JP2009111587A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質が良好な被写体画像を簡易に取得できる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、撮影光学系を通った被写体光像に係る画像信号を出力可能な通常画素１１０からなるＧｒラインＬ１およびＧｂラインＬ２と、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それぞれを受光する一対の画素１１ａ、１１ｂが水平方向に配列されたＡＦラインＬｆとを有した撮像素子を備えている。このような構成の撮像素子を本撮影時に露光して、ＧｒラインＬ１およびＧｂラインＬ２から被写体の画像信号を出力させるとともに、ＡＦライン(焦点検出画素列)Ｌｆから画素列信号を出力させる。そして、画素列信号に基づき位相差検出方式の焦点検出を行って求められたデフォーカス量に基づくピント復元処理を画像信号に対して実行する。これにより、画質が良好な被写体画像を簡易に取得できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、撮影光学系を有する撮像装置に関する。

一眼レフタイプのデジタルカメラ等においては、被写体からの光を受光することにより、画像信号を生成する撮像素子と位相差検出方式の焦点検出（以下では「位相差ＡＦ」ともいう）を行う位相差ＡＦモジュールとを備えたものが知られている。

しかし、上記の撮像素子および位相差ＡＦモジュールでは、撮影レンズを通った被写体光を受光する光路が異なるため、経年変化等に起因して、位相差ＡＦモジュールを用いたＡＦ動作(合焦制御)によって得られるピント位置(合焦位置)が撮像素子の撮像面からずれ、ピントがぼけた低品質の画像が撮像素子で生成されてしまう。

このような不具合を改善する方法としては、例えば特許文献１に開示されるＡＦ技術がある。このＡＦ技術では、位相差ＡＦモジュールによるピントの粗調整を行った後に、撮像素子によるコントラスト検出方式の焦点検出（以下では「コントラストＡＦ」ともいう）でピントの微調整を行うことにより、ピントのずれが改善された良好な被写体画像の取得が図られている。

特開２００６−８４５４５号公報

しかしながら、上記特許文献１のＡＦ技術では、コントラストＡＦを行わなければならないため、その制御構成が必要となって画質が良好な被写体画像の取得を簡易に行えない。

また、上記特許文献１のＡＦ技術では、ＡＦ完了時点から撮像素子の露光開始までの間に被写体が移動した場合には、ピント位置が撮像素子の撮像面からずれる可能性があり、このような場合には画質が良好な被写体画像を適切に取得できないこととなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、画質が良好な被写体画像を簡易に取得できる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、撮影光学系を有する撮像装置であって、(a)前記撮影光学系を通った被写体光像に係る画像信号を出力可能な画素配列と、前記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それぞれを受光する一対の画素が所定の方向に沿って２以上配列された焦点検出画素列とを有する撮像素子と、(b)前記撮像素子を露光し、前記画素配列から前記画像信号を出力させるとともに前記焦点検出画素列から画素列信号を出力させる出力制御手段と、(c)前記出力制御手段によって出力された画素列信号に基づき、位相差検出方式の焦点検出を行ってデフォーカス量を求める焦点検出手段と、(d)前記出力制御手段によって出力された画像信号に対して、前記焦点検出手段で求められたデフォーカス量に基づく所定の画像処理を実行する画像処理手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子を露光し、撮影光学系を通った被写体光像に係る画像信号を出力させるとともに、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それぞれを受光する一対の画素が所定の方向に沿って２以上配列された焦点検出画素列から画素列信号を出力させてから、画素列信号に基づき位相差検出方式の焦点検出を行って求められたデフォーカス量に基づく所定の画像処理を画像信号に対して実行する。これにより、画質が良好な被写体画像を簡易に取得できる。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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を通って結像された被写体光像に関する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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(画素)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。

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。

＜撮像装置１の電気的構成＞
図５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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜撮像装置１の位相差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６および図７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)。

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、後述の遮光板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)。

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の画素配列が構成され、交換レンズ２を通った被写体光像に係る画像信号の出力が可能となる。

