JP6610227B2

JP6610227B2 - 撮像装置

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Publication number: JP6610227B2
Application number: JP2015240553A
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Inventors: 朗木下
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Publication date: 2019-11-27
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Description

本発明は、撮像装置に関する。

ベイヤー配列の焦点検出画素を有し、像面位相差方式により焦点を検出する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、同色の焦点検出信号が１画素おきに生成されるため焦点検出精度が低下するという問題がある。

特開２００１−８３４０７号公報

本発明の第１の態様による撮像装置は、撮影光学系の異なる瞳領域を通過した第１及び第２の光束を受光する第１及び第２の光電変換部を有する画素であって、第１色の光による信号を生成する第１画素と、第２色の光による信号を生成する第２画素とが、所定方向に交互に配置される撮像素子と、複数の前記第１画素における前記第１の光電変換部からの信号と、複数の前記第1画素における前記第２の光電変換部からの信号を用いて焦点検出信号を生成し、前記焦点検出信号に基づいて前記撮影光学系の焦点を検出する焦点検出部と、を備え、前記焦点検出部は、前記焦点検出信号のうちの前記第２画素の位置の焦点検出信号を、前記第２画素の周囲に位置する複数の前記第１画素の信号を用いて生成する。
本発明の第２の態様による撮像装置は、被写体の像を形成する光学系の異なる領域を通過した第１及び第２の光束を受光する第１及び第２の光電変換部を有する画素であって、第１色の光による信号を生成する第１画素と、第２色の光による信号を生成する第２画素とが、所定方向に交互に配置される撮像素子と、複数の前記第１画素における前記第１の光電変換部からの信号と、複数の前記第１画素における前記第２の光電変換部からの信号とに基づく焦点検出信号から前記被写体の像と前記撮像素子とのずれを検出する検出部と、を備え、前記検出部は、前記第２画素の位置の前記焦点検出信号を、前記第２画素の周囲に位置する複数の前記第１画素の信号を用いて生成する。

本発明によれば、焦点検出精度を向上することができる。

デジタルカメラの構成を示すブロック図である。ボディ制御回路部の構成を示す図である。撮像素子の詳細な構成を示す正面図である。画素の構成を示す断面図である。マイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系の構成を示す図である。焦点検出信号を生成する画素列を説明する図である。参照範囲を説明する図である。焦点検出信号を生成する際の重み付け係数を説明する図である。参照範囲を説明する図である。焦点検出信号を生成する際の重み付け係数を説明する図である。（ａ）は被写体パターンの一例を示し、（ｂ）は焦点検出信号のグラフの一例を示す。（ａ）は被写体パターンの一例を示し、（ｂ）は焦点検出信号のグラフの一例を示す。第１の実施の形態において、デジタルカメラの撮像動作の流れを説明するフローチャートである。第２の実施の形態において、デジタルカメラの撮像動作の流れを説明するフローチャートである。Ｇ画素の信号から焦点検出信号を生成する際の参照範囲を説明する図である。Ｒ画素の信号から焦点検出信号を生成する際の参照範囲を説明する図である。Ｂ画素の信号から焦点検出信号を生成する際の参照範囲を説明する図である。

−第１の実施の形態−
図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態における撮像装置の一例であるレンズ交換式のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。図１のデジタルカメラは、交換レンズ１１０とカメラボディ１００とから構成され、交換レンズ１１０がレンズ取り付け部１０５を介してカメラボディ１００に装着される。

交換レンズ１１０は、レンズ制御回路部１１１、ズームレンズ１１２、フォーカスレンズ１１３、防振レンズ１１４、絞り１１５、レンズ操作部１１６などを備えている。レンズ制御回路部１１１は、ＣＰＵとメモリなどの周辺部品とを含み、フォーカスレンズ１１３および絞り１１５の駆動制御、ズームレンズ１１２やフォーカスレンズ１１３の位置検出、カメラボディ１００へのレンズ情報の送信およびカメラボディ１００からのカメラ情報の受信などを行う。

カメラボディ１００は、撮像素子１０１、ボディ制御回路部１０２、ボディ操作部１０３、および表示部１０４などを有している。撮像素子１０１は、交換レンズ１１０の予定結像面（予定焦点面）に配置され、交換レンズ１１０により結像された被写体像を光電変換する。ボディ操作部１０３は、シャッターボタンや、焦点検出エリアの設定部材などを含む。表示部１０４は、カメラボディ１００の背面に搭載された液晶モニタ（背面モニタ）である。

