JP5679718B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関する。

特許文献１は、ハーフミラーを固定し、ハーフミラーを透過した光束を撮像面へ向かわせ、ハーフミラーで反射した光束を光学ファインダとして利用するカメラを提案している。特許文献２は、撮像素子に焦点検出用画素と瞳分割手段を設けて位相差方式のオートフォーカス（撮像面位相差ＡＦ（以下、「ＳＡＦ」と称する場合がある））機能を持たせた技術を開示している。

特開２００８−５２２４６号公報 特開２００９−００３１２２号公報

特許文献１が提案するカメラでは、斜めに配置されたハーフミラーを透過した光束に光学収差が含まれるために撮像素子が出力する画像データに画像処理による収差補正を行う必要があるが、これは膨大な計算を要し、カメラ内部で行うと時間がかかる。このため、撮像素子が出力する信号を利用するコントラスト方式を使用したＡＦ（以下、「コントラストＡＦ」と略す）やＳＡＦにおいても同様な収差補正が必要であるとすると撮影までに時間を要してしまい、高速な被写体への焦点調節を行うことができない。一方、何らの収差補正も行わないとするとＡＦ精度が低下する。

そこで、本発明は、焦点調節の速度と精度を維持することが可能な撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の撮像装置は、撮影レンズの光軸に対して斜めに配置され、前記撮影レンズからの光束の少なくとも一部を透過する平行平板の光学素子と、前記光束が形成する光学像を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子から出力される信号に含まれる、前記光束が前記光学素子を透過することによって生じる収差を補正する画像処理手段と、前記撮像素子から出力された信号に基づいて焦点検出をして焦点調節処理を行う焦点調節手段とを備え、前記焦点調節手段は、前記光学素子を通過した光学像に応じた信号であって、前記画像処理手段によって収差補正された信号に基づいて焦点検出をし焦点調節を行う第１のモードと、前記光学素子を通過した光学像に応じた信号であって、前記画像処理手段によって収差補正されていない信号に基づいて焦点検出を行い焦点調節において補正する第２のモードとを有することを特徴とする。

本発明によれば、焦点調節の速度と精度を維持することが可能な撮像装置を提供することができる。

本発明が適用可能なデジタルカメラのブロック図である。 図１に示すデジタルカメラの光路の一部を示す図である。 図２に示す光線の屈折を詳細に説明するための図である。 周辺像高に到達する光線の収差を説明するための図である。 図１に示す撮像素子の撮影範囲を示す平面図である。 図１に示すデジタルカメラの焦点調節方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示す撮影レンズの像高によるピント位置変化を表すグラフである。

図１は、本実施例のデジタルカメラ（撮像装置）の焦点調節に関連する主要部分のブロック図である。本実施例のデジタルカメラは交換レンズ式一眼レフカメラであり、カメラ本体１０とレンズユニット６０とを有する。但し、本発明が適用可能な撮像装置は、デジタルビデオカメラやレンズ一体型のカメラなど種類は問わない。

レンズユニット６０は、カメラ本体１０に交換可能に構成されており、撮影レンズ６２、レンズＭＰＵ７０、メモリ７２を有する。カメラ本体１０とレンズユニット６０とは、二点鎖線で示すマウントに設けられた不図示のコネクタを介して機械的かつ電気的に接続されている。

撮影レンズ６２は、一点鎖線で示す光軸方向に移動して焦点調節を行う不図示のフォーカスレンズを含み、被写体の光学像を形成する。図１において、Ｌは撮影レンズ６２の光軸である。

レンズＭＰＵ７０は、撮影レンズに係る全ての演算、制御を行い、撮影レンズ６２のフォーカスレンズの駆動を制御する。また、レンズＭＰＵ７０は、レンズＭＰＵ７０からの指示により、フォーカスレンズを微小往復（ウォブリング）することも可能である。また、レンズＭＰＵ７０は、現在のレンズ位置を検出し、カメラＭＰＵ２０からの要求に対してレンズ位置情報を通知する。メモリ７２は、撮影レンズ６２の情報、例えば、撮影レンズ６２の像高による合焦位置のずれの情報やその他後述する情報を保持している。

カメラ本体１０は、ハーフミラー１１、ファインダ光学系、撮像素子１６、画像処理回路（画像処理手段）１８、カメラＭＰＵ２０、メモリ２２、ＡＦ３０を有する。カメラＭＰＵ２０、ＡＦ手段３０は自動焦点調節装置を構成する。

