JP2018151508A

JP2018151508A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2018151508A
Application number: JP2017047128A
Authority: JP
Inventors: 聖也水野; Seiya Mizuno; 京仲本; Kyo Nakamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2018-09-27

Abstract

【課題】レンズ偏芯機能を有する交換レンズにおいて、各偏芯量を自動検出できない場合でも、最適なレンズ偏芯機構の各偏芯量を検出し、レンズ偏芯機構の偏芯量を必要とする機能を自動で簡単に実行することが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】レンズユニットの少なくとも一部を光軸に対して偏芯可能な撮像光学系１０と、前記撮像光学系１０から入射された光束を複数の領域に瞳分割するように撮像画素を複数配列した撮像素子２４と、前記撮像素子２４、光電変換によって出力される出力値から一対の像信号を生成する像信号生成手段４４と、前記像信号生成手段４４によって生成された一対の像信号から、前記撮像光学系１０の偏芯された少なくとも一部のレンズユニットの偏芯量を算出する偏芯量算出手段４５と、を有することを特徴とする構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に撮像面位相差ＡＦ機能を備える撮像装置に関するものである。

従来から、撮像素子を用いた焦点状態を検出する方式として、撮像面位相差ＡＦが知られている。撮像面位相差ＡＦは、撮像光学系の射出瞳を通過した光束を分割して得られた分割光束を複数の焦点検出画素により受光し、その受光量に応じて出力される信号のずれ量に基づいて合焦に必要なフォーカスレンズの駆動量を求める。撮像面位相差ＡＦによれば、高速かつ滑らかな焦点調節動作が可能である。

特許文献１では、１つのマイクロレンズに複数に分割された光電変換部が形成されている２次元撮像素子を備えた撮像装置が開示されている。分割された光電変換部は、１つのマイクロレンズを介して撮像光学系の射出瞳の異なる瞳部分領域を受光するように構成され、瞳分割を行っている。撮像光学系の焦点状態を検出する（焦点検出を行う）ときには、上記瞳分割された画素によって生成される一対の像信号の位相差を求め、その位相差から焦点状態を求める。

また、従来から、レンズ偏芯機能（シフト機構、ティルト機構、レボルビング機構）を有する交換レンズおよびその交換レンズを用いた撮影機能を備えるカメラが知られている。特許文献２では、レンズの傾き角を検出し、最適なティルト偏芯量を自動で調整する調整機能について開示されている。特許文献３では、レンズ偏芯機能を有するレンズユニットが各機構の偏芯量を検出できない場合、手動入力によって各偏芯量をカメラに設定し、最適な電子先幕走査を行うことで露出ムラを補正することができる。

米国特許４４１０８０４特許第５１７６９１２号特開２０１３−１５６６００号公報

しかしながら、レンズ偏芯機能を有する交換レンズには、各機構の偏芯量を検出できないものある。前記特許文献２では、カメラ側に備えられた加速度センサによってカメラの傾き角を検出できるが、撮像光学系の各偏芯量を検出することはできない。また、特許文献３では、各機構の偏芯量を検出できない交換レンズに対してユーザーが撮像光学系の各偏芯量を入力するため、操作が煩わしい。

上記目的を達成するために、本発明は、
レンズユニットの少なくとも一部を光軸に対して偏芯可能な撮像光学系（１０）と、
前記撮像光学系（１０）から入射された光束を複数の領域に瞳分割するように撮像画素を複数配列した撮像素子（２４）と、
前記撮像素子（２４）光電変換によって出力される出力値から一対の像信号を生成する像信号生成手段（４４）と、
前記像信号生成手段（４４）によって生成された一対の像信号から、前記撮像光学系（１０）の偏芯された少なくとも一部のレンズユニットの偏芯量を算出する偏芯量算出手段（４５）と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、レンズ偏芯機能を有する交換レンズにおいて、各偏芯量を自動検出できない場合でも、最適なレンズ偏芯機構の各偏芯量を検出し、レンズ偏芯機構の偏芯量を必要とする機能を自動で簡単に実行することが可能である。