ボディ制御回路部１０２は、ＣＰＵとメモリなどの周辺部品とを含む。ボディ制御回路部１０２は、撮像素子１０１の駆動制御、画像信号および焦点検出信号の読み出し、焦点検出信号に基づく焦点検出演算および交換レンズ１１０の焦点調節、画像信号の処理および記録、デジタルカメラの動作制御などを行う。ボディ制御回路部１０２は、レンズ取り付け部１０５に設けられた電気接点１０６を介してレンズ制御回路部１１１と通信を行い、レンズ情報の受信およびカメラ情報（デフォーカス量や絞り値など）の送信を行う。

図２は、ボディ制御回路部１０２の構成を示すブロック図である。ボディ制御回路部１０２は、Ａ／Ｄ変換部２０２、ＣＰＵ２０３、撮像素子駆動回路２０４、画像処理回路２０５、焦点検出演算回路２０６および通信部２１０などを備える。撮像素子１０１は、撮像素子駆動回路２０４によって光電変換信号の蓄積および信号読出しのタイミング（フレームレート）が制御される。撮像素子１０１からの出力信号はＡ／Ｄ変換部２０２でデジタルデータに変換され、ＣＰＵ２０３に付随する不図示のメモリに出力される。

焦点検出演算回路２０６は、撮像素子１０１からの所定の焦点検出エリアに対応する出力信号に基づいてデフォーカス量を算出する。ＣＰＵ２０３は、焦点検出演算回路２０６により算出されたデフォーカス量を通信部２１０を用いて交換レンズ１１０のレンズ制御回路部１１１へ送信する。レンズ制御回路部１１１は、カメラボディ１００から受信したデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１１３の駆動量を算出し、この駆動量に基づいてフォーカスレンズ１１３を不図示のモーター等で駆動して合焦位置へ移動させる。

また、撮像素子１０１からの出力信号は、画像処理回路２０５によって種々の画像処理が施されて画像データとして生成され、表示部１０４に表示されたり、メモリカード２０７に記録されたりする。

ＣＰＵ２０３は、ボディ操作部１０３からの操作信号を検出し、検出結果に応じた動作（撮影処理、焦点検出エリアの設定など）の制御を行う。

図３は、撮像素子１０１の詳細な構成を示す正面図であり、撮像素子１０１の一部を拡大して示した図である。図３に示すように、撮像素子１０１は、二次元状に配列された複数の画素３１１から構成される。画素３１１は、マイクロレンズ１０と一対の光電変換部１２、１３とを有する。図３において、一対の光電変換部１２、１３は水平方向に並んで配置されている。また、各画素３１１の位置には、ベイヤー配列の規則に従って色フィルタ（Ｒ：赤色フィルタ、Ｇ：緑色フィルタ、Ｂ：青色フィルタ）が配置されている。すなわち、画素３１１として、赤色成分の分光感度を有する（すなわち赤色フィルタが配置された）Ｒ画素と緑色成分の分光感度を有する（すなわち緑色フィルタが配置された）Ｇ画素と青色成分の分光感度を有する（すなわち青色フィルタが配置された）Ｂ画素とが設けられている。画素３１１は、撮影用画素と焦点検出用画素とを兼ねており、画素３１１が撮像素子１０１の全面に配置されている。したがって、撮影画面上の任意の位置で焦点検出を行うことが可能である。また、撮影時には、画素３１１の一対の光電変換部１２および１３の出力を加算することで、撮影画像データを生成することが可能である。

図４は、画素３１１の構成を示す断面図である。画素３１１において、光電変換部１２、１３の前方にマイクロレンズ１０が配置され、マイクロレンズ１０により光電変換部１２、１３が前方に投影される。光電変換部１２、１３は半導体回路基板２９上に形成される。また、不図示の色フィルタはマイクロレンズ１０と光電変換部１２、１３の中間に配置される。

図５を参照してマイクロレンズを用いた瞳分割型位相差検出方式による焦点検出方法について説明する。図５において、射出瞳９０は交換レンズ１１０の予定結像面近傍に配置されたマイクロレンズの前方ｄの距離に設定されている。

図５では、交換レンズ１１０の光軸９１上にある画素（マイクロレンズ５０と一対の光電変換部５２、５３からなる）と、隣接する画素（マイクロレンズ６０と一対の光電変換部６２、６３からなる）を模式的に例示しているが、その他の画素においても、一対の光電変換部はそれぞれ一対の測距瞳から各マイクロレンズに到来する光束を受光する。なお、画素の配列方向は一対の測距瞳の並び方向と一致させている。

マイクロレンズ５０、６０は交換レンズ１１０の予定結像面近傍に配置されている。光軸９１上に配置されたマイクロレンズ５０によって、その背後に配置された一対の光電変換部５２、５３の形状がマイクロレンズ５０から投影距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２，９３を形成する。一方、光軸９１から離間して配置されたマイクロレンズ６０によって、その背後に配置された一対の光電変換部６２、６３の形状がマイクロレンズ６０から投影距離ｄだけ離間した射出瞳９０上に投影され、その投影形状は測距瞳９２，９３を形成する。すなわち、投影距離ｄにある射出瞳９０上で各画素の光電変換部の投影形状（測距瞳９２，９３）が一致するように、各画素の投影方向が決定されている。

