(57)【要約】【課題】射出瞳における一対の瞳部分を規定する遮光部の光透過部分に位置ずれが生じた場合でも位相差検出を精度良く行える撮像素子の技術を提供する。【解決手段】撮像装置に設けられる撮像素子は、遮光マスク１２ａ、１２ｂに形成された菱形状の開口部ＯＰａ、ＯＰｂにより撮影光学系の射出瞳において左右方向に偏った瞳部分として規定される左側部分Ｑａおよび右側部分Ｑｂそれぞれを通過した被写体光束を受光する一対の画素１１ａ、１１ｂを複数備えている。このような菱形状の開口部ＯＰａ、ＯＰｂにより、開口部を位置決め形成する際に位置ずれが生じても各開口部Ｏｐａ、ＯＰｂを通過する被写体光束において射出瞳によるケラレが殆ど発生しないため、一対の画素１１ａ、１１ｂからバランスの良い出力が得られる。その結果、位相差検出を精度良く行えることとなる。【選択図】図８
2009150978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子であって、
前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向となる第１方向および第２方向に偏った第１の瞳部分および第２の瞳部分それぞれを通過した被写体光束を受光する一対の画素、
を複数備えるとともに、
前記一対の画素は、前記第１の瞳部分を規定する第１の光透過部分が形成された遮光部を有する第１画素と、前記第２の瞳部分を規定する第２の光透過部分が形成された遮光部を有する第２画素とからなり、
前記遮光部において前記第１の光透過部分と前記第２の光透過部分とを位置決め形成する際に生じる誤差により、正規位置からの位置ずれが前記第１方向または前記第２方向に向かう所定量以下の位置ずれ範囲で想定されるとともに、
前記正規位置にある第１の光透過部分によって規定される第１の瞳部分の外縁のうち前記第１方向側に張り出した外縁区間は、前記所定量に応じた第２方向への制限が施されるとともに、前記正規位置にある第２の光透過部分によって規定される第２の瞳部分の外縁のうち前記第２方向側に張り出した外縁区間は、前記所定量に応じた第１方向への制限が施されることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１画素および前記第２画素は、それぞれ前記遮光部として２の遮光マスクを有するとともに、当該２の遮光マスクそれぞれに形成された各光透過領域により前記第１の光透過部分および前記第２の光透過部分が規定されることを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記正規位置にある第１の光透過部分によって規定される第１の瞳部分は、前記所定量に応じて前記第２方向にシフトさせたシフト位置における射出瞳の外周のうち原位置の射出瞳内に入る円弧区間より前記第２方向側の領域に略内包されるとともに、
前記正規位置にある第２の光透過部分によって規定される第２の瞳部分は、前記所定量に応じて前記第１方向にシフトさせたシフト位置における射出瞳の外周のうち原位置の射出瞳内に入る円弧区間より前記第１方向側の領域に略内包されることを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１の光透過部分と前記第２の光透過部分とは、点対称状の形状を有していることを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１方向は、前記撮像素子の画素行列についての行方向または列方向であることを特徴とする撮像素子。
【請求項６】
撮像装置であって、
(a)撮影光学系と、
(b)前記撮像光学系を通った被写体光束を受光する撮像素子と、
を備え、
前記撮像素子は、
前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向となる第１方向および第２方向に偏った第１の瞳部分および第２の瞳部分それぞれを通過した被写体光束を受光する一対の画素、
を複数有するとともに、
前記一対の画素は、前記第１の瞳部分を規定する第１の光透過部分が形成された遮光部を有する第１画素と、前記第２の瞳部分を規定する第２の光透過部分が形成された遮光部を有する第２画素とからなり、
前記遮光部において前記第１の光透過部分と前記第２の光透過部分とを位置決め形成する際に生じる誤差により、正規位置からの位置ずれが前記第１方向または前記第２方向に向かう所定量以下の位置ずれ範囲で想定されるとともに、
前記正規位置にある第１の光透過部分によって規定される第１の瞳部分の外縁のうち前記第１方向側に張り出した外縁区間は、前記所定量に応じた第２方向への制限が施されるとともに、前記正規位置にある第２の光透過部分によって規定される第２の瞳部分の外縁のうち前記第２方向側に張り出した外縁区間は、前記所定量に応じた第１方向への制限が施される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、撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ(撮像装置)等に用いられる撮像素子に関しては、撮影レンズ(撮影光学系)の射出瞳における一対の瞳部分(例えば左側・右側の領域)を通過した被写体光束それぞれを受光する一対の画素を複数備えて位相差検出用の電荷信号（以下では「位相差検出信号」ともいう）を生成可能なものが提案されている(例えば特許文献１参照)。
【０００３】
このような撮像素子については、一対の画素それぞれにおいて上記一対の瞳部分を規定するスリット状の開口部が形成された遮光マスクを備えるものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２６７２１１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、上述の遮光マスク(遮光部)を備えた撮像素子では、その半導体製造プロセス(例えば転写プロセス)において遮光マスクの開口部(光透過部分)に少しでも位置ずれが生じた場合には、上記一対の画素で生成される各位相差検出信号にアンバランスが生じる可能性がある。