JP5949893B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は一対の光束を受光する画素を備えた撮像素子を用いた撮像装置に関する。

瞳分割型位相差検出方式による焦点検出が可能な従来の撮像装置においては、マイクロレンズとその背後に配置された一対の光電変換素子からなる画素を撮像素子上に一体的に形成し、該撮像素子を光学系の予定焦点面上に配置する。これにより、光学系を通る一対の光束が形成する一対の像に応じた一対の像信号を画素から出力し、この一対の像信号間の像ズレ量を検出することによって光学系の焦点調節状態を検出する。それとともに、該一対の像信号に対し絞り値が小さいほど大きくなる補正係数を乗ずることにより一対の像信号を画像信号に換算して画像情報を生成する撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７―２８２１０８号公報

上述した従来技術においては、マイクロレンズを通る光束を受光するための一対の光電変換素子を１つの焦点検出画素内に並べて配置している。一方の光電変換素子で発生した電荷が他方の光電変換素子に混入しないように、一対の光電変換素子の間には素子分離領域を形成する必要があり、該素子分離領域は最低サブミクロンオーダーの幅を必要としている。画素サイズが数ミクロンオーダーになると、絞り開口のＦ値が例えば５．６以上の値をとって暗くなった場合、上記光電変換素子上で光束が入射する領域のサイズと素子分離領域のサイズとが近づく。この場合、多くの光束が素子分離領域上に入射してしまい、一対の光電変換素子に効率的に光束が入射しなくなる。そのため、上述のような補正により一対の像信号を画像信号に換算して画像情報を生成したとしても、絞り開口のＦ値が暗い場合には画像品質が低下してしまうという問題があった。

（１）請求項１に記載の撮像装置は、撮影光学系の測距瞳面の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する、分離領域を隔てて配置された第１及び第２の光電変換部を有する複数の第１画素を含む撮像素子と、第１及び第２の光電変換部から出力された第１及び第２の出力信号が加算された加算出力信号を、撮影光学系の射出瞳と撮像素子との距離と、測距瞳面と撮像素子との距離との差に基づき補正する補正部と、補正部によって補正された加算出力信号に基づいて画像データを生成する画像生成部と、を備える。
（２）請求項３に記載の撮像装置は、撮影光学系を通過する第１及び第２の光束が入射するマイクロレンズと、マイクロレンズを通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する、分離領域を隔てて配置された少なくとも第１及び第２の光電変換部とを有する複数の第１画素を含む撮像素子と、第１及び第２の光電変換部から出力された第１及び第２の出力信号が加算された加算出力信号を、マイクロレンズに関して第１及び第２の光電変換部の受光面と光学的に共役な位置と、撮影光学系の射出瞳の位置との差に基づき補正する補正部と、補正部によって補正された加算出力信号に基づいて画像データを生成する画像生成部と、を備える。

本発明の撮像装置によれば、焦点調節状態の検出にも用いられる一対の画素出力信号に基づく撮像画像の画像品質低下を防止できる。

一実施の形態のデジタルスチルカメラの構成を示す図である。 撮像素子の正面図である。 撮像素子の詳細な構成を拡大して示す正面図である。 画素の断面図である。 画素の断面図である。 画素の一対の光電変換素子に入射する光束の範囲を示した正面図である。 Ｆ値と補正係数との関係を示した図である。 射出瞳面と測距瞳面との位置関係に応じて、撮像素子上に配置された画素に到来する一対の光束が交換レンズの射出瞳によりどのように制限されるかについての口径蝕（ケラレ）の様子を示した図である。 画素の一対の光電変換素子に入射する光束の範囲を示した正面図である。 画素の一対の光電変換素子に入射する光束の範囲を示した正面図である。 Ｆ値と補正係数との関係を示した図である。 赤画素、緑画素、青画素の一対の光電変換素子に入射する光束の範囲を重ねて示した正面図の拡大図である。 Ｆ値と補正係数との関係を示した図である。 デジタルスチルカメラの撮像動作を示すフローチャートである。 一対の光電変換素子および素子分離領域１７の部分拡大図である。 Ｆ値と補正係数との関係を示した図である。 撮像素子の詳細な構成を拡大して示す正面図である。 撮像面に設定した撮影画面上における焦点検出エリアを示す図である。 撮像素子の詳細な構成を拡大して示す正面図である。 モノクロの撮像素子における焦点検出画素配列の一部の行を表示した図である。

一実施の形態の撮像装置として、レンズ交換式のデジタルスチルカメラを例に挙げて説明する。図１は本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の構成を示すカメラの横断面図である。本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１は、交換レンズ２０２とカメラボディ２０３とから構成され、交換レンズ２０２がマウント部２０４を介してカメラボディ２０３に装着される。カメラボディ２０３にはマウント部２０４を介して種々の撮影光学
系を有する交換レンズ２０２が装着可能である。

交換レンズ２０２は、レンズ２０９、ズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０、絞り２１１、レンズ駆動制御装置２０６などを備えている。レンズ駆動制御装置２０６は、不図示のマイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。レンズ駆動制御装置２０６は、フォーカシング用レンズ２１０の焦点調節、絞り２１１の開口径調節のための駆動制御、ならびにズーミング用レンズ２０８、フォーカシング用レンズ２１０および絞り２１１の状態検出などを行う。また、後述するボディ駆動制御装置２１４との通信によりレンズ情報の送信およびカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の受信を行う。絞り２１１は、光量およびボケ量調整のために光軸中心に開口径が可変な開口を形成する。

カメラボディ２０３は、撮像素子２１２、ボディ駆動制御装置２１４、液晶表示素子駆動回路２１５、液晶表示素子２１６、接眼レンズ２１７、メモリカード２１９などを備えている。撮像素子２１２には、画素が二次元状に配置される。この撮像素子２１２については詳細を後述する。

ボディ駆動制御装置２１４は、マイクロコンピューター、メモリ、駆動制御回路などから構成される。ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の駆動制御と、画素信号の読み出しと、画素信号に基づく焦点検出演算および交換レンズ２０２の焦点調節を繰り返し行うとともに、画素信号に基づく画像データの生成処理および記録、カメラの動作制御などを行う。また、ボディ駆動制御装置２１４は電気接点２１３を介してレンズ駆動制御装置２０６との通信を行い、レンズ情報の受信およびカメラ情報の送信を行う。

液晶表示素子２１６は電気的なビューファインダー（ＥＶＦ：Electronic View Finder）として機能する。液晶表示素子駆動回路２１５は撮像素子２１２から読み出された撮像画像データに基づき、スルー画像（撮像画像）を液晶表示素子２１６に表示し、撮影者は接眼レンズ２１７を介してスルー画像を観察することができる。メモリカード２１９は、撮像素子２１２により撮像された画像データを記憶する画像ストレージである。

交換レンズ２０２を通過した光束により、撮像素子２１２の撮像面上に被写体像が形成される。この被写体像は撮像素子２１２により光電変換され、画素の出力信号がボディ駆動制御装置２１４へ送られる。

ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の画素の出力信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送る。また、ボディ駆動制御装置２１４は、撮像素子２１２の画素の出力信号を処理して画像データを生成し、メモリカード２１９に格納するとともに、液晶表示素子駆動回路２１５へ送り、スルー画像を液晶表示素子２１６に表示させる。さらに、ボディ駆動制御装置２１４は、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り制御情報を送って絞り２１１の開口制御を行う。ボディ駆動制御装置２１４は、図１４を用いて後述するように、画像生成制御機能および焦点検出制御機能を有する。

