JP5726502B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

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。この構成では、オンチップレンズをマスキングすることで、瞳分割機能を達成している。

また、撮影レンズの絞り開口を、時系列的に、右側開口、左側開口、撮影用開口に切り換える構成を有した撮像装置としては、以下の特許文献２に開示された構成が知られている。この構成では、右側開口時の画像と左側開口時の画像とを比較して、位相差ＡＦを行う機能を有している。

特開２００９−４２５５５号公報 特開平１１−１４２７２３号公報

従来の撮像装置には、主に２つの測距方式がある。
（１）コントラスト方式
（２）位相差方式
（１）のコントラスト方式では、フォーカシング状態を変えながらコントラスト値を評価する、いわゆる山登り方式を採用している。このため、合焦時間が長い。
一方、同じ撮像素子を用いてオートフォーカス（ＡＦ）と、撮影画像の取得とを行う場合、撮影画質への影響はない。

また、（２）の位相差方式では、原理的に１回の測距でデフォーカス量を検出できる。このため、合焦時間は短い。
一方、同じ撮像素子でＡＦと撮影画像の取得を行う場合、特許文献１に提案されているような方式では、撮影画像の取得に測距用画素からの信号出力を使えないこと、又は撮影画像を構成するための信号は劣化した信号になるという課題がある。
特に、測距精度を上げるために測距用画素を増やすと、撮影画像の画質の劣化が大きくなるという課題もあった。

特に、特許文献２に開示された方式では、撮影までに３枚の画像を取得する必要がある。このため、撮影までの時間がかかるという課題がある。
また、右側開口からの画像取得と、左側開口からの画像取得とに時間差がある。このため、動いている被写体、照明条件（陽のあたり方を含め）が変化する被写体でのＡＦ精度が劣化するという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮影画質の劣化が少なく良好な撮影画質を得られ、短い合焦時間で、高い測距精度の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、
２次元に配列された複数の画素を有し、フレーム単位で被写体像の複数回の撮像を実行する撮像素子と、
画素の各々において、所定の領域を第１の瞳領域、第１の瞳領域と点対称な領域を第２の瞳領域とするとき、画素の各々について、第１の瞳領域及び第２の瞳領域の一方の瞳領域への光の入射を選択的に制限する透過率可変フィルターと、
複数の画素の少なくとも一部を構成する複数の一組の画素群において、光の入射の制限及び制限の解除を各組の画素群で独立して撮像ごとに交互に行うように透過率可変フィルターを制御するとともに、各組の画素群の一部の画素において第１の瞳領域に対して光の入射の制限及び制限の解除を行い、各組の画素群の残りの画素において第２の瞳領域に対して光の入射の制限及び制限の解除を行うように透過率可変フィルターを制御する透過率可変フィルター制御部と、
光の入射が制限された画素からの信号をフレーム単位で測距信号として取得する測距信号取得部と、
取得された測距信号に基づいてデフォーカス量を演算する演算部と、
光の入射の制限が解除されている画素群からの信号を撮像信号として取得する撮像信号取得部と、
取得した撮像信号に基づいて画像データを生成する画像生成部と、
を備え、
透過率可変フィルター制御部は、連続する２つの撮像において、複数の一組の画素群に含まれる画素が排他的になるように透過率可変フィルターを制御し、
撮像信号取得部は、連続する２つの撮像のそれぞれにて光の入射の制限の解除された画素群から先の撮像信号と後の撮像信号を取得し、
先の撮像信号と後の撮像信号の各々は、互いに、撮像素子上の撮像領域を相互に補間する位置の画素群に基づく撮像信号であり、
画像生成部は、先の撮像信号と後の撮像信号に基づきそれぞれの撮像信号を補間して１フレームの画像データを生成し、
測距信号取得部は、連続する２つの撮像を繰り返すごとに、光の入射の制限された画素群から測距信号を取得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、透過率可変フィルターは、画素ごとに配置され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、透過率可変フィルターは、撮像素子と撮像光学系との間の光路に配置され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、透過率可変フィルターは、撮像素子の光が入射する側の近傍に配置され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、透過率可変フィルター制御部は、一部の画素の全ての画素について第１の共通領域を第１の瞳領域として遮光させることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、さらに、透過率可変フィルター制御部は、光の入射を制限させない画素については、透過率を均一にさせることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、透過率可変フィルター制御部は、連続する２つの撮像の一方において、第１の共通領域を第１の瞳領域として遮光させ、他方において、第１の共通領域とは異なる領域である第２の共通領域を第１の瞳領域として遮光させることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１の画素群と第２の画素群とは、入射光が制限されている領域が隣接するように配置されていることが望ましい。