光電変換部５２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ５０に向う焦点検出用光束７２によりマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部５３は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ５０に向う焦点検出用光束７３によりマイクロレンズ５０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。一方、光電変換部６２は、測距瞳９２を通過してマイクロレンズ６０に向う焦点検出用光束８２によりマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。また、光電変換部６３は、測距瞳９３を通過してマイクロレンズ６０に向う焦点検出用光束８３によりマイクロレンズ６０上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。

各画素の一対の光電変換部の出力を測距瞳９２および測距瞳９３に対応した出力グループにまとめることによって、測距瞳９２と測距瞳９３を各々通過する焦点検出用光束が画素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。この情報に対して公知の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に応じた変換演算を行うことによって、予定結像面に対する現在の結像面（予定結像面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における結像面）の偏差（デフォーカス量）が算出される。なお、上述した説明では測距瞳は絞り開口によって制限されていない状態として説明を行ったが、実際には測距瞳は絞り開口によって制限された形状と大きさになる。

＜焦点検出信号の生成＞
次に、上述した瞳分割型位相差方式における焦点検出のための焦点検出信号を生成する方法について説明する。まず、概要について説明する。本実施形態では、Ｇ画素からの出力信号を用いて焦点検出信号を生成する。ベイヤー配列においてＧ画素は水平方向に１画素おきに配置されているので、Ｇ画素の位置のみに対応して焦点検出信号を取得すると、焦点検出信号は１画素おきに取得され、焦点検出の精度が悪くなる。そこで、本実施形態では、Ｇ画素がない位置においても周囲のＧ画素の出力から補間して焦点検出信号を生成することで、焦点検出信号は１画素毎に生成取得され、焦点検出の精度を上げている。また、本実施形態では、Ｇ画素のある位置においても周囲のＧ画素の出力を用いて焦点検出信号を生成する。このようにすることで、被写体像に高周波成分が含まれる場合でも高周波成分による焦点検出の誤差を軽減でき、焦点検出信号においてローパスフィルタ効果を得ることができる。

ローパスフィルタ効果について換言すると、離散的に配列されたＧ画素の信号値が周辺のＧ画素の焦点検出信号を用いて平均化されるので、信号値が急峻に変化するようなコントラストを持つ被写体像であっても、複数のＧ画素の第１光電変換部からの焦点検出信号列と第２光電変換部からの焦点検出信号列の信号波形がなまる。その結果、急峻に変化する信号波形が焦点検出信号列間で相違することが抑制され、以て、焦点検出信号列間でシフト演算する際に発生し易い焦点検出誤差を低減できる。なお、Ｇ画素が設けられていない離散的な位置の画素についても、周辺のＧ画素の信号値を用いて当該画素位置の焦点検出信号列を作成するので、上述したと同様に焦点検出誤差を低減できる。

以下、このような焦点検出信号の生成について具体的に説明する。ここでは、図６に例示するように、水平方向に画素Ｐ１〜Ｐ６が並んだ画素列Ｌに対応する焦点検出信号を生成する場合を説明する。画素列Ｌでは、Ｒ画素（Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５）とＧ画素（Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６）とが交互に並んで配置されている。ボディ制御回路部１０２は、各画素Ｐ１〜Ｐ６の位置にそれぞれ対応する複数の焦点検出信号からなる焦点検出信号列を生成する。なお、ボディ制御回路部１０２は、各画素位置に対応する焦点検出信号を生成する際、各画素Ｐ１〜Ｐ６の位置において、図中左側の光電変換部１２に対応する焦点検出信号ａ１〜ａ６からなる焦点検出信号列と、図中右側の光電変換部１３に対応する焦点検出信号ｂ１〜ｂ６からなる焦点検出信号列と、をそれぞれ生成する。また、ボディ制御回路部１０２は、各画素Ｐ１〜Ｐ６の位置に対応する焦点検出信号をＧ画素の出力信号を用いて生成する。

