JP7187185B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。

手振れ補正機能を有するデジタルカメラなどの撮像装置が提案されている。手振れ補正機能を有する撮像装置は、角速度検出装置によって検知した手振れ量に応じて、撮影光学系や撮像素子を移動させて、像ブレを補正する。撮像素子を移動させて像ブレを補正する方式は、撮影光学系を移動させて像ブレを補正する方式と比較して、水平・垂直方向の像ブレだけでなく、回転方向の像ブレも抑制することができる。特許文献１は、３つの駆動コイルを使うことで、回転方向の像ブレを抑制する撮像装置を開示している。

また、撮像光学系の異なる瞳領域を通過した光を受光する複数の光電変換部を有する画素を備える撮像素子が提案されている。撮像装置は、上記の複数の光電変換部から得られる一対の像信号に基づいて、撮像と同時に位相差方式の焦点検出を行う。

特許文献２、特許文献３は、１つの画素の中にある、１つのマイクロレンズで集光されるフォトダイオード（ＰＤ）が分割された構成を有する撮像素子を備える撮像装置を開示している。各々のＰＤは、撮像光学系の異なる瞳領域の光束を受光する。また、特許文献４は、ＰＤの前面にある配線層を画素によって変更することで、撮像光学系の異なる瞳領域の光を受光するように構成された光電変換セルを有する撮像装置を開示している。特許文献２乃至３が開示する撮像装置は、撮像光学系の異なる瞳領域を通過した光束を受光した各々のＰＤから出力される像信号に基づいて、像ずれ量の検出すなわち位相差検出を行って、デフォーカス量を求め、焦点調節処理を行う。

撮像素子で位相差検出を行う撮像装置の場合、像ずれ量の検出領域としては１次元（１行）ではなく２次元の領域を使うことが望ましい。１行だけの検出領域では、撮像素子の画素ピッチ分だけしか行方向に焦点検出領域がなく、検出領域が狭すぎるからである。特許文献５は、２次元のデータを用いて焦点検出処理を行う撮像装置を開示している。

特開２０１６－２１８２５６号公報 特開２００１－０８３４０７号公報 特開２００１－２５０９３１号公報 特開２０００－１５６８２３号公報 特開２０１３－１８６２０３号公報

特許文献５が開示する撮像装置では、２つのＰＤから別々に読み出した信号を比較することで、位相差検出を行う。この撮像装置は、撮像光学系の射出瞳を水平または垂直の１方向に分割して、位相差検出を行うので、射出瞳の分割方向にコントラストの高い被写体がある場合には、精度良く位相差検出を行うことができる。例えば、射出瞳が水平方向に分割されている場合には、縦線のような被写体については、精度良く位相差を検出できる。しかし、射出瞳の分割方向と垂直の方向にコントラストの高い被写体がある場合、例えば、射出瞳が水平分割で被写体が横線である場合は、位相差の検出精度が落ち、精度良く焦点調節処理を行うことができない。本発明は、撮像光学系の異なる瞳領域を通過する光束に対応する一対の像信号に基づいて、精度良く位相差検出を行うことができる撮像装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態の撮像装置は、撮像素子が備える複数の光電変換部から、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する一対の像信号を取得する取得手段と、前記取得された一対の像信号に基づいて、位相差検出のための相関演算を行う制御手段とを備える。前記制御手段は、前記相関演算に基づき焦点調節用のレンズを駆動させる測距演算が実行されるごとに、前記相関演算の信頼度に応じて、前記撮像素子を測距開始時の初期位置から光軸に垂直な平面内で回転する制御を実行する。

本発明の撮像装置によれば、撮像光学系の異なる瞳領域を通過する光束に対応する一対の像信号に基づいて、精度良く位相差検出を行うことができる。

撮像装置の構成例を示す図である。 撮像素子の構成例を示す図である。 撮像素子の１画素の構成例を示す図である。 撮像素子が備える画素部を示す図である。 撮像素子での受光を説明する図である。 ピント状態に応じたＡ像信号とＢ像信号を説明する図である。 撮像素子の測距領域を示す図である。 相関演算を説明するフローチャートである。 図８のＳ７１０の処理を説明する図である。 撮像素子を回転する構成の一例を示す図である。 測距演算を説明する図である。 被写体が回転角の中心から外れている場合の処理を説明する図である。 測距演算を説明する図である。 測距演算を説明する図である。

