撮像装置および撮像素子
【課題】撮像素子に対する射出瞳位置が変化しても焦点検出を精度良く行える位相差検出機能付き撮像素子の技術を提供する。
【解決手段】撮像装置に設けられた撮像素子は、撮像素子からの距離Ｈｍの位置の射出瞳において同等の面積となる一対の部分領域Ｑｃ、Ｑｄを通過した被写体光束を受光するＡＦ画素対１１ｇを備え、ＡＦ画素対１１ｇは、一対の部分領域Ｑｃ、Ｑｄを規定する各光透過部分が設けられた遮光部１３１、１３２を有している。また、撮像素子は、ＡＦ画素対１１ｇの他に、撮像素子からの距離Ｈｍと異なる位置の射出瞳において一対の部分領域の面積が同等となるように、遮光部１３１、１３２での光透過領域の配置を異ならせた別のＡＦ画素対も備えている。これにより、レンズ交換等で射出瞳位置が変化しても、その射出瞳位置に応じた画素対を選択することにより位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。
【解決手段】撮像装置に設けられた撮像素子は、撮像素子からの距離Ｈｍの位置の射出瞳において同等の面積となる一対の部分領域Ｑｃ、Ｑｄを通過した被写体光束を受光するＡＦ画素対１１ｇを備え、ＡＦ画素対１１ｇは、一対の部分領域Ｑｃ、Ｑｄを規定する各光透過部分が設けられた遮光部１３１、１３２を有している。また、撮像素子は、ＡＦ画素対１１ｇの他に、撮像素子からの距離Ｈｍと異なる位置の射出瞳において一対の部分領域の面積が同等となるように、遮光部１３１、１３２での光透過領域の配置を異ならせた別のＡＦ画素対も備えている。これにより、レンズ交換等で射出瞳位置が変化しても、その射出瞳位置に応じた画素対を選択することにより位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ交換式の一眼レフデジタルカメラなどの撮像装置においては、交換レンズ（撮影光学系）の射出瞳における一対の部分領域(例えば左側・右側の瞳部分)を通過した被写体光束を受光して各画素信号を生成する一対の画素(以下では「ＡＦ画素対」ともいう)を複数備え位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像素子(以下では「位相差検出機能付き撮像素子」ともいう)の利用が提案されている。
【０００３】
上記の位相差検出機能付き撮像素子においては、その中心から離れた位置のＡＦ画素対では撮影光学系の口径食により焦点検出に用いる被写体光束が制限される場合があり、そのような場合にはＡＦ画素対で生成される画素信号にアンバランスが生じることとなる。この問題に対しては、例えば特許文献１に開示される技術のように、口径食によって制限された瞳の光軸に対するシフト量と瞳の幅との比に基づきＡＦ画素対で生成される画素信号に対しての補正演算を行うことで、アンバランスの改善が図れるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９１６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、ＡＦ画素対で生成される画素信号のアンバランスが過大になると、補正演算でも補正しきれないためアンバランスの改善が適切に図れない。特に、撮像素子に対する射出瞳の位置が想定位置と大きく異なる交換レンズ等が取り付けられた場合にもＡＦ画素対で生成される画素信号のアンバランスが過大となるが、このような場合にも上記特許文献１の補正演算ではアンバランスを解消して焦点検出を精度良く行うことは困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、撮像素子に対する射出瞳位置が変化しても焦点検出を精度良く行える位相差検出機能付き撮像素子の技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面は、撮像装置であって、(a)撮影光学系と、(b)前記撮像光学系を通った被写体光束を受光する撮像素子とを備えるとともに、前記撮像素子は、前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群を有し、前記画素対は、前記射出瞳において前記第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と、前記射出瞳において前記第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、前記画素対の群は、前記遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、前記複数種類の画素対それぞれでは、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の前記撮像素子に対する位置が異なっていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の側面は、撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子であって、前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群を備え、前記画素対は、前記射出瞳において前記第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と、前記射出瞳において前記第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、前記画素対の群は、前記遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、前記複数種類の画素対それぞれでは、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の前記撮像素子に対する位置が異なっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮像素子は、撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群を有し、画素対は、射出瞳において第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と射出瞳において第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、画素対の群は、遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、複数種類の画素対それぞれでは、第１の部分領域と第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の撮像素子に対する位置が異なっている。その結果、レンズ交換等によって撮像素子に対する射出瞳位置が変化しても、その射出瞳位置に応じた画素対を複数種類の画素対から選択することにより、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜撮像装置の要部構成＞
図１および図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。ここで、図１および図２は、それぞれ正面図および背面図を示している。
【００１１】
撮像装置１は、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。
【００１２】
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、把持可能とするためのグリップ部３０３と、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。
【００１３】
また、図２において、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された十字キー３１４と、十字キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の上方に配設されたＥＶＦ(Electronic View Finder)３１６と、ＥＶＦ３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、ＥＶＦ３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７と、ＥＶＦ３１６の右方に配設された露出補正ボタン３２３およびＡＥロックボタン３２４と、ＥＶＦ３１６の上方に配設されたフラッシュ部３１８および接続端子部３１９とが備えられている。
【００１４】
マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図４参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図４参照)が設けられている。
【００１５】
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
【００１６】
グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１を把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池６９Ｂ(図４参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード６７(図４参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。
【００１７】
モード設定ダイアル３０５及び制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、自動露出（ＡＥ）制御モードや自動焦点（ＡＦ；オートフォーカス）制御モード、或いは１枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置１に搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。
【００１８】
シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定や焦点検出等の準備動作）が実行され、シャッターボタン３０７が全押しされると、撮影動作（撮像素子１０１(図３参照)を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作）が実行される。
【００１９】
ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１(図３参照)により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、ＬＣＤ３１１に代えて、有機ＥＬやプラズマ表示装置を用いるようにしても良い。
【００２０】
設定ボタン群３１２は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群３１２には、例えばＬＣＤ３１１に表示されるメニュー画面で選択された内容を確定するための選択確定スイッチ、選択取り消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー表示スイッチ、表示オン／オフスイッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる。
【００２１】
十字キー３１４は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部（図中の三角印の部分）を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点（スイッチ）により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン３１５は、十字キー３１４の中央に配置されている。十字キー３１４及びプッシュボタン３１５は、撮影倍率の変更（ズームレンズ２１２(図４参照)のワイド方向やテレ方向への移動）、ＬＣＤ３１１等に再生する記録画像のコマ送り、及び撮影条件（絞り値、シャッタスピード、フラッシュ発光の有無等）の設定等の指示を入力するためのものである。
【００２２】
ＥＶＦ３１６は、液晶パネル３１０(図３参照)を備えており、撮像素子１０１(図３参照)によって撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行う。このＥＶＦ３１６やＬＣＤ３１１において、本撮影(画像記録用の撮影)前に撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー(プレビュー)表示が行われることにより、ユーザは、実際に撮像素子１０１にて撮影される被写体を視認することが可能となる。
【００２３】
メインスイッチ３１７は、左右にスライドする２接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置１の電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。
【００２４】
フラッシュ部３１８は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける場合には、接続端子部３１９を使用して接続する。
【００２５】
アイカップ３２１は、遮光性を有してＥＶＦ３１６への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。
【００２６】
