JP6594046B2

JP6594046B2 - 撮像装置及び焦点調節方法

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Publication number: JP6594046B2
Application number: JP2015109419A
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Inventors: 啓仁甲斐
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Publication date: 2019-10-23
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Description

本発明は、焦点調節が可能な撮像装置に関する。

近年、レンズ交換式カメラ等の撮像装置において、表示又は記録のための画像信号を取得するとともに位相差式の焦点検出を行う撮像素子を複数有するものが知られている。特許文献１の撮像装置では、画像の生成に用いる撮像素子を２つ有する。動画を撮影するか静止画を撮影するかによって、どちらの撮像素子で画像を生成するかを使い分けている。一方の撮像素子で画像を生成しようとする場合は、他方の撮像素子を用いて焦点検出を行うことが開示されている。

特開２０１５−０３４９１７号公報

しかしながら、特許文献１では、各撮像素子における焦点検出性能の違いを使いわけることについては考慮されていないため、デフォーカスの程度に関係なく画像の生成に用いない撮像素子のみを焦点検出に用いる。そのため、デフォーカスの程度によっては焦点検出精度が下がってしまう場合がある。

本発明は、表示又は記録用の画像信号を取得するとともに焦点検出を行う２つの撮像素子について、デフォーカスの程度による焦点検出精度の低下を抑制することができる撮像装置、焦点調節方法、プログラム、及び記憶媒体を提供することを目的とする。

本発明は、それぞれが表示又は記録のための画像信号を取得するとともに、位相差式の焦点検出を行うための信号を取得することができる第１、第２の撮像素子を有する撮像装置において、撮影レンズを通過した光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、デフォーカスの程度を判定する第１の判定手段と、を有し、前記分割された光束の一方を受光する前記第１の撮像素子と、他方の光束を受光する前記第２の撮像素子がそれぞれ有する複数の画素部は１つの画素部につき１対の光電変換部を有し、前記１対の光電変換部が受光する光束がそれぞれ通過する撮影レンズの領域である１対の瞳領域の面積は、前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子とでは異なり、前記第１の判定手段の判定結果に応じて、前記制御手段は前記第１の撮像素子から取得した信号と、前記第２の撮像素子から取得した信号のどちらを焦点調節に用いるかを制御する制御手段を有するよう構成したことを特徴とする。

本発明によれば、デフォーカスの程度による焦点検出精度の低下を抑制することができる。

レンズ交換式カメラの模式図撮像素子１０２及び撮像素子１０３の有する画素部の構造図撮像素子１０２及び１０３に対応した瞳領域を示す図撮像素子１０２及び１０３を用いた焦点検出のフロー図図４の変形例としてのフロー図撮像素子１０４に対応した瞳領域を示す図撮像素子１０２及び１０４を用いた焦点検出のフロー図図７の変形例としてのフロー図瞳領域の分割方向が異なる場合を示した図

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説明する。

［第１の実施形態］
［撮像装置の説明］
図１は、本発明を実施した撮像装置の一例としての、レンズ交換式カメラ本体１００および交換レンズ２００の模式図である。交換レンズ２００はレンズ群を有しており、ここでは撮影レンズ２０１と定義する。また、撮影レンズの中でもフォーカス機能を持つレンズをフォーカスレンズ２１０と定義する。

交換レンズ２００の撮影レンズ２０１を透過した光束は、カメラ本体１００に備え付けられた不図示のミラーユニット内のメインミラー１０１に入射する。光束分割手段であるメインミラー１０１は本実施形態ではハーフミラーであるが、光束を分割できるものであればハーフミラーでなくても良い。メインミラー１０１によって分割された光束の一方はメインミラー１０１を透過し、第１の撮像素子としての撮像素子１０２へと導かれる。メインミラー１０１によって分割された光束の他方はメインミラー１０１において反射し、第２の撮像素子としての撮像素子１０３へと導かれる。一般に、ハーフミラーであるメインミラー１０１に関して、ミラー面精度等に敏感に影響される反射光よりも、透過光のほうが撮像素子に結像する像の画質は良いことが知られている。本実施形態においては、透過光を受光する撮像素子１０２を焦点検出とともに撮像にも用い、反射光を受光する撮像素子１０３は主に焦点検出に用いることとする。ただし、このことは撮像素子１０３を用いて撮像を行う、撮像素子１０２と撮像素子１０３の位置を入れ替え反射光で撮像を行うといった形態であっても良い。なお、焦点検出とは、焦点状態を検出することであり、言い換えると、ピントがどの程度あっているかを検出することである。

ＣＭＯＳエリアセンサからなる撮像素子１０２および撮像素子１０３は、被写体像を電気信号に変換するマトリクス状に配置された画素部を有する。撮像素子１０２および撮像素子１０３のそれぞれが有する複数の画素部は、焦点検出信号と記録又は表示用の画像信号の両方を取得することができる。画素部の構造については後述する。電気信号に変換された画像信号は、カメラＣＰＵ１０７で画像処理や補正処理、記録画像への変換処理が行われる。表示用画像やカメラ本体１００の各種設定状態は、ＬＣＤ（液晶表示器）で構成された外部モニタである外部表示部１０９や、後述するファインダ内部表示部１０６に表示される。ファインダユニット１１０にはＬＥＤで構成される不図示のバックライトとＴＦＴ液晶表示ディスプレイで構成されるファインダ内部表示部１０６が接眼レンズユニット１０５と組み合わされて配置さる。ファインダ内部表示部１０６に撮像素子１０２で変換された表示用画像を画面表示することで、ファインダ表示（ＥＶＦ）がなされる。撮影時には、カメラＣＰＵ１０７内部の画像補正処理ユニットからなる補正処理部１０７ａで処理された撮像情報が、内蔵メモリや外部メモリーカードからなる記録装置１０８へ記録される。

