JP2012042863A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】合焦後に絞り変動しても焦点位置が変わることのない撮像装置を提供すること。
【解決手段】画素が２次元的に配列された撮像素子を備え、画素は、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素からなり、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、開口径が調節可能な絞り手段と、測距のための信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、任意の絞り状態において開放絞り状態の合焦位置になるようにデフォーカス量を補正する補正部と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

いわゆる位相差検出方式を用いて求められた合焦位置と、人間が目視で判断する合焦位置とには差が生ずる。この差の原因としては、球面収差が考えられる。
このような合焦位置の差を補正するためには、従来では、絞り状態に応じて合焦位置を補正するための値を、撮影レンズまたはデータベースに格納しておき、絞り開放時においても、位相差検出方式による合焦位置を格納された値を用いて補正することが行われている。これにより、位相差検出方式を用いた場合でも、人間が目視で判断するような合焦位置を求めることができる。
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。
この撮像装置では、撮影状態における開口径に応じてデフォーカス量を検出し、合焦位置を算出している。

図１５は、Ｍ-Ｄカーブを示す図である。Ｍ-Ｄカーブは、横軸にデフォーカス量、縦軸にＭＴＦ値をとり、両者の関係を示す図である。絞りが開放時のＭＴＦ曲線（実線で示す）からは、開放時の合焦位置ＤＦ１が得られる。これに対して、絞りが絞込み時のＭＴＦ曲線（点線で示す）からは、絞込み時の合焦位置ＤＦ２が得られる。

特許第３５９２１４７号明細書

一般的に、絞りが開放時の合焦位置ＤＦ１に合焦後、絞りの開口径を絞り込んだ場合、図１５に示すように深度が拡大する。このため、合焦位置ＤＦ２ではないが焦点は合っている状態である。

しかしながら、絞りを絞込み時の合焦位置ＤＦ２に合焦後、絞りの開口径を開放した場合、被写界深度が縮小する。このため、合焦位置ＤＦ２の位置では焦点が外れている状態になってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、合焦後に絞り変動しても焦点位置が変わることのない撮像装置を提供することを目的とする。

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、
画素が２次元的に配列された撮像素子を備え、
前記画素は、前記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素からなり、
前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
開口径が調節可能な絞り手段と、
前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、
任意の絞り状態において開放絞り状態の合焦位置になるようにデフォーカス量を補正する補正部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記補正部は、補正テーブルを有し、
前記補正テーブルは、絞り込み時に、開放絞り状態の合焦位置になるようにデフォーカス量を補正する補正値を格納していることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記撮像装置は、動画撮影モードと静止画撮影モードとを有し、
前記補正部は、前記動画撮影モードのときに、デフォーカス量を補正することが望ましい。

本発明によれば、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、合焦後に絞り変動しても合焦位置がずれることのない撮像装置を提供することができる。

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。 本発明の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。 本発明の実施形態に係る撮像素子の光電変換部の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係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。 本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る撮像素子の内部構成を示す図である。 撮像素子の構成（バリエーション１）を示す平面図である。 撮像素子の構成（バリエーション２）を示す平面図である。 撮像素子の構成（バリエーション３）を示す平面図である。 撮像素子の構成（バリエーション４）を示す平面図である。 本実施形態の撮影の手順を示すフローチャートである。 焦点検出のサブルーチン１を示すフローチャートである。 焦点検出の他のサブルーチン２を示すフローチャートである。 撮影サブルーチンを示すフローチャートである。 Ｍ-Ｄカーブを示す図である。

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。

（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（ａ）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。

交換レンズ１２は、レンズ駆動制御装置１６、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。レンズ駆動制御装置１６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、ボディ駆動制御装置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。

カメラボディ１３は撮像素子２２、ボディ駆動制御装置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。

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。

ボディ駆動制御装置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、レンズ駆動制御装置１６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。ボディ駆動制御装置２４とレンズ駆動制御装置１６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。

また、ボディ駆動制御装置２４は、焦点検出用画素の信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算部２４ｂと、任意の絞り状態で開放絞り状態の合焦位置になるようにデフォーカス量を補正する補正部２４ｄと、を有する。

また、補正部２４ｄは、補正テーブル２４ｅを有している。
補正テーブル２４ｅは、絞り込み時に、開放絞り状態の合焦位置になるようにデフォーカス量を補正する補正値を格納している。

合焦後の絞り変動において焦点位置が変動することを抑制するため、任意の絞り状態において、現在の絞り状態（開口径）の合焦位置と開放絞り状態の合焦位置ＤＦ１の乖離距離量を補正する補正テーブルより補正値を用いて、任意の絞り状態で開放絞り状態の合焦位置ＤＦ１に合焦することができる。

これにより、合焦後に絞りを変動しても焦点位置がずれることのない撮像装置を提供できる。

また、デジタルカメラ１１は、動画撮影モードと静止画撮影モードとを有している。そして、補正部２４ｄは、動画撮影モードのときに、デフォーカス量を補正する。

いわゆるコントラスト方式による焦点検出では、絞り値による合焦の補正を行うことができない。また、一眼レフカメラ用のＡＦ光学系では、撮影中の被写体変化に対応できない。換言すると、動画撮影中は焦点検出機能が働いていない。これに対して、本実施形態では、動画撮影にも対応可能である。

このため、本実施形態のデジタルカメラ１１では、撮影中（露光中）に開口径を変化させることができる。
ボディ駆動制御装置２４に、後述する焦点検出サブルーチンや、撮影サブルーチンを行うための構成が含まれている。

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。

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、その出力はボディ駆動制御装置２４へ送られる。ボディ駆動制御装置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を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置１６へ送る。また、ボディ駆動制御装置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。

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駆動制御装置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。

