(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズに入射された被写体光を受光して画像信号を生成する撮像用画素と、マイクロレンズに入射された被写体光の一部を受光して瞳分割を行い、射出瞳における一対の光通過領域に瞳分割された当該被写体光のうちの一方を受光して位相差検出方式による焦点検出に用いられる信号を生成する焦点検出画素とを備え、光軸方向における撮像面との距離が所定距離となる射出瞳において略等しい大きさの一対の光通過領域に瞳分割されるように、当該瞳分割を行うための遮光層の前記焦点検出画素における配置が像高に応じて設定される撮像素子と、
交換レンズごとの前記射出瞳の状態に関する情報であって前記光軸方向における撮像面および射出瞳間の距離に関する情報を含むレンズ情報を、装着されている交換レンズについて取得し、前記装着されている交換レンズの前記光軸方向における撮像面および射出瞳間の距離と前記所定距離との差分の大きさに応じて像高が高い位置であるほど大きくなる前記一対の光通過領域の大きさのアンバランスが前記一対の光通過領域の大きさが均等となる状態から所定の度合いとなる状態までの像高の範囲を前記取得したレンズ情報に含まれている前記距離に関する情報に基づいて設定し、当該範囲内に配置されている前記焦点検出画素が生成した信号に基づいて合焦判定を行う合焦判定部と
を具備する撮像装置。
【請求項２】
前記合焦判定部は、前記装着されている交換レンズにより形成される射出瞳が所定の大きさ以上である場合には前記設定された範囲内に配置されている前記焦点検出画素が生成した信号に基づいて合焦判定を行い、前記装着されている交換レンズにより形成される射出瞳が前記所定の大きさ未満である場合には、前記設定された範囲にかかわらずに、前記撮像面の中心近傍に配置されている前記焦点検出画素が生成した信号に基づいて合焦判定を行う請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記焦点検出画素は、
前記一対の光通過領域を第１領域および第２領域とし、前記第１領域を通過した被写体光の第１光路が、前記第２領域を通過した被写体光の第２光路に対して前記第１領域側に存在する光軸方向における位置である第１位置において前記第１領域側を遮光し、前記第２領域側を透光する第１遮光層と、前記第１光路が前記第２光路に対して前記第２領域側に存在する光軸方向における位置である第２位置において前記第２領域側を遮光し、前記第１領域側を透光する第２遮光層とを前記遮光層として備えて前記第２領域を通過した被写体光を受光する第１焦点検出画素と、
前記第１位置において前記第２領域側を遮光し、前記第１領域側を透光する第３遮光層と、前記第２位置において前記第１領域側を遮光し、前記第２領域側を透光する第４遮光層とを前記遮光層として備えて前記第１領域を通過した被写体光を受光する第２焦点検出画素と
を備え、
前記第１遮光層の前記第２遮光層に対する前記光軸方向と直交する直交方向における位置関係と、前記第３遮光層の前記第４遮光層に対する前記直交方向における位置関係とは、像高に応じて設定される
請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記合焦判定部は、前記所定距離に所定の大きさの射出瞳がある場合における前記範囲を基準として、前記差分の増加に従い前記基準とした範囲より小さくなる範囲を設定する請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差検出機能付き撮像素子を備える撮像装置に関する。
【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（撮影レンズ）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(位相差検出機能付き撮像素子)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、射出瞳の状態(撮像素子に対する射出瞳位置や射出瞳径など)が想定されたもの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適切に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、撮像素子を用いた焦点検出を適切に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面は、マイクロレンズに入射された被写体光を受光して画像信号を生成する撮像用画素と、マイクロレンズに入射された被写体光の一部を受光して瞳分割を行い、射出瞳における一対の光通過領域に瞳分割された当該被写体光のうちの一方を受光して位相差検出方式による焦点検出に用いられる信号を生成する焦点検出画素とを備え、光軸方向における撮像面との距離が所定距離となる射出瞳において略等しい大きさの一対の光通過領域に瞳分割されるように、当該瞳分割を行うための遮光層の上記焦点検出画素における配置が像高に応じて設定される撮像素子と、交換レンズごとの上記射出瞳の状態に関する情報であって上記光軸方向における撮像面および射出瞳間の距離に関する情報を含むレンズ情報を、装着されている交換レンズについて取得し、上記装着されている交換レンズの上記光軸方向における撮像面および射出瞳間の距離と上記所定距離との差分の大きさに応じて像高が高い位置であるほど大きくなる上記一対の光通過領域の大きさのアンバランスが上記一対の光通過領域の大きさが均等となる状態から所定の度合いとなる状態までの像高の範囲を上記取得したレンズ情報に含まれている上記距離に関する情報に基づいて設定し、当該範囲内に配置されている上記焦点検出画素が生成した信号に基づいて合焦判定を行う合焦判定部とを具備する撮像装置である。
