JPWO2014080674A1 - 撮像装置、デフォーカス量演算方法、及び撮像光学系 - Google Patents

Abstract

位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を簡易な構成で正確に補正する撮像装置を提供する。カメラ本体２００は、受光面５０のＸ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、当該位置にある画素５１Ｒとこれに近接する撮像用画素５１との感度比、及び、当該位置にある画素５１Ｌとこれに近接する画素５１との感度比を示す感度比データを記憶する。システム制御部１１は、設定された光学条件に対応する受光面５０上での２つの位置の各々における入射光線角度の情報を取得し、取得した入射光線角度に対応する上記感度比データを用いて、画素５１Ｒ，５１Ｌの出力信号のレベル差を補正する。

Description

本発明は、撮像装置、デフォーカス量演算方法、及び撮像光学系に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の固体撮像素子の高解像度化に伴い、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、スマートフォン等の携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ，携帯情報端末）等の撮影機能を有する情報機器の需要が急増している。なお、以上のような撮像機能を有する情報機器を撮像装置と称する。

これら撮像装置では、主要な被写体までの距離を検出してその被写体に焦点を合わせる合焦制御方法として、コントラストＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ、自動合焦）方式や位相差ＡＦ方式が採用されている。位相差ＡＦ方式は、コントラストＡＦ方式に比べて合焦位置の検出を高速に行うことができるため、様々な撮像装置で多く採用されている（特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、撮像素子の画素の一部を位相差検出用の画素とし、位相差検出用の画素から読み出した信号を用いて位相差ＡＦを行う撮像装置が開示されている。特許文献１には、位相差を算出する対象となる一対の像信号間には、レンズ口径食に起因するゲイン差が生じることが記載され、位相を一致させた一対の像信号の各画素における画素出力比分布に基づいてこのゲイン差を補正する方法が記載されている。

また、特許文献２、３には、レンズ毎に生成した補正値を用いて位相差ＡＦ精度低下の要因となるデータを補正してから位相差ＡＦを行うことで、ＡＦ精度を向上させる撮像装置が記載されている。

日本国特開２０１０−２６１７８号公報 日本国特開２０１０−１０７７７１号公報 日本国特開２００８−２７５７１２号公報

位相差検出用の画素は、撮影光学系の瞳領域の例えば右半分を通過した光を検出する右画素と、撮影光学系の瞳領域の例えば左半分を通過した光を検出する左画素との少なくとも２種類が用いられる。右画素と左画素は、入射角感度特性の違いから、撮像素子の像高（画素が配置されるエリアにおける撮影光学系の光軸と交わる点からの距離）が同じであっても感度に差が生じてしまう。つまり、近接配置される位相差検出用画素のペアの出力信号にはレベル差が生じる。

特許文献１は、撮像して得られる一対の像信号から、この一対の像信号のゲイン差を求め、このゲイン差を補正する方法を開示している。しかし、この方法は、撮像して得られる信号からゲイン差を求めているため、ゲイン差を補正するまでの演算量が多くなり、ＡＦ速度が低下してしまう。

特許文献２，３は、位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差の補正については考慮していない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を簡易な構成で正確に補正して位相差ＡＦ速度及び位相差ＡＦ精度を向上させることのできる撮像装置及びデフォーカス量演算方法を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置であって、上記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素、上記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素、及び上記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素が配置される受光面を含む撮像素子と、上記受光面の上記一対の像のずれ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、上記任意の位置にある上記第一の位相差検出用画素とこれに近接する上記撮像用画素との感度比、及び、上記任意の位置にある上記第二の位相差検出用画素とこれに近接する上記撮像用画素との感度比を示す感度比データを記憶する第一の記憶部と、を備え、上記撮像光学系には、上記受光面の上記ずれ方向での少なくとも２つの位置の各々における上記撮像光学系を介して入射する光線の入射光線角度の情報を、上記撮像光学系の光学条件毎に記憶する第二の記憶部が設けられ、設定された上記光学条件に対応する上記少なくとも２つの位置における上記入射光線角度の情報を上記第二の記憶部から取得し、取得した複数の上記入射光線角度の情報の各々に対応する上記第一の記憶部に記憶されている上記感度比データを用いて、上記第一の位相差検出用画素とこれに近接して配置される上記第二の位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を補正する補正部と、上記補正後の上記ペアの出力信号を利用してデフォーカス量を演算するデフォーカス量演算部とを更に備えるものである。

本発明のデフォーカス量演算方法は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置によるデフォーカス量演算方法であって、上記撮像装置は、上記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素、上記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素、及び上記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素が配置される受光面を含む撮像素子と、上記受光面の上記一対の像のずれ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、上記任意の位置にある上記第一の位相差検出用画素とこれに近接する上記撮像用画素との感度比、及び、上記任意の位置にある上記第二の位相差検出用画素とこれに近接する上記撮像用画素との感度比を示す感度比データを記憶する第一の記憶部と、を備え、上記撮像光学系には、上記受光面の上記ずれ方向での少なくとも２つの位置の各々における上記撮像光学系を介して入射する光線の入射光線角度の情報を、上記撮像光学系の光学条件毎に記憶する第二の記憶部が設けられ、設定された上記光学条件に対応する上記少なくとも２つの位置における上記入射光線角度の情報を上記第二の記憶部から取得し、取得した複数の上記入射光線角度の情報の各々に対応する上記第一の記憶部に記憶されている上記感度比データを用いて、上記第一の位相差検出用画素とこれに近接して配置される上記第二の位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を補正する補正ステップと、上記補正後の上記ペアの出力信号を利用してデフォーカス量を演算するデフォーカス量演算ステップとを備えるものである。

本発明の撮像光学系は、マウント機構を有する撮像装置に装着される撮像光学系であって、上記第二の記憶部を備えるものである。

本発明によれば、位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を簡易な構成で正確に補正して位相差ＡＦ速度及び位相差ＡＦ精度を向上させることのできる撮像装置及びデフォーカス量演算方法を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例としてのデジタルカメラの概略構成を示す図 図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の平面構成を示す部分拡大図 図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の全体構成を示す平面模式図 固体撮像素子５の行方向Ｘの位置（水平画素位置）での位相差検出用画素５１Ｒ，５１Ｌの感度比を示す図 図４の感度比となることを説明するための図 固体撮像素子５の行方向Ｘでの任意の位置における入射光線角度を説明するための図 レンズ装置１００のメモリ３に記憶されるテーブルの一例を示す図 カメラ本体２００のメインメモリ１６に記憶されるテーブルの一例を示す図 図１に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート 図１に示すデジタルカメラの感度比の線形補間処理を説明するための図 図１に示すデジタルカメラの動作の変形例を説明するためのフローチャート 図１に示すデジタルカメラの動作の別の変形例を説明するためのフローチャート 撮像装置としてのスマートフォンを説明する図 図１３のスマートフォンの内部ブロック図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例としてのデジタルカメラの概略構成を示す図である。

図１に示すデジタルカメラは、撮像光学系としてのレンズ装置１００と、レンズ装置１００が装着される不図示のマウント機構を備えたカメラ本体２００とを備える。

レンズ装置１００は、フォーカスレンズ及びズームレンズ等を含む撮影レンズ１と、絞り２と、メモリ３と、レンズ駆動部８と、レンズ駆動部９とを含む。

レンズ装置１００は、カメラ本体に着脱可能であり、他のものに交換可能となっている。メモリ３は、カメラ本体２００の後述するシステム制御部１１によってアクセス可能となっている。

カメラ本体２００は、レンズ装置１００の後方に設けられるＣＣＤ型やＣＭＯＳ型等の固体撮像素子５と、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、アナログ信号処理部６から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備える。アナログ信号処理部６及びＡ／Ｄ変換回路７は、システム制御部１１によって制御される。アナログ信号処理部６及びＡ／Ｄ変換回路７は固体撮像素子５に内蔵されることもある。

デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１に含まれるフォーカスレンズの位置を調整したり、撮影レンズ１に含まれるズームレンズの位置の調整を行ったりする。更に、システム制御部１１は、絞り駆動部９を介して絞り２の開口量を制御することにより、露光量の調整を行う。

