JP2014153510A - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 口径食が発生している場合においても、高品質な瞳分割像を取得することが可能な撮像装置を提供すること。
【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子上に構成され且つ形状可変であるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの形状を制御するための制御手段と、撮影光学系の光学情報に基づいて口径食形状を決定する口径食形状決定手段と、前記複数の画素で検出される一対の瞳分割像を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
前記制御手段は、前記口径食形状決定手段で算出される口径食形状に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、形状可変であるマイクロレンズにより構成された撮像素子を有する撮像装置に関する発明である。

形状の異なるマイクロレンズを用いて、位相のずれた一対の像（瞳分離像）を得る技術が知られている。

特許文献１では、離散的に配置された一対の画素で、夫々異なる方向に偏心させたマイクロレンズを構成することで瞳分割を行う技術が開示されている。

また、一方では、特許文献２のように、異なる２つの液体の界面形状を制御し、屈折率を変更することが可能な液体レンズの技術が知られている。

例えば、特許文献２では、液体レンズの周囲に複数の電極を備え、各電極に任意の電圧を印加することによって第一の液体と第二の液体の界面の形状を動的に変更する技術が開示されている。ところで、一般的な撮像装置において、撮像レンズに入射した光束の一部がレンズ口径等の物理的な制約によって遮られる口径食の問題が知られている。

特開２００９−８６１４４号公報 特開２００９−３７７１１号公報

特許文献１に記載の技術を用いて瞳分割を行う際、口径食が発生している領域では口径食に起因して光量の低下が発生し、高品質な瞳分割像を取得できない場合がある。本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは口径食が発生している場合においても、高品質な瞳分割像を取得することが可能な撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子上に構成され且つ形状可変であるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの形状を制御するための制御手段と、撮影光学系の光学情報に基づいて口径食形状を決定する口径食形状決定手段と、前記複数の画素で検出される一対の瞳分割像を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
前記制御手段は、前記口径食形状決定手段で算出される口径食形状に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする。

本発明によれば、口径食に起因した瞳分割像の劣化を動的に回避することが可能となり、より良好な瞳分離像を取得することが可能となる。

実施例１における撮像装置の構成を示すブロック図 実施例１における画素構造を示す図 焦点位置と撮像面の関係を示す図 偏心したマイクロレンズと瞳分割領域との関係を示す図 口径食について説明する図 撮像素子上の位置と口径食形状の関係を説明する図 口径食と瞳強度分布の関係を説明する図 空間分割によって瞳分割像を取得する場合について説明する図 時分割によって瞳分割像を取得する場合について説明する図 オートフォーカスを用いた撮影処理のフローチャート図 口径食形状と焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像の関係図 口径食形状と焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像の関係図 口径食形状と焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像の関係図 口径食形状と焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像の関係図 口径食形状と焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像の関係図 口径食形状演算手段による口径食形状の演算方法を説明する図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施例１における撮像装置について説明する。

（撮像装置１００の構成の説明）
図１は、本実施例における撮像装置１００の構成を示すブロック図である。

撮像装置１００は、交換レンズ１０１および撮像装置ボディ１０３を備えて構成されている。交換レンズ１０１は、マウント部１０２を介して、撮像装置ボディ１０３に装着される。交換レンズ１０１は、レンズ、絞り、ズーミングレンズ、フォーカシングレンズ、レンズ制御部、ピントリング、および、ズームリング（いずれも不図示）を有する撮影光学系を備えて構成される。

撮像装置ボディ１０３は、撮像素子１０４およびカメラ制御部１０７などを備えて構成される。撮像素子１０４は、複数の撮像用画素を２次元的に配置して構成されている。また撮像素子１０４上の夫々の撮像用画素は動的に形状可変な液体マイクロレンズを備えている。

１１３は、制御手段としてのマイクロレンズ形状制御手段であり、口径食形状演算手段１１４の出力値に基づき撮像素子１０４上の各撮像用画素の液体マイクロレンズの形状を制御する。口径食形状決定手段としての口径食形状演算手段１１４は所定の演算によって撮像素子１０４上の各画素位置における口径食形状を算出し、出力する。撮像素子１０４およびマイクロレンズ形状制御手段１１３についての詳細な説明は後述するものとする。