図６においてＧ画素以外の画素（ここではＲ画素）が配置されている画素Ｐ１の位置については、図７に示すように、画素Ｐ１を中央とする３行３列の画素からなる参照範囲Ｓ１を設定し、参照範囲Ｓ１に含まれる４つのＧ画素（すなわち画素Ｐ１に上下左右に隣接する４つのＧ画素）の画素値を重み付け加算することにより、画素Ｐ１の位置に対応する焦点検出信号を生成する。Ｒ画素が配置されている画素Ｐ３、Ｐ５の位置においても同様に、画素Ｐ３、Ｐ５を中央とした３行３列の画素からなる参照範囲をそれぞれ設定し、各参照範囲に含まれる４つのＧ画素の画素値を重み付け加算することにより、画素Ｐ３、Ｐ５の位置に対応する焦点検出信号をそれぞれ生成する。図８は、このようなＧ画素以外の画素の位置に対応する焦点検出信号を生成する際の重み付け係数を説明する図である。図８に示すように、参照範囲Ｓの中央画素Ｐの上下左右に隣接する４つのＧ画素の画素値に対してそれぞれ１／４の重み付け係数をかけて加算することで、中央画素Ｐの位置に対応する焦点検出信号を生成する。このように重み付け加算して生成した焦点検出信号の重心位置は、参照範囲Ｓの中央画素Ｐの位置となる。

また、図６においてＧ画素が配置されている画素Ｐ２の位置については、図９に示すように、画素Ｐ２を中央とする３行３列の画素からなる参照範囲Ｓ２を設定し、参照範囲Ｓ２に含まれる５つのＧ画素（４隅のＧ画素と中央のＧ画素Ｐ２）の画素値を重み付け加算することにより、画素Ｐ２の位置に対応する焦点検出信号を生成する。Ｇ画素が配置されている画素Ｐ４、Ｐ６の位置においても同様に、画素Ｐ４、Ｐ６を中央とした３行３列の画素からなる参照範囲をそれぞれ設定し、各参照範囲に含まれる５つのＧ画素の画素値を重み付け加算することにより、画素Ｐ４、Ｐ６の位置に対応する焦点検出信号をそれぞれ生成する。図１０は、このようなＧ画素の位置に対応する焦点検出信号を生成する際の重み付け係数を説明する図である。図１０に示すように、参照範囲Ｓの中央画素Ｐの画素値に対しては１／２、参照範囲Ｓの４隅のＧ画素の画素値に対しては１／８の重み付け係数をそれぞれかけて加算することで、中央画素Ｐに対応する焦点検出信号を生成する。このように重み付け加算して生成した焦点検出信号の重心位置は、参照範囲Ｓの中央画素Ｐの位置となる。

以上説明したようにＧ画素以外の画素位置に対応する焦点検出信号を生成する際、図８に示したように、参照範囲Ｓ内で、水平方向の端の列（左側および右側の列）にはＧ画素が１つずつあるので重み付けがそれぞれ１／４であり、中央の列にはＧ画素が２つあるので重み付けが１／４＋１／４＝１／２である。すなわち、水平方向において、１：２：１の比率の重み付けとなっている。同様に、垂直方向においても１：２：１の比率の重み付けとなっている。一方、Ｇ画素の画素位置に対応する焦点検出信号を生成する際、図１０に示したように、参照範囲Ｓ内で、水平方向の端の列（左側および右側の列）には１／８の重み付けのＧ画素が２つずつあるので、重み付けがそれぞれ１／８＋１／８＝１／４であり、中央の列には１／２の重み付けのＧ画素が１つあるので、重み付けが１／２である。すなわち、水平方向において、１：２：１の比率の重み付けとなっている。同様に、垂直方向においても１：２：１の比率の重み付けとなっている。このように、Ｇ画素以外の画素位置に対応する焦点検出信号を生成する場合とＧ画素の画素位置に対応する焦点検出信号を生成する場合のどちらにおいても、Ｇ画素の出力信号を加算する際の重み付けが水平方向および垂直方向の両方で１：２：１となっており（すなわち重み付けの比率が同一であり）、参照範囲の中央ほど重み付けが大きくなっている。以上のように、水平方向において、１：２：１の比率の重み付けとなっているので、焦点検出精度が良くなる。さらに垂直方向においても、1：2：1の比率の重み付けにすると、補間対象の画素から近い画素を用いて補間することになるので、更に焦点検出精度が良くなる。なお、水平方向及び垂直方向において1：2：1の比率の重み付けにすることに限定せず、水平方向においてのみ、１：２：１の比率の重み付けを行ってもよい。

なお、ボディ制御回路部１０２は、各画素Ｐ１〜Ｐ６の位置に対応する焦点検出信号を生成する際、参照範囲に含まれる各Ｇ画素の図中左側に位置する光電変換部１２の出力を重み付け加算して焦点検出信号ａ１〜ａ６を生成し、参照範囲に含まれる各Ｇ画素の右側に位置する光電変換部１３の出力を重み付け加算して焦点検出信号ｂ１〜ｂ６を生成する。

また、以上のように、各画素位置に対応する焦点検出信号を周囲のＧ画素の出力信号を重み付け加算して生成する際、各焦点検出信号の重心位置が、垂直方向、すなわち焦点検出方向（水平方向）に垂直な方向において同一となるように、重み付け係数が設定されている。このように各焦点検出信号の重心位置を垂直方向において同一とすることで、焦点検出の誤差を低減し、焦点検出精度を向上することができる。

