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JP2008134389A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】位相差ＡＦ用の画素を有する撮像素子を用いて、位相差ＡＦ以外のカメラ機能に必要な特定の処理を精度良く行える撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置には、画素内が分割され複数の光電変換部を有する分割Ｇ画素と、画素内が分割されていない非分割Ｇ画素、Ｒ画素およびＢ画素とを備えた撮像素子が設けられている。この撮像装置では、撮影レンズの射出瞳における一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する分割Ｇ画素の各光電変換部から得られる電荷信号に基づき一対の像列を生成して、位相差検出方式の焦点検出(位相差ＡＦ)が行われる。一方、非分割Ｇ画素から得られる電荷信号に基づきＡＦ評価値を取得し、コントラスト検出方式の焦点検出(コントラストＡＦ)が行われる。以上により、位相差ＡＦ用の分割Ｇ画素を有する撮像素子を用いて、位相差ＡＦ以外のカメラ機能に必要な特定の処理(例えばコントラストＡＦ)を精度良く行える。
【選択図】図１５

Description

本発明は、撮影光学系を有する撮像装置に関する。
デジタルカメラ(撮像装置)においては、画素内が分割され複数の光電変換部を持つ画素(以下では「分割画素」ともいう)を備えた撮像素子を用いて位相差検出方式のオートフォーカス制御(以下では「位相差ＡＦ」ともいう)を行う技術が知られている。
例えば特許文献１の技術によれば、２分割された分割画素の各光電変換部で撮影レンズ(撮影光学系)の瞳の異なる部分を通過した光束を受光して一対の像列を生成し、この一対の像列に関するシフト量を求めることにより、撮像素子を用いた位相差ＡＦが可能となっている。また、特許文献１では、上記の分割画素の光電変換部からの出力を利用してコントラスト検出方式のＡＦ制御(以下では「コントラストＡＦ」ともいう)が行われる点も開示されている。
特開２００１−３０５４１５号公報
しかしながら、上記特許文献１の技術では、位相差ＡＦのために設けられている分割画素(位相差ＡＦ用の画素)を用いてコントラストＡＦを行うため、従来のコントラストＡＦに比べて合焦精度が低下する恐れがある。すなわち、従来のコントラストＡＦでは、画素内が分割されていない非分割画素の電荷信号を利用しているが、瞳の一部を通過した光束を受光する分割画素の各光電変換部においては、その感度が従来の非分割画素より低下する。よって、分割画素の出力を用いたコントラストＡＦにおいては、従来と同等の精度が得られないと考えられる。
また、上述したコントラストＡＦと同様に、分割画素の出力に基づき、自動露出制御(ＡＥ)や自動ホワイトバランス制御(ＡＷＢ)などを行うと、これらのカメラ機能に必要な特定の制御についても、従来と比べて精度が低下する恐れがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、位相差ＡＦ用の画素を有する撮像素子を用いて、位相差ＡＦ以外のカメラ機能に必要な特定の処理を精度良く行える撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の側面は、撮影光学系を有する撮像装置であって、(a)複数の第１画素と、所定の方向に沿って配置された複数の第２画素とを有する撮像素子と、(b)前記複数の第２画素から得られる電荷信号に基づき、位相差検出方式の焦点検出処理を行う第１処理手段と、(c)前記複数の第１画素から得られる電荷信号に基づき、前記位相差検出方式の焦点検出処理と異なる前記撮像装置の機能に必要な特定の処理を行う第２処理手段と、
を備え、前記複数の第１画素においては、前記撮影光学系の射出瞳における全体領域を通過した被写体光束を受光する一方、前記複数の第２画素においては、前記射出瞳における一対の部分領域を通過した被写体光束を受光するとともに、前記第１処理手段では、前記一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する第２画素からの電荷信号に基づき一対の像列を生成し、前記一対の像列に関する前記所定の方向に沿ったずれ量を検出することにより、前記位相差検出方式の焦点検出処理が行われることを特徴とする。
本発明によれば、撮影光学系の射出瞳における一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する複数の第２画素から得られる電荷信号に基づき、位相差検出方式の焦点検出処理を行うとともに、撮影光学系の射出瞳における全体領域を通過した被写体光束を受光する複数の第１画素から得られる電荷信号に基づき、位相差検出方式の焦点検出処理と異なる撮像装置の機能に必要な特定の処理を行う。その結果、位相差ＡＦ用の画素（上記の第２画素）を有する撮像素子を用いて、位相差ＡＦ以外のカメラ機能に必要な特定の処理を精度良く行える。
＜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。また、図３は、撮像装置１の縦断面図である。
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に着脱自在な交換レンズとしての撮影レンズ２とを備えている。
図１において、カメラボディ１０の正面側には、正面略中央に撮影レンズ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、正面左端部（Ｘ方向左側）において突設され、ユーザが片手（又は両手）により確実に把持可能とするためのグリップ部３０３と、正面左上部（Ｙ方向左上側）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。
また、図２において、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３１１と、ＬＣＤ３１１の左方に配置された設定ボタン群３１２と、ＬＣＤ３１１の右方に配置された十字キー３１４と、十字キー３１４の中央に配置されたプッシュボタン３１５とが備えられている。また、カメラボディ１０の背面側には、ＬＣＤ３１１の上方に配設されたＥＶＦ(Electronic View Finder)３１６と、ＥＶＦ３１６の周囲を囲むアイカップ３２１と、ＥＶＦ３１６の左方に配設されたメインスイッチ３１７と、ＥＶＦ３１６の右方に配設された露出補正ボタン３２３およびＡＥロックボタン３２４と、ＥＶＦ３１６の上方に配設されたフラッシュ部３１８および接続端子部３１９とが備えられている。
