(57)【要約】【課題】位相差検出機能付き撮像素子において製造誤差による位置ずれが生じる場合でも位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える撮像装置の技術を提供する。【解決手段】撮像装置には、撮影光学系の射出瞳において例えば右側・左側部分を通過した被写体光束Ｔａ、Ｔｂを受光する一対の光電変換部ＰＤが水平方向に複数配列されたＡＦラインを有する撮像素子(位相差検出機能付き撮像素子)が設けられている。この撮像素子では、製造誤差に起因して一対の光電変換部ＰＤで被写体光束が同等の受光バランスにて受光される正規位置からの位置ずれ(ずれ量Ｇｍ)が生じている。そこで、一対の光電変換部ＰＤから得られるデータをずれ量Ｇｍに相応する補正量で補正し、補正されたデータに基づき位相差検出方式の焦点検出を行うようにする。これにより、撮像素子での位置ずれが生じる場合でも位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。【選択図】図１６
2010237401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が前記所定方向に沿って複数配列された光電変換部の配列を有する撮像素子と、
前記光電変換部の配列において前記一対の光電変換部から得られるデータに基づき、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段と、
を備えており、
前記撮像素子を製造する際の誤差により、前記一対の光電変換部において前記被写体光束が所定の受光バランスで受光される正規位置から相対的な位置ずれが生じているとともに、
前記焦点検出手段は、
前記正規位置からの位置ずれ量に相応する補正量に基づき前記データを補正する補正手段と、
前記補正手段により補正されたデータに基づき、前記位相差検出方式の焦点検出を行う手段と、
を有する撮像装置。
【請求項２】
前記正規位置における一対の光電変換部の上方には、前記射出瞳を通過した光束を遮光する２の遮光領域を有した遮光部と、前記２の遮光領域に挟まれた１のマイクロレンズとが設けられる請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記正規位置における一対の光電変換部は、当該一対の光電変換部に挟まれる領域を前記１のマイクロレンズの光軸が通るように配置されている請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像素子は、光電変換部のマトリクス配置が形成された受光部を有し、
前記光電変換部のマトリクス配置は、
前記一対の光電変換部が前記所定方向に複数隣接して配列された第１光電変換配列と、
個別にマイクロレンズが上方に設けられた光電変換部が前記所定方向に複数隣接して配列された第２光電変換配列と、
を備えるとともに、
前記第１光電変換配列と前記１のマイクロレンズそれぞれとの配置関係は、前記第２光電変換配列において上方に設けられたマイクロレンズのうちの所定のマイクロレンズを前記所定方向に所定量だけ相対的にずらした場合の配置構成に相当している請求項２記載の撮像装置。
【請求項５】
撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が前記所定方向に沿って複数配列された光電変換部の配列を有する撮像素子を露光する露光工程と、
前記光電変換部の配列において前記露光工程での露光後に前記一対の光電変換部から得られるデータに基づき、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出工程と、
を備えており、
前記撮像素子を製造する際の誤差により、前記一対の光電変換部において前記被写体光束が所定の受光バランスで受光される正規位置から相対的な位置ずれが生じているとともに、
前記焦点検出工程は、
前記正規位置からの位置ずれ量に相応する補正量に基づき前記データを補正する補正工程と、
前記補正工程で補正されたデータに基づき、前記位相差検出方式の焦点検出を行う工程と、
を有する焦点検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル一眼レフカメラなどの撮像装置においては、射出瞳の一対の部分領域(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電荷信号を生成する一対の光電変換部(フォトダイオード)を複数備えた撮像素子(以下では「位相差検出機能付き撮像素子」ともいう)による位相差検出方式の焦点検出が提案されている。このような撮像素子については、次のものが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、被写体の画像信号を取得する通常画素(ＲＧＢの各画素)において光電変換部を２分割したような構造のもの(以下では「ハーフサイズの光電変換部」という）、つまり１つのマイクロレンズの下方に一対のハーフサイズの光電変換部が配置された位相差検出機能付き撮像素子が開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献２では、隣接する一対の画素において、メタル層を利用した遮光マスクに形成される開口部で被写体光束を制限することにより上記射出瞳の一対の部分領域を一対の光電変換部で受光する位相差検出機能付き撮像素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２５０９３１号公報
