KR20100124717A - 촬상 장치 및 촬상 소자 - Google Patents

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KR20100124717A
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신이찌 후지이
야스또시 가쯔다
겐따 야규
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소니 주식회사
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Abstract

본 발명은, 촬상 소자에 대한 사출동 위치가 변화되어도 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있는 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자의 기술을 제공한다. 촬상 장치에 설치된 촬상 소자는, 촬상 소자로부터의 거리 Hm의 위치의 사출동에 있어서 동등한 면적으로 되는 한 쌍의 부분 영역 Qc, Qd를 통과한 피사체 광속을 수광하는 AF 화소쌍(11g)을 구비하고, AF 화소쌍(11g)은, 한 쌍의 부분 영역 Qc, Qd를 규정하는 각 광 투과 부분이 설치된 차광부(131, 132)를 갖고 있다. 또한, 촬상 소자는, AF 화소쌍(11g) 외에, 촬상 소자로부터의 거리 Hm과 상이한 위치의 사출동에 있어서 한 쌍의 부분 영역의 면적이 동등해지도록, 차광부(131, 132)에서의 광 투과 영역의 배치를 상이하게 한 별도의 AF 화소쌍도 구비하고 있다. 이에 의해, 렌즈 교환 등으로 사출동 위치가 변화되어도, 그 사출동 위치에 따른 화소쌍을 선택함으로써 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있다.

Description

촬상 장치 및 촬상 소자{IMAGING DEVICE, AND IMAGING ELEMENT}
본 발명은, 촬영 광학계를 통과한 피사체 광속을 수광 가능한 촬상 소자의 기술에 관한 것이다.
렌즈 교환식의 일안 레플렉스 디지털 카메라 등의 촬상 장치에 있어서는, 교환 렌즈(촬영 광학계)의 사출동에 있어서의 한 쌍의 부분 영역(예를 들어 좌측ㆍ우측의 퓨필 부분)을 통과한 피사체 광속을 수광하여 각 화소 신호를 생성하는 한 쌍의 화소(이하에서는「AF 화소쌍」이라고도 함)를 복수 구비하여 위상차 검출 방식의 초점 검출이 가능한 촬상 소자(이하에서는「위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자」라고도 함)의 이용이 제안되어 있다.
상기의 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자에 있어서는, 그 중심으로부터 이격된 위치의 AF 화소쌍에서는 촬영 광학계의 구경식(vignetting)에 의해 초점 검출에 사용되는 피사체 광속이 제한되는 경우가 있고, 그러한 경우에는 AF 화소쌍에서 생성되는 화소 신호에 언밸런스가 발생하게 된다. 이 문제에 대해서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2004-191629호 공보에 개시되는 기술과 같이, 구경식에 의해 제한된 퓨필의 광축에 대한 시프트량과 퓨필의 폭의 비에 기초하여 AF 화소쌍에서 생성되는 화소 신호에 대한 보정 연산을 행함으로써, 언밸런스의 개선이 도모되도록 되어 있다.
그러나, 상기 일본 특허 공개 제2004-191629호 공보의 기술에서는, AF 화소쌍에서 생성되는 화소 신호의 언밸런스가 과대해지면, 보정 연산에서도 완전히 보정할 수 없기 때문에 언밸런스의 개선이 적절하게 도모되지 않는다. 특히, 촬상 소자에 대한 사출동의 위치가 상정 위치와 크게 상이한 교환 렌즈 등이 장착된 경우에도 AF 화소쌍에서 생성되는 화소 신호의 언밸런스가 과대해지지만, 이러한 경우에도 상기 일본 특허 공개 제2004-191629호 공보의 보정 연산에서는 언밸런스를 해소하여 초점 검출을 고정밀도로 행하는 것은 곤란하다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 촬상 소자에 대한 사출동 위치가 변화되어도 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있는 위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자의 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면은, 촬상 장치이며, (a) 촬영 광학계와, (b) 상기 촬상 광학계를 통과한 피사체 광속을 수광하는 촬상 소자를 구비함과 함께, 상기 촬상 소자는, 상기 촬영 광학계의 사출동에 있어서 서로 반대 방향으로 치우친 제1 부분 영역 및 제2 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광하는 화소쌍의 군을 갖고, 상기 화소쌍은, 상기 사출동에 있어서 상기 제1 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제1 화소와, 상기 사출동에 있어서 상기 제2 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제2 화소를 구비하여 구성됨과 함께, 상기 화소쌍의 군은, 상기 차광부에 있어서의 광 투과 부분의 배치를 상이하게 한 복수 종류의 화소쌍을 갖고 있고, 상기 복수 종류의 화소쌍 각각에서는, 상기 제1 부분 영역과 상기 제2 부분 영역의 면적이 동등해지는 사출동의 상기 촬상 소자에 대한 위치가 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면은, 촬영 광학계를 통과한 피사체 광속을 수광 가능한 촬상 소자이며, 상기 촬영 광학계의 사출동에 있어서 서로 반대 방향으로 치우친 제1 부분 영역 및 제2 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광하는 화소쌍의 군을 구비하고, 상기 화소쌍은, 상기 사출동에 있어서 상기 제1 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제1 화소와, 상기 사출동에 있어서 상기 제2 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제2 화소를 구비하여 구성됨과 함께, 상기 화소쌍의 군은, 상기 차광부에 있어서의 광 투과 부분의 배치를 상이하게 한 복수 종류의 화소쌍을 갖고 있고, 상기 복수 종류의 화소쌍 각각에서는, 상기 제1 부분 영역과 상기 제2 부분 영역의 면적이 동등해지는 사출동의 상기 촬상 소자에 대한 위치가 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 촬상 소자는, 촬영 광학계의 사출동에 있어서 서로 반대 방향으로 치우친 제1 부분 영역 및 제2 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광하는 화소쌍의 군을 갖고, 화소쌍은, 사출동에 있어서 제1 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제1 화소와 사출동에 있어서 제2 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제2 화소를 구비하여 구성됨과 함께, 화소쌍의 군은, 차광부에 있어서의 광 투과 부분의 배치를 상이하게 한 복수 종류의 화소쌍을 갖고 있고, 복수 종류의 화소쌍 각각에서는, 제1 부분 영역과 제2 부분 영역의 면적이 동등해지는 사출동의 촬상 소자에 대한 위치가 상이하다. 그 결과, 렌즈 교환 등에 의해 촬상 소자에 대한 사출동 위치가 변화되어도, 그 사출동 위치에 따른 화소쌍을 복수 종류의 화소쌍으로부터 선택함으로써, 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 촬상 장치(1)의 외관 구성을 도시하는 도면.
도 2는, 촬상 장치(1)의 외관 구성을 도시하는 도면.
도 3은, 촬상 장치(1)의 종단면도.
도 4는, 촬상 장치(1)의 전기적인 구성을 도시하는 블록도.
도 5는, 촬상 소자(101)의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 6은, 촬상 소자(101)의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 7은, AF 화소쌍(11f)의 구성을 설명하기 위한 종단면도.
도 8은, 초점면이 촬상 소자(101)의 촬상면으로부터 200㎛ 가까운 쪽에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 9는, 초점면이 촬상면으로부터 100㎛ 가까운 쪽에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 10은, 초점면이 촬상면에 일치하고 있는 합초 상태의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 11은, 초점면이 촬상면으로부터 100㎛ 먼 쪽에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 12는, 초점면이 촬상면으로부터 200㎛ 먼 쪽에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 13은, 한 쌍의 상렬에 있어서의 무게 중심 위치의 차와 디포커스량의 관계를 나타내는 그래프 Gc를 설명하기 위한 도면.
도 14는, 교환 렌즈(2)의 사출동 위치에 따라서 발생하는 퓨필 분할의 언밸런스를 설명하기 위한 도면.
도 15는, AF 화소쌍(11g)의 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 16은, 교환 렌즈(2)의 사출동 위치에 따른 거리 측정 제어를 설명하기 위한 도면.
