(57)【要約】      （修正有）【課題】露光制御を適切に行ない、これにより撮影光学系の焦点状態の検出を良好に行うことのできる撮像装置を提供すること。【解決手段】複数の画素を２次元状に配列してなる撮像素子２２の所定の画素からの受光信号に基づいて焦点状態を検出する焦点検出手段２５と、光路中に挿入された状態において、光束を反射して観察光学系２４に導くとともに、光束の一部を透過するミラー２１と、ミラー２１が光路から脱離した状態である場合に、撮影画像を表示する表示手段２７１と、ミラー２１が光路に挿入された状態である場合には、焦点状態の検出に用いる画素からの受光信号の信号強度が予め定められた閾値以下となるように、露光制御を行うとともに、ミラー２１が光路から脱離した状態である場合には、撮影画像の表示に用いる画素からの受光信号の信号強度が、撮影画像を表示するのに適したものとなるように、露光制御を行う露光制御手段２５と、を備える。【選択図】図１
2012113189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系を介した光束を受光して受光信号を出力する複数の画素を、２次元状に配列してなる撮像素子と、
前記撮影光学系による像を視認可能な観察光学系と、
前記複数の画素のうち、所定の画素からの受光信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記撮影光学系と前記撮像素子との間の光路中に挿脱可能に設けられ、前記光路中に挿入された状態において、前記光束を反射して前記観察光学系に導くとともに、前記光束の一部を透過するミラーと、
前記ミラーが前記光路から脱離した状態である場合に、前記複数の画素からの受光信号に基づいて、撮影画像を表示する表示手段と、
前記ミラーが前記光路に挿入された状態である場合には、前記焦点状態の検出に用いる画素からの受光信号の信号強度が予め定められた閾値以下となるように、露光制御を行うとともに、前記ミラーが前記光路から脱離した状態である場合には、前記撮影画像の表示に用いる画素からの受光信号の信号強度が、前記撮影画像を表示するのに適したものとなるように、露光制御を行う露光制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
撮影光学系を介した光束を受光して受光信号を出力する複数の画素を、２次元状に配列してなる撮像素子と、
前記撮影光学系による像を視認可能な観察光学系と、
前記複数の画素のうち、所定の画素からの受光信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記観察光学系への接眼を検知する接眼検知手段と、
前記観察光学系への接眼が検知されない場合に、前記複数の画素からの受光信号に基づいて、撮影画像を表示する表示手段と、
前記観察光学系への接眼が検知された場合には、前記焦点状態の検出に用いる画素からの受光信号の信号強度が、予め定められた閾値以下となるように、露光制御を行うとともに、前記観察光学系への接眼が検知されない場合には、前記撮影画像の表示に用いる画素からの受光信号の信号強度が、前記撮影画像を表示するのに適したものとなるように、露光制御を行う露光制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
撮影光学系を介した光束を受光して受光信号を出力する複数の画素を、２次元状に配列してなる撮像素子と、
前記撮影光学系による像を視認可能な観察光学系と、
前記複数の画素のうち、所定の画素からの受光信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記複数の画素からの受光信号に基づいて、撮影画像を表示するための表示手段と、
ユーザにより前記観察光学系が使用される場合には、前記焦点状態の検出に用いる画素からの受光信号の信号強度が、予め定められた閾値以下となるように、露光制御を行うとともに、ユーザにより表示手段が使用される場合には、前記撮影画像の表示に用いる画素からの受光信号の信号強度が、前記撮影画像を表示するのに適したものとなるように、露光制御を行う露光制御手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記露光制御手段は、前記ミラーが前記光路から脱離した状態である場合には、露光時間を所定時間以下に設定することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記露光制御手段は、観察光学系への接眼が検知されない場合には、露光時間を所定時間以下に設定することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の撮像装置において、
前記所定時間は、前記表示手段により撮影画像を表示する際における、フレームレートに基づいて決定される時間であることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記撮像光学系による像に対応した画像データを生成するための信号を出力する複数の撮像画素と、撮像面上に設定された複数の焦点検出領域に対応して設けられ、前記撮影光学系の焦点状態を検出するための信号を出力する複数の焦点検出画素とを備え、
前記焦点検出手段は、前記複数の焦点検出領域のうち、一または二以上の焦点検出領域を構成する焦点検出画素からの信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態の検出を行い、
前記表示手段は、前記複数の撮像画素からの信号に基づいて、撮影画像の表示を行なうことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の撮像装置において、
前記露光制御手段は、前記複数の焦点検出領域のうち、全ての焦点検出領域を構成する焦点検出画素からの信号の信号強度が、前記閾値以下となるように、露光制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素は、前記撮像光学系の一対の瞳領域を通過する一対の光束を受光する光電変換部と、前記光電変換部に対応して設けられたマイクロレンズとを備え、
前記焦点検出手段は、前記焦点検出画素からの信号に基づいて、前記一対の光束により形成される一対の像の像ズレ量を算出することで、前記撮影光学系の焦点状態の検出を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素から出力される信号を、時系列順に複数記憶する記憶手段を備え、
前記焦点検出手段は、前記焦点検出画素から出力された信号と、前記記憶手段に記憶された信号とを積算し、積算した信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態の検出を行うことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、撮影光学系を通過する一対の光束が形成する一対の像に対応した一対の像信号を生成する複数個の焦点検出画素の配列を、撮像画素の配列中に混在させた撮像素子を備え、撮像画素の出力により画像信号を生成するとともに、焦点検出画素が生成する一対の像信号のズレ量に基づいて、撮影光学系の焦点状態を検出する、いわゆる瞳分割位相差検出方式の焦点検出機能を備えた撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、このような撮像装置においては、撮像画素の出力に基づいて生成される撮像画像を、撮像装置に備えられた表示装置に、スルー画像として表示させることが一般的に行なわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７５４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１では、撮像画素の出力に基づいて生成される撮像画像の表示を適正なものとするために、撮像素子の露光制御を行うものであるため、焦点検出画素の信号強度が不適切になる場合があった。具体的には、撮影画面全体の平均的な露光量が適正なものとなるように、露光制御を行った際に、たとえば、主要被写体が高輝度被写体である場合においては、焦点検出画素の信号強度が飽和してしまう場合があり、そのため、焦点検出が不能となってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、露光制御を適切に行ない、これにより撮影光学系の焦点状態の検出を良好に行うことのできる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。