本実施形態では、撮像素子１０２および撮像素子１０３の焦点件検出信号を用いることによって焦点検出（オートフォーカス、ＡＦ）を行う。カメラＣＰＵ１０７内部の焦点検出演算部１０７ｂは、撮像素子１０２および撮像素子１０３から出力される信号を取得し、デフォーカス量を演算する。カメラＣＰＵ１０７はデフォーカス量をもとに、フォーカスレンズ２１０を合焦状態となるような位置まで移動するためのレンズ駆動量に対応する値を算出する。当該レンズ駆動量は、レンズ通信部２０４を通じてレンズＣＰＵ２０３に伝達される。ただし、焦点検出演算部１０７ｂによって求められたデフォーカス量をもとにしたレンズ駆動量に対応する値の算出は、レンズＣＰＵ２０３において行っても良い。この場合、レンズＣＰＵ２０３はカメラＣＰＵ１０７からデフォーカス量を受け取る。レンズＣＰＵ２０３はアクチュエータ２０２を制御して、撮影レンズ２０１を駆動させて焦点調節を行う。

［画素部の構造］
図２を用いて、撮像素子１０２および１０３の有する複数の画素部の構造について説明する。図２は、撮像素子１０２の有する当該複数の画素部のうち、数個の画素部の断面図である。

撮像素子１０２が有する画素部はマイクロレンズ３０１の下に配線層３０２を備え、配線層３０２の下には受光した光を電気信号に変換する１対の光電変換部３０３ａおよび３０３ｂを備える。光束３０４ａは、光電変換部３０３ａが受光する光束を示したものである。

位相差式の焦点検出を行なう際は、カメラＣＰＵが、光電変換部３０３ａ及び光電変換部３０３ｂの出力信号を独立に処理して１対２像を取得し、当該２像の相対的な像ずれ量から撮像面における被写体像のデフォーカス量を算出する。また、画像の記録又は表示を行う場合には、光電変換部３０３ａ及び光電変換部３０３ｂの出力信号を加算して記録用もしくは表示用の信号を得る。

撮像素子１０３が有する画素部（不図示）も、撮像素子１０２と同様に１対の光電変換部３１０ａと光電変換部３１０ｂを有する。カメラＣＰＵは撮像素子１０２と同様の方法で位相差式の焦点検出を行い、記録用もしくは表示用の信号を得る。

［撮像素子１０２に対応する射出瞳における１対の瞳領域］
本実施形態では、カメラＣＰＵが、撮像素子１０２及び１０３を選択的に用い、焦点調節のための焦点検出を行う。図３を用いて、撮像素子１０２と撮像素子１０３の、焦点検出特性と、画質について説明する。

図３（ａ）は撮像素子１０２の画素部が有する１対の光電変換部の光電変換部３０３ａ及び３０３ｂに対応する撮影レンズ上の領域を示す図である。マイクロレンズ３０１を介して、撮影レンズ２０１の射出瞳４０１と光電変換部３０３ａ及び光電変換部３０３ｂの上面が光学的に略共役となっている。撮像素子１０２の画素部が有する１対の光電変換部３０３ａと３０３ｂは、撮影レンズ２０１の射出瞳４０１を通過した１対の光束をそれぞれ受光する。光電変換部３０３ａは射出瞳４０１における瞳領域４０２ａの内側を通過した光束を主に受光して光電変換する。同じように、光電変換部３０３ｂは射出瞳４０１における瞳領域４０２ｂの内側を通過した光束を主に受光して光電変換する。そして撮像素子１０２の有する複数の画素部において、各画素部の有する１対の光電変換部は、対応する１対の瞳領域４０２ａ及び４０２ｂの内側を通過して撮像面に結像した光束を受光する。

［撮像素子１０２の焦点検出特性］
撮像素子１０２の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂは、撮像素子１０３の瞳領域５０２ａ及び瞳領域５０２ｂと比較してそれぞれ面積が大きい。つまり、撮像素子１０２の画素部はより多くの光を取り込むことができる。このことから、撮像素子１０２を焦点検出に用いた場合は撮像素子１０３を焦点検出に用いた場合に比べ、被写体が低輝度の状況下での焦点検出精度が高い。一方、当該１対の瞳領域が大きいほど、デフォーカスの程度が大きい場合に焦点検出信号波形がボケやすい。このことから、撮像素子１０２を用いた場合は撮像素子１０３を焦点検出に用いた場合に比べ、デフォーカス量が第１の所定値以上である場合、すなわちデフォーカスの程度が大デフォーカスではない状況下における焦点検出精度が劣る。また、撮像素子１０２の１対の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂそれぞれの面積は、撮像素子１０３における１対の瞳領域の面積と比較して大きい。これにより、撮像素子１０３の場合に比べ、撮像素子１０２の１対の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂによって射出瞳４０１のより広い範囲を覆うことができる。つまり、より広い領域の光を取りこむことが出来る。このことから、１対の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂに対応する光電変換部３０３ａ及び３０３ｂの信号を加算した場合に、より画質の高い画像信号を取得することができる。瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂの重心間の距離である基線長は、撮像素子１０３の画素部の瞳領域５０２ａ及び瞳領域５０２ｂと比べて短い。

