(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配列された複数の画素を有し、撮像光学系からの光束により形成された第１の被写体像信号、並びに、前記撮像光学系からの光束のうち、瞳分割されて形成された第２の被写体像及び第３の被写体像をそれぞれ光電変換し、第２の被写体像信号及び第３の被写体像信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子が出力する、少なくとも１ラインの前記第２の被写体像信号及び少なくとも１ラインの前記第３の被写体像信号に基づいて、２像の間隔を演算する相関演算部と、
前記相関演算部が演算する前記２像の間隔と、前記撮像素子が出力する前記第１の被写体像信号に基づいて、前記第１の被写体像信号に基づく画像の一部を前記２像の間隔に応じて移動した画像を生成するフォーカス補助図生成部と、
前記撮像素子が出力する前記第１の被写体像信号及び前記フォーカス補助図生成部が生成する前記第１の被写体像信号に基づく画像の一部を前記２像の間隔に応じて移動した前記画像に基づいて、前記第１の被写体像信号のみに基づく画像のスプリットイメージである表示用画像を構成する表示画像構成部と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
さらに、前記２像の間隔が所定の値よりも大きいとき、前記第１の被写体像信号に基づく画像の一部を前記２像の間隔に応じて移動した前記画像の代わりに、前記第１の被写体像信号に対応する画像を表示する表示部を有す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】
複数の補正値を格納する補正値格納部をさらに有し、
前記フォーカス補助図生成部は、前記補正値格納部に格納されている複数の前記補正値の中から選択した前記補正値により前記相関演算部が演算する前記２像の間隔を補正し、前記補正した前記２像の間隔に基づいて、前記第１の被写体像信号に基づく画像の一部を前記２像の間隔に応じて移動した前記画像を生成す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】
前記撮像光学系の光路内に配置され開口径が調節可能な絞り部をさらに有し、
前記フォーカス補助図生成部は、撮影時の前記絞り部の開口径に基づいて、前記相関演算部が演算する前記２像の間隔を補正することを特徴とする請求項３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、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された撮像素子を用いた撮像装置において、マニュアルフォーカス（ＭＦ）時に、フォーカスを補助するためのガイドイメージとして、例えばスプリットイメージを表示する。例えば、特許文献１には、ガイドイメージにより、使い勝手の良い撮像装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、フォーカシングに際して、視覚的に理解しやすいフォーカスガイド画像を表示する構成が開示されている。この構成では、画像取得手段は、瞳分割手段によって分割された光束により形成された第１の被写体像及び第２の被写体像をそれぞれ光電変換して第１の画像及び第２の画像を生成する。また、表示手段は、画像を表示する。処理手段は、第１の画像及び第２の画像を重畳させた重畳画像を表示手段に表示させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６３２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、瞳分割部によって分割された光束により形成された少なくとも第２及び第３の被写体像よりスプリットイメージを生成するため、処理が複雑になってしまうという問題がある。
また、撮影者にとっては、フォーカシングの際、使い勝手が良いことが望ましい。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、処理が簡易で、構成が簡易なフォーカス補助手段を有す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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像装置は、
２次元に配列された複数の画素を有し、撮像光学系からの光束により形成された第１の被写体像信号、並びに、撮像光学系からの光束のうち、瞳分割されて形成された第２の被写体像及び第３の被写体像をそれぞれ光電変換し、第２の被写体像信号及び第３の被写体像信号を出力する撮像素子と、
撮像素子が出力する、少なくとも１ラインの第２の被写体像信号及び少なくとも１ラインの第３の被写体像信号に基づいて、２像の間隔を演算する相関演算部と、
相関演算部が演算する２像の間隔と、撮像素子が出力する第１の被写体像信号に基づいて、第１の被写体像信号に基づく画像の一部を２像の間隔に応じて移動した画像を生成するフォーカス補助図生成部と、
撮像素子が出力する第１の被写体像信号及びフォーカス補助図生成部が生成する第１の被写体像信号に基づく画像の一部を２像の間隔に応じて移動した画像に基づいて第１の被写体像信号のみに基づく画像のスプリットイメージである表示用画像を構成する表示画像構成部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、２像の間隔が所定の値よりも大きいとき、第１の被写体像信号に基づく画像の一部を２像の間隔に応じて移動した画像の代わりに、第１の被写体像信号に対応する画像を表示する表示部を有することが望ましい。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、複数の補正値を格納する補正値格納部をさらに有し、
フォーカス補助図生成部は、補正値格納部に格納されている複数の補正値の中から選択した補正値により相関演算部が演算する２像の間隔を補正し、補正した２像の間隔に基づいて、第１の被写体像信号に基づく画像の一部を２像の間隔に応じて移動した画像を生成することが望ましい。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、撮像光学系の光路内に配置され開口径が調節可能な絞り部をさらに有し、
