(57)【要約】【課題】光学系の焦点状態を適切に検出することができる焦点検出装置を提供する。【解決手段】複数の撮像用画素２２１と複数の焦点検出用画素２２１ａ，２２２ｂとを備えた撮像素子２２と、複数の焦点検出画素２２１ａ，２２２ｂのうち欠陥がある画素である欠陥画素のアドレスを記憶している記憶部２１と、記憶部２１に記憶されているアドレスに対応する位置に位置する欠陥画素の出力を、欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素２２１ａ，２２２ｂの出力に基づいて補間する補間部２１と、補間された欠陥画素の出力を含む複数の焦点検出用画素２２１ａ，２２２ｂの出力に基づいて、光学系による像面のずれ量を検出することで、光学系の焦点状態を検出する焦点検出部２１と、を有することを特徴とする。【選択図】  図１
2013011762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像用画素と複数の焦点検出用画素とを備えた撮像素子と、
前記複数の焦点検出画素のうち欠陥がある画素である欠陥画素のアドレスを記憶している記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記アドレスに対応する位置に位置する前記欠陥画素の出力を、該欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素の出力に基づいて補間する補間部と、
補間された前記欠陥画素の出力を含む複数の焦点検出用画素の出力に基づいて、光学系による像面のずれ量を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部と、を有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記撮像素子には、瞳分割された一対の光束のうち一方の光束を受光する複数の第１の焦点検出用画素と、他方の光束を受光する複数の第２の焦点検出用画素とが一次元状に配列されており、
前記補間部は、前記欠陥画素と同じ瞳からの光束を受光する焦点検出用画素のうち、前記欠陥画素に最も近い位置に位置する画素であり、かつ、欠陥画素に該当しない画素である最近接有効画素の出力に基づいて、前記欠陥画素の出力を補間することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記補間部は、前記最近接有効画素が２つ存在する場合には、該２つの最近接有効画素の出力の平均値に基づいて、前記欠陥画素の出力を補間し、前記最近接有効画素が１つ存在する場合には、該１つの最近接有効画素の出力に基づいて、前記欠陥画素の出力を補間することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の焦点検出装置において、
前記補間部は、前記欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素の出力に基づいて、前記欠陥画素の出力を補間した後に、暗電流特性に起因する前記焦点検出用画素の不均一性の補正と、受光感度特性に起因する前記焦点検出用画素の不均一性の補正とを行うことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の焦点検出装置において、
前記焦点検出部は、前記光学系の像面内に設定された複数の焦点検出位置のうち、所定の焦点検出位置における光学系の焦点状態を、該焦点検出位置に対応する前記焦点検出用画素の出力に基づいて検出し、
前記補間部は、前記欠陥画素に対応する焦点検出位置が、該欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素に対応する焦点検出位置と異なる場合でも、前記欠陥画素の出力を、前記欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素の出力に基づいて補間することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の焦点検出装置を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出装置および撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、撮像素子に複数の焦点検出用画素を備え、この焦点検出用画素の出力に基づいて、光学系による像面のずれ量を検出することで、光学系の焦点状態を検出する焦点検出装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１０７３２４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、従来技術では、焦点検出用画素の出力に基づいて焦点検出を行うため、焦点検出用画素に欠陥がある場合には、光学系の焦点状態を適切に検出することができない問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、光学系の焦点状態を適切に検出できる焦点検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。
【０００７】
［１］本発明に係る焦点検出装置は、複数の撮像用画素（２２１）と複数の焦点検出用画素（２２２ａ，２２２ｂ）とを備えた撮像素子（２２）と、前記複数の焦点検出画素のうち欠陥がある画素である欠陥画素のアドレスを記憶している記憶部（２１）と、前記記憶部に記憶されている前記アドレスに対応する位置に位置する前記欠陥画素の出力を、該欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素の出力に基づいて補間する補間部（２１）と、補間された前記欠陥画素の出力を含む複数の焦点検出用画素の出力に基づいて、光学系による像面のずれ量を検出することで、前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出部（２１）と、を有することを特徴とする。
【０００８】
［２］上記焦点検出装置に係る発明において、前記撮像素子（２２）には、瞳分割された一対の光束のうち一方の光束を受光する複数の第１の焦点検出用画素（２２１ａ）と、他方の光束を受光する複数の第２の焦点検出用画素（２２２ｂ）とが一次元状に配列されており、前記補間部（２１）は、前記欠陥画素と同じ瞳からの光束を受光する焦点検出用画素のうち、前記欠陥画素に最も近い位置に位置する画素であり、かつ、欠陥画素に該当しない画素である最近接有効画素の出力に基づいて、前記欠陥画素の出力を補間するように構成することができる。