도 17은, AF 화소쌍(11j)의 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 18은, AF 화소쌍(11k)의 구성을 설명하기 위한 개념도.
도 19는, 퓨필 원거리용, 퓨필 중거리용 및 퓨필 근거리용의 각 AF 라인 Lj, Lg, Lk를 설명하기 위한 도면.
도 20은, 촬상 장치(1)의 기본적인 동작을 나타내는 흐름도.
도 21은, 본 발명의 변형예에 관한 AF 화소쌍(11fa)의 구성을 설명하기 위한 도면.
<촬상 장치의 주요부 구성>
도 1 및 도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 촬상 장치(1)의 외관 구성을 도시하는 도면이다. 여기서, 도 1 및 도 2는, 각각 정면도 및 배면도를 도시하고 있다.
촬상 장치(1)는, 예를 들어 일안 레플렉스 타입의 디지털 스틸 카메라로서 구성되어 있고, 카메라 보디(10)와, 카메라 보디(10)에 착탈 가능한 촬영 렌즈로서의 교환 렌즈(2)를 구비하고 있다.
도 1에 있어서, 카메라 보디(10)의 정면측에는, 정면 대략 중앙에 교환 렌즈(2)가 장착되는 마운트부(301)와, 마운트부(301)의 우측 가로에 배치된 렌즈 교환 버튼(302)과, 파지 가능하게 하기 위한 그립부(303)와, 정면 좌측 상부에 배치된 모드 설정 다이얼(305)과, 정면 우측 상부에 배치된 제어값 설정 다이얼(306)과, 그립부(303)의 상면에 배치된 셔터 버튼(307)이 설치되어 있다.
또한, 도 2에 있어서, 카메라 보디(10)의 배면측에는, LCD(Liquid Crystal Display)(311)와, LCD(311)의 좌측에 배치된 설정 버튼군(312)과, LCD(311)의 우측에 배치된 십자 키(314)와, 십자 키(314)의 중앙에 배치된 푸시 버튼(315)이 구비되어 있다. 또한, 카메라 보디(10)의 배면측에는, LCD(311)의 상방에 배치된 EVF(Electronic View Finder)(316)와, EVF(316)의 주위를 둘러싸는 아이컵(321)과, EVF(316)의 좌측에 배치된 메인 스위치(317)와, EVF(316)의 우측에 배치된 노출 보정 버튼(323) 및 AE 로크 버튼(324)과, EVF(316)의 상방에 배치된 플래시부(318) 및 접속 단자부(319)가 구비되어 있다.
마운트부(301)에는, 장착된 교환 렌즈(2)와의 전기적 접속을 행하기 위해 커넥터 Ec(도 4 참조)나, 기계적 접속을 행하기 위한 커플러(75)(도 4 참조)가 설치되어 있다.
렌즈 교환 버튼(302)은, 마운트부(301)에 장착된 교환 렌즈(2)를 제거할 때에 눌러지는 버튼이다.
그립부(303)는, 유저가 촬영시에 촬상 장치(1)를 파지하는 부분이며, 피팅성을 높이기 위해 손가락 형상에 맞춘 표면 요철이 형성되어 있다. 또한, 그립부(303)의 내부에는 전지 수납실 및 카드 수납실(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 전지 수납실에는 카메라의 전원으로서 전지(69B)(도 4 참조)가 수납되어 있고, 카드 수납실에는 촬영 화상의 화상 데이터를 기록하기 위한 메모리 카드(67)(도 4 참조)가 착탈 가능하게 수납되도록 되어 있다. 또한, 그립부(303)에는, 해당 그립부(303)를 유저가 파지하였는지 여부를 검출하기 위한 그립 센서를 설치하여도 된다.
모드 설정 다이얼(305) 및 제어값 설정 다이얼(306)은, 카메라 보디(10)의 상면과 대략 평행한 면내에서 회전 가능한 대략 원반 형상이 부재로 이루어진다. 모드 설정 다이얼(305)은, 자동 노출(AE) 제어 모드나 자동 초점(AF; 오토 포커스) 제어 모드, 혹은 1매의 정지 화상을 촬영하는 정지 화상 촬영 모드나 연속 촬영을 행하는 연속 촬영 모드 등의 각종 촬영 모드, 기록 완료된 화상을 재생하는 재생 모드 등, 촬상 장치(1)에 탑재된 모드나 기능을 택일적으로 선택하기 위한 것이다. 한편, 제어값 설정 다이얼(306)은, 촬상 장치(1)에 탑재된 각종 기능에 대한 제어값을 설정하기 위한 것이다.
셔터 버튼(307)은, 도중까지 압입한「절반 누름 상태」의 조작과, 더 압입한「완전 누름 상태」의 조작이 가능하게 된 누름 스위치이다. 정지 화상 촬영 모드에 있어서 셔터 버튼(307)이 절반 누름되면, 피사체의 정지 화상을 촬영하기 위한 준비 동작(노출 제어값의 설정이나 초점 검출 등의 준비 동작)이 실행되고, 셔터 버튼(307)이 완전 누름되면, 촬영 동작(촬상 소자(101)(도 3 참조)를 노광하고, 그 노광에 의해 얻어진 화상 신호에 소정의 화상 처리를 실시하여 메모리 카드 등에 기록하는 일련의 동작)이 실행된다.
LCD(311)는, 화상 표시가 가능한 컬러 액정 패널을 구비하고 있고, 촬상 소자(101)(도 3 참조)에 의해 촬상된 화상의 표시나 기록 완료된 화상의 재생 표시 등을 행함과 함께, 촬상 장치(1)에 탑재되는 기능이나 모드의 설정 화면을 표시하는 것이다. 또한, LCD(311) 대신에, 유기 EL이나 플라즈마 표시 장치를 사용하도록 해도 된다.
설정 버튼군(312)은, 촬상 장치(1)에 탑재된 각종 기능에 대한 조작을 행하는 버튼이다. 이 설정 버튼군(312)에는, 예를 들어 LCD(311)에 표시되는 메뉴 화면에서 선택된 내용을 확정하기 위한 선택 확정 스위치, 선택 취소 스위치, 메뉴 화면의 내용을 전환하는 메뉴 표시 스위치, 표시 온/오프 스위치, 표시 확대 스위치 등이 포함된다.
십자 키(314)는, 원주 방향으로 일정 간격으로 배치된 복수의 가압부(도면 중의 삼각 표시의 부분)를 구비하는 환형의 부재를 갖고, 각 가압부에 대응하여 구비된 도시 생략된 접점(스위치)에 의해 가압부의 가압 조작이 검출되도록 구성되어 있다. 또한, 푸시 버튼(315)은, 십자 키(314)의 중앙에 배치되어 있다. 십자 키(314) 및 푸시 버튼(315)은, 촬영 배율의 변경(줌 렌즈(212)(도 4 참조)의 와이드 방향이나 텔레 방향으로의 이동), LCD(311) 등에 재생하는 기록 화상의 프레임 및 촬영 조건(조리개값, 셔터 속도, 플래시 발광의 유무 등)의 설정 등의 지시를 입력하기 위한 것이다.
EVF(316)는, 액정 패널(310)(도 3 참조)을 구비하고 있고, 촬상 소자(101)(도 3 참조)에 의해 촬상된 화상의 표시나 기록 완료된 화상의 재생 표시 등을 행한다. 이 EVF(316)나 LCD(311)에 있어서, 본 촬영(화상 기록용의 촬영) 전에 촬상 소자(101)에 의해 순차적으로 생성되는 화상 신호에 기초하여 동화상적 형태로 피사체를 표시하는 라이브뷰(프리뷰) 표시가 행해짐으로써, 유저는, 실제로 촬상 소자(101)에 의해 촬영되는 피사체를 시인하는 것이 가능해진다.
메인 스위치(317)는, 좌우로 슬라이드하는 2 접점의 슬라이드 스위치로 이루어지고, 좌측에 세트하면 촬상 장치(1)의 전원이 온되고, 우측에 세트하면 전원이 오프된다.
