JP2014219545A - 撮像装置、その制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】防振制御を行ってしかも正確に測距を行う。
【解決手段】撮像素子１０３は光学系１０１の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列されている。光学劣化推定部１１３は撮像素子から出力される画像において光軸に交差する方向のシフト量に応じて光学収差に起因する画質劣化が生じる劣化領域を判定し瞳分割方向を決定する。位相差測距部１０７は瞳分割方向に応じて画像について位相差測距を行って位相差評価値を得て、ＡＦ制御部１０８および光学系駆動部１０２は位相差評価値に基づいて光学系を光軸方向に沿って移動させる。撮像素子駆動部１０４は光学劣化推定部で得られた瞳分割方向に基づいて撮像素子における瞳分割方向を切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、防振制御を行う際の焦点検出に関する。

一般に、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフレックスカメラ、又はビデオカメラなどの撮像装置においては、撮影の際に撮影者の手ブレなどに起因して所謂像ブレが発生することがある。このような像ブレを低減するため、例えば、光学像の結像に用いられるレンズユニットの一部である光学部材（例えば、シフトレンズ）を、手ブレに応じたブレ量に基づいて駆動して像ブレを低減させるようにしたものがある（特許文献１参照）。

ところが、シフトレンズを手ブレに応じて駆動させると、光学像の結像条件が変化してしまい、光学収差による画質劣化が生じることがある。そして、画質劣化には、像面湾曲収差の変化などの測距演算精度が低下する現象が含まれる。

このような画質劣化に対処するため、シフトレンズの駆動によって変化する焦点検出用画素の受光分布を評価し、当該評価結果に応じて手ブレ補正を停止させるか否かを制御するようにしたものがあり、ここでは、当該制御によって測距演算精度の低下を防止するようにしている（特許文献２参照）。

特開２００１−２４９２７６号公報 特開２０１１−０８１２０１号公報

ところで、特許文献２に記載の手法では、手ブレによって生じた像面湾曲収差の変化が測距にそぐわない場合には、防振制御を行わないことになる。従って、手ブレに起因する像ブレが生じている状態で測距演算を行うことがあり、正確に測距演算を行うことができない。

よって、本発明の目的は、防振制御を行ってしかも正確に測距、つまり、焦点検出を行うことのできる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、光軸方向および光軸方向に交差する交差方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じて画像を得る撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列されており、前記撮像素子から出力される画像において前記交差方向におけるシフト量に応じて光学収差に起因する画質劣化が生じる劣化領域を判定して、当該判定結果に基づいて瞳分割方向を決定する光学劣化判定手段と、前記瞳分割方向を測距演算方向として前記撮像素子から出力される画像について位相差測距を行って位相差評価値を得る位相差測距手段と、前記瞳分割方向に基づいて前記撮像素子における瞳分割方向を切り替える切り替え手段と、前記位相差評価値に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明による制御方法は、光軸方向および光軸方向に交差する交差方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じて画像を得る撮像素子を備え、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列された撮像装置の制御方法であって、前記撮像素子から出力される画像において前記交差方向におけるシフト量に応じて光学収差に起因する画質劣化が生じる劣化領域を判定して、当該判定結果に基づいて瞳分割方向を決定する光学劣化判定ステップと、前記瞳分割方向を測距演算方向として前記撮像素子から出力される画像について位相差測距を行って位相差評価値を得る位相差測距ステップと、前記瞳分割方向に基づいて前記撮像素子における瞳分割方向を切り替える切り替えステップと、前記位相差評価値に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明による制御プログラムは、光軸方向および光軸方向に交差する交差方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じて画像を得る撮像素子を備え、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列された撮像装置で用いられる制御プログラムであって、前記撮像装置が備えるコンピュータに、前記撮像素子から出力される画像において前記交差方向におけるシフト量に応じて光学収差に起因する画質劣化が生じる劣化領域を判定して、当該判定結果に基づいて瞳分割方向を決定する光学劣化判定ステップと、前記瞳分割方向を測距演算方向として前記撮像素子から出力される画像について位相差測距を行って位相差評価値を得る位相差測距ステップと、前記瞳分割方向に基づいて前記撮像素子における瞳分割方向を切り替える切り替えステップと、前記位相差評価値に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御ステップと、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、光学系のシフト量に応じて光学収差に起因する画質劣化が生じる劣化領域を判定して瞳分割方向を決定し、当該瞳分割方向を測距演算方向として画像について位相差測距を行って位相差評価値を得て、さらに、瞳分割方向に基づいて撮像素子における瞳分割方向を切り替えるようにしたので、防振制御に起因する光学収差の影響を排除して正確な測距を行うことができる。

本発明の第１の実施形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。 図１の示す撮像素子の一例についてその構成をブロック図である。 図２に示す画像群の回路構成についてその一例を示す図である。 図３に示す画素群における瞳分割パターンの一例を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は瞳分割方向指示情報に応じた瞳分割画素を示す図、（ｅ）〜（ｈ）は瞳分割画素における相関演算（測距）方向を示す図である。 図２に示すＳ−Ｓ線に沿った断面を模式的に示す図である。 図５に示す結像面よりも結像位置が前側である前ピン状態におけるＡ像およびＢ像の関係を示す図である。 図１に示す撮像装置で用いられる光学収差情報の一例を示す図である。 図１に示す撮像装置で行われるオートフォーカス制御を説明するためのフローチャートである。 図１に示す撮像素子の出力である画像信号が示す画像の一例を示す図である。 図１に示す撮像装置で行われるレンズシフトの座標系を示す図である。 図１に示す撮像装置で行われたレンズシフトによる光学情報の変化を示す図である。 図１に示す光学劣化推定部で行われる瞳分割方向および位相差測距方向の決定について説明するための図である。 本発明の第２の実施形態による撮像装置におけるレンズシフトを説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。

