(57)【要約】【課題】位相差検出機能付き撮像素子を用いた焦点検出の性能向上を図りつつ、撮像画像の品質劣化を抑制でき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部分および左側部分を通過した被写体光束を受光する一対の光電変換部が水平方向に沿って複数配列されたＡＦラインＬｆを有する撮像素子(位相差検出機能付き撮像素子)１０１が設けられている。この撮像素子１０１には、ＡＦラインＬｆが垂直方向に例えば１２ライン周期で複数形成されている。以上のような構成の撮像素子１０１をシフト量「０」の位置Ｖａと垂直方向上側に６ライン分シフトした位置Ｖｂとで露光し、各位置Ｖａ、ＶｂのＡＦラインＬｆで生成される電荷信号の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、焦点検出の性能向上を図りつつ、撮像画像の品質劣化を抑制できる。【選択図】図１９
2010237400.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第１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第１方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子と、
前記撮像素子を、前記第１方向と直交する第２方向に関して互いに異なった所定の複数位置に移動させることが可能な駆動手段と、
前記所定の複数位置それぞれで前記光電変換配列を露光して生成される電荷信号の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、
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子には、前記光電変換配列が前記第２方向に所定の配置間隔をもって複数設けられており、
前記所定の複数位置には、前記第２方向に関して前記所定の配置間隔の半分に相当する距離離れた２の位置が含まれる請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記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４】
前記１のマイクロレンズは、その光軸が前記一対の光電変換部に挟まれた領域を通るように配置される請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
撮影光学系の射出瞳において第１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第１方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子を、前記第１方向と直交する第２方向に関して互いに異なった所定の複数位置に移動させる駆動工程と、
前記所定の複数位置それぞれで前記光電変換配列を露光して生成される電荷信号の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、撮影レンズに係る射出瞳の一対の部分領域を通過した被写体光束を受光して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)を複数備えて位相差検出方式の焦点検出(位相差ＡＦ)が可能な撮像素子の利用が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１では、上記一対の光電変換部を有したＡＦ画素が撮像素子の一部の領域に多数配置された撮像素子（以下では「位相差検出機能付き撮像素子」ともいう）が開示されている。このように多数のＡＦ画素を設ければ多くのＡＦデータが収集できるため、位相差ＡＦの性能向上が図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１７９５１号公報
【発明の概要】
【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の撮像素子では、多数のＡＦ画素によって位相差ＡＦの性能向上が図れるものの、被写体に係る画像情報取得を目的とした専用の画素（通常画素）より画像再現性が劣るＡＦ画素が多数存在することとなり、撮影画像の品質劣化が大きくなってしまう。
【０００６】
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を用いた焦点検出の性能向上を図りつつ、撮像画像の品質劣化を抑制でき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】
【０００７】
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第１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第１方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子と、前記撮像素子を、前記第１方向と直交する第２方向に関して互いに異なった所定の複数位置に移動させることが可能な駆動手段と、前記所定の複数位置それぞれで前記光電変換配列を露光して生成される電荷信号の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る。
【０００８】
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第１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第１方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子を、前記第１方向と直交する第２方向に関して互いに異なった所定の複数位置に移動させる駆動工程と、前記所定の複数位置それぞれで前記光電変換配列を露光して生成される電荷信号の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る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮影光学系の射出瞳において第１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第１方向に沿って複数配列された光電変換配列を有する撮像素子を移動させることにより第１方向と直交する第２方向に関して互いに異なった所定の複数位置それぞれで光電変換配列を露光して生成される電荷信号の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、焦点検出の性能向上を図りつつ、撮像画像の品質劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】振れ補正ユニットの構成を示す概略図である。
