JP5219787B2

JP5219787B2 - 撮像装置

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Publication number: JP5219787B2
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Inventors: 文裕梶村; 明彦長野
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Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2013-06-26
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Description

本発明は、撮像を行うための固体撮像素子から得られる像信号に基づいて撮影レンズの焦点状態を検出する技術に関するものである。

撮影レンズの焦点状態を検出する方式の一つとして、センサの各画素にマイクロレンズが形成された２次元のセンサを用いて瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特許文献１に開示されている。特許文献１の装置では、センサを構成する各画素の光電変換部が複数に分割されており、分割された光電変換部がマイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の異なる領域を受光するように構成されている。

また特許文献２は、マイクロレンズと光電変換部の相対位置を偏位させた画素を２次元的に配置した、イメージセンサを兼ねた固体撮像装置を開示している。特許文献２に記載の固体撮像装置では、撮影レンズの焦点状態を検出する時は、マイクロレンズと光電変換部の相対偏位方向が異なる画素列で生成される像に基づいて撮影レンズの焦点状態を検出している。一方通常の画像を撮像するときは、マイクロレンズと光電変換部の相対偏位方向が異なる画素を加算することにより、画像を生成している。

特許文献３に記載の固体撮像装置は、固体撮像装置を構成する多数の画素のうち一部の画素は撮影レンズの焦点状態を検出するために光電変換部が２つに分割された構成になっている。光電変換部は、マイクロレンズを介して撮影レンズの瞳の所定領域を受光するように構成されている。

図１２は、特許文献３に開示されている固体撮像装置の中央に位置する焦点検出を行う画素の受光分布の説明図で、２つに分割された光電変換部がそれぞれ受光可能な撮影レンズの瞳上の領域を示している。図中円内の斜線部は撮影レンズの射出瞳を示し、白抜きされた領域Ｓα、領域Ｓβは２つに分割された光電変換部の受光可能な領域で、通常撮影レンズの光軸（図中ｘ軸とｙ軸の交点）に対して対称になるように設定されている。

カメラにおいては、撮影レンズの瞳上の領域Ｓαを透過した光束により生成された像と領域Ｓβを透過した光束により生成される像の相関演算を行って、撮影レンズの焦点状態が検出される。撮影レンズの異なる瞳領域を透過した光束より生成される像の相関演算を行って焦点検出を行う方法は、特許文献４に開示されている。
特開昭５８−２４１０５号公報（第２頁、図１）特許第２９５９１４２号公報（第２頁、図２）特開２００５−１０６９９４号公報（第７頁、図３）特開平５−１２７０７４号公報（第１５頁、図３４）

しかしながら、上記構成の撮像素子では、ある焦点検出用画素の出力値において、この焦点検出用画素の隣接画素の出力値の一部が漏れ込み、焦点検出用画素の出力値が実際に焦点検出用画素のマイクロレンズを通過して、光電変換部で光電変換され出力される値よりも大きくなるというクロストークの問題がある。このクロストークが発生する原因としては、次の２つの要因が考えられる。１つは、焦点検出用画素の隣接画素に入光する光線が、カラーフィルタを通過した後、焦点検出用画素の光電変換部に漏れこむことが原因となる光学的要因である。またもう１つは、隣接画素のシリコン基板内部で発生した光電子が焦点検出用画素に拡散して混入することが原因となる電子的要因である。いずれの要因にしても、ある焦点検出用画素の出力値から隣接画素の出力値に一定の係数を掛けたクロストーク補正値を差し引くことで、焦点検出用画素の出力を補正し、クロストークの影響を防ぐことが出来る。

しかし、上記のクロストークの補正方法では、焦点検出用画素の隣接画素の出力値が飽和していたとき、隣接画素の出力値にある係数を掛けたクロストーク補正値は、実際に焦点検出用画素に混入したクロストークの値よりも低く算出されてしまう。そのため、この補正値を用いて焦点検出用画素の出力値の補正を行っても補正量が足りない状態になり、焦点検出精度の低下を引き起こす。

