(57)【要約】【課題】感度むらを低減できる受光装置および撮像装置を提供する。【解決手段】受光部１３７Ｒ，１３７Ｇ，１３７Ｂを有する画素１３７Ｐが配列された受光素子１３７と、平面１３１上に形成された像を前記受光素子上に再結像する光学系１３６と、前記光学系の光軸Ｌ３上に設けられ、前記画素の形状に相似の開口１３８Ａを有する絞り１３８と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部を有する画素が配列された受光素子と、
平面上に形成された像を前記受光素子上に再結像する光学系と、
前記光学系の光軸上に設けられ、前記画素の形状に相似の開口を有する絞りと、を備えたことを特徴とする受光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の受光装置において、
前記光学系は、前記像の前記開口を介して前記受光素子上に再結像した像の大きさを前記画素の大きさと同等とすることを特徴とする受光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の受光装置において、
前記開口が矩形であることを特徴とする受光装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の受光装置において、
前記絞りは、前記光学系の近傍に配置されていることを特徴とする受光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の受光装置において、
前記受光素子は、前記光学系に関して前記平面と非共役な位置に配置され、前記像のぼけ像を受光することを特徴とする受光装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の受光装置において、
前記画素は互いに異なる複数の分光感度特性を有する前記受光部を有することを特徴とする受光装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の受光装置と、
結像光学系による像を撮像する撮像素子と、を備えた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、
前記受光素子で得られる信号に基づいて前記撮像素子に対する露出量を演算する演算手段を備えた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、
前記受光装置で得られる受光信号に基づいて画像の状態を判別する判別手段を備えた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】
この発明は、受光装置および撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤなどの固体撮像素子で構成される測光センサの受光部は、光に対して感度を有する開口部とそれ以外の不感帯とに分けられ、受光部全体が感度を有する訳ではない。このため、測光センサの受光面の前後にそれぞれ像を結ぶレンズを設けることで結像レンズによる像をぼかす方式が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７８８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の手法によるぼけ像は受光部の不感帯の形状と一致しないので感度むらが生じるといった問題があった。
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、感度むらを低減できる受光装置および撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。
【０００７】
この発明に係る受光装置は、受光部（１３７Ｒ，１３７Ｇ，１３７Ｂ）を有する画素（１３７Ｐ）が配列された受光素子（１３７）と、平面（１３１）上に形成された像を前記受光素子上に再結像する光学系（１３６）と、前記光学系の光軸（Ｌ３）上に設けられ、前記画素の形状に相似の開口（１３８Ａ）を有する絞り（１３８）と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記発明に係る受光装置において、前記光学系（１３６）は、前記像の前記開口（１３８Ａ）を介して前記受光素子（１３７）上に再結像した像の大きさを前記画素（１３７Ｐ）の大きさと同等とすることができる。
【０００９】
上記発明に係る受光装置において、前記開口（１３８Ａ）を矩形に形成することができる。
【００１０】
上記発明に係る受光装置において、前記絞り（１３８）は、前記光学系（１３６）の近傍に配置されるように構成することができる。
【００１１】