【０００７】
[１]本発明の第一の観点に係る撮像装置は、撮影光学系を介した光束を受光して受光信号を出力する複数の画素を、２次元状に配列してなる撮像素子と、前記撮影光学系による像を視認可能な観察光学系と、前記複数の画素のうち、所定の画素からの受光信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記撮影光学系と前記撮像素子との間の光路中に挿脱可能に設けられ、前記光路中に挿入された状態において、前記光束を反射して前記観察光学系に導くとともに、前記光束の一部を透過するミラーと、前記ミラーが前記光路から脱離した状態である場合に、前記複数の画素からの受光信号に基づいて、撮影画像を表示する表示手段と、前記ミラーが前記光路に挿入された状態である場合には、前記焦点状態の検出に用いる画素からの受光信号の信号強度が、予め定められた閾値以下となるように、露光制御を行うとともに、前記ミラーが前記光路から脱離した状態である場合には、前記撮影画像の表示に用いる画素からの受光信号の信号強度が、前記撮影画像を表示するのに適したものとなるように、露光制御を行う露光制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
[２]本発明の第二の観点に係る撮像装置は、撮影光学系を介した光束を受光して受光信号を出力する複数の画素を、２次元状に配列してなる撮像素子と、前記撮影光学系による像を視認可能な観察光学系と、前記複数の画素のうち、所定の画素からの受光信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記観察光学系への接眼を検知する接眼検知手段と、前記観察光学系への接眼が検知されない場合に、前記複数の画素からの受光信号に基づいて、撮影画像を表示する表示手段と、前記観察光学系への接眼が検知された場合には、前記焦点状態の検出に用いる画素からの受光信号の信号強度が、予め定められた閾値以下となるように、露光制御を行うとともに、前記観察光学系への接眼が検知されない場合には、前記撮影画像の表示に用いる画素からの受光信号の信号強度が、前記撮影画像を表示するのに適したものとなるように、露光制御を行う露光制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
[３]本発明の第三の観点に係る撮像装置は、撮影光学系を介した光束を受光して受光信号を出力する複数の画素を、２次元状に配列してなる撮像素子と、前記撮影光学系による像を視認可能な観察光学系と、前記複数の画素のうち、所定の画素からの受光信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記複数の画素からの受光信号に基づいて、撮影画像を表示するための表示手段と、ユーザにより前記観察光学系が使用される場合には、前記焦点状態の検出に用いる画素からの受光信号の信号強度が、予め定められた閾値以下となるように、露光制御を行うとともに、ユーザにより表示手段が使用される場合には、前記撮影画像の表示に用いる画素からの受光信号の信号強度が、前記撮影画像を表示するのに適したものとなるように、露光制御を行う露光制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
[４]本発明の撮像装置において、前記露光制御手段が、前記ミラーが前記光路から脱離した状態である場合には、露光時間を所定時間以下に設定するように構成することができる。
【００１１】
[５]本発明の撮像装置において、前記露光制御手段が、観察光学系への接眼が検知されない場合には、露光時間を所定時間以下に設定するように構成することができる。
【００１２】
[６]本発明の撮像装置において、前記所定時間が、前記表示手段により撮影画像を表示する際における、フレームレートに基づいて決定される時間であるように構成することができる。
【００１３】
[７]本発明の撮像装置において、前記撮像素子が、前記撮像光学系による像に対応した画像データを生成するための信号を出力する複数の撮像画素と、撮像面上に設定された複数の焦点検出領域に対応して設けられ、前記撮影光学系の焦点状態を検出するための信号を出力する複数の焦点検出画素とを備え、前記焦点検出手段が、前記複数の焦点検出領域のうち、一または二以上の焦点検出領域を構成する焦点検出画素からの信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態の検出を行い、前記表示手段が、前記複数の撮像画素からの信号に基づいて、撮影画像の表示を行なうように構成することができる。
【００１４】
[８]本発明の撮像装置において、前記露光制御手段が、前記複数の焦点検出領域のうち、全ての焦点検出領域を構成する焦点検出画素からの信号の信号強度が、前記閾値以下となるように、露光制御を行うように構成することができる。
【００１５】
[９]本発明の撮像装置において、前記焦点検出画素が、前記撮像光学系の一対の瞳領域を通過する一対の光束を受光する光電変換部と、前記光電変換部に対応して設けられたマイクロレンズとを備え、前記焦点検出手段が、前記焦点検出画素からの信号に基づいて、前記一対の光束により形成される一対の像の像ズレ量を算出することで、前記撮影光学系の焦点状態の検出を行うように構成することができる。
【００１６】
[１０]本発明の撮像装置において、前記焦点検出画素から出力される信号を、時系列順に複数記憶する記憶手段を備え、前記焦点検出手段が、前記焦点検出画素から出力された信号と、前記記憶手段に記憶された信号とを積算し、積算した信号に基づいて、前記撮影光学系の焦点状態の検出を行うように構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の撮像装置によれば、露光制御を適切に行なうことができ、これにより撮影光学系の焦点状態を良好に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る一眼レフデジタルカメラを示す要部構成図である。
【図２】図２は、図１に示す撮像素子の撮像面における焦点検出位置を示す正面図である。
【図３】図３は、図２のIII部を拡大して焦点検出画素の配列を模式的に示す正面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３の撮像画素の一つを拡大して示す正面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３の焦点検出画素の一つを拡大して示す正面図である。
【図５】図５は、図３に示す３つの撮像画素ＲＧＢそれぞれの波長に対する相対感度を示す分光感度特性図である。
【図６】図６は、図３に示す焦点検出画素２２２の波長に対する相対感度を示す分光感度特性図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図４ＡのVIIa−VIIa線に沿う断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図４ＢのVIIb−VIIb線に沿う断面図である。
【図８】図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施形態に係る画素の配列を模式的に示す正面図であり、図２のIII部に相当する拡大正面図である。
【図１０】図１０は、図９の一対の焦点検出画素を拡大して示す正面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係るカメラの動作例を示すフローチャート（その１）である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係るカメラの動作例を示すフローチャート（その２）である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態が適用される一場面例を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、図１３に示す場面例における、各焦点検出エリアを構成する焦点検出画素の並び方向の位置と、焦点検出画素の信号強度との関係を示すグラフである。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）において、焦点検出エリアを構成する焦点検出画素の信号強度が飽和しないように、撮像素子の露光条件の設定した場合におる焦点検出画素の信号強度を示すグラフである。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態における、焦点検出画素の像信号の保存処理を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は、図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）において、信号強度の積算処理を行なった場合における焦点検出画素の信号強度を示すグラフである。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態に係るカメラの焦点検出演算（デフォーカス量演算）手順を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る一眼レフデジタルカメラ１を示す要部構成図である。本実施形態の一眼レフデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラ本体２とレンズ鏡筒３から構成され、これらカメラ本体２とレンズ鏡筒３はマウント部４により着脱可能に結合されている。
