(57)【要約】【課題】撮像用画素群と焦点検出用画素群とを含む撮像素子を用いた撮像装置において、焦点検出性能の維持と画質劣化防止の両立を図る。【解決手段】撮影レンズの射出瞳を通過した光束を受光する撮像用画素と撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通過した光束を受光する焦点検出用画素とが配列された撮像素子と、焦点検出用画素の出力信号を用いて位相差方式により撮影レンズのデフォーカス量を検出する焦点検出部と、撮影レンズにより結像される被写体像と撮像素子の相対位置を変化させるために光学系を駆動する駆動部と、を備え、焦点検出部は、駆動部により光学系を駆動して、複数の相対位置で得られた焦点検出用画素の出力信号に基づいてデフォーカス量を検出する。【選択図】  図１２
2013054136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影レンズの射出瞳を通過した光束を受光する撮像用画素と前記撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通過した光束を受光する焦点検出用画素とが配列された撮像素子と、
前記焦点検出用画素の出力信号を用いて位相差方式により前記撮影レンズのデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、
前記撮影レンズにより結像される被写体像と前記撮像素子の相対位置を変化させるために光学系を駆動する駆動手段と、を備え、
前記焦点検出手段は、前記駆動手段により前記光学系を駆動して、複数の前記相対位置で得られた前記焦点検出用画素の出力信号に基づいてデフォーカス量を検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学系の駆動による前記被写体像と前記撮像素子の相対位置の変化の前後で、撮影画像全体に対する主被写体の位置が略同一となるように、前記撮影画像をトリミングするトリミング手段をさらに備え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】
前記駆動手段は、前記撮影レンズの一部を移動させることにより前記被写体像と前記撮像素子の相対位置を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記撮像素子を移動させることにより前記被写体像と前記撮像素子の相対位置を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記撮像素子の画素を構成する前記焦点検出用画素の配置に応じて、前記光学系の駆動量を決定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】
前記駆動手段は、前記撮像素子の画素を構成する前記焦点検出用画素の瞳分割方向に応じて、前記光学系の駆動方向を決定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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等の焦点検出機能を有した撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子に位相差検出機能を付与することで、専用のＡＦセンサを不要とし、かつ高速の位相差ＡＦを撮像面上で実現するための技術が提案されている。
【０００３】
例えば特開２０００−１５６８２３号公報（特許文献１）では、撮像素子の一部の受光素子（画素）において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与している。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行なう。ここで、焦点検出用画素は撮像専用画素に対して、受光部面積が小さい、あるいは受光領域の重心位置がオンチップマイクロレンズの光軸に対して偏倚している等の受光特性上の相違がある。そのために、焦点検出用画素が配置された場所では画像情報の一部が欠損するため、その周辺部の撮像専用画素の情報から補間演算を行なって、画像信号を生成している。
ここで、焦点検出用画素の配置密度を疎とすれば、上記画素欠陥による画質劣化を軽減できるが、一方で焦点検出用画像のサンプリング特性が悪化し、焦点検出性能は低下する。すなわち、当該技術分野においては、焦点検出性能の維持と画質劣化防止の両立を図るためには、焦点検出用画素の配置方法が重要となる。
【０００４】
特開２００７−２７９３１２号公報（特許文献２）で開示された技術では、第一焦点検出用画素群と第二焦点検出用画素群を有し、像の検出ピッチが短い第一焦点検出用画素群で高精度な焦点検出を行なう。また、焦点検出用画素の受光領域を絞り、像の検出ピッチを長くした第二焦点検出用画素群で大デフォーカス量検出を行なう。これらにより、高精度な焦点検出と大デフォーカス量検出とを両立させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５６８２３号公報