【特許文献２】特開２００５−３０３４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１や特許文献２の位相差検出機能付き撮像素子では、その製造過程における誤差に起因して一対の光電変換部に対するマイクロレンズや遮光マスク開口部の位置ずれが生じてしまう場合がある。このような位置ずれが生じると、一対の光電変換部で生成される電荷信号にアンバランスが発生することとなり、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行うことは難しくなる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、位相差検出機能付き撮像素子において製造誤差による位置ずれが生じる場合でも位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える撮像装置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】
【０００８】
本発明の第１の側面は、撮像装置であって、撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が前記所定方向に沿って複数配列された光電変換部の配列を有する撮像素子と、前記光電変換部の配列において前記一対の光電変換部から得られるデータに基づき、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出手段とを備えており、前記撮像素子を製造する際の誤差により、前記一対の光電変換部において前記被写体光束が所定の受光バランスで受光される正規位置から相対的な位置ずれが生じているとともに、前記焦点検出手段は、前記正規位置からの位置ずれ量に相応する補正量に基づき前記データを補正する補正手段と、前記補正手段により補正されたデータに基づき、前記位相差検出方式の焦点検出を行う手段とを有する。
【０００９】
また、本発明の第２の側面は、焦点検出方法であって、撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が前記所定方向に沿って複数配列された光電変換部の配列を有する撮像素子を露光する露光工程と、前記光電変換部の配列において前記露光工程での露光後に前記一対の光電変換部から得られるデータに基づき、位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出工程とを備えており、前記撮像素子を製造する際の誤差により、前記一対の光電変換部において前記被写体光束が所定の受光バランスで受光される正規位置から相対的な位置ずれが生じているとともに、前記焦点検出工程は、前記正規位置からの位置ずれ量に相応する補正量に基づき前記データを補正する補正工程と、前記補正工程で補正されたデータに基づき、前記位相差検出方式の焦点検出を行う工程とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮影光学系の射出瞳において所定方向に沿って互いに逆向きに偏った一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が所定方向に沿って複数配列された光電変換部の配列を有する撮像素子を製造する際の誤差により、一対の光電変換部において被写体光束が所定の受光バランスで受光される正規位置から相対的な位置ずれが生じており、光電変換部の配列において一対の光電変換部から得られるデータを正規位置からの位置ずれ量に相応する補正量で補正し、補正されたデータに基づき位相差検出方式の焦点検出を行う。その結果、撮像素子において製造誤差による位置ずれが生じる場合でも位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の外観構成を示す図である。
【図２】撮像装置の外観構成を示す図である。
【図３】撮像装置の縦断面図である。
【図４】撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】撮像素子の構成を説明するための図である。
【図６】撮像素子の構成を説明するための図である。
【図７】通常画素の構成を説明するための縦断面図である。
【図８】ＡＦ画素対の構成を説明するための縦断面図である。
【図９】ＡＦ画素対の構成を説明するための平面図である。
【図１０】焦点面が撮像素子の撮像面から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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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を説明するための図である。
【図１６】位置ずれ配置となるＡＦ画素対の構成を説明するための縦断面図である。
【図１７】合焦状態において位置ずれ配置のＡＦ画素対で得られるＡＦデータを説明するための概念図である。
【図１８】スリット被写体を説明するための図である。
【図１９】ＡＦデータの補正を説明するための図である。
【図２０】位相差ＡＦ演算回路の機能構成を説明するためのブロック図である。