本発明の実施例１における撮像装置の概略構成図本発明の実施例１における画素配列の概略図本発明の実施例１における画素の概略平面図と概略断面図本発明の実施例１における画素と瞳分割の概略説明図本発明の実施例１における撮像素子と瞳分割の概略説明図本発明の実施例１における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の概略関係図本発明の実施例１における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の偏芯（シフト）時のシェーディングのグラフ本発明の実施例１における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の偏芯（ティルト）時のシェーディングのグラフ本発明の実施例１における第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の偏芯時のシェーディング信号比率のグラフ本発明の実施例１における左右端画素の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の信号比率および信号比率差の関係を表した図本発明の実施例１における算出したレンズ偏芯量を利用して補正を行う電子先幕撮影の動作フローチャート

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
［全体構成］
本発明における撮像装置の概略構成図を、図１に示す。図１には、本発明の実施例１であるデジタル一眼レフカメラ２と該カメラ２に対して交換が可能な交換レンズ１とにより構成されるカメラシステムの構成を示している。

交換レンズ１内には撮像光学系１０が収容されている。撮像光学系１０は、複数のレンズや絞りにより構成される。また、交換レンズ１は少なくとも１つ以上のレンズを光軸に対して偏芯することが可能となっており、交換レンズ１の光軸に対して直行するあらかじめ決められた方向に偏芯させるシフト機構１６と、交換レンズ１の光軸に対して円弧上であらかじめ決められた方向に偏芯させるティルト機構１７と、ティルト機構１７を回転させ、ティルト機構の偏芯方向を変更可能なレボルビング機構１８を有している。レンズ記憶部１４は、ＲＯＭ等により構成され、交換レンズ１の識別情報や撮像光学系１０の光学情報等の各種情報を記憶している。電気接点１５は交換レンズ１とデジタル一眼レフカメラ２との通信を可能としており、レンズ記憶部１４に記憶されている情報や、後述のレンズ駆動部１１から出力されるフォーカスレンズ位置情報などの情報をカメラ制御部４０に転送することが可能となっている。フォーカスレンズ１０ａは光軸方向に移動可能となっており、光軸方向に移動させることでピント合わせを行うことができる。

レンズ駆動部１１は、光軸方向に移動可能なフォーカスレンズ１０ａを後述のレンズ制御部１３によって制御および駆動を行う。また、フォーカスレンズ１０ａの位置を検出し、レンズ制御部１３および、前述の電気接点１５を介してカメラ制御部４０にフォーカスレンズ位置情報を転送することが可能となっている。

カメラ２において、ハーフミラーで構成された主ミラー２０は、ユーザーが光学ファインダを通して被写体を観察する光学ファインダ観察時には、図示のように撮影光路内のダウン位置に配置されて撮像光学系１０からの光をピント板３０に向けて反射する。また、主ミラー２０は、背面モニタ４３にライブビュー画像を表示するライブビュー観察時や記録用画像（静止画および動画）を生成する撮影時には、撮影光路から退避するアップ位置に回動する。これにより、撮像光学系１０からの光は、シャッタ２３および撮像素子２４に向かう。

サブミラー２１は、主ミラー２０とともに回動し、ダウン位置に配置された主ミラー２０を透過した光をＡＦセンサユニット２２に導く。また、主ミラー２０がアップ位置に回動すると、サブミラー２１も撮影光路から退避する。

ＡＦセンサユニット２２は、被写体から撮像光学系１０を通り、さらにサブミラー２１で反射して入射した光を用いて、カメラ２による撮影範囲内に設けられた複数の焦点検出領域において位相差検出方式による撮像光学系の焦点状態の検出（焦点検出）を行う。ＡＦセンサユニット２２は、各焦点検出領域からの光に一対の像（被写体像）を形成させる２次結像レンズと、該一対の被写体像を光電変換する一対の受光素子列が配置されたエリアセンサ（ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）とを含む。エリアセンサの一対の受光素子列は、一対の被写体像の輝度分布に応じた光電変換信号である一対の像信号をカメラ制御部４０に出力する。エリアセンサ上には、複数の焦点検出領域に対応した複数対の受光素子列が２次元配置されている。