Ａ／Ｄ変換部１０５は、撮像素子１０４によって出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。交換レンズ１０１を通過した光束は、撮像装置ボディ１０３の内部へ導かれ、撮像素子１０４の受光面上に結像して被写体像（光学像）を形成する。被写体像は、Ａ／Ｄ変換部１０５で光電変換された後、後述のカメラ制御部１０７を介してメモリ１０６に画像信号（像信号）として記憶される。１０６はメモリ（記憶部）であり、撮影中の画像信号データおよび各種演算の一次データを記憶する領域としても用いられる。

１０７はカメラ制御部である。カメラ制御部１０７は、撮像装置ボディ１０３のシステム全体の動作を制御するとともに、交換レンズ１０１との通信によりレンズ情報の受信およびカメラ情報、オートフォーカス信号（ＡＦ信号）の送信が可能である。

また、カメラ制御部１０７は、複数の画素で検出された一対の瞳分割像を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節手段としての機能も有する。

１０８は焦点検出処理部である。焦点検出処理部１０８は、焦点検出用画像生成部１０９、相関演算部１１０、および、合焦位置決定部１１１により構成される。焦点検出用画像生成部１０９は、後述の口径食形状演算手段によって得られる口径食形状に基づいて撮像素子１０４上の画素群から取得される像信号から相関演算に用いる一対の像信号を生成する。

焦点検出用画像生成部１０９により生成された一対の像信号は、相関演算部１１０に入力され、像信号をシフトしながら相関量を算出し、演算結果を合焦位置決定部１１１に出力する。合焦位置決定部１１１は、相関演算部１１０から出力された相関量に基づいて合焦位置を判定し、カメラ制御部１０７を介して交換レンズ１０１にＡＦ駆動信号を送信する。

１１２は画像処理部である。画像処理部１１２は、画像信号に対してホワイトバランス補正や収差補正などの各種補正処理や現像処理などの信号処理を行う。

（撮像素子１０４上の画素構造の説明）
次に、図２を参照して本実施例における撮像素子１０４上の画素構造について説明する。図２（ａ）〜（ｅ）はいずれも撮像素子１０４上に構成される画素の断面図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）において対応する位置には夫々同一の番号を付している。

なお、図中の線分Ｂ−Ｂ’Ｃ−Ｃ’Ｄ−Ｄ’およびＡＥＦ−ＡＥＦ’はそれぞれアルファベットが対応する図面の断面位置を示している。例えば、線分Ｂ−Ｂ’は図２（ｂ）の断面位置を示している。

２０１は液体マイクロレンズであり、第一の液体２０２と第二の液体２０３によって構成され、第一の液体および第二の液体は混ざること無く界面２０４によって分離されている。２０５〜２１３は電極であり、それぞれ異なる電圧を印加することが可能である。図中２１４に示すような黒塗り領域で示されている部分は絶縁体であり、２０５〜２１３の電極間にそれぞれ設けられている。２１５はカラーフィルター層であり、１つの画素にはＲ，Ｇ，Ｂ，いずれかの波長の光のみを透過するフィルターが備えられている。２１６はアルミなどにより構成された配線層である。２１７は光電変換部であり、液体マイクロレンズ２０１およびカラーフィルター２１３を介して入射する光を光電変換する。

前述した構成の液体レンズ２０１は特許文献２に記載の技術を用いることにより、動的に形状を変えることのできるマイクロレンズとして機能する。図２（ａ）は第一の液体２０２および第二の液体２０３の界面形状が平坦になるように電極群２０５−２１３に所定の電圧を印加している場合の断面図である。図２（ｂ）は第一の液体２０２および第二の液体２０３の界面形状が画素中心位置に対して対称になるように電極群２０５−２１３に所定の電圧を印加している場合の断面図である。図２（ｃ）は第一の液体２０２および第二の液体２０３の界面形状が画素中心位置に対して偏心するように電極群２０５−２１３に所定の電圧を印加している場合の断面図である。