［撮像素子１０３に対応する射出瞳における１対の瞳領域］
図３（ｂ）は撮像素子１０３の画素部が有する１対の光電変換部の光電変換部３１０ａ及び３１０ｂ（不図示）に対応する撮影レンズ上の領域を示す図である。マイクロレンズ３１１（不図示）を介して、撮影レンズ２０１の射出瞳４０１と光電変換部３１０ａ及び光電変換部３１０ｂの上面が光学的に略共役となっている。撮像素子１０３の画素部が有する１対の光電変換部３１０ａと３１０ｂは、撮影レンズ２０１の射出瞳４０１を通過した１対の光束をそれぞれ受光する。光電変換部３１０ａは射出瞳４０１における瞳領域４０２ａの内側を通過した光を主に受光して光電変換する。同じように、光電変換部３１０ｂは射出瞳４０１における瞳領域４０２ｂの内側を通過した光を主に受光して光電変換する。

そして撮像素子１０３の有する複数の画素部において、各画素部の有する１対の光電変換部は、対応する１対の瞳領域５０２ａ及び５０２ｂの内側を通過して撮像面に結像した光束を受光する。

なお、本実施例では、撮像素子１０２と撮像素子１０３との間で瞳領域の面積を比較するにあたって、瞳領域４０２ａと瞳領域４０２ｂの面積が概ね等しく、瞳領域５０２ａと瞳領域５０２ｂの面積が概ね等しい場合を想定している。

しかしながら、画素の像高や光束のけられ等の影響しだいでは、１対の瞳領域の面積が大きく異なる場合もある。このため、撮像素子１０２と撮像素子１０３との間で瞳領域の面積を比較するにあたって、１対の瞳領域の合計面積をさ２つの撮像素子間で比較しても良い。すなわち、撮像素子１０２の瞳領域４０２ａと瞳領域４０２ｂの合計面積と、撮像素子１０３の瞳領域５０２ａと瞳領域５０２ｂの合計面積とを比較しても良い。

［撮像素子１０３の焦点検出特性］
撮像素子１０３の瞳領域５０２ａ及び瞳領域５０２ｂは、撮像素子１０２の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂと比較してそれぞれ面積が小さい。これにより、デフォーカスの程度が大きい場合にも焦点検出信号波形が崩れにくい。このことから、撮像素子１０３を焦点検出に用いた場合は、撮像素子１０２を用いた場合に比べ大デフォーカスである状況下での焦点検出精度が高い。一方、撮像素子１０３瞳領域５０２ａ及び瞳領域５０２ｂは撮像素子１０２の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂに比べ光を取りこむ領域が小さい。このことから、撮像素子１０３を焦点検出に用いた場合は撮像素子１０２を用いた場合に比べ被写体が低輝度の状況下での焦点検出精度では劣る。

また、瞳領域５０２ａ及び瞳領域５０２ｂのそれぞれの面積が瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂと比べて小さく、光を取りこむことが出来る領域がより小さいことから、撮像素子１０３では撮像素子１０２と比較して画質の面で劣る。瞳領域５０２ａ及び瞳領域５０２ｂの重心間の距離である基線長は、撮像素子１０３の画素部の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂの基線長と比べて長い。基線長が長く取ることで、焦点検出における分解能が高くなるため、焦点検出精度がより向上する。

なお、瞳領域４０２ａ及び４０２ｂ並びに瞳領域５０２ａ及び５０２ｂの大きさや配置については、光電変換部３０３ａ及び３０３ｂ並び光電変換部３１０ａ及び３１０ｂの配置や画素部の寸法、マイクロレンズの形状等の画素部の構造によって変更可能である。

［焦点調節フロー］
図４に、撮像素子１０２及び１０３を焦点検出に用いた場合の焦点調節のフローチャートを示す。焦点検出動作が開始されると、ステップＳ６０１において撮像素子１０２による焦点検出を実施する。焦点検出結果としての焦点検出信号はＣＰＵ１０７に記憶され、後のステップで適宜読みだされる。

続くステップＳ６０２において撮像素子１０３による焦点検出を実施する。焦点検出結果としての焦点検出信号はＣＰＵ１０７に記憶され、後のステップで適宜読みだされる。ステップＳ６０２で焦点検出結果が記憶されると、次のステップＳ６０３に移る。

ステップＳ６０３では、焦点検出した対象である被写体が撮像素子１０３で焦点検出を行うにあたって焦点検出精度が低くなる可能性のある低輝度被写体であるかどうかが、第２の判定手段としてのカメラＣＰＵ１０７によって判定される。ここでの低輝度の判定は、ステップＳ６０１又はステップＳ６０２で取得した焦点検出信号を用いても良いし、別途に設けられたＡＥセンサ等で行っても良い。被写体の輝度が第２の所定値以下である場合は、カメラＣＰＵ１０７は被写体が低輝度であると判定し、ステップＳ６０４へと移る。

被写体の輝度が第２の所定値より高い場合は、カメラＣＰＵ１０７は被写体が低輝度ではないと判定する。カメラＣＰＵ１０７が被写体を低輝度でないと判定した場合は、制御手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、撮像素子１０３から取得した信号を焦点調節に用いるよう制御する。すなわち、ステップＳ６０９に移行し、ステップＳ６０２における撮像素子１０３の焦点検出結果を用いてレンズ駆動量を算出する。そして続くステップＳ６１０において、当該レンズ駆動量に基づき、調節手段としてのアクチュエータ２０２がフォーカスレンズ２１０を駆動する。被写体が低輝度ではないことから１対の瞳領域の面積の小さい撮像素子１０３でも精度良く焦点検出することができる。更に、撮像素子１０３は基線長が長いので、撮像素子１０２と比較してより精度良く焦点検出を行うことができる。更に、仮に被写体が大デフォーカスであったとしても、１対の瞳領域の面積の小さい撮像素子１０３を用いればより精度よく焦点検出を行うことができる。