また、この第1の側面において、上記合焦判定部は、上記装着されている交換レンズにより形成される射出瞳が所定の大きさ以上である場合には上記設定された範囲内に配置されている上記焦点検出画素が生成した信号に基づいて合焦判定を行い、上記装着されている交換レンズにより形成される射出瞳が上記所定の大きさ未満である場合には、上記設定された範囲にかかわらずに、上記撮像面の中心近傍に配置されている上記焦点検出画素が生成した信号に基づいて合焦判定を行うようにしてもよい。
また、この第1の側面において、上記焦点検出画素は、上記一対の光通過領域を第１領域および第２領域とし、上記第１領域を通過した被写体光の第１光路が、上記第２領域を通過した被写体光の第２光路に対して上記第１領域側に存在する光軸方向における位置である第１位置において上記第１領域側を遮光し、上記第２領域側を透光する第１遮光層と、上記第１光路が上記第２光路に対して上記第２領域側に存在する光軸方向における位置である第２位置において上記第２領域側を遮光し、上記第１領域側を透光する第２遮光層とを上記遮光層として備えて上記第２領域を通過した被写体光を受光する第１焦点検出画素と、上記第１位置において上記第２領域側を遮光し、上記第１領域側を透光する第３遮光層と、上記第２位置において上記第１領域側を遮光し、上記第２領域側を透光する第４遮光層とを上記遮光層として備えて上記第１領域を通過した被写体光を受光する第２焦点検出画素とを備え、上記第１遮光層の上記第２遮光層に対する上記光軸方向と直交する直交方向における位置関係と、上記第３遮光層の上記第４遮光層に対する上記直交方向における位置関係とは、像高に応じて設定されるようにしてもよい。
また、この第1の側面において、上記合焦判定部は、上記所定距離に所定の大きさの射出瞳がある場合における上記範囲を基準として、上記差分の増加に従い上記基準とした範囲より小さくなる範囲を設定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像素子を用いた焦点検出を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜撮像装置の外観構成＞
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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光学ファインダ３１６と、光学ファインダ３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、光学ファインダ３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７と、光学ファインダ３１６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、光学ファインダ３１６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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
光学ファインダ３１６は、被写体が撮影される範囲を光学的に表示するものである。すなわち、光学ファインダ３１６には、交換レンズ２からの被写体像が導かれており、ユーザは、この光学ファインダ３１６を覗くことにより、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できる。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
アイカップ３２１は、遮光性を有して光学ファインダ３１６への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜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、ファインダ部１０２（ファインダ光学系）、ミラー部１０３、位相差ＡＦモジュール１０７などが備えられている。
【００２９】
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。
【００３０】
上記の光軸ＬＴ上において、被写体光をファインダ部１０２へ向けて反射される位置には、ミラー部１０３が配置されている。交換レンズ２を通過した被写体光は、ミラー部１０３（後述の主ミラー１０３１）によって上方へ反射される。交換レンズ２を通過した被写体光の一部はこのミラー部１０３を透過する。
【００３１】