【０００９】
［３］上記焦点検出装置に係る発明において、前記補間部（２１）は、前記最近接有効画素が２つ存在する場合には、該２つの最近接有効画素の出力の平均値に基づいて、前記欠陥画素の出力を補間し、前記最近接有効画素が１つ存在する場合には、該１つの最近接有効画素の出力に基づいて、前記欠陥画素の出力を補間するように構成することができる。
【００１０】
［４］上記焦点検出装置に係る発明において、前記補間部（２１）は、前記欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素（２２１ａ，２２２ｂ）の出力に基づいて、前記欠陥画素の出力を補間した後に、暗電流特性に起因する前記焦点検出用画素の不均一性の補正と、受光感度特性に起因する前記焦点検出用画素の不均一性の補正とを行うように構成することができる。
【００１１】
［５］上記焦点検出装置に係る発明において、前記焦点検出部（２１）は、前記光学系の像面内に設定された複数の焦点検出位置のうち、所定の焦点検出位置における光学系の焦点状態を、該焦点検出位置に対応する前記焦点検出用画素（２２２ａ，２２２ｂ）の出力に基づいて検出し、前記補間部（２１）は、前記欠陥画素に対応する焦点検出位置が、該欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素に対応する焦点検出位置と異なる場合でも、前記欠陥画素の出力を、前記欠陥画素の周囲に位置する焦点検出用画素の出力に基づいて補間するように構成することができる。
【００１２】
［６］本発明に係る撮像装置は、上記焦点検出装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光学系の焦点状態を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本実施形態に係るカメラを示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す撮像素子の撮像面を示す正面図である。
【図３】図３は、図２の２２ａ付近を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。
【図４】図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図である。
【図５】図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図である。
【図６】図６は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す断面図、図７（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す断面図である。
【図８】図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図である。
【図９】図９は、欠陥画素の出力を調整するための調整処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本実施形態に係るカメラ１の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る欠陥画素の補間方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る欠陥画素の補間方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１を示す要部構成図である。本実施形態のデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラ本体２とレンズ鏡筒３から構成され、これらカメラ本体２とレンズ鏡筒３はマウント部４により着脱可能に結合されている。
【００１７】
レンズ鏡筒３は、カメラ本体２に着脱可能な交換レンズである。図１に示すように、レンズ鏡筒３には、レンズ３１，３２，３３、および絞り３４を含む撮影光学系が内蔵されている。
【００１８】
レンズ３２は、フォーカスレンズであり、光軸Ｌ１方向に移動することで、撮影光学系の焦点距離を調節可能となっている。フォーカスレンズ３２は、レンズ鏡筒３の光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ３５によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ３６によってその位置が調節される。
【００１９】
このフォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒３に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝（螺旋溝）を形成するとともに、フォーカスレンズ３２を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ３６によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１に沿って直進移動することになる。
【００２０】
上述したようにレンズ鏡筒３に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ３６がレンズ鏡筒３に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ３６と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ３２が光軸Ｌ１の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ３６の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ３２は光軸Ｌ１の逆方向へ直進移動することになる。
【００２１】
フォーカスレンズ３２の位置はエンコーダ３５によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ３２の光軸Ｌ１方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒３に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。
【００２２】