撮影レンズ６２と撮像素子１６の間には、平行平板のガラス板などで形成された光学素子であるハーフミラー１１が光軸Ｌに対して斜めに傾けて（図１においてＹＺ平面上で傾斜した状態で）配置されている。ハーフミラー１１は全面半透過性を有するミラーとなっており、撮影レンズ６２を通過した光束は光学ファインダに導かれる反射光と撮像素子１６に入射する透過光に分離される。

ファインダ光学系は、ピント板１３ａ、ペンタプリズム１３ｂ、接眼レンズ１３ｃを有する。ハーフミラー１１からの反射光は、ピント板１３ａのマット面上に結像し、マット面上の像は、ペンタプリズム１３ｂおよび接眼レンズ１３ｃを介して撮影者によって観察される。一方、ハーフミラー１１の透過光は撮像素子１６で受光され、受光された光の強度信号はＡＤ変換、画像処理部などを介して電子画像となる。

ハーフミラー１１を通過した光軸Ｌは、ハーフミラー１１での屈折により紙面下方向にオフセットした光軸Ｌ’となる。そこで、撮像素子１６の中心はこの光軸Ｌ’に一致するよう配置されている。

撮像素子１６はハーフミラー１１を経た光束が形成する光学像を電気信号に光電変換する。撮像素子１６は、撮影レンズ６２の予定結像面付近に配置され、光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタ、さらにはＣＭＯＳセンサなどからなる光電変換素子である。

一般に撮影レンズ６２と撮像素子１６の間に平板光学素子を斜めに配置すると、撮像素子１６で得られる画像には収差が発生してしまうため、従来の一眼レフカメラは、ハーフミラー１１をクイックリターン機構により撮影時には撮影光束外へ退避させていた。

これに対して、本実施例は、図１に示すように、ハーフミラー１１を傾けて固定し、撮影時にはハーフミラー１１を透過した光束を用いるため、撮像素子１６で得られる画像には収差が発生する。この収差は、撮影レンズ６２の光学収差と異なり、軸対称性のない収差である。本実施例は、この非対称な収差を画像処理回路１８によって補正することで良好な電子画像を形成する。即ち、画像処理回路１８は、撮像素子１６から出力される電気信号に含まれる、光束がハーフミラー１１を透過することによって生じる収差を補正する。

本実施例によれば、撮像素子１６で画像を撮影しながら光学ファインダで被写体を観察することができるため、高速で移動する被写体に追従可能であり、また、クイックリターン機構が不要であるため、カメラのコストダウンと小型化が可能である。

図２（ａ）は、ハーフミラー１１で生じる収差を説明するための光路図で、必要な部分を抽出している。図２（ａ）において、光線Ｅａ、Ｅｂは、物体側光軸Ｌ上の１点を発し、撮影レンズ６２を通過して撮像素子１６の中心像高付近に結像する光束の最外部の光線である。なお、撮影レンズ６２を挟んで物体側の光線は省略している。

光線Ｅａ、Ｅｂは、ハーフミラー１１の入射面で周知のスネルの法則に従い屈折し、ハーフミラー１１中を直進した後、ハーフミラー１１の射出面で再度スネルの法則に従って屈折し射出する。このとき、ハーフミラー１１に入射する光線の角度と射出する光線の角度は平行平板における光の屈折の原理によって等しくなる。光軸Ｌについても同様である。このように、ハーフミラー１１を通過した光線は、角度は変化せず、平行シフトのみが生じる。

図３は、空気中における平行平板における屈折を詳細に説明するための図である。図３において、１２は平行平板で、Ｆは平行平板１２に入射する光線を示し、進行方向を矢印で示している。

光線Ｆは入射角度φで平行平板１２の入射面１２ａに入射し、スネルの法則に基づき屈折し、屈折後は角度φ’で平行平板１２中を直進する。その後、光線Ｆは平行平板１２の射出面１２ｂで再度屈折し、入射角度φと同じ角度φで射出し、射出した光線は入射する光線に対してｄだけ平行シフトする。ここで、平行平板１２の板厚をｔ、空気の屈折率をｎ、平行平板１２の屈折率をｎ’とすると、平行シフト量ｄは次式で表すことができる。