（位相差方式の焦点検出処理の説明）
次に図３を用いて位相差方式の焦点検出処理について説明する。ある被写体３０１からの光束がレンズ３０２に入射したとき、レンズ３０２を通過した光束はある点３０３で再度結像する。点３０３と撮像面の位置が一致している時、被写体３０１は焦点が合っている状態となる。また、点３０３よりも撮像面が前に位置する時被写体は前ピン状態、点３０３よりも撮像面が後ろに位置するときは後ピン状態となり被写体３０３の鮮明な像を得ることができない。これはレンズ３０２中の領域３０７および領域３０８をそれぞれ通過した光束が撮像面上の異なる領域に受光される為である。

従って、領域３０７及び領域３０８を通る光束をそれぞれ分離した一対の像信号（瞳分割像）があれば像のずれ量が判るため焦点位置を求めることができる。

（偏心したマイクロレンズを用いた瞳分割像の取得方法の説明）
次に図４を参照し、偏心したマイクロレンズを用いた瞳分割像の取得方法について説明する。図４は画素中心に対して偏心したマイクロレンズを構成した画素における光の進み方を模式的に示した図である。

図４において画素４０１および画素４０２は画素の中心から所定の方向に対称性を持って偏心したマイクロレンズ４０２および４０４をそれぞれ有している。レンズ４０５中の領域４０６および４０７を通過した光束はそれぞれマイクロレンズ４０２および４０４を介して光電変換部４０８および４０９へと導かれる。このように偏心したマイクロレンズを配置することによって、レンズ４０５中の所定の領域を通過してきた一対の瞳分割像を取得することが可能である。

なお、ここでは説明の為に図を簡略化しているが、実施例では図２を用いて説明した液体マイクロレンズに偏心をもたせる。

（口径食の説明）
次に図５を用いて口径食について説明する５０１は前レンズ５０２は絞り、５０３は後レンズである。５０１の前レンズの枠を前枠、５０３の後レンズによってできる枠を後枠と呼ぶ。５０４は撮像面である。５０４の撮像面のｘの位置から見た５０１、５０２、５０３の枠の重なりと撮像面ｙの位置から見た５０１、５０２、５０３の枠の重なり方を図５（ｂ）に示している。ｘの位置からみると光量を制限しているものは絞りだけであるが、ｙの位置から見ると前枠５０１と後枠５０３によっても光量が制限されている。

このように口径食とは光軸中心から離れて像高が高くなるにつれ光量が落ちてくる現象であり、瞳分離された像においては像高が高くなるとバランスがよりくずれるという性質がある。

撮像素子１０４（センサ）上の画素の位置と口径食形状の関係を図６に示す。口径食形状は撮像素子上の位置により異なるが、場所がずれる事により少しずつ変化する。口径食形状演算手段１１４は撮像光学系の光学情報に基づいて各画素毎の口径食の形状を演算によって求める。

図６において、位相差検出方式の位相差演算に用いられる一対の瞳分割像の瞳分割方向は、撮像素子１０４の撮像面の中心部と周辺部で異なっている。

撮像素子１０４の撮像面の中心部の領域の瞳分割方向は、横方向であり、撮像素子１０４の撮像面の周辺部の２つの領域の瞳分割方向は、一方が縦方向であり、他方が斜め方向である。

（撮影光学系の光学情報の定義）
本実施例では撮像光学系の光学情報とは交換レンズ１０１に構成される複数のレンズ群および絞りの位置情報、複数のレンズ群の口径情報、絞りの開口径情報を用いる。