【００２１】
レンズ鏡筒３には、レンズ３１１、絞り３１２、ズームレンズ３１３、フォーカスレンズ３１４を含む撮影光学系３１が内蔵されている。フォーカスレンズ３１４は、レンズ鏡筒３の光束Ｌ１の光軸に沿って移動可能に設けられ、フォーカスレンズ駆動モータ３５によってその位置が調節される。なお、フォーカスレンズ駆動モータ３５は、後述するカメラ制御ＣＰＵ２５から出力され、レンズ制御ＣＰＵ３２を介してフォーカスレンズ駆動モータ３５に入力される指令信号に基づいて駆動する。
【００２２】
カメラ本体２は、被写体からの光束Ｌ１を撮像素子２２および光学ファインダ（観察光学系）２４へ導くためのハーフミラー２１を備えている。このハーフミラー２１は、回転軸Ｏを中心にして被写体の観察位置と撮影位置との間を回転する。図１では、ハーフミラー２１が被写体の観察位置にある状態を実線で示し、被写体の撮影位置にある状態を点線で示す。ハーフミラー２１は、被写体の観察位置にある状態では光束Ｌ１の光路上に挿入される一方で、被写体の撮影位置にある状態では光束Ｌ１の光路から退避するように回転する。したがって、以下の説明においてはハーフミラー２１が観察位置にある状態を挿入位置とも言い、撮影位置にある状態を退避位置ともいう。
【００２３】
ハーフミラー２１は、たとえば１ｍｍ程度の平行平面ガラスにより構成され、被写体側の主面に光束の半透過性を付与する多層膜が形成されている。そして、被写体の観察位置にある状態では、被写体からの光束Ｌ１の一部の光束Ｌ２を当該ハーフミラー２１で反射して光学ファインダ２４へ導き、残りの光束Ｌ３を透過させて撮像素子２２へ導く。
【００２４】
したがって、ハーフミラー２１が観察位置にある場合、被写体からの光束Ｌ１は光学ファインダ２４と撮像素子２２に導かれ、接眼レンズ２４３を介して、使用者により被写体が観察されるとともに、フォーカスレンズ３１４の焦点調節状態の検出が行われる。この状態から、使用者が操作部２８に備えられたレリーズボタンを押すとハーフミラー２１が撮影位置に回転し、被写体からの光束Ｌ１は全て撮像素子２２へ導かれ、撮影した画像データをメモリ２６に保存する。
【００２５】
光学ファインダ２４は、スクリーン２４１とペンタプリズム２４２と接眼レンズ２４３を備えている。スクリーン２４１は、ハーフミラー２１が観察位置にある状態において、撮像素子２２の撮像面と共役な面に配置されている。これにより、使用者は、スクリーン２４１上に形成された像をペンタプリズム２４２と接眼レンズ２４３を介して観察することができる。
【００２６】
カメラ本体２にはカメラ制御ＣＰＵ２５が設けられている。カメラ制御ＣＰＵ２５は、マウント部４に設けられた電気信号接点部４１によりレンズ制御ＣＰＵ３２と電気的に接続され、このレンズ制御ＣＰＵ３２からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御ＣＰＵ３２へデフォーカス量などのカメラボディ情報を送信する。また、カメラ制御ＣＰＵ２５は、撮像素子２２から画像信号を読み出すとともに、所定の情報処理を施して液晶ディスプレイ２７やメモリ２６に出力する。また、カメラ制御ＣＰＵ２５は、画像信号の補正や交換レンズ３の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ全体の制御を司る。
【００２７】
液晶ディスプレイ２７は、たとえばカメラ本体の背面に設けられた背面液晶表示素子２７１と、これを駆動する駆動回路２７２とを備え、カメラ制御ＣＰＵ２５から送出された画像信号を駆動回路２７２で受信し、この画像信号に応じた駆動信号を背面液晶表示素子２７１へ送出することで撮影画像を表示する。
なお、メモリ２６は着脱可能なカード型メモリや内蔵型メモリの何れをも用いることができる。
【００２８】
操作部２８は、カメラ１を起動させるための主電源スイッチや、シャッターレリーズボタン、ズームレンズ３１３のズーム動作を行なうためのズームスイッチ、さらには、撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチや、観察モード切替スイッチなどを備えている。観察モード切替スイッチは、被写体の観察モードを切替えるためのスイッチであり、観察モード切替スイッチを操作することにより、被写体像の観察に光学ファインダ２４を使用する光学ファインダモードと、被写体像の観察に背面液晶表示素子２７１を使用する背面液晶モードと、を切替えることが可能となっている。背面液晶モードにおいては、ハーフミラー２１が退避位置とされ、撮像素子２２からの画像信号が、カメラ制御ＣＰＵ２５を介して、駆動回路２７２および背面液晶表示素子２７１に送信され、送信された画像信号に基づく撮影画像を、背面液晶表示素子２７１に表示することにより、背面液晶表示素子２７１を使用して被写体像の観察を可能とする。一方、光学ファインダモードにおいては、ハーフミラー２１が挿入位置とされ、光学ファインダ２４を使用して被写体像の観察を行なうためのモードであるため、このような背面液晶表示素子２７１による撮影画像の表示は行なわない。
【００２９】
次に、本実施形態に係る撮像素子２２について説明する。
【００３０】
図２は、撮像素子２２の撮像面における焦点検出位置を示す正面図、図３は、図２のIII部を拡大して焦点検出画素２２２の配列を模式的に示す正面図である。なお、撮像素子２２は、たとえば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等で構成される。
【００３１】
本実施形態の撮像素子２２は、複数の撮像画素２２１が、撮像面の平面上に二次元的に配列され、緑色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する緑画素Ｇと、赤色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する赤画素Ｒと、青色の波長領域を透過するカラーフィルタを有する青画素Ｂがいわゆるベイヤー配列(Bayer Arrangement)されたものである。すなわち、隣接する４つの画素群２２３（稠密正方格子配列）において一方の対角線上に２つの緑画素が配列され、他方の対角線上に赤画素と青画素が１つずつ配列されている。このベイヤー配列された画素群２２３を単位として、当該画素群２２３を撮像素子２２の撮像面に二次元状に繰り返し配列することで撮像素子２２が構成されている。
【００３２】
なお、単位画素群２２３の配列は、図示する稠密正方格子配列以外にも、たとえば稠密六方格子配列にすることもできる。また、カラーフィルタの構成や配列はこれに限定されることはなく、補色フィルタ（緑：Ｇ、イエロー：Ｙｅ、マゼンタ：Ｍｇ，シアン：Ｃｙ）の配列を採用することもできる。
【００３３】
図４Ａは、撮像画素２２１の一つを拡大して示す正面図、図７Ａは図４ＡのVIIa−VIIa線に沿う断面図である。一つの撮像画素２２１は、マイクロレンズ２２１１と、光電変換部２２１２と、図示しないカラーフィルタから構成され、図７Ａの断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２１２が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２１１が形成されている。光電変換部２２１２は、マイクロレンズ２２１１により撮影光学系３１の射出瞳（たとえばＦ１．０）を通過する撮像光束を受光する形状とされ、撮像光束ＩＢを受光する。
【００３４】