露出補正ボタン３２３は、露出値（絞り値やシャッタースピード）を手動で調整するためのボタンであり、ＡＥロックボタン３２４は、露出を固定するためのボタンである。
【００２７】
交換レンズ２は、被写体からの光（光像）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１に導くための撮影光学系として機能するものである。この交換レンズ２は、上述のレンズ交換ボタン３０２を押下操作することで、カメラボディ１０から取り外すことが可能となっている。
【００２８】
交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図４参照)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図４参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図４参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ(図３参照)方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。
【００２９】
＜撮像装置１の内部構成＞
次に、撮像装置１の内部構成について説明する。図３は、撮像装置１の縦断面図である。図３に示すように、カメラボディ１０の内部には、撮像素子１０１、ＥＶＦ３１６などが備えられている。
【００３０】
撮像素子１０１は、カメラボディ１０に交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２が備えているレンズ群の光軸ＬＴ上において、光軸ＬＴに対して垂直となる方向に配置されている。撮像素子１０１としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に２次元配置されたＣＭＯＳカラーエリアセンサ（ＣＭＯＳ型の撮像素子）が用いられる。撮像素子１０１は、交換レンズ２を通って受光された被写体光束に関するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）を生成し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。この撮像素子１０１の構成については、後で詳述する。
【００３１】
撮像素子１０１の光軸方向前方には、シャッタユニット４０が配置されている。このシャッタユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、その開動作および閉動作により光軸ＬＴに沿って撮像素子１０１に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタとして構成されている。なお、シャッタユニット４０は、撮像素子１０１が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。
【００３２】
ＥＶＦ３１６は、液晶パネル３１０と、接眼レンズ１０６とを備えている。液晶パネル３１０は、例えば画像表示が可能なカラー液晶パネルとして構成されており、撮像素子１０１により撮像された画像の表示が可能である。接眼レンズ１０６は、液晶パネル３１０に表示された被写体像をＥＶＦ３１６の外側に導く。このようなＥＶＦ３１６の構成により、ユーザは、撮像素子１０１で撮影される被写体を視認できることとなる。
【００３３】
＜撮像装置１の電気的構成＞
図４は、撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図３と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。
【００３４】
交換レンズ２は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。
【００３５】
レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１及びズームレンズ２１２と、カメラボディ１０に備えられた撮像素子１０１へ入射される光量を調節するための絞り２３とが、鏡胴内において光軸ＬＴ(図３)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで撮像素子１０１に結像させる。ＡＦ制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで焦点調節が行われる。
【００３６】
フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介してメイン制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させるために必要な、ＡＦアクチュエータ７１Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。
【００３７】
レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイド及び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、ＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向及び移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向及び回転数に従う。
【００３８】
レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部２４で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。
【００３９】
レンズ制御部２６は、例えば制御プログラム等を記憶するＲＯＭや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。このレンズ制御部２６内のＲＯＭには、後述する交換レンズ２の射出瞳位置の情報が記憶されている。
【００４０】
また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０のメイン制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データや、レンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報をメイン制御部６２に送信できるとともに、メイン制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。
【００４１】
絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７６Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。
【００４２】
続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０には、先に説明した撮像素子１０１、シャッタユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、メイン制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５(６５ａ、６５ｂ)、カード・インターフェース（Ｉ／Ｆ）６６、メモリカード６７、通信用インターフェース（Ｉ／Ｆ）６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、シャッタ駆動制御部７３Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍ、絞り駆動制御部７６Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７６Ｍを備えて構成されている。
【００４３】
撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、当該撮像素子１０１の露光動作の開始（及び終了）や、撮像素子１０１が備える各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。
【００４４】
ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えると共に、撮像素子１０１から出力される画像信号（ＣＭＯＳエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群）に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力するものである。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。
【００４５】
タイミング制御回路５１は、メイン制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して撮像素子１０１に出力し、撮像素子１０１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２やＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。
【００４６】
信号処理部５２は、撮像素子１０１から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理部５２には、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路及びクランプ回路等が備えられている。Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を、タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換するものである。
【００４７】
画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス制御回路６１２及びガンマ補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１へ取り込まれた画像データは、撮像素子１０１の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおいて処理が行われる。
【００４８】
黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。
【００４９】
ホワイトバランス補正回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行うものである。すなわちホワイトバランス制御回路６１２は、メイン制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれを色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比及びＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。
【００５０】
ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路６１３は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。
【００５１】
画像メモリ６１４は、撮影モード時において、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。
【００５２】
メイン制御部６２は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭ等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、撮像装置１各部の動作を制御するものである。
【００５３】
フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部６２により設定された発光量に制御するものである。
【００５４】
操作部６４は、上述のモード設定ダイアル３０５、制御値設定ダイアル３０６、シャッターボタン３０７、設定ボタン群３１２、十字キー３１４、プッシュボタン３１５、メインスイッチ３１７等を含み、操作情報をメイン制御部６２に入力するためのものである。
【００５５】
ＶＲＡＭ６５ａ、６５ｂは、ＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部６２とＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７とメイン制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、メイン制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。
【００５６】
電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、メイン制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、アルカリ乾電池等の一次電池や、ニッケル水素充電池等の二次電池からなり、撮像装置１全体に電力を供給する電源である。
【００５７】
シャッタ駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍは、シャッタユニット４０の開閉駆動を行うアクチュエータである。
【００５８】