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。

次に、ＡＦラインＬｆを利用した位相差ＡＦの原理を、詳しく説明する。

図８は、ＡＦラインＬｆを利用した位相差ＡＦの原理を説明するための図である。

ＡＦラインＬｆには、交換レンズ２に関する射出瞳の右側部分Ｑａからの光束Ｔａと左側部分Ｑｂからの光束Ｔｂとを分離させるための開口部ＯＰの位置が鏡面対象となっている遮光板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、スリット状の開口部ＯＰ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板１２ａを有する画素(以下では「第１ＡＦ画素」ともいう)１１ａと、スリット状の開口部ＯＰが直下の光電変換部ＰＤに対して左側に偏った遮光板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、射出瞳の右側部分Ｑａからの光束ＴａがマイクロレンズＭＬおよび遮光板１２ａの開口ＯＰを通過して第１ＡＦ画素１１ａの光電変換部ＰＤで受光され、射出瞳の左側部分Ｑｂからの光束ＴｂがマイクロレンズＭＬおよび遮光板１２ｂの開口ＯＰ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の射出瞳における右側部分および左側部分(一対の部分領域)Ｑａ、Ｑｂを通過した被写体の光束Ｔａ、Ｔｂそれぞれが受光される。

以下では、第１ＡＦ画素１１ａの画素出力を「ａ系列の画素出力」と呼び、第２ＡＦ画素１１ｂの画素出力を「ｂ系列の画素出力」と呼ぶこととし、例えば、ある１本のＡＦラインＬｆに配置されたＡＦ画素１１ｆの画素配列から得られるａ系列の画素出力とｂ系列の画素出力との関係を、図９および図１０を参照して説明する。

ＡＦラインＬｆでは、例えば図９に示すように射出瞳の両側からの各光束Ｔａ、Ｔｂが第１ＡＦ画素１１ａおよび第２ＡＦ画素１１ｂで受光される。ここで、図９のように配置されたａ系列の画素ａ１〜ａ３を含むＡＦラインＬｆでのａ系列の画素出力は、図１０のグラフＧａ(実線で図示)のように表される。一方、図９のように配置されたｂ系列の画素ｂ１〜ｂ３を含むＡＦラインＬｆでのｂ系列の画素出力は、図１０のグラフＧｂ(破線で図示)のように表される。すなわち、ａ系列およびｂ系列の各画素出力によりグラフＧａ、Ｇｂで表される一対の像列Ｇａ、Ｇｂが生成されることとなる。

図１０に表されたグラフＧａとグラフＧｂとを比較すると、ａ系列の画素出力とｂ系列の画素出力とは、ＡＦラインＬｆの方向(水平方向)にずれ量(シフト量)Ｓｆだけ位相差が生じていることが分かる。

一方、上記のシフト量Ｓｆと、撮像素子１０１の撮像面に対して焦点面がデフォーカスしている量(デフォーカス量)との関係は、図１１に示す１次関数のグラフＧｃで表される。このグラフＧｃの傾きについては、工場試験等によって予め取得できるものである。

よって、撮像素子１０１のＡＦラインＬｆの出力に基づき位相差ＡＦ演算回路７６で上記のシフト量Ｓｆを求めた後に、図１１のグラフＧｃに基づき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、フォーカスレンズ２１１を合焦位置に移動させる位相差ＡＦが可能となる。

以上のような撮像素子(位相差検出機能付き撮像素子)１０１を用いて位相差ＡＦが可能な撮像装置１における撮影画像(本撮影で取得された画像)のピント復元処理について、以下で説明する。

＜撮影画像のピント復元処理＞
撮像装置１では、ＡＦラインＬｆに関するａ系列およびｂ系列の画素出力(露光データ)から得られた各像列のシフト量Ｓｆ(図１０)に基づき、上述のようにデフォーカス量を算出する焦点検出が可能となっている。

そして、この焦点検出をライブビューモード時(電子ファインダ使用時)に撮像素子１０１で順次に取得されるＡＦラインＬｆの露光データに基づき行えば、本撮影前のＡＦ動作が行える。一方、撮像素子１０１を用いれば、本撮影時に取得されるＡＦラインＬｆの露光データに基づき本撮影時のデフォーカス量を算出することも可能である。

本撮影時のデフォーカス量が把握できれば、このデフォーカス量に基づき、通常画素１１０の画素配列から出力された画像信号(撮影画像データ)に対するピント復元処理を容易に行えることとなる。このピント復元処理については、公知のピント復元技術を利用できるが、その一例を以下で概念的に説明する。

ピントのずれが生じている非合焦状態の画像(非合焦画像)と、ピントが合っている合焦状態の画像(合焦画像)とをベクトル化したものを、それぞれＨａ、Ｈｂとすると、次の式(１)が成立する。