従って、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、焦点検出用画素へ隣接画素から漏れ込んだクロストークを正確に補正できるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、撮影レンズの予定結像面に配設される固体撮像素子であって、前記撮影レンズの一部の瞳領域を通過した光を受光する第１の画素群と、前記第１の画素群とは異なる瞳領域を通過した光を受光する第２の画素群と、前記撮影レンズの全瞳領域を通過した光を受光する第３の画素群とを有する固体撮像素子と、前記第１の画素群から得られる第１の像と前記第２の画素群から得られる第２の像とに基づいて前記撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記第１の画素群及び第２の画素群及び第３の画素群に蓄積される電荷量が飽和値に達しているか否かを判断する飽和判断手段と、前記第３の画素群に含まれる第３の画素であって、前記第１の画素群に含まれる第１の画素または前記第２の画素群に含まれる第２の画素に隣接する第３の画素に蓄積される電荷量を用いて前記第１の画素または前記第２の画素に蓄積される電荷量に対する前記第３の画素の影響を補正する補正手段と、前記飽和判断手段により前記第３の画素が飽和値に達していると判断された場合、前記第３の画素の電荷量を予測する予測手段とを備え、前記補正手段は、前記予測手段による前記第３の画素の電荷量の予測結果を用いて前記第１の画素または前記第２の画素に蓄積される電荷量を補正することを特徴とする。

本発明によれば、焦点検出用画素へ隣接画素から漏れ込んだクロストークを正確に補正することが可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１乃至図７は本発明の第１の実施形態を示す図であり、図１は本発明の第１の実施形態に係わる撮像装置であるところのデジタルスチルカメラの構成図、図２は本発明のＣＭＯＳ型固体撮像素子であるイメージセンサの一部平面図である。図３はイメージセンサの一部断面図、図４は焦点検出用画素出力のクロストーク補正を行う動作を示すフローチャート、図５は焦点検出用画素と焦点検出用画素に隣接する画素の構成図である。図６は焦点検出用画素と焦点検出用画素に隣接する画素の透過率説明図、図７は焦点検出用画素と焦点検出用画素に隣接する画素の開口形状の説明図である。

図１において１０はイメージセンサ（固体撮像素子）で、デジタルスチルカメラのカメラ本体１に装着される撮影レンズ５の予定結像面に配置されている。デジタルスチルカメラのカメラ本体１は、カメラ全体を制御するＣＰＵ２０、イメージセンサ１０を駆動制御する制御手段であるところのイメージセンサ制御回路２１、イメージセンサ１０にて撮像した画像信号を画像処理する画像処理回路２４を備えている。また、画像処理された画像を表示する表示手段であるところの液晶表示素子９とそれを駆動する液晶表示素子駆動回路２５、液晶表示素子９に表示された被写体像を観察するための接眼レンズ３も備える。さらに、イメージセンサ１０にて撮像された画像を記録するメモリ回路２２、画像処理回路２４にて画像処理された画像をカメラ外部に出力するためのインターフェース回路２３も備える。また、メモリ回路２２では、イメージセンサ１０の受光分布も記憶できるようになっている。

撮影レンズ５はカメラ本体１に対して着脱可能で、便宜上２枚のレンズ５ａ、５ｂで図示しているが、実際は多数枚のレンズで構成されている。撮影レンズ５は、カメラ本体１のＣＰＵ２０から送られてくる焦点調節情報を電気接点２６を介してレンズ側のＣＰＵ５０にて受信し、その焦点調節情報に基づいて撮影レンズ駆動機構５１によって合焦状態に調節される。また５３は撮影レンズ５の瞳近傍に配設された絞り装置で、絞り駆動機構５２によって所定の絞り値に絞り込まれる。またＣＰＵ２０は、撮影レンズ５の焦点状態を算出する演算手段を兼ねている。

図２はイメージセンサの一部平面図である。

図２において、１３１、１３２は電極である。電極１３１及び１３２で区切られた領域が１画素を示しており、１画素中に書かれた「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の文字の書かれた画素は赤の成分の光を透過し、「Ｇ」の文字の書かれた画素は緑の成分の光を透過し、「Ｂ」の文字の書かれた画素は青の成分の光を透過する。また、「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字が書かれた各画素は、撮影レンズ５の全瞳領域を通過した光を受光するように構成されている。