フォーカス補助図生成部は、撮影時の絞り部の開口径に基づいて、相関演算部が演算する２像の間隔を補正することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、処理が簡易で、構成が簡易なフォーカス補助手段を有する撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラの内部構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るデジタルカメラの射出瞳の構成を示す図である。
【図３】本実施形態における撮像素子の光電変換部の構成を示す図である。
【図４】本実施形態における撮像素子の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【図５】本実施形態における撮像素子の内部構成を示す図である。
【図６】本実施形態における撮像素子の内部構成を示す図である。
【図７】撮像素子の構成（バリエーション１）を示す平面図である。
【図８】撮像素子の構成（バリエーション２）を示す平面図である。
【図９】撮像素子の構成（バリエーション３）を示す平面図である。
【図１０】撮像素子の構成（バリエーション４）を示す平面図である。
【図１１】本実施形態に係るデジタルカメラの構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】画像撮影時のフォーカシングの処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】２像間隔を算出する流れを示すフローチャートである。
【図１４】撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図１５】フォーカス補助図を説明する図である。
【図１６】スプリットイメージと絞りとの関係を説明する図である。
【図１７】重み付けした相関演算結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る撮像装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
（第１実施形態）
（デジタルカメラ）
まず、本発明の実施形態に係る撮像装置を備えたカメラについて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１１の内部構成を示す図である。
デジタルカメラ１１は、交換レンズ１２と、カメラボディ１３と、から構成され、交換レンズ１２はマウント部１４によりカメラボディ１３に装着される。
【００１５】
交換レンズ１２は、レンズ制御部３０、レンズ駆動部１６、絞り駆動部１５、ズーミング用レンズ１８、レンズ１９、フォーカシング用レンズ２０、及び、絞り２１を備えている。レンズ制御部３０は、マイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から成り、フォーカシング用レンズ２０と絞り２１の駆動制御、絞り２１、ズーミング用レンズ１８およびフォーカシング用レンズ２０の状態検出、並びに、ボディ制御部２４に対するレンズ情報の送信とカメラ情報の受信などを行う。
また、レンズの状態の他に、レンズデータそのものに関する諸元値は、レンズデータ格納部３２に格納されている。
【００１６】
絞り駆動部１５は、レンズ制御部３０を介して、ボディ制御部２４からの信号に基づいて、絞り２１の開口径を制御する。また、レンズ駆動部１６は、レンズ制御部３０を介して、ボディ制御部２４からの信号に基づいて、ズーミング用レンズ１８、フォーカシング用レンズ２０を駆動する。
【００１７】
カメラボディ１３は撮像素子２２、ボディ制御部２４、液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子２６、接眼レンズ２７、メモリカード２９などを備えている。撮像素子２２には後述する画素が二次元状に配列されており、交換レンズ１２の予定結像面に配置されて交換レンズ１２により結像される被写体像を撮像する。撮像素子２２の所定の焦点検出位置には焦点検出用画素（以下、ＡＦ用画素という）が配列される。
【００１８】
ここで、交換レンズ１２は撮像光学系に対応し、撮像素子２２は撮像素子に対応する。
【００１９】
ボディ制御部２４はマイクロコンピューターとメモリなどの周辺部品から構成され、撮像素子駆動回路２８を介して、撮像素子２２からの画像信号の読み出し、画像信号の補正、交換レンズ１２の焦点調節状態の検出、レンズ制御部３０からのレンズ情報の受信とカメラ情報（デフォーカス量）の送信、デジタルカメラ全体の動作制御などを行う。ボディ制御部２４とレンズ制御部３０は、マウント部１４の電気接点部２３を介して通信を行い、各種情報の授受を行う。
【００２０】
液晶表示素子駆動回路２５は、液晶ビューファインダーの液晶表示素子２６を駆動する。撮影者は接眼レンズ２７を介して液晶表示素子２６に表示された像を観察する。メモリカード２９はカメラボディ１３に脱着可能であり、画像信号を格納記憶する可搬記憶媒体である。
【００２１】
交換レンズ１２を通過して撮像素子２２上に形成された被写体像は、撮像素子２２により光電変換され、その出力はボディ制御部２４へ送られる。ボディ制御部２４は、撮像素子２２上のＡＦ用画素の出力データ（第１像信号、第２像信号）に基づいて所定の焦点検出位置におけるデフォーカス量に基づきレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量をレンズ制御部３０を介して、レンズ駆動部１６へ送る。また、ボディ制御部２４は、撮像素子２２の出力に基づいて生成した画像信号をメモリカード２９に格納するとともに、画像信号を液晶表示素子駆動回路２５へ送り、液晶表示素子２６に画像を表示させる。
【００２２】
カメラボディ１３には不図示の操作部材（シャッターボタン、焦点検出位置の設定部材など）が設けられており、これらの操作部材からの操作状態信号をボディ制御部２４が検出し、検出結果に応じた動作（撮像動作、焦点検出位置の設定動作、画像処理動作）の制御を行う。
【００２３】