マウント部３０１には、装着された撮影レンズ２との電気的接続を行うための複数個の電気的接点や、機械的接続を行うためのカプラ等が設けられている。
レンズ交換ボタン３０２は、マウント部３０１に装着された撮影レンズ２を取り外す際に押下されるボタンである。
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４参照)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記録媒体（例えばメモリカード）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。
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。
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（Ｓ１）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調節等の準備動作）が実行され、シャッターボタン３０７が全押し（Ｓ２）されると、撮影動作（撮像センサを露光し、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。
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)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。
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。
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。
ＥＶＦ３１６は、例えば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)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。ここで、ＥＶＦ３１６やＬＣＤ３１１において本撮影(画像記録用の撮影)前に撮像素子１０１で順次に生成される画像信号に基づき動画的態様で被写体を表示するライブビュー(プレビュー)表示が行われることにより、ユーザは、実際に撮像素子１０１にて撮影される被写体を視認することが可能となる。
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。
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。
アイカップ３２１は、遮光性を有してＥＶＦ３１６への外光の侵入を抑制する「コ」字状の遮光部材である。
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。
撮影レンズ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。この撮影レンズ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。
撮影レンズ２は、光軸Ｌ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３)。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４参照)と、変倍を行うためのズームレンズ２１２(図４参照)とが含まれており、それぞれ光軸ＬＴ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、撮影レンズ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。
撮像素子１０１は、カメラボディ１０に撮影レンズ２が装着された場合の当該撮影レンズ２が備えているレンズ群２１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、各画素の受光面に、それぞれ分光特性の異なる例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)のカラーフィルタが１：２：１の比率で配設されてなるベイヤー配列の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(撮像センサ)１０１は、レンズ群２１により結像された被写体の光像をＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)各色成分のアナログの電気信号(画像信号)に変換し、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。
撮像装置１の前方には、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、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及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。
＜撮像装置１の電気的構成＞
図４は、撮像装置１全体の電気的な構成を示すブロック図である。ここで、図１〜図３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、撮影レンズ２の電気的構成について先ず説明する。
撮影レンズ２は、上述した撮影光学系を構成するレンズ群２１に加え、レンズ駆動機構２４と、レンズ位置検出部２５と、レンズ制御部２６と、絞り駆動機構２７とを備えている。
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。焦点調節動作は、レンズ群２１がカメラボディ１０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行われる。
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、カプラ７４を介して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と平行な方向に移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。
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鏡胴２２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。