レンズ駆動制御装置２０６は、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値などに応じてレンズ情報を更新する。具体的には、ズーミング用レンズ２０８とフォーカシング用レンズ２１０の位置と絞り２１１の絞り値とを検出し、これらのレンズ位置と絞り値と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レンズ位置と絞り値とに応じたレンズ情報（Ｆ値、射出瞳距離情報など）を選択する。

レンズ駆動制御装置２０６は、受信したデフォーカス量に基づいてレンズ駆動量を算出し、レンズ駆動量に応じてフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置へ駆動する。また、レンズ駆動制御装置２０６は受信した絞り値に応じて絞り２１１を駆動する。

図２は、撮像素子２１２の正面図であり、この矩形領域の撮像素子２１２に後述する画素が２次元的に配置されている。撮像素子２１２の中心１９１は、撮影画面の中心に対応する場合、交換レンズ２０２の撮影光学系の光軸と一致している。撮像素子２１２の中心が撮影画面の中心に対応しない場合、以下の説明において、撮像素子２１２の中心１９１は撮影画面の中心に対応する撮像素子２１２上の位置を指すものとする。図２に示すように、撮像素子２１２上の中心１９１から離間した位置に一部の矩形領域１８０を定め、撮像素子２１２の水平方向をＸ方向、および垂直方向をＹ方向とする。中心１９１からＸ方向に距離ＸａおよびＸｂの位置にそれぞれ位置１９２および１９３を定める。距離Ｘｂは距離Ｘａよりも大きい。中心１９１からＸ方向の距離Ｘｃの位置に位置１９４を、および中心１９１から−Ｘ方向の距離Ｘｃの位置に位置１９５をそれぞれ定める。位置１９４と１９５とは、中心１９１に関して互いに対称である。中心１９１から−Ｘ方向の距離Ｘａの位置に位置１９６を定める。位置１９２と１９６とは、中心１９１に関して互いに対称である。中心１９１から−Ｘ方向の距離Ｘｂの位置に位置１９７を定める。位置１９３と１９７とは、中心１９１に関して互いに対称である。一部の矩形領域１８０および位置１９２〜１９７を例にした説明は後述する。

図３は、図２に示す矩形領域１８０での撮像素子２１２の詳細な構成を拡大して示す正面図であり、画素配列の詳細を示す。撮像素子２１２には画素３１１が二次元正方格子状に稠密に配列される。矩形で示す画素３１１はマイクロレンズ１０と一対の光電変換部１５および１６を備えている。各画素には赤フィルタ（Ｒ）、緑フィルタ（Ｇ）、青フィルタ（Ｂ）からなる色フィルタが設けられ、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。これらの色フィルタは、それぞれの色に対応する分光感度特性を有している。

画素３１１のマイクロレンズの形状は、元々画素サイズより大きな円形のマイクロレンズから画素サイズに対応した正方形の形状で切り出した形状をしている。

画素３１１は、矩形のマイクロレンズ１０と、受光領域が左右水平方向に分離された一対の光電変換素子１５、１６、および色フィルタ（不図示）とから構成される。本実施の形態において、光電変換素子１５および１６は各々フォトダイオードを有する。画素３１１に入射した光束は、マイクロレンズ１０により一対の光電変換部１５、１６上に集光される。

ここで画素３１１の詳細構造を、図４を用いて説明する。図４は、図２に示す撮像素子２１２の中心１９１近傍において水平方向（Ｘ方向）の直線で画素配列の断面をとった場合の画素３１１の断面図である。画素３１１では光電変換素子１５、１６の上に近接した面４１に遮光マスク３０が形成される。光電変換素子１５、１６は、遮光マスク３０の開口部３０ｄで制限された光を受光する。一対の光電変換素子１５、１６は素子分離領域１７を境界領域として半導体回路基板２９上に形成される。撮像素子２１２の水平方向（図４における横方向）において素子分離領域１７の中心を通る軸４３の位置とマイクロレンズ１０の光軸４２の位置とは一致している。

開口部３０ｄは略正方形であり、その中心は軸４３と一致している。遮光マスク３０の上には平坦化層３１が形成され、その上に色フィルタ３４が形成される。色フィルタ３４の上には平坦化層３２が形成され、その上にマイクロレンズ１０がオンチップレンズとして形成される。マイクロレンズ１０により、開口部３０ｄが配置された面４１は交換レンズの平均的な射出瞳距離にある測距瞳面と共役な関係になっている。測距瞳面については
後述する。

半導体回路基板２９上に形成された光電変換素子１５、１６は、半導体基板表面４０への入射光を受光し、光電変換により受光量に応じた量の電荷を発生する。この電荷は電気信号として撮像素子２１２の外部に読み出される。一対の光電変換素子１５および１６の並び方向は水平方向であり、後述する測距瞳面において一対の光束が通過する領域の並び方向と等しい。光電変換素子１５はその一対の光束の一方を受光し、光電変換素子１６はその一対の光束の他方を受光する。半導体基板表面４０と遮光マスク３０との間には平坦化層３１と同じ材質が充填される。

図５は、図２の位置１９２の近傍において水平方向（Ｘ方向）の直線で画素配列の断面をとった場合の画素３１１の断面図であり、図４で示す構成と同一の構成については図４と同じ符号で示すこととし、説明を省略する。図５において図４と異なる点は、撮像素子２１２の水平方向（図４における横方向）において素子分離領域１７の中心位置を通る軸４３の位置が、マイクロレンズ１０の光軸４２の位置より撮像素子２１２の中心１９１から離れる方向（図５においては右方向）にΔＰだけ偏位している点である。図４と同様に、マイクロレンズ１０により、開口部３０ｄが配置された面４１は後述する測距瞳面と共役な関係になっている。図４と比較して図５においては、光電変換素子１５、１６が受光する光束はマイクロレンズ１０の光軸４２に対して撮像素子２１２の中心１９１の方向に傾いた光束となり、このような構成により画面周辺におけるシェーディングを軽減している。

図４の構成において光電変換部１５、１６が受光する光束が測距瞳面において通る一対の領域と、図５の構成において光電変換部１５、１６が受光する光束が測距瞳面において通る一対の領域とが一致する。

図２において、位置１９２以外の像高に配置された画素においては、中心１９１からその画素位置までの水平方向（Ｘ方向）の距離に応じて、図５におけるマイクロレンズ１０の光軸４２に対する素子分離領域１７の中心位置を通る軸４３の偏位ΔＰが定められる。例えば図２において位置１９３の近傍に配置された画素における偏位ΔＰは、位置１９３の近傍に配置された画素における偏位ΔＰよりも大きな量となる。また図２においてＹ軸より左側に配置された画素においては、光軸４２に対する軸４３の偏位方向は図５とは逆に左方向になる。

以上のような構成により、すべての画素において光電変換部１５、１６が受光する光束は測距瞳面において同一の一対の領域を通過することになる。

また各画素３１１の一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算することにより、通常の撮像画素が撮影光束全体を受光した場合と略同等な出力が得られ、これにより画像データを得ることができる。

しかしながら、一対の光電変換部１５、１６は素子分離領域１７を境界領域に有しているので、撮影光束の一部は素子分離領域１７に入射して光電変換されない。従って一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した時の出力信号は、一対の光電変換素子１５、１６の代わりに、外形が光電変換素子１５、１６に外接する矩形であって素子分離領域１７を有しない１つの光電変換素子を配置した場合に該光電変換部から得られる実撮像出力よりも小さくなる傾向にある。そこで、本実施の形態では以下のようにして一対の光電変換素子１５、１６の出力を処理することにより画像品質を維持している。