レンズ制御部３０は、レンズ情報をフォーカシング状態、ズーミング状態、絞り設定状態、絞り開放Ｆ値などに応じて変更する。具体的には、レンズ制御部３０は、レンズ１８及びフォーカシング用レンズ２０の位置と絞り２１の絞り位置をモニターし、モニター情報に応じてレンズ情報を演算すること、あるいは予め用意されたルックアップテーブル、例えばレンズデータ格納部３２からモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ制御部３０は、受信したレンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ２０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。
【００２４】
（撮像素子の構成）
上述したデジタルカメラ１１の構成は、同一の符号を用いる構成は、以下の全ての実施例において共通する。次に、デジタルカメラ１１が有する撮像装置の撮像素子２２の構成について説明する。
【００２５】
図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る撮像装置の射出瞳の構成を示す図である。デジタルスチルカメラ１１における射出瞳Ｐは、図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、左右上下のうちの少なくとも２種類の瞳領域に対応する焦点検出用画素を有する。
具体例としては次の（１）〜（５）のとおりである。
【００２６】
（１）射出瞳Ｐを縦に２分割して、左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを配置したもの（図２（ａ））
（２）射出瞳Ｐを横に２分割して、上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを配置したもの（図２（ｂ））
（３）左側瞳検出用画素Ｌと右側瞳検出用画素Ｒを左右に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｃ））
（４）上側瞳検出用画素Ｕと下側瞳検出用画素Ｄを上下に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｄ））
（５）左側瞳検出用画素Ｌと下側瞳検出用画素Ｄを任意の位置に配置して、その一部を重ねたもの（図２（ｅ））
【００２７】
なお、測距用瞳の形状は、半円形状、楕円形状としたが、これに限定されず、他の形状、例えば矩形状、多角形状にすることもできる。
また、図２（ａ）と（ｂ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、図２（ｃ）と（ｄ）を組み合わせて上下左右の焦点検出用画素を配置してもよい、さらに、図２（ｃ）と（ｅ）を組み合わせて左右、斜め線検出の焦点検出用画素を配置してもよいが、これに限定されるものではない。
【００２８】
本実施形態の撮像装置では、瞳が異なる領域を有し、その領域の１つを透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第１像信号と、もう１つの領域を透過した光束を受光する光電変換部の出力から得られる第２像信号と、に基づいて位相差を検出し、撮影レンズの焦点状態を検出する。
以下、図３〜図６を参照して、具体的な射出瞳の分割例について説明する。
【００２９】
（光電変換部の分割）
まず、図３を参照して、撮像素子２２の光電変換部を分割することによって射出瞳を分割する例を説明する。
図３は、撮像素子２２の光電変換部の構成を示す図である。
撮像素子２２は、基板内に形成されたＰ型ウエル３１、Ｐ型ウエル３１と共に光電荷を発生させ蓄積するｎ型領域３２α、３２β、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積されている光電荷が転送される不図示のフローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」と称する。）、ｎ型領域３２α、３２βに蓄積された光電荷をＦＤ部へ効率よく転送するために光電荷を収集する表面ｐ＋層３３α、３３β、ＦＤ部へ光電荷を転送するための転送ゲート（不図示）、ゲート絶縁膜であるＳｉＯ２膜３４、ベイヤ配列のカラーフィルタ３５、及び、被写体からの光を集めるマイクロレンズ３６、を備える。
【００３０】
マイクロレンズ３６は、交換レンズ１２（図１）の瞳と表面ｐ＋層３３α、３３βとが、概略共役になるような形状及び位置に形成されている。光電荷は、模式的には、領域３７で発生する。
【００３１】
図３に示す例では、光電変換部が、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、に分割されており、これにより射出瞳が分割される。光線Ｌ３１、Ｌ３２は、ｎ形領域３２α及び表面ｐ＋層３３αと、ｎ形領域３２β及び表面ｐ＋層３３βと、にそれぞれ入射する。
【００３２】
（開口部を偏心）
次に、図４を参照して、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。
図４は、撮像素子２２の隣り合う二つの画素の構造を示す断面図である。
【００３３】
画素４１は、最上部から、順に、マイクロレンズ４２、マイクロレンズ４２を形成するための平面を構成するための平滑層４３、色画素の混色防止のための遮光膜４４、色フィルタ層をのせる表面を平らにするための平滑層４５、及び、光電変換素子４６が配置されている。画素５１も画素４１と同様に、最上部から、順に、マイクロレンズ５２、平滑層５３、遮光膜５４、平滑層５５、及び、光電変換素子５６が配置されている。
【００３４】
さらに、これらの画素４１、５１においては、遮光膜４４、５４が、光電変換素子４６、５６中心部４７、５７から外側に偏心した開口部４８、５８をそれぞれ有している。
【００３５】
図４に示す例では、撮像素子２２の画素の開口部を光電変換素子の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ４１、Ｌ５１は、光電変換素子４６、５６にそれぞれ入射することから、射出瞳が分割される。
【００３６】
つづいて、図５を参照して、レンズを偏心させることによって射出瞳を分割する例を説明する。図５は、撮像素子の内部構成を示す図である。
図５の撮像素子においては、それぞれの画素の上のオンチップレンズ６１、６２、６３、６４が独立して構成されている。
