JP6053479B2 - 焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、一つのマイクロレンズを共有する複数の画素を備えた撮像素子を用いて瞳分割像を取得することにより、位相差方式の焦点検出を行う焦点検出装置に関する。

従来から、１つのマイクロレンズ（以下「ＭＬ」という。）に対応する１つの画素において、複数の分割した光電変換部（以下「ＰＤ」という。）を有し、撮像とともに位相差方式の焦点検出を行う焦点検出装置（撮像装置）が知られている。

特許文献１には、分割されたＰＤ（以下、「分割ＰＤ」という。）により瞳分割された画像信号を取得し、位相差方式の焦点検出処理を行う構成が開示されている。また特許文献１の構成では、同一のマイクロレンズに対応する分割ＰＤの出力加算値を１画素の出力として扱うことにより撮像用画像信号を取得する。

特許文献２には、分割画素構造における高感度特性改善のために非破壊読み出しにより分割ＰＤの一部の電荷読み出しを行った後、各分割ＰＤの加算値を読み出し、演算により他方の分割ＰＤの画素値を推定する方法が開示されている。

特開２００１−８３４０７号公報 特許第４６９１９３０号

特許文献１、２に開示された分割ＰＤが飽和すると、隣接する分割ＰＤに飽和分の電荷が漏れ込む。このため、飽和している分割ＰＤと同一のマイクロレンズに対応する他の分割ＰＤの信号は、飽和電荷の漏れ込みにより位相差像の像崩れを引き起こす。このため、焦点検出前にそれぞれの分割ＰＤにおける飽和検出を行い、それぞれの分割ＰＤの飽和を考慮した焦点検出処理を行うことが望まれる。

しかしながら、特許文献２の構成において、飽和検出前に各分割ＰＤの信号を輝度成分信号に変換すると、輝度成分信号同士の演算から他の輝度成分信号を算出することになり、算出された輝度成分信号に対応する各分割ＰＤの本来の信号を知ることができない。この結果、高精度な焦点検出を行うことは困難である。

そこで本発明は、焦点検出精度を向上させた焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法を提供する。

本発明の一側面としての焦点検出装置は、一つのマイクロレンズを共有する第１の画素および第２の画素を備えた撮像素子からの信号を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出装置であって、前記第１の画素から得られた第１の信号の飽和検出を行う第１の飽和検出手段と、前記第２の画素から得られた第２の信号の飽和検出を画素毎に行う第２の飽和検出手段と、前記飽和検出の後に複数の前記第１の信号および複数の前記第２の信号をそれぞれ加算した輝度信号を生成する輝度生成手段と、前記輝度信号に基づいて相関演算を行う演算手段とを有する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記焦点検出装置を有する。

本発明の他の側面としての撮像システムは、前記撮像装置と前記撮像装置に着脱可能なレンズユニットとを有する。

本発明の他の側面としての焦点検出方法は、一つのマイクロレンズを共有する第１の画素および第２の画素を備えた撮像素子からの信号を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出方法であって、前記第１の画素から得られた第１の信号の飽和検出を行うステップと、前記第２の画素から得られた第２の信号の飽和検出を画素毎に行うステップと、前記飽和検出の後に複数の前記第１の信号および複数の前記第２の信号をそれぞれ加算した輝度信号を生成するステップと、前記輝度信号に基づいて相関演算を行うステップとを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、焦点検出精度を向上させた焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法を提供することができる。

本実施例における撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 本実施例における固体撮像素子の単位画素セルの平面図である。 本実施例におけるＢ像用画素信号の算出を説明するタイミングチャートである。 本実施例におけるＢ像算出部の回路構成図である。 本実施例におけるＡ像輝度生成部の回路構成図である。 本実施例における分割ＰＤの画素値を用いて焦点検出動作（合焦動作）を行う場合の概念図である。 本実施例におけるＣＰＵの撮影動作を示すフローチャートである。 本実施例におけるライブビュー動作のサブルーチンを示すフローチャートである。 本実施例におけるＡＦ動作時のサブルーチンを示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本実施例における撮像装置の構成について説明する。図１は、撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、一つのマイクロレンズを共有する複数の画素（第１の画素、第２の画素）を備えた撮像素子（固体撮像素子１０２）を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出装置を有する。