図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）であり、撮像レンズユニット（以下単に撮像レンズ又はレンズと呼ぶ）などの光学系１０１を有している。そして、この光学系１０１は光軸方向および当該光軸に交差する方向に沿って移動可能である。また、光学系１０１は、例えば、ズームレンズ、絞り、およびフォーカスレンズを有するとともに、シフトレンズなどで構成される防振機構を備えている。

光学系駆動部１０２は、後述するＡＦ制御部１０８の出力であるフォーカス情報およびシステム制御部１１１の出力である光学系駆動情報（レンズシフト情報）に応じて、光学系１０１を駆動制御する。例えば、光学駆動部１０２は光学系１０１を光軸方向を駆動方向として移動制御して、光学系１０１をフォーカス位置に制御する。

撮像素子１０３は２次元マトリックス状に配列された複数の画素を有しており、撮像素子１０３には、光学系１０１を介して光学像（被写体像）が結像される。撮像素子１０３は被写体像を光電変換によって電気信号（アナログ信号）に変換した後、Ａ／Ｄ変換して画像信号として出力する。そして、この画像信号は加算信号処理部１０５および位相差測距部１０７に与えられる。なお、撮像素子１０３は瞳分割された一対の画像信号（後述するＡ像の画像信号およびＢ像の画像信号）を出力する。

撮像素子駆動部１０４はシステム制御部１１０の制御下で撮像素子１０３を駆動制御するとともに、後述する光学劣化推定部１１３から出力される画素毎の瞳分割指示情報に応じて撮像素子１０３を駆動制御する。なお、撮像素子１０３が電子シャッタ機能を備える場合、撮像素子１０３は撮像素子駆動部１０４によって露光時間が調整される。

加算信号処理部１０５は、撮像素子１０３から出力される瞳分割された画像信号を加算して、表示／記録用の加算画像信号を生成する。カメラ信号処理部１０６は加算信号処理部１０５から出力された加算画像信号に対して所定の画像処理を行って、表示／記録用の映像信号（カメラ信号ともいう）を生成する。

位相差測距部１０７は撮像素子１０３から画像信号を受けて、後述する光学劣化推定部１１３の出力に応じて、位相差測距を行うための位相差評価値を求める。ＡＦ（オートフォーカス）制御部１０８は、位相差測距部１０７の出力である位相差評価値に基づいて光学系１０１のフォーカス位置を制御するためのフォーカス情報を算出する。手ぶれ検出部１０９は、例えば、ジャイロセンサ又はベクトル検出などの既知の手法を用いて手ぶれを検出して、手ぶれ情報を生成する。

システム制御部１１０は撮像装置全体の制御を司る。システム制御部１１０はユーザの指示、撮影シーン、又は被写体検出などの撮影情報に基づいて光学系駆動部１０２および光学情報取得部１１２に、ズーム、絞り、およびレンズシフトなどの駆動状態を示す光学系駆動情報を出力する。さらに、システム制御部１１０は撮像素子駆動部１０４に対して撮像素子１０３を駆動するための駆動情報を出力する。

光学情報取得部１１２はシステム制御部１１１から受けた光学系駆動情報に基づいて、光学ＤＢ（データベース）１１１を検索して、光学系駆動情報に応じた光学収差情報を取得する。そして、光学情報取得部１１１は当該光学収差情報を光学劣化推定部１１３に与える。

光学劣化推定部１１３は、光学情報取得部１１３から受けた光学収差情報に基づいて、撮像素子１０３における瞳分割方向を推定して瞳分割方向を示す瞳分割方向推定情報を撮像素子駆動部１０４に送る。さらに、光学劣化推定部１１３は光学収差情報に応じて、後述する測距演算方向を示す測距演算方向推定情報を求めて、当該測距演算方向推定情報を位相差測距部１０７に送る。

図２は、図１の示す撮像素子１０３の一例についてその構成をブロック図である。

前述のように、撮像素子１０３は２次元マトリックス状に配列された複数の画素を有しており、各画素にはフォトダイオード（ＰＤ：光電変換部）が備えられ、ＰＤで光を受光する。ここでは、水平方向の２つのＰＤおよび垂直方向の２つのＰＤの合計４つの第１のＰＤ２１２−１〜第４の２１２−４が１つのマイクロレンズ（ＭＬ）を共有している。以下の説明では、これらＰＤ２１２−１〜２１２−４を有する４つの画素を画素群（画素部）２１２と呼ぶ。

図１に示す撮像素子駆動部１０４は、前述の瞳分割方向推定情報に応じて瞳分割方向指示を撮像素子１０３に与えるとともに、水平同期信号、垂直同期信号、および指示情報更新信号を与える。