図５においては、画素集合Ａの画素のオンチップレンズ６１、６３の光軸６１ａ、６３ａは、画素の中心から左側にずれている。また、画素集合Ｂの画素のオンチップレンズ６２、６４の光軸６２ａ、６４ａは画素の中心から右側にずれている。
２つの画素集合Ａ、Ｂからの出力を比較することで、レンズ１８のフォーカス量を算出することができる。
【００３７】
オンチップレンズ６１、６２、６３、６４では、屈折力と光軸６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａの位置等の形状という２つのパラメータを独立してコントロールすることができる。画素数が十分多ければ、画素集合Ａと画素集合Ｂは、同様の光の強度分布を得ることができ、これを利用して位相差ＡＦを行うことができる。この時、画面全体でのデフォーカス量を検出できるので、被写体の３次元情報を取得することができる。
【００３８】
図５に示す例では、撮像素子２２のオンチップレンズを画素の中心に対して偏心させている。このため、光線Ｌ６１、Ｌ６２は、オンチップレンズ６１、６２にそれぞれ入射し、これにより射出瞳が分割される。
【００３９】
次に、図６を参照しつつ、ＤＭＬ（デジタルマイクロレンズ）を用いて射出瞳を分割する例を説明する。図６は、撮像素子の内部構造を示す断面図である。
図６に示す撮像素子では、オンチップレンズをＤＭＬで構成している。画素７０と画素８０はそれぞれ異なる領域からの光束を受光する隣り合った画素である。
【００４０】
図６において、撮像素子は、ＤＭＬ７１、８１、カラーフィルタ７２、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平坦化層７５、受光素子７６、８６（例えばＳｉフォトダイオード）、及び、Ｓｉ基板７７を備える。図６に示すように、アルミニウム配線７３、信号伝送部７４、平滑化層７５、受光素子７６、８６、及び、Ｓｉ基板７７は、半導体集積回路７８を構成する。ここで、画素７０と画素８０の構成は、ＤＭＬ７１、８１以外は同様である。
【００４１】
図６は、入射光束全体のうち、受光素子７６、８６にそれぞれ入射する光束の様子を示している。ＤＭＬ７１、８１を用いることにより、光束Ｌ７１、Ｌ８１は、画素７０の受光素子７６と画素８０の受光素子８６にそれぞれ入射し、射出瞳が分割される。
【００４２】
撮像素子（イメージャ）としては、例えば、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、裏面照射型ＣＭＯＳ、１画素中でＲ、Ｇ、Ｂ全色を３層で取り込むことのできるセンサー（Ｆｏｒｖｅｏｎ  Ｘ３）を用いることができる。
【００４３】
以下の実施例では、焦点検出用画素は、光電変換部の撮影レンズ側に形成されたオンチップレンズを画素の中心から偏心させることによって、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成されている。瞳分割の手段としては、上述のように、画素中心に対して遮光部材を用いて開口部を偏心させたものや、ＤＭＬを用いたもの、１画素中に光電変換部を２つ設けたものでもよい。
【００４４】
焦点検出用画素は、撮影レンズの瞳の異なる位置を透過した光束を受光するように構成している。このため、焦点検出用画素からの信号レベルは、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力される信号レベルと異なってしまうおそれがある。焦点検出用画素の位置における画像用の信号を得る為には、以下の（１）又は（２）の方法をとることが好ましい。
（１）焦点検出用画素の信号を周囲の撮像用画素の信号レベルと同等となるようにゲインを調整し、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
（２）焦点検出用画素の信号および焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて画素補間を行い、焦点検出用画素の位置における画像用信号とする。
【００４５】
ゲイン調整の方法については、次のように行う。
まず、焦点検出用画素から出力されたままの信号レベルと、焦点検出用画素近傍の撮像用画素から出力されたままの信号レベルと、を比較する。つづいて、焦点検出用画素から出力される信号レベルを近傍の撮像用画素から出力される信号レベルに近づけるようにゲインを調整する。その後、焦点検出用画素の信号をゲイン調整し得られた信号を画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００４６】
画素補間の方法については、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかが好ましいが、これらに限定されず、単純平均演算（重み付きも含む）だけでなく、線形補間、２次以上の多項式で補間、メディアン処理などで求めてもよい。
（ａ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｂ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素の信号と焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
（ｃ）焦点検出用画素の位置における信号を、焦点検出用画素近傍の撮像用画素の信号に基づいて補間し、補間することで得られた信号と焦点検出用画素の位置の信号とに基づいて補間し、補間することで得られた信号を焦点検出用画素の位置の画像信号としてデモザイキングを行い、最終画像を得る。
【００４７】
撮像素子の複数の画素には、複数の色フィルタがそれぞれ配置されている。後述する実施例３、４では、複数の色フィルタの透過特性は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３通りとしている。
Ｂフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの異なる透過特性のうち、最も短波長側の透過特性をもつ色フィルタであり、Ｒフィルタは、最も長波長側の透過特性を持つ色フィルタであり、Ｇフィルタは、それ以外の透過特性を持つものである。
なお、複数の色フィルタは、少なくとも可視域の一部を含み、異なる透過特性を少なくとも３通り有していれば、ほかの組合せでも良い。
【００４８】