カメラ制御部４０は、一対の像信号の位相差を算出し、該位相差から撮像光学系１０の焦点状態（デフォーカス量）を算出する。さらに、カメラ制御部４０は、検出した撮像光学系１０の焦点状態に基づいて、撮像光学系１０の合焦状態を得るためにフォーカスレンズ１０ａを移動させるべき位置である合焦位置を算出する。そして、カメラ制御部４０は、位相差ＡＦにより算出した合焦位置にフォーカスレンズ１０ａを移動させるようレンズ制御部１３にフォーカス指令を送信する。レンズ制御部１３は、受信したフォーカス指令に応じて、レンズ駆動部１１を介してフォーカスレンズ１０ａを合焦位置に移動させる。これにより、撮像光学系１０の合焦状態が得られる。

シャッタ２３は、光学ファインダ観察時には閉じ、ライブビュー観察時および動画撮影時には開放されて撮像光学系１０により形成された被写体像の撮像素子２４による光電変換（ライブビュー画像および撮影動画の生成）を可能とする。さらに、静止画撮影時には、設定されたシャッタ秒時で開閉し、撮像素子２４の露光を制御する。

撮像素子２４は、ＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサとその周辺回路により構成され、撮像光学系１０により形成された被写体像を光電変換してアナログ撮像信号を出力する。撮像素子２４の各画素部には、撮像用素子と焦点検出用素子を兼用した瞳分割用の複数の副画素が配置されている。これについては、後に詳しく説明する。また、撮像素子２４は撮像光学系１０により形成された被写体像の輝度を測定することが可能となっている。

ピント板３０は、撮像素子２４と等価な位置である撮像光学系１０の１次結像面に配置されている。光学ファインダ観察時には、ピント板３０上に、被写体像（ファインダー像）が形成される。ペンタプリズム３１は、ピント板３０上に形成された被写体像を正立正像に変換する。接眼レンズ３２は、正立正像をユーザーに観察させる。ピント板３０、ペンタプリズム３１および接眼レンズ３２により光学ファインダが構成される。

ＡＥセンサ３３は、ピント板３０からの光を、ペンタプリズム３１を介して受光し、該ピント板３０上に形成された被写体像の輝度を測定する。ＡＥセンサ３３は、複数のフォトダイオードを有し、カメラ２による撮影範囲を分割するように設定された複数の測光領域のそれぞれで輝度を測定することができる。また、被写体像の輝度測定のほかにも、被写体像の形や色などを測定して被写体の状態を判定する被写体検知機能も備える。

カメラ制御部４０は、ＭＰＵ等を含むマイクロコンピュータにより構成され、カメラ２と交換レンズ１からなるカメラシステム全体の動作を制御する。
デジタル処理手段４１は、撮像素子２４からのアナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換し、さらに該デジタル撮像信号に対して各種処理を行って画像信号（画像データ）を生成する。撮像素子２４およびデジタル処理手段４１により撮像系が構成される。

デジタル処理手段４１は、前記撮像素子２４に配置されている瞳分割用の複数の副画素を用いて、位相差検出方式による焦点状態の検出を行う。さらに、デジタル処理手段４１は、検出した撮像光学系１０の焦点状態に基づいて、撮像光学系１０の合焦状態を得るためにフォーカスレンズ１０ａを移動させるべき位置である合焦位置を算出することを、撮像面位相差ＡＦという。また、デジタル処理手段４１は像信号生成手段４４と偏芯量算出手段４５を有しており、像信号生成手段４４は、後述の撮像素子２４に配置されている複数の副画素からの出力を基に第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を生成する。さらに偏芯量算出手段４５は像信号生成手段４４によって生成された第１焦点検出信号と第２焦点検出信号から撮像光学系のレンズ偏芯量を検出することが可能となっている。

カメラ記憶部４２は、カメラ制御部４０やデジタル処理手段４１の動作で用いられる各種データを記憶している。また、カメラ記憶部４２は、生成された記録用画像を保存する。

背面モニタ４３は、液晶パネル等の表示素子により構成され、ライブビュー画像、記録用画像および各種情報を表示する。

［撮像素子］
実施例１の撮像素子２４の配列の概略図を、図２に示す。図２は、本実施例の２次元ＣＭＯＳセンサー（撮像素子）の画素（撮像画素）配列を４列×４行の範囲で、副画素配列を８列×８行の範囲で示したものである。