ファインダ部１０２は、ペンタプリズム１０５、接眼レンズ１０６及び光学ファインダ３１６を備えている。ペンタプリズム１０５は、断面５角形を呈し、その下面から入射された被写体光像を内部での反射によって当該光像の天地左右を入れ替えて正立像にするためのプリズムである。接眼レンズ１０６は、ペンタプリズム１０５により正立像にされた被写体像を光学ファインダ３１６の外側に導く。そして、この被写体像には、例えば図５のように被写体に対してのフォーカス位置(エリア)等を示す線画(線描画)からなるターゲットマークＧｖ(太線部)が重畳されて光学ファインダ３１６に映り込むようになっている。なお、ターゲットマークＧｖは、透光性の部材として構成される焦点板６３の上面を罫書くことで描画されている。このような構成により、ファインダ部１０２は、本撮影前の撮影待機時において被写界を確認するためのファインダとして機能する。
【００３２】
ミラー部１０３は、主ミラー１０３１及びサブミラー１０３２から構成されており、主ミラー１０３１の背面側において、サブミラー１０３２が主ミラー１０３１の背面に向けて倒れるように回動可能に設けられている。主ミラー１０３１を透過した被写体光の一部はサブミラー１０３２によって反射され、この反射された被写体光は位相差ＡＦモジュール１０７に入射される。
【００３３】
上記のミラー部１０３は、所謂クイックリターンミラーとして構成されており、露光時(本撮影時)には図４に示すように回転軸１０３３を回動支点として上方に向けて跳ね上がる。この際、サブミラー１０３２は、上記のミラー部１０３がペンタプリズム１０５の下方位置で停止したときには、主ミラー１０３１と略平行となるように折り畳まれた状態となる。これにより、交換レンズ２からの被写体光がミラー部１０３によって遮られることなく撮像素子１０１上に届き、撮影素子１０１が露光される。撮像素子１０１での撮像動作が終了すると、ミラー部１０３は元の位置（図３に示す位置）に復帰する。
【００３４】
また、ミラー部１０３を本撮影(画像記録用の撮影)の前に図４に示すミラーアップの状態にすることにより撮像装置１は、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ＬＣＤ３１１に表示するライブビュー(プレビュー)表示が可能となっている。すなわち、本撮影前の撮像装置１では、上記のライブビュー表示が行われる電子ファインダ(ライブビューモード)、または光学ファインダを選択して被写体の構図決めが可能である。なお、電子ファインダと光学ファインダとの切替えは、図２に示す切替スイッチ８５を操作することにより行われる。
【００３５】
位相差ＡＦモジュール１０７は、被写体のピント情報を検出する所謂ＡＦセンサとして構成されている。この位相差ＡＦモジュール１０７は、ミラー部１０３の下方に配設されており、位相差検出方式の焦点検出(以下では「位相差ＡＦ」ともいう)により合焦位置を検出する。
【００３６】
また、ＡＦモジュール１０７は、図５に示すターゲットマークＧｖに含まれるローカルフォーカスフレームの線分Ｌｂ１〜Ｌｂ８とスポットフォーカスフレームの矩形線Ｌｃとに対応した合計９箇所に焦点検出センサが設けられている。この焦点検出センサは、後述する交換レンズ２の射出瞳における左側・右側部分(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ラインセンサとして構成されており、上記の９箇所に設けられた各焦点検出センサで被写体のピント合わせが可能である。換言すれば、９つの位置それぞれに設けられた焦点検出センサでは、光学ファインダ３１６の画面、つまり撮像素子１０１の撮像画面において図５のように中央から放射的に配置された矩形線Ｌｃおよび８つの線分Ｌｂ１〜Ｌｂ８の各位置に対応した焦点検出が可能となっている。
【００３７】
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。
【００３８】
＜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４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。
【００３９】
交換レンズ２は、上述したレンズ群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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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の射出瞳の状態（射出瞳位置や射出瞳径）に関する情報が記憶されている。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、カードＩ／Ｆ６６、メモリカード６７、通信用Ｉ／Ｆ６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、ミラー駆動制御部７２Ａ及びミラー駆動アクチュエータ７２Ｍ、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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それぞれの色成分の平均と、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。
【００５５】
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。
【００５６】
画像メモリ６１４は、撮影モード時には、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