撮像素子１０３は、上記の瞳分割方向指示を受ける瞳分割方向指示入力端１０４−１、水平同期信号を受ける水平同期信号入力端１０４−２、垂直同期信号を受ける垂直同期信号入力端１０４−３、および指示情報更新信号を受ける指示情報更新信号入力端１０４−４を有している。また、撮像素子１０３は、タイミング信号発生回路（ＴＧ）２０４、複数の第１のバッファ（ＢＵＦ）２０５、複数の第２のバッファ（ＢＵＦ）２０７、画素読み出し共通制御信号バス２０９、画素読み出し制御修正回路（ＲＣＣ）２１０、画素読み出し制御信号バス２１１、行読み出し制御信号線２１３、およびリセット信号線２１４を有している。さらに、撮像素子１０３は列読み出し信号線２１５、水平駆動制御信号２１６、水平読み出し部（ＨＲＳ）２１７、第１の出力端子１０３−１、および第２の出力端子１０３−２を備えている。

図３は、図２に示す画像群２１２の回路構成についてその一例を示す図である。

図３において、画素群２１２は第１の画素読み出しトランジスタ３０５、第２の画素読み出しトランジスタ３０６、第３の画素読み出しトランジスタ３０７、および第４の画素読み出しトランジスタ３０８を有している。そして、これら第１〜第４の画素読み出しトランジスタ３０５〜３０８はそれぞれ第１〜第４のＰＤ２１２−１〜２１２−４に対応して配置されている。さらに、画素群２１２は、フローティングデフュージョン（ＦＤ）３０９、電源３１３に接続された画素リセットトランジスタ３１０、行読み出しトランジスタ３１１、および電源３１３に接続された画素ソースフォロワ３１２を備えている。

ここで、図２および図３を参照して、撮像素子１０３の読み出し制御について説明する。

瞳分割方向指示入力端１０４−１から画素群毎に瞳分割方向指示情報が入力される。ここで、瞳分割方向指示情報は、”０”〜”３”のいずれかを示し、”０”は水平方向（０°）、”１”は４５°の方向、”２”は垂直方向（９０°）、”３”は１３５°方向の瞳分割を指定するものとする。

まず、１行目について瞳分割方向指示情報が順次第１のバッファ２０５に保持される。続いて、指示情報更新信号入力端１０４−４から指示情報更新信号が入力されると、第１のバッファ２０５に保持された瞳分割方向指示情報は第２のバッファ２０７に保持される。これによって、１行分の瞳分割方向指示情報が参照可能となって、第２のバッファ２０７に保持された瞳分割方向指示情報が第１の画素読み出し制御修正回路２１０に入力される。

水平同期信号入力端１０４−２および垂直同期信号入力端１０４−３から水平同期信号および垂直同期信号がＴＧ２０４に入力されると、ＴＧ２０４は画素読み出し共通制御信号バス２０９および行選択制御バス２１３にそれぞれ読み出し共通制御信号および行選択制御信号を出力する。

画素読み出し制御修正回路２１０は第２のバッファ２０７の出力である瞳分割方向指示情報に応じて読み出し共通制御信号を修正して、画素読み出し制御信号を画素読み出し制御信号バス２１１に出力する。例えば、瞳分割方向指示情報が”０”であると、画素読み出し制御修正回路２１０は読み出し共通制御信号を修正することなくそのまま通過させて、画素読み出し制御信号とする。

なお、画素読み出し制御信号は、第１〜第４の画素読み出しトランジスタ３０５〜３０８のゲート２１１−１〜２１１−４にそれぞれ与えられる第１〜第４の読み出し制御信号で構成される。

いま、瞳分割方向指示情報が”０”を表していると、画素読み出し制御修正回路２１０は第１および第２の読み出し制御信号２１１−１および２１１−２をハイ（Ｈ）レベルとして、第１および第２の画素読み出しトランジスタ３０５および３０６を導通させる。これによって、第１および第２のＰＤ２１２−１および２１２−２に蓄積された電荷がＦＤ３０９に蓄積されて電荷の加算が行われる。

続いて、ＴＧ２０４によって行選択信号がＨレベルとされて、行読み出しトランジスタ３１１が導通する。これによって、画素ソースフォロワ３１２によってＦＤ３０９に蓄積された加算電荷が電圧変換されて、電圧信号（列読み出し信号）として列読み出し信号線２１５に出力される。

次に、ＴＧ２０４によってリセット信号線２１４から出力される画素リセット制御信号がＨレベルとされて、電源３１３に接続された画素リセットトランジスタ３１０が導通する。これによって、ＦＤ３０９に蓄積された電荷がリセットされる。

続いて、画素読み出し制御修正回路２１０は第３および第４の読み出し制御信号２１１−３および２１１−４をＨレベルとして、第３および第４の画素読み出しトランジスタ３０７および３０８を導通させる。これによって、第３および第４のＰＤ２１２−３および２１２−４に蓄積された電荷がＦＤ３０９に蓄積されて電荷の加算が行われる。

そして、ＴＧ２０４によって行選択信号がＨレベルとされて、行読み出しトランジスタ３１１が導通する。これによって、画素ソースフォロワ３１２によってＦＤ３０９に蓄積された加算電荷が電圧変換されて、列読み出し信号として列読み出し信号線２１５に出力される。