また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像画像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。

デジタルカメラの電気制御系は、更に、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、Ａ／Ｄ変換回路７から出力される撮像画像信号に対し、補間演算、ガンマ補正演算、及びＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って撮影画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された撮影画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、デフォーカス量を演算するデフォーカス量演算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された表示部２３が接続される表示制御部２２とを備えている。メモリ制御部１５、デジタル信号処理部１７、圧縮伸張処理部１８、デフォーカス量演算部１９、外部メモリ制御部２０、及び表示制御部２２は、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。

図２は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の平面構成を示す部分拡大図である。

固体撮像素子５は、行方向Ｘ及びこれに直交する列方向Ｙに二次元状に配列された多数の画素５１（図中の各正方形のブロック）を備えている。図２では全ての画素５１は図示していないが、実際には、数百万〜１千数万個程度の画素５１が二次元状に配列される。固体撮像素子５により撮像を行うと、この多数の画素５１の各々から出力信号が得られる。この多数の出力信号の集合を本明細書では撮像画像信号という。

各画素５１は、フォトダイオード等の光電変換部と、この光電変換部上方に形成されたカラーフィルタとを含む。

図２では、赤色光を透過するカラーフィルタを含む画素５１には“Ｒ”の文字を付し、緑色光を透過するカラーフィルタを含む画素５１には“Ｇ”の文字を付し、青色光を透過するカラーフィルタを含む画素５１には“Ｂ”の文字を付している。

多数の画素５１は、行方向Ｘに並ぶ複数の画素５１からなる画素行を、列方向Ｙに複数個並べた配列となっている。そして、奇数行の画素行と偶数行の画素行は、各画素行の画素５１の配列ピッチの略１／２、行方向Ｘにずれている。

奇数行の画素行の各画素５１に含まれるカラーフィルタの配列は全体としてベイヤ配列となっている。また、偶数行の画素行の各画素５１に含まれるカラーフィルタの配列も全体としてベイヤ配列となっている。奇数行にある画素５１と、この画素５１に対して右下に隣接する、この画素５１と同色光を検出する画素５１とがペア画素を構成する。

このような画素配列の固体撮像素子５によれば、ペア画素を構成する２つの画素５１の出力信号を加算することでカメラの高感度化を図ったり、ペア画素を構成する２つの画素５１の露光時間を変え、かつ、この２つの画素５１の出力信号を加算することでカメラの広ダイナミックレンジ化を図ったりすることができる。

固体撮像素子５では、多数の画素５１のうちの一部が位相差検出用画素となっている。

位相差検出用画素は、複数の位相差検出用画素５１Ｒと複数の位相差検出用画素５１Ｌとを含む。

複数の位相差検出用画素５１Ｒは、撮影レンズ１の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束の一方（例えば瞳領域の右半分を通過した光束）を受光し受光量に応じた信号を出力する。つまり、固体撮像素子５に設けられた複数の位相差検出用画素５１Ｒは、上記一対の光束の一方によって形成される像を撮像するものとなる。

複数の位相差検出用画素５１Ｌは、上記一対の光束の他方（例えば瞳領域の左半分を通過した光束）を受光し受光量に応じた信号を出力する。つまり、固体撮像素子５に設けられた複数の位相差検出用画素５１Ｌは、上記一対の光束の他方によって形成される像を撮像するものとなる。

なお、位相差検出用画素５１Ｒ，５１Ｌ以外の複数の画素５１（以下、撮像用画素という）は、撮影レンズ１の瞳領域のほぼ全ての部分を通過した光束によって形成される像を撮像するものとなる。

画素５１の光電変換部上方には、遮光膜が設けられ、この遮光膜には、光電変換部の受光面積を規定する開口が形成されている。

撮像用画素５１の開口（図２において符号ａで示す）の中心は、撮像用画素５１の光電変換部の中心（正方形のブロックの中心）と一致している。なお、図２では、図を簡略化するために、撮像用画素５１については一部のみに開口ａを図示している。

これに対し、位相差検出用画素５１Ｒの開口（図２において符号ｃで示す）の中心は、位相差検出用画素５１Ｒの光電変換部の中心に対し右側に偏心している。

位相差検出用画素５１Ｌの開口（図２において符号ｂで示す）の中心は、位相差検出用画素５１Ｌの光電変換部の中心に対して左側に偏心している。

固体撮像素子５では、緑色のカラーフィルタが搭載される画素５１の一部が位相差検出用画素５１Ｒ又は位相差検出用画素５１Ｌとなっている。勿論、他の色のカラーフィルタが搭載される画素を位相差検出用画素としてもよい。

位相差検出用画素５１Ｒとこれに近接して配置される位相差検出用画素５１Ｌとのペア（以下、位相差ペアという）は、それぞれ、画素５１が配置される受光面５０において離散的及び周期的に配置されている。

本明細書において、近接する２つの画素とは、実質的に同じ被写体部分からの光を受光していると見なすことのできる程度に近接している２つの画素のことを言う。なお、位相差ペアを構成する位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌは、互いに近接するため、これらは行方向Ｘにおける位置（以下、水平画素位置とも言う）が同じものとして扱う。

位相差検出用画素５１Ｒは、図２の例では、偶数行の画素行の一部（図２の例では、３画素行おきに並ぶ４つの画素行）において、行方向Ｘに３つの画素おきに配置されている。

位相差検出用画素５１Ｌは、図２の例では、奇数行の画素行の一部（位相差検出用画素５１Ｒを含む画素行の隣にある画素行）において、行方向Ｘに、位相差検出用画素５１Ｒと同じ周期で配置されている。

このような構成により、遮光膜の開口ｂを通って位相差検出用画素５１Ｌに受光される光は、図２の紙面上方に設けられる撮影レンズ１の被写体から見て左側からの光、すなわち被写体を右眼で見た方向から来た光が主となる。また、遮光膜の開口ｃを通って位相差検出用画素５１Ｒに受光される光は、撮影レンズ１の被写体から見て右側からの光、すなわち被写体を左眼で見た方向から来た光が主となる。

即ち、全ての位相差検出用画素５１Ｒによって、被写体を左眼で見た撮像画像信号を得ることができ、全ての位相差検出用画素５１Ｌによって、被写体を右眼で見た撮像画像信号を得ることができる。このため、両者を組み合わせることで、被写体の立体画像データを生成したり、両者を相関演算することで位相差情報を生成したりすることが可能になる。

なお、位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌは、遮光膜の開口を逆方向に偏心させることで、撮影レンズ１の瞳領域の異なる部分を通過した光束をそれぞれ受光できるようにして位相差情報を得られるようにしている。しかし、位相差情報を得るための構造はこれに限らず、よく知られているものを採用することができる。

図３は、図１に示すデジタルカメラに搭載される固体撮像素子５の全体構成を示す平面模式図である。

固体撮像素子５は、全ての画素５１が配置される受光面５０を有する。そして、この受光面５０に、位相差検出の対象となる位相差検出エリア（ＡＦエリア）５２が図２の例では９つ設けられている。

ＡＦエリア５２は、行方向Ｘに並ぶ複数の位相差ペアを含むエリアである。受光面５０のうちＡＦエリア５２を除く部分には、撮像用画素５１だけが配置される。

図２に示した９つのＡＦエリア５２のうち、行方向Ｘにおいて真ん中にある３つのＡＦエリア５２は、それぞれ、平面視において受光面５０の撮像レンズ１の光軸との交点を通りかつ列方向Ｙに延びる直線を跨いで行方向Ｘに幅を持つエリアである。受光面５０の撮像レンズ１の光軸との交点の行方向Ｘにおける位置を光軸位置という。

図１に示すデフォーカス量演算部１９は、９つのＡＦエリア５２の中からユーザ操作等により選択された１つのＡＦエリア５２にある位相差検出用画素５１Ｌ及び位相差検出用画素５１Ｒから読み出される出力信号群を用いて、上記一対の光束によって形成される２つの像の相対的な位置ずれ量である位相差量を演算する。そして、この位相差量に基づいて、撮影レンズ１の焦点調節状態、ここでは合焦状態から離れている量とその方向、すなわちデフォーカス量を求める。