【特許文献２】特開２００７−２７９３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上述の公知技術には、以下のような課題がある。特許文献２において開示された技術では、合焦近傍の焦点状態を高精度に検出するために、第一焦点検出用画素の配置を密にしており、焦点検出用画素の画像信号を周辺の撮像専用画素の出力信号、及び焦点検出用画素の出力信号を用いて補間処理により生成している。そのため、焦点検出用画像のサンプリング特性は改善するが、焦点検出領域において部分的な画質劣化が目立つ可能性がある。
【０００７】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像用画素群と焦点検出用画素群とを含む撮像素子を用いた撮像装置において、焦点検出性能の維持と画質劣化防止の両立を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わる撮像装置は、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を受光する撮像用画素と前記撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通過した光束を受光する焦点検出用画素とが配列された撮像素子と、前記焦点検出用画素の出力信号を用いて位相差方式により前記撮影レンズのデフォーカス量を検出する焦点検出手段と、前記撮影レンズにより結像される被写体像と前記撮像素子の相対位置を変化させるために光学系を駆動する駆動手段と、を備え、前記焦点検出手段は、前記駆動手段により前記光学系を駆動して、複数の前記相対位置で得られた前記焦点検出用画素の出力信号に基づいてデフォーカス量を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮像用画素群と焦点検出用画素群とを含む撮像素子を用いた撮像装置において、焦点検出性能の維持と画質劣化防止の両立を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るカメラの構成図。
【図２】手振れ補正レンズの駆動に関するブロック図。
【図３】手振れ補正機構の一例を示す図。
【図４】手振れ補正機構の駆動力発生部を示す図。
【図５】手振れ補正機構の一例を示す図。
【図６】手振れ補正機構の駆動力発生部を示す図。
【図７】固体撮像素子のブロック図。
【図８】撮像素子の撮像用画素の平面図と断面図。
【図９】撮像素子の焦点検出用画素の平面図と断面図。
【図１０】撮像素子の焦点検出用画素の配置領域拡大図。
【図１１】カメラの動作を示すフローチャート。
【図１２】焦点検出の動作を示すフローチャート。
【図１３】焦点検出動作中の焦点検出用画素信号の一例を示す図。
【図１４】撮影動作を示すフローチャート。
【図１５】第１の変形例の動作を示すフローチャート。
【図１６】第２の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係るカメラの構成図で、撮像素子を有したカメラ本体と撮影レンズが一体となった電子カメラを示している。１０１はカメラ本体に内蔵されたマイクロコンピュータからなる中央処理装置（以下、ＭＰＵという）である。ＭＰＵ１０１は、カメラの動作制御を司るものであり、各要素に対して様々な処理や指示を実行する。１０１ａはＭＰＵ１０１に内蔵されたＥＥＰＲＯＭであり、ＥＥＰＲＯＭに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラが有する各種回路を駆動し、ＡＦ、撮影、画像処理、記録等の一連の動作を実行する。
【００１３】
ＭＰＵ１０１には、焦点検出回路１０２、映像信号処理回路１０３、スイッチセンス回路１０４、表示器駆動回路１０５、レンズ制御回路１０６が接続されている。これらの回路はＭＰＵ１０１の制御により動作するものである。
【００１４】
また、ＭＰＵ１０１は、撮影レンズユニット内に配置されたレンズ制御回路１０６と、マウント接点１０７を介して通信を行う。マウント接点１０７は撮影レンズユニットが接続されるとＭＰＵ１０１へ信号を送信する機能も備えている。これにより、レンズ制御回路１０６は、ＭＰＵ１０１との間で通信を行い、撮影レンズユニット内の撮影レンズ、及び絞り１０８の駆動を、ＡＦ駆動回路１０９及び絞り駆動回路１１０を介して行うことが可能となる。
【００１５】
被写体像を結像させるための撮影レンズは、複数のレンズ群により構成され、手振れ補正レンズ１１１、手振れ補正レンズ１１１を駆動する駆動部１１２が備えられている。手振れ検出センサ１１３は手振れを検出する。レンズ駆動回路１０６は、駆動部１１２を用いて手振れ補正レンズ１１１を駆動する。
【００１６】
ＡＦ駆動回路１０９は、例えばステッピングモータによって構成され、レンズ制御回路１０６の制御によって撮影レンズ内のフォーカスレンズ位置を変化させることにより、撮像素子１１４に撮像光束の焦点を合わせるように調節する。絞り駆動回路１１０は、例えばオートアイリスなどによって構成され、レンズ制御回路１０６によって絞り１０８の開口量を変化させ、光学的な絞り値を得るように構成されている。