【図５】振れ補正ユニットの構成を示す概略図である。
【図６】撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図７】撮像素子の構成を説明するための図である。
【図８】撮像素子の構成を説明するための図である。
【図９】通常画素の構成を説明するための縦断面図である。
【図１０】ＡＦ画素対の構成を説明するための縦断面図である。
【図１１】ＡＦ画素対の構成を説明するための平面図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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１７】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１８】振れ補正ユニットを活用した位相差ＡＦを説明するためのタイムチャートである。
【図１９】位相差ＡＦの際にシフトされる撮像素子の各位置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エリアの構成を説明するための図である。
【図２２】図２１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２３】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２４】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】
【００１１】
＜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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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６参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図６参照)が設けられている。
【００１６】
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。
【００１７】
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６参照)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６参照)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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
手振れ補正スイッチ８５は、後述の振れ補正ユニット１５よる振れ補正動作を実行させるための操作信号を与えるためのボタンである。この手振れ補正スイッチ８５は、手持ち撮影、望遠撮影、暗部での撮影、或いは長時間露光が必要な撮影時等、手振れ等の「振れ」の影響が撮影画像に表出する恐れがある場合にユーザにより押下され、撮像装置１の振れ補正動作が行える状態(振れ補正モード)に設定するものである。
【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６参照)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６参照)。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６参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図６参照)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、振れ補正ユニット１５により光軸ＬＴと直交する平面において二次元的に移動可能に保持されている。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】
［振れ補正ユニット１５の構成］
撮像素子１０１は、振れ補正ユニット(駆動手段)１５によって駆動され、交換レンズ２の光軸ＬＴ(図３)に垂直な平面（ＸＹ平面）内において移動することによって、手振れ等に起因して撮像装置１に生じるブレを抑制することが可能である。具体的には、撮像装置１に内蔵された振れ検出センサ(例えばジャイロセンサ)によって検出される振れを打ち消すように撮像素子１０１が駆動されることで、撮像装置１の振れを光学的に補正する振れ補正動作が実現される。
【００３６】
図４および図５は、振れ補正ユニット１５の構成を示す概略図である。図４は、振れ補正ユニット１５を背面側（−Ｚ側）から見た図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ位置から見た断面図である。
【００３７】
振れ補正ユニット１５は、ベース板１５０、第１移動部１５１、第２移動部１５２および２つのアクチュエータ１５Ｘ、１５Ｙ等を備えている。ベース板１５０、第１移動部１５１および第２移動部１５２は、それぞれ、略矩形状の板状部材として形成され、ベース板１５０および第１移動部１５１は、その略中央部に中空部を有している。
【００３８】
ベース板１５０はカメラボディ１０に固定されている。また、ベース板１５０と第１移動部１５１とはアクチュエータ１５Ｘを介して連結されており、第１移動部１５１と第２移動部１５２とはアクチュエータ１５Ｙを介して連結されている。また、第２移動部１５２の表側（＋Ｚ側）には撮像素子１０１が固定されている。アクチュエータ１５Ｘの駆動によって、第１移動部１５１はベース板１５０に対してＸ軸方向に移動することが可能であり、アクチュエータ１５Ｙの駆動によって、第２移動部１５２は第１移動部１５１に対してＹ軸方向に移動することが可能である。その結果、撮像素子１０１は、ベース板１５０（ひいてはカメラボディ１０）に対してＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動可能である。なお、第１移動部１５１のＸ軸方向の移動および第２移動部１５２のＹ軸方向の移動は、それぞれ、不図示のレール部材によってガイドされている。