なお、本実施形態のカラーフィルタはマイクロレンズ２２１１と光電変換部２２１２との間に設けられ、緑画素Ｇと赤画素Ｒと青画素Ｂのそれぞれのカラーフィルタの分光感度は、たとえば図５に示すとおりとされている。
【００３５】
図２および図３に戻り、撮像素子２２の撮像面の中心および中心から左右対称位置の３箇所には、上述した撮像画素２２１に代えて焦点検出画素２２２が配列された焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。図３に示すように、一つの焦点検出画素列は、複数の焦点検出画素２２２が横一列に配列されて構成されており、これらが１つの焦点検出エリアを形成する（以下、適宜、焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃを、焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃとする。）。本例の焦点検出画素２２２は、ベイヤー配列された撮像画素２２１の緑画素Ｇと青画素Ｂの位置にギャップを設けることなく密に配列されている。
【００３６】
なお、図２に示す焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃの位置、すなわち、焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃの位置は図示する位置にのみ限定されず、何れか一箇所又は二箇所にすることもでき、また、撮像素子２２の中心から上下対称の位置に配置することもできる。
【００３７】
図４Ｂは、焦点検出画素２２２の一つを拡大して示す正面図、図７Ｂは図４ＢのVIIb−VIIb線に沿う断面図である。焦点検出画素２２２は、図４Ｂに示すように、マイクロレンズ２２２１と、一対の光電変換部２２２２，２２２３から構成され、図７Ｂの断面図に示すように、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２２，２２２３が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１が形成されている。一対の光電変換部２２２２，２２２３は同じ大きさで、かつマイクロレンズ２２２１の光軸に対して左右対称に配置されている。この光電変換部２２２２，２２２３は、マイクロレンズ２２２１により撮影光学系３１の特定の射出瞳（たとえばＦ２．８）を通過する一対の光束を受光する形状とされている。すなわち、図７Ｂに示すように、焦点検出画素２２２の一方の光電変換部２２２２は一方の光束ＡＢ１を受光する一方で、焦点検出画素２２２の他方の光電変換部２２２３は、マイクロレンズ２２２１の光軸に対して光束ＡＢ１と対称となる光束ＡＢ２を受光する。
【００３８】
なお、焦点検出画素２２２にはカラーフィルタは設けられておらず、その分光特性は、光電変換を行うフォトダイオードの分光特性と、図示しない赤外カットフィルタの分光特性を総合したものとなっている。図６に焦点検出画素２２２の分光感度特性を示すが、相対感度は、図５に示す撮像画素２２１の青画素Ｂ、緑画素Ｇおよび赤画素Ｒの各感度を加算したような分光感度特性とされ、また感度が現れる光波長領域は、図５に示す撮像画素２２１の青画素Ｂ、緑画素Ｇおよび赤画素Ｒの感度の光波長領域を包摂した領域となっている。ただし、撮像画素２２１と同じカラーフィルタのうちの一つ、たとえば緑フィルタを備えるように構成することもできる。
【００３９】
また、図４Ｂに示す焦点検出画素２２２の光電変換部２２２２，２２２３は半円形状としたが、光電変換部２２２２，２２２３の形状はこれに限定されず、他の形状、たとえば、楕円形状、矩形状、多角形状にすることもできる。
【００４０】
ここで、上述した焦点検出画素２２２の出力に基づいて焦点を調節する、いわゆる瞳分割位相差検出方式について説明する。
【００４１】
図８は、図３のVIII-VIII線に沿う断面図であり、撮影光軸Ｌ上に配置された焦点検出画素２２２−１と、これに隣接する焦点検出画素２２２−２が、射出瞳３４の測距瞳３４１，３４２から照射される光束ＡＢ１−１，ＡＢ２−１，ＡＢ２−１，ＡＢ２−２を受光することを示す。ただし、その他の焦点検出画素についても、一対の光電変換部は一対の測距瞳３４１，３４２から照射される一対の光束を受光する。
【００４２】
ここで、射出瞳３４とは、交換レンズ３の予定焦点面に配置された焦点検出画素２２２のマイクロレンズ２２２１の前方Ｄの位置に設定された像である。距離Ｄは、マイクロレンズの曲率、屈折率、マイクロレンズと光電変換部との距離などに応じて一義的に決まる値であって、この距離Ｄを測距瞳距離と称する。また、測距瞳３４１，３４２とは、焦点検出画素２２２のマイクロレンズ２２２１により投影された光電変換部２２２２,２２２３の像をいう。
【００４３】
なお、同図において焦点検出画素２２２−１，２２２−２の配列方向は一対の測距瞳３４１，３４２の並び方向と一致している。
【００４４】
焦点検出画素２２２のマイクロレンズ２２２１−１，２２２１−２は、交換レンズ３の予定焦点面近傍に配置されており、光軸Ｌ上に配置されたマイクロレンズ２２２１−１により、その背後に配置された一対の光電変換部２２２２−１，２２２３−１の形状が測距瞳距離Ｄだけ離れた射出瞳３４上に投影され、その投影形状は測距瞳３４１，３４２を形成する。
【００４５】
同様に、光軸Ｌ上から離間して配置されたマイクロレンズ２２２１−２により、その背後に配置された一対の光電変換部２２２２−２，２２２３−２の形状が測距瞳距離Ｄだけ離れた射出瞳３４上に投影され、その投影形状は測距瞳３４１，３４２を形成する。
【００４６】
すなわち、測距瞳距離Ｄにある射出瞳３４上で、各焦点検出画素２２２の光電変換部２２２２，２２２３の投影形状（測距瞳３４１，３４２）が一致するように各画素２２２の投影方向が決定されている。
【００４７】
なお、焦点検出画素２２２−１の光電変換部２２２２−１は、一方の測距瞳３４１を通過しマイクロレンズ２２２１−１に向かう一方の焦点検出光束ＡＢ１−１により、マイクロレンズ２２２１−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。これに対して、光電変換部２２２３−１は、他方の測距瞳３４２を通過しマイクロレンズ２２２１−１に向かう他方の焦点検出光束ＡＢ２−１により、マイクロレンズ２２２１−１上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４８】
同様に、焦点検出画素２２２−２の光電変換部２２２２−２は、一方の測距瞳３４１を通過しマイクロレンズ２２２１−２に向かう一方の焦点検出光束ＡＢ１−２により、マイクロレンズ２２２１−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。これに対して、光電変換部２２２３−２は、他方の測距瞳３４２を通過しマイクロレンズ２２２１−２に向かう他方の焦点検出光束ＡＢ２−２により、マイクロレンズ２２２１−２上に形成される像の強度に対応した信号を出力する。
【００４９】
以上の焦点検出画素２２２を、図３に示すように直線状に複数配置し、各焦点検出画素２２２の一対の光電変換部２２２２，２２２３の出力を、測距瞳３４１と測距瞳３４２のそれぞれに対応した出力グループにまとめることにより、測距瞳３４１と測距瞳３４２のそれぞれを通過する焦点検出光束ＡＢ１，ＡＢ２が焦点検出画素列上に形成する一対の像の強度分布に関するデータが得られる。この強度分布データに対し、相関演算処理又は位相差検出処理などの像ズレ検出演算処理を施すことにより、いわゆる瞳分割位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。
【００５０】
そして、得られた像ズレ量に一対の測距瞳の重心間隔に応じた変換演算を施すことにより、予定焦点面に対する現在の焦点面（予定焦点面上のマイクロレンズアレイの位置に対応した焦点検出位置における焦点面をいう。）の偏差、すなわちデフォーカス量を求めることができる。
【００５１】
ちなみに、図３および図４Ｂに示す本実施形態の焦点検出画素２２２に代えて、図９および図１０に示す焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを用いることもできる。図９は、本発明の他の実施形態に係る画素の配列を模式的に示す正面図であり、図２のIII部に相当する拡大正面図、図１０は、図９の一対の焦点検出画素を拡大して示す正面図である。
【００５２】