実施例１において、図２に示した２列×２行の画素群２００は、Ｒ（赤）の分光感度を有する画素２００Ｒが左上に、Ｇ（緑）の分光感度を有する画素２００Ｇが右上と左下に、Ｂ（青）の分光感度を有する画素２００Ｂが右下に配置されている。さらに、各画素は２列×２行に配列された副画素２０１から副画素２０４により構成されている。

図２に示した４列×４行の画素（８列×８行の副画素）を面上に多数配置し、撮像画像（副画素信号）の取得を可能としている。本実施例では、画素の周期Ｐが４μｍ、画素数Ｎが横５５７５列×縦３７２５行＝約２０７５万画素、副画素の周期Ｐ_ＳＵＢが２μｍ、副画素数Ｎ_ＳＵＢが横１１１５０列×縦７４５０行＝約８３００万副画素の撮像素子として説明を行う。

図２に示した撮像素子の１つの画素２００Ｇを、撮像素子の受光面側（＋Ｚ側）から見た平面図を図３（ａ）に示し、図３（ａ）のａ−ａ断面を−Ｙ側から見た断面図を図３（ｂ）に示す。

図３に示すように、本実施例の画素２００Ｇでは、各画素の受光側に入射光を集光するためのマイクロレンズ３０５が形成され、Ｘ方向にＮ_Ｈ分割（２分割）、Ｙ方向にＮ_Ｖ分割（２分割）された光電変換部３０１から光電変換部３０４が形成される。光電変換部３０１から光電変換部３０４が、それぞれ、副画素２０１から副画素２０４に対応する。

光電変換部３０１から光電変換部３０４は、ｐ型層とｎ型層の間にイントリンシック層を挟んだｐｉｎ構造フォトダイオードとしても良いし、必要に応じて、イントリンシック層を省略し、ｐｎ接合フォトダイオードとしても良い。

各画素には、マイクロレンズ３０５と、光電変換部３０１から光電変換部３０４との間に、カラーフィルター３０６が形成される。また、必要に応じて、各副画素にカラーフィルターの分光透過率を変えても良いし、カラーフィルターを省略しても良い。
図３に示した画素２００Ｇに入射した光は、マイクロレンズ３０５により集光され、カラーフィルター３０６で分光されたのち、光電変換部３０１から光電変換部３０４で受光される。

光電変換部３０１から光電変換部３０４では、受光量に応じて電子とホールが対生成し、空乏層で分離された後、負電荷の電子はｎ型層（不図示）に蓄積され、一方、ホールは定電圧源（不図示）に接続されたｐ型層を通じて撮像素子外部へ排出される。

光電変換部３０１から光電変換部３０４のｎ型層（不図示）に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部（ＦＤ）に転送され、電圧信号に変換される。

図３に示した本実施例の画素構造と瞳分割との対応関係を示した概略説明図を図４に示す。図３（ａ）に示した本実施例の画素構造のａ−ａ断面を＋Ｙ側から見た断面図と結像光学系の射出瞳面を図４（ａ）に示す。図４（ａ）では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図のＸ軸とＹ軸を図３に対して反転させている。

図４（ａ）で、第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、重心が−Ｘ方向に偏芯している光電変換部３０１の受光面と、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第１焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、瞳面上で＋Ｘ側に重心が偏芯している。

図４（ａ）で、第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、重心が＋Ｘ方向に偏芯している光電変換部３０２の受光面と、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第２焦点検出画素２０２で受光可能な瞳領域を表している。第２焦点検出画素２０２の第２瞳部分領域５０２は、瞳面上で−Ｘ側に重心が偏芯している。

また、図４（ａ）で、瞳領域５００は、光電変換部３０１から光電変換部３０４（第１焦点検出画素２０１から第２焦点検出画素２０４）を全て合わせた際の画素２００Ｇ全体で受光可能な瞳領域である。

図３（ａ）に示した本実施例の画素構造のａ−ａ断面を＋Ｘ側から見た断面図と結像光学系の射出瞳面を図４（ｂ）に示す。なお、図４（ｂ）は図４（ａ）同様に、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、断面図のＸ軸とＹ軸を図３に対して反転させている。

図４（ｂ）で、第３焦点検出画素２０３の第１瞳部分領域５０３は、重心が＋Ｙ方向に偏芯している光電変換部３０３の受光面と、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第３焦点検出画素２０３で受光可能な瞳領域を表している。第３焦点検出画素２０３の第３瞳部分領域５０３は、瞳面上で−Ｙ側に重心が偏芯している。