このような場合、精度の良い位相差検出が困難となる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、射出瞳における一対の瞳部分を規定する遮光部の光透過部分に位置ずれが生じた場合でも位相差検出を精度良く行える撮像素子の技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面は、撮影光学系を通った被写体光束を受光可能な撮像素子であって、前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向となる第１方向および第２方向に偏った第１の瞳部分および第２の瞳部分それぞれを通過した被写体光束を受光する一対の画素を複数備えるとともに、前記一対の画素は、前記第１の瞳部分を規定する第１の光透過部分が形成された遮光部を有する第１画素と、前記第２の瞳部分を規定する第２の光透過部分が形成された遮光部を有する第２画素とからなり、前記遮光部において前記第１の光透過部分と前記第２の光透過部分とを位置決め形成する際に生じる誤差により、正規位置からの位置ずれが前記第１方向または前記第２方向に向かう所定量以下の位置ずれ範囲で想定されるとともに、前記正規位置にある第１の光透過部分によって規定される第１の瞳部分の外縁のうち前記第１方向側に張り出した外縁区間は、前記所定量に応じた第２方向への制限が施されるとともに、前記正規位置にある第２の光透過部分によって規定される第２の瞳部分の外縁のうち前記第２方向側に張り出した外縁区間は、前記所定量に応じた第１方向への制限が施されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の側面は、撮像装置であって、(a)撮影光学系と、(b)前記撮像光学系を通った被写体光束を受光する撮像素子とを備え、前記撮像素子は、前記撮影光学系の射出瞳において互いに逆方向となる第１方向および第２方向に偏った第１の瞳部分および第２の瞳部分それぞれを通過した被写体光束を受光する一対の画素を複数有するとともに、前記一対の画素は、前記第１の瞳部分を規定する第１の光透過部分が形成された遮光部を有する第１画素と、前記第２の瞳部分を規定する第２の光透過部分が形成された遮光部を有する第２画素とからなり、前記遮光部において前記第１の光透過部分と前記第２の光透過部分とを位置決め形成する際に生じる誤差により、正規位置からの位置ずれが前記第１方向または前記第２方向に向かう所定量以下の位置ずれ範囲で想定されるとともに、前記正規位置にある第１の光透過部分によって規定される第１の瞳部分の外縁のうち前記第１方向側に張り出した外縁区間は、前記所定量に応じた第２方向への制限が施されるとともに、前記正規位置にある第２の光透過部分によって規定される第２の瞳部分の外縁のうち前記第２方向側に張り出した外縁区間は、前記所定量に応じた第１方向への制限が施されることを特徴とする。
【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互いに逆方向となる第１方向および第２方向に偏った第１の瞳部分および第２の瞳部分を規定する第１の光透過部分と第２の光透過部分とを遮光部で位置決め形成する際に生じる誤差により、正規位置からの位置ずれが第１方向または第２方向に向かう所定量以下の位置ずれ範囲で想定される場合には、正規位置にある第１の光透過部分によって規定される第１の瞳部分の外縁のうち第１方向側に張り出した外縁区間は所定量に応じた第２方向への制限が施されるとともに、正規位置にある第２の光透過部分によって規定される第２の瞳部分の外縁のうち第２方向側に張り出した外縁区間は所定量に応じた第１方向への制限が施される。その結果、射出瞳における一対の瞳部分を規定する遮光部の光透過部分に位置ずれが生じた場合でも位相差検出を精度良く行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
＜撮像装置の外観構成＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。ここで、図１および図２は、それぞれ正面図および背面図を示している。
【００１１】
撮像装置１Ａは、例えば一眼レフレックスタイプのデジタルスチルカメラとして構成されており、カメラボディ１０と、カメラボディ１０に着脱自在な撮影レンズとしての交換レンズ２とを備えている。
【００１２】
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に交換レンズ２が装着されるマウント部３０１と、マウント部３０１の右横に配置されたレンズ交換ボタン３０２と把持可能とするためのグリップ部３０３と、正面左上部に配置されたモード設定ダイアル３０５と、正面右上部に配置された制御値設定ダイアル３０６と、グリップ部３０３の上面に配置されたシャッターボタン３０７とが設けられている。
【００１３】
また、図２において、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された十字キー３１４と、十字キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の上方に配設された光学ファインダ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。
【００１４】
マウント部３０１には、装着された交換レンズ２との電気的接続を行うためコネクタＥｃ(図５参照)や、機械的接続を行うためのカプラ７５(図５参照)が設けられている。
【００１５】
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された交換レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
【００１６】
グリップ部３０３は、ユーザが撮影時に撮像装置１Ａ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５参照)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５参照)が着脱可能に収納されるようになっている。なお、グリップ部３０３には、当該グリップ部３０３をユーザが把持したか否かを検出するためのグリップセンサを設けるようにしても良い。
【００１７】
モード設定ダイアル３０５及び制御値設定ダイアル３０６は、カメラボディ１０の上面と略平行な面内で回転可能な略円盤状の部材からなる。モード設定ダイアル３０５は、自動露出（ＡＥ）制御モードや自動焦点（ＡＦ；オートフォーカス）制御モード、或いは１枚の静止画を撮影する静止画撮影モードや連続撮影を行う連続撮影モード等の各種撮影モード、記録済みの画像を再生する再生モード等、撮像装置１Ａ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１Ａに搭載された各種の機能に対する制御値を設定するためのものである。