ＶＲＡＭ６５は、ＬＣＤ３１１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。
【００６１】
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。
【００６２】
ミラー駆動制御部７２Ａは、撮影動作のタイミングに合わせて、ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動させる駆動信号を生成するものである。ミラー駆動アクチュエータ７２Ｍは、ミラー部１０３（クイックリターンミラー）を、水平姿勢若しくは傾斜姿勢に回動させるアクチュエータである。
【００６３】
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(開閉動作)を行うアクチュエータである。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
＜撮像装置１の位相差ＡＦ動作について＞
撮像装置１では、図４のようにミラー部１０３がアップされるライブビューモード（電子ファインダ）の設定時には、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。
【００６８】
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。
【００６９】
撮像素子１０１では、その撮像面１０１ｆの中央付近においてマトリックス状に規定された４９(＝７×７)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)。なお、各ＡＦエリアＥｆを図７のように撮像面１０１ｆの中央付近に限定するのは必須でなく、撮像面１０１ｆ全域に規定するようにしても良い。
【００７０】
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、例えば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が複数設けられている(図８)。すなわち、４９のＡＦエリアＥｆで構成される撮像素子１０１の焦点検出領域Ｅｇ(図７)には、ＡＦ画素対が複数配列されている。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
次に、ＡＦ画素対１１ｆの構成について説明する。
【００７４】
図９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９に示すＡＦ画素対１１ｆは、撮像面１０１ｆの中央に位置するＡＦエリアＥｆ(例えば図７に示すＡＦエリアＥｆｏ)に設けられているものである。
【００７５】
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。
【００７６】
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８のようにＡＦラインＬｆで交互に配置される。
【００７７】
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・右側部分(一対の部分領域)Ｑａ、Ｑｂを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂが受光される。
【００７８】
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１０〜図１４を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
【数１】
0005157525.tif 000002
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
【数２】
0005157525.tif 000003
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
以上のような撮像素子(以下では「位相差検出機能付き撮像素子」ともいう)１０１を備えた撮像装置１では、ライブビューモード設定時に、カメラボディ１０に装着される交換レンズ２の射出瞳位置等の状態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。
【００８９】
＜交換レンズ２の射出瞳の状態に応じた測距制御＞
図１６は、撮像素子１０１に係る像高７ｍｍの位置において交換レンズ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１６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１６では、像高７ｍｍ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。
【００９０】
像高７ｍｍのＡＦ画素対、例えば撮像面１０１ｆの中央部から離れた位置のＡＦエリアＥｆａ(図７)に設けられるＡＦ画素対では、そのＯＣＬ入射瞳が撮像面１０１ｆからの距離Ｈｍ(例えば８０ｍｍ)の位置に設定されており、このＯＣＬ入射瞳の位置において交換レンズ２の射出瞳を適切に瞳分割できるように構成されている。具体的には、図１７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８ｍｍ以上の標準的な瞳径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１６に示すように像高７ｍｍ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。