図６は図２において撮像素子２１２の中心１９１に配置された画素の一対の光電変換素
子１５、１６に入射する光束の範囲を示した正面図である。画素の一対の光電変換素子１５、１６上にはマイクロレンズ１０により、交換レンズ２０２である撮影光学系の射出瞳の像が円形で形成される。円形の射出瞳の像の中心位置Ｃは、光電変換素子１５、１６の重心位置に相当する素子分離領域１７の中央位置Ｇと一致している。

撮影光学系のＦ値が小さい場合、射出瞳の像は円５１で表される。円５１の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較して小さいので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差は小さい。

撮影光学系のＦ値が中程度の場合、射出瞳の像は円５２で表される。円５２の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較して大きくなるので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差は大きくなる。

撮影光学系のＦ値がさらに大きくなった場合、射出瞳の像は円５３で表される。円５３の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較してさらに大きくなるので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差はさらに大きくなる。

上記のような偏差を補正するために、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られる出力信号に対し、撮影光学系のＦ値に対応した補正係数を乗ずることにより出力信号を補正して撮像出力に換算する。こうすることにより、撮像出力と実撮像出力との偏差が生じないようにする。

図７は図６に説明した撮影絞りのＦ値と補正係数との関係を示した図である。実線６１で表されるように、補正係数の値はＦ値が小さい場合はほぼ１であるが、Ｆ値が大きくなるにつれて１より大きな値に変化していく。補正係数の値は、実撮像出力と撮像出力との比を測定することによって得られる実測値でもよいし、実撮像出力と撮像出力との比を設計データに基づき計算で求めることによって得られる設計値であってもよい。実撮像出力と撮像出力との比は、例えば図６に示した射出瞳の像を表す円５１、５２または５３の面積値と、その面積値からその円と素子分離領域１７との重なり部分の面積値を差し引いた値との比である。

図７に示すＦ値と補正係数との関係に基づくルックアップテーブルを、例えばボディ駆動制御装置２１４が有するメモリに記憶させる。ルックアップテーブルを参照して撮像時のＦ値に応じた補正係数を選択し、該補正係数を一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られる出力信号に乗ずる補正により、実撮像出力との偏差が少ない高品質な撮像出力を得ることができる。

図８は、射出瞳面と測距瞳面との位置関係に応じて、撮像素子２１２上に配置された画素に到来する一対の光束が交換レンズの射出瞳によりどのように制限されるかについての口径蝕（ケラレ）の様子を示した図である。本発明は、このような口径蝕が存在する場合においても成り立つ。射出瞳は絞り開口を撮像素子側から見た時の像であり、射出瞳距離は撮像素子２１２から交換レンズの射出瞳９７までの距離である。撮像素子上に配列された画素の光電変換部１５、１６は、近接して配置された遮光マスク開口３０ｄの半分ずつの領域を通過した光束をそれぞれ受光する。全画素の遮光マスク開口３０ｄにおいて光電変換部１５が受光する光束が通る領域の形状はいずれも、マイクロレンズ１０により撮像素子２１２の撮像面から測距瞳距離ｄだけ離間した測距瞳面９０上の領域である測距瞳９５に投影される。全画素の遮光マスク開口３０ｄにおいて光電変換部１６が受光する光束
が通る領域の形状はいずれも、マイクロレンズ１０により撮像素子２１２の撮像面から測距瞳距離ｄだけ離間した測距瞳面９０上の領域である測距瞳９６に投影される。一対の測距瞳９５および９６は、いわゆる瞳分割方式の焦点検出における分割瞳に相当する。

各画素の光電変換部１５は、測距瞳９５を通過する光束を受光し、該光束によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度、すなわち受光量に応じた信号を出力する。各画素の光電変換部１６は、測距瞳９６を通過する光束を受光し、該光束によって各マイクロレンズ１０上に形成される像の強度、すなわち受光量に応じた信号を出力する。

実際は測距瞳面９０において光束は交換レンズ２０２の絞り開口により制限されており、最も明るい絞り開口径の場合においても、その開口径は測距瞳９５、９６を足し合わせた領域よりも小さくなるように設定される。

上述した一対の光電変換部１５、１６の出力を測距瞳９５および測距瞳９６に対応した一対の出力グループにまとめることによって、測距瞳９５と測距瞳９６をそれぞれ通過する一対の光束が画素配列上に形成する一対の像の強度分布に関する情報が得られる。この情報に対して像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を施すことによって、いわゆる瞳分割型位相差検出方式で一対の像の像ズレ量が検出される。さらに、像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔と測距瞳距離の比例関係に応じた変換演算を行うことによって、焦点検出位置における予定結像面と結像面の偏差（デフォーカス量）が算出される。

図８における撮像素子２１２の中心１９１、ならびに位置１９４および１９５は、それぞれ図２における中心１９１、ならびに位置１９４および位置１９５に対応する。中心１９１、位置１９４、位置１９５にそれぞれ配置された画素に、一対の光束（２８５，２８６）、（３８５，３８６）、（４８５，４８６）がそれぞれ到来する。各画素の一対の光電変換素子１５および１６が、各画素に到来する一対の光束をそれぞれ受光する。なお、交換レンズ２０２の光学系の光軸９１は撮像素子２１２の中心１９１を通る撮像素子２１２に対する法線である。撮像素子２１２の撮像面は、交換レンズ２０２の光学系の予定焦点面に配置されている。

交換レンズの射出瞳９７Ａが一対の測距瞳９５および９６と等しい位置にある場合、すなわち射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと一致する場合は、一対の測距瞳９５、９６は光軸９１上に中心を持つ円形の射出瞳に制限される。そのため、各画素に到来する一対の光束（２８５，２８６）、（３８５，３８６）、（４８５，４８６）は各々光軸に対して対称に制限される。

交換レンズの射出瞳９７Ｂが撮像素子２１２から射出瞳距離ｄｎの位置にある場合、すなわち射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄよりも短い場合は、中心１９１に配置された画素に到来する一対の光束（２８５，２８６）は光軸に対して対称に制限される。しかし、位置１９４、１９５に配置された画素に到来する一対の光束（３８５，３８６）、（４８５，４８６）は光軸９１に対して非対称となっているため、光軸対称な射出瞳９７Ｂにより非対称に制限される。

交換レンズの射出瞳９７Ｃが撮像素子２１２から射出瞳距離ｄｆの位置にある場合、すなわち射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄよりも長い場合は、中心１９１に配置された画素に到来する一対の光束（２７２，２７３）は光軸に対して対称に制限される。しかし、位置１９４、１９５に配置された画素に到来する一対の光束（３８５，３８６）、（４８５，４８６）は光軸９１に対して非対称となっているため、射出瞳距離ｄｎの場合とは反対方向に非対称に制限される。

以上のように交換レンズの射出瞳距離が測距瞳距離ｄではなく、かつ、一対の光束を受光する画素が撮像素子２１２の中心１９１にない場合には、その一対の光束は交換レンズ２０２の射出瞳により非対称に制限されることになる。非対称な制限の度合いは、交換レンズ２０２の射出瞳距離の測距瞳距離ｄからの偏差、および画素位置の中心１９１からの偏差に応じて変化する。