本発明は、撮影画質の劣化が少なく良好な撮影画質を得られ、短い合焦時間で、高い測距精度の撮像装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の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。 撮像装置１１のボディ制御部の機能ブロックを示す図である。 第１のデータを取得するときの、撮像素子（イメージャ）における画素配置を示す平面図である。 第１の撮像に続く、第２の撮像である第２のフレームの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。 第１実施形態の変形例における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図である。 本実施形態の撮影の流れを説明するフローチャートである。 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。 撮影サブルーチン１の流れを示すフローチャートである。 第１のデータと第２のデータとを取得するタイミングを示すタイミングチャートである。 第１の撮像、即ち第１のフレームにおける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図である。 第１の撮像に連続する第２の撮像、即ち第２のフレームにおける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図である。 大まかな撮影の流れを示す図である。 第２実施形態における撮影の流れを示すフローチャートである。 第１のデータと第２のデータとを取得するタイミングを示すタイミングチャートである。 第２実施形態の変形例における画素の遮光を示す図である。 本実施形態の構成の変形例を示す図である。

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、レンズ制御部３３、レンズ駆動部１６、絞り駆動部１５、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。レンズ制御部３３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、ボディ制御部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。

絞り駆動部１５は、レンズ制御部３３を介して、ボディ制御部２４からの信号に基づいて、絞り２１ａの開口径を制御する。また、レンズ駆動部１６は、レンズ制御部３３を介して、ボディ制御部２４からの信号に基づいて、ズーミング用レンズ１８、フォーカシング用レンズ２０を駆動する。

透過率可変フィルター制御部３１は、第１瞳領域からの光束と、第２瞳領域からの光束とを受光するように入射光を制限するため、透過率可変フィルター３０が制限または解除する領域と、制限または解除するタイミングと、を制御する。
さらに、透過率可変フィルター制御部３１は、２つのフレームにおいて、入射光を制限する画素が重複しないように可変フィルター３０を制御する。

カメラボディ１３は撮像素子２２、ボディ制御部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。

ボディ制御部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、レンズ制御部３３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。ボディ制御部２４とレンズ制御部３３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。

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、その出力はボディ制御部２４へ送られる。ボディ制御部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に基づきレンズ駆動量を算出し、このレンズ駆動量をレンズ制御部３３を介して、レンズ駆動部１６へ送る。また、ボディ制御部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制御部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。

レンズ制御部３３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、レンズ制御部３３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。レンズ制御部３３は、受信した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。
また、レンズデータ格納部３２は、レンズに関する諸データ（焦点距離、Ｆナンバーなど）を格納している。

図２は、撮像装置１１のボディ制御部２４の機能ブロックを示す図である。
撮像素子２２からは、撮影用画素からの信号、焦点検出用画素からの信号、第１像信号、及び第２像信号のいずれの信号であるかを識別するための信号がラインａを経由してＡ／Ｄ変換部１３１へ入力する。

撮像信号取得部１３３は、信号処理部１３２を経由した信号を取得する。撮影用画素からの信号は、表示画像構成部１３４により、液晶表示素子駆動回路２５へ出力される。液晶表示素子２６は、撮影用の画像を表示する。使用者は、接眼レンズ２７を通して撮影用の画像を観察できる。

記録画像構成部１３９は、撮影用画素からの信号に基づいて記録画像データを構成する。記録画像データは、メモリーカード２９に格納される。
表示画像構成部１３４と記録画像構成部１３９とで画像生成部を構成する。

また、焦点検出用画素からの信号は、測距信号取得部１３５から演算部１３６へ出力される。
演算部１３６は、第１像信号、及び第２像信号に基づいて相関演算を行い、デフォーカス量を演算する。レンズ駆動量算出部１３７は、デフォーカス量に応じてフォーカシング用レンズ２０の駆動量を算出する。

これら、演算部１３６〜制御部１３８により、レンズ駆動して撮影するフローチャートの詳細に関しては、後述する。

信号ＶＤは、フレームの開始を制御する信号である。ＶＥ１、ＶＥ２信号は、透過率可変フィルター３０への駆動電圧である。これらの信号に関しては、後述する。信号ｅは、レンズ駆動の信号である、信号ｃは、記録画像の信号である。

