(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光束に応じた撮像信号を出力する複数の画素を有し、該複数の画素の一部に、それぞれが結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束を受光する焦点検出用画素対が形成された撮像素子と、
前記焦点検出用画素対からそれぞれ出力された撮像信号から２像間隔を算出し、該算出した２像間隔から前記結像光学系の被写体に対するデフォーカス量を算出する演算部と、
前記演算部により算出されたデフォーカス量に基づき前記結像光学系を合焦範囲内に駆動する結像光学系駆動制御部と、
前記焦点検出用画素対に前記光束を受光させる露光期間中に前記撮像素子を移動させて前記焦点検出用画素対から出力される撮像信号における高周波成分を除去する撮像素子駆動制御部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記焦点検出用画素対は、複数対形成されており、
前記撮像素子駆動制御部は、前記露光期間中に、互いに隣接する焦点検出用画素対の間の距離以内の距離だけ前記撮像素子を移動させ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】
前記撮像素子駆動制御部は、前記焦点検出用画素対から出力される撮像信号における高周波成分を除去するために前記撮像素子を移動させる第１の駆動と、前記撮像装置の手ぶれ補正を行うために前記撮像素子を移動させる第２の駆動と、を重畳させて前記撮像素子を移動させ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】
前記撮像素子駆動制御部は、前記焦点検出用画素対から出力される撮像信号における高周波成分を除去するために前記撮像素子を移動させる第１の駆動と、前記撮像装置の手ぶれ補正を行うために前記撮像素子を移動させる第２の駆動と、を切り替えて前記撮像素子を移動させ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、撮影用画素と焦点検出用画素とが形成された撮像素子を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラ等の撮像装置における焦点検出方法の一つとして位相差検出法が知られている。位相差検出法では、結像光学系において対称に分割された異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ異なる撮像素子で受光させることによって、各撮像素子で受光された像の位相差（２像間隔）を検出する。そして、このような位相差検出法では、検出された位相差から結像光学系の被写体に対するデフォーカス量を算出し、算出したデフォーカス量を無くすように結像光学系を駆動することによって、デジタルカメラ等の撮像装置におけるオートフォーカス（以下、ＡＦという）機能が実現されている。
【０００３】
上述のような従来の位相差検出法を用いたＡＦ（以下、位相差ＡＦという）においては、位相差を検出するための撮像素子が撮影用の撮像素子と別個に設けられている。これに対し、近年では、撮影用の撮像素子内に位相差を検出するための画素を形成した撮像装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に係る撮像装置は、撮影用の撮像素子の一部の画素対を、位相差の検出用として利用するものである。位相差検出用として利用される画素対は、結像光学系における所定の瞳領域を通過した光束を受光できるように離散的に配置されている。さらに、特許文献１に係る撮像装置では、結像光学系における所定の瞳領域を通過した光束が所定の画素で受光されるよう、撮像素子のそれぞれの画素に対応して、マイクロレンズあるいは遮光マスクが偏心して配置されている。
【０００５】
このような撮像素子を用いることにより、撮影用の撮像素子とは別個に、焦点位置検出専用の撮像素子及び光学系を設ける必要がない。また、特許文献１の技術では、撮影画像の取得と焦点検出とを１つの撮像素子を用いて同時に行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１７２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