絞り駆動制御部７６Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７６Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。
【００５９】
また、カメラボディ１０は、黒レベル補正回路６１１から出力される黒レベル補正済みの画像データに基づき、撮像素子１０１を用いたオートフォーカス(ＡＦ)制御時に必要な演算を行う位相差ＡＦ演算回路７７を備えている。
【００６０】
この位相差ＡＦ演算回路７７を利用した撮像装置１の位相差ＡＦ動作について、詳しく説明する。
【００６１】
＜撮像装置１の位相差ＡＦ動作について＞
撮像装置１では、撮像素子１０１において射出瞳の異なった部分を透過(通過)した透過光を受光することにより位相差ＡＦが可能な構成となっている。この撮像素子１０１の構成と、撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理とを、以下で説明する。
【００６２】
図５および図６は、撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【００６３】
撮像素子１０１では、その撮像面１０１ｆにおいてマトリックス状に規定された複数のＡＦエリアＥｆそれぞれで位相差検出方式の焦点検出が可能な構成となっている(図５)。
【００６４】
各ＡＦエリアＥｆには、フォトダイオード上にＲ(赤)、Ｇ(緑)およびＢ(青)の各カラーフィルタが配設されたＲ画素１１１、Ｇ画素１１２およびＢ画素１１３からなる通常の画素(以下では「通常画素」ともいう)１１０が設けられるとともに、後述する下段の遮光マスク１２ａ、１２ｃ(平行斜線部)を有して位相差ＡＦを行うための画素のペア(以下では「ＡＦ画素対」ともいう)１１ｆが設けられている(図６)。
【００６５】
そして、ＡＦエリアＥｆには、通常画素１１０の水平ラインとしてＧ画素１１２とＲ画素１１１とが水平方向に交互に配置されたＧｒラインＬ１と、Ｂ画素１１３とＧ画素１１２とが水平方向に交互に配置されたＧｂラインＬ２とが形成されている。このＧｒラインＬ１とＧｂラインＬ２とが垂直方向に交互に配置されることによりベイヤー配列が構成される。
【００６６】
また、ＡＦエリアＥｆには、ＡＦ画素対１１ｆが水平方向に繰り返し配列されたＡＦライン(焦点検出画素列)Ｌｆが垂直方向に周期的に形成されている。
【００６７】
次に、ＡＦ画素対１１ｆの構成について説明する。
【００６８】
図７は、ＡＦ画素対１１ｆの構成を説明するための縦断面図である。なお、図７に示すＡＦ画素対１１ｆは、撮像面１０１ｆの中央付近に位置するＡＦエリアＥｆ(例えば図５に示すＡＦエリアＥｆｏ)に設けられているものである。
【００６９】
ＡＦ画素対１１ｆは、交換レンズ２に関する射出瞳の左側部分Ｑａからの光束Ｔａと右側部分Ｑｂからの光束Ｔｂとを分離させるための開口部ＯＰａ〜ＯＰｂ、ＯＰｃ〜ＯＰｄの位置が鏡面対象となっている２枚の遮光マスク(遮光板)１２ａ〜１２ｂ、１２ｃ〜１２ｄを有した一対の画素１１ａ、１１ｂからなっており、ＡＦ画素対１１ｆが水平方向に沿って２以上配列されることでＡＦラインＬｆが形成される。
【００７０】
より詳細には、画素(以下では「第１ＡＦ画素」ともいう)１１ａでは、光電変換部(フォトダイオード)ＰＤに対して右側に偏った長方形状(スリット状)の開口部ＯＰａが下段の遮光マスク１２ａに形成されるとともに、光電変換部ＰＤに対して左側に偏ったスリット状の開口部ＯＰｂが上段の遮光マスク１２ｂに設けられている。そして、各開口部ＯＰａ、ＯＰｂにより遮光マスク１２ａおよび遮光マスク１２ｂからなる遮光部１２１の光透過部分が構成されるとともに、この光透過部分により射出瞳において左側部分Ｑａが規定される。一方、画素(以下では「第２ＡＦ画素」ともいう)１１ｂでは、光電変換部ＰＤに対して左側に偏ったスリット状の開口部ＯＰｃが下段の遮光マスク１２ｃに形成されるとともに、光電変換部ＰＤに対して右側に偏ったスリット状の開口部ＯＰｄが上段の遮光マスク１２ｄに設けられている。そして、各開口部ＯＰｃ、ＯＰｄにより遮光マスク１２ｃおよび遮光マスク１２ｄからなる遮光部１２２の光透過部分が構成されるとともに、この光透過部分により射出瞳における右側部分Ｑｂが規定される。このような第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂは、図６のようにＡＦラインＬｆで交互に配置される。
【００７１】
以上のような構成のＡＦ画素対１１ｆにより、射出瞳における瞳分割、つまり射出瞳の左側部分Ｑａからの光束ＴａがマイクロレンズＭＬ、カラーフィルタＦＲおよび各遮光マスク１２ａ、１２ｂの開口部(光透過部分)ＯＰａ、ＯＰｂを通過して第１ＡＦ画素１１ａの光電変換部ＰＤで受光されるとともに、射出瞳の右側部分Ｑｂからの光束ＴｂがマイクロレンズＭＬ、カラーフィルタＦＲおよび各遮光マスク１２ｃ、１２ｄの開口部（光透過部分）ＯＰｃ、ＯＰｄを通過して第２ＡＦ画素１１ｂの光電変換部ＰＤで受光されることとなる。換言すれば、ＡＦ画素対１１ｆでは、交換レンズ２の射出瞳において互いに逆方向となる左方向および右方向に偏った左側部分(第１の部分領域)Ｑａおよび右側部分(第２の部分領域)Ｑｂを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂが受光される。
【００７２】
以下では、第１ＡＦ画素１１ａにおいて得られる受光データを「Ａ系列のデータ」と呼び、第２ＡＦ画素１１ｂにおいて得られる受光データを「Ｂ系列のデータ」と呼ぶこととし、例えば、ある１つのＡＦラインＬｆ(図６)に配置されたＡＦ画素対１１ｆの群から得られるＡ系列のデータとＢ系列のデータとを表した図８〜図１２を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
【００７３】
図８は、焦点面が撮像素子１０１の撮像面１０１ｆから２００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図９は、焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。また、図１０は、焦点面が撮像面１０１ｆに一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。さらに、図１１は、焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図１２は、焦点面が撮像面１０１ｆから２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図８〜図１２においては、横軸がＡＦラインＬｆ方向に関する第１ＡＦ画素１１ａ、第２ＡＦ画素１１ｂの画素位置を示し、縦軸が第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂそれぞれの光電変換部ＰＤからの出力を示している。また、図８〜図１２では、グラフＧａ１〜Ｇａ５(実線で図示)がＡ系列のデータを表し、グラフＧｂ１〜Ｇｂ５(破線で図示)がＢ系列のデータを表している。
【００７４】
図８〜図１２においてＡ系列のグラフＧａ１〜Ｇａ５で示される各Ａ系列の像列とＢ系列のグラフＧｂ１〜Ｇｂ５で示される各Ｂ系列の像列とを比較すると、デフォーカス量が大きいほど、Ａ系列の像列とＢ系列の像列との間に生じるＡＦラインＬｆ(水平方向)方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。
【００７５】
このような一対の像列(Ａ系列およびＢ系列の像列)におけるシフト量と、デフォーカス量との関係をグラフ化すると、図１３に示すグラフＧｃのように表される。この図１３においては、横軸がＡ系列の像列の重心位置に対するＢ系列の像列の重心位置の差(画素ピッチ)を示し、縦軸がデフォーカス量(μｍ)を示している。なお、各像列の重心位置Ｘgは、例えば次のような演算式(１)により求められる。
【００７６】
【数１】
【００７７】
ただし、上式(１)において、Ｘ1〜Ｘnは、例えばＡＦラインＬｆにおける左端からの画素位置を表し、Ｙ1〜Ｙnは、各位置Ｘ1〜Ｘnの第１ＡＦ画素１１ａ、第２ＡＦ画素１１ｂからの出力値を表している。
【００７８】
図１３に示すグラフＧｃのように一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係は、比例関係となっている。この関係について、デフォーカス量をＤＦ(μｍ)とし重心位置の差をＣ(μｍ)として数式で表現すると、次の式(２)のようになる。
【００７９】
【数２】
【００８０】
ここで、上式(２)の係数ｋは、図１３のグラフＧｃに関する傾きＧｋ(破線で図示)を表しており、工場試験等によって事前に取得できるものである。
【００８１】
以上より、ＡＦ画素対１１ｆから得られるＡ系列のデータとＢ系列のデータとに関する重心位置の差(位相差)を位相差ＡＦ演算回路７７で求めた後に、上式(２)を利用してデフォーカス量を算出し、算出されたデフォーカス量に相当する駆動量をフォーカスレンズ２１１に与えることで、検出された焦点位置にフォーカスレンズ２１１を移動させるオートフォーカス(ＡＦ)制御が可能となる。なお、上記のデフォーカス量とフォーカスレンズ２１１の駆動量との関係は、カメラボディ１０に装着されている交換レンズ２の設計値より一意に定まるものである。
【００８２】
以上のような撮像素子(位相差検出機能付き撮像素子)１０１を備えた撮像装置１では、カメラボディ１０に装着される交換レンズ２の射出瞳位置に応じた測距制御を行って精度の良い位相差ＡＦを実現しているが、この測距制御について以下で詳しく説明する。
【００８３】
＜交換レンズ２の射出瞳位置に応じた測距制御＞
図１４は、交換レンズ２の射出瞳位置に応じて生じる瞳分割のアンバランスを説明するための図である。この図１４においては、横軸が撮像面１０１ｆに対する射出瞳の位置を示しており、縦軸が交換レンズ２の光軸、つまり撮像面１０１ｆの中心からの距離(像高)を示している。なお、図１４では、像高α[mm]の位置に配置された画素に関するマイクロレンズＭＬの入射瞳(ＯＣＬ入射瞳)の範囲を角度θで示している。
【００８４】
撮像素子１０１では、撮像面１０１ｆの中央部から離れた位置のＡＦエリアＥｆ(例えば図５に示すＡＦエリアＥｆａ)に設けられた像高α[mm]のＡＦ画素対においても、撮像面１０１ｆからの距離Ｈｍ(例えば８０〜９０ｍｍ程度)にある標準的な射出瞳位置Ｐｍで適切な瞳分割を行えるように構成されている。具体的には、図１５に示す概念図のようにＡＦエリアＥｆａ内のＡＦ画素対１１ｇでは、例えば右側の画素１１ｇｂにおける下段の遮光マスク１３ｃの左端を光電変換部ＰＤの中心Ｃｏから距離Ｅａだけ右側に設定することにより、撮像面１０１ｆからの距離Ｈｍに形成される瞳径Ｒｏの射出瞳を２等分した左側部分Ｑｃおよび右側部分Ｑｄを通過する各光束Ｔｃ、Ｔｄが各光電変換部ＰＤで受光可能となっている。これにより、図１４に示すように像高α[mm]の位置に配置されたＡＦ画素対１１ｇでは、撮像面１０１ｆの垂線に対して斜め方向に伸びる瞳分割ラインＤｍが設定されるため、撮像面１０１ｆから距離Ｈｍ離れた位置（以下では「中位置」ともいう）Ｐｍの射出瞳において瞳分割を等しく行えることとなる。
【００８５】
一方、交換レンズ２においては、その射出瞳位置が上述した位置Ｐｍから大きく相違するものも存在する。例えば図１４に示すように撮像面１０１ｆから比較的遠い距離Ｈａの位置（以下では「遠位置」ともいう）Ｐａに射出瞳が形成される交換レンズや、撮像面１０１ｆから比較的近い距離Ｈｂの位置（以下では「近位置」ともいう）Ｐｂに射出瞳が形成される交換レンズにおいて、瞳分割ラインＤｍによる画一的な射出瞳の分割が行われたのでは、分割される各領域の大きさにアンバランスが生じてしまう。これでは、ＡＦ画素対でバランス良くＡ系列およびＢ系列の画素信号を生成できないため、精度の良い測距（焦点検出）が困難となる。
【００８６】
そこで、本実施形態の撮像装置１では、図１６に示すように射出瞳が遠位置Ｐａとなる交換レンズ２がカメラボディ１０に装着された場合には、その射出瞳位置に対応した瞳分割ラインＤａが規定されるＡＦ画素対１１ｊを用いて測距することとする。具体的には、図１７に示す概念図のようにＡＦ画素対１１ｊでは、例えば右側の画素１１ｊｂにおける下段の遮光マスク１３ｃの左端を光電変換部ＰＤの中心Ｃｏから距離Ｅｂ（ここでＥｂ＜Ｅａ）だけ右側に設定し、２枚の遮光マスク１３ａ、１３ｂからなる遮光部１３１と２枚の遮光マスク１３ｃ、１３ｄからなる遮光部１３２とにおける光透過部分の構成を上記のＡＦ画素対１１ｇに対して異ならせることにより、撮像面１０１ｆからの距離Ｈａに形成される射出瞳を２等分した左側部分Ｑｅおよび右側部分Ｑｆを通過する各光束Ｔｅ、Ｔｆが各光電変換部ＰＤで受光可能となっている。これにより、図１６に示すように像高α[mm]の位置に配置されたＡＦ画素対１１ｊでは、瞳分割ラインＤｍより傾きが緩やかな瞳分割ラインＤａが設定されるため、遠位置Ｐａの射出瞳において瞳分割を等しく行えることとなる。
【００８７】
また、本実施形態の撮像装置１では、図１６に示すように射出瞳が近位置Ｐｂとなる交換レンズ２がカメラボディ１０に装着された場合には、その射出瞳位置に対応した瞳分割ラインＤｂが規定されるＡＦ画素対１１ｋを用いて測距するようにする。具体的には、図１８に示す概念図のようにＡＦ画素対１１ｋでは、例えば右側の画素１１ｋｂにおける下段の遮光マスク１３ｃの左端を光電変換部ＰＤの中心Ｃｏから距離Ｅｃ（ここでＥｃ＞Ｅａ）だけ右側に設定するとともに、左側の画素１１ｋａにおける下段の遮光マスク１３ａの右端を光電変換部ＰＤの中心Ｃｏから距離Ｅｄだけ右側に設定し、遮光部１３１、１３２における光透過部分の構成を上記のＡＦ画素対１１ｇに対して異ならせることにより、撮像面１０１ｆからの距離Ｈｂに形成される射出瞳を２等分した左側部分Ｑｇおよび右側部分Ｑｈを通過する各光束Ｔｇ、Ｔｈが各光電変換部ＰＤで受光可能となっている。これにより、図１６に示すように像高α[mm]の位置に配置されたＡＦ画素対１１ｋでは、瞳分割ラインＤｍより傾きが急な瞳分割ラインＤｂが設定されるため、近位置Ｐｂの射出瞳において瞳分割を等しく行えることとなる。