図１において、１０１は、ピントを調整するためのフォーカシングレンズを含む光学レンズ群、シャッター、絞り、および、レンズ制御部などを備えて構成される光学系ユニットである。光学系ユニット１０１は、後述の駆動制御部１１３の出力に基づいて駆動制御される。１０２は、後述の単位画素セルが２次元マトリクス状に配列された固体撮像素子である。固体撮像素子１０２の露光量は、光学系ユニット１０１に設けられたシャッターの動作により制御される。なお本実施例において、光学系ユニット１０１は、撮像装置１００と一体的に構成されているが、これに限定されるものではない。本実施例は、例えば、撮像装置１００（撮像装置本体）に着脱可能なレンズ装置（光学系ユニット１０１）を、撮像装置１００に取り付けた撮像システムにも適用可能である。

続いて、図２を参照して、本実施例における固体撮像素子１０２の単位画素セルについて説明する。図２は、単位画素セルの平面図である。図２において、１は固体撮像素子１０２の内部に配列された単位画素セルである。１ａ、１ｂは、それぞれ、光電変換素子（ＰＤ）を含む画素である。画素１ａ、１ｂからの信号は、それぞれ個別に出力できるように構成されている。また、画素１ａ、１ｂの上面には、同色のカラーフィルタが配設されている。

２はマイクロレンズである。一つのマイクロレンズ２の下に配置されている複数の画素１ａ、１ｂは、同一のマイクロレンズ２を介して入射光を取り込む分割ＰＤとして扱われる。画素１ａ、１ｂは、その配置により、瞳分割して得られた複数の異なる像（Ａ像用画素信号、Ｂ像用画素信号）を得ることができる。Ａ像用画素信号およびＢ像用画素信号は、固体撮像素子１０２の内部で加算して読み出すことが可能であり、加算して読み出された画素信号を撮像用画素信号とする。

固体撮像素子１０２には、前述のように、単位画素セル１がベイヤー配列で繰り返し（２次元状に）配置されている。固体撮像素子１０２は、単位画素セル１中に構成される分割ＰＤ（画素１ａ、１ｂ）に蓄積された電荷を選択的に非破壊で、または、同一のマイクロレンズ２の下に存在する分割ＰＤ（画素１ａ、１ｂ）に蓄積された値を加算して読み出すことができる。ここで「非破壊」とは、特定の画素から画素信号が読み出された後にもその画素に画素信号が保持されている状態をいう。固体撮像素子１０２は、水平方向における１ライン分のＡ像用画素信号の読み出し（非破壊読み出し）を行った後、同一ラインのＡ像用画素信号とＢ像用画素信号の加算読み出しを順次行う。

Ａ／Ｄ変換部１０３は、固体撮像素子１０２から出力されるアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換して信号分離部１０４に出力する。信号分離部１０４（信号分離手段）は、入力された画素信号の種別を判定する。そして信号分離部１０４は、画素信号がＡ像用画素信号である場合、画素信号をＡ像飽和検出部１０５（第１の飽和検出手段）に出力する。一方、信号分離部１０４は、画素信号が撮像用画素信号（Ａ像用画素信号とＢ像用画素信号の加算信号）である場合、画素信号をＢ像算出部１０７に出力する。このように信号分離部１０４は、Ａ像用画素信号（第１の信号）、および、Ａ像用画素信号とＢ像用画素信号（第２の信号）との加算信号である撮像用画素信号（第３の信号）を順次入力し、Ａ像用画素信号と撮像用画素信号とを分離する。