図９、図１０は図２において位置１９２に配置された画素の一対の光電変換素子１５、１６に入射する光束の範囲を示した正面図である。図９は交換レンズ２０２の射出瞳距離ｄｎ１が測距瞳距離ｄより短い場合、図１０は交換レンズの射出瞳距離ｄｎ２が測距瞳距離ｄおよび射出瞳距離ｄｎ１より短い場合を示している。画素の一対の光電変換素子１５、１６上には、マイクロレンズ１０により、交換レンズ２０２である撮影光学系の射出瞳の像が円形で形成されることになる。上述したように一対の光束が非対称に制限されるということは、円形の射出瞳の像の中心位置Ｃが、光電変換素子１５、１６の重心位置に相当する素子分離領域１７の中央位置Ｇからずれることに対応している。

撮影光学系のＦ値が小さい場合、射出瞳の像は円５１で表される。円５１の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較して小さいので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差は小さい。

撮影光学系のＦ値が中程度の場合、射出瞳の像は円５２で表される。円５２の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較して大きくなるので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差は大きくなる。

撮影光学系のＦ値がさらに大きくなった場合、射出瞳の像は円５３で表される。円５３の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較してさらに大きくなるので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差はさらに大きくなる。

交換レンズ２０２の射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと等しい場合には、位置１９２に配置された画素の一対の光電変換素子１５、１６に入射する光束の範囲は図６と同様になる。しかし、射出瞳距離ｄｎ１およびｄｎ２がともに測距瞳距離ｄより短い場合を示す図９を図６と比較すると、図９においては光電変換素子１５、１６の重心位置に相当する素子分離領域１７の中央位置Ｇに対して、円形の射出瞳の像の中心位置Ｃが光電変換素子１６側にずれる。したがって、素子分離領域１７上に入射する光束の量は図６に示す場合に比して少なくなる。

また図９および１０を比較すると、素子分離領域１７の中央位置Ｇからの射出瞳の像の中心位置Ｃのずれ量が、図９に示す射出瞳距離ｄｎ１の場合よりも図１０に示す射出瞳距離ｄｎ２の場合の方が大きい。すあなち、射出瞳距離ｄｎ１の場合よりも射出瞳距離ｄｎ２の場合の方が、素子分離領域１７上に入射する光束の量が少なくなる。

射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合、位置１９２に配置された画素においては、図９および１０において示した光電変換素子１５、１６と円５１、５２、および５３との相対的な位置関係とは逆の位置関係になる。すなわち、素子分離領域１７の中央位置Ｇに対して、円５１、５２、および５３の中心位置Ｃが光電変換素子１５側にずれる。

射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄより短く、かつ図２に示すように画素の位置が中心１９１に関して位置１９２と水平方向で対称な位置１９６にあった場合には、一対の光電変換
素子１５、１６と円５１、５２、および５３との相対的な位置関係は、図９および１０において示した位置関係と逆になる。すなわち、素子分離領域１７の中央位置Ｇに対して、円５１、５２、および５３の中心位置Ｃが光電変換素子１５側にずれる。

射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長く、かつ画素の位置が中心１９１に関して位置１９２と水平方向で対称な位置１９６にあった場合には、一対の光電変換素子１５、１６と円５１、５２、および５３との相対的な位置関係は、図９および１０において示した位置関係と同じになる。

上記のような現象によって生じる一対の光電変換素子１５、１６の出力信号の加算出力と実撮像出力との偏差を補正する。一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られた出力信号に対し、撮影光学系のＦ値と、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差とに対応した補正係数を乗じて補正することにより、撮像出力に換算する。こうすることにより、撮像出力と実撮像出力との偏差が生じないようにする。

図１１は、画素の位置が図２における位置１９２である場合において、上述した撮影絞りのＦ値と補正係数との関係を示した図である。補正係数の値は、Ｆ値が小さい場合はほぼ１であるが、Ｆ値が大きくなるにつれて１より大きな値に変化していく。実線６１は、射出瞳距離ｄが測距瞳距離ｄと等しい場合のＦ値と補正係数との関係を表し、図７の補正係数を表す実線６１と同一となる。

破線６２は、射出瞳距離ｄｆ１の場合の補正係数および射出瞳距離ｄｎ１の場合のＦ値と補正係数との関係を表し、補正係数はＦ値が大きくなるにつれて実線６１より小さな値となる。ただし、射出瞳距離ｄｆ１＞ｄであり、射出瞳距離ｄｎ１＜ｄであるものとする。

点線６３は、射出瞳距離ｄｆ２の場合の補正係数および射出瞳距離ｄｎ２の場合のＦ値と補正係数との関係を表し、補正係数はＦ値が大きくなるにつれて破線６２より小さな値となる。ただし、射出瞳距離ｄｆ２＞ｄｆ１であり、射出瞳距離ｄｎ２＜ｄｎ１であるものとする。

図１１においては代表的な３種類の射出瞳距離に対する補正係数しか示していないが、任意の射出瞳距離に応じて補正係数を定めることができる。また一般的に大きなＦ値においては、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差が大きくなるほど補正係数は小さくなる。

図１１に示すＦ値と補正係数との関係に基づくルックアップテーブルを、例えばボディ駆動制御装置２１４が有するメモリに記憶させる。ルックアップテーブルを参照して撮像時のＦ値と、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差とに応じた補正係数を選択し、該補正係数を一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られた出力信号に乗ずる補正により、実撮像出力との偏差が少ない高品質な撮像出力を得ることができる。

一対の光電変換出力信号は加算して用いるので、図１１で示す補正係数は画素の位置が中心１９１に関して位置１９２と水平方向で対称な位置１９６にあった場合にも適用することができる。

交換レンズ２０２の射出瞳距離ｄｎ１が測距瞳距離ｄより短い場合、図２における位置１９２に配置された画素の一対の光電変換素子１５、１６に入射する光束の範囲は、上述したように図９で表される。図２における位置１９３に配置された画素の一対の光電変換素子１５、１６に入射する光束の範囲は、図１０と同様に表される。画素の一対の光電変換素子１５、１６上には、マイクロレンズ１０により、交換レンズ２０２である撮影光学
系の射出瞳の像が円形で形成されることになる。円形の射出瞳の像の中心位置Ｃの、光電変換素子１５、１６の重心位置に相当する素子分離領域１７の中央位置Ｇからの位置偏差は、中心１９１に対する画素位置の水平方向（図２のＸ方向）の偏差に応じて大きくなる。

撮影光学系のＦ値が小さい場合、射出瞳の像は円５１で表される。円５１の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較して小さいので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差は小さい。

撮影光学系のＦ値が中程度の場合、射出瞳の像は円５２で表される。円５２の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較して大きくなるので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差は大きくなる。

撮影光学系のＦ値がさらに大きくなった場合、射出瞳の像は円５３で表される。円５３の内部に光束が入射し、そのうち素子分離領域１７に入射する光束の量は全体の光束の量に比較してさらに大きくなるので、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算した出力信号と実撮像出力との偏差はさらに大きくなる。

画素が中心１９１に配置されている場合には、画素の一対の光電変換素子１５、１６に入射する光束の範囲は図６と同様になる。しかし、画素が位置１９２に配置されている場合を示す図９を図６と比較すると、図９においては光電変換素子１５、１６の重心位置に相当する素子分離領域１７の中央位置Ｇに対して、円形の射出瞳の像の中心位置Ｃが光電変換素子１６側にずれる。したがって、素子分離領域１７上に入射する光束の量は図６に示す場合に比して少なくなる。

また図９および１０を比較すると、素子分離領域１７の中央位置Ｇからの射出瞳の像の中心位置Ｃのずれ量が、図９に示す画素が位置１９２に配置されている場合よりも図１０に示す画素が位置１９３に配置されている場合のほうが大きい。すなわち、素子分離領域１７上に入射する光束の量が少なくなる。