図１に示すシステム制御部１１は、デフォーカス量演算部１９によって演算されたデフォーカス量に基づいて、撮像レンズ１に含まれるフォーカスレンズを合焦位置に移動させて、撮像レンズ１の合焦状態を制御する。

位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌは、開口が逆方向に偏心している。このため、この開口の偏心方向（一対の像のずれ方向；図２の行方向Ｘ）における位置がほぼ同じであっても、位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌには感度差が発生する。

図４は、固体撮像素子５における行方向Ｘの任意の位置（以下、水平画素位置ともいう）にある位相差ペアを構成する位相差検出用画素５１Ｒ，５１Ｌの感度比を示す図である。

図４において符号５１Ｒで示した直線が位相差検出用画素５１Ｒの感度比を示し、符号５１Ｌで示した直線が位相差検出用画素５１Ｌの感度比を示している。

任意の位相差検出用画素の感度比とは、任意の位相差検出用画素とこれに近接する撮像用画素（ただし当該任意の位相差検出用画素と同色光を検出するもの）の出力信号をそれぞれＡ，Ｂとしたとき、Ａ／Ｂ、又は、Ｂ／Ａで表される値のことをいう。図４では、感度比をＡ／Ｂとしたときのものを示している。

図４では、図３において左端部にある３つのＡＦエリア５２の水平画素位置の範囲を符号５２Ｌで示している。また、図３において中央部にある３つのＡＦエリア５２の水平画素位置の範囲を符号５２Ｃで示している。また、図３において右端部にある３つのＡＦエリア５２の水平画素位置の範囲を符号５２Ｒで示している。

図４において、範囲５２Ｌの左端部の水平画素位置はｘ１で示し、範囲５２Ｌの右端部の水平画素位置はｘ２で示し、範囲５２Ｃの右端部の水平画素位置はｘ３で示し、範囲５２Ｒの右端部の水平画素位置はｘ４で示している。

位相差検出用画素５１Ｒ，５１Ｌは列方向Ｙにも周期的に配置されている。ただし、位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌは列方向Ｙには開口が偏心していないため、列方向Ｙのどの位置においても、感度比は図４に示すようになる。

位相差検出用画素５１Ｒの出力信号と位相差検出用画素５１Ｌの出力信号は、それぞれ、それ単独では、被写体によって水平画素位置毎にレベルが異なるため、位相差検出用画素の感度分布がどのようになっているかは分からない。しかし、図４に示すように、位相差検出用画素とこれに近接する撮像用画素の出力信号との比である感度比を求めれば、位相差検出用画素の感度分布を知ることができる。

位相差検出用画素５１Ｒは、開口ｃが図２において右側に偏心している。このため、図５に示すように、受光面５０の左側端部にある位相差検出用画素５１Ｒの開口ｃには、撮影レンズ１の左側を通ってきた光は半分入り、撮影レンズ１の右側を通ってきた光は入らなくなる。一方、受光面５０の右側端部にある位相差検出用画素５１Ｒの開口ｃには、撮影レンズ１の右側を通ってきた光は半分入り、撮影レンズ１の左側を通ってきた光は全て入る。また、受光面５０の中心部にある位相差検出用画素５１Ｒの開口ｃには、撮影レンズ１の左側を通ってきた光だけが入り、撮影レンズ１の右側を通ってきた光は入らなくなる。

また、位相差検出用画素５１Ｌは、開口ｂが位相差検出用画素５１Ｒと行方向Ｘにおいて逆方向に偏心しているため、その感度比の特性は位相差検出用画素５１Ｒと逆になる。

したがって、図４に示したように、位相差検出用画素５１Ｌの感度比は、受光面５０の左端部から右端部に向かうほど低くなる。また、位相差検出用画素５１Ｒの感度比は、受光面５０の左端部から右端部に向かうほど高くなる。

なお、受光面５０の行方向Ｘにおける中央部分（受光面５０の撮像レンズ１の光軸と交わる部分を通りかつ列方向Ｙに延びる直線と重なる部分）の近傍では、入射光の行方向Ｘの成分がほぼ垂直に入射するため、位相差検出用画素５１Ｌの感度比と位相差検出用画素５１Ｒの感度比はほぼ同じになる。

このように、位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌを搭載する固体撮像素子５は、図４に示すような感度比の特性を持つ。このため、水平画素位置のうち光軸位置近傍以外では、位相差ペアを構成する位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌとには出力信号にレベル差が生じる。したがって、このレベル差を補正した上で位相差量を算出する必要がある。

図４に示した任意の水平画素位置における位相差ペアの各々の感度比は、その水平画素位置に入射する光線の角度（以下、入射光線角度という）によって一意に決まる。以下、この入射光線角度について説明する。

図６は、撮影レンズ１及び固体撮像素子５を、撮影レンズ１の光軸に直交しかつ行方向Ｘに直交する方向である列方向Ｙに向かって見たときの図である。

固体撮像素子５の任意の水平画素位置に入射する光は、撮影レンズ１の中心を通る主光線と、撮影レンズ１の図６において上端部を通る上光線と、撮影レンズ１の図６において下端部を通る下光線とを含む。

上光線とは、撮影レンズ１の列方向Ｙにおける一方の端部（上端部）を通り上記任意の水平画素位置に到達する光線のことを言う。下光線とは、撮影レンズ１の列方向Ｙにおける他方の端部（下端部）を通り上記任意の水平画素位置に到達する光線のことを言う。

図６に示すように、撮影レンズ１の光軸Ｋと上光線とのなす角度（上光線角度）をθ_上とし、撮影レンズ１の光軸Ｋと下光線とのなす角度（下光線角度）をθ_下とすると、固体撮像素子５の任意の水平画素位置における入射光線角度は、上光線角度θ_上と下光線角度θ_下の組み合わせで定義される。

水平画素位置が同じであっても、撮像光学系の光学条件（Ｆ値、焦点距離、及びフォーカスレンズ位置の組み合わせ）が変わると、その水平画素位置における入射光線角度は変わる。

位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌの感度比は、それぞれ、図４に示すように線形特性を有する。このため、固体撮像素子５の行方向Ｘでの少なくとも２つの位置における位相差検出用画素５１Ｒ及び位相差検出用画素５１Ｌの感度比が分かれば、行方向Ｘでの全ての位置における位相差検出用画素５１Ｒと位相差検出用画素５１Ｌの感度比を線形補間により求めることができる。

任意の水平画素位置にある位相差ペアの各々の感度比は、その水平画素位置における入射光線角度によって決まる。また、任意の水平画素位置における入射光線角度は、レンズ装置１００の種類やレンズ装置１００に設定された光学条件によって異なる。

そこで、本実施形態では、レンズ装置１００をカメラ本体２００に装着した場合の、固体撮像素子５の行方向Ｘでの少なくとも２つの任意の位置における入射光線角度の情報をレンズ装置１００の光学条件毎に予め求めて、レンズ装置１００のメモリ３に記憶している。

また、カメラ本体２００のメインメモリ１６には、任意の水平画素位置における異なる入射光線角度毎に、当該任意の水平画素位置にある位相差ペアの各々の感度比を対応付けたテーブルを記憶している。なお、レンズ装置と撮像素子の組み合わせが違うと、位相差ペアの感度比も異なってくるので、入射光線角度に対する感度比のデータは撮像素子を搭載する装置の中に記憶させることが望ましく、入射光線角度の情報はレンズで決まるので、レンズ装置の中に記憶させておくことが望ましい

メモリ３に記憶する入射光線角度の情報と、メインメモリ１６に記憶するテーブルのデータは、レンズ装置１００やカメラ本体２００の出荷前の調整工程において、実測により求めておくことができる。

例えば、図４に示した水平画素位置ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４のそれぞれにおける入射光線角度をレンズ装置１００において設定可能な全ての光学条件（１，２，３，・・・）毎に測定し、この測定結果から図７に示すようなテーブルを作成して、レンズ装置１００のメモリ３に記憶しておく。