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からなるメモリ部２６１が内蔵されたマイクロコンピュータからなっている。また、レンズ制御部２６は、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部２６２を備え、この通信部２６２は、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をメイン制御部６２に送信する一方、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する。また撮影時には、ＡＦ動作完了後の焦点距離情報、絞り値等のデータが通信部２６２からメイン制御部６２へ送信される。なお、メモリ部２６１には、上記のレンズ群２１の状態情報データや、メイン制御部６２から送信された例えばフォーカスレンズ２１１の駆動量のデータ等が記憶される。
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。
続いて、カメラボディ１０の電気的構成について説明する。カメラボディ１０には、先に説明した撮像素子１０１、シャッタユニット４０等の他に、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）５、画像処理部６１、画像メモリ６１４、メイン制御部６２、フラッシュ回路６３、操作部６４、ＶＲＡＭ６５(６５ａ、６５ｂ)、カードＩ／Ｆ６６、メモリカード６７、通信用Ｉ／Ｆ６８、電源回路６９、電池６９Ｂ、フォーカス駆動制御部７１Ａ及びＡＦアクチュエータ７１Ｍ、シャッタ駆動制御部７２Ａ及びシャッタ駆動アクチュエータ７２Ｍ、絞り駆動制御部７３Ａ及び絞り駆動アクチュエータ７３Ｍを備えて構成されている。
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。
ＡＦＥ５は、撮像素子１０１に対して所定の動作を行わせるタイミングパルスを与えると共に、撮像素子１０１から出力される画像信号（ＣＭＯＳエリアセンサの各画素で受光されたアナログ信号群）に所定の信号処理を施し、デジタル信号に変換して画像処理部６１に出力するものである。このＡＦＥ５は、タイミング制御回路５１、信号処理部５２及びＡ／Ｄ変換部５３などを備えて構成されている。
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。
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、撮像素子１０１から出力される電荷信号を増幅する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。
信号処理部５２のＡＧＣ回路では、後述する分割Ｇ画素１１ｇｒからの電荷信号がゲイン(増幅率)αで増幅されるとともに、後述の非分割画素(Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ)からの電荷信号が、上記のゲインαと異なるゲインβで増幅されることとなる。これは、撮影レンズ２の射出瞳の一部を通過した光束を受光する分割Ｇ画素においては、非分割画素に比べて感度が低下するため、非分割画素より高ゲインで増幅して適正な出力レベルを確保する必要があるためである。
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、上記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。
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。
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。
ホワイトバランス補正回路６１２は、光源に応じた白の基準に基づいて、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各色成分のデジタル信号のレベル変換（ホワイトバランス(ＷＢ)調整）を行うものである。すなわちホワイトバランス制御回路６１２は、メイン制御部６２から与えられるＷＢ調整データに基づき、撮影被写体において輝度や彩度データ等から本来白色であると推定される部分を特定し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれを色成分の平均と、Ｇ／Ｒ比及びＧ／Ｂ比とを求め、これをＲ、Ｂの補正ゲインとしてレベル補正する。
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。
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。
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フラッシュメモリ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。
また、メイン制御部６２は、撮像素子１０１に対して２種類のモード（ライブビュー読出しモードおよびＡＦ読出しモード）による画素読出しを制御する。
撮像素子１０１のライブビュー読出しモードでは、画素読出しの周期(フレームレート)を６０ｆｐｓに設定するとともに、撮像素子１０１で画素の間引き読出しを行ってライブビュー表示用の画像として例えばＶＧＡサイズの６４０×４８０画素の画像を生成する。なお、上記の間引き読出しにおいては、後述する非分割画素（非分割Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ）が読み出される。そして、撮像素子１０１に対する間引き読出しによって生成された表示画像は、ＥＶＦ３１６(またはＬＣＤ３１１)に順次に表示されることにより、被写体のライブビュー表示が行われることとなる。
撮像素子１０１のＡＦ読出しモードでは、画素読出しの周期(フレームレート)を２４０ｆｐｓに設定するとともに、後述する分割Ｇ画素１１ｇｒと非分割Ｇ画素１１ｇｂとを読出してオートフォーカス制御を行う。なお、ＡＦ読出しモードにおいても、６０ｆｐｓで撮像素子１０１から非分割Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂを読出しライブビュー表示が行われる。
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。
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。