図３は、第１のデータを取得するときの、撮像素子２２（イメージャ）における画素配置を示す平面図である。

次に、本実施形態において、透過率可変フィルターと撮像素子とによる画素へ入射する光の制限または解除について説明する。

撮像素子２２は、２次元に配列された複数の画素を有し、フレーム単位で被写体像の複数回の撮像を実行する。

図１において、透過率可変フィルター３０は、撮像素子２２の画素ごとに配置されている。これにより、画素単位での光の入射の制限、解除の制御が可能となる。

透過率可変フィルター３０は、撮像素子２２と撮像光学系である交換レンズ１２との間の光路に配置されている。これにより、効率よく、光の入射の制限、解除を行うことができる。

また、透過率可変フィルター３０は、撮像素子２２の光が入射する側の近傍に配置されている。これにより、効率よく、光の入射の制限、解除を行うことができる。

まず、本実施形態では、連続する２つの撮像、例えば第１のフレームと、第２のフレームとにより、フォーカシングと記録画像構成とを行う。図３は、第１の撮像である第１のフレームの画素状態を示している。図４は、第１の撮像に続く、第２の撮像である第２のフレームの画素状態を示している。

まず、本実施形態における、第１のフレームに関して説明する。
図３は、第１のフレームにおいて、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３では、縦１６画素（Ｌ０１〜Ｌ１６）、横１６画素（Ｆ０１〜Ｆ１６）で合計２５６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。

透過率可変フィルター３１は、画素の各々において、所定の領域を第１の瞳領域、第１の瞳領域と点対称な領域を第２の瞳領域とするとき、画素の各々について、第１の瞳領域及び第２の瞳領域の一方の瞳領域への光の入射を選択的に制限する。

また、透過率可変フィルター制御部３１は、複数の画素の少なくとも一部を構成する複数の一組の画素群において、光の入射の制限及び制限の解除を各組の画素群で独立して撮像ごとに交互に行うように透過率可変フィルター３０を制御する。

さらに、透過率可変フィルター制御部３１は、各組の画素群の一部の画素において第１の瞳領域に対して光の入射の制限及び制限の解除を行い、各組の画素群の残りの画素において第２の瞳領域に対して光の入射の制限及び制限の解除を行うように透過率可変フィルター３０を制御する。
以下、上述の制御を具体的に説明する。

図３の配置をＦ０１〜１０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、一番下の画素Ｌ１６まで、各画素の右半分（左下がり斜線を付している領域）において入射する光が制限されて、透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

Ｆ０２の列では、上から順に、一番下の画素Ｌ１６まで、各画素の左半分（右下がり斜線を付している領域）の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。
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。

透過率可変フィルター制御部３１は、一部の画素の全ての画素について第１の共通領域を第１の瞳領域として遮光させる。ここで、「一部の画素」は、例えば、Ｆ０２列のすべての画素をいう。つまり、Ｆ０２列のすべての画素において、第１の瞳領域（左半分）を遮光させる。

透過率可変フィルター制御部３１は、撮像素子２２の長手方向を上下とした場合、第１の共通領域として画素の左半分（右下がりの斜線を付した領域）を遮光させる。
なお、ここで、上半分を遮光させることもできる。

例えば、「一組の画素群」を、「Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０２」とする。一組の画素群のうち、一部の画素Ｌ０１Ｆ０２については、左半分を第１の瞳領域として遮光させる。また、残りの画素Ｌ０１Ｆ０１については、画素の右半分の領域を遮光させる。

これにより、図３に示すように、第１のフレームでは、画素の右半分を遮光した列（例えばＦ０１列）と、左半分を遮光した列（例えばＦ０２列）とが、交互に配置される構成となる。

このように全ての画素をデフォーカス検出用の画素とし、測距精度を上げることができる。又、デフォーカス算出の信号処理や撮像素子のカラーフィルターを考慮し、一部の画素を測距用の画素としてもよい。

次に、連続する２つの撮像の一方において、即ち第２のフレームにおける画素状態について説明する。
図４は、第１の撮像に続く、第２の撮像である第２のフレームの画素状態を示している。
図４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。
全ての画素Ｌ０１Ｆ０１〜Ｌ１６Ｆ１６において、透過率が高い状態または透過率が１００％の状態となる。

透過率可変フィルター制御部３１は、連続する２つの撮像における一方の撮像、すなわち第１の撮像では、いずれの画素も光の入射を制限させない。
これにより、すべての画素全面から光が撮像素子２２へ入射する。

さらに、透過率可変フィルター制御部３１は、光の入射を制限させない画素については、透過率を均一にさせる。
これにより、すべての画素全面から均一な光量の光が撮像素子２２へ入射する。