（実施例１）
図１は、本実施形態の撮像装置の構成例を示す図である。
本実施形態の撮像装置は、例えば、デジタルカメラである。撮像装置は、撮像素子１００、駆動ユニット９００、レンズ部１４０１、レンズ駆動装置１４０２、シャッタ１４０３、シャッタ駆動装置１４０４、移動量検出部１４０５、撮像信号処理回路１４０６を備える。また、撮像装置は、タイミング発生部１４０７、メモリ部１４０８、全体制御・演算部１４０９、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１４１０、記録媒体１４１１、表示部１４１２、測光装置１４１３を備える。

レンズ部１４０１は、被写体光を撮像素子１００に結像させる。レンズ駆動装置１４０２は、レンズ部１４０１を制御して、ズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などを行う。シャッタ１４０３は、露光量を調節する。シャッタ駆動装置１４０４は、シャッタ１４０３を制御する。撮像素子１００は、被写体光を光電変換して画像信号を出力する。撮像信号処理回路１４０６は、撮像素子１００が出力する画像信号に対して、各種の補正を行ったり、画像信号に係るデータ（画像データ）を圧縮したりする。また、撮像信号処理回路１４０６は、測距演算を行う位相差検出回路を含んでいる。

駆動ユニット９００は、撮像素子１００を水平方向、垂直方向または回転方向に駆動する。移動量検出部１４０５は、撮像装置に加わる振れを検出する。移動量検出部１４０５は、例えば、ジャイロセンサである。タイミング発生部１４０７は、撮像素子１００、撮像信号処理回路１４０６に、各種タイミング信号を出力する。

全体制御・演算部１４０９は、撮像装置全体を制御する。メモリ部１４０８は、画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１４１０は、記録媒体１４１１に記録または読み出しを行うためのインタフェースである。記録媒体１４１１は、画像データを記録する。記録媒体１４１１は、例えば、着脱可能な半導体メモリである。表示部１４１２は、各種情報や撮影画像を表示する。測光装置１４１３は、被写体の明るさなどを検出する。

撮像装置の撮影時の動作について説明する。メイン電源がオンされると、コントロール系の電源がオンし、更に、撮像信号処理回路１４０６などの撮像系回路の電源がオンされる。次に、不図示のレリーズボタンが押されると、撮像信号処理回路１４０６が有する位相差検出回路が、全体制御・演算部１４０９の制御にしたがって、撮像素子１００から出力される像信号に基づいて、測距演算を行う。具体的には、位相差検出回路は、撮像光学系の異なる瞳領域を通過した光束に対応する一対の像信号に基づいて、位相差検出のための相関演算を行って、一対の像信号の位相差を検出し、デフォーカス量を算出する。本実施形態では、全体制御・演算部１４０９が、相関演算の信頼度に応じて、駆動ユニット９００を制御して撮像素子１００を回転させることで、より精度の高い測距演算を可能にする。

また、全体制御・演算部１４０９は、移動量検出部１４０５から出力される振れ検出信号を元に、駆動ユニット９００を制御して、撮像素子１００を駆動することで、撮像画像のブレ（像ブレ）を補正する。全体制御・演算部１４０９は、測距演算のための撮像素子１００の回転と、像ブレの補正のための撮像素子１００の駆動とを同時に行うことも可能である。その後、全体制御・演算部１４０９が、測距演算によるデフォーカス量を用いてレンズ駆動装置１４０２を制御する。これにより、レンズ部１４０１が有する焦点調節用のレンズ（フォーカスレンズ）が駆動される。全体制御・演算部１４０９は、合焦か否かを判断し、合焦していない場合は、再びレンズ部１４０１を駆動して測距を行う。そして、合焦が確認された後に、撮影動作が開始する。撮影動作が終了すると、撮像素子１００から出力された画像信号は、撮像信号処理回路１４０６で画像処理をされ、全体制御・演算部１４０９によりメモリ部１４０８に画像データとして書き込まれる。撮像信号処理回路１４０６は、画像処理として、並べ替え処理、加算処理やその選択処理を行う。メモリ部１４０８に蓄積されたデータは、制御回路１４０９の制御により、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１４１０を介して記録媒体１４１１に記録される。なお、図示しない外部Ｉ／Ｆ部を介して、画像データを直接コンピュータ等に入力することによって、画像データの加工が行われるようにしてもよい。

図２は、本実施形態における撮像素子の構成例を示す図である。
撮像素子１００は、画素部（画素アレイ）１０１と、画素部１０１における行を選択する垂直選択回路１０２、画素部１０１における列を選択する水平選択回路１０４を備える。また、撮像素子１００は、画素部１０１中の画素のうち、垂直選択回路１０２によって選択される画素の信号を読み出す読み出し回路１０３、各回路の動作モードなどを外部装置から決定するためのシリアルインターフェイス１０５を備える。