ＶＲＡＭ６５ａ、６５ｂは、ＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６の画素数に対応した画像信号の記憶容量を有し、メイン制御部６２とＬＣＤ３１１およびＥＶＦ３１６との間のバッファメモリである。カードＩ／Ｆ６６は、メモリカード６７とメイン制御部６２との間で信号の送受信を可能とするためのインターフェースである。メモリカード６７は、メイン制御部６２で生成された画像データを保存する記録媒体である。通信用Ｉ／Ｆ６８は、パーソナルコンピュータやその他の外部機器に対する画像データ等の伝送を可能とするためのインターフェースである。
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（例えば５Ｖ）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。
フォーカス駆動制御部７１Ａは、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、カプラ７４を介して撮影レンズ２のレンズ駆動機構２４にレンズ駆動力を与える。
シャッタ駆動制御部７２Ａ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７２Ｍ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７２Ｍは、シャッタユニット４０の開閉駆動を行うアクチュエータである。
絞り駆動制御部７３Ａは、メイン制御部６２から与えられる制御信号に基づき、絞り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。絞り駆動アクチュエータ７３Ｍは、カプラ７５を介して絞り駆動機構２７に駆動力を与える。
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、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７６およびコントラストＡＦ演算回路７７を備えている。
これらの位相差ＡＦ演算回路７６およびコントラストＡＦ演算回路７７を利用した撮像装置１のＡＦ動作について、詳しく説明する。
＜撮像装置１のＡＦ動作について＞
撮像装置１では、撮像素子１０１において射出瞳の異なった部分を透過(通過)した透過光を受光することにより焦点検出を行う位相差検出方式のＡＦ(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、この撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理とを、以下で説明する。
図５は、撮像素子１０１の構成を説明するための図である。
撮像素子１０１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設けられたＲ画素１１ｒ、Ｇ画素１１ｇおよびＢ画素１１ｂを有するとともに、各画素１１(１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ)には、１つのマイクロレンズＭＬが配設されている。なお、図５では、図示の便宜上、隣接するマイクロレンズＭＬが重なる部分を有しているように図示しているが、実際の撮像素子では、マイクロレンズＭＬが重ならずに配置される。
Ｇ画素１１ｇは、ＧｒラインＬ１の方向(水平方向)に沿って配置された複数のＧ画素１１ｇｒと、ＧｂラインＬ２に沿って配置された複数のＧ画素１１ｇｂとからなっているが、このうちＧｒラインＬ１のＧ画素１１ｇｒでは、ＧｒラインＬ１の方向に画素内が８つに分割されている。すなわち、Ｇ画素１１ｇｒにおいては、図６に示すようにＧｒラインＬ１の方向に沿って８つの光電変換部１１１〜１１８が配列されており、各光電変換部１１１〜１１８では、独立したフォトダイオードを有して光電変換により蓄積された電荷の読出しが可能となっている。なお、撮像素子１０１の電荷読出しでは、画素内が分割されたＧ画素１１ｇｒと、その他の分割されていない画素（Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ）とで読み出し方法を異ならせて同時に電荷読出しを行えるようになっている。また、以下では、画素内が分割されたＧ画素１１ｇｒを「分割Ｇ画素」(単に「分割画素」ともいう)と呼び、画素内が分割されていないＧ画素１１ｇｂを「非分割Ｇ画素」(単に「非分割画素」ともいう)と呼ぶこととする。
次に、上記の分割Ｇ画素１１ｇｒを有する撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理を、詳しく説明する。
図７は、撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理を説明するための図である。
撮影レンズ(撮影光学系)２に関する実絞りが例えばＦ５.６に相当する場合において、分割Ｇ画素１１ｇｒでは、射出瞳Ｅｐの右側部分を通過した光束Ｔａが緑色のカラーフィルタ１２を透過して分割Ｇ画素１１ｇｒの左から３番目の光電変換部１１３に結像するとともに、射出瞳Ｅｐの左側部分を通過した光束Ｔｂが緑色のカラーフィルタ１２を透過して分割Ｇ画素１１ｇｒの左から５番目(右から３番目)の光電変換部１１６に結像するものとする。すなわち、非分割Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂからなる複数の非分割画素においては、撮影レンズ２の射出瞳Ｅｐにおける全体領域を通過した被写体光束を受光するのに対して、複数の分割Ｇ画素１１ｇｒにおいては、撮影レンズ２の射出瞳Ｅｐにおける一対の部分領域を通過した被写体光束Ｔａ、Ｔｂを受光することとなる。以下では、光電変換部１１３から得られる受光データを「Ａ系列のデータ」と呼び、光電変換部１１６から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ＧｒラインＬ１(図５)に配置された複数の分割Ｇ画素１１ｇｒ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８〜図１２を参照して位相差ＡＦの原理を説明する。