【００１７】
１１５は光学的ローパスフィルタで、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。撮像素子１１４はＣ−ＭＯＳセンサとその周辺回路で構成されており、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る。１１６はクランプ／ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路であり、Ａ／Ｄ変換する前の基本的なアナログ処理を行うとともに、クランプレベルの変更も可能である。１１７はＡＧＣ（自動利得調整）回路であり、ＡＧＣ基本レベルの変更が可能である。１１８はＡ／Ｄ変換器であり、撮像素子１１４のアナログ出力信号をデジタル信号に変換する。
【００１８】
映像信号処理回路１０３は、デジタル化された画像データに対して、γ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮等の処理を行なう。撮影済み画像は着脱可能なフラッシュメモリ（不図示）に記録する。１１９はＬＣＤ等の表示器で、表示器駆動回路１０５を通して、カメラ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等を表示する。１２０は操作スイッチ群で、スイッチセンス回路１０４を通して、電源スイッチ、レリーズ（撮影トリガ）スイッチ、撮影モード選択スイッチ、手振れ補正指示スイッチ等で構成される。
【００１９】
次に、撮影レンズの一部である手振れ補正レンズを動かす手振れ補正システムについて図２〜図４を用いて詳細に説明する。手振れ補正系の制御ブロックは、図２に示すように構成されている。
【００２０】
手振れ検出センサ１１３で検出された手振れ信号は、所定の周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２０１を通過した後、積分器２０２により振れ量に換算される。そして、この換算された振れ量に、手振れ補正レンズ１１１の位置を検出する位置検出センサ２０４の検出信号が、算出部２０３において加味され、移動目標量が生成される。この移動目標量に基づいて駆動部１１２を制御し、手振れ補正レンズ１１１を駆動することによって、ユーザーの手振れを相殺する。なお、ハイパスフィルタ２０１および積分器２０３はＭＰＵ１０１に内蔵されている。
【００２１】
上記の説明においては、手振れ補正レンズ１１１の移動方向につき１軸を対象に１系統分説明したが、実際には手振れ補正レンズ１１１は、光軸に対して垂直な面内で移動する。従って、平面内の２軸で移動させるためには２系統分必要となり、本実施形態においても２系統有するものとする。
【００２２】
次に、光学系駆動の例として、手振れ補正レンズ１１１を駆動する機構について図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、撮像光学系の一部の光学系である手振れ補正レンズ１１１を移動させる機構を概略的に示す図である。
【００２３】
図３（ａ）において、３０１はレンズを保持する可動枠、１１１は手振れ補正レンズ、３０２は鏡筒に取り付けられた固定部、３０３は可動枠上の支持／案内部、３０４は支持／案内部と同軸に取り付けられたバネを示す。また、３０５ａ、３０５ｂは固定部に取り付けられたコイル、３０６ａ、３０６ｂは可動枠３０１に取り付けられたマグネットを示す。
【００２４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した手振れ補正機構の右側面図である。図３（ｂ）において、３０９、３１０は図３（ａ）には図示しないヨークである。３１１は図３（ａ）には図示しない可動部の位置検出センサである。具体的にはホール素子により構成される。  図３（ｃ）は図３（ａ）の３０８矢視図である。可動枠３０１は支持／案内部３０３によって固定部３０２に対して平面運動可能に案内支持されている。図３（ｃ）では、長円形の案内溝３１２の中に円形の支持／案内部３０３が挿入されている。手振れ補正機構は、３箇所とも同一の構造とすることによって、撮像光学系の光軸の方向には拘束され、光軸に直交する平面上では運動させることができる。可動枠３０１上には、手振れ補正レンズ１１１及び駆動用のマグネット３０６ａ、３０６ｂが取り付けられている。また、可動枠３０１は支持／案内部３０３と同軸に取り付けられたバネ３０４によって弾性支持されており、駆動力が発生していないときは手振れ補正レンズ１１１の中心が光軸にほぼ一致するように配置されている。駆動部分は図３（ｂ）に示すようにマグネット３０６ａの両側をヨークで挟み込み、片側にコイル３０５ａを備えた構成をしている。駆動部分の原理は図４（ａ）、図４（ｂ）を用いて説明する。
【００２５】
図４（ａ）、図４（ｂ）は、図３（ａ）に示す点線３０７を断面として駆動回路部分を抜粋した矢視図である。
【００２６】