また、上光線角度と下光線角度の考えうる全ての組み合わせに対して、水平画素位置が同一の任意の位相差検出用画素５１Ｒ及び位相差検出用画素５１Ｌの各々の感度比を測定し、その測定結果から図７に示すようなテーブルを作成して、カメラ本体２００のメインメモリ１６に記憶しておく。図８では、位相差検出用画素５１Ｒの感度比をＲ１，Ｒ２，Ｒ３で示し、位相差検出用画素５１Ｌの感度比をＬ１，Ｌ２，Ｌ３で示している。

システム制御部１１は、レンズ装置１００のメモリ３に記憶された情報と、メインメモリ１６に記憶されたテーブルとを用いて位相差ペアの出力信号のレベル差を補正する。例えば、位相差ペアの出力信号のレベル差を補正するための補正係数を生成し、位相差ペアの少なくとも一方の出力信号にこの補正係数を乗じて、位相差ペアの出力信号のレベル差を補正する。

デフォーカス量演算部１９は、システム制御部１１による上記補正後の各位相差ペアの出力信号を利用して、位相差検出用画素５１Ｒによって撮像される像と位相差検出用画素５１Ｌによって撮像される像の位相差量を演算し、演算した位相差量に基づいてデフォーカス量を演算する。

以上のように構成されたデジタルカメラの動作について説明する。

図９は、図１に示すデジタルカメラのＡＦ指示がなされてからの動作を説明するためのフローチャートである。

撮影モードに設定され、シャッタボタンの半押し操作等によってＡＦ指示がなされると、ＡＦ指示がなされた時点で固体撮像素子５により撮像して得られた撮像画像信号がメインメモリ１６に記憶される。

また、システム制御部１１は、ＡＦ指示がなされた時点で設定されているレンズ装置１００の光学条件に対応するメモリ３内の入射光線角度の情報のうち、選択されているＡＦエリア５２の位置に応じた入射光線角度の情報を取得する（ステップＳ１）。

例えば、図３において左端部にある３つのＡＦエリア５２のいずれかが選択されていた場合、システム制御部１１は、設定されている光学条件に対応する入射光線角度の情報のうち、選択されたＡＦエリア５２の両端部の位置ｘ１，ｘ２に対応する入射光線角度の情報をメモリ３から取得する。

また、図３において中央にある３つのＡＦエリア５２のいずれかが選択されていた場合、システム制御部１１は、設定されている光学条件に対応する入射光線角度の情報のうち、選択されたＡＦエリア５２の両端部の位置ｘ２，ｘ３に対応する入射光線角度の情報をメモリ３から取得する。

また、図３において右端部にある３つのＡＦエリア５２のいずれかが選択されていた場合、システム制御部１１は、設定されている光学条件に対応する入射光線角度の情報のうち、選択されたＡＦエリア５２の両端部の位置ｘ３，ｘ４に対応する入射光線角度の情報をメモリ３から取得する。

次に、システム制御部１１は、ステップＳ１において取得した２つの入射光線角度の情報の各々に対応する位相差検出用画素５１Ｒ及び位相差検出用画素５１Ｌの感度比のデータを、メインメモリ１６から取得する（ステップＳ２）。

例えば、図３において左端部にある３つのＡＦエリア５２のいずれかが選択されていた場合、ステップＳ２においては、位置ｘ１に対応する位相差検出用画素５１Ｌの感度比Ｌ１と、位置ｘ１に対応する位相差検出用画素５１Ｒの感度比Ｒ１と、位置ｘ２に対応する位相差検出用画素５１Ｌの感度比Ｌ２と、位置ｘ２に対応する位相差検出用画素５１Ｒの感度比Ｒ２と、の４つの感度比のデータがメインメモリ１６から読み出される。

システム制御部１１は、ステップＳ２において取得した４つの感度比のデータから、位相差検出用画素５１Ｒの感度比を示す関数と、位相差検出用画素５１Ｌの感度比を示す関数を生成する。

例えば図１０に示すように感度比Ｌ１，Ｌ２，Ｒ１，Ｒ２が得られた場合、ｘ１とｘ２の間の距離とＲ１及びＲ２の値とから、水平画素位置を変数とした位相差検出用画素５１Ｒの感度比の関数（図中の二点差線で示した直線を表す関数）を生成することができる。

また、ｘ１とｘ２の間の距離とＬ１及びＬ２の値とから、水平画素位置を変数とした位相差検出用画素５１Ｌの感度比の関数（図中の一点差線で示した直線を表す関数）を生成することができる。

システム制御部１１は、選択されたＡＦエリア５２内の位相差ペアが存在する水平画素位置毎に、当該水平画素位置にある位相差ペアの感度比を同じにするために当該位相差ペアの各々に乗じるべき補正係数を、上記のようにして生成した２つの関数から生成する（ステップＳ３）。

次に、システム制御部１１は、メインメモリ１６に記憶された撮像画像信号から、選択されたＡＦエリア５２内の各位相差ペアの出力信号を取得する。

そして、システム制御部１１は、取得した各位相差ペアの出力信号に、当該各位相差ペアの水平画素位置に対して生成した補正係数を乗じて、各位相差ペアの出力信号を補正する（ステップＳ４）。

なお、システム制御部１１は、選択されたＡＦエリア５２内の位相差ペアが存在する水平画素位置毎に、当該水平画素位置にある位相差ペアの感度比を同じにするために当該位相差ペアの一方に乗じるべき補正係数を、上記のようにして生成した２つの関数から生成し、この補正係数を用いて、ステップＳ４で位相差ペアの一方の出力信号だけを補正してもよい。

ステップＳ４の補正処理により、選択されたＡＦエリア５２内のどの水平画素位置においても、位相差ペアの出力信号にレベル差がなくなる。

ステップＳ４の補正処理の後、デフォーカス量演算部１９が、補正後の各位相差ペアの出力信号を用いた相関演算により位相差量を算出し、算出した位相差量に基づいてデフォーカス量を演算する（ステップＳ５）。

そして、システム制御部１１が、ステップＳ５で算出されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズを合焦位置に移動させる合焦制御を行い（ステップＳ６）、その後は、撮像待機状態となる。

以上のように、図１に示すデジタルカメラによれば、レンズ装置１００のメモリ３に記憶された入射光線角度の情報から、メインメモリ１６に記憶された入射光線角度に対応する感度比のデータを読み出し、読み出した感度比のデータを用いて、位相差ペアの出力信号のレベル差を補正した上で、位相差量の算出を行うことができる。このため、位相差量の算出精度を向上させることができ、位相差ＡＦを高精度に行うことができる。

また、図１に示すデジタルカメラによれば、レンズ装置１００に記憶される入射光線角度の情報と、内部のテーブルとを用いて補正係数を生成することができる。このため、位相差ペアの出力信号のレベル差を撮像画像信号から判定し、そのレベル差から補正係数を生成する方法と比べると、位相差ペアの出力信号の補正完了までの時間を短縮することができ、位相差ＡＦを高速化することができる。

また、レンズ装置１００のメモリ３には、任意の水平画素位置における上光線角度及び下光線角度の情報だけを記憶しておけばよい。このため、レンズ装置１００の出荷前の調整工程は十分に短くすることができ、レンズ装置１００の製造コストを抑えることができる。

なお、システム制御部１１が、図３に示されるような２つの感度比の直線を示す関数を作成するには、固体撮像素子５の行方向Ｘでの任意の２つの位置（ただし、位相差ペアが配置される位置に限る）における入射光線角度の情報があれば十分である。

したがって、レンズ装置１００のメモリ３に記憶する情報量は上述した例よりも更に削減が可能である。この場合は、入射光線角度の測定を、行方向Ｘの２つの位置だけについて行えばよくなる。このため、メモリ３に記憶する情報の生成に要する時間も短縮することができる。

図１１は、図１に示すデジタルカメラのＡＦ指示がなされてからの動作の変形例を説明するためのフローチャートである。図１１において図９と同じ処理には同一符号を付してある。

撮影モードに設定され、ＡＦ指示がなされると、ＡＦ指示がなされた時点で固体撮像素子５により撮像して得られた撮像画像信号がメインメモリ１６に記憶される。

また、ＡＦ指示がなされると、システム制御部１１は、レンズ装置１００のメモリ３に記憶されているレンズ装置１００の識別情報（レンズＩＤ）を取得する（ステップＳ１０）。