Ａ像飽和検出部１０５（第１の飽和検出手段）は、画素１ａ（第１の画素）から得られたＡ像用画素信号（第１の信号）の飽和検出を行う。すなわちＡ像飽和検出部１０５は、入力された画素信号（Ａ像用画素信号）が所定の飽和レベルに達しているか否かを判定し、この画素信号に飽和ビットを付加して遅延ライン１０６に出力する。Ａ像飽和検出部１０５は、入力された画素信号が所定の飽和レベルに達している場合には、この画素信号が飽和画素であると判定する。このときＡ像飽和検出部１０５は、この画素信号の最上位ビット（ＭＳＢ）または最下位ビット（ＬＳＢ）に、飽和ビットとしての１を付与する。なお、飽和ビットの付与に関しては、画素信号の一部を飽和ビットとして取り扱うように構成してもよい。また、飽和ビットの極性についても限定されるものではない。

Ａ像飽和検出部１０５から出力されたＡ像用画素信号は、遅延ライン１０６（記憶手段）に入力される。遅延ライン１０６は、Ａ像飽和検出部１０５から出力されたＡ像用画素信号と、信号分離部１０４から出力された撮像用画素信号（Ａ象用画素信号とＢ像用画素信号との加算信号）とのタイミングを合わせて、これらの画素信号をＢ像算出部１０７に出力する。すなわち遅延ライン１０６は、信号分離部１０４により分離されて順次出力されたＡ像用画素信号および撮像用画素信号のタイミングを合わせるように、Ａ像用画素信号を記憶する。本実施例において、遅延ライン１０６は、複数の遅延素子を備えて構成されるが、これに限定されるものではない。遅延ライン１０６からのＡ像用画素信号、および、信号分離部１０４からの撮像用画素信号が、Ｂ像算出部１０７に入力されると、Ｂ像算出部１０７は、後述の演算処理によりＢ像用画素信号を算出して出力する。

次に、図３を参照して、本実施例におけるＢ像用画素信号の算出方法について説明する。図３は、Ｂ像用画素信号の算出方法を説明するタイミングチャートである。図３において、固体撮像素子読み出し信号１１６は、固体撮像素子１０２から読み出される画素信号であり、Ａ／Ｄ変換部１０３の出力信号に相当する。

固体撮像素子１０２には、同一のマイクロレンズ２の下に２つの分割ＰＤ（画素１ａ、１ｂ）が設けられており、また、マイクロレンズ２ごとにベイヤー状のカラーフィルタが設けられている。ＲＡ、ＧＡ、ＢＡはそれぞれ、赤、緑、青のカラーフィルタを備えたマイクロレンズ２に対応する画素のＡ像用画素信号１１７（非破壊読み出し画素信号）を示す。Ｒ（Ａ＋Ｂ）、Ｇ（Ａ＋Ｂ）、Ｂ（Ａ＋Ｂ）はそれぞれ、赤、緑、青のカラーフィルタを備えた同一のマイクロレンズ２に対応する分割ＰＤ（画素１ａ、１ｂ）同士の加算信号（加算読み出し画素信号）を示す。ＲＢ、ＧＢ、ＢＢは、加算信号Ｒ（Ａ＋Ｂ）、Ｇ（Ａ＋Ｂ）、Ｂ（Ａ＋Ｂ）からＡ像用画素信号ＲＡ、ＧＡ、ＢＡをそれぞれ減算して得られたＢ像用画素信号１１８を示す。図３において、Ａ像用画素信号１１７は遅延ライン１０６の出力に相当し、Ｂ像用画素信号１１８はＢ像算出部１０７の出力に相当する。