数式１から入射角度φが大きいほど、平行シフト量ｄが大きくなることが分かる。図２（ａ）において光線Ｅａ、光軸Ｌ、光線Ｅｂの平行シフト量をそれぞれｄａ、ｄｌ、ｄｂとすると、ｄａよりｄｌが大きく、ｄｌよりｄｂが大きい。これは、光線Ｅａ、光軸Ｌ、光線Ｅｂがそれぞれハーフミラー１１に入射する入射角度が光線Ｅａより光軸Ｌの方が大きく、光軸Ｌより光線Ｅｂの方が大きいためである。

すると、光線Ｅａが光軸Ｌ’と交わる位置と、光線Ｅｂが光軸Ｌ’と交わる位置は、平行シフトの影響で一致せず、光線Ｅｂの方が光線Ｅａより図中右側で光軸Ｌと交わることになり、これが、ハーフミラー１１による収差の原因となっている。

図２は、２本の光線のみを示しているが、実際には多数の光線により被写体の像は形成され、各光線が光軸Ｌ’上で交わる位置は、図２の断面においてはすべて一致しない。

図２（ｂ）は、図１の撮像素子１６の中央像高付近Ｃを拡大した図で、結像する光線を示している。図２（ｂ）において、１６ａは撮像素子１６の受光面近傍、即ち、撮影レンズ６２の予定結像面を示し、予定決像面１６ａには多数の光線が集まっている。しかし、ハーフミラー１１の平行シフトの影響により、全ての光線が光軸Ｌ’上で交わる位置が異なっており、完全な結像となっていない。

なお、実際の光線は紙面奥行き方向にも存在するためより複雑な収差が発生しているが、ハーフミラー１１は光軸Ｌに対して図１のＹＺ断面でのみ傾斜して配置されているため、紙面奥行き方向には対称性を有する収差となっている。また、収差は数式１から、平行平板１２、即ち、ハーフミラー１１の屈折率によっても収差の状況は異なり、波長によっても収差は異なる。更に、数式１より、像高によって入射する光線の角度が異なるため、像高によっても収差の状況は異なる。

図４は、周辺像高に到達する光線の収差を説明するための図である。図４において、光線Ｅｃ、Ｅｄは撮像素子１６の上側像高に結像する光線を示し、光線Ｅｅ、Ｅｆは撮像素子１６の下側像高に結像する光線をそれぞれ示す。

それぞれの光線はハーフミラー１１に入射する角度が異なるため、図３にて説明した原理から平行シフト量も異なり、光線ＥｃとＥｄ、光線ＥｅとＥｆでは異なる収差が発生している。また、上側像高と下側像高に結像する光線の平行シフト量は、図２で説明した撮像素子１６の中央像高付近に結像する光線とも異なるため、図４における撮像素子１６の上下方向においては非対称な収差が生じる。

なお、紙面奥行き方向においては前述した理由により、周辺像高においても対称性を有する収差となっている。また、周辺像高においても、波長によって収差の状況が異なる。実際の収差は、周知の光学シミュレーションソフトウェアなどを用いて、スポットダイアグラムやＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）などを計算することにより、詳細な状況を観察することができる。

整理すると、ハーフミラー１１を通過した光束で得られる画像には、（１）紙面奥行方向に対称で上下方向には非対称な収差が発生し、（２）収差は像高、波長により異なる。この収差を画像処理回路１８によって復元処理を行い、収差による劣化のない画像を生成する。以下、収差復元について説明する。

図５は、撮像素子１６の撮影範囲を示す平面図である。図５において、１７は撮影範囲を示し、撮影範囲の中央を原点として、図５に示すようにＸＹ座標を定義する。そして、撮影範囲１７内の任意の座標点（ｘ，ｙ）における撮影レンズ６２及びハーフミラー１１の収差による劣化前の画像の光量分布をｏ（ｘ，ｙ）と定義する。また、それに対応した撮影レンズ６２及びハーフミラー１１の収差による劣化後の画像の光量分布をｉ（ｘ，ｙ）と定義する。すると、ｉ（ｘ，ｙ）は次式で表すことができる。

ここで、ｈ（ｘ，ｙ）は撮影レンズ６２およびハーフミラー１１により画像が劣化する状態を表す伝達関数である。数式２はハーフミラー１１による収差のみならず、撮影レンズ６２の収差までを含む劣化像モデル式としている。そして、数式２はｏ（ｘ，ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）の畳み込み積分であるため、フーリエ変換を行えば、よりシンプルに積の形で表すことができ、次式のようになる。