そして、システム制御部１１は、取得したレンズＩＤと、ＡＦ指示がなされた時点でのレンズ装置１００の光学条件と、ＡＦ指示がなされた時点で選択されているＡＦエリア５２の行方向Ｘにおける位置（左端部、中央部、右端部のいずれか）との組み合わせに対して、位相差ペア毎の補正係数がメインメモリ１６に記憶されているか否かを判定する（ステップＳ１１）。

補正係数が既に記憶されていれば（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、ステップＳ１２において、メインメモリ１６から記憶済みの補正係数を取得し、取得した補正係数を用いて、選択されたＡＦエリア５２内の位相差ペアの出力信号を補正する。その後は、ステップＳ５以降の処理が行われる。

補正係数が記憶されていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、システム制御部１１は、ステップＳ１〜ステップＳ３の処理を行う。

その後、システム制御部１１は、ステップＳ３において生成した補正係数と、ステップＳ１０で取得したレンズＩＤと、設定されている光学条件と、選択されているＡＦエリア５２の行方向Ｘにおける位置とを、それぞれ対応付けてメインメモリ１６に記憶する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の後は、ステップＳ４以降の処理が行われる。

以上のように、システム制御部１１は、任意の光学条件及び任意のＡＦエリア５２の組み合わせに対して位相差ペア毎の補正係数を生成した後に、当該任意の光学条件が設定されかつ当該ＡＦエリア５２が選択されてＡＦ指示がなされた場合には、既に生成し記憶しておいた補正係数を利用して位相差ペアの出力信号の補正を行う。このようにすることで、常に補正係数を生成する場合と比較して、演算量を減らすことができ、位相差ＡＦの高速化及び省エネが可能となる。

図１２は、図１に示すデジタルカメラのＡＦ指示がなされてからの動作の別の変形例を説明するためのフローチャートである。図１２において図１１と同じ処理には同一符号を付してある。

ステップＳ１１の判定がＮＯのとき、システム制御部１１は、選択されているＡＦエリア５２に対して線対称の関係にあるＡＦエリア５２（以下、対称エリアという）と、ステップＳ１０で取得したレンズＩＤと、ＡＦ指示がなされた時点でのレンズ装置１００の光学条件との組み合わせに対応する補正係数がメインメモリ１６に記憶されているか否かを判定する（ステップＳ１４）。

受光面５０における光軸との交点を通りかつ列方向Ｙに延びる直線を軸にして線対称の関係にある２つのＡＦエリア５２を、線対称の関係にあるＡＦエリアという。

レンズＩＤ、光学条件、及び対称エリアの組み合わせに対して補正係数が記憶されている場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、レンズＩＤ、光学条件、及び対称エリアの組み合わせに対する補正係数を利用して、現在設定されているＡＦエリア５２及び光学条件に対する補正係数を生成する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の後は、ステップＳ１３以降の処理が行われる。

図４に示すように、範囲５２ＬにあるＡＦエリア５２と、これに対して線対称の関係にある範囲５２ＲのＡＦエリア５２とでは、感度比の直線が反転の関係にある。

このため、受光面５０における光軸との交点を通りかつ列方向Ｙに延びる直線を軸として線対称の関係にある２つのＡＦエリア５２については、一方のＡＦエリア５２において光軸位置から任意の距離にある水平画素位置での位相差検出用画素５１Ｒ（位相差検出用画素５１Ｌ）に対する補正係数が、他方のＡＦエリア５２において光軸位置から上記任意の距離にある水平画素位置での位相差検出用画素５１Ｌ（位相差検出用画素５１Ｒ）に対する補正係数となる。

このように、線対称の関係にある２つのＡＦエリア５２については、一方のＡＦエリア５２について補正係数を生成済みであれば、この生成済みの補正係数を利用して、他方のＡＦエリア５２についての補正係数を瞬時に生成することができ、位相差ＡＦの高速化が可能になる。

なお、選択されているＡＦエリア５２に対して線対称の関係にあるＡＦエリア５２が存在しない場合は、システム制御部１１は、ステップＳ１４の判定は行わずに、ステップＳ１以降の処理を行う。また、ステップＳ１４の判定がＮＯのときも、システム制御部１１は、ステップＳ１以降の処理を行う。

図１１，１２の説明では、選択されたＡＦエリア５２毎に補正係数を生成し記憶するものとした。しかし、システム制御部１１は、ステップＳ２で取得した感度比のデータを用いて生成した感度比の関数から、固体撮像素子５に含まれる全ての位相差ペアの位置毎の補正係数を生成し、これをＡＦエリア５２の位置毎に分けてメインメモリ１６に記憶しておくようにしてもよい。

なお、図３では、ＡＦエリア５２を受光面５０の一部に設けるものとしたが、受光面５０全体にＡＦエリア５２を隙間なく設定してもよい。

ここまでは、画素５１がいわゆるハニカム配列されたものを例にしたが、画素５１が正方格子状に配列された固体撮像素子にも本発明は適用可能である。

また、ここまでは、固体撮像素子５が複数色のカラーフィルタを搭載してカラー撮像を行うものとしたが、固体撮像素子５は、カラーフィルタを緑色の単色にするか又は省略して、モノクロ撮像用の撮像素子としてもよい。

また、ここまでは、撮像装置としてデジタルカメラを例にしたが、カメラ付のスマートフォンでも本実施形態の技術を適用することができる。

次に、カメラ付のスマートフォンの構成について説明する。

図１３は、本発明の撮影装置の一実施形態であるスマートフォン２００の外観を示すものである。図１３に示すスマートフォン２００は、平板状の筐体２０１を有し、筐体２０１の一方の面に表示部としての表示パネル２０２と、入力部としての操作パネル２０３とが一体となった表示入力部２０４を備えている。また、この様な筐体２０１は、スピーカ２０５と、マイクロホン２０６と、操作部２０７と、カメラ部２０８とを備えている。なお、筐体２０１の構成はこれに限定されず、例えば、表示部と入力部とが独立した構成を採用したり、折り畳み構造やスライド機構を有する構成を採用したりすることもできる。

図１４は、図１３に示すスマートフォン２００の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、スマートフォンの主たる構成要素として、無線通信部２１０と、表示入力部２０４と、通話部２１１と、操作部２０７と、カメラ部２０８と、記憶部２１２と、外部入出力部２１３と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信部２１４と、モーションセンサ部２１５と、電源部２１６と、主制御部２２０とを備える。また、スマートフォン２００の主たる機能として、図示省略の基地局装置ＢＳと図示省略の移動通信網ＮＷとを介した移動無線通信を行う無線通信機能を備える。

無線通信部２１０は、主制御部２２０の指示にしたがって、移動通信網ＮＷに収容された基地局装置ＢＳに対し無線通信を行うものである。この無線通信を使用して、音声データ、画像データ等の各種ファイルデータ、電子メールデータなどの送受信や、Ｗｅｂデータやストリーミングデータなどの受信を行う。

表示入力部２０４は、主制御部２２０の制御により、画像（静止画像及び動画像）や文字情報などを表示して視覚的にユーザに情報を伝達するとともに、表示した情報に対するユーザ操作を検出する、いわゆるタッチパネルであって、表示パネル２０２と、操作パネル２０３とを備える。

表示パネル２０２は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＯＥＬＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）などを表示デバイスとして用いたものである。

操作パネル２０３は、表示パネル２０２の表示面上に表示される画像を視認可能に載置され、ユーザの指や尖筆によって操作される一又は複数の座標を検出するデバイスである。このデバイスをユーザの指や尖筆によって操作すると、操作に起因して発生する検出信号を主制御部２２０に出力する。次いで、主制御部２２０は、受信した検出信号に基づいて、表示パネル２０２上の操作位置（座標）を検出する。

図１３に示すように、本発明の撮影装置の一実施形態として例示しているスマートフォン２００の表示パネル２０２と操作パネル２０３とは一体となって表示入力部２０４を構成しているが、操作パネル２０３が表示パネル２０２を完全に覆うような配置となっている。

