JP5751946B2 - 焦点調節装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等において焦点検出機能を有した撮像装置に関する。

撮像素子を構成する画素群の一部に特定の機能を付与した機能素子を有する撮像素子の一例として、撮像素子に被写体像の位相差検出機能を付与することにより専用のＡＦセンサを不要とし、かつ高速の位相差ＡＦを実現するための技術が開示されている。

例えば特許文献１では、撮像素子の一部の受光素子（画素）において、オンチップマイクロレンズの光軸に対して受光部の感度領域を偏心させることで瞳分割機能を付与している。そしてこれらの画素を焦点検出用画素とし、撮像用画素群の間に所定の間隔で配置することで、位相差式焦点検出を行う。

また一方で、これら焦点検出用画素群に傷画素が存在する場合に関しての技術の開示がある。

特許文献２では、傷がある焦点検出用画素の画素信号を、傷がない焦点検出用画素の画素信号で補正するための技術が開示されている。また、特許文献３では、ピント調節領域に傷画素がある場合には、傷画素がある領域から所定の方向に移動した、傷画素のない位置にピント調節領域を設定する方法が開示されている。

特開２０００−２９２６８６号公報 特開２００９−１６３２２９号公報 特開２００１−１７７７５６号公報

しかしながら、上述の特許文献２の撮像装置では、焦点検出用画素が撮像面上に離散的に配置されている場合などはサンプリングピッチが荒くなるので、特に空間周波数の高い被写体などにおいては、正確に傷画素の出力を補正することは難しい。また、特許文献３の撮像装置では、ユーザー所望のピント調節領域が変更されてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、焦点検出用画素群に傷画素が存在しても、焦点検出の精度が許容できる範囲で、傷画素を有効活用可能な焦点調節装置およびその制御方法を提供することを目的としている。

本発明の一側面としての焦点調節装置は、撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光して焦点検出用の一対の信号を生成する焦点検出用画素の対を複数有する撮像素子と、焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素の対で生成された信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、傷がある前記焦点検出用画素の大きさについての第１の情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記第１の情報に基づいて、要求される焦点検出精度を満たす所定の絞り値を設定する設定手段と、を有し、前記焦点検出手段は、前記焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素の中に前記傷がある前記焦点検出用画素が含まれる場合、焦点検出用の信号を生成するための電荷蓄積中に設定された第１の絞り値が前記所定の絞り値であれば、前記傷がある前記焦点検出用画素からの信号を使用して焦点検出を行い、前記第１の絞り値が前記所定の絞り値でなければ、前記傷がある前記焦点検出用画素からの信号を使用せずに焦点検出を行うことを特徴とする。

本発明によれば、焦点検出用画素群に傷画素が存在しても、焦点検出の精度が許容できる範囲で、傷画素を有効活用可能な焦点調節装置およびその制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るデジタル一眼レフカメラの断面図である。 本発明の実施形態に係る撮像素子のブロック図である。 本発明の実施形態に係る撮像用画素の平面図と断面図である。 本発明の実施形態に係る焦点検出用画素の平面図と断面図である。 本発明の実施形態に係る焦点検出画素のケラレ、および焦点検出光束の重心間隔を説明する図である。 本発明の実施形態に係る撮像素子の焦点検出用画素のレイアウト図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の動画撮影時のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る、焦点検出用画素に傷が入った場合の焦点検出用画素の出力を表す図である。 傷レベルとＦｎｏによる検出デフォーカス誤差量の関係を表した図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置のライブビュー時のフローチャートである。

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

図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の断面図である。本実施例においては、デジタル一眼レフカメラを例に説明する。図１（ａ）の１０１はカメラ本体であり、その前面には撮影レンズ１０２が装着される。撮影レンズ１０２は交換可能であり、またカメラ本体１０１と撮影レンズ１０２はマウント接点群１１２を介して電気的にも接続される。さらに撮影レンズ１０２の中には、絞り１１３があり、カメラ内に取り込む光量を調整できるようになっている。

１０３はメインミラーであり、ハーフミラーとなっている。メインミラー１０３は、図１（ａ）のファインダー観測状態では撮影光路上に斜設され、撮影レンズ１０２からの撮影光束をファインダー光学系へと反射する一方、透過光はサブミラー１０４を介してＡＦユニット１０５へと入射する。

ＡＦユニット１０５は位相差検出方式のＡＦセンサである。位相差方式による焦点検出については公知の技術であるため、具体的な制御に関してはここでは省略する。ＡＦユニット１０５は、撮影レンズ１０２の二次結像面を焦点検出ラインセンサ上に形成することによって、撮影レンズ１０２の焦点調節状態を検出する。そして、その検出結果をもとに不図示のフォーカシングレンズを駆動して自動焦点検出を行う。