図８は、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り、図９は、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。また、図１０は、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。さらに、図１１は、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り、図１２は、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。ここで、図８〜図１２においては、横軸がＧｒラインＬ１方向に関する分割Ｇ画素１１ｇｒの位置を示し、縦軸が光電変換部１１３、１１６からの出力を示している。また、図８〜図１２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。
図８〜図１２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ＧｒラインＬ１方向のシフト量(ずれ量)が増大していることが分かる。
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１３に示すグラフＧｃのように表される。この図１３においては、横軸がデフォーカス量(ｍｍ)を示し、縦軸が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(画素数)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。
Figure 2008134389
ただし、上式(１)において、Ｘ1〜Ｘnは、例えばＧｒラインＬ１における左端からの画素位置を表し、Ｙ1〜Ｙnは、各位置Ｘ1〜Ｘnの画素からの出力値を表している。
図１３に示すグラフＧｃのようにデフォーカス量と一対の像列における重心位置の差との関係は、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。
Figure 2008134389
ここで、上式(２)の係数ｋは、図１３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。
以上より、分割Ｇ画素１１ｇｒ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７６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(検出焦点位置)にフォーカスレンズ２１１を迅速に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に装着されている撮影レンズ２の設計値より一意に定まるものである。
すなわち、撮像装置１においては、図７に示す射出瞳Ｅｐにおける一対の部分領域を通過した被写体光束Ｔａ、Ｔｂを受光する分割画素１１ｇｒの光電変換部１１３、１１６からの各電荷信号に基づき一対の像列を生成し、この一対の像列に関するＧｒラインＬ１の方向に沿ったずれ量(シフト量)を検出することにより、位相差ＡＦが行われることとなる。
さて、一般にデジタルカメラの被写界深度を考慮すると、位相差ＡＦより合焦精度が高いコントラスト検出方式の焦点検出(コントラストＡＦ)で最終的な合焦を行うのが好ましい。そこで、本実施形態の撮像装置１においても、精度の高い合焦を図るためにコントラストＡＦを採用するが、このコントラスＡＦの原理について、以下で説明する。
撮像装置１におけるコントラストＡＦでは、撮影範囲の一部(例えば中央部分)に設定されるＡＦエリア内において非分割Ｇ画素１１ｇｂの画素群を読み出し、ＡＦ評価値が算出される。このＡＦ評価値については、例えばＡＦエリア内における非分割Ｇ画素１１ｇｂの隣接差分の絶対値の総和として算出される。
ここで、このＡＦ評価値を、フォーカスレンズ２１１を一定方向に移動させつつ順次に算出すれば、図１４のようにＡＦ評価値が単調に増加してからピークＱｋを境に単調に減少するようなファーカスレンズ２１１の各位置とＡＦ評価値との関係が得られることとなる。なお、フォーカスレンズ２１１は、ピントの山、つまりＡＦ評価値のピークＱｋを超えるまで移動するようにする。
そして、図１４に示すようにピークＱｋ近傍のＡＦ評価値Ｄn-1、Ｄn、Ｄn+1と、そのフォーカスレンズ２１１の位置Ｐn-1、Ｐn、Ｐn+1とが取得されると、次の式(３)に示す２次補間近似式を用いて、フォーカスレンズ２１１の合焦位置Ｐfが算出できることとなる。
Figure 2008134389
以上で説明したコントラストＡＦでは、ＡＦ評価値をコントラストＡＦ演算回路７７で求めて、フォーカス駆動制御部７１Ａによりフォーカスレンズ２１１を上記の式(３)で求めた合焦位置に移動させることで、合焦精度が高いオートフォーカス制御が可能となる。
本実施形態の撮像装置１では、上述した分割Ｇ画素１１ｇｒを用いた位相差ＡＦと非分割Ｇ画素１１ｇｂを用いたコントラストＡＦとを併用したハイブリッドＡＦを行うようになっているが、このハイブリッドＡＦに関する撮像装置１の具体的な動作を以下で説明する。
なお、上記説明では、一般的なコントラスト方式による山登りＡＦについて述べたが、本実施形態では以下に説明するハイブリッドＡＦによりピークＱｋを超えない場合でも合焦位置に移動させることができる。
＜撮像装置１の動作＞
図１５は、撮像装置１の基本的な動作を示すフローチャートである。本動作は、メイン制御部６２によって実行される。
まず、メインスイッチ３１７で撮像装置１の電源をオンにし、撮像素子１０１を起動する(ステップＳＴ１)。
ステップＳＴ２では、撮像素子１０１をライブビュー読出しモードに設定する。すなわち、上述のようにフレームレートを６０ｆｐｓに設定するとともに、撮像素子１０１の非分割画素(非分割Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ)からの出力に基づきライブビュー表示に関する表示画像を生成し、生成された表示画像をＥＶＦ３１６等に表示する。ここで、表示画像を生成する際には、表示画像に採用されないためにＧｒラインＬ１において欠落するＧ画素(つまり分割Ｇ画素１１ｇｒ)のデータを、この分割Ｇ画素１１ｇｒに対して斜め方向に隣接するＧｂラインＬ２の非分割Ｇ画素１１ｇｂのデータで補間してから、水平ライン単位の間引きを行うようにする。
このように非分割画素(非分割Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ)を用いてライブビュー表示画像を生成するのは、次の理由による。すなわち、分割Ｇ画素１１ｇｒを用いて表示画像を作成する場合、分割Ｇ画素１１ｇｒの各光電変換部１１３、１１６(図７参照)からの出力はそれぞれ適正なレベルとなるように信号処理部５２のＡＧＣ回路でゲイン調整がなされているため、これらを単純に加算処理するとオーバーフローしてしまう可能性があり、適切な表示画像を安定して生成するのが困難となるからである。なお、分割Ｇ画素１１ｇｒの各光電変換部１１３、１１６からの出力を平均処理すれば適正レベルの表示画像を生成できるものの、この平均処理を行うための回路等が必要となって装置構成の複雑化を招いてしまう。