【００１８】
シャッターボタン３０７は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、さらに押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされた押下スイッチである。静止画撮影モードにおいてシャッターボタン３０７が半押しされると、被写体の静止画を撮影するための準備動作（露出制御値の設定や焦点検出等の準備動作）が実行され、シャッターボタン３０７が全押しされると、撮影動作（撮像素子１０１Ａ(図３参照)を露光し、その露光によって得られた画像信号に所定の画像処理を施してメモリカード等に記録する一連の動作）が実行される。
【００１９】
ＬＣＤ３１１は、画像表示が可能なカラー液晶パネルを備えており、撮像素子１０１Ａ(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１Ａに搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、ＬＣＤ３１１に代えて、有機ＥＬやプラズマ表示装置を用いるようにしても良い。
【００２０】
設定ボタン群３１２は、撮像装置１Ａに搭載された各種の機能に対する操作を行うボタンである。この設定ボタン群３１２には、例えばＬＣＤ３１１に表示されるメニュー画面で選択された内容を確定するための選択確定スイッチ、選択取り消しスイッチ、メニュー画面の内容を切り替えるメニュー表示スイッチ、表示オン／オフスイッチ、表示拡大スイッチなどが含まれる。
【００２１】
十字キー３１４は、円周方向に一定間隔で配置された複数の押圧部（図中の三角印の部分）を備える環状の部材を有し、各押圧部に対応して備えられた図示省略の接点（スイッチ）により押圧部の押圧操作が検出されるように構成されている。また、プッシュボタン３１５は、十字キー３１４の中央に配置されている。十字キー３１４及びプッシュボタン３１５は、撮影倍率の変更（ズームレンズ２１２(図５参照)のワイド方向やテレ方向への移動）、ＬＣＤ３１１等に再生する記録画像のコマ送り、及び撮影条件（絞り値、シャッタスピード、フラッシュ発光の有無等）の設定等の指示を入力するためのものである。
【００２２】
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１０１Ａにて撮影される被写体を視認することができる。
【００２３】
メインスイッチ３１７は、左右にスライドする２接点のスライドスイッチからなり、左にセットすると撮像装置１Ａの電源がオンされ、右にセットすると電源がオフされる。
【００２４】
フラッシュ部３１８は、ポップアップ式の内蔵フラッシュとして構成されている。一方、外部フラッシュ等をカメラボディ１０に取り付ける場合には、接続端子部３１９を使用して接続する。
【００２５】
アイカップ３２１は、遮光性を有して光学ファインダ３１６への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。
【００２６】
露出補正ボタン３２３は、露出値（絞り値やシャッタースピード）を手動で調整するためのボタンであり、ＡＥロックボタン３２４は、露出を固定するためのボタンである。
【００２７】
交換レンズ２は、被写体からの光（光像）を取り込むレンズ窓として機能するとともに、当該被写体光をカメラボディ１０の内部に配置されている撮像素子１０１Ａに導くための撮影光学系として機能するものである。この交換レンズ２は、上述のレンズ交換ボタン３０２を押下操作することで、カメラボディ１０から取り外すことが可能となっている。
【００２８】
交換レンズ２は、光軸ＬＴに沿って直列的に配置された複数のレンズからなるレンズ群２１を備えている(図５参照)。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５参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図５参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ(図３参照)方向に駆動されることで、変倍や焦点調節が行われる。また、交換レンズ２には、その鏡胴の外周適所に該鏡胴の外周面に沿って回転可能な操作環が備えられており、上記のズームレンズ２１２は、マニュアル操作或いはオート操作により、上記操作環の回転方向及び回転量に応じて光軸方向に移動し、その移動先の位置に応じたズーム倍率(撮影倍率)に設定されるようになっている。
【００２９】
＜撮像装置１Ａの内部構成＞
次に、撮像装置１Ａの内部構成について説明する。図３は、撮像装置１Ａ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１０１Ａ、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。
【００３０】
撮像素子１０１Ａ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１０１Ａ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１０１Ａ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１０１Ａの構成については、後で詳述する。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１０１Ａ上に届き、該撮影素子１０１Ａが露光される。撮像素子１０１Ａ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。
【００３５】
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１Ａは、撮像素子１０１Ａ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１Ａ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。
【００３６】