１０８は撮像素子であり、１０６はローパスフィルター、１０７はフォーカルプレーンシャッターである。また、撮像素子１０８の近傍には不図示の温度検出手段がある。

１０９はファインダー光学系を構成する撮影レンズ１０２の予定結像面に配置されたピント板であり、１１０はファインダー光路変更用のペンタプリズムである。１１４はアイピースであり、撮影者はここからピント板１０９を観察することによって、撮影画面を確認することができる。また１１１はＡＥユニットであり、測光を行う際に使用する。

１１５はレリーズボタンであり、半押し、全押しの状態を持つ二段押し込み式のスイッチである。レリーズボタン１１５が半押しされる事によって、ＡＥ、ＡＦ動作などの撮影前の準備動作が行われ、全押しされる事によって、撮像素子１０８が露光されて撮影処理が行われる。以下では、レリーズボタン１１５が半押しされた状態をＳＷ１がＯＮの状態、全押しされた状態をＳＷ２がＯＮした状態、と記述することにする。

なお、本実施例のカメラは、図１（ａ）の光学ファインダー状態の形から、露光／ライブビューを行う際は、図１（ｂ）の形へ変化する。１１６はライブビュー開始／終了ボタンであり、このボタンが押されるたびに、図１（ａ）の光学ファインダーモードと、図１（ｂ）のライブビューモードが切り替わる構成となっている。

次に図１（ｂ）にライブビューモード、静止画露光時、および動画記録時のカメラの断面図を示す。これらのモードにおいては、メインミラー１０３、サブミラー１０４は撮影光路外に退避し、フォーカルプレーンシャッター１０７が開くことによって、撮影光束をストレートに撮像素子１０８に導く構成となる。また、１１７はディスプレイユニット（表示装置）であり、カメラ本体１０１の背面に取り付けられている。ディスプレイユニット１１７は液晶パネルなどによって構成され、撮像素子１０８から得られた信号（画像データ）をリアルタイムに表示する事でライブビュー表示を行う。更に、不図示の記録装置に保存された、過去の撮影データを読み出すことにより、記録した静止画像や動画ファイルの再生、表示を行えるようになっている。

ここで、ライブビュー状態、動画記録時でのＡＦ動作について説明する。本実施の形態のカメラにおいては、光学ファインダー状態でのＡＦ動作は、ＡＦユニット１０５からの情報を用いて行うが、ライブビュー状態でのＡＦ動作は、撮像素子中に存在する焦点検出用画素群の出力情報を用いた位相差方式で行う。以下、図を用いて撮像用画素と焦点検出用画素について説明する。

図２は、撮像素子のブロック図を示している。なお、図２のブロック図は、読み出し動作が説明できる最低限の構成を示しており、画素リセット信号などが省略されている。図２において、２０１は、光電変換部（以下、ＰＤｍｎと略す。ｍは、Ｘ方向アドレスであり、ｍ＝０、１・・・ｍ−１、ｎは、Ｙ方向アドレスであり、ｎ＝０、１・・・ｎ−１である。）である。光電変換部２０１は、フォトダイオード、画素アンプ、リセット用のスイッチなどで構成されている。また、本発明の撮像素子は、ｍ×ｎの光電変換部が２次元上に配置されている。符号は、煩雑になるので、左上の光電変換部ＰＤ_００付近のみに付記した。

２０２は、光電変換部のＰＤｍｎの出力を選択するスイッチであり、垂直操作回路２０８により、一行ごとに選択される。

２０３は、２０１の光電変換部ＰＤｍｎ出力を一時的に記憶するためのラインメモリであり、垂直走査回路により選択された、一行分の光電変換部の出力を記憶するものである。通常は、コンデンサが使用される。

２０４は、水平出力線に接続されて、水平出力線を所定の電位ＶＨＲＳＴにリセットするためのスイッチであり、信号ＨＲＳＴにより制御される。

２０５は、前述の２０３のラインメモリに記憶された光電変換部ＰＤｍｎの出力を水平出力線に順次出力するためのスイッチである。スイッチ２０５のＨ_０からＨ_ｍ−１のスイッチを後述の２０６の水平走査回路により、順次走査することにより、一行分の光電変換の出力が読み出される。

２０６は、水平走査回路であり、ラインメモリに記憶された光電変換部の出力を順次操作して、水平出力線に出力させる。信号ＰＨＳＴは、水平走査回路のデータ入力、ＰＨ１、ＰＨ２は、シフトクロック入力である。ＰＨ１＝Ｈでデータがセットされ、ＰＨ２＝Ｈでデータがラッチされる構成となっている。ＰＨ１、ＰＨ２にシフトクロックを入力することにより、ＰＨＳＴを順次シフトさせて、Ｈ０からＨｍ−１のスイッチを順次オンさせることができ、アンプ２０７を通してＶＯＵＴに出力される。ＳＫＩＰは、間引き読み出し時に設定を行なわせる制御端子入力である。ＳＫＩＰ端子をＨレベルに設定することにより、水平走査回路を所定間隔でスキップさせることが可能になる。