【００８８】
以上のような構成を有するＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋについては、撮像面１０１ｆの中心部から離れた位置のＡＦエリアＥｆａ(図５)において、例えば図１９に示すように遠位置Ｐａの射出瞳に対応するＡＦ画素対１１ｊが水平方向に配列された瞳遠用のＡＦラインＬｊ、中位置Ｐｍの射出瞳に対応するＡＦ画素対１１ｇが水平方向に配列された瞳中用のＡＦラインＬｇ、および近位置Ｐｂの射出瞳に対応するＡＦ画素対１１ｋが水平方向に配列された瞳近用のＡＦラインＬｋを通常画素１１０の水平ライン４本を挟んで垂直方向に周期的に設け、交換レンズ２の射出瞳位置に応じて各ＡＦラインＬｇ、Ｌｊ、Ｌｋを使い分ける測距制御を行うようにする。具体的には、図１６のように閾値として撮像面１０１ｆからの距離Ｐｓ(例えば１１０ｍｍ)および距離Ｐｔ(例えば６０ｍｍ)を設定し、距離Ｐｓ以上となる射出瞳位置の交換レンズ２が装着された場合には瞳遠用のＡＦラインＬｊを選択するとともに、距離Ｐｔ以下となる射出瞳位置の交換レンズ２が装着された場合には瞳近用のＡＦラインＬｋを選択する一方、距離Ｐｔと距離Ｐｓとの間にある射出瞳位置の交換レンズ２が装着された場合には瞳中用のＡＦラインＬｇを選択し、選択されたＡＦラインによる測距を行う。
【００８９】
すなわち、ＡＦエリアＥｆａに設けられるＡＦラインＬｇ、Ｌｊ、Ｌｋは、遮光部１３１、１３２における光透過領域の配置を異ならせ射出瞳に対するニラミ角を変えた３種類の画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋを有し、３種類の画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋそれぞれでは、瞳分割に係る左側の部分領域と右側の部分領域との面積が同等となる射出瞳の撮像素子１０１（の撮像面１０１ｆ）に対する位置Ｐｍ、Ｐａ、Ｐｂ(図１６)が異なっているため、交換レンズ２の交換によって射出瞳位置が変化しても、その射出瞳位置に応じたＡＦ画素対を３種類の画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋから選択することにより、バランス良く瞳分割でき、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行えることとなる。
【００９０】
次に、射出瞳位置に応じて瞳中用のＡＦラインＬｇ、瞳遠用のＡＦラインＬｊおよび瞳近用のＡＦラインＬｋの使い分けを行う撮像装置１の具体的な動作について説明する。
【００９１】
＜撮像装置１の動作＞
図２０は、撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。なお、この撮像装置１の動作については、メイン制御部６２で実行される。
【００９２】
メインスイッチ３１７へのユーザ操作で撮像装置１の電源がオンにされると、交換レンズ２の射出瞳位置が撮像面１０１ｆから６０ｍｍ以下であるかを判定する（ステップＳＴ１）。具体的には、レンズ制御部２６内のＲＯＭに記憶されている交換レンズ２の射出瞳位置の情報をカメラボディ１０のメイン制御部６２で取得し、射出瞳位置が６０ｍｍ以下か否かが判断される。ここで、射出瞳位置が６０ｍｍ以下である場合には、ステップＳＴ３に進み、６０ｍｍ以下でない場合にはステップＳＴ２に進む。
【００９３】
ステップＳＴ２では、交換レンズ２の射出瞳位置が撮像面１０１ｆから６０〜１１０ｍｍの範囲内にあるかを判定する。ここで、射出瞳位置が６０〜１１０ｍｍの範囲内にある場合には、ステップＳＴ４に進み、射出瞳位置が１１０ｍｍ以上の場合にはステップＳＴ４に進む。
【００９４】
ステップＳＴ３では、図１８に示すＡＦ画素対１１ｋが配設された瞳近用のＡＦラインＬｋを選択する。
【００９５】
ステップＳＴ４では、図１５に示すＡＦ画素対１１ｇが配設された瞳中用のＡＦラインＬｍを選択する。
【００９６】
ステップＳＴ５では、図１７に示すＡＦ画素対１１ｊが配設された瞳遠用のＡＦラインＬｊを選択する。
【００９７】
ステップＳＴ６では、シャッターボタン３０７がユーザによって半押しされたかを判定する。ここで、半押しされた場合には、ステップＳＴ７に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【００９８】
ステップＳＴ７では、ステップＳＴ３〜ＳＴ５で選択されたＡＦラインを用いて測距を行う。すなわち、撮像素子１０１に対する射出瞳位置に応じて３種類の画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋから１種類の画素対を選択し、この１種類の画素対で生成される画素信号に基づき位相差検出方式の焦点検出が行われる。これにより、交換レンズ毎に異なる射出瞳位置に対応した良好な焦点検出が可能となる。
【００９９】
ステップＳＴ８では、シャッターボタン３０７がユーザによって全押しされたかを判定する。ここで、全押しされた場合には、ステップＳＴ１０に進み、全押しされていない場合には、ステップＳＴ９に進む。
【０１００】
ステップＳＴ９では、シャッターボタン３０７がユーザによって半押しされているかを判定する。ここで、半押しされている場合には、ステップＳＴ８に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【０１０１】
ステップＳＴ１０では、撮影を行う。すなわち、撮像素子１０１で記録用の撮影画像データを生成する本撮影の動作が行われる。
【０１０２】
以上で説明した撮像装置１には、図１６に示す各位置Ｐｍ、Ｐａ、Ｐｂの射出瞳を２等分できるＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋを備えた撮像素子１０１が設けられているため、交換レンズ２が交換されることにより射出瞳の位置が変化しても位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。
【０１０３】
＜変形例＞
・上記の実施形態におけるＡＦ画素対については、図７に示すＡＦ画素対１１ｆのように２枚の遮光マスク１２ａ、１２ｂを備えた画素１１ａと２枚の遮光マスク１２ｃ、１２ｄを備えた画素１１ｂとで構成されるのは必須でなく、図２１に示すＡＦ画素対１１ｆａのように開口部ＯＰｅが形成される１枚の遮光マスク１２ｅを備えた画素１１ｃと開口部ＯＰｆが形成される１枚の遮光マスク１２ｆを備えた画素１１ｄとで構成されても良い。
【０１０４】
このように１枚の遮光マスクを備えた２つの画素１１ｃ、１１ｄからなるＡＦ画素対１１ｆａにおいても、撮像面１０１ｆの中央付近から外れた位置に規定されるＡＦエリアＥｆａ(図５)などに配設される場合には、ＡＦ画素対１１ｇ(図１５)のように図１６に示す瞳分割ラインＤｍが設定される瞳中用のＡＦ画素対と、ＡＦ画素対１１ｊ(図１７)のように図１６に示す瞳分割ラインＤａが設定される瞳遠用のＡＦ画素対と、ＡＦ画素対１１ｋ(図１８)のように図１６に示す瞳分割ラインＤｂが設定される瞳近用のＡＦ画素対とを備えるようにする。そして、上述のように交換レンズの射出瞳位置に応じて瞳近用、瞳中用および瞳遠用のＡＦ画素対を選択すれば、焦点検出を精度良く行えることとなる。
【０１０５】
・上記の実施形態においては、射出瞳を２つの半円に瞳分割するのは必須でなく、分割される箇所でオーバーラップが生じるように瞳分割を行っても良い。
【０１０６】
・上記の実施形態においては、３種類のＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋを交換レンズ毎に使い分けるのは必須でなく、ズームレンズのズーム状態に応じて使い分けるようにしても良い。すなわち、交換レンズ２のズーム倍率によって変化する射出瞳位置に応じて、瞳中用、瞳遠用および瞳近用のＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋを使い分けても良い。
【０１０７】
・上記実施形態の撮像素子においては、３種類（瞳中用、瞳遠用および瞳近用）のＡＦ画素対を備えるのは必須でなく、２種類や４種類以上のＡＦ画素対を備えても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。
【図２】撮像装置１の外観構成を示す図である。
【図３】撮像装置１の縦断面図である。
【図４】撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図６】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図７】ＡＦ画素対１１ｆの構成を説明するための縦断面図である。
【図８】焦点面が撮像素子１０１の撮像面から２００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】焦点面が撮像面から１００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】焦点面が撮像面から１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】焦点面が撮像面から２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係を示すグラフＧｃを説明するための図である。
【図１４】交換レンズ２の射出瞳位置に応じて生じる瞳分割のアンバランスを説明するための図である。
【図１５】ＡＦ画素対１１ｇの構成を説明するための概念図である。
【図１６】交換レンズ２の射出瞳位置に応じた測距制御を説明するための図である。
【図１７】ＡＦ画素対１１ｊの構成を説明するための概念図である。
【図１８】ＡＦ画素対１１ｋの構成を説明するための概念図である。
【図１９】瞳遠用、瞳中用および瞳近用の各ＡＦラインＬｊ、Ｌｇ、Ｌｋを説明するための図である。
【図２０】撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の変形例に係るＡＦ画素対１１ｆａの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 撮像装置
２ 交換レンズ
１０ カメラボディ
１１ｆ、１１ｆａ、１１ｇ、１１ｊ、１１ｋ ＡＦ画素対
１２ａ〜１２ｆ、１３ａ〜１３ｄ 遮光マスク
６２ メイン制御部
７７ 位相差ＡＦ演算回路
１０１ 撮像素子
１０１ｆ 撮像面
１１０ 通常画素
３０７ シャッターボタン
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｍ 瞳分割ライン
Ｅｆ、Ｅｆａ、Ｅｆｏ ＡＦエリア
Ｌｆ、Ｌｇ、Ｌｊ、Ｌｋ ＡＦライン
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｍ 射出瞳の位置
ＰＤ 光電変換部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ交換式の一眼レフデジタルカメラなどの撮像装置においては、交換レンズ（撮影光学系）の射出瞳における一対の部分領域(例えば左側・右側の瞳部分)を通過した被写体光束を受光して各画素信号を生成する一対の画素(以下では「ＡＦ画素対」ともいう)を複数備え位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像素子(以下では「位相差検出機能付き撮像素子」ともいう)の利用が提案されている。
【０００３】