【図２１】白色被写体を撮像した際に位置ずれ配置のＡＦ画素対で得られるＡＦデータを定性的に示す概念図である。
【図２２】本発明の変形例に係るＡＦエリアの構成を説明するための図である。
【図２３】図２２のＡＦエリアにおけるＡＦ画素対の構成を示す縦断面図である。
【図２４】本発明の変形例に係る第１メタルの構成を説明するための図である。
【図２５】本発明の変形例に係るＡＦエリアの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施形態＞
［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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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）が実行される。そして、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
［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。
【００３２】
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。
【００３３】
撮像素子１０１は、光軸ＬＴと直交する平面において二次元的に保持されている。また、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。
【００３４】
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。
【００３５】
［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。
【００３６】
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。
【００３７】
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２２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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
メイン制御部６２は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭ６２１と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ等とからなる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各部の動作を総括的に制御するものである。なお、メイン制御部６２のＲＯＭには、後述の補正値βの情報が記憶されている。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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、ニッケル水素充電池等の二次電池や、アルカリ乾電池等の一次電池からなり、撮像装置１全体に電力を供給する電源である。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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(位相差ＡＦ演算)を行う位相差ＡＦ演算回路７７を備えている。
【００６２】
次に、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動作について説明する。
【００６３】
［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検出方式の焦点検出(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。
【００６４】
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。
【００６５】
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)。
【００６６】
各ＡＦエリアＥｆには、集光レンズとして機能するマイクロレンズＭＬ(波線円で図示)とフォトダイオードとの間に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が設けられている。一方、各ＡＦエリアＥｆには、位相差ＡＦを行うために瞳分割機能を実現する画素のペア(以下では「ＡＦ画素対」ともいう)１１ｆが設けられている(図６)。このようなＡＦエリアＥｆでは、ＡＦ画素対１１ｆの画素より画素数が多い通常画素１１０によって、原則的には被写体の画像情報が取得されることとなる。
【００６７】
そして、ＡＦエリアＥｆには、上記の瞳分割機能を持たない通常画素(第２画素)１１０の水平ライン（以下では「通常画素ライン」ともいう)Ｌｎ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で通常画素１１０の群によるベイヤー配列が構成される。
【００６８】