本実施形態のエンコーダ３５としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量（回転方向でも光軸方向の何れでもよい）に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。
【００２３】
フォーカスレンズ３２は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ側の端部（至近端ともいう）から被写体側の端部（無限端ともいう）までの間を光軸Ｌ１方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ３５で検出されたフォーカスレンズ３２の現在位置情報は、レンズ制御部３７を介して後述するカメラ制御部２１へ送出され、フォーカスレンズ駆動モータ３６は、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ３２の駆動位置が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して送出されることにより駆動する。
【００２４】
絞り３４は、上記撮影光学系を通過して撮像素子２２に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り３４による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された適切な開口径が、カメラ制御部２１からレンズ制御部３７を介して送出されることにより行われる。また、カメラ本体２に設けられた操作部２８によるマニュアル操作により、設定された開口径がカメラ制御部２１からレンズ制御部３７に入力される。絞り３４の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部３７で現在の開口径が認識される。
【００２５】
一方、カメラ本体２には、上記撮影光学系からの光束Ｌ１を受光する撮像素子２２が、撮影光学系の予定焦点面に設けられ、その前面にシャッター２３が設けられている。撮像素子２２はＣＣＤやＣＭＯＳなどのデバイスから構成され、受光した光信号を電気信号に変換してカメラ制御部２１に送出する。カメラ制御部２１に送出された撮影画像情報は、逐次、液晶駆動回路２５に送出されて観察光学系の電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６に表示されるとともに、操作部２８に備えられたレリーズボタン（不図示）が全押しされた場合には、その撮影画像情報が、記録媒体であるカメラメモリ２４に記録される。なお、カメラメモリ２４は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。撮像素子２２の構造の詳細は後述する。
【００２６】
カメラ本体２には、撮像素子２２で撮像される像を観察するための観察光学系が設けられている。本実施形態の観察光学系は、液晶表示素子からなる電子ビューファインダ（ＥＶＦ）２６と、これを駆動する液晶駆動回路２５と、接眼レンズ２７とを備えている。液晶駆動回路２５は、撮像素子２２で撮像され、カメラ制御部２１へ送出された撮影画像情報を読み込み、これに基づいて電子ビューファインダ２６を駆動する。これにより、ユーザは、接眼レンズ２７を通して現在の撮影画像を観察することができる。なお、光軸Ｌ２による上記観察光学系に代えて、または、これに加えて、液晶ディスプレイをカメラ本体２の背面等に設け、この液晶ディスプレイに撮影画像を表示させることもできる。
【００２７】
カメラ本体２にはカメラ制御部２１が設けられている。カメラ制御部２１は、マウント部４に設けられた電気信号接点部４１によりレンズ制御部３７と電気的に接続され、このレンズ制御部３７からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部３７へデフォーカス量や絞り開口径などの情報を送信する。また、カメラ制御部２１は、上述したように撮像素子２２から画素出力を読み出すとともに、読み出した画素出力について、必要に応じて所定の情報処理を施すことにより画像情報を生成し、生成した画像情報を、電子ビューファインダ２６の液晶駆動回路２５やメモリ２４に出力する。また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２からの画像情報の補正やレンズ鏡筒３の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。
【００２８】
また、カメラ制御部２１は、上記に加えて、撮像素子２２から読み出した画素データに基づき、位相検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出、およびコントラスト検出方式による撮影光学系の焦点状態の検出を行う。なお、具体的な焦点状態の検出方法については、後述する。
【００２９】
操作部２８は、シャッターレリーズボタンや撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換が行えるようになっている。この操作部２８により設定された各種モードはカメラ制御部２１へ送出され、当該カメラ制御部２１によりカメラ１全体の動作が制御される。また、シャッターレリーズボタンは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。
【００３０】
次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。
【００３１】
図２は、撮像素子２２の撮像面を示す正面図、図３は、図２の焦点検出画素列２２ａ付近を拡大して焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの配列を模式的に示す正面図である。
【００３２】
本実施形態の撮像素子２２は、図３に示すように、複数の撮像画素２２１が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Ｇと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Ｒと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Ｂがいわゆるベイヤー配列（Bayer Arrangement）されたものである。すなわち、隣接する４つの画素群２２３（稠密正方格子配列）において一方の対角線上に２つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が１つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群２２３を単位として、当該画素群２２３を撮像素子２２の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子２２が構成されている。