駆動用マグネット３０６ａは２極で厚み方向に着磁されている。更に、マグネット３０６ａの着磁方向の両側にはヨーク３０９、３１０が設けられており、多くの磁束は外に漏れることなく、図４（ａ）の図中に示すような矢印方向の磁界を発生させている。この状態でコイル３０５ａに通電すると、コイル３０５ａ上の領域４０１と４０２には、それぞれ反対方向の電流が流れる。一方、磁界の方向も反対であるため、フレミングの左手の法則によって同一方向の力が発生する。このときコイルが固定されているため、作用反作用の法則によって可動部に取り付けられたマグネット３０６ａが力を受けて駆動される。駆動力はコイル３０５ａの電流に比例し、コイル３０５ａに流す電流の向きを反対方向にすることによって、マグネット３０６ａが受ける駆動力も反対にすることができる。駆動力が発生すると、可動枠３０１がバネ３０４によって弾性支持されているので、バネ力と釣り合う点まで変位する。つまり、コイル３０５ａの電流を適切に制御することによって、可動枠３０１の位置を制御することができる。更に、ヨーク３０９上にはホール素子３１１が取り付けられており、図４（ｂ）に示すように、コイル３０５ａに電流を印加することにより発生した駆動力によってマグネット３０６ａが変位すると、ホール素子３１１上の磁気バランスも変化する。そのため、ホール素子３１１の信号を得ることによって、マグネット３０６ａの位置を検出することが可能となる。
【００２７】
図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４（ａ）、図４（ｂ）では、光学系駆動手段としてマグネット及びコイルを用い、可動部にマグネットが配置され、固定部にコイルが配置されたムービングマグネット方式での構成を例示した。しかしながら、本実施形態は、可動部にコイルが配置され、固定部にマグネットが配置されたムービングコイルやその他の駆動方法を用いた手振れ補正機構を備えた撮像装置についても適用可能である。
【００２８】
次に光学系駆動手段の例として、上述の手振れ補正レンズを動かす手振れ補正システムとは異なり、撮像素子そのものを動かす（シフトさせる）ことによって手振れ補正を行うシステムについて、図５、図６を用いて説明する。
【００２９】
図５は本実施形態に適した撮像素子周辺構造を示す図であり、手振れ補正のための駆動部１１２を撮像素子１１４の近傍に備えている。駆動部１１２は撮像素子１１４をシフト駆動する。これに伴い、手振れ補正をするモードの有効／無効、および異物補正を有効とするか否かの設定を行うスイッチは、カメラ本体１側に設けられている。その他の構成は、すでに説明した手振れ補正レンズによる手振れ補正形態と同様である。
【００３０】
図５及び図６にて撮像素子１１４をシフト駆動する機構の例を示す。
【００３１】
図５において、１１４は撮像素子、５０１、５０２は撮像素子駆動手段としての駆動コイル、５０３、５０４は可動部の位置検出を行うホール素子、５０５、５０６、５０７、５０８はマグネットを示す。また、５０９は第１の保持部、５１０は第１の保持部５０９上に設けられた第１の案内部、５１１は第２の保持部、５１２は第２の保持部５１１上に設けられた第２の案内部、５１３はカメラ本体１に固定される第３の保持部を示す。また、５１４は第１の保持部５０９と図示しない固定部との間に設けられた第１の弾性体、５１５は第２の保持部５１１と図示しない固定部との間に設けられた第２の弾性体を示す。第１の案内部５１０と第２の案内部５１２が案内する方向は互いに直交している。また、撮像素子１１４を備えた第１の保持部５０９は第１の弾性体５１４及び第２の弾性体５１５によって弾性支持されている。
【００３２】
図６は駆動部の構成を示す図である。磁気回路は２つ存在するが９０度角度が異なるだけで同様の構成となっているので、駆動コイル５０１及びマグネット５０５、５０６によって構成される駆動部を用いて説明を行う。
【００３３】
図６において、６０３は磁束を模式的に示した矢印、６０１、６０２は図５には図示しないヨークである。マグネット５０５、５０６は２つの領域に分割して着磁されている。そのため図６に示したように磁束の多くは背面のヨーク６０１、６０２を使って循環する閉磁路６０３を構成する。駆動コイル５０１に電流が流れることによって、フレミングの左手の法則に従って駆動コイル５０１に対して力が発生する。発生した力と第１の弾性体５１４及び第２の弾性体５１５とのつりあいによって第１の保持部５０９及び撮像素子１１４は変位する。第１の保持部５０９が変位することによって、第１の保持部５０９上に設けられたホール素子５０３、５０４も変位する。結果として、固定部に設けられた磁気回路と相対的に変位するので、ホール素子５０３、５０４の信号から第１の保持部５０９の位置が検出可能であり、フィードバック制御を行うことができる。更に、露光中においては、レンズ情報と手振れ検出センサ１１３の信号に基づいて、適切に駆動コイル５０１及び５０２の電流を制御することによって、振れの少ない高品位な画像を得ることができる。
【００３４】
撮像素子手振れ補正系の制御ブロックは、駆動対象が手振れ補正レンズ１１１ではなく撮像素子１１４である点を除いて、手振れ補正レンズ１１１による手振れ補正形態と同様である。
【００３５】