また、ＡＦエリアＥｆには、通常画素１１０と同じ構成(径および曲率)のマイクロレンズＭＬを１つ備えたＡＦ画素対１１ｆが水平方向に沿って繰り返し隣接して配列されることにより形成されるＡＦラインＬｆが垂直方向に周期的に配置されている。なお、垂直方向に隣り合う各ＡＦラインＬｆの間には、ＡＦラインＬｆで欠落する被写体の画像情報を補完するのに必要な本数(例えば４本以上)の通常画素ラインＬｎを設けるのが好ましい。ここで、ＡＦラインＬｆの上下に隣接する２つの通常画素ラインＬｎの組合せとしては、同系統の水平ライン（ＧｒラインＬ１同士やＧｂラインＬ２同士）でも良く、異系統の水平ライン（一方がＧｒラインＬ１で他方がＧｂラインＬ２）でも良い。
【００６９】
次に、通常画素１１０とＡＦ画素対１１ｆとの構成の違いを説明するが、まず通常画素１１０の構成について説明する。
【００７０】
図７は、通常画素１１０の構成を説明するための縦断面図である。なお、図７に示す通常画素１１０の配列は、例えば通常画素ラインＬｎのＧｒラインＬ１(図６)に設けられているものである。
【００７１】
通常画素ラインＬｎでは、複数の光電変換部(フォトダイオード)ＰＤが水平方向にピッチαで配列されている。なお、後述のようにＡＦラインＬｆでも同様に複数の光電変換部ＰＤが水平方向にピッチαで配列される。このことから、撮像素子１０１の受光部として働く撮像面１０１ｆには、ピッチαで水平方向に隣接配置した光電変換部ＰＤの配列（水平ライン）が垂直方向に複数設けられて光電変換部ＰＤのマトリクス配置が形成される。
【００７２】
通常画素ラインＬｎでは、水平方向に沿ってピッチαで配置された複数の光電変換部(フォトダイオード)ＰＤそれぞれの上方に、マイクロレンズＭＬが設けられている。すなわち、通常画素ラインＬｎは、個別にマイクロレンズＭＬが上方に設けられた光電変換部ＰＤが水平方向に複数隣接して配置された配列(第２光電変換配列)を備えている。そして、マイクロレンズＭＬと光電変換部ＰＤとの間に、３層のメタル層、具体的には上から順に第１メタル４１、第２メタル４２および第３メタル４３が配設されている。ここで、第２メタル４２および第３メタル４３は、電気信号を通す配線（図７では配線が紙面の垂直方向に沿って配置）として構成されており、第１メタル４１は、その接地面(グランド面)として構成されている。この第１メタル４１上には、カラーフィルタＦＬが配設されるとともに、カラーフィルタＦＬ上にはマイクロレンズＭＬが設けられている。カラーフィルタＦＬに関しては、例えばＧｒラインＬ１に配置された通常画素１１０の配列においては図７のように緑色のフィルタＦｇと赤色のフィルタＦｒとが交互に配置されることとなる。
【００７３】
また、通常画素ラインＬｎでは、各マイクロレンズＭＬの間を通った不要な光が光電変換部ＰＤで受光されるのを防ぐため、各マイクロレンズＭＬの間は第１メタル４１で遮光されている。換言すれば、第１メタル４１は、マイクロレンズＭＬの直下に開口ＯＰが形成された遮光マスクとして機能している。
【００７４】
次に、ＡＦ画素対１１ｆの構成について説明する。
【００７５】
図８および図９は、ＡＦ画素対１１ｆの構成を説明するための縦断面図および平面図である。なお、図８および図９に示すＡＦ画素対１１ｆの配列は、ＡＦラインＬｆ(図６)に設けられているものである。
【００７６】
ＡＦ画素対１１ｆは、図８に示すように交換レンズ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(瞳分割)させるためにマイクロレンズＭＬの光軸ＡＸを跨いで一対の光電変換部ＰＤが配置された一対の画素１１ａ、１１ｂで構成されている。すなわち、ＡＦ画素対１１ｆにおいて、一対の光電変換部ＰＤは、これらに挟まれる領域をマイクロレンズＭＬの光軸ＡＸが通るように配置されており、通常画素ラインＬｎに対してマイクロレンズＭＬがピッチαの半分だけずれた配置（以下では「半ピッチずれ配置」ともいう）となっている。なお、後述する位置ずれ配置Ｐｅ（図１６参照）と区別するため、図８に示すＡＦ画素対１１ｆの配置を正規配置Ｐｏと呼ぶこととするが、この正規配置Ｐｏでは、一対の光電変換部ＰＤにおいて被写体光を略等しい光量で受光することが可能である。また、一対の光電変換部ＰＤは、それぞれ通常画素１１０の光電変換部ＰＤ(図７)と同等のサイズを有しており、水平方向に沿って通常画素１１０と等しいピッチαで隣接して複数配置されることで、ＡＦラインＬｆにおける光電変換部ＰＤの配列(第１光電変換配列)が形成される。
【００７７】
このようなＡＦ画素対１１ｆにおいて、瞳分割を精度良く行うためには、画素（以下では「第１ＡＦ画素」ともいう）１１ａの光電変換部ＰＤと、画素（以下では「第２ＡＦ画素」ともいう）１１ｂの光電変換部ＰＤとの間に存在する空スペースを小さくするのが好ましい。よって、図９のように水平方向に長細い形状となる光電変換部ＰＤを有した本実施形態の撮像素子１０１では、光電変換部ＰＤの長手方向、つまり水平方向に沿ってＡＦ画素対１１ｆを配置するのが適切となる。このため、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本実施形態のＡＦラインＬｆが形成されている。
【００７８】