（口径食形状の演算例）
図１６は口径食形状演算手段１１４による口径食形状の演算方法を説明する図である。

例として画素Ｐについての演算例を用いて説明する。

最初にカメラ制御部１０７は交換レンズ１０１との通信により、被写体に最も近い第一のレンズＬ１の位置情報Ｌ１＿ｐｏｓ（不図示）、第一のレンズＬ１の半径Ｌ１＿ｒ、絞りＡＰの位置情報ＡＰ＿ｐｏｓ（不図示）、絞りの半径ＡＰ＿ｒ、および撮像面に最も近い第二のレンズＬ２の位置情報Ｌ２＿ｐｏｓ（不図示）、第二のレンズＬ２の半径Ｌ２＿ｒをそれぞれ取得する。

口径食形状演算手段１１４は画素Ｐから見た各レンズおよび絞りによって得られる光束を撮像面からＥ＿ｔの距離だけ離れた位置に配された投影面Ｅに投影し、口径食形状を求める。

まず口径食形状演算手段１１４は、撮像素子１１０６の像高中心Ｏから演算対象となる画素Ｐまでの距離Ｓを得る。

次に、交換レンズとの通信により得られた各レンズおよび絞りの位置情報Ｌ１＿ｐｏｓ，Ｌ２＿ｐｏｓ，ＡＰ＿ｐｏｓに基づき、撮像面から各レンズまでの距離Ｌ１＿ｔ，Ｌ２＿ｔ，ＡＰ＿ｔを求める。

同様に交換レンズとの通信により得られた各レンズおよび絞りの位置情報Ｌ１＿ｐｏｓ，Ｌ２＿ｐｏｓ，ＡＰ＿ｐｏｓに基づき、各レンズ及び絞りの中心位置Ｌ１＿ｏ，Ｌ２＿ｏ，ＡＰ＿ｏを求める。

このとき、画素ＰとＬ１＿ｏを通る直線と投影面Ｅの交点は、投影面Ｅ上に投影されるＬ１＿ｏの位置であることから、投影面Ｅ上でのレンズＬ１の中心位置ＥＬ１＿ｏを知ることが出来る。同様に画素ＰとＬ２＿ｏを通る直線と投影面Ｅの交点からレンズＬ２の投影面Ｅ上の中心ＥＬ２＿ｏを、画素ＰとＡＰ＿ｏを通る直線と投影面Ｅの交点から絞りＡＰの投影面Ｅ上の中心ＥＡＰ＿ｏをそれぞれ求めることができる。
以下にＥＬ１＿ｏ、ＥＬ２＿ｏ、ＥＡＰ＿ｏを求める為の数式を示す
ＥＬ１＿ｏ＝（Ｌ１＿ｔ−Ｅ＿ｔ）／Ｌ１＿ｔ×Ｓ …式１
ＥＬ２＿ｏ＝（Ｌ２＿ｔ−Ｅ＿ｔ）／Ｌ２＿ｔ×Ｓ …式２
ＥＡＰ＿ｏ＝（ＡＰ＿ｔ−Ｅ＿ｔ）／ＡＰ＿ｔ×Ｓ …式３

また、Ｅ＿ｔに対するＬ１＿ｔ，ＡＰ＿ｔ，Ｌ２＿ｔのそれぞれの比は、Ｌ１＿ｒ，Ｌ２＿ｒ，ＡＰ＿ｒと投影面Ｅ上に投影されたＬ１，Ｌ２，ＡＰの半径ＥＬ１＿ｒ，ＥＬ２＿ｒ，ＥＡＰ＿ｒの比と等しいため、投影面Ｅ上の半径ＥＬ１＿ｒ，ＥＬ２＿ｒ，ＥＡＰ＿ｒは以下の式４から式６により求めることが出来る。
ＥＬ１＿ｒ＝（Ｌ１＿ｒ＊Ｅ＿ｔ）／Ｌ１＿ｔ …式４
ＥＬ２＿ｒ＝（Ｌ２＿ｒ＊Ｅ＿ｔ）／Ｌ２＿ｔ …式５
ＥＡＰ＿ｒ＝（ＡＰ＿ｒ＊Ｅ＿ｔ）／ＡＰ＿ｔ …式６