【００３９】
詳細には、ベース板１５０の背面側（−Ｚ側）の上部中央位置には、アクチュエータ１５Ｘが取り付けられている。また、第１移動部１５１は、その上縁部に突出部１５３を有しており、当該突出部１５３にはスライダ１５４が一体的に形成されている。アクチュエータ１５Ｘの駆動軸１５５は、このスライダ１５４の中空部を貫通しており、スライダ１５４とアクチュエータ１５Ｘの駆動軸１５５とは摩擦結合されている。換言すれば、ベース板１５０と第１移動部１５１とは、Ｘ軸方向の相対移動が可能となるように、アクチュエータ１５Ｘを介して連結されている。このような構成において、アクチュエータ１５Ｘに所定の駆動電圧を印加することによって、第１移動部１５１は、ベース板１５０に対してＸ軸方向に摺動することが可能である。
【００４０】
また、第２移動部１５２の側部中央位置には、アクチュエータ１５Ｙが取り付けられている。一方、第１移動部１５１は、右側部に一体的に形成されたスライダ１５７を有している。アクチュエータ１５Ｙの駆動軸１５８は、このスライダ１５７の中空部を貫通しており、このスライダ１５７とアクチュエータ１５Ｙの駆動軸１５８とは摩擦結合されている。換言すれば、第１移動部１５１と第２移動部１５２とは、Ｙ軸方向の相対移動が可能となるように、アクチュエータ１５Ｙを介して連結されている。このような構成において、アクチュエータ１５Ｙに所定の駆動電圧を印加すると、第２移動部１５２は、第１移動部１５１に対してＹ軸方向に摺動することが可能である。
【００４１】
以上のような構成の振れ補正ユニット１５では、例えば各駆動軸１５５、１５８の中間位置にスライダ１５４、１５７が配置された状態の基準位置Ｐｏを中心として撮像素子１０１がＸＹ平面でシフトされることで振れ補正動作が行われる。
【００４２】
［撮像装置１の電気的構成］
図６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５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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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各部の動作を総括的に制御するものである。
【００６２】
また、メイン制御部６２は、手振れ補正スイッチ８５により振れ補正モードが設定される場合において、例えばジャイロセンサからの振れ検出信号に基づいて振れ方向及び振れ量を演算し、この演算結果に基づき振れ補正制御信号を生成して振れ補正ユニット１５に出力する。これにより、撮像装置１の振れを打ち消す方向に撮像素子１０１がシフト駆動されて適切な振れ補正動作が実行できる。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
［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。
【００７２】
図７および図８は、撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【００７３】
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７)。
【００７４】
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８)。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。
【００７５】
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。
【００７６】
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で形成されるＡＦラインＬｆが本実施形態では垂直方向に１２ライン周期で配置されている。すなわち、撮像素子１０１には、ＡＦ画素対１１ｆを水平方向に複数配列したＡＦラインＬｆが垂直方向に１２ラインの配置間隔をもって複数設けられている(図１９参照)。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。
【００７７】
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。
【００７８】
図９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９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８)に設けられているものである。
【００７９】
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。
【００８０】
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。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９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９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。
【００８１】
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。
【００８２】
次に、ＡＦ画素対１１ｆの構成について説明する。
【００８３】
図１０および図１１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１０および図１１に示すＡＦ画素対１１ｆの配列は、ＡＦラインＬｆ(図８)に設けられているものである。
【００８４】
ＡＦ画素対１１ｆは、図１０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、マイクロレンズＭＬは、その光軸ＡＸが一対の光電変換部ＰＤに挟まれた領域を通るように配置されている。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９)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での光電変換部ＰＤの配列(光電変換配列)が形成される。