ステップＳ６０４では、ステップＳ６０２又はステップ６０３における焦点検出結果を用いて、デフォーカスの程度が大デフォーカスであるかどうかを、カメラＣＰＵ１０７が判定する。デフォーカス量が第１の所定値以下である場合は、第１の判定手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、デフォーカスの程度が大デフォーカスではないと判定する。この場合、制御手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、ステップＳ６０８において、低輝度被写体に対しても精度良く焦点検出することができる撮像素子１０２から取得した信号を焦点調節に用いるよう制御する。すなわち、ステップＳ６０８に移行し、ステップＳ６０１における撮像素子１０２の焦点検出結果を用いてレンズ駆動量を算出し、ステップＳ６１０において調節手段としてのアクチュエータ２０２が当該レンズ駆動量に基づきフォーカスレンズ２１０を駆動する。

一方、デフォーカス量が第１の所定値より大きい場合は、第１の判定手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、デフォーカスの程度が大デフォーカスであると判定する。この場合、制御手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、大デフォーカスにでも精度よく焦点検出することができる撮像素子１０３から取得した信号を、焦点調節に用いるよう制御する。すなわち、ステップＳ６０５へと移行し、ステップ６０２の撮像素子１０３の焦点検出結果を用いてレンズ駆動量を算出し、ステップＳ６０６において当該レンズ駆動量に基づき調節手段としてのアクチュエータ２０２がフォーカスレンズ２１０を駆動する。レンズが駆動されると、ステップＳ６０７へと移る。

Ｓ６０７では、第１の撮像素子としての撮像素子１０２から再度信号を取得して、再度焦点検出を行う。

ここで、ステップＳ６０５において駆動量の算出の際に用いたステップＳ６０２における焦点検出結果は、低輝度被写体に対する焦点検出精度が高い撮像素子１０３による低輝度被写体に対する焦点検出結果である。低輝度被写体に対してより焦点検出精度を向上させるため、ステップＳ６０７では、低輝度被写体に対する焦点検出精度が高い撮像素子１０２から取得した信号を用いて再度焦点検出を行う。なお、前述の通り撮像素子１０２は大デフォーカスにおいて焦点検出精度が低下する場合がある。しかしながらステップＳ６０６において撮像素子１０３による焦点検出結果をもとにレンズ駆動をしているため、大デフォーカスの状況は脱しており、より精度の高い焦点検出を行うことが可能である。

ステップＳ６０８では、Ｓ６０７において記憶した焦点検出結果を用いて、ピントを合わせるためのフォーカスレンズ２１０のレンズ駆動量を算出する。レンズの駆動量が算出されると、ステップＳ６０９に移る。ステップＳ６０９では、ステップＳ６０８で算出したレンズ駆動量だけ調節手段としてのアクチュエータ２０２がフォーカスレンズ２１０を駆動する。

なお、本実施例形態におけるレンズ駆動量の算出にあたっては、個別のレンズによるピントずれやカメラ個体の持つずれなどの補正値が適用され、各カメラに対して最適な焦点状態になるよう駆動量が算出される。

以上のように、本実施形態における撮像装置は、焦点調節のための焦点検出をするにあたって、被写体が低輝度でなければ基線長の長い撮像素子１０３による焦点検出結果を用いる。撮像素子１０３は基線長が撮像素子１０２における基線長よりも長い分より焦点検出精度が高いためである。ただし、撮像素子１０３は瞳領域５０２ａ及び５０２ｂの面積が撮像素子１０２の瞳領域４０２ａ及び４０２ｂと比べて小さいことから、低輝度被写体に対する焦点検出精度は撮像素子１０２に劣る。低輝度でありかつ大デフォーカスではない場合は、撮像素子１０３よりも瞳領域の面積が大きい撮像素子１０２による焦点検出結果を用いる。撮像素子１０２はでは瞳領域が大きいため、大デフォーカスにおいては焦点検出精度が低下する場合があるが、低輝度被写体に対して精度良く焦点検出を行うことができるからである。また、低輝度かつ大デフォーカスである場合には撮像素子１０３での焦点検出結果を用いてレンズ駆動することで大デフォーカス状態を脱した後に、低輝度被写体に対しても精度良く焦点検出することができる撮像素子１０２での焦点検出結果を用いる。

以上のように、本実施形態では、焦点検出をするにあたって、デフォーカスの程度に応じて２つの撮像素子を適切に使い分けることが可能である。また、本実施形態によれば、焦点検出をするにあたって、被写体の輝度に応じて２つの撮像素子を適切に使い分けることが可能である。被写体輝度やデフォーカスの程度に応じて２つの撮像素子を焦点検出において使い分けることで、総合的な焦点検出精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では前述のように、フローの最初にステップＳ６０１の撮像素子１０２を用いた焦点検出及びステップＳ６０２の撮像素子１０３を用いた焦点検出を行っており、両方の撮像素子を用いて焦点検出を行っている。しかし、最初にどちらか一方の撮像素子を用いて焦点検出を行い、後々必要になった場合のみ他方の撮像素子を用いて焦点検出を行ってもよい。