２０８は、垂直走査回路であり、順次走査して、Ｖ_０からＶ_ｎ−１を出力することにより、光電変換部ＰＤｍｎの選択スイッチ２０２を選択することができる。制御信号は、水平走査回路と同様に、データ入力ＰＶＳＴ、シフトクロックＰＶ１、ＰＶ２、間引き読み設定ＳＫＩＰにより制御される。動作に関しては、水平走査回路と同様であるので詳細説明は省略する。また、図中では、前記の制御信号は不図示とした。

図３及び図４は、撮像用画素と焦点検出用画素の構造を説明する図である。本実施例においては、２×２の４画素のうち、対角２画素にＧ（緑色）の分光感度を有する画素を配置し、他の２画素にＲ（赤色）とＢ（青色）の分光感度を有する画素を各１個配置した、ベイヤー配列が採用されている。そして、該ベイヤー配列の間に、後述する構造の焦点検出用画素が所定の規則にて分散配置される。

図３に撮像用画素の配置と構造を示す。同図（ａ）は２×２の撮像用画素の平面図である。ベイヤー配列では対角方向にＧ画素が、他の２画素にＲとＢの画素が配置され、該２行×２列の構造が繰り返し配置される。この撮像用画素群が、撮影レンズからの光を光電変換することで被写体の像を生成することができる。

同図（ａ）の断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示す。ＭＬは各画素の最前面に配置されたオンチップマイクロレンズ、ＣＦ_ＲはＲ（Ｒｅｄ）のカラーフィルタ、ＣＦ_ＧはＧ（Ｇｒｅｅｎ）のカラーフィルタである。ＰＤはＣ−ＭＯＳセンサの光電変換部を模式的に示したもの、ＣＬはＣ−ＭＯＳセンサ内の各種信号を伝達する信号線を形成するための配線層である。ＴＬは撮影光学系を模式的に示したものである。

ここで、撮像用画素のオンチップマイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤは、撮影光学系ＴＬを通過した光束を可能な限り有効に取り込むように構成されている。換言すると、撮影光学系ＴＬの射出瞳ＥＰと光電変換部ＰＤは、マイクロレンズＭＬにより共役関係にあり、かつ光電変換部の有効面積は大面積に設計される。また、同図（ｂ）ではＧ画素の入射光束について説明したが、Ｒ画素及びＢ（Ｂｌｕｅ）画素も同一の構造となっている。従って、撮像用のＲＧＢ各画素に対応した射出瞳ＥＰは大径となり、被写体からの光束を効率よく取り込んで画像信号のＳ／Ｎを向上させている。

図４は、撮影光学系の水平方向（横方向）に瞳分割を行なうための焦点検出用画素の配置と構造を示したものである。ここで水平方向あるいは横方向の定義は、撮影光学系の光軸が水平となるようにカメラを構えたとき、該光軸に直交し、かつ水平方向に伸びる直線に沿った方向を指す。図４（ａ）は、焦点検出用画素を含む２行×２列の画素の平面図である。記録もしくは観賞のための画像信号を得る場合、Ｇ画素で輝度情報の主成分を取得する。そして人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、Ｇ画素が欠損すると画質劣化が認知されやすい。一方でＲもしくはＢ画素は、色情報（色差情報）を取得する画素であるが、人間の視覚特性は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が生じても画質劣化は認識され難い。そこで本実施例においては、２行×２列の画素のうち、Ｇ画素は撮像用画素として残し、ＲとＢの画素を焦点検出用画素に置き換える。これを同図（ａ）においてＳ_ＨＡ及びＳ_ＨＢで示す。

図４（ａ）における断面Ａ−Ａを同図（ｂ）に示す。マイクロレンズＭＬと、光電変換部ＰＤは図３（ｂ）に示した撮像用画素と同一構造である。本実施例においては、焦点検出用画素の焦点検出信号は画像創生には用いないため、色分離用カラーフィルタの代わりに透明膜ＣＦ_Ｗ（Ｗｈｉｔｅ）が配置される。また、撮像素子で瞳分割を行なうため、配線層ＣＬの開口部はマイクロレンズＭＬの中心線に対して一方向に偏倚している。具体的には、画素Ｓ_ＨＡ及の開口部ＯＰ_ＨＡは右側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの左側の射出瞳ＥＰ_ＨＡを通過した光束を受光する。同様に、画素Ｓ_ＨＢの開口部ＯＰ_ＨＢは左側に偏倚しているため、撮影光学系ＴＬの右側の射出瞳ＥＰ_ＨＢを通過した光束を受光する。このように、焦点検出用画素は、撮影レンズ１０２の射出瞳の一部の領域を通る光を受光する。画素Ｓ_ＨＡを水平方向に規則的に配列し、これらの焦点検出用画素群で取得した被写体像をＡ像とし、また、画素Ｓ_ＨＢも水平方向に規則的に配列し、これらの焦点検出用画素群で取得した被写体像をＢ像とする。不図示の焦点検出手段は、Ａ像とＢ像の相対位置を検出し、像のズレ量に対して変換係数を乗じることで被写体像のピントずれ量（デフォーカス量）を算出できる。