そして、ＡＦ画素対１１ｆの配列で構成されるＡＦラインＬｆの概略構成は、図７に示す通常画素１１０の配列に対して、光電変換部ＰＤから上方に配置される部材、つまり第１〜第３メタル、カラーフィルタおよびマイクロレンズを水平方向に半ピッチずらせた構成となっている。すなわち、ＡＦラインＬｆにおける光電変換部ＰＤの配列とマイクロレンズＭＬそれぞれとの配置構成は、通常画素ラインＬｎでの光電変換部ＰＤの配列において上方に設けられたマイクロレンズＭＬのうちＡＦ画素対１１ｆのマイクロレンズＭＬに対応した特定のマイクロレンズを水平方向にピッチαの半分に相当する移動量だけ相対的にずらした場合の配置構成に相当している。そして、この配置構成において隣り合う上記特定のマイクロレンズＭＬの間に遮光部ＬＳが設けられることでＡＦ画素対１１ｆの配列(ＡＦラインＬｆ)が形成されることとなる。このようにＡＦラインＬｆは通常画素ラインＬｎに対する多少の設計変更で生成できるため、ＡＦラインＬｆの設計や製造を簡素化・容易化できる。以下では、ＡＦラインＬｆにおいて隣り合うマイクロレンズＭＬの間に設けられる遮光部ＬＳの構成について詳しく説明する。
【００７９】
ＡＦラインＬｆにおいては、通常画素ラインＬｎに形成された第１メタル４１の開口ＯＰ(図７)に対して図８や図９に示すように１つおきに第１メタル４４による遮光が行われている。換言すれば、隣り合うＡＦ画素対１１ｆを最も近づけて位相差ＡＦの精度向上を図るため、ＡＦラインＬｆにおいて隣り合う各マイクロレンズＭＬの間に設けられる遮光部ＬＳの配置間隔は、通常画素ラインＬｎで水平方向に配置された通常画素１１０の配列における１画素おきの間隔に等しくなっている。具体的には、図７に示す通常画素１１０の配列において開口ＯＰが形成されていた箇所ＯＱ(図８)が第１メタル４４で塞がれ、その上に黒色のカラーフィルタ(ブラックフィルタ)Ｆｂが１画素おきに載置されている。このようにブラックフィルタＦｂを第１メタル４４上に配置するのは、第１メタル４４の上面が剥き出しとなれば交換レンズ２から入射した光が反射してゴースト・フレアを生じさせるので、この反射光をブラックフィルタＦｂで吸収させてゴースト・フレアを抑制するためである。よって、本実施形態の各ＡＦ画素対１１ｆでは、一対の光電変換部ＰＤの上方に、箇所ＯＱに形成された第１メタル４４とブラックフィルタＦｂとからなり射出瞳を通過した被写体の光束を遮光する２つの遮光領域Ｅａ、Ｅｂが形成された遮光部ＬＳが配置されている。このように遮光部ＬＳにおいてブラックフィルタＦｂや第１メタル(メタル層)４４によって遮光することにより、適切な遮光を簡易に行えることとなる。そして、各ＡＦ画素対１１ｆでは、一対の光電変換部ＰＤの両端上方それぞれから中央に向かって拡がる２つの遮光領域Ｅａ、Ｅｂに挟まれた１つのマイクロレンズＭＬが設けられている。
【００８０】
また、ＡＦラインＬｆにおいては、第１メタル４４の開口ＯＰ上に設けられるカラーフィルタとして透明なフィルタＦｔが採用されている。これにより、ＡＦ画素対１１ｆで受光する光量を増加させて、感度の向上が図れる。
【００８１】
さらに、ＡＦラインＬｆでは、第１メタル４４の開口ＯＰ直下の光路を大きく確保するため、第２メタル４５よび第３メタル４６を開口ＯＰ直下の空間から離すようにしている。すなわち、図７に示す通常画素１１０の構成に比べて第２メタル４５および第３メタル４６が、スペースＳＰの分、奥の方に配置されている。これは、スペースＳＰ内に第２・第３メタルが存在すれば実際の射出瞳が(設計上)想定したものより大きくなっている場合などに、その想定外の部分からの光束が第２・第３メタルに当たって反射し瞳分割に悪影響を及ぼす可能性があるので、これを防止するためである。
【００８２】
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および透明なカラーフィルタＦｔを通って第２ＡＦ画素１１ｂ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およびフィルタＦｔを通って第１ＡＦ画素１１ａ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における一対の光電変換部ＰＤでは、交換レンズ２の射出瞳において水平方向に沿って互いに逆向きに偏った一対(左側部分および右側部分)の部分領域Ｑａ、Ｑｂを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂが受光される。
【００８３】
以下では、位相差ＡＦ演算で用いるデータ(以下では「ＡＦデータ」ともいう)として、第１ＡＦ画素１１ａにおいて得られる受光データ(電荷信号のデータ)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」と呼ぶこととする。そして、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１０〜図１４を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
【００８４】
図１０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１１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１２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１３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１４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１０〜図１４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１０〜図１４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。