仮に、図１１（ａ）において太線の丸で示すように、水平方向においてジグザグに並ぶ（すなわち垂直方向の位置が互い違いに異なる）Ｇ画素の位置に対応して焦点検出信号を生成する場合について考える。なお、図１１（ａ）において、斜線で示す領域Ｉｍは被写体パターンを示す。被写体パターンのエッジは、焦点検出信号を取得するＧ画素の位置の一部にかかっている。このようにして焦点検出信号を取得した場合の一例を、図１１（ｂ）のグラフに示す。この場合、図１１（ｂ）に示すように、垂直方向の位置が互い違いに異なるＧ画素において画素値がばらばらになり、間違った被写体パターンが焦点検出信号に表れてしまい、焦点検出誤差が生じてしまう。このように焦点検出信号の重心位置が焦点検出方向（ここでは水平方向）に対して垂直な方向において揃っていないと、すなわち焦点検出方向に並んでいないと、焦点検出誤差が生じるおそれがある。

一方、図１２（ａ）において太線の丸で示すように、焦点検出信号の重心位置が垂直方向において揃うように、すなわち焦点検出方向に並べることで、図１２（ｂ）に示すように被写体パターンＩｍを正しく反映した焦点検出信号を得ることができ、焦点検出精度を向上することができる。

以上のようにして、ボディ制御回路部１０２は、各画素位置に対応する焦点検出信号を、各画素位置の周辺に位置する複数のＧ画素の出力信号を重み付け加算することにより生成する。そして、ボディ制御回路部１０２は、生成した焦点検出信号に基づいて、公知の像ズレ検出演算処理（相関演算処理、位相差検出処理）を行って像ズレ量を検出し、像ズレ量に基づいてデフォーカス量（交換レンズ１１０の焦点調節状態）を検出する。

＜撮像動作＞
図１３は、デジタルカメラの撮像動作の流れを説明するフローチャートである。ボディ制御回路部１０２は、デジタルカメラの電源がオンされると、この撮像動作を開始する。

ステップＳ１０１において、ボディ制御回路部１０２は、撮像素子１０１に周期動作を開始させる。ステップＳ１０２において、ボディ制御回路部１０２は、撮像素子１０１から出力信号を読み出す。ステップＳ１０３において、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ１０２で読み出した撮像素子１０１の出力信号に基づいて、設定されている焦点検出エリアに対応する焦点検出信号を生成する。このとき、ボディ制御回路部１０２は、上述したように、Ｇ画素の出力信号を重み付け加算することにより、各画素位置に対応する焦点検出信号を生成する。

ステップＳ１０４において、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ１０３で生成した焦点検出信号に基づいてデフォーカス量を算出する。ステップＳ１０５において、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ１０４で算出したデフォーカス量が所定値以内であるか、すなわち合焦か否か判別する。ボディ制御回路部１０２は、合焦していないと判別した場合はステップ１０６へ進み、デフォーカス量をレンズ制御回路部１１１へ送信し、交換レンズ１１０のフォーカスレンズ１１３を合焦位置に駆動させ、ステップ１０２へ戻って上述した動作を繰り返す。

一方、合焦していると判別された場合は、ボディ制御回路部１０２は、ステップ１０７へ進み、レリーズボタン（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し、なされていないと判別された場合はステップ１０２へ戻って上述した動作を繰り返す。

シャッターレリーズがなされたと判別された場合は、ボディ制御回路部１０２は、ステップ１０８へ進み、撮像素子１０１からの出力信号に基づいて撮影画像データを取得してメモリカード２０７に保存し、ステップ１０１へ戻って上述した動作を繰り返す。なお、上述したように、ボディ制御回路部１０２は、撮像素子１０１の各画素３１１において一対の光電変換部１２、１３からの出力信号を加算することで、ベイヤー配列の画像信号を得る。ボディ制御回路部１０２は、このベイヤー配列の画像信号に対して、公知のベイヤー補間処理を行うことにより、撮影画像データを取得する。

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）デジタルカメラにおいて、ボディ制御回路部１０２は、Ｇ画素以外の画素位置（Ｒ画素の位置またはＢ画素の位置）に対応する焦点検出信号（すなわちＧ画素以外の画素位置を重心位置とする焦点検出信号）を、その位置の周囲に位置する複数のＧ画素の出力信号を重み付け加算することにより生成する。これにより、焦点検出信号は１画素毎に生成取得され、焦点検出精度を向上することができる。

（２）デジタルカメラにおいて、ボディ制御回路部１０２は、Ｇ画素のある位置に対応する焦点検出信号も、その位置の周囲に位置する複数のＧ画素の出力信号を重み付け加算することにより生成する。これにより、焦点検出信号においてローパスフィルタ効果を得ることができる。