そこで、本実施形態の撮像装置１では、装置構成を複雑化せずに適切な表示画像を安定して生成するために分割画素からの出力信号を除外し、非分割画素からの出力信号のみを用いてライブビュー表示画像を生成するようにしている。
ステップＳＴ３では、自動露出制御(ＡＥ)および自動ホワイトバランス制御(ＡＷＢ)を行う。この場合も、上述したライブビュー表示画像を生成する処理と同様に、画素内が分割されている分割Ｇ画素１１ｇｒからの出力信号を採用せず、画素内が分割されていない非分割画素(非分割Ｇ画素１１ｇｒ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ)からの出力信号のみを用いて、ＡＥ処理およびＡＷＢ処理が行われる。
ステップＳＴ４では、シャッターボタン３０７がユーザによって半押し(Ｓ１)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ＳＴ５に進むとともに、半押しされていない場合には、ステップＳＴ２に戻る。
ステップＳＴ５では、撮像素子１０１をＡＦ読出しモードに設定する。すなわち、上述のようにフレームレートを２４０ｆｐｓに設定して、ハイブリッドＡＦの制御が開始される。なお、このＡＦ読出しモードにおいても、６０ｆｐｓで読み出される非分割画素（非分割Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂ）の出力信号に基づきライブビュー表示が実施されることとなる。
ステップＳＴ６では、撮像素子１０１におけるＡＦエリア内の非分割Ｇ画素１１ｇｂからの出力に基づき、コントラストＡＦ演算回路７７でＡＦ評価値を算出して取得する。すなわち、撮像素子１０１で生成される画像信号に基づき、コントラスト検出方式の焦点検出に用いるＡＦ評価値(焦点検出情報)が取得される。
ステップＳＴ７では、フォーカスレンズ２１１の位置を、撮影レンズ２のレンズ位置検出部２５から出力されるパルス数に基づき検出する。ここでは、上記ＡＦ評価値の算出に用いる非分割画素の露光時間の中間時点においてフォーカスレンズ２１１の位置検出を行うのが好ましい。
ステップＳＴ８では、撮像素子１０１における分割Ｇ画素１１ｇｒからの出力信号を用いて位相差ＡＦを行う。具体的には、分割Ｇ画素１１ｇｒの光電変換部１１３および光電変換部１１６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を位相差ＡＦ演算回路７６で求め、この重心位置の差がなくなるように上記の式(２)を利用してフォーカスレンズ２１１を駆動する。すなわち、位相差ＡＦによって検出された位置(焦点検出位置)にフォーカスレンズ２１１が駆動されることとなる。
ステップＳＴ９では、位相差ＡＦによる焦点調整が完了したかを判定する。ここで、位相差ＡＦによる焦点調整が完了した場合には、ステップＳＴ１０に進むとともに、完了していない場合には、ステップＳＴ６に戻る。
以上のステップＳＴ６〜ＳＴ９を位相差ＡＦによる焦点調整が完了するまで繰り返すことにより、位相差ＡＦによってフォーカスレンズ２１１を駆動する際に、フォーカスレンズ２１１の各位置についてのＡＦ評価値(焦点検出情報)が焦点検出の履歴情報として取得されることとなる。なお、このＡＦ評価値の履歴情報は、例えばメイン制御部６２のメモリに格納される。
ステップＳＴ１０では、位相差ＡＦ中に算出されたＡＦ評価値の履歴情報のうち最後に算出された最終のＡＦ評価値Ｄmと、最終のＡＦ評価値Ｄmの１つ前(最終前)のＡＦ評価値Ｄm-1とを取得する。
ステップＳＴ１１では、最終前のＡＦ評価値Ｄm-1に対する最終のＡＦ評価値Ｄmの比率が、０.９９以上で１.０１以下となるかを判定する。これは、最終前のＡＦ評価値Ｄm-1に対する最終のＡＦ評価値Ｄmの比率が１００％±１％以内となる場合には、傾きがなだらかなＡＦ評価値のピークＱｋ(図１４)近傍にフォーカスレンズ２１１が駆動されているため、このフォーカスレンズ２１１の位置を合焦位置とみなして合焦位置を特定するようにするためである。
このステップＳＴ１１において、０.９９≦Ｄm/Ｄm-1≦１.０１の場合、つまり上記のＡＦ評価値の履歴情報(最終前のＡＦ評価値Ｄm-1および最終のＡＦ評価値Ｄm)に基づきフォーカスレンズ２１１の合焦位置が特定される場合には、ステップＳＴ１９に進み、そうでない場合には、ステップＳＴ１２に進む。
ステップＳＴ１２では、最終前のＡＦ評価値Ｄm-1に対する最終のＡＦ評価値Ｄmの比率が１より大きいかを判定する。ここで、Ｄm/Ｄm-1＞１の場合には、ＡＦ評価値が単調に増加している状態と判断してステップＳＴ１３に進み、Ｄm/Ｄm-1≦１の場合には、ＡＦ評価値が単調に減少している状態と判断してステップＳＴ１９に進む。
ステップＳＴ１３では、ステップＳＴ６と同様に、撮像素子１０１におけるＡＦエリア内の非分割Ｇ画素１１ｇｂからの出力に基づきＡＦ評価値Ｄ１を取得する。なお、位相差ＡＦによる焦点調整の完了直後においては、ＡＦ評価値Ｄ１として上記最終のＡＦ評価値ＤmがＡＦ評価値の履歴情報から取得される。
ステップＳＴ１４では、フォーカスレンズ２１１について、位相差ＡＦによる駆動方向と同方向に焦点深度(被写界深度)に相当する１Ｆδ分の追い駆動を行う。ここで、Ｆは撮影レンズ(撮影光学系)２に関する実絞りを表すＦナンバーであり、δは撮像素子１０１の画素ピッチの２倍(例えば６μｍの画素ピッチではδ＝１２μｍ)である。
ステップＳＴ１５では、ステップＳＴ６と同様に、撮像素子１０１におけるＡＦエリア内の非分割Ｇ画素１１ｇｂからの出力に基づきＡＦ評価値Ｄ２を取得する。
ステップＳＴ１６では、ステップＳＴ１３で取得したＡＦ評価値Ｄ１に対する、ステップＳＴ１５で取得したＡＦ評価値Ｄ２の比率が、０.９９以上で１.０１以下であるかを判定する。これは、ＡＦ評価値がピークＱｋ(図１４)を超えず単調に増加している状態において、例えば図１６に示すようにフォーカスレンズ２１１の駆動量Ｗの追い駆動を行うことによりＡＦ評価値Ｄ２が得られたとすると、ＡＦ評価値Ｄ２に対するＡＦ評価値Ｄ１の比率が１００％±１％以内となる場合、換言すればＡＦ評価値Ｄ２とＡＦ評価値Ｄ１との差ＥｆがＡＦ評価値Ｄ１の１％以下となる場合には、ＡＦ評価値のピークＱｋ(図１４)付近の緩い傾斜部分にフォーカスレンズ２１１が駆動されているので、この追い駆動されたフォーカスレンズ２１１の位置を合焦位置とみなして合焦位置を特定するようにするためである。