なお、上記画素Ｓ_ＨＡ及びＳ_ＨＢでは、撮影画面の横方向に輝度分布を有した被写体（例えば縦線）に対しては焦点検出可能だが、縦方向に輝度分布を有する被写体（例えば横線）は焦点検出不能である。これに対しては、Ｓ_ＨＡ及びＳ_ＨＢの開口部を、水平方向ではなく垂直方向（縦方向）に偏倚させた同様の構成の画素も焦点検出用画素群に準備することにより、横線の被写体に関しても自動焦点検出動作を行うことができるようになる。

ここで、像ズレ量からデフォーカス量を算出するための変換係数の求め方について説明する。変換係数は結像光学系の口径情報、及び焦点検出用画素の感度分布に基づいて算出することができる。撮像素子（以下、イメージセンサともいう。）１０８には撮影レンズのレンズ保持枠６３１や絞り１１３などのいくつかの構成部材によって制限された光束が入射する。図５は撮影光学系のケラレにより、焦点検出に用いる光束が限定されている様子を示す図である。図５（ａ）はイメージセンサの中央近傍の画素に対して、射出瞳面６０１の位置にある結像光学系の絞り１１３によって光束が限定されている様子を示している。同図（ａ）において、６０３、６０４はイメージセンサ（６０３は予定結像面位置）、６０５は光軸、６０６はイメージセンサ上での光軸位置を示している。また、６０７、６０８は絞りによって光束が限定された場合の光束、６０９、６１０は光束が限定されていない場合の光束を示している。光束６０７、６０８に対する焦点検出用光束を６１１、６１２、焦点検出用光束の重心位置を６１５、６１６で示す。同様に、光束６０９、６１０に対する焦点検出用光束を６１３、６１４、焦点検出用光束の重心位置を６１７、６１８で示す。

図５（ｂ）はイメージセンサの中央の焦点検出用画素の射出瞳面６０１でのケラレによる重心位置の変化を示した図である。同図において、６２３、６２４はイメージセンサの中央の画素に対して、限定された光束６０７、６０８、及び限定されていない光束６０９、６１０の瞳領域を示し、６２５、６２６は焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢの入射角特性を示している。焦点検出用画素Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢには、６２３、６２４で示した形状の内側を透過した光束が６２５、６２６で図示した感度分布で入射する。そのため、６２３、６２４で示した形状の内側を透過した焦点検出用光束の分布重心をそれぞれ求めることで、焦点検出に用いる光束が限定されている場合と、限定されていない場合の重心間隔を求めることができる。焦点検出用画素の感度分布情報、及び結像光学系の口径情報を測定及び計算から求めて記憶しておくことで、像ズレ量からデフォーカス量を算出するための変換係数を求めることができる。

図５（ａ）においてデフォーカス量６１９をＤＥＦとする。また、イメージセンサ６０３から射出瞳面６０１までの距離６２０をＬとする。また、焦点検出に用いる光束が限定されている場合と、限定されていない場合の重心間隔をそれぞれＧ１（６１５，６１６間距離）、Ｇ２（６１７、６１８間距離）とする。また、像ずれ量をＰＲＥＤ１（６２１）、ＰＲＥＤ２（６２２）とする。また、像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数をＫ１、Ｋ２とした場合、以下の式によってデフォーカス量が求まる。

ＤＥＦ ＝Ｋ１×ＰＲＥＤ１ ＝ Ｋ２×ＰＲＥＤ２
像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数Ｋ１、Ｋ２はそれぞれ以下の式によって求まる。

Ｋ１＝Ｌ／Ｇ１（光束が限定されているとき）
Ｋ２＝Ｌ／Ｇ２（光束が限定されていないとき）
上式において、Ｇ１＜Ｇ２であることからＫ１＞Ｋ２となる。これは、一般に焦点検出に用いる光束が限定されているほど、変換係数Ｋの値は大きくなることを意味する。すなわち、焦点検出時の撮影レンズの絞り値が大きいほど、変換係数Ｋ１、Ｋ２の値は大きくなり、像ずれ量ＰＲＥＤに対するデフォーカス量の敏感度が高くなる。

図６（ａ）は、撮像用画素および焦点検出用画素の配置を示した図である。同図において、Ｇは、緑フィルターを塗布された画素、Ｒは、赤フィルターを塗布された画素、Ｂは、青フィルターを塗布された画素である。Ｓ_ＨＡ（図中では見やすさのためＳＡと表記している。）は、画素部の開口を水平方向に偏倚させて、形成された焦点検出用の画素であり、Ｓ_ＨＢ画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための基準画素群である。Ｓ_ＨＢ（図中では見やすさのためＳＢと表記している。）は、画素の開口部をＳ_ＨＡ画素とは、逆方向に偏倚させて形成された画素であり、Ｓ_ＨＡ画素群との水平方向の像ずれ量を検出するための参照画素群である。Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢ画素の白抜き部分が、偏倚した画素の開口位置を示している。焦点検出動作時は、Ｓ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢ画素を単独で使うのではなく、図６（ａ）中の太枠で示した範囲内に存在するＳ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢ画素を加算し（図の例では３画素加算）、Ａ像、Ｂ像の信号を形成する。図６（ａ）の下部に示したＡ０、Ｂ０は、それぞれＡ像とＢ像の先頭画素を意味し、Ａ像であればＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・として像信号を形成し、Ｂ像も同様にＢ０、Ｂ１・・・とする。