読み出し回路１０３は、信号を蓄積するメモリ、ゲインアンプ、ＡＤ変換器などを列毎に有する。なお、撮像素子１００は、図示された構成要素以外にも、例えば、垂直選択回路１０２、水平選択回路１０４、信号読み出し部１０３等にタイミングを提供するタイミングジェネレータ或いは制御回路等を備える。垂直選択回路１０２は、画素部１０１の複数の行を順に選択し、読み出し回路１０３に読み出す。水平選択回路１０４は、読み出し回路１０３に読み出された複数の画素信号を列毎に順に選択する。

図３は、本実施形態における撮像素子の１画素の構成例を示す図である。
撮像素子は、一つのマイクロレンズ２０２に対して複数の光電変換部を有する画素２０１を備える。図３では、画素２０１は、ＰＤ（フォトダイオード）２０３とＰＤ２０４という複数のＰＤを有する。また、画素２０１は、ＰＤ２０３とＰＤ２０４の各々の信号を読み出す転送スイッチ２０５、２０６と、ＰＤの信号を一時的に蓄積するフローティングディフュージョン２０７を有する。画素２０１は、図示された構成要素以外にも、後述する複数の構成要素を備える。なお、この例では、画素２０１において、ＰＤが水平方向に分割されているが、ＰＤの分割方向は、垂直方向でもよい。また、ＰＤの分割は、２分割に限定されない。

図４は、撮像素子が備える画素部を示す図である。
画素部１０１には、２次元の画像を提供するために、図３を参照して説明したような画素が複数２次元アレイ状に配列されている。図４中の画素３０１、３０２、３０３、３０４は、図３中の画素２０１に対応する。ＰＤ３０１Ｌ、３０２Ｌ、３０３Ｌ、３０４Ｌは、図３のＰＤ２０３に対応する。ＰＤ３０１Ｒ、３０２Ｒ、３０３Ｒ、３０４Ｒは、図３のＰＤ２０４に対応する。

図５は、本実施形態における撮像素子での受光を説明する図である。
図５を参照して、撮像光学系の射出瞳を通過した光束の撮像素子１００への入射について説明する。断面４０１は、画素部の断面を示す。マイクロレンズ４０２は、図３のマイクロレンズ２０２に対応する。フィルタ４０３は、カラーフィルタを示す。ＰＤ４０４、４０５は、各々図３のＰＤ２０３、ＰＤ２０４に対応する。射出瞳４０６は、撮像光学系の射出瞳を示す。

図５では、マイクロレンズ４０２を有する画素に対して、射出瞳４０６から出た光束の中心を光軸４０９とする。射出瞳４０６から出た光は、光軸４０９を中心として撮像素子１００に入射される。瞳領域４０７、４０８は、射出瞳４０６の異なる瞳領域を示す。瞳領域４０７を通過する光の最外周の光線が、光線４１０、４１１である。

光線４１２、４１３は、瞳領域４０８を通過する光の最外周の光線である。図５からわかるように、射出瞳から出る光束のうち、光軸４０９を境にして、上側の光束はＰＤ４０５に入射され、下側の光束はＰＤ４０４に入射される。つまり、ＰＤ４０４とＰＤ４０５は各々、撮影レンズの射出瞳の、異なる瞳領域の光を受光している。撮像素子は、射出瞳から出る光束の情報を別々に取得可能な、２次元に配置された画素を有していれば、説明した構成に限らない。

撮像素子１００においては、異なる瞳領域からの光を受光するＡ画素とＢ画素が２次元状に配置されている。図４を用いて説明すると、行３０５のうち、ＰＤ３０１Ｌ、３０２Ｌ、３０３Ｌ、３０４Ｌに対応する画素をＡ画素と定義する。ＰＤ３０１Ｒ、３０２Ｒ、３０３Ｒ、３０４Ｒに対応する画素をＢ画素と定義する。また、Ａ画素から出力される像信号（Ａ像信号）に係る画像をＡ像と定義する。Ｂ画素から出力される像信号（Ｂ像信号）に係る画像をＢ像と定義する。すなわち、撮像信号処理回路１４０６は、全体制御・演算部１４０９の制御により、撮像素子１００が備える複数のＰＤから、異なる瞳領域を通過した光束に対応する一対の像信号を取得する。

図６は、ピント状態に応じたＡ像信号とＢ像信号を説明する図である。
図６（Ａ）は、撮像素子１００の測距領域の１行に配置された画素配置を示す。測距領域は、Ａ像信号とＢ像信号とに基づく相関演算の対象領域である。図６（Ａ）は、合焦状態でのＡ像信号とＢ像信号を示す。図６（Ｂ）は、前ピン状態でのＡ像信号とＢ像信号を示す。図６（Ｃ）は、後ピン状態でのＡ像信号とＢ像信号を示す。