【００９１】
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１６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１１ｇ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。
【００９２】
そこで、像高７ｍｍに配置されたＡＦ画素対１１ｇでは、図１８に示すように瞳分割ラインＤｍによる射出瞳の分割においてアンバランスが比較的小さい範囲、具体的には撮像面１０１ｆからの距離Ｐｓ（例えば７０ｍｍ）〜距離Ｐｔ（例えば９０ｍｍ）の範囲内に位置する射出瞳についての瞳分割で得られるＡ系列およびＢ系列のデータだけを測距に使用することとする。ただし、図１９のように比較的小さい瞳径Ｒｐ(例えば８ｍｍ未満)の射出瞳では、上記の距離Ｐｓから距離Ｐｔまでの間に位置するものであっても瞳分割のアンバランスが大きくなるため、このように小さい瞳径Ｒｐの場合には、測距において像高７ｍｍのＡＦ画素対１１ｇからのデータを使用しないようにする。
【００９３】
以上では、像高７ｍｍのＡＦ画素対１１ｇにおける射出瞳の状態に応じた測距制御を説明したが、次に像高３.５ｍｍのＡＦ画素対における測距制御を説明する。
【００９４】
図２０は、図１６に対応しており、撮像素子１０１に係る像高３.５ｍｍの位置において交換レンズ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。
【００９５】
像高３.５ｍｍのＡＦ画素対、例えば撮像面１０１ｆの中央部から少し離れた位置のＡＦエリアＥｆｂ(図７)に設けられるＡＦ画素対では、上述の像高７ｍｍのＡＦ画素対１１ｇと同様に、そのＯＣＬ入射瞳が撮像面１０１ｆからの距離Ｈｍ(例えば８０ｍｍ)の位置に設定されており、このＯＣＬ入射瞳の位置において交換レンズ２の射出瞳を適切に瞳分割できるように構成されている。具体的には、図２１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に形成される瞳径Ｒｏの射出瞳を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２０に示すように像高３.５ｍｍ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Ｄｎが設定されるため、中位置Ｐｍの射出瞳において瞳分割を等しく行えることとなる。
【００９６】
しかし、図２０に示すように遠位置Ｐａに射出瞳が形成される交換レンズや、近位置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Ｄｎ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１１ｊ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。
【００９７】
そこで、像高３.５ｍｍに配置されたＡＦ画素対１１ｊでは、瞳分割ラインＤｎによる射出瞳の分割においてアンバランスが比較的小さい範囲、具体的には撮像面１０１ｆからの距離Ｐｖ（例えば６０ｍｍ）〜距離Ｐｗ（例えば１００ｍｍ）の範囲内に位置する射出瞳についての瞳分割で得られるＡ系列およびＢ系列のデータだけを測距に使用することとする。ただし、図２２のように比較的小さい瞳径Ｒｐ(例えば８ｍｍ未満)の射出瞳では、上記の距離Ｐｖから距離Ｐｗまでの間に位置するものであっても瞳分割のアンバランスが大きくなるため、このように小さい瞳径Ｒｐの場合には、上記の像高７ｍｍのＡＦ画素対１１ｇと同様に、測距において像高３.５ｍｍのＡＦ画素対１１ｊからのデータを使用しないようにする。
【００９８】
以上のような像高３.５ｍｍ、７ｍｍのＡＦ画素対に対して、像高０ｍｍのＡＦ画素対、例えば図７に示す中央のＡＦエリアＥｆｏに設けられるＡＦ画素対１１ｆ(図９)では、図２３のように撮像面１０１ｆの垂線方向に沿って瞳分割ラインＤｏが設定されているため、射出瞳位置や瞳径に関わらず瞳分割のアンバランスが生じない。よって、このようなＡＦ画素対１１ｆは、上述した像高３.５ｍｍや像高７ｍｍのＡＦ画素対１１ｇ、１１ｊを測距に使用できない場合に有効であり、いかなる交換レンズ２が装着されても撮像装置１において測距が不能となることを防止できる。
【００９９】
次に、以上のように瞳位置や瞳径などの射出瞳の状態に応じた測距制御を行う撮像装置１の具体的な動作について説明する。
【０１００】
＜撮像装置１の動作＞
図２４は、撮像装置１の基本的な動作、特にライブビューモードでの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。
【０１０１】
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の射出瞳に関する瞳径が８ｍｍ以上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に記憶されている射出瞳径の情報をカメラボディ１０のメイン制御部６２で取得し、瞳径が８ｍｍ以上であるか否かが判断される。ここで、瞳径が８ｍｍ以上である場合には、ステップＳＴ２に進み、８ｍｍ未満の場合にはステップＳＴ６に進む。