係る配置を採用した場合、操作パネル２０３は、表示パネル２０２外の領域についても、ユーザ操作を検出する機能を備えてもよい。換言すると、操作パネル２０３は、表示パネル２０２に重なる重畳部分についての検出領域（以下、表示領域と称する）と、それ以外の表示パネル２０２に重ならない外縁部分についての検出領域（以下、非表示領域と称する）とを備えていてもよい。

なお、表示領域の大きさと表示パネル２０２の大きさとを完全に一致させても良いが、両者を必ずしも一致させる必要は無い。また、操作パネル２０３が、外縁部分と、それ以外の内側部分の２つの感応領域を備えていてもよい。更に、外縁部分の幅は、筐体２０１の大きさなどに応じて適宜設計されるものである。更にまた、操作パネル２０３で採用される位置検出方式としては、マトリクススイッチ方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、電磁誘導方式、静電容量方式などが挙げられ、いずれの方式を採用することもできる。

通話部２１１は、スピーカ２０５やマイクロホン２０６を備え、マイクロホン２０６を通じて入力されたユーザの音声を主制御部２２０にて処理可能な音声データに変換して主制御部２２０に出力したり、無線通信部２１０あるいは外部入出力部２１３により受信された音声データを復号してスピーカ２０５から出力させたりするものである。また、図１３に示すように、例えば、スピーカ２０５を表示入力部２０４が設けられた面と同じ面に搭載し、マイクロホン２０６を筐体２０１の側面に搭載することができる。

操作部２０７は、キースイッチなどを用いたハードウェアキーであって、ユーザからの指示を受け付けるものである。例えば、図１３に示すように、操作部２０７は、スマートフォン２００の筐体２０１の側面に搭載され、指などで押下されるとオンとなり、指を離すとバネなどの復元力によってオフ状態となる押しボタン式のスイッチである。

記憶部２１２は、主制御部２２０の制御プログラムや制御データ、アプリケーションソフトウェア、通信相手の名称や電話番号などを対応づけたアドレスデータ、送受信した電子メールのデータ、ＷｅｂブラウジングによりダウンロードしたＷｅｂデータや、ダウンロードしたコンテンツデータを記憶し、またストリーミングデータなどを一時的に記憶するものである。また、記憶部２１２は、スマートフォン内蔵の内部記憶部２１７と着脱自在な外部メモリスロットを有する外部記憶部２１８により構成される。なお、記憶部２１２を構成するそれぞれの内部記憶部２１７と外部記憶部２１８は、フラッシュメモリタイプ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ ｔｙｐｅ）、ハードディスクタイプ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｔｙｐｅ）、マルチメディアカードマイクロタイプ（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｃａｒｄ ｍｉｃｒｏ ｔｙｐｅ）、カードタイプのメモリ（例えば、ＭｉｃｒｏＳＤ（登録商標）メモリ等）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの格納媒体を用いて実現される。

外部入出力部２１３は、スマートフォン２００に連結される全ての外部機器とのインターフェースの役割を果たすものであり、他の外部機器に通信等（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ＩＥＥＥ１３９４など）又はネットワーク（例えば、インターネット、無線ＬＡＮ、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（登録商標）、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、赤外線通信（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＩｒＤＡ）（登録商標）、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ）（登録商標）、ジグビー（ＺｉｇＢｅｅ）（登録商標）など）により直接的又は間接的に接続するためのものである。

スマートフォン２００に連結される外部機器としては、例えば、有／無線ヘッドセット、有／無線外部充電器、有／無線データポート、カードソケットを介して接続されるメモリカード（Ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）やＳＩＭ（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ Ｃａｒｄ）／ＵＩＭ（Ｕｓｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ Ｃａｒｄ）カード、オーディオ・ビデオＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）端子を介して接続される外部オーディオ・ビデオ機器、無線接続される外部オーディオ・ビデオ機器、有／無線接続されるスマートフォン、有／無線接続されるパーソナルコンピュータ、有／無線接続されるＰＤＡ、有／無線接続されるパーソナルコンピュータ、イヤホンなどがある。外部入出力部２１３は、このような外部機器から伝送を受けたデータをスマートフォン２００の内部の各構成要素に伝達することや、スマートフォン２００の内部のデータが外部機器に伝送されるようにすることができる。

ＧＰＳ受信部２１４は、主制御部２２０の指示にしたがって、ＧＰＳ衛星ＳＴ１〜ＳＴｎから送信されるＧＰＳ信号を受信し、受信した複数のＧＰＳ信号に基づく測位演算処理を実行し、当該スマートフォン２００の緯度、経度、高度からなる位置を検出する。ＧＰＳ受信部２１４は、無線通信部２１０や外部入出力部２１３（例えば、無線ＬＡＮ）から位置情報を取得できる時には、その位置情報を用いて位置を検出することもできる。

モーションセンサ部２１５は、例えば、３軸の加速度センサなどを備え、主制御部２２０の指示にしたがって、スマートフォン２００の物理的な動きを検出する。スマートフォン２００の物理的な動きを検出することにより、スマートフォン２００の動く方向や加速度が検出される。係る検出結果は、主制御部２２０に出力されるものである。

電源部２１６は、主制御部２２０の指示にしたがって、スマートフォン２００の各部に、バッテリ（図示しない）に蓄えられる電力を供給するものである。

主制御部２２０は、マイクロプロセッサを備え、記憶部２１２が記憶する制御プログラムや制御データにしたがって動作し、スマートフォン２００の各部を統括して制御するものである。また、主制御部２２０は、無線通信部２１０を通じて、音声通信やデータ通信を行うために、通信系の各部を制御する移動通信制御機能と、アプリケーション処理機能を備える。

アプリケーション処理機能は、記憶部２１２が記憶するアプリケーションソフトウェアにしたがって主制御部２２０が動作することにより実現するものである。アプリケーション処理機能としては、例えば、外部入出力部２１３を制御して対向機器とデータ通信を行う赤外線通信機能や、電子メールの送受信を行う電子メール機能、Ｗｅｂページを閲覧するＷｅｂブラウジング機能などがある。

また、主制御部２２０は、受信データやダウンロードしたストリーミングデータなどの画像データ（静止画像や動画像のデータ）に基づいて、映像を表示入力部２０４に表示する等の画像処理機能を備える。画像処理機能とは、主制御部２２０が、上記画像データを復号し、この復号結果に画像処理を施して、画像を表示入力部２０４に表示する機能のことをいう。

更に、主制御部２２０は、表示パネル２０２に対する表示制御と、操作部２０７、操作パネル２０３を通じたユーザ操作を検出する操作検出制御を実行する。表示制御の実行により、主制御部２２０は、アプリケーションソフトウェアを起動するためのアイコンや、スクロールバーなどのソフトウェアキーを表示したり、あるいは電子メールを作成したりするためのウィンドウを表示する。なお、スクロールバーとは、表示パネル２０２の表示領域に収まりきれない大きな画像などについて、画像の表示部分を移動する指示を受け付けるためのソフトウェアキーのことをいう。

また、操作検出制御の実行により、主制御部２２０は、操作部２０７を通じたユーザ操作を検出したり、操作パネル２０３を通じて、上記アイコンに対する操作や、上記ウィンドウの入力欄に対する文字列の入力を受け付けたり、あるいは、スクロールバーを通じた表示画像のスクロール要求を受け付ける。

更に、操作検出制御の実行により主制御部２２０は、操作パネル２０３に対する操作位置が、表示パネル２０２に重なる重畳部分（表示領域）か、それ以外の表示パネル２０２に重ならない外縁部分（非表示領域）かを判定し、操作パネル２０３の感応領域や、ソフトウェアキーの表示位置を制御するタッチパネル制御機能を備える。

また、主制御部２２０は、操作パネル２０３に対するジェスチャ操作を検出し、検出したジェスチャ操作に応じて、予め設定された機能を実行することもできる。ジェスチャ操作とは、従来の単純なタッチ操作ではなく、指などによって軌跡を描いたり、複数の位置を同時に指定したり、あるいはこれらを組み合わせて、複数の位置から少なくとも１つについて軌跡を描く操作を意味する。