射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長い場合、位置１９２、位置１９３に配置された画素においては、図９および１０において示した光電変換素子１５、１６と円５１、５２、０よび５３との相対的な位置関係とは逆の位置関係になる。すなわち、素子分離領域１７の中央位置Ｇに対して、円５１、５２，５３の中心位置Ｃが光電変換素子１５側にずれる。

射出瞳距離ｄｎが測距瞳距離ｄより短く、かつ図２に示すように画素の位置が中心１９１に関して位置１９２、位置１９３と水平方向で対称な位置１９６、位置１９７にあった場合には、一対の光電変換素子１５、１６と円５１、５２、および５３との相対的な位置関係は、図９および１０に示した位置関係と逆になる。すなわち、素子分離領域１７の中央位置Ｇに対して、円５１、５２、および５３の中心位置Ｃが光電変換素子１５側にずれる。

射出瞳距離ｄｆが測距瞳距離ｄより長く、かつ画素の位置が中心１９１に関して位置１９２、位置１９３と水平方向で対称な位置１９６、位置１９７にあった場合には、一対の光電変換素子１５、１６と円５１、５２、および５３との相対的な位置関係は、図９および１０において示した位置関係と同じになる。

上記のような現象によって生じる一対の光電変換素子１５、１６の出力信号の加算出力と実撮像出力との偏差を補正する。一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られた出力信号に対し、撮影光学系のＦ値と画素位置とに対応した補正係数を乗じて補正することにより、撮像出力に換算する。こうすることにより、撮像出力と実撮像出力との偏差が生じないようにする。

画素の位置が図２において中心１９１、位置１９２、位置１９３である場合において、上述した撮影絞りのＦ値と補正係数との関係を示すと、定性的には図１１と同様の図が得られる。すなわち、補正係数はＦ値が小さい場合はほぼ１であるが、Ｆ値が大きくなるにつれて１より大きな値に変化していく。実線６１は画素位置が位置１９１の場合のＦ値と補正係数との関係を表しているとすると、画素位置が位置１９２の場合のＦ値と補正係数との関係については、破線６４のようにＦ値が大きくなるにつれて実線６１より小さな補正係数値となる。画素位置が位置１９３の場合の補正係数は、点線６５のようにＦ値が大きくなるにつれて破線６４より小さな値となる。

図１１においては代表的な３種類の画素位置に対する補正係数しか示していないが、任意の画素位置に応じて補正係数を定めることができる。また一般的に大きなＦ値においては、画面中心からの画素位置の偏差が大きくなるほど補正係数は小さくなる。

図１１と同様に表されるＦ値と補正係数との関係に基づくルックアップテーブルを、例えばボディ駆動制御装置２１４が有するメモリに記憶させる。ルックアップテーブルを参照して撮像時のＦ値と画素の位置（中心１９１から画素位置までの水平方向の距離）とに応じた補正係数を選択し、該補正係数を一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られた出力信号に乗ずる補正により、実撮像出力との偏差が少ない高品質な撮像出力を得ることができる。

一対の光電変換出力信号は加算して用いるので、図１１と同様に表される補正係数は画素の位置が中心１９１に関して位置１９２、位置１９３と水平方向で対称な位置１９６、位置１９７にあった場合にも適用することができる。

図１２は交換レンズのＦ値が大きく、射出瞳距離が測距瞳距離ｄより短いｄｎの場合、図２において位置１９２近傍に配置された赤画素、緑画素、青画素の一対の光電変換素子１５、１６に入射する光束の範囲を重ねて示した正面図の拡大図である。画素の一対の光電変換素子１５、１６上には、マイクロレンズ１０により、交換レンズ２０２である撮影光学系の射出瞳の像が円形で形成される。中心１９１からの画素位置の水平方向（図２のＸ方向）の偏差に応じて、円形の射出瞳の像の中心位置Ｃと、光電変換素子１５、１６の重心位置に相当する素子分離領域１７の中央位置Ｇとの位置偏差を生ずる。この位置偏差はマイクロレンズ１０の色収差に応じて変化する。

図１２において、円５５の内部に緑画素の色フィルタを通過した光束が入射し、円５６の内部に赤画素の色フィルタを通過した光束が入射し、円５７の内部に青画素の色フィルタを通過した光束が入射する。すなわち、円５５は緑画素の色フィルタを通過した光束によって形成される射出瞳の像であり、円５６は赤画素の色フィルタを通過した光束によって形成される射出瞳の像であり、円５７は青画素の色フィルタを通過した光束によって形成される射出瞳の像である。円５５〜５７の大きさは略等しいが、円５５の中心位置ＣＧ、円５６の中心位置ＣＲ、円５７の中心位置ＣＢは、色収差のため、中心１９１から画素位置までの水平方向と平行に互いに偏位している。このように画素が検出する色に応じて素子分離領域１７と各画素が受光する光束の範囲との位置関係が異なっている。したがって、一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られる出力信号に乗ずる補正係数も、画素の色、すなわち画素の分光感度特性に応じて異ならせる必要がある。

図１３は、画素の位置が位置１９２近傍である場合において、上述した撮影絞りのＦ値と補正係数との関係を示した図である。補正係数の値は、Ｆ値が小さい場合はほぼ１であるが、Ｆ値が大きくなるにつれて１より大きな値に変化していく。実線６６は、緑画素の場合のＦ値と補正係数との関係を表す。破線６７は、青画素の場合のＦ値と補正係数との関係を表し、補正係数はＦ値が大きくなるにつれて実線６６より大きな値となる。点線６８は赤画素の場合のＦ値と補正係数との関係を表し、補正係数はＦ値が大きくなるにつれて実線６６より小さな値となる。

図１３に示すＦ値と補正係数との関係に基づくルックアップテーブルを、例えばボディ駆動制御装置２１４が有するメモリに記憶させる。ルックアップテーブルを参照して撮像時のＦ値と画素の色とに応じた補正係数を選択し、該補正係数を一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られた出力信号に乗ずる補正により、実撮像出力との偏差が少ない高品質な撮像出力を得ることができる。

一対の光電変換出力信号は加算して用いるので、図１３で示す補正係数は画素の位置が中心１９１に関して位置１９２と水平方向で対称な位置１９６にあった場合にも適用することができる。

上述した説明においては説明の簡便化のため、撮影光学系のＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心１９１と画素位置との偏差、および画素の色（画素の分光感度特性）の４種類のパラメータのうち、特定のパラメータを固定して補正係数の説明を行った。しかし、実際には撮影光学系のＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心１９１と画素位置との偏差、画素の色（画素の分光感度特性）のすべてのパラメータは独立に変化できる。したがって、予めこれら４つのパラメータに基づいて求めた４次元ルックアップテーブル等を容易しておき、撮像時にこれら４つのパラメータに基づいて補正係数を算出することができる。

図１４は、本実施の形態のデジタルスチルカメラ２０１の撮像動作を示すフローチャートである。図１４に示す各処理ステップは、ボディ駆動制御装置２１４によって実行される。ボディ駆動制御装置２１４は、ステップＳ１００でカメラの電源がオンされると、ステップＳ１１０以降の撮像動作を開始する。