撮影用の撮像素子上で位相差ＡＦを行う方式では、本来は撮影用の画素があるべき位置に焦点検出用の画素を形成している。ここで、焦点検出用の画素の離散度が高い場合、高周波成分が多くなる合焦点の近傍領域においてエイリアシングの影響で相関演算の誤差が大きくなって焦点検出精度が低下し易い。これに対し、合焦点の近傍領域での焦点検出精度を高めるためには、撮像素子上に焦点検出用画素を密に配置する手法や撮像素子の光入射面に光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を配して高周波成分を除去したりする手法等が考えられる。しかしながら、何れの手法であっても撮影画像の画質には悪影響を与えてしまう。このように、従来の技術では焦点検出精度の向上と撮影画像の画質の向上とは両立させることが困難である。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、撮影用画素と焦点検出用画素とが１つの撮像素子上に形成された撮像装置において、撮影画像の画質を確保した上で焦点検出精度を向上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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様の撮像装置は、被写体からの光束に応じた撮像信号を出力する複数の画素を有し、該複数の画素の一部に、それぞれが結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束を受光する焦点検出用画素対が形成された撮像素子と、前記焦点検出用画素対からそれぞれ出力された撮像信号から２像間隔を算出し、該算出した２像間隔から前記結像光学系の被写体に対するデフォーカス量を算出する演算部と、前記演算部により算出されたデフォーカス量に基づき前記結像光学系を合焦範囲内に駆動する結像光学系駆動制御部と、前記焦点検出用画素対に前記光束を受光させる露光期間中に前記撮像素子を移動させて前記焦点検出用画素対から出力される撮像信号における高周波成分を除去する撮像素子駆動制御部と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮影用画素と焦点検出用画素とが１つの撮像素子上に形成された撮像装置において、撮影画像の画質を確保した上で焦点検出精度を向上可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における撮像素子の画素配列を示した図である。
【図３】撮像素子に形成された画素の詳細な構成を示す図である。
【図４】撮像素子駆動制御部の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態の撮像装置における撮影動作のシーケンスを示すフローチャートである。
【図６】位相差ＡＦ用駆動のみの場合の撮像素子の駆動の様子を示した図である。
【図７】図６のようにして撮像素子を駆動させた場合の撮像素子の様子を光軸方向から拡大して示した図である。
【図８】手ぶれ補正用駆動と位相差ＡＦ用駆動とを併用した場合について説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルカメラ（以下、単にカメラという）の構成を示す図である。図１に示すカメラは、レンズ交換式のカメラを例示しており、交換レンズ１００と、カメラ本体２００とを有している。交換レンズ１００は、カメラ本体２００に対して着脱自在に構成されている。交換レンズ１００がカメラ本体２００に装着されることにより、交換レンズ１００とカメラ本体２００とが通信自在に接続される。
【００１３】
交換レンズ１００は、レンズ１０１と、絞り１０２と、ドライバ１０３と、レンズ制御部１０４と、レンズ情報記憶部１０５と、通信部１０６とを有している。
レンズ１０１は、フォーカスレンズを含む複数のレンズから構成されており、図示しない被写体からの光束を撮像素子２０２に結像させる結像光学系である。このレンズ１０１は、フォーカスレンズをその光軸方向に沿って駆動させることにより、焦点位置を調節可能に構成されている。絞り１０２は、撮像素子２０２に結像される被写体からの光束の光量を調節する。
【００１４】
ドライバ１０３は、モータ等を有して構成されている。ドライバ１０３は、レンズ制御部１０４の制御の下、レンズ１０１が有するフォーカスレンズをその光軸方向に駆動させる。また、ドライバ１０３は、レンズ制御部１０４の制御の下、絞り１０２を開閉させる。