焦点検出用画素は、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタとして、Ｇフィルタを用いて、入射する光束の入射方向を制限している。
なお、焦点検出用画素は、Ｇフィルタに限らず、複数の色フィルタのうち最も輝度信号に重み付けを行う色フィルタ、又は、最も透過率が高い色フィルタが配置される画素のうち少なくとも１部が、入射する光束の入射方向を制限するよう構成することができる。
【００４９】
（画素配列のバリエーション１）
図７は、第１実施形態のイメージャにおける画素配置を概念的に示す平面図である。
図７に示すイメージャ（撮像装置）は、図３、図４、図５、図６で示した画素において、各画素中心と各光電変換領域の瞳の中心、または面積重心とを上方向、下方向、右側方向、左側方向にずらした画素、の組合せで構成されている。
【００５０】
図７は、各画素の光軸方向から望んだときの光電変換領域を示したものである。
図７では、縦１０画素（Ｌ０１〜Ｌ１０）、横１０画素（Ｆ０１〜Ｆ１０）で合計１００画素の例を示している。しかしながら、画素数はこれに限るものでなく、例えば合計画素が１０００万画素を超えるものでも構わない。
【００５１】
図７に示す例では、画素中心に対し光電変換領域の面積中心のずれている方向が右側と左側と上側と下側の４種類がある。以下の説明では、それぞれを右画素１２０Ｒ、左画素１２０Ｌ、上画素１２０Ｕ、下画素１２０Ｄと称することとする。
【００５２】
図７において、Ｌ０１の行では、左から（Ｆ０１から）順に、左画素１２０Ｌ、撮像用画素１２１、左画素１２０Ｌ、撮像用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｌ０２の行では、左から順に、撮像用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮像用画素１２１、下画素１２０Ｄ、が繰り返し配置されている。
Ｌ０３の行では、左から順に、右画素１２０Ｒ、撮像用画素１２１、右画素１２０Ｒ、撮像用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｌ０４の行では、左から順に、撮像用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮像用画素１２１、下画素１２０Ｄ、が繰り返し配置されている。
Ｌ０５以降の行は、Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３、Ｌ０４のパターンを繰り返す配置になっている。
【００５３】
図７の配置をＦ０１〜１０の列から見ると次のようになる。
Ｆ０１の列では、上から（Ｌ０１から）順に、左画素１２０Ｌ、撮影用画素１２１、右画素１２０Ｒ、撮影用画素１２１、が繰り返し配置されている。
Ｆ０２の列では、上から順に、撮影用画素１２１、上画素１２０Ｕ、撮影用画素１２１、上画素１２０Ｕ、が繰り返し配置されている。
Ｆ０３以降の列は、Ｆ０１、Ｆ０２のパターンを繰り返す配置になっている。
【００５４】
以下の説明においては、特定の画素を示すときに、行番号Ｌ０１〜Ｌ１０と列番号Ｆ０１〜Ｆ１０を並べて表す。例えば、Ｌ０１の行のうち、Ｆ０１の列に対応する画素を「Ｌ０１Ｆ０１」で表す。
【００５５】
図７に示す例では、例えば、Ｌ０１Ｆ０１（左画素１２０Ｌ）と、Ｌ０２Ｆ０２（上画素１２０Ｕ）とＬ０３Ｆ０１（右画素１２０Ｒ）とＬ０２Ｆ０４（下画素１２０Ｄ）とのいずれかの画素とは、画素ピッチから算出される画素間距離より、瞳の中心間距離または重心間距離が狭い構成となる。
【００５６】
第１実施形態の撮像装置では、左画素１２０Ｌから構成されるセル群と、右画素１２０Ｒから構成される別のセル群と、のそれぞれの出力信号（測距のための信号）から、位相差情報を算出して光学系のフォーカスを調整させることができる。
【００５７】
例えば、Ｌ０１の行の左画素１２０ＬであるＬ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０５、Ｌ０１Ｆ０７、Ｌ０１Ｆ０９から得られる出力波形と、Ｌ０３の行の右画素１２０Ｒである、Ｌ０３Ｆ０１、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０３Ｆ０５、Ｌ０３Ｆ０７、Ｌ０３Ｆ０９から得られる出力波形と、を比較することで、所謂位相差検出式によりデフォーカス情報や合焦点位置情報が取得できる。
【００５８】
（画素配列のバリエーション２）
次に、撮像装置が備える撮像素子の他の構成例について説明する。
【００５９】
図８の配置において、Ｌ０５Ｆ０１画素とＬ０５Ｆ０５画素とは、左側瞳検出用画素である。また、Ｌ０５Ｆ０３画素は、右側瞳検出用画素である。
【００６０】
これにより、精度の高い焦点検出を行うことができる。
【００６１】
（画素配列のバリエーション３）
次に、撮像装置が備える撮像素子の他の構成例について説明する。
【００６２】
図９のカラーフィルタの配置は、Ｌ０１Ｆ０１画素を緑色のフィルタＧ、Ｌ０１Ｆ０２画素を赤色のフィルタＲとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
【００６３】
また、Ｌ０２Ｆ０１画素を青色のフィルタＢ、Ｌ０２Ｆ０２画素を緑色のフィルタＧとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
そして、Ｌ０１列のパターンと、Ｌ０２列のパターンとを、縦方向に、繰り返している。
【００６４】
ここで、緑色のフィルタＧが配置されている、Ｌ０５Ｆ０１画素とＬ０５Ｆ０９画素とは、左側瞳検出用画素である。また、Ｌ０５Ｆ０５画素は、右側瞳検出用画素である。
【００６５】
これにより、被写体の色に関わらず精度の高い焦点検出を行うことができる。尚、カラーフィルタと光電変換領域の画素中心からのズレ方向の組み合わせはこれに限る必要ない。
【００６６】
（画素配列のバリエーション４）
次に、撮像装置が備える撮像素子のさらに他の構成例について説明する。
【００６７】
図１０のカラーフィルタの配置は、Ｌ０１Ｆ０１画素を緑色のフィルタＧ、Ｌ０１Ｆ０２画素を赤色のフィルタＲとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
【００６８】
また、Ｌ０２Ｆ０１画素を青色のフィルタＢ、Ｌ０２Ｆ０２画素を緑色のフィルタＧとして、横方向に、これらの組合せパターンを繰り返している。