カラーフィルタの配列がベイヤ配列の場合、１絵素は「Ｒ」「Ｂ」の画素と２つの「Ｇ」の画素（第３の画素からなる第３の画素群）から構成される。しかし、本実施形態の撮像装置を構成するイメージセンサは「Ｒ」あるいは「Ｂ」であるべき画素の一部に、撮影レンズ５の一部の瞳領域を通過した光を受光する焦点検出用画素が割り当てられている。図中、Ｐα１、Ｐβ１、Ｐα２、Ｐβ２は撮影レンズ５の焦点状態を検出するための画素で、電極１３１にてｘ方向の開口が制限されている。

本実施形態のイメージセンサ１０の一部に配設される焦点検出用の画素は、電極１３１にて制限される開口のｘ方向の開口中心位置が画素中心に対して異なる５種類が設定されている。

例えば、電極１３１_３と電極１３１_４とで決まる開口が画素中心に対して＋ｘ方向に偏位した焦点検出用画素Ｐα１に対して、ｘ方向に４画素隣接した位置に同様の電極開口を有する焦点検出用画素が配設されている。

また、焦点検出用画素Ｐα１に対して斜めに隣接する位置に、電極１３１_１と電極１３１_２とで決まる開口が画素中心と略一致する焦点検出用画素Ｐβ１が配設されている。さらに、焦点検出用画素Ｐβ１に対して、ｘ方向に４画素隣接した位置に同様の電極開口を有する焦点検出用画素が配設されている。

本実施形態における画像処理回路２４は、焦点検出用画素Ｐα１（第１の画素）と同じ電極開口を有する焦点検出用画素群（第１の画素群）から第１の焦点検出用画像（第１の像）を生成する。また、同様に焦点検出用画素Ｐβ１（第２の画素）と同じ電極開口を有する焦点検出用画素群（第２の画素群）から第２の焦点検出用画像（第２の像）を生成する。さらにＣＰＵ２０は、第１の焦点検出用画像と第２の焦点検出用画像に基づいて相関演算を行うことにより、焦点検出用画素Ｐα１とＰβ１が位置する領域での撮影レンズ５の焦点状態を検出する。

同様に画像処理回路２４は、焦点検出用画素Ｐα２と同じ電極開口を有する焦点検出用画素群から第３の焦点検出用画像を生成し、同様に焦点検出用画素Ｐβ２と同じ電極開口を有する焦点検出用画素群から第４の焦点検出用画像を生成する。さらにＣＰＵ２０は、第３の焦点検出用画像と第４の焦点検出用画像に基づいて相関演算を行うことにより、焦点検出用画素Ｐα２とＰβ２が位置する領域での撮影レンズ５の焦点状態を検出する。

さらにＣＰＵ２０は、焦点検出用画素Ｐα１とＰβ１が位置する領域での撮影レンズ５の焦点状態、焦点検出用画素Ｐα２とＰβ２が位置する領域での撮影レンズ５の焦点状態を平均する。さらに、ＣＰＵ２０は焦点検出結果をレンズ側のＣＰＵ５０に送り、ＣＰＵ５０は焦点検出結果に基づいて撮影レンズ駆動機構５１を制御し、撮影レンズ５の焦点調節を行う。

一方通常の画像の撮像時は、画素の電極開口が制限されている焦点検出用画素は欠陥画素として取り扱われ、焦点検出用画素の周辺に位置する画素から補間処理を行って画像信号が生成される。

図３は、図２のイメージセンサ１０の一部平面図に示した、Ａ−Ａ’断面図である。

図３の右側の画素は、撮影レンズ５の全瞳領域を通過した光を受光可能な画素を示し、図中左側の画素は、撮影レンズ５の一部の瞳領域を通過した光を受光可能な焦点検出用画素を示している。