最後に、画素読み出し制御修正回路２１０は第１〜第４の読み出し制御信号２１１−１〜２１１−４をＨレベルとし、さらにＴＧ２０４によってリセット信号線２１４から出力される画素リセット制御信号がＨレベルとされる。これによって第１〜第４の画素読み出しトランジスタ３０５〜３０８と画素リセットトランジスタ３１０とが導通する。これによって、第１〜第４のＰＤ２１２−１〜２１２−４に蓄積された電荷およびＦＤ３０９に蓄積された電荷がリセットされる。

このようにして、瞳分割指示情報が”０”を表している場合には、水平方向に瞳分割された左右画像に係る画素信号が読み出されることになる。なお、瞳分割方向指示情報が”１”、”２”、又は”３”を表している場合においても、撮像素子１０３の駆動は瞳分割方向指示情報が”０”を表している場合と同様であり、第１〜第４の読み出し制御信号をＨレベルとする組み合わせが異なる。

ここで、瞳分割方向指示情報が”１”を表している場合の撮像素子１０３の駆動について簡単に説明する。

瞳分割方向指示情報が”１”であると、画素読み出し制御修正回路２１０は、まず第３の読み出し制御信号をＨレベルとして、第３の画素読み出しトランジスタ３０７を導通させる。これによって、右上画像の画像信号が生成されることになる。次に、画素読み出し制御修正回路２１０は、第２の読み出し制御信号をＨレベルとして第２の画素読み出しトランジスタ３０６を導通させる。これによって、左下画像の画像信号が生成されることになる。

このようにして、瞳分割指示情報が”１”の場合には、４５°方向に瞳分割された右上画像および左下画像の画素信号が撮像素子１０３から読み出されることになる。

次に、瞳分割方向指示情報が”２”を表している場合の撮像素子１０３の駆動について簡単に説明する。

瞳分割方向指示情報が”２”であると、画素読み出し制御修正回路２１０は、まず第１および第３の読み出し制御信号をＨレベルとして、第１および第３の画素読み出しトランジスタ３０５および３０７を導通させる。これによって、上画像の画像信号が生成されることになる。続いて、画素読み出し制御修正回路２１０は、第２および第４の読み出し制御信号をＨレベルとして第２および第４の画素読み出しトランジスタ３０６および３０８を導通させる。これによって、下画像の画像信号が生成されることになる。

このようにして、瞳分割指示情報が”２”の場合には、垂直方向に瞳分割された上下画像の画素信号が撮像素子１０３から読み出されることになる。

さらに、瞳分割方向指示情報が”３”を表している場合の撮像素子１０３の駆動について簡単に説明する。

瞳分割方向指示情報が”３”であると、画素読み出し制御修正回路２１０は、まず第１の読み出し制御信号をＨレベルとして、第１の画素読み出しトランジスタ３０５を導通させる。これによって、左上画像の画像信号が生成されることになる。続いて、画素読み出し制御修正回路２１０は、第４の読み出し制御信号をＨレベルとして第４の画素読み出しトランジスタ３０８を導通させる。これによって、右下画像の画像信号が生成されることになる。

このようにして、瞳分割指示情報が”３”の場合には、１３５°の方向に瞳分割された左上画像および右下画像の画素信号が撮像素子１０３から読み出されることになる。

なお、読み出された電圧信号は水平読み出し部２１７に入力され、水平読み出し部２１７は、先読みされた画像信号と後読みされた画像信号を同時に出力する。

このようにして、図２に示す撮像素子１０３では、第１の出力端子１０３−１から瞳分割方向指示情報に応じて、左画像、上画像、左上画像、および右上画像のいずれかが出力され、第２の出力端子１０３−２からは右画像、下画像、左下画像、右下画像のいずれかが出力される。

図４は、図３に示す画素群２１２における瞳分割パターンの一例を示す図である。そして、図４（ａ）〜図４（ｄ）は瞳分割方向指示情報に応じた瞳分割画素を示す図であり、図４（ｅ）〜図４（ｈ）は瞳分割画素における相関演算（測距）方向を示す図である。

図４において、ＭＬ４０２の下側には第１〜第４のＰＤが配置されている。瞳分割方向指示情報が”０”であると、前述のように、左右方向に瞳分割が行われて瞳分割画素４０３および４０４が規定される（図４（ａ））。そして、撮像素子１０３からは相関演算方向４０６が左右方向である画像信号４０５が出力され（図４（ｅ））、右画像および左画像を用いて、水平方向の相関演算によって測距演算が行われる。

瞳分割方向指示情報が”１”であると、４５°の方向に瞳分割が行われて瞳分割画素４０３および４０４が規定される（図４（ｃ））。そして、撮像素子１０３からは相関演算方向４０６が４５°の方向である画像信号４０５が出力され（図４（ｇ））、右上画像および左下画像を用いて、４５°の方向の相関演算によって測距演算が行われる。

瞳分割方向指示情報が”２”であると、垂直の方向に瞳分割が行われて瞳分割画素４０３および４０４が規定される（図４（ｂ））。そして、撮像素子１０３からは相関演算方向４０６が垂直の方向である画像信号４０５が出力され（図４（ｆ））、上画像および下画像を用いて、垂直方向の相関演算によって測距演算が行われる。