플래시부(318)는, 팝업식의 내장 플래시로서 구성되어 있다. 한편, 외부 플래시 등을 카메라 보디(10)에 장착하는 경우에는, 접속 단자부(319)를 사용하여 접속한다.
아이컵(321)은, 차광성을 갖고 EVF(316)로의 외광의 침입을 억제하는「역ㄷ」자 형상의 차광 부재이다.
노출 보정 버튼(323)은, 노출값(조리개값이나 셔터 속도)을 수동으로 조정하기 위한 버튼이며, AE 로크 버튼(324)은, 노출을 고정하기 위한 버튼이다.
교환 렌즈(2)는, 피사체로부터의 광(광상)을 도입하는 렌즈 창으로서 기능함과 함께, 해당 피사체광을 카메라 보디(10)의 내부에 배치되어 있는 촬상 소자(101)로 유도하기 위한 촬영 광학계로서 기능하는 것이다. 이 교환 렌즈(2)는, 상술한 렌즈 교환 버튼(302)을 누름 조작함으로써, 카메라 보디(10)로부터 제거하는 것이 가능하게 되어 있다.
교환 렌즈(2)는, 광축 LT를 따라 직렬적으로 배치된 복수의 렌즈로 이루어지는 렌즈군(21)을 구비하고 있다(도 4 참조). 이 렌즈군(21)에는, 초점의 조절을 행하기 위한 포커스 렌즈(211)(도 4 참조)와, 배율 변경을 행하기 위한 줌 렌즈(212)(도 4 참조)가 포함되어 있고, 각각 광축 LT(도 3 참조) 방향으로 구동됨으로써, 배율 변경이나 초점 조절이 행해진다. 또한, 교환 렌즈(2)에는, 그 경동(鏡胴)의 외주 적소에 상기 경동의 외주면을 따라 회전 가능한 조작 환이 구비되어 있고, 상기의 줌 렌즈(212)는, 메뉴얼 조작 혹은 오토 조작에 의해, 상기 조작 환의 회전 방향 및 회전량에 따라서 광축 방향으로 이동하고, 그 이동처의 위치에 따른 줌 배율(촬영 배율)로 설정되도록 되어 있다.
<촬상 장치(1)의 내부 구성>
다음에, 촬상 장치(1)의 내부 구성에 대해 설명한다. 도 3은, 촬상 장치(1)의 종단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 카메라 보디(10)의 내부에는, 촬상 소자(101), EVF(316) 등이 구비되어 있다.
촬상 소자(101)는, 카메라 보디(10)에 교환 렌즈(2)가 장착된 경우의 해당 교환 렌즈(2)가 구비하고 있는 렌즈군의 광축 LT 상에 있어서, 광축 LT에 대해 수직으로 되는 방향으로 배치되어 있다. 촬상 소자(101)로서는, 예를 들어 포토다이오드를 갖고 구성되는 복수의 화소가 매트릭스 형상으로 2차원 배치된 CMOS 컬러 에리어 센서(CMOS형의 촬상 소자)가 사용된다. 촬상 소자(101)는, 교환 렌즈(2)를 통해 수광된 피사체 광속에 관한 R(적색), G(녹색), B(청색) 각 색 성분의 아날로그의 전기 신호(화상 신호)를 생성하여, R, G, B 각 색의 화상 신호로서 출력한다. 이 촬상 소자(101)의 구성에 대해서는, 나중에 상세하게 설명한다.
촬상 소자(101)의 광축 방향 전방에는, 셔터 유닛(40)이 배치되어 있다. 이 셔터 유닛(40)은, 상하 방향으로 이동하는 막체를 구비하고, 그 개방 동작 및 폐쇄 동작에 의해 광축 LT를 따라 촬상 소자(101)로 유도되는 피사체광의 광로 개구 동작 및 광로 차단 동작을 행하는 메커니컬 포컬 플레인 셔터로서 구성되어 있다. 또한, 셔터 유닛(40)은, 촬상 소자(101)가 완전 전자 셔터 가능한 촬상 소자인 경우에는 생략 가능하다.
EVF(316)는, 액정 패널(310)과, 접안 렌즈(106)를 구비하고 있다. 액정 패널(310)은, 예를 들어 화상 표시가 가능한 컬러 액정 패널로서 구성되어 있고, 촬상 소자(101)에 의해 촬상된 화상의 표시가 가능하다. 접안 렌즈(106)는, 액정 패널(310)에 표시된 피사체상을 EVF(316)의 외측으로 유도한다. 이러한 EVF(316)의 구성에 의해, 유저는, 촬상 소자(101)에 의해 촬영되는 피사체를 시인할 수 있게 된다.
<촬상 장치(1)의 전기적 구성>
도 4는, 촬상 장치(1)의 전기적인 구성을 도시하는 블록도이다. 여기서, 도 1 내지 도 3과 동일한 부재 등에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 설명의 편의상, 교환 렌즈(2)의 전기적 구성에 대해 우선 설명한다.
교환 렌즈(2)는, 상술한 촬영 광학계를 구성하는 렌즈군(21)에 부가하여, 렌즈 구동 기구(24)와, 렌즈 위치 검출부(25)와, 렌즈 제어부(26)와, 조리개 구동 기구(27)를 구비하고 있다.
렌즈군(21)에서는, 포커스 렌즈(211) 및 줌 렌즈(212)와, 카메라 보디(10)에 구비된 촬상 소자(101)로 입사되는 광량을 조절하기 위한 조리개(23)가, 경동 내에 있어서 광축 LT(도 3) 방향으로 보유 지지되어 있고, 피사체의 광상을 도입하여 촬상 소자(101)에 결상시킨다. AF 제어에서는, 포커스 렌즈(211)가 교환 렌즈(2) 내의 AF 액추에이터(71M)에 의해 광축 LT 방향으로 구동됨으로써 초점 조절이 행해진다.
포커스 구동 제어부(71A)는, 렌즈 제어부(26)를 통해 메인 제어부(62)로부터 공급되는 AF 제어 신호에 기초하여, 포커스 렌즈(211)를 합초 위치로 이동시키기 위해 필요한, AF 액추에이터(71M)에 대한 구동 제어 신호를 생성하는 것이다. AF 액추에이터(71M)는, 스테핑 모터 등으로 이루어지고, 렌즈 구동 기구(24)에 렌즈 구동력을 공급한다.
렌즈 구동 기구(24)는, 예를 들어 헬리코이드 및 상기 헬리코이드를 회전시키는 도시 생략된 기어 등으로 구성되고, AF 액추에이터(71M)로부터의 구동력을 받아, 포커스 렌즈(211) 등을 광축 LT와 평행한 방향으로 구동시키는 것이다. 또한, 포커스 렌즈(211)의 이동 방향 및 이동량은, 각각 AF 액추에이터(71M)의 회전 방향 및 회전수에 따른다.
렌즈 위치 검출부(25)는, 렌즈군(21)의 이동 범위 내에 있어서 광축 LT 방향으로 복수개의 코드 패턴이 소정 피치로 형성된 인코드판과, 이 인코드판에 미끄럼 접촉하면서 렌즈와 일체적으로 이동하는 인코더 브러시를 구비하고 있고, 렌즈군(21)의 초점 조절시의 이동량을 검출한다. 또한, 렌즈 위치 검출부(25)에서 검출된 렌즈 위치는, 예를 들어 펄스수로서 출력된다.
렌즈 제어부(26)는, 예를 들어 제어 프로그램 등을 기억하는 ROM이나 상태 정보에 관한 데이터를 기억하는 플래시 메모리 등의 메모리가 내장된 마이크로컴퓨터로 이루어져 있다. 이 렌즈 제어부(26) 내의 ROM에는, 후술하는 교환 렌즈(2)의 사출동 위치의 정보가 기억되어 있다.