ここで、Ｉ（ｕ，ｖ）はｉ（ｘ，ｙ）、Ｏ（ｕ，ｖ）はｏ（ｘ，ｙ）、Ｈ（ｕ，ｖ）はｈ（ｘ，ｙ）のそれぞれ２次元フーリエ変換で、ｕ、ｖは空間周波数変数であるため、数式３から劣化前の画像Ｏ（ｕ，ｖ）は次式で表すことができる。

１／Ｈ（ｕ，ｖ）は一般的にインバースフィルタと呼ばれ、このインバースフィルタをメモリ７２や２２に予め記憶しておくことで、ハーフミラー１１の収差による劣化前の画像を復元することができる。

実際の画像復元処理は、ノイズなどの影響を大きく受けるので、インバースフィルタに限らず周知のウィナーフィルタや線形反復修正法、非線形反復修正法など多くの手法が開示されており、それらを用いてもよい。

また、ハーフミラー１１による収差は図５においてＹ軸対称であるため、画像復元フィルタとしては撮影範囲１７の半分のみを用意することで、全画像を復元処理することができる。更に、画像復元フィルタは、ハーフミラー１１の収差のみならず、撮影レンズ６２の収差までも考慮しているため、撮影レンズの収差による劣化も復元することができる。

このようにして、ハーフミラー１１に収差による劣化前の画像を復元する。なお、ハーフミラー１１による収差は波長による異なるため、実際の画像処理回路１８による復元はＲＧＢの色別に取得された画像データを用いて行う。

画像処理回路１８は、撮像素子１６と不図示のＡ／Ｄ変換器を経た画像データにγ変換、カラー補間、ＪＰＥＧ圧縮、上述した収差補正などの処理を施す。得られた画像データのうち焦点検出に対応する画像データは、画像処理回路１８で焦点検出用画像データに変換され、カメラＭＰＵ２０へ送られる。

カメラＭＰＵ（制御部）２０は、カメラ本体１０に係る全ての演算や制御を行うマイクロコンピュータ（プロセッサ）である。カメラＭＰＵ２０はレンズＭＰＵ７０と通信可能に接続され、レンズＭＰＵ７０に対して撮影レンズ６２の位置の取得や所定の駆動量でのレンズ駆動要求を発行したり、レンズユニット６０に固有の光学情報（焦点距離など）を取得したりする。

カメラＭＰＵ２０は、ＡＦ手段３０によって焦点検出された検出結果に基づいてレンズＭＰＵ７０を介して撮影レンズ６２のフォーカスレンズを駆動するＡＦ制御を行う。特に、カメラＭＰＵ２０は、ＡＦ手段３０が撮像素子１６から出力されて画像処理手段１８による収差補正が行われていない信号に基づいて焦点検出を行う場合に、ＡＦ手段３０の焦点検出結果を補正する補正手段として機能する。より詳細には、カメラＭＰＵ２０は、ＡＦ手段３０の焦点検出結果に含まれる、収差に起因した撮影レンズ６２の特性情報により決定される合焦位置のずれを補正する。この合焦位置とは、ＭＴＦピーク（撮影解像ピーク）の位置または像面位置である。

メモリ２２は、カメラＭＰＵ２０の動作に必要な情報を格納する。例えば、メモリ２２は、後述する焦点調節方法を実行するためのプログラムや、それに使用される情報（後述する収差補正を行う前の設計的な撮影レンズ６２のピント位置）、画像復元フィルタを保持している。

ＡＦ手段３０は、画像処理回路１８にて得られた画像情報のコントラスト成分によりコントラスト検出方式で焦点検出を行う焦点検出手段である。本実施例のコントラスト検出方式の焦点検出は、焦点を検出する領域を規定する焦点検出枠といわゆる山登り方式によってフォーカスレンズを移動してコントラスト値がピークとなるフォーカスレンズの位置を検出する山登りＡＦモードを有する。また、コントラスト方式の焦点検出は、合焦位置付近で撮影レンズ６２と撮像素子１６の間隔を変化するようにその一方を微小往復駆動してコントラスト値の変化を観察することによって被写体に対する焦点調節の追従を行うウォブリングＡＦモードを有する。