投影面Ｅ上の中心点ＥＬ１＿ｏ，ＥＬ２＿ｏおよびＥＡＰ＿ｏを中心として半径ＥＬ１＿ｒ，ＥＬ２＿ｒ，ＥＡＰ＿ｒの円をそれぞれ投影すると、図１６（ａ）に示すように撮像面Ｅ上での各レンズおよび絞りを通過する光束を投影することが可能である。

このとき撮像光学系の光学情報に基づき、投影面Ｅ上に投影された各レンズおよび絞りを通過する光束のうち、全ての円の内側を通る領域が画素Ｐに受光する光束であり、口径食の形状として扱うことができる。

前記全ての円の内側を通る領域を図中に１６０２として示す。

なお、ここでは口径食形状の演算については幾何学計算を用いた簡易な説明のみにとどめたが、口径食形状の算出は幾何学計算に限定されるものではなく、例えば予め用意したテーブル等を用いて形状を求めても良い。

本発明では、制御手段は、撮影光学系を構成する絞りの開口径の大きさの変化に応じてマイクロレンズの形状を可変しても良い。制御手段は、撮影光学系を構成するレンズの光軸方向の位置の変化に応じてマイクロレンズの形状を可変しても良い。制御手段は、撮影光学系を構成するレンズの光軸と異なる方向の位置の変化に応じてマイクロレンズの形状を可変しても良い。

（マイクロレンズ形状制御手段１１３の動作の説明）
次に図７〜図８を用いてマイクロレンズ形状制御手段１１３の動作について説明する。マイクロレンズ形状制御手段１１３は口径食形状演算手段１１４によって出力される口径食形状に応じて撮像素子１０４上の各画素に設けられた複数の電極群に対して印加対象となる電極位置および印加電圧の大きさを決定しそれぞれ制御する。まず、図７を用いて口径食が発生している画素のマイクロレンズ形状の制御について説明する。図７は、画素７００の瞳強度分布と口径食の関係を示す図である。

図中の７０２〜７０４および７０６〜７０８は一対の瞳分割像を取得する際のそれぞれの瞳強度分布を示しており、７０２、７０６が最も感度の高い領域となっている。

７０１は口径食形状であり、光束の一部がカットされていることを示している。

瞳強度分布は入射角に応じた受光感度特性であるので、マイクロレンズの屈折率によって一意に決定される。実施例において、マイクロレンズは液体マイクロレンズを構成することによって動的に形状可変である為、各画素における瞳強度分布は動的に調整可能である。

図７（ａ）では瞳強度分布の中で最も感度の高い領域７０２および７０６に口径食によって遮光された領域が重なっている。このような場合、瞳分割像には光量の低下および瞳分割像の不一致の影響が顕著に表れる。

図７（ｂ）は図７（ａ）で示した瞳強度分布の中心位置をそれぞれ水平、垂直方向に移動することで瞳強度分布の最も感度の強い領域７０２および７０６に口径食によって遮光された領域が重ならないようにしている。このように、口径食による影響を低減するために７０１の内側に、瞳強度分布の感度の高い部分が来るようにマイクロレンズ形状を変更すれば、光量の低下を低減することが可能となる。

口径食形状決定手段で算出される口径食形状に応じて口径食の内部に瞳強度分布の重心位置が位置するようにマイクロレンズの形状を可変しても良い。

また、焦点検出においては瞳分割像間の基線長によって演算の精度が決定するため、なるべく一対の瞳強度分布が離れている方が都合が良い。

そのため、７０１のような口径食が発生している領域の画素においては、基線長を確保し、且つ光量低下を低減する為に、斜め方向に一対の瞳強度分布中心が対応するようにマイクロレンズ形状を変更させるとよい。

ここまで、図７に示すような画素についての説明を行ったが、他の画素においても同様に口径食の形状に基づき、各画素のマイクロレンズ形状を決定する。

次に、図８を用いて撮像素子１０４上の各画素におけるマイクロレンズ形状について説明する。図８は撮像素子１０４上の３＊３画素の領域を切り出した図である。図中の各セルは画素を表しており、各画素に記載されているＲ，Ｇ，およびＢはそれぞれＲ（ｒｅｄ），Ｇ（Ｇｒｅｅｎ），Ｂ（Ｂｌｕｅ）の波長だけを通過するカラーフィルターを有する画素であること示している。撮像素子１０４上には上記のような画素がベイヤー配列によって配置されている。