そして、Ｌ０１列のパターンと、Ｌ０２列のパターンとを、縦方向に、繰り返している。
【００６９】
ここで、緑色のフィルタＧが配置されている、Ｌ０１Ｆ０１画素と、Ｌ０１Ｆ０９画素と、Ｌ０９Ｆ０１画素と、Ｌ０９Ｆ０９画素とは、左側瞳検出用画素である。
また、Ｌ０５Ｆ０１画素と、Ｌ０５Ｆ０９画素とは、右側瞳検出用画素である。
また、Ｌ０１Ｆ０５画素と、Ｌ０９Ｆ０５画素とは、上側瞳検出用画素である。
さらに、Ｌ０５Ｆ０５画素は、下側瞳検出用画素である。
【００７０】
これにより、被写体の色に関わらず精度の高い焦点検出を行うことができる。尚、カラーフィルタと光電変換領域の画素中心からのズレ方向の組み合わせはこれに限る必要ない。
【００７１】
図１１は、撮像装置１１のボディ制御部２４の機能ブロックを示す図である。
撮像素子２２からは、撮影用画素からの信号、焦点検出用画素からの信号、第１像信号、及び第２像信号のいずれの信号であるかを識別するための信号がラインａを経由してＡ／Ｄ変換部１３１へ入力する。
【００７２】
撮像素子２２は、２次元に配列された複数の画素を有し、撮像光学系からの光束により形成された第１の被写体像信号、並びに、前記撮像光学系からの光束のうち、瞳分割されて形成された第２の被写体像及び第３の被写体像をそれぞれ光電変換し、第２の被写体像信号及び第３の被写体像信号を出力する。詳細は後述する。
【００７３】
像信号取得部１３３は、信号処理部１３２を経由した信号を取得する。撮影用画素からの信号は、表示画像構成部１３４により、液晶表示素子駆動回路２５へ出力される。液晶表示素子２６は、撮影用の画像を表示する。
【００７４】
表示画像構成部１３４は、撮像素子２２が出力する第１の被写体像及びフォーカス補助図生成部１３９が生成するフォーカス補助図に基づいて表示用画像を構成する。
撮影者は、接眼レンズ２７を通して撮影用の画像を観察できる。
【００７５】
記録画像構成部１３９は、撮影用画素からの信号に基づいて記録画像データを構成する。記録画像データは、メモリーカード２９に格納される。
【００７６】
また、焦点検出用画素からの信号は、像信号取得部１３３から相関演算部１３６へ出力される。
相関演算部１３６は、第１像信号、及び第２像信号に基づいて相関演算を行う。つまり、相関演算部１３６は、撮像素子２２が出力する第２の被写体像信号及び第３の被写体像信号に基づいて、２像の間隔を演算する。
【００７７】
また、補正値格納部１３８には、後述する重み付けの係数が格納されている。フォーカス補助図生成部１３９は、相関演算部１３６の演算結果と、補正値格納部１３８に格納されている補正値（＝重み付けの係数）と、に基づいてフォーカス補助図を生成する。
即ち、フォーカス補助図生成部１３９は、相関演算部１３６が演算する前記２像の間隔と、撮像素子２２が出力する第１の被写体像信号に基づいて、フォーカス補助図を生成する。
【００７８】
これら、相関演算部１３６〜制御部１３７により、レンズ駆動してフォーカシングするフローチャート、及びフォーカス補助図の詳細に関しては、後述する。
【００７９】
オートフォーカスが可能なレンズにおいて、マニュアルフォーカスを行う場合は、上述した構成をそのまま用いることができる。
これに対して、オートフォーカスが不可能なレンズを用いる場合、上記図のｅ、ｄ、ｆの信号線が接続されていない状態となる。
【００８０】
次に、フローチャートを用いて、本実施例におけるフォーカシング動作をさらに詳細に説明する。
図１２は、撮影の大まかな流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、撮影が開始される。ステップＳ１０２において、撮影者はマニュアルフォーカスにおいて、フォーカス補助を必要とするか否かを選択する。
【００８１】
ステップＳ１０２において、フォーカス補助の必要が無い場合、ステップＳ１０３において、表示画像構成部１３４は、表示画像を構成する。
【００８２】
フォーカス補助図を必要としない場合、撮影者は接眼レンズ２７を介して液晶表示素子２６に表示された像を観察し、マニュアルフォーカシング操作を行う。ステップＳ１０４において、レンズ駆動部１６は、レンズ駆動量に基づいてフォーカシング用レンズ２０を不図示のモーター等の駆動源により合焦点へと駆動する。
【００８３】
ステップＳ１０５において、撮影を行うか否かが判断される。ステップＳ１０５の判断結果がＹｅｓのとき、ステップＳ１０６において、撮影サブルーチンが実行される。
【００８４】
次に、ステップＳ１０２において、フォーカス補助が必要であるとき、撮影者は、さらにピント確認優先モードにすること、または写り確認優先モードにすることを選択する。
【００８５】
ステップＳ１０７において、ピント確認優先モードが選択された場合、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８において、２像間隔算出サブルーチンが実行される。ステップＳ１０９において、レンズ制御部３０は、撮像状態のレンズのＦナンバーを読取る。
【００８６】
そして、フォーカス補助図作成部１３９は、補正値格納部１３８に格納されている複数の補正値の中から適切な補正値を選択する。ここで、補正値は、上述したように「重み付け」に対応している。
相関演算部の結果に重み付けを行うことで、２像のズレ量に強弱をつけることが可能となる。また、重み付け量は、撮影者が外部から入力することでも良い。これにより、撮影者の使いやすい条件を設定することができる。
【００８７】
フォーカス補助図生成部１３９は、後述する内容のフォーカス補助図を作成する。そして、ステップＳ１０３へ進み、撮影が行われる。
【００８８】
また、ステップＳ１０７において、写り確認優先モードが選択された場合、ステップＳ１１３へ進む。ステップＳ１１３において、２像間隔算出サブルーチンが実行される。ステップＳ１１４において、フォーカス補助部生成部１３９は、フォーカス補助図を生成する。そして、ステップＳ１０３へ進み、撮影が行われる。
【００８９】
図１３は、２像間隔算出サブルーチンの手順を示すフローチャートである。ステップＳ２０１において、２像間隔算出サブルーチンが呼び出される。ステップＳ２０２において、像信号取得部１３３は、第１信号と第２信号との２像の信号を読み出す。
【００９０】
ステップＳ２０３において、相関演算部１３６は、２像信号の相関演算を行う。ステップＳ２０４において、相関演算の結果、２像の間隔が算出される。