なお、ＡＦ手段３０が使用する焦点検出方式はコントラスト検出方式に限定されず、位相差検出方式などほかの検出方式を使用してもよい。

本実施例のカメラは不図示の通信部を有する。通信部は、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｐ１２８４、ＳＣＳＩ、モデム、ＬＡＮ、無線通信等を含み、不図示のケーブルまたは無線により外部のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）と通信が可能に構成されている。

図１に示すカメラの撮影動作において、不図示のシャッタースイッチが半押しされると撮影準備処理を経て焦点調節、露出制御が行われる。次に、不図示のシャッタースイッチが全押しされると撮影が行われる。その後、カメラＭＰＵ２０は収差補正情報（数式４で説明した画像復元フィルタ）を取得し、画像処理回路１８が収差補正、γ補正、色変換、エッジ強調等の画像変換処理を行って画像データを記録または表示する。

なお、収差補正は、図２〜５で説明したように撮影画面内の位置、すなわち像高や波長によって異なるため、撮影画像を複数の領域に分割し、その領域ごとにＲＧＢの色別に取得された画像データに対してそれぞれの色別に行われる。したがって、画像復元フィルタを、像高、ＲＧＢの色別、さらには撮影レンズのＦナンバーごとに予めカメラ２００のメモリ２２に格納しておく。そして、この中から必要な画像復元用フィルタを取得する。画像復元処理フィルタを予め備え代わりに、撮影レンズ６２の光学特性とカメラ本体１０の光学特性を用いて、画像復元処理フィルタをその都度計算してもよい。

図６は、カメラＭＰＵ２０によるＡＦ制御を説明するためのフローチャートであり、「Ｓ」はステップの略である。図６に示す焦点調節方法はコンピュータが実行可能なプログラムとして実現可能である。

まず、カメラＭＰＵ２０は撮像素子１６から画像処理回路１８へ画像データを読み出す（Ｓ１０２）。

次に、カメラＭＰＵ２０は、不図示の入力部への入力に基づいて、現在のＡＦのモードが粗調ＡＦモードであるか微調ＡＦモードであるかを判定する（Ｓ１０４）。ここで、粗調ＡＦは、焦点検出精度を多少犠牲にして焦点検出速度（焦点調節速度）を高速で行うＡＦモード（第２の焦点調節モード）である。一方、微調ＡＦモードは、焦点検出精度を高精度にして焦点検出速度（焦点調節速度）を犠牲にするＡＦモード（第１の焦点調節モード）である。粗調ＡＦモードは微調ＡＦモードよりも高速で焦点調節を行うモードである。

微調ＡＦモードが設定されている場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、カメラＭＰＵ２０は画像処理回路１８に対して収差補正を指示し、収差補正された画像データに対して焦点検出を行う（Ｓ１０８）。なお、コントラスト検出方式の山登りＡＦにおいてコントラスト値のピーク位置を検出する方法や、ウォブリングＡＦにおいて振幅中心を移動するかどうかを判断する方法は知られている。

一方、粗調ＡＦモードが設定されている場合（Ｓ１０４のＮｏ）、カメラＭＰＵ２０は画像処理回路１８に対して収差補正を指示せず、収差補正されていない画像データに対して焦点検出を行う（Ｓ１１０）。

その後、カメラＭＰＵ２０は、検出された合焦位置にフォーカスレンズまたは撮像素子１６を移動するようにレンズＭＰＵ７０に命令を送信することによって焦点調節を行う（Ｓ１１４）。

収差補正は大規模な演算を要するため、多数枚の画像データを必要とする焦点調節において、全ての画像に収差補正を行うことは演算に時間がかかる。そこで、Ｓ１１０は収差補正を行わない画像データで焦点調節を行っている。

ところが、収差補正を行わない画像で焦点調節をすると、その後の収差補正にてハーフミラーに起因する撮影レンズ６２の合焦位置のズレを０となるように補正してしまうため、収差補正後にはピントがずれてしまうという問題が生じる。そこで、本実施例では、収差補正を行う前の設計的な撮影レンズのピント位置を予めメモリ２２に記憶しておき、焦点調節量を補正することで、この問題を解決する。

図７は、撮影レンズの像高によるピント位置変化を表すグラフである。図７においてＹＺ軸は図１のＹＺ軸に対応している。横軸Ｚは撮影レンズ６２のピント位置で、点Ｏが撮影レンズ６２の予定結像面である。また、縦軸ＹはＹ軸方向の像高で、点Ｏが撮影範囲１７の中心となっている。