また、各画素には同画素で発生している口径食の形状をそれぞれ重畳して記載している。このとき、口径食形状は近接する画素でほぼ一致する為、小さな範囲で見たときにはほぼ同一な形状として扱うことが出来る。

図８に示すような口径食が発生している場合、瞳分割は斜め方向に実施した時に最も口径食の影響を低減することが出来る。Ｒ画素８０１および８０２について瞳分割を行う場合について説明する。マイクロレンズ形状制御手段１１３は図中の８０３および８０４に示す領域に瞳強度分布が重畳するように画素８０１および画素８０２のマイクロレンズ形状を制御する。このときＲ画素同士でカラーフィルターの分光感度特性が異なると瞳分割像の一致度は低くなる為、瞳分割像を取得する際は同一の分光感度特性を持つ一対の画素によって瞳分割像を取得するのが好ましい。

同様に他の形状の口径食が発生している領域においても、また、異なるカラーフィルターを有する画素群においても、口径食形状の影響を最も低減することのできる瞳分割方向を決定し、同一色のカラーフィルターを有する画素で一対の瞳分割をすればよい。また、空間的に異なる画素群を用いて一対の瞳分割像を取得する方法以外にも、時分割で同一画素位置におけるマイクロレンズの偏心形状を対称的に変更することによっても瞳分割像の取得が可能である。

（時分割によって瞳強度分布位置をずらした際の概念図の説明）
時分割によって瞳強度分布位置をずらした際の概念図を図９に示す。図９では第一のタイミングと第二のタイミングでそれぞれ瞳強度分布の重心が斜め方向に対称的に移動するようにマイクロレンズ形状制御していることを示している。

マイクロレンズ形状制御手段は前述したように口径食の形状に基づいて瞳分割方向を決定し、同色の一対の画素から瞳分割像を得られるようにマイクロレンズ形状を制御する。

（演算方向（斜め含む）の説明）
また、位相差方式の焦点検出処理を実施する際には、瞳分割方向と同一の方向に位置する画素群から取得された一対の瞳分割像を用いることで、基線長を保ったまま、口径食の影響を低減できるため良好な焦点検出処理結果を得ることができる。

図１１〜図１５を用いて口径食形状と焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像の関係を説明する。

図１１は撮像素子１０４上の領域１１０１および１１０２の撮像素子上の位置と、口径食形状を示す図である。

図１１において、位相差検出方式の位相差演算に用いられる一対の瞳分割像の瞳分割方向は、撮像素子１０４の撮像面の中心部と周辺部で異なっている。

また、撮像素子１０４の撮像面の周辺部に位置する領域１１０１と領域１１０２でも位相差検出方式の位相差演算に用いられる一対の瞳分割像の瞳分割方向を異ならせている。

図１２は領域１１０１において空間分割でＲ画素群から一対の瞳分割像を取得する方法を説明する図である。

口径食形状演算手段１１４により得られた口径食形状に基づき、マイクロレンズ制御部１１３は空間分割で瞳分割を行う。

１２０７に示す黒塗り点は瞳強度分布の最も感度の高い領域を示している。

このとき焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像は画素１２０１、１２０３および１２０５のＲ画素から取得することが出来る第一の瞳分割像と、１２０２、１２０４および１２０６から取得することが出来る第二の瞳分割像を用いる。

図１３は領域１１０２において空間分割でＲ画素群から一対の瞳分割像を取得する方法を説明する図である。

口径食形状演算手段１１４により得られた口径食形状に基づき、マイクロレンズ制御部１１３は空間分割で瞳分割を行う。

１３０７に示す黒塗り点は瞳強度分布の最も感度の高い領域を示している。

このとき相関演算に用いる一対の瞳分割像は画素１３０１、１３０３および１３０５に示す画素から取得する第一の瞳分割像と、１３０２、１３０４および１３０６から得られる第二の瞳分割像を用いる。