このステップＳＴ１６において、０.９９≦Ｄ１/Ｄ２≦１.０１の場合には、ステップＳＴ１９に進み、そうでない場合には、未だにＡＦ評価値のピークＱｋ(図１４)付近にフォーカスレンズ２１１が到達していないと判断してステップＳＴ１７に進む。
以上のステップＳＴ１３〜ＳＴ１６の動作により、現在までに取得しているＡＦ評価値の履歴情報に基づきフォーカスレンズ２１１の合焦位置が特定されない場合には、フォーカスレンズ２１１について撮影レンズ２に係る焦点深度に基づく駆動量の追い駆動を行ってＡＦ評価値が追加取得し、この追加取得したＡＦ評価値(焦点検出情報)を加えた焦点検出の履歴情報に基づきフォーカスレンズ２１１の焦位置を特定する処理が行われることとなる。
ステップＳＴ１７では、ステップＳＴ１３で行われるフォーカスレンズ２１１の追い駆動がｎ(例えばｎ＝３)回実施されたかを判定する。これは、フォーカスレンズ２１１の追い駆動が幾度も実施される場合には合焦が困難と見なして、ＡＦ動作を打ち切るためである。ここで、追い駆動がｎ回実施された場合には、ステップＳＴ１９に進み、ｎ回未満の場合には、ステップＳＴ１３に戻る。
ステップＳＴ１８では、ＡＦ評価値のピーク位置までフォーカスレンズ２１１の戻り駆動を行う。すなわち、ステップＳＴ１２において最終前のＡＦ評価値Ｄm-1に対する最終のＡＦ評価値Ｄmの比率が１以下と判定される場合には、現在のフォーカスレンズ２１１の位置はＡＦ評価値のピーク位置を超えているものと判断し、上述した式(３)を利用してフォーカスレンズ２１１の合焦位置を特定する。そして、位相差ＡＦによってＡＦ評価値のピーク位置(合焦位置)を通過したフォーカスレンズ２１１を、特定された合焦位置に戻らせるように駆動する。
このステップＳＴ１８の動作により、位相差ＡＦ中に取得したＡＦ評価値の履歴情報に基づきフォーカスレンズ２１１の合焦位置が特定される場合であって、この特定された合焦位置が位相差ＡＦによって検出された焦点検出位置と異なる場合には、この合焦位置にフォーカスレンズ２１１が駆動されることとなる。
ステップＳＴ１９では、撮像素子１０１をＡＦ読出しモードからライブビュー読出しモードに設定する。
以上の撮像装置１の動作により、複数の分割Ｇ画素(第２画素)１１ｇｒから得られる電荷信号に基づき位相差検出方式の焦点検出処理(位相差ＡＦ)を行うとともに、非分割Ｇ画素１１ｇｂ、Ｒ画素１１ｒおよびＢ画素１１ｂからなる複数の非分割画素(第１画素)から得られる電荷信号に基づき位相差ＡＦと異なるコントラストＡＦやライブビュー表示、ＡＥ、ＡＷＢを行うため、位相差ＡＦ以外のカメラ機能に必要な特定の処理を精度良く行える。
また、撮像装置１においては、複数の光電変換部１１１〜１１８が配列された分割画素１１ｇｒにおいて上述した一対の像列(Ａ系列の像列およびＢ系列の像列)を生成する各光電変換部１１３、１１６を有しているため、位相差ＡＦに用いる一対の像列を簡易に生成できる。
また、撮像装置１においては、信号処理部５２のＡＧＣ回路において分割画素と非分割画素とを異なるゲインで増幅するため、非分割画素とともに分割画素からの出力レベルを適正化できる。
また、撮像装置１においては、非分割画素１１ｇｒそれぞれが同色の緑色のカラーフィルタを有しているため、位相差ＡＦを精度良く適切に行える。
また、撮像装置１においては、非分割画素から得られる電荷信号に基づき行われる特定の処理に、コントラストＡＦの処理や、自動露出制御(ＡＥ)に関する処理、自動ホワイトバランス制御(ＡＷＢ)に関する処理、ライブビュー表示(プレビュー表示)に係る表示画像を生成する処理が含まれるため、コントラストＡＦやＡＥ制御、ＡＷＢ制御を精度良く行えるとともに、ライブビュー表示を適切に行える。
＜変形例＞
・上記の実施形態においては、画素内が分割された分割画素(分割Ｇ画素)を有する撮像素子を用いて位相差ＡＦを行うのは必須でなく、図１７および図１８に示す撮像素子１０１Ａ、１０１Ｂを用いて位相差ＡＦを行うようにしても良い。
図１７は、本発明の変形例に係る撮像素子１０１Ａの構成を説明するための図である。
撮像素子１０１ＡのＧｒライン(図５のＧｒラインＬ１参照)では、赤色のカラーフィルタ１２ｒを有するＲ画素１１ｒを挟んで、緑色のカラーフィルタ１２ｇを有する一対のＧ画素１１ｇ(１１ｇｓ、１１ｇｔ)が配置されている。そして、Ｇ画素１１ｇｓでは、遮光板１３ａのスリットＳＬａにより、射出瞳Ｅｐの左側部分を通過する光束Ｔｂが緑色のカラーフィルタ１２ｇを透過して光電変換部１１０に結像するように構成されている。一方、Ｇ画素１１ｇｔでは、遮光板１３ｂのスリットＳＬｂにより、射出瞳Ｅｐの右側部分を通過する光束Ｔａが緑色のカラーフィルタ１２ｇを透過して光電変換部１１０に結像するように構成されている。
このような構成のＧ画素１１ｇｓ、１１ｇｔから得られる各受光データを、上述したＡ系列のデータおよびＢ系列のデータとして利用すれば、上記の分割Ｇ画素１１ｇｒと同様に位相差ＡＦが行えることとなる。
このような撮像素子１０１Ａにおいても、上記の実施形態の撮像素子１０１と同様に、ＧｒラインのＧ画素１１(１１ｇｓ、１１ｇｔ)を用いて位相差ＡＦを行うとともに、Ｇｂラインに配置され上記の遮光板１３ａ、１３ｂが設けられていない通常のＧ画素と、Ｒ画素およびＢ画素とを用いてコントラストＡＦ、ライブビュー表示、ＡＥおよびＡＷＢを行うようにすれば、位相差ＡＦ以外のカメラ機能に必要な特定の処理を精度良く行える。
図１８は、他の変形例に係る撮像素子１０１Ｂの構成を説明するための図である。
撮像素子１０１ＢのＧｒライン(図５のＧｒラインＬ１参照)では、赤色のカラーフィルタ１２ｒを有するＲ画素１１ｒを挟んで、緑色のカラーフィルタ１２ｇを有する一対のＧ画素１１ｇ(１１ｇｖ、１１ｇｗ)が配置されている。そして、Ｇ画素１１ｇｖでは、図１７のスリットＳＬａに対応する光透過領域Ｐａを除いて顔料または塗料で黒塗りされた遮光層Ｑａが上面に形成されたマイクロレンズＭＬにより、射出瞳Ｅｐの左側部分を通過する光束Ｔｂが緑色のカラーフィルタ１２ｇを透過して光電変換部１１０に結像するように構成されている。一方、Ｇ画素１１ｇｗでは、図１７のスリットＳＬｂに対応する光透過領域Ｐｂを除いて顔料または塗料で黒塗りされた遮光層Ｑｂが上面に形成されたマイクロレンズＭＬにより、射出瞳Ｅｐの右側部分を通過する光束Ｔａが緑色のカラーフィルタ１２ｇを透過して光電変換部１１０に結像するように構成されている。
このような構成のＧ画素１１ｇｖ、１１ｇｗから得られる各受光データを、上述したＡ系列のデータおよびＢ系列のデータとして利用すれば、上記の分割Ｇ画素１１ｇｒと同様に位相差ＡＦが行えることとなる。