イメージセンサ１０は、シリコン基板１１０の内部に光電変換部１１１が形成されている。光電変換部１１１で発生した信号電荷は、不図示のフローティングディフュージョン部、第１の電極１３１及び第２の電極１３２を介して外部に出力される。光電変換部１１１と電極１３１との間には層間絶縁膜１２１が形成され、電極１３１と電極１３２との間には層間絶縁膜１２２が形成されている。また、電極１３２の光入射側には層間絶縁膜１２３が形成され、さらにパッシべーション膜１４０、平坦化層１５０が形成されている。平坦化層１５０の光入射側には、カラーフィルタ層１５１、平坦化層１５２及びマイクロレンズ１５３が形成されている。ここで、マイクロレンズ１５３のパワーは、撮影レンズ５の瞳と光電変換部１１１が略共役になるように設定されている。また、イメージセンサ１０の中央に位置する画素ではマイクロレンズ１５３は画素の中心に配設され、周辺に位置する画素では、撮影レンズ５の光軸側に偏位して配設される。

撮影レンズ５を透過した被写体光はイメージセンサ１０近傍に集光される。さらにイメージセンサ１０の各画素に到達した光は、マイクロレンズ１５３で屈折され光電変換部１１１に集光される。通常の撮像に使う図中右側の画素では、入射する光を遮光しないように第１の電極１３１及び第２の電極１３２が配設されている。

一方、図中左側の撮影レンズ５の焦点検出を行う画素では、電極１３１の一部が光電変換部１１１を覆うように構成されている。その結果図中左側の焦点検出用画素では、撮影レンズ５の瞳の一部を透過する光束を受光可能となっている。また、電極１３１が入射光束の一部を遮光しているために光電変換部１１１の出力が小さくなることを防ぐために、焦点検出用の画素のカラーフィルタ層１５４は光を吸収しない透過率の高い樹脂で形成されている。

本実施形態のイメージセンサ１０の一部に配設される焦点検出用の画素は、マイクロレンズ１５３の位置と電極１３１の開口中心の相対位置を異ならせることによって、撮影レンズ５の受光分布を異ならせるように構成されている。

次に、焦点検出用画素のクロストーク補正について説明する。

図４は焦点検出用画素出力のクロストーク補正を行うフローチャートであり、図５はある焦点検出用画素とその焦点検出用画素の周囲の画素を模式的に示した図である。図５に示される画素群５０３に含まれる隣接画素５０３_１〜４は焦点検出用画素群５０１に含まれる焦点検出用画素５０１＿１の周囲４方向に配置されており、焦点検出用画素５０２＿１は焦点検出用画素５０１＿１の左斜め上に配置されている。また、近接焦点検出用画素５０１＿２は焦点検出用画素５０１＿１から４画素はなれた位置に配置されており、焦点検出用画素５０１＿１と同様の構造をもつ。また、近接する焦点検出用画素５０１＿２の周囲４方向には隣接画素５０３＿５〜８が配置され、斜め上には同様に近接焦点検出用画素５０２＿２が配置されている。

カメラ本体１のシャッターが押されイメージセンサ１０での露光動作が開始されると、イメージセンサ１０の各画素の光電変換部１１１にレンズ５を透過した光束が入光し、光量に応じて光電変換部１１１で電気信号に変換される。そして、クロストーク補正のフローが開始される。

まず、焦点検出用画素５０１＿１の光電変換部１１１で光電変換され蓄積された電荷量から焦点検出用画素５０１＿１の出力値Sig_focus1_1が抽出される（ステップＳ１００１）。次に、焦点検出用画素５０１＿１に隣接する隣接画素５０３＿１、２、３、４のそれぞれの出力値Sig_1、Sig_2、Sig_3、Sig_4が抽出される（ステップＳ１００２）。

焦点検出用画素５０１＿１の出力値が光電変換の上限値である飽和値L_sleに達しているかを判断する（ステップＳ１００３：飽和判断）。焦点検出用画素５０１＿１の出力値が飽和値L_sleに達している場合は、隣接画素５０３に補正係数Kcrosを掛けた補正値を焦点検出用画素５０１＿１の出力値から差し引くと、補正後の焦点検出用画素５０１＿１の出力値は実際よりも低く算出される恐れがある。そのため、クロストーク補正は行わずにステップＳ１０１０に進み、焦点検出用画素５０１＿１の出力値をそのまま転送し、フローを終了する。