ステップＳ１１０において撮像素子２１２は一定周期で撮像動作を繰り返す（例えば１秒間に６０フレームを出力する）動作モードに設定される。そして１フレーム分の全画素データを読み出す。続くステップＳ１２０では、各画素の一対の画素データ（画素出力信号）を加算する。加算による出力信号（加算データ）に、交換レンズのＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心１９１と画素の位置との偏差（像高）、および画素の色に応じた補正係数を乗じた補正によって撮像出力に換算し、該撮像出力を液晶表示素子２１６にライブビュー表示させる。交換レンズのＦ値、射出瞳距離の情報は、ボディ駆動制御装置２１４と交換レンズ２０２との通信により得ることができる。具体的には、図３に示す画素配列３１１０において、画素３１１の一対の光電変換素子１５、１６の出力を出力信号Ｐ１、Ｐ２とし、補正係数をＫｐとすれば、画素３１１の撮像出力ＰはＰ＝（Ｐ１＋Ｐ２）×Ｋｐという換算式によって得られる。

ステップＳ１３０では撮像素子２１２に配置される一部の画素の一対の画素信号に基づき焦点検出を行い、デフォーカス量を算出する。例えば不図示の操作部材により撮影画面中の一部の領域（焦点検出エリア）を選択し、該選択された焦点検出エリアに対応する範囲内の画素出力信号に基づいて焦点検出を行う。デフォーカス量の信頼性が低い場合またはデフォーカス量の算出が不能であった場合は焦点検出不能となる。ステップＳ１３０の
詳細については後述する。

ステップＳ１４０で、合焦近傍か否か、すなわち算出されたデフォーカス量の絶対値が所定値以内であるか否かを調べる。合焦近傍でないと判定された場合は、ステップＳ１５０へ進み、デフォーカス量をレンズ駆動制御装置２０６へ送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を合焦位置に駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

なお、焦点検出不能な場合もこのステップに分岐し、レンズ駆動制御装置２０６へスキャン駆動命令を送信し、交換レンズ２０２のフォーカシング用レンズ２１０を無限から至近までの間でスキャン駆動させる。その後、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

ステップＳ１４０で合焦近傍であると判定された場合はステップＳ１６０へ進み、シャッターボタン（不図示）の操作によりシャッターレリーズがなされたか否かを判別する。シャッターレリーズがなされていないと判定された場合はステップＳ１１０へ戻り、上述した動作を繰り返す。一方、シャッターレリーズがなされたと判定された場合はステップＳ１７０へ進み、レンズ駆動制御装置２０６へ絞り調整命令を送信し、交換レンズ２０２の絞り値を制御Ｆ値（撮影者により設定されたＦ値または自動設定されたＦ値）にする。絞り制御が終了した時点で、撮像素子２１２に被写体輝度に応じた露光時間による撮像動作を行わせ、撮像素子２１２の全画素から画素出力信号を読み出す。

ステップＳ１８０において、各画素の一対の画素の画素出力信号を加算する。加算して得られた出力信号に、交換レンズ２０２のＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心１９１と画素の位置との偏差（像高）、および画素の色に応じた補正係数を乗じて補正することにより、撮像出力に換算する。全ての画素の出力信号を換算した撮像出力に基づき、画像データを生成する。続くステップＳ１９０では、生成された画像データをメモリカード２１９に記憶させ、ステップＳ１１０へ戻って上述した動作を繰り返す。

図１４のステップＳ１３０で用いられる一般的な像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の詳細は、特開２０１０−１２９７８３号公報に開示されており、その像ズレ量に変換係数を乗じてデフォーカス量が算出される。例えば、撮像素子２１２の垂直方向において中央に配置された行の画素配列３１１０が焦点検出エリアとして使用者により選択されたとする。この行には例えば緑画素と赤画素が配置されていたとすると、緑画素の出力信号および赤画素の出力信号からそれぞれデフォーカス量が算出される。

特開２０１０−１２９７８３号公報における開示に基づき、水平方向に配列した緑画素の一対の光電変換素子１５、１６の出力信号に基づいて相関量に対する極小値Ｃ（ｘ）を与えるずらし量ｘを求める。算出されたずらし量ｋｓの信頼性があると判定された場合は、式（１）により像ズレ量ｓｈｆｔに換算される。なお、式（１）において、ＰＹは画素ピッチの２倍であり、すなわち緑画素の検出ピッチと等しい。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・ｘ ・・・（１）

式（１）で算出された像ズレ量に所定の変換係数Ｋｄを乗じてデフォーカス量ｄｅｆへ変換する。なお変換係数Ｋｄは画素が受光する一対の光束の平均的な開き角に対応しており、測距瞳距離ｄを一対の測距瞳の重心間隔で除算した値である。また、変換係数Ｋｄは測距瞳の重心間隔が絞り開口径に応じて変化するために、絞り開口径（Ｆ値）に応じて変化する。
ｄｅｆ＝Ｋｄ×ｓｈｆｔ ・・・（２）

以上のようにして緑画素の出力信号に基づきデフォーカス量が算出される。同様にして赤画素の出力信号に基づきデフォーカス量が算出されるので、両者を平均して、使用者によって選択された焦点検出エリアの最終的なデフォーカス量とする。

以上のように本発明においては、画素の一対の光電変換素子の出力信号を加算後の出力信号に、撮影光学系のＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心１９１と画素の位置との偏差、および画素の色に応じた補正係数を加算データに乗ずる補正を行う。こうした補正により撮像出力に換算しているので、高品質な画像情報を得ることが出来る。

−−−変形例−−−
（１）上述した実施形態においては、画素の一対の光電変換素子の出力信号を加算後の出力信号に、撮影光学系のＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心と画素の位置との偏差、および画素の色に応じた補正係数を加算データに乗ずる補正により画像データに換算している。しかし、補正係数は必ずしも撮影光学系のＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心と画素の位置との偏差、および画素の色の４つのパラメータに応じて決める必要はない。

交換レンズの撮影光学系のＦ値が固定な場合には、撮影光学系の射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心と画素の位置との偏差、および画素の色の３つのパラメータに応じて補正係数を決めればよい。交換レンズの射出瞳距離が固定な場合には、撮影光学系のＦ値、撮像素子の中心と画素の位置との偏差、および画素の色の３つのパラメータに応じて補正係数を決めればよい。モノクロの撮像素子の場合には、撮影光学系のＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心と画素の位置との偏差の３つのパラメータに応じて補正係数を決めればよい。

（２）上述した実施形態においては、画素の一対の光電変換素子の出力信号を加算後の出力信号に、撮影光学系のＦ値に応じた補正係数を加算データに乗ずる補正により画像データに換算している。しかし、これに限定されることなく補正係数を上記のＦ値に加えて他のレンズ情報に基づいて決定してもよい。

図８においては一対の光電変換素子が受光する一対の光束が、撮影光学系の射出瞳（絞り開口）により制限されることを説明した。撮像素子の周辺に配置された画素においては、一対の光電変換素子が受光する一対の光束は、絞り開口よりも被写体側に配置されたレンズ、いわゆる前玉の外形や、絞り開口よりも撮像素子側に配置されたレンズ、いわゆる後玉の外形によっても制限されることもある。そこで、絞り開口のＦ値および射出瞳距離データの他に前玉や後玉の開口径の瞳情報（Ｆ値、瞳距離）にも応じて補正係数を決定するようにしてもよい。

（３）上述した実施形態においては、画素の一対の光電変換素子の出力信号を加算後の出力信号に、撮影光学系のＦ値、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮像素子の中心と画素の位置との偏差、および画素の色に応じた補正係数を加算データ（加算後の出力信号）に乗ずる補正により、画像データを構成する撮像出力に換算している。しかし、これに限定されることなく補正係数を上記のパラメータ以外のパラメータに基づいて決定してもよい。

例えば撮像素子を交換可能なカメラシステムにおいては、撮像素子の種類に応じて一対の光電変換素子の間の素子分離領域１７の幅と受光光束の大きさとの関係が異なる場合がある。