【００８５】
図１０〜図１４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。
【００８６】
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１５に示すグラフＧｃのように表される。この図１５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。
【００８７】
【数１】
2010237401.tif 000003
【００８８】
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。
【００８９】
図１５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。
【００９０】
【数２】
2010237401.tif 000004
【００９１】
ここで、上式(２)の係数ｋは、図１５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。
【００９２】
以上より、ＡＦラインＬｆの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が算出できる。そして、この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。
【００９３】
以上のような位相差ＡＦ動作を行う撮像装置１においては、撮像素子(位相差検出機能付き撮像素子)１０１が、図７に示す通常画素１１０の配列に対して光電変換部ＰＤより上方の部材を水平方向に半ピッチずらせて、１画素おきに遮光部ＬＳ(図８)を設けたＡＦラインＬｆの構成を備えている。その結果、撮像素子１０１では、位相差検出方式の焦点検出を精度良く行えるとともに、画素の微細化が進んでも良好な製造が可能となる。また、上述した特許文献２の位相差検出機能付き撮像素子のように遮光マスクの小さな開口で被写体光束を制限して瞳分割を行うタイプに比べて、必要な光束がカットされるのを抑制できるため、光電変換部での感度低下を抑えることができる。
【００９４】
既述のように撮像装置１では、撮像素子１０１の露光後にＡＦラインＬｆに配置された光電変換部ＰＤの配列から得られるＡ・Ｂ系列のデータに基づき位相差ＡＦ演算回路７７にて位相差ＡＦ演算を行ってＡＦ動作が実施される。ただし、製造誤差に起因してＡＦ画素対１１ｆで正規配置Ｐｏ(図８)から位置ずれが生じた配置(位置ずれ配置)となっている場合には、精度の良い位相差ＡＦ演算が難しくなる。本実施形態では、このような位置ずれ配置の場合でも適切な位相差ＡＦ演算が可能な構成となっているが、これについて以下で詳しく説明する。
【００９５】
［位置ずれ配置となる場合の位相差ＡＦ演算について］
図１６は、位置ずれ配置となるＡＦ画素対１１ｇの構成を説明するための縦断面図である。
【００９６】
ＡＦ画素対１１ｇは、図８に示す正規配置ＰｏのＡＦ画素対１１ｆに対して、光電変換部ＰＤから上方に配設される第１〜第３メタル４４〜４６、カラーフィルタＦｔおよびマイクロレンズＭＬが、右方向(＋Ｘ方向)にずれ量Ｇｍの位置ずれを生じた配置（位置ずれ配置）Ｐｅとなっている。
【００９７】
一般にＡＦ画素対を備えた撮像素子を製造する際には、半導体ウェハにおいての素子形成誤差などにより、上述したＡＦ画素対１１ｆの正規配置Ｐｏを確実に（１００％の確率で）実現することは難しく、ロット毎にずれ量Ｇｍが異なった位置ずれ配置Ｐｅが生じる場合もある。
【００９８】
このような撮像素子１０１の製造誤差によりＡＦ画素対における一対の光電変換部ＰＤで被写体光束が同等の受光バランスにて受光される正規配置Ｐｏ(図８)から相対的な位置ずれが生じたＡＦ画素対１１ｇでは、第１ＡＦ画素１１ｐと第２ＡＦ画素１１ｑとの受光量がアンバランスとなる。これについて図１７を参照しつつ説明する。
【００９９】
図１７は、合焦状態において位置ずれ配置のＡＦ画素対１１ｇで得られるＡＦデータを説明するための概念図である。この図１７においては、横軸がＡＦラインＬｆ方向に関する第１ＡＦ画素１１ｐ、第２ＡＦ画素１１ｑの画素位置を示し、縦軸が第１ＡＦ画素１１ｐおよび第２ＡＦ画素１１ｑ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１７では、グラフＨａ(実線で図示)がＡ系列のデータを表し、グラフＨｂ(破線で図示)がＢ系列のデータを表している。
【０１００】
図１７に示す各グラフＨａ、Ｈｂは、例えば図１８に示すように垂直方向に伸びた白線状の白色部Ｊｂが黒地Ｊａ(網掛けで図示)に形成されたスリット被写体ＳＢを複数のＡＦ画素対１１ｇが設けられた撮像素子１０１で撮像して得られたＡ系列およびＢ系列のデータを表している。ここで、ＡＦ画素対１１ｇは、図１６のようにマイクロレンズＭＬの光軸ＡＸが第２ＡＦ画素１１ｑの光電変換部ＰＤ上を通る位置ずれ配置Ｐｅとなっているため、第１ＡＦ画素１１ｐの受光量が第２ＡＦ画素１１ｑに比べて低下することとなる。このため、グラフＨａは、グラフＨｂを縦軸方向に圧縮した形状となり、その圧縮比率は、グラフＨａのピーク値ＤａをグラフＨｂのピーク値Ｄｂで除算した値となる。