ここでは、測距用画素の構成にかかわらず、全画素を画像形成用に使うことができるので、良好な画像を得ることができる。例えば、１,０００,０００画素を超えるような撮像素子であれば、必要な画質を得るために測距用画素の構成にかかわらず最適な画素加算や画素間引きを行ってもよい。

次に、上述した２つの連続する撮像の流れを説明する。
図６は、本実施形態の撮影の流れを説明するフローチャートである。

ステップＳ１０１において、撮影者は撮影を開始する。
ステップＳ１０２において、撮影者が選択したのは静止画モードであるか、動画モードであるかが判断される。

ステップＳ１０２において、静止画モードが選択されていると判断された場合、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３において焦点検出サブルーチン１が実行される。ステップＳ１０４において、撮影サブルーチン１が実行される。焦点検出サブルーチン１と撮影サブルーチン１とについては後述する。

ステップＳ１０２において、動画モードが選択されていると判断された場合、ステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５において焦点検出サブルーチン１が実行される。ステップＳ１０６において、撮影サブルーチン１が実行される。

ボディ駆動制御部２４に、焦点検出サブルーチン１や、撮影サブルーチンを行うための構成が含まれている。
但し、上記図のフローに限定されない。
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７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、透過率可変フィルター制御部３１は、上述したような領域について透過率可変フィルター３０の光強度透過率を制御する。

ステップＳ２０２において、測距信号取得部１３５は、第１のフレームにおいて得られる左右方向に関する測距信号を読み出す。

測距信号取得部１３５は、光の入射が制限された画素からの信号をフレーム単位で測距信号として取得する。

ステップＳ２０３において、演算部１３６は、取得された測距信号に基づいてデフォーカス量を演算する。

さらに、ステップＳ２０４において、演算結果の信頼性が判定される。ステップＳ２０５において、デフォーカス量が算出される。ステップＳ２０６において、レンズ駆動量算出部１３７は、レンズ駆動量を算出する。

ステップＳ２０７において、レンズ駆動部１６は、制御部１３８及びレンズ制御部３３を介して、フォーカシングレンズ２０を駆動する。

図８は、撮影サブルーチン１の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ３０１において、透過率可変フィルター３１は、透過率可変フィルター３０を図４に示す遮光しない状態に制御する。
ステップＳ３０２において、表示画像構成部１３４、記録画像構成部１３９は、画像を構成する第２のデータを読み出す。そしてステップＳ３０３において遮光されていない画素からのデータに基づいて、画像を構成する。

具体的には、ステップＳ３０４において、記録画像構成部１３９が構成した画像を記録する。
ステップＳ３０４において、表示画像構成部１３４は画像を構成する。ステップＳ３０５において、液晶表示素子２６は、表示画像構成部１３４が構成した画像を表示する。

図９は、第１のデータと第２のデータとを取得するタイミングを示すタイミングチャートである。
図９において、制御部１３９は、一番上段に示すＶＤ信号を出力する。ＶＤ信号は、フレームの始まりを制御する。また、制御部１３９は、上から２番目に示すＶＥ信号を出力する。信号ＶＥは、透過率可変フィルター３０に対する駆動電圧を制御する。
第１のデータは、測距信号、即ち焦点検出用信号の信号に相当する。第２のデータは、画像構成用信号に相当する。

図９に示すように、第１のデータを読み出すフレームと、第２のデータを読み出すフレームとを交互に繰り返す。演算部１３６は、第１のデータに基づいて、相関演算を行う。また、表示画像構成部１３４は、第２のデータに基づいて、表示画像を構成する。

信号の読出しについて、従来の読出し順序は、Ｌ０１行、Ｌ０２行・・・・Ｌ０８行のように行方向に読出している。
本実施形態では、読出し順序は、Ｆ０１列、Ｆ０２列・・・・Ｆ０８列とする。但し、読出しの順序に関してはこれに限定されるものではない。

（第１実施形態の変形例）
図５は、上述した第１実施形態の変形例における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。
本変形例では、第１のデータを取得するときの、光の入射を制限する遮光領域が上述した第１実施形態のときと異なっている。