例として図５のようなフローが挙げられる。図５のフローでは、最初のステップＳ７０１において、撮像素子１０３から取得した信号を用いて焦点検出を行っている。一方で、ステップＳ７０３において大デフォーカスではないと判定された場合は、新たに撮像素子１０２の信号を用いた焦点検出を行っている。ステップＳ７０２で被写体が低輝度でないと判定された場合は、図４のフローについて説明したのと同様に、図５のフローにおいても撮像素子１０３を用いた焦点検出結果を、ステップＳ７０９におけるレンズ駆動量の算出に用いる。このように、最初に撮像素子１０３だけを焦点検出に用いることで、被写体が低輝度でない場合は撮像素子１０２を駆動して焦点検出を行わずに済むので、消費電力を抑えることができる。

なお、最初に焦点検出に用いる撮像素子は、撮像素子１０２でも良い。この場合、図５のステップＳ７０７に対応するフローを省くことができる。以上のように、最初に一方の撮像素子のみで焦点検出を行うことで、被写体の輝度やデフォーカスの程度によっては一方の撮像素子の焦点検出において駆動する必要がなくなることから、消費電力を抑えることができる。

［第２の実施形態］
続いて、第２の実施形態に係る撮像装置について説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略し、相違点を中心に取り上げる。本実施形態では、第１の実施形態における撮像素子１０３に代わり、第２の撮像素子としての撮像素子１０４を有する。本実施形態における撮像装置は、撮像素子１０２及び撮像素子１０４を選択的に用い、焦点調節のための焦点検出を行う。

［画素部の構造］
撮像素子１０４は、撮像素子１０２と同様に１対の光電変換部３３３ａ及び３３３ｂ（不図示）を有する。撮像素子１０４は撮像素子１０２と同様の方法で位相差式の焦点検出を行い、記録用もしくは表示用の信号を得る。

［撮像素子１０４に対応する射出瞳における１対の瞳領域］
図６を用いて、第２の撮像素子としての撮像素子１０４の焦点検出特性と画質について説明する。図６は撮像素子１０４の画素部が有する１対の光電変換部３３３ａ及び３３３ｂ（不図示）に対応する撮影レンズ上の領域を示す図である。

マイクロレンズ３３１（不図示）を介して、撮影レンズ２０１の射出瞳４０１と光電変換部３３３ａ及び光電変換部３３３ｂの上面が光学的に略共役となっている。撮像素子１０４の画素部が有する１対の光電変換部３３３ａと３３３ｂは、撮影レンズ２０１の射出瞳４０１を通過した１対の光束をそれぞれ受光する。光電変換部３３３ａは、射出瞳４０１における瞳領域６０２ａの内側を通過した光を主に受光して光電変換する。同じように、光電変換部３３３ｂは、射出瞳４０１における瞳領域６０２ｂの内側を通過した光を主に受光して光電変換する。そして、撮像素子１０４の有する複数の画素部において、各画素部の有する１対の光電変換部は、１対の光電変換部に対応する１対の瞳領域６０２ａ及び６０２ｂの内側を通過して撮像面に結像した光束を受光する。

［撮像素子１０４の焦点検出特性］
撮像素子１０４の瞳領域６０２ａ及び瞳領域６０２ｂは、撮像素子１０２の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂと比較してそれぞれ面積が小さい。面積が小さい瞳領域を通過した光を用いて取得した信号は、面積が大きい瞳領域を通過した光を用いて取得した信号よりも、デフォーカス量が第１の所定値より大きい大デフォーカスの場合にも、焦点検出信号波形が崩れにくい。すなわち、撮像素子１０４を焦点検出に用いた場合は撮像素子１０２を用いた場合に比べ、大デフォーカスの状況下における焦点検出精度が良い。一方、撮像素子１０４の瞳領域６０２ａ及び瞳領域６０２ｂでは、撮像素子１０２の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂに比べ光を取りこむ領域が小さい。このことから、撮像素子１０４を焦点検出に用いた場合は撮像素子１０２を用いた場合に比べ被写体が低輝度である状況下での焦点検出精度では劣る。

また、瞳領域６０２ａ及び瞳領域６０２ｂの面積が、瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂの面積と比較して小さいため、光を取りこむことが出来る領域が小さくなることから、撮像素子１０３では撮像素子１０２と比較して画質の面で劣る。瞳領域６０２ａ及び瞳領域６０２ｂの重心間の距離である基線長は、撮像素子１０３の画素部の瞳領域４０２ａ及び瞳領域４０２ｂの基線長と比べて短い。撮像素子１０２は撮像素子１０４と比較して基線長が長いため、焦点検出の分解能が高いことから、より焦点検出精度が高い。

なお、瞳領域６０２ａ及び６０２ｂの大きさや配置については、光電変換部３０３の配置や画素部の寸法、マイクロレンズ３３１の形状といった画素部の構造によって変更可能である。

また、本実施例においても、撮像素子１０２と撮像素子１０４の１対の瞳領域の面積を比較するにあたって、撮像素子１０２の瞳領域４０２ａと瞳領域４０２ｂの合計面積と、撮像素子１０４の瞳領域６０２ａ及び瞳領域６０２ｂの合計面積を比較しても良い。

［焦点調節フロー］
図７に、撮像素子１０２及び１０４を焦点検出に用いた場合の焦点調節におけるフローチャートを示す。焦点検出動作が開始されると、ステップＳ８０１において撮像素子１０２による焦点検出を実施する。焦点検出結果としての焦点検出信号はＣＰＵ１０７に記憶され、後のステップで適宜読みだされる。