瞳分割方向指示情報が”３”であると、１３５°の方向に瞳分割が行われて瞳分割画素４０３および４０４が規定される（図４（ｄ））。そして、撮像素子１０３からは相関演算方向４０６が１３５°の方向である画像信号４０５が出力され（図４（ｈ））、左上画像および右下画像を用いて、１３５°の方向の相関演算によって測距演算が行われる。

続いて、撮像素子１０３から出力された画像信号の処理について説明する。

加算信号処理部１０５には瞳分割方向指示情報が入力される。加算信号処理部１０５は、瞳分割方向指示情報が”０”であると左画像および右画像を加算して加算画像信号として出力する。

瞳分割方向指示情報が”１”であると、加算信号処理部１０５は右上画像および左下画像を加算して加算画像信号として出力する。同様にして、瞳分割方向指示情報が”２”であると、加算信号処理部１０５は上画像および下画像を加算して加算画像信号として出力する。そして、瞳分割方向指示情報が”３”であると、加算信号処理部１０５は左上画像および右下画像を加算して加算画像信号を出力する。

カメラ信号処理部１０６は加算信号処理部１０５から出力された加算画像信号に対して、例えば、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正などの画像処理、解像度変換処理、および画像圧縮処理などを行って表示／記録用の映像信号を生成する。

前述のように、撮像素子１０３の出力である画像信号は、位相差測距部１０７に入力される。そして、位相差測距部１０７は画像信号に応じて位相差評価値を算出する。

図５は、図２に示すＳ−Ｓ線に沿った断面を模式的に示す図である。

像側から見た撮像レンズの射出瞳を参照番号５０１で示すと、合焦時における撮像レンズの結像面５０６から射出瞳５０１までの距離は射出瞳位置と呼ばれる。この射出瞳位置は撮像レンズの絞りよりも後方（結像面側）にあるレンズ群の曲率および絞りとの位置関係などによって変化する。さらに、絞りの径に応じて射出瞳の大きさは変化する。

いま、ＰＤ２１２−１および２１２−２に関して、ＭＬ５０７によって射出瞳位置に投影された射出瞳をそれぞれ参照番号５０４および５０５で示すと、ＰＤ２１２−１に対しては射出瞳５０５を通過する光束５０３が入射する。一方、ＰＤ２１２−２に対しては射出瞳５０４を通過する光束５０２が入射する。

なお、図示はされていないが、撮像素子１０３を構成する他の画素についても、ＰＤ２１２−１と同様に位置するＰＤでは射出瞳５０４で見た像が得られる。また、ＰＤ２１２−２と同様に位置するＰＤでは射出瞳５０５で見た像が得られる。

ここで、光束５０２に応じて撮像素子１０３で得られる像をＡ像、光束５０３に応じて撮像素子１０３で得られる像をＢ像とすると、合焦状態に応じて画像信号は視差を含むことになる。

図６は、図５に示す結像面よりも結像位置が前側である前ピン状態におけるＡ像およびＢ像の関係を示す図である。

ここでは、第１のＰＤ３０５で得られる像をＢ像６０１とし、第１のＰＤ３０６で得られる像をＡ像６０２とし、横軸が画素位置を示し、縦軸が信号強度を示す。位相差検出を用いた際の撮像装置から被写体までの距離は、Ａ像６０２とＢ像６０１との相対関係、像間の距離６０３、フォーカス位置における結像面から射出瞳までの距離に応じて求められる。位相差測距部１０７は、撮像装置から被写体までの距離を示す距離情報を位相差評価値としてＡＦ制御部１０８に送る。

ＡＦ制御部１０８は位相差評価値に基づいて目標フォーカス位置を決定して、当該目標フォーカス位置と現在のフォーカス位置とに応じてフォーカスレンズの移動方向および移動量をフォーカス情報として求める。そして、ＡＦ制御部１０８は当該フォーカス情報を光学系駆動部１０２に送る。光学系制御部１０８はフォーカス情報に基づいてフォーカスレンズを駆動制御する。

なお、上述の説明では、垂直方向に瞳分割されて読み出された画像信号（つまり、上画像および下画像）に応じた位相差測距について説明したが、他の方向に瞳分割された読み出された画像信号（つまり、左画像および右画像、右上画像および左下画像、又は左上画像および右下画像）においても同様にして位相差評価値を求めることができる。

また、瞳分割方向指示情報が”１”又は”３”である場合には、２つのＰＤの電荷について加算が行われないので、瞳分割方向指示情報が”２”又は”４”の場合と比べて、画像信号のレベル（信号強度）が低くなる。瞳分割方向指示情報が”１”又は”３”の場合には、加算信号処理部１０５および位相差測距部１０７に画像信号を入力する前に、画像信号にデジタルゲインを重畳して瞳分割方向指示情報に起因して生じる画像信号のレベル差を調整するようにしてもよい。

続いて、図１に示す撮像装置で用いられる光学収差情報について説明する。

図７は、図１に示す撮像装置で用いられる光学収差情報の一例を示す図である。

図７において、横軸（Ｘ軸）は像高Ｒを示し、縦軸（Ｙ軸）は解像度ＭＴＦを示す。解像度は光学条件（例えば、絞り、ズーム、およびフォーカス位置）に応じて異なり、例えば、解像度７０１−１〜７０１−３が像高に応じた曲線で示されている。なお、図７では解像度を示す曲線が３つ示されているが、便宜上３つの曲線が示されているだけであって、実際には光学条件に応じて複数の曲線が存在する。