次に、撮影素子の概略的回路構成、及び画素の構成について図７〜図９を用いて詳細に説明する。
【００３６】
図７は、撮像素子のブロック図を示している。なお、図７のブロック図は、読み出し動作が説明できる最低限の構成を示しており、画素リセット信号などが省略されている。図７において、７０１は、光電変換部（以下、ＰＤｍｎと略す。ｍは、Ｘ方向アドレスであり、ｍ＝０，１，…，ｍ−１、ｎは、Ｙ方向アドレスであり、ｎ＝０，１，…，ｎ−１である）であり、フォトダイオード、画素アンプ、リセット用のスイッチなどで構成されている。また、本実施形態の撮像素子は、ｍ×ｎの光電変換部が２次元状に配置されている。符号は、煩雑になるので、左上の光電変換部ＰＤ００付近のみに付記した。７０２は、光電変換部のＰＤｍｎの出力を選択するスイッチであり、垂直走査回路７０８により、一行ごとに選択される。
【００３７】
７０３は、光電変換部ＰＤｍｎ（７０１）の出力を一時的に記憶するためのラインメモリであり、垂直走査回路７０８により選択された、一行分の光電変換部の出力を記憶するものである。通常は、コンデンサが使用される。７０４は、水平出力線に接続されて、水平出力線を所定の電位ＶＨＲＳＴにリセットするためのスイッチであり、信号ＨＲＳＴにより制御される。
【００３８】
７０５は、前述のラインメモリ７０３に記憶された光電変換部ＰＤｍｎの出力を水平出力線に順次出力するためのスイッチであり、Ｈ０からＨｍ−１のスイッチを後述の水平走査回路７０６により、順次走査することにより、一行分の光電変換の出力が読み出される。
【００３９】
７０６は、水平走査回路であり、ラインメモリに記憶された光電変換部の出力を順次走査して、水平出力線に出力させる。信号ＰＨＳＴは、水平走査回路のデータ入力、ＰＨ１、ＰＨ２は、シフトクロック入力であり、ＰＨ１＝Ｈでデータがセットされ、ＰＨ２＝Ｈでデータがラッチされる構成となっている。そして、ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力することにより、ＰＨＳＴを順次シフトさせて、Ｈ０からＨｍ−１のスイッチを順次オンさせることができる。ＳＫＩＰは、間引き読み出し時に設定を行なわせる制御端子入力である。ＳＫＩＰ端子をＨレベルに設定することにより、水平走査回路を所定間隔でスキップさせることが可能になる。７０７は読み出しアンプである。
【００４０】
７０８は、垂直走査回路であり、順次走査して、Ｖ０からＶｎー１を出力することにより、光電変換部ＰＤｍｎの選択スイッチ７０２を選択することができる。制御信号は、水平走査回路と同様に、データ入力ＰＶＳＴ、シフトクロックＰＶ１、ＰＶ２、間引き読み設定ＳＫＩＰにより制御される。動作に関しては、水平走査回路と同様であるので詳細説明は省略する。また、図中では、上記の制御信号は、不図示とした。
【００４１】
図８、及び図９は、撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本実施形態においては、２×２の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、このベイヤー配列の間に、後述する構造の位相差方式の焦点検出を行うための焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。
【００４２】
図８に撮像用画素の配置と構造を示す。図８（ａ）は２×２の撮像用画素の平面図である。周知のごとく、ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置される。そしてこの２行×２列の構造が繰り返し配置される。
【００４３】
図８（ａ）の断面Ａ−Ａを図８（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤはＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したもの、ＣＬはＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮影光学系を模式的に示したものである。
【００４４】
ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。また、図８（ｂ）ではＲ画素の入射光束について説明したが、Ｇ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。
【００４５】
図９は、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで瞳分割方向である水平方向あるいは横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図９（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録もしくは観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。そして人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でＲもしくはＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施形態においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素に置き換える。これを図９（ａ）においてＳＨＡ及びＳＨＢで示す。