上記の位相差検出機能付き撮像素子においては、その中心から離れた位置のＡＦ画素対では撮影光学系の口径食により焦点検出に用いる被写体光束が制限される場合があり、そのような場合にはＡＦ画素対で生成される画素信号にアンバランスが生じることとなる。この問題に対しては、例えば特許文献１に開示される技術のように、口径食によって制限された瞳の光軸に対するシフト量と瞳の幅との比に基づきＡＦ画素対で生成される画素信号に対しての補正演算を行うことで、アンバランスの改善が図れるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９１６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、ＡＦ画素対で生成される画素信号のアンバランスが過大になると、補正演算でも補正しきれないためアンバランスの改善が適切に図れない。特に、撮像素子に対する射出瞳の位置が想定位置と大きく異なる交換レンズ等が取り付けられた場合にもＡＦ画素対で生成される画素信号のアンバランスが過大となるが、このような場合にも上記特許文献１の補正演算ではアンバランスを解消して焦点検出を精度良く行うことは困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、撮像素子に対する射出瞳位置が変化しても焦点検出を精度良く行える位相差検出機能付き撮像素子の技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面は、撮像装置であって、(a)撮影光学系と、(b)前記撮像光学系を通った被写体光束を受光する撮像素子とを備えるとともに、前記撮像素子は、前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群を有し、前記画素対は、前記射出瞳において前記第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と、前記射出瞳において前記第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、前記画素対の群は、前記遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、前記複数種類の画素対それぞれでは、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の前記撮像素子に対する位置が異なっていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の側面は、撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子であって、前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群を備え、前記画素対は、前記射出瞳において前記第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と、前記射出瞳において前記第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、前記画素対の群は、前記遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、前記複数種類の画素対それぞれでは、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の前記撮像素子に対する位置が異なっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮像素子は、撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群を有し、画素対は、射出瞳において第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と射出瞳において第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、画素対の群は、遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、複数種類の画素対それぞれでは、第１の部分領域と第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の撮像素子に対する位置が異なっている。その結果、レンズ交換等によって撮像素子に対する射出瞳位置が変化しても、その射出瞳位置に応じた画素対を複数種類の画素対から選択することにより、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜撮像装置の要部構成＞
図１および図２は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。ここで、図１および図２は、それぞれ正面図および背面図を示している。
【００１１】
撮像装置１は、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。
【００１２】
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と、把持可能とするためのグリップ部３０３と、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。
【００１３】
また、図２において、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された十字キー３１４と、十字キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の上方に配設されたＥＶＦ(Electronic View Finder)３１６と、ＥＶＦ３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、ＥＶＦ３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７と、ＥＶＦ３１６の右方に配設された露出補正ボタン３２３およびＡＥロックボタン３２４と、ＥＶＦ３１６の上方に配設されたフラッシュ部３１８および接続端子部３１９とが備えられている。
【００１４】
マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図４参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図４参照)が設けられている。
【００１５】
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
【００１６】
グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１を把持する部分であり、フィッティング性を高めるために指形状に合わせた表面凹凸が設けられている。なお、グリップ部３０３の内部には電池収納室およびカード収納室(不図示)が設けられている。電池収納室にはカメラの電源として電池６９Ｂ(図４参照)が収納されており、カード収納室には撮影画像の画像データを記録するためのメモリカード６７(図４参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。
【００１７】
モード設定ダイアル３０５及び制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、自動露出（ＡＥ）制御モードや自動焦点（ＡＦ；オートフォーカス）制御モード、或いは１枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置１に搭載されたモードや機能を択一的に選択するためのものである。一方、制御値設定ダイアル３０６は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。
【００１８】
シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定や焦点検出等の準備動作）が実行され、シャッターボタン３０７が全押しされると、撮影動作（撮像素子１０１(図３参照)を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作）が実行される。
【００１９】
ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１(図３参照)により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、ＬＣＤ３１１に代えて、有機ＥＬやプラズマ表示装置を用いるようにしても良い。
【００２０】
設定ボタン群３１２は、撮像装置１に搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群３１２には、例えばＬＣＤ３１１に表示されるメニュー画面で選択された内容を確定するための選択確定スイッチ、選択取り消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー表示スイッチ、表示オン／オフスイッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる。
【００２１】
十字キー３１４は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部（図中の三角印の部分）を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点（スイッチ）により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン３１５は、十字キー３１４の中央に配置されている。十字キー３１４及びプッシュボタン３１５は、撮影倍率の変更（ズームレンズ２１２(図４参照)のワイド方向やテレ方向への移動）、ＬＣＤ３１１等に再生する記録画像のコマ送り、及び撮影条件（絞り値、シャッタスピード、フラッシュ発光の有無等）の設定等の指示を入力するためのものである。
【００２２】
ＥＶＦ３１６は、液晶パネル３１０(図３参照)を備えており、撮像素子１０１(図３参照)によって撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行う。このＥＶＦ３１６やＬＣＤ３１１において、本撮影(画像記録用の撮影)前に撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー(プレビュー)表示が行われることにより、ユーザは、実際に撮像素子１０１にて撮影される被写体を視認することが可能となる。
【００２３】
メインスイッチ３１７は、左右にスライドする２接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置１の電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。
【００２４】
フラッシュ部３１８は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける場合には、接続端子部３１９を使用して接続する。
【００２５】
アイカップ３２１は、遮光性を有してＥＶＦ３１６への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。
【００２６】
露出補正ボタン３２３は、露出値（絞り値やシャッタースピード）を手動で調整するためのボタンであり、ＡＥロックボタン３２４は、露出を固定するためのボタンである。
【００２７】
交換レンズ２は、被写体からの光（光像）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１に導くための撮影光学系として機能するものである。この交換レンズ２は、上述のレンズ交換ボタン３０２を押下操作することで、カメラボディ１０から取り外すことが可能となっている。
【００２８】
交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図４参照)。このレンズ群２１には、焦点の調節を行うためのフォーカスレンズ２１１(図４参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図４参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ(図３参照)方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。
【００２９】
＜撮像装置１の内部構成＞
次に、撮像装置１の内部構成について説明する。図３は、撮像装置１の縦断面図である。図３に示すように、カメラボディ１０の内部には、撮像素子１０１、ＥＶＦ３１６などが備えられている。
【００３０】
撮像素子１０１は、カメラボディ１０に交換レンズ２が装着された場合の当該交換レンズ２が備えているレンズ群の光軸ＬＴ上において、光軸ＬＴに対して垂直となる方向に配置されている。撮像素子１０１としては、例えばフォトダイオードを有して構成される複数の画素がマトリクス状に２次元配置されたＣＭＯＳカラーエリアセンサ（ＣＭＯＳ型の撮像素子）が用いられる。撮像素子１０１は、交換レンズ２を通って受光された被写体光束に関するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）を生成し、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号として出力する。この撮像素子１０１の構成については、後で詳述する。
【００３１】
撮像素子１０１の光軸方向前方には、シャッタユニット４０が配置されている。このシャッタユニット４０は、上下方向に移動する幕体を備え、その開動作および閉動作により光軸ＬＴに沿って撮像素子１０１に導かれる被写体光の光路開口動作および光路遮断動作を行うメカニカルフォーカルプレーンシャッタとして構成されている。なお、シャッタユニット４０は、撮像素子１０１が完全電子シャッター可能な撮像素子である場合には省略可能である。
【００３２】
ＥＶＦ３１６は、液晶パネル３１０と、接眼レンズ１０６とを備えている。液晶パネル３１０は、例えば画像表示が可能なカラー液晶パネルとして構成されており、撮像素子１０１により撮像された画像の表示が可能である。接眼レンズ１０６は、液晶パネル３１０に表示された被写体像をＥＶＦ３１６の外側に導く。このようなＥＶＦ３１６の構成により、ユーザは、撮像素子１０１で撮影される被写体を視認できることとなる。
【００３３】
＜撮像装置１の電気的構成＞
図４は、撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図３と同一の部材等については、同一の符号を付している。なお、説明の便宜上、交換レンズ２の電気的構成について先ず説明する。
【００３４】
交換レンズ２は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。
【００３５】