上記発明に係る受光装置において、前記受光素子（１３７）は、前記光学系（１３６）に関して前記平面（１３１）と非共役な位置に配置され、前記像のぼけ像を受光するように構成することができる。
【００１２】
上記発明に係る受光装置において、前記画素（１３７Ｐ）は互いに異なる複数の分光感度特性を有する前記受光部（１３７Ｒ，１３７Ｇ，１３７Ｂ）を有するように構成することができる。
【００１３】
この発明に係る撮像装置は、上記受光装置と、結像光学系（２１０）による像を撮像する撮像素子（１１０）と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記撮像装置において、前記受光素子（１３７）で得られる信号に基づいて前記撮像素子（１１０）に対する露出量を演算する演算手段（１７０）を備えるように構成することができる。
【００１５】
上記撮像装置において、前記受光装置で得られる受光信号に基づいて画像の状態を判別する判別手段（１７０）を備えるように構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
上記発明によれば、受光素子における感度むらを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下においては、上記発明を一眼レフデジタルカメラに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。ただし上記発明は、銀塩フィルムカメラやコンパクトカメラその他の撮像装置にも適用することができる。
【００１８】
図１は、本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り、上記発明の受光装置および撮像装置に関する構成以外のカメラの一般的構成については、その図示と説明を一部省略する。
【００１９】
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、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００を備え、これらカメラボディ１００とレンズ鏡筒２００はマウント部３００により着脱可能に結合されている。
【００２０】
レンズ鏡筒２００には、フォーカスレンズ２１１やズームレンズ２１２を含むレンズ群２１０や絞り装置２２０などからなる撮影光学系が内蔵されている。
【００２１】
フォーカスレンズ２１１は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ２６０によってその位置が検出されつつレンズ駆動モータ２３０によってその位置が調節される。そして、エンコーダ２６０で検出されたフォーカスレンズ２１１の位置情報は、レンズ制御部２５０を介して後述するレンズ駆動制御部１６５へ送信される。また、レンズ駆動モータ２３０は、後述する焦点検出結果に基づいて演算された駆動量や駆動速度に応じて、レンズ駆動制御部１６５からレンズ制御部２５０を介して受信される駆動信号により駆動する。
【００２２】
絞り装置２２０は、上記撮影光学系を通過して撮像素子１１０に至る光束の光量を制限するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能とされている。絞り装置２２０による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された絞り値に応じた信号が、カメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることにより行われる。また、開口径の調節は、カメラボディ１００に設けられた操作部１５０によるマニュアル操作により、設定された絞り値に応じた信号がカメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることによっても行われる。
【００２３】
一方、カメラボディ１００は、被写体からの光束を撮像素子１１０、ファインダ１３５、測光センサ１３７及び焦点検出モジュール１６１へ導くためのミラー系１２０を備える。このミラー系１２０は、回転軸１２３を中心にして被写体の観察位置と撮影位置との間で所定角度だけ回転するクイックリターンミラー１２１と、このクイックリターンミラー１２１に軸支されてクイックリターンミラー１２１の回動に合わせて回転するサブミラー１２２とを備える。図１においては、ミラー系１２０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二点鎖線で示す。
【００２４】
ミラー系１２０は、被写体の観察位置にある状態では光軸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軸Ｌ１の光路から退避するように回転する。
【００２５】