固体撮像素子１０２の１ライン目の非破壊読み出しとして、Ａ像用画素信号ＲＡ、ＧＡを読み出す。Ａ像用画素信号ＲＡ、ＧＡの非破壊読み出しが完了すると、続いて固体撮像素子１０２は、加算信号Ｒ（Ａ＋Ｂ）、Ｇ（Ａ＋Ｂ）を分割ＰＤ同士の加算値として読み出す。このとき、Ｂ像用画素信号ＲＢ、ＧＢを演算で求めるため、Ａ像用画素信号ＲＡ、ＧＡは、遅延ライン１０６を用いて１ライン分だけ遅延させて、加算信号Ｒ（Ａ＋Ｂ）、Ｇ（Ａ＋Ｂ）から減算される。同様に、固体撮像素子１０２の２ライン目の読み出しに関しても、カラーフィルタをＲ、ＧからＧ、Ｂに変更することにより行われる。

次に、図４を参照して、本実施例におけるＢ像算出部１０７の構成および動作について説明する。図４は、Ｂ像算出部１０７の回路構成図である。Ｂ像算出部１０７には、遅延ライン１０６を介して出力されたＡ像用画素信号と、信号分離部１０４からの各色の撮像用画素信号（加算信号）が入力される。Ａ像用画素信号（Ａ）は、そのまま後段へ出力される経路と減算部４０１に入力される経路に分岐する。撮像用画素信号（Ａ＋Ｂ）も、そのまま後段へ出力される経路と減算部４０１に入力される経路に分岐する。

Ｂ像算出部１０７（算出手段）は、減算部４０１に入力されたＡ像用画素信号（Ａ）および撮像用画素信号（Ａ＋Ｂ）を用いて、以下の式（１）で表される演算を行うことによりＢ像画素信号を算出する。

Ｂ＝（Ａ＋Ｂ）−Ａ … （１）
すなわちＢ像算出部１０７は、遅延ライン１０６から出力されたＡ像用画素信号を撮像用画素信号から減算することによりＢ像用画素信号を算出する。減算部４０１から出力されたＢ像用画素信号（Ｂ）、すなわちＢ像算出部１０７により算出されたＢ像用画素信号は、順次、後段のＢ像飽和検出部１０８に出力される。Ｂ像飽和検出部１０８は、入力された画素信号（Ｂ像用画素信号）が所定の飽和レベルに達しているか否かを判定し、この画素信号に飽和ビットを付加してＢ像輝度生成部１１０に出力する。

Ｂ像飽和検出部１０８（第２の飽和検出手段）は、画素１ｂ（第２の画素）から得られたＢ像用画素信号（第２の信号）の飽和検出を行う。Ｂ像飽和検出部１０８は、入力された画素信号が所定の飽和レベルに達している場合には、この画素信号が飽和画素であると判定する。このときＢ像飽和検出部１０８は、この画素信号の最上位ビット（ＭＳＢ）または最下位ビット（ＬＳＢ）に、飽和ビットとしての１を付与する。なお、飽和ビットの付与に関しては、画素信号の一部を飽和ビットとして取り扱うように構成してもよい。また、飽和ビットの極性についても限定されるものではない。

Ｂ像算出部１０７から出力されたＡ像用画素信号は、Ａ像輝度生成部１０９に入力される。Ａ像輝度生成部１０９（輝度生成手段）は、飽和検出の後に、入力されたＡ像用画素信号（第１の信号）に基づいて、Ａ像の輝度信号ＹＡ（第１の信号の輝度信号）を生成する。

次に、図５を参照して、本実施例におけるＡ像輝度生成部１０９の回路構成について説明する。図５は、Ａ像輝度生成部１０９の回路構成図である。ここでは、水平１ライン目を構成するＡ像用画素信号ＲＡ、ＧＡがＡ像輝度生成部１０９に入力された場合について説明する。Ａ像輝度生成部１０９には、Ａ像用画素信号ＲＡ、ＧＡが、順次、水平方向に入力される。