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測距素子等からなる所謂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の底部に配設されており、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。すなわち、撮影待機時においてユーザが光学ファインダ３１６で被写体を確認する場合には、図３に示すように主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２がダウンされた状態で位相差ＡＦモジュール１０７に被写体からの光が導かれるとともに、位相差ＡＦモジュール１０７からの出力に基づき交換レンズ２内のフォーカスレンズ２１１が駆動されてピント合わせが行われる。
【００３７】
撮像素子１０１Ａ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１０１Ａ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１０１Ａ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１Ａの電気的構成＞
図５は、撮像装置１Ａ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１０１Ａ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１０１Ａ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。
【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１０１Ａ、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１０１Ａ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１０１Ａの露光動作の開始（及び終了）や、撮像素子１０１Ａ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１０１Ａ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１０１Ａ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１０１Ａに出力し、撮像素子１０１Ａ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１０１Ａ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１０１Ａ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１Ａ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１０１Ａ、その他の各種駆動部等、撮像装置１Ａ全体を駆動させるための電圧を生成する。なお、撮像素子１０１Ａ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１Ａ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１０１Ａ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１Ａの位相差ＡＦ動作について、詳しく説明する。
【００６７】
＜撮像装置１Ａの位相差ＡＦ動作について＞
撮像装置１Ａでは、撮像素子１０１Ａ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１０１Ａの構成と、撮像素子１０１Ａを利用した位相差ＡＦの原理とを、以下で説明する。
【００６８】
図６および図７は、撮像素子１０１Ａの構成を説明するための図である。
【００６９】
撮像素子１０１Ａ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６)。
【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、後述の遮光マスク１２ａ、１２ｂ(平行斜線部)を有して位相差ＡＦを行うための画素(以下では「ＡＦ画素」ともいう)１１ｆが設けられている(図７)。
【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、例えば上記通常画素１１０の水平ライン６本毎にＡＦ画素１１ｆが水平方向に配列されたＡＦライン(焦点検出画素列)Ｌｆが形成されている。なお、ＡＦエリアＥｆ内には、例えば２０本程度のＡＦラインＬｆが設けられている。
【００７３】
次に、ＡＦラインＬｆにおけるＡＦ画素１１ｆの構成について説明する。
【００７４】
図８は、ＡＦラインＬｆにおけるＡＦ画素１１ｆの構成を説明するための図である。ここで、図８(ａ)は、ＡＦ画素１１ｆの縦断面図を示しており、図８(ｂ)は、遮光マスク１２ａ、１２の平面図を示している。
【００７５】
ＡＦラインＬｆには、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ＯＰ(ＯＰａ、ＯＰｂ)の位置が鏡面対象となっている遮光マスク(遮光板)１２ａ、１２ｂを有した一対の画素１１ａ、１１ｂが水平方向に沿って２以上配列されている。より詳細には、菱形状の開口部ＯＰａが直下の光電変換部(フォトダイオード)ＰＤに対して右側に偏った遮光マスク１２ａを有する画素(以下では「第１ＡＦ画素」ともいう)１１ａと、菱形状の開口部ＯＰｂが直下の光電変換部ＰＤに対して左側に偏った遮光マスク１２ｂを有する画素(以下では「第２ＡＦ画素」ともいう)１１ｂとがＡＦラインＬｆで交互に配置されている(図７)。これにより、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および遮光マスク１２ａの開口部ＯＰａを通過して第１ＡＦ画素１１ａの光電変換部ＰＤで受光され、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および遮光マスク１２ｂの開口部ＯＰｂ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、一対の画素１１ａ、１１ｂでは、交換レンズ２の射出瞳において互いに逆方向となる左方向および右方向に偏った左側部分Ｑａおよび右側部分Ｑｂそれぞれを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂが受光される。なお、遮光マスク１２ａ、１２ｂの構成については、後で詳しく説明する。
【００７６】