レンズ群２１では、フォーカスレンズ２１１及びズームレンズ２１２と、カメラボディ１０に備えられた撮像素子１０１へ入射される光量を調節するための絞り２３とが、鏡胴内において光軸ＬＴ(図３)方向に保持されており、被写体の光像を取り込んで撮像素子１０１に結像させる。ＡＦ制御では、フォーカスレンズ２１１が交換レンズ２内のＡＦアクチュエータ７１Ｍにより光軸ＬＴ方向に駆動されることで焦点調節が行われる。
【００３６】
フォーカス駆動制御部７１Ａは、レンズ制御部２６を介してメイン制御部６２から与えられるＡＦ制御信号に基づき、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させるために必要な、ＡＦアクチュエータ７１Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。ＡＦアクチュエータ７１Ｍは、ステッピングモータ等からなり、レンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。
【００３７】
レンズ駆動機構２４は、例えばヘリコイド及び該ヘリコイドを回転させる図示省略のギア等で構成され、ＡＦアクチュエータ７１Ｍからの駆動力を受けて、フォーカスレンズ２１１等を光軸ＬＴと平行な方向に駆動させるものである。なお、フォーカスレンズ２１１の移動方向及び移動量は、それぞれＡＦアクチュエータ７１Ｍの回転方向及び回転数に従う。
【００３８】
レンズ位置検出部２５は、レンズ群２１の移動範囲内において光軸ＬＴ方向に複数個のコードパターンが所定ピッチで形成されたエンコード板と、このエンコード板に摺接しながらレンズと一体的に移動するエンコーダブラシとを備えており、レンズ群２１の焦点調節時の移動量を検出する。なお、レンズ位置検出部２４で検出されたレンズ位置は、例えばパルス数として出力される。
【００３９】
レンズ制御部２６は、例えば制御プログラム等を記憶するＲＯＭや状態情報に関するデータを記憶するフラッシュメモリ等のメモリが内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。このレンズ制御部２６内のＲＯＭには、後述する交換レンズ２の射出瞳位置の情報が記憶されている。
【００４０】
また、レンズ制御部２６は、コネクタＥｃを介してカメラボディ１０のメイン制御部６２との間で通信を行う通信機能を有している。これにより、例えばレンズ群２１の焦点距離、射出瞳位置、絞り値、合焦距離及び周辺光量状態等の状態情報データや、レンズ位置検出部２５で検出されるフォーカスレンズ２１１の位置情報をメイン制御部６２に送信できるとともに、メイン制御部６２から例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータを受信できる。
【００４１】
絞り駆動機構２７は、カプラ７５を介して絞り駆動アクチュエータ７６Ｍからの駆動力を受けて、絞り２３の絞り径を変更するものである。
【００４２】
続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０には、先に説明した撮像素子１０１、シャッタユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、メイン制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５(６５ａ、６５ｂ)、カード・インターフェース（Ｉ／Ｆ）６６、メモリカード６７、通信用インターフェース（Ｉ／Ｆ）６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、シャッタ駆動制御部７３Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍ、絞り駆動制御部７６Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７６Ｍを備えて構成されている。
【００４３】
撮像素子１０１は、先に説明した通りＣＭＯＳカラーエリアセンサからなり、後述のタイミング制御回路５１により、当該撮像素子１０１の露光動作の開始（及び終了）や、撮像素子１０１が備える各画素の出力選択、画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。
【００４４】
ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えると共に、撮像素子１０１から出力される画像信号（ＣＭＯＳエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群）に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力するものである。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。
【００４５】
タイミング制御回路５１は、メイン制御部６２から出力される基準クロックに基づいて所定のタイミングパルス（垂直走査パルスφＶｎ、水平走査パルスφＶｍ、リセット信号φＶｒ等を発生させるパルス）を生成して撮像素子１０１に出力し、撮像素子１０１の撮像動作を制御する。また、所定のタイミングパルスを信号処理部５２やＡ／Ｄ変換部５３にそれぞれ出力することにより、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３の動作を制御する。
【００４６】
信号処理部５２は、撮像素子１０１から出力されるアナログの画像信号に所定のアナログ信号処理を施すものである。この信号処理部５２には、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路及びクランプ回路等が備えられている。Ａ／Ｄ変換部５３は、信号処理部５２から出力されたアナログのＲ、Ｇ、Ｂの画像信号を、タイミング制御回路５１から出力されるタイミングパルスに基づいて、複数のビット（例えば１２ビット）からなるデジタルの画像信号に変換するものである。
【００４７】
画像処理部６１は、ＡＦＥ５から出力される画像データに所定の信号処理を行って画像ファイルを作成するもので、黒レベル補正回路６１１、ホワイトバランス制御回路６１２及びガンマ補正回路６１３等を備えて構成されている。なお、画像処理部６１へ取り込まれた画像データは、撮像素子１０１の読み出しに同期して画像メモリ６１４に一旦書き込まれ、以後この画像メモリ６１４に書き込まれた画像データにアクセスして、画像処理部６１の各ブロックにおいて処理が行われる。
【００４８】
黒レベル補正回路６１１は、Ａ／Ｄ変換部５３によりＡ／Ｄ変換されたＲ、Ｇ、Ｂの各デジタル画像信号の黒レベルを、基準の黒レベルに補正するものである。
【００４９】
ホワイトバランス補正回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行うものである。すなわちホワイトバランス制御回路６１２は、メイン制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれを色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比及びＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。
【００５０】
ガンマ補正回路６１３は、ＷＢ調整された画像データの階調特性を補正するものである。具体的にはガンマ補正回路６１３は、画像データのレベルを色成分毎に予め設定されたガンマ補正用テーブルを用いて非線形変換するとともにオフセット調整を行う。
【００５１】
画像メモリ６１４は、撮影モード時において、画像処理部６１から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対しメイン制御部６２により所定の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、再生モード時には、メモリカード６７から読み出した画像データを一時的に記憶する。
【００５２】
メイン制御部６２は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭ等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、撮像装置１各部の動作を制御するものである。
【００５３】
フラッシュ回路６３は、フラッシュ撮影モードにおいて、フラッシュ部３１８または接続端子部３１９に接続される外部フラッシュの発光量を、メイン制御部６２により設定された発光量に制御するものである。
【００５４】
操作部６４は、上述のモード設定ダイアル３０５、制御値設定ダイアル３０６、シャッターボタン３０７、設定ボタン群３１２、十字キー３１４、プッシュボタン３１５、メインスイッチ３１７等を含み、操作情報をメイン制御部６２に入力するためのものである。
【００５５】
ＶＲＡＭ６５ａ、６５ｂは、ＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部６２とＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７とメイン制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、メイン制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。
【００５６】
電源回路６９は、例えば定電圧回路等からなり、メイン制御部６２等の制御部、撮像素子１０１、その他の各種駆動部等、撮像装置１全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１への通電制御は、メイン制御部６２から電源回路６９に与えられる制御信号により行われる。電池６９Ｂは、アルカリ乾電池等の一次電池や、ニッケル水素充電池等の二次電池からなり、撮像装置１全体に電力を供給する電源である。
【００５７】
シャッタ駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。シャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍは、シャッタユニット４０の開閉駆動を行うアクチュエータである。
【００５８】
絞り駆動制御部７６Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り駆動アクチュエータ７６Ｍに対する駆動制御信号を生成するものである。絞り駆動アクチュエータ７６Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。
【００５９】
また、カメラボディ１０は、黒レベル補正回路６１１から出力される黒レベル補正済みの画像データに基づき、撮像素子１０１を用いたオートフォーカス(ＡＦ)制御時に必要な演算を行う位相差ＡＦ演算回路７７を備えている。
【００６０】
この位相差ＡＦ演算回路７７を利用した撮像装置１の位相差ＡＦ動作について、詳しく説明する。
【００６１】
＜撮像装置１の位相差ＡＦ動作について＞
撮像装置１では、撮像素子１０１において射出瞳の異なった部分を透過(通過)した透過光を受光することにより位相差ＡＦが可能な構成となっている。この撮像素子１０１の構成と、撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理とを、以下で説明する。
【００６２】
図５および図６は、撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【００６３】
撮像素子１０１では、その撮像面１０１ｆにおいてマトリックス状に規定された複数のＡＦエリアＥｆそれぞれで位相差検出方式の焦点検出が可能な構成となっている(図５)。
【００６４】
各ＡＦエリアＥｆには、フォトダイオード上にＲ(赤)、Ｇ(緑)およびＢ(青)の各カラーフィルタが配設されたＲ画素１１１、Ｇ画素１１２およびＢ画素１１３からなる通常の画素(以下では「通常画素」ともいう)１１０が設けられるとともに、後述する下段の遮光マスク１２ａ、１２ｃ(平行斜線部)を有して位相差ＡＦを行うための画素のペア(以下では「ＡＦ画素対」ともいう)１１ｆが設けられている(図６)。
【００６５】
そして、ＡＦエリアＥｆには、通常画素１１０の水平ラインとしてＧ画素１１２とＲ画素１１１とが水平方向に交互に配置されたＧｒラインＬ１と、Ｂ画素１１３とＧ画素１１２とが水平方向に交互に配置されたＧｂラインＬ２とが形成されている。このＧｒラインＬ１とＧｂラインＬ２とが垂直方向に交互に配置されることによりベイヤー配列が構成される。
【００６６】
また、ＡＦエリアＥｆには、ＡＦ画素対１１ｆが水平方向に繰り返し配列されたＡＦライン(焦点検出画素列)Ｌｆが垂直方向に周期的に形成されている。
【００６７】
次に、ＡＦ画素対１１ｆの構成について説明する。
【００６８】
図７は、ＡＦ画素対１１ｆの構成を説明するための縦断面図である。なお、図７に示すＡＦ画素対１１ｆは、撮像面１０１ｆの中央付近に位置するＡＦエリアＥｆ(例えば図５に示すＡＦエリアＥｆｏ)に設けられているものである。
【００６９】
ＡＦ画素対１１ｆは、交換レンズ２に関する射出瞳の左側部分Ｑａからの光束Ｔａと右側部分Ｑｂからの光束Ｔｂとを分離させるための開口部ＯＰａ〜ＯＰｂ、ＯＰｃ〜ＯＰｄの位置が鏡面対象となっている２枚の遮光マスク(遮光板)１２ａ〜１２ｂ、１２ｃ〜１２ｄを有した一対の画素１１ａ、１１ｂからなっており、ＡＦ画素対１１ｆが水平方向に沿って２以上配列されることでＡＦラインＬｆが形成される。
【００７０】