カメラ部２０８は、図１に示したカメラ本体２００における外部メモリ制御部２０、記録媒体２１、表示制御部２２、表示部２３、及び操作部１４以外の構成を含む。カメラ部２０８によって生成された撮像画像データは、記憶部２１２に記録したり、入出力部２１３や無線通信部２１０を通じて出力したりすることができる。図１３に示すにスマートフォン２００において、カメラ部２０８は表示入力部２０４と同じ面に搭載されているが、カメラ部２０８の搭載位置はこれに限らず、表示入力部２０４の背面に搭載されてもよい。

また、カメラ部２０８はスマートフォン２００の各種機能に利用することができる。例えば、表示パネル２０２にカメラ部２０８で取得した画像を表示することや、操作パネル２０３の操作入力のひとつとして、カメラ部２０８の画像を利用することができる。また、ＧＰＳ受信部２１４が位置を検出する際に、カメラ部２０８からの画像を参照して位置を検出することもできる。更には、カメラ部２０８からの画像を参照して、３軸の加速度センサを用いずに、或いは、３軸の加速度センサと併用して、スマートフォン２００のカメラ部２０８の光軸方向を判断することや、現在の使用環境を判断することもできる。勿論、カメラ部２０８からの画像をアプリケーションソフトウェア内で利用することもできる。

その他、静止画又は動画の画像データにＧＰＳ受信部２１４により取得した位置情報、マイクロホン２０６により取得した音声情報（主制御部等により、音声テキスト変換を行ってテキスト情報となっていてもよい）、モーションセンサ部２１５により取得した姿勢情報等などを付加して記録部２１２に記録したり、入出力部２１３や無線通信部２１０を通じて出力したりすることもできる。

以上のような構成のスマートフォン２００においても、カメラ部２０８の撮像素子として固体撮像素子５を用い、レンズ装置１００を装着可能とし、カメラ部２０８が図８，１０，１１に示した処理を行うことで、高精度の位相差ＡＦ，高品質の撮影が可能になる。

以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。

開示された撮像装置は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置であって、上記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素、上記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素、及び上記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素が配置される受光面を含む撮像素子と、上記受光面の上記一対の像のずれ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、上記任意の位置にある上記第一の位相差検出用画素とこれに近接する上記撮像用画素との感度比、及び、上記任意の位置にある上記第二の位相差検出用画素とこれに近接する上記撮像用画素との感度比を示す感度比データを記憶する第一の記憶部と、を備え、上記撮像光学系には、上記受光面の上記ずれ方向での少なくとも２つの位置の各々における上記撮像光学系を介して入射する光線の入射光線角度の情報を、上記撮像光学系の光学条件毎に記憶する第二の記憶部が設けられ、設定された上記光学条件に対応する上記少なくとも２つの位置における上記入射光線角度の情報を上記第二の記憶部から取得し、取得した複数の上記入射光線角度の情報の各々に対応する上記第一の記憶部に記憶されている上記感度比データを用いて、上記第一の位相差検出用画素とこれに近接して配置される上記第二の位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を補正する補正部と、上記補正後の上記ペアの出力信号を利用してデフォーカス量を演算するデフォーカス量演算部とを更に備えるものである。

開示された撮像装置は、上記補正部が、上記第二の記憶部から取得した２つの上記入射光線角度の情報の各々に対応する上記感度比データを用いた演算により、上記ずれ方向における位置が同じ上記ペア毎に、そのペアの出力信号のレベル差を補正するために必要な上記ペアの少なくとも一方の出力信号に乗じる補正係数を生成し、生成した補正係数を上記ペアの少なくとも一方の出力信号に乗じて、上記ペアの出力信号のレベル差を補正するものである。

開示された撮像装置は、上記受光面には、上記ずれ方向に並ぶ複数の上記ペアを含む位相差検出の対象エリアである位相差検出エリアが上記ずれ方向に複数並べて設けられ、上記補正部は、上記第二の記憶部から取得した２つの上記入射光線角度の情報の各々に対応する上記感度比データを用いた演算により、選択された上記位相差検出エリアでの上記ずれ方向における位置が同じ上記ペア毎に上記補正係数を生成し、生成した補正係数を、上記選択された位相差検出エリアにある上記ペアの少なくとも一方の出力信号に乗じて上記補正を行うものである。

開示された撮像装置は、上記補正部が、上記受光面における上記撮像光学系の光軸との交点を通りかつ上記ずれ方向に直交する直線を軸として線対称の関係にある２つの上記位相差検出エリアの一方については、その２つの位相差検出エリアの他方について生成した上記補正係数から、新たな上記補正係数を生成するものである。

開示された撮像装置は、上記補正部が、任意の上記光学条件が設定されかつ任意の上記位相差検出エリアが選択された状態で上記位相差検出エリアの上記ペア毎に生成した上記補正係数を記憶し、その後、上記任意の光学条件が設定されかつ上記位相差検出エリアが選択された場合には、上記記憶した補正係数を利用して上記補正を行うものである。

開示された撮像装置は、上記受光面上の任意の位置における入射光線角度の情報が、上記撮像光学系及び上記撮像素子を、上記ずれ方向に直交しかつ上記撮像光学系に含まれるレンズの光軸に直交する方向から見たときの、上記レンズの上記ずれ方向における一方の端部を通り上記任意の位置に到達する光線である上光線と上記レンズの光軸とのなす角度、及び、上記レンズの上記ずれ方向における他方の端部を通り上記任意の位置に到達する光線である下光線と上記レンズの光軸とのなす角度、を示す情報であるものである。

開示された撮像光学系は、上記撮像装置における上記撮像光学系であって、マウント機構を有する撮像装置に装着可能なものである。

開示されたデフォーカス量演算方法は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置によるデフォーカス量演算方法であって、上記撮像装置は、上記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素、上記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素、及び上記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素が配置される受光面を含む撮像素子と、上記受光面の上記一対の像のずれ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、上記任意の位置にある上記第一の位相差検出用画素とこれに近接する上記撮像用画素との感度比、及び、上記任意の位置にある上記第二の位相差検出用画素とこれに近接する上記撮像用画素との感度比を示す感度比データを記憶する第一の記憶部と、を備え、上記撮像光学系には、上記受光面の上記ずれ方向での少なくとも２つの位置の各々における上記撮像光学系を介して入射する光線の入射光線角度の情報を、上記撮像光学系の光学条件毎に記憶する第二の記憶部が設けられ、設定された上記光学条件に対応する上記少なくとも２つの位置における上記入射光線角度の情報を上記第二の記憶部から取得し、取得した複数の上記入射光線角度の情報の各々に対応する上記第一の記憶部に記憶されている上記感度比データを用いて、上記第一の位相差検出用画素とこれに近接して配置される上記第二の位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を補正する補正ステップと、上記補正後の上記ペアの出力信号を利用してデフォーカス量を演算するデフォーカス量演算ステップとを備えるものである。

本発明は、デジタルカメラに適用して有用である。

以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本出願は、２０１２年１１月２２日出願の日本特許出願（特願２０１２−２５６３４９）に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。

５ 固体撮像素子
１１ システム制御部（補正部）
１９ デフォーカス量演算部
５０ 受光面
５１ 画素
５２ ＡＦエリア（位相差検出エリア）
５１Ｒ，５１Ｌ 位相差検出用画素
Ｘ 行方向（一対の像のずれ方向）
Ｙ 列方向
Ｋ 光軸

本発明の撮像装置は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置であって、前記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素、前記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素、及び前記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素が配置される受光面を含む撮像素子と、前記受光面の前記一対の像のずれ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、当該任意の位置にある前記第一の位相差検出用画素とこれに近接する前記撮像用画素との感度比、及び、当該任意の位置にある前記第二の位相差検出用画素とこれに近接する前記撮像用画素との感度比を示す感度比データを記憶する第一の記憶部と、を備え、前記撮像光学系には、前記受光面の前記ずれ方向での少なくとも２つの位置の各々における前記撮像光学系を介して入射する光線の入射光線角度の情報を、前記撮像光学系の光学条件毎に記憶する第二の記憶部が設けられ、設定された前記光学条件に対応する前記少なくとも２つの位置における前記入射光線角度の情報を前記第二の記憶部から取得し、取得した複数の前記入射光線角度の情報の各々に対応する前記第一の記憶部に記憶されている前記感度比データを用いて、前記第一の位相差検出用画素とこれに近接して配置される前記第二の位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を補正する補正部と、前記補正後の前記ペアの出力信号を利用してデフォーカス量を演算するデフォーカス量演算部とを更に備え、前記受光面上の任意の位置における入射光線角度の情報は、前記撮像光学系及び前記撮像素子を、前記ずれ方向に直交しかつ前記撮像光学系に含まれるレンズの光軸に直交する方向から見たときの、前記レンズの前記ずれ方向における一方の端部を通り前記任意の位置に到達する光線である上光線と前記レンズの光軸とのなす角度、及び、前記レンズの前記ずれ方向における他方の端部を通り前記任意の位置に到達する光線である下光線と前記レンズの光軸とのなす角度、を示す情報である。