入力されたＡ像用画素信号ＲＡ、ＧＡのうちの一方は、タイミングを合わせるためのフリップフロップ５０１を介して、乗算部５０３に出力される。Ａ像用画素信号ＲＡ、ＧＡは、乗算部５０２、５０３において所定の係数Ｋ１、Ｋ２がそれぞれ乗算され、加算部５０４に出力される。Ａ像用画素信号ＲＡ、ＧＡは、加算部５０４により互いに加算され、輝度信号Ｙの一部の成分信号（Ａ像の輝度信号ＹＡ）として出力される。このとき、不図示のＨカウンタは、入力画素が偶数番目または奇数番目のいずれかであるかを判定する。入力画素が偶数番目ＥＶＥＮである場合、Ａ像の輝度信号ＹＡは、マルチプレクサ５０５およびフリッププロップ５０６を介して後段に出力される。本実施例では、水平１ライン目を入力した場合について説明したが、Ａ像用画素信号ＧＡ、ＢＡが入力された場合には、係数Ｋ１、Ｋ２の値が変化する。

Ｂ像飽和検出部１０８から出力されたＢ像用画素信号は、Ｂ像輝度生成部１１０に入力される。Ｂ像輝度生成部１１０（輝度信号生成手段）は、飽和検出の後に、入力されたＢ像用画素信号（第２の信号）に基づいて、Ｂ像の輝度信号ＹＢ（第２の信号の輝度信号）を生成する。なお、Ｂ像輝度生成部１１０は、図５を参照して説明したＡ像輝度生成部１０９と同様の回路構成を有する。

焦点検出処理部１１１は、同一のマイクロレンズ２に対応して設けられた画素１ａ、１ｂ（Ａ像用画素、Ｂ像用画素）から得られたＡ像の輝度信号ＹＡおよびＢ像の輝度信号ＹＢに基づいて、デフォーカス量を求め、ＣＰＵ１１２に出力する。ＣＰＵ１１２（演算手段）は、輝度信号ＹＡ、ＹＢに基づいて求められたデフォーカス量を用いて相関演算を行う。本実施例のように位相差方式の焦点検出を行う場合、輝度信号を用いて演算を行うことにより、被写体色に依存しない相関演算結果を得ることができる。

次に、図６を参照して、本実施例における撮像装置１００の焦点検出動作（合焦動作）について説明する。図６は、本実施例における分割ＰＤ（画素１ａ、１ｂ）の画素値を用いて焦点検出動作（合焦動作）を行う場合の概念図である。

図６において、固体撮像素子１０２には、同一のマイクロレンズ２ごとに分離配置された画素ａ、ｂを有する複数の単位画素セルＰ（Ｐ１〜Ｐ１３）が配列されている。マイクロレンズ２の下に配置された画素ａ、ｂ（画素１ａ、１ｂ）に対する被写体上からの光束は、撮影光学系の中の画素ａ、ｂに対応する分割瞳を通って、画素ａ、ｂに入射するそれぞれの光束に分割される。

焦点検出の際には、画素ａ、ｂからのＡ像用画素出力およびＢ像用画素出力を、各々、列方向（または行方向）に組み合わせ、同色の単位画素セル群の出力として、Ａ像およびＢ像を生成かつデータ化し、各々の対応点のずれを相関演算によって求める。

相関演算の結果は、以下の式（２）により求められる。

Ｃ＝Σ｜ＹＡｎ−ＹＢｎ｜ … （２）
ここで、ｎは水平方向のマイクロレンズの数（番号）である。ＹＡｎ、ＹＢｎは、それぞれ、ｎ番目のマイクロレンズに対応するＡ像の輝度信号、Ｂ像の輝度信号である。Ｂ像の輝度信号ＹＢｎに対して対応画素をずらして得られた値をプロットし、ずれ量が最小となる位置が合焦位置である。