図１４は領域１１０１において時分割でＲ画素群から一対の瞳分割像を取得する方法を説明する図である。

口径食形状演算手段１１４により得られた口径食形状に基づき、マイクロレンズ制御部１１３は時分割で瞳分割を行う。

１４０７に示す黒塗り点は瞳強度分布の最も感度の高い領域を示している。

図１４（ａ）は第一のタイミングにおける瞳強度分布を示し、図１４（ｂ）は第二のタイミングにおける瞳強度分布を示している。

これによりＲ画素１４０１〜１４０６の各Ｒ画素は同一画素位置で瞳分割を行っている。

このとき焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像は第一のタイミングでＲ画素１４０１〜１４０６から取得することのできる第一の瞳分割像と、第一のタイミングでＲ画素１４０１〜１４０６から取得することのできる第二の瞳分割像を用いる。

図１５は領域１１０２において時分割でＲ画素群から一対の瞳分割像を取得する方法を説明する図である。

口径食形状演算手段１１４により得られた口径食形状に基づき、マイクロレンズ制御部１１３は時分割で瞳分割を行う。

１５０７に示す黒塗り点は瞳強度分布の最も感度の高い領域を示している。

図１５（ａ）は第一のタイミングにおける瞳強度分布を示し、図１５（ｂ）は第二のタイミングにおける瞳強度分布を示している。

これによりＲ画素１５０１〜１５０６の各Ｒ画素は同一画素位置で瞳分割を行っている。

このとき焦点検出処理に用いる一対の瞳分割像は第一のタイミングでＲ画素１５０１〜１５０６から取得することのできる第一の瞳分割像と、第一のタイミングでＲ画素１５０１〜１５０６から取得することのできる第二の瞳分割像を用いる。

同様に他の領域においても口径食の形状によって決定される瞳分割方向と同一方向に位置する画素群を用いて一対の瞳分割像を取得し、焦点検出処理を行う。

（撮影のフローチャートの説明）
次にオートフォーカスを用いた撮影のフローチャートについて図１０を用いて説明する。図は実施例１における撮像装置１００のオートフォーカスを用いた撮影処理のフローチャートである。ステップＳ１０００はオートフォーカスを用いた撮影のスタートである。まずステップＳ１００１でシャッターボタンが半押し状態であるかどうかを判定する。

半押し状態の場合はステップ２へ進み、シャッターボタンが半押しでない場合は撮影を行わずに終了する。次にステップＳ１００２では口径食形状の算出に必要なレンズ情報を交換レンズ１０１との通信によって取得する。次にステップＳ１００３ではステップ２で取得したレンズ情報を元に口径食形状演算手段１１４で口径食形状を算出するとともにマイクロレンズ制御部におよび焦点検出部１０８へと口径食形状の演算データを出力する。

次に、ステップＳ１００４で、マイクロレンズ形状制御手段１１３はステップＳ１００３で得られた口径食形状演算手段１１４の演算結果に基づいてオートフォーカス対象領域のマイクロレンズの形状を変更する。次にステップＳ１００５では撮像素子１０４によってオートフォーカス対象エリアの像信号を取得し、メモリ１０６へと一次的に記憶する。

次にステップＳ１００６で焦点検出部によって焦点検出処理が行われる。焦点検出用画像生成部１０９は口径食形状演算手段１１４からの出力信号に基づいて、ステップ５で取得した画像信号から選択的に焦点検出用の一対の瞳分割像を生成し、相関演算部１１０へと出力する。相関演算部１１０は焦点検出用画像生成部１０９によって生成された一対の瞳分割像をシフトしながら相関演算を行い、評価値を合焦位置決定部１１１へと出力する。