より詳細には、画素(以下では「第１ＡＦ画素」ともいう)１１ａでは、光電変換部(フォトダイオード)ＰＤに対して右側に偏った長方形状(スリット状)の開口部ＯＰａが下段の遮光マスク１２ａに形成されるとともに、光電変換部ＰＤに対して左側に偏ったスリット状の開口部ＯＰｂが上段の遮光マスク１２ｂに設けられている。そして、各開口部ＯＰａ、ＯＰｂにより遮光マスク１２ａおよび遮光マスク１２ｂからなる遮光部１２１の光透過部分が構成されるとともに、この光透過部分により射出瞳において左側部分Ｑａが規定される。一方、画素(以下では「第２ＡＦ画素」ともいう)１１ｂでは、光電変換部ＰＤに対して左側に偏ったスリット状の開口部ＯＰｃが下段の遮光マスク１２ｃに形成されるとともに、光電変換部ＰＤに対して右側に偏ったスリット状の開口部ＯＰｄが上段の遮光マスク１２ｄに設けられている。そして、各開口部ＯＰｃ、ＯＰｄにより遮光マスク１２ｃおよび遮光マスク１２ｄからなる遮光部１２２の光透過部分が構成されるとともに、この光透過部分により射出瞳における右側部分Ｑｂが規定される。このような第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂは、図６のようにＡＦラインＬｆで交互に配置される。
【００７１】
以上のような構成のＡＦ画素対１１ｆにより、射出瞳における瞳分割、つまり射出瞳の左側部分Ｑａからの光束ＴａがマイクロレンズＭＬ、カラーフィルタＦＲおよび各遮光マスク１２ａ、１２ｂの開口部(光透過部分)ＯＰａ、ＯＰｂを通過して第１ＡＦ画素１１ａの光電変換部ＰＤで受光されるとともに、射出瞳の右側部分Ｑｂからの光束ＴｂがマイクロレンズＭＬ、カラーフィルタＦＲおよび各遮光マスク１２ｃ、１２ｄの開口部（光透過部分）ＯＰｃ、ＯＰｄを通過して第２ＡＦ画素１１ｂの光電変換部ＰＤで受光されることとなる。換言すれば、ＡＦ画素対１１ｆでは、交換レンズ２の射出瞳において互いに逆方向となる左方向および右方向に偏った左側部分(第１の部分領域)Ｑａおよび右側部分(第２の部分領域)Ｑｂを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂが受光される。
【００７２】
以下では、第１ＡＦ画素１１ａにおいて得られる受光データを「Ａ系列のデータ」と呼び、第２ＡＦ画素１１ｂにおいて得られる受光データを「Ｂ系列のデータ」と呼ぶこととし、例えば、ある１つのＡＦラインＬｆ(図６)に配置されたＡＦ画素対１１ｆの群から得られるＡ系列のデータとＢ系列のデータとを表した図８〜図１２を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
【００７３】
図８は、焦点面が撮像素子１０１の撮像面１０１ｆから２００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図９は、焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。また、図１０は、焦点面が撮像面１０１ｆに一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。さらに、図１１は、焦点面が撮像面１０１ｆから１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図であり、図１２は、焦点面が撮像面１０１ｆから２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図８〜図１２においては、横軸がＡＦラインＬｆ方向に関する第１ＡＦ画素１１ａ、第２ＡＦ画素１１ｂの画素位置を示し、縦軸が第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂそれぞれの光電変換部ＰＤからの出力を示している。また、図８〜図１２では、グラフＧａ１〜Ｇａ５(実線で図示)がＡ系列のデータを表し、グラフＧｂ１〜Ｇｂ５(破線で図示)がＢ系列のデータを表している。
【００７４】
図８〜図１２においてＡ系列のグラフＧａ１〜Ｇａ５で示される各Ａ系列の像列とＢ系列のグラフＧｂ１〜Ｇｂ５で示される各Ｂ系列の像列とを比較すると、デフォーカス量が大きいほど、Ａ系列の像列とＢ系列の像列との間に生じるＡＦラインＬｆ(水平方向)方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。
【００７５】
このような一対の像列(Ａ系列およびＢ系列の像列)におけるシフト量と、デフォーカス量との関係をグラフ化すると、図１３に示すグラフＧｃのように表される。この図１３においては、横軸がＡ系列の像列の重心位置に対するＢ系列の像列の重心位置の差(画素ピッチ)を示し、縦軸がデフォーカス量(μｍ)を示している。なお、各像列の重心位置Ｘgは、例えば次のような演算式(１)により求められる。
【００７６】
【数１】
【００７７】
ただし、上式(１)において、Ｘ1〜Ｘnは、例えばＡＦラインＬｆにおける左端からの画素位置を表し、Ｙ1〜Ｙnは、各位置Ｘ1〜Ｘnの第１ＡＦ画素１１ａ、第２ＡＦ画素１１ｂからの出力値を表している。
【００７８】
図１３に示すグラフＧｃのように一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係は、比例関係となっている。この関係について、デフォーカス量をＤＦ(μｍ)とし重心位置の差をＣ(μｍ)として数式で表現すると、次の式(２)のようになる。
【００７９】
【数２】
【００８０】
ここで、上式(２)の係数ｋは、図１３のグラフＧｃに関する傾きＧｋ(破線で図示)を表しており、工場試験等によって事前に取得できるものである。
【００８１】
以上より、ＡＦ画素対１１ｆから得られるＡ系列のデータとＢ系列のデータとに関する重心位置の差(位相差)を位相差ＡＦ演算回路７７で求めた後に、上式(２)を利用してデフォーカス量を算出し、算出されたデフォーカス量に相当する駆動量をフォーカスレンズ２１１に与えることで、検出された焦点位置にフォーカスレンズ２１１を移動させるオートフォーカス(ＡＦ)制御が可能となる。なお、上記のデフォーカス量とフォーカスレンズ２１１の駆動量との関係は、カメラボディ１０に装着されている交換レンズ２の設計値より一意に定まるものである。
【００８２】
以上のような撮像素子(位相差検出機能付き撮像素子)１０１を備えた撮像装置１では、カメラボディ１０に装着される交換レンズ２の射出瞳位置に応じた測距制御を行って精度の良い位相差ＡＦを実現しているが、この測距制御について以下で詳しく説明する。
【００８３】
＜交換レンズ２の射出瞳位置に応じた測距制御＞
図１４は、交換レンズ２の射出瞳位置に応じて生じる瞳分割のアンバランスを説明するための図である。この図１４においては、横軸が撮像面１０１ｆに対する射出瞳の位置を示しており、縦軸が交換レンズ２の光軸、つまり撮像面１０１ｆの中心からの距離(像高)を示している。なお、図１４では、像高α[mm]の位置に配置された画素に関するマイクロレンズＭＬの入射瞳(ＯＣＬ入射瞳)の範囲を角度θで示している。
【００８４】
撮像素子１０１では、撮像面１０１ｆの中央部から離れた位置のＡＦエリアＥｆ(例えば図５に示すＡＦエリアＥｆａ)に設けられた像高α[mm]のＡＦ画素対においても、撮像面１０１ｆからの距離Ｈｍ(例えば８０〜９０ｍｍ程度)にある標準的な射出瞳位置Ｐｍで適切な瞳分割を行えるように構成されている。具体的には、図１５に示す概念図のようにＡＦエリアＥｆａ内のＡＦ画素対１１ｇでは、例えば右側の画素１１ｇｂにおける下段の遮光マスク１３ｃの左端を光電変換部ＰＤの中心Ｃｏから距離Ｅａだけ右側に設定することにより、撮像面１０１ｆからの距離Ｈｍに形成される瞳径Ｒｏの射出瞳を２等分した左側部分Ｑｃおよび右側部分Ｑｄを通過する各光束Ｔｃ、Ｔｄが各光電変換部ＰＤで受光可能となっている。これにより、図１４に示すように像高α[mm]の位置に配置されたＡＦ画素対１１ｇでは、撮像面１０１ｆの垂線に対して斜め方向に伸びる瞳分割ラインＤｍが設定されるため、撮像面１０１ｆから距離Ｈｍ離れた位置（以下では「中位置」ともいう）Ｐｍの射出瞳において瞳分割を等しく行えることとなる。
【００８５】
一方、交換レンズ２においては、その射出瞳位置が上述した位置Ｐｍから大きく相違するものも存在する。例えば図１４に示すように撮像面１０１ｆから比較的遠い距離Ｈａの位置（以下では「遠位置」ともいう）Ｐａに射出瞳が形成される交換レンズや、撮像面１０１ｆから比較的近い距離Ｈｂの位置（以下では「近位置」ともいう）Ｐｂに射出瞳が形成される交換レンズにおいて、瞳分割ラインＤｍによる画一的な射出瞳の分割が行われたのでは、分割される各領域の大きさにアンバランスが生じてしまう。これでは、ＡＦ画素対でバランス良くＡ系列およびＢ系列の画素信号を生成できないため、精度の良い測距（焦点検出）が困難となる。
【００８６】
そこで、本実施形態の撮像装置１では、図１６に示すように射出瞳が遠位置Ｐａとなる交換レンズ２がカメラボディ１０に装着された場合には、その射出瞳位置に対応した瞳分割ラインＤａが規定されるＡＦ画素対１１ｊを用いて測距することとする。具体的には、図１７に示す概念図のようにＡＦ画素対１１ｊでは、例えば右側の画素１１ｊｂにおける下段の遮光マスク１３ｃの左端を光電変換部ＰＤの中心Ｃｏから距離Ｅｂ（ここでＥｂ＜Ｅａ）だけ右側に設定し、２枚の遮光マスク１３ａ、１３ｂからなる遮光部１３１と２枚の遮光マスク１３ｃ、１３ｄからなる遮光部１３２とにおける光透過部分の構成を上記のＡＦ画素対１１ｇに対して異ならせることにより、撮像面１０１ｆからの距離Ｈａに形成される射出瞳を２等分した左側部分Ｑｅおよび右側部分Ｑｆを通過する各光束Ｔｅ、Ｔｆが各光電変換部ＰＤで受光可能となっている。これにより、図１６に示すように像高α[mm]の位置に配置されたＡＦ画素対１１ｊでは、瞳分割ラインＤｍより傾きが緩やかな瞳分割ラインＤａが設定されるため、遠位置Ｐａの射出瞳において瞳分割を等しく行えることとなる。
【００８７】
また、本実施形態の撮像装置１では、図１６に示すように射出瞳が近位置Ｐｂとなる交換レンズ２がカメラボディ１０に装着された場合には、その射出瞳位置に対応した瞳分割ラインＤｂが規定されるＡＦ画素対１１ｋを用いて測距するようにする。具体的には、図１８に示す概念図のようにＡＦ画素対１１ｋでは、例えば右側の画素１１ｋｂにおける下段の遮光マスク１３ｃの左端を光電変換部ＰＤの中心Ｃｏから距離Ｅｃ（ここでＥｃ＞Ｅａ）だけ右側に設定するとともに、左側の画素１１ｋａにおける下段の遮光マスク１３ａの右端を光電変換部ＰＤの中心Ｃｏから距離Ｅｄだけ右側に設定し、遮光部１３１、１３２における光透過部分の構成を上記のＡＦ画素対１１ｇに対して異ならせることにより、撮像面１０１ｆからの距離Ｈｂに形成される射出瞳を２等分した左側部分Ｑｇおよび右側部分Ｑｈを通過する各光束Ｔｇ、Ｔｈが各光電変換部ＰＤで受光可能となっている。これにより、図１６に示すように像高α[mm]の位置に配置されたＡＦ画素対１１ｋでは、瞳分割ラインＤｍより傾きが急な瞳分割ラインＤｂが設定されるため、近位置Ｐｂの射出瞳において瞳分割を等しく行えることとなる。
【００８８】
以上のような構成を有するＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋについては、撮像面１０１ｆの中心部から離れた位置のＡＦエリアＥｆａ(図５)において、例えば図１９に示すように遠位置Ｐａの射出瞳に対応するＡＦ画素対１１ｊが水平方向に配列された瞳遠用のＡＦラインＬｊ、中位置Ｐｍの射出瞳に対応するＡＦ画素対１１ｇが水平方向に配列された瞳中用のＡＦラインＬｇ、および近位置Ｐｂの射出瞳に対応するＡＦ画素対１１ｋが水平方向に配列された瞳近用のＡＦラインＬｋを通常画素１１０の水平ライン４本を挟んで垂直方向に周期的に設け、交換レンズ２の射出瞳位置に応じて各ＡＦラインＬｇ、Ｌｊ、Ｌｋを使い分ける測距制御を行うようにする。具体的には、図１６のように閾値として撮像面１０１ｆからの距離Ｐｓ(例えば１１０ｍｍ)および距離Ｐｔ(例えば６０ｍｍ)を設定し、距離Ｐｓ以上となる射出瞳位置の交換レンズ２が装着された場合には瞳遠用のＡＦラインＬｊを選択するとともに、距離Ｐｔ以下となる射出瞳位置の交換レンズ２が装着された場合には瞳近用のＡＦラインＬｋを選択する一方、距離Ｐｔと距離Ｐｓとの間にある射出瞳位置の交換レンズ２が装着された場合には瞳中用のＡＦラインＬｇを選択し、選択されたＡＦラインによる測距を行う。
【００８９】
すなわち、ＡＦエリアＥｆａに設けられるＡＦラインＬｇ、Ｌｊ、Ｌｋは、遮光部１３１、１３２における光透過領域の配置を異ならせ射出瞳に対するニラミ角を変えた３種類の画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋを有し、３種類の画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋそれぞれでは、瞳分割に係る左側の部分領域と右側の部分領域との面積が同等となる射出瞳の撮像素子１０１（の撮像面１０１ｆ）に対する位置Ｐｍ、Ｐａ、Ｐｂ(図１６)が異なっているため、交換レンズ２の交換によって射出瞳位置が変化しても、その射出瞳位置に応じたＡＦ画素対を３種類の画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋから選択することにより、バランス良く瞳分割でき、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行えることとなる。
【００９０】
次に、射出瞳位置に応じて瞳中用のＡＦラインＬｇ、瞳遠用のＡＦラインＬｊおよび瞳近用のＡＦラインＬｋの使い分けを行う撮像装置１の具体的な動作について説明する。
【００９１】
＜撮像装置１の動作＞
図２０は、撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。なお、この撮像装置１の動作については、メイン制御部６２で実行される。