図６（ａ）に示されるように、合焦状態である場合、被写体像は単位画素セルＰ７の画素ａ、ｂに結像する。このため、Ａ像用画素群（画素ａ）とＢ像用画素群（画素ｂ）は略一致する。このとき、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量ｄ（ａ）は略０である（｜ｄ（ａ）｜≒０）。一方、図６（ｂ）に示されるように、後ピン状態である場合、被写体像は単位画素セルＰ９の画素ａ（Ａ像用画素群）、および、単位画素セルＰ５の画素ｂ（Ｂ像用画素群）に結像する。このとき、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量ｄ（ｂ）が発生する。また、図６（ｃ）に示されるように、前ピン状態である場合、被写体像は単位画素セルＰ５の画素ａ（Ａ像用画素群）、および、単位画素セルＰ９の画素ｂ（Ｂ像用画素群）に結像する。このとき、相関演算で求められるＡ像用画素群とＢ像用画素群の像ずれ量として、後ピン状態の場合と逆方向の像ずれ量ｄ（ｃ）が発生する。

すなわち、合焦状態ではＡ像用画素群およびＢ像用画素群は同一の被写体を見ているが、後ピン状態および前ピン状態ではＡ像用画素群およびＢ像用画素群は像ずれ量ｄだけずれた被写体を見ているということを意味する。実際には、得られた像ずれ量ｄおよび基線長に基づいて周知の技術によってデフォーカス量を求め、撮影光学系を移動させることで被写体の合焦制御を行う。

また、焦点検出処理部１１１は、デフォーカス量に関する情報に加え、デフォーカス量の算出に用いられた一対の信号中に含まれる飽和信号数をカウントし、ＣＰＵ１１２に出力する。ＣＰＵ１１２は、焦点検出処理部１１１の出力であるデフォーカス量および飽和信号数（飽和信号情報）に基づいて、駆動制御部１１３に光学系ユニット１０１に含まれるフォーカシングレンズの駆動情報を出力する。またＣＰＵ１１２は、撮像装置１００のシステム全体を制御する。

駆動制御部１１３は、ＣＰＵ１１２から出力された制御信号に基づいて光学系ユニット１０１に含まれるフォーカシングレンズの位置やシャッターの速度などの駆動情報を出力する。駆動情報とは、前述のデフォーカス量に基づいて得られた移動量（光学系ユニット１０１の駆動量）である。画像処理部１１４は、入力された撮像用信号に対して、欠陥画素補正やＡＥ、ＡＦ、ホワイトバランス調整、ガンマ調整、ノイズリダクション処理、同時化処理などのデジタル信号処理を行う。そして画像処理部１１４は、撮像用信号を不図示の記憶部（ＤＲＡＭ）を介して表示部１１５に出力する。表示部１１５は、不図示の記憶部（ＤＲＡＭ）を介して、液晶パネルなどの表示装置に撮影中の画像（画像ファイル）を表示する。

次に、図７を参照して、本実施例におけるＣＰＵ１１２（システム制御部）の一連の撮影動作について説明する。図７は、ＣＰＵ１１２の撮影動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ７００において、ＣＰＵ１１２は、撮像装置１００の不図示のメインＳＷの状態（電源ＯＮ／ＯＦＦの状態）を判定する。ステップＳ７００において電源がＯＮである場合、ステップＳ７０１へ進む。一方、ステップＳ７００において電源がＯＦＦである場合、電源がＯＮになるまでステップＳ７００の判定を繰り返す。

ステップＳ７０１において、ＣＰＵ１１２は、ライブビュー動作を行うための一連の動作を行う。なお、ライブビュー動作の詳細については後述する。続いてステップＳ７０２において、ＣＰＵ１１２は、不図示のスイッチＳＷ１の状態（ＯＮ／ＯＦＦの状態）を判定する。ステップＳ７０２においてスイッチＳＷ１がＯＮである場合、本撮影を行う前の撮影スタンバイ動作を行うためにステップＳ７０３に進む。一方、ステップＳ７０２においてスイッチＳＷ１がＯＦＦである場合、ステップＳ７００に戻る。