【００１５】
レンズ制御部１０４は、カメラ本体２００の制御部２０９の制御に従って、交換レンズ１００の動作を制御する。また、レンズ制御部１０４は、レンズ情報記憶部１０５に記憶されているレンズ情報を制御部２０９に送信することも行う。レンズ情報記憶部１０５は、レンズ１０１の収差や焦点距離等の交換レンズ１００の各種動作に必要な情報を記憶している。通信部１０６は、レンズ制御部１０４がカメラ本体２００の制御部２０９と通信するためのインターフェイスを備えている。
【００１６】
カメラ本体２００は、シャッタ２０１と、撮像素子２０２と、アクチュエータ２０３と、読み出し部２０４と、記憶部２０５と、画像処理部２０６と、表示部２０７と、記録媒体２０８と、制御部２０９と、操作部２１０と、動き検出部２１１とを有している。
【００１７】
シャッタ２０１は、撮像素子２０２の撮像面を遮光状態又は露出状態とすることで撮像素子２０２の露光時間を調節する機械的機構である。
撮像素子２０２は、レンズ１０１を介して結像された被写体からの光束（被写体像）を、光束の光量に応じた電気信号（以下、撮像信号という）に変換するための撮像面を有している。撮像面は、複数の画素が２次元状に配置されて構成されている。また、撮像面の光入射側には、例えば原色系ベイヤ配列のカラーフィルタが設けられている。この撮像素子２０２は、レンズ１０１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として出力する。ここで、撮像素子２０２は、電子シャッタ機能を有していることが望ましい。電子シャッタ機能とは、撮像素子２０２の露光時間を電子的に制御する機能である。
【００１８】
図２は、本実施形態における撮像素子２０２の画素配列を示した図である。図２に示すように、本実施形態における撮像素子２０２には、撮影用画素２０２１と、焦点検出用画素列２０２２とが形成されている。
撮影用画素２０２１は、記録媒体２０８に記録される撮影画像を取得するため等に用いられる画素であって、図２に示すようにして２次元状に形成されている。ここで、図２は、画素配列が原色系のベイヤ配列であり、赤色の感度を有する画素をＲ画素、緑色の感度を有する画素をＧ画素、青色の感度を有する画素をＢ画素として示している。しかしながら、カラーフィルタの配列は必ずしもベイヤ配列とする必要はない。
【００１９】
焦点検出用画素列２０２２は、位相差ＡＦのために用いられる画素であって、撮像素子２０２の撮像面の一部の領域中に形成されている。図２では、焦点検出用画素列２０２２を撮像素子２０２の水平方向に沿って形成している。本実施形態では、カメラを正位置で構えたときに地面に対して水平となる撮像素子２０２の方向を撮像素子２０２の水平方向とする。このような焦点検出用画素列２０２２内のＧ画素の位置には、複数の焦点検出用画素対が形成されている。各焦点検出用画素対は、所定間隔（図２では１画素）だけ離間して配置された焦点検出用画素２０２２ｌと、焦点検出用画素２０２２ｒとを有している。さらに、画素列同士で見た場合、焦点検出用画素２０２２ｌ同士及び焦点検出用画素２０２２ｒ同士はそれぞれ所定間隔（以下、離散度という）だけ離間して配置されている。図２は、離散度が８画素の例である。
【００２０】
図３は、撮像素子２０２に形成された画素の詳細な構成を示す図である。ここで、図３（ａ）は、撮影用画素２０２１の構成を示す。また、図３（ｂ）は、焦点検出用画素２０２２ｌの構成を示し、図３（ｃ）は、焦点検出用画素２０２２ｒの構成を示している。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、撮影用画素２０２１は、マイクロレンズ３０１と、光電変換素子３０２とを有している。  
マイクロレンズ３０１は、レンズ１０１の対称に分割された異なる瞳領域を通過した光束を光電変換素子３０２に結像させるように設計されたレンズである。光電変換素子３０２は、例えばフォトダイオードであり、マイクロレンズ３０１を介して結像された光束を電気信号に変換して出力する。
【００２２】
図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、焦点検出用画素２０２２ｌは、マイクロレンズ３０１と、光電変換素子３０２と、遮光部材３０３とを有している。  
マイクロレンズ３０１と光電変換素子３０２とは、撮影用画素２０２１と同様のものである。  