曲線Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃは、ハーフミラー１１を透過した光束による撮影レンズ６２のピント位置の一部を示し、それぞれＦナンバーがＦ２．８、Ｆ５．６、Ｆ８．０の場合に対応している。このピント位置は、コントラスト方式の焦点調節で使用する空間周波数域におけるＭＴＦピーク位置から算出される。そして、撮影範囲１７の中心に結像するＦ５．６の撮影光束のときにちょうどピントずれが０となるように、カメラのフランジバックが設定されている。

図７から、撮影レンズ６２のピント位置は、Ｙ軸プラス方向に行くほど後ピンとなり、Ｙ軸マイナス方向に行くほど前ピンとなっている。例えば、Ｆ２．８において像高Ｈ１におけるハーフミラー１１の収差によるピントずれはＢＰ１となる。そして、撮影後の収差補正では、このピントずれＢＰ１がほぼ０となるように収差補正が行われる。このため、この収差補正では、第１の像高で第１のずれ量を補正して前記第１の像高よりも高い第２の像高で前記第１のずれ量よりも大きい第２のずれ量を補正する。

そこで、カメラＭＰＵ２０は、像高Ｈ１で焦点検出を行う場合は、このピントずれ量ＢＰ１を焦点調節量の補正値として使用して（Ｓ１１２）撮影レンズ６２の焦点調節を行う（Ｓ１１４）。これにより、収差補正を行わない画像データを用いて焦点検出を行った場合でも、収差補正後に適正なピントの画像を得ることが可能となる。なお、Ｓ１１２において、「ＢＰ補正」とは、フォーカスレンズの特性情報により決まるベストピント補正量に基づく補正という意味である。これにより、収差に起因した撮影レンズの特性情報により決定される合焦位置のずれを補正することができる。

なお、図７は図５のＹ軸上におけるピント位置変化を示すが、実際の撮影範囲は図５に示すように２次元の広がりを有する。したがって、図５に示す撮影範囲１７内の任意の像高（ｘ，ｙ）におけるピント位置変化量を焦点調節用の補正値として予め撮影レンズ６２のメモリ７２に格納し、これをカメラＭＰＵ２０は取得してメモリ２２に格納する。この補正値は撮影レンズ６２のＦナンバーごとに格納する。これにより、撮影範囲１７の任意の像高において焦点調節を行う場合でも容易に補正値を得ることが可能となる。

本実施例によれば、小型軽量、安価な構成で光学ファインダを備え、すばやい焦点調節が可能なデジタル一眼レフカメラを実現することが可能となる。本実施例では、ハーフミラー１１は光軸Ｌに対して一部を反射しているが、本発明は撮影光学系６２の光軸Ｌに対して斜めに配置された光学素子を透過した光束が撮像素子１６に光学像を形成すれば足り、反射が必須ではない。

なお、図６において、微調ＡＦに関するＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８を省略して粗調ＡＦのみとし、Ｓ１０２からＳ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４を行ってもよい。 なお、収差補正をＰＣなどのカメラ外で行ってもよい。また、収差補正のための画像復元フィルタは、撮影レンズ６２の収差とハーフミラー１１の収差の両方を含む代わりにハーフミラー１１の収差のみを反映してもよい。あるいは、撮影レンズ６２の収差情報は撮影レンズ６２側に備え、ハーフミラー１１の収差情報はカメラ２００側に備えて、それらの情報を合わせて画像復元フィルタを算出してもよい。

更に、撮像素子１６の一部の画素を焦点検出用画素として構成し、撮像面で位相差検出方式の焦点検出を行うように構成してもよい。この場合、撮像素子１６は、被写体の像を形成する撮影レンズの射出瞳の全域を通る光を各々が受光して被写体像を光電変換する複数の撮影用画素と、複数の焦点検出用画素を有する。また、撮像素子１６は、撮影レンズ６２の射出瞳の異なる領域を通過した光束を各焦点検出用画素に導く瞳分割手段を更に有する。

例えば、撮像素子１６は、２行×２列の画素のうち、対角に配置される一対のＧ画素は撮影用画素として残し、Ｒ画素とＢ画素を焦点検出用画素に置き換える。瞳分割手段は、特許文献２の図６や図７に記載されているようなマイクロレンズや開口部を有する配線層などである。