また図６（ｂ）は図６（ａ）の変形例であり、図中の太枠内に存在するＳ_ＨＡ、Ｓ_ＨＢ画素から、それぞれ一対のＡ像、Ｂ像信号を形成し、それぞれの対から焦点検出結果を算出する。そしてこれら複数の焦点検出結果の平均値を最終的な焦点検出結果とする方法である。

図６（ｃ）は、撮像画面上の焦点検出領域を示した一例である。同図において、焦点検出領域では図６（ａ）に示した画素の配置となっている。本実施例では、焦点検出領域を上下左右ともに画像領域の７割程度の領域をカバーするものとする。例として、画面中央にピントを合わせる際に構成される測距ラインを図６（ｃ）に破線で示した。

また、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）のようにレイアウトされた全焦点検出用画素に関して、それぞれが傷画素ではないかを、予めチェックする工程がある。仮にその工程で傷画素と判断される場合は、その傷画素の位置と、傷の大きさを撮像装置内部に持つ不図示のメモリに記憶する。チェック工程は工場などで行い、例えば光の全く入らないダークの状態で全焦点検出用画素の出力を確認する方法などをとる。ダーク状態では光がないため、焦点検出用画素の出力としては０が期待されるが、傷画素の場合は、常に期待値よりも所定量だけオフセットしたカウント数の出力が得られる。そのため、ダーク状態での出力が０から離れた焦点検出画素に関しては、図６（ｃ）に示したように、その撮像素子内での位置（Ｘｓ、Ｙｓ）と、ダーク出力時のカウント数ｎを、カメラ内部のメモリに記憶する。

以上より、本実施例においては、画面の中央部に水平方向に開口を偏倚させた焦点検出用画素群を、画像領域の上下左右ともに７０％の領域に複数個準備することにより、この範囲内の任意のポイントで自動焦点調節が可能である。また焦点検出用画素に傷がある場合は、その位置と大きさをリスト化してデータに持つものである。

次に本実施例のフローチャートを図７に示す。図７では動画撮影中の例で説明する。なお、図７における動作は、不図示のマイクロコンピュータなどの制御手段（設定手段）によって行われる。

ステップＳ１０１で動画撮影の開始の命令をユーザーから受け付けると、ステップＳ１０２で撮像素子１０８の蓄積を行い、１フレーム分の画像情報を取得する。この際、撮像素子１０８の蓄積時の撮影レンズのＦｎｏの値をカメラ内部のメモリに保存しておく。画像情報を取得したら、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３は、ステップＳ１０２で取得した画像情報に含まれる焦点検出用画素の読み出しとともに、読み出した焦点検出用画素の中に傷画素がないか、チェックを行うステップである。この際、構図内のどこのポイントにピントを合わせるかによって、制御する測距ラインを決定する。制御する測距ラインは、予めユーザーによって設定されているポイントで行う「測距点任意選択」か、もしくは「測距点自動選択」でもよい。「測距点自動選択」は、画面内の複数ポイントに対してデフォーカス量の演算を行い、所定のアルゴリズムにより最適と思われるポイントをカメラ側で自動的に判断し、その点にピントを合わせるものである。ここでは説明のため、「測距点任意選択」で、ユーザーにより画面中央部の測距点が選択されていたと仮定する。この場合、図６（ｃ）の破線で示される領域内の焦点検出用画素群の出力を用いてデフォーカス量の演算を行うが、演算に用いる焦点検出用画素に傷画素がないかを、カメラ内部のメモリに記憶された傷画素の情報と照合することによりチェックする。仮に制御しようとした測距ラインに傷画素が存在する場合は、ステップＳ１０４に進み、傷画素がない場合はステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０４では、制御しようとした測距ラインに傷画素が存在した場合に、その傷のレベルに応じて使用可能なＦｎｏを計算するステップである。その方法に関して、ここで詳細に説明する。

今、仮に制御しようとしている測距ラインの像信号として、図８（ａ）のような波形が得られたと仮定する。Ａ像とＢ像が基本的に一致した像信号であるが、Ａ像に１画素だけ傷画素が存在している状態である。傷画素がなければ、Ａ、Ｂ像が一致しているので、Ａ、Ｂ像の像ずれ量は０となり、結果としてデフォーカス量も０である。しかし実際には傷画素の影響で、その傷画素の位置とレベルに応じて、Ａ像とＢ像の像ずれ量は０ではなくなり、この変化した分が傷画素による誤測距量となる。