【００９１】
図１４は、撮影サブルーチンの手順を示すフローチャートである。ステップＳ３０１において、撮影サブルーチンが呼び出される。ステップＳ３０２において、像信号取得部１３３は、第１の被写体像の信号を読み出す。
【００９２】
ステップＳ３０３において、画像構成部１３５は、記憶画像の構成を行う。ステップＳ３０４において、メモリーカード２９などへ記録画像を記録する。ステップＳ３０５において、液晶表示素子２６は、表示画像構成部１３４により構成された画像を表示する。
【００９３】
画素読出しは、全画素読出し、間引き読出しの処理を行うように構成してもよい。画像構成には、欠陥画素の補間処理が含まれている。また、画素加算や画素補間により、焦点検出対象画素の位置の画素信号を求めるようにしてもよい。
【００９４】
また、上記図のフローに限定されない。
例えば、電源ＯＮ後、初期状態検出、撮像素子駆動、プレビュー画像表示などをおこなってもよい。また、撮影開始をシャッターボタン半押し後、焦点検出サブルーチンに移り、合焦後、確認画像を表示し、シャッターボタン全押し後に、撮影サブルーチンに移るフローでもよい。
【００９５】
次に、フォーカス補助について説明する。図１５は、フォーカス補助図について説明する図である。
図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、従来のマニュアルフォーカスにおけるフォーカス補助、即ちスプリットイメージを説明する図である。
図１５（ｅ）、（ｆ）は、本実施形態のマニュアルフォーカスにおけるフォーカス補助を説明する図である。
【００９６】
まず、従来のマニュアルフォーカスにおけるフォーカス補助図について説明する。
図１５(ａ）において、像信号取得部は、撮像光学系からの光束により形成された第１の被写体像信号４０１ａを取り込む。
【００９７】
図１５（ｂ）おいて、像信号取得部１３３は、第２の被写体像信号４０１ｂを取り込む。さらに、図１５（ｃ）において、像信号取得部１３３は、第３の被写体像信号４０１ｃを取り込む。
ここでは、瞳分割している測距用画素のうち、１ラインの情報ではなく、対象領域４００ａ、４００ｂにおいて画像構成が可能となる信号量の読出しが必要となる。このため、処理が複雑になってしまう。さらに、画像を構成するために、第２、第３の画像構成部が必要となってしまう。
【００９８】
フォーカス補助図生成部は、第２の被写体像４０１ｂ、第３の被写体像４０１ｃに基づいて、フォーカス補助図を生成する。そして、図１５（ｄ）に示すように、表示画像構成部は、第１の被写体像信号４０１ａとフォーカス補助図より、スプリットイメージである表示画像を構成する。
このように、従来のマニュアルフォーカスにおけるフォーカス補助では、処理が複雑になること、第２、第３の画像構成部が必要になること、などの問題点を有している。
【００９９】
次に、本実施形態のフォーカス補助について説明する。図１５（ｅ）において、像信号取得部１３３は、撮像光学系からの光束により形成された第１の被写体像信号５０１ａを取り込む。
【０１００】
そして、第２の被写体像信号、第３の被写体像信号より、２像間隔が算出できればよいので、原理的には、１ラインの読出しでよい。このため、被写体像の全体を取り込み、構成する必要がない。従って、処理が簡易になる。
【０１０１】
相関演算部１３６は、例えば、１ラインの読み出し結果に基づいて、２像間隔を算出する。
【０１０２】
フォーカス補助図生成部１３９は、フォーカス補助図を生成する。図１５（ｆ）に示すように、表示画像構成部１３４は、第１の被写体像信号５０１ａとフォーカス補助図（点線で示す領域５００ａ、５００ｂの部分）より、スプリットイメージである表示画像を構成する。
【０１０３】
本実施形態では、異なる瞳領域からの１ラインの信号に基づいて相関演算を行う。そして、２像の紙面内におけるズレ量を算出する。例えば、本実施形態では、紙面左右方向に各々ｘだけずれているとする。
【０１０４】
つまり、図１５（ｆ）の画像は、表示画像構成部１３４は、対象領域５００ａを左方向へ距離ｘ移動したものと、対象領域５００ｂを右方向へ距離ｘ移動したものと、全く移動していない状態の像信号５０１ａとを組み合わせることで得ることができる。
【０１０５】
次に、絞りの変化とスプリットイメージとの関係について説明する。
図１６（ａ）、（ｄ）は、それぞれ従来の構成において、絞り２１が開放のときの光路図とスプリットイメージを示している。
図１６（ｂ）、（ｅ）は、それぞれ従来の構成において、絞り２１を絞ったときの光路図とスプリットイメージを示している。
これらの図から明らかなように、絞り２１を絞り込むことで、２像間隔Ｄａは、より短い間隔Ｄｂへと変化する。このように、絞りを変化させることで、フォーカシングのための２像間隔が変化してしまう。
【０１０６】
従来のスプリットイメージは、瞳分割手段によって分割された光束により形成された第１及び第２の被写体像より生成される。第１と第２の被写体像の像ズレ量は、絞り径によって異なる。このため、同じ焦点距離の撮影状態において絞り径を変化させるとスプリットイメージの位置が変化してしまい、使い勝手が悪い。
【０１０７】
そこで、本実施例では、開放時の開口径と撮影時の開口径応じた２像間隔の乖離量を補正する補正値を算出し、補正値を用いてスプリットイメージを生成し表示する。
【０１０８】
絞り２１は、撮像光学系の光路内に配置され開口径が調節可能である。
フォーカス補助図生成部１３４は、撮影時の絞り２１の開口径に基づいて、相関演算部１３６が演算する２像の間隔を補正する。
【０１０９】
図１６（ｃ）、（ｆ）は、それぞれ本実施形態の構成において、絞り２１を絞ったときの光路図とスプリットイメージを示している。ここでも、従来例と同様に、絞りを変化させると２像間隔が変化している。
【０１１０】
デフォーカス量と２像間隔との関係は、基本的には、線形関係を有している。つまり、横軸にデフォーカス量、縦軸に２像間隔をとると、両者は直線で示される関係を有する。
そして、フォーカスを一定の状態に維持しておいて、絞りだけ変化させたとき、この直線の傾きが変化する。
【０１１１】
したがって、本実施形態では、フォーカスを一定の状態に維持しておいて、絞りだけ変化させたとき、直線の傾きが変わらない、すなわち２像間隔が変わらないように補正を行っている。
これにより、撮影者は、絞り２１を変化させたときでも、２像間隔が一定の状態を得ることができる。この結果、撮影者にとって使い勝手が良いという効果が得られる。