本発明のデフォーカス量演算方法は、撮像光学系を着脱可能な撮像装置によるデフォーカス量演算方法であって、前記撮像装置は、前記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素、前記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素、及び前記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素が配置される受光面を含む撮像素子と、前記受光面の前記一対の像のずれ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、当該任意の位置にある前記第一の位相差検出用画素とこれに近接する前記撮像用画素との感度比、及び、当該任意の位置にある前記第二の位相差検出用画素とこれに近接する前記撮像用画素との感度比を示す感度比データを記憶する第一の記憶部と、を備え、前記撮像光学系には、前記受光面の前記ずれ方向での少なくとも２つの位置の各々における前記撮像光学系を介して入射する光線の入射光線角度の情報を、前記撮像光学系の光学条件毎に記憶する第二の記憶部が設けられ、設定された前記光学条件に対応する前記少なくとも２つの位置における前記入射光線角度の情報を前記第二の記憶部から取得し、取得した複数の前記入射光線角度の情報の各々に対応する前記第一の記憶部に記憶されている前記感度比データを用いて、前記第一の位相差検出用画素とこれに近接して配置される前記第二の位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を補正する補正ステップと、前記補正後の前記ペアの出力信号を利用してデフォーカス量を演算するデフォーカス量演算ステップとを備え、前記受光面上の任意の位置における入射光線角度の情報は、前記撮像光学系及び前記撮像素子を、前記ずれ方向に直交しかつ前記撮像光学系に含まれるレンズの光軸に直交する方向から見たときの、前記レンズの前記ずれ方向における一方の端部を通り前記任意の位置に到達する光線である上光線と前記レンズの光軸とのなす角度、及び、前記レンズの前記ずれ方向における他方の端部を通り前記任意の位置に到達する光線である下光線と前記レンズの光軸とのなす角度、を示す情報である。

Claims (8)

1. 撮像光学系を着脱可能な撮像装置であって、
   前記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素、前記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素、及び前記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素が配置される受光面を含む撮像素子と、
   前記受光面の前記一対の像のずれ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、当該任意の位置にある前記第一の位相差検出用画素とこれに近接する前記撮像用画素との感度比、及び、当該任意の位置にある前記第二の位相差検出用画素とこれに近接する前記撮像用画素との感度比を示す感度比データを記憶する第一の記憶部と、を備え、
   前記撮像光学系には、前記受光面の前記ずれ方向での少なくとも２つの位置の各々における前記撮像光学系を介して入射する光線の入射光線角度の情報を、前記撮像光学系の光学条件毎に記憶する第二の記憶部が設けられ、
   設定された前記光学条件に対応する前記少なくとも２つの位置における前記入射光線角度の情報を前記第二の記憶部から取得し、取得した複数の前記入射光線角度の情報の各々に対応する前記第一の記憶部に記憶されている前記感度比データを用いて、前記第一の位相差検出用画素とこれに近接して配置される前記第二の位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を補正する補正部と、
   前記補正後の前記ペアの出力信号を利用してデフォーカス量を演算するデフォーカス量演算部とを更に備える撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置であって、
   前記補正部は、前記第二の記憶部から取得した２つの前記入射光線角度の情報の各々に対応する前記感度比データを用いた演算により、前記ずれ方向における位置が同じ前記ペア毎に、当該ペアの出力信号のレベル差を補正するために必要な前記ペアの少なくとも一方の出力信号に乗じる補正係数を生成し、生成した補正係数を前記ペアの少なくとも一方の出力信号に乗じて、前記ペアの出力信号のレベル差を補正する撮像装置。
3. 請求項２記載の撮像装置であって、
   前記受光面には、前記ずれ方向に並ぶ複数の前記ペアを含む位相差検出の対象エリアである位相差検出エリアが前記ずれ方向に複数並べて設けられ、
   前記補正部は、前記第二の記憶部から取得した２つの前記入射光線角度の情報の各々に対応する前記感度比データを用いた演算により、選択された前記位相差検出エリアでの前記ずれ方向における位置が同じ前記ペア毎に前記補正係数を生成し、生成した補正係数を、前記選択された位相差検出エリアにある前記ペアの少なくとも一方の出力信号に乗じて前記補正を行う撮像装置。
4. 請求項３記載の撮像装置であって、
   前記補正部は、前記受光面における前記撮像光学系の光軸との交点を通りかつ前記ずれ方向に直交する直線を軸として線対称の関係にある２つの前記位相差検出エリアの一方については、当該２つの位相差検出エリアの他方について生成した前記補正係数から、新たな前記補正係数を生成する撮像装置。
5. 請求項３記載の撮像装置であって、
   前記補正部は、任意の前記光学条件が設定されかつ任意の前記位相差検出エリアが選択された状態で当該位相差検出エリアの前記ペア毎に生成した前記補正係数を記憶し、その後、当該任意の光学条件が設定されかつ当該位相差検出エリアが選択された場合には、前記記憶した補正係数を利用して前記補正を行う撮像装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
   前記受光面上の任意の位置における入射光線角度の情報は、前記撮像光学系及び前記撮像素子を、前記ずれ方向に直交しかつ前記撮像光学系に含まれるレンズの光軸に直交する方向から見たときの、前記レンズの前記ずれ方向における一方の端部を通り前記任意の位置に到達する光線である上光線と前記レンズの光軸とのなす角度、及び、前記レンズの前記ずれ方向における他方の端部を通り前記任意の位置に到達する光線である下光線と前記レンズの光軸とのなす角度、を示す情報である撮像装置。
7. 請求項１記載の撮像装置における前記撮像光学系であって、
   マウント機構を有する撮像装置に装着可能である撮像光学系。
8. 撮像光学系を着脱可能な撮像装置によるデフォーカス量演算方法であって、
   前記撮像装置は、
   前記撮像光学系の瞳領域を通過した光束により形成された像を撮像する複数の撮像用画素、前記撮像光学系の瞳領域の異なる部分を通過した一対の光束により形成された一対の像の一方を撮像する複数の第一の位相差検出用画素、及び前記一対の像の他方を撮像する複数の第二の位相差検出用画素が配置される受光面を含む撮像素子と、
   前記受光面の前記一対の像のずれ方向での任意の位置における異なる入射光線角度の情報毎に、当該任意の位置にある前記第一の位相差検出用画素とこれに近接する前記撮像用画素との感度比、及び、当該任意の位置にある前記第二の位相差検出用画素とこれに近接する前記撮像用画素との感度比を示す感度比データを記憶する第一の記憶部と、を備え、
   前記撮像光学系には、前記受光面の前記ずれ方向での少なくとも２つの位置の各々における前記撮像光学系を介して入射する光線の入射光線角度の情報を、前記撮像光学系の光学条件毎に記憶する第二の記憶部が設けられ、
   設定された前記光学条件に対応する前記少なくとも２つの位置における前記入射光線角度の情報を前記第二の記憶部から取得し、取得した複数の前記入射光線角度の情報の各々に対応する前記第一の記憶部に記憶されている前記感度比データを用いて、前記第一の位相差検出用画素とこれに近接して配置される前記第二の位相差検出用画素のペアの出力信号のレベル差を補正する補正ステップと、
   前記補正後の前記ペアの出力信号を利用してデフォーカス量を演算するデフォーカス量演算ステップとを備えるデフォーカス量演算方法。

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