（３）デジタルカメラにおいて、ボディ制御回路部１０２は、各画素位置に対応する焦点検出信号を、焦点検出信号の重心位置が水平方向（一対の光電変換部１２，１３の並び方向、すなわち焦点検出方向）に垂直な方向において揃うように、すなわち焦点検出方向に並ぶように生成する。これにより、焦点検出精度を向上することができる。

（４）デジタルカメラにおいて、ボディ制御回路部１０２は、各画素位置に対応する焦点検出信号を生成する際、参照範囲の大きさを同一とする。本実施形態では、どの画素位置においても３行３列の画素からなる参照範囲に含まれるＧ画素の出力信号を用いて焦点検出信号を生成する。これにより、焦点検出精度を向上することができる。

−第２の実施の形態−
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、デジタルカメラおよび撮像素子１０１の構成（図１〜図５）は、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

図１４は、デジタルカメラの撮像動作の流れを説明するフローチャートである。ボディ制御回路部１０２は、デジタルカメラの電源がオンされると、この撮像動作を開始する。

ステップＳ２０１において、ボディ制御回路部１０２は、撮像素子１０１に周期動作を開始させる。ステップＳ２０２において、ボディ制御回路部１０２は、撮像素子１０１から出力信号を読み出す。

ステップＳ２０３において、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ２０２で読み出した撮像素子１０１の出力信号に基づいて、設定されている焦点検出エリアに対応する焦点検出信号を生成する。このとき、ボディ制御回路部１０２は、第１の実施の形態と同様に、Ｇ画素の出力信号を重み付け加算することにより、各画素位置に対応する焦点検出信号を生成する。なお、第１の実施の形態では、焦点検出信号を生成する際の参照範囲が３行３列の画素からなる例について説明したが、第２の実施の形態では参照範囲が６行６列の画素からなる場合について説明する。この場合、たとえば、図１５に示すように、６行６列の画素からなる参照範囲Ｓ１１を設定し、参照範囲Ｓ１１に含まれる１８個のＧ画素の画素値を重み付け加算することにより、参照範囲Ｓ１１の中央位置Ｃ１１に対応する（すなわち重心位置が中央位置Ｃ１１である）焦点検出信号を生成する。このように焦点検出信号の重心位置は、必ずしも画素の配置位置でなくてもよく、画素と画素の間の位置であってもよい。

ボディ制御回路部１０２は、このような６行６列の画素からなる参照範囲を水平方向に１画素ずつずらして複数設定し、複数の参照範囲の中央位置にそれぞれ対応する複数の焦点検出信号を、各参照範囲に含まれる複数のＧ画素の出力信号を用いて生成する。参照範囲の中央位置が各焦点検出信号の重心位置となるため、各焦点検出信号の重心位置は、水平方向に画素ピッチで連続し、且つ垂直方向において同一の位置となる。

ステップＳ２０４において、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ２０３で生成した複数の焦点検出信号からなる焦点検出信号列が所定の条件を満たすか否かを判断する。ここで、所定の条件とは、焦点検出を行うのに適切な焦点検出信号列が得られているかどうかを判断するための条件であり、たとえば、ステップＳ２０３で生成した焦点検出信号列のコントラスト量が所定値以上あるか、または、当該焦点検出信号列の最大値と最小値との差が所定値以上あるか、などである。このような条件を満足しない場合、焦点検出信号の信号レベルが十分ではなく、像ズレ量の算出に適していないと考えられる。

ステップＳ２０３で生成した焦点検出信号列が所定の条件を満たす、すなわちＧ画素の出力信号を用いて生成した焦点検出信号列が焦点検出を行うのに適切である場合には、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ２０４を肯定判定してステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５において、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ２０３で生成した（すなわちＧ画素の出力信号を用いて生成した）焦点検出信号列に基づいてデフォーカス量を算出する。

一方、ステップＳ２０３で生成した焦点検出信号が所定の条件を満たさない、すなわちＧ画素の出力信号を用いて生成した焦点検出信号が焦点検出を行うのに適切ではない場合には、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ２０４を否定判定してステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６において、ボディ制御回路部１０２は、Ｒ画素の出力信号を用いた焦点検出信号列と、Ｂ画素の出力信号を用いた焦点検出信号列とを生成する。このとき、ステップＳ２０３で生成した（すなわちＧ画素の出力信号を用いた）焦点検出信号列と重心位置が同一となるように、これらの焦点検出信号列を生成する。たとえば、Ｒ画素の出力信号を用いて、図１５に示した中央位置Ｃ１１に対応する焦点検出信号を生成する場合、図１６に示すように、Ｇ画素の場合と同一の６行６列の画素からなる参照範囲Ｓ１１を設定する。そして、参照範囲Ｓ１１に含まれる９個のＲ画素の画素値を重み付け加算することにより、中央位置Ｃ１１の位置に対応する（すなわち重心位置が中央位置Ｃ１１となる）焦点検出信号を生成する。同様に、Ｂ画素の出力信号を用いて、図１５に示した中央位置Ｃ１１に対応する焦点検出信号を生成する場合、図１７に示すように、Ｇ画素の場合と同一の６行６列の画素からなる参照範囲Ｓ１１を設定する。そして、参照範囲Ｓ１１に含まれる９個のＢ画素の画素値を重み付け加算することにより、中央位置Ｃ１１に対応する（すなわち重心位置が中央位置Ｃ１１となる）焦点検出信号を生成する。このようにして、Ｇ画素による焦点検出信号列と同様の重心位置となるように、Ｒ画素による焦点検出信号列と、Ｂ画素による焦点検出信号列とを生成する。