図４（ｂ）で、第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、重心が−Ｙ方向に偏芯している光電変換部３０１の受光面と、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっており、第１焦点検出画素２０１で受光可能な瞳領域を表している。第１焦点検出画素２０１の第１瞳部分領域５０１は、瞳面上で＋Ｙ側に重心が偏芯している。

本実施例の撮像素子２４と瞳分割との対応関係を示した概略図を図５に示す。第１瞳部分領域５０１から第４瞳部分領域５０４の異なる瞳部分領域を通過した光束は、撮像素子の各画素に、それぞれ、異なる角度で入射し、２×２分割された第１焦点検出画素２０１から第４焦点検出画素２０４で受光される。本実施例は、瞳領域が水平方向に２つ、垂直方向に２つ瞳分割されている例である。必要に応じて、垂直方向あるいは水平方向の瞳分割のどちらかを１つにしても良い。

本発明の撮像素子２４は、結像光学系の第１瞳部分領域を通過する光束を受光する第１焦点検出画素と、第１瞳部分領域と異なる結像光学系の第２瞳部分領域を通過する光束を受光する第２焦点検出画素と、第３瞳部分領域と異なる結像光学系の第３瞳部分領域を通過する光束を受光する第３焦点検出画素と、第４瞳部分領域と異なる結像光学系の第４瞳部分領域を通過する光束を受光する第４焦点検出画素と、結像光学系の第１瞳部分領域から第４瞳部分領域を合わせた瞳領域を通過する光束を受光する撮像画素が複数配列されている。本実施例の撮像素子では、それぞれの撮像画素が第１焦点検出画素から第４焦点検出画素で構成されている。

必要に応じて、撮像画素と第１焦点検出画素から第４焦点検出画素を個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、第１焦点検出画素から第４焦点検出画素を部分的に配置する構成としても良い。

本実施例では、撮像素子の画素毎に、副画素２０１から副画素２０４の信号を加算することで、有効画素数Ｎの解像度の撮像信号（撮像画像）を生成する。また、本実施例では、撮像素子の各画素の第１焦点検出画素２０１から第４焦点検出画素２０４の受光信号を、必要に応じた組み合わせで加算させることにより、第１焦点検出信号および第２焦点検出信号を生成することができる。

本実施例では、画素毎に、副画素２０１と副画素２０３の信号を加算してＸ方向の第１焦点検出信号を生成し、副画素２０２と副画素２０４の信号を加算してＸ方向第２焦点検出信号を生成することができる。Ｘ方向の第１焦点検出信号およびＸ方向の第２焦点検出信号は、水平方向の瞳分割に対応した焦点検出信号になるため、Ｘ方向（水平方向、横方向）の撮像面位相差ＡＦが可能である。

同様に、画素毎に、副画素２０１と副画素２０２の信号を加算してＹ方向の第１焦点検出信号を生成し、副画素２０３と副画素２０４の信号を加算してＹ方向の第２焦点検出信号を生成することができる。Ｙ方向の第１焦点検出信号およびＹ方向の第２焦点検出信号は、垂直方向の瞳分割に対応した焦点検出信号になるため、Ｙ方向（垂直方向、縦方向）の撮像面位相差ＡＦが可能である。

なお、本実施例における撮像素子２４の撮像画素の配列の場合には、撮像画素がＸ方向に２分割、Ｙ方向に２分割に配列されているため、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の生成はＸ方向とＹ方向で選択可能である。

［デフォーカス量と像ずれ量の関係］
以下、本実施例の撮像素子により取得される第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係について説明する。

図６に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号のデフォーカス量と第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の概略関係図を示す。撮像面８００に本実施例の撮像素子（不図示）が配置され、図４、図５と同様に、結像光学系の射出瞳が、第１瞳部分領域５０１から第４瞳部分領域５０４に４分割される。

