか否かを判定し、電源オフされなければ、ステップＳ２に戻り、電源オフされると、終了する。
【００４３】
このように上記第１の実施の形態によれば、それぞれ複数の受光素子６３ｅの各配置位置に対応して設けられ、それぞれ各曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に形成された各球面を有し、かつ球面の先端と各受光素子６３ｅの各受光面６３ｆとの距離がそれぞれＡ、Ｂ、Ｃで、これら距離Ａ、Ｂ、Ｃの関係がＡ＞Ｂ＞Ｃを有する複数のマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃを設けたので、撮影画質を低下させることなく、高速な焦点調節を行うことができる。
【００４４】
すなわち、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃから合焦状態、又は前ピン状態、後ピン状態であるのかを判定できるので、この判定結果から合焦状態であれば、フォーカシングレンズ群５２を移動せず、前ピン状態であれば、フォーカシングレンズ群５２を撮像レンズ群５１側に移動し、後ピン状態であれば、フォーカシングレンズ群５２を撮像素子２１側に移動し、前ピン状態又は後ピン状態を判定した直後にフォーカシングレンズ群５２を合焦する方向に移動でき、高速な焦点調節を実現できる。
【００４５】
ＡＦ処理は、例えば山登り法によってフォーカシングレンズ群５２を移動しながらコントラスト値を取得し、このうちの最大値を示すコントラスト値を合焦位置として検出しているが、この合焦位置を検出するまでに、フォーカシングレンズ群５２を一方向に移動し、合焦位置の候補を検出すると、今度はフォーカシングレンズ群５２を逆方向に移動して合焦位置の候補を合焦位置として確定する処理を行う。これに対して本装置１では、各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃによる合焦状態、前ピン状態、又は後ピン状態の判定結果からフォーカシングレンズ群５２の移動方向を決定できるので、山登り法によりも高速にＡＦ処理をすることが出来る。
【００４６】
ＡＦ処理を行うときは、撮像処理部２２によりアナログ処理された撮像データ中から図４に示す１グループ中のＲＧＢ画素に対応する４つのデータを抽出して加算し、この加算データから各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求めるので、これらコントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求めるに要する処理時間を短くできる。そのうえ、これらコントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃは、ＲＧＢ画素の色情報を含んでいるので、被写体を撮影して取得される画像データと一致したコントラスト値となり、正確なＡＦ処理ができる。  
特に、被写体が低輝度の場合、図４に示すそれぞれ同一距離Ａ、Ｂ、Ｃにある１グループ中のＲＧＢ画素に対応する４つのデータを抽出して加算して各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求めるので、被写体が低輝度であっても、正確なＡＦが可能である。
【００４７】
被写体を撮影してその画像データを取得するときには、撮像素子２１の全画素のＲＧＢ画素の色情報を用いるので、撮影に用いる画素数を減少することなく、開口効率を向上でき、画像の画質を向上できる。  
撮像素子２１のＲＧＢ画素に対応する４つのＲＧＢの色情報から各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求めるので、上記の通り被写体を撮影して取得される画像データと一致したコントラスト値となり、撮像レンズ群５１の絞り口径の変化に対して当該コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを補正する必要がなく、そのうえ、被写体が低輝度であっても、充分な光量を確保できて、正確なコントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを取得できる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と相違するところについて説明する。  
図１０は撮像素子２１の具体的な断面構成図を示す。マイクロレンズ本体６１は、複数のマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃを一体的に形成して成る。これらマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、それぞれ同一の曲率半径Ｒａに形成されている。  
このような各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃであれば、合焦状態にある場合、マイクロレンズ６１ｂによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆ上にあり、マイクロレンズ６１ａによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆの前方すなわち前ピン状態にあり、マイクロレンズ６１ｃによる焦点位置が受光素子６３ｅの受光面６３ｆの後方すなわち後ピン状態にある。
【００４９】
次に、ＡＦ処理について図９に示すＡＦ処理フローチャートに従って説明する。  
フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２０において、撮像処理部２２によりアナログ処理された撮像データを取り込み、この取り込んだ撮像データ中の１つのＲ画素、２つのＧ画素、１つのＢ画素に対応する４つのデータ（ＲＧＢの色情報）から各グループ別、すなわち各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求める。被写体が低輝度の場合、フォーカシング制御部１１１は、撮像処理部２２によりアナログ処理された撮像データを取り込み、この取り込んだ撮像データ中から図４に示す１グループ中のＲＧＢ画素に対応する４つのデータを（ＲＧＢの色情報）抽出して加算し、この加算データから各グループ別、すなわち各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを求めてもよい。
【００５０】
フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２１において、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃから合焦状態であるのか否かを判定する。この判定の結果、合焦状態であると、フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２２に移り、フォーカシングレンズ群５２を撮像光学系５０の光軸方向Ｑに沿って移動せずにフォーカシングレンズ群５２の光軸方向Ｑの位置を保持する。
【００５１】
一方、合焦状態でなければ、フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２３において、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ別の各コントラスト値Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃから前ピン状態又は後ピン状態のいずれかの状態であるのかを判定する。  
この判定の結果、図６に示すように前ピン状態であれば、フォーカシング制御部１１１は、前ピン状態にあるとき、ステップＳ２４において、フォーカシングレンズ群５２を前ピン状態から合焦状態にする方向、すなわちフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに沿って撮像レンズ群５１側に移動する。  
図７に示すように後ピン状態であれば、フォーカシング制御部１１１は、ステップＳ２５において、フォーカシングレンズ群５２を後ピン状態から合焦状態にする方向、すなわちフォーカシングレンズ群５２を光軸方向Ｑに沿って撮像素子２１側に移動する。
【００５２】
このように上記第２の実施の形態によれば、それぞれ複数の受光素子６３ｅの各配置位置に対応して設けられ、それぞれ同一の曲率半径Ｒａに形成された各球面を有し、かつ球面の先端と各受光素子６３ｅの各受光面６３ｆとの距離がそれぞれＡ、Ｂ、Ｃで、これら距離Ａ、Ｂ、Ｃの関係がＡ＞Ｂ＞Ｃを有する複数のマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃを設けたとしても、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。  
又、各マイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、同一の曲率半径Ｒaに形成されているので、より容易に製造が可能であるという利点を有する。
【００５３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
複数のマイクロレンズ６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、光軸方向Ｑに少なくとも２つの異なる位置に設けても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１：撮像装置、１１：制御部、１２：プログラム／データ記憶部、１３：操作部、１４：バス、２１：撮像素子、２２：撮像処理部、２３：ＳＤＲＡＭ、２４：画像処理部、２５：圧縮伸張部、２６：記録・再生部、２８：表示処理部、２７：画像記憶部、２９：液晶表示部、３０：フォーカシング駆動機構、５０：撮像光学系、５１：撮像レンズ群、５２：フォーカシングレンズ群、６１：マイクロレンズ本体、６１ａ，６１ｂ，６１ｃ：マイクロレンズ、６２：カラーフィルタ、６３：受光素子群、６３ｅ：受光素子、６２ｒ，６２ｇ，６２ｂ：フィルタ、６３ｆ：受光素子の受光面、６４：配線層、６５：ベース、１１１：フォーカシング制御部。
【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】
0005769455.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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