図３および図４Ｂに示す実施形態では、焦点検出画素２２２として一つの画素に一対の光電変換部２２２２，２２２３を有するものを用いたのに対し、図９および図１０に示す実施形態では一対の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂのそれぞれに対をなす光電変換部２２２４，２２２５を有するものを用いる。
【００５３】
図１０に示す焦点検出画素２２２ａは、マイクロレンズ２２２１と、光電変換部２２２４から構成され、図７Ｂに示す断面図と同様に、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２４が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１が形成されている。光電変換部２２２４はマイクロレンズ２２２１の光軸に対して左右対称の位置のうちの左側に配置されている。
【００５４】
これに対して、図１０に示す焦点検出画素２２２ｂも、マイクロレンズ２２２１と、光電変換部２２２５から構成され、図７Ｂに示す断面図と同様に、撮像素子２２の半導体回路基板２２１３の表面に光電変換部２２２５が造り込まれ、その表面にマイクロレンズ２２２１が形成されている。光電変換部２２２５はマイクロレンズ２２２１の光軸に対して左右対称の位置のうちの右側に配置されている。
【００５５】
そして、図９に示すように、一対の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂは撮像素子２２の中心から左右一列に配置され、撮影光学系３１の射出瞳を通過する一対の光束をこれら一対の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂそれぞれの光電変換部２２２４，２２２５で受光する。
【００５６】
このように、異なる画素で構成される一対の焦点検出画素２２２ａ，２２２ｂを用いても、一対の光電変換部２２２４，２２２５の出力結果に基づいて、瞳分割位相差検出方式による像ズレ量を検出することができる。
【００５７】
これに加えて、撮像素子２２を構成する画素からの出力読出回路の構成がシンプルになるという利点もある。
【００５８】
次に、本実施形態に係るカメラの動作例を説明する。図１１、図１２は本実施形態に係るカメラ１の動作を示すフローチャートである。
【００５９】
まず、ステップＳ１００にてカメラ１の電源がＯＮされていることが確認されると、ステップＳ１１０に進む。なお、本実施形態のカメラ１は、電源がＯＮされると、撮像素子２２により、所定の周期（たとえば、１秒間に６０フレーム）で、撮像光束の受光および信号の出力が繰り返し行なわれるような設定とされている。
【００６０】
次いで、ステップＳ１１０に進み、ステップＳ１１０では、操作部２８を介して、光学ファインダモード（被写体像の観察に光学ファインダ２４を使用するモード）が選択されているか、あるいは、背面液晶モード（被写体像の観察に背面液晶表示素子２７１を使用するモード）が選択されているかの判断が行なわれる。光学ファインダモードが選択されている場合には、ステップＳ１２０に進む。一方、背面液晶モードが選択されている場合には、ステップＳ１４０に進む。
【００６１】
ステップＳ１１０において、光学ファインダモードが選択されていると判定された場合には、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、ハーフミラー２１が挿入位置（観察位置）にあるか否かの判定が行なわれ、ハーフミラー２１が挿入位置にない場合には、ハーフミラー２１を、挿入位置に移動させる。一方、ハーフミラー２１が挿入位置にある場合には、挿入位置のままとする。
【００６２】
次いで、ステップＳ１３０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、図２に示す焦点検出画素列２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、すなわち、焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の信号強度が飽和しないように、撮像素子２２の露光条件の設定が行なわれる。
【００６３】
たとえば、図１３に示すように、焦点検出エリア２２ａにおいて高輝度被写体１００ａを、焦点検出エリア２２ｂにおいて中輝度被写体１００ｂを、焦点検出エリア２２ｃにおいて低輝度被写体１００ｃを、それぞれ捕捉している場合において、露光条件によっては、各焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃにおける信号強度は、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）に示すようになってしまう。ここで、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、図１３に示す場面例における、各焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の並び方向の位置と、焦点検出画素２２２の信号強度との関係を示すグラフであり、図１４（Ａ）は、高輝度被写体１００ａを捕捉している焦点検出エリア２２ａにおける信号強度を、図１４（Ｂ）は、中輝度被写体１００ｂを捕捉している焦点検出エリア２２ｂにおける信号強度を、図１４（Ｃ）は、低輝度被写体１００ｃを捕捉している焦点検出エリア２２ｃにおける信号強度を、それぞれ示している。また、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）において、焦点検出画素２２２の一対の像信号の信号強度のうち、一方の信号強度を実線で、他方の信号強度を破線で、それぞれ示している。
【００６４】
すなわち、このような場合においては、図１４（Ａ）に示すように、高輝度被写体１００ａを捕捉している焦点検出エリア２２ａにおいては、焦点検出画素２２２からの一対の信号強度が飽和信号強度に達してしまい、焦点検出エリア２２ａにおいては、焦点検出が不能となってしまう。
【００６５】
そのため、本実施形態では、図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）に示すように、焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の一対の像信号の信号強度が飽和しないように、撮像素子２２の露光条件を設定するものである。なお、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）において、露光条件を変更した場合における各焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の並び方向の位置と、焦点検出画素２２２の信号強度との関係を示すグラフであり、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）と同様に、図１５（Ａ）は、高輝度被写体１００ａを捕捉している焦点検出エリア２２ａにおける信号強度を、図１５（Ｂ）は、中輝度被写体１００ｂを捕捉している焦点検出エリア２２ｂにおける信号強度を、図１５（Ｃ）は、低輝度被写体１００ｃを捕捉している焦点検出エリア２２ｃにおける信号強度を、それぞれ示している。図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）に示すように、各焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の一対の像信号の信号強度が、飽和信号強度に到達しないような露光条件を設定することにより、高輝度被写体１００ａを捕捉している焦点検出エリア２２ａにおいて、焦点検出画素２２２からの一対の像信号の信号強度が所定の飽和信号強度に達してしまい、焦点検出が不能となってしまうことを有効に防止することができる。
【００６６】
焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の信号強度が飽和しないような露光条件の設定方法としては、特に限定されないが、たとえば、前回処理時に取得した各焦点検出画素２２２の像信号のうち、最も高い信号強度を有する像信号の信号強度をＦｍａｘとし、飽和信号強度以下の予め定められた閾値をＦａとした場合に、撮像素子２２の露光量が、前回処理時の露光量に対して、「前回露光量×（Ｆａ／Ｆｍａｘ）」となるような露光条件を設定することができる。なお、閾値Ｆａは、飽和信号強度をＦｓａｔとした場合に、たとえば、Ｆａ＝０．５×Ｆｓａｔ〜０．８×Ｆｓａｔの範囲に設定される。
