(57)【要約】      （修正有）【課題】位相差測距方式を採用する撮像装置であって、コンパクトでレリーズタイムラグが少なく、さらに、常に高精度な測距を行うことができる撮像装置を提供する。【解決手段】第１の被写体像信号、及び、瞳分割されて形成された第２の被写体像並びに第３の被写体像をそれぞれ光電変換し、第２及び第３の被写体像信号を出力する撮像素子と、第１の被写体像信号を出力する撮像素子と同一の撮像素子が出力する第２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相関演算部と、ベスト像面位置であることを認識する認識部と、認識部の認識結果の情報と、相関演算部の演算結果とに基づいて、２像間隔を補正値として格納する補正値格納部と、第１の被写体像信号を撮像信号として取得する撮像信号取得部と、取得した撮像信号に基づいて画像データを生成する画像構成部とを有する装置とする。【選択図】図１
2012128101.tif 000002
【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、及び、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の被写体像並びに第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、
前記第１の被写体像信号を出力する前記撮像素子と同一の前記撮像素子が出力する前記第２の被写体像信号及び前記第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、
ベスト像面位置であることを認識する認識部と、
前記認識部の認識結果の情報と、前記相関演算部の演算結果とに基づいて、２像間隔を補正値として格納する補正値格納部と、
前記第１の被写体像信号を撮像信号として取得する撮像信号取得部と、
取得した前記撮像信号に基づいて画像データを生成する画像構成部と、
を有することを特徴とするの撮像装置。
【請求項２】
前記認識部は、前記撮像素子の同じ前記画素からの信号に基づいたコントラスト方式による測距結果と位相差方式による測距結果とを比較して、ベスト像面位置であることを認識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】
前記補正値格納部は、前記認識部がベスト像面位置と認識しているときの前記相関演算部の結果を補正値として格納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４】
前記補正値格納部は、前記相関演算部の演算結果に基づいて前記第１の被写体像信号に対応する被写体迄の距離が無限遠と推測されるときの前記補正値と、前記距離が至近端と推測されるときの前記補正値と、前記距離が無限遠でも至近端でもないと推測されるときの前記補正値とを、それぞれ別々に格納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。
【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】
一般的に位相差オートフォーカス（以下、適宜「ＡＦ」という。）の測距精度は、ＡＦセンサーが取り込める重心Ｆｎｏと焦点検出用画素の間隔とで決まっている。
従来例の撮像用画素と焦点検出用画素が２次元的に配列された素子を用いた撮像装置としては、以下の特許文献１に開示された構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５９２１４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の撮像装置には、主に以下の２つの測距方式がある。
（１）コントラスト方式
（２）位相差方式
（１）のコントラスト方式では、フォーカシング状態を変えてウォブリングを行いながらコントラスト値を評価する、いわゆる山登り方式を採用している。このため、合焦時間が長い。
【０００５】
また（２）の位相差方式では、原理的に１回の測距でデフォーカス量を検出できる。このため、合焦時間は短い。
位相差方式は、コンパクトでレリーズタイムラグが少ない、という利点を有している。
【０００６】
位相差方式を採用している撮像装置において、レンズ交換をするとき、レンズデータが既知であり取得可能な場合、位相差ＡＦ時の補正値を算出することが可能である。これに対して、レンズ自体からデータを取得することができない場合、位相差ＡＦの補正値を算出することが出来ない。
そこで、上述したコンパクトでありレリーズタイムラグが少ない、という利点を損なうことなく、さらに、高精度な位相差ＡＦを行えることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位相差測距方式を採用する撮像装置であって、コンパクトでレリーズタイムラグが少なく、さらに、常に高精度なフォーカシングを行う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】
【０００８】
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、及び、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の被写体像並びに第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、
第１の被写体像信号を出力する撮像素子と同一の撮像素子が出力する第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相関演算部と、
ベスト像面位置であることを認識する認識部と、
認識部の認識結果の情報と、相関演算部の演算結果とに基づいて、２像間隔を補正値として格納する補正値格納部と、
第１の被写体像信号を撮像信号として取得する撮像信号取得部と、
取得した撮像信号に基づいて画像データを生成する画像構成部と、