ここで規格化して考えるため、傷の大きさを、得られた像信号のコントラストに対する比（像信号の最大値と最小値の差で割った値）で定義する「傷レベル」で表現することにする。一般に像ずれ量を求めるための相関演算は、入力となる像信号のコントラストに大きく依存するため、傷の影響を考えるには、傷の大きさも像信号のコントラスト比に換算した方が、好都合であるためである。像信号のコントラストに関しては、ここでの例ではＡ像に傷画素が存在する場合を想定しているため、傷のないＢ像でコントラストを計算する。図８に示したように、Ｂ像をＢ（０）〜Ｂ（６４）からなる全６５画素の像信号Ｂ（ｉ）とすると、コントラストＰＢは、
ＰＢ＝Ｍａｘ｛Ｂ（ｉ）｝−Ｍｉｎ｛Ｂ（ｉ）｝
で計算される。Ａ像に傷画素がある場合を示したが、逆にＢ像に傷画素がある場合は、Ａ像の像信号Ａ（ｉ）を用いてＰＢを算出すればよい。

ここで、予めカメラ内部に記憶されている傷画素のダーク時カウント数をｎ［ｃｏｕｎｔ］とすると、傷レベルＳ＿ｌｖｌは、
Ｓ＿ｌｖｌ＝ｎ／ＰＢ
で求められる。

今、Ｆｎｏ＝２の撮影レンズで、Ａ像に１画素だけ存在する傷画素がＳ＿ｌｖｌ＝＋４０［％］であるとする。そして、この傷画素がＡ（０）〜Ａ（６４）のそれぞれの位置に存在した場合に、最終的に得られるデフォーカス量が、真のデフォーカス量（＝０）に対してどれだけずれるかを表したのが図８（ｂ）である。図８（ｂ）から分かるように、傷レベルが一定であっても、その位置が像信号のどの位置に入るかによって、最終的な誤測距量が変化する。そこで、傷画素が誤測距量に与える影響を考えるにあたっては、最悪を考慮して、最も大きくずれてしまう場合を考えることとする。すなわち、図８（ｂ）の例である、Ｆｎｏ＝２、Ｓ＿ｌｖｌ＝＋４０［％］の場合の最悪誤測距量は、５０［ｕｍ］である。

ここでは、Ｆｎｏ＝２の例を示したが、すでに説明したように、Ｆｎｏが大きい時ほど、像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数Ｋの値が大きくなるため、仮に傷画素の影響を受けた像ずれ量が同じでも、Ｆｎｏの大きな時は誤測距量が大きくなる。

以上を考慮し、横軸にＦｎｏ、縦軸に傷レベルＳ＿ｌｖｌをとって、最悪誤測距量がそれぞれ１Ｆδとなる線をプロットしたものが図９である。ここでδは許容錯乱円径、ＦはレンズのＦｎｏであり、Ｆδは片側焦点深度である。図９より、傷レベルと要求測距精度（図９の例では要求測距精度が１Ｆδ）が定まれば、使用可能なＦｎｏを決定することができる。例えば、仮に制御測距ラインに存在した傷画素の傷レベルが３０［％］であった場合は、Ｆｎｏ≦８であれば要求精度以内に収まるが、これより大きなＦｎｏで測距を行う場合は、１Ｆδの精度を満たせない事が分かる。このように、ステップＳ１０４では、図９のグラフの関係性を用い、要求測距精度と、含まれる傷画素の傷レベルから、使用できるＦｎｏを決定するステップである。ただし、この傷画素の傷レベルは、周囲の環境の温度変化によって変動することがある。例えば、温度が上昇するにつれて傷レベルが上昇したり、温度が低下するにつれて傷レベルが低下したりする。したがって、ステップＳ１０４においては、カメラ本体１０１に設けられた不図示の温度センサ（温度検出手段）等を用いて温度情報も加味して上記の使用できるＦｎｏを決定した方が、より好ましい。なお、ここでは制御する測距ラインに含まれる傷画素が１画素の場合を説明したが、傷が複数個ある場合に関しても、それぞれ図９のようなグラフを準備して使用可能Ｆｎｏを算出することができる。なお、傷レベルに関しては、複数個の傷画素があるため、例えばパラメーターとしては全ての傷画素のＳ＿ｌｖｌの和や平均値を用いることが考えられる。いずれにせよ一般に傷画素の数が大きいほど誤測距量は大きくなるため、条件としては厳しいものになる。また、単純に、複数個の傷画素が存在した場合は、全てのＦｎｏで使用不可（使用可能Ｆｎｏが存在しない）としてもよい。ステップＳ１０４で使用可能Ｆｎｏが決定したら、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５は、制御測距ラインの蓄積時のＦｎｏが、ステップＳ１０４で求めた使用可能Ｆｎｏの範囲内であるかを確認するステップである。制御測距ラインの蓄積時のＦｎｏは、ステップＳ１０２で記憶した数値を参照する。使用可能Ｆｎｏの範囲にある場合は、要求測距精度を満たすため、ステップＳ１０６へ進み、傷画素を使用してそのまま得られた像信号に対して相関演算を行う。そしてデフォーカス量を算出しフォーカシングレンズの駆動を行うことで、このフレームのＡＦ制御が完了する。一方、使用可能Ｆｎｏの範囲外にあった場合は、ステップＳ１０７へ進む。