図１５は、射出瞳距離および画素位置が所定値をとる場合における一対の光電変換素子１５、１６および素子分離領域１７の部分拡大図であって、円５８は、撮影光学系が大きなＦ値をとるときの射出瞳の像を示している。円５８の大きさは、同じＦ値であっても、撮像素子の画素サイズに応じて変更されるマイクロレンズの光学特性やマイクロレンズから光電変換素子までの距離などのパラメータに応じて変化する。素子分離領域１７の幅Ｗｐも撮像素子の画素サイズや製造プロセスに応じて変化するので、前述した補正係数をこのような撮像素子の画素構造パラメータに応じて変化させる必要がある。

図１６は、撮像素子の画素構造パラメータとして素子分離領域１７の幅のみが変化するとして、画素の位置が位置１９２近傍である場合において、上述した撮影絞りのＦ値と補正係数との関係を示した図である。補正係数の値は、Ｆ値が小さい場合はほぼ１であるが、Ｆ値が大きくなるにつれて１より大きな値に変化していく。実線７０は素子分離領域１７の幅がＷｐの場合のＦ値と補正係数との関係を表す。破線７１は素子分離領域１７の幅がＷｐより大きい場合のＦ値と補正係数との関係を表し、補正係数はＦ値が大きくなるにつれて実線７０より大きな値となる。点線７２は素子分離領域１７の幅がＷｐより小さい場合のＦ値と補正係数との関係を表し、補正係数はＦ値が大きくなるにつれて実線７０より小さな値となる。

図１６に示すＦ値と補正係数との関係に基づくルックアップテーブルを、例えばボディ駆動制御装置２１４が有するメモリに記憶させる。ルックアップテーブルを参照して撮像時のＦ値と素子分離領域の幅とに応じた補正係数を選択し、該補正係数を一対の光電変換素子１５、１６の出力を加算して得られた出力信号に乗ずる補正により、実撮像出力との偏差が少ない高品質な撮像出力を得ることができる。

（４）上述した実施形態においては画素の一対の光電変換素子が水平方向に並んでいたが、図１７に示すように一対の光電変換素子１３および１４が垂直方向に並んだ画素３２１を備える撮像素子２１２Ａに対しても本発明を適用することが可能である。このような場合、一対の光電変換素子１３および１４の出力を加算して得られた出力信号に乗ずる補正係数は、撮像素子２１２Ａの中心から画素位置までの垂直方向の距離に応じて定められる。

また同様に一対の光電変換素子が斜め４５度方向に並んだ画素を、斜め４５度方向に配列するとともに、撮像素子の中心から画素位置までの該斜め４５度方向の距離に応じて補正係数を定めるようにしてもよい。

（５）上述した実施形態においては撮像素子のすべての画素が一対の光電変換素子を備えるとして説明を行ったが、本発明はそれに限定されることなく、撮像素子の一部の画素が一対の光電変換素子を備える構成にも適用可能である。

図１８は、交換レンズ２０２の予定結像面、すなわち撮像面に設定した撮影画面上における焦点検出位置（焦点検出エリア）を示す図であり、撮像素子２１２上の焦点検出画素（一対の光電変換部を備える）の配列が焦点検出の際に撮影画面上で像をサンプリングする領域（焦点検出エリア、焦点検出位置）の一例を示す。この例では、矩形の撮影画面１００上の中央（光軸上）および上下左右の５箇所に焦点検出エリア１０１〜１０５が配置される。長方形で示す焦点検出エリア１０１、１０２、１０３、１０４、１０５の長手方向に対応して、焦点検出画素が撮像素子上で水平方向に直線的に配列される。

図１９は撮像素子２１２Ｂの詳細な構成を示す正面図である。図１８における焦点検出エリア１０１、１０２、１０３、１０４、または１０５に対応する撮像素子２１２Ｂ上の位置の近傍を拡大した画素配列の詳細を示す。撮像素子２１２Ｂには撮像専用として用い
られる周知の撮像画素３１０が二次元正方格子状に稠密に配列される。撮像画素３１０は、マイクロレンズ１０と光電変換素子１１と色フィルタとを有する。撮像画素３１０はそれぞれの色フィルタが示す分光感度特性に対応した赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）からなり、ベイヤー配列の配置規則によって配置されている。図１９においては、焦点検出用に撮像画素３１０と同一の画素サイズを有する焦点検出画素３４１が水平方向に、本来緑画素と青画素とが連続的に配置されるべき水平行に直線上に連続して配列される。焦点検出画素３４１は、マイクロレンズ１０と一対の光電変換素子２５および２６とを有する。焦点検出画素３４１には本来その位置に配置されるべき撮像画素と同じ色のフィルタが設けられている。

上記のような構成の撮像素子２１２Ｂにおいても、焦点検出画素３４１の出力信号（一対の光電変換素子２５および２６の加算出力）を撮像出力に換算する際に、上述した実施形態と同じような補正係数を用いることができる。焦点検出画素３４１におけるこうした補正係数を用いた補正により出力信号から換算された撮像出力と、撮像専用の撮像画素が出力する撮像信号とに基づいて、画像データが生成される。

（６）上述した実施形態においては、画素の一対の光電変換素子の出力を加算する処理は、一旦撮像素子から全画素の一対の光電変換素子の出力信号を読み出した後にボディ駆動制御装置がソフト処理で行っていた。しかし、特開２００１−３０５４１５号公報に開示されるように画素毎に出力加算回路を備え、撮像出力に換算するための出力信号を読み出したい場合は、撮像素子２１２Ｂ側で該加算回路にて加算した出力信号をボディ駆動制御装置２１４が読み出すようにしてもよい。その場合、図１４のステップＳ１２０において、ボディ駆動制御装置２１４による一対の画素信号の加算は行われない。

（７）上述した実施形態においては、１つの画素が一対の光電変換素子を備えるとして説明を行ってきたが、これに限定されることなく、本発明は素子分離領域を有する画素であればどのような形態の画素を備えた撮像素子であっても適用することができる。例えば３つ以上の光電変換素子を１つの画素に備えた撮像素子に適用することができ、特開昭５８−２４１０５号公報の図２に開示されたような１つの画素に４分割された光電変換素子を持つ撮像素子にも適用することができる。

（８）上述した実施形態においては、１つの画素が一対の光電変換素子を備えるとして説明を行ってきた。しかし、これに限定されることなく、１つの画素に一対の光電変換素子の一方を持ち、これとペアとなる画素に一対の光電変換素子の他方を持つような撮像素子にも適用することができる。例えば特開２００９−１４５５２７号公報に開示された構成を有する撮像装置の実施形態においては、ペアを形成する画素が一対の光電変換素子の片方ずつを備えており、これらの画素ペアの出力信号に応じて焦点検出信号に基づく焦点検出および撮像出力に基づく画像データの生成を行っている。このような構成の撮像装置にも本発明を適用することができる。

すなわち特開２００９−１４５５２７号公報に開示されたような実施形態においては、ペアを形成する画素の一対の光電変換素子を仮想的に１つの画素上で重ね合わせると光電変換素子同士がオーバーラップしている。したがって、一対の光電変換素子の出力を加算した場合、加算後の出力信号は、撮像画素のように１つの光電変換素子で受光した時の出力より大きくなってしまう。これを補正するために、加算後の出力信号に１より小さくなる補正係数を乗ずることにより、画像データを生成するための撮像出力への適切な換算がなされる。