【０１０１】
以上のようにＡＦ画素対１１ｇで得られるＡ系列・Ｂ系列の各データ間にはアンバランスが生じるが、このアンバランス量を事前に把握し、これに基づいてＡＦ画素対１１ｇで得られたＡＦデータを補正すれば、バランスの良いＡ系列・Ｂ系列のデータを生成できることとなる。
【０１０２】
具体的には、工場試験時などにおいて図１８に示すスリット被写体ＳＢを撮像し、その撮像で生成されたＡＦ画素対１１ｇの電荷信号に基づき図１７に示すようなＡ系列・Ｂ系列のデータを取得する。そして、例えばＡ系列のデータに係るピーク値Ｄａ(図１７)をＢ系列のデータに係るピーク値Ｄｂ(図１７)で除算することによりＢ系列に対するＡ系列のデータの比率を求め、この比率の逆数となる補正値β(＝Ｄｂ／Ｄａ)をメイン制御部６２のＲＯＭ６２１に記憶させる。この補正値βについては、位置ずれ配置Ｐｅにおいてのずれ量Ｇｍが大きくなるほどＡＦ画素対１１ｇで得られるＡ系列・Ｂ系列の各データ間でのアンバランスが増大するため、正規配置Ｐｏ（図８）からのずれ量Ｇｍに相応した値となる。
【０１０３】
補正値βをＲＯＭ６２１に記憶させた後は、ＡＦ画素対１１ｇからアンバランスのあるＡ系列・Ｂ系列の各データが出力されても、Ａ系列のデータにＲＯＭ６２１内の補正値βを乗算する補正処理を行えば、図１９に示すようにＡ系列のデータに係る元(補正前)のグラフＨａが縦軸方向に伸張されてＢ系列のデータに係るグラフＨｂに相当する補正後のグラフＨｒが生成されることとなる。これにより、Ａ系列およびＢ系列の各データ間でのアンバランスが解消されるため、精度の良い位相差ＡＦ演算が可能となる。
【０１０４】
以上のようなＡＦ画素対１１ｇでの補正処理を、図２０を参照して詳しく説明する。
【０１０５】
図２０は、位相差ＡＦ演算回路７７の機能構成を説明するためのブロック図である。
【０１０６】
位相差ＡＦ演算回路７７は、ＡＦラインＬｆから得られたＡＦデータをＡ系列のデータとＢ系列のデータとに分離するＡ・Ｂ系列分離部７７１と、乗算器７７２と、Ａ系列・Ｂ系列の各データに基づき位相差ＡＦ演算を行う位相差ＡＦ演算部７７３とを備えている。
【０１０７】
このような位相差ＡＦ演算回路７７では、まず黒レベル補正回路６１１(図４)から出力されたＡＦデータがＡ・Ｂ系列分離部７７１でＡ系列およびＢ系列の各データに分離される。次に、Ａ・Ｂ系列分離部７７１から出力されたＡ系列のデータに対して、メイン制御部６２のＲＯＭ６２１に記憶された上述の補正値βを乗算器７７２で乗算し、図１９に示すグラフＨｒのような補正後のＡ系列のデータを生成する。そして、この補正後のＡ系列のデータと、Ａ・Ｂ系列分離部７７１から出力されたＢ系列のデータとに基づき、上述した位相差ＡＦ演算を位相差ＡＦ演算部７７３で実行することにより、精度の良い位相差ＡＦが可能となる。
【０１０８】
以上のような撮像装置１では、図１６のように一対の光電変換部ＰＤが正規配置（正規位置）Ｐｏ(図８)から相対的な位置ずれを生じたＡＦ画素対１１ｇにおいて、一対の光電変換部ＰＤから得られるＡ・Ｂ系列のデータをずれ量Ｇｍに相応する補正値(補正量)βで補正し、補正されたデータに基づき位相差ＡＦが行われる。これにより、撮像素子（位相差検出機能付き撮像素子）１０１において製造誤差による位置ずれが生じる場合でも位相差検出方式の焦点検出を精度良く行える。
【０１０９】
なお、撮像装置１においては、図１８に示すようなスリット被写体ＳＢを撮像して補正値βを取得するのは必須でなく、例えば白紙のような白一色の被写体（以下では「白色被写体」とも略称する）を撮像して補正値βを取得するようにしても良い。このような白色被写体においての補正値βの取得手法を、以下で簡単に説明する。
【０１１０】
図２１は、白色被写体を撮像した際にＡＦ画素対１１ｇで得られるＡＦデータを定性的に示す概念図である。この図２１においては、横軸がＡＦラインＬｆ方向に関する第１・第２ＡＦ画素の画素位置を示し、縦軸が第１・第２ＡＦ画素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２１では、グラフＶａ、Ｖｂが正規配置ＰｏとなるＡＦ画素対１１ｆ(図８)で得られたＡ系列・Ｂ系列のデータを表し、グラフＷａ、Ｗｂが位置ずれ配置ＰｅとなるＡＦ画素対１１ｇ(図１６)で得られたＡ系列・Ｂ系列のデータを表している。
【０１１１】
正規配置ＰｏのＡＦ画素対１１ｆで取得されるＡＦデータを表した各グラフＶａ、Ｖｂは、ＡＦラインＬｆの中間点Ｐｃで交差するとともに、この中間点Ｐｃから離れたＡＦ画素対では被写体光の傾きが増す傾向となるため、像高が大きくなるほどＡ系列・Ｂ系列の各データ間のアンバランスが拡大している。
【０１１２】
そして、位置ずれ配置ＰｅのＡＦ画素対１１ｇからは、グラフＶａを全体的に下側にシフトしたグラフＷａに表されるＡ系列のデータと、グラフＶｂを全体的に上側にシフトしたグラフＷｂに表されるＢ系列のデータとが得られることとなる。
【０１１３】
よって、グラフＷａに表されるＡ系列のデータを平均した値と、グラフＷｂに表されるＢ系列のデータを平均した値とを求め、これらの比率に基づき補正値βを導出すれば、白色被写体を撮像する場合に適切な補正値βを取得できる。
【０１１４】
＜変形例＞
上記の実施形態における撮像素子では、図８に示す構成のＡＦラインＬｆを設けるのは必須でなく、例えば上記の特許文献１や特許文献２に開示される一対の光電変換部が水平方向に配列された公知のＡＦ水平ラインを設けるようにしても良い。このような公知のＡＦラインにおいても、製造誤差による位置ずれが生じて一対の光電変換部でアンバランスな出力となっている場合には、既述の補正値βを用いた補正により精度の良い位相差ＡＦ演算が可能となる。