焦点検出用画素２０２２ｌの遮光部材３０３は、図２に示すように、マイクロレンズ３０１の右側領域を遮光するように形成されており、マイクロレンズ３０１の左側領域から入射した光束Ｌｌを光電変換素子３０２に結像させる。焦点検出用画素２０２２ｒの遮光部材３０３は、図２に示すように、マイクロレンズ３０１の左側領域を遮光するように形成されており、マイクロレンズ３０１の右側領域から入射した光束Ｌｒを光電変換素子３０２に結像させる。
【００２３】
ここで、本実施形態では、遮光部材を用いる方式で瞳分割を行っているが、マイクロレンズを偏芯させる方式や、１つの光電変換素子３０２を分割する方式等で瞳分割を行っても良い。
ここで、図１の説明に戻る。アクチュエータ２０３は、レンズ１０１の光軸に垂直な平面内で撮像素子２０２を物理的に駆動させるための機械機構である。このアクチュエータ２０３は、モータ等の駆動部と、撮像素子２０２の移動機構とを有している。アクチュエータ２０３は、撮像素子駆動制御部２１２からの駆動制御信号に従って撮像素子２０２の駆動を実行する。
【００２４】
読み出し部２０４は、撮像素子２０２で得られた撮像信号を読み出して各種のアナログ処理を行う。このアナログ処理としては、例えば、リセットノイズの低減処理、波形整形処理、ゲイン制御処理が含まれる。また、読み出し部２０４は、アナログの撮像信号をデジタル信号（以下、画像データと言う）に変換することも行う。
【００２５】
記憶部２０５は、カメラ本体２００内部で発生した各種のデータを一時的に記憶するための作業メモリとして動作する記憶部である。
画像処理部２０６は、記憶部２０５に記憶された画像データを読み出し、画素欠陥補正処理や、焦点検出用画素の補間処理、歪み補正処理、デモザイキング処理、画像圧縮処理等の画像処理を施す。
【００２６】
画素欠陥補正処理は、撮像素子２０２に欠陥画素がある場合に、その欠陥画素位置の撮影用の画像データを補間により得る処理である。焦点検出用画素の補間処理は、焦点検出用画素の位置に対応した撮影用の画像データを補間により得る処理である。歪み補正処理は、レンズ１０１の収差等に起因して撮影用の画像データに発生している歪みを補正する処理である。デモザイキング処理は、１画素が１つの色成分に対応している画像データを、１画素が３つの色成分に対応している画像データに変換する処理である。画像圧縮処理は、各種の画像処理が施された撮影用の画像データに対してＪＰＥＧ方式等の所定の方式を用いて圧縮する処理である。
【００２７】
表示部２０７は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）であり、画像処理部２０６によって処理された画像データに基づく画像等の各種の画像を表示する。記録媒体２０８は、例えばカメラ本体２００に着脱自在になされたメモリカードであって、画像処理部２０６によって圧縮された画像データを含む画像ファイル等が記録される。
【００２８】
制御部２０９は、シャッタ２０１、撮像素子２０２、撮像素子駆動制御部２１２の動作制御等のカメラ本体２００の各種シーケンスを統括的に制御する。また、位相差ＡＦの実行時において、制御部２０９は、ＡＦ演算部２１３で演算されたデフォーカス量や撮影者によって設定された撮影モード等に応じてレンズ１０１を合焦させるために必要なフォーカスレンズの駆動量や駆動速度を算出し、それらをレンズ制御信号としてレンズ制御部１０４に出力する。このように、制御部２０９とレンズ制御部１０４とにより、結像光学系駆動制御部が構成されている。
【００２９】
操作部２１０は、例えば電源ボタン、シャッタボタン、再生ボタン、各種入力キー等の操作部材である。撮影者により操作部２１０の操作がなされると、制御部２０９は、その操作に対応したシーケンスを実行する。
動き検出部２１１は、例えば３軸の加速度センサであり、カメラ本体２００の動き量を検出する。
【００３０】
撮像素子駆動制御部２１２は、制御部２０９からの手ぶれ補正指示又は位相差ＡＦ指示に従ってアクチュエータ２０３を駆動するための駆動制御信号を生成し、生成した駆動制御信号をアクチュエータ２０３に入力する。
図４は、撮像素子駆動制御部２１２の構成を示す図である。図４に示すように、撮像素子駆動制御部２１２は、位相差ＡＦ用制御部２１２１と、手ぶれ補正用制御部２１２２と、重畳部２１２３と、撮像素子ドライバ２１２４とを有している。
【００３１】