또한, 렌즈 제어부(26)는, 커넥터 Ec를 통해 카메라 보디(10)의 메인 제어부(62)와의 사이에서 통신을 행하는 통신 기능을 갖고 있다. 이에 의해, 예를 들어 렌즈군(21)의 초점 거리, 사출동 위치, 조리개값, 합초 거리 및 주변 광량 상태 등의 상태 정보 데이터나, 렌즈 위치 검출부(25)에서 검출되는 포커스 렌즈(211)의 위치 정보를 메인 제어부(62)로 송신할 수 있음과 함께, 메인 제어부(62)로부터 예를 들어 포커스 렌즈(211)의 구동량의 데이터를 수신할 수 있다.
조리개 구동 기구(27)는, 커플러(75)를 통해 조리개 구동 액추에이터(76M)로부터의 구동력을 받아, 조리개(23)의 조리개 직경을 변경하는 것이다.
계속해서, 카메라 보디(10)의 전기적 구성에 대해 설명한다. 카메라 보디(10)에는, 앞서 설명한 촬상 소자(101), 셔터 유닛(40) 등 외에, AFE(아날로그 프론트 엔드)(5), 화상 처리부(61), 화상 메모리(614), 메인 제어부(62), 플래시 회로(63), 조작부(64), VRAM(65(65a, 65b)), 카드ㆍ인터페이스(I/F)(66), 메모리 카드(67), 통신용 인터페이스(I/F)(68), 전원 회로(69), 전지(69B), 셔터 구동 제어부(73A) 및 셔터 구동 액추에이터(73M), 조리개 구동 제어부(76A) 및 조리개 구동 액추에이터(76M)를 구비하여 구성되어 있다.
촬상 소자(101)는, 앞서 설명한 바와 같이 CMOS 컬러 에리어 센서로 이루어지고, 후술하는 타이밍 제어 회로(51)에 의해, 해당 촬상 소자(101)의 노광 동작의 개시(및 종료)나, 촬상 소자(101)가 구비하는 각 화소의 출력 선택, 화소 신호의 판독 등의 촬상 동작이 제어된다.
AFE(5)는, 촬상 소자(101)에 대해 소정의 동작을 행하게 하는 타이밍 펄스를 제공함과 함께, 촬상 소자(101)로부터 출력되는 화상 신호(CMOS 에리어 센서의 각 화소에서 수광된 아날로그 신호군)에 소정의 신호 처리를 실시하여, 디지털 신호로 변환하여 화상 처리부(61)로 출력하는 것이다. 이 AFE(5)는, 타이밍 제어 회로(51), 신호 처리부(52) 및 A/D 변환부(53) 등을 구비하여 구성되어 있다.
타이밍 제어 회로(51)는, 메인 제어부(62)로부터 출력되는 기준 클록에 기초하여 소정의 타이밍 펄스(수직 주사 펄스 φVn, 수평 주사 펄스 φVm, 리셋 신호 φVr 등을 발생시키는 펄스)를 생성하여 촬상 소자(101)로 출력하고, 촬상 소자(101)의 촬상 동작을 제어한다. 또한, 소정의 타이밍 펄스를 신호 처리부(52)나 A/D 변환부(53)로 각각 출력함으로써, 신호 처리부(52) 및 A/D 변환부(53)의 동작을 제어한다.
신호 처리부(52)는, 촬상 소자(101)로부터 출력되는 아날로그의 화상 신호에 소정의 아날로그 신호 처리를 실시하는 것이다. 이 신호 처리부(52)에는, CDS(상관 이중 샘플링) 회로, AGC(오토 게인 컨트롤) 회로 및 클램프 회로 등이 구비되어 있다. A/D 변환부(53)는, 신호 처리부(52)로부터 출력된 아날로그의 R, G, B의 화상 신호를, 타이밍 제어 회로(51)로부터 출력되는 타이밍 펄스에 기초하여, 복수의 비트(예를 들어 12비트)로 이루어지는 디지털의 화상 신호로 변환하는 것이다.
화상 처리부(61)는, AFE(5)로부터 출력되는 화상 데이터에 소정의 신호 처리를 행하여 화상 파일을 작성하는 것으로, 흑색 레벨 보정 회로(611), 화이트 밸런스 제어 회로(612) 및 감마 보정 회로(613) 등을 구비하여 구성되어 있다. 또한, 화상 처리부(61)에 도입된 화상 데이터는, 촬상 소자(101)의 판독에 동기하여 화상 메모리(614)에 일단 기입되고, 이후 이 화상 메모리(614)에 기입된 화상 데이터에 액세스하여, 화상 처리부(61)의 각 블록에 있어서 처리가 행해진다.
흑색 레벨 보정 회로(611)는, A/D 변환부(53)에 의해 A/D 변환된 R, G, B의 각 디지털 화상 신호의 흑색 레벨을, 기준의 흑색 레벨로 보정하는 것이다.
화이트 밸런스 제어 회로(612)는, 광원에 따른 백색의 기준에 기초하여, R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 색 성분의 디지털 신호의 레벨 변환(화이트 밸런스(WB) 조정)을 행하는 것이다. 즉 화이트 밸런스 제어 회로(612)는, 메인 제어부(62)로부터 제공되는 WB 조정 데이터에 기초하여, 촬영 피사체에 있어서 휘도나 채도 데이터 등으로부터 원래 백색이라 추정되는 부분을 특정하고, 그 부분의 R, G, B 각각을 색 성분의 평균과, G/R비 및 G/B비를 구하여, 이것을 R, B의 보정 게인으로서 레벨 보정한다.
감마 보정 회로(613)는, WB 조정된 화상 데이터의 계조 특성을 보정하는 것이다. 구체적으로는 감마 보정 회로(613)는, 화상 데이터의 레벨을 색 성분마다 미리 설정된 감마 보정용 테이블을 사용하여 비선형 변환함과 함께 오프셋 조정을 행한다.
화상 메모리(614)는, 촬영 모드시에 있어서, 화상 처리부(61)로부터 출력되는 화상 데이터를 일시적으로 기억함과 함께, 이 화상 데이터에 대해 메인 제어부(62)에 의해 소정의 처리를 행하기 위한 작업 영역으로서 사용되는 메모리이다. 또한, 재생 모드시에는, 메모리 카드(67)로부터 판독한 화상 데이터를 일시적으로 기억한다.
메인 제어부(62)는, 예를 들어 제어 프로그램을 기억하는 ROM이나 일시적으로 데이터를 기억하는 RAM 등의 기억부가 내장된 마이크로컴퓨터로 이루어지고, 촬상 장치(1) 각 부의 동작을 제어하는 것이다.
플래시 회로(63)는, 플래시 촬영 모드에 있어서, 플래시부(318) 또는 접속 단자부(319)에 접속되는 외부 플래시의 발광량을, 메인 제어부(62)에 의해 설정된 발광량으로 제어하는 것이다.
조작부(64)는, 상술한 모드 설정 다이얼(305), 제어값 설정 다이얼(306), 셔터 버튼(307), 설정 버튼군(312), 십자 키(314), 푸시 버튼(315), 메인 스위치(317) 등을 포함하고, 조작 정보를 메인 제어부(62)에 입력하기 위한 것이다.
VRAM(65a, 65b)은, LCD(311) 및 EVF(316)의 화소수에 대응한 화상 신호의 기억 용량을 갖고, 메인 제어부(62)와 LCD(311) 및 EVF(316) 사이의 버퍼 메모리이다. 카드 I/F(66)는, 메모리 카드(67)와 메인 제어부(62) 사이에서 신호의 송수신을 가능하게 하기 위한 인터페이스이다. 메모리 카드(67)는, 메인 제어부(62)에서 생성된 화상 데이터를 보존하는 기록 매체이다. 통신용 I/F(68)는, 퍼스널 컴퓨터나 그 밖의 외부 기기에 대한 화상 데이터 등의 전송을 가능하게 하기 위한 인터페이스이다.