【００６７】
また、本実施形態において、撮像素子２２の露光量は、撮像素子２２を構成する撮像画素２２１および焦点検出画素２２２の電荷蓄積時間、撮像素子２２を構成する撮像画素２２１および焦点検出画素２２２の信号の増幅ゲイン、および、絞り３１２の開口径を調整することにより、制御することができる。ここで、撮像素子２２を構成する撮像画素２２１および焦点検出画素２２２の電荷蓄積時間は、撮像素子２２による、撮像光束の受光および信号の出力の周期以下の時間とする。また、撮像素子２２が、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサである場合には、撮像画素２２１および焦点検出画素２２２は、同一の電荷蓄積時間および同一の増幅ゲインに設定される。
【００６８】
一方、ステップＳ１１０において、背面液晶モードが選択されている場合には、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、ハーフミラー２１が退避位置（撮影位置）にあるか否かの判定が行なわれ、ハーフミラー２１が退避位置にない場合には、ハーフミラー２１を、退避位置に移動させる。一方、ハーフミラー２１が退避位置にある場合には、退避位置のままとする。
【００６９】
次いで、ステップＳ１５０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、撮像画素２２１の画像信号の信号強度が、背面液晶表示素子２７１に表示させるための表示用画像の生成に適した値となるように、露光条件の設定が行なわれる。なお、表示用画像の生成に適した値となるような露光条件としては、特に限定されないが、たとえば、撮像面の中央付近に位置する撮像画素２２１の画像信号の信号強度が、飽和信号強度に到達しないような露光条件としてもよいし、あるいは、撮像面全体において、撮像画素２２１の画像信号の信号強度が不適切な部分（信号強度が弱すぎる部分や、飽和信号強度に到達してしまう部分）が最も少なくなるような露光条件としてもよい。さらには、撮像素子２２を構成する全ての撮像画素２２１の画像信号の信号強度の平均値が予め定められた閾値以上となるような露光条件としてもよい。
【００７０】
また、ステップＳ１５０において、露光条件を決定する際には、前回処理時における撮像画素２２１の画像信号の信号強度を用いて、撮像素子２２の露光量を決定してもよいし、あるいは、カメラ１に備えられた測光手段（図示省略）による測光データを用いて、撮像素子２２の露光量を決定してもよく、撮像素子２２の露光量は、上述したステップＳ１３０と同様にして制御することができる。なお、ステップＳ１５０においては、撮像素子２２を構成する撮像画素２２１および焦点検出画素２２２の電荷蓄積時間は、後述するステップＳ１８０において、背面液晶表示素子２７１により表示用画像を表示する際のフレームレート以下に設定する。背面液晶表示素子２７１により表示用画像を表示する際のフレームレートは、通常、撮像素子２２による、撮像光束の受光および信号の出力の周期と同様に設定される。
【００７１】
ステップＳ１６０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、撮像素子２２を構成する撮像画素２２１からの画像信号および焦点検出画素２２２からの一対の像信号の読み出しが行なわれる。なお、ステップＳ１６０では、ステップＳ１３０またはステップＳ１５０において設定された露光条件で露光された際の撮像画素２２１および焦点検出画素２２２の画像信号および像信号が読み出される。
【００７２】
ステップＳ１７０では、操作部２８を介して、光学ファインダモードが選択されているか、あるいは、背面液晶モードが選択されているかの判断が行なわれる。光学ファインダモードが選択されている場合には、ステップＳ１９０に進む。一方、背面液晶モードが選択されている場合には、ステップＳ１８０に進む。
【００７３】
ステップＳ１８０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、ステップＳ１６０において読み出した撮像画素２２１からの画像信号に基づき、背面液晶表示素子２７１に表示させるための表示用画像の生成が行なわれる。そして、カメラ制御ＣＰＵ２５は、生成された表示用画像の画像信号を駆動回路２７２に送信し、画像信号に応じた駆動信号が、背面液晶表示素子２７１へ送出されることで、背面液晶表示素子２７１により表示用画像の表示が行なわれる。なお、背面液晶表示素子２７１による表示用画像の表示は、背面液晶モードが選択されている場合には、操作部２８に備えられたレリーズボタンが押されるまで、撮像素子２２の撮像光束の受光および信号の出力の周期に対応して、繰り返し実行される。
【００７４】
ステップＳ１９０では、ステップＳ１６０で読み出した各焦点検出画素２２１の像信号の保存処理が行なわれる。図１６は、本実施形態における、焦点検出画素２２１の一対の像信号の保存処理を説明するための図である。図１６においては、時間ｔｎにおいて、各焦点検出画素２２１の像信号は、焦点検出画素信号ｎとして読み出され、同様に、時間ｔｎよりも１周期前の時間ｔｎ−１において焦点検出画素信号ｎ−１、さらに時間ｔｎ−２において焦点検出画素信号ｎ−２、時間ｔｎ−３において焦点検出画素信号ｎ−３として読み出された場面を示している。
【００７５】
本実施形態においては、カメラ本体２に備えられたメモリ２６には、図１６に示すように、撮像素子２２を構成する各焦点検出画素２２１の像信号を保存するための領域として、第１メモリ領域〜第８メモリ領域の８つの領域が確保されており、たとえば、時間ｔｎ−３においては、メモリ２６中の第１メモリ領域に、時間ｔｎ−３において読み出された焦点検出画素信号ｎ−３が格納され、かつ、メモリ２６中の第２メモリ領域〜第８メモリ領域に、時間ｔｎ−３よりも１周期前〜７周期前に読み出された焦点検出画素信号ｎ−４〜焦点検出画素信号ｎ−１０が格納される。すなわち、本実施形態においては、今回処理時に読み出された像信号に加え、１周期前〜７周期前に読出された像信号を、メモリ２６に保存する。
【００７６】
そして、図１６に示すように、時間ｔｎ−３の次の周期である時間ｔｎ−２においては、メモリ２６中の第１メモリ領域に、時間ｔｎ−２において読み出された焦点検出画素信号ｎ−２が格納され、時間ｔｎ−３において、第１メモリ領域〜第７メモリ領域に、それぞれ格納されていた焦点検出画素信号ｎ−３〜焦点検出画素信号ｎ−９が、それぞれ、第２メモリ領域〜第８メモリ領域に移動するとともに、時間ｔｎ−３において、第８メモリ領域に格納されていた焦点検出画素信号ｎ−１０は、削除される。
【００７７】
同様に、時間ｔｎ−１、時間ｔｎにおいても、それぞれ、焦点検出画素信号ｎ−１、焦点検出画素信号ｎが、第１メモリ領域に格納され、第１メモリ領域〜第７メモリ領域に、それぞれ格納されていた焦点検出画素信号が、第２メモリ領域〜第８メモリ領域に移動するとともに、第８メモリ領域に格納されていた焦点検出画素信号については、削除されることとなる。このように、本実施形態では、当該周期において読出された焦点検出画素信号と、直近７周期において読出された焦点検出画素信号とが、メモリ２６に格納されるように、撮像素子２２を構成する各焦点検出画素２２１の像信号の保存処理を行なう。なお、図１６には、メモリ２６が、撮像素子２２を構成する各焦点検出画素２２１の像信号を保存するための領域として、第１メモリ領域〜第８メモリ領域の８つの領域を有している例を示したが、その数は特に限定されず、適宜、設定することができる。
【００７８】
次いで、ステップＳ２００では、メモリ２６中の第１メモリ領域〜第８メモリ領域に格納されている焦点検出画素信号の積算処理が行なわれる。たとえば、図１６に示す時間ｔｎにおいては、第１メモリ領域に格納された焦点検出画素信号ｎ、および第２メモリ領域〜第８メモリ領域にそれぞれ格納された焦点検出画素信号ｎ−１〜焦点検出画素信号ｎ−７を用いて、これらの信号強度を積算する処理が行なわれる。
【００７９】
図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）に、積算処理後の信号強度を示すグラフを示す。ここで、図１７（Ｂ）は、図１５（Ｂ）に示す信号強度に対して、積算処理を行なった後における信号強度を示すグラフ、すなわち、中輝度被写体１００ｂを捕捉している焦点検出エリア２２ｂにおける像信号の信号強度に対して、積算処理を行なった後における信号強度を示すグラフである。同様に、図１７（Ｃ）は、図１５（Ｃ）に示す信号強度に対して、積算処理を行なった後における信号強度を示すグラフ、すなわち、低輝度被写体１００ｃを捕捉している焦点検出エリア２２ｃにおける像信号の信号強度に対して、積算処理を行なった後における信号強度を示すグラフである。