位相差ＡＦ用制御部２１２１は、制御部２０９から、位相差ＡＦ指示としての撮像素子２０２内の焦点検出用画素の露光時間等の情報を受け取り、焦点検出用画素の露光時間に応じた駆動制御信号を生成して重畳部２１２３に出力する。手ぶれ補正用制御部２１２２は、制御部２０９から手ぶれ補正指示としてのカメラ本体２００の動き量の情報を受け取り、撮影時におけるカメラ本体２００の揺れによる影響が軽減するように駆動制御信号を生成して重畳部２１２３に出力する。重畳部２１２３は、手ぶれ補正用制御部２１２２からの駆動制御信号に位相差ＡＦ用制御部２１２１からの駆動制御信号を重畳して撮像素子ドライバ２１２４に出力する。撮像素子ドライバ２１２４は、重畳部２１２３から受け取った駆動制御信号を元にアクチュエータ２０３の駆動電流を生成し、生成した駆動電流をアクチュエータ２０３に出力する。
【００３２】
ここで、図１の説明に戻る。ＡＦ演算部２１３は、焦点検出用画素２０２２ｌ、２０２２ｒからそれぞれ得られた画像データを用いた相関演算によってレンズ１０１のデフォーカス量を算出する。例えば、焦点検出用画素列２０２２の配列方向が撮像素子２０２の水平方向である場合、被写体のある点からの光束Ｌｌは、レンズ１０１の左側の瞳領域を通過して焦点検出用画素２０２２ｌで受光される。また、この点と同一の点からの光束Ｌｒは、レンズ１０１の右側の瞳領域を通過して焦点検出用画素２０２２ｒで受光される。ここで、レンズ１０１が合焦状態に近い場合、被写体の同一の点から出射された光束Ｌｌの受光位置と光束Ｌｒの受光位置との間隔である２像間隔が狭くなる。そして、レンズ１０１が合焦状態から外れるにつれて２像間隔が広くなる。このように、レンズ１０１の合焦状態と２像間隔とは線形関係を有しているので、２像間隔を検出することにより、レンズ１０１のデフォーカス量を算出することが可能である。この２像間隔を検出するための演算が相関演算である。相関演算の詳細な演算手法については従来周知の手法を用いれば良いので説明を省略する。
【００３３】
次に、図５のフローチャートを参照して、本発明の一実施形態に係る撮像装置の動作について説明する。図５は、本実施形態の撮像装置における撮影動作のシーケンスを示すフローチャートである。撮影者の操作部２１０の電源ボタンの操作により、カメラ本体２００の電源がオンとなると図５の動作が開始される。カメラ本体２００の電源がオンされると、制御部２０９は、スルー画表示を実行する。スルー画表示において、制御部２０９は、撮像素子２０２の動作を開始させ、撮像素子２０２を介して得られる画像データに基づく画像を表示部２０７にリアルタイム表示させる。
【００３４】
その後、制御部２０９は、撮像素子２０２の手ぶれ補正用駆動を実行する（ステップＳ１０１）。この手ぶれ補正用駆動において、制御部２０９は、動き検出部２１１によって検出されたカメラ本体２００の動き量を、撮像素子駆動制御部２１２の手ぶれ補正用制御部２１２２に出力して手ぶれ補正を指示する。この指示を受けて、手ぶれ補正用制御部２１２２は、入力されたカメラ本体２００の動き量が相殺されるような撮像素子２０２の駆動量を示す駆動制御信号を生成し、生成した駆動制御信号を重畳部２１２３に出力する。重畳部２１２３は、手ぶれ補正用制御部２１２２からの駆動制御信号を撮像素子ドライバ２１２４に出力する。撮像素子ドライバ２１２４は、受け取った駆動制御信号に応じてアクチュエータ２０３を駆動させる。この第２の駆動としての手ぶれ補正用駆動により、撮像素子２０２を介して得られる画像データにおける画像ぶれが軽減される。このような手ぶれ補正用駆動を行うのは、表示部２０７にスルー画を表示する際に撮影者が構図をスムーズに確認できるようにするためである。
【００３５】
手ぶれ補正用駆動の実行後、制御部２０９は、操作部２１０のシャッタボタンが押されたかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。シャッタボタンが押されるまでは制御部２０９は、ステップＳ１０１の処理を繰り返す。この場合、手ぶれ補正を伴うスルー画表示が継続される。
【００３６】