続くステップＳ８０２において撮像素子１０４による焦点検出を実施する。焦点検出結果としての焦点検出信号はＣＰＵ１０７に記憶され、後のステップで適宜読みだされる。ステップＳ８０２で焦点検出結果が記憶されると、次のステップＳ８０３に移る。

ステップＳ８０３では、ステップＳ８０１において記憶した焦点検出結果を用いて、デフォーカスの程度が大デフォーカスであるかどうかを、カメラＣＰＵ１０７が判定する。デフォーカス量が第１の所定値以下である場合は、第１の判定手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、デフォーカスの程度が大デフォーカスではないと判定する。この場合、制御手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、ステップＳ８０１において、撮像素子１０３よりも基線長が長い撮像素子１０２から取得した信号を焦点調節に用いるよう制御する。撮像素子１０２は大デフォーカスにおいて焦点検出精度が低下する可能性があるが、デフォーカスの程度が大デフォーカスでなければ、より基線長が長く焦点検出精度の高い撮像素子１０２を用いたほうが焦点検出精度が高いからである。すなわち、ステップＳ８０７に移行し、ステップＳ８０１における撮像素子１０２の焦点検出結果を用いてレンズ駆動量を算出し、ステップＳ８０８において調節手段としてのアクチュエータ２０２が当該レンズ駆動量に基づきフォーカスレンズ２１０を駆動する。

一方、デフォーカス量が第１の所定値より大きい場合は、第１の判定手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、デフォーカスの程度が大デフォーカスであると判定する。この場合、制御手段としてのカメラＣＰＵ１０７は、大デフォーカスにおいても焦点検出精度の高い撮像素子１０３から取得した信号を焦点調節に用いるよう制御する。すなわち、ステップＳ８０４へと移行し、ステップ８０２における撮像素子１０４の焦点検出結果を用いてレンズ駆動量を算出する。そして続くステップＳ８０５において、当該レンズ駆動量に基づき、調節手段としてのアクチュエータ２０２がフォーカスレンズ２１０を駆動する。レンズが駆動されると、ステップＳ８０６へと移る。

ステップＳ８０５によって大デフォーカスを脱した状況で、ステップＳ８０６では、第１の撮像素子としての撮像素子１０２から再度信号を取得して、再度焦点検出を行う。撮像素子１０２により再度焦点検出を行うことで、仮に被写体が撮像素子１０３において焦点検出精度が低下する場合のあるとする低輝度であったとしても、より精度の高い焦点検出が可能となる。また、撮像素子１０２は撮像素子１０３と比べて基線長が長いことから、撮像素子１０２により再度焦点検出を行うことで、より精度の高い焦点検出が可能となる。

ステップＳ８０７では、ステップＳ８０６において記憶した撮像素子１０２による焦点検出結果である焦点検信号を用いて、ピントを合わせるためのフォーカスレンズ２１０のレンズ駆動量を算出する。レンズの駆動量が算出されると、ステップＳ８０８に移る。

ステップＳ８０８では、ステップＳ８０７で算出したレンズ駆動量だけ調節手段としてのアクチュエータ２０２がフォーカスレンズ２１０を駆動する。

以上のように、本実施形態における撮像装置は、焦点検出をするにあたって、判定結果が大デフォーカスでなければ基線長の長い撮像素子１０２による焦点検出結果を用いる。撮像素子１０４よりも基線長が長い分焦点検出精度が高いからである。しかしながら、撮像素子１０２の瞳領域４０２ａ及び４０２ｂの面積は、撮像素子１０４の瞳領域６０２ａ及び６０２ｂよりも面積が大きいことから、大デフォーカスにおける焦点検出精度は低下する場合がある。よって判定結果が大デフォーカスである場合には撮像素子１０４での焦点検出結果を用いてレンズ駆動することで、大デフォーカス状態を脱した後に、基線長の長い撮像素子１０２での焦点検出結果を用いる。まず撮像素子１０４を用いることにより、撮像素子１０４の瞳領域６０２ａ及び６０２ｂは撮像素子１０２の瞳領域４０２ａ及び４０２ｂと比較して面積が小さいため、大デフォーカスにおいても精度良く焦点検出を行うことができる。一方で撮像素子１０２よりも撮像素子１０４では基線長が短く、基線長という観点では撮像素子１０４は撮像素子１０２に焦点検出精度が劣るので、より高い精度で焦点検出を行うために、撮像素子１０２により再度焦点検出を行っている。このように、本実施形態では、焦点検出をするにあたって、デフォーカスの程度に応じて２つの撮像素子を適切に使い分けることが可能である。デフォーカスの程度に応じて２つの撮像素子を焦点検出において使い分けることで、総合的な焦点検出精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、フローの最初にステップＳ８０１の撮像素子１０２を用いた焦点検出及びステップＳ８０２の撮像素子１０４を用いた焦点検出を行っているように、両方の撮像素子を用いて焦点検出を行っている。しかし、最初にどちらか一方の撮像素子を用いて焦点検出を行い、後々必要になった場合のみ他方の撮像素子を用いて焦点検出を行ってもよい。