ステップＳ２０７において、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ２０３で生成したＧ画素による焦点検出信号列と、ステップＳ２０６で生成したＲ画素による焦点検出信号列およびＢ画素による焦点検出信号列とを加算した焦点検出信号列を生成する。なお、加算する際には、同一の重心位置の焦点検出信号同士を加算する。また、光電変換部１２に対応する焦点検出信号同士、光電変換部１３に対応する焦点検出信号同士をそれぞれ加算する。このように、Ｇ画素による焦点検出信号列にＲ画素およびＢ画素による焦点検出信号列を加算することで、焦点検出信号列の信号レベルを上げて、像ズレ量の算出に適した焦点検出信号列を生成することができる。

ステップＳ２０８において、ボディ制御回路部１０２は、ステップＳ２０７で生成した（すなわちＧ画素による焦点検出信号列にＲ画素およびＢ画素による焦点検出信号列を加算して生成した）焦点検出信号列に基づいてデフォーカス量を算出する。

ステップＳ２０９〜Ｓ２１２の動作は、上述した第１の実施の形態におけるステップＳ１０５〜Ｓ１０８と同様の動作を行うため、説明を省略する。

なお、以上の説明では、Ｇ画素による焦点検出信号列に対して、Ｒ画素による焦点検出信号列およびＢ画素による焦点検出信号列の両方を加算する例について説明したが、いずれか一方を加算するようにしてもよい。また、第２の実施の形態では、焦点検出信号の重心位置が画素と画素の間の位置である場合について説明したが、第１の実施の形態のように焦点検出信号の重心位置が画素の位置である場合に、上記図１４の処理を行うようにしてもよい。

上述した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
ボディ制御回路部１０２は、Ｇ画素の出力信号を用いて生成した焦点検出信号列が上記所定の条件を満足するか否かを判断する。上記所定の条件を満足しない場合には、Ｒ画素の出力信号を用いた焦点検出信号列と、Ｂ画素の出力信号を用いた焦点検出信号列とを生成し、これらの焦点検出信号列をＧ画素の出力信号を用いた焦点検出信号列に加算する。そして、当該加算して生成した焦点検出信号列を用いて、交換レンズ１１０の焦点調節状態を検出する。このように、Ｇ画素の出力信号を用いて生成した焦点検出信号列が焦点検出を行うのに適切ではない場合には、Ｒ画素およびＢ画素の出力信号を加算して焦点検出信号列を生成することで、焦点検出を適切に行うことができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
上述した実施の形態では、各画素３１１に２つの光電変換部１２，１３が水平方向に並んで配置されており、水平方向において焦点検出を行う例について説明した。しかしながら、焦点検出を行う方向については、垂直方向や斜め方向であってもよく、焦点検出方向に対応して光電変換部を配置すればよい。

（変形例２）
上述した実施の形態では、各画素３１１に２つの光電変換部１２，１３が設けられている例を説明したが、各画素における光電変換部の数は２つに限らず、たとえば、各画素に４つの光電変換部を設けてもよい。

（変形例３）
上述した実施の形態では、焦点検出信号を生成する際の参照範囲の大きさが３行３列、または６行６列の画素からなる例について説明したが、これに限らなくてもよく、たとえば４行４列や５行５列の画素からなるようにしてもよい。

（変形例４）
上述した実施の形態では、焦点検出信号の重心位置が参照範囲の中央位置となるように焦点検出信号を生成する例について説明したが、この他の位置であってもよく、焦点検出信号の重心位置が各参照範囲において揃っていればよい。また、第１の実施の形態のように、焦点検出信号の重心位置が特定の画素位置と一致していてもよいし、第２の実施の形態のように、焦点検出信号の重心位置が画素と画素との間の位置であってもよい。