【００３３】
なお、単位画素群２２３の配列は、図示する稠密正方格子以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用することもできる。
【００３４】
図４は、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図６は断面図である。一つの撮像画素２２１は、マイクロレンズ２２１１と、光電変換部２２１２と、図示しないカラーフィルタから構成され、図６の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２１２が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２１１が形成されている。光電変換部２２１２は、マイクロレンズ２２１１により撮影光学系３１の射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束を受光する。
【００３５】
また、撮像素子２２の撮像面には、上述した撮像画素２２１に代えて焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂが配列された焦点検出画素列２２ａ〜２２ｅが設けられている。そして、図３に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂが、互いに隣接して交互に、横一列（２２ａ〜２２ｅ）に配列されて構成されている。本実施形態においては、焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、ベイヤー配列された撮像画素２２１の緑画素Ｇと青画素Ｂとの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。
【００３６】
なお、図２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｅの位置は図示する位置にのみ限定されず、何れか一箇所、二箇所、三箇所、あるいは四箇所とすることもでき、また、六箇所以上の位置に配置することもできる。また、図３においては、１６個の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにより、焦点検出画素列を構成する例を示しているが、焦点検出画素列を構成する焦点検出画素の数は、この例に限定されるものではない。
【００３７】
図５（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの一つを拡大して示す正面図、図７（Ａ）は、焦点検出画素２２２ａの断面図である。また、図５（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの一つを拡大して示す正面図、図７（Ｂ）は、焦点検出画素２２２ｂの断面図である。焦点検出画素２２２ａは、図５（Ａ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ａと、半円形状の光電変換部２２２２ａとから構成され、図７（Ａ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ａが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ａが形成されている。また、焦点検出画素２２２ｂは、図５（Ｂ）に示すように、マイクロレンズ２２２１ｂと、光電変換部２２２２ｂとから構成され、図７（Ｂ）の断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２ｂが造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１ｂが形成されている。そして、これら焦点検出画素２２２ａおよび２２２ｂは、図３に示すように、互いに隣接して交互に、横一列に配列されることにより、図２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｅを構成する。
【００３８】
なお、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは、マイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより撮影光学系の射出瞳の所定の領域（たとえばＦ２．８）を通過する光束を受光するような形状とされる。また、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。ただし、撮像画素２２１と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。
【００３９】
また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示す焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂは半円形状としたが、光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状とすることもできる。
【００４０】
ここで、上述した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの画素出力に基づいて撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる位相差検出方式について説明する。
【００４１】
図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図であり、撮影光軸Ｌ１近傍に配置され、互いに隣接する焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２が、射出瞳３４の測距瞳３４１，３４２から照射される光束ＡＢ１−１，ＡＢ２−１，ＡＢ１−２，ＡＢ２−２をそれぞれ受光していることを示している。なお、図８においては、複数の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのうち、撮影光軸Ｌ１近傍に位置するもののみを例示して示したが、図８に示す焦点検出画素以外のその他の焦点検出画素についても、同様に、一対の測距瞳３４１，３４２から照射される光束をそれぞれ受光するように構成されている。