を有する。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、認識部は、撮像素子の同じ画素からの信号に基づいたコントラスト方式による測距結果と位相差方式による測距結果とを比較して、ベスト像面位置であることを認識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、補正値格納部は、認識部がベスト像面位置と認識しているときの相関演算部の結果を補正値として格納することが望ましい。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、補正値格納部は、相関演算部の演算結果に基づいて第１の被写体像信号に対応する被写体迄の距離が無限遠と推測されるときの補正値と、距離が至近端と推測されるときの補正値と、距離が無限遠でも至近端でもないと推測されるときの補正値とを、それぞれ別々に格納することが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、位相差測距方式を採用する撮像装置であって、コンパクトでレリーズタイムラグが少なく、さらに、常に高精度なフォーカシングを行うことができる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の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】本実施形態に係るデジタルカメラの構成を示す他の機能ブロック図である。
【図１３】エレメントカーブを説明する図である。
【図１４】補正値を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１５】補正値を算出する手順を示す他のフローチャートである。
【図１６】補正値を算出する手順を示す別のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、メモリーカード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、適宜「ＡＦ用画素」という）が配列される。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。メモリーカード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。
【００２２】
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ーカード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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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））
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【００６１】
これにより、精度の高い焦点検出を行うことができる。
【００６２】
（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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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はない。
【００７２】
（機能ブロックの説明）
本実施形態では、認識部１３８（図１１、図１２）は、後述するように、ベスト像面位置を認識する。この認識に関して、以下の２通りの手順（ａ）、（ｂ）がある。
（ａ）撮影者がマニュアルフォーカス（以下、適宜「ＭＦ」）モードを用いてベスト像面位置、つまり最もピントが合っている状態を認識する。
（ｂ）コントラストＡＦ方式を用いてベスト像面位置を認識する。
【００７３】
図１１は、交換レンズ１２がＡＦに対応していないＡＦ不可レンズの場合に、ＭＦモードを用いて、ベスト像面を認識する撮像装置１１のボディ制御部２４の機能ブロックを示す図である。なお、図１で示す構成と同一の構成には、同じ参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００７４】
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。
【００７５】
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Ａ／Ｄ変換部１３１へ入力する。
【００７６】
像信号取得部（撮像信号取得部）１３３は、Ａ／Ｄ信号処理部１３１と信号処理部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１３５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（表示部）２６は、撮影用の画像を表示する。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。
【００７７】
記録画像構成部１３４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。
記録画像構成部１３４と表示画像構成部１３５とは、取得した撮像信号に基づいて画像データを生成する画像構成部に対応する。
【００７８】
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。
【００７９】
撮像素子２２は、２次元に配列された複数の画素を有し、撮像光学系であるレンズ１８、１９、２０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。詳細は後述する。
【００８０】
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、第１の被写体像信号を出力する撮像素子２２と同一の撮像素子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。
【００８１】
また、補正値格納部１３７は、認識部１３８の認識結果の情報と、相関演算部１３７の演算結果とに基づいて、２像間隔を補正値として格納する