以下では、射出瞳の左側部分Ｑａを規定する開口部(光透過部分)ＯＰａが形成された遮光マスク１２ａを有する第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、射出瞳の右側部分Ｑｂを規定する開口部(光透過部分)ＯＰｂが形成された遮光マスク１２ｂを有する第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７)に配置された複数のＡＦ画素１１ｆ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９〜図１３を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
【００７７】
図９は、焦点面が撮像素子１０１Ａ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１０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１１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１２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１３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９〜図１３においては、横軸がＡＦラインＬｆ方向に関するＡＦ画素１１ｆの位置を示し、縦軸が各ＡＦ画素１１ｆの光電変換部ＰＤからの出力を示している。また、図９〜図１３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。
【００７８】
図９〜図１３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。
【００７９】
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１４に示すグラフＧｃのように表される。この図１４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。
【００８０】
【数１】
2009150978.tif 000003
【００８１】
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ＡＦ画素１１ｆからの出力値を表している。
【００８２】
図１４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。
【００８３】
【数２】
2009150978.tif 000004
【００８４】
ここで、上式(２)の係数ｋは、図１４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。
【００８５】
以上より、ＡＦ画素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。
【００８６】
次に、ＡＦ画素１１ｆの構成について詳しく説明する。
【００８７】
＜ＡＦ画素１１ｆの構成について＞
撮像素子１０１Ａの第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂでは、遮光マスク１２(１２ａ、１２ｂ)に図８(ｂ)に示す菱形状の形状を有した開口部ＯＰ(ＯＰａ、ＯＰｂ)が設けられている。このように遮光マスク１２の開口部ＯＰが菱形状の形状を有していれば、撮像素子１０１Ａに関しての半導体製造プロセス、具体的には遮光マスク１２に開口部ＯＰのパターンを形成するための転写プロセスなどにおいて、光電変換部ＰＤやマイクロレンズＭＬ(図８)に対する開口部ＯＰの位置合わせ誤差が生じてしまった場合でも、第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂからバランスの良い出力が得られる利点がある。この利点に関して、以下では従来技術に係る比較例との対比説明を行う。
【００８８】
図１５は、図８(ｂ)に対応しており、比較例に係る一対のＡＦ画素に設けられた遮光マスク１２ｓ、１２ｔの構成を説明するための図である。
【００８９】
一対のＡＦ画素に設けられた遮光マスク１２ｓ、１２ｔには、長方形状(スリット状)の開口部ＯＰｓ、ＯＰｔが形成されている。
【００９０】
図１６は、長方形状の開口部ＯＰｓ、ＯＰｔについての欠点を説明するための図である。図１６(ａ)および図１６(ｂ)には、射出瞳Ｅｐの面上に投影した開口部ＯＰｓおよび開口部ＯＰｔが表されている。
【００９１】
各開口部ＯＰｓ、ＯＰｔの位置ずれが生じていない場合には、図１６(ａ)のように射出瞳Ｅｐと各開口部ＯＰｓ、ＯＰｔとが重複する各瞳部分Ｊａ１、Ｊｂ１(平行斜線部)については、その面積および形状のバランスがとれている。このため、各瞳部分Ｊａ１、Ｊｂ１を通った被写体光束を受光する一対のＡＦ画素からは、バランスの良い出力が得られる。
【００９２】
一方、射出瞳Ｅｐの中心線Ａｘから距離Ｄｅだけ左方向に各開口部ＯＰｓ、ＯＰｔの位置ずれが生じている場合には、図１６(ｂ)のように開口部ＯＰｓにおいて、位置ずれがない場合の瞳部分Ｊａ１より射出瞳Ｅｐによるケラレ量が増加する反面、開口部ＯＰｔにおいて、位置ずれがない場合の瞳部分Ｊｂ１より射出瞳Ｅｐによるケラレ量が減少する。これにより、各瞳部分Ｊａ２、Ｊｂ２(平行斜線部)の面積および形状とも大きな不整合が生じるため、一対のＡＦ画素からはバランスの良い出力が得られない。
【００９３】
図１７は、本実施形態に係る菱形状の形状を有する開口部ＯＰについての利点を説明するための図である。図１７(ａ)および図１７(ｂ)には、射出瞳Ｅｐの面上に投影した第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂの開口部ＯＰａおよび開口部ＯＰｂが表されている。
【００９４】
各開口部ＯＰａ、ＯＰｂの位置ずれが生じていない場合には、図１７(ａ)のように開口部ＯＰａ、ＯＰｂの双方が射出瞳Ｅｐに内包されている。このため、各開口部ＯＰａ、ＯＰｂ(および射出瞳Ｅｐ)を通った被写体光束を受光する第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂからは、バランスの良い出力が得られる。
【００９５】