図６（Ａ）に示すＡラインの画素と、Ｂラインの画素とは、撮像光学系の異なる瞳領域を通過する光束を受光する。Ａラインの画素からＡ像信号が出力される。また、Ｂラインの画素からＢ像信号が出力される。

図４の行３０５のうち、ＰＤ３０１Ｌ、３０２Ｌ、３０３Ｌ、３０４Ｌに対応する画素がＡラインの画素である。ＰＤ３０１Ｒ、３０２Ｒ、３０３Ｒ、３０４Ｒに対応する画素がＢラインの画素である。図６からわかるように、合焦状態、前ピン状態及び後ピン状態の何れであるかにより、Ａ像信号とＢ像信号の間隔が異なる。

全体制御・演算部１４０９は、Ａ像信号とＢ像信号の間隔が合焦状態の間隔になるように、フォーカスレンズを駆動させて、ピントを合わせる。すなわち、全体制御・演算部１４０９は、２像のずれ量（位相差）からデフォーカス量を求め、デフォーカス量を用いて、フォーカスレンズを駆動する。

図７は、撮像素子の測距領域を示す図である。
図７（Ａ）に示す撮像素子１００の画素部１０１での測距領域６０２は、位置６０１を中心にして、Ｘ方向にｐからｑ列、Ｙ方向にｒからｓ行までの範囲である。シフト量は、－Ｉ_ｍａｘから＋Ｉ_ｍａｘまでである。実質的な測距領域は、シフト量も含んだ測距領域６０３である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す測距領域６０２と異なる測距領域を用いた測距を行う例を示す。図７（Ｂ）に示す例のように、測距領域をずらすことで、画面上の任意の場所で相関演算を行うことが可能である。

図８は、撮像素子から得られる一対の像信号のずれ量を求める相関演算を説明するフローチャートである。図８を参照して、図７に示す測距領域を対象とした相関演算を説明する。まず、Ｓ７０１において、全体制御・演算部１４０９が、最初の行Ｙ＝ｒを選択する。続いて、Ｓ７０２において、全体制御・演算部１４０９が、Ｉ_ｙ＝－Ｉ_ｍａｘにする。行Ｙ＝ｒが選択されているので、全体制御・演算部１４０９は、ｒ行での像ずれ量を求める。

次に、Ｓ７０３において、全体制御・演算部１４０９が、Ｂ像を水平方向にＩ_ｙ画素シフトする。続いて、Ｓ７０４において、全体制御・演算部１４０９が、Ａ像と、Ｂ像のＩ_ｙ画素シフト時の相関値Ｃ（Ｉ_ｙ）を求める。具体的には、全体制御・演算部１４０９は、以下の式（１）に基づいて、ＡラインとＢラインの各画素での像の差の絶対値を求めることで、相関値Ｃ（Ｉ_ｙ）を算出する。

Ａｘ、Ｂｘは、各々、指定した行でのＡライン、Ｂラインのｘ座標の出力を示す。つまり、Ｃ（Ｉ_ｙ）は、ＢラインをＩ_ｙ画素シフトさせたときのＡラインの画素の像とＢラインの画素の像の差の絶対値の総和である。

また、相関値は、上述した式（１）を用いる方法以外に、例えば以下の式（２）によっても求めることができる。

式（２）にしたがうと、全体制御・演算部１４０９は、Ｂラインの画素の像だけをシフトするのではなく、Ａラインの画素の像も同時に逆方向にシフトして、差の絶対値の総和を求める。式（２）を用いる場合には、Ｓ７０３において、全体制御・演算部１４０９は、Ａ像をＩ_ｙ画素シフトし、Ｂ像を－Ｉ_ｙ画素シフトする。

また、Ａラインの画素の像とＢラインの画素の像の差の絶対値を求める方法以外にも、以下の式（３）にしたがって、各画素の大きい画素値を算出する方法で相関値を求めることが可能である。

ｍａｘ（Ａ、Ｂ）は、ＡとＢの大きい方を選択することを表す。式を記載しないが、ＡとＢの小さい方を選択する演算を実行することによっても、相関値を求めることが可能である。本発明では、Ｓ７０４における相関値を求める方法として、任意の方法を適用することが可能であり、相関値を求める方法は、上述した方法に限定されない。