ステップＳ７０３において、ＣＰＵ１１２は、ライブビュー動作で得られた画像情報に基づいて、不図示の露出設定手段により予め設定された露出補正値を用いて画像の露出を決定する（ＡＥ動作）。そしてＣＰＵ１１２は、決定された露出に応じて、絞り値やシャッター速度（露出時間）を駆動制御部１１３に出力する。続いてステップＳ７０４において、ＣＰＵ１１２は、後述のライブビュー動作で得られたデフォーカス量および焦点検出処理部１１１から出力された飽和画素数に基づいて、ＡＦ動作を行う。本実施例におけるＡＦ動作の詳細については後述する。

次にステップＳ７０５において、ＣＰＵ１１２は、不図示のスイッチＳＷ２の状態（ＯＮ／ＯＦＦの状態）を判定する。ステップＳ７０５にてスイッチＳＷ２がＯＮである場合、本撮影を行うためにステップＳ７０６に進む。一方、ステップＳ７０５にてスイッチＳＷ２がＯＦＦである場合、ステップＳ７０１に戻る。

ステップＳ７０６において、ＣＰＵ１１２は、本撮影動作を行うように撮像装置１００のシステム全体を制御して、ステップＳ７０５に戻る。本実施例において、本撮影動作とは、固体撮像素子１０２に対して電荷クリア動作および電荷蓄積開始動作を行い、ステップＳ７０３にて決定された露出に基づいて、駆動制御部１１３を介して光学系ユニット１０１を制御してシャッターを開く。

固体撮像素子１０２は、本撮影画像の露光を開始し、ステップＳ７０３にて決定された露出（露出時間）に応じて、光学系ユニット１０１を制御してシャッターを閉じる。このとき、固体撮像素子１０２は、電荷蓄積を終了し、分割ＰＤ（画素１ａ、１ｂ）の加算値を読み出す。読み出された電荷は、Ａ／Ｄ変換部１０３、信号分離部１０４、および、画像処理部１１４を介して、ＳＤカードなどの不図示のメモリーカードに出力および記憶される。

次に、図８を参照して、図７のステップＳ７０１におけるライブビュー動作について説明する。図８は、ライブビュー動作のサブルーチンを示すフローチャートである。まずステップＳ８００において、ＣＰＵ１１２は、固体撮像素子１０２に蓄積された電荷をクリアする。続いてステップＳ８０１において、ＣＰＵ１１２は、固体撮像素子１０２にライブビュー画像を露光することにより電荷蓄積を開始する。そしてステップＳ８０２において、ＣＰＵ１１２は、所定の露出時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ８０２にて所定の露出時間が経過した場合、ステップＳ８０３に進む。一方、ステップＳ８０２にて所定の露出時間が経過していない場合、ステップＳ８０１に戻る。

ステップＳ８０３において、ＣＰＵ１１２は、電子シャッターを制御して固体撮像素子１０２に対する電荷蓄積を終了する。続いてステップＳ８０４において、信号分離部１０４は、Ａ像用画素信号と撮像用画素信号とを分離して、固体撮像素子１０２に蓄積された電荷を読み出す。そしてステップＳ８０５において、表示部１１５は、画像処理部１１４の出力に基づいて、液晶ディスプレイなどの不図示の外部表示デバイスにライブビュー用の画像を出力する（外部表示）。

次に、図９を参照して、図７のステップＳ７０４におけるＡＦ動作について説明する。図９は、ＡＦ動作のサブルーチンを示すフローチャートである。まずステップＳ９００において、ＣＰＵ１１２は、焦点検出処理部１１１から出力されたデフォーカス量および飽和信号数を読み出す。

続いてステップＳ９０１において、ＣＰＵ１１２は、読み出した飽和信号数が所定の閾値よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ９０１にて飽和信号数が所定の閾値よりも小さい場合、焦点検出処理の信頼性が高いと判定し、ステップＳ９０２に進む。ステップＳ９０２において、ＣＰＵ１１２は、駆動制御部１１３に対して、デフォーカス量に基づいてフォーカシングレンズ駆動制御信号を出力する。そして駆動制御部１１３は、フォーカシングレンズ駆動制御信号に基づいて、フォーカシングレンズを駆動する。