一方、射出瞳Ｅｐの中心線Ａｘから距離Ｄｅだけ左方向に各開口部ＯＰａ、ＯＰｂの位置ずれが生じている場合にも、図１７(ｂ)のように各開口部ＯＰａ、ＯＰｂが射出瞳Ｅｐに略内包されることとなる。このため、射出瞳Ｅｐと各開口部ＯＰａ、ＯＰｂとの重複部分を通った被写体光束を受光する第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂからは、バランスの良い出力が得られる。よって、菱形状の開口部ＯＰａ、ＯＰｂを有する遮光マスク１２ａ、１２ｂでは、長方形状の開口部ＯＰｓ、ＯＰｔ(図１５)を有する遮光マスクと異なり、開口部の位置ずれがある場合でも精度の良い位相差検出が可能となる。
【００９６】
次に、以上のような構成の遮光マスク１２ｓ、１２ｔを有するＡＦ画素１１ｆを用いて位相差ＡＦを行う撮像装置１Ａの基本的な動作について説明する。
【００９７】
＜撮像装置１Ａの基本的な動作＞
図１８は、撮像装置１Ａ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、ライブビューモード設定時(電子ファインダ使用時)の動作を示しており、メイン制御部６２で実行される。
【００９８】
切替スイッチ８５により電子ファインダ(ライブビューモード)が選択された状態においてメインスイッチ３１７へのユーザ操作で撮像装置１Ａの電源がオンにされると、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ＳＴ２に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ１を繰り返す。
【００９９】
ステップＳＴ２では、撮像素子１０１ＡのＡＦ画素１１ｆによる位相差ＡＦを実行する。具体的には、例えば図６に示す複数のＡＦエリアＥｆ内のＡＦ画素１１ｆを用いた多点ＡＦが行われ、検出された合焦位置にフォーカスレンズ２１１が駆動される。
【０１００】
ステップＳＴ２の位相差ＡＦにおいては、撮像素子１０１ＡのＡＦ画素１１ｆが菱形状の開口部ＯＰ(図８)を有した遮光マスク１２ａ、１２ｂを備えているため、上述のように開口部ＯＰの位置合わせ誤差が生じていても適切な位相差ＡＦが可能である。
【０１０１】
ステップＳＴ３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ＳＴ４に進み、全押しされていない場合には、ステップＳＴ５に進む。
【０１０２】
ステップＳＴ４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撮影動作が行われる。
【０１０３】
ステップＳＴ５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ＳＴ３に戻り、半押し状態でなくユーザの指がシャッターボタン３０７から離れている場合には、ステップＳＴ１に戻る。
【０１０４】
以上の動作を行う撮像装置１Ａでは、撮像素子１０１ＡのＡＦ画素１１ｆが菱形状の開口部ＯＰを備えた遮光マスク１２を有しているため、開口部ＯＰに関する位置合わせ誤差が存在する場合でも位相差検出を精度良く行える。これにより、製造プロセスにおいて開口部ＯＰの位置ずれが多少生じてしまった撮像素子でも不良品として扱われず、歩留まりの向上が図れる。
【０１０５】
なお、撮像素子１０１ＡのＡＦ画素１１ｆについては、菱形状の開口部ＯＰ(図８)を有した遮光マスク１２を採用するのは必須でなく、図１９に示すような楕円形状の開口部ＯＰｃ、ＯＰｄを有した遮光マスク１２ｃ、１２ｄや、図２０に示すように三角形状の開口部ＯＰｅ、ＯＰｆを有した遮光マスク１２ｅ、１２ｆを採用しても良い。
【０１０６】
図１９に示す楕円形状の開口部ＯＰｃ、ＯＰｄを有した遮光マスク１２ｃ、１２ｄによれば、図２１(ａ)に示すように各開口部ＯＰｃ、ＯＰｄの位置ずれが生じていない場合は勿論、図２１(ｂ)に示すように射出瞳Ｅｐの中心線Ａｘから距離Ｄｅだけ左方向に各開口部ＯＰｃ、ＯＰｄの位置ずれが生じている場合でも、各開口部ＯＰｃ、ＯＰｄが射出瞳Ｅｐに略内包されることとなる。
【０１０７】
また、図２０に示す三角形状の開口部ＯＰｅ、ＯＰｆを有した遮光マスク１２ｅ、１２ｆによっても、図２２(ａ)に示すように各開口部ＯＰｅ、ＯＰｆの位置ずれが生じていない場合は勿論、図２２(ｂ)に示すように射出瞳Ｅｐの中心線Ａｘから距離Ｄｅだけ左方向に各開口部ＯＰｅ、ＯＰｆの位置ずれが生じている場合でも、各開口部ＯＰｅ、ＯＰｆが射出瞳Ｅｐに略内包されることとなる。
【０１０８】
よって、遮光マスクに楕円形状の開口部ＯＰｃ、ＯＰｄや三角形状の開口部ＯＰｅ、ＯＰｆが形成される場合でも、一対のＡＦ画素からバランスの良い出力が得られる。なお、開口部自身の形状が点対称形となる各開口部ＯＰｃ、ＯＰｄは、点対称形とならない各開口部ＯＰｅ、ＯＰｆより一対のＡＦ画素において一層バランスの良い出力を行えることとなる。
【０１０９】
以上のように本実施形態では、遮光マスクの開口部として図８(ａ)に示す菱形状の開口部ＯＰａ、ＯＰｂだけでなく、図１９に示す楕円形状の開口部ＯＰｃ、ＯＰｄや図２０に示す三角形状の開口部ＯＰｅ、ＯＰｆを採用できるが、さらに一般化して本実施形態の開口部として採用可能な形状について以下で説明する。
【０１１０】
まず、射出瞳Ｅｐでの瞳分方向、つまり本実施形態では図８(ａ)に示す左右方向に関して想定される正規位置(正常位置)からの開口部の位置ずれ量（例えば転写プロセスにおける位置合わせの最大誤差）をαとした場合に、射出瞳Ｅｐの左側部分Ｑａ(図８(ａ))を規定する開口部の形状を考察する。
【０１１１】
図２３(ａ)のように射出瞳Ｅｐ０と、位置ずれ量αに対応する射出瞳面上の距離Ｄｇだけ中心線がシフトした射出瞳Ｅｐ１とを考える。ここで、正規位置にある開口部(光透過部分)によって規定される射出瞳の左側部分Ｑａが、位置ずれ量αに対応する距離Ｄｇに応じて右方向にシフトさせたシフト位置における射出瞳Ｅｐ１の外周円のうち原位置の射出瞳Ｅｐ０内に入る円弧区間Ｌｍ１(太線で図示)より右方向Ｄａ側の領域に略内包されれば、開口部について想定される最大の位置ずれが生じた場合でも射出瞳Ｅｐ１による被写体光束のケラレが殆ど発生せず、位置ずれの有無に関わらず光電変換部ＰＤにおいて略等しい被写体光の受光状態を実現できる。なお、適切な瞳分割には、射出瞳Ｅｐ０に投影した正規位置の開口部が射出瞳Ｅｐ０と射出瞳Ｅｐ１との共通領域Ｍａ（網掛け部）に略内包される形状を有していることが必要である。
【０１１２】