【０１０２】
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７０〜９０ｍｍの範囲内にあるかを判定する。具体的には、レンズ制御部２６内のＲＯＭに記憶されている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７０ｍｍから９０ｍｍまでの間にあるか否かが判断される。ここで、射出瞳位置が７０〜９０ｍｍの範囲内にある場合には、ステップＳＴ４に進み、この範囲外の場合にはステップＳＴ３に進む。
【０１０３】
ステップＳＴ３では、交換レンズ２の射出瞳位置が撮像面１０１ｆから６０〜１００ｍｍの範囲内にあるかを判定する。ここで、射出瞳位置が６０〜１００ｍｍの範囲内にある場合には、ステップＳＴ５に進み、この範囲外の場合にはステップＳＴ６に進む。
【０１０４】
ステップＳＴ４では、測距可能なＡＦエリアＥｆを像高７ｍｍ程度まで設定する。すなわち、上述のように射出瞳位置が撮像面１０１ｆから７０〜９０ｍｍの範囲内で、かつ瞳径が８ｍｍ以上の場合には、ＡＦエリアＥｆａ(図７)に設けられた像高７ｍｍのＡＦ画素対１１ｇを測距に使用できる。このため、例えば図５に示す位相差ＡＦモジュール１０７の９つのフォーカス位置、つまり８つの線分Ｌｂ１〜Ｌｂ８と１つの矩形線Ｌｃとを含む測距範囲であって、ＡＦエリアＥｆａを端部に持った４９のＡＦエリアＥｆで構成される焦点検出領域Ｅｇ(図７)全域が測距可能な領域に設定される。
【０１０５】
ステップＳＴ５では、測距可能なＡＦエリアＥｆを像高３.５ｍｍ程度まで設定する。すなわち、上述のように射出瞳位置が撮像面１０１ｆから６０〜１００ｍｍの範囲内で、かつ瞳径が８ｍｍ以上の場合には、ＡＦエリアＥｆｂ(図７)に設けられた像高３.５ｍｍのＡＦ画素対１１ｊを測距に使用できる。このため、例えば図５に示す２つの線分Ｌｂ７、Ｌｂ８と１つの矩形線Ｌｃとからなる位相差ＡＦモジュール１０７の中央付近の３つのフォーカス位置を含む測距範囲であって、ＡＦエリアＥｆｂを端部に持った３つのＡＦエリアＥｆ(図２５の平行斜線部)が測距可能な領域に設定される。
【０１０６】
ステップＳＴ６では、測距可能なＡＦエリアを中央１点に設定する。すなわち、図５に示す位相差ＡＦモジュール１０７の中央１点のフォーカス位置、つまり１つの矩形線Ｌｃに相当する測距範囲であって、撮像面１０１ｆの中央に位置する１つのＡＦエリアＥｆｏ(図２６の平行斜線部)が測距可能な領域に設定される。
【０１０７】
以上のようなステップＳＴ４〜ＳＴ６の動作により、射出瞳位置や射出瞳径の状態(射出瞳の状態)に応じて測距可能なＡＦエリア(焦点検出可能範囲)を制限する設定を行う際には、図７、図２５および図２６に示す撮像素子１０１の撮像画面の中央に向かって測距可能な範囲が縮小されるため、図５に示すように中央から放射的に配置されたＡＦ位相差モジュール１０７のフォーカス位置、つまり各線分Ｌｂ１〜Ｌｂ８および矩形線Ｌｃに対応した測距可能範囲の設定を行える。
【０１０８】
ステップＳＴ７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。
【０１０９】
ステップＳＴ８では、ステップＳＴ４〜ＳＴ６で設定された測距可能なＡＦエリアＥｆで位相差ＡＦを行う。すなわち、射出瞳位置や射出瞳径の状態(射出瞳の状態)に関する情報をメイン制御部６２で取得し当該射出瞳位置や射出瞳径に応じた測距可能なＡＦエリア(焦点検出可能範囲)を焦点検出領域Ｅｇ(図７)において設定した後に、この設定された測距可能なＡＦエリアに設けられたＡＦ画素対の出力信号に基づき位相差検出方式の焦点検出を行う。これにより、交換レンズ２の交換により射出瞳の状態が変化しても撮像素子１０１を用いた焦点検出を適切に行えることとなる。
【０１１０】
なお、ステップＳＴ８では、測距可能範囲として複数のＡＦエリアＥｆが設定されている場合には、多点ＡＦを行うこととする。すなわち、ステップＳＴ４やステップＳＴ５の動作により測距可能なＡＦエリアＥｆが複数設定されるが、これらのＡＦエリアＥｆから多点アルゴリズムにより最適な１つのＡＦエリアＥｆを選択し、選択されたＡＦエリアＥｆで位相差ＡＦを実行する。
【０１１１】
ステップＳＴ９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ＳＴ１１に進み、全押しされていない場合には、ステップＳＴ１０に進む。
【０１１２】
ステップＳＴ１０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ＳＴ９に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【０１１３】
ステップＳＴ１１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。
【０１１４】
以上のような撮像装置１の動作により、交換レンズ２の射出瞳位置および射出瞳径（射出瞳の状態）に応じて測距可能なＡＦエリアＥｆを設定するため、交換レンズ２の取り替え等により射出瞳の状態が変化しても位相差検出機能付き撮像素子１０１を用いた焦点検出を精度良く行える。