【００８２】
補正値格納部１３７は、認識部１３８の認識結果の情報と、相関演算部１３７の演算結果とに基づいて、２像間隔を補正値として格納する。
【００８３】
ここでは、補正値格納部１３７は、認識部１３８がベスト像面位置と認識しているときの相関演算部１３７の結果を補正値として格納する。
これにより、位相差ＡＦとの結果を補正して、マニュアルフォーカスモードによるピント合わせの結果に一致させることができる。
【００８４】
図１２は、交換レンズ１２がＡＦに対応しているＡＦレンズの場合に、コントラストＡＦモードを用いて、ベスト像面を認識する撮像装置１１のボディ制御部２４の機能ブロックを示す図である。なお、図１で示す構成と同一の構成には、同じ参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００８５】
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。
【００８６】
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Ａ／Ｄ変換部１３１へ入力する。
【００８７】
像信号取得部（撮像信号取得部）１３３は、Ａ／Ｄ信号処理部１３１と信号処理部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１３５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（表示部）２６は、撮影用の画像を表示する。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。
【００８８】
記録画像構成部１３４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。
記録画像構成部１３４と表示画像構成部１３５とは、取得した撮像信号に基づいて画像データを生成する画像構成部に対応する。
【００８９】
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。
【００９０】
撮像素子２２は、２次元に配列された複数の画素を有し、撮像光学系であるレンズ１８、１９、２０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。
【００９１】
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、第１の被写体像信号を出力する撮像素子２２と同一の撮像素子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。
【００９２】
また、補正値格納部１３７は、認識部１３８の認識結果の情報と、相関演算部１３７の演算結果とに基づいて、２像間隔を補正値として格納する。
【００９３】
ここで、コントラストＡＦモードにより、ベスト像面位置となるようにフォーカシングする。
コントラストＡＦ制御部１４１は、制御部１４０を介して、フォーカスレンズ駆動部１６、絞り制御部１５を制御する。コントラスト方式では、フォーカシング状態を変えながらコントラスト値を評価する、いわゆる山登り方式を採用している。これにより、撮像した画像のコントラストが最も高い状態を検出する。
この状態を、認識部１３８は、ベスト像面位置であることを認識する。
補正値格納部１３７は、認識部１３８の認識結果の情報と、相関演算部１３７の演算結果とに基づいて、２像間隔を補正値として格納する。
【００９４】
認識部１３８は、撮像素子２２の同じ前記画素からの信号に基づいたコントラストＡＦ方式による測距結果と位相差ＡＦ方式による測距結果とを比較して、ベスト像面位置であることを認識する。
【００９５】
補正値格納部１３７は、ベスト像面位置から所定距離ずれた位置における２像間隔を推定し、所定距離であるずれ量と、推定された２像間隔と、所定距離ずれた位置における相関演算結果と、に基づいて補正値を算出し、補正値として格納する。
これにより、位相差ＡＦとの結果を補正して、コントラストＡＦモードによるピント合わせの結果に一致させることができる。
【００９６】
次に、補正値による補正の内容を説明する。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、デフォーカス量（横軸）と、２像間隔（縦軸）との比例関係（以下、適宜、「デフォーカスエレメントカーブ」という。）を示す図である。
【００９７】
図１３（ａ）は、従来の位相差ＡＦについてデフォーカスエレメントが既知の場合を示している。
相関演算により２像間隔（ＥＬ）が算出される。例えば、２像間隔は所定の距離ａである。また、２像間隔に対応するデフォーカス量ｂが得られる。
このデフォーカス量に基づき、レンズ駆動量を算出し、レンズを駆動する。
【００９８】
ここで、相関演算から得られるデフォーカスエレメントカーブの切片は０（ゼロ）を通らない。そのため、補正値を用いて、切片が０（ゼロ）を通るように補正している。
一般的にこの補正値は、撮影時に演算して求めるものではなく、データとして格納されている。
【００９９】
図１３（ｂ）は、従来構成において、デフォーカスエレメントが未知の場合を示している。
デフォーカスエレメントカーブが未知のため、傾き、切片が未知である。１ポイントの相関演算結果では、傾きと切片は、算出できない。つまり、補正値が算出できない。
なお、１点鎖線、２点鎖線で示す直線を、未知のデフォーカスエレメントカーブの参考として示している。
【０１００】
図１３（ｃ）は、本実施形態において、デフォーカスエレメントが未知の場合を示している。
デフォーカスエレメントカーブが未知のため、傾きと切片とは、未知である。上述したように、１ポイントの相関演算結果では、傾きと切片は算出できない。つまり、補正値が算出できない。
本実施形態では、認識部１３８より、ベスト像面位置を認識することで、デフォーカス量０（ゼロ）が定義できる。ベスト像面の認識は、上述した２つの機能ブロック図のように、ＭＦモードや、コントラストＡＦモードを用いて行う。
このデフォーカス量０（ゼロ）の位置における相関演算結果から、切片が算出可能となる。つまり、補正値βを算出可能となる。
【０１０１】