전원 회로(69)는, 예를 들어 정전압 회로 등으로 이루어지고, 메인 제어부(62) 등의 제어부, 촬상 소자(101), 그 밖의 각종 구동부 등, 촬상 장치(1) 전체를 구동시키기 위한 전압을 생성한다. 또한, 촬상 소자(101)에의 통전 제어는, 메인 제어부(62)로부터 전원 회로(69)에 공급되는 제어 신호에 의해 행해진다. 전지(69B)는, 알칼리 건전지 등의 일차 전지나, 니켈 수소 충전지 등의 이차 전지로 이루어지고, 촬상 장치(1) 전체에 전력을 공급하는 전원이다.
셔터 구동 제어부(73A)는, 메인 제어부(62)로부터 공급되는 제어 신호에 기초하여, 셔터 구동 액추에이터(73M)에 대한 구동 제어 신호를 생성하는 것이다. 셔터 구동 액추에이터(73M)는, 셔터 유닛(40)의 개폐 구동을 행하는 액추에이터이다.
조리개 구동 제어부(76A)는, 메인 제어부(62)로부터 공급되는 제어 신호에 기초하여, 조리개 구동 액추에이터(76M)에 대한 구동 제어 신호를 생성하는 것이다. 조리개 구동 액추에이터(76M)는, 커플러(75)를 통해 조리개 구동 기구(27)에 구동력을 공급한다.
또한, 카메라 보디(10)는, 흑색 레벨 보정 회로(611)로부터 출력되는 흑색 레벨 보정 완료된 화상 데이터에 기초하여, 촬상 소자(101)를 사용한 오토 포커스(AF) 제어시에 필요한 연산을 행하는 위상차 AF 연산 회로(77)를 구비하고 있다.
이 위상차 AF 연산 회로(77)를 이용한 촬상 장치(1)의 위상차 AF 동작에 대해, 상세하게 설명한다.
<촬상 장치(1)의 위상차 AF 동작에 대해>
촬상 장치(1)에서는, 촬상 소자(101)에 있어서 사출동이 상이한 부분을 투과(통과)한 투과광을 수광함으로써 위상차 AF가 가능한 구성으로 되어 있다. 이 촬상 소자(101)의 구성과, 촬상 소자(101)를 이용한 위상차 AF의 원리를, 이하에서 설명한다.
도 5 및 도 6은, 촬상 소자(101)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
촬상 소자(101)에서는, 그 촬상면(101f)에 있어서 매트릭스 형상으로 규정된 복수의 AF 에리어 Ef 각각에서 위상차 검출 방식의 초점 검출이 가능한 구성으로 되어 있다(도 5).
각 AF 에리어 Ef에는, 포토다이오드 상에 R(적색), G(녹색) 및 B(청색)의 각 컬러 필터가 배치된 R 화소(111), G 화소(112) 및 B 화소(113)로 이루어지는 통상의 화소(이하에서는「통상 화소」라고도 함)(110)가 설치됨과 함께, 후술하는 하단의 차광 마스크(12a, 12c)(평행 사선부)를 갖고 위상차 AF를 행하기 위한 화소의 페어(이하에서는「AF 화소쌍」이라고도 함)(11f)가 설치되어 있다(도 6).
그리고, AF 에리어 Ef에는, 통상 화소(110)의 수평 라인으로서 G 화소(112)와 R 화소(111)가 수평 방향으로 교대로 배치된 Gr 라인 L1과, B 화소(113)와 G 화소(112)가 수평 방향으로 교대로 배치된 Gb 라인 L2가 형성되어 있다. 이 Gr 라인 L1과 Gb 라인 L2가 수직 방향으로 교대로 배치됨으로써 베이어 배열이 구성된다.
또한, AF 에리어 Ef에는, AF 화소쌍(11f)이 수평 방향으로 반복하여 배열된 AF 라인(초점 검출 화소열) Lf가 수직 방향으로 주기적으로 형성되어 있다.
다음에, AF 화소쌍(11f)의 구성에 대해 설명한다.
도 7은, AF 화소쌍(11f)의 구성을 설명하기 위한 종단면도이다. 또한, 도 7에 도시한 AF 화소쌍(11f)은, 촬상면(101f)의 중앙 부근에 위치하는 AF 에리어 Ef(예를 들어 도 5에 도시한 AF 에리어 Efo)에 설치되어 있는 것이다.
AF 화소쌍(11f)은, 교환 렌즈(2)에 관한 사출동의 좌측 부분 Qa로부터의 광속 Ta와 우측 부분 Qb로부터의 광속 Tb를 분리시키기 위한 개구부 OPa 내지 OPb, OPc 내지 OPd의 위치가 경면(鏡面) 대상으로 되어 있는 2매의 차광 마스크(차광판)(12a 내지 12b, 12c 내지 12d)를 갖는 한 쌍의 화소(11a, 11b)로 이루어져 있고, AF 화소쌍(11f)이 수평 방향을 따라 2 이상 배열됨으로써 AF 라인 Lf가 형성된다.
보다 상세하게는, 화소(이하에서는「제1 AF 화소」라고도 함)(11a)에서는, 광전 변환부(포토다이오드) PD에 대해 우측으로 치우친 직사각형 형상(슬릿 형상)의 개구부 OPa가 하단의 차광 마스크(12a)에 형성됨과 함께, 광전 변환부 PD에 대해 좌측으로 치우친 슬릿 형상의 개구부 OPb가 상단의 차광 마스크(12b)에 형성되어 있다. 그리고, 각 개구부 OPa, OPb에 의해 차광 마스크(12a) 및 차광 마스크(12b)로 이루어지는 차광부(121)의 광 투과 부분이 구성됨과 함께, 이 광 투과 부분에 의해 사출동에 있어서 좌측 부분 Qa가 규정된다. 한편, 화소(이하에서는「제2 AF 화소」라고도 함)(11b)에서는, 광전 변환부 PD에 대해 좌측으로 치우친 슬릿 형상의 개구부 OPc가 하단의 차광 마스크(12c)에 형성됨과 함께, 광전 변환부 PD에 대해 우측으로 치우친 슬릿 형상의 개구부 OPd가 상단의 차광 마스크(12d)에 형성되어 있다. 그리고, 각 개구부 OPc, OPd에 의해 차광 마스크(12c) 및 차광 마스크(12d)로 이루어지는 차광부(122)의 광 투과 부분이 구성됨과 함께, 이 광 투과 부분에 의해 사출동에 있어서의 우측 부분 Qb가 규정된다. 이러한 제1 AF 화소(11a) 및 제2 AF 화소(11b)는, 도 6과 같이 AF 라인 Lf에 의해 교대로 배치된다.
이상과 같은 구성의 AF 화소쌍(11f)에 의해, 사출동에 있어서의 퓨필 분할, 즉 사출동의 좌측 부분 Qa로부터의 광속 Ta가 마이크로렌즈 ML, 컬러 필터 FR 및 각 차광 마스크(12a, 12b)의 개구부(광 투과 부분) OPa, OPb를 통과하여 제1 AF 화소(11a)의 광전 변환부 PD에서 수광됨과 함께, 사출동의 우측 부분 Qb로부터의 광속 Tb가 마이크로렌즈 ML, 컬러 필터 FR 및 각 차광 마스크(12c, 12d)의 개구부(광 투과 부분) OPc, OPd를 통과하여 제2 AF 화소(11b)의 광전 변환부 PD에서 수광되게 된다. 바꾸어 말하면, AF 화소쌍(11f)에서는, 교환 렌즈(2)의 사출동에 있어서 서로 반대 방향으로 되는 좌측 방향 및 우측 방향으로 치우친 좌측 부분(제1 부분 영역) Qa 및 우측 부분(제2 부분 영역) Qb를 통과한 피사체의 광속 Ta, Tb가 수광된다.
이하에서는, 제1 AF 화소(11a)에 있어서 얻어지는 수광 데이터를「A 계열의 데이터」라 칭하고, 제2 AF 화소(11b)에 있어서 얻어지는 수광 데이터를「B 계열의 데이터」라 칭하는 것으로 하고, 예를 들어, 임의의 1개의 AF 라인 Lf(도 6)에 배치된 AF 화소쌍(11f)의 군으로부터 얻어지는 A 계열의 데이터와 B 계열의 데이터를 나타낸 도 8 내지 도 12를 참조하여 위상차 AF의 원리를 설명한다.