一方、射出瞳Ｅｐの右側部分Ｑｂ(図８(ａ))を規定する開口部の形状についても、図２３(ｂ)のように射出瞳Ｅｐ０と、位置ずれ量αに対応する射出瞳面上の距離Ｄｇだけ中心線がシフトした射出瞳Ｅｐ２とを考える。そして、正規位置にある開口部(光透過部分)によって規定される射出瞳の右側部分Ｑｂが、位置ずれ量αに対応する距離Ｄｇに応じて左方向にシフトさせたシフト位置における射出瞳Ｅｐ２の外周円のうち原位置の射出瞳Ｅｐ０内に入る円弧区間Ｌｍ２(太線で図示)より左方向Ｄｂ側の領域に略内包されるようにする。これにより、開口部について想定される最大の位置ずれが生じた場合でも射出瞳Ｅｐ２による被写体光束のケラレが殆ど発生せず、位置ずれの有無に関わらず光電変換部ＰＤにおいて略等しい被写体光の受光状態を実現できる。なお、適切な瞳分割には、射出瞳Ｅｐ０に投影した正規位置の開口部が射出瞳Ｅｐ０と射出瞳Ｅｐ２との共通領域Ｍｂ(網掛け部)に略内包される形状を有していることが必要である。
【０１１３】
以上のことから、本実施形態の撮像素子１０１Ａでは、遮光マスク(遮光部)において各開口部(第１・第２の光透過部分)を位置決め形成する際に生じる誤差により、正規位置からの位置ずれが左方向(第１方向)または右方向(第２方向)に向かう位置ずれ量α以下の位置ずれ範囲で想定される場合には、正規位置にある開口部によって規定される射出瞳Ｅｐの左側部分(第１の瞳部分)Ｑａの外縁のうち左方向側に張り出した外縁区間は、位置ずれ量αに応じた右方向への制限が施されるとともに、正規位置にある開口部によって規定される射出瞳Ｅｐの右側部分(第２の瞳部分)Ｑｂの外縁のうち右方向側に張り出した外縁区間は、位置ずれ量αに応じた左方向への制限が施されている。その結果、瞳分割に係る一対の瞳部分を規定する各遮光マスクの開口部に位置ずれが生じた場合でも、一対のＡＦ画素１１ｆからバランスの良い電荷信号を出力できるため、精度の良い位相差検出が可能となる。この場合、上述のように各開口部が点対称状の形状を有していれば、一対のＡＦ画素１１ｆから一層バランスの良い出力を行えることとなる。
【０１１４】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂにおいては、図１〜図５に示す第１実施形態の撮像装置１Ｂと類似の構成を有しているが、撮像素子の構成が異なっている。
【０１１５】
以下では、撮像装置１Ｂに設けられる撮像素子１０１Ｂの構成について説明する。
【０１１６】
＜撮像素子１０１Ｂの構成＞
図２４は、撮像素子１０１Ｂの構成を説明するための図である。
【０１１７】
撮像素子１０１Ｂでは、図６に示すように撮像面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。
【０１１８】
そして、各ＡＦエリアＥｆには、第１実施形態と同様の構成を有するＲ画素１１１、Ｇ画素１１２およびＢ画素１１３からなる通常画素１１０が設けられるとともに、第１実施形態と構成が異なったＡＦ画素１１ｇ、より詳しくは第１ＡＦ画素１１ｃおよび第２ＡＦ画素１１ｄが設けられている(図２４)。
【０１１９】
次に、ＡＦ画素１１ｇの構成について説明する。
【０１２０】
図２５は、ＡＦ画素１１ｇの構成を説明するための図である。ここで、図２５(ａ)は、ＡＦ画素１１ｇの縦断面図を示しており、図２５(ｂ)および図２５(ｃ)は、遮光マスク１３ａ、１３ｃおよび遮光マスク１３ｂ、１３ｄの各平面図を示している。
【０１２１】
ＡＦ画素１１ｇについては、第１実施形態のＡＦ画素１１ｆ(図８)と類似の構成を有しているが、図２５(ａ)のように２枚の遮光マスクを有している点で異なっている。すなわち、第１ＡＦ画素１１ｃは、２枚の遮光マスク１３ａ、１３ｂからなる遮光部１３１を備えており、第２ＡＦ画素１１ｄは、２枚の遮光マスク１３ｃ、１３ｄからなる遮光部１３２を備えている。
【０１２２】
そして、第１ＡＦ画素１１ｃでは、光電変換部ＰＤに対して左側に偏った菱形状の開口部ＯＱａが上段の遮光マスク１３ａ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長方形状(スリット状)の開口部ＯＱｂが下段の遮光マスク１３ｂに形成されており、各開口部ＯＱａ、ＯＱｂによって遮光部１３１の光透過部分が規定されている。また、第２ＡＦ画素１１ｄでは、光電変換部ＰＤに対して右側に偏った菱形状の開口部ＯＱｃが上段の遮光マスク１３ｃ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長方形状(スリット状)の開口部ＯＱｄが下段の遮光マスク１３ｄに形成されており、各開口部ＯＱｃ、ＯＱｄによって遮光部１３２の光透過部分が規定されている。
【０１２３】
以上のような遮光マスク１３ａ〜１３ｄにより、第１実施形態と同様、図２６(ａ)に示すように各開口部ＯＱａ〜ＯＱｄの位置ずれが生じていない場合は勿論、図２６(ｂ)に示すように射出瞳Ｅｐの中心線Ａｘから距離Ｄｅだけ左方向に各開口部ＯＱａ〜ＯＱｄの位置ずれが生じている場合でも、瞳分割を実質的に行う菱形状の各開口部ＯＱａ、ＯＱｃが射出瞳Ｅｐに略内包されることとなる。よって、開口部の位置ずれの有無に関わらず第１ＡＦ画素１１ｃおよび第２ＡＦ画素１１ｄからバランスの良い出力が得られるため、精度の良い位相差検出が可能となる。そして、第２実施形態のＡＦ画素１１ｇでは、２枚の遮光マスクを備えているため、瞳分割に関するニラミ角の制御、換言すれば一対の瞳部分を精度良く規定することが容易となり、位相差検出について一層の精度向上が図れることとなる。
【０１２４】
なお、撮像素子１０１ＢのＡＦ画素１１ｇについては、上段の遮光マスク１３ａ、１３ｃが菱形状の開口部ＯＱａ、ＯＱｃを有し下段の遮光マスク１３ｂ、１３ｄがスリット状の開口部ＯＱｂ、ＯＱｄを有するのは必須でなく、図２７に示すように上段および下段の遮光マスクの双方が菱形状の開口部ＯＱｅ〜ＯＱｈを有しても良く、図２８に示すように上段および下段の遮光マスクの双方が楕円形状の開口部ＯＱｐ〜ＯＱｓを有しても良い。
【０１２５】
図２７(ａ)に示す菱形状の開口部ＯＱｅ、ＯＱｇを有した上段の遮光マスク１３ｅ、１３ｇと、図２７(ｂ)に示す菱形状の開口部ＯＱｆ、ＯＱｈを有した下段の遮光マスク１３ｆ、１３ｈとの組合せによれば、図１７(ａ)および図１７(ｂ)に示す開口部ＯＰａ、ＯＰｂと同様に、各開口部ＯＱｅ〜ＯＱｈの位置ずれが生じていない場合は勿論、各開口部ＯＱｅ〜ＯＱｈの位置ずれが生じている場合でも、各開口部ＯＱｅ〜ＯＱｈが射出瞳Ｅｐに略内包されることとなる。
【０１２６】
また、図２８(ａ)に示す楕円形状の開口部ＯＱｐ、ＯＱｒを有した上段の遮光マスク１３ｐ、１３ｒと、図２８(ｂ)に示す楕円形状の開口部ＯＱｑ、ＯＱｓを有した下段の遮光マスク１３ｑ、１３ｓとの組合せによっても、図２１(ａ)および図２１(ｂ)に示す開口部ＯＰｃ、ＯＰｄと同様に、各開口部ＯＱｐ〜ＯＱｓの位置ずれが生じていない場合は勿論、各開口部ＯＱｐ〜ＯＱｓの位置ずれが生じている場合でも、各開口部ＯＱｐ〜ＯＱｓが射出瞳Ｅｐに略内包されることとなる。