一方、ステップＳ９０１にて飽和信号数が所定の閾値以上である場合、焦点検出処理の信頼性が低いと判定し、ステップＳ９０３に進む。ステップＳ９０３において、ＣＰＵ１１２は、表示部１１５に対して、ＡＦのＮＧ判定表示の制御信号を出力する。そして表示部１１５は、液晶ディスプレイなどの不図示の外部表示デバイスにＡＦのＮＧ判定情報を表示する。

本実施例によれば、焦点検出処理前に、各分割ＰＤ単位の飽和検出、すなわちＡ像用画素とＢ像用画素のそれぞれの飽和検出を行うことができる。このため、位相差像崩れを考慮した焦点検出を行うことが可能となる。したがって本実施例によれば、焦点検出精度を向上させた焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、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。

１０２ 撮像素子
１０５ Ａ像飽和検出部
１０８ Ｂ像飽和検出部
１０９ Ａ像輝度生成部
１１０ Ｂ像輝度生成部
１１２ ＣＰＵ

Claims (11)

1. 一つのマイクロレンズを共有する第１の画素および第２の画素を備えた撮像素子からの信号を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出装置であって、
   前記第１の画素から得られた第１の信号の飽和検出を行う第１の飽和検出手段と、
   前記第２の画素から得られた第２の信号の飽和検出を画素毎に行う第２の飽和検出手段と、
   前記飽和検出の後に複数の前記第１の信号および複数の前記第２の信号をそれぞれ加算した輝度信号を生成する輝度生成手段と、
   前記輝度信号に基づいて相関演算を行う演算手段と、を有することを特徴とする焦点検出装置。
2. 前記第１の信号、および、該第１の信号と前記第２の信号との加算信号である第３の信号を順次入力し、該第１の信号と該第３の信号とを分離する信号分離手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
3. 前記信号分離手段により分離されて順次出力された前記第１の信号および前記第３の信号のタイミングを合わせるように、前記第１の信号を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段から出力された前記第１の信号を前記第３の信号から減算することにより前記第２の信号を算出する算出手段と、を更に有することを特徴とする請求項２に記載の焦点検出装置。
4. 前記記憶手段は、複数の遅延素子を備えて構成される遅延ラインであることを特徴とする請求項３に記載の焦点検出装置。
5. 前記第１の信号は、非破壊で前記撮像素子から読み出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
6. 前記第１の飽和検出手段は、前記第１の信号が所定のレベルを超えていると当該第１の信号の飽和を検出し、
   前記第２の飽和検出手段は、前記第２の信号が所定のレベルを超えていると当該第２の信号の飽和を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
7. 前記相関演算の結果及び前記第１及び第２の飽和検出手段による飽和検出の結果に基づいて焦点検出結果の信頼性判定を行う焦点検出手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
8. 前記一つのマイクロレンズを共有する前記第１及び第２の画素は前記マイクロレンズ毎に複数のカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の焦点検出装置を有することを特徴とする撮像装置。
10. 請求項９に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置に着脱可能なレンズ装置と、を有することを特徴とする撮像システム。
11. 一つのマイクロレンズを共有する第１の画素および第２の画素を備えた撮像素子からの信号を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出方法であって、
    前記第１の画素から得られた第１の信号の飽和検出を行うステップと、
    前記第２の画素から得られた第２の信号の飽和検出を画素毎に行うステップと、
    前記飽和検出の後に複数の前記第１の信号および複数の前記第２の信号をそれぞれ加算した輝度信号を生成するステップと、
    前記輝度信号に基づいて相関演算を行うステップと、を有することを特徴とする焦点検出方法。