このような撮像素子１０１Ｂにおいても、上記の実施形態の撮像素子１０１と同様に、ＧｒラインのＧ画素１１(１１ｇｖ、１１ｇｗ)を用いて位相差ＡＦを行うとともに、Ｇｂラインに配置されマイクロレンズＭＬ上に上記の遮光層Ｑａ、Ｑｂが形成されていない通常のＧ画素と、Ｒ画素およびＢ画素とを用いてコントラストＡＦ、ライブビュー表示、ＡＥおよびＡＷＢを行うようにすれば、位相差ＡＦ以外のカメラ機能に必要な特定の処理を精度良く行える。
・上記の実施形態における撮像装置については、撮影レンズ２がカメラボディ１０に着脱自在であるのは必須でなく、撮影レンズ２がカメラボディ１０に固定されているものでも良い。
・上記の実施形態における撮像素子については、Ｇ画素を内部で８分割するのは必須でなく、２以上の分割がなされたものであれば良い。また、Ｇ画素を分割するのは必須でなく、Ｒ画素やＢ画素を分割しても良い。
・上記の実施形態におけるＡＦ評価値については、分割されていないＧ画素１１ｇｂにおいて隣接差分の絶対値総和を算出するのは必須でなく、隣接差分の２乗の絶対値総和を算出するようにしても良い。
・上記の実施形態における撮像装置の動作については、図１５のステップＳＴ１１におて最終前のＡＦ評価値Ｄm-1に対する最終のＡＦ評価値Ｄmの比率が１００％±１％以内であるかを判定するのは必須でなく、例えば１００％±３％以内であるか否かを判定するようにしても良い。
・上記の実施形態における撮像装置の動作については、図１５のステップＳＴ１４においてフォーカスレンズ２１１を１Ｆδ分追い駆動するのは必須でなく、２Ｆδ分の追い駆動を行うようにしても良い。すなわち、撮影レンズ２に係る焦点深度に基づく駆動量の追い駆動を行えば良い。
・上記の実施形態における分割Ｇ画素については、図５に示すＧｒラインＬ１の方向(水平方向)に複数に分割するのは必須でなく、垂直方向に複数に分割するようにしても良い。この場合には、分割Ｇ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)に関する垂直方向のシフト量によって位相差ＡＦが行われることとなる。
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。 撮像装置１の外観構成を示す図である。 撮像装置１の縦断面図である。 撮像装置１全体の電気的な構成を示すブロック図である。 撮像素子１０１の構成を説明するための図である。 画素内で分割されたＧ画素１１ｇｒの構成を説明するための図である。 撮像素子１０１を利用した位相差ＡＦの原理を説明するための図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 コントラストＡＦの原理を説明するための図である。 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。 撮像装置１のＡＦ動作を説明するための図である。 本発明の変形例に係る撮像素子１０１Ａの構成を説明するための図である。 他の変形例に係る撮像素子１０１Ｂの構成を説明するための図である。
符号の説明
１ 撮像装置
２ 撮影レンズ(交換レンズ)
１０ カメラボディ
１１ 画素
１１ｂ Ｂ画素(非分割画素)
１１ｇ Ｇ画素
１１ｇｂ 非分割Ｇ画素
１１ｇｒ 分割Ｇ画素
１１ｇｓ、１１ｇｔ 一対のＧ画素
１１ｇｖ、１１ｇｗ 一対のＧ画素
１１ｒ Ｒ画素(非分割画素)
１３ａ、１３ｂ 遮光板
２５ レンズ位置検出部
７６ 位相差ＡＦ演算回路
７７ コントラストＡＦ演算回路
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ 撮像素子
１１０〜１１８ 光電変換部
２１１ フォーカスレンズ
３１１ ＬＣＤ
３１６ ＥＶＦ
Ｅｐ 射出瞳
Ｌ１ Ｇｒライン
Ｌ２ Ｇｂライン
ＳＬａ、ＳＬｂ スリット
ＭＬ マイクロレンズ
Ｑｂ 遮光層

Claims (8)

  1. 撮影光学系を有する撮像装置であって、
    (a)複数の第１画素と、所定の方向に沿って配置された複数の第２画素とを有する撮像素子と、
    (b)前記複数の第２画素から得られる電荷信号に基づき、位相差検出方式の焦点検出処理を行う第１処理手段と、
    (c)前記複数の第１画素から得られる電荷信号に基づき、前記位相差検出方式の焦点検出処理と異なる前記撮像装置の機能に必要な特定の処理を行う第２処理手段と、
    を備え、
    前記複数の第１画素においては、前記撮影光学系の射出瞳における全体領域を通過した被写体光束を受光する一方、前記複数の第２画素においては、前記射出瞳における一対の部分領域を通過した被写体光束を受光するとともに、
    前記第１処理手段では、前記一対の部分領域を通過した被写体光束を受光する第２画素からの電荷信号に基づき一対の像列を生成し、前記一対の像列に関する前記所定の方向に沿ったずれ量を検出することにより、前記位相差検出方式の焦点検出処理が行われることを特徴とする撮像装置。
  2. 請求項１に記載の撮像装置において、
    前記第２画素では、前記所定の方向に沿って複数の光電変換部が配列されており、
    前記複数の光電変換部は、前記一対の像列に係る各電荷信号を生成する光電変換部を有していることを特徴とする撮像装置。
  3. 請求項１に記載の撮像装置において、
    (d)前記撮像素子から出力される電荷信号を増幅する増幅手段、
    をさらに備え、
    前記増幅手段では、前記第１画素からの電荷信号が、第１の増幅率で増幅されるとともに、前記第２画素からの電荷信号が、前記第１の増幅率と異なる第２の増幅率で増幅されることを特徴とする撮像装置。
  4. 請求項１に記載の撮像装置において、
    前記複数の第２画素は、それぞれ同色のカラーフィルタを有していることを特徴とする撮像装置。
  5. 請求項１に記載の撮像装置において、
    前記特定の処理は、コントラスト検出方式の焦点検出処理を含むことを特徴とする撮像装置。
  6. 請求項１に記載の撮像装置において、
    (e)画像表示が可能な表示手段と、
    (f)本撮影前に前記撮像素子で生成される画像信号に基づく被写体のプレビュー表示を前記表示手段で行わせる表示制御手段と、
    をさらに備えるとともに、
    前記特定の処理は、前記プレビュー表示に係る表示画像を生成する処理を含むことを特徴とする撮像装置。
  7. 請求項１に記載の撮像装置において、
    前記特定の処理は、自動露出制御に関する処理を含むことを特徴とする撮像装置。
  8. 請求項１に記載の撮像装置において、
    前記特定の処理は、自動ホワイトバランス制御に関する処理を含むことを特徴とする撮像装置。
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