【００４６】
図９（ａ）における断面Ａ−Ａを図９（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換部ＰＤは図３（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本実施形態においては、焦点検出用画素の信号は画像創生には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦＷ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行なうため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素ＳＨＡの開口部ＯＰＨＡは右側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＨＢの開口部ＯＰＨＢは左側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰＨＢを通過した光束を受光する。よって、画素ＳＨＡを水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＡ像とする。また、画素ＳＨＢも水平方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＢ像とすると、Ａ像とＢ像の相対位置を検出し、像のズレ量に対して変換係数を乗じることで被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を算出できる。
【００４７】
図１０は、撮像用画素および焦点検出用画素の配置の一例を示した図である。同図において、Ｇは、緑フィルターを塗布された画素、Ｒは、赤フィルターを塗布された画素、Ｂは、青フィルターを塗布された画素である。図中のＳＨＡは、画素部の開口を水平方向に偏倚させて、形成された焦点検出用の画素であり、後述のＳＨＢ画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための基準画素群である。また、ＳＨＢは、画素の開口部をＳＨＡ画素とは、逆方向に偏倚させて形成された画素であり、ＳＨＡ画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための参照画素群である。ＳＨＡ、ＳＨＢ画素の白抜き部分が、偏倚した画素の開口位置を示している。
【００４８】
図１１、図１２、及び図１４は、カメラの焦点調節及び撮影工程を説明するためのフローチャートである。先に説明した各図も参照しながら、図１１以降の制御フローを説明する。
【００４９】
図１１はライブビューから静止画撮影に関するカメラのメインフローである。ステップＳ１１０１で撮影者がカメラの電源スイッチをオン操作すると、ステップＳ１１０２においてＭＰＵ１０１はカメラ内の各アクチュエータや撮像素子の動作確認を行ない、メモリ内容や実行プログラムの初期化を行なうと共に、撮影準備動作を実行する。ステップＳ１１０３において撮像素子を駆動し、ステップＳ１１０４においてライブビューモードにセットすることで撮像素子に周期的な撮像動作を開始させ、表示器１１９へのライブビュー動画の表示を行なう。ステップＳ１１０５では、測光センサ（不図示）により測光した被写界輝度に応じて自動的に決定された表示用絞り値、すなわち周期的に画像信号を読み出した場合に画像信号が表示に適したレベルになるような絞り値、あるいは操作部材（不図示）によりユーザーが手動で設定した撮影絞り値に応じた絞り制御情報をレンズ制御回路１０６へ送り、絞り開口径を撮影絞り値に設定する。続くステップＳ１１０６では焦点検出スイッチがオンされたか否かを判定し、オンされていなければ待機し、オンされた場合はステップＳ１２０１でライブビュー中の焦点検出動作に関するサブルーチンにジャンプする。
【００５０】
図１２は本実施形態に好適なライブビュー中の焦点検出のフローを示す。図１２に示すフローでは、時系列的に続いて出力される２つの焦点検出用画素信号を合成した画像データから焦点検出を行なう。具体的には、初めにステップＳ１２０２で現フレームで出力された焦点検出用画素データａ０（Ａ像）、ｂ０（Ｂ像）を内部メモリに記憶する。次にステップＳ１２０４において焦点検出用画素のサンプリングピッチに対応した距離だけ光学系を移動する。ここで言う光学系の移動とは、先述の手振れ補正システムを利用して、手振れ補正レンズ１１１を駆動して行ってもよいし、撮像素子１１４そのものを動かして行ってもよい。すなわち、撮像素子と撮像面上の被写体像の位置関係を焦点検出用画素の並び方向に一定距離ずらす操作を言う。