【００８０】
本実施形態によれば、ステップＳ１３０において、焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の信号強度が飽和しないように、撮像素子２２の露光条件の設定が行なわれることによって、図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）に示すように、焦点検出に適さない信号強度となった場合でも、このような信号強度の積算処理を行なうことにより、図１７（Ｂ）、図１７（Ｃ）に示すように、焦点検出に適したものとすることができる。
【００８１】
なお、図１５（Ａ）に示すように、高輝度被写体１００ａを捕捉している焦点検出エリア２２ａにおける像信号の信号強度は、焦点検出を行うために充分なものとなっており、このような場合には、信号強度の積算処理は必ずしも必要ないため、このような場合には、信号強度の積算処理は行なわない（図１７（Ａ））。すなわち、本実施形態においては、信号強度が、焦点検出に適したものとなっているか否かを判断し、その結果、焦点検出に適したものとなっていない場合に、信号強度の積算処理を行なう。また、信号強度の積算処理を行なう際に用いる像信号の数（積算回数）は、特に限定されないが、たとえば、第１メモリ領域に格納されている今回処理時における像信号の信号強度と、焦点検出を行うのに必要となる信号強度との差に基づいて、決定することができる。すなわち、これらの差が大きい場合には、信号強度の積算処理を行なう際に用いる像信号の数を多く設定し、反対に、これらの差が小さい場合には、信号強度の積算処理を行なう際に用いる像信号の数を少なく設定することができる。
【００８２】
次いで、図１２に進み、図１２に示すステップＳ２１０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、ステップＳ１６０において読出した焦点検出画素２２２の一対の像信号に基づいて、デフォーカス量の算出が行なわれる。本実施形態においては、デフォーカス量の算出は、焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃごとに行なわれる。また、上述したステップＳ２００において信号強度の積算処理が行なわれている場合には、積算処理後のデータを用いて、デフォーカス量の算出を行なう。
【００８３】
ここで、読み出された一対の像信号に基づく像ズレ検出演算処理（相関演算処理）の一例を簡単に説明する。
【００８４】
焦点検出画素２２２により検出される一対の像は、測距瞳３４１，３４２が交換レンズ３の絞り開口３１２により遮光され、光量バランスが崩れている可能性がある。したがって、本実施形態では、この光量バランスの崩れに対して像ズレ検出精度を維持できるタイプの相関演算を施す。
【００８５】
まず、焦点検出画素列から読み出された一対の像信号のデータ列をＡ１１〜Ａ１Ｍ、Ａ２１〜Ａ２Ｍ（Ｍはデータ数）とし、下記相関演算式（下記式（１））を行い、相関量Ｃ（ｋ）を演算する。
Ｃ（ｋ）＝Σ｜Ａ１ｎ・Ａ２ｎ＋１＋ｋ−Ａ２ｎ＋ｋ・Ａ１ｎ＋１｜    （１）
【００８６】
なお、上記式（１）においてΣ演算はｎについての累積演算（総和演算）を示し、ｎの範囲は、像ずらし量ｋに応じてＡ１ｎ、Ａ１ｎ＋１、Ａ２ｎ＋ｋ、Ａ２ｎ＋１＋ｋのデータが存在する範囲に限定される。また、像ずらし量ｋは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。
【００８７】
上記式（１）の演算結果は、図１８（Ａ）に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量（図１８（Ａ）ではｋ＝ｋj＝２）において相関量Ｃ（ｋ）が極小（小さいほど相関度が高い）になる。
【００８８】
次に、下記式（２）〜下記式（５）による３点内挿の手法を用いて、連続的な相関量に対する極小値Ｃ（ｘ）を与えるシフト量ｘを求める。
ｘ＝ｋj＋Ｄ／ＳＬＯＰ    （２）
Ｃ（ｘ）＝ Ｃ（ｋj）−｜Ｄ｜    （３）
Ｄ＝｛Ｃ（ｋj−１）−Ｃ（ｋ j＋１）｝／２    （４）
ＳＬＯＰ＝ＭＡＸ｛Ｃ（ｋj＋１）−Ｃ（ｋj），Ｃ（ｋj−１）−Ｃ（ｋj）｝    （５）
【００８９】
そして、上記式（２）で算出されたシフト量ｘの信頼性があるかどうかは、以下のようにして判定する。
【００９０】
すなわち、図１８（Ｂ）に示すように、一対のデータの相関度が低い場合は、内挿された相関量の極小値Ｃ（ｘ）の値が大きくなる。したがって、Ｃ（ｘ）が所定の閾値以上の場合は算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。
【００９１】
または、Ｃ（ｘ）をデータのコントラストで規格化するために、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰでＣ（ｘ）を除した値が予め定められた閾値以上の場合は、算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。
【００９２】
あるいは、コントラストに比例した値となるＳＬＯＰが予め定められた閾値以下の場合は、被写体が低コントラストであり、算出されたシフト量の信頼性が低いと判定し、算出されたシフト量ｘをキャンセルする。
【００９３】
また、図１８（Ｃ）に示すように、一対のデータの相関度が低く、シフト範囲ｋｍｉｎ〜ｋｍａｘの間で相関量Ｃ（ｋ）の落ち込みがない場合は、極小値Ｃ（ｘ）を求めることができず、このような場合は焦点検出不能と判定する。
【００９４】
なお、相関演算式としては上述した上記式（１）に限定されず他の公知の相関式を利用することもできる。
【００９５】
算出されたシフト量ｘの信頼性があると判定された場合は、下記式（６）により像ズレ量ｓｈｆｔを求める。
ｓｈｆｔ＝ＰＹ・ｘ    （６）
なお、上記式（６）において、ＰＹは検出ピッチ（焦点検出画素のピッチ）である。
【００９６】
そして、最後に、上記式（６）で算出された像ズレ量ｓｈｆｔに所定の変換係数ｋを乗じてデフォーカス量ｄｅｆを求める。
ｄｅｆ＝ｋ・ｓｈｆｔ    （７）
【００９７】
ステップＳ２２０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、ステップＳ２１０で算出したデフォーカス量のうち、最至近のデフォーカス量が、焦点調節用デフォーカス量に設定される。なお、本実施形態では、最至近のデフォーカス量を焦点調節用デフォーカス量に設定する場合を例示するが、特に限定されず、たとえば、特定被写体に対応するデフォーカス量を、焦点調節用デフォーカス量としてもよい。
【００９８】
次いで、ステップＳ２３０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、ステップＳ２２０で設定された焦点調節用デフォーカス量の絶対値が、予め定められた閾値以内であるか否かの判定が行なわれる。焦点調節用デフォーカス量の絶対値が予め定められた閾値以内にあるときは合焦しているものとし、ステップＳ２５０に進む。一方、焦点調節用デフォーカス量の絶対値が予め定められた閾値以内にないときは、合焦していないものとし、ステップＳ２４０に進む。
【００９９】
ステップＳ２３０において、合焦していないと判定された場合には、ステップＳ２４０に進み、ステップＳ２３０においては、カメラ制御ＣＰＵ２５により、ステップＳ２２０で設定された焦点調節用デフォーカス量が、レンズ制御ＣＰＵ３２に送信される。そして、レンズ制御ＣＰＵ３２は、焦点調節用デフォーカス量に基づき、フォーカスレンズ駆動モータ３５により、フォーカスレンズ３１４を、合焦位置に駆動させて、ステップＳ１１０に戻り、再度、上述したステップＳ１１０〜Ｓ２３０の処理を実行する。なお、ステップＳ２２０で設定された焦点調節用デフォーカス量の信頼性が低い場合や、ステップＳ２１０においてデフォーカス量が算出できなかった場合には、カメラ制御ＣＰＵ２５は、デフォーカス量が得られなかったという旨の信号を、レンズ制御ＣＰＵ３２に送出し、レンズ制御ＣＰＵ３２にフォーカスレンズ駆動モータ３５の制御を更新させずに、ステップＳ１１０に戻る。すなわち、このような場合には、前回処理時以前に算出されたデフォーカス量に基づくフォーカスレンズ３１４の駆動が、引き続き継続される。
【０１００】