また、シャッタボタンが押された場合、制御部２０９は、撮像素子２０２の位相差ＡＦ駆動を実行する（ステップＳ１０３）。この第１の駆動としての位相差ＡＦ駆動において、制御部２０９は、動き検出部２１１によって検出されたカメラ本体２００の動き量を、手ぶれ補正用制御部２１２２に出力して手ぶれ補正を指示する。この指示を受けて、手ぶれ補正用制御部２１２２は、入力されたカメラ本体２００の動き量を相殺するような撮像素子２０２の駆動量に応じた駆動制御信号を生成し、生成した駆動制御信号を重畳部２１２３に出力する。また、制御部２０９は、焦点検出用画素の露光時間等の位相差ＡＦ駆動に必要な情報を、位相差ＡＦ用制御部２１２１に出力して位相差ＡＦ駆動を指示する。この指示を受けて、位相差ＡＦ用制御部２１２１は、入力された露光時間に応じた撮像素子２０２の駆動量を示す駆動制御信号を生成し、生成した駆動制御信号を重畳部２１２３に出力する。重畳部２１２３は、手ぶれ補正用の駆動制御信号に位相差ＡＦ駆動用の駆動制御信号を重畳し、これにより得られた駆動制御信号を撮像素子ドライバ２１２４に出力する。撮像素子ドライバ２１２４は、受け取った駆動制御信号に応じてアクチュエータ２０３を駆動させる。このような位相差ＡＦ駆動の詳細については後述する。
【００３７】
位相差ＡＦ駆動の実行後、制御部２０９は、位相差ＡＦ用の画像データの読み出しを指示する（ステップＳ１０４）。これを受けて、読み出し部２０４は、撮像素子２０２の焦点検出用画素列２０２２から画像データを読み出し、読み出した画像データを記憶部２０５に記憶させる。画像データの読み出し後、制御部２０９は、ＡＦ演算部２１３にデフォーカス量の算出を指示する（ステップＳ１０５）。これを受けてＡＦ演算部２１３は、記憶部２０５から画像データを読み出し、読み出した画像データから、光束Ｌｌの受光位置と光束Ｌｒの受光位置との間隔である２像間隔を検出し、検出した２像間隔からレンズ１０１のデフォーカス量を算出する（ステップＳ１０５）。ＡＦ演算部２１３は、算出したデフォーカス量を制御部２０９に出力する。
【００３８】
その後、制御部２０９は、入力されたデフォーカス量が予め定めた合焦範囲内であるかどうかを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、合焦範囲とは、レンズ１０１の焦点深度に応じて設定されるものであり、レンズ１０１が合焦していると判断できる範囲のことである。デフォーカス量が合焦範囲外である場合、制御部２０９は、デフォーカス量に応じたレンズ駆動を実行する（ステップＳ１０７）。このレンズ駆動において、制御部２０９は、デフォーカス量が相殺されるようなフォーカスレンズの駆動量を示すレンズ駆動制御信号を生成し、生成したレンズ駆動制御信号をレンズ制御部１０４に出力する。レンズ制御部１０４は受け取ったレンズ駆動制御信号をドライバ１０３に出力する。ドライバ１０３は、受け取ったレンズ駆動制御信号に応じてレンズ１０１のフォーカスレンズを駆動させる。このようなレンズ駆動により、レンズ１０１のデフォーカス量が小さくなる。このレンズ駆動の後、制御部２０９は、処理をステップＳ１０４に戻す。
【００３９】
ステップＳ１０６において、デフォーカス量が合焦範囲内である場合、制御部２０９は、手ぶれ補正用駆動を再び実行する（ステップＳ１０８）。その後、制御部２０９は、撮像素子２０２の本撮像を実行する（ステップＳ１０９）。本撮像においては、撮像素子２０２の露光量を所定の適正値とするように、絞り１０２の絞り量や撮像素子２０２の露光時間（シャッタ２０１の開放量）を設定しつつ、撮像素子２０２による露光を実行する。
【００４０】
本撮像の後、制御部２０９は、撮影用の画像データの読み出しを指示する（ステップＳ１１０）。これを受けて、読み出し部２０４は、撮像素子２０２の全画素から画像データを読み出し、読み出した画像データを記憶部２０５に記憶させる。画像データの読み出し後、制御部２０９は、画像処理部２０６に画像処理の実行を指示する（ステップＳ１１１）。これを受けて画像処理部２０６は、記憶部２０５から画像データを読み出し、読み出した画像データを用いて画素補間処理を施す。画素補間処理は、種々の手法を用いることができる。例えば、焦点検出用画素２０２２ｌ、２０２２ｒの周囲の同色画素（図２の例ではＧ画素）の画像データの平均値を用いて焦点検出用画素２０２２ｌ、２０２２ｒの位置の画像データを補間することができる。この他、画素補間処理の代わりに焦点検出用画素２０２２ｌ、２０２２ｒの画像データをそのまま用いるようにしても良い。画素補間処理の後、画像処理部２０６は、画素欠陥補正処理、歪み補正処理、デモザイキング処理、画像圧縮処理等のその他の画像処理を施し、画像処理後の画像データを記憶部２０５に記憶させる。その後、制御部２０９は、記憶部２０５から画像処理後の画像データを読み出し、読み出した画像データに所定のヘッダ情報を付与して画像ファイルを作成し、作成した画像ファイルを記録媒体２０８に記録させる（ステップＳ１１２）。その後、制御部２０９は、ステップ１０２へ処理を戻す。このようにして一連の撮影動作が行われる。