（変形例５）
上述した実施の形態では、撮像素子１０１の例として、撮像面の全域に焦点検出用の画素３１１が設けられる例について説明した。しかしながら、撮像素子１０１において、ＡＦエリアに対応する位置にのみ焦点検出用の画素３１１が配置され、その他の位置には通常の画素（１つの画素に１つの光電変換部が設けられる画素）が配置されていてもよい。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１００…カメラボディ、１０１…撮像素子、１０２…ボディ制御回路部、１０３…ボディ操作部、１０４…表示部、１１０…交換レンズ、１１３…フォーカスレンズ、２０２…Ａ／Ｄ変換部、２０３…ＣＰＵ、２０４…撮像素子駆動回路、２０５…画像処理回路、２０６…焦点検出演算回路、２１０…通信部

Claims

撮影光学系の異なる瞳領域を通過した第１及び第２の光束を受光する第１及び第２の光電変換部を有する画素であって、第１色の光による信号を生成する第１画素と、第２色の光による信号を生成する第２画素とが、所定方向に交互に配置される撮像素子と、
複数の前記第１画素における前記第１の光電変換部からの信号と、複数の前記第1画素における前記第２の光電変換部からの信号を用いて焦点検出信号を生成し、前記焦点検出信号に基づいて前記撮影光学系の焦点を検出する焦点検出部と、
を備え、
前記焦点検出部は、前記焦点検出信号のうちの前記第２画素の位置の焦点検出信号を、前記第２画素の周囲に位置する複数の前記第１画素の信号を用いて生成する撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記焦点検出信号のうち前記第１画素の位置の焦点検出信号を、前記第１画素の信号と前記第１画素の周囲に位置する複数の前記第１画素の信号とを用いて生成する撮像装置。
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記焦点検出信号のうち前記第２画素の位置の焦点検出信号を、当該第２画素の周囲に位置する複数の前記第１画素の信号を重み付け加算することにより生成する撮像装置。
請求項２に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記焦点検出信号のうち前記第１画素の位置の焦点検出信号を、当該第１画素の信号と当該第１画素の周囲に位置する複数の前記第１画素の信号とを重み付け加算することにより生成する撮像装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、所定方向に交互に配置された前記第１画素の位置及び前記第２画素の位置における焦点検出信号を、当該各焦点検出信号の重心位置が前記所定方向に並ぶように生成する撮像装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記撮像素子において、ｍおよびｎをそれぞれ２以上の整数とし、ｍ行ｎ列の画素からなる複数の参照範囲を画素列の各画素位置をそれぞれ含むように設定し、前記画素列の各画素位置にそれぞれ対応する複数の焦点検出信号を、各参照範囲に含まれる複数の前記第１画素の信号を重み付け加算することにより生成し、当該複数の焦点検出信号を生成する際、各参照範囲の大きさを同一とする撮像装置。
請求項６に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記複数の焦点検出信号を生成する際、水平方向および垂直方向について前記参照範囲の中央ほど重み付けが大きくなるように前記第１画素の信号を重み付け加算する撮像装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出部は、前記第１画素からの信号を用いて、画素列の各画素位置にそれぞれ対応する複数の焦点検出信号からなる第１の焦点検出信号列を生成する第１の焦点検出信号生成部と、前記第２画素からの信号を用いて、前記画素列の各画素位置にそれぞれ対応する複数の焦点検出信号からなる第２の焦点検出信号列を生成する第２の焦点検出信号生成部と、前記第１の焦点検出信号列と前記第２の焦点検出信号列を加算して第３の焦点検出信号列を生成する加算部と、前記第１の焦点検出信号列が所定の条件を満足するか否かを判断する判断部と、を有し、
前記焦点検出部は、前記第１の焦点検出信号列および前記第２の焦点検出信号列を、前記第１の焦点検出信号列を構成する複数の焦点検出信号の重心位置と、前記第２の焦点検出信号列を構成する複数の焦点検出信号の重心位置とが同一となるように生成し、
前記焦点検出部は、前記第１の焦点検出信号列が所定の条件を満足する場合には、前記第１の焦点検出信号列に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出し、前記第１の焦点検出信号列が所定の条件を満足しない場合には、前記第３の焦点検出信号列に基づいて前記撮影光学系の焦点調節状態を検出する撮像装置。
被写体の像を形成する光学系の異なる領域を通過した第１及び第２の光束を受光する第１及び第２の光電変換部を有する画素であって、第１色の光による信号を生成する第１画素と、第２色の光による信号を生成する第２画素とが、所定方向に交互に配置される撮像素子と、
複数の前記第１画素における前記第１の光電変換部からの信号と、複数の前記第１画素における前記第２の光電変換部からの信号とに基づく焦点検出信号から前記被写体の像と前記撮像素子とのずれを検出する検出部と、
を備え、
前記検出部は、前記第２画素の位置の前記焦点検出信号を、前記第２画素の周囲に位置する複数の前記第１画素の信号を用いて生成する撮像装置。