クイックリターンミラー１２１はハーフミラーで構成され、被写体の観察位置にある状態では、被写体からの光束（光軸Ｌ１）の一部の光束（光軸Ｌ２，Ｌ３）を当該クイックリターンミラー１２１で反射してファインダ１３５および測光センサ１３７へ導き、一部の光束（光軸Ｌ４）を透過させてサブミラー１２２へ導く。これに対して、サブミラー１２２は全反射ミラーで構成され、クイックリターンミラー１２１を透過した光束（光軸Ｌ４）を焦点検出モジュール１６１へ導く。
【００２６】
したがって、ミラー系１２０が観察位置にある場合は、被写体からの光束（主光線Ｌ１）はファインダ１３５、測光センサ１３７および焦点検出光学モジュール１６１へ導かれ、撮影者により被写体が観察されるとともに、露出演算やフォーカスレンズ２１１の焦点調節状態の検出が実行される。そして、撮影者がレリーズボタンを全押しするとミラー系１２０が撮影位置に回動し、被写体からの光束（光軸Ｌ１）は全て撮像素子１１０へ導かれ、撮影した画像データを図示しないメモリに保存する。
【００２７】
焦点検出モジュール１６１は、被写体光を用いた位相差検出方式による自動合焦制御を実行するための焦点検出素子であり、サブミラー１２２で反射した光束（光軸Ｌ４）の、撮像素子１１０の撮像面と光学的に等価な位置に固定されている。
【００２８】
図２は、図１に示す焦点検出モジュール１６１の構成例を示す図である。本例の焦点検出モジュール１６１は、コンデンサレンズ１６１ａ、一対の開口が形成された絞りマスク１６１ｂ、一対の再結像レンズ１６１ｃおよび一対のラインセンサ１６１ｄを有し、撮影レンズ２１１の射出瞳の異なる一対の領域を通る一対の光束をラインセンサ１６で受光して得られる一対の像信号の位相ずれを周知の相関演算によって求めることにより焦点調節状態を検出する。
【００２９】
そして、同図に示すように被写体Ｐが撮像素子１１０の等価面（予定結像面）１６１ｅで結像すると合焦状態となるが、撮像レンズ（フォーカスレンズ）２１１が光軸Ｌ１方向に移動することで、結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれたり（前ピンと称される）、カメラボディ１００側にずれたりすると（後ピンと称される）、ピントずれの状態となる。
【００３０】
なお、被写体Ｐの結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の像信号の間隔Ｗが、合焦状態の間隔Ｗに比べて短くなり、逆に被写体像Ｐの結像点がカメラボディ１００側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の像信号の間隔Ｗが、合焦状態の間隔Ｗに比べて長くなる。
【００３１】
すなわち、合焦状態では一対のラインセンサ１６１ｄで検出される像信号がラインセンサの中心に対して重なるが、非合焦状態ではラインセンサの中心に対して各像信号がずれる、すなわち位相差が生じるので、この位相差（ずれ量）に応じた量だけフォーカスレンズ２１１を移動させることでピントを合わせる。
【００３２】
図１に戻り、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２は、オートフォーカスモードにおいて、焦点検出光学モジュール１６１のラインセンサのゲインや蓄積時間を制御するもので、焦点検出位置として選択された焦点検出エリアに関する情報をカメラ制御部１７０から受け、この焦点検出エリアに相当する一対のラインセンサにて検出された一対の像信号を読み出し、デフォーカス演算部１６３へ出力する。
【００３３】
デフォーカス演算部１６３は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２から送られてきた一対の像信号のずれ量をデフォーカス量ΔＷに変換し、これをレンズ駆動量演算部１６４へ出力する。
【００３４】
レンズ駆動量演算部１６４は、デフォーカス演算部１６３から送られてきたデフォーカス量ΔＷに基づいて、当該デフォーカス量ΔＷに応じたレンズ駆動量Δｄを演算し、これをレンズ駆動制御部１６５へ出力する。
【００３５】
レンズ駆動制御部１６５は、レンズ駆動量演算部１６４から送られてきたレンズ駆動量Δｄに基づいてレンズ駆動モータ２３０へ駆動指令を送出し、レンズ駆動量Δｄだけフォーカスレンズ２１１を移動させる。
【００３６】
撮像素子１１０は、カメラボディ１００の、被写体からの光束の光軸Ｌ１上であって、撮影光学系２１０の予定焦点面となる位置に設けられ、その前面にシャッター１１１が設けられている。撮像素子１１０は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどで構成することができる。この撮像素子１１０で光電変換された電気画像信号は、カメラ制御部１７０で画像処理されたのち図示しないメモリに保存される。なお、撮影画像を格納するメモリは内蔵型メモリやカード型メモリなどで構成することができる。