【０１２７】
よって、２枚の遮光マスク双方に菱形状の開口部ＯＱｅ〜ＯＱｈや楕円形状の開口部ＯＱｐ〜ＯＱｓが形成される場合でも、一対のＡＦ画素からバランスの良い出力が得られる。
【０１２８】
以上のように本実施形態では、上段および下段の遮光マスクにおいて菱形状の開口部およびスリット状の開口部の組合せを採用するのは必須でなく、双方とも菱形状の開口部（図２７）や双方とも楕円形状の開口部（図２８）をも採用できるが、さらに一般化すると第１実施形態で説明した形状の開口部を採用することが可能である。
【０１２９】
すなわち、射出瞳の左側部分Ｑａ(図２５(ａ))を受光するために上段および／または下段の遮光マスクに形成される開口部については、図２３(ａ)に示す射出瞳Ｅｐ０に投影される正規位置の開口部の左側部分が、距離Ｄｇだけ右方向にシフトした射出瞳Ｅｐ１の円弧Ｌｍ１(太線で図示)から右方向Ｄａに略制約されるようにすれば、位置ずれの有無に関わらず光電変換部ＰＤにおいて略等しい被写体光の受光状態を実現できる。
【０１３０】
一方、射出瞳の右側部分Ｑｂ(図２５(ａ))を受光するために上段および／または下段の遮光マスクに形成される開口部については、図２３(ｂ)に示す射出瞳Ｅｐ０に投影される正規位置の開口部の右側部分が、距離Ｄｇだけ左方向にシフトした射出瞳Ｅｐ２の円弧Ｌｍ２(太線で図示)から左方向Ｄｂに略制約されるようにすれば、位置ずれの有無に関わらず光電変換部ＰＤにおいて略等しい被写体光の受光状態を実現できる。
【０１３１】
以上で説明した形状を有する開口部が２枚の遮光マスクのうちの少なくとも一方に形成されることにより、開口部の位置合わせ誤差が生じた場合でも一対のＡＦ画素１１ｇからバランスの良い出力が得られ、位相差検出を精度良く行えることとなる。この場合、上述のように開口部が点対称状の形状を有していれば、一対のＡＦ画素１１ｇからの一層バランスの良い出力が可能となる。
【０１３２】
＜変形例＞
・上記の各実施形態におけるＡＦ画素については、図７や図２４に示すように撮像素子の画素行列に関して行方向(横方向)に配列するのは必須ではなく、画素行列に関して列方向(縦方向)に配列するようにしても良い。この場合には、ＡＦ画素で得られる一対の像列（ａ系列の像列およびｂ系列の像列）に関する縦方向(垂直方向)のシフト量によって位相差検出が行われることとなる。なお、一般的な被写体(例えば人物)では垂直方向や水平方向にエッジ検出されることが多いため、撮像素子の画素行列についての行方向または列方向に瞳分割を行えば、位相差検出の精度向上が図れる。
【０１３３】
・上記の各実施形態におけるＡＦ画素においては、遮光マスクの光透過部分を開口で形成するのは必須でなく、光透過性を有した透明な部材で形成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。
【図２】撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。
【図３】撮像装置１Ａ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】撮像装置１Ａの電気的な構成を示すブロック図である。
【図６】撮像素子１０１Ａの構成を説明するための図である。
【図７】撮像素子１０１Ａの構成を説明するための図である。
【図８】ＡＦラインＬｆにおけるＡＦ画素１１ｆの構成を説明するための図である。
【図９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】比較例に係る一対のＡＦ画素に設けられた遮光マスク１２ｓ、１２ｔの構成を説明するための図である。
【図１６】長方形状の形状を有する開口部ＯＰｓ、ＯＰｔについての欠点を説明するための図である。
【図１７】本実施形態に係る菱形状の形状を有する開口部ＯＰについての利点を説明するための図である。
【図１８】撮像装置１Ａの基本的な動作を示すフローチャートである。
【図１９】楕円形状の開口部ＯＰｃ、ＯＰｄを有した遮光マスク１２ｃ、１２ｄの構成を示す図である。
【図２０】三角形状の開口部ＯＰｅ、ＯＰｆを有した遮光マスク１２ｅ、１２ｆの構成を示す図である。
【図２１】楕円形状の開口部ＯＰｃ、ＯＰｄについての利点を説明するための図である。
【図２２】三角形状の開口部ＯＰｅ、ＯＰｆについての利点を説明するための図である。
【図２３】遮光マスクの開口部として採用可能な形状を説明するための図である。
【図２４】本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂに設けられる撮像素子１０１Ｂの構成を説明するための図である。
【図２５】ＡＦ画素１１ｇの構成を説明するための図である。
【図２６】菱形状の開口部ＯＱａ、ＯＱｃとスリット状の開口部ＯＱｂ、ＯＱｄとの組合せによる利点を説明するための図である。
【図２７】菱形状の開口部ＯＱｅ、ＯＱｇを有した上段の遮光マスク１３ｅ、１３ｇと菱形状の開口部ＯＱｆ、ＯＱｈを有した下段の遮光マスク１３ｆ、１３ｈとの構成を示す図である。
【図２８】楕円形状の開口部ＯＱｐ、ＯＱｒを有した上段の遮光マスク１３ｐ、１３ｒと楕円形状の開口部ＯＱｑ、ＯＱｓを有した下段の遮光マスク１３ｑ、１３ｓとの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１Ａ、１Ｂ  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、１１ｇ  ＡＦ画素
１２ａ〜１２ｆ、１２ｓ、１２ｔ  遮光マスク
１３ａ〜１３ｈ、１３ｐ〜１３ｓ  遮光マスク
６２  メイン制御部
７７  位相差ＡＦ演算回路
８５  切替スイッチ
１０１Ａ、１０１Ｂ  撮像素子
１０１ｆ  撮像面
１０３  ミラー部
１１０  通常画素
２１１  フォーカスレンズ
３０７  シャッターボタン
３１６  光学ファインダ
Ｅｆ  ＡＦエリア
Ｌｆ  ＡＦライン
ＯＰ、ＯＰａ〜ＯＰｆ、ＯＰｓ、ＯＰｔ  遮光マスクの開口部
ＯＱａ〜ＯＱｈ、ＯＱｐ〜ＯＱｓ  遮光マスクの開口部
ＰＤ  光電変換部
Ｑａ  射出瞳の右側部分
Ｑｂ  射出瞳の左側部分
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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