ここでは一例として、図１０に示すように焦点検出用画素のサンプリングピッチ（４画素）の半分である２画素分（２画素分の駆動量）だけ、被写体像を焦点検出用画素の並び方向に移動する。続くステップＳ１２０５では、光学系が移動した状態で再度焦点検出用画素データａ１（Ａ像）、ｂ１（Ｂ像）を抽出し、内部メモリに記憶する。上述したステップＳ１２０２〜Ｓ１２０５の様子を図１３に示す。図１３（ａ）は、光学系を移動する前、図１３（ｂ）は光学系の移動に伴い撮像素子が被写体像に対して２画素分ずれた状態の焦点検出用画素群と被写体像の位置関係を示している。ここで、図１３（ａ）、図１３（ｂ）は焦点検出用画素のサンプリングピッチに対して互いに半位相ずれた位置で被写体を観測している。なお、被写体像と撮像素子の相対位置をずらして撮像を行うと、ライブビュー中の画像にずれが表れてしまう。そのため、光学系の駆動による被写体像と撮像素子の相対位置の変化の前後で、撮影画像全体に対する主被写体の位置が略同一となるように、撮影画像をトリミングすることによりこれを防止する。
【００５１】
次に図１２のステップＳ１２０６では、焦点検出用画素データａｎ−１、ａｎ（Ａ像）、及びｂｎ−１、ｂｎ（Ｂ像）でＡ像、Ｂ像それぞれ合成信号を生成する。同ステップでは図１３（ｃ）に示すように、焦点検出用画素信号ａｎ−１、及びａｎで被写体像との相対的な位置が合うような順番で並べなおすことで、Ａ像、及びＢ像の合成画像データを生成する。なお、図１３ではＡ像の様子について示したが、Ｂ像に関しても同様である。焦点検出用画素信号１、及び２は上述したように被写体像に対して互いに半位相ずれた画像データであるため、ステップＳ１２０６で合成された画像データは被写体像を焦点検出用画素の配置に対して半分のサンプリングピッチで観測した像となる。本実施形態においては、光学系の移動量を焦点検出用画素によるサンプリングピッチの半分の距離としたが、焦点検出用画素のサンプリングピッチに応じて適宜変更するようにしてもよい。
【００５２】
続くステップＳ１２０７〜ステップＳ１２０９では、ステップＳ１２０６で生成された画像データに基づいて相関演算処理を行ない、相関の信頼性判定を行ない、相関演算処理により得られた像ズレ量に変換係数を乗じることでデフォーカス量を算出する。
【００５３】
ステップＳ１２１０では合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内か否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合はステップＳ１２１１へ進み、デフォーカス量をレンズ制御回路１０６へ送信しレンズ駆動を行なう。ステップＳ１２１０において合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１２１３に進み、合焦表示を行ないリターンする。
【００５４】
ステップＳ１１０７では、撮影開始スイッチがオン操作されたか否かを判別し、オン操作されていなければステップＳ１２０１にて撮影待機状態を維持する。ステップＳ１１０７で撮影開始スイッチがオン操作されるとステップＳ１４０１に移行し、撮影サブルーチンを実行する。
【００５５】
図１４は撮影サブルーチンのフロー図である。撮影開始スイッチが操作されると、ステップＳ１４０１を経由して、ステップＳ１４０２では光量調節絞りを駆動し、露光時間を規定するメカニカルシャッタの開口制御を行なう。ステップＳ１４０３では、高画素静止画撮影のための画像読み出し、すなわち全画素の読み出しを行なう。ステップＳ１４０４では読み出した画像信号の欠損画素補間を行なう。すなわち、焦点検出用画素の出力は撮像のためのＲＧＢカラー情報を有しておらず、画像を得る上では欠陥画素に相当するため、周囲の撮像用画素の情報から補間により画像信号を生成する。
ステップＳ１４０５では、画像のγ補正、エッジ強調等の画像処理をおこない、ステップ  Ｓ１４０６において、フラッシュメモリ（不図示）に撮影画像を記録する。ステップＳ１４０７では、表示器１１９に撮影済み画像を表示し、ステップＳ１４０８で図１１のメインフローにリターンする。図１１のメインフローに戻ると、ステップＳ１１０８にて一連の撮影動作を終了する。
【００５６】
以上説明した実施形態は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施形態に対して種々の変形や変更が可能である。
【００５７】
（一実施形態の変形例）
上記の一実施形態において、図１２の焦点検出サブルーチンでは、光学系の移動に伴って時系列的に続いて出力される２つの焦点検出用画素信号を合成した画像データから焦点検出を行なった。
【００５８】
第１の変形例として、焦点検出サブルーチンの変形例を図１５に示す。図１５では、光学系の各位置において得られる焦点検出用画素群の信号で、各々相関演算を行ない、異なる光学系の位置で算出された相関量の平均値から、最終的な検出デフォーカス量を算出する。
【００５９】