スッテプＳ１００３において、焦点検出用画素５０１＿１の出力値が飽和値L_sleに達していない場合は、ステップＳ１００４に進む。ステップＳ１００４では、隣接画素５０３＿１〜４のうち、いずれかの画素が飽和値L_sleに達しているかを判断する。隣接画素５０３＿１〜４の全てが飽和値L_sleに達していない場合は隣接画素５０３＿１〜４の出力値を変化させずにステップＳ１００８に進む。

一方、隣接画素５０３＿１〜４のうちのいずれかが飽和値L_sleに達している場合は、飽和値L_sleに達している隣接画素出力の値を算出するためにステップＳ１００５に進む。ステップＳ１００５では、５０３＿１〜４の全てが飽和値L_sleに達しているかを判断する。５０３＿１〜４の全てが飽和値L_sleに達していた場合は、焦点検出用画素５０１＿１に飽和値L_sleに達していない近接焦点検出用画素５０１＿２の値Sig_focus1_2と近接焦点検出用画素５０１＿２に隣接する隣接画素５０３＿５〜８の値Sig_5〜8の関係（関連）と、焦点検出用画素５０１＿１、５０２＿１の値Sig_focus1_1、Sig_focus2_1の関係（関連）から隣接画素５０３＿１〜４の値Sig_1〜4を下記のように算出する（予測する）。

Sig_1=(Sig_focus1_1+ Sig_focus2_1) ×
((Sig_5+ Sig_6+ Sig_7+ Sig_8) / 4) / (Sig_focus1_2 + Sig_focus2_2) …（１）
式（１）では、Sig_5〜Sig_8の平均値とSig_focus1_2及びSig_focus2_2の和との比をSig_focus1_1及びSig_focus2_1の和に乗ずることでSig_1の値を算出している。

Sig_2=Sig_1 … （２）
Sig_3=Sig_1 … （３）
Sig_4=Sig_1 … （４）
Sig_2〜4は式（２）〜（４）のようにSig_1と同値とする。このようにして画素５０３＿１〜４の値Sig_1〜4の予測結果が得られる。式（１）についてさらに説明する。

図６（ａ）はイメージセンサ１０のマイクロレンズ前方部に配置されたＩＲカットフィルタと焦点検出用画素５０１＿１のカラーフィルタ層１５４を合せて透過した入射光の波長帯域に対する透過率を示す図である。また、図６（ｂ）はイメージセンサ１０の前方部に配置されたＩＲカットフィルタと隣接画素５０３のカラーフィルタ層１５１を合わせた透過率を示す図である。横軸は可視領域の波長[ｎｍ]を示しており、縦軸は透過率[％]を示している。図６（ａ）において、焦点検出用画素５０１のカラーフィルタ層１５４は光を吸収しない透過率の高い樹脂で形成されているため、その特性はほぼＩＲカットフィルタの特性となり、焦点検出用画素の透過率は４００〜５８０[ｎｍ]において高い値となる。そして、５８０〜７００[ｎｍ]にかけて徐々に減衰して行く。一方、隣接画素５０３のカラーフィルタ層１５１には、緑色の成分の光を透過するカラーフィルタが配置されているため、隣接画素５０３の透過率は図６（ｂ）のように、５００〜５８０ｎmの波長領域では透過率が高くなっている。そして、それ以外の波長領域では徐々に減衰している。

図７（ａ）は焦点検出用画素５０１の電極１３１で遮光された面の開口を模式的に示した図で、焦点検出用画素開口面積を６０１で示している。図７（ｂ）は隣接画素５０３の光電変換部１１１から電極１３１と同じ高さでの開口を模式的に示した図で隣接画素開口面積を６０３で示している。撮像露光時において、焦点検出用画素５０１と隣接画素５０３＿１〜４のマイクロレンズ面では、ほぼ同じ被写体位置を結像しているので、ほぼ同等の周波数帯域を持つ同等の光量の入射光が入光する。よって、焦点検出用画素５０１＿1の出力値Sig_focus1_1とSig_1、Sig_2、Sig_3、Sig_4の値は、焦点検出用画素開口面積６０１と隣接画素開口面積６０３の比率と、カラーフィルタ及びＩＲカットフィルタの透過率に依存する。また、焦点検出用画素５０１＿１に近接する焦点検出用画素５０１＿２と隣接画素５０３＿５〜８にも同様の関係が成り立つ。