【００４２】
ここで、射出瞳３４とは、撮影光学系の予定焦点面に配置された焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂの前方の距離Ｄの位置に設定された像である。距離Ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Ｄを測距瞳距離と称する。また、測距瞳３４１，３４２とは、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのマイクロレンズ２２２１ａ，２２２１ｂにより、それぞれ投影された光電変換部２２２２ａ,２２２２ｂの像をいう。
【００４３】
なお、図８において焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２の配列方向は一対の測距瞳３４１，３４２の並び方向と一致している。
【００４４】
また、図８に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１，２２２ｂ−１，２２２ａ−２，２２２ｂ−２のマイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２は、撮影光学系の予定焦点面近傍に配置されている。そして、マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２の背後に配置された各光電変換部２２２２ａ−１，２２２２ｂ−１，２２２２ａ−２，２２２２ｂ−２の形状が、各マイクロレンズ２２２１ａ−１，２２２１ｂ−１，２２２１ａ−２，２２２１ｂ−２から測距距離Ｄだけ離れた射出瞳３４上に投影され、その投影形状は測距瞳３４１，３４２を形成する。
【００４５】
すなわち、測距距離Ｄにある射出瞳３４上で、各焦点検出画素の光電変換部の投影形状（測距瞳３４１，３４２）が一致するように、各焦点検出画素におけるマイクロレンズと光電変換部の相対的位置関係が定められ、それにより各焦点検出画素における光電変換部の投影方向が決定されている。
【００４６】
図８に示すように、焦点検出画素２２２ａ−１の光電変換部２２２２ａ−１は、測距瞳３４１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−１に向う光束ＡＢ１−１によりマイクロレンズ２２２１ａ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ａ−２の光電変換部２２２２ａ−２は測距瞳３４１を通過し、マイクロレンズ２２２１ａ−２に向う光束ＡＢ１−２によりマイクロレンズ２２２１ａ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４７】
また、焦点検出画素２２２ｂ−１の光電変換部２２２２ｂ−１は測距瞳３４２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−１に向う光束ＡＢ２−１によりマイクロレンズ２２２１ｂ−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。同様に、焦点検出画素２２２ｂ−２の光電変換部２２２２ｂ−２は測距瞳３４２を通過し、マイクロレンズ２２２１ｂ−２に向う光束ＡＢ２−２によりマイクロレンズ２２２１ｂ−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４８】
そして、上述した２種類の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを、図３に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの光電変換部２２２２ａ，２２２２ｂの出力を、測距瞳３４１と測距瞳３４２とのそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳３４１と測距瞳３４２とのそれぞれを通過する焦点検出光束が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータが得られる。そして、この強度分布データに対し、相関演算処理または位相差検出処理などの像ズレ検出演算処理を施すことにより、いわゆる位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。
【００４９】
そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面（予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における焦点面をいう。）の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、図２に示すように、撮像画面内には、光学系の焦点状態を検出するための焦点検出エリアＡＦＰ（図２中、破線で示す。）が複数設定されており、焦点検出エリアＡＦＰごとに、デフォーカス量の検出が行われる。また、これら位相差検出方式による像ズレ量の演算と、これに基づくデフォーカス量の演算は、カメラ制御部２１により実行される。
【００５１】
また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２の撮像画素２２１の出力を読み出し、読み出した画素出力に基づき、焦点評価値の演算を行う。この焦点評価値は、たとえば撮像素子２２の撮像画素２２１からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算して焦点電圧を検出することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる２つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出し、それぞれを積算して焦点電圧を検出することでも求めることができる。
【００５２】
そして、カメラ制御部２１は、レンズ制御部３７に制御信号を送出してフォーカスレンズ３２を所定のサンプリング間隔(距離)で駆動させ、それぞれの位置における焦点評価値を求め、該焦点評価値が最大となるフォーカスレンズ３２の位置を合焦位置として求める、コントラスト検出方式による焦点検出を実行する。なお、この合焦位置は、たとえば、フォーカスレンズ３２を駆動させながら焦点評価値を算出した場合に、焦点評価値が、２回上昇した後、さらに、２回下降して推移した場合に、これらの焦点評価値を用いて、内挿法などの演算を行うことで求めることができる。