デフォーカス量ｄは、被写体の結像位置から撮像面までの距離を大きさ｜ｄ｜とし、被写体の結像位置が撮像面より被写体側にある前ピン状態を負符号（ｄ＜０）、被写体の結像位置が撮像面より被写体の反対側にある後ピン状態を正符号（ｄ＞０）として定義される。被写体の結像位置が撮像面（合焦位置）にある合焦状態はｄ＝０である。図７で、被写体８０１は合焦状態（ｄ＝０）の例を示しており、被写体８０２は前ピン状態（ｄ＜０）の例を示している。前ピン状態（ｄ＜０）と後ピン状態（ｄ＞０）を合わせて、デフォーカス状態（｜ｄ｜＞０）とする。

前ピン状態（ｄ＜０）では、被写体８０２からの光束のうち、第１瞳部分領域５０１（第２瞳部分領域５０２）を通過した光束は、一度、集光した後、光束の重心位置Ｇ１（Ｇ２）を中心として幅Γ１（Γ２）に広がり、撮像面８００でボケた像となる。ボケた像は、撮像素子に配列された各画素を構成する第１焦点検出画素２０１および第３焦点検出画素２０３（第２焦点検出画素２０２および第４焦点検出画素２０４）により受光され、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）が生成される。

よって、第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）は、撮像面８００上の重心位置Ｇ１（Ｇ２）に、被写体８０２が幅Γ１（Γ２）にボケた被写体像として記録される。なお、Ｘ方向の第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）は、第１焦点検出画素２０１および第３焦点検出画素２０３（第２焦点検出画素２０２および第４焦点検出画素２０４）により受光された信号をそれぞれ加算させることで生成される。Ｙ方向の第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）は、第１焦点検出画素２０１および第２焦点検出画素２０２（第２焦点検出画素２０３および第４焦点検出画素２０４）により受光された信号をそれぞれ加算させることで生成される。

第１焦点検出信号（第２焦点検出信号）被写体像のボケ幅Γ１（Γ２）は、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。同様に、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ量ｐ（＝光束の重心位置の差Ｇ１−Ｇ２）の大きさ｜ｐ｜も、デフォーカス量ｄの大きさ｜ｄ｜が増加するのに伴い、概ね、比例して増加していく。後ピン状態（ｄ＞０）でも、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となるが、同様である。

したがって、本発明では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号、もしくは、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する。

なお、撮像面位相差ＡＦにおいては、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量（第１評価値）を計算し、相関（信号の一致度）が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号間の像ずれ量の大きさが増加する関係性から、像ずれ量を第１検出デフォーカス量に変換して焦点検出を行う。

［シェーディング］
本実施例の撮像素子２４において、焦点検出用画素群（第１焦点検出画素から第４焦点検出画素）に向かう光束の一部が撮像光学系１０（レンズ、絞り等の光学素子やこれを保持する鏡筒を含む）によって遮られる、いわゆるケラレが発生している場合がある。この場合、一対の像信号のうち少なくとも一方に、光量の低下による信号レベルの低下や、像信号の歪みや、像信号の強度むら（焦点検出用画素ごとの受光感度のむら：以下、シェーディングという）を生じさせる。特にレンズ偏芯機能を有する交換レンズにおいては、各レンズ偏芯機構によりレンズが偏芯することで、焦点検出用画素群に向かう光束が一般的なレンズのシェーディングとは異なるシェーディングを生じさせる。

撮像光学系１０をシフト機構１６によってＸ方向に偏芯させたときのＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を図７に示す。各グラフの横軸は各信号を出力させている信号出力画素を表しており、撮像素子２４の撮像領域と光軸の交わる点をＸ＝０，Ｙ＝０とした時、Ｙ＝０の一列の画素を−Ｘ方向側の端画素から＋Ｘ方向側の端画素までを左端から右端へプロットしている。各グラフの縦軸は各信号の出力値を表している。なお、この時の被写体は均一輝度面の出力値を表している。

本実施例における撮像光学系１０のシフト機構１６では、偏芯していない状態を０として、シフト偏芯量Ｓを±１０の目盛りの中で偏芯可能である。なお、各目盛りは等間隔である。

図７（ａ）では、撮像光学系１０が偏芯していないとき（シフト偏芯量Ｓ＝０）のＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を表している。

図７（ｂ）では、撮像光学系１０をシフト機構１６によってシフト偏芯量Ｓ＝−２へ偏芯させたときのＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を表している。

図７（ｃ）では、撮像光学系１０をシフト機構１６によってシフト偏芯量Ｓ＝−４へ偏芯させたときのＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を表している。