焦点検出用画素５０１＿１と近接焦点検出用画素５０１＿２は図５で示すように撮像面上の水平方向に４画素しか離れておらず、光線の色相の変化は、輝度信号の変化に比べて低周波であるので、入射光の特性は輝度は異なっても似た波長を持つことが多い。そこで、焦点検出用画素５０１＿１、５０２＿１と隣接画素５０３＿１〜４の出力値の比率と近接焦点検出用画素５０１＿２、５０２＿２と隣接画素５０３＿５〜８の比率が等価と見なせる。これにより、焦点検出用画素群５０１と隣接画素群５０３の透過率による分光特性の差異を打ち消して隣接画素５０３＿１〜４の出力を算出している。

また、図８は撮影レンズ５を通してイメージセンサ１０上で結像された被写体像が非合焦状態にあるときの、同水平方向に列をなす焦点検出用画素５０１群と５０２群及び隣接画素５０３群の出力を表した図である。図８において、横軸は列をなす水平方向の各画素の相対位置を表しており、縦軸は画素出力を表わしている。出力波形７０１〜７０３はそれぞれ、焦点検出用画素５０１群、５０２群、隣接画素５０３群の出力値を示しており、水平位置７１０ａの位置は焦点検出用画素５０１＿１、５０２＿１と隣接画素５０３＿１〜４の位置を表している。また、水平位置７１０ｂは近接する近接焦点検出用画素５０１＿２、５０２＿２と隣接画素５０３＿５〜８の位置を表している。非合焦状態において、Sig_focus1_1とSig1〜4の平均値の比率とSig_focus1_2とSig5〜8の平均値の比率は、図８の水平位置７１０ａ、７１０ｂでの出力のように大きく異なることがある。しかし、焦点検出用画素５０１＿１と５０２＿１の焦点検出用画素開口面積６０１を合せると隣接画素開口面積６０３と同等になるので、隣接画素開口面積Sig_focus1_1とSig_focus1_2の和はSig_1〜4の平均値と同等になる。そこで、Sig_focus1_1とSig_focus1_2の和とSig_1〜4の平均値で比を取ることで、非合焦時における焦点検出用画素開口面積６０１と隣接画素開口面積６０３による光量の差異を打ち消している。

一方ステップＳ１００７では、隣接画素５０３＿１〜４のうちの飽和に達している画素の出力を算出する。隣接画素５０３＿１〜４のうち隣接画素５０３＿１のみが飽和値L_sleに達しているとした場合について説明する。飽和した隣接画素５０１＿１と非飽和の隣接画素５０１＿２〜４は図５で示すように撮像面上の水平方向で１画素または２画素しかはなれていないので、それぞれの画素の出力値はほぼ同等の値を示す。飽和画素５０３＿１の出力は式（５）のようにL_sleと置くことが出来る。

Sig_1＝L_sle …（５）
隣接画素５０３＿１〜４のうち、飽和画素が１〜３個ある場合も、飽和画素の出力はL_sleに設定する。

次に、上記フローで算出された隣接画素出力Sig_1〜4とクロストーク補正係数Kcrs_１、Kcrs_2、Kcrs_3、Kcrs_4を用いて焦点検出用画素５０１＿１の出力値Sig_focus1_1のクロストーク補正を行う補正値KCを算出する（ステップＳ１００８）。クロストーク補正係数Kcrs_1〜Kcrs_4はそれぞれ隣接画素５０３＿１〜４の出力値Sig_1〜Sig_4の値にそれぞれ掛け合わせることで、隣接画素５０３＿１〜４から焦点検出用画素５０１＿１へ漏れこんだクロストークの量を求めるための係数である。クロストーク補正係数Kcrs_1〜Kcrs_4は、例えば、隣接画素５０３＿１〜４から焦点検出用画素５０１＿１へ漏れこんだクロストーク量を測定によって求め、カメラ本体１の記憶装置内（不図示）にテーブルデータとして記憶しておく。また、隣接画素５０３のマイクロレンズ１５３を通過した光線が、焦点検出用画素５０１の光電変換部１１１に入射して発生する光学的なクロストークの影響はＦ値によって変化する。そのため、クロストーク補正係数Kcrs_1〜Kcrs_4は、カメラ１の撮影状態のＦ値によって補正係数を持つものとする。クロストーク補正値KCの算出式を式（６）に示す。