【００５３】
次いで、図９を参照して、欠陥画素の出力を補間するための前処理として、欠陥画素の出力を調整するための調整処理について説明する。なお、図９は、欠陥画素の出力を調整するための調整処理を示すフローチャートである。また、この調整処理は、欠陥画素を特定し、欠陥画素のアドレスを記憶するための処理であり、たとえば工場出荷前に行われる。
【００５４】
まず、ステップＳ１０１では、たとえば、光源からの照射光を拡散板やトレーシングペーパーなどにより拡散して均一輝度面を生成し、カメラ制御部２１により、均一輝度面における、撮像素子２２の各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂごとの出力を、明時出力として取得する。
【００５５】
次いで、ステップＳ１０２では、撮像素子２２に入射する光を遮蔽して、周囲環境を暗黒状態とし、カメラ制御部２１により、暗黒状態における、撮像素子２２の各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂごとの出力を、暗時出力として取得する。  
【００５６】
そして、ステップＳ１０３では、カメラ制御部２１により、各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂに欠陥があるか否かの判定が行われる。ここで、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの欠陥とは、たとえば受光した光の強度に応じた、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの出力の線形性の異常や、均一輝度面における、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂ間の出力の異常（明時出力のばらつき異常）、暗黒状態において、所定以上の暗電流が流れてしまうなどの暗電流特性の異常などを含むものである。
【００５７】
具体的に、カメラ制御部２１は、ステップＳ１０１で取得した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの明時出力Ｖｏｕｔ１、および、ステップＳ１０２で取得した焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの暗時出力Ｖｏｕｔ２が、それぞれ、下記式（１）および下記式（２）に示す条件を満たすか否かを判定する。
Ｖｔｈ１≦Ｖｏｕｔ１≦Ｖｔｈ２    …（１）
Ｖｏｕｔ２＜Ｖｔｈ３    …（２）
ここで、上記式（１）において、Ｖｔｈ１, Ｖｔｈ２は、所定の強度の光を照射した明時において、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの出力が正常であると判定するための基準値であり、また、上記式（２）において、Ｖｔｈ３は、光を遮蔽した暗時において、焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの出力が正常であると判定するための基準値である。
【００５８】
そして、カメラ制御部２１は、明時出力Ｖｏｕｔ１が上記式（１）に示す条件を満たし、かつ、暗時出力Ｖｏｕｔ２が上記式（２）に示す条件を満たす焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂについては、欠陥がないと判定し、一方、明時出力Ｖｏｕｔ１が上記式（１）に示す条件を満たさない、あるいは、暗時出力Ｖｏｕｔ２が上記式（２）に示す条件を満たさない焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂについては、欠陥があるものと判定する。
【００５９】
ステップＳ１０４では、カメラ制御部２１により、ステップＳ１０３で欠陥があると判定された焦点検出画素（以下、欠陥画素ともいう。）のアドレスが、カメラ制御部２１に備えるメモリに記憶される。また、本実施形態では、焦点検出画素２２２ａ，２２２ごとの明時出力、および暗時出力も、カメラ制御部２１に備えるメモリに記憶される。
【００６０】
次いで、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図１０は、本実施形態に係るカメラ１の動作例を示すフローチャートである。なお、以下の動作は、たとえば、カメラ１の電源がオンされることにより開始される。
【００６１】
ステップＳ２０１では、撮像素子２２により、光学系からの光束の受光が行われ、カメラ制御部２１により、撮像素子２２の５つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｅを構成する各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂから一対の像に対応した一対の像データの読み出しが開始される。なお、撮影者の手動操作により、特定の焦点検出エリアが選択されているときは、その焦点検出エリアに対応する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂからの出力のみを読み出すような構成としてもよい。また、カメラ制御部２１は、撮像素子２２から、一対の像データを、所定の間隔で繰り返し読み出す。
【００６２】
ステップＳ２０２では、カメラ制御部２１により、操作部２８に備えられたシャッターレリーズボタンの半押し（第１スイッチＳＷ１のオン）がされたかどうかの判断が行なわれる。シャッターレリーズボタンが半押しされた場合は、ステップＳ２０３に進み、一方、シャッターレリーズボタンが半押しされていない場合は、シャッターレリーズボタンが半押しされるまで、ステップＳ２０２を繰り返す。
【００６３】
ステップＳ２０３では、カメラ制御部２１により、欠陥画素のアドレスの読み出しが行われる。本実施形態では、上述した欠陥画素の調整処理（図９参照）により、欠陥画素のアドレスが、カメラ制御部２１に備えるメモリに記憶されており、カメラ制御部２１は、カメラ制御部２１のメモリに記憶している欠陥画素のアドレスを読み出すことで、撮像素子２２の５つの焦点検出画素列２２ａ〜２２ｅを構成する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの中から、欠陥がある焦点検出画素である欠陥画素を特定することができる。