具体的には、初めにステップＳ１５０２で現フレームで出力された焦点検出用画素データａ０（Ａ像）、ｂ０（Ｂ像）を読み出す。次にステップＳ１５０３、Ｓ１５０４において、ステップＳ１５０２で読み出された焦点検出用画素データに基づいて相関演算処理を行なうことで、相関量Ｐ０を取得し、相関の信頼性判定を行う。ステップＳ１５０６では、焦点検出用画素のサンプリングピッチに対応した距離だけ光学系を移動する。続くステップＳ１５０７では、光学系が移動した状態で再度焦点検出用画素データａ１（Ａ像）、ｂ１（Ｂ像）を読み出す。そして、ステップＳ１５０８、Ｓ１５０９において、ステップＳ１５０７で読み出された焦点検出用画素データに基づいて相関演算処理を行なうことで相関量Ｐ１を取得し、相関の信頼性判定を行う。ステップＳ１５１０では、光学系の移動前後でそれぞれ取得した相関量Ｐ０（Ｐｎ−１）、Ｐ１（Ｐｎ）の平均化処理を行なう。ステップＳ１５１１では異なる光学系の位置で算出された相関量の平均値から、最終的な検出デフォーカス量を算出する。
【００６０】
ステップＳ１５１２では合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内か否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合はステップＳ１５１３へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置へ送信しレンズ駆動を行なう。
【００６１】
上記第１の変形例のように、光学系の各位置で相関量を算出し、デフォーカス量に変換する際に相関量を平均化することでも同様の効果を得ることができる。
【００６２】
一実施形態においては、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素を配置することで、撮影画面の横方向に輝度分布を有した被写体、例えば縦線に対しては焦点検出可能だが、縦方向に輝度分布を有する横線は焦点検出不能である。第２の変形例として、後者についても焦点検出できるよう、撮影光学系の垂直方向（縦方向）にも瞳分割を行なう画素も備える。
【００６３】
図１６は、撮影光学系の垂直方向（換言すると上下方向もしくは縦方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の配置と構造を示す。ここで垂直方向あるいは上下あるいは縦横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、鉛直方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図１６（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図で、図９（ａ）と同様に、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素としている。これを図１６（ａ）においてＳＶＣ及びＳＶＤで示す。
【００６４】
図１６（ａ）の断面Ａ−Ａを図１６（ｂ）に示すが、図９（ｂ）の画素が横方向に瞳分離する構造であるのに対して、図１６（ｂ）の画素は瞳分離方向が縦方向になっているだけで、画素の構造としては変わらない。すなわち、画素ＳＶＣの開口部ＯＰＶＣは下側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの上側の射出瞳ＥＰＶＣを通過した光束を受光する。同様に、画素ＳＶＤの開口部ＯＰＶＤは上側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの下側の射出瞳ＥＰＶＤを通過した光束を受光する。よって、画素ＳＶＣを垂直方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＣ像とする。また、画素ＳＶＤも垂直方向に規則的に配列し、これらの画素群で取得した被写体像をＤ像とすると、Ｃ像とＤ像の相対位置を検出することで、垂直方向に輝度分布を有する被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）が検出できる
一実施形態においては、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素のみを配置していたため、光学系の移動方向として、水平方向にずらしていた。しかし、第２の変形例では、垂直方向（縦方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素が、垂直方向に配置されているため、光学系の移動として、水平方向にずらすだけでは後者焦点検出においては、本実施形態の効果が得られない。そこで、２方向に焦点検出用画素が配置されている撮像素子においては、２方向の合成方向に光学系を移動させることで、同様の効果を得ることができる。第２の変形例においては、水平方向、及び垂直方向に焦点検出用画素を配置しているため、斜め４５度の駆動方向に光学系を移動するようにし、光学系の移動前後で取得した焦点検出用画素データから焦点検出を行なう。
【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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