【００４１】
次に、位相差ＡＦ駆動について詳しく説明する。  
まず、基本的な動きを説明するために手ぶれ補正用駆動が行われない場合を例に説明する。即ち、手ぶれ補正用制御部２１２２が駆動制御信号を出力せずに位相差ＡＦ用制御部２１２１のみが駆動制御信号を出力し、撮像素子ドライバ２１２４が位相差ＡＦ用制御部２１２１からの駆動制御信号に従ってアクチュエータ２０３を駆動させる例である。この時の撮像素子２０２の駆動の様子を示したのが図６である。
【００４２】
本実施形態では、焦点検出用画素対の配列方向と平行になるように撮像素子２０２を駆動させる。図２の例では、水平方向に撮像素子２０２を駆動させる。ここで、図６の縦軸は、撮像素子２０２の変位量を示しており、右方向を正方向としている。また、図６の縦軸で示す１ＥＬは、離散度を示している。離散度は、焦点検出用画素のサンプリングピッチに対応した量であって、図６の例では１ＥＬ＝８画素である。また、図６の横軸は経過時間を示している。図６に示すように、焦点検出用画素の露光は、垂直同期信号ＶＤに同期して行われる。図６の例では、ＶＤ信号の間隔を２０ｍｓとし、４回連続で露光を行っている。ここで、図６の例では、４回の露光動作を行う例を示しているが露光回数は、４回に限定されるものではない。
【００４３】
図６に示すように、本実施形態では、１回の露光期間中に水平方向に１ＥＬだけ動くように撮像素子２０２を駆動させる。また、１回の露光期間毎に撮像素子２０２の移動方向を反転させるように撮像素子２０２を駆動させる。この場合、撮像素子２０２は水平方向に沿って振動するように移動する。図６の例の場合には、振動周期は４０ｍｓとなり、振動周波数は２５Ｈｚとなる。
【００４４】
図６のようにして撮像素子２０２を駆動させた場合の撮像素子２０２の様子を光軸方向から拡大して示したものが図７である。図７において、白抜きの丸で示す画素が撮影用画素２０２１を示し、ハッチングを施した画素が焦点検出用画素を示している。そして、Ｌは焦点検出用画素２０２２ｌであり、Ｒは焦点検出用画素２０２２ｒである。さらに、図７において括弧書きで示した番号は、図６の時間軸に沿って括弧書きで示した番号とそれぞれ対応しており、時間の経過とともに撮像素子２０２がどのように動くかを示している。
【００４５】
露光開始の時点では（１）の状態である。この後、撮像素子２０２の露光開始に伴って右方向への撮像素子２０２の移動が開始される。露光開始から１０ｍｓが経過すると（２）の状態となる。このとき、焦点検出用画素２０２２ｌ、２０２２ｒの位置が初期の位置から１/２ＥＬ（＝４画素）だけずれる。さらに、露光開始から１０ｍｓが経過すると１回分の露光が終了して（３）の状態となる。このとき、焦点検出用画素２０２２ｌ、２０２２ｒの位置が初期の位置から１ＥＬ（＝８画素）だけずれる。この後、画像データの読み出しが行われて１回の露光動作が終了する。この１回の露光動作により、１つの焦点検出用画素を用いて、８画素分の範囲の光束を２．５ｍｓずつの露光時間でサンプリングすることが可能である。
【００４６】
２回目の露光開始から１０ｍｓが経過すると（４）の状態となる。（４）の状態は（２）と同一である。さらに、１０ｍｓが経過すると（５）の状態となる。（５）の状態は（１）と同一であり、これにより撮像素子２０２の位置が初期状態に復帰する。以後、３回目の露光時には１回目の露光時と同様に撮像素子２０２が駆動され、４回目の露光時には２回目の露光時と同様に撮像素子２０２が駆動される。なお、位相差ＡＦに用いる画像データは、例えば４回の露光の平均値を用いる。
【００４７】
次に、手ぶれ補正用駆動が行われる場合の動作について説明を行う。  
図８は、手ぶれ補正用駆動と位相差ＡＦ用駆動とを併用した場合について説明するためのグラフである。ここで、図８においては、撮像素子２０２の変位を縦軸に、時間変化を横軸に示している。ここでは簡略化のために水平方向のみの変位を図示しているが、実際には垂直方向にも駆動させているものとする。図８の領域ＡはステップＳ１０１の期間に対応している。同様に図８の領域ＢはステップＳ１０３の期間に対応し、領域ＣはステップＳ１０８の期間に対応している。さらに、点Ｓのタイミングで本撮像を行っている。
【００４８】