Ｈａ＝Ｍｔ・Ｈｂ ・・・・・・・・・・(１)：
ここで、上式(１)における行列Ｍｔは、画像劣化関数に対応しており、デフォーカス量と交換レンズ２の光学情報(例えばＭＴＦ曲線の情報など)とに基づき算出できるものである。

よって、既知の情報である交換レンズ２の光学情報と上述した本撮影時のデフォーカス量とに基づき行列Ｍｔを求め、その逆行列Ｍｔ^-1を算出すれば、次の式(２)のように合焦画像(のベクトル)Ｈｂが得られることとなる。

Ｈｊ＝Ｍ^-1・Ｈｏ ・・・・・・・・・(２)：
なお、合焦画像については、上述のように逆行列Ｍｔ^-1を算出して求めるのは必須ではなく、共役勾配法などの反復法によって求めるようにしても良い。

また、上記の撮影画像データに対するピント復元処理については、ピントのずれがない撮影画像に対しては特に実施する必要性がないため、本撮影時のデフォーカス量が、予め定められた閾値α、例えば１Ｆδ（Ｆは交換レンズ２に係るＦナンバー、δは撮像素子１０１の画素ピッチの２倍）より小さくピントのずれが少ない場合には、ピント復元処理を省略(禁止)して撮影画像データに対する画像処理工程全体の迅速化を図るのが好ましい。

以上のように本撮影時に露光された撮像素子１０１から出力される撮影画像データ(画像信号)に対して、ＡＦラインＬｆの露光データから得られた本撮影時のデフォーカス量に基づくピント復元処理(画像処理)を実行することにより、合焦画像、つまり画質が良好な被写体画像を簡易に取得できる。また、例えば位相差ＡＦモジュール１０７等によるＡＦ完了時点から本撮影の露光開始までの間に撮像装置１との距離が変化した被写体(動体)に対しても合焦画像を適切に取得できることとなる。

次に、このようなピント復元処理を行う撮像装置１の基本的な動作について説明する。

＜撮像装置１の基本的な動作＞
図１２および図１３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。この動作は、撮像装置１の電源オンから本撮影が終了するまでの一連の動作を示しており、メイン制御部６２で実行される。

メインスイッチ３１７がユーザにより操作されて撮像装置１の電源がオンされると、切替スイッチ８５の設定状態に基づき電子ファインダ(ライブビューモード)が選択されているかが判定される（ステップＳＴ１）。ここで、電子ファインダが選択されている場合には、ステップＳＴ２に進み、電子ファインダでなく光学ファインダ３１６が選択されている場合には、ステップＳＴ１４に進む。

ステップＳＴ２では、ミラー駆動制御部７２Ａによりミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動して、ミラー部１０３における主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２をアップさせる(図４参照)。

ステップＳＴ３では、シャッタ駆動制御部７３Ａによりシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍを駆動して、シャッタユニット４０の開動作を行う。

ステップＳＴ４では、撮像素子１０１をライブビューモードで起動する。すなわち、撮像素子１０１の読出し周期を例えば１/６０秒に設定して起動する。これにより、ＬＣＤ３１１でのライブビュー表示が開始される。

ステップＳＴ５では、光学ファインダ３１６に切り替えられたかを判定する。具体的には、切替スイッチ８５がユーザにより操作されて光学ファインダ３１６が選択されたか否かを判断する。ここで、光学ファインダ３１６に切り替えられた場合には、ステップＳＴ１１に進み、切り替えられていない場合には、ステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６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ＳＴ７に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ５に戻る。

ステップＳＴ７では、撮像素子１０１による位相差ＡＦを行う。具体的には、ライブビュー表示のために順次に露光される撮影素子１０１から出力されたＡＦラインＬｆの露光データに基づきデフォーカス量を算出し、この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に与えて合焦位置に移動させる合焦制御が行われる。

ステップＳＴ８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ＳＴ９に進み、全押しされていない場合には、ステップＳＴ５に戻る。

ステップＳＴ９では、本撮影を行う。すなわち、撮像素子１０１で記録用の撮影画像データを含む露光データを生成する撮影動作が行われる。

ステップＳＴ１０では、ステップＳＴ９の本撮影により撮像素子１０１で生成された露光データの読出しを行う。読み出された露光データに含まれる撮影画像データは、ＡＦＥ５および画像処理部６１での処理を経てメモリカード６７に記録することが可能である。