例として図８のようなフローが挙げられる。図８のフローでは、最初のステップＳ９０１では撮像素子１０２から取得した信号を用いて焦点検出を行っている。ステップＳ９０２においてデフォーカス量が第１の所定値より大きく、デフォーカスの程度が大デフォーカスであると判定された場合は、ステップＳ９０３において新たに撮像素子１０４の信号を用いた焦点検出を行う。一方、ステップＳ９０２においてデフォーカス量が第１の所定値以下である場合には、デフォーカスの程度が大デフォーカスではないと判定される。このとき、ステップＳ９０１の焦点検出結果である撮像素子１０２による焦点検出信号を用いてステップＳ９０７においてフォーカスレンズ２１０のレンズ駆動量を算出する。このように、最初に撮像素子１０２だけを用いて焦点検出することで、デフォーカスの程度が大デフォーカスでない場合は撮像素子１０４を駆動して焦点検出を行わずに済むので、消費電力を抑えることができる。

なお、最初に焦点検出に用いる撮像素子は、撮像素子１０４でも良い。この場合は図８におけるステップＳ９０３に対応するステップを省くことができる。以上のように、最初に一方の撮像素子のみで焦点検出を行うことで、被写体の輝度やデフォーカスの程度によっては一方の撮像素子の焦点検出において駆動する必要がなくなることから、消費電力を抑えることができる。

［その他の実施形態］
前述の実施形態では、図３及び図６のように１対の瞳領域が横方向に並んでいる。しかし、瞳領域の分割方向は異なっていても良い。例えば、図９に示すように１対の瞳領域は縦方向に並んでいても良い。撮像装置の有する２つの撮像素子のうち、一方の撮像素子においてのみ１対の瞳領域を縦方向に配置しても良い。

また、２つの撮像素子の一方または両方において、１対の瞳領域を縦方向及び横方向に並べるよう、対応する２種類の画素部を離散的に配置しても良い。特に、焦点検出を主に行う第２の撮像素子（撮像素子１０３又は撮像素子１０４）において当該２種類の画素部を離散的に配置することが好ましい。これにより、第１の撮像素子（撮像素子１０２）による画質を保ちながら、被写体に応じて２つの撮像素子を焦点検出において使い分けることができる。紙面横方向に並んだ１対の瞳領域を通過する光を受光する画素部と、縦方向に並んだ１対の瞳領域を通過する光を受光する画素部を撮像素子を有することで、被写体のコントラスト方向によらない焦点検出が可能となる。

また、第２の撮像素子の像高０付近には図３（ｂ）の基線長が長い１対の瞳領域を通過する光を受光する画素部を配置し、像高が高い部分には図６の基線長の短い１対の瞳領域を通過する光を受光する画素部を配置してもよい。射出瞳のけられが起きやすい撮像素子の端部に撮像素子の像高に応じて当該形態の画素部を配置することで、射出瞳がけられてもＡＦ瞳はけられることなく、より高い精度で焦点検出をすることができる。

また、図３（ｂ）の基線長が長い１対の瞳領域を通過する光を受光する画素部と、図６の基線長の短い１対の瞳領域を通過する光を受光する画素部とを、撮像素子において離散的に配置しても良い。特に、焦点検出を主に行う第２の撮像素子（撮像素子１０３又は撮像素子１０４）において当該２種類の画素部を離散的に配置することが好ましい。これにより、第１の撮像素子（撮像素子１０２）による画質を保ちながら、被写体に応じて２つの撮像素子を焦点検出において使い分けることができる。図３（ｂ）の１対の瞳領域に対応する画素部と、図６の１対の瞳領域に対応する画素部とを撮像素子上に離散的に配置することで、開放Ｆ値が大きく射出瞳が小さな交換レンズにおいても焦点検出精度が向上する。

前述の実施形態において、２つの撮像素子はそれぞれ、１対の光電変換部を有する画素部を有し、当該１対の光電変換部のそれぞれの信号を用いて位相差式の焦点検出を行うことを説明した。また、１対の光電変換部の信号を加算して記録用又は表示用の画像を生成することも説明した。これに対し、２つの撮像素子の両方又は一方が、記録用又は表示用の画像を取得するための画素部と焦点検出用の画素部の２種類の画素部を有する公知の撮像素子であっても良い。このとき、画質の観点から、第１の撮像素子では第２の撮像素子よりも焦点検出用の画素部が少なくなるように構成しても良い。これにより、第１の撮像素子（撮像素子１０２）による画質を保ちながら、被写体に応じて２つの撮像素子を焦点検出において使い分けることができる。

また、本発明は上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現できる。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

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。

１００カメラ本体
１０１メインミラー
１０２第一の撮像素子
１０３第二の撮像素子
１０７カメラＣＰＵ
２０１撮影レンズ
３０１マイクロレンズ
３０３撮像素子１０２の画素部の光電変換部
３１０撮像素子１０３の画素部の光電変換部
４０１射出瞳
４０２撮像素子１０２の１対の瞳領域
５０２撮像素子１０３の１対の瞳領域