도 8은, 초점면이 촬상 소자(101)의 촬상면(101f)으로부터 200㎛ 가까운 쪽에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이며, 도 9는, 초점면이 촬상면(101f)으로부터 100㎛ 가까운 쪽에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 또한, 도 10은, 초점면이 촬상면(101f)에 일치하고 있는 합초 상태의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 또한, 도 11은, 초점면이 촬상면(101f)으로부터 100㎛ 먼 쪽에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이며, 도 12는, 초점면이 촬상면(101f)으로부터 200㎛ 먼 쪽에 디포커스하고 있는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 8 내지 도 12에 있어서는, 횡축이 AF 라인 Lf 방향에 관한 제1 AF 화소(11a), 제2 AF 화소(11b)의 화소 위치를 나타내고, 종축이 제1 AF 화소(11a) 및 제2 AF 화소(11b) 각각의 광전 변환부 PD로부터의 출력을 나타내고 있다. 또한, 도 8 내지 도 12에서는, 그래프 Ga1 내지 Ga5(실선으로 도시)가 A 계열의 데이터를 나타내고, 그래프 Gb1 내지 Gb5(파선으로 도시)가 B 계열의 데이터를 나타내고 있다.
도 8 내지 도 12에 있어서 A 계열의 그래프 Ga1 내지 Ga5로 나타내어지는 각 A 계열의 상렬과 B 계열의 그래프 Gb1 내지 Gb5로 나타내어지는 각 B 계열의 상렬을 비교하면, 디포커스량이 클수록, A 계열의 상렬과 B 계열의 상렬 사이에 발생하는 AF 라인 Lf(수평 방향) 방향의 시프트량(어긋남량)이 증대하고 있는 것을 알 수 있다.
이러한 한 쌍의 상렬(A 계열 및 B 계열의 상렬)에 있어서의 시프트량과, 디포커스량의 관계를 그래프화하면, 도 13에 나타낸 그래프 Gc와 같이 나타내어진다. 이 도 13에 있어서는, 횡축이 A 계열의 상렬의 무게 중심 위치에 대한 B 계열의 상렬의 무게 중심 위치의 차(화소 피치)를 나타내고, 종축이 디포커스량(㎛)을 나타내고 있다. 또한, 각 상렬의 무게 중심 위치 Xg는, 예를 들어 다음과 같은 연산식 1에 의해 구해진다.
Figure pct00001
단, 상기 수학식 1에 있어서, X1 내지 Xn은, 예를 들어 AF 라인 Lf에 있어서의 좌측 단부로부터의 화소 위치를 나타내고, Y1 내지 Yn은, 각 위치 X1 내지 Xn의 제1 AF 화소(11a), 제2 AF 화소(11b)로부터의 출력값을 나타내고 있다.
도 13에 나타낸 그래프 Gc와 같이 한 쌍의 상렬에 있어서의 무게 중심 위치의 차와 디포커스량의 관계는 비례 관계로 되어 있다. 이 관계에 대해, 디포커스량을 DF(㎛)로 하고 무게 중심 위치의 차를 C(㎛)로 하여 수식으로 표현하면, 다음 수학식 2와 같이 된다.
Figure pct00002
여기서, 상기 수학식 2의 계수 k는, 도 13의 그래프 Gc에 관한 기울기 Gk(파선으로 도시)를 나타내고 있고, 공장 시험 등에 의해 사전에 취득할 수 있는 것이다.
이상으로부터, AF 화소쌍(11f)으로부터 얻어지는 A 계열의 데이터와 B 계열의 데이터에 관한 무게 중심 위치의 차(위상차)를 위상차 AF 연산 회로(77)에서 구한 후에, 상기 수학식 2를 이용하여 디포커스량을 산출하고, 산출된 디포커스량에 상당하는 구동량을 포커스 렌즈(211)에 공급함으로써, 검출된 초점 위치에 포커스 렌즈(211)를 이동시키는 오토 포커스(AF) 제어가 가능해진다. 또한, 상기의 디포커스량과 포커스 렌즈(211)의 구동량의 관계는, 카메라 보디(10)에 장착되어 있는 교환 렌즈(2)의 설계값으로부터 일의적으로 정해지는 것이다.
이상과 같은 촬상 소자(위상차 검출 기능을 구비한 촬상 소자)(101)를 구비한 촬상 장치(1)에서는, 카메라 보디(10)에 장착되는 교환 렌즈(2)의 사출동 위치에 따른 거리 측정 제어를 행하여 고정밀도의 위상차 AF를 실현하고 있는데, 이 거리 측정 제어에 대해 이하에서 상세하게 설명한다.
<교환 렌즈(2)의 사출동 위치에 따른 거리 측정 제어>
도 14는, 교환 렌즈(2)의 사출동 위치에 따라서 발생하는 퓨필 분할의 언밸런스를 설명하기 위한 도면이다. 이 도 14에 있어서는, 횡축이 촬상면(101f)에 대한 사출동의 위치를 나타내고 있고, 종축이 교환 렌즈(2)의 광축, 즉 촬상면(101f)의 중심으로부터의 거리(상 높이)를 나타내고 있다. 또한, 도 14에서는, 상 높이 α[mm]의 위치에 배치된 화소에 관한 마이크로렌즈 ML의 입사동(OCL 입사동)의 범위를 각도 θ로 나타내고 있다.
촬상 소자(101)에서는, 촬상면(101f)의 중앙부로부터 이격된 위치의 AF 에리어 Ef(예를 들어 도 5에 도시한 AF 에리어 Efa)에 설치된 상 높이 α[mm]의 AF 화소쌍에 있어서도, 촬상면(101f)으로부터의 거리 Hm(예를 들어 80 내지 90mm 정도)에 있는 표준적인 사출동 위치 Pm에서 적절한 퓨필 분할을 행할 수 있도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 도 15에 도시한 개념도와 같이 AF 에리어 Efa 내의 AF 화소쌍(11g)에서는, 예를 들어 우측의 화소(11gb)에 있어서의 하단의 차광 마스크(13c)의 좌측 단부를 광전 변환부 PD의 중심 Co로부터 거리 Ea만큼 우측으로 설정함으로써, 촬상면(101f)으로부터의 거리 Hm에 형성되는 퓨필 직경 Ro의 사출동을 2등분한 좌측 부분 Qc 및 우측 부분 Qd를 통과하는 각 광속 Tc, Td가 각 광전 변환부 PD에서 수광 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 도 14에 도시한 바와 같이 상 높이 α[mm]의 위치에 배치된 AF 화소쌍(11g)에서는, 촬상면(101f)의 수선에 대해 경사 방향으로 신장하는 퓨필 분할 라인 Dm이 설정되기 때문에, 촬상면(101f)으로부터 거리 Hm 이격된 위치(이하에서는「중거리 위치」라고도 함) Pm의 사출동에 있어서 퓨필 분할을 동등하게 행할 수 있게 된다.
한편, 교환 렌즈(2)에 있어서는, 그 사출동 위치가 상술한 위치 Pm으로부터 크게 상이한 것도 존재한다. 예를 들어 도 14에 도시한 바와 같이 촬상면(101f)으로부터 비교적 먼 거리 Ha의 위치(이하에서는「원거리 위치」라고도 함) Pa에 사출동이 형성되는 교환 렌즈나, 촬상면(101f)으로부터 비교적 가까운 거리 Hb의 위치(이하에서는「근거리 위치」라고도 함) Pb에 사출동이 형성되는 교환 렌즈에 있어서, 퓨필 분할 라인 Dm에 의한 획일적인 사출동의 분할이 행해진 것에서는, 분할되는 각 영역의 크기에 언밸런스가 발생하게 된다. 이것으로는, AF 화소쌍에 의해 균형적으로 A 계열 및 B 계열의 화소 신호를 생성할 수 없기 때문에, 고정밀도의 거리 측정(초점 검출)이 곤란해진다.