ステップＳＴ１１では、ミラー駆動制御部７２Ａによりミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動して、ミラー部１０３における主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２をダウンさせる(図３参照)。

ステップＳＴ１２では、シャッタ駆動制御部７３Ａによりシャッタ駆動アクチュエータ７３Ｍを駆動して、シャッタユニット４０の閉動作を行う。

ステップＳＴ１３では、光学ファインダが選択されているため、電子ファインダに必要な撮像素子１０１およびＬＣＤ３１１をオフにする。

ステップＳＴ１４では、電子ファインダに切り替えられたかを判定する。具体的には、切替スイッチ８５がユーザにより操作されて電子ファインダが選択されたか否かを判断する。ここで、電子ファインダに切り替えられた場合には、ステップＳＴ２に戻り、切り替えられていない場合には、ステップＳＴ１５に進む。

ステップＳＴ１５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ＳＴ１６に進み、半押しされていない場合には、ステップＳＴ１４に戻る。

ステップＳＴ１６では、位相差ＡＦモジュール１０７による位相差ＡＦを行う。

ステップＳＴ１７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ＳＴ１８に進み、全押しされていない場合には、ステップＳＴ１４に戻る。

ステップＳＴ１８では、ミラー駆動制御部７２Ａによりミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動して、ミラー部１０３における主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２をアップさせる(図４参照)。

ステップＳＴ１９では、本撮影を行う。すなわち、撮像素子１０１を露光して記録用の撮影画像データを含む露光データを生成する撮影動作が行われる。

ステップＳＴ２０では、ステップＳＴ１９の本撮影により撮像素子１０１で生成された露光データの読出しを行う。すなわち、露光された撮像素子１０１における通常画素１１０の画素配列から被写体画像に係る撮影画像データとしての露光データ(画像信号)を出力させるとともにＡＦライン(焦点検出画素列)Ｌｆから焦点検出用の露光データ(画素列信号)を出力させる。

また、ステップＳＴ２０では、ミラー駆動制御部７２Ａによりミラー駆動アクチュエータ７２Ｍを駆動してミラー部１０３における主ミラー１０３１およびサブミラー１０３２をダウンさせる。

ステップＳＴ２１では、ステップＳＴ２０で読み出された露光データに基づき、撮影被写体に関する本撮影時のデフォーカス量を算出する。具体的には、本撮影時に撮像素子１０１で生成されたＡＦラインＬｆの露光データに基づき、上述の位相差ＡＦを行ってデフォーカス量が求められる。

ステップＳＴ２２では、ステップＳＴ２１で算出されたデフォーカス量が、上述した閾値α以上であるかを判定する。すなわち、デフォーカス量が少なくピントのずれがない（または少ない）撮影画像に対してはピント復元処理を施す必要がないため、このようなケースに該当するか否かが判断される。ここで、デフォーカス量が閾値α以上の場合には、ステップＳＴ２３に進み、閾値α未満の場合には、ステップＳＴ２３のピント復元処理を禁止して本フローを終了する。

ステップＳＴ２３では、ステップＳＴ２０で読み出された露光データに含まれる撮影画像データに対して、ステップＳＴ２１で算出されたデフォーカス量に基づくピント復元処理を行う。このようなピント復元処理、つまり本撮影によって得られた撮像画像データに係る被写体画像を合焦状態の画像(合焦画像)に復元する画像復元処理により、合焦画像を容易に取得できる。

以上の撮像装置１の動作により、本撮影時に撮像素子１０１で生成されたＡＦ画素１１ｆの露光データから算出されるデフォーカス量に基づき、撮影画像データのピント復元処理を行うため、画質が良好な合焦画像を簡易に取得できることとなる。

なお、撮像装置１の動作においては、上記ステップＳＴ１０(図１２)の後にステップＳＴ２１〜ＳＴ２３(図１３)の動作を行うようにしても良い。これにより、ライブビューモード時(電子ファインダ使用時)に撮影された撮影画像データに対してもピント復元処理を施すことが可能となり、画質が良好な合焦画像を簡易に取得できる。

＜変形例＞
・上記の実施形態においては、撮影画像データに対してデフォーカス量に基づくピント復元処理を行うのは必須ではなく、デフォーカス量に基づくシャープネス処理などの他の画像処理を行っても良い。これによっても、画質が良好な被写体画像を取得できることとなる。