図５において、「一組の画素群」として、８つの隣接する画素Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０２Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０２、Ｌ０２Ｆ０２、Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０２Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０４、Ｌ０２Ｆ０４を考える。
「各組の画素群の一部の画素」は、例えば一組の画素群のうちのＬ０１Ｆ０２（左半分遮光）、Ｌ０２Ｆ０２（左半分遮光）、Ｌ０２Ｆ０３（上半分遮光）、Ｌ０２Ｆ０４（上半分遮光）である。
そして、透過率可変フィルター制御部３１は、さらに一部の画素として、Ｌ０１Ｆ０２、Ｌ０２Ｆ０２において、第１の瞳領域として、左半分を遮光させる。また、透過率可変フィルター制御部３１は、さらに一部の画素として、Ｌ０２Ｆ０３、Ｌ０２Ｆ０４において、第１の瞳領域として、上半分を遮光させる。

さらに述べると、透過率可変フィルター制御部３１は、一部の画素（Ｌ０１Ｆ０２（左半分遮光）、Ｌ０２Ｆ０２（左半分遮光）、Ｌ０２Ｆ０３（上半分遮光）、Ｌ０２Ｆ０４（上半分遮光））のうち、さらにその一部の画素（（Ｌ０１Ｆ０２（左半分遮光）、Ｌ０２Ｆ０２（左半分遮光））については第１の共通領域を第１の瞳領域として左半分を遮光させる。
また、一部の画素のうち残りの画素（Ｌ０２Ｆ０３（上半分遮光）、Ｌ０２Ｆ０４（上半分遮光））については第１の共通領域とは異なる領域である第２の共通領域を前記第１の瞳領域として上半分を遮光させる。

つまり、透過率可変フィルター制御部３１は、撮像素子２２の長手方向を上下とした場合、第１の共通領域として画素の左半分又は上半分を遮光させ、第２の共通領域として画素の左半分又は上半分のうち第１の共通領域と異なる領域を遮光させる。
以下、具体的に説明する。

上述したように、透過率可変フィルター制御部３１は、Ｌ０１Ｆ０２、Ｌ０２Ｆ０２の左半分を遮光する。さらに、透過率可変フィルター制御部３１は、Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０２Ｆ０１の右半分を遮光する。

また、透過率可変フィルター制御部３１は、Ｌ０２Ｆ０３、Ｌ０２Ｆ０４の上半分を遮光する。さらに、透過率可変フィルター制御部３１は、Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０４の下半分を遮光する。

これにより、Ｆ０１の列では、上から（Ｌ０１から）順に、Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０２Ｆ０１では、右半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

Ｌ０３Ｆ０１では、下半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。
Ｌ０４Ｆ０１では、上半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

そして、Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０２Ｆ０１、Ｌ０３Ｆ０１、Ｌ０４Ｆ０１の４つの画素の並びを１セットとして、このセットが列方向に繰り返して配列されている。

次に、Ｆ０２の列では、上から（Ｌ０１から）順に、Ｌ０１Ｆ０２、Ｌ０２Ｆ０２では、左半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

Ｌ０３Ｆ０２では、下半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。
Ｌ０４Ｆ０２では、上半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

そして、Ｌ０１Ｆ０２、Ｌ０２Ｆ０２、Ｌ０３Ｆ０２、Ｌ０４Ｆ０２の４つの画素の並びを１セットとして、このセットが列方向に繰り返して配列されている。

次に、Ｆ０３の列では、上から（Ｌ０１から）順に、Ｌ０１Ｆ０３では、下半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

Ｌ０２Ｆ０３では、上半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。
Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０４Ｆ０３では、右半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

そして、Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０２Ｆ０３、Ｌ０３Ｆ０３、Ｌ０４Ｆ０３の４つの画素の並びを１セットとして、このセットが列方向に繰り返して配列されている。

次に、Ｆ０４の列では、上から（Ｌ０１から）順に、Ｌ０１Ｆ０４では、下半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

Ｌ０２Ｆ０４では、上半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。
Ｌ０３Ｆ０４、Ｌ０４Ｆ０４では、左半分の透過率が低い状態または透過率がゼロの状態（＝遮光状態）となる。

そして、Ｌ０１Ｆ０４、Ｌ０２Ｆ０４、Ｌ０３Ｆ０４、Ｌ０４Ｆ０４の４つの画素の並びを１セットとして、このセットが列方向に繰り返して配列されている。

これにより、図５に示した状態の１つの撮像により、左右方向、上下方向の相関演算を行なうことができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る撮像装置について説明する。
図１０は、第１の撮像、即ち第１のフレームにおける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１１は、第１の撮像に連続する第２の撮像、即ち第２のフレームにおける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。