KC＝Kcrs_1×Sig_1＋Kcrs_2×Sig_2＋Kcrs_3c×Sig_3＋Kcrs_4×Sig_4 …（６）
次に、ステップＳ１００８で求めたクロストーク補正値KCを用いて、焦点検出用画素５０１＿１の出力Sig_focus1_1の値を補正する（ステップＳ１００９）。焦点検出用画素５０１＿１の出力Sig_focus1_1の補正式を式（７）に示す。

Sig_focus1_1’＝ Sig_focus1_1−KC …（７）
ステップＳ１００９で補正された値Sig_focus1_1’はステップＳ１０１０で焦点検出部に転送され、フローを終了する。

また、焦点検出用画素５０３＿５〜８が非飽和状態として説明したが、焦点検出用画素５０３＿５〜８が飽和状態に達している場合は、さらに５０１＿１とは水平逆方向に近接する画素群５０１に含まれる焦点検出用画素（不図示）とその焦点検出用画素の隣接画素の出力値の比を用いて、隣接画素５０３＿５〜８及び、隣接画素５０３＿１〜４の出力を算出する。

本実施形態では、焦点検出用画素５０１＿１の近接画素として水平方向の近接焦点検出用画素５０１＿２及び隣接画素５０３＿５〜８を用いて演算を行った。しかし、垂直方向にも焦点検出用画素５０１＿１と同じ特性の画素群が配置されている場合は、垂直方向の近接画素を用いて演算を行っても良い。また、焦点検出用画素５０１＿１の水平方向と垂直方向に同時に近接する焦点検出用画素がある場合は、それぞれ近接する焦点検出用画素の隣接画素群の出力から相関性をみて、どちらの方向の近接する焦点検出用画素及び隣接画素群を演算に用いるかを決定することが考えられる。

このようにして、焦点検出用画素の隣接画素を利用して焦点検出用画素に漏れこむクロストークを補正することで、焦点検出性能の低下を抑制する。

（第２の実施形態）
図９は第２の実施形態におけるイメージセンサの一部断面図である。図１０は焦点検出用画素５０１と、この焦点検出用画素と異なる瞳領域を受光し焦点検出演算時にこの焦点検出用画素と対となる焦点検出用画素５０２と、焦点検出用画素に隣接する画素５０３の構成図である。また、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ焦点検出用画素５０１、５０２と隣接画素５０３の電極１３１の位置での開口形状の説明図である。

第１の実施形態との差異は、図９に示すよう焦点検出用画素５０１のカラーフィルタ層１５１に隣接画素５０３のカラーフィルタ層１５１と同じ（同特性の）カラーフィルタが備えられていることである。また、図１１に示すよう焦点検出用画素５０１、５０２の電極１３１の位置での開口面積が等しく、二つの開口面積の和が隣接画素５０３の電極１３１の位置での開口面積と等しいことである。さらに、図４のステップＳ１００６の飽和状態にある画素５０３＿１〜４の出力値の算出方法である。

図４のステップＳ１００６で飽和状態にある隣接画素５０３＿１〜４の出力値Sig_1〜4の算出方法について説明する。

第１の実施形態と同様に、撮像露光時において、焦点検出用画素５０１＿１、５０２＿１と隣接画素５０３＿１、２、３、４のマイクロレンズ面では、ほぼ同じ被写体位置を結像しているので、ほぼ同等の周波数帯域を持つ同等の光量の入射光が入光する。焦点検出用画素５０１＿１と５０２＿１の出力値をSig_focus1、Sig_focus3とした時、焦点検出用画素５０１、５０２の電極１３１の位置での開口面積が等しく、二つの開口面積の和が隣接画素５０３の電極１３１の位置での開口面積と等しいことから、Sig_1〜4の値は下記式（８）〜（１１）のように算出される。