【０１１２】
補正値（＝重み付け）は、予め複数の値が補正値格納部１３８に格納されている。そして、それらの複数の値の中から最適な補正値を選択する。
【０１１３】
次に、デフォーカス量と２像間隔との関係（＝相関演算結果）において、データに補正を行う構成について説明する。
図１７は、３種類の相関演算結果を示す図である。本図は、重み付けが無い場合（実線）、重み付け１の場合（破線）、重み付け２の場合（一点破線）の３つの場合を示す。以下、各場合について説明する。
【０１１４】
補正値格納部１３８は、複数の補正値を格納するをさらに有する。
フォーカス補助図生成部１３９は、補正値格納部１３８に格納されている複数の前記補正値の中から選択した前記補正値により相関演算部１３６が演算する２像の間隔を補正し、補正した２像間隔に基づいて、フォーカス補助図を生成する。
【０１１５】
フォーカス補助図生成部１３９の処理について説明する。まず、相関演算部１３６は、２つの被写体像から２像間隔Ｌを算出する。上述したように、デフォーカス量と２像間隔の関係は線形である。
【０１１６】
スプリットイメージ像のずれ量ｘは、２像間隔Ｌに重み付けを行い、求めることができる。例えば、次式（１）で示すような重み付けの方法がある。
【０１１７】
ｘ＝α×Ｌ(１／ｋ)＋β      （１）
ここで、
０＜α、ｋ＝２×ｎ＋１  （ｎ＝０,１,２,３・・・）、
βは、補正量である
【０１１８】
例えば、パラメータα、ｋが以下の時、図１７の「重み付け１」に示すようなズレ量を表すことができる。これは、２像間隔に対して、係数倍したスプリットイメージ像のずれ量を与える例である。
０＜α
１＝ｋ
【０１１９】
この場合、図１７の破線で示す直線のように、ピントがぼけている時に、よりぼけているように強調する表示により、撮影者にピントぼけを認識しやすくことができるという効果を奏する。
【０１２０】
さらに、例えば、パラメータα、ｋが以下の時、図１７の「重み付け２」に示すようなズレ量を表すことができる。２像間隔Ｌが０付近ではｘが大きく、２像間隔Ｌが大きくなるとｘが小さくなる関数の例である。
０＜α
１＜ｋ
【０１２１】
この場合、図１７の一点破線で示す曲線のように、ピントが合ってくると（原点近傍になると）、フォーカスリングの駆動量とぼけ具合の変化量が大きくなる（曲線の傾きが大きくなる）。これにより、撮影者にとって、よりフォーカシングの操作性が向上するという効果を奏する。
【０１２２】
以上説明したように、本実施形態では、記録画像を生成する手段のみを有することで、処理が簡便な構成としている。即ち、構成が簡易なフォーカス補助手段を有する撮像装置を提供することができる。
また、旧型のオールドレンズはオートフォーカスが不可能である。このため、本実施形態を用いることで、フォーカス時の補助として効果がある。
さらに、オートフォーカス可能なレンズでは、主要被写体の判別についてはマニュアルフォーカスを用いたほうがフォーカシングが早いという利点もある。この場合、本実施形態を用いることで使い勝手が向上する。
【０１２３】
また、上記実施例の構成において、表示部２６は、２像の間隔が所定の値よりも大きいとき、フォーカス補助図の代わりに、撮像された画像を表示することもできる。
換言すると、表示部２６は、２像の間隔が所定の値よりも大きいとき、フォーカス補助図の代わりに、第１の被写体像信号に対応する画像を表示する。
【０１２４】
２像の間隔が所定の値よりも大きい、つまりぼけが大きい場合は、フォーカシングによるぼけの変化が認識しやすいので、ライブビュー画像を表示し、２像の間隔が所定の値よりも小さい、つまりぼけが小さい場合は、スプリットイメージで詳細なピント調整が容易にできる。  
これにより、撮影者にとって、よりフォーカシングの操作性が向上するという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
以上のように、本発明は、マニュアルフォーカスの撮像装置に適している。
【符号の説明】
【０１２６】
１１    デジタルスチルカメラ
１２    交換レンズ
１３    カメラボディ
１５    絞り駆動部
１６    レンズ駆動部
１８    ズーミング用レンズ
１９    レンズ
２０    フォーカシング用レンズ
２１    可変絞り
２２    撮像素子
２４    ボディ制御部
２５    液晶表示素子駆動回路
２６    液晶表示素子 
２７    接眼レンズ
２８    撮像素子駆動回路
２９    メモリカード
３０   レンズ制御部
３１ａ  外部入力部
３１    ｐ形ウエル
３２α、３２β  ｎ形領域
３３α、３３β  表面ｐ＋層
３５    カラーフィルタ
３６    マイクロレンズ
４１    画素
４２、５２  マイクロレンズ
４４、５４  遮光膜
４８、５８  開口部
６１、６２、６３、６４  オンチップレンズ
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ  光軸
７０、８０  画素
７１、８１  屈折率分布レンズ
７２    カラーフィルタ
７６、８６  受光素子
９０    移動・駆動部
９１    減光素子
１２０Ｌ  左側瞳検出用画素
１２０Ｒ  右側瞳検出用画素
１２０Ｕ  上側瞳検出用画素
１２０Ｄ  下側瞳検出用画素
１２１  撮影用画素
１３１  Ａ／Ｄ変換部
１３２  信号処理部
１３３  像信号取得部
１３４  表示画像構成部
１３５  演算部／相関演算部
１３６  相関演算部
１３７  制御部
１３８  補正値格納部
１３９  フォーカス補助図生成部
【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】
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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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【図１６】
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【図１７】
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