・上記の実施形態においては、本撮影時のデフォーカス量が閾値αより小さい場合に撮影画像データのピント復元処理を禁止するのは必須でなく、撮影画像データ(画像信号)に関する輝度が予め定められた輝度より低い低輝度時にピント復元処理を禁止するようにしても良い。すなわち、位相差ＡＦモジュール１０７の画素は比較的大きく低輝度シーンでも焦点検出を良好に行えるが、撮像素子１０１のＡＦ画素１１ｆは小さく、さらに遮光板１２ａ、１２ｂ(図８)によって受光量が低減(ほぼ半減)されるため低輝度シーンでの焦点検出精度が低下する。よって、低輝度シーンにおいてＡＦ画素１１ｆから得られた信頼性の低いデフォーカス量に基づいたピント復元処理を禁止するのが好ましい。これにより、不適切なピント復元処理を省略して撮影画像データに対する画像処理工程全体の迅速化が図れることとなる。

・上記の施形態におけるＡＦ画素については、図７に示すように水平方向に沿って配列するのは必須ではなく、垂直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。

・上記の実施形態においては、本撮影時に撮像素子１０１で取得する撮影画像に対してピント復元処理を行うのは必須でなく、ライブビューモード時に撮像素子１０１で順次に取得するライブビュー画像に対してピント復元処理を行うようにしても良い。この場合には、ピント状態の良い合焦画像、つまり画質が良好な被写体画像によるライブビュー表示が可能となる。

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。 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。 撮像装置１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。 撮像素子１０１の構成を説明するための図である。 ＡＦラインＬｆを利用した位相差ＡＦの原理を説明するための図である。 ａ系列の画素出力とｂ系列の画素出力との関係を説明するための図である。 ａ系列の画素出力とｂ系列の画素出力との関係を説明するための図である。 シフト量Ｓｆとデフォーカス量との関係を示す図である。 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の基本的な動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 撮像装置
２ 交換レンズ
１０ カメラボディ
１１ａ 第１ＡＦ画素
１１ｂ 第２ＡＦ画素
１１ｆ ＡＦ画素
１２ａ、１２ｂ 遮光板
６２ メイン制御部
７７ 位相差ＡＦ演算回路
８５ 切替スイッチ
１０１ 撮像素子
１０１ｆ 撮像面
１０３ ミラー部
１０７ 位相差ＡＦモジュール
１１０ 通常画素
２１１ フォーカスレンズ
３０７ シャッターボタン
３１１ ＬＣＤ
３１６ 光学ファインダ
Ｅｆ ＡＦエリア
Ｌ１ Ｇｒライン
Ｌ２ Ｇｂライン
Ｌｆ ＡＦライン
ＯＰ 遮光板の開口部
Ｑａ 射出瞳の右側部分
Ｑｂ 射出瞳の左側部分
Ｓｆ シフト量

Claims (4)

1. 撮影光学系を有する撮像装置であって、
   (a)前記撮影光学系を通った被写体光像に係る画像信号を出力可能な画素配列と、前記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それぞれを受光する一対の画素が所定の方向に沿って２以上配列された焦点検出画素列とを有する撮像素子と、
   (b)前記撮像素子を露光し、前記画素配列から前記画像信号を出力させるとともに前記焦点検出画素列から画素列信号を出力させる出力制御手段と、
   (c)前記出力制御手段によって出力された画素列信号に基づき、位相差検出方式の焦点検出を行ってデフォーカス量を求める焦点検出手段と、
   (d)前記出力制御手段によって出力された画像信号に対して、前記焦点検出手段で求められたデフォーカス量に基づく所定の画像処理を実行する画像処理手段と、
   を備え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、
   前記所定の画像処理は、前記出力制御手段によって出力された画像信号に係る被写体画像を合焦状態の画像に復元する画像復元処理であ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、
   (e)前記デフォーカス量が所定の閾値より小さい場合には、前記画像処理手段による前記所定の画像処理を禁止する手段、
   をさらに備え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、
   (f)前記出力制御手段によって出力された画像信号に関する輝度が所定の輝度より低い低輝度時には、前記画像処理手段による前記所定の画像処理を禁止する手段、
   をさらに備えることを特徴とする撮像装置。

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