Claims

それぞれが表示又は記録のための画像信号を取得するとともに、位相差式の焦点検出を行うための信号を取得することができる第１、第２の撮像素子を有する撮像装置において、
撮影レンズを通過した光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、
デフォーカスの程度を判定する第１の判定手段と、を有し、
前記分割された光束の一方を受光する前記第１の撮像素子と、他方の光束を受光する前記第２の撮像素子がそれぞれ有する複数の画素部は１つの画素部につき１対の光電変換部を有し、前記１対の光電変換部が受光する光束がそれぞれ通過する撮影レンズの領域である１対の瞳領域の面積は、前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子とでは異なり、
前記第１の判定手段の判定結果に応じて、前記第１の撮像素子から取得した信号と前記第２の撮像素子から取得した信号のどちらを焦点調節に用いるかを制御する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
前記第１の撮像素子における前記１対の瞳領域の面積は、前記第２の撮像素子における前記１対の瞳領域の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記１対の瞳領域の面積は、１対の瞳領域の面積の合計面積であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記第１の判定手段は、前記第１の撮像素子から取得した信号又は前記第２の撮像素子から取得した信号を用いてデフォーカスの程度を判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第１の判定手段がデフォーカス量を第１の所定値以下であると判定した場合には、前記制御手段は、前記第１の撮像素子から取得した信号を焦点調節に用いるよう制御することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第１の判定手段がデフォーカス量を前記第１の所定値より大きいと判定した場合には、前記制御手段は、前記第２の撮像素子から取得した信号を焦点検出に用いるよう制御することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
前記制御手段の制御に応じて焦点調節を行う調節手段を有し、
前記制御手段が前記第２の撮像素子から取得した信号を用いて焦点検出を行うよう制御し前記調節手段が焦点調節を行った場合において、前記制御手段は前記第１の撮像素子から新たに取得した信号を用いて焦点検出を行うよう制御することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
被写体の輝度を判定する第２の判定手段を有し、
前記第２の判定手段が被写体の輝度を第２の所定値より高いと判定した場合には、前記第２の撮像素子から取得した信号を用いて焦点検出を行うよう前記制御手段が制御することを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第２の判定手段は、前記第１の撮像素子から取得した信号もしくは前記第２の撮像素子から取得した信号又はＡＥセンサから取得した信号を用いて被写体の輝度を判定することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
前記第２の判定手段が被写体の輝度を前記第２の所定値以下であると判定した場合に前記第１の判定手段によってデフォーカス量を判定することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の撮像装置。
前記１対の瞳領域の重心間の距離は、前記第１、第２の撮像素子では異なることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第２の撮像素子における前記１対の瞳領域の重心間の距離が前記第１の撮像素子における前記１対の瞳領域の重心間の距離よりも大きい場合において、被写体の輝度が第２の所定値より大きい場合又はデフォーカス量が第１の所定値以下である場合は、前記制御手段は前記第２の撮像素子から取得した信号を用いて焦点検出を行うよう制御する請求項１１に記載の撮像装置。
前記第１の撮像素子では前記第２の撮像素子よりも前記１対の瞳領域の重心間の距離が大きい場合において、デフォーカス量が第１の所定値以下の場合、前記制御手段は第１の撮像素子から取得した信号を用いて焦点検出を行うよう制御する請求項１１に記載の撮像装置。
それぞれが表示又は記録のための画像信号を取得するとともに、位相差式の焦点検出を行うための信号を取得することができる撮像素子であって、撮影レンズを通過した光束を複数の光束に分割する光束分割手段によって分割された光束の一方を受光する第１の撮像素子と、分割された前記光束の他方を受光する第２の撮像素子と有し、前記第１、第２の撮像素子がそれぞれ有する複数の画素部は１つの画素部につき１対の光電変換部を有し、前記１対の光電変換部が受光する光束がそれぞれ通過する撮影レンズ上の領域である１対の瞳領域の面積が、前記第１、第２の撮像素子では異なる撮像装置を用いた焦点調節方法において、
デフォーカスの程度を判定する第１の判定ステップを有し、
前記第１の判定ステップにおける判定結果に応じて、前記第１の撮像素子から取得した信号と前記第２の撮像素子から取得した信号のどちらを焦点調節に用いるかを制御する制御ステップを有することを特徴とする撮像装置の焦点調節方法。
それぞれが表示又は記録のための画像信号を取得するとともに、位相差式の焦点検出を行うための信号を取得することができる撮像素子であって、撮影レンズを通過した光束を複数の光束に分割する光束分割手段によって分割された光束の一方を受光する第１の撮像素子と、分割された前記光束の他方を受光する第２の撮像素子と有し、前記第１、第２の撮像素子がそれぞれ有する複数の画素部は１つの画素部につき１対の光電変換部を有し、前記１対の光電変換部が受光する光束がそれぞれ通過する撮影レンズ上の領域である１対の瞳領域の面積が、前記第１、第２の撮像素子では異なる撮像装置を用いた焦点調節方法を実行させるためのプログラムにおいて、
デフォーカスの程度を判定する第１の判定ステップを有し、
前記第１の判定ステップにおける判定結果に応じて、前記第１の撮像素子から取得した信号と前記第２の撮像素子から取得した信号のどちらを焦点調節に用いるかを制御する制御ステップを有することを特徴とする撮像装置の焦点調節方法を実行させるためのプログラム。
それぞれが表示又は記録のための画像信号を取得するとともに、位相差式の焦点検出を行うための信号を取得することができる撮像素子であって、撮影レンズを通過した光束を複数の光束に分割する光束分割手段によって分割された光束の一方を受光する第１の撮像素子と、分割された前記光束の他方を受光する第２の撮像素子と有し、前記第１、第２の撮像素子がそれぞれ有する複数の画素部は１つの画素部につき１対の光電変換部を有し、前記１対の光電変換部が受光する光束がそれぞれ通過する撮影レンズ上の領域である１対の瞳領域の面積が、前記第１、第２の撮像素子では異なる撮像装置を用いた焦点調節方法を実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体において、
デフォーカスの程度を判定する第１の判定ステップを有し、
前記第１の判定ステップにおける判定結果に応じて、前記第１の撮像素子から取得した信号と前記第２の撮像素子から取得した信号のどちらを焦点調節に用いるかを制御する制御ステップを有することを特徴とする撮像装置の焦点調節方法を実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体。