【００８５】
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１１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。
【００８６】
そして、ＡＦ画素対１１ｆの配列の概略構成は、図９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画素対１１ｆにおける一対の光電変換部ＰＤとマイクロレンズＭＬとの配置関係は、通常画素ラインＬｎにおいて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ＭＬを各光電変換部ＰＤに対して水平方向に、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。
【００８７】
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９)に対して図１０や図１１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９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１０)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。
【００８８】
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。
【００８９】
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９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。
【００９０】
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(第１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。
【００９１】
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８)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１２〜図１６を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
【００９２】
図１２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１３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１４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１５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１６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１２〜図１６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１２〜図１６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。
【００９３】
図１２〜図１６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。
【００９４】
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１７に示すグラフＧｃのように表される。この図１７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。
【００９５】
【数１】
2010237400.tif 000003
【００９６】
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。
【００９７】
図１７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。
【００９８】
【数２】
2010237400.tif 000004
【００９９】
ここで、上式(２)の係数ｋは、図１７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。
【０１００】
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。
【０１０１】
以上のようにＡＦラインＬｆで生成される電荷信号のデータに基づき位相差ＡＦ演算回路７７で位相差ＡＦ演算を行う撮像装置１においては、振れ補正ユニット１５を利用して位相差ＡＦの性能向上が図れるように構成されている。この振れ補正ユニット１５を活用した位相差ＡＦについて、以下で詳しく説明する。
【０１０２】
［振れ補正ユニット１５を活用した位相差ＡＦについて］
図１８は、振れ補正ユニット１５を活用した位相差ＡＦを説明するためのタイムチャートである。図１８のように位相差ＡＦ動作が行われるライブビュー表示時には、そのフレーム期間（以下では単に「フレーム」ともいう）を規定する垂直同期信号(ＶＤ)が一定周期(例えば１/６０秒)で生成される。
【０１０３】
撮像装置１では、ユーザによってシャッターボタン３０７が半押しされると撮像素子１０１のＡＦラインＬｆを用いた位相差ＡＦが行われる。
【０１０４】
具体的には、まずシャッターボタン３０７が半押しされた直後(ＡＦ開始直後)の最初のフレーム(１番目のフレーム)において撮像素子１０１に対しての１回目の露光Ｅ１が実施される。この１回目の露光Ｅ１では、図４に示す振れ補正ユニット１５においての撮像素子１０１の基準位置Ｐｏ、換言すれば振れ補正ユニット１５で基準位置Ｐｏからのシフト量が「０」、つまりシフトがない撮像素子１０１の位置(以下では「無シフト位置」ともいう)にて露光が行われる。そして、１回目の露光Ｅ１により撮像素子１０１のＡＦラインＬｆで生成された電荷信号のデータ列に基づき、次のフレーム(２番目のフレーム)にて位相差ＡＦ演算回路７７による１回目の位相差ＡＦ演算Ｍ１が行われる。なお、１回目の位相差ＡＦ演算Ｍ１で得られたデフォーカス量、つまり合焦目標位置情報は、次のフレーム(３番目のフレーム)から開始される合焦目標位置の設定(更新)動作Ｒｐおよび、この合焦目標位置へのフォーカスレンズ２１１の駆動動作Ｌｄに反映される。