ここまでで測距時のＦｎｏでは要求測距精度に入らない事が分かったため、ステップＳ１０７では、傷画素を使用せずに測距ラインを構成するステップである。仮に要求測距精度に入るＦｎｏに変更して再度測距を行うことができるのであれば、Ｆｎｏを変更して再度測距すればよいが、動画記録中は撮影レンズのＦｎｏを変更してしまうと露出や被写界深度が変わってしまうため、Ｆｎｏの変更が困難である。また、そもそも存在する傷のレベルが非常に大きい場合や、全てのＦｎｏが使用不可能（使用可能Ｆｎｏが存在しない）な場合もありうる。これらのような場合は、像信号の補正処理、もしくは傷画素を用いずに測距ラインを構成して、得られている像信号を変更する。これらの方法に関しては、例えば前述の先行技術文献に記載の方法があり、傷画素の周辺の焦点検出用画素から傷画素の出力を計算して用いる、もしくは傷画素の近傍領域に傷画素が存在しない測距ラインを構成する、などの処理が考えられる。また、例えば図６（ａ）の斜線で示した画素が傷画素であった場合、Ａ３の信号を算出する際に図の破線で示した２画素の出力を加算し、その値を１．５倍してＡ３の信号とすることで、傷画素を避けて測距ラインの像信号を形成することができる。さらに図６（ｂ）に示した方法で、図中の位置に傷画素がある場合は、傷画素が存在する対の焦点検出用画素群の焦点検出結果を除いた、図の破線で囲まれた複数対の焦点検出用画素群の焦点検出結果のみを平均して最終的な焦点検出結果としてもよい。ステップＳ１０７でのように、傷画素を避けて測距ラインを構成したら、ステップＳ１０６へ進み、ＡＦ制御を行う。

ステップＳ１０６でＡＦ制御を終えたら、ステップＳ１０８でユーザーからの動画撮影終了操作を待つ状態に入る。ここで、ユーザーからの動画撮影終了操作が検出されると、ステップＳ１０９へ進み動画撮影が終了し、動画撮影終了操作が検出されない場合はステップＳ１０２へ戻り、次のフレームの取得を行う。

図７のフローチャートでは動作中にＦｎｏを変更できない、動画撮影中のフローチャートに関して説明したが、この変形例として図１０に、動作中でもＦｎｏを変更できる可能性があるライブビュー表示中のフローチャートを示す。

ライブビューモードにある場合（ステップＳ２０１）、ステップＳ２０２でＡＦ動作の受け付け待ちを行う。ＡＦ動作は、ＳＷ１がＯＮされることで開始される。そのため、ＳＷ１がＯＮされるとステップＳ２０３以降へと進んでＡＦ動作を行い、ＳＷ２がＯＮされるまでは入力待ちとなる。

ステップＳ２０３〜Ｓ２０５はステップＳ１０３〜Ｓ１０５と同一であるため、説明を省略する。

ステップＳ２０５で測距時の撮影レンズのＦｎｏが使用可能範囲外であった場合は、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、測距時のＦｎｏでは要求測距精度に入らない事が分かったため、再度ＡＦの蓄積が可能であるか、また再蓄積を行うのであれば、その際のＦｎｏを決定するステップである。ライブビューモードでの測距であれば、ユーザーは背面のディスプレイユニットで被写体の構図の確認さえできればよい。そのため、多少露出が変わる、測距の時間的な応答性が悪くなる、などの影響が出るとしても、Ｆｎｏを変更し、再蓄積してもよいという考え方ができる。しかし、露出条件をユーザーが決定するマニュアル露出モードや、事前に撮影時と同一の被写界深度でユーザーが構図を確認するモードにおいては、ライブビューモードとはいえＦｎｏを変更することができない。このような場合や、傷のレベルが非常に大きく、全てのＦｎｏが使用不可能（使用可能Ｆｎｏが存在しない）な場合などは、ステップＳ２０９に進み、Ｆｎｏが変更できる場合はステップＳ２０７へ進む。

ステップＳ２０７では、ステップＳ２０４で求めた使用可能ＦｎｏのいずれかにＦｎｏを変更し、再度制御測距ラインの蓄積、読み出し動作を行うステップである。変更後のＦｎｏは、ステップＳ２０４で求めた使用可能Ｆｎｏの範囲内であればどの値でもよいが、例えば、変更前のＦｎｏとの差が最も小さい値にすれば、ライブビュー画面の見え方の変化が小さく抑えられるので望ましい。ステップＳ２０７でＦｎｏを変更したのち、制御測距ラインの蓄積、読み出し動作を行ったら、ステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０８、Ｓ２０９に関してはステップＳ１０６、Ｓ１０７と同一であるため、説明を省略する。ステップＳ２０８でＡＦ制御動作を完了したら、ステップＳ２１０でＡＦ終了となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について、動画撮影時とライブビュー状態の２通りを説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の撮像素子は、ビデオカメラ、コンパクトカメラあるいは一眼レフカメラなどの光学装置に好適に利用できる。