【００３７】
一方、クイックリターンミラー１２１で反射された被写体からの光束は、撮像素子１１０と光学的に等価な面に配置された焦点板１３１に結像し、ペンタプリズム１３３と接眼レンズ１３４とを介して撮影者の眼球に導かれる。このとき、透過型液晶表示器１３２は、焦点板１３１上の被写体像に焦点検出エリアマーク等を重畳して表示するとともに、被写体像外のエリアにシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。これにより、撮影準備状態において、ファインダ１３４を通して被写体およびその背景ならびに撮影関連情報などを観察することができる。
【００３８】
操作部１５０は、シャッターレリーズボタンや撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、自動露出モード／マニュアル露出モード、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換や、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード／コンティニュアスモードの切換が行えるようになっている。また、シャッターレリーズボタンは全押ししたときにシャッターがＯＮされる以外にも、オートフォーカスモードにおいて当該ボタンを半押しするとフォーカスレンズの合焦動作がＯＮとなり、ボタンを離すとＯＦＦになる。また、単写／連写設定ボタンも含まれ、連写モードでレリーズボタンを全押しすると１秒間に所定枚数の画像を撮影することができる。この操作部１５０により設定された各種モードはカメラ制御部１７０へ送信される。
【００３９】
カメラボディ１００にはカメラ制御部１７０が設けられている。カメラ制御部１７０はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、マウント部３００に設けられた電気信号接点部によりレンズ制御部２５０と電気的に接続され、このレンズ制御部２５０からレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部２５０へデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を送信する。また、カメラ制御部１７０は、上述したように撮像素子１１０から画像情報を読み出すとともに、必要に応じて所定の情報処理を施し、図示しないメモリに出力する。また、カメラ制御部１７０は、撮影画像情報の補正やレンズ鏡筒２００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１全体の制御を司る。
【００４０】
接眼レンズ１３４の近傍には、測光用レンズ１３６と測光センサ１３７と絞り１３８が設けられ、焦点板１３１に結像した被写体光の一部を受光する。
【００４１】
本例の測光センサ１３７は、二次元カラーＣＣＤイメージセンサなどで構成され、図５に示すように複数の矩形状画素１３７Ｐが縦横に配列されてなる。図５は測光センサ１３７を示す平面図である。一つの画素１３７Ｐの表面には３つの矩形状開口部１３７１（１３７Ｒ，１３７Ｇ，１３７Ｂ）を有し、それぞれ赤色、緑色、青色の分光感度特性を有する受光素子によって光束を受光する。なお、開口部１３７１以外の領域１３７２は光束に対して感度を有しない不感帯領域である。
【００４２】
測光センサ１３７は、受光した光束の輝度に応じた測光信号を画素１３７Ｐごと又は所定の画素群ごとにカメラ制御部１７０へ出力し、撮影の際の撮像素子１１０の露出値を演算する。また、測光センサ１３７による画素ごと又は所定の画素群ごとの測光信号は、カメラ制御部１７０へ出力されて、撮影シーンの解析や認識にも用いられ、輝度や色彩に基づいて焦点調節対象の位置を解析または認識したり、人物撮影や風景撮影などの撮影モードの選択をしたり、各種画像処理に用いられる。
【００４３】
測光用レンズ１３６の光軸Ｌ３上であってその前面の近傍には、図４に示す矩形状開口部１３８Ａを有する絞り１３８が設けられている。この絞り１３８の開口部１３８Ａの形状は、測光センサ１３７の画素１３７Ｐの形状に対し相似である。したがって、測光センサ１３７の画素１３７Ｐが正方形の場合は絞り１３８の開口部１３８Ａも正方形とし、画素１３７Ｐが長方形の場合は開口部１３８Ａもこれと相似の長方形とし、画素１３７Ｐが多角形の場合は開口部１３８Ａもこれと相似の多角形とし、画素１３７Ｐがその他の任意形状の場合は開口部１３８Ａもこれと相似形状とする。
【００４４】