図７（ｄ）では、撮像光学系１０をシフト機構１６によってシフト偏芯量Ｓ＝−６へ偏芯させたときのＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を表している。

撮像光学系１０をティルト機構１７によってＸ方向に偏芯させたときのＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を図８に示す。各グラフの横軸は各信号を出力させている信号出力画素を表しており、撮像素子２４の撮像領域の光軸をＸ＝０，Ｙ＝０とした時、Ｙ＝０の一列の画素を−Ｘ方向側の端画素から＋Ｘ方向側の端画素までを左端から右端へプロットしている。各グラフの縦軸は各信号の出力値を表している。なお、この時の被写体は均一輝度面の出力値を表している。

本実施例における撮像光学系１０のティルト機構１７では、偏芯していない状態を０として、ティルト偏芯量Ｔを±６の目盛りの中で偏芯可能である。なお、各目盛りは等間隔である。

図８（ａ）では、撮像光学系１０が偏芯していないとき（ティルト偏芯量Ｓ＝０）のＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を表している。

図８（ｂ）では、撮像光学系１０をティルト機構１７によってティルト偏芯量Ｔ＝−２へ偏芯させたときのＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を表している。

図８（ｃ）では、撮像光学系１０をティルト機構１７によってティルト偏芯量Ｔ＝−４へ偏芯させたときのＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を表している。

図８（ｄ）では、撮像光学系１０をティルト機構１７によってティルト偏芯量Ｔ＝−６へ偏芯させたときのＸ方向の第１焦点検出信号とＸ方向の第２焦点検出信号を表している。

図７（ａ）から（ｄ）、図８（ａ）から図８（ｄ）より得られた第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の出力信号のそれぞれの比率を、図９に示す。図９（ａ）は図７（ａ）から（ｄ）に示すシフト機構１６による第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の出力信号の比率を表している。図９（ｂ）は図８（ａ）から（ｄ）に示すティルト機構１７による第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の出力信号の比率を表している。

図９（ａ）から、シフト機構１６によって第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の比率がリニアに変化していることが分かる。また、図９（ｂ）では、ティルト機構１７によって第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の比率がリニアに変化していて、図９（ａ）とは違った変化である。つまり、シフト機構１６とティルト機構１７とでは、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の変化の傾向が違っていることが分かる。この傾向を利用すれば、特に変化が大きく出る−Ｘ端の比率と、＋Ｘ端の比率を算出することで、現在のシフト機構１６・ティルト機構１７の偏芯量が算出できる。

なお、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の比率は被写体やフォーカス位置に依存せず、図９に示す比率の関係が崩れることはない。よって、一般的な被写体を撮影するようなシーンにおいても、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の変化の傾向が検出できるため、シフト機構１６・ティルト機構１７の偏芯量の算出が可能である。

［レンズ偏芯量検出］
以下、本実施例において、像信号生成手段４４から出力された一対の像信号を用いて、偏芯量算出手段４５によって撮像光学系１０のレンズ偏芯量を算出する方法について説明する。

図１０は水平方向にレンズが偏芯された際の偏芯量と左右端画素の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の信号比率の関係を表した図である。

図１０（ａ）は１例として、所定の交換レンズのシフト機構１６によってレンズを偏芯させた際の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の信号比率の関係を表しており、左右端画素の信号比率の平均から算出した式より、シフト機構１６によって偏芯されたレンズの偏芯量を算出することができる。

図１０（ｂ）は１例として、所定の交換レンズのティルト機構１７によってレンズを偏芯させた際の第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の信号比率の関係を表しており、左右端画素の信号比率の平均から算出した式より、ティルト機構１７によって偏芯されたレンズの偏芯量を算出することができる。

図１０（ｃ）は１例として、所定の交換レンズのレンズ偏芯量と左右端画素の信号比率の差の関係を表しており、ティルト機構１７およびシフト機構１６で左右端画素の信号比率の差から算出した式を用いることで、偏芯したレンズがティルト機構１７およびシフト機構１６のどちらで偏芯しているか検出することが可能となっている。

本実施例では、第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の信号比率を求める際に左右端画素の出力を用いて計算を行ったが、例えば上下方向であれば、上下端画素の出力を計算に用いても良いし、また、端画素のみでなく１ライン全ての画素の出力を計算に用いても良く、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