따라서, 본 실시 형태의 촬상 장치(1)에서는, 도 16에 도시한 바와 같이 사출동이 원거리 위치 Pa로 되는 교환 렌즈(2)가 카메라 보디(10)에 장착된 경우에는, 그 사출동 위치에 대응한 퓨필 분할 라인 Da가 규정되는 AF 화소쌍(11j)을 사용하여 거리 측정하는 것으로 한다. 구체적으로는, 도 17에 도시한 개념도와 같이 AF 화소쌍(11j)에서는, 예를 들어 우측의 화소(11jb)에 있어서의 하단의 차광 마스크(13c)의 좌측 단부를 광전 변환부 PD의 중심 Co로부터 거리 Eb(여기서 Eb<Ea)만큼 우측으로 설정하고, 2장의 차광 마스크(13a, 13b)로 이루어지는 차광부(131)와 2매의 차광 마스크(13c, 13d)로 이루어지는 차광부(132)에 있어서의 광 투과 부분의 구성을 상기의 AF 화소쌍(11g)에 대해 상이하게 함으로써, 촬상면(101f)으로부터의 거리 Ha에 형성되는 사출동을 2등분한 좌측 부분 Qe 및 우측 부분 Qf를 통과하는 각 광속 Te, Tf가 각 광전 변환부 PD에서 수광 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 도 16에 도시한 바와 같이 상 높이 α[mm]의 위치에 배치된 AF 화소쌍(11j)에서는, 퓨필 분할 라인 Dm보다 기울기가 완만한 퓨필 분할 라인 Da가 설정되기 때문에, 원거리 위치 Pa의 사출동에 있어서 퓨필 분할을 동등하게 행할 수 있게 된다.
또한, 본 실시 형태의 촬상 장치(1)에서는, 도 16에 도시한 바와 같이 사출동이 근거리 위치 Pb로 되는 교환 렌즈(2)가 카메라 보디(10)에 장착된 경우에는, 그 사출동 위치에 대응한 퓨필 분할 라인 Db가 규정되는 AF 화소쌍(11k)을 사용하여 거리 측정하도록 한다. 구체적으로는, 도 18에 도시한 개념도와 같이 AF 화소쌍(11k)에서는, 예를 들어 우측의 화소(11kb)에 있어서의 하단의 차광 마스크(13c)의 좌측 단부를 광전 변환부 PD의 중심 Co로부터 거리 Ec(여기서 Ec>Ea)만큼 우측으로 설정함과 함께, 좌측의 화소(11ka)에 있어서의 하단의 차광 마스크(13a)의 우측 단부를 광전 변환부 PD의 중심 Co로부터 거리 Ed만큼 우측으로 설정하고, 차광부(131, 132)에 있어서의 광 투과 부분의 구성을 상기의 AF 화소쌍(11g)에 대해 상이하게 함으로써, 촬상면(101f)으로부터의 거리 Hb에 형성되는 사출동을 2등분한 좌측 부분 Qg 및 우측 부분 Qh를 통과하는 각 광속 Tg, Th가 각 광전 변환부 PD에서 수광 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 도 16에 도시한 바와 같이 상 높이 α[mm]의 위치에 배치된 AF 화소쌍(11k)에서는, 퓨필 분할 라인 Dm보다 기울기가 급한 퓨필 분할 라인 Db가 설정되기 때문에, 근거리 위치 Pb의 사출동에 있어서 퓨필 분할을 동등하게 행할 수 있게 된다.
이상과 같은 구성을 갖는 AF 화소쌍(11g, 11j, 11k)에 대해서는, 촬상면(101f)의 중심부로부터 이격된 위치의 AF 에리어 Efa(도 5)에 있어서, 예를 들어 도 19에 도시한 바와 같이 원거리 위치 Pa의 사출동에 대응하는 AF 화소쌍(11j)이 수평 방향으로 배열된 퓨필 원거리용의 AF 라인 Lj, 중거리 위치 Pm의 사출동에 대응하는 AF 화소쌍(11g)이 수평 방향으로 배열된 퓨필 중거리용의 AF 라인 Lg, 및 근거리 위치 Pb의 사출동에 대응하는 AF 화소쌍(11k)이 수평 방향으로 배열된 퓨필 근거리용의 AF 라인 Lk를 통상 화소(110)의 수평 라인 4개를 끼워 수직 방향으로 주기적으로 형성하고, 교환 렌즈(2)의 사출동 위치에 따라서 각 AF 라인 Lg, Lj, Lk를 구별하여 사용하는 거리 측정 제어를 행하도록 한다. 구체적으로는, 도 16과 같이 임계값으로서 촬상면(101f)으로부터의 거리 Ps(예를 들어 110mm) 및 거리 Pt(예를 들어 60mm)를 설정하고, 거리 Ps 이상으로 되는 사출동 위치의 교환 렌즈(2)가 장착된 경우에는 퓨필 원거리용의 AF 라인 Lj를 선택함과 함께, 거리 Pt 이하가 되는 사출동 위치의 교환 렌즈(2)가 장착된 경우에는 퓨필 근거리용의 AF 라인 Lk를 선택하는 한편, 거리 Pt와 거리 Ps 사이에 있는 사출동 위치의 교환 렌즈(2)가 장착된 경우에는 퓨필 중거리용의 AF 라인 Lg를 선택하고, 선택된 AF 라인에 의한 거리 측정을 행한다.
즉, AF 에리어 Efa에 형성되는 AF 라인 Lg, Lj, Lk는, 차광부(131, 132)에 있어서의 광 투과 영역의 배치를 상이하게 하여 사출동에 대한 응시각을 바꾼 3종류의 화소쌍(11g, 11j, 11k)을 갖고, 3종류의 화소쌍(11g, 11j, 11k) 각각에서는, 퓨필 분할에 관한 좌측의 부분 영역과 우측의 부분 영역의 면적이 동등해지는 사출동의 촬상 소자(101)(의 촬상면(101f))에 대한 위치 Pm, Pa, Pb(도 16)가 상이하기 때문에, 교환 렌즈(2)의 교환에 의해 사출동 위치가 변화되어도, 그 사출동 위치에 따른 AF 화소쌍을 3종류의 화소쌍(11g, 11j, 11k)으로부터 선택함으로써, 균형적으로 퓨필 분할할 수 있어, 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있게 된다.
다음에, 사출동 위치에 따라서 퓨필 중거리용의 AF 라인 Lg, 퓨필 원거리용의 AF 라인 Lj 및 퓨필 근거리용의 AF 라인 Lk의 구별 사용을 행하는 촬상 장치(1)의 구체적인 동작에 대해 설명한다.
<촬상 장치(1)의 동작>
도 20은, 촬상 장치(1)의 기본적인 동작을 나타내는 흐름도이다. 또한, 이 촬상 장치(1)의 동작에 대해서는, 메인 제어부(62)에서 실행된다.
메인 스위치(317)에의 유저 조작으로 촬상 장치(1)의 전원이 온이 되면, 교환 렌즈(2)의 사출동 위치가 촬상면(101f)으로부터 60mm 이하인지를 판정한다(스텝 ST1). 구체적으로는, 렌즈 제어부(26) 내의 ROM에 기억되어 있는 교환 렌즈(2)의 사출동 위치의 정보를 카메라 보디(10)의 메인 제어부(62)에서 취득하고, 사출동 위치가 60mm 이하인지 여부가 판단된다. 여기서, 사출동 위치가 60mm 이하인 경우에는 스텝 ST3으로 진행하고, 60mm 이하가 아닌 경우에는 스텝 ST2로 진행한다.
스텝 ST2에서는, 교환 렌즈(2)의 사출동 위치가 촬상면(101f)으로부터 60 내지 110mm의 범위 내에 있는지를 판정한다. 여기서, 사출동 위치가 60 내지 110mm의 범위 내에 있는 경우에는 스텝 ST4로 진행하고, 사출동 위치가 110mm 이상인 경우에는 스텝 ST4로 진행한다.