透過率可変フィルター制御部３１は、連続する２つの撮像において、複数の一組の画素群に含まれる画素が排他的になるように透過率可変フィルター３０を制御する。

複数の一組の画素群、「Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０２」と「Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０４」を考える。
透過率可変フィルター制御部３１は、第１のフレームにおいては、「Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０２」の画素について、透過率可変フィルター３０を制御する。
透過率可変フィルター制御部３１は、第２のフレームにおいては、「Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０２」とは異なる「Ｌ０１Ｆ０３、Ｌ０１Ｆ０４」の画素が排他的となるように、透過率可変フィルター３０を制御する。このとき、「排他的」に制御するので、「Ｌ０１Ｆ０１、Ｌ０１Ｆ０２」の画素に関しては、光の入射の制限が解除されている。

透過率可変フィルター制御部３１は、連続する２つの撮像の一方において、第１の共通領域を第１の瞳領域、例えば、図１０のＬ０１Ｆ０１の右半分、Ｌ０１Ｆ０２の左半分として遮光させる。
また、他方において、第１の共通領域とは異なる領域である第２の共通領域を第１の瞳領域、図１１のＬ０１Ｆ０３の右半分、Ｌ０１Ｆ０４の左半分として遮光させる。
これにより、２つの撮像から、左右方向の測距信号による相関演算と、画像構成とを行なうことができる。

本実施形態における連続する撮像における透過率可変フィルターの３０の制御を説明する。
図１２は、第２実施形態における連続する撮像における透過率可変フィルター３０の制御を説明する図である。

図１２は、画素構成を用いて大まかな撮影の流れを示す図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のいずれか一つの状態から撮影を開始する。
図１２（ａ）、図１２（ｂ）のいずれの状態においても、鎖線で囲んだ領域から測距信号を得ることができる。この状態で、初回のフォーシングを行なうことができる。次に、図１２（ｃ）、図１２（ｄ）の状態を繰り返す。

図１３は、第２実施形態における撮影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、撮影が開始される。ステップＳ４０２において、まず、初めの測距信号を得るために、透過率可変フィルター制御部３１は、透過率可変フィルター３０を制御する。

ステップＳ４０３において、測距信号取得部１３５は、第１のデータである測距信号を読み出す。ステップＳ４０４において、演算部１３６は、第１のデータに基づいて相関演算を行なう。また、ステップＳ４０５において、演算部１３６は、相関演算結果の信頼性を判定する。ステップＳ４０６において、演算部１３６は、デフォーカス量を算出する。

ステップＳ４０７において、レンズ駆動量算出部１３７は、レンズ駆動量を算出する。ステップＳ４０８において、レンズ駆動部１６は、制御部１３８及びレンズ制御部３３を介して、フォーカシングレンズ２０を駆動する。

ステップＳ４０９において、透過率可変フィルター制御部３１は、図１２（ｃ）で示す状態となるように透過率可変フィルター３０を制御する。
ステップＳ４１０において、撮像信号取得部１３３は、第２のデータとして、遮光されていない画素（一点鎖線で囲んだ画素）から、画像構成のための信号を取得する。

ステップＳ４１１において、撮像信号取得部１３３は、第２のデータをメモリ１４１へ書き込む。

ステップＳ４１２において、透過率可変フィルター制御部３１は、図１２（ｄ）で示す状態となるように透過率可変フィルター３０を制御する。ステップＳ４１３において、測距信号取得部１３５は、第１のデータとして、左半分または右半分が遮光されている画素から、測距信号を取得する。また、ステップＳ４１３において、撮像信号取得部１３３は、第２のデータとして、遮光されていない画素（一点鎖線で囲んだ画素）から、画像構成のための信号を取得する。

ステップＳ４１４において、メモリ１４１に格納されている第２のデータ（図１２（ｃ）の画像構成信号）を読み出す。

ステップＳ４１５において、表示画像構成部１３４、記録画像構成部１３９は、画像を構成する第２のデータ（図１２（ｃ）と図１２（ｄ）において遮光されていない画素からのデータに基づいて、画像を構成する。

具体的には、ステップＳ４１６において、記録画像構成部１３９が構成した画像を記録する。
ステップＳ４１７において、液晶表示素子２６は、表示画像構成部１３４が構成した画像を表示する。そして、撮影を終了する。

次に、フォーカシングの流れについて説明する。
ステップＳ４１９において、演算部１３６は、図１２（ｄ）で示す右側または左側が遮光された画素からの測距信号である第１のデータに基づいて、相関演算を行なう。

さらに、ステップＳ４２０において、演算結果の信頼性が判定される。ステップＳ４２１において、デフォーカス量が算出される。ステップＳ４２２において、レンズ駆動量算出部１３７は、レンズ駆動量を算出する。