図１に示す光学ＤＢ１１１には、例えば、所定の像高間隔７０３においてプロットされたプロット値（解像度）７０２が記録されている。光学情報取得部１１２は光学ＤＢ１１１を参照して像高に対応する解像度ｍｔｆ（ｒ）を、プロット値７０２を用いて補間演算によって求める。そして、光学情報取得部１１２は当該解像度ｍｔｆ（ｒ）を光学収差情報として光学劣化推定部１１３に与える。

図８は、図１に示す撮像装置で行われるオートフォーカス制御を説明するためのフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理はシステム制御部１１０の制御下で行われる。

オートフォーカス制御を開始すると、システム制御部１１０は、手ブレ検出部１０９から前述の手ブレ情報を取得する（ステップＳ８０１）。続いて、システム制御部１１０は、ユーザの指示、撮影シーン、又は被写体検出などの撮影情報に基づいてズーム、絞り、およびフォーカス情報を取得するとともに、手ブレ情報に応じた防振量を光学系駆動情報（レンズ駆動情報）として取得する（ステップＳ８０２）。

次に、光学情報取得部１１２はシステム制御部１１０の制御下でレンズ駆動情報に基づいて光学ＤＢ１１１を検索して、レンズ駆動情報に応じた光学収差情報を取得する（ステップＳ８０３）。そして、光学情報取得部１１２は当該光学収差情報を光学劣化推定部１１３に与える。

光学劣化推定部１１３は、後述するようにして、光学収差情報に基づいて光学劣化領域を推定する（ステップＳ８０４）。なお、ここで、光学劣化領域とは、撮影画像において、光学収差の変化によって生じる解像度の低下（つまり、画質劣化）が測距演算で要求される所定の解像度Ｍｍｉｎを下回る領域のことをいう。つまり、解像度が所定の閾値未満に低下すると、光学収差に起因する画質劣化が生じたと判定されることになる。

図９は、図１に示す撮像素子１０３の出力である画像信号が示す画像の一例を示す図である。

図９において、画像の水平サイズをＸＳＩＺＥで示し、その垂直サイズをＹＳＩＺＥで示す。図示の画像は複数の矩形状の領域９０１に分割される。ここでは、光学ＤＢ１１１から得られる光学収差情報において像高間隔７０３を画素数に換算した間隔ＸｈおよびＹｖで画像を分割する。ここで、像高間隔７０３をｒ’で表すと、間隔ＸｈおよびＹｖはそれぞれ式（１）および式（２）で表される。

領域９０２は光学劣化推定が行われる領域であって、測距演算の対象となる領域である。この領域９０２は画像の中央付近に規定され、そのサイズはＸＳＩＺＥ’×ＹＳＩＺＥ’のサイズである。ここでは、領域９０２を画像の中央付近に規定するようにしたが、被写体の検出を行って、測距演算対象、領域の位置、およびサイズを適宜変更するようにしてもよい。

ここで、手ブレ情報に応じたレンズシフトを考慮した光学収差情報の算出について説明する。

図１０は、図１に示す撮像装置で行われるレンズシフトの座標系を示す図である。また、図１１は、図１に示す撮像装置で行われたレンズシフトによる光学収差情報の変化を示す図である。

図１０において、レンズ位置１２０１はシフト量（光軸方向に交差する交差方向の駆動量）が０の場合におけるレンズ位置を示し、画像中心１２０３（ＸＳＩＺＥ／２， ＹＳＩＺＥ／２）はレンズシフト量が０の際の像高０の位置となる。なお、参照番号１２０５は図９に示す測距演算対象領域９０２を示す。

図１０に示す例では、画像中心１２０３を中心として４つの象限に分けて、Ｘ＜ＸＳＩＺＥ／２かつＹ＞＝ＹＳＩＺＥ／２の領域を象限（ア）、Ｘ＞＝ＸＳＩＺＥ／２かつＹ＞＝ＹＳＩＺＥ／２の領域を象限（イ）、Ｘ＜ＸＳＩＺＥ／２かつＹ＜ＹＳＩＺＥ／２の領域を象限（ウ）、Ｘ＞＝ＸＳＩＺＥ／２かつＹ＞ＹＳＩＺＥ／２の領域を象限（エ）とする。

ここで、上方向にＫ（Ｋは１以上の整数）画素シフトした際の光学収差情報の算出について説明する。

いま、上方向にＫ画素シフトした際のレンズ位置をレンズ位置１２０２とすると、像高０の際の画像中心は中心１２０４となる。図１１に示すように、シフト量０における垂直方向の光学収差情報は画像中心（ＸＳＩＺＥ／２，ＹＳＩＺＥ／２）において像高０の解像度となる曲線１４０１となる。一方、レンズ位置がレンズ位置１２０２である際の光学収差情報は、座標（ＸＳＩＺＥ／２，ＹＳＩＺＥ／２＋Ｋ）が像高０の位置に対応する。

従って、図１１に示すように、象限（ア）および（イ）における垂直方向の光学収差情報（曲線）１４０２は、＋Ｋ画素（正方向）に曲線１４０１がシフトされ、象限（ウ）および（エ）における垂直方向の光学収差情報１４０３は、−Ｋ画素（負方向）に曲線１４０１がシフトされることになる。