図３は、図１のカメラ１のうち、測光用レンズ１３６の光軸Ｌ３上に配置された焦点板１３１、絞り１３８、測光用レンズ１３６および測光センサ１３７を抽出した図である。絞り１３８は測光用レンズ１３６の前面近傍に設けられているが、これに代えて測光用レンズ１３６の背面近傍に配置することもできる。
【００４５】
測光センサ１３７は、測光用レンズ１３６について焦点板１３１と共役な位置Ｐ１からずれた位置に配置され、これにより絞り１３８および測光用レンズ１３６を通過した焦点板１３１上の像のぼけ像を受光する。図５は、測光センサ１３７にて受光した焦点板１３１に形成された像（ここでは画素１３７Ｐより小さな光源とする。）のぼけ像ＩＭを示す図であり、本例ではぼけ像ＩＭの大きさが画素１３７Ｐとほぼ等しくなる位置に測光センサ１３７が配置されている。
【００４６】
なお、図３に示す測光センサ１３７は焦点板１３１の共役位置Ｐ１から後ろ側に配置されているが、共役位置Ｐ１より前側に配置することもできる。また、図５に示すようにぼけ像の大きさが測光センサ１３７の画素１３７Ｐと同じになるように測光センサ１３７を配置する以外にも、ボケ像の大きさが画素１３７Ｐよりも大きくなるように測光センサ１３７を配置することもできる。
【００４７】
以上のように、測光センサ１３７の画素１３７Ｐの形状に対し、絞り１３８の開口部１３８Ａを相似形状にするとともに、測光用レンズ１３６について焦点板１３１と共役な位置Ｐ１から測光センサ１３７の位置をずらして焦点板１３１に形成された像（画素１３７Ｐより小さな光源）のぼけ像が画素１３７Ｐと等しくなるようにすることで、不感帯１３７２のみに受光されることがなくなる。
【００４８】
図６は、焦点板１３１上に形成された像（１つの画素１３７Ｐより小さな光源）によるぼけ像ＩＭ１〜ＩＭ４が測光センサ１３７の左上に位置する４つの画素１３７Ｐのそれぞれの位置に一致して入射した状態を示す正面図である。各ぼけ像ＩＭ１〜ＩＭ４は４つの画素１３７Ｐのそれぞれに一致しているため、光束が入射されない不感帯１３７２の部分は生じないし、ぼけ像ＩＭ１〜ＩＭ４が重なることもない。
【００４９】
また図７は、同じく１つの画素１３７Ｐより小さな光源のぼけ像ＩＭ１〜ＩＭ３が測光センサ１３７の画素１３７Ｐの位置に一致しないで入射した状態を示す正面図である。何れのぼけ像ＩＭ１〜ＩＭ３においても１つのぼけ像に含まれる画素１３７Ｐの各開口部１３７Ｒ，１３７Ｇ，１３７Ｂの面積の和が等しくなる。したがって、この場合にも輝度及び色彩の感度むらは生じない。
【００５０】
これに対し、絞り１３８の開口部１３８Ａを画素１３７Ｐの形状とは非相似の、たとえば円形にした比較例のぼけ像ＩＭ５，ＩＭ６を図６に二点鎖線で示す。この場合のボケ像ＩＭ５，ＩＭ６は円形となるが、ここで、この場合のぼけ像ＩＭ５，ＩＭ６の大きさを画素１３７Ｐに内接する大きさにすると、円形のぼけ像ＩＭ５の外周と画素１３７Ｐの外周との間にボケ像が入射しない不感帯の領域が生じる。したがって、ぼけ像ＩＭ５で示すように画素１３７Ｐに一致するように入射した場合の感度と、ぼけ像ＩＭ６で示すように画素１３７Ｐの間に入射した場合の感度とが相違し、感度むらが生じることになる。
【００５１】
また、図７に二点鎖線で示すようにぼけ像ＩＭ７，ＩＭ８の大きさを画素１３７Ｐに外接する大きさにすると、ぼけ像ＩＭ７，ＩＭ８に重なりが生じ、一つのぼけ像に含まれる画素１３７Ｐの各開口部１３７Ｒ，１３７Ｇ，１３７Ｂの面積の和が相違し、感度むらが生じることになる。
【００５２】
このように本実施形態の受光装置及びこれを備えたカメラ１によれば、測光センサ１３７の画素１３７Ｐレベルの輝点に対する感度むらを抑制することができ、測光信号の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】発明の実施形態に係るカメラを示すブロック図である。
【図２】図１の焦点検出モジュールを示す図である。
【図３】図１の測光センサ系を示す図である。
【図４】図１の絞りを示す正面図である。
【図５】図１の測光センサを示す正面図である。
【図６】図５の測光センサにてぼけ像を受光した状態の一例を示す図である。
【図７】図５の測光センサにてぼけ像を受光した状態の他例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…一眼レフデジタルカメラ
１００…カメラボディ
１１０…撮像素子
１３１…焦点板
１３６…測光用レンズ
１３７…測光センサ
１３８…絞り
１６１…焦点検出モジュール
１７０…カメラ制御部
２００…レンズ鏡筒
２１０…レンズ群
２２０…絞り装置
２３０…レンズ駆動モータ
２４０…絞り駆動装置
２５０…レンズ制御部
【図１】
2009258045.tif 000003
【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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