ステップＳ４２３において、レンズ駆動部１６は、制御部１３８及びレンズ制御部３３を介して、フォーカシングレンズ２０を駆動する。

図１４は、第１のデータと第２のデータとを取得するタイミングを示すタイミングチャートである。
図１４において、制御部１３９は、一番上段に示すＶＤ信号を出力する。ＶＤ信号は、フレームの始まりを制御する。また、制御部１３９は、それぞれ上から２番目、３番目に示すＶＥ１信号、ＶＥ２信号を出力する。信号ＶＥ１、ＶＥ２は、透過率可変フィルター３０に対する駆動電圧を制御する。

信号ＶＥ１は、第１の画素群（Ｆ０１列、Ｆ０２列、Ｆ０５列、Ｆ０６列、Ｆ０９列、Ｆ１０列、Ｆ１３列、Ｆ１４列）に対する透過率可変フィルター３０の駆動電圧である。
信号ＶＥ２は、第２の画素群（Ｆ０３列、Ｆ０４列、Ｆ０７列、Ｆ０８列、Ｆ１１列、Ｆ１２列、Ｆ１５列、Ｆ１６列）に対する透過率可変フィルター３０の駆動電圧である。
第１のデータは焦点検出用信号の読出し、第２のデータは画像構成用信号の読出しに対応する。

図１４に示すように、まず初めに図１２（ａ）または図１２（ｂ）で示す測距信号を取得した後、第１のデータを読み出すフレームと、第２のデータを読み出すフレームとを交互に繰り返す。演算部１３６は、第１のデータに基づいて、相関演算を行う。また、表示画像構成部１３４は、第２のデータに基づいて、表示画像を構成する。

信号の読出しについて、従来の読出し順序は、Ｌ０１行、Ｌ０２行・・・・Ｌ０８行のように行方向に読出している。
本実施形態では、読出し順序は、Ｆ０１列、Ｆ０２列・・・・Ｆ０８列とする。但し、読出しの順序に関してはこれに限定されるものではない。

（第２実施形態の変形例）
透過率可変フィルター制御部３１は、撮像素子２２の長手方向を上下とした場合、第１の共通領域として画素の左半分又は上半分を遮光させ、第２の共通領域として画素の左半分又は上半分のうち第１の共通領域と異なる領域を遮光させる。

なお、第２実施形態では、画素の右半分、左半分を遮光する例を構成している。これに限られず、図１５に示すように、２つの撮像のうち一方において、上半分、下半分を遮光するように透過率可変フィルター３０を制御するようにしてもよい。
これにより、２つの撮像から、左右方向の測距信号による相関演算と、上下方向の測距信号による相関演算と、画像構成とを行なうことができる。

（変形例）
図１６は、本実施形態の構成の変形例を示す図である。
上記各実施形態は、図１６（ａ）に示すように、不図示の被写体側から順に、絞り４を有する撮影光学系２と、透過率可変フィルター５と、撮像素子３とが配置されている。参考のため、光軸１を併記する。

しかしながら、これに限られず、図１６（ｂ）に示すように、不図示の被写体側から順に、絞り４と透過率可変フィルター５とを有する撮影光学系２と、撮像素子３とを配置しても良い。

さらに、他の変形例について説明する。
上述した「複数の一組の画素群」について、「一組の画素群」の例を掲げる。
（１）画素２つで一組の画素群を構成する具体例：
「第１の瞳領域（例：左遮光画素）１つ、第２の瞳領（例：右遮光画素）１つ」
「第１の瞳領域（例：上遮光画素）１つ、第２の瞳領（例：下遮光画素）１つ」
（２）画素３つで一組の構成の具体例：
「第１の瞳領域（例：左遮光画素）２つ、第２の瞳領（例：右遮光画素）１つ」
「第１の瞳領域（例：上遮光画素）１つ、第２の瞳領（例：下遮光画素）２つ」

画素４つで一組の画素群を構成する例なども可能である。
さらに、左（上）遮光画素と右（下）遮光画素とが同一数でない場合もある。このことを最小単位で述べると、１:１ではなく、１:２とか１:３もありえる。また、これに限られず、この比率も、任意の割合でも良い。
（３）「複数の一組の画素群」の例：
「画素２つで一組」が多数ある。
「画素３つで一組」が多数ある。
「画素２つで一組」と「画素３つで一組」が多数ある。
さらに、第１の瞳領域の画素の総合計数と、第２の瞳領域の画素の総合計数とは一致する必要は無い。