図２０はこのような実施形態を適用したモノクロの撮像素子における焦点検出画素配列の一部の行を表示したものである。一対の光電変換素子のうちの一方の光電変換素子２７
を有する焦点検出画素３３１と、他方の光電変換素子２８を有する焦点検出画素３３２との画素ペア（Ｓ１_ｎ−１，Ｓ２_ｎ−２）、（Ｓ１_ｎ，Ｓ２_ｎ）、（Ｓ１_ｎ＋１，Ｓ２_ｎ＋１）・・・の画素データ（信号）を（Ｌ_ｎ−１，Ｒ_ｎ−１）、（Ｌ_ｎ，Ｒ_ｎ）、（Ｌ_ｎ＋１、Ｒ_ｎ＋１）・・・とする。このような構成において例えば画素Ｓ１_ｎにおける撮像出力ＰＬｎを得るためには、補正係数をＫｑとしてＰＬｎ＝（Ｌ_ｎ＋（Ｒ_ｎ−１+ Ｒ_ｎ）／２）×Ｋｑで求めることができる。なお補正係数Ｋｑは一対の光電変換素子２７および２８のオーバーラップ量と、撮影光学系のＦ値と、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差と、撮像素子の中心と焦点検出画素の位置との偏差とに応じて定められる。

オーバーラップ量がマイナスの場合、すなわちペアを形成する画素の一対の光電変換素子を仮想的に１つの画素上で重ね合わせると一対の光電変換素子の間にギャップがある場合には、１画素に素子分離領域を隔てて一対の光電変換素子が配置される場合と同じく、補正係数は１より大きくなる。

（９）上述した実施形態においては、一対の光電変換素子のデータを加算して得られる出力信号に補正係数を乗じて画像データを生成するための撮像出力に換算し、該画像データを画像情報として表示または記録する。しかし、撮像装置の形態はこれに限定されるものではない。例えば撮像装置において一対の光電変換素子のデータを用いて立体画像表示をしたり、一対の光電変換素子のデータを加算せずにそのまま立体画像表示用に記録してもよい。一対の光電変換素子のデータを加算せずにそのまま立体画像表示用に記録する際には、撮影時の撮影光学系のＦ値、射出瞳距離のデータや、撮像素子の識別情報を立体画像表示用データに関連付けて保存しておく。このようにして記録されたデータを外部処理装置において読み出し、一対の光電変換素子のデータを加算して得られる出力信号に補正係数を乗じて画像データを生成するための撮像出力に換算し、該画像データを画像情報として表示することができる。

具体的には外部処理装置において、撮像素子の識別情報に基づき予め格納されている撮像素子のデータベースから該当する撮像素子の特性、すなわち画素位置を算出するための画素ピッチ、測距瞳距離、素子分離領域の幅などの画素構造データを読み出す。それとともに、該撮像素子用に用意された補正係数のデータベースに基づいて補正係数を、撮像素子の中心と画素位置との偏差、射出瞳距離と測距瞳距離との偏差、撮影光学系のＦ値、および画素の色に応じて決定する。

（１０）上述した実施形態においては、撮像素子としてＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等を用いることもできる。

（１１）撮像装置としては、上述したような、カメラボディに交換レンズが装着される構成のデジタルスチルカメラに限定されない。例えば、レンズ一体型のデジタルスチルカメラ、あるいはビデオカメラにも本発明を適用することができる。さらには、携帯電話などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラやロボット用の視覚認識装置、車載カメラなどにも適用できる。

１０ マイクロレンズ、
１３、１４、１５、１６、２５、２６、２７、２８ 光電変換素子、
２９ 半導体回路基板、３０ 遮光マスク、３１、３２ 平坦化層、
３４ 色フィルタ、４０ 半導体基板表面、４１ 面、４２ 光軸、４３ 軸、
５１、５２、５３、５５、５６、５７ 円、
６１、６６、７０ 実線、６２、６７、７１ 破線、６３、６８、７２ 点線、
９０ 測距瞳面、９１ 光軸、９５ 、９６ 測距瞳、９７ 射出瞳、
１００ 撮影画面、１０１〜１０５ 焦点検出エリア、
１９１ 中心、１９２、１９３、１９４、１９５、１９６、１９７ 位置、
２０１ デジタルスチルカメラ、２０２ 交換レンズ、２０３ カメラボディ、
２０４ マウント部、２０６ レンズ駆動制御装置、
２０８ ズーミング用レンズ、２０９ レンズ、２１０ フォーカシング用レンズ、
２１１ 絞り、２１２ 撮像素子、２１３ 電気接点、
２１４ ボディ駆動制御装置、２１５ 液晶表示素子駆動回路、２１６ 液晶表示素子、２１７ 接眼レンズ、２１９ メモリカード、
２８５、２８６、３８５、３８６、４８５、４８６ 光束、
３１０ 撮像画素、３１１、３２１ 画素、３３１、３３２、３４１ 焦点検出画素、
３１１０ 画素配列

Claims (9)

1. 撮影光学系の測距瞳面の第１及び第２の領域を通過した第１及び第２の光束をそれぞれ受光する、分離領域を隔てて配置された第１及び第２の光電変換部を有する複数の第１画素を含む撮像素子と、
   前記第１及び第２の光電変換部から出力された第１及び第２の出力信号が加算された加算出力信号を、前記撮影光学系の射出瞳と前記撮像素子との距離と、前記測距瞳面と前記撮像素子との距離との差に基づき補正する補正部と、
   前記補正部によって補正された前記加算出力信号に基づいて画像データを生成する画像生成部と、を備える撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記補正部は、前記撮影光学系の射出瞳と前記撮像素子との距離と、前記撮像素子と前記測距瞳面との距離との差が大きくなる程小さくなる補正値に基づき、前記加算出力信号を補正する撮像装置。
3. 撮影光学系を通過する第１及び第２の光束が入射するマイクロレンズと、前記マイクロレンズを通過した前記第１及び第２の光束をそれぞれ受光する、分離領域を隔てて配置された少なくとも第１及び第２の光電変換部とを有する複数の第１画素を含む撮像素子と、
   前記第１及び第２の光電変換部から出力された第１及び第２の出力信号が加算された加算出力信号を、前記マイクロレンズに関して前記第１及び第２の光電変換部の受光面と光学的に共役な位置と、前記撮影光学系の射出瞳の位置との差に基づき補正する補正部と、
   前記補正部によって補正された前記加算出力信号に基づいて画像データを生成する画像生成部と、を備える撮像装置。
4. 請求項３に記載の撮像装置において、
   前記補正部は、前記マイクロレンズに関して前記第１及び第２の光電変換部の受光面と光学的に共役な位置と、前記撮影光学系の射出瞳の位置との差が大きくなる程小さくなる補正値に基づき、前記加算出力信号を補正する撮像装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記複数の第１画素の前記第１及び第２の光電変換部の第１及び第２の出力信号に基づき前記撮影光学系の焦点検出を行う焦点検出部を更に備える撮像装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記撮像素子は、前記撮影光学系を通過した光束を受光する一つの光電変換部を有する複数の第２画素を更に含み、
   前記画像生成部は、前記補正部によって補正された前記加算出力信号と前記第２画素の光電変換部からの出力信号とに基づき、前記画像データを生成する撮像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記第１画素は、分光感度が互いに異なった複数種の画素を含み、
   前記補正部は、前記分光感度に基づき前記加算出力信号を補正する撮像装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の撮像装置において
   前記補正部は、前記撮影光学系のＦ値に基づき前記加算出力信号を補正する撮像装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の撮像装置において
   前記補正部は、前記撮像素子の撮像面内における前記第１画素の位置に基づき前記加算
   出力信号を補正する撮像装置。
   

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