次に、Ｓ７０５において、全体制御・演算部１４０９が、Ｉ_ｙ＋１をＩ_ｙに代入する（１画素ずらす）。続いて、Ｓ７０６において、全体制御・演算部１４０９が、Ｉ_ｙ＞Ｉ_ｍａｘであるかを判断する。Ｉ_ｙ＞Ｉ_ｍａｘでない場合は、処理がＳ７０３に進み、Ｓ７０３、Ｓ７０４、Ｓ７０５の処理が繰り返される。Ｉ_ｙ＞Ｉ_ｍａｘである場合は、処理がＳ７０７に進む。処理がＳ７０７に進むときには、Ｉ_ｙが－Ｉ_ｍａｘから＋Ｉ_ｍａｘまでの１行分の相関値の集合である相関波形Ｃ（Ｉｙ）が求まっている。

Ｓ７０７において、全体制御・演算部１４０９が、Ｃ（Ｉ_ｙ）＋Ｃ（Ｉ）をＣ（Ｉ）に代入する。続いて、Ｓ７０８において、全体制御・演算部１４０９が、Ｙ＋１をＹに代入する。Ｓ７０９において、全体制御・演算部１４０９が、Ｙ＞ｓであるかを判断する。Ｙ＞ｓでない場合は、処理がＳ７０２に戻る。Ｙ＞ｓである場合は、処理がＳ７１０に進む。すなわち、全体制御・演算部１４０９は、各行のＣ（Ｉ_ｙ）を加算して、Ｃ（Ｉ）を生成する処理を、ｒからｓまでの各行分繰り返すことで、各行の相関波形Ｃ（Ｉ_ｙ）から全行加算された相関波形Ｃ（Ｉ）を求める。Ｓ７１０において、全体制御・演算部１４０９が、全行の相関波形Ｃ（Ｉ_ｙ）が加算された相関波形Ｃ（Ｉ）に対して、最も相関があるシフト量Ｉを求める。

図９は、図８のＳ７１０の処理を説明する図である。
図９に示す相関波形Ｃ（Ｉ）は、シフト量ＩずらしたときのＡラインとＢラインの相関値を示す。相関値を算出するために、Ａラインの画素の像とＢラインの画素の像の差の絶対値の総和を算出する場合には、相関波形Ｃ（Ｉ）の出力が最も低い場所のＩが、最も相関があるＩとして求まる。

図９（Ａ）に示すように、合焦時には、相関波形Ｃ（Ｉ）の出力が最も低い場所のＩ＝０である。したがって、最も相関があるシフト量ＩとしてＩ＝０が求まる。また、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）に示すように、ピントがずれているときには、シフト量Ｉは像ずれ量と等価であり、シフト量Ｉ＝像ずれ量Ｉと考えられる。

図８のＳ７１０では、全体制御・演算部１４０９は、最も相関があるシフト量Ｉを求めることで、ｒからｓ行におけるＡライン、Ｂライン上での像ずれ量を算出する。Ｓ７１０の処理が完了すると、像ずれ量が求まっているので、相関演算を終了する。

図９を参照した説明では、相関波形Ｃ（Ｉ）に対して、最も相関があるシフト量Ｉが像ずれ量であることを示した。その際、像ずれ量Ｉの箇所において、Ａ像とＢ像が一致していればＣ（Ｉ）＝０となるが、実際にはＣ（Ｉ）＝ΔＣとなる。Ｃ（Ｉ）＝ΔＣとなる要因は、相関演算の誤差や、撮影レンズの収差、撮像素子でのノイズなどである。特に、被写体のコントラストが低い時に、ノイズの影響が見えやすく、最も相関のあるシフト量ＩでもΔＣが発生してしまう。Ａ像、Ｂ像が水平方向に位相差情報をもっている場合、つまり被写体が縦線に近い場合は、水平方向のコントラストが高くなるが、横線に近い場合は、水平方向のコントラストが低くなってしまう。

ΔＣが大きいということは、Ａ像とＢ像の一致度が低く、相関演算結果が信用できず、相関演算の信頼度が低いことを意味する。ΔＣが小さいということは、Ａ像とＢ像の一致度が高く、相関演算結果が信用でき、相関演算の信頼度が高いことを意味する。以下の説明では、相関演算の信頼度は、ΔＣと逆相関の関係にある評価値として定義する。

ΔＣが大きい場合すなわち信頼度が所定値より低い場合は、相関演算結果に応じたレンズ駆動をすると、更にピントがぼけてしまうことも考えられる。したがって、全体制御・演算部１４０９は、ΔＣが大きい場合には、撮像素子１００を光軸に垂直な平面内で回転することで、例えば被写体の水平方向のコントラストを上げる。これにより、精度良く相関演算をすることができ、位相差検出の精度が向上する。