[電子先幕に利用した際の効果]
以下に、算出したレンズ偏芯量を利用して補正を行う電子先幕撮影について図１１を用いて説明する。

図１１は算出したレンズ偏芯量を利用して補正を行うライブビュー状態における電子先幕撮影の一連の動作を表すフローチャートである。ライブビュー撮影が開始すると、まず、Ｓ１０１で不図示のＳＷ１がＯＮされることを待つことになる。ＳＷ１がＯＮされるとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２は交換レンズ１に内蔵されたレンズ記憶部１４に記憶されている情報やレンズ駆動部１１から出力されるフォーカスレンズ位置情報などの情報を、レンズ制御部１３および電気接点１５を介してカメラ制御部４０に転送する。転送が終了するとＳ１０３に進む。Ｓ１０３は測光動作であり、撮像素子２４によって、撮像光学系１０により形成された被写体像の輝度を測定することが可能となっている。測光動作が終了すると、Ｓ１０４に進む。

Ｓ１０４は焦点検出動作であり、撮像素子２４に配置された焦点検出用画素によって撮像光学系１０から入射した光から、像信号生成手段４４によって第１焦点検出信号および第２焦点検出信号を出力する。信号の出力が終了すると、Ｓ１０５に進む。Ｓ１０５はレンズ偏芯情報を取得する工程であり、前述の第１焦点検出信号および第２焦点検出信号の出力結果を用いて、偏芯量算出手段４５によって算出することで、ティルト機構１７・シフト機構１６によるレンズの偏芯情報を取得する。レンズ偏芯情報の取得が終了するとＳ１０６に進む。

Ｓ１０６はレンズの偏芯可否を判定し、レンズが偏芯されていなければレンズ記憶部１４に記憶されているレンズ固有の射出瞳距離を取得しＳ１０８に進む。また、レンズが偏芯されていると、Ｓ１０５で算出したレンズ偏芯量を基に、Ｓ１０７にてレンズ記憶部１４から取得したレンズ固有の射出瞳距離を補正し、Ｓ１０８に進む。

Ｓ１０８は電子先幕走査について、Ｓ１０７にて補正した射出瞳距離を用いて、電子先幕の走査パターンを演算する。演算が終了するとＳ１０９に進む。Ｓ１０９は不図示のＳＷ２がＯＮされることを待つ。ＯＮされるとＳ１１０に進み、電子先幕撮影を行い、撮像する。撮像が終了するとＳ１１１に進み、露光によって撮像素子２４に蓄積された電荷を光電変換部３０１にて光電変換し、作成された画像データをカメラ記憶部４２に保存する。保存が終了するとＳ１１２に進む。

Ｓ１１２では不図示のライブビュー開始・終了釦がＯＮされたか否かを判定し、ＯＮされた場合はライブビュー状態を終了する。ＯＮされていない場合は、Ｓ１０１に進み、ＳＷ１がＯＮされることを待つ。

本実施例によれば、偏芯量が検出不可能なレンズにおいても、撮像素子から出力された第１焦点検出信号と第２焦点検出信号の信号比率から偏芯量を算出して最適な電子先幕走査および最適な電子先幕撮影が可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０撮像光学系
２４撮像素子
４４像信号生成手段
４５偏芯量算出手段

Claims

レンズユニットの少なくとも一部を光軸に対して偏芯可能な撮像光学系（１０）と、
前記撮像光学系（１０）から入射された光束を複数の領域に瞳分割するように撮像画素を複数配列した撮像素子（２４）と、
前記撮像素子（２４）光電変換によって出力される出力値から一対の像信号を生成する像信号生成手段（４４）と、
前記像信号生成手段（４４）によって生成された一対の像信号から、前記撮像光学系（１０）の偏芯された少なくとも一部のレンズユニットの偏芯量を算出する偏芯量算出手段（４５）と、
を有することを特徴とする撮像装置。
前記撮像光学系（１０）は、レンズユニットの少なくとも一部を光軸に対して垂直に偏芯可能なことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像光学系（１０）は、レンズユニットの少なくとも一部を光軸を中心として回転可能なことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像素子（２４）は、前記撮像光学系（１０）から入射された光束を一対の像として複数の方向に瞳分割可能に結像光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。