【００６４】
ステップＳ２０４では、カメラ制御部２１により、ステップＳ２０３で読み出された欠陥画素のアドレスに基づいて、欠陥画素の欠陥パターンの判別が行われ、続くステップＳ２０５では、カメラ制御部２１により、ステップＳ２０４で判別された欠陥パターンに応じた補間方法で、欠陥画素の出力の補間が行われる。
【００６５】
ここで、図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態に係る欠陥画素の補間方法を説明するための図であり、欠陥画素の欠陥パターン（詳細は後述する。）ごとの、欠陥画素の補間方法を示している。なお、図１１においては、瞳分割された一対の光束のうち、一方の光束を受光する焦点検出用画素を白抜きで示し、他方の光束を受光する焦点検出用画素を灰色で示している。
【００６６】
たとえば、図１１の（Ａ）に示す例では、焦点検出用画素の１つが欠陥画素であり、欠陥画素と同じ瞳から光束を受光する焦点検出用画素のうち、欠陥画素に最も近い位置に位置し、かつ、欠陥画素に該当しない画素である最近接有効画素が、欠陥画素の両側に位置している欠陥パターンである単画素欠陥パターンを示している。カメラ制御部２１は、単画素欠陥パターンと判別した場合に、図１１の（Ａ）に示すように、欠陥画素の両側に位置している２つの最近接有効画素の出力の平均値を算出し、算出した平均値を、欠陥画素の出力として補間する平均補間を行う。
【００６７】
また、図１１の（Ｂ）では、２つの欠陥画素が、配列方向に連続している連続画素欠陥パターンを示している。カメラ制御部２１は、連続画素欠陥パターンと判別した場合には、図１１の（Ｂ）に示すように、各欠陥画素に最も近い位置に位置する最近接有効画素の出力を、欠陥画素の出力として補間する。たとえば、図１１の（Ｂ）に示す例では、連続する欠陥画素のうち左側に位置する欠陥画素については、該欠陥画素の左側に位置する最近接有効画素の出力が、該欠陥画素の出力として補間される（前置補間）。また、連続する欠陥画素のうち右側に位置する欠陥画素については、該欠陥画素の右側に位置する最近接有効画素の出力が、該欠陥画素の出力として補間される（後置補間）。
【００６８】
さらに、図１１の（Ｃ）では、欠陥画素が、たとえば図２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｅの左端に位置し、欠陥画素の左側に、該欠陥画素を補間するための最近接有効画素が存在しない左端画素欠陥パターンを示している。カメラ制御部２１は、左端画素欠陥パターンと判別した場合には、図１１の（Ｃ）に示すように、たとえば、欠陥画素の右側に位置している最近接有効画素の出力を、欠陥画素の出力として補間する後置補間を行う。
【００６９】
加えて、図１１の（Ｄ）では、欠陥画素が、たとえば図２に示す焦点検出画素列２２ａ〜２２ｅの右端に位置し、欠陥画素の右側に、該欠陥画素を補間するための最近接有効画素が存在しない右端画素欠陥パターンを示している。カメラ制御部２１は、右端画素欠陥パターンと判別した場合には、図１１の（Ｄ）に示すように、たとえば、欠陥画素の右側に位置している最近接有効画素の出力を、欠陥画素の出力として補間する前置補間を行う。
【００７０】
また、本実施形態では、図２に示すように、複数の焦点検出エリアＡＦＰが設定されており、各焦点検出エリアＡＦＰに位置する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの出力に基づいて、各焦点検出エリアＡＦＰごとのデフォーカス量の算出が行われる。ここで、図１２では、欠陥画素が焦点検出エリアＡＦＰの右端に位置しており、欠陥画素が存在する焦点検出エリアＡＦＰと、欠陥画素の右側に位置する最接近有効画素が存在する焦点検出エリアＡＦＰとが異なる場面を例示している。このように、欠陥画素が存在する焦点検出エリアＡＦＰと、最接近有効画素が存在する焦点検出エリアＡＦＰが異なる場合でも、カメラ制御部２１は、欠陥画素が存在する焦点検出エリアＡＦＰと異なる焦点検出エリアＡＦＰに存在する最接近有効画素の出力に基づいて、欠陥画素の出力を補間する。たとえば、図１２に示す例では、カメラ制御部２１は、図１１の（Ａ）に示す例と同じ単画素欠陥パターンと判別し、欠陥画素が存在する焦点検出エリアＡＦＰと同じ焦点検出エリアＡＦＰに存在する最近接有効画素の出力と、欠陥画素が存在する焦点検出エリアと異なる焦点検出エリアに存在する最接近有効画素の出力との平均値を、欠陥画素の出力として補間する。
【００７１】
次いで、ステップＳ２０６では、カメラ制御部２１により、暗電流特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性（ＤＳＮＵ：Dark Signal Non-Uniformity）を補正する処理が行われる。暗電流特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性の補正は、公知の方法で行うことができ、たとえば、カメラ制御部２１は、図９に示す欠陥画素の調整処理で取得した各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの暗時出力に基づいて、ステップＳ２０５で補間した欠陥画素の出力を含む全ての焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの出力の補正を行うことができる。
【００７２】
ステップＳ２０７では、カメラ制御部２１により、受光感度特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性（ＰＲＮＵ：Photo Response Non-Uniformity）を補正する処理が行われる。受光感度特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性の補正も、公知の方法で行うことができ、たとえば、本実施形態では、カメラ制御部２１は、図９に示す欠陥画素の調整処理で取得した各焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの明時出力に基づいて、ステップＳ２０５で補間した欠陥画素の出力を含む全ての焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの出力の補正を行うことができる。
【００７３】