切片が算出できれば、デフォーカスエレメントカーブの傾きは未知であっても、ベスト像面位置での２像間隔ＥＬは、必ず０（ゼロ）となる。
なお、１点鎖線、２点鎖線で示す直線を、未知のデフォーカスエレメントカーブの参考として示している。
【０１０２】
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の補正動作をさらに詳細に説明する。
図１４は、補正値算出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、補正値算出が開始される。ステップＳ１０２において、撮影者はマニュアルフォーカスモードか、コントラストＡＦモードかが判断される。
【０１０３】
マニュアルフォーカスモードの場合、ステップＳ１０３において、補正値算出サブルーチン１が実行される。
これに対して、コントラストＡＦモードの場合、ステップＳ１０４において、補正値算出サブルーチン２が実行される。
【０１０４】
ステップＳ２０２において、像信号取得部１３３は、瞳分割された撮像素子２２の画素から２つの被写体像信号（２像の信号）を読み出す。
【０１０５】
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。
ステップＳ２０５において、補正値格納部１３７は、２像間隔を補正値として格納する。
【０１０６】
図１６は、補正値算出サブルーチン２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、像信号取得部１３３は、瞳分割されていない撮像素子２２の画素から第１の被写体像信号を読み出す。
【０１０７】
ステップＳ３０２において、コントラストＡＦが実行され、コントラストＡＦ制御部１４１（図１２）は、コントラストＡＦ評価値のピーク値（最大値）を算出する。ステップＳ３０３において、認識部１３８は、ベスト像面位置（ジャストピント位置）であると認識する。
【０１０８】
ステップＳ３０４において、像信号取得部１３３は、瞳分割された撮像素子２２の画素から２つの被写体像信号（２像の信号）を読み出す。
【０１０９】
ステップＳ３０５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Ｓ３０６において、相関演算の結果、２像の間隔が算出される。
ステップＳ３０７において、補正値格納部１３７は、２像間隔を補正値として格納する。
【０１１０】
なお、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
また、上記実施形態において、補正値を算出する状態は、物点（被写体）が無限遠から至近距離までの間のいずれの撮影状態で算出してもよい。
さらに、無限遠物点の状態において第１の補正値を算出し、至近距離物点の状態において第２の補正値を算出するなど、撮影状態に応じて補正値を算出し、格納することで、測距性能を良くすることが可能となる。
このように、上述した補正値のほか、（至近端）第１の補正値、（無限遠）第２の補正値を算出しておき、撮影状況に応じて使い分けることも可能である。
【０１１３】
例えば、補正値格納部１３７は、相関演算部１３６の演算結果に基づいて第１の被写体像信号に対応する被写体迄の距離が無限遠と推測されるときの補正値を格納する。
また、補正値格納部１３７は、相関演算部１３６の演算結果に基づいて第１の被写体像信号に対応する被写体迄の距離が至近端（至近距離）と推測されるときの補正値を格納する。
さらに、補正値格納部１３７は、相関演算部１３６の演算結果に基づいて第１の被写体像信号に対応する被写体迄の距離が無限遠でも至近端でもないと推測されるときの補正値を格納する。
このとき、補正値格納部１３７は、それぞれの被写体距離における補正値を別々に格納する。
これにより、新たに撮影する際の被写体距離が無限遠や至近端のとき、それぞれに応じた補正値を選択することで、少なくとも無限遠や至近端といった状況の違いに応じた補正値を使用することができる。
【０１１４】
本実施形態は、光路中にメカ機構（ハーフミラー、サブミラー）が存在しない。この、メカ機構による収差の影響がない。したがって、上述した補正は１度行えば良い。他方、光路中にメカ機構（ハーフミラー、サブミラー）が存在するような撮像装置では、収差の影響により、補正を複数回行う必要がある。
このように、本実施形態は、位相差測距方式を採用する撮像装置であって、コンパクトでレリーズタイムラグが少なく、さらに、常に高精度なフォーカシングを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上のように、本発明は、位相差ＡＦ方式の撮像装置に適している。
【符号の説明】
【０１１６】
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    メモリーカード
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  記録画像構成部
１３５  表示画像構成部
１３６  相関演算部
１３７  補正値格納部
１３８  認識部
１３９  位相差ＡＦ制御部
１４０  制御部
１４１  コントラストＡＦ制御部
【図１】
2012128101.tif 000003
【図２】
2012128101.tif 000004
【図３】
2012128101.tif 000005
【図４】
2012128101.tif 000006
【図５】
2012128101.tif 000007
【図６】
2012128101.tif 000008
【図７】
2012128101.tif 000009
【図８】
2012128101.tif 000010
【図９】
2012128101.tif 000011
【図１０】
2012128101.tif 000012
【図１１】
2012128101.tif 000013
【図１２】
2012128101.tif 000014
【図１３】
2012128101.tif 000015
【図１４】
2012128101.tif 000016
【図１５】
2012128101.tif 000017
【図１６】
2012128101.tif 000018