レンズ駆動制御装置１６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、レンズ駆動制御装置１６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したり、あるいは予め用意されたルックアップテーブルからモニター情報に応じたレンズ情報を選択する。レンズ駆動制御装置１６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、この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。

（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の構成について説明する。

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。

（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（ａ））
（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））

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。

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。

（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ＳｉＯ_２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。

マイクロレンズ３６は、レンズ１９（図１）の瞳と表面ｐ＋層３３α、３３βとが、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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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つのパラメーター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。

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。

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屈折率分布型レンズで構成している。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。

図６において、撮像素子は、ＤＭＬとしての屈折率分布レンズ７１、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、屈折率分布レンズ７１、８１以外は同様である。

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。屈折率分布レンズ７１、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。後述するバリエーション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。

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。

以上説明したように、焦点検出用画素は、複数の画素のうち少なくとも１部を占め、画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成されている。
また、撮像用画素は、焦点検出画素以外の画素であり、画素へ入射する光束が焦点検出用画素よりも制限されないよう構成されている。
そして、焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力する。また、撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力する。

（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。

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。

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。

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。

図７の配置をＦ０１〜１６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。

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。

図７に示す例では、例えば、Ｌ０１Ｆ０１（左画素１２０Ｒ）と、Ｌ０２Ｆ０２（下画素１２０Ｕ）とＬ０３Ｆ０１（右画素１２０Ｒ）とＬ０２Ｆ０４（下画素Ｄ）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。

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。

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。

（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。

図８の配置において、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。

これにより、精度の高い焦点検出を行うことができる。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

ここで、緑色のフィルタＧが配置されている、Ｌ０１Ｆ０１画素と、Ｌ０５Ｆ０９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。

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。

図１１は、撮影手順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、絞りの開口径情報の有無が判断される。

ステップＳ１０２の判断結果が真（Ｙｅｓ）のとき、ステップＳ１０３の焦点検出サブルーチン１へ進む。また、ステップＳ１０２の判断結果が偽（Ｎｏ）のとき、ステップＳ１０４の焦点検出サブルーチン２へ進む。
また、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４の次に、ステップＳ１０５において撮影サブルーチンが実行される。

但し、上記のフローチャートに限定されない。
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。

図１２は、焦点検出サブルーチン１の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２０１において、絞りの開口径情報の読み出しが行われる。ステップＳ２０２において、焦点検出用画素からの信号を読み出す。

ステップＳ２０３において、異なる瞳の画素、例えば画素１２０Ｒと画素１２０Ｌとの相関演算を行なう。ステップＳ２０４において、相関演算結果の信頼性を判定する。ステップＳ２０５において、演算部２４ｂは、デフォーカス量を算出する。

ステップＳ２０６において、収差によるデフォーカス量の補正が行われる。そして、ステップＳ２０７において、開口径の情報に基づいてデフォーカス量の補正が行われる。

図１３は、焦点検出サブルーチン２の流れを示すフローチャートである。ステップＳ３０１において、画像信号取得部２４ａは、焦点検出用画素からの信号を読み出す。

ステップＳ３０２において、異なる瞳の画素、例えば画素１２０Ｒと画素１２０Ｌとの相関演算を行なう。ステップＳ３０３において、相関演算結果の信頼性を判定する。ステップＳ３０４において、演算部２４ｂは、デフォーカス量を算出する。そして、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０５において、収差によるデフォーカス量の補正が行われる。

ここで、収差によるデフォーカス量補正では、収差、主に球面収差による合焦位置の差を補正するための補正処理を行う。
開口情報によるデフォーカス量補正では、絞りまたは開放状態の合焦位置となるように補正処理を行う。

図１４は、撮影サブルーチンの流れを示すフローチャートである。ステップＳ４０１において、画像信号取得部２４ａは、撮像用画素からの信号を読み出す。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。

ステップＳ４０２において、画像構成部２４ｃは、撮像用画素からの信号に基づいて画像データを構成する。
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。

ステップＳ４０３において、生成された画像信号を一時記憶しておく。そして、ステップＳ４０４において、液晶表示素子２６は、記録されている画像を表示する。

以上説明したデジタルカメラの構成において、画素配列のバリエーション１〜４のいずれを組み合わせても良いことはいうまでもない。

以上のように、本発明には、合焦後に絞り変動しても焦点位置が変わることのない撮像装置に有用である。

１１ デジタルスチルカメラ
１２ 交換レンズ
１３ カメラボディ
１６ レンズ駆動制御装置
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
２１ａ 可変絞り
２１ｂ 固定絞り
２２ 撮像素子
２４ ボディ駆動制御装置
２４ａ 画素信号取得部
２４ｂ 演算部
２４ｃ 画像構成部
２４ｄ 補正部
２４ｅ 補正テーブル
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
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 絞り駆動部
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

Claims (3)

1. 画素が２次元的に配列された撮像素子を備え、
   前記画素は、前記画素へ入射する光束の入射方向を制限するよう構成された焦点検出用画素と、画素へ入射する光束が前記焦点検出用画素よりも制限されないよう構成された撮像用画素からなり、
   前記焦点検出用画素は、少なくとも測距のための信号を出力し、
   前記撮像用画素は、少なくとも画像のための信号を出力し、
   開口径が調節可能な絞り手段と、
   前記測距のための信号に基づいて、デフォーカス量を演算する演算手段と、
   任意の絞り状態において開放絞り状態の合焦位置になるようにデフォーカス量を補正する補正部と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正部は、補正テーブルを有し、
   前記補正テーブルは、絞り込み時に、開放絞り状態の合焦位置になるようにデフォーカス量を補正する補正値を格納していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像装置は、動画撮影モードと静止画撮影モードとを有し、
   前記補正部は、前記動画撮影モードのときに、デフォーカス量を補正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。