【０１０５】
次に、ＡＦ開始後の２番目のフレームにおいて撮像素子１０１に対しての２回目の露光Ｅ２が実施される。そして、２回目の露光Ｅ２により撮像素子１０１のＡＦラインＬｆで生成された電荷信号のデータ列に基づき、次のフレーム(３番目のフレーム)にて２回目の位相差ＡＦ演算Ｍ２が行われる。
【０１０６】
この２回目の露光Ｅ２では、１回目の露光Ｅ１での撮像素子１０１の基準位置Ｐｏから、振れ補正ユニット１５を用いてＡＦラインＬｆのライン方向と直交する垂直方向の上側(＋Ｙ方向)に６ライン分シフトした位置(以下では「６ライン上方シフト位置」ともいう)にて撮像素子１０１の露光が行われる。すなわち、図１９(ａ)に示す撮像素子１０１の無シフト位置Ｖａで１回目の露光Ｅ１が行われた後には、図１９(ｂ)のように垂直方向に関するＡＦラインＬｆの配置周期(１２ライン)の半分に相当するシフト量(６ライン)上方に撮像素子１０１をシフトさせ、この６ライン上方シフト位置Ｖｂで２回目の露光Ｅ２が行われる。
【０１０７】
その後における３回目以降の露光については、奇数番目のフレームにて実施される奇数回目の露光Ｅ３、Ｅ５、Ｅ７・・で上述した１回目の露光Ｅ１と同じように撮像素子１０１の無シフト位置Ｖａでの露光が行われる。一方、偶数番目のフレームにて実施される偶数回目の露光Ｅ４、Ｅ６、Ｅ８・・では、上述した２回目の露光Ｅ２と同じように撮像素子１０１の６ライン上方シフト位置Ｖｂでの露光が行われる。このように露光毎に無シフト位置Ｖａと６ライン上方シフト位置Ｖｂとの間で撮像素子１０１の位置変更を繰り返すことによれば、２フレーム単位(１/３０秒周期)で捉えると垂直方向に関するＡＦラインＬｆの配置周期が擬似的に６ラインとなり、ＡＦラインＬｆの密度が増加することとなるため、位相差ＡＦの性能向上が図れる。ここで、被写体の振れや手振れなどの振れを考慮するとＡＦラインＬｆからのＡＦデータの取得サイクルは短い方が好ましいが、上記の２フレーム単位(１/３０秒周期)のように、例えば４０ｍｓ以下のサイクルであれば上記振れの影響が低減されて特にその影響を受けないこととなる。
【０１０８】
なお、無シフト位置Ｖａと６ライン上方シフト位置Ｖｂとの間で交互に撮像素子１０１の露光を行えば、各露光によって得られるライブビュー画像が上下に揺れてしまう恐れがある。しかし、ライブビュー画像の取得時には撮像素子１０１で垂直方向に予め定められた画素間引き(例えば１／３〜１／７程度の画素間引き)が行われるため、本実施形態のように撮像素子１０１が上下に６ラインシフトする場合には１ライン程度のライブビュー画像の上下動となってライブビュー表示において目立たないこととなる。ただし、垂直方向におけるＡＦラインＬｆの配置周期が例えば本実施形態より大きく、その配置周期の半分に相当するシフト量で撮像素子１０１を駆動する場合には、画素間引き後でもシフトの影響が残るため、電子手振れ補正などで用いる補正処理（例えば画素間引き後の画像からライブビュー画像の切出し位置を変更することによる補正）を施すのが好ましい。
【０１０９】
以上のように撮像装置１では、垂直方向(第２方向)に関して互いに異なった２つの位置、つまり無シフト位置Ｖａおよび６ライン上方シフト位置Ｖｂに撮像素子１０１を移動させることが可能な振れ補正ユニット１５を活用して位相差ＡＦの性能向上が図れる。以下では、この撮像装置１の具体的な動作についてフローチャートを参照しつつ説明する。
【０１１０】
［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。この動作は、特にＡＦラインＬｆを用いる位相差ＡＦ動作が開始してから完了するまでの処理（焦点検出処理）を示しており、メイン制御部６２で実行される。
【０１１１】
まず、ユーザによりシャッターボタン３０７が半押しされＡＦ動作が開始されると、垂直同期信号がロー(Ｌｏｗ)状態になったかを判定する。具体的には、図１８に示すようにシャッターボタン３０７の半押し直後に垂直同期信号(ＶＤ)の立ち下がりＤＮが検出されたか否かを判断する。ここで、垂直同期信号がロー状態になった場合には、ステップＳＴ２に進み、ロー状態になっていない場合には、ステップＳＴ１を繰り返す。
【０１１２】
ステップＳＴ２では、ＡＦ動作開始後においての１番目のフレーム、つまり最初のフレームであるかを判定する。ここで、１番目のフレームである場合には、ステップＳＴ６に進み、２番目以降のフレームである場合には、ステップＳＴ３に進む。
【０１１３】
ステップＳＴ３では、偶数番目のフレームであるかを判定する。ここで、偶数番目のフレームである場合には、ステップＳＴ４に進み、偶数番目でなく奇数番目のフレームである場合には、ステップＳＴ５に進む。
【０１１４】
ステップＳＴ４では、振れ補正ユニット１５を用いて撮像素子１０１を６ライン上方にシフトする。これにより、図１９(ｂ)に示す６ライン上方シフト位置Ｖｂに撮像素子１０１が移動することとなる。
【０１１５】
ステップＳＴ５では、振れ補正ユニット１５を用いて撮像素子１０１を６ライン下方にシフトする。これにより、図１９(ｂ)に示す６ライン上方シフト位置Ｖｂにあった撮像素子１０１が、図１９(ａ)に示す無シフト位置Ｖａに移動することとなる。
【０１１６】
ステップＳＴ６では、撮像素子１を露光する。ここでは、ステップＳＴ４およびステップＳＴ５の動作により、撮像素子１０１に関する無シフト位置Ｖａでの露光と６ライン上方シフト位置Ｖｂでの露光とが交互に繰り返される。なお、ステップＳＴ２で１番目のフレームと判定された場合には、ステップＳＴ４〜５を経由せずにステップＳＴ６の露光動作が実施されるため、この１番目のフレームでは無シフト位置Ｖａでの露光が行われることとなる。
【０１１７】
ステップＳＴ７では、ステップＳＴ６の露光によって撮像素子１０１のＡＦラインＬｆで生成された電荷信号のデータに基づき、位相差ＡＦ演算が位相差ＡＦ演算回路７７で行われる。
【０１１８】
ステップＳＴ８では、ステップＳＴ７の位相差ＡＦ演算によって特定された合焦目標位置に、ＡＦアクチュエータ７１Ｍを用いてフォーカスレンズ２１１を駆動する。
【０１１９】
ステップＳＴ９では、合焦状態となったかを判定する。具体的には、フォーカスレンズ２１１が合焦位置に到達したか否かを判断する。ここで、合焦状態となった場合には、位相差ＡＦ動作が完了しているので本フローを終了する。一方、合焦状態に移行していない場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【０１２０】