【００９２】
メインスイッチ３１７へのユーザ操作で撮像装置１の電源がオンにされると、交換レンズ２の射出瞳位置が撮像面１０１ｆから６０ｍｍ以下であるかを判定する（ステップＳＴ１）。具体的には、レンズ制御部２６内のＲＯＭに記憶されている交換レンズ２の射出瞳位置の情報をカメラボディ１０のメイン制御部６２で取得し、射出瞳位置が６０ｍｍ以下か否かが判断される。ここで、射出瞳位置が６０ｍｍ以下である場合には、ステップＳＴ３に進み、６０ｍｍ以下でない場合にはステップＳＴ２に進む。
【００９３】
ステップＳＴ２では、交換レンズ２の射出瞳位置が撮像面１０１ｆから６０〜１１０ｍｍの範囲内にあるかを判定する。ここで、射出瞳位置が６０〜１１０ｍｍの範囲内にある場合には、ステップＳＴ４に進み、射出瞳位置が１１０ｍｍ以上の場合にはステップＳＴ４に進む。
【００９４】
ステップＳＴ３では、図１８に示すＡＦ画素対１１ｋが配設された瞳近用のＡＦラインＬｋを選択する。
【００９５】
ステップＳＴ４では、図１５に示すＡＦ画素対１１ｇが配設された瞳中用のＡＦラインＬｍを選択する。
【００９６】
ステップＳＴ５では、図１７に示すＡＦ画素対１１ｊが配設された瞳遠用のＡＦラインＬｊを選択する。
【００９７】
ステップＳＴ６では、シャッターボタン３０７がユーザによって半押しされたかを判定する。ここで、半押しされた場合には、ステップＳＴ７に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【００９８】
ステップＳＴ７では、ステップＳＴ３〜ＳＴ５で選択されたＡＦラインを用いて測距を行う。すなわち、撮像素子１０１に対する射出瞳位置に応じて３種類の画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋから１種類の画素対を選択し、この１種類の画素対で生成される画素信号に基づき位相差検出方式の焦点検出が行われる。これにより、交換レンズ毎に異なる射出瞳位置に対応した良好な焦点検出が可能となる。
【００９９】
ステップＳＴ８では、シャッターボタン３０７がユーザによって全押しされたかを判定する。ここで、全押しされた場合には、ステップＳＴ１０に進み、全押しされていない場合には、ステップＳＴ９に進む。
【０１００】
ステップＳＴ９では、シャッターボタン３０７がユーザによって半押しされているかを判定する。ここで、半押しされている場合には、ステップＳＴ８に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【０１０１】
ステップＳＴ１０では、撮影を行う。すなわち、撮像素子１０１で記録用の撮影画像データを生成する本撮影の動作が行われる。
【０１０２】
以上で説明した撮像装置１には、図１６に示す各位置Ｐｍ、Ｐａ、Ｐｂの射出瞳を２等分できるＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋを備えた撮像素子１０１が設けられているため、交換レンズ２が交換されることにより射出瞳の位置が変化しても位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。
【０１０３】
＜変形例＞
・上記の実施形態におけるＡＦ画素対については、図７に示すＡＦ画素対１１ｆのように２枚の遮光マスク１２ａ、１２ｂを備えた画素１１ａと２枚の遮光マスク１２ｃ、１２ｄを備えた画素１１ｂとで構成されるのは必須でなく、図２１に示すＡＦ画素対１１ｆａのように開口部ＯＰｅが形成される１枚の遮光マスク１２ｅを備えた画素１１ｃと開口部ＯＰｆが形成される１枚の遮光マスク１２ｆを備えた画素１１ｄとで構成されても良い。
【０１０４】
このように１枚の遮光マスクを備えた２つの画素１１ｃ、１１ｄからなるＡＦ画素対１１ｆａにおいても、撮像面１０１ｆの中央付近から外れた位置に規定されるＡＦエリアＥｆａ(図５)などに配設される場合には、ＡＦ画素対１１ｇ(図１５)のように図１６に示す瞳分割ラインＤｍが設定される瞳中用のＡＦ画素対と、ＡＦ画素対１１ｊ(図１７)のように図１６に示す瞳分割ラインＤａが設定される瞳遠用のＡＦ画素対と、ＡＦ画素対１１ｋ(図１８)のように図１６に示す瞳分割ラインＤｂが設定される瞳近用のＡＦ画素対とを備えるようにする。そして、上述のように交換レンズの射出瞳位置に応じて瞳近用、瞳中用および瞳遠用のＡＦ画素対を選択すれば、焦点検出を精度良く行えることとなる。
【０１０５】
・上記の実施形態においては、射出瞳を２つの半円に瞳分割するのは必須でなく、分割される箇所でオーバーラップが生じるように瞳分割を行っても良い。
【０１０６】
・上記の実施形態においては、３種類のＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋを交換レンズ毎に使い分けるのは必須でなく、ズームレンズのズーム状態に応じて使い分けるようにしても良い。すなわち、交換レンズ２のズーム倍率によって変化する射出瞳位置に応じて、瞳中用、瞳遠用および瞳近用のＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊ、１１ｋを使い分けても良い。
【０１０７】
・上記実施形態の撮像素子においては、３種類（瞳中用、瞳遠用および瞳近用）のＡＦ画素対を備えるのは必須でなく、２種類や４種類以上のＡＦ画素対を備えても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置１の外観構成を示す図である。
【図２】撮像装置１の外観構成を示す図である。
【図３】撮像装置１の縦断面図である。
【図４】撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図６】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図７】ＡＦ画素対１１ｆの構成を説明するための縦断面図である。
【図８】焦点面が撮像素子１０１の撮像面から２００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】焦点面が撮像面から１００μｍ近側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】焦点面が撮像面に一致している合焦状態のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】焦点面が撮像面から１００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】焦点面が撮像面から２００μｍ遠側にデフォーカスしている場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】一対の像列における重心位置の差とデフォーカス量との関係を示すグラフＧｃを説明するための図である。
【図１４】交換レンズ２の射出瞳位置に応じて生じる瞳分割のアンバランスを説明するための図である。
【図１５】ＡＦ画素対１１ｇの構成を説明するための概念図である。
【図１６】交換レンズ２の射出瞳位置に応じた測距制御を説明するための図である。
【図１７】ＡＦ画素対１１ｊの構成を説明するための概念図である。
【図１８】ＡＦ画素対１１ｋの構成を説明するための概念図である。
【図１９】瞳遠用、瞳中用および瞳近用の各ＡＦラインＬｊ、Ｌｇ、Ｌｋを説明するための図である。
【図２０】撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の変形例に係るＡＦ画素対１１ｆａの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 撮像装置
２ 交換レンズ
１０ カメラボディ
１１ｆ、１１ｆａ、１１ｇ、１１ｊ、１１ｋ ＡＦ画素対
１２ａ〜１２ｆ、１３ａ〜１３ｄ 遮光マスク
６２ メイン制御部
７７ 位相差ＡＦ演算回路
１０１ 撮像素子
１０１ｆ 撮像面
１１０ 通常画素
３０７ シャッターボタン
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｍ 瞳分割ライン
Ｅｆ、Ｅｆａ、Ｅｆｏ ＡＦエリア
Ｌｆ、Ｌｇ、Ｌｊ、Ｌｋ ＡＦライン
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｍ 射出瞳の位置
ＰＤ 光電変換部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置であって、
(a)撮影光学系と、
(b)前記撮像光学系を通った被写体光束を受光する撮像素子と、
を備えるとともに、
前記撮像素子は、
前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群、
を有し、
前記画素対は、前記射出瞳において前記第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と、前記射出瞳において前記第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、
前記画素対の群は、前記遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、前記複数種類の画素対それぞれでは、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の前記撮像素子に対する位置が異なっていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
(c)前記撮像素子に対する射出瞳の位置に応じて前記複数種類の画素対から１種類の画素対を選択し、当該１種類の画素対で生成される画素信号に基づき位相差検出方式の焦点検出を行う手段、
をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子であって、
前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群、
を備え、
前記画素対は、前記射出瞳において前記第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と、前記射出瞳において前記第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、
前記画素対の群は、前記遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、前記複数種類の画素対それぞれでは、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の前記撮像素子に対する位置が異なっていることを特徴とする撮像素子。
【請求項１】
撮像装置であって、
(a)撮影光学系と、
(b)前記撮像光学系を通った被写体光束を受光する撮像素子と、
を備えるとともに、
前記撮像素子は、
前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群、
を有し、
前記画素対は、前記射出瞳において前記第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と、前記射出瞳において前記第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、
前記画素対の群は、前記遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、前記複数種類の画素対それぞれでは、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の前記撮像素子に対する位置が異なっていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
(c)前記撮像素子に対する射出瞳の位置に応じて前記複数種類の画素対から１種類の画素対を選択し、当該１種類の画素対で生成される画素信号に基づき位相差検出方式の焦点検出を行う手段、
をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子であって、
前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向に偏った第１の部分領域および第２の部分領域を通過した被写体光束を受光する画素対の群、
を備え、
前記画素対は、前記射出瞳において前記第１の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第１画素と、前記射出瞳において前記第２の部分領域を規定する光透過部分が設けられた遮光部を有する第２画素とを備えて構成されるとともに、
前記画素対の群は、前記遮光部における光透過部分の配置を異ならせた複数種類の画素対を有しており、前記複数種類の画素対それぞれでは、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域との面積が同等となる射出瞳の前記撮像素子に対する位置が異なっていることを特徴とする撮像素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−２０４９８７（Ｐ２００９−２０４９８７Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４８３６０（Ｐ２００８−４８３６０）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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