【０１１５】
上記の実施形態においては、図６のように通常画素１１０と同じ構成のマイクロレンズＭＬを備えたＡＦラインＬｆを有するＡＦエリアＥｆを採用するのは必須でなく、図２２および図２３に示すように通常画素１１０より直径が大きいマイクロレンズＭＬｒを備えたＡＦラインＬｆｒを有するＡＦエリアＥｆｒを採用しても良い。この場合には、マイクロレンズＭＬｒの径に応じた第１メタル４４ｒの開口、具体的には図１０に示す開口ＯＰより多少大きな開口ＯＰｒを形成するようにする。このようなマイクロレンズＭＬｒ(および第１メタル４４ｒの開口ＯＰｒ)とにより、ＡＦ画素対１１ｆｒの感度向上が図れることとなる。このことは、位置ずれ配置ＰｅのＡＦ画素対１１ｇにおいても同様である。
【０１１６】
上記の実施形態におけるＡＦ画素対については、図８のようにブラックフィルタＦｂ直下の箇所ＯＱが塞がれた第１メタル４４を採用するのは必須でなく、図２４のようにブラックフィルタＦｂ直下に開口ＯＰが形成された第１メタル４４ａを採用するようにしても良い。この場合には、ブラックフィルタＦｂを透過する光が、その直下の光電変換部ＰＤで受光されるのを抑制するため、ブラックフィルタＦｂは透過率が低いもの(例えば３％以下)を使用するのが好ましい。このようにブラックフィルタＦｂ直下に開口ＯＰを形成することとすれば、ＡＦラインＬｆにおいても、通常画素１１０の配列と同様のピッチで第１メタルに開口ＯＰを設けることができ、通常画素１１０における第１メタルの設計を流用できる。一方、図８のような構成においてブラックフィルタＦｂを省略するようにしても良い。この場合には、上述したように第１メタルが剥き出しとなってゴースト・フレアが懸念されるが、これは例えば第１メタルの上面を黒色に着色したり、黒色の導電性材料で形成された導電層を第１メタルとして採用するなどして抑制することが可能である。以上のことは、位置ずれ配置ＰｅのＡＦ画素対１１ｇにおいても同様である。
【０１１７】
上記の実施形態における撮像素子については、図６のようにＡＦ画素対１１ｆのみで構成されるＡＦラインＬｆを有したＡＦエリアＥｆを採用するのは必須でなく、図２５のようにＡＦ画素対１１ｆの間に通常画素１１０が介挿されたＡＦラインＬｆａを有したＡＦエリアＥｆａを採用しても良い。この場合には、ＡＦ画素対１１ｆで欠落する被写体の画像情報を、ＡＦラインＬｆａに介挿された通常画素１１０の画像情報を利用して補完できるため、画像品質の向上が図れる。
【０１１８】
上記の実施形態においては、通常画素ラインＬｎに形成される第１メタル４１の各開口ＯＰに対して１つおきに開口ＯＰを設けたＡＦラインを採用するのは必須でなく、２つおきや、３つおき以上に開口ＯＰを設けたＡＦラインを採用しても良い。
【０１１９】
上記の実施形態におけるＡＦラインＬｆのＡＦ画素対１１ｆについては、光電変換部ＰＤより上方の部材（マイクロレンズやカラーフィルタ）を通常画素ラインＬｎに対して半ピッチずらずのは必須でなく、光電変換部ＰＤより上方の部材はそのままにして光電変換部ＰＤの方を通常画素１１０の水平ラインに対して半ピッチずらずようにしても良い。
【０１２０】
上記の実施形態においては、ＡＦラインＬｆを備えた撮像素子１０１を、一眼レフレックスタイプのデジタルカメラに設けるのは必須でなく、コンパクトタイプのデジタルカメラに設けるようにしても良い。
【０１２１】
上記の実施形態におけるＡＦ画素対については、第１メタル４４の開口ＯＰ上に透明なカラーフィルタを設けるのは必須でなく、ピント合わせの精度を重視する観点から視感度特性に優れた緑色のカラーフィルタを設けても良く、また赤色や青色のカラーフィルタを設けても良い。
【０１２２】
上記の実施形態においては、ブラックフィルタＦｂ上にマイクロレンズを設置するようにしても良い。このようにマイクロレンズを設置することとすれば、通常画素１１０の配列と同様のピッチでマイクロレンズを配置することができ、通常画素１１０におけるマイクロレンズの配置設計を流用できる。
【０１２３】
本発明は詳細に説明されたが、以上の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１２４】
１  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
１１ａ、１１ｃ、１１ｐ  第１ＡＦ画素
１１ｂ、１１ｄ、１１ｑ  第２ＡＦ画素
１１ｆ、１１ｆｒ、１１ｇ  ＡＦ画素対
４１、４４、４４ａ、４４ｒ  第１メタル
４２、４５  第２メタル
４３、４６  第３メタル
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
６２１  ＲＯＭ
７７１  Ａ・Ｂ系列分離部
７７２  乗算器
７７３  位相差ＡＦ演算部
Ｅｆ、Ｅｆａ、Ｅｆｒ  ＡＦエリア
Ｌｆ、Ｌｆａ、Ｌｆｒ  ＡＦライン
ＭＬ、ＭＬｒ  マイクロレンズ
ＰＤ  光電変換部
Ｑａ  射出瞳の左側部分
Ｑｂ  射出瞳の右側部分
ＳＢ  スリット被写体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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