Sig_1＝(Sig_focus1_1＋Sig_focus2_1) …（８）
Sig_2＝(Sig_focus1_1＋Sig_focus2_1) …（９）
Sig_3＝(Sig_focus1_1＋Sig_focus2_1) …（１０）
Sig_4＝(Sig_focus1_1＋Sig_focus2_1) …（１１）
式（８）〜（１１）で算出された、Sig_1〜4は、第１の実施形態と同様にステップＳ１００８に送出され、クロストーク補正が行われる。

このように、ある焦点検出用画素と、この焦点検出用画素と異なる瞳領域を受光しこの焦点検出用画素と焦点検出演算時に対となる焦点検出用画素から、焦点検出用画素に隣接する画素の出力を算出しクロストーク補正を行うことで、隣接画素の出力値が飽和値に達している時の焦点検出精度の低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係わる撮像装置であるところのカメラの構成図である。イメージセンサの一部平面図である。イメージセンサの一部断面図である。第１の実施形態のクロストーク補正フローチャートである。焦点検出用画素と隣接画素の構成図である。イメージセンサの透過率の説明図である。イメージセンサの開口形状の説明図である。非合焦時の焦点検出用画素群及び隣接画素群の出力の説明図である。イメージセンサの一部断面図である。焦点検出用画素と隣接画素の構成図である。イメージセンサの開口形状の説明図である。従来の固体撮像装置の受光分布の説明図である。

符号の説明

３接眼レンズ
５撮影レンズ
１０イメージセンサ
２０ＣＰＵ
５０ＣＰＵ
５１撮影レンズ駆動機構
Ｐα 焦点検出用画素
Ｐβ 焦点検出用画素
１１１光電変換部
１３１電極
１５３マイクロレンズ

Claims

撮影レンズの予定結像面に配設される固体撮像素子であって、前記撮影レンズの一部の瞳領域を通過した光を受光する第１の画素群と、前記第１の画素群とは異なる瞳領域を通過した光を受光する第２の画素群と、前記撮影レンズの全瞳領域を通過した光を受光する第３の画素群とを有する固体撮像素子と、
前記第１の画素群から得られる第１の像と前記第２の画素群から得られる第２の像とに基づいて前記撮影レンズの焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記第１の画素群及び第２の画素群及び第３の画素群に蓄積される電荷量が飽和値に達しているか否かを判断する飽和判断手段と、
前記第３の画素群に含まれる第３の画素であって、前記第１の画素群に含まれる第１の画素または前記第２の画素群に含まれる第２の画素に隣接する第３の画素に蓄積される電荷量を用いて前記第１の画素または前記第２の画素に蓄積される電荷量に対する前記第３の画素の影響を補正する補正手段と、
前記飽和判断手段により前記第３の画素が飽和値に達していると判断された場合、前記第３の画素の電荷量を予測する予測手段とを備え、
前記補正手段は、前記予測手段による前記第３の画素の電荷量の予測結果を用いて前記第１の画素または前記第２の画素に蓄積される電荷量を補正することを特徴とする撮像装置。
前記予測手段は、前記飽和判断手段により前記第３の画素が飽和値に達していると判断された場合、前記第１の画素群に含まれ、前記第１の画素に近接する近接画素の電荷量と、前記第３の画素群に含まれ、前記近接画素に隣接し前記第３の画素とは異なる隣接画素に蓄積される電荷量との関連により、前記第３の画素の電荷量を予測することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１の画素群、第２の画素群及び第３の画素群が同特性のカラーフィルタ層を有し、前記予測手段は、前記飽和判断手段により前記第３の画素が飽和値に達していると判断された場合、前記第１の画素及び第２の画素を用いて、飽和した前記第３の画素の電荷量を予測することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。