合焦位置決定部１１１は相関演算部１１０から出力される評価値を元に合焦位置を決定し、カメラ制御部１０７を介して合焦位置への駆動信号を交換レンズ１０１へと送信する。次にステップＳ１００７で交換レンズ１０１はカメラ制御部１０７からの駆動信号に基づいてフォーカシングレンズを駆動する。

次にステップＳ１００８でシャッターボタンが全押し状態であるかどうかを判定する。

全押し状態でなければステップＳ１００１へと戻り、全押し状態の場合はステップＳ１１０９へと進む。

ステップＳ１１０９でマイクロレンズ形状制御手段１１３はマイクロレンズの形状を偏心の無い半球面上の形状へと変更する。次にステップＳ１０１０では撮像処理を行い、画像処理部１１２によって記録用に加工された撮影画像データを生成する。ステップＳ１０１１はオートフォーカスを用いた撮影の終了である。

以上説明したように口径食の形状に合わせてマイクロレンズ形状を制御することにより口径食の影響を低減した高品質な瞳分割像を取得することが可能となり、焦点検出の精度が向上する。

なお、実施例は一例にすぎず、本発明の主旨の範囲内で様々に応用可能である。

１００ 撮像装置
１０１ 交換レンズ
１０２ マウント部
１０３ 撮像装置ボディ
１０４ 撮像素子
１０５ Ａ／Ｄ変換部
１０６ メモリ
１０７ カメラ制御部
１０８ 焦点演算部
１０９ 焦点検出用画像生成部
１１０ 相関演算部
１１１ 焦点位置決定部
１１２ 画像処理部
１１３ マイクロレンズ形状制御手段
１１４ 口径食形状演算手段

Claims (12)

1. 複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子上に構成され且つ形状可変であるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの形状を制御するための制御手段と、撮影光学系の光学情報に基づいて口径食形状を決定する口径食形状決定手段と、前記複数の画素で検出される一対の瞳分割像を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
   前記制御手段は、前記口径食形状決定手段で算出される口径食形状に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記口径食形状決定手段で算出される口径食形状に応じて前記口径食の内部に瞳強度分布の中心位置が位置するように前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記口径食形状決定手段で算出される口径食形状に応じて前記口径食の内部に瞳強度分布の最も感度の強い領域が位置するように前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記口径食形状決定手段で算出される口径食形状に応じて前記口径食の内部に瞳強度分布の重心位置が位置するように前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記撮像素子上の同一の画素の位置において時分割でマイクロレンズ形状を制御し、一対の瞳分割像を取得することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の撮像装置。
6. 前記位相差検出方式の位相差演算に用いられる一対の瞳分割像の瞳分割方向は、前記撮像素子の撮像面の中心部と周辺部で異なることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記撮影光学系を構成する絞りの開口径の大きさの変化に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記撮影光学系を構成するレンズの光軸方向の位置の変化に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の撮像装置。
9. 前記制御手段は、前記撮影光学系を構成するレンズの光軸と異なる方向の位置の変化に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の撮像装置。
10. 複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子上に構成され且つ形状可変であるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの形状を制御するための制御手段と、前記複数の画素で検出される一対の瞳分割像を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節手段と、を有する撮像装置であって、
    前記制御手段は、撮影光学系を構成する絞りの開口径の大きさの変化に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする撮像装置。
11. 複数の画素を有する撮像素子上に構成され且つ形状可変であるマイクロレンズの形状を制御するための制御工程と、撮影光学系の光学情報に基づいて口径食形状を決定する口径食形状決定工程と、前記複数の画素で検出される一対の瞳分割像を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節工程と、を有する撮像方法であって、
    前記制御工程は、前記口径食形状決定工程で算出される口径食形状に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする撮像方法。
12. 複数の画素を有する撮像素子上に構成され且つ形状可変であるマイクロレンズの形状を制御するための制御工程と、前記複数の画素で検出される一対の瞳分割像を用いて位相差検出方式の焦点調節を行う焦点調節工程と、を有する撮像方法であって、
    前記制御方法は、撮影光学系を構成する絞りの開口径の大きさの変化に応じて前記マイクロレンズの形状を可変することを特徴とする撮像方法。

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