１０１ カメラ本体
１０２ 撮影レンズ
１０５ ＡＦユニット
１０６ ローパスフィルター
１０８ 撮像素子
１１３ 絞り

Claims (12)

1. 撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光して焦点検出用の一対の信号を生成する焦点検出用画素の対を複数有する撮像素子と、
   焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素の対で生成された信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出手段と、
   傷がある前記焦点検出用画素の大きさについての第１の情報を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された前記第１の情報に基づいて、要求される焦点検出精度を満たす所定の絞り値を設定する設定手段と、
   を有し、
   前記焦点検出手段は、前記焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素の中に前記傷がある前記焦点検出用画素が含まれる場合、
   焦点検出用の信号を生成するための電荷蓄積中に設定された第１の絞り値が前記所定の絞り値であれば、前記傷がある前記焦点検出用画素からの信号を使用して焦点検出を行い、
   前記第１の絞り値が前記所定の絞り値でなければ、前記傷がある前記焦点検出用画素からの信号を使用せずに焦点検出を行うことを特徴とする焦点調節装置。
2. 前記記憶手段には、前記傷がある前記焦点検出用画素の位置についての第２の情報が記憶され、当該第２の情報に基づいて、前記焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素の中に前記傷がある前記焦点検出用画素が含まれるか否かが判定されることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
3. 前記設定手段は、前記第１の情報に基づく前記傷がある前記焦点検出用画素の傷の大きさを、当該焦点検出用画素の対となる前記焦点検出用画素で生成された信号のコントラストで割った傷レベルを算出し、該傷レベルに基づいて前記所定の絞り値を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点調節装置。
4. 前記設定手段は、算出した前記傷レベルにおいて、前記要求される焦点検出精度を満たすことが可能な絞り値を前記所定の絞り値に設定することを特徴とする請求項３に記載の焦点調節装置。
5. 前記設定手段は、絞り値と前記傷レベルおよび前記要求される焦点検出精度に対応するデフォーカス誤差量の関係を示す情報に基づいて、前記所定の絞り値を設定することを特徴とする請求項４に記載の焦点調節装置。
6. 前記設定手段は、前記傷がある前記焦点検出用画素が複数存在する場合は、それぞれの前記傷レベルの平均値に基づいて、前記所定の絞り値を設定することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
7. 前記焦点検出手段は、前記第１の絞り値が前記所定の絞り値でない場合に、前記焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素のうち、前記傷がある前記焦点検出用画素を除いた前記焦点検出用画素からの信号を加算または平均した信号を用いて焦点検出を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
8. 前記焦点検出手段は、前記第１の絞り値が前記所定の絞り値でない場合に、前記焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素の対のうち、前記傷がある前記焦点検出用画素を除いた前記焦点検出用画素の対からの焦点検出結果の平均に基づいて焦点検出を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
9. 前記焦点検出手段は、前記第１の絞り値が前記所定の絞り値でない場合に、前記第１の絞り値を変更可能かどうかを判定し、変更可能な場合に、前記所定の絞り値となるように前記第１の絞り値を変更することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
10. 前記撮像素子からの画像データを表示するための表示装置をさらに有し、
    前記撮像素子からの画像データをリアルタイムに前記表示装置に表示するライブビューモードにおいて、焦点検出時の前記第１の絞り値を変更することを特徴とする請求項９に記載の焦点調節装置。
11. 前記撮像素子の近傍に温度検出手段をさらに有し、
    前記設定手段は、前記温度検出手段による検出結果及び前記記憶手段に記憶された前記第１の情報に基づいて、前記所定の絞り値を設定することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
12. 撮影レンズの射出瞳の一部の領域を通る光を受光して焦点検出用の一対の信号を生成する焦点検出用画素の対を複数有する撮像素子と、傷がある前記焦点検出用画素の大きさについての第１の情報を記憶する記憶手段とを有する焦点調節装置の制御方法であって、
    焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素の対で生成された信号に基づいて焦点検出を行う焦点検出ステップと、
    前記記憶手段に記憶された前記第１の情報に基づいて、要求される焦点検出精度を満たす所定の絞り値を設定する設定ステップと、
    を有し、
    前記焦点検出ステップにおいて、前記焦点検出領域に対応する前記焦点検出用画素の中に前記傷がある前記焦点検出用画素が含まれる場合、
    焦点検出用の信号を生成するための電荷蓄積中に設定された第１の絞り値が前記所定の絞り値であれば、前記傷がある前記焦点検出用画素からの信号を使用して焦点検出を行い、
    前記第１の絞り値が前記所定の絞り値でなければ、前記傷がある前記焦点検出用画素からの信号を使用せずに焦点検出を行うことを特徴とする焦点調節装置の制御方法。