そして、ステップＳ２０８では、カメラ制御部２１により、焦点検出演算が行われる。本実施形態において、カメラ制御部２１は、ステップＳ２０５で補間され、ステップＳ２０６，Ｓ２０７で補正された欠陥画素の出力と、ステップＳ２０６，Ｓ２０７で補正された欠陥画素以外の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの出力とに基づいて、図２に示す焦点検出エリアＡＦＰごとに、像ズレ検出演算処理(相関演算処理)を実行し、像ズレ量を演算し、さらに像ズレ量をデフォーカス量に変換する。
【００７４】
そして、ステップＳ２０９では、カメラ制御部２１により、ステップＳ２０８における焦点検出の結果に基づいて、フォーカスレンズ３２の合焦駆動が行われる。たとえば、位相差検出方式によりデフォーカス量が算出された場合には、算出されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ３２を合焦位置まで駆動させるのに必要となるレンズ駆動量の算出が行われ、算出されたレンズ駆動量が、レンズ制御部３７を介して、フォーカスレンズ駆動モータ３６に送出される。これにより、フォーカスレンズ駆動モータ３６により、算出されたレンズ駆動量に基づいて、フォーカスレンズ３２の駆動が行われる。
【００７５】
ステップＳ２１０では、カメラ制御部２１により、操作部２８に備えられたシャッターレリーズボタンの全押し（第２スイッチＳＷ２のオン）がされたか否かの判断が行なわれる。第２スイッチＳＷ２がオンされると、ステップＳ２１１に進み、被写体像の撮影が行なわれる。一方、第２スイッチＳＷ２がオンされない場合には、フォーカスレンズ３２を現在のレンズ位置に固定したまま、第２スイッチＳＷ２がオンされるまで、待機する。
【００７６】
以上のように、本実施形態に係るカメラ１は、複数の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのうち欠陥がある欠陥画素のアドレスを記憶しておき、欠陥画素のアドレスに対応する位置に位置する欠陥画素の出力を、欠陥画素と同じ瞳からの光束を受光する焦点検出用画素のうち欠陥画素に最も近い位置に位置する最近接有効画素の出力に基づいて補間し、補間された欠陥画素の出力を含む複数の焦点検出用画素２２２ａ，２２２ｂの出力に基づいて、光学系の焦点状態を検出する。特に、本実施形態では、欠陥画素の欠陥パターンを判別し、欠陥画素の欠陥パターンに応じた補間方法で、欠陥画素の出力を補間する。これにより、本実施形態では、欠陥がある焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの出力を適切に補間することができるため、補間された欠陥画素の出力を含む複数の焦点検出用画素２２２ａ，２２２ｂの出力に基づいて、光学系の焦点状態を適切に検出することができる。
【００７７】
また、本実施形態では、光学系の焦点状態を検出するために、欠陥画素の出力を補間する補間処理（ステップＳ２０５）を行った後に、暗電流特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性の補正（ステップＳ２０６）と、受光感度特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性の補正（ステップＳ２０７）とを行うことで、欠陥画素の出力の検出精度をより高めることができ、光学系の焦点状態をより適切に検出することができる。
【００７８】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００７９】
例えば、上述した実施形態では、位相差検出方式により焦点検出を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、コントラスト検出方式により焦点検出を行う構成としてもよいし、位相差検出方式により焦点検出を行い、位相差検出方式では焦点状態を検出できない場合に、コントラスト検出方式により焦点検出を行う構成としてもよい。あるいは、位相差検出方式により焦点検出を行い、位相差検出方式では焦点状態を検出できない場合に、位相差検出方式による焦点検出と、コントラスト検出方式により焦点検出とを同時に行う構成としてもよい。
【００８０】
また、上述した実施形態では、欠陥画素の出力を補間する補間処理（ステップＳ２０５）を行った後に、暗電流特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性の補正（ステップＳ２０６）と、受光感度特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性の補正（ステップＳ２０７）とを行う構成を例示しているが、この構成に限定されず、たとえば、暗電流特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性の補正と、受光感度特性に起因する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂの不均一性の補正とを行った後に、欠陥画素の出力を補間する補間処理を行う構成としてもよい。
【００８１】
また、上述した実施形態では、撮像素子２２が撮像画素２２１と焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂとを有し、撮像素子２２が有する焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂにおいて、位相差検出方式による焦点検出を行う構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、位相差検出方式による焦点検出を行うための焦点検出モジュールを、撮像素子２２と独立して設ける構成としてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…デジタルカメラ
２…カメラ本体
２１…カメラ制御部
２２…撮像素子
２２１…撮像画素
２２２ａ，２２２ｂ…焦点検出画素
２４…メモリ
２８…操作部
３…レンズ鏡筒
３２…フォーカスレンズ
３６…フォーカスレンズ駆動モータ
３７…レンズ制御部
【図１】
2013011762.tif 000003
【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】
2013011762.tif 000010
【図９】
2013011762.tif 000011
【図１０】
2013011762.tif 000012
【図１１】
2013011762.tif 000013
【図１２】
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