【０１１５】
また、撮像素子１０１における焦点検出領域Ｅｇ(図７)に設けられた各々のＡＦ画素対では、瞳分割による各分割領域(一対の部分領域)に係る面積を略等しくさせる射出瞳の位置が、上述した像高３.５ｍｍや像高７ｍｍのＡＦ画素対１１ｊ、１１ｇのように撮像素子１０１(の撮像面１０１ｆ)に対する中位置(ＯＣＬ入射瞳の位置)Ｐｍ(図１６、図２０)に統一されているため、ＡＦ画素対を備えた位相差検出機能付き撮像素子１０１の製造を簡易化できる。
【０１１６】
＜変形例＞
・上記の実施形態におけるＡＦ画素対については、図９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２７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。
【０１１７】
・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。
【０１１８】
・上記の実施形態においては、装着される交換レンズ毎に撮像素子１０１での測距可能な領域を設定するのは必須でなく、レンズ交換ができない撮影レンズが固定されたデジタルカメラ(撮像装置)においてズーム状態に応じた測距可能領域(焦点検出可能範囲)の設定を行うようにしても良い。すなわち、ズーム倍率(焦点距離)によって変化する射出瞳位置や、焦点距離をＦナンバー(Ｆ値)で除算して得られる射出瞳径に応じて測距可能領域を設定しても良い。
【０１１９】
・上記の実施形態においては、射出瞳位置および射出瞳径の状態に応じて測距可能な領域を設定するのは必須でなく、射出瞳位置または射出瞳径の一方の状態に応じて測距可能領域(焦点検出可能範囲)を設定しても良い。また、口径食等によって制限された瞳の形状などの状態に応じて測距可能領域を設定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【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】ミラー部１０３におけるミラーアップの状態を示す図である。
【図５】ファインダ３１６に映り込むターゲットマークＧｖを示す図である。
【図６】撮像装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
【図７】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図８】撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
【図９】ＡＦ画素対１１ｆの構成を説明するための縦断面図である。
【図１０】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Ｇｃを説明するための図である。
【図１６】撮像素子１０１に係る像高７ｍｍの位置において交換レンズ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１７】ＡＦ画素対１１ｇの構成を説明するための概念図である。
【図１８】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１９】交換レンズ２の射出瞳瞳径に応じた測距制御を説明するための図である。
【図２０】撮像素子１０１に係る像高３.５ｍｍの位置において交換レンズ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２１】ＡＦ画素対１１ｊの構成を説明するための概念図である。
【図２２】交換レンズ２の射出瞳瞳径に応じた測距制御を説明するための図である。
【図２３】像高０ｍｍの位置における瞳分割を説明するための図である。
【図２４】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２５】撮像装置１の動作を説明するための図である。
【図２６】撮像装置１の動作を説明するための図である。
【図２７】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】
【０１２１】
１  撮像装置
２  交換レンズ
１０  カメラボディ
１１ｆ、１１ｆａ、１１ｇ、１１ｊ  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
Ｄｍ、Ｄｎ、Ｄｏ  瞳分割ライン
Ｅｆ、Ｅｆａ、Ｅｆｂ、Ｅｆｏ  ＡＦエリア
Ｌｆ  ＡＦライン
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｍ  射出瞳の位置
ＰＤ  光電変換部
Ｒｏ、Ｒｐ  射出瞳の瞳径
【図１】
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【図２】
0005157525.tif 000005
【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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【図２６】
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【図２７】
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