스텝 ST3에서는, 도 18에 도시한 AF 화소쌍(11k)이 배치된 퓨필 근거리용의 AF 라인 Lk를 선택한다.
스텝 ST4에서는, 도 15에 도시한 AF 화소쌍(11g)이 배치된 퓨필 중거리용의 AF 라인 Lm을 선택한다.
스텝 ST5에서는, 도 17에 도시한 AF 화소쌍(11j)이 배치된 퓨필 원거리용의 AF 라인 Lj를 선택한다.
스텝 ST6에서는, 셔터 버튼(307)이 유저에 의해 절반 누름되었는지를 판정한다. 여기서, 절반 누름된 경우에는 스텝 ST7로 진행하고, 절반 누름되어 있지 않은 경우에는 스텝 ST1로 복귀된다.
스텝 ST7에서는, 스텝 ST3 내지 ST5에서 선택된 AF 라인을 사용하여 거리 측정을 행한다. 즉, 촬상 소자(101)에 대한 사출동 위치에 따라서 3종류의 화소쌍(11g, 11j, 11k)으로부터 1종류의 화소쌍을 선택하고, 이 1종류의 화소쌍에서 생성되는 화소 신호에 기초하여 위상차 검출 방식의 초점 검출이 행해진다. 이에 의해, 교환 렌즈마다 상이한 사출동 위치에 대응한 양호한 초점 검출이 가능해진다.
스텝 ST8에서는, 셔터 버튼(307)이 유저에 의해 완전 누름되었는지를 판정한다. 여기서, 완전 누름된 경우에는 스텝 ST10으로 진행하고, 완전 누름되어 있지 않은 경우에는 스텝 ST9로 진행한다.
스텝 ST9에서는, 셔터 버튼(307)이 유저에 의해 절반 누름되어 있는지를 판정한다. 여기서, 절반 누름되어 있는 경우에는 스텝 ST8로 진행하고, 절반 누름되어 있지 않은 경우에는 스텝 ST1로 복귀된다.
스텝 ST10에서는, 촬영을 행한다. 즉, 촬상 소자(101)에 의해 기록용의 촬영 화상 데이터를 생성하는 본 촬영의 동작이 행해진다.
이상에서 설명한 촬상 장치(1)에는, 도 16에 도시한 각 위치 Pm, Pa, Pb의 사출동을 2등분할 수 있는 AF 화소쌍(11g, 11j, 11k)을 구비한 촬상 소자(101)가 설치되어 있기 때문에, 교환 렌즈(2)가 교환됨으로써 사출동의 위치가 변화되어도 위상차 검출 방식의 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있다.
<변형예>
ㆍ상기의 실시 형태에 있어서의 AF 화소쌍에 대해서는, 도 7에 도시한 AF 화소쌍(11f)과 같이 2매의 차광 마스크(12a, 12b)를 구비한 화소(11a)와 2매의 차광 마스크(12c, 12d)를 구비한 화소(11b)로 구성되는 것은 필수가 아니라, 도 21에 도시한 AF 화소쌍(11fa)과 같이 개구부 OPe가 형성되는 1매의 차광 마스크(12e)를 구비한 화소(11c)와 개구부 OPf가 형성되는 1매의 차광 마스크(12f)를 구비한 화소(11d)로 구성되어도 된다.
이와 같이 1매의 차광 마스크를 구비한 2개의 화소(11c, 11d)로 이루어지는 AF 화소쌍(11fa)에 있어서도, 촬상면(101f)의 중앙 부근으로부터 벗어난 위치에 규정되는 AF 에리어 Efa(도 5) 등에 배치되는 경우에는, AF 화소쌍(11g)(도 15)과 같이 도 16에 도시한 퓨필 분할 라인 Dm이 설정되는 퓨필 중거리용의 AF 화소쌍과, AF 화소쌍(11j)(도 17)과 같이 도 16에 도시한 퓨필 분할 라인 Da가 설정되는 퓨필 원거리용의 AF 화소쌍과, AF 화소쌍(11k)(도 18)과 같이 도 16에 도시한 퓨필 분할 라인 Db가 설정되는 퓨필 근거리용의 AF 화소쌍을 구비하도록 한다. 그리고, 상술한 바와 같이 교환 렌즈의 사출동 위치에 따라서 퓨필 근거리용, 퓨필 중거리용 및 퓨필 원거리용의 AF 화소쌍을 선택하면, 초점 검출을 고정밀도로 행할 수 있게 된다.
ㆍ상기의 실시 형태에 있어서는, 사출동을 2개의 반원으로 퓨필 분할하는 것은 필수가 아니라, 분할되는 개소에서 오버랩이 발생하도록 퓨필 분할을 행해도 된다.
ㆍ상기의 실시 형태에 있어서는, 3종류의 AF 화소쌍(11g, 11j, 11k)을 교환 렌즈마다 구별하여 사용하는 것은 필수가 아니라, 줌 렌즈의 줌 상태에 따라서 구별하여 사용하도록 해도 된다. 즉, 교환 렌즈(2)의 줌 배율에 따라 변화하는 사출동 위치에 따라서, 퓨필 중거리용, 퓨필 원거리용 및 퓨필 근거리용의 AF 화소쌍(11g, 11j, 11k)을 구별하여 사용해도 된다.
ㆍ 상기 실시 형태의 촬상 소자에 있어서는, 3종류(퓨필 중거리용, 퓨필 원거리용 및 퓨필 근거리용)의 AF 화소쌍을 구비하는 것은 필수가 아니라, 2종류나 4종류 이상의 AF 화소쌍을 구비해도 된다.

Claims (3)

  1. 촬상 장치로서,
    (a) 촬영 광학계와,
    (b) 상기 촬상 광학계를 통과한 피사체 광속을 수광하는 촬상 소자를 구비함과 함께,
    상기 촬상 소자는,
    상기 촬영 광학계의 사출동에 있어서 서로 반대 방향으로 치우친 제1 부분 영역 및 제2 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광하는 화소쌍의 군을 갖고,
    상기 화소쌍은, 상기 사출동에 있어서 상기 제1 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제1 화소와, 상기 사출동에 있어서 상기 제2 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제2 화소를 구비하여 구성됨과 함께,
    상기 화소쌍의 군은, 상기 차광부에 있어서의 광 투과 부분의 배치를 상이하게 한 복수 종류의 화소쌍을 갖고 있고, 상기 복수 종류의 화소쌍 각각에서는, 상기 제1 부분 영역과 상기 제2 부분 영역의 면적이 동등해지는 사출동의 상기 촬상 소자에 대한 위치가 상이한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, (c) 상기 촬상 소자에 대한 사출동의 위치에 따라서 상기 복수 종류의 화소쌍으로부터 1종류의 화소쌍을 선택하고, 해당 1종류의 화소쌍에서 생성되는 화소 신호에 기초하여 위상차 검출 방식의 초점 검출을 행하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 촬영 광학계를 통과한 피사체 광속을 수광 가능한 촬상 소자로서,
    상기 촬영 광학계의 사출동에 있어서 서로 반대 방향으로 치우친 제1 부분 영역 및 제2 부분 영역을 통과한 피사체 광속을 수광하는 화소쌍의 군을 구비하고,
    상기 화소쌍은, 상기 사출동에 있어서 상기 제1 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제1 화소와, 상기 사출동에 있어서 상기 제2 부분 영역을 규정하는 광 투과 부분이 설치된 차광부를 갖는 제2 화소를 구비하여 구성됨과 함께,
    상기 화소쌍의 군은, 상기 차광부에 있어서의 광 투과 부분의 배치를 상이하게 한 복수 종류의 화소쌍을 갖고 있고, 상기 복수 종류의 화소쌍 각각에서는, 상기 제1 부분 영역과 상기 제2 부분 영역의 면적이 동등해지는 사출동의 상기 촬상 소자에 대한 위치가 상이한 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
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