図１０は、撮像素子を回転する構成の一例を示す図である。
駆動ユニット９００が、全体制御・演算部１４０９の制御にしたがって、撮像素子１００を駆動させる。駆動ユニット９００は、可動ユニット９０１と固定ユニット９０２とを有する。

可動ユニット９０１には、撮像素子１００と駆動部９０３が配置される。駆動部９０３は、コイルであり、通電することで磁界を発生させる。固定ユニット９０２には、磁石９０４が配置される。また、固定ユニット９０２には、図示しないベアリングなどの摩擦が少ない方法で可動ユニット９０１が配置される。磁石９０４と駆動部９０３のコイルへの通電で発生した磁界の磁力によって、吸引力や反発力を発生させることで、可動ユニット９０１が、光軸に垂直な平面内での水平移動、垂直移動、回転移動などを行う。

図１１は、実施例１の撮像装置による測距演算を説明するフローチャートである。
測距演算がスタートすると、Ｓ１００１において、全体制御・演算部１４０９が、撮像素子１００の初期位置の回転角をθ＝０として記憶する。続いて、Ｓ１００２において、全体制御・演算部１４０９が、θ＝０の位置の撮像素子１００から、Ａ像とＢ像を取得する。

次に、Ｓ１００３において、全体制御・演算部１４０９が、Ｓ１００２で取得したＡ像とＢ像に基づいて、図８を参照して説明したように、相関演算を行う。Ｓ１００３での相関演算によって、ΔＣの取得すなわち相関演算の信頼度の取得が行われる。ｎフレーム目に対応する撮像素子１００の情報から取得されたΔＣをΔＣ（ｎ）とする。

Ｓ１００４において、全体制御・演算部１４０９が、ΔＣ（ｎ）＜閾値ｒであるか、すなわち相関演算の信頼度が所定値より高いかを判断する。ΔＣ（ｎ）＜閾値ｒである場合は、処理がＳ１００７に進む。ΔＣ（ｎ）＜閾値ｒでない場合すなわち相関演算の信頼度が所定値より低い場合は、処理がＳ１００５に進む。

Ｓ１００５において、全体制御・演算部１４０９が、撮像素子１００の回転角θがθ_ｍａｘを超えたかを判断する。θ_ｍａｘは、予め設定された回転角の上限値である。θがθ_ｍａｘを超えた場合は、処理がＳ１００７に進む。θがθ_ｍａｘを超えていない場合は、処理がＳ１００６に進む。Ｓ１００５の判断処理によって、撮像素子１００を回転させすぎることが防止される。

Ｓ１００６において、全体制御・演算部１４０９が、撮像素子１００を１ステップ回転させ、θ＝θ＋１とする。ここで、１は、ステップ単位として便宜上定義しているだけである。１ステップの回転は、必ずしも撮像素子１００を１°回転させるわけではなく、例えば、２°の回転や０．５°の回転でもよい。Ｓ１００６の処理の後、処理がＳ１００２に戻る。これにより、回転後の撮像素子１００から取得されたＡ像とＢ像に基づいて、相関演算が行われる。

Ｓ１００７において、全体制御・演算部１４０９が、撮像素子１００をθ＝０の位置に戻して、測距演算を終了する。これにより、相関演算の信頼度が所定値より高い場合の相関演算により得られるデフォーカス量を用いて、フォーカスレンズが駆動される。ΔＣ（ｎ）が大きい場合（信頼性が低い場合）には、被写体のコントラストが低く、特に横線や水平に近い斜め線である場合が多い。本実施例によれば、これらの被写体が主被写体となった場合でも、精度良く測距演算を行うことが可能となる。

図１２は、被写体が回転角の中心から外れている場合の処理を説明する図である。
撮像装置が撮像素子１００を回転させた場合、撮像領域において、被写体が撮像素子１００の回転角中心に存在する場合は、被写体像が回転する。
図１２（Ａ）は、回転前の被写体１０００が結像する様子を示す。図１２（Ｂ）は、回転前の被写体１０００と、回転後の被写体１００１が結像する様子を示す。回転角中心からずれた位置に被写体がいる場合は、被写体は角度と共に、上下左右方向にもずれてしまう。したがって、この場合は、全体制御・演算部１４０９は、撮像領域における被写体領域の位置に基づいて、被写体領域の上下左右方向の位置のずれを算出し、算出したずれに応じて、測距領域を変更するようにしてもよい。