上記のステップＳＴ１〜ＳＴ９の動作により、振れ補正ユニット１５は位相差ＡＦ動作が完了するまで使用状態とされるが、その本来の目的である振れ補正動作はＡＦ動作完了後の本撮影動作(シャッターボタン３０７が全押しされた後の動作)時に行われるため、補正ユニット１５を支障なく使用して振れ補正動作を適切に実行できることとなる。そして、本撮影動作により撮像素子１０１で得られた撮影画像においては、垂直方向に関してＡＦラインＬｆが１２ライン周期で配置されるため、擬似的に６ライン周期とされる位相差ＡＦ時に比べてＡＦラインＬｆで欠落する被写体の画像情報が少なくなり、これによる撮影画像の劣化を抑えることが可能となる。
【０１２１】
以上で説明した撮像装置１の動作により、撮像素子１０１に関する無シフト位置Ｖａ(図１９(ａ))および６ライン上方シフト位置Ｖｂ(図１９(ｂ))それぞれでＡＦラインＬｆを露光して生成される電荷信号のデータに基づき位相差ＡＦが行われる。その結果、垂直方向の配置周期が擬似的に６ラインに増加するＡＦラインＬｆでＡＦデータを取得できるため、位相差ＡＦの性能向上が図れる一方、本撮影時には垂直方向に１２ライン周期で配置されたＡＦラインＬｆを備える撮像素子１０１で撮影画像が取得されるため、撮影画像の劣化を抑制できる。そして、撮像素子１０１が往復駆動される際の両端位置である無シフト位置Ｖａと６ライン上方シフト位置Ｖｂとは、垂直方向に関してのＡＦラインＬｆの配置間隔である１２ラインの半分に相当する距離(６ライン分の距離)離れているため、擬似的に増加するＡＦラインＬｆに関して垂直方向の分散を最大にでき、より位相差ＡＦの性能向上が図れることとなる。
【０１２２】
また、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９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１０)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。
【０１２３】
＜変形例＞
上記の実施形態においては、撮像素子を垂直方向に所定のシフト量往復させるのは必須でなく、垂直方向(Ｙ方向)に沿って配置されるＡＦラインが設けられた撮像素子の場合には撮像素子を水平方向に往復させるようにする。また、水平方向および垂直方向に沿ってクロスするようにＡＦラインが設けられた撮像素子の場合には、それらの垂直方向となる斜め方向(例えば斜め４５度の方向)に撮像素子を往復させるのが好ましい。
【０１２４】
上記の実施形態においては、２フレーム周期(１/３０秒周期)で撮像素子をシフトするのは必須でなく、３フレーム以上の周期で撮像素子をシフトしても良い。例えば３フレーム周期で撮像素子をシフトする場合には、上述した無シフト位置Ｖａおよび６ライン上方シフト位置Ｖｂに、これらの中間位置となる３ライン上方シフト位置を加えた３ポジションに撮像素子を移動させるようにする。これにより、擬似的にＡＦラインの密度が増大することによる位相差ＡＦの性能向上が一層図れることとなる。
【０１２５】
上記の実施形態においては、図８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２１および図２２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。
【０１２６】
上記の実施形態におけるＡＦ画素対については、図１０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２３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。
【０１２７】
一方、上記の実施形態では、図１０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。
【０１２８】
上記の実施形態における撮像素子については、図８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２４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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
上記の実施形態におけるＡＦラインについては、ＡＦ画素対１１ｆの各画素からの出力バランスを良好にするのに適した半ピッチ(５割のピッチ)のズレを生じさせるのは必須でなく、例えば任意(例えば４割程度)のピッチのズレを生じさせても良い。この場合には、射出瞳が２等分されなくなるため第１ＡＦ画素と第２ＡＦ画素との間で出力のアンバランスが生じるが、例えば受光量が小さい方の画素出力に、それぞれの画素で受光される射出瞳の各部分領域に関する面積比などに基づくゲインβを乗算してアンバランスを改善する処置を施すことが可能である。
【０１３５】
上記の実施形態における撮像素子では、図１０に示すような構成のＡＦラインＬｆを設けるのは必須でなく、例えば特開２００１−２５０９３１号公報や特開２００５−３０３４０９号公報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。
【０１３６】
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】
【０１３７】
１  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
１１ａ、１１ｃ  第１ＡＦ画素
１１ｂ、１１ｄ  第２ＡＦ画素
１１ｆ、１１ｆｒ  ＡＦ画素対
１５  振れ補正ユニット
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
Ｅｆ、Ｅｆａ、Ｅｆｒ  ＡＦエリア
Ｌｆ、Ｌｆａ、Ｌｆｒ  ＡＦライン
ＭＬ、ＭＬｒ  マイクロレンズ
Ｑａ  射出瞳の左側部分
Ｑｂ  射出瞳の右側部分
ＰＤ  光電変換部
Ｖａ  撮像素子の無シフト位置
Ｖｂ  撮像素子の６ライン上方シフト位置
【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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