上述したように、領域Ａ、Ｃの期間では、手ぶれ補正用の撮像素子２０２の駆動のみが行われる。即ち、カメラ本体２００の動きによる画像のぶれを補正する方向にのみ撮像素子２０２を駆動する。この手ぶれ補正用駆動によって、撮影者の意図しない手ぶれによる画像ぶれの影響を軽減できる。なお、一般に人の手ぶれは、およそ数Ｈｚ〜十数Ｈｚ程の振動であるので撮像素子２０２の駆動周期もそれと同程度となる。
【００４９】
一方、領域Ｂでは、手ぶれ補正用駆動に位相差ＡＦ用駆動を重畳して撮像素子２０２を駆動する。両駆動の重畳の仕方は、手ぶれ補正用駆動量に応じて異ならせる。例えば、手ぶれ補正用の駆動量が位相差ＡＦ用駆動量よりも小さい場合には、図８の破線で示す手ぶれ補正用駆動量に対してさらに位相差ＡＦ用の駆動量分だけ撮像素子２０２を能動的に動かす。一方、手ぶれ補正用の駆動量が位相差ＡＦ用の駆動量よりも大きい場合には、手ぶれ補正用駆動のみ行う。この時、完全に手ぶれを補正してしまうと位相差ＡＦ用駆動の効果がなくなってしまうので、位相差ＡＦ用の駆動に必要な駆動量だけ撮像素子２０２が動くようにする。
【００５０】
以上説明したように本実施形態では、位相差ＡＦ時に撮像素子２０２を能動的に駆動させることで、焦点検出用画素をその配列方向に沿ってスキャンさせることが可能である。これにより、焦点検出用画素の離散度を大きくしても、撮像面上に結像している光束を広範囲でサンプリングできる。また、このような位相差ＡＦ駆動では、実質的にローパスフィルタを用いたのと同様の効果が得られる。即ち、撮像信号における高周波成分が除去されるので、エイリアシングの影響によって相関演算の誤差が大きくなる合焦点の近傍付近でも精度良く、デフォーカス量算出を行うことができる。
【００５１】
また、位相差ＡＦ用の撮像素子２０２の駆動と手ぶれ補正用の撮像素子２０２の駆動とを併用することにより、画像ぶれの低減と位相差ＡＦの検出精度の向上とを両立させることが可能である。さらに、手ぶれ補正用の駆動機構と位相差ＡＦ用の駆動機構とを別個に設ける必要もない。なお、上述の例では、位相差ＡＦ用の撮像素子２０２の駆動と手ぶれ補正用の撮像素子２０２の駆動とを並列して行うようにしているが、位相差ＡＦ用の撮像素子２０２の駆動と手ぶれ補正用の撮像素子２０２の駆動とは適宜切り替えて行うようにしても良い。
【００５２】
また、図６の例では、焦点検出用画素の配列方向が撮像素子２０２の水平方向であるため、位相差ＡＦ駆動時の撮像素子２０２の駆動方向が水平方向となっている。しかしながら、焦点検出用画素の配列方向は必ずしも水平方向とする必要はなく、垂直方向や斜め方向に配置することもできる。また、焦点検出用画素列を複数列配置するようにしても良い。また、１回の露光期間中の撮像素子２０２の駆動量を１ＥＬ（図２の例では８画素）分としているが、０ＥＬより大きく、１ＥＬ以内の距離であれば良い。
【００５３】
さらに、上述した例では撮像装置の例としてレンズ交換式カメラを示しているが、必ずしもレンズ交換式とする必要はない。本実施形態の技術は、撮影用の撮像素子上で位相差ＡＦを行う各種の撮像装置に適用可能である。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００５４】
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００５５】
１００…交換レンズ、１０１…レンズ、１０３…ドライバ、１０４…レンズ制御部、１０５…レンズ情報記憶部、１０６…通信部、２００…カメラ本体、２０１…シャッタ、２０２…撮像素子、２０３…アクチュエータ、２０５…記憶部、２０６…画像処理部、２０７…表示部、２０８…記録媒体、２０９…制御部、２１０…操作部、２１１…動き検出部、２１２…撮像素子駆動制御部、２１３…ＡＦ演算部、３０１…マイクロレンズ、３０２…光電変換素子、３０３…遮光部材、２０２１…撮影用画素、２０２２…焦点検出用画素列、２１２１…位相差ＡＦ用制御部、２１２２…手ぶれ補正用制御部、２１２３…重畳部、２１２４…撮像素子ドライバ
【図１】
0005714931.tif 000002
【図２】
0005714931.tif 000003
【図３】
0005714931.tif 000004
【図４】
0005714931.tif 000005
【図５】
0005714931.tif 000006
【図６】
0005714931.tif 000007
【図７】
0005714931.tif 000008
【図８】
0005714931.tif 000009