全体制御・演算部１４０９が撮像素子１００を回転させることで、撮影画像としては回転した画像が取得される。したがって、全体制御・演算部１４０９が、撮像素子１００の回転後に撮像素子１００から得られる撮像画像を、既知の画像補間処理を適用することによって補正して、回転前の撮影画像を復元するようにしてもよい。
また、全体制御・演算部１４０９が、測距範囲内においてＹ＝ｒ～ｓまでの測距演算を行う場合に、Ａ像とＢ像の行間を間引いて相関演算を行ってもよいし、行毎にＡ像とＢ像を加算してから相関演算してもよい。これにより、相関演算の処理が軽くなり、結果演算に伴う消費電力が低減したり、より高度な演算を行ったりすることが可能となる。ただし、像信号の加算や間引きをすればするほど、横線の検知能力が落ちる。例えば、全行について相関演算を行う場合には、水平からわずかにずれた横線であれば、ある程度高い信頼度の相関演算を行えるが、像信号を加算した場合には、斜め情報が欠落してしまうため、相関演算の精度が落ちてしまう。したがって、像信号を加算する場合には、回転による検知能力を向上するため、図１１のＳ１００６で行う撮像素子１００の回転の１ステップに対応する角度を大きくし、相関演算の精度を上げるようにしてもよい。また、撮像素子１００を回転させるときは、信頼度が低いので、撮像素子１００を回転するとともに、測距領域の行数を多くしてもよい。

撮像装置が、図３乃至５に示すような、水平方向にＰＤが分割された撮像素子１００を備える構成をとる場合についての説明を行ったが、本発明は、この構成に限定されない。本発明は、配線層による遮光で、撮像光学系の射出瞳を通過する光束のうちの一部を別々の画素で受光する構成をとる撮像素子にも適用可能である。また、撮像素子１００において、垂直方向にＰＤが分割されていてもよい。さらに、撮像素子１００の画素は、垂直方向と水平方向の双方の位相差を得ることができる構成をとってもよい。また、上述の撮像素子１００を回転させて相関演算を繰り返す処理は、動画モードのように連続して撮像素子１００を駆動する場合に実行してもよいし、静止画モード、静止画を連続的に取得する静止画連写の際にも実行してもよい。

（実施例２）
図１３は、実施例２の撮像装置による測距演算を説明するフローチャートである。
実施例２の撮像装置は、現在のフレームの相関演算の信頼度と、前回のフレームの相関演算の信頼度とを比較し、より相関演算の信頼度が高いフレームの相関演算結果を用いて、焦点調節処理を実行する。

図１３に示す各ステップのうち、図１１に示すステップと同じステップ番号が付けられたステップについては、図１１に示すステップにおける処理と同じ処理が実行される。
図１３のＳ１００５において、θがθ_ｍａｘを超えていない場合は、処理がＳ１２０１に進む。Ｓ１２０１において、全体制御・演算部１４０９が、ΔＣ（ｎ）がΔＣ（ｎ－１）より大きいか、すなわち現在のフレームでの相関演算の信頼度が前回のフレームでの相関演算の信頼度より低いかを判断する。ΔＣ（ｎ）がΔＣ（ｎ－１）より大きくない場合、すなわち現在のフレームでの相関演算の信頼度が前回のフレームでの相関演算の信頼度より高い場合は、処理がＳ１００６に進む。そして、Ｓ１００６において、全体制御・演算部１４０９が、撮像素子１００を回転させる。ΔＣ（ｎ）がΔＣ（ｎ－１）より大きい場合、すなわち現在のフレームでの相関演算の信頼度が前回のフレームでの相関演算の信頼度より低い場合は、処理がＳ１００７に進む。つまり、全体制御・演算部１４０９は、撮像素子１００を回転しても、相関演算の信頼度が落ちたときには、相関演算を終了し、取得済みの信頼度のうち、最も高い信頼度に対応する相関演算に基づくデフォーカス量を用いてフォーカスレンズを駆動する。これにより、θ＜θ_ｍａｘの範囲内で最も相関演算の信頼度が高いときの相関演算結果に基づいて焦点調節処理を行うことができる。

（実施例３）
図１４は、実施例３の撮像装置による測距演算を説明するフローチャートである。
実施例３の撮像装置は、撮像素子１００の回転によって相関演算の信頼度が落ちたときに、撮像素子１００を逆方向に回転させる。
図１４に示す各ステップのうち、図１１、図１３に示すステップと同じステップ番号が付けられたステップについては、図１１、図１３に示すステップにおける処理と同じ処理が実行される。

図１４のＳ１００５において、θがθ_ｍａｘを超えていない場合は、処理がＳ１３０１に進む。Ｓ１３０１において、全体制御・演算部１４０９が、θが－θ_ｍａｘより小さいかを判断する。θが－θ_ｍａｘより小さい場合は、処理がＳ１００７に進む。θが－θ_ｍａｘ以上である場合は、処理がＳ１２０１に進む。