このように、撮像素子１６は撮像用画素と焦点検出用画素を有する。焦点検出用画素は離散的に配置され、焦点検出時には離散的な画素出力を繋ぎ合わせた画像信号を用いて焦点検出を行う。一方、撮影時には、焦点検出用画素はキズ画素として扱われ、周囲の画素から補間演算などによりキズ補正処理されることで撮影画像を形成する。

また、この場合、ＡＦ手段３０は、コントラスト方式のＡＦ（コントラストＡＦ）を行う手段と、撮像面で位相差方式のＡＦ（ＳＡＦ）を行う手段とを有する。ＳＡＦを行う手段は、撮像素子１６に埋め込まれた焦点検出用画素を利用して位相差検出方式によって撮影レンズ６２の焦点状態を検出する焦点検出手段である。即ち、この手段は、撮影レンズ６２の一対の瞳領域を通過する光束により撮像素子１６の焦点検出用画素に形成される被写体の一対の像のずれ量を撮像面で検出し、周知の相関演算によって撮影レンズ６２の焦点状態を検出する。

ＳＡＦの原理は、特許文献２で説明されているものと同様であり、ＳＡＦを行う手段は、特許文献２に開示された合成手段、連結手段、演算手段を有する。

ＳＡＦを行う場合には焦点調節量の補正が必要となる。また焦点検出用画素が撮影レンズ６２の瞳領域の片側のみを通過した光束を受光し、撮像用画素が撮影レンズ６２の瞳領域の全てを通過した光束を受光するように構成すると、同じ被写体を受光する場合に両画素とでは瞳領域の違いによるピントずれが発生する。したがって、この場合、収差補正前後にどちらで焦点調節を行っても必ずピントずれが発生することとなり、焦点調節量の補正が必須となる。これを回避するためには、画像復元処理フィルタを撮像用画素と焦点検出用画素でそれぞれ別に有することが考えられるが、データ容量、計算量ともに極めて膨大となり、カメラ内部に実装するのは現実的ではない。したがって、本実施例のように焦点調節量の補正を行うと、比較的少量のデータで高速な焦点調節が可能となる。そこで、図６のＳ１０４において、カメラＭＰＵ２０は、微調ＡＦの代わりにコントラストＡＦ（第１の焦点検出モード）かＳＡＦ（第２の焦点検出モード）かを判断してもよい。そして、コントラストＡＦの場合にはＳ１０４のＹｅｓのフローに、ＳＡＦの場合にはＳ１０４のＮｏのフローに移行してもよい。これにより、ＳＡＦにおいて比較的少量のデータで高速な焦点調節が可能となる。この場合の撮影レンズ６２の像高によるピント位置変化は、図７のピント位置変化と量は異なるが基本的な考え方は同様であるため説明を省略する。

以上、本発明は上述した実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

撮像装置は被写体を撮像する用途に適用することができる。

１６ 撮像素子
１８ 画像処理回路（画像処理手段）
２０ カメラＭＰＵ（補正手段、制御手段）
３０ ＡＦ手段

Claims (4)

1. 撮影レンズの光軸に対して斜めに配置され、前記撮影レンズからの光束の少なくとも一部を透過する平行平板の光学素子と、
   前記光束が形成する光学像を光電変換する撮像素子と、
   前記撮像素子から出力される信号に含まれる、前記光束が前記光学素子を透過することによって生じる収差を補正する画像処理手段と、
   前記撮像素子から出力された信号に基づいて焦点検出をして焦点調節処理を行う焦点調節手段とを備え、
   前記焦点調節手段は、前記光学素子を通過した光学像に応じた信号であって、前記画像処理手段によって収差補正された信号に基づいて焦点検出をし焦点調節を行う第１のモードと、前記光学素子を通過した光学像に応じた信号であって、前記画像処理手段によって収差補正されていない信号に基づいて焦点検出を行い焦点調節において補正する第２のモードとを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記光学素子は、撮影時においても前記撮影レンズの光軸に対して斜めに固定して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記焦点調節手段は、前記第２のモードにおいて第１の像高で第１のずれ量を補正して前記第１の像高よりも高い第２の像高で前記第１のずれ量よりも大きい第２のずれ量を補正するように前記焦点調節手段が検出した焦点検出結果に含まれる合焦位置のずれを補正する補正手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 焦点調節速度より焦点検出精度を優先する微調ＡＦが設定されている場合は、前記第１のモードを実行し、前記微調ＡＦが設定されていない場合は、前記第２のモードを実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。