いずれの場合も、同じ画素群内の第１の瞳領域と、第２の瞳領とは、入射光が制限されている領域が隣接するように配置されている。換言すると、１つの共通領域、例えば、第１の共通領域を対象とした「一部の画素」と「残りの画素」は、入射光が制限されている領域が隣接するように配置されている。
なお、これに限られず、第１の瞳領域と、第２の瞳領とは、入射光が制限されている領域が隣接しないように配置することもできる。

以上説明したように、本実施形態では、撮像素子からの出力信号から、デフォーカス情報を得られながら、従来のコントラスト方式の撮影装置並みの画質が得られる。さらに、測距画素用画素の数と画質にトレードオフの関係がないので、画質を劣化することなく、ＡＦ精度に必要な測距用画素を確保することができる。

以上のように、本発明は、特に位相差ＡＦ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
１５ 絞り駆動部
１６ レンズ駆動部
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 ボディ制御部
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
３０ 透過率可変フィルター
３１ 透過率可変フィルター制御部
３２ レンズデータ格納部
３３ レンズ制御部
１３１ Ａ／Ｄ変換部
１３２ 信号処理部
１３３ 撮像信号取得部
１３４ 表示画像構成部
１３５ 測距信号取得部
１３６ 演算部
１３７ レンズ駆動量算出部
１３８ 制御部
１３９ 記録画像構成部
１４１ メモリ

Claims (8)

1. ２次元に配列された複数の画素を有し、フレーム単位で被写体像の複数回の撮像を実行する撮像素子と、
   前記画素の各々において、所定の領域を第１の瞳領域、前記第１の瞳領域と点対称な領域を第２の瞳領域とするとき、前記画素の各々について、前記第１の瞳領域及び前記第２の瞳領域の一方の瞳領域への光の入射を選択的に制限する透過率可変フィルターと、
   前記複数の画素の少なくとも一部を構成する複数の一組の画素群において、前記光の入射の制限及び前記制限の解除を各組の画素群で独立して前記撮像ごとに交互に行うように前記透過率可変フィルターを制御するとともに、各組の画素群の一部の画素において前記第１の瞳領域に対して前記光の入射の制限及び前記制限の解除を行い、各組の画素群の残りの画素において前記第２の瞳領域に対して前記光の入射の制限及び前記制限の解除を行うように前記透過率可変フィルターを制御する透過率可変フィルター制御部と、
   前記光の入射が制限された前記画素からの信号をフレーム単位で測距信号として取得する測距信号取得部と、
   取得された前記測距信号に基づいてデフォーカス量を演算する演算部と、
   前記光の入射の制限が解除されている前記画素群からの信号を撮像信号として取得する撮像信号取得部と、
   取得した前記撮像信号に基づいて画像データを生成する画像生成部と、
   を備え、
   前記透過率可変フィルター制御部は、連続する２つの撮像において、複数の一組の画素群に含まれる画素が排他的になるように前記透過率可変フィルターを制御し、
   前記撮像信号取得部は、前記連続する２つの撮像のそれぞれにて前記光の入射の制限の解除された画素群から先の撮像信号と後の撮像信号を取得し、
   前記先の撮像信号と後の撮像信号の各々は、互いに、前記撮像素子上の撮像領域を相互に補間する位置の画素群に基づく撮像信号であり、
   前記画像生成部は、前記先の撮像信号と後の撮像信号に基づきそれぞれの撮像信号を補間して１フレームの画像データを生成し、
   前記測距信号取得部は、前記連続する２つの撮像を繰り返すごとに、前記光の入射の制限された画素群から測距信号を取得することを特徴とする撮像装置。
2. 前記透過率可変フィルターは、前記画素ごとに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記透過率可変フィルターは、前記撮像素子と撮像光学系との間の光路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記透過率可変フィルターは、前記撮像素子の光が入射する側の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記透過率可変フィルター制御部は、前記一部の画素の全ての画素について第１の共通領域を第１の瞳領域として遮光させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
6. さらに、透過率可変フィルター制御部は、光の入射を制限させない画素については、透過率を均一にさせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記透過率可変フィルター制御部は、連続する２つの撮像の一方において、第１の共通領域を前記第１の瞳領域として遮光させ、他方において、前記第１の共通領域とは異なる領域である第２の共通領域を前記第１の瞳領域として遮光させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記第１の画素群と前記第２の画素群とは、入射光が制限されている領域が隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像装置。

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