Ｓ１２０１において、全体制御・演算部１４０９が、ΔＣ（ｎ）がΔＣ（ｎ－１）より大きいかを判断する。ΔＣ（ｎ）がΔＣ（ｎ－１）より大きくない場合は、処理がＳ１００６に進む。ΔＣ（ｎ）がΔＣ（ｎ－１）より大きい場合、すなわち、相関演算の信頼度が前回のフレームよりも落ちた場合は、処理がＳ１３０２に進む。

Ｓ１３０２において、全体制御・演算部１４０９が、Ｓ１００６での撮像素子１００の回転方向（第１の方向）とは逆方向の第２の方向に撮像素子１００を回転させる。例えば、図１４のＳ１００６の処理を示すθ＝θ＋１が、撮像素子１００を１ステップ右回転させることと定義すると、Ｓ１３０２の処理を示すθ＝θ－１は、撮像素子１００を１ステップ左回転させることを意味する。これにより、より相関演算の信頼度が高くなる方へ撮像素子１００を回転させることができる。

図１４に示すローチャートでは、θがθ_ｍａｘと－θ_ｍａｘの範囲内にいれば、相関演算の信頼度が常に高くなるように常時撮像素子１００が回転する。そこで、回転を止めるために、回転の回数制限を設けてもよい。図１１、図１３のフローチャートについても、撮像素子１００の回転の回数制限を設けてもよい。撮像素子１００の回転回数が回数制限に達した場合には、信頼度の高い測距結果が得られなかったことを意味する。したがって、この場合には、レンズを∞端から至近端まで駆動させながら相関演算をやりなおしてもよい。実施例３によれば、相関演算の信頼度が常に高くなるように常時撮像素子１００が回転するので、測距精度をより向上させることが可能となる。以上説明した実施例１乃至実施例３は、一例であり、本発明は、各実施例に限定されない。また、実施例２、実施例３において、図１２を参照して説明した、被写体が回転角の中心から外れている場合の処理を実行するようにしてもよい。

（その他の実施形態）
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可能である。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。

１４０９ 全体制御・演算部
１４０６ 撮像信号処理回路

Claims (11)

1. 撮像素子が備える複数の光電変換部から、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する一対の像信号を取得する取得手段と、
   前記取得された一対の像信号に基づいて、位相差検出のための相関演算を行う制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記相関演算に基づき焦点調節用のレンズを駆動させる測距演算が実行されるごとに、前記相関演算の信頼度に応じて、前記撮像素子を測距開始時の初期位置から光軸に垂直な平面内で回転する制御を実行する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記相関演算の信頼度が所定値より低い場合に、前記撮像素子を回転し、前記回転された撮像素子から取得される一対の像信号に基づいて、前記相関演算を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記信頼度が所定値より高い場合の前記相関演算に基づくデフォーカス量を用いて、焦点調節用のレンズを駆動する
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記信頼度が所定値より低い場合に、現在の信頼度が前回の信頼度より高いときは、前記撮像素子を回転する
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記制御手段は、前記撮像素子を回転する場合に、撮像領域における被写体領域の位置に応じて、前記相関演算の対象領域を変更する
   ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記制御手段は、現在の前記信頼度が前回の前記信頼度より低い場合は、取得済みの信頼度のうち、最も高い信頼度に対応する前記相関演算に基づくデフォーカス量を用いて、焦点調節用のレンズを駆動する
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、現在の前記信頼度が前回の前記信頼度より高い場合に、前記撮像素子を第１の方向に回転し、現在の前記信頼度が前回の前記信頼度より低い場合に、前記撮像素子を前記第１の方向と逆方向の第２の方向に回転する
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記制御手段は、前記撮像素子の回転後に前記撮像素子から得られる撮像画像を補正することによって、前記撮像素子の回転前の撮像画像を復元する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記撮像素子は、１つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部を有する画素を備える
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記１つのマイクロレンズに対する画素が有する前記複数の光電変換部は、水平方向または垂直方向に分割されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、
    前記撮像素子が備える複数の光電変換部から、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する一対の像信号を取得する取得工程と、
    前記取得された一対の像信号に基づいて相関演算を行う制御工程とを有し、
    前記制御工程では、前記相関演算に基づき焦点調節用のレンズを駆動させる測距演算が実行されるごとに、前記相関演算の信頼性に応じて、前記撮像素子を測距開始時の初期位置から光軸に垂直な平面内で回転する制御を実行する
    ことを特徴とする制御方法。
    

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