一方、ステップＳ２３０において、合焦していると判定された場合には、ステップＳ２５０に進み、ステップＳ２５０においては、操作部２８に設けられた図示しないレリーズボタンが押されたか否かを判断する。レリーズボタンが押された場合にはステップＳ２６０に進み、レリーズボタンが押されていない場合には、ステップＳ１１０に戻り、再度、上述したステップＳ１１０〜Ｓ２３０の処理を実行する。
【０１０１】
ステップＳ２６０では、操作部２８を介して、光学ファインダモードが選択されているか、あるいは、背面液晶モードが選択されているかの判断が行なわれる。光学ファインダモードが選択されている場合には、ステップＳ２７０に進む。一方、背面液晶モードが選択されている場合には、ステップＳ２８０に進む。
【０１０２】
ステップＳ２７０では、ステップＳ２６０において、光学ファインダモードが選択されていると判定されたため、被写体からの光束Ｌ１を全て撮像素子２２に導くために、ハーフミラー２１を退避位置に移動させる。
【０１０３】
ステップＳ２８０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、撮影用の適正露光量となるように、撮像素子２２の露光制御が行われ、次いで、ステップＳ２９０では、カメラ制御ＣＰＵ２５により、撮像素子２２を構成する撮像画素２２１からの画像信号および焦点検出画素２２２からの像信号の読み出しが行なわれる。
【０１０４】
ここで、ステップＳ２９０において読み出された焦点検出画素２２２の画像データは白黒データであることから、ステップＳ３００にて、焦点検出画素２２２が位置する画素データを、これら焦点検出画素２２２の周囲の撮像画素２２１の画像データに基づいて画素補間する。これにより、焦点検出画素２２２の位置におけるカラー画像データを得ることができる。
【０１０５】
最後に、ステップＳ３００にて、撮像画素２２１の画像データおよび補間された画像データをメモリ２６に保存する。このとき、得られた画像データを間引き処理して背面液晶表示素子２７１に表示することもできる。
【０１０６】
本実施形態のカメラ１は、以上のように動作する。
【０１０７】
本実施形態においては、被写体を観察するためのモードとして、被写体像の観察に光学ファインダ２４を使用する光学ファインダモードが選択されており、ハーフミラー２１が、挿入位置とされる場合には、焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の一対の像信号の信号強度が飽和しないように、撮像素子２２の露光条件を制御するものである。これにより、本実施形態によれば、焦点検出画素２２２の一対の像信号の信号強度が飽和してしまうことにより、焦点検出ができなくなってしまうという不具合を有効に防止することができ、これにより、撮影光学系の焦点状態を良好に検出することができる。特に、本実施形態においては、光学ファインダモードが選択されており、ハーフミラー２１が、挿入位置とされる場合には、背面液晶表示素子２７１を使用した被写体の観察が行なわれないため、このような場合には、撮像素子２２の露光条件を、背面液晶表示素子２７１に表示するための表示画像に適したものとする必要はないことを利用して、上記したような露光条件の制御を行なうものである。
【０１０８】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【０１０９】
たとえば、上述した実施形態では、撮影者が操作部２８を操作することにより、光学ファインダモードと、背面液晶モードとを切替えるような構成としたが、撮影者の操作によることなく自動で、光学ファインダモードと、背面液晶モードとを切替えるような構成としてもよい。たとえば、図１に示す光学ファインダ２４を構成する接眼レンズ２４３の近傍に、撮影者が光学ファインダ２４を覗き込んだ場合に、接眼レンズ２４３への接眼を検知する接眼検知装置を設け、接眼検知装置により、撮影者の接眼を検知した場合に、光学ファインダモードに切替えるとともに、撮影者の接眼が検知されない場合には、背面液晶モードに切替えるような構成としてもよい。なお、このような接眼検知装置としては、たとえば、発光素子と受光素子とを備え、撮影者が光学ファインダ２４を覗き込んだ場合に、発光素子が発光した赤外光が、撮影者の眼球などにより反射することで生じる反射光を受光素子により受光することにより、接眼を検知できるような装置を用いることができる。
【０１１０】
そして、この場合においても、光学ファインダモードが選択されている場合には、上述した実施形態と同様にして、焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃを構成する焦点検出画素２２２の一対の像信号の信号強度が飽和しないように、撮像素子２２の露光条件の設定が行なわれ、一方、背面液晶モードが選択されている場合にも、上述した実施形態と同様にして、撮像画素２２１の画像信号の信号強度が、背面液晶表示素子２７１に表示させるための表示用画像の生成に適した値となるように、露光条件の設定が行なわれる。
【０１１１】
また、上述した実施形態では、光学ファインダモードが選択されている場合には、ハーフミラー２１を挿入位置とし、背面液晶モードが選択されている場合には、ハーフミラー２１を退避位置に移動させるような構成としたが、背面液晶モードが選択されている場合に、ハーフミラー２１を退避位置に移動させずに、挿入位置のままとしてもよい。あるいは、上述した実施形態では、ハーフミラー２１を挿入位置と退避位置とを移動可能な構成としたが、たとえば、ハーフミラー２１をペリクルミラーで構成し、挿入位置に固定したような構成としてもよい。このような構成とすることで、ハーフミラー２１の移動機構が不要となり、そのため、カメラ１の軽量・小型化が可能となると共に、ハーフミラー２１の移動動作が不要となるため、スムースな撮影動作が可能となる。
【０１１２】
さらに、上述した実施形態においては、光学ファインダモードにおける、撮像素子２２を構成する撮像画素２２１および焦点検出画素２２２の電荷蓄積時間を、撮像素子２２による、撮像光束の受光および信号の出力の周期以下の時間に設定したが、低輝度時には、電荷蓄積時間を、撮像光束の受光および信号の出力の周期よりも長く設定してもよい。すなわち、撮像光束の受光および信号の出力の周期を、電荷蓄積時間に応じて、長く設定してもよい。特に、本実施形態においては、光学ファインダモードが選択されている場合には、背面液晶表示素子２７１への撮像画像の表示を行なわないため、このように、撮像光束の受光および信号の出力の周期を、電荷蓄積時間に応じて、長く設定することが可能となる。
【０１１３】
また、上述した実施形態では、撮像素子２２に備えられえた各焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃにおいて、同時に焦点検出を行う態様を例示したが、撮影者が、手動で、各焦点検出エリア２２ａ，２２ｂ，２２ｃのうち、焦点検出を行うための焦点検出エリアを選択し、選択された焦点検出エリアにおいて、焦点検出を行うような構成としてもよい。さらに、上述した実施形態では、撮像素子２２に、複数の焦点検出エリアを有する構成を例示したが、単一の焦点検出エリアを有するような構成としてもよく、この場合においても、上述した効果を奏することができるのはもちろんである。
【０１１４】
さらに、上述した実施形態では、撮像素子２２が瞳分割型位相差検出用の焦点検出画素２２２を備える構成を例示したが、本発明はこのような構成に特に限定されるものではく、撮像素子２２が、いわゆるコントラスト検出に用いられる焦点検出画素を備える構成である場合にも、適用することができる。
【０１１５】
なお、本実施形態の撮像装置１は、上述した一眼レフデジタルカメラに限定されず、レンズ一体型デジタルスチルカメラやビデオカメラにも適用できる。また、携帯電話機などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラ、ロボット用視覚認識装置等にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１６】
１…一眼レフデジタルカメラ
２…カメラ本体
２１…ハーフミラー
２２…撮像素子
２２１…撮像画素
２２２，２２２ａ，２２２ｂ…焦点検出画素
２２２１…マイクロレンズ
２２２２〜２２２５…光電変換部
２４…光学ファインダ（観察光学系）
２５…カメラ制御ＣＰＵ
２７１…背面液晶表示素子
３…交換レンズ
３２…レンズ制御ＣＰＵ
３３…距離表示器
３１４…フォーカスレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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