なお、レンズシフトが下方向である場合には、象限（ア）および（イ）と象限（ウ）および（エ）のシフト方向の符号が逆となる。また、レンズを水平方向にシフトした際の水平方向の光学収差情報の算出も同様の手順で行われる。レンズシフトが左方向の場合には、象限（ア）および（ウ）のシフト量が正、象限（イ）および（エ）のシフト量が負となる。レンズシフトが右方向の場合には、象限（ア）および（ウ）のシフト量が負、象限（イ）および（エ）のシフト量が正となる。

よって、水平方向のシフト量をＫｈ、垂直方向のシフト量をＫｖとした場合、座標（ｈ，ｖ）における小分割領域の光学収差情報Ｍｈ（ｈ，ｖ）およびＭｖ（ｈ，ｖ）はそれぞれ次の式（３）〜式（１０）で表される。

座標が象限（ア）に存在する場合、

座標が象限（イ）に存在する場合、

座標が象限（ウ）に存在する場合、

座標が象限（エ）に存在する場合、

なお、斜め方向にレンズがシフトされた場合には、水平方向および垂直方向のシフト量に分解して、各方向について光学収差情報が算出される。

再び、図９を参照して、光学劣化領域の判定を行う際には、光学劣化推定部１１３は、測距演算対象領域９０２において小分割領域ＭＴＦ（ｈ，ｖ）における水平方向の光学収差情報Ｍｈ（ｈ，ｖ）および垂直方向の光学収差情報Ｍｖ（ｈ，ｖ）と測距演算に求められる解像度Ｍｍｉｎとを用いて、次の式（１１）および式（１２）のいずれか一方を満たす領域を光学劣化領域と判定する。

Ｍｈ（ｈ，ｖ）＜Ｍｍｉｎ （１１）
Ｍｖ（ｈ，ｖ）＜Ｍｍｉｎ （１２）
再び図８を参照して、上述のようにして光学劣化量領域を判定した後、光学劣化推定部１１３は判定結果として得られた光学劣化領域に基づいて、撮像素子１０３における瞳分割方向（この方向は光方向に直交する方向である）と位相差測距部１０７における測距方向および測距演算を行う領域とを決定する（ステップＳ８０５）。

図１２は、図１に示す光学劣化推定部１１３で行われる瞳分割方向および位相差測距方向の決定について説明するための図である。

図９に示す小分割領域９０１において、斜線で示す小領域９０１−２は光学劣化領域と判定された小領域である。測距演算対象領域９０２において光学劣化領域でない小領域９０１−１によって規定される領域は測距演算可能領域である。

まず、光学劣化推定部１１３は測距演算可能領域における最長の垂直サイズ１００１、最長の水平サイズ１００２、最長の４５°方向サイズ１００３、および最長の１３５°方向サイズ１００４を求める。最長サイズを算出する際には、例えば、各方向における小領域９０１−１の連続数の最大値が用いられる。

光学劣化推定部１１３は垂直サイズ１００１、水平サイズ１００２、４５°方向サイズ１００３、および１３５°方向サイズ１００４のうち最大のサイズである方向を、瞳分割方向および測距演算方向する。さらに、光学劣化推定部１１３は当該最大のサイズとなった方向に位置する小領域群を測距演算に用いる。

図８を参照して、光学劣化推定部１１３は撮像素子駆動部１０４に対して瞳分割方向を示す瞳分割方向情報を出力し、位相差測距部１０８に対して測距演算方向および測距演算領域を示す測距演算情報を出力する。そして、システム制御手段１１０はステップＳ８０２で求めたレンズ駆動情報を光学駆動部１０２に出力する（ステップＳ８０６：レンズ駆動指示）。

これによって、光学系駆動部１０２によって光学系１０１が駆動され、撮像素子駆動部１０４によって撮像素子１０３が駆動されて、瞳分割が行われた状態で撮像された画像（画像信号）が撮像素子１０３から出力される（ステップＳ８０７）。

続いて、位相差測距部１０８は、撮像素子１０３から出力された画像（瞳分割画像）に対して上述の測距演算情報に基づいて相関演算を行って位相差評価値を求める（ステップＳ８０８）。そして、この位相差評価値はＡＦ制御部１０８に与えられる。

ＡＦ制御部１０８は、位相差評価値に基づいて合焦位置を決定して、フォーカス情報を光学駆動部１０２に出力して（ステップＳ８０９）、オートフォーカス制御を終了する。

このように、本発明の第１の実施形態では、瞳分割方向および測距演算方向に応じてフォーカス制御を行うようにしたので、位相差光学系１０１の駆動による防振制御に起因する光学収差の影響を排除して正確な測距を行うことができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態による撮像装置の一例について説明する。なお、第２の実施形態による撮像装置の構成は図１に示す撮像装置と同様である。

防振動作中におけるオートフォーカス制御は、図８で説明したフローチャートに基づいて行われるが、第２の実施形態ではステップＳ８０５で行われる瞳分割方向と測距演算方向の決定が異なる。第２の実施形態では、光学劣化領域の推定を行う際、光学劣化推定部１１３は光学系１０１（レンズ）のシフト方向に応じて、瞳分割方向および位相差測距方向を決定する。

図１３は、発明の第２の実施形態による撮像装置におけるレンズシフトを説明するための図である。

レンズ位置１３０１にあるレンズがレンズシフトによってレンズ位置１３０２に移動したとする。この際、レンズシフト方向、つまり、水平方向の移動を０°とした場合の角度１３０３をθとする。この場合、瞳分割方向および測距演算方向を角度θ’とすると、角度θ’を次の条件で決定する。

0°≦θ＜22.5°の場合 θ’＝９０°
22.5°≦θ＜67.5°の場合 θ’＝１３５°
67.5°≦θ＜112.5°の場合 θ’＝０°
112.5°≦θ＜157.5°の場合 θ’＝４５°
157.5°≦θ＜202.5°の場合 θ’＝９０°
205.5°≦θ＜247.5°の場合 θ’＝１３５°
247.5°≦θ＜292.5°の場合 θ’＝０°
292.5°≦θ＜337.5°の場合 θ’＝４５°
337.5°≦θ＜360°の場合 θ’＝９０°
なお、測距演算に用いる小領域群については、角度θ’方向において最大のサイズとなる小領域群を用いる。

このように、本発明の第２の実施形態では、光学系１０１（レンズ）のシフト方向に応じて、瞳分割方向および位相差測距方向を決定するようにしたので、光学系１０１の駆動による防振動作に起因する光学収差の影響を排除して、さらに正確な測距を行うことができる。

上述の説明から明らかなように、図１に示す例においては、システム制御部１１０、光学ＤＢ１１１、光学情報取得部１１２、および光学劣化推定部１１３が劣化判定手段として機能する。また、位相差測距部１０７が位相差測距手段として機能し、システム制御部１１０および撮像素子駆動部１０４が切り替え手段として機能する。そして、システム制御部１１０、ＡＦ制御部１０９、および光学系駆動部１０２が制御手段として機能する。

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

上記の制御方法および制御プログラムの各々は、少なくとも光学劣化判定ステップ、位相差測距ステップ、切り替えステップ、制御ステップを有している。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。つまり、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種の記録媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０１ 光学系
１０２ 光学系駆動部
１０３ 撮像素子
１０４ 撮像素子駆動部
１０５ 加算信号処理部
１０６ カメラ信号処理部
１０７ 位相差測距部
１０８ ＡＦ制御部
１１０ システム制御部
１１３ 光学劣化推定部

Claims (7)

1. 光軸方向および光軸方向に交差する交差方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じて画像を得る撮像素子を備える撮像装置であって、
   前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列されており、
   前記撮像素子から出力される画像において前記交差方向におけるシフト量に応じて光学収差に起因する画質劣化が生じる劣化領域を判定して、当該判定結果に基づいて瞳分割方向を決定する光学劣化判定手段と、
   前記瞳分割方向を測距演算方向として前記撮像素子から出力される画像について位相差測距を行って位相差評価値を得る位相差測距手段と、
   前記瞳分割方向に基づいて前記撮像素子における瞳分割方向を切り替える切り替え手段と、
   前記位相差評価値に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記シフト量は前記光学系の防振制御によって生じる光学系の駆動量を示すことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記劣化判定手段は、前記光学収差に応じた前記画像の解像度が所定の閾値未満に低下すると、前記光学収差に起因する画質劣化が生じたと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置
4. 前記劣化判定手段は、測距の際に用いる画素の数が最大となる方向を前記瞳分割方向とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記瞳分割方向は、前記光軸に沿った前記光学系の駆動方向と直交する関係にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 光軸方向および光軸方向に交差する交差方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じて画像を得る撮像素子を備え、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列された撮像装置の制御方法であって、
   前記撮像素子から出力される画像において前記交差方向におけるシフト量に応じて光学収差に起因する画質劣化が生じる劣化領域を判定して、当該判定結果に基づいて瞳分割方向を決定する光学劣化判定ステップと、
   前記瞳分割方向を測距演算方向として前記撮像素子から出力される画像について位相差測距を行って位相差評価値を得る位相差測距ステップと、
   前記瞳分割方向に基づいて前記撮像素子における瞳分割方向を切り替える切り替えステップと、
   前記位相差評価値に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする制御方法。
7. 光軸方向および光軸方向に交差する交差方向に移動可能な光学系を介して結像された被写体像に応じて画像を得る撮像素子を備え、前記撮像素子は前記光学系の射出瞳を分割した領域を通過する光をそれぞれ受光する複数の光電変換部を備える画素部が２次元マトリックス状に配列された撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
   前記撮像装置が備えるコンピュータに、
   前記撮像素子から出力される画像において前記交差方向におけるシフト量に応じて光学収差に起因する画質劣化が生じる劣化領域を判定して、当該判定結果に基づいて瞳分割方向を決定する光学劣化判定ステップと、
   前記瞳分割方向を測距演算方向として前記撮像素子から出力される画像について位相差測距を行って位相差評価値を得る位相差測距ステップと、
   前記瞳分割方向に基づいて前記撮像素子における瞳分割方向を切り替える切り替えステップと、
   前記位相差評価値に基づいて前記光学系を前記光軸方向に沿って移動させて前記光学系をフォーカス位置に制御する制御ステップと、
   を実行させることを特徴とする制御プログラム。